JP6998650B2 - 接合基板、弾性表面波素子、弾性表面波デバイスおよび接合基板の製造方法 - Google Patents
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Description
特許法第３０条第２項適用 ２０１６ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ（ＩＣＥＰ）（発行所 Ｔｈｅ Ｊａｐａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ、発行日 平成２８年４月２０日） 平成２７年度山梨大学工学部電気電子工学科卒業論文発表会要旨集（発行所 山梨大学工学部電気電子工学科、発行日 平成２８年２月１６日） 平成２７年度山梨大学工学部電気電子工学科卒業論文発表会（開催日 平成２８年２月１６日）
この発明は、弾性表面波を利用した接合基板、弾性表面波素子、弾性表面波デバイスおよび接合基板の製造方法に関するものである。
携帯電話などの移動体通信機器の進化に伴い表面弾性波（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ：ＳＡＷ）デバイスについても高性能化が要求されている。特に高周波化、広帯域化のために高速、高結合のＳＡＷモード及び温度変化による通過帯域の移動を防止する優れた温度特性をもつＳＡＷ基板が要請されている。
さらに、縦型漏洩弾性表面波（Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ－ｔｙｐｅ Ｌｅａｋｙ ＳＡＷ： ＬＬＳＡＷ等とも呼ばれる）は、レイリー波の１．５倍～２．０倍に近い位相速度を有しており、ＳＡＷデバイスの高周波化に有利な伝搬モードの一つである。しかし、ＳＨ波とＳＶ波のバルク波を漏洩しながら伝搬するため非常に大きな減衰伝搬を有している。
さらに、縦型漏洩弾性表面波（Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ－ｔｙｐｅ Ｌｅａｋｙ ＳＡＷ： ＬＬＳＡＷ等とも呼ばれる）は、レイリー波の１．５倍～２．０倍に近い位相速度を有しており、ＳＡＷデバイスの高周波化に有利な伝搬モードの一つである。しかし、ＳＨ波とＳＶ波のバルク波を漏洩しながら伝搬するため非常に大きな減衰伝搬を有している。
特許文献１には、ニオブ酸リチウム基板表面付近にプロトン交換層を形成した後に、表層のみに逆プロトン交換層を形成することによって、ＬＬＳＡＷのバルク波放射に起因する損失を減少させようとする技術が提案されている。
非特許文献１、非特許文献２にもＬＬＳＡＷの低損失化の手法として、基板方位、電極膜厚の最適化が試みられている。
また、温度特性については例えば、現状良く使われているタンタル酸リチウムの周波数変化の温度係数は－３５ｐｐｍ／℃、ニオブ酸リチウムでは－７９ｐｐｍ／℃であり、周波数変動が大きい。このため、周波数変化の温度係数を低減することが必要である。
一方ＳＴ－Ｃｕｔ水晶の温度係数は０ｐｐｍ／℃であり優れた特性を示すが、伝搬速度や結合係数においてタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムに大きく劣る。
一方ＳＴ－Ｃｕｔ水晶の温度係数は０ｐｐｍ／℃であり優れた特性を示すが、伝搬速度や結合係数においてタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムに大きく劣る。
特許文献２には、ＳＡＷ伝搬基板と支持基板とを有機薄膜層によって接着したデバイスが記載されている。伝搬基板は例えば厚さ３０μｍのタンタル酸リチウム基板であり、これを厚さ３００μｍのガラス基板と厚さ１５μｍの有機接着剤によって貼り合わせている。
特許文献３にもタンタル酸リチウム基板（厚さ：１２５μｍ）と石英ガラス基板（厚さ：１２５μｍ）とを接着剤で貼り合せたＳＡＷデバイスが記載されている。
特許文献４にはタンタル酸リチウム基板と支持基板の接着について有機接着層を薄層化することにより温度特性が改善されると報告されている。
"ＧＨｚ－ｂａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｄｅｖｉｃｅｓ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｌｅａｋｙ ｍｏｄｅ" ，］． Ａｐｐｌ． Ｐｈｉｓ．，ｖｏｌ． ３６，ｎｏ９Ｂ，ｐｐ． ６０８３－６０８７，１９９７．
"ＬｉＮｂＯ３の縦波型漏洩弾性表面波の共振器特性－有限要素解析解結合法による解析"信学会基礎・境界ソサイエティ大会，Ａ－１９５，ｐ．１９６，１９９６．
しかし、特許文献１では、ＬＬＳＡＷのバルク波放射に起因する損失が減少し、伝搬特性などが格段に向上することを確認しているが、提案構造ではデバイスの歩留りが極端に悪いという問題点がある。
特許文献２、３ともに温度特性が改善されたという具体的なデータは記載されていない。
特許文献４では有機接着層を薄層化することにより温度特性が改善されているが、それでも１５ｐｐｍ／℃ＳＴ－Ｃｕｔ水晶の０ｐｐｍ／℃には到達しておらず、また接着剤で接合しているため歩留が悪い等の問題がある。
特許文献２、３ともに温度特性が改善されたという具体的なデータは記載されていない。
特許文献４では有機接着層を薄層化することにより温度特性が改善されているが、それでも１５ｐｐｍ／℃ＳＴ－Ｃｕｔ水晶の０ｐｐｍ／℃には到達しておらず、また接着剤で接合しているため歩留が悪い等の問題がある。
本発明の課題の一つは、ＬＬＳＡＷ等を伝搬減衰させないで利用することで高周波化、広帯域化を達成すること、かつ周波数の温度係数を低減すること、接合基板の歩留りを向上させることである。
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、上記課題の解決を図ることを可能にする接合基板、弾性表面波素子、弾性表面波デバイスおよび接合基板の製造方法を提供することを目的の一つとする。
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、上記課題の解決を図ることを可能にする接合基板、弾性表面波素子、弾性表面波デバイスおよび接合基板の製造方法を提供することを目的の一つとする。
すなわち、本発明の接合基板のうち、第１の形態は、水晶基板と、前記水晶基板上に接合され、縦型漏洩弾性表面波を励起して伝搬させる圧電基板とを有し、接合界面において共有結合により接合されており、前記水晶基板がＳＴ－Ｃｕｔ方向に切り出したものであり、前記圧電基板がＸカット３１°Ｙ伝搬のタンタル酸リチウムからなり、前記圧電基板の厚さが０．１～１０μｍ、前記水晶基板の厚さが１５０～５００μｍであることを特徴とする。
他の形態の接合基板の発明は、前記形態の発明において、前記水晶基板と圧電基板との間にアモルファス層を有しており、前記アモルファス層の界面が前記接合界面となることを特徴とする。
他の形態の接合基板の発明は、前記形態の発明において、前記アモルファス層が１００ｎｍ以下の厚さであることを特徴とする。
他の形態の接合基板の発明は、前記形態の発明において、前記アモルファス層が、二酸化ケイ素または酸化アルミニウムからなることを特徴とする。
他の形態の接合基板の発明は、前記形態の発明において、前記圧電基板は、厚さが、弾性表面波の波長に対し０．０５～１０波長に相当することを特徴とする。
本発明の弾性表面波素子は、前記各形態の接合基板における圧電基板の主面上に、少なくとも１つの櫛型電極を備えていることを特徴とする。
本発明の弾性表面波デバイスは、前記形態の弾性表面波素子がパッケージに封止されていることを特徴とする。
本発明の接合基板の製造方法のうち、第１の形態は、ＳＴ－Ｃｕｔ方向に切り出され、厚さが１５０～５００μｍである水晶基板とＸカット３１°Ｙ伝搬のタンタル酸リチウムからなり、厚さが０．１～１０μｍである圧電基板とが接合され、前記圧電基板で縦型漏洩弾性表面波を励起して伝搬させる接合基板の製造方法であって、
水晶基板の接合面および圧電基板の接合面に、減圧下で紫外線を照射し、照射後に、水晶基板の接合面と圧電基板の接合面とを接触させ、水晶基板と圧電基板とに厚さ方向に加圧をして前記接合面同士を接合することを特徴とする。
水晶基板の接合面および圧電基板の接合面に、減圧下で紫外線を照射し、照射後に、水晶基板の接合面と圧電基板の接合面とを接触させ、水晶基板と圧電基板とに厚さ方向に加圧をして前記接合面同士を接合することを特徴とする。
他の形態の接合基板の製造方法の発明は、前記形態の本発明において、前記加圧の際に、所定の温度に加熱をすることを特徴とする。
他の形態の接合基板の製造方法の発明は、前記形態の本発明において、前記水晶基板が、水熱合成法で結晶成長させ、任意の方向に切り出したものであることを特徴とする。
他の形態の接合基板の製造方法の発明は、前記形態の本発明において、前記水晶基板と圧電基板の接合面の一方または両方にアモルファス層を介在させておくことを特徴とする。
他の形態の接合基板の製造方法の発明は、前記形態の本発明において、前記アモルファス層は、薄膜形成方法によって付着させたものであることを特徴とする。
以下に、本発明で規定した技術的事項についてその理由を説明する。
共有結合
水晶基板と圧電基板とが直接またはアモルファス層を介在して共有結合されていることにより、接合強度を保つことができる。例えば、アモルファス層を介在させてＳｉＯ２を用いた場合、その共有結合はＳｉ－Ｏ－Ｓｉとなり、その部分が接合層になる。
ただし、本願発明としては、アモルファス層を介在させないものであってもよい。
水晶基板と圧電基板とが直接またはアモルファス層を介在して共有結合されていることにより、接合強度を保つことができる。例えば、アモルファス層を介在させてＳｉＯ２を用いた場合、その共有結合はＳｉ－Ｏ－Ｓｉとなり、その部分が接合層になる。
ただし、本願発明としては、アモルファス層を介在させないものであってもよい。
アモルファス層
水晶基板と圧電基板との接合界面にアモルファス層を介在させることにより共有結合をより確実にすることができる。
なお、アモルファス層の材質は本発明としては特に限定されるものではないが、ＳｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３を好適に用いることができる。特に、ＳｉＯ２のアモルファス層は成膜時にパーティクルが発生しやすいことから、接合不良の原因となることから、パーティクルの発生率が少ないＡｌ２Ｏ３がさらに望ましい。
水晶基板と圧電基板との接合界面にアモルファス層を介在させることにより共有結合をより確実にすることができる。
なお、アモルファス層の材質は本発明としては特に限定されるものではないが、ＳｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３を好適に用いることができる。特に、ＳｉＯ２のアモルファス層は成膜時にパーティクルが発生しやすいことから、接合不良の原因となることから、パーティクルの発生率が少ないＡｌ２Ｏ３がさらに望ましい。
上記アモルファス層は、薄膜の内部応力が発生し、基板自身が反ることから、接合箇所の平坦性を保てない為、厚さを１００ｎｍ以下とするのが望ましい。同様の理由でさらに５ｎｍ以下とするのが一層望ましい。
水晶基板厚さ：１５０～５００μｍ
水晶基板厚さは、水晶基板の特徴である温度特性が０に近いことを生かすために上記範囲が望ましい。同様の理由で下限を２００μｍ、上限を５００μｍとするのが一層望ましい。
水晶基板厚さは、水晶基板の特徴である温度特性が０に近いことを生かすために上記範囲が望ましい。同様の理由で下限を２００μｍ、上限を５００μｍとするのが一層望ましい。
圧電基板厚さ：弾性表面波の波長に対し、０．０５～１０波長
圧電基板厚さは、ＬＬＳＡＷ（縦型漏洩弾性表面波）を取り出すためには、弾性表面波の波長に対し、０．０５波長～１０波長が望ましい。ＬＬＳＡＷは、ＬＳＡＷ（漏洩弾性表面波）よりも１．５～２倍の伝搬速度を持つ伝搬モードであり、伝搬速度を稼ぐには、本圧電基板厚さが有効である。水晶との接合の場合、厚い方が遅くなる。
具体的な厚さとしては、０．１～１００μｍが例示される。同様の理由で下限を０．１μｍ、上限を１０μｍとするのが一層望ましい。
圧電基板厚さは、ＬＬＳＡＷ（縦型漏洩弾性表面波）を取り出すためには、弾性表面波の波長に対し、０．０５波長～１０波長が望ましい。ＬＬＳＡＷは、ＬＳＡＷ（漏洩弾性表面波）よりも１．５～２倍の伝搬速度を持つ伝搬モードであり、伝搬速度を稼ぐには、本圧電基板厚さが有効である。水晶との接合の場合、厚い方が遅くなる。
具体的な厚さとしては、０．１～１００μｍが例示される。同様の理由で下限を０．１μｍ、上限を１０μｍとするのが一層望ましい。
圧電基板：タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム
現状、本基板材料としては、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムがＳＡＷデバイスで最も多く使われており、品質は良好であり、基板コストも低価格化している。
ただし、本発明としては、圧電基板の材料が上記に限定されるものではない。
現状、本基板材料としては、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムがＳＡＷデバイスで最も多く使われており、品質は良好であり、基板コストも低価格化している。
ただし、本発明としては、圧電基板の材料が上記に限定されるものではない。
圧電基板：面方位が３６°～４５°Ｙカットタンタル酸リチウム、または
１２８°Ｙカットニオブ酸リチウムもしくは
面方位がＸカットタンタル酸リチウム、または
Ｘカットニオブ酸リチウム
基板表面にはＬＳＡＷが発生しやすい基板カット方位であるが、基板内部にはバルク波、リーキ波が発生している。すなわち、波が発生しやすい基板カット方位であることから、上記の基板方位を選択するのが望ましい。
なお、伝搬方位は、ＹカットでＸ伝搬、ＸカットでＹ伝搬とするのが望ましい。
１２８°Ｙカットニオブ酸リチウムもしくは
面方位がＸカットタンタル酸リチウム、または
Ｘカットニオブ酸リチウム
基板表面にはＬＳＡＷが発生しやすい基板カット方位であるが、基板内部にはバルク波、リーキ波が発生している。すなわち、波が発生しやすい基板カット方位であることから、上記の基板方位を選択するのが望ましい。
なお、伝搬方位は、ＹカットでＸ伝搬、ＸカットでＹ伝搬とするのが望ましい。
減圧下で紫外線を照射
紫外線を照射することで、接合面を活性化させＯＨ基を生成させる。紫外線の波長は特に限定されるものではないが、例えば１０～２００ｎｍを示すことができる。
なお、雰囲気を減圧することで、紫外線が雰囲気内において吸収されるのを防止することができる。減圧圧力は、低い方が吸収防止効果がある。例えば、１０Ｐａ以下とするのが望ましい。ただし、あまりに圧力を低減しても効果は飽和し、装置コストも増大する。
紫外線を照射することで、接合面を活性化させＯＨ基を生成させる。紫外線の波長は特に限定されるものではないが、例えば１０～２００ｎｍを示すことができる。
なお、雰囲気を減圧することで、紫外線が雰囲気内において吸収されるのを防止することができる。減圧圧力は、低い方が吸収防止効果がある。例えば、１０Ｐａ以下とするのが望ましい。ただし、あまりに圧力を低減しても効果は飽和し、装置コストも増大する。
所定温度の加熱
水晶基板と圧電基板との接合面接触において加熱を行うことで共有結合をより効果的に行うことができる。加熱温度としては、１５０～２００℃程度が望ましい。ただし、水晶基板と圧電基板の熱膨張係数差があり、室温に戻した際に基板の破壊が発生することを回避する理由で加熱温度は２００℃以下が望ましい。又、共有結合する際、副生成物でＨ２Ｏを発生するため、Ｈ２Ｏを完全に除去するためには１５０℃以上とするのが望ましい。
水晶基板と圧電基板との接合面接触において加熱を行うことで共有結合をより効果的に行うことができる。加熱温度としては、１５０～２００℃程度が望ましい。ただし、水晶基板と圧電基板の熱膨張係数差があり、室温に戻した際に基板の破壊が発生することを回避する理由で加熱温度は２００℃以下が望ましい。又、共有結合する際、副生成物でＨ２Ｏを発生するため、Ｈ２Ｏを完全に除去するためには１５０℃以上とするのが望ましい。
加圧圧力
水晶基板と圧電基板との接合に際し、両者間に圧力を加えるのが望ましい。０．５Ｐａ以上とすることで接合が促進される。一方、圧力が大きすぎると、基板破損の可能性があるので、上限は１０ＭＰａ以下とするのが望ましい。
水晶基板と圧電基板との接合に際し、両者間に圧力を加えるのが望ましい。０．５Ｐａ以上とすることで接合が促進される。一方、圧力が大きすぎると、基板破損の可能性があるので、上限は１０ＭＰａ以下とするのが望ましい。
本発明の接合基板によれば、水晶基板と圧電基板とを歩留まりよく接合されている。この接合基板を用いた弾性表面波素子では、速い位相速度と高い電気機械結合係数が得られる。したがって、ＬＬＳＡＷを伝搬減衰させず、かつ周波数の温度係数も低減するＳＡＷ基板を作製することが出来る。この結果、次世代の移動体通信機器が要求している高周波化、広帯域化のための高速、高結合のＳＡＷモード及び温度変化による通過帯域の移動を防止する優れた温度特性をもつＳＡＷ基板が得られる効果がある。
以下に、本発明の一実施形態の接合基板および弾性表面波素子について説明する。
接合基板５は、水晶基板２と圧電基板３とが、接合界面４を介して接合されている。水晶基板２と、圧電基板３とは接合界面４において共有結合によって接合されている。
水晶基板２は、好適には１５０～５００μｍの厚さを有し、圧電基板３は、好適には表面弾性波の波長に対し０．０５～１０波長に相当する厚さを有している。
水晶基板３は、例えば、水熱合成法で結晶成長させ、任意の方向に切り出したものを用いることができる。圧電基板３には、適宜の材料を用いることができるが、例えば、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムにより構成することができる。特に、面方位が３６°Ｙカット、Ｘ伝搬のタンタル酸リチウム、または１２８°Ｙカット、Ｘ伝搬のニオブ酸リチウムを用いることができる。
接合基板５は、水晶基板２と圧電基板３とが、接合界面４を介して接合されている。水晶基板２と、圧電基板３とは接合界面４において共有結合によって接合されている。
水晶基板２は、好適には１５０～５００μｍの厚さを有し、圧電基板３は、好適には表面弾性波の波長に対し０．０５～１０波長に相当する厚さを有している。
水晶基板３は、例えば、水熱合成法で結晶成長させ、任意の方向に切り出したものを用いることができる。圧電基板３には、適宜の材料を用いることができるが、例えば、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムにより構成することができる。特に、面方位が３６°Ｙカット、Ｘ伝搬のタンタル酸リチウム、または１２８°Ｙカット、Ｘ伝搬のニオブ酸リチウムを用いることができる。
また、水晶基板２と圧電基板３との間には、図２に示すように、アモルファス層６を介在させた表面弾性波素子１Ａとすることができる。なお、上記実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
この実施形態で、アモルファス層６を介在させる場合、アモルファス層６と水晶基板２との間に接合界面が存在し、アモルファス層６の他面側でアモルファス層６と圧電基板３との間に接合界面が存在する。アモルファス層６の材質は本発明としては特に限定されないが、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３などを用いることができる。また、アモルファス層の厚さは、１００ｎｍ以下とするのが望ましい。
なお、アモルファス層６の形成では、水晶基板２または圧電基板３の表面に薄膜を形成するようにしてアモルファス層６を形成する。また、水晶基板２表面と圧電基板３表面の双方にアモルファス層を形成するものとしてもよい。
アモルファス層は、既知の方法により形成することができ、化学的蒸着や、スパッタリング等の物理的蒸着を利用することができる。
この実施形態で、アモルファス層６を介在させる場合、アモルファス層６と水晶基板２との間に接合界面が存在し、アモルファス層６の他面側でアモルファス層６と圧電基板３との間に接合界面が存在する。アモルファス層６の材質は本発明としては特に限定されないが、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３などを用いることができる。また、アモルファス層の厚さは、１００ｎｍ以下とするのが望ましい。
なお、アモルファス層６の形成では、水晶基板２または圧電基板３の表面に薄膜を形成するようにしてアモルファス層６を形成する。また、水晶基板２表面と圧電基板３表面の双方にアモルファス層を形成するものとしてもよい。
アモルファス層は、既知の方法により形成することができ、化学的蒸着や、スパッタリング等の物理的蒸着を利用することができる。
次に、接合基板および弾性表面波素子の製造について図３を参照して説明する。
所定材料の水晶基板と圧電素子を用意する。なお、接合面にアモルファス層を形成する場合は、形成の対象とする水晶基板と圧電素子の一方または両方に対し、接合面側に成膜処理を行う。成膜処理の方法としては特に限定されるものではなく、真空蒸着法、スパッタ法などの薄膜形成技術を用いることができる。例えば、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅプラズマ成膜にて接合面に１００ｎｍ以下のアモルファス層を形成することができる。このアモルファス膜は膜密度が非常に高く形成できることから接合表面の活性化度合いが大であり、より多くのＯＨ基が発生する。
所定材料の水晶基板と圧電素子を用意する。なお、接合面にアモルファス層を形成する場合は、形成の対象とする水晶基板と圧電素子の一方または両方に対し、接合面側に成膜処理を行う。成膜処理の方法としては特に限定されるものではなく、真空蒸着法、スパッタ法などの薄膜形成技術を用いることができる。例えば、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅプラズマ成膜にて接合面に１００ｎｍ以下のアモルファス層を形成することができる。このアモルファス膜は膜密度が非常に高く形成できることから接合表面の活性化度合いが大であり、より多くのＯＨ基が発生する。
用意された水晶基板２と圧電基板３とは、密閉構造の処理装置２０内に設置する。図では、水晶基板２のみを記載している。
処理装置２０では、真空ポンプ２１が接続され、処理装置２０内を例えば１０Ｐａ以下に減圧する。処理装置２０内には、放電ガスを導入し、処理装置２０内で放電装置２２によって放電を行って紫外線を発生させる。放電は、高周波電圧を印加する方法を使用するなどにより行うことができる。
水晶基板２と圧電基板３とは、紫外線が照射可能な状態で設置しており、接合面に紫外線を照射して活性化を図る。なお、水晶基板２と圧電基板３の一方または両方にアモルファス層が形成されている場合は、アモルファス層の表面を接合面として紫外線照射を行う。
処理装置２０では、真空ポンプ２１が接続され、処理装置２０内を例えば１０Ｐａ以下に減圧する。処理装置２０内には、放電ガスを導入し、処理装置２０内で放電装置２２によって放電を行って紫外線を発生させる。放電は、高周波電圧を印加する方法を使用するなどにより行うことができる。
水晶基板２と圧電基板３とは、紫外線が照射可能な状態で設置しており、接合面に紫外線を照射して活性化を図る。なお、水晶基板２と圧電基板３の一方または両方にアモルファス層が形成されている場合は、アモルファス層の表面を接合面として紫外線照射を行う。
紫外線照射を行った、水晶基板２と圧電基板３とは、接合面を接触させ、常温または２００℃以内温度に加熱し、両者間に圧力を加えて接合を行う。圧力としては１０Ｐａを付加することができ、処理時間は５分～４時間程度とすることができる。ただし、本発明としては圧力や処理時間が特に限定されるものではない。
上記処理によって、水晶基板２と圧電基板３とは接合界面において確実に共有結合で結合される。
上記処理によって、水晶基板２と圧電基板３とは接合界面において確実に共有結合で結合される。
図４は、圧電基板２と水晶基板３における接合面の状態を示すものである。
Ａ図は、紫外線照射により接合面が活性化してＯＨ基が表面に形成された状態を示している。Ｂ図は、基板同士を接触させ、加圧・昇温をして接合を行っている状態を示している。接合に際しては、ＯＨ基が作用して基板同士が共有結合される。余分なＨ２Ｏは加熱時に外部に排除される。
Ａ図は、紫外線照射により接合面が活性化してＯＨ基が表面に形成された状態を示している。Ｂ図は、基板同士を接触させ、加圧・昇温をして接合を行っている状態を示している。接合に際しては、ＯＨ基が作用して基板同士が共有結合される。余分なＨ２Ｏは加熱時に外部に排除される。
上記工程により接合基板が得られる。接合基板に対しては、圧電基板３の主面上に、図１に示すように櫛形電極１０をパターン形成する。櫛形電極１０の形成方法は特に限定されず、適宜の方法を用いることができる。また、櫛形電極１０の形状も適宜の形状を採択することができる。上記工程により弾性表面波素子１が得られる。
弾性表面波素子１は、図５に示すようにパッケージング３１内に設置して図示しない電極に接続し、蓋３２で封止して弾性表面波デバイス３０として提供することができる。
弾性表面波素子１は、図５に示すようにパッケージング３１内に設置して図示しない電極に接続し、蓋３２で封止して弾性表面波デバイス３０として提供することができる。
以下に、本発明の実施例について説明する。
上記実施形態に基づいて接合基板が得られ、圧電基板の主面上にはＬＬＳＡＷの伝搬方向がＸ方向となるようにＳＡＷ共振器を設けた。
この例では、圧電基板として厚みが１００μｍで面方位がＸカット３１°Ｙ伝搬のタンタル酸リチウムを用いた。また、水晶基板は水熱合成法で、結晶育成されたものについて厚み２５０μｍ、ＳＴ－Ｃｕｔ方向に切り出したものを用いた。
接合したサンプルについて研磨にてタンタル酸リチウム側を薄くし、厚みは１０μｍ程度とした。
水晶基板と圧電基板とを接合した後に、圧電基板を薄くした供試材について、ＬＬＳＡＷの位相速度と電気機械結合係数について計算し、その結果を図６、７に示した。
電気機械結合係数Ｋ２は、圧電基板上の電気的条件を自由表面（Ｆｒｅｅ）、および短絡表面（Ｍｅｔａｌｌｉｚｅｄ）とした場合の位相速度Ｖｆ、Ｖｍより、Ｋ２＝２（Ｖｆ－Ｖｍ）／Ｖｆ ［％］より求めた。
供試材では、縦型ＬＳＡＷを用いることで、現状ＳＡＷフィルタ基板として広く用いられている３６～４５°Ｙカット、Ｘ伝搬のタンタル酸リチウム上のＬＳＡＷの位相速度（約４，１００ｍ／ｓ）よりも約１．５倍速い位相速度が得られている。また、Ｘカット３１°Ｙ伝搬のタンタル酸リチウム単体の縦型ＬＳＡＷのＫ２は２．３％であるが，圧電基板の厚みを０．１５～０．３５波長とした場合に約３倍のＫ２が得られている。この値は３６～４５°Ｙカット、Ｘ伝搬のタンタル酸リチウム上のＬＳＡＷのＫ２（約５％）よりも大きい。
得られた接合基板について、引張試験（ウェハ面に対し垂直に引張る）の方法によって接合強度の測定を行った。その結果、４ＭＰａ以上（単位面積で換算）の接合強度が得られていることが判明し、更にバルク破壊を生ずる優れた接合強度が得られていた。
上記実施形態に基づいて接合基板が得られ、圧電基板の主面上にはＬＬＳＡＷの伝搬方向がＸ方向となるようにＳＡＷ共振器を設けた。
この例では、圧電基板として厚みが１００μｍで面方位がＸカット３１°Ｙ伝搬のタンタル酸リチウムを用いた。また、水晶基板は水熱合成法で、結晶育成されたものについて厚み２５０μｍ、ＳＴ－Ｃｕｔ方向に切り出したものを用いた。
接合したサンプルについて研磨にてタンタル酸リチウム側を薄くし、厚みは１０μｍ程度とした。
水晶基板と圧電基板とを接合した後に、圧電基板を薄くした供試材について、ＬＬＳＡＷの位相速度と電気機械結合係数について計算し、その結果を図６、７に示した。
電気機械結合係数Ｋ２は、圧電基板上の電気的条件を自由表面（Ｆｒｅｅ）、および短絡表面（Ｍｅｔａｌｌｉｚｅｄ）とした場合の位相速度Ｖｆ、Ｖｍより、Ｋ２＝２（Ｖｆ－Ｖｍ）／Ｖｆ ［％］より求めた。
供試材では、縦型ＬＳＡＷを用いることで、現状ＳＡＷフィルタ基板として広く用いられている３６～４５°Ｙカット、Ｘ伝搬のタンタル酸リチウム上のＬＳＡＷの位相速度（約４，１００ｍ／ｓ）よりも約１．５倍速い位相速度が得られている。また、Ｘカット３１°Ｙ伝搬のタンタル酸リチウム単体の縦型ＬＳＡＷのＫ２は２．３％であるが，圧電基板の厚みを０．１５～０．３５波長とした場合に約３倍のＫ２が得られている。この値は３６～４５°Ｙカット、Ｘ伝搬のタンタル酸リチウム上のＬＳＡＷのＫ２（約５％）よりも大きい。
得られた接合基板について、引張試験（ウェハ面に対し垂直に引張る）の方法によって接合強度の測定を行った。その結果、４ＭＰａ以上（単位面積で換算）の接合強度が得られていることが判明し、更にバルク破壊を生ずる優れた接合強度が得られていた。
以上、本発明について、上記実施形態および実施例に基づいて説明を行ったが、本発明の範囲は上記説明の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りは、上記実施形態および実施例について適宜の変更が可能である。
本発明は、ＳＡＷ共振器、ＳＡＷフィルタ、高機能圧電センサ、ＢＡＷデバイスなどに利用することができる。
１ 弾性表面波素子
１Ａ 表面弾性波素子
２ 水晶基板
３ 圧電基板
４ 接合界面
５ 接合基板
１０ 櫛形電極
２０ 処理装置
３０ 弾性表面波デバイス
１Ａ 表面弾性波素子
２ 水晶基板
３ 圧電基板
４ 接合界面
５ 接合基板
１０ 櫛形電極
２０ 処理装置
３０ 弾性表面波デバイス
Claims (12)
- 水晶基板と、前記水晶基板上に接合され、縦型漏洩弾性表面波を励起して伝搬させる圧電基板とを有し、接合界面において共有結合により接合されており、前記水晶基板がＳＴ－Ｃｕｔ方向に切り出したものであり、前記圧電基板がＸカット３１°Ｙ伝搬のタンタル酸リチウムからなり、前記圧電基板の厚さが０．１～１０μｍ、前記水晶基板の厚さが１５０～５００μｍであることを特徴とする接合基板。
- 前記水晶基板と圧電基板との間にアモルファス層を有しており、前記アモルファス層の界面が前記接合界面となることを特徴とする請求項１に記載の接合基板。
- 前記アモルファス層が、１００ｎｍ以下の厚さであることを特徴とする請求項２に記載の接合基板。
- 前記アモルファス層が、二酸化ケイ素または酸化アルミニウムからなることを特徴とする請求項２または３に記載の接合基板。
- 前記圧電基板は、厚さが、弾性表面波の波長に対し０．０５～１０波長に相当することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の接合基板。
- 請求項１～５のいずれか１項に記載の接合基板における圧電基板の主面上に、少なくとも１つの櫛型電極を備えていることを特徴とする弾性表面波素子。
- 請求項６に記載の弾性表面波素子がパッケージに封止されていることを特徴とする弾性表面波デバイス。
- ＳＴ－Ｃｕｔ方向に切り出され、厚さが１５０～５００μｍである水晶基板とＸカット３１°Ｙ伝搬のタンタル酸リチウムからなり、厚さが０．１～１０μｍである圧電基板とが接合され、前記圧電基板で縦型漏洩弾性表面波を励起して伝搬させる接合基板の製造方法であって、
水晶基板の接合面および圧電基板の接合面に、減圧下で紫外線を照射し、照射後に、水晶基板の接合面と圧電基板の接合面とを接触させ、水晶基板と圧電基板とに厚さ方向に加圧をして前記接合面同士を接合することを特徴とする接合基板の製造方法。 - 前記加圧の際に、所定の温度に加熱をすることを特徴とする請求項８記載の接合基板の製造方法。
- 前記水晶基板が、水熱合成法で結晶成長させたものであることを特徴とする請求項８または９に記載の接合基板の製造方法。
- 前記水晶基板と圧電基板の接合面の一方または両方にアモルファス層を介在させておくことを特徴とする請求項８～１０のいずれか１項に記載の接合基板の製造方法。
- 前記アモルファス層は、薄膜形成方法によって付着させたものであることを特徴とする請求項１１記載の接合基板の製造方法。
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