JPWO2019054238A1 - 弾性波素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】多結晶セラミックスからなる支持基板上に圧電性材料基板を直接接合したタイプの弾性波素子において、弾性波素子のＱ値を向上させる。【解決手段】弾性波素子１０は、圧電性材料基板１Ａ、圧電性材料基板１Ａ上に設けられた中間層２であって、酸化珪素、窒化アルミニウムおよびサイアロンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる中間層２、中間層２上に設けられた接合層３であって，五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタン、ムライト、アルミナ、高抵抗シリコンおよび酸化ハフニウムからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる接合層３、多結晶セラミックスからなり、接合層３に対して直接接合された支持基板５、および圧電性材料基板１Ａ上に設けられた電極９を備える。【選択図】 図３
Description
本発明は、圧電性材料基板と、多結晶セラミックスからなる支持基板との接合体を有する弾性波素子に係るものである。
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表面弾性波素子や、圧電薄膜を用いたラム波素子や薄膜共振子（ＦＢＡＲ：Film Bulk Acoustic Resonator）などの弾性波素子が知られている。こうした表面弾性波素子としては、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、弾性表面波素子としての周波数特性の変化を抑制している。
特許文献１では、二つの圧電単結晶基板を重ね合わせて直接接合して接合体を得、接合体上に電極を設けることで、表面弾性波素子を製造している。この直接接合は熱処理によって行っている。
シリコン基板を圧電単結晶基板に直接接合する場合、一般的にはプラズマ活性化法を用いる。しかし、プラズマ活性化法では、接合後に強度を上げるために加熱が必要であり、接合温度が低いと接合強度が低下する傾向がある。しかし、接合温度を高くすると、シリコン基板と圧電基板との熱膨張係数の相違から、割れが生じやすい。
一方、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２）。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。
本発明者は、特許文献１、２を参考にして、多結晶セラミックス基板上に圧電性材料基板を接合し、その上に電極を設けて表面弾性波素子を製造することを試みていた。しかし、実際に素子を作製してみると、Ｑ値が低下し、温度特性が劣化する傾向が見られた。
本発明の課題は、多結晶セラミックスからなる支持基板上に圧電性材料基板を直接接合したタイプの弾性波素子において、弾性波素子のＱ値を向上させることである。
本発明に係る弾性波素子は、
圧電性材料基板、
前記圧電性材料基板上に設けられた中間層であって、酸化珪素、窒化アルミニウムおよびサイアロンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる中間層、
前記中間層上に設けられた接合層であって，五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタン、ムライト、アルミナ、高抵抗シリコンおよび酸化ハフニウムからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる接合層、
多結晶セラミックスからなり、前記接合層に対して直接接合された支持基板、および
前記圧電性材料基板上に設けられた電極
を備えていることを特徴とする。
圧電性材料基板、
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前記圧電性材料基板上に設けられた電極
を備えていることを特徴とする。
また、本発明は、
圧電性材料基板上に中間層を設け、前記中間層が酸化珪素、窒化アルミニウムおよびサイアロンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記中間層上に接合層を設け、前記接合層が、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタン、ムライト、アルミナ、高抵抗シリコンおよび酸化ハフニウムからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記接合層の表面に中性化ビームを照射することで活性化面とする工程、
多結晶セラミックスからなる支持基板の表面に中性化ビームを照射することで活性化面とする工程、
前記接合層の前記活性化面と前記支持基板の前記活性化面とを直接接合する工程、および
前記圧電性材料基板上に電極を設ける工程
を有することを特徴とする、弾性波素子の製造方法に係るものである。
圧電性材料基板上に中間層を設け、前記中間層が酸化珪素、窒化アルミニウムおよびサイアロンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記中間層上に接合層を設け、前記接合層が、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタン、ムライト、アルミナ、高抵抗シリコンおよび酸化ハフニウムからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記接合層の表面に中性化ビームを照射することで活性化面とする工程、
多結晶セラミックスからなる支持基板の表面に中性化ビームを照射することで活性化面とする工程、
前記接合層の前記活性化面と前記支持基板の前記活性化面とを直接接合する工程、および
前記圧電性材料基板上に電極を設ける工程
を有することを特徴とする、弾性波素子の製造方法に係るものである。
本発明者は、多結晶セラミックスからなる支持基板上に圧電性材料基板を直接接合したタイプの弾性波素子において、弾性波素子のＱ値の低下が見られた原因について検討した。この結果、以下の知見を得た。
すなわち、目的とする弾性波は、本来、圧電性材料基板中のみを伝搬するべきものである。しかし、多結晶セラミックスからなる支持基板上に圧電性材料基板を直接接合したタイプの弾性波素子においては、接合界面に沿って微細なアモルファス層が生成し、弾性波の一部がこのアモルファス層中を伝搬すると共に、更にアモルファス層を超えて支持基板内も伝搬弾性波が支持基板中を伝搬する傾向が見られた。この結果、弾性波素子のＱ値が劣化する傾向が見られた。
このため、本発明者は、圧電性材料基板上に、上記した特定種類の異種材質からなる中間層と接合層とを別個に形成し、この接合層を、多結晶セラミックスからなる支持基板に対して直接接合することを試みた。この結果、弾性波素子のＱ値が著しく増加することを見いだした。
この理由は明らかではないが、こうして得られた弾性波素子においては、圧電性材料基板から漏れた弾性波は、中間層中では比較的に高効率で伝搬すると共に、中間層とは異質な材質からなる接合層との界面で遮断を受け、接合層中での伝搬量が少なくなる。これによって、接合層と支持基板との界面（特にアモルファス層）での伝搬や、支持基板中での伝搬が抑制されることから、Ｑ値が増加するものと考えられる。
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。
図１（ａ）に示すように、圧電性材料基板１は表面１ａと１ｂとを有する。次いで、図１（ｂ）に示すように、圧電性材料基板１の表面１ａに中間層２を設け、中間層２の表面２ａ上に接合層３を設ける。次いで、図１（ｃ）に示すように、接合層３の表面３ａに対して、矢印Ａのように中性化ビームを照射し、接合層３の表面を活性化して活性化面４とする。
一方、図２（ａ）に示すように、多結晶セラミックスからなる支持基板５を準備する。支持基板５は、一対の表面５ａ、５ｂを有する。次いで、図２（ｂ）に示すように、支持基板５の一方の表面５ａに中性化ビームを矢印Ｂのように照射することによって活性化し、活性化面６とする。そして、図２（ｃ）に示すように、支持基板５の活性化面６と接合層３の活性化面４とを直接接合することによって、接合体７を得る。
好適な実施形態においては、接合体７の圧電性材料基板１の表面１ｂを更に研磨加工し、図３（ａ）に示すように圧電性材料基板１Ａの厚さを小さくする。１ｃは研磨面である。これにより、接合体８を得る。
図３（ｂ）では、圧電性材料基板１Ａの研磨面１ｃ上に所定の電極９を形成することによって、弾性波素子１０を作製している。
以下、本発明の効果について図３を参照しつつ更に補足する。
弾性波は、本来、圧電性材料基板１Ａ中のみを伝搬するべきものである。しかし、多結晶セラミックスからなる支持基板５上に圧電性材料基板１Ａを直接接合したタイプの弾性波素子においては、接合界面に沿って微細なアモルファス層が生成し、弾性波の一部がこのアモルファス層中を伝搬すると共に、更にアモルファス層を超えて支持基板５内でも伝搬弾性波が支持基板中を伝搬する傾向が見られた。この結果、弾性波素子のＱ値が劣化する傾向が見られた。
弾性波は、本来、圧電性材料基板１Ａ中のみを伝搬するべきものである。しかし、多結晶セラミックスからなる支持基板５上に圧電性材料基板１Ａを直接接合したタイプの弾性波素子においては、接合界面に沿って微細なアモルファス層が生成し、弾性波の一部がこのアモルファス層中を伝搬すると共に、更にアモルファス層を超えて支持基板５内でも伝搬弾性波が支持基板中を伝搬する傾向が見られた。この結果、弾性波素子のＱ値が劣化する傾向が見られた。
一方、本発明の弾性波素子１０によれば、圧電性材料基板１Ａ上に、前記した特定種類の異種材質からなる中間層２と接合層３とが別個に形成されており、この接合層３が、多結晶セラミックスからなる支持基板５に対して直接接合されている。この結果、弾性波素子のＱ値が著しく増加することを見いだした。
この理由は明らかではないが、こうして得られた弾性波素子においては、圧電性材料基板１Ａから漏れた弾性波は、中間層２中では比較的に高効率で伝搬すると共に、中間層２とは異質な材質からなる接合層３との界面で遮断を受け、接合層３中での伝搬量が少なくなる。これによって、接合層３と支持基板５との界面（特にアモルファス層）での伝搬や、支持基板５中での伝搬が抑制されることから、Ｑ値が増加するものと考えられる。
以下、本発明の各構成要素について更に説明する。
弾性波素子としては、弾性表面波素子やラム波素子、薄膜共振子（ＦＢＡＲ）などが知られている。例えば、弾性表面波素子は、圧電性材料基板の表面に、弾性表面波を励振する入力側のＩＤＴ（Interdigital Transducer）電極（櫛形電極、すだれ状電極ともいう）と弾性表面波を受信する出力側のＩＤＴ電極とを設けたものである。入力側のＩＤＴ電極に高周波信号を印加すると、電極間に電界が発生し、弾性表面波が励振されて圧電基板上を伝搬していく。そして、伝搬方向に設けられた出力側のＩＤＴ電極から、伝搬された弾性表面波を電気信号として取り出すことができる。
弾性波素子としては、弾性表面波素子やラム波素子、薄膜共振子（ＦＢＡＲ）などが知られている。例えば、弾性表面波素子は、圧電性材料基板の表面に、弾性表面波を励振する入力側のＩＤＴ（Interdigital Transducer）電極（櫛形電極、すだれ状電極ともいう）と弾性表面波を受信する出力側のＩＤＴ電極とを設けたものである。入力側のＩＤＴ電極に高周波信号を印加すると、電極間に電界が発生し、弾性表面波が励振されて圧電基板上を伝搬していく。そして、伝搬方向に設けられた出力側のＩＤＴ電極から、伝搬された弾性表面波を電気信号として取り出すことができる。
圧電性材料基板１Ａの底面に金属膜を有していてもよい。金属膜は、弾性波素子としてラム波素子を製造した際に、圧電基板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、圧電基板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基板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基板を備えた複合基板を用いてもよい。
また、圧電性材料基板１Ａの底面に金属膜と絶縁膜を有していてもよい。金属膜は、弾性波素子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、圧電基板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基板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。
圧電性材料基板１Ａの材質は、具体的には、タンタル酸リチウム（ＬＴ）単結晶、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）単結晶、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶、水晶、ホウ酸リチウムを例示できる。このうち、ＬＴ又はＬＮであることがより好ましい。
ＬＴやＬＮは、弾性表面波の伝搬速度が速く、電気機械結合係数が大きいため、高周波数且つ広帯域周波数用の弾性表面波素子として適している。また、圧電性材料基板１Ａの主面の法線方向は、特に限定されないが、例えば、圧電性材料基板１ＡがＬＴからなるときには、弾性表面波の伝搬方向であるＸ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸に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。圧電性材料基板１ＡがＬＮからなるときには、弾性表面波の伝搬方向であるＸ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸に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、圧電性材料基板の大きさは、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。
支持基板５は多結晶セラミックスからなる。これは、好ましくは、ムライト、窒化アルミニウム、およびサイアロンからなる群より選ばれた材質を例示できる。
また、支持基板５を構成するセラミックスの相対密度は９５％以上が好ましく、１００％であってもよい。なお、相対密度は、アルキメデス法によって、測定する。
中間層２は、酸化珪素、窒化アルミニウムおよびサイアロンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる。これらの材質からなる中間層２を介在させることで、弾性波の伝搬効率を高くできる。
中間層２の厚さは、接合層３および支持基板５側への弾性波の漏れを抑制するという観点からは、０．２５μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上が更に好ましい。また、中間層２の厚さは、成膜コスト、基板の反り量という観点からは、５．０μｍ以下が好ましい。
中間層２上に接合層３を設ける。接合層３は、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタン、ムライト、アルミナ、高抵抗シリコンおよび酸化ハフニウムからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる。こうした接合層３を設けることによって，弾性波の中間層からの漏れを抑制し易い。こうした観点からは、接合層の厚さは、０．０１μｍ以上が好ましく、また、１．０μｍ以下が好ましい。また、高抵抗シリコンとは、体積抵抗率が1000Ω・cm以上であるシリコンを意味する。
また、Ｑ値を増大させるという観点からは、中間層の厚さ／接合層の厚さは、５〜２５であることが好ましく、１０〜２０であることが更に好ましい。
次いで、多結晶セラミックスからなる支持基板５の表面５ａおよび接合層３の表面３ａに中性化ビームを照射することで支持基板５の表面５ａおよび接合層３の表面３ａを活性化する。この場合、好ましくは、接合層３の表面３ａ、支持基板５の表面５ａをそれぞれ平坦化して平坦面を得ることができる。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が必要であるが、0.3nm以下にすると更に好ましい。
中性化ビームによる表面活性化を行う際には、特許文献２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。
好適な実施形態においては、支持基板５と接合層３との界面に沿ってアモルファス層が生じている。こうしたアモルファス層は、支持基板５の材質と接合層３の材質との混合物や組成物となっていることが多い。また、表面活性化時に用いる中性化ビーム(アルゴン、窒素等)を構成する原子種が組成として存在することが多い。そのため、当該アモルファス層は、支持基板５を構成する原子と接合層３を構成する原子と中性化ビームを構成する原子とが混在して形成されている。また、アモルファス層の厚さは２０ｎｍ以下であることが多い。
こうしたアモルファス層の存在は以下のようにして確認できる。
測定装置として、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。このとき、測定条件は、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。
測定装置として、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。このとき、測定条件は、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。
（実施例Ａ１）
図１〜図３を参照しつつ説明した方法に従って、図３（ｂ）に示す弾性波素子１０を作製した。
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基板（ＬＴ基板）を圧電性材料基板１として使用した。また、支持基板５として、ＯＦ部を有し、直径が４インチ，厚さが２３０μｍのサイアロン基板を用意した。ＬＴ基板は、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。圧電性材料基板１の表面１ａと支持基板５の表面５ａ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。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。
図１〜図３を参照しつつ説明した方法に従って、図３（ｂ）に示す弾性波素子１０を作製した。
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基板（ＬＴ基板）を圧電性材料基板１として使用した。また、支持基板５として、ＯＦ部を有し、直径が４インチ，厚さが２３０μｍのサイアロン基板を用意した。ＬＴ基板は、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。圧電性材料基板１の表面１ａと支持基板５の表面５ａ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。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、圧電性材料基板１の表面１ａに酸化珪素膜からなる厚さ０．５μｍの中間層２をスパッタリング法で成膜した。成膜後の算術平均粗さＲａは２ｎｍであった。次に、中間層２上に、五酸化タンタルからなる厚さ０．０１μｍの接合層３をＣＶＤ法で成膜した。成膜後のRaは２．０ｎｍであった。次に、接合層３の表面を化学機械研磨加工（CMP）し、平坦化し、Ｒａを０．２ｎｍとした。次に、支持基板５であるサイアロン基板は、化学機械研磨加工（ＣＭＰ）を行わず、０．５μm以下の超微細な砥粒を用いて機械研磨加工することにより、平坦化し、Ｒａを０．５ｎｍ以下とした。
次いで、接合層３の表面３ａと支持基板５の表面５ａとを洗浄し、汚れを取った後、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１ｋＶ、Ａｒ流量27ｓｃｃｍ）を120ｓｅｃ間照射した。ついで、接合層３のビーム照射面（活性化面）４と支持基板５の活性化面６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。そのため、接合層３と支持基板５との間が、接合界面となる（言い換えると、接合層３と支持基板５との界面に沿ってアモルファス層が存在する）。
次いで、圧電性材料基板１の表面１ｂを厚みが当初の２５０μｍから3μｍになるように研削及び研磨した（図３（ａ）参照）。研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、２．０Ｊ／ｍ２であった。
次いで、図３（ｂ）に示すように、圧電性材料基板１Ａの研磨面１ｃ上に電極９を設け、弾性波素子１０を作製した。得られた素子１０について、Ｑ値と弾性波の波長λとを測定した。結果を表１に示す。
（実施例Ａ２〜Ａ５）
実施例Ａ１と同様にして弾性波素子１０を作製した。ただし、接合層３の厚さを、表１に示すように変更した（具体的には、接合層３の厚さが、実施例Ａ２では０．０２μｍ、実施例Ａ３では０．０５μｍ、実施例Ａ４では０．１μｍ、実施例Ａ５では０．５μｍである。）。得られた素子１０について、Ｑ値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表１に示す。なお、実施例Ａ２〜Ａ５では、実施例Ａ１と同様、接合層３と支持基板５との間が、接合界面となる。
実施例Ａ１と同様にして弾性波素子１０を作製した。ただし、接合層３の厚さを、表１に示すように変更した（具体的には、接合層３の厚さが、実施例Ａ２では０．０２μｍ、実施例Ａ３では０．０５μｍ、実施例Ａ４では０．１μｍ、実施例Ａ５では０．５μｍである。）。得られた素子１０について、Ｑ値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表１に示す。なお、実施例Ａ２〜Ａ５では、実施例Ａ１と同様、接合層３と支持基板５との間が、接合界面となる。
（比較例Ａ１）
実施例Ａ１と同様にして弾性波素子を作製した。ただし、接合層３を設けず、中間層２の表面と支持基板５の表面とを直接接合した。得られた素子について、Ｑ値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表１に示す。なお、比較例Ａ１では、中間層２と支持基板５との間が、接合界面となる。
実施例Ａ１と同様にして弾性波素子を作製した。ただし、接合層３を設けず、中間層２の表面と支持基板５の表面とを直接接合した。得られた素子について、Ｑ値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表１に示す。なお、比較例Ａ１では、中間層２と支持基板５との間が、接合界面となる。
（比較例Ａ２）
実施例Ａ３（接合層の厚さが０．０５μｍ）と同様にして弾性波素子を作製した。ただし、接合層３と支持基板５とを直接接合しなかった。その代わりに、中間層２と圧電性材料基板１Ａとを実施例Ａ３と同様にして直接接合した。得られた素子について、Ｑ値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表１に示す。なお、比較例Ａ２では、中間層２と圧電性材料基板１Ａとの間が、接合界面となる。
実施例Ａ３（接合層の厚さが０．０５μｍ）と同様にして弾性波素子を作製した。ただし、接合層３と支持基板５とを直接接合しなかった。その代わりに、中間層２と圧電性材料基板１Ａとを実施例Ａ３と同様にして直接接合した。得られた素子について、Ｑ値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表１に示す。なお、比較例Ａ２では、中間層２と圧電性材料基板１Ａとの間が、接合界面となる。
（比較例Ａ３）
実施例Ａ１と同様にして弾性波素子を作製した。ただし、接合層３を設けなかった。また、中間層２と圧電性材料基板１Ａとを実施例Ａ１と同様にして直接接合した。得られた素子について、Ｑ値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表１に示す。なお、比較例Ａ３では、中間層２と圧電性材料基板１Ａとの間が、接合界面となる。
実施例Ａ１と同様にして弾性波素子を作製した。ただし、接合層３を設けなかった。また、中間層２と圧電性材料基板１Ａとを実施例Ａ１と同様にして直接接合した。得られた素子について、Ｑ値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表１に示す。なお、比較例Ａ３では、中間層２と圧電性材料基板１Ａとの間が、接合界面となる。
表１からわかるように、本発明の実施例Ａ１〜Ａ５では、Ｑ値が相対的に高くなっている（Ｑ値：１１００〜２５００）。これに対して比較例Ａ１〜Ａ３では、実施例Ａ１に比べてＱ値が著しく低い。
この理由であるが、比較例Ａ１（Ｑ値：５００）では、接合層３がないため、中間層２を伝搬する弾性波の一部が支持基板５内や中間層２と支持基板５との界面のアモルファス層を伝搬し、伝搬効率が低下するものと考えられる。比較例Ａ２（Ｑ値：６００）では、中間層２と圧電性材料基板１Ａとが直接接合されているので、圧電性材料基板１Ａと中間層２との界面に存在するアモルファス層によって伝搬効率が低下しているものと考えられる。
比較例Ａ３（Ｑ値：３００）では、接合層３がなく、かつ、中間層２と圧電性材料基板１Ａとが直接接合されているので、圧電性材料基板１Ａと中間層２との界面に存在するアモルファス層や中間層２を伝搬する弾性波の一部が支持基板５内に漏れて、伝搬効率が最も低下しているものと考えられる。
特に、実施例Ａ２〜Ａ４に示すように、中間層２の厚さ／接合層３の厚さが、５〜２５であるとき、Ｑ値を著しく増加させることができる（Ｑ値：２０００〜２５００）。
特に、実施例Ａ２〜Ａ４に示すように、中間層２の厚さ／接合層３の厚さが、５〜２５であるとき、Ｑ値を著しく増加させることができる（Ｑ値：２０００〜２５００）。
（実施例Ｂ１、Ｂ２）
実施例Ａ３と同様にして弾性波素子を作製した。ただし、中間層２の材質を窒化アルミニウムまたはサイアロンに変更した。得られた素子１０について、Ｑ値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表２に示す。なお、実施例Ｂ１、Ｂ２では、実施例Ａ３と同様、接合層３と支持基板５との間が、接合界面となる。
実施例Ａ３と同様にして弾性波素子を作製した。ただし、中間層２の材質を窒化アルミニウムまたはサイアロンに変更した。得られた素子１０について、Ｑ値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表２に示す。なお、実施例Ｂ１、Ｂ２では、実施例Ａ３と同様、接合層３と支持基板５との間が、接合界面となる。
（実施例Ｂ３〜Ｂ６）
実施例Ａ３と同様にして弾性波素子を作製した。ただし、接合層３の材質を、五酸化ニオブ、酸化チタン、ムライトまたはアルミナに変更した。得られた素子１０について、Ｑ値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表２に示す。なお、実施例Ｂ３〜Ｂ６では、実施例Ａ３と同様、接合層３と支持基板５との間が、接合界面となる。
実施例Ａ３と同様にして弾性波素子を作製した。ただし、接合層３の材質を、五酸化ニオブ、酸化チタン、ムライトまたはアルミナに変更した。得られた素子１０について、Ｑ値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表２に示す。なお、実施例Ｂ３〜Ｂ６では、実施例Ａ３と同様、接合層３と支持基板５との間が、接合界面となる。
（実施例Ｂ７、Ｂ８）
実施例Ａ３と同様にして弾性波素子を作製した。ただし、支持基板５の材質を、ムライトまたは窒化アルミニウムに変更した。得られた素子１０について、Ｑ値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表２に示す。なお、実施例Ｂ７、Ｂ８では、実施例Ａ３と同様、接合層３と支持基板５との間が、接合界面となる。
実施例Ａ３と同様にして弾性波素子を作製した。ただし、支持基板５の材質を、ムライトまたは窒化アルミニウムに変更した。得られた素子１０について、Ｑ値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表２に示す。なお、実施例Ｂ７、Ｂ８では、実施例Ａ３と同様、接合層３と支持基板５との間が、接合界面となる。
表２からわかるように、本発明の実施例Ｂ１〜Ｂ８では、実施例Ａ３と同様に、高いＱ値が得られている（Ｑ値：２４００〜２４６０）。
なお、表２では、実施例Ａ３と同様、中間層２の厚さ／接合層３の厚さを１０としたが、実施例Ａ２、Ａ４と同様に、中間層２の厚さ／接合層３の厚さを５〜２５とすることで、Ｑ値を著しく増加させることができる。
なお、表２では、実施例Ａ３と同様、中間層２の厚さ／接合層３の厚さを１０としたが、実施例Ａ２、Ａ４と同様に、中間層２の厚さ／接合層３の厚さを５〜２５とすることで、Ｑ値を著しく増加させることができる。
（実施例Ｂ９、Ｂ１０）
実施例Ａ３と同様にして弾性波素子を作製した。ただし、接合層３の材質を、高抵抗シリコン（ＨＲ−Ｓｉ）または酸化ハフニウムに変更した。得られた素子１０について、Ｑ値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表３に示す。なお、実施例Ｂ９、Ｂ１０では、実施例Ａ３と同様、接合層３と支持基板５との間が、接合界面となる。
実施例Ａ３と同様にして弾性波素子を作製した。ただし、接合層３の材質を、高抵抗シリコン（ＨＲ−Ｓｉ）または酸化ハフニウムに変更した。得られた素子１０について、Ｑ値と表面弾性波の波長λとを測定し、結果を表３に示す。なお、実施例Ｂ９、Ｂ１０では、実施例Ａ３と同様、接合層３と支持基板５との間が、接合界面となる。
表３からわかるように、本発明の実施例Ｂ９、Ｂ１０では、非常に高いＱ値が得られている（Ｑ値：２７００または２６５０）。
なお、表３では、実施例Ａ３と同様、中間層２の厚さ／接合層３の厚さを１０としたが、実施例Ａ２、Ａ４と同様に、中間層２の厚さ／接合層３の厚さを５〜２５とすることで、Ｑ値を著しく増加させることができる。
なお、表３では、実施例Ａ３と同様、中間層２の厚さ／接合層３の厚さを１０としたが、実施例Ａ２、Ａ４と同様に、中間層２の厚さ／接合層３の厚さを５〜２５とすることで、Ｑ値を著しく増加させることができる。
本発明に係る弾性波素子は、
圧電性材料基板、
前記圧電性材料基板上に設けられた中間層であって、酸化珪素、窒化アルミニウムおよびサイアロンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる中間層、
前記中間層上に設けられた接合層であって，五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタン、ムライト、アルミナ、高抵抗シリコンおよび酸化ハフニウムからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる接合層、
多結晶セラミックスからなり、前記接合層に対して直接接合された支持基板、および
前記圧電性材料基板上に設けられた電極
を備えており、前記中間層の厚さが前記接合層の厚さの５倍以上、２５倍以下であることを特徴とする。
圧電性材料基板、
前記圧電性材料基板上に設けられた中間層であって、酸化珪素、窒化アルミニウムおよびサイアロンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる中間層、
前記中間層上に設けられた接合層であって，五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタン、ムライト、アルミナ、高抵抗シリコンおよび酸化ハフニウムからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる接合層、
多結晶セラミックスからなり、前記接合層に対して直接接合された支持基板、および
前記圧電性材料基板上に設けられた電極
を備えており、前記中間層の厚さが前記接合層の厚さの５倍以上、２５倍以下であることを特徴とする。
また、本発明は、
圧電性材料基板上に中間層を設け、前記中間層が酸化珪素、窒化アルミニウムおよびサイアロンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記中間層上に接合層を設け、前記接合層が、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタン、ムライト、アルミナ、高抵抗シリコンおよび酸化ハフニウムからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記接合層の表面に中性化ビームを照射することで活性化面とする工程、
多結晶セラミックスからなる支持基板の表面に中性化ビームを照射することで活性化面とする工程、
前記接合層の前記活性化面と前記支持基板の前記活性化面とを直接接合する工程、および
前記圧電性材料基板上に電極を設ける工程
を有しており、前記中間層の厚さが前記接合層の厚さの５倍以上、２５倍以下であることを特徴とする、弾性波素子の製造方法に係るものである。
圧電性材料基板上に中間層を設け、前記中間層が酸化珪素、窒化アルミニウムおよびサイアロンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記中間層上に接合層を設け、前記接合層が、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタン、ムライト、アルミナ、高抵抗シリコンおよび酸化ハフニウムからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記接合層の表面に中性化ビームを照射することで活性化面とする工程、
多結晶セラミックスからなる支持基板の表面に中性化ビームを照射することで活性化面とする工程、
前記接合層の前記活性化面と前記支持基板の前記活性化面とを直接接合する工程、および
前記圧電性材料基板上に電極を設ける工程
を有しており、前記中間層の厚さが前記接合層の厚さの５倍以上、２５倍以下であることを特徴とする、弾性波素子の製造方法に係るものである。
Claims (6)
- 圧電性材料基板、
前記圧電性材料基板上に設けられた中間層であって、酸化珪素、窒化アルミニウムおよびサイアロンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる中間層、
前記中間層上に設けられた接合層であって，五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタン、ムライト、アルミナ、高抵抗シリコンおよび酸化ハフニウムからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる接合層、
多結晶セラミックスからなり、前記接合層に対して直接接合された支持基板、および
前記圧電性材料基板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。 - 前記中間層の厚さが前記接合層の厚さの５倍以上、２５倍以下であることを特徴とする、請求項１記載の素子。
- 前記接合層と前記支持基板との界面に沿ってアモルファス層が存在することを特徴とする、請求項１または２記載の素子。
- 圧電性材料基板上に中間層を設け、前記中間層が酸化珪素、窒化アルミニウムおよびサイアロンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記中間層上に接合層を設け、前記接合層が、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタン、ムライト、アルミナ、高抵抗シリコンおよび酸化ハフニウムからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記接合層の表面に中性化ビームを照射することで活性化面とする工程、
多結晶セラミックスからなる支持基板の表面に中性化ビームを照射することで活性化面とする工程、
前記接合層の前記活性化面と前記支持基板の前記活性化面とを直接接合する工程、および
前記圧電性材料基板上に電極を設ける工程
を有することを特徴とする、弾性波素子の製造方法。 - 前記中間層の厚さが前記接合層の厚さの５倍以上、２５倍以下であることを特徴とする、請求項４記載の方法。
- 前記接合層と前記支持基板との界面に沿ってアモルファス層を生成させることを特徴とする、請求項４または５記載の方法。
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