JPWO2019130857A1 - 圧電性材料基板と支持基板との接合体およびその製造方法 - Google Patents

圧電性材料基板と支持基板との接合体およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウムからなる群より選ばれた材質からなる圧電性材料基板と、酸化珪素層が設けられた支持基板とを接合するのに際して、接合体の特性劣化を抑制する。【解決手段】接合体7、7Aは、支持基板4、支持基板4上に設けられた酸化珪素層5、および酸化珪素層5上に設けられたニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウムからなる群より選ばれた材質からなる圧電性材料基板1、1Aを備える。圧電性材料基板1、1Aと酸化珪素層5との界面Aにおける窒素濃度が、酸化珪素層5と前記支持基板1との界面における窒素濃度よりも高い。【選択図】 図3

Description

本発明は、圧電性材料基板と支持基板との接合体、弾性波素子およびその製造方法に関するものである。
高性能な半導体素子を実現する目的で、高抵抗Si/SiO2薄膜/Si薄膜からなるSOI基板が広く用いられている。SOI基板を実現するにあたりプラズマ活性化が用いられる。これは比較的低温(400℃)で接合できるためである。圧電デバイスの特性向上を狙い、類似のSi/SiO2薄膜/圧電薄膜からなる複合基板が提案されている(特許文献1)。特許文献1では、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基板と、酸化珪素層を設けたシリコン基板とをイオン注入法によって活性化した後に接合する。
接合界面に単一または複数の誘電膜を形成する多層構造のフィルターも提案されている(特許文献2)。
しかし、タンタル酸リチウム/酸化珪素/珪素の構造を実現するための接合技術に関する公知情報はほとんどない
特許文献3には、タンタル酸リチウムとサファイアやセラミックスとを、酸化珪素層を介してプラズマ活性化法により接合することが記載されている。
非特許文献1には、タンタル酸リチウム基板と、酸化珪素層を設けたシリコン基板とを、O2のRIE(13.56MHz)プラズマとN2のmicrowave(2.45GHz)プラズマを続けざまに照射することで接合することが記載されている。
SiとSiO2/Siのプラズマ活性化接合においては、その接合界面でSi-O-Si結合が形成されることで十分な接合強度が得られる。また同時にSiがSiO2に酸化されることで平滑度が向上し、最表面で上記接合が促進される(非特許文献2)。
ECS Transactions, 3 (6) 91-98 (2006) J. Applied Physics 113, 094905 (2013)
特開2016-225537 特許第5910763号 特許第3774782号
しかし、先行文献の通り、イオン注入により、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウム基板を薄くすることで圧電素子を作製した場合には、特性が低いという問題があった。これは、イオン注入時のダメージにより結晶性が劣化することに起因すると考えられる。
一方、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムなどの圧電性材料基板をシリコン基板上の酸化珪素層に接合した後に、圧電性材料基板を研磨することで薄くする場合には、加工変質層をCMPにより取り除くことができるので、素子特性は劣化しない。しかし、研磨加工によって圧電性材料基板の厚さを小さくしていくと、得られた接合体の特性が劣化することがあった。特に接合体を弾性波素子として用いる場合、弾性波素子としての特性、特に共振周波数fsでのアドミタンスと反共振周波数frでのアドミタンスとの比率(アドミタンス比)が低下することがわかった。圧電性材料基板の厚さが4.0μm以下、更には3.0μm以下(特には2.0μm以下)となると、この低下傾向が一層顕著になった。
本発明の課題は、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウムからなる群より選ばれた材質からなる圧電性材料基板と、酸化珪素層が設けられた支持基板とを接合するのに際して、接合体の特性劣化を抑制できるようにすることである。
本発明に係る接合体は、
支持基板、
前記支持基板上に設けられた酸化珪素層、および
前記酸化珪素層上に設けられた、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウムからなる群より選ばれた材質からなる圧電性材料基板を備えた接合体であって、
前記圧電性材料基板と前記酸化珪素層との界面における窒素濃度が、前記酸化珪素層と前記支持基板との界面における窒素濃度よりも高いことを特徴とする。
また、本発明は、前記接合体、および前記圧電性材料基板上に設けられた電極を備えることを特徴とする、弾性波素子に係るものである。
また、本発明は、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウムからなる群より選ばれた材質からなる圧電性材料基板と、酸化珪素層が設けられた支持基板とを接合する方法であって、
前記圧電性材料基板の接合面に対して150℃以下で窒素プラズマを照射して活性化した後で、前記圧電性材料基板の前記接合面を前記酸化珪素層の接合面に対して接合することを特徴とする。
また、本発明は、前記方法によって前記接合体を得た後、前記圧電性材料基板上に電極を設け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、ニオブ酸リチウム等からなる圧電性材料基板と、酸化珪素層が設けられた支持基板とを直接接合するのに際して、接合体の特性が劣化する理由を検討した。特に、共振周波数fsでのアドミタンスと反共振周波数frでのアドミタンスとの比率(アドミタンス比)が低下する理由について詳しく検討した。この結果、以下の知見を得た。
すなわち、SiとSiO/Siとを例えばプラズマ活性化接合すると、接合界面に沿ってSi−O−Si結合が形成されることで、十分に高い接合強度が得られる。また、同時にSiがSiOに酸化されることで平滑度が向上し、最表面で上記接合が促進される(非特許文献2:J. Applied Physics 113, 094905 (2013))。
これに対して、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムを、酸化珪素層が設けられた支持基板に直接接合する場合には、接合界面に沿って、Ta(Nb)−O−Si結合が形成されることで、接合が行われる。しかし、SiO/Siの最表面におけるSi原子の密度は6.8個/Åである。これに対して、圧電性材料基板の最表面におけるTa(Nb)原子の密度は、異方性結晶であるためにカット角に依存するが、例えば4.3個/Å以下であり、最表面における原子密度が低い。更に、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムは、シリコンと違って酸化により平滑化する機構もないので、十分に高い接合強度が得られなかったものと考えられる。
この結果、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基板とSiO/Siとを直接接合した後に、圧電性材料基板を加工する場合には、圧電性材料基板が薄くなると剪断力が酸化珪素層および支持基板の酸化珪素層側領域に加わり、結晶性の劣化を招いたものと考えられた。
本発明者は、こうした仮説に立脚し、圧電性材料基板と酸化珪素層との接合界面に沿って、窒素濃度が相対的に高い部分を設けることを試みた。この結果、酸化珪素層や支持基板の酸化珪素層側領域における結晶性の劣化に起因する特性低下を抑制できることを見いだし、本発明に到達した。
更に、圧電性材料基板の接合面に対して150℃以下で窒素プラズマを照射して活性化した後で、圧電性材料基板の接合面を酸化珪素層の接合面に対して接合することで、圧電性材料基板と酸化珪素層との界面に沿って窒素濃度の相対的に高い領域を生成させ易いことを見いだした。
(a)は、圧電性材料基板1を示し、(b)は、圧電性材料基板1の接合面を活性化して活性化面1cを生じさせている状態を示す。 (a)は、支持基板4の表面に酸化珪素層5を形成した状態を示し、(b)は、酸化珪素層5を表面活性化した状態を示す。 (a)は、圧電性材料基板1と支持基板4上の酸化珪素層5とを直接接合して得られた接合体7を示し、(b)は、接合体7Aの圧電性材料基板1Aを研磨して薄くした状態を示し、(c)は、弾性波素子を示す。
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。
まず、図1(a)に示すように、一対の主面1a、1bを有する圧電性材料基板1を準備する。本例では1aを接合面とする。次いで、図1(b)に示すように、圧電性材料基板1の接合面1aに対して矢印Cのようにプラズマを照射し、表面活性化された接合面1cを得る。
一方、図2(a)に示すように、支持基板4の表面4aに酸化珪素層5を形成する。次いで、図2(b)に示すように、酸化珪素層5の表面5aに対して矢印Cのようにプラズマを照射することによって表面活性化し、活性化された接合面6を形成する。
次いで、図3(a)に示すように、圧電性材料基板1上の活性化された接合面1cと、支持基板4上の酸化珪素層5の活性化された接合面6とを接触させ、直接接合し、接合体7を得る。この状態で、圧電性材料基板1上に電極を設けても良い。しかし、好ましくは、図3(b)に示すように、圧電性材料基板1の主面1bを加工して基板1を薄くし、薄板化された圧電性材料基板1Aを得る。1dは加工面である。次いで、図3(c)に示すように、接合体7Aの圧電性材料基板1Aの加工面1d上に所定の電極8を形成し、弾性波素子10を得ることができる。
ここで、本発明においては、圧電性材料基板1(1A)と酸化珪素層5との界面Aにおける窒素濃度NA(図3参照)が、酸化珪素層5と支持基板4との界面Bにおける窒素濃度NBよりも高い。これは、界面Aに沿って窒素濃度が相対的に高い領域があることを意味している。界面Aに窒素濃度の高い領域が存在する場合には、通常は酸化珪素層5中にも窒素が拡散しているが、酸化珪素層5中では窒素濃度勾配があり、界面Bでは相対的に窒素濃度が低くなっている。但し、本発明はこれに限定されず、酸化珪素層5中の窒素濃度勾配がなく一定だとしても、圧電性材料基板1(1A)と酸化珪素層5との界面Aにおける窒素濃度NAが、酸化珪素層5と支持基板4との界面Bにおける窒素濃度NBよりも高ければ、本発明に含まれる。
ここで、圧電性材料基板1(1A)と酸化珪素層5との界面Aにおける窒素濃度NAの、酸化珪素層5と支持基板4との界面Bにおける窒素濃度NBに対する比率(NA/NB)は、10以上であることが好ましく、100以上であることが更に好ましい。また、比率(NA/NB)は、実際上は1000以下であることが好ましい。
好適な実施形態においては、圧電性材料基板1(1A)と酸化珪素層5との界面Aにおける窒素濃度NAが1E19〜1E21(1×1019〜1×1021)atoms/cm3であり、更に好ましくは5E19〜5E20(5×1019〜5×1020)である。また、酸化珪素層5と支持基板4との界面Bにおける窒素濃度NBは、1E19(1×1019)以下であることが好ましく、7E18(7×1018)以下であることが更に好ましい。
好適な実施形態においては、圧電性材料基板と酸化珪素層との界面Aにおける炭素濃度CAが、酸化珪素層と支持基板との界面Bにおける炭素濃度CBよりも高い。また、圧電性材料基板1(1A)と酸化珪素層5との界面Aにおける炭素CAの、酸化珪素層5と支持基板4との界面Bにおける炭素濃度CBに対する比率(CA/CB)は、100以上であることが好ましく、1000以上であることが更に好ましい。また、比率(CA/CB)は、実際上は、1000以下であることが好ましい。
また、好適な実施形態においては、圧電性材料基板1(1A)と酸化珪素層5との界面Aにおける炭素濃度CAが、1E20〜3E21(1×1020〜3×1021)atoms/cm3であることが更に好ましい。また、酸化珪素層5と支持基板4との界面Bにおける炭素濃度CBは、1E18(1×1018)atoms/cm3以下であることが好ましい。
好適な実施形態においては、圧電性材料基板と酸化珪素層との界面Aにおけるフッ素濃度FAが、酸化珪素層と支持基板との界面Bにおけるフッ素濃度FBよりも高い。また、圧電性材料基板1(1A)と酸化珪素層5との界面Aにおけるフッ素濃度FAの、酸化珪素層5と支持基板4との界面Bにおけるフッ素濃度FBに対する比率(FA/FB)は、5以上であることが好ましく、50以上であることが更に好ましい。また、比率(FA/FB)は、実際上は、500以下であることが好ましい。
また、圧電性材料基板1(1A)と酸化珪素層5との界面Aにおけるフッ素FAは1E19〜3E20(1×1019〜3×1020)atoms/cm3であることが好ましい。また、酸化珪素層5と支持基板4との界面Bにおけるフッ素濃度FBは、5E18(5×1018)atoms/cm3以下であることが好ましい。
以下、本発明の各構成要素について順次述べる。
支持基板4の材質は特に限定されないが、好ましくは、シリコン、水晶、サイアロン、ムライト、サファイアおよび透光性アルミナからなる群より選ばれた材質からなる。これによって、弾性波素子10の周波数の温度特性を一層改善することができる。
支持基板4上には酸化珪素層5を形成する。この酸化珪素層5の成膜方法は限定されないが、スパッタリング、化学的気相成長法(CVD)、蒸着を例示できる。好ましくは支持基板4がシリコン基板であり、この場合にはシリコン基板表面への酸素のスパッタリングやイオン注入、酸化雰囲気下での加熱によって酸化珪素層5を形成できる。
酸化珪素層5の厚さは、本発明の観点からは、0.05μm以上であることが好ましく、0.1μm以上であることが更に好ましく、0.2μm以上であることが特に好ましい。また、酸化珪素層5の厚さは、3μm以下であることが好ましく、2.5μm以下が好ましく、2.0μm以下が更に好ましい。
本発明で用いる圧電性材料基板1(1A)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とする。これらは弾性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デバイスとして適している。
また、圧電性材料基板1(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1(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32〜50°回転した方向のもの、オイラー角表示で(180°,58〜40°,180°)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、(ア)弾性表面波の伝搬方向であるX軸を中心に、Z軸から-Y軸に37.8°回転した方向のもの、オイラー角表示で(0°,37.8°,0°)を用いるのが電気機械結合係数が大きいため好ましい、または、(イ)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40〜65°回転した方向のもの、オイラー角表示で(180°,50〜25°,180°)を用いるのが高音速が得られるため、好ましい。更に、圧電性材料基板1(1A)の大きさは、特に限定されないが、例えば、直径100〜200mm,厚さが0.15〜1μmである。
次いで、圧電性材料基板1の接合面1aに150℃以下でプラズマを照射し、接合面1aを活性化させる。本発明の観点からは、窒素プラズマを照射することが好ましいが、酸素プラズマを照射した場合にも、本発明の接合体を得ることが可能である。
表面活性化時の圧力は、100Pa以下が好ましく、80Pa以下が更に好ましい。また、雰囲気は窒素のみであって良く、酸素のみであってよいが、窒素、酸素の混合物であってもよい。
プラズマ照射時の温度は150℃以下とする。これによって、接合強度が高く、かつ結晶性の劣化のない接合体7、7Aが得られる。この観点から、プラズマ照射時の温度を150℃以下とするが、
100℃以下とすることが更に好ましい。
また、プラズマ照射時のエネルギーは、30〜150Wが好ましい。また、プラズマ照射時のエネルギーと照射時間との積は、0.12〜1.0Whが好ましい。
好適な実施形態においては、プラズマ処理前に、圧電性材料基板1の接合面1aおよび酸化珪素層5の接合面5aを平坦化加工する。各接合面1a、5a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。
酸化珪素層5の接合面5aもプラズマ処理できる。この際には、酸素、窒素などのプラズマを利用できるが、窒素プラズマ、酸素プラズマが特に好ましい。また、プラズマ処理時の温度は、150℃以下が好ましく、100℃以下が更に好ましい。
また、酸化珪素層5の接合面5a上へのプラズマ照射時の圧力は、100Pa以下が好ましく、80Pa以下が更に好ましい。この際のエネルギーは、30〜150Wが好ましい。また、プラズマ照射時のエネルギーと照射時間との積は、0.12〜1.0Whが好ましい。
次いで、圧電性材料基板1の接合面1cと酸化珪素層5の接合面6とを接触させ、接合する。この後、アニール処理を行うことによって、接合強度を向上させることが好ましい。アニール処理時の温度は、100℃以上、300℃以下が好ましい。
本発明の接合体7、7Aは、弾性波素子10に対して好適に利用できる。
弾性波素子10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、圧電性材料基板1、1A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基板1、1A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1、1A上の電極8を構成する材質は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、金が好ましく、アルミニウムまたはアルミニウム合金がさらに好ましい。アルミニウム合金は、Alに0.3から5重量%のCuを混ぜたものを使用するのが好ましい。この場合、CuのかわりにTi、Mg、Ni、Mo、Taを使用しても良い。
(実施例A1)
図1〜図3を参照しつつ説明した方法に従い、図3(c)に示す弾性波素子10を作製した。
具体的には、厚さが200μmで両面が鏡面に研磨されている42YカットX伝搬LiTaO3基板(圧電性材料基板)1と、厚みが675μmの高抵抗(>2kΩ・cm)Si(100)基板(支持基板)4を用意した。基板サイズはいずれも150mmである。支持基板4上には、スパッタリング法により、酸化珪素層5を500nmの厚さで成膜した。成膜後の酸化珪素層5の表面粗さRaが0.6nmであったため、表面をCMP(化学機械的研磨)でわずかに研磨し、Raを0.3nmまで改善した。
次いで、圧電性材料基板1の接合面1aおよび支持基板4上の酸化珪素層5の接合面5aをそれぞれ洗浄および表面活性化した。具体的には、純水を用いた超音波洗浄を実施し、スピンドライにより基板表面を乾燥させた。次いで、洗浄後の支持基板4をプラズマ活性化チャンバーに導入し、窒素ガスプラズマで30℃で接合面5aを活性化した。また、圧電性材料基板1を同様にプラズマ活性化チャンバーに導入し、窒素ガスプラズマで30℃で接合面1aを表面活性化した。表面活性化時間は40秒とし、エネルギーは100Wとした。表面活性化中に付着したパーティクルを除去する目的で、上述と同じ超音波洗浄、スピンドライを再度実施した。
次いで、各基板1、4の位置合わせを行い、室温で基板1、酸化珪素層5の活性化した接合面1c、6同士を接触させた。圧電性材料基板1側を上にして接触させた。この結果、基板1と酸化珪素層5との密着が広がる様子(いわゆるボンディングウェーブ)が観測され、良好に予備接合が行われたことが確認できた。次いで、接合強度を増すことを目的に、接合体7を窒素雰囲気のオーブンに投入し、120℃で10時間保持した。
得られた接合体7について、各部分における窒素濃度、炭素濃度、フッ素濃度をSIMS法(2次イオン質量分析法)を用いて測定した。SIMS測定装置として、CAMECA IMS-7fを用い、一次イオン種としてCs+で、一次加速電圧は15.0kVで行った。検出領域は、30μmφとした。測定結果を表1に示す。
加熱後の接合体7の圧電性材料基板1の表面1bを研削加工、ラップ加工、およびCMP加工に供し、圧電性材料基板1Aの厚さが16、8、4、2、1μmとなるようにした。圧電性材料基板1Aの厚みは、光干渉を用いた光学式測定機(Filmetrix社製 F20)により測定した。研磨された圧電性材料基板1Aの表面1dに、フォトリソグラフィープロセスでアルミニウム金属からなるIDT電極8を設けた。発振周波数が1000MHz程度になるよう、電極の周期λは4μmとした。IDT電極8の厚みは200nmとし、200対のIDT電極8の両側に80対からなる反射器を設け、1ポートの弾性波素子10(SAW共振子)を作成した。作成された弾性波素子(SAW共振子)10のインピーダンス特性をAgilent社製ネットワークアナライザーE5071Cで測定した。その結果、1000MHz付近(fs)に共振ピーク、1050MHzあたり(fr)に反共振のピークが観測された。共振周波数fsでのアドミタンス値の反共振周波数frでのアドミタンス値に対する比率を測定した。この結果を表3に示す。
(実施例A2)
実施例A1において、窒素プラズマの代わりに窒素ガス80%、酸素ガス20%とした混合ガスのプラズマを用いた。ガス組成を変更するにあたり、RFの反射電力が最小となるようにマッチングは適宜変更した。その他は実施例A1と同様に実験を行った。
実施例A1と同様にして、得られた接合体7について、各部分における窒素濃度、炭素濃度、フッ素濃度を測定し、測定結果を表1に示す。また、実施例A1と同様にして、圧電性材料基板1Aの厚さが16、8、4、2、1μmとなるように加工し、共振周波数fsでのアドミタンス値の反共振周波数frでのアドミタンス値に対する比率を測定した。この結果を表3に示す。
(比較例A1)
実施例A1と同様にして、各接合体7、7Aおよび弾性波素子10(SAW素子)を作成し、実施例A1と同様の測定を行った。ただし、酸化珪素層5は圧電性材料基板1上に成膜し、支持基板4側には成膜しなかった。また、酸化珪素層5の表面活性化と支持基板4の表面活性化を行い、酸化珪素層5と支持基板4の活性化面を窒素プラズマ照射によって直接接合した。
得られた接合体について、各部分における窒素濃度、炭素濃度、フッ素濃度を測定し、測定結果を表2に示す。また、実施例A1と同様にして、圧電性材料基板の厚さが16、8、4、2、1μmとなるように加工し、共振周波数fsでのアドミタンス値の反共振周波数frでのアドミタンス値に対する比率を測定した。この結果を表3に示す。
Figure 2019130857
Figure 2019130857
Figure 2019130857
表3に示すように、本発明の接合体7、7Aを用いた弾性波素子10(SAW素子)では、圧電性材料基板1Aの厚さを2.0〜1.0μmと極めて薄く加工した場合にも、共振周波数fsでのアドミタンス値の反共振周波数frでのアドミタンス値に対する比率は劣化せず、良好であった。一方、比較例の接合体では、圧電性材料基板1Aの厚さが薄くなるのにつれて、共振周波数fsでのアドミタンス値の反共振周波数frでのアドミタンス値に対する比率が劣化した。特に、比較例A1の接合体では、圧電性材料基板1Aの厚さを4.0μm以下まで加工すると、共振周波数fsでのアドミタンス値の反共振周波数frでのアドミタンス値に対する比率がかなり劣化した。
(実施例B)
実施例A1において、圧電性材料基板1、1Aの材質を128YカットX伝搬ニオブ酸リチウムに変更した。この結果、実施例A1と同様の結果が得られた。

本発明に係る接合体は、
支持基板、
前記支持基板上に設けられた酸化珪素層、および
前記酸化珪素層上に設けられた、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウムからなる群より選ばれた材質からなる圧電性材料基板を備えた接合体であって、
前記圧電性材料基板と前記酸化珪素層との界面における窒素濃度が、前記酸化珪素層と前記支持基板との界面における窒素濃度よりも高い。
その上で、第一の態様の発明では、前記圧電性材料基板と前記酸化珪素層との前記界面における炭素濃度が、前記酸化珪素層と前記支持基板との前記界面における炭素濃度よりも高い
また、第二の態様に係る本発明では、前記圧電性材料基板と前記酸化珪素層との前記界面におけるフッ素濃度が、前記酸化珪素層と前記支持基板との前記界面におけるフッ素濃度よりも高い。
また、本発明は、前記接合体、および前記圧電性材料基板上に設けられた電極を備えることを特徴とする、弾性波素子に係るものである。
本発明に係る接合体は、
支持基板、
前記支持基板上に設けられた酸化珪素層、および
前記酸化珪素層上に設けられた、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウムからなる群より選ばれた材質からなる圧電性材料基板を備えた接合体であって、
前記圧電性材料基板と前記酸化珪素層との界面における窒素濃度NA1×10 19 〜1×10 21 atoms/cm 3 であり、前記酸化珪素層と前記支持基板との界面における窒素濃度NB1×10 19 以下であり、前記圧電性材料基板と前記酸化珪素層との前記界面における窒素濃度NAの、前記酸化珪素層と前記支持基板との前記界面における窒素濃度NBに対する比率(NA/NB)が10以上、1000以下である。
その上で、第一の態様の発明では、前記圧電性材料基板と前記酸化珪素層との界面における炭素濃度CAが1×10 20 〜3×10 21 atoms/cm 3 であり、前記酸化珪素層と前記支持基板との界面における炭素濃度CBが1×10 18 atoms/cm 3 以下であり、前記圧電性材料基板と前記酸化珪素層との界面における炭素濃度CAの、前記酸化珪素層と支持基板との界面における炭素濃度CBに対する比率(CA/CB)が100以上、1000以下である。
また、第二の態様に係る本発明では、前記圧電性材料基板と前記酸化珪素層との前記界面におけるフッ素濃度FAが1×10 19 〜3×10 20 atoms/cm 3 であり、前記酸化珪素層と前記支持基板との前記界面におけるフッ素濃度FBが5×10 18 atoms/cm 3 以下であり、前記圧電性材料基板と前記酸化珪素層との前記界面におけるフッ素濃度FAの、前記酸化珪素層と前記支持基板との前記界面におけるフッ素濃度FBに対する比率(FA/FB)が5以上、500以下である。
本発明においては、圧電性材料基板1(1A)と酸化珪素層5との界面Aにおける窒素濃度NAが1E19〜1E21(1×1019〜1×1021)atoms/cm3であり、更に好ましくは5E19〜5E20(5×1019〜5×1020)である。また、酸化珪素層5と支持基板4との界面Bにおける窒素濃度NBは、1E19(1×1019)以下であ、7E18(7×1018)以下であることが更に好ましい。
第一の態様の発明においては、圧電性材料基板と酸化珪素層との界面Aにおける炭素濃度CAが、酸化珪素層と支持基板との界面Bにおける炭素濃度CBよりも高い。また、圧電性材料基板1(1A)と酸化珪素層5との界面Aにおける炭素CAの、酸化珪素層5と支持基板4との界面Bにおける炭素濃度CBに対する比率(CA/CB)は、100以上であ、1000以上であることが更に好ましい。また、比率(CA/CB)は、実際上は、1000以下である。
また、第一の態様の発明においては、圧電性材料基板1(1A)と酸化珪素層5との界面Aにおける炭素濃度CAが、1E20〜3E21(1×1020〜3×1021)atoms/cm3である。また、酸化珪素層5と支持基板4との界面Bにおける炭素濃度CBは、1E18(1×1018)atoms/cm3以下である。
第二の態様の発明においては、圧電性材料基板と酸化珪素層との界面Aにおけるフッ素濃度FAが、酸化珪素層と支持基板との界面Bにおけるフッ素濃度FBよりも高い。また、圧電性材料基板1(1A)と酸化珪素層5との界面Aにおけるフッ素濃度FAの、酸化珪素層5と支持基板4との界面Bにおけるフッ素濃度FBに対する比率(FA/FB)は、5以上であ、50以上であることが更に好ましい。また、比率(FA/FB)は、実際上は、500以下である。

Claims (8)

  1. 支持基板、
    前記支持基板上に設けられた酸化珪素層、および
    前記酸化珪素層上に設けられた、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウムからなる群より選ばれた材質からなる圧電性材料基板を備えた接合体であって、
    前記圧電性材料基板と前記酸化珪素層との界面における窒素濃度が、前記酸化珪素層と前記支持基板との界面における窒素濃度よりも高いことを特徴とする、接合体。
  2. 前記圧電性材料基板と前記酸化珪素層との前記界面における炭素濃度が、前記酸化珪素層と前記支持基板との前記界面における炭素濃度よりも高いことを特徴とする、請求項1記載の接合体。
  3. 前記圧電性材料基板と前記酸化珪素層との前記界面におけるフッ素濃度が、前記酸化珪素層と前記支持基板との前記界面におけるフッ素濃度よりも高いことを特徴とする、請求項1または2記載の接合体。
  4. 前記圧電性材料基板の厚さが4.0μm以下であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つの請求項に記載の接合体。
  5. ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウムからなる群より選ばれた材質からなる圧電性材料基板と、酸化珪素層が設けられた支持基板とを接合する方法であって、
    前記圧電性材料基板の接合面に対して150℃以下で窒素プラズマを照射して活性化した後で、前記圧電性材料基板の前記接合面を前記酸化珪素層の接合面に対して接合することを特徴とする、圧電性材料基板と支持基板との接合体の製造方法。
  6. 前記酸化珪素層の前記接合面に対して150℃以下でプラズマを照射して活性化した後で、前記圧電性材料基板の前記接合面を前記酸化珪素層の前記接合面に対して接合することを特徴とする、請求項5記載の方法。
  7. 前記圧電性材料基板の前記接合面を前記酸化珪素層の前記接合面に対して接合した後、前記圧電性材料基板の厚さを研磨によって小さくすることを特徴とする、請求項5または6記載の方法。
  8. 前記圧電性材料基板の厚さを研磨によって4μm以下まで小さくすることを特徴とする、請求項7記載の方法。

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