JPWO2019039474A1 - 接合体および弾性波素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】ムライトからなる支持基板上に、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムからなる圧電性材料層を強固に接合できる微構造を提供する。【解決手段】支持基板３および圧電性材料層２を備えている接合体１を提供する。支持基板３がムライトからなり、圧電性材料層２の材質がＬｉＡＯ３である（Ａは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である）。支持基板３と圧電性材料層２との界面に沿って存在する界面層４および界面層４と支持基板３との間に存在する支持基板側中間層５を備える界面層４および支持基板側中間層５が、それぞれ、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素、酸素、アルミニウムおよび珪素を主成分としている。【選択図】 図１
Description
本発明は、特定の圧電性材料層とムライトからなる支持基板との接合体に関するものである。
携帯電話等に使用されるフィルタ素子や発振子として機能させることができる弾性表面波デバイスや、圧電薄膜を用いたラム波素子や薄膜共振子（ＦＢＡＲ：Film Bulk Acoustic Resonator）などの弾性波デバイスが知られている。こうした弾性波デバイスとしては、支持基板と弾性表面波を伝搬させる圧電基板とを貼り合わせ、圧電基板の表面に弾性表面波を励振可能な櫛形電極を設けたものが知られている。このように圧電基板よりも小さな熱膨張係数を持つ支持基板を圧電基板に貼付けることにより、温度が変化したときの圧電基板の大きさの変化を抑制し、弾性表面波デバイスとしての周波数特性の変化を抑制している。
例えば、特許文献１には、圧電基板とシリコン基板とをエポキシ接着剤からなる接着層によって貼り合わせた構造の弾性表面波デバイスが提案されている。
ここで、圧電基板とシリコン基板とを接合するのに際して、圧電基板表面に酸化珪素膜を形成し、酸化珪素膜を介して圧電基板とシリコン基板とを直接接合することが知られている（特許文献２）。この接合の際には、酸化珪素膜表面とシリコン基板表面とにプラズマビームを照射して表面を活性化し、直接接合を行う（プラズマ活性化法）。
また、圧電基板の表面を粗面とし、その粗面上に充填層を設けて平坦化し、この充填層を接着層を介してシリコン基板に接着することが知られている（特許文献３）。この方法では、充填層、接着層にはエポキシ系、アクリル系の樹脂を使用しており、圧電基板の接合面を粗面にすることで、バルク波の反射を抑制し、スプリアスを低減している。
また、いわゆるＦＡＢ(Fast Atom Beam)方式の直接接合法が知られている（特許文献４）。この方法では、中性化原子ビームを常温で各接合面に照射して活性化し、直接接合する。
一方、特許文献５では、圧電性単結晶基板を、シリコン基板ではなく、セラミックス（アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素）からなる支持基板に対して、中間層を介して直接接合することが記載されている。この中間層の材質は、珪素、酸化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウムとされている。
本発明者は、特にムライトからなる支持基板を、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムからなる圧電性材料層に対して強固に安定して接合することを検討していた。なぜなら、支持基板上に圧電性材料層を接合した後に、圧電性材料層を薄く研磨加工することが特性上好ましいが、接合強度が低いと、この研磨加工時に微細な剥離が生ずるためである。
しかし、ムライトからなる支持基板上に、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムからなる圧電性材料層を強固に安定して接合することは困難であった。
本発明の課題は、ムライトからなる支持基板上に、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムからなる圧電性材料層を強固に接合できる微構造を提供することである。
本発明は、支持基板および圧電性材料層を備えている接合体であって、
前記支持基板がムライトからなり、
前記圧電性材料層の材質がＬｉＡＯ３であり（Ａは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である）、
前記支持基板と前記圧電性材料層との界面に沿って存在する界面層および前記界面層と前記支持基板との間に存在する支持基板側中間層を備えており、前記界面層および前記支持基板側中間層が、それぞれ、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素、酸素、アルミニウムおよび珪素を主成分としていることを特徴とする。
前記支持基板がムライトからなり、
前記圧電性材料層の材質がＬｉＡＯ３であり（Ａは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である）、
前記支持基板と前記圧電性材料層との界面に沿って存在する界面層および前記界面層と前記支持基板との間に存在する支持基板側中間層を備えており、前記界面層および前記支持基板側中間層が、それぞれ、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素、酸素、アルミニウムおよび珪素を主成分としていることを特徴とする。
本発明によれば、ムライトからなる支持基板上に、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムからなる圧電性材料層を強固に安定して接合できる微構造を提供することに成功した。
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。
本発明の接合体は、支持基板および圧電性材料層を備えている接合体であって、支持基板がムライトからなり、圧電性材料層の材質がＬｉＡＯ３である（Ａは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である）。例えば、図１（ａ）に示す接合体１においては、支持基板３の活性化面３ａに対して圧電性材料層２の活性化面２ａが直接接合されている。なお、２ｂは、圧電性材料層２の主面であり、３ｂは支持基板３の主面である。
本発明の接合体は、支持基板および圧電性材料層を備えている接合体であって、支持基板がムライトからなり、圧電性材料層の材質がＬｉＡＯ３である（Ａは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である）。例えば、図１（ａ）に示す接合体１においては、支持基板３の活性化面３ａに対して圧電性材料層２の活性化面２ａが直接接合されている。なお、２ｂは、圧電性材料層２の主面であり、３ｂは支持基板３の主面である。
ここで、図１（ａ）の接合体の接合界面を拡大して図１（ｂ）に模式図として示す。
支持基板３と圧電性材料層２との界面に沿って界面層４が設けられており、界面層４と支持基板３との間に支持基板側中間層５が存在している。界面層４および支持基板側中間層５が、それぞれ、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素、酸素、アルミニウムおよび珪素を主成分とする材質からなる。
支持基板３と圧電性材料層２との界面に沿って界面層４が設けられており、界面層４と支持基板３との間に支持基板側中間層５が存在している。界面層４および支持基板側中間層５が、それぞれ、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素、酸素、アルミニウムおよび珪素を主成分とする材質からなる。
圧電性材料層の材質はＬｉＡＯ３とする。ここで、Ａは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である。このため、ＬｉＡＯ３は、ニオブ酸リチウムであってよく、タンタル酸リチウムであってよく、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体であってよい。
支持基板はムライトからなる。ムライトは、3Al2O3・2SiO2(Al6O13Si2)の組成を有するムライト結晶からなるセラミックスである。ムライトは焼結体であることが好ましいが、製造法は特に限定されない。
本発明で用いるムライトの相対密度は、接合強度の観点からは、９９．５％以上が好ましく、１００％であってもよい。相対密度はアルキメデス法によって測定する。また、ムライトの純度は、接合強度の観点からは、９８％以上が好ましく、９９％以上が更に好ましい。
ここで、図１（ｂ）、図２において、各層の組成は以下のようになる。
支持基板３の組成： Ａｌ６Ｏ１３Ｓｉ２
圧電性材料層２の組成： ＬｉＡＯ３（Ａ＝Ｔａ、Ｎｂ）
支持基板３の組成： Ａｌ６Ｏ１３Ｓｉ２
圧電性材料層２の組成： ＬｉＡＯ３（Ａ＝Ｔａ、Ｎｂ）
そして、支持基板３と圧電性材料層２とを直接接合する段階において、各接合面の活性化条件を制御することで、両者の界面において適度の原子拡散を生じさせることで、本発明の界面層４および支持基板側中間層５を生成させることができる。すなわち、界面層および支持基板側中間層が、それぞれ、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素（Ａ）、酸素（Ｏ）、アルミニウム（Ａｌ）および珪素（Ｓｉ）を主成分とする。これは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素（Ａ）が、圧電性材料層２から支持基板３側へと向かって拡散したことを示している。また、アルミニウム（Ａｌ）および珪素（Ｓｉ）が、支持基板３（Ａｌ６Ｏ１３Ｓｉ２）から圧電性材料層（ＬｉＡＯ３）へと向かって拡散したことを示している。
このような微構造によって、ムライトからなる支持基板上に、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムからなる圧電性材料層を強固に安定して接合できることを見いだした。
このような微構造によって、ムライトからなる支持基板上に、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムからなる圧電性材料層を強固に安定して接合できることを見いだした。
なお、「ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素（Ａ）、酸素（Ｏ）、アルミニウム（Ａｌ）および珪素（Ｓｉ）を主成分とする」とは、全原子比率を１００原子％としたときに、これらの原子の原子比率の合計が９５原子％以上であることを意味しており、９７原子％以上であることが更に好ましい。
本発明者が更にこれらの組成を詳細に検討したところ、以下のことが判明した。すなわち、界面層４における珪素比率が支持基板側中間層５における珪素比率よりも高くなっている場合に、接合強度が特に顕著に向上し、接合界面以外の部分でバルク破壊を生じ易いことを発見した。
この理由は明確ではない。珪素（Ｓｉ）原子は、支持基板から圧電性材料層２に向かって拡散するため、通常であれば、支持基板側中間層５における珪素比率が界面層４における珪素比率よりも高くなるはずである。しかし、支持基板側中間層や界面層は非常に薄く、各接合面の活性化状態によっては珪素の拡散が進行し易くなっており、このために支持基板３から少し離れた界面層４へと珪素の拡散がより集中したものと考えられる。そして、このような拡散が生じている場合に、接合強度が特に向上していることを見いだしたものである。
好適な実施形態においては、たとえば図２、図３に示すように、界面層４が明るく、支持基板側中間層５とが暗くなっている。ただし、この写真は、透過型電子顕微鏡の明視野像であり、以下の条件で撮影するものとする。
測定装置：
透過型電子顕微鏡（日本電子製 ＪＥＭ−ＡＲＭ２００Ｆ）を用いて微構造観察する。
測定条件：
ＦＩＢ（集束イオンビーム）法にて薄片化したサンプルに対して、加速電圧２００ｋＶにて観察する。
測定装置：
透過型電子顕微鏡（日本電子製 ＪＥＭ−ＡＲＭ２００Ｆ）を用いて微構造観察する。
測定条件：
ＦＩＢ（集束イオンビーム）法にて薄片化したサンプルに対して、加速電圧２００ｋＶにて観察する。
本発明においては、支持基板、支持基板側中間層、界面層、圧電性材料層の各原子比率は、以下のようにして決定する。
測定装置：
元素分析装置（日本電子製ＪＥＤ−２３００Ｔ）を用いて元素分析を行う。
測定条件：
ＦＩＢ（集束イオンビーム）法にて薄片化したサンプルに対して、加速電圧２００ｋＶ、X線取出角２１．９°、立体角０．９８ｓｒ、取込時間３０秒にて分析する。
測定装置：
元素分析装置（日本電子製ＪＥＤ−２３００Ｔ）を用いて元素分析を行う。
測定条件：
ＦＩＢ（集束イオンビーム）法にて薄片化したサンプルに対して、加速電圧２００ｋＶ、X線取出角２１．９°、立体角０．９８ｓｒ、取込時間３０秒にて分析する。
測定値の処理：
ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素（Ａ）、酸素（Ｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）およびアルゴン（Ａｒ）の原子比率を、圧電性材料層、界面層、支持基板側中間層および支持基板の各部分で測定する。元素（Ａ）の原子比率は、ＴａとＮｂとの合計量とする。この際、各部分において、前記元素比率の合計が１００原子％になるように調整し、各原子の原子比率（原子％）を算出する。
ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素（Ａ）、酸素（Ｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）およびアルゴン（Ａｒ）の原子比率を、圧電性材料層、界面層、支持基板側中間層および支持基板の各部分で測定する。元素（Ａ）の原子比率は、ＴａとＮｂとの合計量とする。この際、各部分において、前記元素比率の合計が１００原子％になるように調整し、各原子の原子比率（原子％）を算出する。
次いで、支持基板におけるアルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）の原子比率を１００に換算し、これに応じて他の各層におけるアルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）の原子比率を算出する。これは、支持基板からアルミニウムと珪素とが各層に向かって拡散している度合いを示す指標となる。圧電性材料層においては、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）の原子比率が０となる。
一方、圧電性材料層におけるニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素（Ａ）の原子比率を１００に換算し，これに応じて各層における元素（Ａ）の原子比率を算出する。これは、圧電性材料層から元素（Ａ）が各層に向かって拡散している度合いを示す指標となる。支持基板においては、元素（Ａ）の原子比率が０となる。
好適な実施形態においては、支持基板における珪素比率を１００としたときの界面層における珪素比率が４１以上である。これを４１以上とすることによって、接合強度が一層高くなる。この観点からは、界面層における珪素比率を５１以上とすることが好ましく、６１以上とすることが一層好ましい。
また、好適な実施形態においては、支持基板における珪素比率を１００としたときの界面層における珪素比率が９８以下である。界面層における珪素比率は、８９以下が好ましく、７９以下が更に好ましい。
本発明においては、界面層における珪素比率が支持基板側中間層おける珪素比率よりも低くともよい。ただし、この場合には、支持基板における珪素比率を１００としたとき、界面層における珪素比率と支持基板側中間層における珪素比率との差は、２１以下であることが好ましく、１２以下であることが更に好ましい。また、好適な実施形態においては、界面層における珪素比率を支持基板側中間層における珪素比率よりも高くする。この場合には、界面層における珪素比率と支持基板側中間層における珪素比率との差は、１９以上であることが好ましく、３８以上であることが更に好ましい。
好適な実施形態においては、支持基板側中間層におけるアルミニウム比率が支持基板におけるアルミニウム比率よりも高くなる。これは、支持基板側中間層において、支持基板からのアルミニウム（Ａｌ）が拡散する際に局所的に集中することを意味している。この場合には、特に接合強度が高くなる傾向がある。
こうした観点からは、支持基板におけるアルミニウム比率を１００としたとき、支持基板側中間層におけるアルミニウム比率を１０５以上とすることが好ましく、１１２以上とすることが更に好ましい。また、現実的には、支持基板側中間層におけるアルミニウム比率は１１６以下であることが多い。
支持基板におけるアルミニウム比率を１００としたとき、界面層におけるアルミニウム比率は、接合強度の観点からは、３１以上であることが好ましく、また通常は４５以下であることが多い。また、界面層におけるアルミニウム比率は、支持基板側中間層におけるアルミニウム比率よりも低いことが好ましい。
ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素（Ａ）は、圧電性材料層から支持基板へと向かって拡散する。このため、圧電性材料層における元素（Ａ）の原子比率を１００としたとき、界面層における元素（Ａ）の原子比率は、５０〜９０であることが好ましく、６０〜８８であることが更に好ましい。また、支持基板側中間層界面層における元素（Ａ）の原子比率は、６〜３０であることが好ましく、１６〜２３であることが更に好ましい。
また、支持基板側中間層における元素（Ａ）の原子比率は、界面層における元素（Ａ）の原子比率よも低いことが通常である。
また、支持基板側中間層における元素（Ａ）の原子比率は、界面層における元素（Ａ）の原子比率よも低いことが通常である。
たとえば、界面層におけるアルゴン（Ａｒ）等のキャリアガスの原子比率は、１．８〜２．５原子％であることが好ましい。また、支持基板側中間層におけるアルゴン（Ａｒ）等のキャリアガスの原子比率は、０．１〜０．５原子％であることが好ましい。
以下、本発明の接合体の好適な製造例について述べる。
図４〜図５は、支持基板を圧電性材料層の表面に直接接合する製造例を説明するための模式図である。
図４〜図５は、支持基板を圧電性材料層の表面に直接接合する製造例を説明するための模式図である。
図４（ａ）に示すように、圧電性材料層２の表面２ｃに対して、矢印Ａのように中性化ビームを照射し、圧電性材料層２の表面を活性化して活性化面とする。
一方、図４（ｂ）に示すように、支持基板３の表面３ｃに中性化ビームＡを照射することによって活性化し、活性化面が形成された支持基板を得る。次いで、図５（ａ）に示すように、圧電性材料層２の活性化面２ａと支持基板３の活性化面３ａとを直接接合することによって、接合体１を得る。
好適な実施形態においては、接合体１の圧電性材料層２の表面２ｂを更に研磨加工し、図５（ｂ）に示すように圧電性材料層２Ａの厚さを小さくし、接合体７を得る。２ｄは研磨面である。
図５（ｃ）では、圧電性材料層２Ａの研磨面２ｄ上に所定の電極９を形成することによって、弾性表面波素子８を作製している。
以下、本発明の各構成要素について更に説明する。
本発明の接合体の用途は特に限定されず、例えば、弾性波素子や光学素子に好適に適用できる。
本発明の接合体の用途は特に限定されず、例えば、弾性波素子や光学素子に好適に適用できる。
弾性波素子としては、弾性表面波デバイスやラム波素子、薄膜共振子（ＦＢＡＲ）などが知られている。例えば、弾性表面波デバイスは、圧電性材料層の表面に、弾性表面波を励振する入力側のＩＤＴ（Interdigital Transducer）電極（櫛形電極、すだれ状電極ともいう）と弾性表面波を受信する出力側のＩＤＴ電極とを設けたものである。入力側のＩＤＴ電極に高周波信号を印加すると、電極間に電界が発生し、弾性表面波が励振されて圧電性材料層上を伝搬していく。そして、伝搬方向に設けられた出力側のＩＤＴ電極から、伝搬された弾性表面波を電気信号として取り出すことができる。
圧電性材料層の底面に金属膜を有していてもよい。金属膜は、弾性波デバイスとしてラム波素子を製造した際に、圧電性材料層の裏面近傍の電気機械結合係数を大きくする役割を果たす。この場合、ラム波素子は、圧電性材料層の表面に櫛歯電極が形成され、支持基板に設けられたキャビティによって圧電性材料層の金属膜が露出した構造となる。こうした金属膜の材質としては、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅、金などが挙げられる。なお、ラム波素子を製造する場合、底面に金属膜を有さない圧電性性材料層を備えた複合基板を用いてもよい。
また、圧電性材料層の底面に金属膜と絶縁膜を有していてもよい。金属膜は、弾性波デバイスとして薄膜共振子を製造した際に、電極の役割を果たす。この場合、薄膜共振子は、圧電性材料層の表裏面に電極が形成され、絶縁膜をキャビティにすることによって圧電性材料層の金属膜が露出した構造となる。こうした金属膜の材質としては、例えば、モリブデン、ルテニウム、タングステン、クロム、アルミニウムなどが挙げられる。また、絶縁膜の材質としては、例えば、二酸化ケイ素、リンシリカガラス、ボロンリンシリカガラスなどが挙げられる。
また、光学素子としては、光スイッチング素子、波長変換素子、光変調素子を例示できる。また、圧電性材料層中に周期分極反転構造を形成することができる。
本発明の対象が弾性波素子であり、圧電性材料層の材質がタンタル酸リチウムである場合には、弾性表面波の伝搬方向であるＸ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸に３６〜４７°（例えば４２°）回転した方向のものを用いるのが伝搬損失が小さいため好ましい。
また圧電性材料層がニオブ酸リチウムからなる場合には、弾性表面波の伝搬方向であるＸ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸に６０〜６８°（例えば６４°）回転した方向のものを用いるのが伝搬損失が小さいため好ましい。更に、圧電性材料層の大きさは、特に限定されないが、例えば、直径５０〜１５０ｍｍ，厚さが０．２〜６０μｍである。
また圧電性材料層がニオブ酸リチウムからなる場合には、弾性表面波の伝搬方向であるＸ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸に６０〜６８°（例えば６４°）回転した方向のものを用いるのが伝搬損失が小さいため好ましい。更に、圧電性材料層の大きさは、特に限定されないが、例えば、直径５０〜１５０ｍｍ，厚さが０．２〜６０μｍである。
本発明の接合体を得るためには、以下の方法が好ましい。
まず、圧電性材料層、支持基板の表面（接合面）を平坦化して平坦面を得る。ここで、各表面を平坦化する方法は、ラップ(lap)研磨、化学機械研磨加工(CMP)などがある。また、平坦面は、Ra≦1nmが好ましく、0.3nm以下にすると更に好ましい。
次いで、研磨剤の残渣の除去のため、圧電性材料層、支持基板の表面を洗浄する。表面を洗浄する方法は、ウエット洗浄、ドライ洗浄、スクラブ洗浄などがあるが、簡便かつ効率的に清浄表面を得るためには、スクラブ洗浄が好ましい。この際には、洗浄液としてセミクリーンＭ−ＬＯを用いた後に、アセトンとＩＰＡの混合溶液を用いてスクラブ洗浄機にて洗浄することが特に好ましい。
まず、圧電性材料層、支持基板の表面（接合面）を平坦化して平坦面を得る。ここで、各表面を平坦化する方法は、ラップ(lap)研磨、化学機械研磨加工(CMP)などがある。また、平坦面は、Ra≦1nmが好ましく、0.3nm以下にすると更に好ましい。
次いで、研磨剤の残渣の除去のため、圧電性材料層、支持基板の表面を洗浄する。表面を洗浄する方法は、ウエット洗浄、ドライ洗浄、スクラブ洗浄などがあるが、簡便かつ効率的に清浄表面を得るためには、スクラブ洗浄が好ましい。この際には、洗浄液としてセミクリーンＭ−ＬＯを用いた後に、アセトンとＩＰＡの混合溶液を用いてスクラブ洗浄機にて洗浄することが特に好ましい。
次いで、圧電性材料層、支持基板の表面に中性化ビームを照射することで、平坦な各表面を活性化する。
中性化ビームによる表面活性化を行う際には、特許文献４に記載のような装置を使用して中性化ビームを発生させ、照射することが好ましい。すなわち、ビーム源として、サドルフィールド型の高速原子ビーム源を使用する。そして、チャンバーに不活性ガスを導入し、電極へ直流電源から高電圧を印加する。これにより、電極（正極）と筺体（負極）との間に生じるサドルフィールド型の電界により、電子ｅが運動して、不活性ガスによる原子とイオンのビームが生成される。グリッドに達したビームのうち、イオンビームはグリッドで中和されるので、中性原子のビームが高速原子ビーム源から出射される。ビームを構成する原子種は、不活性ガス（アルゴン、窒素等）が好ましい。
ビーム照射による活性化時の電圧は0.5〜2.0kVとすることが好ましく、電流は50〜200mAとすることが好ましい。
ビーム照射による活性化時の電圧は0.5〜2.0kVとすることが好ましく、電流は50〜200mAとすることが好ましい。
次いで、真空雰囲気で、活性化面同士を接触させ、接合する。この際の温度は常温であるが、具体的には40℃以下が好ましく、30℃以下が更に好ましい。また、接合時の温度は20℃以上、25℃以下が特に好ましい。接合時の圧力は、100〜20000Nが好ましい。
（比較例１）
図４〜図５を参照しつつ説明した方法に従い、接合体を得た。
具体的には、オリエンテーションフラット部（ＯＦ部）を有し、直径が４インチ、厚さが２５０μｍのタンタル酸リチウム（ＬＴ）からなる圧電性材料層２を準備した。圧電性材料層２は、弾性表面波（ＳＡＷ）の伝搬方向をＸとし、切り出し角が回転Ｙカット板である４６°ＹカットＸ伝搬ＬＴ基板を用いた。圧電性材料層２の表面２ｃは、算術平均粗さＲａが１ｎｍとなるように鏡面研磨しておいた。
図４〜図５を参照しつつ説明した方法に従い、接合体を得た。
具体的には、オリエンテーションフラット部（ＯＦ部）を有し、直径が４インチ、厚さが２５０μｍのタンタル酸リチウム（ＬＴ）からなる圧電性材料層２を準備した。圧電性材料層２は、弾性表面波（ＳＡＷ）の伝搬方向をＸとし、切り出し角が回転Ｙカット板である４６°ＹカットＸ伝搬ＬＴ基板を用いた。圧電性材料層２の表面２ｃは、算術平均粗さＲａが１ｎｍとなるように鏡面研磨しておいた。
また、支持基板３として、ＯＦ部を有し、直径が４インチ，厚さが２３０μｍのムライト基板を準備した。ムライトからなる支持基板３の表面３ｃの算術平均粗さＲａは０．３ｎｍである。算術平均粗さは原子間力顕微鏡(AFM)で、縦１０μｍ×横１０μｍの正方形の視野を評価した。
次いで、支持基板３をスクラブ洗浄した。洗浄液にはセミクリーンＭ−ＬＯを用いた後に、アセトンとＩＰＡの混合溶液を用いた。
スクラブ洗浄機にて洗浄後に支持基板３と圧電性材料層２を、真空チャンバーに導入した。１０−６Ｐａ台まで真空引きした後、それぞれの基板の接合面に高速原子ビーム（加速電圧０．５ｋＶ、Ａｒ流量27ｓｃｃｍ）を120ｓｅｃ間照射した。次いで、圧電性材料層２のビーム照射面（活性化面）２ａと支持基板３の活性化面３ａとを接触させた後、10000Ｎで２分間加圧して両基板を接合した（図５（ａ））。
スクラブ洗浄機にて洗浄後に支持基板３と圧電性材料層２を、真空チャンバーに導入した。１０−６Ｐａ台まで真空引きした後、それぞれの基板の接合面に高速原子ビーム（加速電圧０．５ｋＶ、Ａｒ流量27ｓｃｃｍ）を120ｓｅｃ間照射した。次いで、圧電性材料層２のビーム照射面（活性化面）２ａと支持基板３の活性化面３ａとを接触させた後、10000Ｎで２分間加圧して両基板を接合した（図５（ａ））。
得られた接合体について、圧電性材料層、界面層、支持基板側中間層、支持基板における酸素（Ｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、アルゴン（Ａｒ）の各原子比率を測定し、結果を表１に示す。
なお、比較例１では、界面層が珪素を含有していないので本発明の範囲外となる。
なお、比較例１では、界面層が珪素を含有していないので本発明の範囲外となる。
また、得られた接合体について、クラックオープニング法で接合強度を評価した所、０．５Ｊ／ｍ２であった。また、圧電性材料層２の表面２ｂを厚みが当初の２５０μｍから３０μｍになるように研削及び研磨した。研削および研磨工程中に接合部分の剥がれが生じていた。
（実施例１）
比較例１と同様にして接合体を製造した。ただし、接合時に基板の接合面に照射する高速電子ビームの加速電圧を０．６ｋＶに変更した。
得られた接合体について、圧電性材料層、界面層、支持基板側中間層、支持基板における酸素（Ｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、アルゴン（Ａｒ）の各原子比率を測定し、結果を表２に示す。
比較例１と同様にして接合体を製造した。ただし、接合時に基板の接合面に照射する高速電子ビームの加速電圧を０．６ｋＶに変更した。
得られた接合体について、圧電性材料層、界面層、支持基板側中間層、支持基板における酸素（Ｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、アルゴン（Ａｒ）の各原子比率を測定し、結果を表２に示す。
また、得られた接合体について、クラックオープニング法で接合強度を評価した所、０．７５Ｊ／ｍ２であった。また、圧電性材料層２の表面２ｂを厚みが当初の２５０μｍから３０μｍになるように研削及び研磨した。研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは生じなかった。次に２０μｍになるように研削及び研磨したところ、研削および研磨工程中に接合部分の剥がれが生じていた。
（実施例２〜４）
比較例１と同様にして接合体を製造した。ただし、接合時に基板の接合面に照射する高速電子ビームの加速電圧を実施例２は1.0kV、実施例３は1.2kV、実施例４は1.5kVに変更した。
比較例１と同様にして接合体を製造した。ただし、接合時に基板の接合面に照射する高速電子ビームの加速電圧を実施例２は1.0kV、実施例３は1.2kV、実施例４は1.5kVに変更した。
得られた接合体について、圧電性材料層、界面層、支持基板側中間層、支持基板における酸素（Ｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、アルゴン（Ａｒ）の各原子比率を測定し、結果を表３、表４、表５に示す。
また、得られた接合体について、クラックオープニング法で接合強度を評価した所、いずれもバルク破壊を生じた。また、圧電性材料層２の表面２ｂを厚みが当初の２５０μｍから２０μｍになるように研削及び研磨した。研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは生じなかった。
ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素（Ａ）は、圧電性材料層から支持基板へと向かって拡散する。このため、圧電性材料層における元素（Ａ）の原子比率を１００としたとき、界面層における元素（Ａ）の原子比率は、５０〜９０であることが好ましく、６０〜８８であることが更に好ましい。また、支持基板側中間層における元素（Ａ）の原子比率は、６〜３０であることが好ましく、１６〜２３であることが更に好ましい。
また、支持基板側中間層における元素（Ａ）の原子比率は、界面層における元素（Ａ）の原子比率よも低いことが通常である。
また、支持基板側中間層における元素（Ａ）の原子比率は、界面層における元素（Ａ）の原子比率よも低いことが通常である。
本発明は、支持基板および圧電性材料層を備えている接合体であって、
前記支持基板がムライトからなり、
前記圧電性材料層の材質がＬｉＡＯ３であり（Ａは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である）、
前記支持基板と前記圧電性材料層との界面に沿って存在する界面層および前記界面層と前記支持基板との間に存在する支持基板側中間層を備えており、前記界面層および前記支持基板側中間層が、それぞれ、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素、酸素、アルミニウムおよび珪素を主成分としており、界面層における珪素比率が前記支持基板側中間層における珪素比率よりも高いことを特徴とする。
前記支持基板がムライトからなり、
前記圧電性材料層の材質がＬｉＡＯ３であり（Ａは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である）、
前記支持基板と前記圧電性材料層との界面に沿って存在する界面層および前記界面層と前記支持基板との間に存在する支持基板側中間層を備えており、前記界面層および前記支持基板側中間層が、それぞれ、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素、酸素、アルミニウムおよび珪素を主成分としており、界面層における珪素比率が前記支持基板側中間層における珪素比率よりも高いことを特徴とする。
Claims (8)
- 支持基板および圧電性材料層を備えている接合体であって、
前記支持基板がムライトからなり、
前記圧電性材料層の材質がＬｉＡＯ３であり（Ａは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である）、
前記支持基板と前記圧電性材料層との界面に沿って存在する界面層および前記界面層と前記支持基板との間に存在する支持基板側中間層を備えており、前記界面層および前記支持基板側中間層が、それぞれ、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素、酸素、アルミニウムおよび珪素を主成分としていることを特徴とする、接合体。 - 前記界面層における珪素比率が前記支持基板側中間層における珪素比率よりも高いことを特徴とする、請求項１記載の接合体。
- 前記支持基板における珪素比率を１００としたときの前記界面層における珪素比率が４１以上、９８以下であることを特徴とする、請求項１または２記載の接合体。
- 前記支持基板における珪素比率を１００としたときの前記界面層における珪素比率が５１以上、８９以下であることを特徴とする、請求項３記載の接合体。
- 前記支持基板における珪素比率を１００としたときの前記界面層における珪素比率が６１以上、７９以下であることを特徴とする、請求項４記載の接合体。
- 前記支持基板側中間層におけるアルミニウム比率が前記支持基板におけるアルミニウム比率よりも高いことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の接合体。
- 前記支持基板におけるアルミニウム比率を１００としたとき、前記支持基板側中間層におけるアルミニウム比率が１１２以上、１１６以下であることを特徴とする、請求項６記載の接合体。
- 請求項１〜７のいずれか一つの請求項に記載の接合体、および前記圧電性材料層上に設けられた電極を備えていることを特徴とする、弾性波素子。
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