JPH08153915A - Composite piezoelectric substrate and its manufacture - Google Patents
Composite piezoelectric substrate and its manufactureInfo
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- JPH08153915A JPH08153915A JP29673894A JP29673894A JPH08153915A JP H08153915 A JPH08153915 A JP H08153915A JP 29673894 A JP29673894 A JP 29673894A JP 29673894 A JP29673894 A JP 29673894A JP H08153915 A JPH08153915 A JP H08153915A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、燐酸ガリウムを用いた
複合圧電基板に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite piezoelectric substrate using gallium phosphate.
【0002】[0002]
【従来の技術】水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リ
チウム、ほう酸リチウムなどを用いた圧電振動子、表面
弾性波素子などの圧電デバイスは、各種発振器の発振子
やフィルタとして、無線通信機器に広く利用されてい
る。これらの素子は機械的に振動するため、その固定を
どう行うかがその性能と密接に関連している。バネやね
じで機械的に固定する方法は、簡便であるが、熱的変化
や機械的振動に対して長期間安定なものを得ることが困
難である。各種有機系接着剤を用いて固定する方法も知
られているが、これらの接着剤は、やはり耐熱性が十分
でなく半田リフローなどを行うと、振動の周波数が変化
することがあり、使用上も生産上でも好ましくない。2. Description of the Related Art Piezoelectric devices such as crystal oscillators, lithium tantalate, lithium niobate, and lithium borate, surface acoustic wave devices, and other piezoelectric devices are widely used in radio communication equipment as oscillators and filters for various oscillators. Has been done. Since these elements vibrate mechanically, how they are fixed is closely related to their performance. The method of mechanically fixing with a spring or a screw is simple, but it is difficult to obtain a stable one for a long time against thermal change or mechanical vibration. There are also known methods of fixing with various organic adhesives, but these adhesives still do not have sufficient heat resistance and the frequency of vibration may change when solder reflow is performed. Also, it is not preferable in terms of production.
【0003】また、これらの圧電デバイスを移動体通信
機器に使用するためには、小型で特性の良い圧電デバイ
スが必要である。圧電デバイスの特性として重要なの
は、フィルタの場合は挿入損失とその温度依存性であ
り、共振子の場合は共振のQ(損失の逆数に対応)と共
振および反共振の比(容量比)およびその温度依存性で
ある。容量比は共振器型フィルタなどに用いる場合に、
通過帯域に直接関係する。挿入損失、共振のQ、容量比
は、用いる圧電体の電気機械結合係数に依存し、温度依
存性は用いる圧電体の音速の温度依存性が関与する。ま
た音速は共振周波数に関与する。Further, in order to use these piezoelectric devices in mobile communication equipment, it is necessary to use a small piezoelectric device having good characteristics. In the case of a filter, the insertion loss and its temperature dependence are important characteristics of the piezoelectric device. In the case of a resonator, the resonance Q (corresponding to the reciprocal of the loss) and the resonance / anti-resonance ratio (capacity ratio) and its It is temperature dependent. When using the capacitance ratio for a resonator type filter,
It is directly related to the pass band. The insertion loss, the Q of resonance, and the capacitance ratio depend on the electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric body used, and the temperature dependence involves the temperature dependence of the sound velocity of the piezoelectric body used. Also, the speed of sound is related to the resonance frequency.
【0004】電気機械結合係数、温度依存性は、用いる
材料によって大きく変わる。ニオブ酸リチウムの場合、
電気機械結合係数は大きいが、温度依存性も大きく、5
0−70ppm/℃程度ある。タンタル酸リチウムの場
合、電気機械結合係数は、ニオブ酸リチウムよりも小さ
いが、温度依存性は30−50ppm/℃程度であり、
ニオブ酸リチウムよりも良い。水晶は電気機械結合係数
は非常に小さいが、温度依存性は、ほぼ0に近いカット
角が存在する。ほう酸リチウムは温度依存性は良好なカ
ット角が存在するがやはり電気機械結合係数が小さい。
また水溶性のため製造上難点がある。また音速もそれぞ
れ材料固有のものである。The electromechanical coupling coefficient and temperature dependence greatly vary depending on the material used. For lithium niobate,
Electromechanical coupling coefficient is large, but temperature dependence is also large.
It is about 0-70 ppm / ° C. In the case of lithium tantalate, the electromechanical coupling coefficient is smaller than that of lithium niobate, but the temperature dependence is about 30-50 ppm / ° C,
Better than lithium niobate. Quartz has a very small electromechanical coupling coefficient, but its temperature dependence has a cut angle close to zero. Lithium borate has a good cut angle with good temperature dependence, but also has a small electromechanical coupling coefficient.
In addition, since it is water-soluble, it is difficult to manufacture. The sound velocity is also peculiar to each material.
【0005】電気機械結合係数の面からいうと、ニオブ
酸リチウムが一般的に望ましい。しかしながら温度依存
性の点でいうと水晶が最も好ましい。設計の自由度の観
点から言うと、電気機械結合係数は大きく、また温度依
存性が小さいものがあれば好ましい。しかしながら、こ
れら従来の材料では不十分である。From the standpoint of electromechanical coupling coefficient, lithium niobate is generally desirable. However, quartz is most preferable in terms of temperature dependence. From the viewpoint of design flexibility, it is preferable that the electromechanical coupling coefficient is large and the temperature dependence is small. However, these conventional materials are not sufficient.
【0006】また、電気音響素子を用いた電子回路、例
えば圧電共振子を用いた発振器などの発振回路や、圧電
フィルタを共に用いた増幅回路では、発振を起こしたり
増幅するための電子素子であるトランジスタ、および希
望の周波数で発振させるための共振子や、希望の周波数
のみを取り出すためのフィルタと、若干のコンデンサや
抵抗などの電気部品より構成される。ここに用いられる
共振子やフィルタは、その振動周波数あるいは選択周波
数として所定の値を持ち、その性能が十分長期間安定で
あるように、金属管などの容器に気密封止されている。
そのため共振子やフィルタの形状寸法が共振子やフィル
タそのものの大きさの数倍にもなってしまい、携帯電話
など小型であることが極めて重要な装置においては、そ
の小型化が極めて重要な課題となっている。Further, an electronic circuit using an electroacoustic element, for example, an oscillation circuit such as an oscillator using a piezoelectric resonator, or an amplifier circuit using a piezoelectric filter is an electronic element for causing or amplifying oscillation. It is composed of a transistor, a resonator for oscillating at a desired frequency, a filter for extracting only a desired frequency, and some electric parts such as a capacitor and a resistor. The resonator or filter used here has a predetermined value as its vibration frequency or selected frequency, and is hermetically sealed in a container such as a metal tube so that its performance is stable for a long period of time.
Therefore, the size of the resonator and the filter becomes several times the size of the resonator and the filter itself, and miniaturization is an extremely important issue for devices such as mobile phones where small size is extremely important. Has become.
【0007】一方、Siなどの半導体基板上にスパッタ
リングなどの薄膜技術により、ZnOやAlNなどの圧
電体薄膜を形成し、この圧電薄膜で共振子などを形成し
て、Si電子素子と電気音響素子を一体に集積化する例
が知られている。On the other hand, a piezoelectric thin film such as ZnO or AlN is formed on a semiconductor substrate such as Si by a thin film technique such as sputtering, and a resonator or the like is formed by this piezoelectric thin film to form a Si electronic element and an electroacoustic element. There is known an example of integrating the above.
【0008】これらの問題点を解決する一つの方法とし
て、特開平4−283957号公報、特開平4−164
452号公報、 特開平6−120416号公報、特開
平6−125036号公報などに、圧電デバイスである
水晶、ほう酸リチウム、ニオブ酸リチウム、タンタル酸
リチウムを保持用基板であるシリコンあるいは各種保持
基板に直接接合する方法が知られている。これらの構造
は、熱的および機械的変化に対して極めて安定であり、
半導体基板やその他の基板に一体に形成できるといった
優れた特徴を有している。As one method for solving these problems, Japanese Patent Laid-Open Nos. 4-283957 and 4-164 are known.
No. 452, JP-A-6-120416, JP-A-6-125036, and the like disclose piezoelectric devices such as quartz, lithium borate, lithium niobate, and lithium tantalate as silicon or various holding substrates for holding. A method of directly joining is known. These structures are extremely stable against thermal and mechanical changes,
It has an excellent feature that it can be formed integrally with a semiconductor substrate or another substrate.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】圧電基板を他の基板に
積層するのに、各種接着剤を用いて固定する方法がある
が、従来の接着剤を用いた接着方法では、接着界面の厚
み精度が十分でないとか、耐熱性、信頼性が十分でない
などの課題がある。There is a method of fixing a piezoelectric substrate on another substrate by using various adhesives. In the pasting method using an adhesive, the thickness accuracy of the adhesive interface is improved. Is not enough, and there are problems such as insufficient heat resistance and reliability.
【0010】また薄膜形成技術により、半導体基板など
の基板上に形成する方法では、形成できる膜がZnOや
AlNなどの一部の材料に限られており、またその特性
はバルクの特性よりも劣るものであり、また水晶のよう
に優れた温度依存性を示すものは得られていない。Further, in the method of forming on a substrate such as a semiconductor substrate by the thin film forming technique, the film that can be formed is limited to some materials such as ZnO and AlN, and its characteristics are inferior to those of the bulk. However, there is no crystal that exhibits excellent temperature dependence like quartz.
【0011】各種エピタキシャル成長法による複合圧電
基板を形成する方法では、基板の格子定数に合った膜し
か形成できないため、材料の組合せが限られている。ま
た形成できる膜の結晶方位についても、基板の結晶方位
に依存するため、好ましい結晶方位の膜を得ようとして
も制約があり自由に形成することはできない。また液相
エピタキシャル成長、化学気相エピタキシャル成長、分
子線エピタキシャル成長など各種のエピタキシャル成長
技術があるが、いずれを用いてもバルク単結晶の特性よ
りも優れたものは得にくい。In the method of forming the composite piezoelectric substrate by various epitaxial growth methods, only a film suitable for the lattice constant of the substrate can be formed, so that the combination of materials is limited. Further, the crystallographic orientation of the film that can be formed depends on the crystallographic orientation of the substrate, and therefore, there is a limitation in obtaining a film having a preferable crystallographic orientation, so that the film cannot be formed freely. There are various epitaxial growth techniques such as liquid phase epitaxial growth, chemical vapor phase epitaxial growth, and molecular beam epitaxial growth, but it is difficult to obtain a superior single bulk crystal characteristic even if any of them is used.
【0012】また水晶とシリコン、あるいはニオブ酸リ
チウム、タンタル酸リチウム、ほう酸リチウムと各種保
持基板を直接接合する方法では、いずれの圧電基板も、
直接接合可能な温度および基板厚みに制約があり、基板
厚みの厚いものを直接接合しようとすると、熱処理を高
温でできないため、接合強度が弱い、あるいは製造の歩
留まりが悪いなどの難点がある。とくに温度特性に優れ
た水晶は573℃で結晶相の相転移を起こすため、高温
での熱処理ができないことから、接合強度の十分強いも
のが製造しにくいこと、また直接接合できる形状、寸法
に大きな制約があるなどの課題があった。In the method of directly bonding quartz and silicon, or lithium niobate, lithium tantalate, lithium borate and various holding substrates, any piezoelectric substrate
There is a restriction on the temperature and substrate thickness at which direct bonding is possible. If a thick substrate is directly bonded, heat treatment cannot be performed at a high temperature, resulting in weak bonding strength or poor manufacturing yield. Quartz, which has particularly excellent temperature characteristics, undergoes a phase transition of the crystal phase at 573 ° C, so it cannot be heat treated at high temperatures, making it difficult to manufacture those with sufficiently strong bonding strength, and having a large shape and size for direct bonding. There were issues such as restrictions.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、燐酸ガリウム基板と保持基板が、界面の水酸基の水
素結合または酸素との共有結合により直接接合されてい
るようにしたものである。In order to solve the above problems, the gallium phosphate substrate and the holding substrate are directly bonded by hydrogen bond of the hydroxyl group at the interface or covalent bond with oxygen.
【0014】また燐酸ガリウム基板および保持基板から
成り、前記基板の少なくとも一方の基板表面に、無機薄
膜層を有し、前記基板同士が、前記無機薄膜層と他方の
基板との界面の水酸基の水素結合または酸素との共有結
合により直接接合されているようにしたものである。Further, it comprises a gallium phosphate substrate and a holding substrate, and has an inorganic thin film layer on the surface of at least one of the substrates, and the hydrogen hydrogen of the hydroxyl group at the interface between the inorganic thin film layer and the other substrate is provided between the substrates. A direct bond is formed by a bond or a covalent bond with oxygen.
【0015】また直接接合部の厚みが20nm以下であ
るようにしたものである。保持基板には、半導体を用い
ることができ、またその半導体として珪素を用いること
ができる。Further, the thickness of the direct joint portion is set to 20 nm or less. A semiconductor can be used for the holding substrate, and silicon can be used as the semiconductor.
【0016】また保持基板には、ガラスまたは圧電体を
用いることもできる。また保持基板には、燐酸ガリウム
を用いることもできる。Further, glass or a piezoelectric material can be used for the holding substrate. Further, gallium phosphate can be used for the holding substrate.
【0017】無機薄膜層には、珪素または珪素化合物を
用いることができる。また燐酸ガリウム基板に少なくと
も一対の櫛形電極を有することにより、前記燐酸ガリウ
ム基板に表面弾性波を励振させるようにしたものであっ
てもよい。Silicon or a silicon compound can be used for the inorganic thin film layer. Further, the gallium phosphate substrate may have at least a pair of comb-shaped electrodes so that the gallium phosphate substrate can excite surface acoustic waves.
【0018】また燐酸ガリウム基板の両面に少なくとも
一対の対向電極を有することにより、前記燐酸ガリウム
基板にバルク波を励振させるようにしたものであっても
よい。The gallium phosphate substrate may be provided with at least a pair of opposing electrodes on both sides so that a bulk wave is excited in the gallium phosphate substrate.
【0019】また燐酸ガリウム基板と保持基板の直接接
合対向面に少なくとも一対の対向電極を有することによ
り、前記燐酸ガリウム基板と保持基板からなる複合圧電
基板にバルク波を励振させるようにしたものであっても
よい。Further, by providing at least a pair of counter electrodes on the surfaces of the gallium phosphate substrate and the holding substrate which are directly bonded to each other, a bulk wave is excited in the composite piezoelectric substrate composed of the gallium phosphate substrate and the holding substrate. May be.
【0020】また保持基板に半導体を用い、半導体基板
に電子素子または電子回路を有するようにしたものであ
ってもよい。A semiconductor may be used for the holding substrate, and the semiconductor substrate may have an electronic element or an electronic circuit.
【0021】また燐酸ガリウム基板および保持基板の、
接合予定部表面を極めて清浄にし、さらに親水化処理
し、重ね合わせて加熱することにより、前記燐酸ガリウ
ム基板を前記保持基板に直接接合するようにしたもので
ある。In addition, the gallium phosphate substrate and the holding substrate,
The surfaces to be joined are made extremely clean, further subjected to a hydrophilic treatment, superposed and heated to directly join the gallium phosphate substrate to the holding substrate.
【0022】また燐酸ガリウム基板および保持基板の、
少なくとも一方の接合予定部表面に、無機薄膜層を形成
し、その表面ならびに他方の基板表面の接合予定部を極
めて清浄にし、さらに親水化処理し、重ね合わせて加熱
することにより、前記燐酸ガリウム基板を前記保持基板
に、前記無機薄膜層を介して直接接合するようにしたも
のである。In addition, the gallium phosphate substrate and the holding substrate,
The inorganic gallium phosphate substrate is formed by forming an inorganic thin film layer on at least one surface to be bonded, and making the surface and the other substrate surface to be bonded extremely clean, further hydrophilizing, and superposing and heating. Is directly bonded to the holding substrate via the inorganic thin film layer.
【0023】[0023]
【作用】上記のような製造方法とそれにより得られる構
造とすることにより、熱的、機械的に安定で、高精度な
微細加工が可能であり、圧電デバイスとして応用する場
合の材料組合せと圧電特性の選択の自由度が大幅に増す
とともに、従来の圧電材料では困難であった、より高
温、より厚い圧電基板を用いた直接接合による複合圧電
基板が可能となり、複合圧電基板として、より熱的、機
械的に安定で、製造歩留まりの良いものが得られる。With the above-described manufacturing method and the structure obtained by the above method, it is possible to perform fine processing with high accuracy, which is thermally and mechanically stable, and the material combination and the piezoelectric material when applied as a piezoelectric device. The degree of freedom in selecting the characteristics is greatly increased, and it becomes possible to form a composite piezoelectric substrate by direct bonding using a higher temperature and thicker piezoelectric substrate, which was difficult with conventional piezoelectric materials. , Which is mechanically stable and has a good manufacturing yield.
【0024】[0024]
【実施例】以下本発明の実施例の複合圧電基板につい
て、図面を参照しながら説明する。Embodiments of the composite piezoelectric substrate of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0025】(実施例1)本発明の複合圧電基板の構造
の第1の実施例の断面構造を図1(a)に示す。図1
(a)において、1は圧電基板である燐酸ガリウム基
板、2は保持基板で、この両者の基板は、界面の水酸基
による水素結合または酸素による共有結合により直接接
合されている。保持基板としては、Siなどの4族半導
体、GaAsやInPなどの化合物半導体、珪酸を含有
する各種ガラス基板、水晶などの単結晶圧電基板、サフ
ァイアなどの単結晶絶縁基板などが適し、また保持基板
にも燐酸ガリウムを用いることができる。単結晶燐酸ガ
リウムは、水晶と同じ結晶対称性を有し、水晶と同様温
度依存性がほぼ0になる結晶方位が存在する。またその
電気機械結合係数などの特性は水晶よりも良好な値が得
られる。またその結晶相転移温度は、933℃であり、
水晶の573℃よりもはるかに高い。(Embodiment 1) FIG. 1A shows a sectional structure of a first embodiment of the structure of the composite piezoelectric substrate of the present invention. FIG.
In (a), 1 is a gallium phosphate substrate which is a piezoelectric substrate, and 2 is a holding substrate, and these two substrates are directly bonded by hydrogen bond by a hydroxyl group at the interface or covalent bond by oxygen. Suitable holding substrates include Group 4 semiconductors such as Si, compound semiconductors such as GaAs and InP, various glass substrates containing silicic acid, single crystal piezoelectric substrates such as quartz, and single crystal insulating substrates such as sapphire. Alternatively, gallium phosphate can be used. Single crystal gallium phosphate has the same crystal symmetry as that of quartz, and has a crystal orientation in which the temperature dependence is almost zero as in quartz. In addition, the characteristics such as the electromechanical coupling coefficient are better than those of quartz. Its crystal phase transition temperature is 933 ° C.,
Much higher than the crystal's 573 ° C.
【0026】このような構成の他の実施例を、図1
(b)に示す。図1(b)において、1、2は図1
(a)と同じである。3は、燐酸ガリウム基板1と保持
基板2の間に形成された無機薄膜層で、たとえば酸化珪
素や窒化珪素などの珪素化合物ないしは珪素層である。
無機薄膜層3は、燐酸ガリウム基板1または保持基板2
に、真空蒸着、スパッタリング、化学気相成長法(CV
D)などにより形成、付着されている。燐酸ガリウム基
板1と保持基板2とは、無機薄膜層3と保持基板2との
界面または燐酸ガリウムとの界面で、図1(a)の場合
と同様、直接接合により接合されている。Another embodiment of such a configuration is shown in FIG.
It shows in (b). In FIG. 1B, reference numerals 1 and 2 are the same as those in FIG.
Same as (a). Reference numeral 3 is an inorganic thin film layer formed between the gallium phosphate substrate 1 and the holding substrate 2, and is, for example, a silicon compound such as silicon oxide or silicon nitride or a silicon layer.
The inorganic thin film layer 3 is the gallium phosphate substrate 1 or the holding substrate 2.
Vacuum deposition, sputtering, chemical vapor deposition (CV
D) and the like. The gallium phosphate substrate 1 and the holding substrate 2 are directly bonded to each other at the interface between the inorganic thin film layer 3 and the holding substrate 2 or the interface with gallium phosphate as in the case of FIG. 1A.
【0027】無機薄膜層を界面に介在させることによ
り、この内部に電極を埋め込むことができるなど応用範
囲が広がるものである。具体的には、基板の一方の表面
に電極配線を形成し、その上からスパッタリングなどの
薄膜形成技術で、酸化珪素や窒化珪素などの高抵抗無機
薄膜層を、電極配線厚みよりも十分厚く堆積し、研磨な
どによって電極配線部の段差を平坦化したのち直接接合
することができる。By interposing the inorganic thin film layer at the interface, it is possible to embed an electrode inside the interface, so that the range of application is expanded. Specifically, electrode wiring is formed on one surface of the substrate, and a high resistance inorganic thin film layer such as silicon oxide or silicon nitride is deposited on the surface of the substrate sufficiently thicker than the electrode wiring thickness by a thin film forming technique such as sputtering. Then, the steps of the electrode wiring portion can be flattened by polishing or the like, and then directly joined.
【0028】また無機薄膜層が珪素を含有する場合、直
接接合において、酸素が関与した共有結合を形成しやす
く、接合強度が上がる、より低い熱処理温度で直接接合
が可能であるなどの効果がある。In addition, when the inorganic thin film layer contains silicon, in the direct bonding, covalent bonds involving oxygen are easily formed, the bonding strength is increased, and the direct bonding can be performed at a lower heat treatment temperature. .
【0029】ここで本発明で述べる直接接合について説
明する。基板表面を極めて清浄にし、表面を親水化処理
して純水に浸すと、基板表面には多数の水酸基が吸着さ
れる。この様子を図2(a)に示す。図では非常に代表
的な場合を模式的に表わしたものである。水酸基は酸素
と水素からなる。この状態で基板同士を重ね合わせる
と、水酸基をを介して、主として水素結合により、基板
同士の初期の接合が行われる。この様子を図2(b)に
示す。これも代表例を模式的に表わしたものである。Here, the direct joining described in the present invention will be described. When the surface of the substrate is made extremely clean, and the surface is made hydrophilic and immersed in pure water, a large number of hydroxyl groups are adsorbed on the surface of the substrate. This state is shown in FIG. The figure schematically shows a very typical case. The hydroxyl group consists of oxygen and hydrogen. When the substrates are overlapped with each other in this state, the initial bonding between the substrates is performed mainly by hydrogen bonding via the hydroxyl group. This state is shown in FIG. This also represents a typical example.
【0030】この状態で加熱していくと、次第に接合界
面から水分子の離脱または水素の離脱がおこり、接合は
強化される。この接合強化は水酸基による水素結合から
酸素を中心とする共有結合の割合が増すことにより行わ
れる。この状態は熱処理温度として、200−500℃
に多く見られる。When heating is performed in this state, water molecules or hydrogen are gradually released from the joint interface, and the joint is strengthened. This strengthening of bonding is performed by increasing the ratio of covalent bonds centering on oxygen from hydrogen bonds by the hydroxyl groups. In this state, the heat treatment temperature is 200-500 ° C.
Are often found in.
【0031】さらに温度を上げていくと、水素がさらに
離脱し、酸素を介しての結合が主となる。この様子を図
2(c)に示す。この結合は共有結合的なものとなり接
合強度はさらに強化される。界面に珪素がある場合は、
珪素も共有結合強化を促進する。When the temperature is further raised, hydrogen is further released, and the bond is mainly mediated by oxygen. This state is shown in FIG. This bond becomes covalent and the bond strength is further enhanced. If there is silicon at the interface,
Silicon also promotes covalent bond strengthening.
【0032】図2は、いずれの図においても代表的な場
合を模式的に表わしたものであり、詳細は、基板の構成
元素や表面状態の影響を受ける。FIG. 2 schematically shows a typical case in any of the drawings, and the details are affected by the constituent elements of the substrate and the surface condition.
【0033】接合強度は200℃、1時間程度の熱処理
でも、容易に数10Kg/cm2の接合強度の値が得ら
れ、十分実用に耐えるものである。With respect to the bonding strength, a value of several tens of kg / cm 2 is easily obtained even by heat treatment at 200 ° C. for about 1 hour, which is sufficiently practical.
【0034】接合界面は、TEM(透過電子顕微鏡)観
察によれば、原子オーダーで接合されており、その直接
接合部の厚みは、通常10nm以下で、20nm以下に
抑えることは容易である。According to TEM (transmission electron microscope) observation, the bonding interface is bonded in atomic order, and the thickness of the direct bonding portion is usually 10 nm or less, and it is easy to suppress it to 20 nm or less.
【0035】有機物他の接着剤を用いて接着した場合
と、本実施例で説明した直接接合の違いと効果について
述べる。まず接着剤を用いて接着した場合は、必ず接着
界面に接着剤の層が残る。これは通常数μmから数10
μmになる。本実施例では水酸基数分子層の厚みで接合
が可能となっている。そのため接合後の基板の上下面の
平行度は極めて良好なものとなる。接着剤を用いた場合
は、接着剤の厚みを原子オーダーで制御することは実質
的に不可能である。Differences and effects between the case of using an organic material or another adhesive and the direct bonding described in this embodiment will be described. First, when bonding is performed using an adhesive, an adhesive layer always remains at the bonding interface. This is usually several μm to several tens
It becomes μm. In this embodiment, the bonding can be performed with the thickness of several molecular layers of hydroxyl groups. Therefore, the parallelism of the upper and lower surfaces of the substrates after bonding becomes extremely good. When an adhesive is used, it is virtually impossible to control the thickness of the adhesive on the atomic order.
【0036】このことから本実施例で述べた複合圧電基
板の場合、複合圧電基板表面の微細加工が可能になる。
例えば表面弾性波デバイスを作る場合、燐酸ガリウム基
板表面に微細な櫛形電極を形成する必要がある。櫛形電
極の幅はサブミクロンの精度が要求される。櫛形電極の
形成は電極を真空蒸着などにより形成し、ホトリソグラ
フィーを用いてマスクを形成し、エッチング加工により
形成するのが通常の方法である。サブミクロンのホトリ
ソグラフィーを行う場合、基板の上下面の平行度が十分
でないと露光の精度が十分とれず、良好な加工が得られ
ない。From the above, in the case of the composite piezoelectric substrate described in this embodiment, fine processing of the surface of the composite piezoelectric substrate becomes possible.
For example, when making a surface acoustic wave device, it is necessary to form fine comb-shaped electrodes on the surface of the gallium phosphate substrate. Sub-micron precision is required for the width of the comb electrodes. A common method for forming the comb-shaped electrodes is to form the electrodes by vacuum vapor deposition or the like, form a mask using photolithography, and form the mask by etching. When sub-micron photolithography is performed, unless the parallelism of the upper and lower surfaces of the substrate is sufficient, the exposure accuracy cannot be sufficient and good processing cannot be obtained.
【0037】また湿式エッチングやドライエッチングな
どの微細加工においては、エッチング剤としての酸や各
種ガスにさらされたり、高温にさらされる場合があり、
各種接着剤を用いた場合には、その化学的および熱的安
定性が重要な問題であるが、本実施例の場合には、そう
いった問題がなく、高精度微細加工が可能となる。Further, in microfabrication such as wet etching or dry etching, there is a case where it is exposed to acid as an etching agent or various gases, or exposed to high temperature.
When various adhesives are used, their chemical and thermal stability are important problems, but in the case of this embodiment, such problems do not occur and high-precision fine processing is possible.
【0038】接着剤、とくに有機系のものは、高温まで
安定な状態で保つことが困難である。製造の途中で行わ
れる半田付け、半田リフロー(230℃程度)などの加
熱工程で特性が変化したり、またガスが発生して、基板
表面の特性を利用する表面弾性波デバイスなどには悪影
響を与える。本実施例では接合のための熱処理温以下で
はきわめて強固で安定である。また界面には酸素、水素
しかないため、デバイス化した時に悪影響を与えるよう
なガスの発生がない。Adhesives, especially organic ones, are difficult to keep stable at high temperatures. The characteristics may change in the heating process such as soldering and solder reflow (about 230 ° C) that occurs during the manufacturing process, or gas may be generated, which may adversely affect surface acoustic wave devices that utilize the characteristics of the substrate surface. give. In this embodiment, it is extremely strong and stable below the heat treatment temperature for joining. Further, since only oxygen and hydrogen are present at the interface, there is no generation of gas that would adversely affect device fabrication.
【0039】また本実施例の直接接合では、エピタキシ
ャル成長のように保持基板と燐酸ガリウム基板の組合せ
が限られないので、異なる元素、結晶構造、結晶方位、
格子定数からなる材料の組合せが可能となるので、材料
組合せの自由度がきわめて大きくなる。Further, in the direct junction of this embodiment, since the combination of the holding substrate and the gallium phosphate substrate is not limited like the epitaxial growth, different elements, crystal structures, crystal orientations,
Since it is possible to combine materials having lattice constants, the degree of freedom in material combination becomes extremely large.
【0040】接合界面が原子レベルで接合されているこ
と、および水素、酸素、基板構成元素以外の特別な元素
を介在させないことから、以下このような方法で行われ
た接合を、直接接合と呼ぶことにする。Since the bonding interface is bonded at the atomic level and no special element other than hydrogen, oxygen and the constituent elements of the substrate is allowed to intervene, the bonding performed by such a method is hereinafter referred to as direct bonding. I will decide.
【0041】このような直接接合の例として、水晶、ニ
オブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ほう酸リチウム
などと、半導体基板やガラス基板などの基板に直接接合
する方法が知られている。しかし燐酸ガリウム基板を用
いることにより、従来のこれらの基板では直接接合が困
難であった条件での直接接合が可能となる。As an example of such direct bonding, there is known a method of directly bonding quartz, lithium niobate, lithium tantalate, lithium borate and the like to a substrate such as a semiconductor substrate or a glass substrate. However, by using the gallium phosphate substrate, it becomes possible to perform the direct bonding under the condition that the conventional direct bonding is difficult for these substrates.
【0042】図3(a)、(b)は、水晶とSi基板な
らびに、熱膨張率が比較的水晶に近い熱膨張率(10X
10-6/℃)を有する高熱膨張率ガラスとの直接接合可
能な条件を、燐酸ガリウム基板の場合と比較したもので
ある。3 (a) and 3 (b) show the crystal and the Si substrate, and the coefficient of thermal expansion (10X) which is relatively close to that of the crystal.
The conditions under which direct bonding with a high thermal expansion coefficient glass having a temperature of 10 −6 / ° C.) is possible are compared with those in the case of a gallium phosphate substrate.
【0043】直接接合は、保持基板の厚みを一定とした
時、圧電基板の厚みが厚いほど、また熱処理温度が高い
ほど、界面での熱応力が生じ、直接接合が困難となる。
図3(a)でわかるように、水晶とSiの直接接合の場
合、例えば、水晶の厚みが50μmの場合では、約30
0℃以下での熱処理しかできない。一方、燐酸ガリウム
の場合には、厚み50μmの場合、約550℃まで熱処
理が可能となる。処理できる温度が高いほど、接合強度
が強固で安定となることから、信頼性の面で好ましい。
また製造上からみた場合、製造において容易にハンドリ
ングできる基板厚みは、直径2インチのウェーハで考え
た場合、50μm以上であり、そのため接合可能な基板
厚みは、少なくとも50μm以上が好ましい。この点か
らみても燐酸ガリウムは好ましい。In the direct bonding, when the thickness of the holding substrate is constant, the thicker the piezoelectric substrate is and the higher the heat treatment temperature is, the thermal stress is generated at the interface, and the direct bonding becomes difficult.
As can be seen from FIG. 3A, in the case of direct bonding of quartz and Si, for example, when the thickness of quartz is 50 μm, about 30
Only heat treatment at 0 ° C or lower is possible. On the other hand, in the case of gallium phosphate, when the thickness is 50 μm, heat treatment can be performed up to about 550 ° C. The higher the temperature that can be treated, the stronger and stable the bonding strength, which is preferable in terms of reliability.
In terms of production, the substrate thickness that can be easily handled in production is 50 μm or more when considering a wafer having a diameter of 2 inches. Therefore, the bondable substrate thickness is preferably at least 50 μm or more. From this point of view, gallium phosphate is preferable.
【0044】またバルク波振動子の場合、圧電基板の厚
みは、共振周波数に反比例するので、取り扱える基板厚
みの範囲が広いほど、製造可能な周波数範囲が広がる。
この観点からも燐酸ガリウムは好ましい。In the case of the bulk wave oscillator, the thickness of the piezoelectric substrate is inversely proportional to the resonance frequency. Therefore, the wider the range of substrate thickness that can be handled, the wider the manufacturable frequency range.
From this viewpoint as well, gallium phosphate is preferable.
【0045】これらの観点から見て、燐酸ガリウムは水
晶の場合よりも、より高温、およびより厚い基板での直
接接合が可能であることから、明らかに好ましいもので
ある。From these viewpoints, gallium phosphate is clearly preferable because it allows direct bonding at a higher temperature and a thicker substrate than that of quartz.
【0046】図3(b)は保持基板がガラス基板の場合
であるが、この場合にも、明らかに、燐酸ガリウム基板
の方が、水晶の場合よりも、熱処理可能温度が高く、ま
た基板厚みが厚くてもよい。なおこの場合、600℃以
上になるとガラス基板の特性が変化するため測定してな
いが、軟化温度の高いガラス基板を用いればさらに高温
での熱処理は可能である。FIG. 3B shows the case where the holding substrate is a glass substrate. In this case as well, the heat treatment temperature is obviously higher in the gallium phosphate substrate than in the case of quartz, and the substrate thickness is also higher. May be thick. In this case, since the characteristics of the glass substrate change at 600 ° C. or higher, the measurement is not performed, but if a glass substrate having a high softening temperature is used, heat treatment at a higher temperature is possible.
【0047】この状況は、その他の圧電基板、例えば、
ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ほう酸リチウ
ムと比較しても同様である。この状況を、図4(a)、
(b)に示す。図4(a)は、保持基板がSi基板の場
合、図4(b)は、保持基板が高熱膨張率ガラスの場合
である。この場合も、やはり、燐酸ガリウムの場合の方
が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ほう酸リ
チウムよりも、より高温で直接接合可能、または同一温
度であれば、より厚い基板まで直接接合可能であり、や
はり好ましい結果が得られている。This situation applies to other piezoelectric substrates, such as
The same applies when compared with lithium niobate, lithium tantalate, and lithium borate. This situation is shown in FIG.
It shows in (b). FIG. 4A shows the case where the holding substrate is a Si substrate, and FIG. 4B shows the case where the holding substrate is a glass having a high coefficient of thermal expansion. In this case, too, in the case of gallium phosphate, direct bonding can be performed at a higher temperature than that of lithium niobate, lithium tantalate, and lithium borate, or even a thicker substrate can be directly bonded at the same temperature. , Again, favorable results have been obtained.
【0048】これらの結果は、水晶、ニオブ酸リチウ
ム、タンタル酸リチウムなどの熱膨張率が、いずれも大
きな値をもち、10x10-6/℃以上であるのに比べ
て、燐酸ガリウムの熱膨張率は、10x10-6/℃以下
の方位が存在し、とくに最小方位(Z軸方向)では、3
x10-6/℃とSiとほぼ同等の値が得られること、ま
た結晶相の相変化の温度が933℃であり、水晶の相変
化温度573℃やタンタル酸リチウムのキューリー温度
607℃に比べてはるかに高いこと、またほう酸リチウ
ムのように水溶性でないことなどによる効果と考えられ
る。These results indicate that the coefficient of thermal expansion of quartz, lithium niobate, lithium tantalate, etc. all has a large value and is 10 × 10 −6 / ° C. or more, whereas the coefficient of thermal expansion of gallium phosphate is higher. Has an azimuth of 10 × 10 −6 / ° C. or less, and particularly in the minimum azimuth (Z-axis direction), 3
x10 -6 / ° C, which is almost the same value as Si, and the phase change temperature of the crystal phase is 933 ° C, which is higher than the crystal phase change temperature of 573 ° C and the Curie temperature of lithium tantalate 607 ° C. It is considered that the effect is due to the fact that it is much higher and that it is not water-soluble like lithium borate.
【0049】図1(b)の構成においても、真空蒸着、
スパッタリング、化学気相成長法などにより無機薄膜層
を形成することにより、その膜厚を精度よく制御するこ
とが可能なので、ホトリソグラフィーにおいて、基板上
下両面の平行度が重要な表面弾性波デバイスについて
も、適用することができる。Also in the structure of FIG. 1B, vacuum evaporation,
By forming an inorganic thin film layer by sputtering, chemical vapor deposition, etc., it is possible to control the film thickness with high accuracy. Therefore, in photolithography, even for surface acoustic wave devices where parallelism between the upper and lower surfaces of the substrate is important. , Can be applied.
【0050】(実施例2)実施例1で述べた構造の複合
圧電基板は、種々の用途に用いられる。(Embodiment 2) The composite piezoelectric substrate having the structure described in Embodiment 1 is used for various purposes.
【0051】実施例1で述べた構造を用いた応用デバイ
スの第1の例を図5(a)、(b)に示す。図5は、燐
酸ガリウム基板に表面弾性波デバイスを形成したもので
ある。図5において、1、2は実施例1と同様、燐酸ガ
リウム基板および保持基板、4、4’は燐酸ガリウム基
板表面に形成した櫛形電極である。ここでは2組の櫛形
電極構成を示したが、これは代表的構成を示したもので
あり、通常表面弾性波を用いたデバイスに用いられる電
極構成は、同様に構成可能である。A first example of an applied device using the structure described in the first embodiment is shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). FIG. 5 shows a surface acoustic wave device formed on a gallium phosphate substrate. In FIG. 5, 1 and 2 are the gallium phosphate substrate and the holding substrate, and 4 and 4 ′ are the comb-shaped electrodes formed on the surface of the gallium phosphate substrate, as in the first embodiment. Here, two sets of comb-shaped electrode configurations are shown, but this is a representative configuration, and the electrode configuration normally used in a device using surface acoustic waves can be similarly configured.
【0052】このような構成をとることにより、表面弾
性波の特性を種々制御することができる。たとえば保持
基板にも圧電基板を用いた場合、燐酸ガリウム基板また
は保持基板側の圧電基板の厚みを、動作させようとする
表面弾性波の1波長程度以下にすると、この層状構造を
伝搬する表面弾性波の性質は、燐酸ガリウムと用いた圧
電基板との複合化した特性が得られる。例えば、保持基
板に水晶を用いた場合、温度依存性が非常に小さく、圧
電定数が、燐酸ガリウムと水晶の特性を組み合わせたも
のが得られる。また保持基板にニオブ酸リチウム、タン
タル酸リチウムを用いた場合、燐酸ガリウムの優れた温
度依存性とニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムの大
きな電気機械結合係数を合わせもつ複合圧電バルク波デ
バイスが得られる。また非圧電性保持基板であっても、
サファイアやSiのような単結晶基板と直接接合するこ
とにより、異なる音速の表面弾性波を励振することが可
能となる。ガラス基板を保持基板とした場合、とくに音
速遅い基板(1500−2500m/秒)を得るのに有
利である。With such a structure, the characteristics of the surface acoustic wave can be controlled in various ways. For example, when a piezoelectric substrate is also used as the holding substrate, if the thickness of the gallium phosphate substrate or the piezoelectric substrate on the holding substrate side is set to about 1 wavelength or less of the surface acoustic wave to be operated, the surface elasticity propagating in this layered structure will be reduced. The wave property is a composite property of gallium phosphate and a piezoelectric substrate. For example, when quartz is used for the holding substrate, the temperature dependence is very small, and the piezoelectric constant is obtained by combining the characteristics of gallium phosphate and quartz. When lithium niobate or lithium tantalate is used for the holding substrate, a composite piezoelectric bulk wave device having excellent temperature dependence of gallium phosphate and a large electromechanical coupling coefficient of lithium niobate or lithium tantalate can be obtained. Moreover, even if it is a non-piezoelectric holding substrate,
By directly bonding to a single crystal substrate such as sapphire or Si, it becomes possible to excite surface acoustic waves having different sound velocities. When the glass substrate is used as the holding substrate, it is particularly advantageous to obtain a substrate having a slow sound velocity (1500-2500 m / sec).
【0053】この場合、直接接合部の厚みがいずれも2
0nm以下で実現できることから、層状構造の基板間の
表面弾性波の伝搬が、ほとんど損失なく行われ、通常の
接着剤による接合では実現できない低損失の層状構造に
おける複合表面弾性波の特性が得られる。In this case, the thickness of the direct joint is 2 in each case.
Since it can be realized with a thickness of 0 nm or less, propagation of surface acoustic waves between substrates having a layered structure is performed with almost no loss, and a characteristic of a composite surface acoustic wave in a layered structure with a low loss that cannot be realized by ordinary adhesive bonding is obtained. .
【0054】図5(b)は、燐酸ガリウム基板と保持基
板の間に、無機薄膜層3を介在させた場合の構成であ
る。この場合にも各種櫛形電極の構成が可能である。さ
らにこの場合には、無機薄膜層の中に電極を埋め込むこ
とができ、電極構成の自由度がさらに増すものである。FIG. 5B shows a structure in which the inorganic thin film layer 3 is interposed between the gallium phosphate substrate and the holding substrate. Also in this case, various comb-shaped electrodes can be formed. Further, in this case, the electrode can be embedded in the inorganic thin film layer, and the degree of freedom of the electrode configuration is further increased.
【0055】(実施例3)本実施例の構造を用いた応用
デバイスの第2の例を図6(a)、(b)に示す。図6
は、燐酸ガリウム基板にバルク波デバイスを形成したも
のである。図6において、1、2は実施例1と同様、燐
酸ガリウム基板および保持基板、5は保持基板の一部を
エッチングなどにより除去した空洞部、6、6’は燐酸
ガリウム基板に対向して形成した一対のバルク波励振用
電極である。ここでは1組の対向電極構成を示したが、
これは代表的構成を示したものであり、通常バルク波を
用いたデバイスに用いられる電極構成は、同様に構成可
能である。(Embodiment 3) A second example of an applied device using the structure of this embodiment is shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). Figure 6
Is a bulk wave device formed on a gallium phosphate substrate. In FIG. 6, 1 and 2 are the gallium phosphate substrate and the holding substrate as in the first embodiment, 5 is a cavity formed by removing a part of the holding substrate by etching or the like, and 6 and 6 ′ are formed facing the gallium phosphate substrate. And a pair of electrodes for exciting a bulk wave. Although one pair of counter electrode configurations is shown here,
This shows a typical configuration, and the electrode configuration normally used in a device using bulk waves can be similarly configured.
【0056】このような構成をとることにより、バルク
波デバイスの特性を熱的、機械的に安定に保ちながら保
持することが可能となる。例えば、保持基板に、Siな
どの単結晶半導体を用いた場合、単結晶の異方性エッチ
ングを利用して、空洞部の微細加工を高精度に加工する
ことができる。また保持基板にガラスを用いた場合、や
はり加工性が容易であり、空洞部の形成に好ましい。ま
た同一材料すなわち燐酸ガリウム基板を保持基板に用い
た場合、接合界面に熱応力が全く加わらないため、バル
ク波特性の温度安定性が向上する。By adopting such a configuration, it becomes possible to maintain the characteristics of the bulk wave device while thermally and mechanically maintaining it stable. For example, when a single crystal semiconductor such as Si is used for the holding substrate, the fine processing of the cavity can be processed with high accuracy by utilizing anisotropic etching of the single crystal. Further, when glass is used for the holding substrate, workability is also easy, which is preferable for forming the cavity. Further, when the same material, that is, a gallium phosphate substrate is used for the holding substrate, no thermal stress is applied to the bonding interface, so that the temperature stability of the bulk wave characteristic is improved.
【0057】また本実施例においては、直接接合部の厚
みが20nm以下であることから、直接接合後の燐酸ガ
リウム基板を、研磨などの機械的加工により、高精度で
薄板化することが可能となる。バルク波デバイスの共振
周波数は、一般に圧電基板の厚みに反比例するため、高
周波化するためには、薄板化加工が必要である。500
MHz以上で動作させる場合3−5μm以下に薄板化す
ることが必要である。通常の接着剤を用いて保持基板に
接合した場合、接着剤の厚みがμmオーダーであること
から、通常の接着剤を用いて、3−5μm以下の薄板に
高精度(面内が均一)で加工することはできない。この
場合の精度は、大体3−5μm+−1μm程度である。
しかし本実施例の直接接合を用いた場合、3−5μm+
−20nm程度の精度で薄板化が可能である。Further, in this embodiment, since the thickness of the direct bonding portion is 20 nm or less, the gallium phosphate substrate after the direct bonding can be thinned with high accuracy by mechanical processing such as polishing. Become. Since the resonance frequency of the bulk wave device is generally inversely proportional to the thickness of the piezoelectric substrate, thinning is required to increase the frequency. 500
When operating above MHz, it is necessary to reduce the thickness to 3-5 μm or less. When bonded to a holding substrate using a normal adhesive, the thickness of the adhesive is on the order of μm, so using a normal adhesive, a thin plate of 3-5 μm or less can be highly accurately (in-plane uniform). It cannot be processed. The accuracy in this case is about 3-5 μm + −1 μm.
However, when the direct bonding of this embodiment is used, it is 3-5 μm +
It is possible to make a thin plate with an accuracy of about -20 nm.
【0058】図6(b)は、燐酸ガリウム基板と保持基
板の間に、無機薄膜層3を介在させた場合の構成であ
る。この場合にも各種電極の構成が可能である。さらに
この場合には、無機薄膜層の中に電極を埋め込むことが
でき、さらに電極構成の自由度が増すものである。FIG. 6B shows a structure in which the inorganic thin film layer 3 is interposed between the gallium phosphate substrate and the holding substrate. Also in this case, various electrode configurations are possible. Further, in this case, the electrode can be embedded in the inorganic thin film layer, and the degree of freedom of the electrode configuration is further increased.
【0059】(実施例4)本実施例の構造を用いた応用
デバイスの第3の例を図7(a)、(b)に示す。図7
は、燐酸ガリウム基板と直接接合した保持基板にバルク
波デバイスを形成したものである。図7において、1、
2は実施例1と同様、燐酸ガリウム基板および保持基
板、6、6’は燐酸ガリウム基板と保持基板の直接接合
界面に対向する面に、対向して形成した一対のバルク波
励振用電極である。ここでは1組の対向電極構成を示し
たが、これは代表的構成を示したものであり、通常バル
ク波を用いたデバイスに用いられる電極構成は、同様に
構成可能である。(Embodiment 4) A third example of an applied device using the structure of this embodiment is shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). Figure 7
Is a bulk wave device formed on a holding substrate directly bonded to a gallium phosphate substrate. In FIG. 7, 1,
Similar to the first embodiment, 2 is a gallium phosphate substrate and a holding substrate, and 6 and 6 ′ are a pair of bulk wave excitation electrodes formed so as to face the surface of the gallium phosphate substrate and the holding substrate facing the direct bonding interface. . Here, a pair of counter electrode configurations is shown, but this is a representative configuration, and the electrode configuration normally used for a device using a bulk wave can be similarly configured.
【0060】このような構成をとることにより、バルク
波の特性を種々制御することができる。たとえば保持基
板にも圧電基板を用いた場合、全体のバルク波の性質
は、燐酸ガリウムと用いた圧電基板との複合化した特性
が得られる。例えば、保持基板に水晶を用いた場合、温
度依存性が非常に小さく、圧電定数が、燐酸ガリウムと
水晶の特性を組み合わせたものが得られる。また保持基
板にニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムを用いた場
合、燐酸ガリウムの優れた温度依存性とニオブ酸リチウ
ム、タンタル酸リチウムの大きな電気機械結合係数を合
わせもつ複合圧電バルク波デバイスが得られる。また非
圧電性保持基板であっても、サファイアやSiのような
単結晶で結晶性の良いものと直接接合することにより、
共振のQを高めることが可能となる。With such a structure, the characteristics of the bulk wave can be controlled in various ways. For example, when a piezoelectric substrate is also used as the holding substrate, the properties of the entire bulk wave can be obtained by combining gallium phosphate and the piezoelectric substrate. For example, when quartz is used for the holding substrate, the temperature dependence is very small, and the piezoelectric constant is obtained by combining the characteristics of gallium phosphate and quartz. When lithium niobate or lithium tantalate is used for the holding substrate, a composite piezoelectric bulk wave device having excellent temperature dependence of gallium phosphate and a large electromechanical coupling coefficient of lithium niobate or lithium tantalate can be obtained. Even if it is a non-piezoelectric holding substrate, by directly joining it with a single crystal having good crystallinity such as sapphire or Si,
It is possible to increase the Q of resonance.
【0061】この場合、直接接合部の厚みが20nm以
下であることから、積層構造の基板間のバルク波の伝搬
が、ほとんど損失なく行われ、通常の接着剤による接合
では実現できない低損失の積層構造における複合バルク
波の特性が得られる。In this case, since the thickness of the direct bonding portion is 20 nm or less, the propagation of the bulk wave between the substrates having the laminated structure is carried out with almost no loss, and the low-loss laminated structure which cannot be realized by the usual bonding with an adhesive. The characteristics of the composite bulk wave in the structure are obtained.
【0062】図7(b)は、燐酸ガリウム基板と保持基
板の間に、無機薄膜層3を介在させた場合の構成であ
る。この場合にも各種電極の構成が可能である。さらに
この場合には、無機薄膜層の中に電極を埋め込むことが
でき、さらに電極構成の自由度が増すものである。FIG. 7B shows a structure in which the inorganic thin film layer 3 is interposed between the gallium phosphate substrate and the holding substrate. Also in this case, various electrode configurations are possible. Further, in this case, the electrode can be embedded in the inorganic thin film layer, and the degree of freedom of the electrode configuration is further increased.
【0063】(実施例5)本実施例の構造を用いた応用
デバイスの第4の例を図8(a)、(b)に、第5の例
を図9(a)、(b)に示す。図8(a)、(b)は、
燐酸ガリウム基板を、トランジスタなどの電子素子また
はそれらからなる電子回路を有する半導体基板に直接接
合し、燐酸ガリウム基板に圧電デバイスを形成し、電子
素子あるいは電子回路と接続したものである。図8にお
いて、1、2は実施例1と同様、燐酸ガリウム基板およ
び保持基板で、この場合、保持基板はSiなどの半導体
基板、4は、表面弾性波を励振する場合の櫛形電極(図
では櫛形電極形状は省略して表示している)、6’はバ
ルク波を励振する場合の、対向電極(この場合、上下両
面に対向して設けられているが、図では上面の電極のみ
を表示している)、5はバルク波を励振する場合の空洞
部、7は半導体保持基板2の上に形成されたトランジス
タなどの電子素子ないしはそれらからなる電子回路部、
8、8’は、圧電デバイスの電極と、電子素子または電
子回路を接続する配線部である。電子素子としては、ト
ランジスタ、抵抗、コンデンサ、インダクタなどであ
り、電子回路の場合、表面弾性波ないしはバルク波を用
いた発振回路、フィルタを有する増幅回路、各種センサ
回路などが構成可能である。(Embodiment 5) A fourth example of an applied device using the structure of this embodiment is shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), and a fifth example is shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b). Show. 8 (a) and 8 (b),
A gallium phosphate substrate is directly bonded to an electronic element such as a transistor or a semiconductor substrate having an electronic circuit including them, a piezoelectric device is formed on the gallium phosphate substrate, and the element is connected to the electronic element or the electronic circuit. In FIG. 8, 1 and 2 are gallium phosphate substrates and a holding substrate as in the first embodiment. In this case, the holding substrate is a semiconductor substrate such as Si, and 4 is a comb-shaped electrode for exciting surface acoustic waves (in the figure, The comb-shaped electrode is omitted in the drawing. 6'is a counter electrode for exciting a bulk wave (in this case, it is provided so as to face both upper and lower surfaces, but only the upper electrode is shown in the figure). 5 is a cavity portion for exciting a bulk wave, 7 is an electronic element such as a transistor formed on the semiconductor holding substrate 2, or an electronic circuit portion including them.
Reference numerals 8 and 8 ′ are wiring portions that connect the electrodes of the piezoelectric device to the electronic elements or electronic circuits. The electronic element is a transistor, a resistor, a capacitor, an inductor, or the like, and in the case of an electronic circuit, an oscillation circuit using a surface acoustic wave or a bulk wave, an amplifier circuit having a filter, various sensor circuits, and the like can be configured.
【0064】ここでは代表的構成を示したものであり、
圧電デバイスと電子回路からなる構成であれば、種々の
ものが構成可能である。Here, a typical configuration is shown,
Various structures can be configured as long as they include a piezoelectric device and an electronic circuit.
【0065】このような構成をとることにより、圧電デ
バイスと半導体デバイスを一体に集積化でき、大幅な小
型化が可能となる。また燐酸ガリウム基板と半導体保持
基板との接合を直接接合で行っていることから、熱的、
機械的に極めて信頼性の高いものが得られる。またこの
ままパッケージに気密封止した場合、接合部からのガス
の発生などがないことから安定であり、また半田リフロ
ーなどの製造上の一次的加熱に対しても、直接接合熱処
理温度を、半田リフロー温度よりも高温で行っておけば
極めて安定な特性が得られる。With this structure, the piezoelectric device and the semiconductor device can be integrated together, and the size can be greatly reduced. In addition, since the gallium phosphate substrate and the semiconductor holding substrate are directly joined, thermal,
It is mechanically extremely reliable. If the package is hermetically sealed as it is, it is stable because there is no generation of gas from the joint, and the direct joint heat treatment temperature can be set to the solder reflow temperature even for primary heating during manufacturing such as solder reflow. If it is performed at a temperature higher than the temperature, extremely stable characteristics can be obtained.
【0066】図9(a)、(b)は、燐酸ガリウム基板
と保持基板の間に、無機薄膜層3を介在させた場合の構
成である。この場合にも各種電極の構成が可能である。
さらにこの場合には、無機薄膜層の中に電極を埋め込む
ことができ、さらに電極構成の自由度が増すものであ
る。FIGS. 9A and 9B show a structure in which the inorganic thin film layer 3 is interposed between the gallium phosphate substrate and the holding substrate. Also in this case, various electrode configurations are possible.
Further, in this case, the electrode can be embedded in the inorganic thin film layer, and the degree of freedom of the electrode configuration is further increased.
【0067】(実施例6)実施例1、図1(a)に示す
構造の複合圧電基板の製造方法の例を説明する。Example 6 An example of a method for manufacturing a composite piezoelectric substrate having the structure shown in Example 1 and FIG. 1A will be described.
【0068】保持基板及び燐酸ガリウム基板表面を研磨
により平坦化し、さらに表面が鏡面状態になるまで研磨
する。次に接合予定部表面を、洗剤、各種溶剤により極
めて清浄にする。その後、それぞれの表面を紫外線照射
により、親水化処理する。その後その表面を純水で十分
洗浄し、一様に重ね合わせることにより、容易に接合が
得られる。この状態で熱処理を行うことにより接合強度
が強化される。100℃から900℃の温度で熱処理を
行うと、その接合は更に強化される。The surfaces of the holding substrate and the gallium phosphate substrate are flattened by polishing and further polished until the surfaces are in a mirror state. Next, the surfaces to be joined are made extremely clean with detergent and various solvents. Then, each surface is subjected to a hydrophilic treatment by irradiation with ultraviolet rays. After that, the surface is thoroughly washed with pure water, and the surfaces are evenly overlaid, so that bonding can be easily obtained. By performing heat treatment in this state, the bonding strength is enhanced. When the heat treatment is performed at a temperature of 100 to 900 ° C., the bond is further strengthened.
【0069】接合強化の熱処理効果は、例えば、200
℃で、1時間程度保持するだけでも接合強度は数倍に上
がり、数10Kg/平方cmの強度が得られる。The heat treatment effect for strengthening the bond is, for example, 200
The bonding strength is increased several times and the strength of several tens Kg / square cm can be obtained even if it is held at ℃ for about 1 hour.
【0070】また熱処理温度は、保持基板と燐酸ガリウ
ム基板が変質する温度以下であることが必要である。The heat treatment temperature needs to be lower than the temperature at which the holding substrate and the gallium phosphate substrate are denatured.
【0071】このような方法で、燐酸ガリウムと直接接
合可能なものは、半導体としては、Si、GaAs、I
nP、圧電体としては、燐酸ガリウム、水晶、ニオブ酸
リチウム、タンタル酸リチウム、ほう酸リチウム、ジル
コンチタン酸鉛を主成分とする圧電体、絶縁体として
は、ほう珪酸ガラスや石英ガラスなどのガラス、サファ
イアなどである。Those which can be directly bonded to gallium phosphate by such a method include Si, GaAs, and I as semiconductors.
nP, the piezoelectric body is a piezoelectric body containing gallium phosphate, quartz, lithium niobate, lithium tantalate, lithium borate, lead zirconate titanate as a main component, and the insulator is a glass such as borosilicate glass or quartz glass, For example, sapphire.
【0072】燐酸ガリウム基板と保持基板と同一の材料
もしくはほぼ同じ熱膨張率を有する基板同士を用いた場
合は、より高温での熱処理が可能であり、接合強度のよ
り強固なものが得られる。保持基板にガラスを用いた場
合、熱膨張率を広範囲に変えることが可能なため、用い
る燐酸ガリウム基板に合わせた熱膨張率のガラスを保持
基板として用いることが可能である。When the gallium phosphate substrate and the holding substrate are made of the same material or substrates having substantially the same coefficient of thermal expansion, heat treatment can be performed at a higher temperature, and a stronger bonding strength can be obtained. When glass is used as the holding substrate, the coefficient of thermal expansion can be varied over a wide range, and therefore glass having a coefficient of thermal expansion that matches the gallium phosphate substrate used can be used as the holding substrate.
【0073】直接接合に用いる基板は、基板表面の凹凸
が、直接接合の歩留まりに影響を与えるため、平坦で清
浄な表面の得易い単結晶基板が好ましい。The substrate used for direct bonding is preferably a single crystal substrate which is easy to obtain a flat and clean surface because the unevenness of the substrate surface affects the yield of direct bonding.
【0074】本製造方法で得られた接合界面は、接着剤
を用いずに原子オーダーの接合が得られるため、熱的変
化や機械的振動にたいして安定な複合圧電基板が得られ
る。Since the bonding interface obtained by the present manufacturing method can be bonded in atomic order without using an adhesive, a composite piezoelectric substrate that is stable against thermal changes and mechanical vibrations can be obtained.
【0075】(実施例7)実施例1、図1(b)2に示
す構造の複合圧電基板の製造方法の例を説明する。Example 7 An example of a method of manufacturing the composite piezoelectric substrate having the structure shown in Example 1 and FIG. 1B will be described.
【0076】保持基板及び燐酸ガリウム基板表面を研磨
により平坦化し、さらに表面が鏡面状態になるまで研磨
する。次に接合予定部表面を、洗剤、各種溶剤により極
めて清浄にする。次に接合する基板の少なくとも一方の
面に、無機薄膜層を、スパッタリング、真空蒸着、化学
気相成長法などにより形成する。無機薄膜層としては珪
素もしくは珪素化合物が好ましく、珪素は多結晶でも非
晶質でもよい。珪素化合物としては、酸化珪素、窒化珪
素などが好ましい。形成した無機薄膜層表面をきわめて
清浄にした後、それぞれの接合予定部表面を紫外線照射
し、親水化処理する。その後、その表面を純水で十分洗
浄し、一様に重ね合わせることにより、実施例6と同
様、容易に接合が得られる。この状態で熱処理を行うこ
とにより接合強度が強化される。100℃から900℃
の温度で熱処理を行うと、その接合は更に強化される。
熱処理の効果は実施例6とほぼ同様であり、200℃
で、1時間程度保持するだけでも接合強度は数倍に上が
り、数10Kg/平方cmの強度が得られる。The surfaces of the holding substrate and the gallium phosphate substrate are flattened by polishing, and further polished until the surfaces are in a mirror state. Next, the surfaces to be joined are made extremely clean with detergent and various solvents. An inorganic thin film layer is formed on at least one surface of the substrate to be bonded next by sputtering, vacuum deposition, chemical vapor deposition, or the like. The inorganic thin film layer is preferably silicon or a silicon compound, and silicon may be polycrystalline or amorphous. The silicon compound is preferably silicon oxide or silicon nitride. After the surface of the formed inorganic thin film layer is extremely cleaned, each of the surfaces to be joined is irradiated with ultraviolet rays to be hydrophilized. After that, the surface is sufficiently washed with pure water, and the surfaces are evenly overlaid, so that bonding can be easily obtained as in the sixth embodiment. By performing heat treatment in this state, the bonding strength is enhanced. 100 ° C to 900 ° C
When the heat treatment is performed at the temperature of, the bond is further strengthened.
The effect of the heat treatment is almost the same as in Example 6, and the temperature is 200 ° C.
Then, even if it is held for about 1 hour, the bonding strength is increased several times, and a strength of several tens kg / square cm can be obtained.
【0077】また熱処理温度は、保持基板と燐酸ガリウ
ム基板と無機薄膜層が変質する温度以下であることが必
要である。The heat treatment temperature must be lower than the temperature at which the holding substrate, the gallium phosphate substrate and the inorganic thin film layer are denatured.
【0078】無機薄膜層については、燐酸ガリウム基板
側につけた例について説明したが、保持基板側につけて
も同様にして直接接合できる。また両基板の表面に無機
絶縁層を形成してもやはり同様にして直接接合できる。
得られた複合圧電基板の機能、性能としては、いずれの
場合もほぼ同様のものが得られる。Regarding the inorganic thin film layer, the example in which it is attached to the gallium phosphate substrate side has been described, but it can be directly joined in the same manner even if it is attached to the holding substrate side. Further, even if the inorganic insulating layers are formed on the surfaces of both substrates, the direct bonding can be performed in the same manner.
The functions and performances of the obtained composite piezoelectric substrate are almost the same in all cases.
【0079】また直接接合は、高温の熱処理では、共有
結合が支配的となるため、無機絶縁層に珪素を含むもの
が、共有結合を形成しやすく、接合強度の高いものを得
易い。In the direct bonding, covalent bonds are predominant in the high temperature heat treatment, so that the inorganic insulating layer containing silicon is likely to form a covalent bond and easily has high bonding strength.
【0080】このような方法で、無機薄膜層を介して、
燐酸ガリウムと直接接合可能なものは、実施例6と同
様、半導体としては、Si、GaAs、InP、圧電体
としては、燐酸ガリウム、水晶、ニオブ酸リチウム、タ
ンタル酸リチウム、ほう酸リチウム、ジルコンチタン酸
鉛を主成分とする圧電体、絶縁体としては、ほう珪酸ガ
ラスや石英ガラスなどのガラス、サファイアなどであ
る。By such a method, through the inorganic thin film layer,
Similar to the sixth embodiment, those which can be directly bonded to gallium phosphate are Si, GaAs, InP as the semiconductor, and gallium phosphate, quartz, lithium niobate, lithium tantalate, lithium borate, zircon titanate as the piezoelectric body. Piezoelectric materials containing lead as a main component and insulators include glass such as borosilicate glass and quartz glass, and sapphire.
【0081】燐酸ガリウム基板と保持基板に同一材料も
しくはほぼ同じ熱膨張率を有する基板同士を用いた場合
は、より高温での熱処理が可能であり、接合強度のより
強固なものが得られる。保持基板にガラスを用いた場
合、熱膨張率を広範囲に変えることが可能なため、用い
る燐酸ガリウム基板に合わせた熱膨張率のガラスを保持
基板として用いることが可能である。When the gallium phosphate substrate and the holding substrate are substrates made of the same material or having substantially the same coefficient of thermal expansion, heat treatment can be performed at a higher temperature, and a stronger bonding strength can be obtained. When glass is used as the holding substrate, the coefficient of thermal expansion can be varied over a wide range, and therefore glass having a coefficient of thermal expansion that matches the gallium phosphate substrate used can be used as the holding substrate.
【0082】また実施例6の製造方法に比べて、無機薄
膜層が直接接合時のバッファーの役目を果たすため、燐
酸ガリウム基板と保持基板の熱膨張率の差が少し緩和さ
れる効果がある。そのため接合熱処理をより高温で行う
ことができ、接合強度の高いものが得られる。また接合
界面に多少のゴミがあっても、熱処理により直接接合が
強化される過程で、無機薄膜層に取り込まれるため、製
造上歩留まりが上がるという効果がある。Further, as compared with the manufacturing method of Example 6, since the inorganic thin film layer serves as a buffer at the time of direct bonding, there is an effect that the difference in the coefficient of thermal expansion between the gallium phosphate substrate and the holding substrate is slightly alleviated. Therefore, the joining heat treatment can be performed at a higher temperature, and the one having high joining strength can be obtained. Further, even if there is some dust on the bonding interface, it is taken into the inorganic thin film layer in the process of strengthening the bonding directly by the heat treatment, which has the effect of increasing the manufacturing yield.
【0083】本製造方法で得られた接合界面は、実施例
6と同様、接着剤を用いずに原子オーダーの接合が得ら
れるため、熱的変化や機械的振動に対して安定な複合圧
電基板が得られる。Since the bonding interface obtained by this manufacturing method can be bonded in atomic order without using an adhesive as in Example 6, the composite piezoelectric substrate stable against thermal changes and mechanical vibrations. Is obtained.
【0084】本実施例では、親水化の一例を示したが、
この方法に限定されるものではない。In this embodiment, an example of hydrophilization is shown.
The method is not limited to this.
【0085】[0085]
【発明の効果】本発明では、有機物などの接着剤を用い
ずに、20nm以下の接合部の厚みで、複合圧電基板を
形成することができることから、基板上下の平行度が良
く、基板表面の高精度微細加工が可能であり、具体的に
は、3μm+−20nmで膜厚を制御することができ
る。According to the present invention, since a composite piezoelectric substrate can be formed with a bonding portion having a thickness of 20 nm or less without using an adhesive such as an organic substance, the parallelism between the upper and lower sides of the substrate is good and the substrate surface High-precision microfabrication is possible, and specifically, the film thickness can be controlled at 3 μm + −20 nm.
【0086】また熱的、機械的に安定であり、具体的に
は300℃以上の熱処理が容易なので、300℃以下の
温度に対して、極めて安定な圧電デバイスが容易に得ら
れる。Further, since it is thermally and mechanically stable, and specifically, heat treatment at 300 ° C. or higher is easy, a piezoelectric device extremely stable at a temperature of 300 ° C. or lower can be easily obtained.
【0087】また保持基板と燐酸ガリウム基板の組合せ
の自由度が大きいことから、得られる複合圧電基板の圧
電特性の選択の自由度が大幅に増すものである。例えば
水晶複合化した場合、0温度係数の圧電特性が得られ
る。ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムと組み合わ
せたばあい、電気機械結合係数が燐酸ガリウム自身の電
気機械結合係数よりも大きいものが得られる。またガラ
ス基板を用いた場合、音速の選択の自由度が増すととも
に、保持部の形状加工が容易となる。また半導体基板と
複合化した場合、半導体基板に各種電子素子、電子回路
を形成することにより、圧電デバイスと半導体デバイス
を集積化したデバイスが得られる。Since the holding substrate and the gallium phosphate substrate have a large degree of freedom in combination, the degree of freedom in selecting the piezoelectric characteristics of the obtained composite piezoelectric substrate is greatly increased. For example, in the case of compounding a quartz crystal, piezoelectric characteristics with a temperature coefficient of 0 can be obtained. When combined with lithium niobate and lithium tantalate, an electromechanical coupling coefficient larger than that of gallium phosphate itself is obtained. Further, when a glass substrate is used, the degree of freedom in selecting the sound velocity is increased and the shape of the holding portion is easily processed. When combined with a semiconductor substrate, a device in which a piezoelectric device and a semiconductor device are integrated can be obtained by forming various electronic elements and electronic circuits on the semiconductor substrate.
【0088】また水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸
リチウム、ほう酸リチウムなどの圧電基板を用いた場合
の直接接合に比べて、より高温で熱処理可能であり、ま
たより厚い基板での直接接合が可能である。さらに具体
的には、50μm以上の基板厚みで、300℃以上での
直接接合時の熱処理温度が可能となる。これにより直接
接合部の接合強度が強化され、より熱的、機械的に安定
なものが得られる。また50μm以上の基板厚みで直接
接合可能であることから、2−3インチでのウエーハ処
理が可能となり、量産に適している。また直接接合歩留
まりが大幅に向上する。具体的には、圧電基板の厚みが
50μm、熱処理温度280℃の場合、水晶−Si直接
接合では、歩留まり10%程度であるのに対して、燐酸
ガリウムーSiの場合は、90%以上である。Further, compared with direct bonding when using a piezoelectric substrate such as quartz, lithium niobate, lithium tantalate, or lithium borate, heat treatment can be performed at a higher temperature, and direct bonding on a thicker substrate is possible. is there. More specifically, with a substrate thickness of 50 μm or more, a heat treatment temperature at the time of direct bonding at 300 ° C. or more becomes possible. As a result, the joint strength of the direct joint portion is enhanced, and a more thermally and mechanically stable joint is obtained. In addition, since the substrates can be directly bonded to each other with a thickness of 50 μm or more, the wafer can be processed in 2-3 inches, which is suitable for mass production. In addition, the direct bonding yield is significantly improved. Specifically, when the thickness of the piezoelectric substrate is 50 μm and the heat treatment temperature is 280 ° C., the yield is about 10% in the quartz-Si direct bonding, whereas it is 90% or more in the case of gallium phosphate-Si.
【0089】これにより、表面弾性波デバイス、バルク
波デバイス、圧電ー半導体集積化デバイスなどの各種応
用デバイスの設計自由度が大幅に増すなどの効果が得ら
れるものである。As a result, it is possible to obtain an effect such that the degree of freedom in design of various applied devices such as a surface acoustic wave device, a bulk wave device, and a piezoelectric-semiconductor integrated device is significantly increased.
【図1】本発明の第1の実施例の構造図FIG. 1 is a structural diagram of a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の原理の説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of the principle of the present invention.
【図3】本発明の実施例における圧電基板を(a)Si
基板へ、(b)ガラス基板へ直接接合できる圧電基板の
厚みと熱処理温度の関係を示す図FIG. 3 shows a piezoelectric substrate (a) Si according to an embodiment of the present invention.
The figure which shows the relationship between the heat treatment temperature and the thickness of the piezoelectric substrate that can be directly bonded to the glass substrate (b).
【図4】本発明の他の実施例における圧電基板を(a)
Si基板へ、(b)ガラス基板へ直接接合できる圧電基
板の厚みと熱処理温度の関係を示す図FIG. 4 (a) is a piezoelectric substrate according to another embodiment of the present invention.
The figure which shows the relationship between the heat treatment temperature and the thickness of the piezoelectric substrate which can be directly bonded to the Si substrate and (b) the glass substrate.
【図5】本発明の第2の実施例の構造図FIG. 5 is a structural diagram of a second embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第3の実施例の構造図FIG. 6 is a structural diagram of a third embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第4の実施例の構造図FIG. 7 is a structural diagram of a fourth embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第5の実施例の構造図FIG. 8 is a structural diagram of a fifth embodiment of the present invention.
【図9】同実施例に無機薄膜層を介在させた場合の構造
図FIG. 9 is a structural diagram when an inorganic thin film layer is interposed in the example.
1 燐酸ガリウム基板 2 保持基板 3 無機薄膜層 4 櫛形電極 5 空洞部 6 電極 7 電子素子または電子回路部 8 配線 1 gallium phosphate substrate 2 holding substrate 3 inorganic thin film layer 4 comb-shaped electrode 5 cavity part 6 electrode 7 electronic element or electronic circuit part 8 wiring
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03H 9/25 C 7259−5J (72)発明者 田口 豊 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Reference number within the agency FI Technical indication location H03H 9/25 C 7259-5J (72) Inventor Yutaka Taguchi 1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric Sangyo Co., Ltd.
Claims (16)
酸基の水素結合または酸素との共有結合により直接接合
されていることを特徴とする複合圧電基板。1. A composite piezoelectric substrate, wherein the gallium phosphate substrate and the holding substrate are directly bonded to each other by hydrogen bonds of hydroxyl groups at the interface or covalent bonds with oxygen.
り、前記基板の少なくとも一方の基板表面に、無機薄膜
層を有し、前記基板同士が、前記無機薄膜層と他方の基
板との界面の水酸基の水素結合または酸素との共有結合
により直接接合されていることを特徴とする複合圧電基
板。2. A gallium phosphate substrate and a holding substrate, wherein an inorganic thin film layer is provided on the surface of at least one of the substrates, and the substrates have a hydroxyl group at the interface between the inorganic thin film layer and the other substrate. A composite piezoelectric substrate, which is directly bonded by a hydrogen bond or a covalent bond with oxygen.
とを特徴とする請求項1または2記載の複合圧電基板。3. The composite piezoelectric substrate according to claim 1, wherein the thickness of the direct bonding portion is 20 nm or less.
請求項1または2記載の複合圧電基板。4. The composite piezoelectric substrate according to claim 1, wherein the holding substrate is a semiconductor.
項4記載の複合圧電基板。5. The composite piezoelectric substrate according to claim 4, wherein the semiconductor is silicon.
請求項1または2記載の複合圧電基板。6. The composite piezoelectric substrate according to claim 1, wherein the holding substrate is glass.
請求項1または2記載の複合圧電基板。7. The composite piezoelectric substrate according to claim 1, wherein the holding substrate is a piezoelectric body.
とする請求項7記載の複合圧電基板。8. The composite piezoelectric substrate according to claim 7, wherein the holding substrate is gallium phosphate.
ことを特徴とする請求項2記載の複合圧電基板。9. The composite piezoelectric substrate according to claim 2, wherein the inorganic thin film layer is silicon or a silicon compound.
形電極を有することにより、前記燐酸ガリウム基板に表
面弾性波を励振させるようにしたことを特徴とする請求
項1または2記載の複合圧電基板。10. The composite piezoelectric substrate according to claim 1, wherein the gallium phosphate substrate has at least a pair of comb-shaped electrodes so that a surface acoustic wave is excited in the gallium phosphate substrate.
対の対向電極を有することにより、前記燐酸ガリウム基
板にバルク波を励振させるようにしたことを特徴とする
請求項1または2記載の複合圧電基板。11. The composite piezoelectric substrate according to claim 1, wherein the gallium phosphate substrate is provided with at least a pair of opposing electrodes on both sides to excite a bulk wave in the gallium phosphate substrate.
対向面に少なくとも一対の対向電極を有することによ
り、前記燐酸ガリウム基板と保持基板からなる複合圧電
基板にバルク波を励振させるようにしたことを特徴とす
る請求項1または2記載の複合圧電基板。12. A bulk wave is excited on a composite piezoelectric substrate composed of the gallium phosphate substrate and the holding substrate by providing at least a pair of counter electrodes on the surfaces of the gallium phosphate substrate and the holding substrate which are directly bonded to each other. The composite piezoelectric substrate according to claim 1 or 2, which is characterized in that.
電子素子または電子回路を有することを特徴とする請求
項1または2記載の複合圧電基板。13. The composite piezoelectric substrate according to claim 1, wherein a semiconductor is used for the holding substrate, and the semiconductor substrate has an electronic element or an electronic circuit.
合予定部表面を極めて清浄にし、さらに親水化処理し、
重ね合わせて加熱することにより、前記燐酸ガリウム基
板を前記保持基板に直接接合することを特徴とする複合
圧電基板の製造方法。14. A gallium phosphate substrate and a holding substrate are made to have extremely clean surfaces to be joined, and further subjected to hydrophilic treatment,
A method for manufacturing a composite piezoelectric substrate, wherein the gallium phosphate substrate is directly bonded to the holding substrate by superposing and heating.
なくとも一方の接合予定部表面に、無機薄膜層を形成
し、その表面ならびに他方の基板表面の接合予定部を極
めて清浄にし、さらに親水化処理し、重ね合わせて加熱
することにより、前記燐酸ガリウム基板を前記保持基板
に、前記無機薄膜層を介して直接接合することを特徴と
する複合圧電基板の製造方法。15. An inorganic thin film layer is formed on at least one surface of a gallium phosphate substrate and a holding substrate where bonding is to be performed, and the surface and the other surface of the other substrate to be bonded are extremely cleaned, and further subjected to a hydrophilic treatment. A method for manufacturing a composite piezoelectric substrate, characterized in that the gallium phosphate substrate is directly bonded to the holding substrate via the inorganic thin film layer by superposing and heating.
あることを特徴とする請求項15記載の複合圧電基板の
製造方法。16. The method for manufacturing a composite piezoelectric substrate according to claim 15, wherein the inorganic thin film layer is silicon or a silicon compound.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29673894A JPH08153915A (en) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | Composite piezoelectric substrate and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08153915A true JPH08153915A (en) | 1996-06-11 |
Family
ID=17837469
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JP29673894A Pending JPH08153915A (en) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | Composite piezoelectric substrate and its manufacture |
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JP (1) | JPH08153915A (en) |
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