JP6964210B2 - 圧電性材料基板と支持基板との接合体 - Google Patents
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Description
本発明は、圧電性材料基板と支持基板との接合体および弾性波素子に関するものである。
タンタル酸リチウムとサファイアとを酸化珪素層を介して貼り合わせた表面弾性波フィルターは、その接合界面でバルク波が発生し、通過域および高周波域に不要レスポンスが現れることが知られている。これを防ぐ目的で接合界面に粗面を導入し、バルク波を散乱させ不要レスポンスを抑制する手法が提案されている(特許文献１、特許文献２)。
特許文献１では，接合面を粗面化したとき、その粗面の幾何学的仕様について、粗面を構成する凹凸構造の断面曲線における要素の平均長さＲＳｍと表面弾性波の波長λとの比を０．２以上、７．０以下とし、また凹凸構造の断面曲線における算術平均粗さＲａを１００ｎｍ以上としている。一方、特許文献２では、粗面の高低差について規定している。
従来は、支持基板または圧電性材料基板の接合面の凹凸形状（たとえはＲＳｍやＲａ）を測定し、これらを若干大きく制御することでスプリアス波の抑制を行っていた。しかし、接合面のＲＳｍが同じであっても、スプリアス波を抑制できない場合もあり、こうした接合面表面の凹凸形状を制御するだけではスプリアス波を抑制するとはできないことがわかった。
本発明の課題は、接合体の圧電性材料基板や支持基板の接合面の表面形状の制御では抑制できないスプリアス波を抑制する新たな構造を提供することである。
本発明は、
支持基板、
ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウムからなる群より選ばれた材質からなる圧電性材料基板、および
前記支持基板と前記圧電性材料基板とを接合する接合層
を備えている接合体であって、
前記支持基板の接合前の接合面と前記圧電性材料基板の接合前の接合面との少なくとも一方を分光エリプソメトリー測定したときに、反射光のp偏光とs偏光の位相差をΔとしたとき、波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域において前記位相差Δの最大値と最小値との差が７０°以下であることを特徴とする。
また、本発明は、
支持基板、
ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウムからなる群より選ばれた材質からなる圧電性材料基板、および
前記支持基板と前記圧電性材料基板とを接合する接合層
を備えている接合体を製造する方法であって、
前記支持基板の接合前の接合面と前記圧電性材料基板の接合前の接合面との少なくとも一方を分光エリプソメトリー測定したときに、反射光のp偏光とs偏光の位相差をΔとしたとき、波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域において前記位相差Δの最大値と最小値との差が７０°以下であり、
前記支持基板の前記接合面と前記圧電性材料基板の前記接合面とを前記接合層によって接合することを特徴とする。
支持基板、
ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウムからなる群より選ばれた材質からなる圧電性材料基板、および
前記支持基板と前記圧電性材料基板とを接合する接合層
を備えている接合体であって、
前記支持基板の接合前の接合面と前記圧電性材料基板の接合前の接合面との少なくとも一方を分光エリプソメトリー測定したときに、反射光のp偏光とs偏光の位相差をΔとしたとき、波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域において前記位相差Δの最大値と最小値との差が７０°以下であることを特徴とする。
また、本発明は、
支持基板、
ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウムからなる群より選ばれた材質からなる圧電性材料基板、および
前記支持基板と前記圧電性材料基板とを接合する接合層
を備えている接合体を製造する方法であって、
前記支持基板の接合前の接合面と前記圧電性材料基板の接合前の接合面との少なくとも一方を分光エリプソメトリー測定したときに、反射光のp偏光とs偏光の位相差をΔとしたとき、波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域において前記位相差Δの最大値と最小値との差が７０°以下であり、
前記支持基板の前記接合面と前記圧電性材料基板の前記接合面とを前記接合層によって接合することを特徴とする。
本発明者は、支持基板や圧電性材料基板の接合面を鏡面化した後、機械加工によって粗面化し、その微構造を詳細に観察し、分析してみた。この結果、機械加工された後の接合面には、表面凹凸形状からは推し量れないような微細な欠陥や膜変質が生じていることがわかった。こうした測定結果から、スプリアス波の抑制効果は、表面凹凸形状ではなく、圧電性材料基板の表面領域、接合層の表面領域における実効的な結晶学的特性および幾何学的特性によって制御するべきことが判明してきた。
本発明者は、こうした知見を踏まえ、種々の加工方法や接合面の測定方法を検討した。この過程で、分光エリプソメトリーに着目した。
すなわち、分光エリプソメトリーは、試料（本発明では圧電性材料基板、支持基板）の表面に対する入射光の偏光状態と反射光の偏光状態との変化を測定する分析手法である。具体的には、例えば図１に示すように、基板表面に対して垂直で、入射光と反射光を含む面を入射面とする。この入射面に対し、電場が平行に振動する偏光成分をｐ偏光とし、入射面に対して垂直に振動する偏光成分をs偏光と呼ぶ。ここで、入射光は、ｐ偏光成分とｓ偏光成分の振幅と位相が一致した直線偏光とする。この入射光を基板に照射すると、基板の表面で反射した光や、基板の表面近傍にある層境界や欠陥などから反射した光は互いに干渉する。また、基板内を伝搬する光の速度は、その部分の屈折率に応じて遅くなるので位相もずれる。これらが入射面に平行な成分（p偏光）と垂直な成分（s偏光）では異なるので、図１に示すように、反射光の偏光状態は、入射時とは異なり、楕円偏光になる。
ゆえに、分光エリプソメトリーによる測定結果は、基板表面の薄膜の凹凸だけではなく、薄膜の深さ方向の情報（膜厚および密度）の情報を担持していることを意味している。
本発明者は、分光エリプソトリーを圧電性材料基板や支持基板の粗面化加工した後の接合面に対して適用することで、これら接合面の表面に近い領域の変質や密度変化の情報を取得し、これとスプリアス波の抑制効果の関係を検討した。
すなわち、圧電性材料基板や支持基板の接合面を粗面化加工する。この後、本発明者は、種々の粗面化処理を行った支持基板の接合面や圧電性材料基板の接合面についてそれぞれ分光エリプソメトリーによる測定を行い、反射光の偏光状態を種々測定した。この結果として、特に可視光領域（波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域）において、反射光のp偏光とs偏光の位相差をΔとしたとき、波長位相差Δの最大値と最小値との差を７０°以下とすることで、スプリアス波の抑制効果が著しく向上することを見いだし、本発明に到達した。
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施形態を詳細に説明する。
最初に接合体およびこれを利用した弾性波素子について述べる。
まず、図２（ａ）に示すように、一対の主面１ａ、１ｂを有する支持基板１を準備する。次いで、主面（接合面）１ａに加工Ａを施すことによって、粗面化する。次いで、図２（ｂ）に示すように、支持基板１の主面１ａ上に接合層２を成膜する。この接合層２の表面２ａを、鏡面を得る目的でCMP研磨する。次いで、図２（ｃ）に示すように、接合層２の表面２ａに対して矢印Ｂのようにプラズマを照射し、表面活性化された接合面２ｂを得る。
最初に接合体およびこれを利用した弾性波素子について述べる。
まず、図２（ａ）に示すように、一対の主面１ａ、１ｂを有する支持基板１を準備する。次いで、主面（接合面）１ａに加工Ａを施すことによって、粗面化する。次いで、図２（ｂ）に示すように、支持基板１の主面１ａ上に接合層２を成膜する。この接合層２の表面２ａを、鏡面を得る目的でCMP研磨する。次いで、図２（ｃ）に示すように、接合層２の表面２ａに対して矢印Ｂのようにプラズマを照射し、表面活性化された接合面２ｂを得る。
一方、図３（ａ）に示すように、主面３ａを有する圧電性材料基板３を準備する。次いで、圧電性材料基板３の主面に対して矢印Ｃのようにプラズマを照射することによって表面活性化し、活性化された接合面３ｂを形成する。
次いで、支持基板上の接合層２の活性化された接合面２ｂと、圧電性材料基板３の活性化された接合面３ｂとを接触させ、直接接合することによって、図４（ａ）に示す接合体５を得る。
この状態で、圧電性材料基板３上に電極を設けても良い。しかし、好ましくは、図４（ｂ）に示すように、圧電性材料基板３の主面３ｃを加工して基板３Ａを薄くし、薄板化された圧電性材料基板３Ａを形成し、接合体５Ａとする。９は加工面である。次いで、図４（ｃ）に示すように、接合体５Ａの圧電性材料基板３Ａの加工面９上に所定の電極１０を形成し、弾性波素子６を得ることができる。
また、接合層２と圧電性材料基板３との間に中間層を設けることができる。図５、図６はこの実施形態に係るものである。
本例では、図２（ａ）に示すように、一対の主面１ａ、１ｂを有する支持基板１を準備する。次いで、主面（接合面）１ａに加工Ａを施すことによって、粗面化する。次いで、図２（ｂ）に示すように、支持基板１の主面１ａ上に接合層２を成膜する。この接合層２の表面を、鏡面を得る目的でCMP研磨する。次いで、図２（ｃ）に示すように、接合層２の接合面に対して矢印Ｂのようにプラズマを照射し、表面活性化された接合面２ｂを得る。
本例では、図２（ａ）に示すように、一対の主面１ａ、１ｂを有する支持基板１を準備する。次いで、主面（接合面）１ａに加工Ａを施すことによって、粗面化する。次いで、図２（ｂ）に示すように、支持基板１の主面１ａ上に接合層２を成膜する。この接合層２の表面を、鏡面を得る目的でCMP研磨する。次いで、図２（ｃ）に示すように、接合層２の接合面に対して矢印Ｂのようにプラズマを照射し、表面活性化された接合面２ｂを得る。
一方、図５（ａ）に示すように、主面３ａを有する圧電性材料基板３を準備する。次いで、図５（ｂ）に示すように、圧電性材料基板３の主面（接合面）３ａ上に中間層１２を形成し、中間層１２の表面に対して矢印Ｃのようにプラズマを照射することによって表面活性化し、活性化された接合面１２ａを形成する。
次いで、支持基板上の接合層２の活性化された接合面２ｂと、圧電性材料基板３上の中間層１２の活性化された接合面１２ａとを接触させ、直接接合することによって、図６（ａ）に示す接合体１５を得る。
この状態で、圧電性材料基板３上に電極を設けても良い。しかし、好ましくは、図６（ｂ）に示すように、圧電性材料基板３の主面３ｃを加工して基板３を薄くし、薄板化された圧電性材料基板３Ａを形成し、接合体１５Ａとする。９は加工面である。次いで、図６（ｃ）に示すように、接合体１５Ａの圧電性材料基板３Ａの加工面９上に所定の電極１０を形成し、弾性波素子１６を得ることができる。
あるいは、接合層２を成膜した後、続けて接合層２の上に中間層１２を成膜してもよい。この場合は、中間層１２の表面に対してCMP加工を実施し、接合面（鏡面）を得る。得られた接合面に対してプラズマを照射し、活性化する。次いで支持基板の表面をプラズマ活性化した後、中間層の接合面と直接接合する。
本発明においては、可視光領域（波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域）において、反射光のp偏光とs偏光の位相差をΔとしたとき、波長位相差Δの最大値と最小値との差を７０°以下とする。この点について更に述べる。
すなわち、分光エリプソメトリーは、試料の表面に対する入射光の偏光状態と反射光の偏光状態との変化を測定する分析手法である。図１に示すように、支持基板または圧電性材料基板表面に対して垂直で、入射光と反射光を含む面を入射面とする。この入射面に対し、電場が平行に振動する偏光成分をｐ偏光とし、入射面に対して垂直に振動する偏光成分をs偏光と呼ぶ。ここで、入射光は、ｐ偏光成分とｓ偏光成分の振幅と位相が一致した直線偏光（円偏光）とする。この入射光を基板表面に照射すると、基板表面で反射した光や、基板の内部にある層境界や欠陥などから反射した光は互いに干渉する。また、基板内を伝搬する光の速度は、その部分の屈折率に応じて遅くなるので位相もずれる。これらが入射面に平行な成分（p偏光）と垂直な成分（s偏光）では異なるので、図１に示すように、反射光の偏光状態は入射時とは異なる楕円偏光になる。
ここで、偏光状態の変化はフレネル振幅反射係数比ρで表される。
ρ＝ ｒｐ／ｒｓ・・・（１）
ここで、ｒｐは、p偏光に対するフレネル振幅反射係数（入射光と反射光の電界ベクトルの比）であり、ｒｓは、s偏光に対するフレネル振幅反射係数である。
ρ＝ ｒｐ／ｒｓ・・・（１）
ここで、ｒｐは、p偏光に対するフレネル振幅反射係数（入射光と反射光の電界ベクトルの比）であり、ｒｓは、s偏光に対するフレネル振幅反射係数である。
ｒｐ＝Ｅｒｐ／Ｅｉｐ・・・（２）
ｒｓ＝Ｅｒｓ／Ｅｉｓ・・・（３）
図１に示すように、Ｅｉｐは入射光のｐ偏光成分であり、Ｅｉｓは、入射光のｓ偏光成分である。また、Ｅｒｐは出射光のｐ偏光成分であり、Ｅｒｓは出射光のｓ偏光成分である。Ｎ０、Ｎ１は雰囲気および基板の屈折率である。
振幅反射係数は、複素数であり、振幅と位相の変化を表す。このため、フレネル振幅反射係数比ρは以下の式（４）で定義される。
ρ＝ｔａｎΨ×ｅｉΔ ・・・（４）
ここで、ｔａｎΨは、反射光のp偏光とs偏光の振幅比であり（式（５）参照）、Δは、反射光のp偏光とs偏光の位相差（式（６）参照）である。
ｔａｎΨ＝｜ｒｐ｜／｜ｒｓ｜ ・・・（５）
Δ＝δｒｐ−δｒｓ ・・・（６）
ｒｓ＝Ｅｒｓ／Ｅｉｓ・・・（３）
図１に示すように、Ｅｉｐは入射光のｐ偏光成分であり、Ｅｉｓは、入射光のｓ偏光成分である。また、Ｅｒｐは出射光のｐ偏光成分であり、Ｅｒｓは出射光のｓ偏光成分である。Ｎ０、Ｎ１は雰囲気および基板の屈折率である。
振幅反射係数は、複素数であり、振幅と位相の変化を表す。このため、フレネル振幅反射係数比ρは以下の式（４）で定義される。
ρ＝ｔａｎΨ×ｅｉΔ ・・・（４）
ここで、ｔａｎΨは、反射光のp偏光とs偏光の振幅比であり（式（５）参照）、Δは、反射光のp偏光とs偏光の位相差（式（６）参照）である。
ｔａｎΨ＝｜ｒｐ｜／｜ｒｓ｜ ・・・（５）
Δ＝δｒｐ−δｒｓ ・・・（６）
そして、本発明者は、特に、可視光領域（波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域）において、反射光のp偏光とs偏光の位相差Δ（式（６）参照）に着目し、圧電性材料基板や支持基板の接合面を種々加工してΔを測定し、これとスプリアス波との関係を観測した。この結果、可視光領域（波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域）において、反射光のp偏光とs偏光の位相差Δの相対変化（最大値と最小値との差）が小さい場合に、スプリアス波が著しく抑制されることを見いだした。具体的には、この位相差Δの最大値と最小値との差が７０°以下である場合に、スプリアス波の抑制効果が見られた。
こうした作用効果が得られた理由は明確ではないが、圧電性材料基板や支持基板の加工面近傍においては可視光の旋光作用があり、偏光状態を変化させていることがわかる。ここで、例えば図７に示すように、一般的には短波長側では位相差Δが大きくなり、長波長側では位相差Δが小さくなる傾向がある。これは、短波長の光のほうが旋光作用が大きいことを意味している。ここで、本発明例（実施例１、３）では、短波長側での位相差Δと長波長側での位相差Δとの差が比較的小さく、チャートがなだらかになっている。これに対して、比較例では、基板表面が鏡面であるが、短波長側での位相差Δと長波長側での位相差Δとの差が大きく、チャートが急峻になっている。これらの結果は、加工面近傍における表面変質層の微構造の変化を反映しているものと考えられる。
本発明の観点からは、波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域において、反射光のp偏光とs偏光の位相差Δの最大値と最小値との差を７０°以下とするが、６５°以下とすることが好ましく、６０°以下とすることが更に好ましい。また、波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域において、反射光のp偏光とs偏光の位相差Δの最大値と最小値との差を２０°以上とすることが好ましく、２５°以上とすることが更に好ましい。
圧電性材料基板の接合面、支持基板の接合面の分光エリプソメトリーによる測定結果を前記のように制御するには以下の加工方法を採用することが好ましい。
表面の粗化方法としては研削砥石を用いた研削加工、アルミナ、窒化珪素などの微少メディアを用いるブラスト加工といった機械加工法や、高速でイオンを衝突させるイオンビーム加工などが挙げられる。
表面の粗化方法としては研削砥石を用いた研削加工、アルミナ、窒化珪素などの微少メディアを用いるブラスト加工といった機械加工法や、高速でイオンを衝突させるイオンビーム加工などが挙げられる。
以下、本発明の各構成要素について順次述べる。
支持基板１の材質は特に限定されないが、好ましくは、シリコン、水晶、サイアロン、ムライト、サファイアおよび透光性アルミナからなる群より選ばれた材質からなる。これによって、弾性波素子６、１６の周波数の温度特性を一層改善することができる。
支持基板１の材質は特に限定されないが、好ましくは、シリコン、水晶、サイアロン、ムライト、サファイアおよび透光性アルミナからなる群より選ばれた材質からなる。これによって、弾性波素子６、１６の周波数の温度特性を一層改善することができる。
接合層、中間層の成膜方法は限定されないが、スパッタリング、化学的気相成長法（CVD）、蒸着を例示できる。
接合層２の材質は、表面活性化処理が可能であれば特に限定されないが、金属酸化膜が好ましく、酸化ケイ素、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた材質が特に好ましい。また、表面活性化処理方法は、用いる接合層の材質に応じて適切なものを選択することができる。こうした表面活性化方法としては、プラズマ活性化とＦＡＢ(Ａｒ原子ビーム)を例示できる。
中間層１２の材質は、表面活性化処理が可能であれば特に限定されないが、金属酸化膜が好ましく、酸化ケイ素、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた材質が特に好ましい。ただし中間層の材質には接合層とは異なるものを選ぶことが好ましい。
接合層２の厚さは、本発明の観点からは、０．０５μｍ以上であることが好ましく、０．１μｍ以上であることが更に好ましく、０．２μｍ以上であることが特に好ましい。また、接合層２の厚さは、３μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以下が好ましく、１μｍ以下が更に好ましい。
本発明で用いる圧電性材料基板３は、タンタル酸リチウム（ＬＴ）単結晶、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）単結晶、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体とする。これらは弾性波の伝搬速度が速く、電気機械結合係数が大きいため、高周波数且つ広帯域周波数用の弾性表面波デバイスとして適している。
また、圧電性材料基板３の主面３ａの法線方向は、特に限定されないが、例えば、圧電性材料基板３がＬＴからなるときには、弾性表面波の伝搬方向であるＸ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸に３２〜５５°回転した方向のもの、オイラー角表示で(１８０°，５８〜３５°，１８０°）、を用いるのが伝搬損失が小さいため好ましい。圧電性材料基板１がＬＮからなるときには、（ア）弾性表面波の伝搬方向であるＸ軸を中心に、Z軸から-Y軸に37.8°回転した方向のもの、オイラー角表示で(０°，３７．８°，０°)を用いるのが電気機械結合係数が大きいため好ましい、または、（イ）弾性表面波の伝搬方向であるＸ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸に４０〜６５°回転した方向のもの、オイラー角表示で(１８０°，５０〜２５°，１８０°）を用いるのが高音速が得られるため好ましい。更に、圧電性材料基板３の大きさは、特に限定されないが、例えば、直径１００〜２００ｍｍ，厚さが０．１５〜１μｍである。
次いで、支持基板１上の接合層２の接合面、圧電性材料基板３の接合面、圧電性材料基板３上の中間層１２の接合面に１５０℃以下でプラズマを照射し、接合面を活性化させる。本発明の観点からは、窒素プラズマを照射することが好ましいが、酸素プラズマを照射した場合にも、本発明の接合体を得ることが可能である。
表面活性化時の圧力は、１００Ｐａ以下が好ましく、８０Ｐａ以下が更に好ましい。また、雰囲気は窒素のみであって良く、酸素のみであってよいが、窒素、酸素の混合物であってもよい。
プラズマ照射時の温度は１５０℃以下とする。これによって、接合強度が高く、かつ結晶性の劣化のない接合体が得られる。この観点から、プラズマ照射時の温度を１５０℃以下とするが、１００℃以下とすることが更に好ましい。
また、プラズマ照射時のエネルギーは、３０〜１５０Ｗが好ましい。また、プラズマ照射時のエネルギーと照射時間との積は、０．１２〜１．０Whが好ましい。
プラズマ処理した圧電性材料基板の接合面と接合層の接合面を室温で互いに接触させる。このとき真空中で処理してもよいが、より好ましくは大気中で接触させる。
プラズマ処理した圧電性材料基板の接合面と接合層の接合面を室温で互いに接触させる。このとき真空中で処理してもよいが、より好ましくは大気中で接触させる。
アルゴン原子ビームによる表面活性化を行う際には、特開２０１４−０８６４００に記載のような装置を使用してアルゴン原子ビームを発生させ、照射することが好ましい。すなわち、ビーム源として、サドルフィールド型の高速原子ビーム源を使用する。そして、チャンバーに不活性ガスを導入し、電極へ直流電源から高電圧を印加する。これにより、電極（正極）と筺体（負極）との間に生じるサドルフィールド型の電界により、電子ｅが運動して、アルゴン原子とイオンのビームが生成される。グリッドに達したビームのうち、イオンビームはグリッドで中和されるので、アルゴン原子のビームが高速原子ビーム源から出射される。ビーム照射による活性化時の電圧は0.5〜2.0kVとすることが好ましく、電流は50〜200mAとすることが好ましい。
好適な実施形態においては、表面活性化処理前に、支持基板上の接合層の接合面、圧電性材料基板の接合面、圧電性材料基板上の中間層の接合面を平坦化加工する。各接合面を平坦化する方法は、ラップ(lap)研磨、化学機械研磨加工(CMP)などがある。また、平坦面は、Ra≦1nmが好ましく、0.3nm以下にすると更に好ましい。
次いで、支持基板上の接合層の接合面と圧電性材料基板３の接合面あるいは中間層の接合面を接触させ、接合する。この後、アニール処理を行うことによって、接合強度を向上させることが好ましい。アニール処理時の温度は、１００℃以上、３００℃以下が好ましい。
本発明の接合体５、５Ａ、１５、１５Ａは、弾性波素子６、１６に対して好適に利用できる。すなわち、本発明の接合体、および圧電性材料基板上に設けられた電極を備えている、弾性波素子である。
具体的には、弾性波素子６、１６としては、弾性表面波デバイスやラム波素子、薄膜共振子（ＦＢＡＲ）などが知られている。例えば、弾性表面波デバイスは、圧電性材料基板の表面に、弾性表面波を励振する入力側のＩＤＴ（Interdigital Transducer）電極（櫛形電極、すだれ状電極ともいう）と弾性表面波を受信する出力側のＩＤＴ電極とを設けたものである。入力側のＩＤＴ電極に高周波信号を印加すると、電極間に電界が発生し、弾性表面波が励振されて圧電性材料基板上を伝搬していく。そして、伝搬方向に設けられた出力側のＩＤＴ電極から、伝搬された弾性表面波を電気信号として取り出すことができる。
具体的には、弾性波素子６、１６としては、弾性表面波デバイスやラム波素子、薄膜共振子（ＦＢＡＲ）などが知られている。例えば、弾性表面波デバイスは、圧電性材料基板の表面に、弾性表面波を励振する入力側のＩＤＴ（Interdigital Transducer）電極（櫛形電極、すだれ状電極ともいう）と弾性表面波を受信する出力側のＩＤＴ電極とを設けたものである。入力側のＩＤＴ電極に高周波信号を印加すると、電極間に電界が発生し、弾性表面波が励振されて圧電性材料基板上を伝搬していく。そして、伝搬方向に設けられた出力側のＩＤＴ電極から、伝搬された弾性表面波を電気信号として取り出すことができる。
圧電性材料基板３Ａ上の電極１０を構成する材質は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、金が好ましく、アルミニウムまたはアルミニウム合金がさらに好ましい。アルミニウム合金は、Ａｌに0.3から5重量％のＣｕを混ぜたものを使用するのが好ましい。この場合、ＣｕのかわりにＴｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔａを使用しても良い。
（実施例１）
図２〜図４を参照しつつ説明した方法に従い、図４（ｃ）に示す弾性波素子６を作製した。
図２〜図４を参照しつつ説明した方法に従い、図４（ｃ）に示す弾性波素子６を作製した。
具体的には、厚さ２５０μｍの４２ＹカットＸ伝搬LiTaO3基板（圧電性材料基板）３の一方の主面３ｃを鏡面に研磨し、他方の主面３ａを、GC#1000でラップ加工した。また、厚みが０．２３ｍｍの高抵抗(>2kΩ・cm)Ｓｉ（１００）基板（支持基板）１を用意した。基板サイズはいずれも150ｍｍである。
次いで、支持基板の接合面を粗面に加工した。本実施例では番手が＃６０００の研削砥石を用いて研削加工した。加工量はおおよそ３μｍとした。
この支持基板の接合面を分光エリプソメトリー測定したときに、反射光のp偏光とs偏光の位相差をΔとしたとき、波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域において位相差Δの最大値と最小値との差は３１．３°であった。
この支持基板の接合面を分光エリプソメトリー測定したときに、反射光のp偏光とs偏光の位相差をΔとしたとき、波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域において位相差Δの最大値と最小値との差は３１．３°であった。
次に、この支持基板１の接合面１ａ上に、酸化珪素膜２を０．７μｍ成膜し、その表面をCMP（化学機械的研磨加工）で約0.2um研磨し、平坦化した。次いで、圧電性材料基板３の接合面３ｂと酸化珪素膜２の接合面をそれぞれN2プラズマで活性化した後に、大気中で接合した。具体的には、研磨後の接合層の表面粗さをＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で測定したところ、Ｒａが０．４ｎｍと接合に十分な鏡面が得られていることを確認した。
次いで、圧電性材料基板３の接合面３ｂおよび接合層２の接合面２ｂをそれぞれ洗浄および表面活性化した。具体的には、純水を用いた超音波洗浄を実施し、スピンドライにより基板表面を乾燥させた。次いで、洗浄後の支持基板をプラズマ活性化チャンバーに導入し、窒素ガスプラズマで３０℃で接合層の接合面を活性化した。また、圧電性材料基板３を同様にプラズマ活性化チャンバーに導入し、窒素ガスプラズマで３０℃で表面活性化した。表面活性化時間は４０秒とし、エネルギーは１００Ｗとした。表面活性化中に付着したパーティクルを除去する目的で、上述と同じ超音波洗浄、スピンドライを再度実施した。
次いで、各基板の位置合わせを行い、室温で両基板の活性化した接合面同士を接触させた。圧電性材料基板３側を上にして接触させた。この結果、基板同士の密着が広がる様子（いわゆるボンディングウェーブ）が観測され、良好に予備接合が行われたことが確認できた。次いで、接合強度を増すことを目的に、接合体を窒素雰囲気のオーブンに投入し、１３０℃で４０時間保持した。
加熱後の接合体の圧電性材料基板３の表面３ｃを研削加工、ラップ加工、およびＣＭＰ加工に供し、圧電性材料基板３Ａの厚さが７μｍとなるようにした。
次いで、本発明の効果を確認するために、接合体の圧電性材料基板上に、金属アルミニウムからなる櫛歯電極を形成し、表面弾性波素子の共振子を作製した。その諸元を以下に示す。
IDT周期 6μｍ
IDT開口長 300um
IDT本数 80本
反射器本数 40本
IDT周期 6μｍ
IDT開口長 300um
IDT本数 80本
反射器本数 40本
ネットワークアナライザで共振器の反射特性を測定したところ、図８に示すように、反共振周波数より高い領域でほとんどスプリアスがみられなかった。スプリアス波の値は２．７ｄＢであった。
これらの結果を表１に示す。
これらの結果を表１に示す。
（実施例２）
実施例１と同様にして表面弾性波素子の共振器を作製し、ネットワークアナライザで共振器の反射特性を測定した。ただし、支持基板の接合面の加工は、＃８０００の研削砥石を用いて研削加工を実施した。
また、支持基板の接合面を分光エリプソメトリー測定したときに、反射光のp偏光とs偏光の位相差をΔとしたとき、波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域において位相差Δの最大値と最小値との差は３７．４°であった。この結果、スプリアス波の大きさは３．２ｄＢであった。
実施例１と同様にして表面弾性波素子の共振器を作製し、ネットワークアナライザで共振器の反射特性を測定した。ただし、支持基板の接合面の加工は、＃８０００の研削砥石を用いて研削加工を実施した。
また、支持基板の接合面を分光エリプソメトリー測定したときに、反射光のp偏光とs偏光の位相差をΔとしたとき、波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域において位相差Δの最大値と最小値との差は３７．４°であった。この結果、スプリアス波の大きさは３．２ｄＢであった。
（実施例３）
実施例１と同様にして表面弾性波素子の共振器を作製し、ネットワークアナライザで共振器の反射特性を測定した。ただし、支持基板の接合面の加工は、窒化珪素粒を用いて基板全面をブラスト加工した。この時の加工量を見積もったところ、僅か１０nmであった。
また、支持基板の接合面を分光エリプソメトリー測定したときに、反射光のp偏光とs偏光の位相差をΔとしたとき、波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域において位相差Δの最大値と最小値との差は５８．５°であった。スプリアス波の大きさは４．８ｄＢであった。
実施例１と同様にして表面弾性波素子の共振器を作製し、ネットワークアナライザで共振器の反射特性を測定した。ただし、支持基板の接合面の加工は、窒化珪素粒を用いて基板全面をブラスト加工した。この時の加工量を見積もったところ、僅か１０nmであった。
また、支持基板の接合面を分光エリプソメトリー測定したときに、反射光のp偏光とs偏光の位相差をΔとしたとき、波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域において位相差Δの最大値と最小値との差は５８．５°であった。スプリアス波の大きさは４．８ｄＢであった。
（実施例４）
実施例１と同様にして表面弾性波素子の共振器を作製し、ネットワークアナライザで共振器の反射特性を測定した。ただし、支持基板の接合面の加工は、支持基板をイオン加工機に投入し、０．５ｋｅＶで加速したArイオンを衝突させてその接合面を加工した。
また、支持基板の接合面を分光エリプソメトリー測定したときに、反射光のp偏光とs偏光の位相差をΔとしたとき、波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域において位相差Δの最大値と最小値との差は４２．８°であった。
この結果、スプリアス波の大きさは３．３ｄＢであった。
実施例１と同様にして表面弾性波素子の共振器を作製し、ネットワークアナライザで共振器の反射特性を測定した。ただし、支持基板の接合面の加工は、支持基板をイオン加工機に投入し、０．５ｋｅＶで加速したArイオンを衝突させてその接合面を加工した。
また、支持基板の接合面を分光エリプソメトリー測定したときに、反射光のp偏光とs偏光の位相差をΔとしたとき、波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域において位相差Δの最大値と最小値との差は４２．８°であった。
この結果、スプリアス波の大きさは３．３ｄＢであった。
（実施例５）
実施例１と同様にして表面弾性波素子の共振器を作製し、ネットワークアナライザで共振器の反射特性を測定した。支持基板をイオン加工機に投入し、１．０ｋｅＶで加速したArイオンを衝突させてその接合面を加工した。
また、支持基板の接合面を分光エリプソメトリー測定したときに、反射光のp偏光とs偏光の位相差をΔとしたとき、波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域において位相差Δの最大値と最小値との差は５０．９°であった。
スプリアス波の大きさは３．５ｄＢであった。
実施例１と同様にして表面弾性波素子の共振器を作製し、ネットワークアナライザで共振器の反射特性を測定した。支持基板をイオン加工機に投入し、１．０ｋｅＶで加速したArイオンを衝突させてその接合面を加工した。
また、支持基板の接合面を分光エリプソメトリー測定したときに、反射光のp偏光とs偏光の位相差をΔとしたとき、波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域において位相差Δの最大値と最小値との差は５０．９°であった。
スプリアス波の大きさは３．５ｄＢであった。
（比較例）
実施例１と同様にして表面弾性波素子の共振器を作製し、ネットワークアナライザで共振器の反射特性を測定した。ただし，支持基板の接合面は鏡面としたので、Ｒａは０．０２nmである。
支持基板の接合面を分光エリプソメトリー測定したときに、反射光のp偏光とs偏光の位相差をΔとしたとき、波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域において位相差Δの最大値と最小値との差は８５．０°であった。
反射特性は、図９に示すように、スプリアスがみられた。スプリアス波の大きさは１２ｄＢであった。
実施例１と同様にして表面弾性波素子の共振器を作製し、ネットワークアナライザで共振器の反射特性を測定した。ただし，支持基板の接合面は鏡面としたので、Ｒａは０．０２nmである。
支持基板の接合面を分光エリプソメトリー測定したときに、反射光のp偏光とs偏光の位相差をΔとしたとき、波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域において位相差Δの最大値と最小値との差は８５．０°であった。
反射特性は、図９に示すように、スプリアスがみられた。スプリアス波の大きさは１２ｄＢであった。
Claims (4)
- 支持基板、
ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウムからなる群より選ばれた材質からなる圧電性材料基板、および
前記支持基板と前記圧電性材料基板とを接合する接合層
を備えている接合体であって、
前記支持基板の接合前の接合面と前記圧電性材料基板の接合前の接合面との少なくとも一方を分光エリプソメトリー測定したときに、反射光のp偏光とs偏光の位相差をΔとしたとき、波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域において前記位相差Δの最大値と最小値との差が７０°以下であることを特徴とする、接合体。
- 前記接合層が、酸化ケイ素、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた材質からなることを特徴とする、請求項１記載の接合体。
- 支持基板、
ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウムからなる群より選ばれた材質からなる圧電性材料基板、および
前記支持基板と前記圧電性材料基板とを接合する接合層
を備えている接合体を製造する方法であって、
前記支持基板の接合前の接合面と前記圧電性材料基板の接合前の接合面との少なくとも一方を分光エリプソメトリー測定したときに、反射光のp偏光とs偏光の位相差をΔとしたとき、波長４００ｎｍから７６０ｎｍの間の領域において前記位相差Δの最大値と最小値との差が７０°以下であり、
前記支持基板の前記接合面と前記圧電性材料基板の前記接合面とを前記接合層によって接合することを特徴とする、接合体の製造方法。
- 前記接合層が、酸化ケイ素、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた材質からなることを特徴とする、請求項３記載の接合体の製造方法。
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