JP7551371B2 - ウエハの製造方法、弾性波デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ウエハの製造方法、弾性波デバイスおよびその製造方法に関し、例えば圧電基板を備えるウエハの製造方法、弾性波デバイスおよびその製造方法に関する。
スマートフォン等の通信機器に用いられる弾性波デバイスとして、圧電基板上に一対の櫛型電極を有するＩＤＴ（Interdigital Transducer）が設けられた弾性表面波デバイスが知られている。弾性表面波デバイスは、例えば４５ＭＨｚ～２ＧＨｚの周波数帯の無線信号を処理する回路におけるバンドパスフィルタとして用いられている。
支持基板および圧電基板の表面を活性化処理し、支持基板と圧電基板とを接合することが知られている（例えば特許文献１）。支持基板と圧電基板との間に硬質層を設けることが知られている（例えば特許文献２）。ベース基板と半導体基板との接合界面に窒化酸化アルミニウム膜を設けることが知られている（例えば特許文献３）。圧電基板上に酸化シリコン膜および接合層を形成し、接合層および支持基板の表面を活性化し、接合層と支持基板とを接合することが知られている（特許文献４）。
特許文献４では、接合層として窒化アルミニウム、アルミナ等を用いることで、支持基板と圧電基板との接合強度が向上する。しかしながら、支持基板と圧電基板との接合強度は十分ではない。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、基板と圧電基板との接合強度を向上させることを目的とする。
本発明は、支持基板を備える基板の第１面と圧電基板の第２面との少なくとも一方の面に窒化酸化アルミニウムを主成分とする接合層を形成する工程と、前記接合層の表面を活性化する工程と、前記接合層を介し前記第１面と前記第２面とを接合させる工程と、を含むウエハの製造方法である。
上記構成において、前記接合層の表面を活性化する工程は、前記接合層に希ガス元素の原子またはイオンを照射する工程を含む構成とすることができる。
上記構成において、前記基板は、前記第１面を有しかつ酸化シリコンを主成分とする中間層を備え、前記接合層を形成する工程は、前記第１面に接する前記接合層を形成する工程を含む構成とすることができる。
上記構成において、前記第１面と前記第２面とを接合する工程の後、前記接合層は、前記基板と前記圧電基板とに接する構成とすることができる。
上記構成において、前記接合層を形成する工程は、アルミニウムまたはアルミニウム合金ターゲット、酸素ガスおよび窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法を用い前記接合層を形成する工程を含む構成とすることができる。
上記構成において、前記圧電基板はタンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である構成とすることができる。
上記構成において、前記接合させる工程の後、前記圧電基板を研磨または研削することで前記圧電基板を薄膜化する工程を含む構成とすることができる。
本発明は、上記ウエハの製造方法を用いウエハを形成する工程と、前記ウエハの前記圧電基板の前記第２面と反対の面に電極を形成する工程と、を含む弾性波デバイスの製造方法である。
本発明は、支持基板と、前記支持基板上に設けられた単結晶の圧電基板と、前記支持基板と前記圧電基板との間に設けられ、酸化シリコンを主成分とする中間層と、前記圧電基板と前記中間層との間に設けられ、前記中間層に接し、窒化酸化アルミニウムを主成分とする接合層と、前記圧電基板と前記接合層との間に設けられ、前記圧電基板及び前記接合層の構成元素と希ガス元素とを含む非晶質層と、前記圧電基板の前記接合層と反対の面に設けられ、複数の電極指を有する櫛型電極と、を備える弾性波デバイスである。
本発明によれば、基板と圧電基板との接合強度を向上させることができる。
以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。
図１（ａ）は、実施例１に係る弾性波共振器の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。電極指の配列方向をＸ方向、電極指の延伸方向をＹ方向、支持基板および圧電基板の積層方向をＺ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、圧電基板の結晶方位のＸ軸方向およびＹ軸方向とは必ずしも対応しない。圧電基板が回転ＹカットＸ伝搬基板の場合、Ｘ方向は結晶方位のＸ軸方向となる。
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、基板１７上に圧電基板１４が接合層１３を介し接合されている。基板１７は、支持基板１０、境界層１１および温度補償膜１２を備える。温度補償膜１２は支持基板１０と圧電基板１４との間に設けられ、境界層１１は支持基板１０と温度補償膜１２との間に設けられている。支持基板１０、境界層１１、温度補償膜１２、接合層１３および圧電基板１４の厚さをそれぞれＴ０、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３およびＴ４とする。
圧電基板１４上に弾性波共振器２６が設けられている。弾性波共振器２６はＩＤＴ２２および反射器２４を有する。反射器２４はＩＤＴ２２のＸ方向の両側に設けられている。ＩＤＴ２２および反射器２４は、圧電基板１４上の金属膜１６により形成される。
ＩＤＴ２２は、対向する一対の櫛型電極２０を備える。櫛型電極２０は、複数の電極指１８と、複数の電極指１８が接続されたバスバー１９と、を備える。一対の櫛型電極２０の電極指１８が交差する領域が交差領域２５である。交差領域２５の長さが開口長である。一対の櫛型電極２０は、交差領域２５の少なくとも一部において電極指１８がほぼ互い違いとなるように、対向して設けられている。交差領域２５において複数の電極指１８が励振する弾性波は、主にＸ方向に伝搬する。一対の櫛型電極２０のうち一方の櫛型電極の電極指１８のピッチがほぼ弾性波の波長λとなる。複数の電極指１８のピッチ（電極指１８の中心間のピッチ）をＤとすると、一方の櫛型電極２０の電極指１８のピッチは電極指１８の２本分のピッチＤとなる。反射器２４は、ＩＤＴ２２の電極指１８が励振した弾性波（弾性表面波）を反射する。これにより弾性波はＩＤＴ２２の交差領域２５内に閉じ込められる。
圧電基板１４は、単結晶タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）基板または単結晶ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）基板であり、例えば回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板または回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム基板である。
支持基板１０は、例えばシリコン基板、サファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、水晶基板または窒化シリコン基板である。シリコン基板は単結晶または多結晶のＳｉ基板であり、サファイア基板は単結晶Ａｌ２Ｏ３基板であり、アルミナ基板は多結晶または非晶質Ａｌ２Ｏ３基板であり、スピネル基板は多結晶ＭｇＡｌ２Ｏ４基板であり、水晶基板は単結晶ＳｉＯ２基板であり、窒化シリコン基板は多結晶または非晶質ＳｉＮ基板である。支持基板１０のＸ方向の線膨張係数は圧電基板１４のＸ方向の線膨張係数より小さい。これにより、弾性波共振器の周波数温度依存性を小さくできる。
温度補償膜１２は、圧電基板１４の弾性定数の温度係数の符号と反対の符号の弾性定数の温度係数を有する。例えば圧電基板１４の弾性定数の温度係数は負であり、温度補償膜１２の弾性定数の温度係数は正である。温度補償膜１２は、例えば無添加または弗素等の添加元素を含む酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜であり、例えば非晶質である。これにより、弾性波共振器の周波数温度係数を小さくできる。温度補償膜１２が酸化シリコン膜の場合、温度補償膜１２を伝搬するバルク波の音速は圧電基板１４を伝搬するバルクの音速より遅くなる。
境界層１１は、例えば多結晶または非晶質であり、酸化アルミニウム膜、窒化シリコン膜または窒化アルミニウム膜である。境界層１１を伝搬するバルク波の音速は、温度補償膜１２を伝搬するバルク波の音速より速い。これにより、圧電基板１４および温度補償膜１２内に弾性波が閉じ込められる。
接合層１３は、温度補償膜１２と圧電基板１４を接合する層であり、多結晶または非晶質窒化酸化アルミニウム（ＡｌＯＮ）膜である。窒化酸化アルミニウム膜はアルミニウム、窒素および酸素を主成分とする。アルミニウム、窒素および酸素の濃度は各々例えば５原子％～６０原子％である。
弾性波のエネルギーを温度補償膜１２内にある程度存在させるため、圧電基板１４の厚さＴ４は例えば１λ以下である。弾性波を圧電基板１４および温度補償膜１２に閉じ込めるため、温度補償膜１２の厚さＴ２は例えば１λ以下である。温度補償膜１２の下面と圧電基板１４の上面との距離は例えば２λ以下である。弾性波を圧電基板１４および温度補償膜１２に閉じ込めるため、境界層１１の厚さＴ１は例えば１λ以上である。支持基板１０が他の層を支持するため、支持基板１０の厚さＴ０は、例えば５０μｍ以上である。接合層１３の厚さＴ３は、接合層として機能するため例えば５ｎｍ以上であり、弾性波を反射しないため、１００ｎｍ以下である。
金属膜１６は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）またはモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする膜である。ここで、ある材料を主成分とするとは、意図的または意図せず不純物を含むことを意味し、例えばある材料を５０原子％以上含むことであり、８０原子％以上含むことである。電極指１８と圧電基板１４との間にチタン（Ｔｉ）膜またはクロム（Ｃｒ）膜等の密着膜が設けられていてもよい。密着膜は電極指１８より薄い。電極指１８を覆うように絶縁膜が設けられていてもよい。絶縁膜は保護膜または温度補償膜として機能する。
弾性波の波長λは例えば１μｍから６μｍである。２本の電極指１８を１対としたときの対数は例えば２０対から３００対である。ＩＤＴ２２のデュティ比は、電極指１８の太さを電極指１８のピッチで除した値であり、例えば３０％から７０％である。ＩＤＴ２２の開口長は例えば１０λから５０λである。
［実施例１の製造方法］
図２（ａ）から図３（ｃ）は、実施例１に係る弾性波共振器の製造方法を示す断面図である。図２（ａ）に示すように、支持基板１０上に境界層１１および温度補償膜１２を例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタリング法または真空蒸着法を用い形成する。これにより、支持基板１０、境界層１１および温度補償膜１２を備える基板１７が形成される。
図２（ａ）から図３（ｃ）は、実施例１に係る弾性波共振器の製造方法を示す断面図である。図２（ａ）に示すように、支持基板１０上に境界層１１および温度補償膜１２を例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタリング法または真空蒸着法を用い形成する。これにより、支持基板１０、境界層１１および温度補償膜１２を備える基板１７が形成される。
図２（ｂ）に示すように、温度補償膜１２上に接合層１３を形成する。接合層１３の形成には反応性スパッタリング法を用いる。反応性スパッタリング法では、支持基板１０をスパッタリング装置のチャンバ内に設置する。支持基板１０に対向するようにアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるターゲットを配置する。チャンバ内のアルゴン（Ａｒ）ガスに加え、窒素（Ｎ２）ガスおよび酸素（Ｏ２）ガスを導入する。高周波電力を加えることで、ターゲットからスパッタリングされたアルミニウム原子が窒素および酸素と反応し支持基板１０上に堆積する。
図２（ｃ）に示すように、接合層１３の上面および圧電基板１４の下面に原子またはイオン等を照射する（矢印５５）。これにより、接合層１３の上面および圧電基板１４の下面が活性化する。
図３（ａ）に示すように、接合層１３の上面と圧電基板１４の下面とを接触させ、接合層１３の上面と圧電基板１４の下面とを常温において直接接合する。図３（ｂ）に示すように、圧電基板１４の上面を例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用い平坦化する。これにより、圧電基板１４の厚さがＴ４となる。支持基板１０上に圧電基板１４が積層されたウエハ２８が完成する。図３（ｃ）に示すように、圧電基板１４上に金属膜１６を形成することで、圧電基板１４上にＩＤＴ２２および反射器２４を形成する。
図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１における基板の接合方法を示す模式図である。図４（ａ）に示すように、接合層１３は接合層１３ａおよび非晶質層１３ｂを有する。接合層１３ａは、非晶質な窒化酸化アルミニウムであり、アルミニウム原子、窒素原子および酸素原子である原子５０を有する。矢印５５のように真空中において接合層１３の上面に原子５４またはイオンを照射する。原子５４またはイオンが照射された領域は、非晶質層１３ｂであり、原子５０と照射された原子５４を有する。
図４（ｂ）に示すように、圧電基板１４は圧電基板１４ａおよび非晶質層１４ｂを有する。圧電基板１４ａは、単結晶圧電基板であり、タンタル酸リチウム基板の場合、タンタル原子、リチウム原子および酸素原子である原子５２を有し、ニオブ酸リチウム基板の場合、ニオブ原子、リチウム原子および酸素原子である原子を有する。矢印５５のように真空中において圧電基板１４の下面に原子５４またはイオンを照射する。原子５４またはイオンが照射された領域は、非晶質層１４ｂであり、原子５２と照射された原子５４を有する。
図４（ａ）および図４（ｂ）において、原子５４は例えばアルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）またはクリプトン（Ｋｒ）等の不活性元素（例えば希ガス元素）である。原子５４またはイオン等をイオンビーム、中性化したビームまたはプラズマとして、照射する。これにより、非晶質層１３ｂの上面および非晶質層１４ｂの下面に未結合の未結合手が形成される（すなわち非晶質層１３ｂの上面および非晶質層１４ｂの下面が活性化される）。アルゴンイオンを用いる場合、例えば表面活性化接合（SAB：Surface Activated Bonding）装置を用いればよい。
図４（ｃ）に示すように、真空を維持した状態で、矢印５６のように支持基板１０と圧電基板１４とを押圧することで、非晶質層１３ｂと１４ｂとを張り合わせる。このとき、非晶質層１３ｂおよび１４ｂの表面に形成された未結合手同士が結合し、強固な結合となる。これにより、接合層１３と圧電基板１４が接合される。このような接合は常温（例えば１００℃以下かつ－２０℃以上、好ましくは８０℃以下かつ０℃以上）で行われるため熱応力を抑制できる。常温で接合されたか否かは、残留応力の温度依存性により確かめることができる。すなわち、接合された温度において、残留応力が最も小さくなる。
非晶質層１３ｂは、窒化酸化アルミニウム膜である接合層１３の構成元素であるアルミニウム、窒素および酸素を主成分とし、表面活性化のための元素（例えばアルゴン）を含む。非晶質層１４ｂは、圧電基板１４の構成元素を主成分とし、表面活性化のための元素（例えばアルゴン）を含む。圧電基板１４がタンタル酸リチウム基板のとき非晶質層１４ｂはタンタル、リチウムおよび酸素を主成分とし、表面活性化のための元素（例えばアルゴン）を含む。圧電基板１４がニオブ酸リチウム基板のとき非晶質層１４ｂはニオブ、リチウムおよび酸素を主成分とし、表面活性化のための元素（例えばアルゴン）を含む。
非晶質層１３ｂおよび１４ｂの合計の厚さは、０ｎｍより大きいことが好ましく、０．５ｎｍ以上がより好ましい。これにより、接合層１３と圧電基板１４との接合性を向上させることができる。非晶質層１３ｂおよび１４ｂの合計の厚さは、１０ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以下がより好ましい。これにより、弾性波共振器の特性の劣化を抑制できる。
［実験１］
支持基板１０上に圧電基板１４を接合したウエハを作製した。作製条件は以下である。
支持基板１０：厚さＴ０が５００μｍのサファイア基板
境界層１１：厚さＴ１が１．３５μｍの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜
温度補償膜１２：厚さＴ２が０．３μｍの酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜
接合層１３：
実施例１：厚さＴ３が２０ｎｍの窒化酸化アルミニウム膜（ＡｌＯＮ）膜
比較例１：厚さＴ３が１０ｎｍの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜
圧電基板１４：厚さＴ４が０．６μｍのタンタル酸リチウム基板
ウエハサイズ：４インチ
支持基板１０上に圧電基板１４を接合したウエハを作製した。作製条件は以下である。
支持基板１０：厚さＴ０が５００μｍのサファイア基板
境界層１１：厚さＴ１が１．３５μｍの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜
温度補償膜１２：厚さＴ２が０．３μｍの酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜
接合層１３：
実施例１：厚さＴ３が２０ｎｍの窒化酸化アルミニウム膜（ＡｌＯＮ）膜
比較例１：厚さＴ３が１０ｎｍの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜
圧電基板１４：厚さＴ４が０．６μｍのタンタル酸リチウム基板
ウエハサイズ：４インチ
図２（ａ）において、ＣＶＤ法により境界層１１および温度補償膜１２を成膜した。図２（ｂ）において、接合層１３はアルミニウムターゲットとし、アルゴンガスに窒素ガスおよび酸素ガスを導入した反応性スパッタリング法により成膜した。図２（ｃ）において、圧電基板１４の厚さは１８０μｍである。図３（ｂ）において、ＣＭＰ法を用い圧電基板１４の上面を研磨した。これにより、実施例１および比較例１のウエハ２８を作製した。実施例１のウエハ２８を３枚作製し、比較例１のウエハ２８を１枚作製した。
圧電基板１４を厚さＴ４に研磨した後、ウエハを上方より観察した。図５（ａ）および図５（ｂ）は、それぞれ実施例１および比較例１のウエハを上方から観察した模式図である。図５（ａ）に示すように、実施例１では、３枚のウエハ２８とも圧電基板１４の剥がれは観察されなかった。図５（ｂ）に示すように、比較例１では、ウエハ２８の周辺に圧電基板１４の剥がれ３０が観察された。
［実験２］
厚さが５２５μｍのシリコン基板上に実験１の実施例１における接合層１３と同じ成膜条件を用い厚さが２００ｎｍの窒化酸化アルミニウム膜を成膜した。ＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy）法を用い、窒素Ｎの１ｓのおける結合エネルギーを評価した。図６（ａ）は、実験２における窒素１ｓのＸＰＳスペクトルを示す図である。実線は表面からの深さが約２０ｎｍにおけるＸＰＳスペクトルを示し、破線は表面から深さが約２００ｎｍにおけるＸＰＳスペクトルを示す。
厚さが５２５μｍのシリコン基板上に実験１の実施例１における接合層１３と同じ成膜条件を用い厚さが２００ｎｍの窒化酸化アルミニウム膜を成膜した。ＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy）法を用い、窒素Ｎの１ｓのおける結合エネルギーを評価した。図６（ａ）は、実験２における窒素１ｓのＸＰＳスペクトルを示す図である。実線は表面からの深さが約２０ｎｍにおけるＸＰＳスペクトルを示し、破線は表面から深さが約２００ｎｍにおけるＸＰＳスペクトルを示す。
図６（ａ）に示すように、実線と破線のスペクトルはほぼ同じであり、深さによらず窒化酸化アルミニウム膜内の窒素はほぼ同じ結合状態である。Ｏｘ－Ａｌ－Ｎ結合のピークが観察され、Ａｌ－ＮＯｘピークはほとんど観察されなかった。図６（ｂ）は、Ａｌ－ＮＯｘ結合を示す図、図６（ｃ）は、Ｏｘ－Ａｌ－Ｎを示す図である。図６（ｂ）に示すように、Ａｌ－ＮＯｘ結合ではＡｌ－Ｏ結合およびＡｌ－Ｎ結合以外にもＯ－Ｎの結合が存在する。図６（ｃ）に示すように、Ｏｘ－Ａｌ－Ｎ結合では、Ａｌ－Ｏ結合とＡｌ－Ｎ結合は主である。
図６（ａ）において、Ｏｘ－Ａｌ－Ｎ結合が主な結合であることから、接合層１３では、Ａｌ－Ｏ結合とＡｌ－Ｎ結合が主な結合であり、Ｏ－Ｎ結合はほとんど存在しないことがわかった。また、アルミニウム、窒素および酸素の原子組成比Ａｌ：Ｎ：Ｏは、約４：２：４であった。これらより、接合層１３は、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮではなく、ＡｌＯＮ膜であることがわかる。
温度補償膜１２のような酸化シリコン膜と圧電基板１４とを表面活性化法を用い直接接合すると、接合強度が弱くなる。これは、酸化シリコン膜の表面が活性化しにくい（すなわち未結合手が形成されにくい）ためと考えられる。そこで、比較例１のように、温度補償膜１２上に接合層１３として酸化アルミニウム膜を用いることで、接合層１３の表面が活性化しやすく、温度補償膜１２と圧電基板１４との接合強度を向上できる。しかし、実験１の比較例１のように、温度補償膜１２と圧電基板１４との接合強度は十分でない。そこで、接合層１３として窒化酸化アルミニウム膜を用いる。これにより、実験１のように、温度補償膜１２と圧電基板１４との接合強度を向上できる。
実験１において、接合層１３として窒化酸化アルミニウム膜を用いることで、温度補償膜１２と圧電基板１４との接合強度が向上した理由は明確ではないが、例えば以下のように考えられる。接合層１３として酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウムを用いた場合、Ａｌ２Ｏ３ではＡｌ－Ｏ結合が安定している。またＡｌＮではＡｌ－Ｎ結合が安定している。このため、接合層１３の表面を活性化処理しても生成される未結合手が少ない。一方、接合層１３として窒化酸化アルミニウムを用いた場合、接合層１３内のＡｌ－Ｏ結合およびＡｌ－Ｎ結合はＡｌ２Ｏ３内のＡｌ－Ｏ結合およびＡｌＮ内のＡｌ－Ｎ結合ほど安定でなく、接合層１３の表面を活性化処理すると、接合層１３の表面を活性化処理しても生成される未結合手が少ない。Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮより生成される未結合手が多くなる。これにより、接合層１３と圧電基板１４との接合強度が向上すると考えられる。
［実施例１の変形例１］
図７（ａ）から図７（ｃ）は、実施例１の変形例１に係る弾性波共振器の製造方法を示す断面図である。図７（ａ）に示すように、温度補償膜１２の上面に接合層１３ｃを形成する。圧電基板１４の下面に接合層１３ｄを形成する。矢印５５のように接合層１３ｃおよび１３ｄの表面を活性化処理する。図７（ｂ）に示すように、接合層１３ｃと１３ｄとを接触させることで直接接合する。接合層１３ｃと１３ｄにより接合層１３が形成される。図７（ｃ）に示すように、圧電基板１４を薄膜化した後、圧電基板１４上に金属膜１６を形成する。これによりＩＤＴ２２および反射器２４を有する弾性波共振器が形成される。実施例１の変形例１のように、接合層１３ｃおよび１３ｄを温度補償膜１２の上面および圧電基板１４の下面の両方に形成してもよい。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
図７（ａ）から図７（ｃ）は、実施例１の変形例１に係る弾性波共振器の製造方法を示す断面図である。図７（ａ）に示すように、温度補償膜１２の上面に接合層１３ｃを形成する。圧電基板１４の下面に接合層１３ｄを形成する。矢印５５のように接合層１３ｃおよび１３ｄの表面を活性化処理する。図７（ｂ）に示すように、接合層１３ｃと１３ｄとを接触させることで直接接合する。接合層１３ｃと１３ｄにより接合層１３が形成される。図７（ｃ）に示すように、圧電基板１４を薄膜化した後、圧電基板１４上に金属膜１６を形成する。これによりＩＤＴ２２および反射器２４を有する弾性波共振器が形成される。実施例１の変形例１のように、接合層１３ｃおよび１３ｄを温度補償膜１２の上面および圧電基板１４の下面の両方に形成してもよい。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
［実施例１の変形例２］
図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例１の変形例２に係る弾性波共振器の製造方法を示す断面図である。図８（ａ）に示すように、基板１７は、支持基板１０と支持基板１０上に設けられた絶縁層１５とを備えている。絶縁層１５は例えば酸化アルミニウム膜等である。圧電基板１４の下面に接合層１３が形成されている。矢印５５のように絶縁層１５および接合層１３の表面を活性化処理する。図８（ｂ）に示すように、接合層１３と絶縁層１５とを接触させることで直接接合する。図８（ｃ）に示すように、圧電基板１４を薄膜化した後、圧電基板１４上に金属膜１６を形成する。これによりＩＤＴ２２および反射器２４を有する弾性波共振器が形成される。実施例１の変形例２のように、接合層１３は圧電基板１４の下面に形成し、基板１７の上面に形成しなくてもよい。絶縁層１５が酸化シリコンを主成分とする場合、後述するように表面が活性化されにくい。よって、絶縁層１５の上面に接合層１３を形成しない場合、絶縁層１５の主成分は酸化シリコンでないことが好ましい。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
図８（ａ）から図８（ｃ）は、実施例１の変形例２に係る弾性波共振器の製造方法を示す断面図である。図８（ａ）に示すように、基板１７は、支持基板１０と支持基板１０上に設けられた絶縁層１５とを備えている。絶縁層１５は例えば酸化アルミニウム膜等である。圧電基板１４の下面に接合層１３が形成されている。矢印５５のように絶縁層１５および接合層１３の表面を活性化処理する。図８（ｂ）に示すように、接合層１３と絶縁層１５とを接触させることで直接接合する。図８（ｃ）に示すように、圧電基板１４を薄膜化した後、圧電基板１４上に金属膜１６を形成する。これによりＩＤＴ２２および反射器２４を有する弾性波共振器が形成される。実施例１の変形例２のように、接合層１３は圧電基板１４の下面に形成し、基板１７の上面に形成しなくてもよい。絶縁層１５が酸化シリコンを主成分とする場合、後述するように表面が活性化されにくい。よって、絶縁層１５の上面に接合層１３を形成しない場合、絶縁層１５の主成分は酸化シリコンでないことが好ましい。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
［実施例１の変形例３］
図９（ａ）から図９（ｃ）は、実施例１の変形例３に係る弾性波共振器の製造方法を示す断面図である。図９（ａ）に示すように、基板１７は支持基板１０である。支持基板１０の上面に接合層１３が形成されている。矢印５５のように接合層１３および圧電基板１４の表面を活性化処理する。図９（ｂ）に示すように、接合層１３と圧電基板１４とを接触させることで直接接合する。図９（ｃ）に示すように、圧電基板１４を薄膜化した後、圧電基板１４上に金属膜１６を形成する。これによりＩＤＴ２２および反射器２４を有する弾性波共振器が形成される。実施例１の変形例３のように、基板１７は支持基板１０であり、支持基板１０と圧電基板１４とは接合層１３のみを介し接合してもよい。図９（ａ）において、接合層１３は、支持基板１０の上面および圧電基板１４の下面の少なくとも一方に形成されていればよい。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
図９（ａ）から図９（ｃ）は、実施例１の変形例３に係る弾性波共振器の製造方法を示す断面図である。図９（ａ）に示すように、基板１７は支持基板１０である。支持基板１０の上面に接合層１３が形成されている。矢印５５のように接合層１３および圧電基板１４の表面を活性化処理する。図９（ｂ）に示すように、接合層１３と圧電基板１４とを接触させることで直接接合する。図９（ｃ）に示すように、圧電基板１４を薄膜化した後、圧電基板１４上に金属膜１６を形成する。これによりＩＤＴ２２および反射器２４を有する弾性波共振器が形成される。実施例１の変形例３のように、基板１７は支持基板１０であり、支持基板１０と圧電基板１４とは接合層１３のみを介し接合してもよい。図９（ａ）において、接合層１３は、支持基板１０の上面および圧電基板１４の下面の少なくとも一方に形成されていればよい。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
実施例１およびその変形例によれば、図２（ｂ）、図７（ａ）、図８（ａ）および図９（ａ）のように、支持基板１０を備える基板１７の上面（第１面）と圧電基板１４の下面（第２面）との少なくとも一方の面に窒化酸化アルミニウムを主成分とする接合層１３を形成する。図２（ｃ）、図７（ａ）、図８（ａ）および図９（ａ）のように、接合層１３の表面を活性化する。図３（ａ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）および図９（ｂ）のように、接合層１３を介し基板１７の上面と圧電基板１４の下面と接合させる。このように、接合層１３として、窒化酸化アルミニウムを用いることで、基板１７と圧電基板１４との接合強度を向上できる。
窒化酸化アルミニウムを主成分とするとは、基板１７と圧電基板１４との接合強度が向上する程度にＡｌ－Ｏ結合とＡｌ－Ｎ結合を有することであり、意図的または意図せず不純物が含まれていてもよい。基板１７と圧電基板１４との接合強度を向上させるため、接合層１３は、例えばアルミニウム、窒素および酸素を合計で８０原子％以上含むことが好ましく、９０原子％含むことが好ましい。また、接合層１３は、例えばアルミニウム、窒素および酸素を各々５原子％～８０原子％含むことが好ましく、各々１０原子％～７０原子％含むことが好ましい。基板１７の上面および圧電基板１４の下面のうち接合層１３が設けられていない面には表面の活性化を行わなくてもよい。
基板１７と圧電基板１４とを接合した後、接合層１３は基板１７と圧電基板１４とに接する。これにより、基板１７と圧電基板１４との接合強度を向上できる。
実施例１およびその変形例１のように、基板１７は温度補償膜１２（中間層）を備えている。温度補償膜１２は基板１７の上面を有し酸化シリコンを主成分とする。酸化シリコンを主成分とする層は、表面の活性化を行っても未結合手がされにくいことが発明者等の経験でわかっている。そこで、温度補償膜１２の上面に接する接合層１３を形成する。これにより、温度補償膜１２と圧電基板１４との接合強度を向上できる。
温度補償膜１２が酸化シリコンを主成分とするとは。温度補償膜１２の機能を得る程度にシリコンおよび酸素を含むことであり、意図的または意図せず不純物が含まれていてもよい。温度補償膜１２は例えば弗素を含んでもよい。温度補償膜１２として機能するため、温度補償膜１２は、例えばシリコンおよび酸素を合計で５０原子％以上含むことが好ましく、８０原子％含むことがより好ましい。また、温度補償膜１２は、例えばシリコンおよび酸素を各々１０原子％～９０原子％含むことが好ましく、各々２０原子％～８０原子％含むことが好ましい。
図３（ｃ）、図７（ｃ）、図８（ｃ）および図９（ｃ）のように、このようにして製造したウエハ２８の圧電基板１４の上面（第２面と反対の面）にＩＤＴ２２および反射器２４等の電極を形成する。これにより、基板１７と圧電基板１４との接合強度が向上する弾性波デバイスが製造できる。
このようにして製造した弾性波デバイスでは、温度補償膜１２は、支持基板１０と圧電基板１４との間に設けられ、酸化シリコンを主成分とする。接合層１３は、圧電基板１４と温度補償膜１２との間に設けられ、圧電基板１４と温度補償膜１２とに接する窒化酸化アルミニウムを主成分とする。櫛型電極２０等の電極は、圧電基板１４の上面（接合層１３と反対の面）に設けられる。
接合層１３の表面を活性化する工程は、接合層１３に希ガス元素の原子またはイオンを照射する工程を含むことが好ましい。これにより、接合層１３の表面を活性化できる。
接合層１３として、窒化酸化アルミニウム膜を形成する工程では、アルミニウムまたはアルミニウム合金ターゲット、酸素ガスおよび窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法を用い窒化酸化アルミニウム膜を形成する。これにより、Ａｌ－Ｎ結合およびＡｌ－Ｏ結合を有する接合層１３を形成できる。よって、基板１７と圧電基板１４との接合強度を向上できる。
図３（ｂ）のように、圧電基板１４を研磨または研削することで圧電基板１４を薄膜化する。このとき、図４（ｂ）のように、基板１７と圧電基板１４とが剥がれやすくなる。よって、接合層１３が窒化酸化アルミニウムを主成分とすることが好ましい。
図１０（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図１０（ａ）に示すように、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ３が直列に接続されている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の並列共振器Ｐ１およびＰ２が並列に接続されている。１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ３および１または複数の並列共振器Ｐ１およびＰ２の少なくとも１つに実施例１およびその変形例の弾性波共振器を用いることができる。ラダー型フィルタの共振器の個数等は適宜設定できる。フィルタは、多重モード型フィルタでもよい。
［実施例２の変形例１］
図１０（ｂ）は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図１０（ｂ）に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４０が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ４２が接続されている。送信フィルタ４０は、送信端子Ｔｘから入力された高周波信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４２は、共通端子Ａｎｔから入力された高周波信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方を実施例２のフィルタとすることができる。
図１０（ｂ）は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図１０（ｂ）に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４０が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ４２が接続されている。送信フィルタ４０は、送信端子Ｔｘから入力された高周波信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４２は、共通端子Ａｎｔから入力された高周波信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方を実施例２のフィルタとすることができる。
マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ 支持基板
１１ 境界層
１２ 温度補償膜
１３、１３ｃ、１３ｄ 接合層
１４ 圧電基板
１５ 絶縁層
１７ 基板
２０ 櫛型電極
２２ ＩＤＴ
２６ 弾性波共振器
２８ ウエハ
１１ 境界層
１２ 温度補償膜
１３、１３ｃ、１３ｄ 接合層
１４ 圧電基板
１５ 絶縁層
１７ 基板
２０ 櫛型電極
２２ ＩＤＴ
２６ 弾性波共振器
２８ ウエハ
Claims (9)
- 支持基板を備える基板の第１面と圧電基板の第２面との少なくとも一方の面に窒化酸化アルミニウムを主成分とする接合層を形成する工程と、
前記接合層の表面を活性化する工程と、
前記接合層を介し前記第１面と前記第２面とを接合させる工程と、
を含むウエハの製造方法。 - 前記接合層の表面を活性化する工程は、前記接合層に希ガス元素の原子またはイオンを照射する工程を含む請求項１に記載のウエハの製造方法。
- 前記基板は、前記第１面を有しかつ酸化シリコンを主成分とする中間層を備え、
前記接合層を形成する工程は、前記第１面に接する前記接合層を形成する工程を含む請求項１または２に記載のウエハの製造方法。 - 前記第１面と前記第２面とを接合する工程の後、前記接合層は、前記基板と前記圧電基板とに接する請求項１から３のいずれか一項に記載のウエハの製造方法。
- 前記接合層を形成する工程は、アルミニウムまたはアルミニウム合金ターゲット、酸素ガスおよび窒素ガスを用いた反応性スパッタリング法を用い前記接合層を形成する工程を含む請求項１から４のいずれか一項に記載のウエハの製造方法。
- 前記圧電基板はタンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である請求項１から５のいずれか一項に記載のウエハの製造方法。
- 前記接合させる工程の後、前記圧電基板を研磨または研削することで前記圧電基板を薄膜化する工程を含む請求項１から６のいずれか一項に記載のウエハの製造方法。
- 請求項１から７のいずれか一項に記載のウエハの製造方法を用いウエハを形成する工程と、
前記ウエハの前記圧電基板の前記第２面と反対の面に電極を形成する工程と、
を含む弾性波デバイスの製造方法。 - 支持基板と、
前記支持基板上に設けられた単結晶の圧電基板と、
前記支持基板と前記圧電基板との間に設けられ、酸化シリコンを主成分とする中間層と、
前記圧電基板と前記中間層との間に設けられ、前記中間層に接し、窒化酸化アルミニウムを主成分とする接合層と、
前記圧電基板と前記接合層との間に設けられ、前記圧電基板及び前記接合層の構成元素と希ガス元素とを含む非晶質層と、
前記圧電基板の前記接合層と反対の面に設けられ、複数の電極指を有する櫛型電極と、を備える弾性波デバイス。
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