KR101615081B1 - 탄성파 소자용 복합 기판 및 탄성파 소자 - Google Patents

Abstract

탄성파 소자용 복합 기판은, 지지 기판(1), 및 지지 기판(1)에 접합되고, 압전 단결정으로 이루어지며, 탄성파를 전파시키는 전파 기판(3)을 구비하고 있다. 전파 기판(3)이, 상기 압전 단결정의 결정 격자가 변형되어 있는 표면 격자 변형층(11)을 갖는다.

Description

탄성파 소자용 복합 기판 및 탄성파 소자{COMPOSITE SUBSTRATE FOR ELASTIC WAVE ELEMENT AND ELASTIC WAVE ELEMENT}

본 발명은 효율이 높고, 주파수의 온도 특성이 좋은 탄성파 소자에 관한 것이다.

탄성 표면파(Surface Acoustic Wave) 소자는, 휴대 전화기 등과 같은 통신 기기에서의 밴드패스 필터로서 폭넓게 사용되고 있다. 휴대 전화기 등의 고성능화에 따라, 탄성 표면파 소자를 이용한 필터에도, 고성능화가 요구되고 있다.

그러나, 탄성 표면파 소자는, 온도 변화에 의해 통과 대역이 이동해 버린다고 하는 문제가 있다. 특히, 현재 다용되고 있는 니오브산리튬이나 탄탈산리튬은, 전기 기계 결합 계수가 커서, 광대역의 필터 특성을 실현하는 데 유리하다. 그러나, 니오브산리튬이나 탄탈산리튬은 온도 안정성이 뒤떨어진다.

예컨대, 탄탈산리튬을 이용한 탄성 표면파 필터의 주파수 변화의 온도 계수는 -35 ppm/℃이며, 상정되는 사용 온도 범위에서의 주파수 변동이 크다. 이 때문에, 주파수 변화의 온도 계수를 저감하는 것이 필요하다.

특허문헌 1(일본 특허 공개 평성 제5-335879)에 기재된 탄성 표면파 소자에서는, 니오브산리튬 기판의 표면에 빗형 전극을 형성한 후에, 기판 표면 및 빗형 전극을 피복하도록 산화규소막을 형성한다. 이에 의해 주파수의 온도 계수를 저감하고 있다.

또한, 특허문헌 2(일본 특허 공개 제2009-278610)에 기재된 탄성 표면파 소자에서는, 보다 열팽창 계수가 작은 실리콘 등으로 이루어지는 지지 기판을, 탄탈산리튬 단결정 등으로 이루어지는 전파 기판에 대해, 두께 0.1 ㎛∼1.0 ㎛의 유기 접착제층에 의해 접착함으로써, 주파수 변화의 온도 계수를 저감하는 것에 성공하고 있다.

특허문헌 1(일본 특허 공개 평성 제5-335879)에 기재된 소자에서는, 니오브산리튬 기판의 표면에 산화규소층을 형성하여 빗형 전극을 피복하기 때문에, 주파수 변화의 온도 계수를 저감하면, 산화규소층에 의해 니오브산리튬 기판을 구속하게 되어, 탄성 표면파의 전파 효율이 저하되고, 탄성 표면파 필터의 경우에는 Q값이 악화된다.

특허문헌 2(일본 특허 공개 제2009-278610)에 기재된 소자에서는, 주파수 변화의 온도 계수를 저감할 수 있으나, 그러나 온도 계수를 0에 근접시키기 위해서는, 예컨대 탄탈산리튬으로 이루어지는 전파 기판의 두께를 매우 얇게 하는 것이 필요해진다. 그러나, 전파 기판이 얇아지면, 그만큼 접합 계면에서의 벌크파의 반사가 커져, 불필요한 스퓨리어스 모드의 파가 발생하기 쉬워진다.

본 발명의 과제는, 탄성파 소자의 주파수 변화의 온도 계수를 저감할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명에 따른 탄성파 소자용 복합 기판은, 지지 기판, 및 지지 기판에 접합되고, 압전 단결정으로 이루어지며, 탄성파를 전파시키는 전파 기판을 구비하고 있고, 전파 기판이, 지지 기판에 접합되어 있는 접합면과 이 접합면에 대해 반대측의 표면을 가지고, 전파 기판이 표면측에 압전 단결정의 결정 격자가 변형되어 있는 표면 격자 변형층을 가지며, 표면 격자 변형층의 두께가 15 ㎚ 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 탄성파 소자는, 상기 복합 기판, 및 전파 기판 상에 설치된 전극 패턴을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명자는 압전 단결정으로 이루어지는 전파 기판의 표면에, 그 결정 격자가 변형되어 있는 격자 변형층을 형성하였다. 즉, 전파 기판의 단면에 대해, 고분해능 투과형 전자 현미경(TEM)상을 촬상한 결과, TEM상에서 콘트라스트가 보였다. 즉, 전파 기판의 표면 근방에 도 5에 도시한 바와 같이 콘트라스트가 상이한, 보다 어둡게 찍혀 있는 박층이 확인되었다.

이러한, 저배율에서의 TEM상에 나타나는 콘트라스트가 상이한 층은, 결정 격자의 결함이나, 격자 변형 중 어느 하나의 원인으로 발생하는 것이다. 그래서, 본 발명자는, 고해상도의 TEM상을 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)하여, FFT 패턴을 얻었다. 이 결과, 결정 결함에 의해 발생하는 스폿은 확인되지 않았다. 따라서, 전파 기판의 표면에 나타나는 콘트라스트가 상이한 박층은, 결정 격자의 결함에 의해 발생한 층이 아니라, 격자 변형을 갖는 층인 것이 확인되었다.

이렇게 해서 형성된 전파 기판 표면의 격자 변형층은, 전파 기판의 전체를 구성하는 압전 단결정보다 단단하게 되어 있고, 온도 변화에 의한 신축을 억제하는 효과가 있어, 주파수 변화의 온도 계수를 저감할 수 있다. 또한, 표면 격자 변형층은 음속이 빨라지고 있고, 기판 표면 부근에 탄성 에너지를 가두는 효과를 나타낸다. 이 에너지 가둠 효과에 의해, 탄성파의 전파 효율이 향상되는 것이 기대된다.

도 1의 (a)는 탄성 표면파 소자(6)를 모식적으로 도시한 단면도이고, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 소자(6)를 모식적으로 도시한 상면도이다. 도 1의 (a)는 도 1의 (b)의 Ia-Ia 단면에 상당한다.
도 2의 (a)는 다른 탄성 표면파 소자(10)를 모식적으로 도시한 단면도이고, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 소자(10)를 모식적으로 도시한 상면도이다. 도 2의 (a)는 도 2의 (b)의 IIa-IIa 단면에 상당한다.
도 3의 (a) 및 도 3의 (b)는 각각 또 다른 탄성 표면파 소자(6A, 10A)를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 전파 기판(3)을 도시한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 전파 기판의 투과형 전자 현미경 사진이다.
도 6의 (a), 도 6의 (b) 및 도 6의 (c)는 본 발명의 소자의 제조 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 7의 (a), 도 7의 (b) 및 도 7의 (c)는 본 발명의 소자의 제조 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.

(탄성 표면파 소자의 예)

도 1의 (a) 및 도 1의 (b)의 탄성 표면파 소자(6)에서는, 지지 기판(1)의 접합면(1b)에 접착제층(2)을 개재하여 전파 기판(3)의 접합면(3b)을 접합하고 있다. 도면 부호 1a는 지지 기판(1)의 바닥면이다. 전파 기판의 표면(3a)에, 입력 전극(4) 및 출력 전극(5)을 형성하여, 트랜스버설형의 탄성 표면파 소자(6)를 얻는다. 입력 전극(4)으로부터 출력 전극(5)을 향해, 탄성 표면파가 화살표 7과 같이 전파되어, 탄성 표면파 필터를 구성한다.

또한, 휴대 전화용의 탄성 표면파 필터에서는, 주로 공진형의 탄성 표면파 소자를 사용한다. 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)는 이 예에 관한 것이다. 도 2의 (b)는 공진형의 탄성 표면파 소자의 전극 패턴예를 도시한다.

도 2의 (a) 및 도 2의 (b)의 탄성 표면파 소자(10)에서는, 지지 기판(1)의 접합면(1b)에 접착제층(2)을 개재하여 전파 기판(3)의 접합면(3b)을 접합하고 있다. 도면 부호 1a는 지지 기판(1)의 바닥면이다. 전파 기판의 표면(3a)에, 전극(16, 17, 18)을 형성하여, 공진형의 탄성 표면파 소자를 얻는다.

도 3의 (a)의 탄성 표면파 소자(6A)에서는, 지지 기판(1)의 접합면(1b)에 전파 기판(3)의 접합면(3b)을 직접 접합하고 있다. 전파 기판의 표면(3a)에, 입력 전극(4) 및 출력 전극(5)을 형성하여, 트랜스버설형의 탄성 표면파 소자(6A)를 얻는다. 입력 전극(4)으로부터 출력 전극(5)을 향해, 탄성 표면파가 화살표 7과 같이 전파되어, 탄성 표면파 필터를 구성한다.

도 3의 (b)의 탄성 표면파 소자(10A)에서는, 지지 기판(1)의 접합면(1b)에 전파 기판(3)의 접합면(3b)을 직접 접합하고 있다. 도면 부호 1a는 지지 기판(1)의 바닥면이다. 전파 기판의 표면(3a)에, 전극(16, 17, 18)을 형성하여, 공진형의 탄성 표면파 소자를 얻는다.

(표면 격자 변형층)

여기서, 본 발명에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 전파 기판(3)의 표면(3a)측에, 표면 격자 변형층(11)이 형성되어 있다. 도면 부호 12는 격자 변형이 특별히 형성되어 있지 않은 층이다.

전파 기판(3)의 횡단면에 대해, 고분해능 투과형 전자 현미경(TEM)상을 촬상하면, 도 5에 도시한 바와 같이, TEM상에서 표면에 콘트라스트가 보였다. 이러한 고해상도의 TEM상을 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)하여, FFT 패턴을 얻었다. 이 결과, 결정 결함에 의해 발생하는 스폿은 확인되지 않았다. 따라서, 전파 기판의 표면에 나타나는 콘트라스트가 상이한 박층은, 결정 격자의 결함에 의해 발생한 층이 아니라, 격자 변형을 갖는 층인 것이 확인되었다.

전파 기판의 표면에 존재하는 격자 변형층의 두께는, 실제의 제조상의 관점에서는, 15 ㎚ 이하로 하지만, 10 ㎚ 이하인 것이 바람직하며, 8 ㎚ 이하가 더욱 바람직하다. 또한, 전파 기판의 표면에 존재하는 격자 변형층의 두께는, 삽입 손실의 관점에서는, 5 ㎚ 이하가 바람직하고, 3 ㎚ 이하가 더욱 바람직하다. 전파 기판의 표면에 존재하는 격자 변형층의 두께의 하한은 특별히 없으나, 1 ㎚ 이상이 바람직하다.

단, 전파 기판의 표면에 존재하는 격자 변형층의 두께는, 전술한 전파 기판(3)의 횡단면에 대한 TEM상에 있어서, 표면에 존재하는, 전파 기판을 구성하는 결정과는 콘트라스트가 상이한 층형 영역의 두께를 의미한다.

본 발명에서는, 이 표면 격자 변형층 상에 전술한 바와 같은 전극 패턴을 형성한다. 전파 기판 표면의 격자 변형층은, 전파 기판의 전체를 구성하는 압전 단결정보다 단단하게 되어 있고, 온도 변화에 의한 신축을 억제하는 효과가 있어, 주파수 변화의 온도 계수를 저감할 수 있다. 또한, 표면 격자 변형층은 음속이 빨라지고 있고, 기판 표면 부근에 탄성 에너지를 가두는 효과를 나타낸다. 이 에너지 가둠 효과에 의해, 탄성파의 전파 효율이 향상되는 것이 기대된다.

이하, 본 발명의 각 요소에 대해 더 상세히 설명한다.

(탄성파 소자)

본 발명의 탄성파 소자는, 탄성 표면파 외에, 전파 기판 내부를 전파하는 램파를 이용한 소자여도 좋다. 탄성파 소자는, 특히 바람직하게는 탄성 표면파 필터 또는 레조네이터이다. 탄성 표면파 필터는 대역 통과 필터가 바람직하고, 또한 레조네이터는, 탄성 표면파 발진 소자이며, 1포트 타입과 2포트 타입 모두 포함한다.

탄성파 소자는, 전파 기판의 표면에 설치되는 복수의 전극지(electrode finger)를 사이에 끼워 이루어지는 IDT 전극과, IDT 전극의 램파의 전파 방향 양측에 배치되는 한 쌍의 반사기를 구비하는 램파형 공진자여도 좋다. 램파란, 전파시키는 파의 수 파장 이하로 기판 두께를 얇게 함으로써, 기판 내부를 전파하는 벌크파가 기판의 상하면에서의 반사를 반복하여 전파하는 판파이다. 기판 표면으로부터 깊이 1파장 이내에 에너지의 90%를 갖는 레일리파, 누설 탄성 표면파, 의사 종파형 누설 탄성 표면파의 표면파와는 달리, 램파는 기판 내부를 전파하는 벌크파이기 때문에 에너지는 기판 전체에 분포하고 있다.

(지지 기판)

지지 기판의 재질은, 실리콘, 사파이어, 질화알루미늄, 탄화규소 소결체, 질화규소 소결체, 알루미나, 붕규산 유리 및 석영 유리로 이루어지는 군에서 선택된 재료가 바람직하다. 바람직하게는, 지지 기판이, 실리콘 또는 붕규산 유리로 이루어지고, 특히 바람직하게는 실리콘으로 이루어진다. 이들을 채용함으로써, 전파 기판의 열팽창을 작게 하여, 주파수의 온도 특성을 한층 개선하는 것이 가능하다.

바람직하게는, 지지 기판의 표면에 산화막이 형성되어 있지 않으며, 이에 의해, 지지 기판과 전파 기판과의 접착력이 높아지고, 또한 고온에서도 지지 기판과 전파 기판과의 박리나 깨짐을 방지할 수 있다. 이 관점에서는, 지지 기판이 실리콘으로 이루어지고, 표면에 산화실리콘막이 없는 것이 바람직하다. 한편, 지지 기판의 표면 산화막의 유무는, 투과형 전자 현미경(TEM: Transmission Electron Microscope)에 의해 단면 관측한다.

지지 기판의 두께(T1)는 온도 특성 개선이라고 하는 관점에서는, 100 ㎛ 이상이 바람직하고, 150 ㎛ 이상이 더욱 바람직하며, 200 ㎛ 이상이 한층 바람직하다. 또한, T1은 제품의 소형화라고 하는 관점에서는, 500 ㎛ 이하가 바람직하다.

(전파 기판)

전파 기판의 재질은, 전기 기계 결합 상수가 큰 니오브산리튬, 탄탈산리튬 및 니오브산리튬-탄탈산리튬 고용체 단결정으로 이루어지는 군에서 선택되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 압전 단결정이 탄탈산리튬으로 이루어진다.

또한, 바람직하게는, 전파 기판에서의 탄성 표면파 전파 방향이 X 방향이고, 절단각을 회전 Y 커트판으로 한다. 특히 바람직하게는, 니오브산리튬에서는 35°∼130° Y 커트판이다. 탄탈산리튬에서는 전파 기판이 36°∼47° Y 커트판이다.

전파 기판의 두께(T2)는, 탄성 표면파 디바이스의 경우, 주파수의 온도 특성의 개선이라고 하는 관점에서는, 10 ㎛∼50 ㎛가 바람직하고, 10 ㎛∼40 ㎛가 더욱 바람직하며, 10 ㎛∼30 ㎛가 특히 바람직하다. 램파나 벌크 탄성파를 이용한 탄성파 디바이스에서는, 전파 기판의 두께(T2)는, 0.1 ㎛∼10 ㎛가 바람직하고, 0.1 ㎛∼1 ㎛가 특히 바람직하다.

(전극 패턴)

전극 패턴을 구성하는 재질은, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 금이 바람직하고, 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 더욱 바람직하다. 알루미늄 합금은, Al에 0.3 중량% 내지 5 중량%의 Cu를 섞은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, Cu 대신에 Ti, Mg, Ni, Mo, Ta를 사용해도 좋다.

전극 패턴의 두께의 탄성파 파장(λ)에 대한 비율(t/λ)은, 3%∼15%인 것이 바람직하고, 5% 이상인 것이 보다 바람직하며, 또한 15% 이하인 것이 더욱 바람직하다.

(제조 프로세스예)

도 6 및 도 7은 탄성파 소자용 접합체의 제조 프로세스를 모식적으로 도시한 단면도이다. 본 예에서는, 지지 기판과 전파 기판을 직접 접합하고 있다.

도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 지지 기판(1)의 접합면(1b)과 전파 기판 재료(3A)의 접합면(3b)을 대향시킨다. 이때, 지지 기판(1)의 접합면(1b)과 전파 기판 재료(3A)의 접합면(3b)을 각각 활성화 처리한다. 활성화 처리로서는, 중성화한 Ar 고속 원자 빔(FAB: Fast Atom Beam)이나, Ar 이온 빔을 고진공 챔버 내에서 기판 표면에 조사하는 것이 바람직하다.

계속해서, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 지지 기판(1)의 접합면(1b)과 전파 기판 재료(3A)의 접합면(3b)을 접촉시키고, 접합면에 대해 수직 방향으로 압력을 가함으로써, 양자를 직접 접합한다. 직접 접합은 이하와 같이 하여 행하는 것이 바람직하다.

즉, 활성화한 기판 표면끼리를 고진공 챔버 내에서 상온에서 접촉시키고, 하중을 부가한다. 그 후, 챔버 내에서 꺼내어 접합이 완성된다.

계속해서, 도 6의 (c)에 도시한 바와 같이, 전파 기판 재료(3A)의 표면(13)을 연삭 가공함으로써 그 두께를 작게 하여, 박층의 전파 기판 재료(3B)를 형성한다. 이 단계에서, 전파 기판 재료의 두께를, 최종적인 목표 두께에 가깝게 한다.

계속해서, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 전파 기판 재료(3B)의 표면(14)을 연마 가공하여, 연마면(19)이 형성된 전파 기판 재료(3C)를 형성한다. 이 단계에서, 연마면의 산술 평균 거칠기: Ra를 4 ㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 연마 가공은, 이하와 같이 하는 것이 바람직하다.

즉, 금속 정반(Sn, Cu) 상에, 다이아몬드 슬러리(평균 입자 직경 0.5 ㎛∼3 ㎛)를 적하하고, 정반을 회전시킨다. 기판 재료의 표면을 금속 정반과 접촉하도록 놓고, 압력을 가하면서 연마한다.

계속해서, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 전파 기판 재료(3C)의 연마면(19)을 경면 가공하여, 경면(20)이 형성된 전파 기판 재료(3D)를 형성한다. 여기서, 경면이란, 산술 평균 거칠기: Ra를 1 ㎚ 이하로 한 면으로 한다. 이를 위한 정밀 연마 가공은, 이하와 같이 하는 것이 바람직하다.

즉, 연마 패드 상에, 콜로이달 실리카 슬러리(평균 입자 직경 20 ㎚∼80 ㎚)를 적하하고, 패드를 회전시킨다. 기판 재료의 표면을 패드와 접촉하도록 놓고, 압력을 가하면서 연마한다.

통상, 경면 연마된 전파 기판 재료의 경면(20)은, 연질 패드에 의해 마찰함으로써 마무리 가공을 행하고 있었다. 이러한 마무리 가공 후의 단면을 TEM 촬상해도, 표면에 특별히 콘트라스트가 상이한 층은 생성되지 않는다. 연질 패드는 일반적으로, 스웨이드제의 패드가 사용된다.

그러나, 도 7의 (c)에 도시한 바와 같이, 경면 연마된 전파 기판 재료(3D)의 경면(20)을, 경질 패드에 의해 마찰함으로써 마무리 가공을 행하면, 표면(3a)에 표면 격자 변형층(11)이 형성된 전파 기판(3)이 생성된다.

이러한 경질 패드로서는, 발포 폴리우레탄 패드나 우레탄 함침 부직포 패드가 바람직하다. 발포 우레탄은, 우레탄의 프리폴리머, 경화제, 발포제로 이루어진다. 우레탄 수지에는, 내수성이나 내약품성의 관점에서, 에테르계의 우레탄, 경화제에는 디아민 등이 사용된다. 발포 배율은, 용도에 따라 0.4 g/㎤∼1.0 g/㎤의 것이 사용된다. 우레탄 수지 이외에는, 에폭시 수지제의 패드도 개발되어 있다.

부직포 패드의 부직포의 섬유 품종으로서 주로 레이온, 나일론, 폴리에스테르, 아크릴, 폴리프로필렌 등이 있다. 이들 부직포에 우레탄 수지를 함침시켜, 부직포와 폴리우레탄 수지의 혼합체로 한다. 경질 패드와 연질 패드의 구분은, 일반적으로 경질 패드가 영률 100 ㎫ 이상, 연질 패드가 1 ㎫∼10 ㎫ 정도로 나뉘어진다.

또한, 경질 패드에 의해 경면을 마무리 가공하는 단계에서는, 연질 패드와 마찬가지로 콜로이달 실리카 슬러리를 이용하여 연마한다.

한편, 도 6 및 도 7의 예에서는 지지 기판과 전파 기판 재료를 직접 접합하였으나, 양자를 접착층을 개재하여 접합하는 것도 가능하다.

지지 기판과 전파 기판을 접착하는 유기 접착제층의 재질은 한정되지 않으나, 아크릴계 수지, 혹은 에폭시계 수지가 바람직하다.

접착제층의 형성 방법은 한정되지 않으나, 인쇄, 스핀 코팅을 예시할 수 있다.

적합한 실시형태에서는, 유기 접착제층의 두께(t)를 0.1 ㎛ 이상, 1.0 ㎛ 이하로 한다. 탄성파 소자의 주파수의 온도 특성을 더욱 향상시킨다고 하는 관점에서는, 유기 접착제층의 두께는, 0.1 ㎛ 이상이 바람직하고, 또한, 0.8 ㎛ 이하가 바람직하다.

실시예

(실시예 1)

도 6 및 도 7에 도시한 제법에 따라, 도 1의 (b) 및 도 3의 (a)에 도시한 바와 같은 탄성 표면파 소자(6A)를 제작하였다.

단, 지지 기판(1)으로서는, 두께 230 ㎛, 직경 4인치의 단결정 실리콘 기판을 사용하였다. 지지 기판(1)의 SAW의 전파 방향(X)의 선팽창 계수가 3 ppm/℃이다. 전파 기판 재료(3A)로서는, SAW의 전파 방향을 X로 하고, 절단각이 회전 Y 커트판인 36° Y 커트 X 전파 탄탈산리튬 기판을 사용하였다. SAW의 전파 방향(X)의 선팽창 계수가 16 ppm/℃이다. 전파 기판 재료(3A)의 두께는 230 ㎛로 하였다.

지지 기판과 전파 기판 재료를, 10^-6 ㎩대의 진공도를 유지하는 진공 챔버에 도입하고, 각각의 접합면을 대향시켜 유지하였다. 지지 기판의 접합면 및 전파 기판 재료의 접합면에, 각각, 아르곤 빔을 80 sec 조사하여, 각 접합면에 있는 불활성층을 제거하고, 활성화하였다. 계속해서, 지지 기판의 접합면과 전파 기판 재료의 접합면을 접촉시키고, 접합면에 대해 수직인 방향을 향해 1200 kgf의 하중을 가함으로써, 양자를 직접 접합하였다.

얻어진 접합체를 챔버로부터 꺼낸 후, 연삭 가공기에 의해 전파 기판 재료의 표면을 연삭하여, 전파 기판 재료의 두께를 25 ㎛로 하였다. 계속해서, 이 접합체를 랩 연마 장치에 세팅하고, 다이아몬드 슬러리(평균 입자 직경 1 ㎛)를 이용하여, 전파 기판 재료의 두께가 21 ㎛가 될 때까지 연마 가공하였다. 계속해서, 이 전파 기판 재료의 연마면을 CMP(화학 기계 연마)기로 콜로이달 실리카(평균 입자 직경 0.05 ㎛)를 이용하여, 두께 20 ㎛가 될 때까지 경면 연마하였다. 얻어진 경면의 중심선 평균 표면 거칠기 Ra는 0.15 ㎚이다.

계속해서, 형성된 경면을 발포 우레탄 패드(경질 패드)를 이용하여 마찰함으로써 마무리 가공하였다. 얻어진 소자의 횡단면을 기계 연마와 이온 밀링에 의해 박판화하고, 이하의 조건으로 투과형 전자 현미경 사진을 촬상하였다.

장치의 형식: 히타치 제조 H-9000UHR I

배율: 21,000배∼520,000배

측정 조건: 가속 전압 300 ㎸

관찰 방법: 명시야상, 회절 패턴, 다파 간섭상

이 결과, 100,000배 이상의 배율로, 도 5에 도시한 바와 같이, 전파 기판 표면에 두께 3 ㎚에 걸쳐, 콘트라스트가 상이한, 보다 어둡게 찍혀 있는 박층이 확인되었다. 단, 도 5에서의 TEM상의 배율은 520000배이다. 계속해서, TEM상을 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)하여, FFT 패턴을 얻었다. 이 결과, 결정 결함에 의해 발생하는 스폿은 확인되지 않았다.

도 5에서는, 위에서 보아, 짙은 표면의 선형 부분, 보다 옅은 선형 부분, 짙은 선형 부분의 순서로 늘어서 있고, 그 아래에 두께 균일 영역이 관찰된다. 표면 격자 변형층의 두께는, 짙은 표면의 선형 부분의 상단으로부터, 맨 아래의 짙은 선형 부분의 하단까지의 치수이다.

얻어진 전파 기판 상에, 두께 0.14 ㎛의 금속 알루미늄제의 입력 전극(4) 및 출력 전극(5)을 형성하였다. 전극 두께(t)/탄성파 파장(λ)=7%이다. 그리고, 탄성 표면파 소자의 공진점에서의 주파수 온도 특성(Temperature Coefficient of Frequency)을 측정한 결과, -10 ppm/℃였다. 또한 그 삽입 손실은 7.3 ㏈이었다.

(비교예 1)

전술한 실시예에 있어서, 전파 기판의 경면을 발포 우레탄 패드(경질 패드)에 의해 마찰하는 마무리 가공을 행하지 않았다. 얻어진 전파 기판의 표면 근방의 TEM 사진을 촬상한 결과, 콘트라스트가 상이한 영역 내지 층은 관측되지 않았다.

얻어진 전파 기판 상에, 두께 0.14 ㎛의 금속 알루미늄제의 입력 전극(4) 및 출력 전극(5)을 형성하였다. 전극 두께(t)/탄성 표면파 파장(λ)=7%이다. 그리고, 탄성 표면파 소자의 공진점에서의 주파수 온도 특성(Temperature Coefficient of Frequency)을 측정한 결과, -20 ppm/℃였다. 또한 그 삽입 손실은 10 ㏈이었다.

(실시예 2)

전술한 실시예 1에 있어서, 발포 우레탄 패드 대신에, 보다 경질의 부직포 패드를 이용하여 마찰하는 마무리 가공을 행하였다. 얻어진 전파 기판의 표면 근방의 TEM 사진을 촬상한 결과, 격자 변형층의 두께는 8 ㎚였다. 또한, 실시예 1과 동일한 콘트라스트가 상이한 3층이 표면에 관찰되었다.

얻어진 전파 기판 상에, 두께 0.14 ㎛의 금속 알루미늄제의 입력 전극(4) 및 출력 전극(5)을 형성하였다. 전극 두께(t)/탄성 표면파 파장(λ)=7%이다. 그리고, 탄성 표면파 소자의 공진점에서의 주파수 온도 특성(Temperature Coefficient of Frequency)을 측정한 결과, -13 ppm/℃로 양호한 값을 나타내었다. 그러나 삽입 손실은 8 ㏈로 저하되어 있었다. 이것은 표면의 변형층이 두껍기 때문에 탄성파가 전파 중에 감쇠되었기 때문이라고 생각된다.

(실시예 3)

실시예 1과 동일하게 접합 기판을 작성하였다. 단, 지지 기판으로서, 상기 실리콘 기판이 아니라, 이 실리콘 기판과 동일한 두께의 사파이어 기판을 이용하였다. 이때의 공진점에서의 주파수 온도 특성은 -18 ppm/℃였다.

(비교예 2)

실시예 3과 동일하게 접합 기판을 작성하였다. 단, 전파 기판의 경면을 상기 발포 우레탄 패드(경질 패드)에 의해 마찰하는 마무리 가공을 행하지 않고, 그 대신에, 스웨이드 패드(연질 패드)로 마무리 가공을 행하였다. 이 결과, 얻어진 전파 기판의 표면 근방의 TEM 사진을 촬상한 결과, 콘트라스트가 상이한 영역 내지 층은 관측되지 않았다. 또한, 공진점에서의 주파수 온도 특성은 -23 ppm℃였다.

(실시예 4)

전파 기판 재료로서, SAW의 전파 방향을 X로 하고, 절단각이 회전 Y 커트판인 128° Y 커트 X 전파 니오브산리튬 기판을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 접합 기판을 작성하였다. SAW의 전파 방향(X)의 선팽창 계수가 15.4 ppm/℃이다. 전파 기판 재료의 두께는 230 ㎛로 하였다. 연마 후의 기판 단면을 마찬가지로 TEM으로 관찰한 결과, 표면 격자 변형층의 두께는 15 ㎚이며, 탄탈산리튬의 경우의 두께에 비해 커지고 있었다. 이것은 결정 재료의 영률이 상대적으로 작은 것에 기인한다고 상정된다. 또한, 실시예 1과 동일한 콘트라스트가 상이한 3층이 표면에 관찰되었다.

실시예 1과 마찬가지로 탄성 표면파 소자의 공진점에서의 주파수 온도 특성을 측정한 결과, -58 ppm/℃였다.

(비교예 3)

실시예 4와 동일하게 접합 기판을 작성하였다. 단, 전파 기판의 경면을 상기 발포 우레탄 패드(경질 패드)에 의해 마찰하는 마무리 가공을 행하지 않고, 그 대신에, 스웨이드 패드(연질 패드)로 마무리 가공을 행하였다. 이 결과, 얻어진 전파 기판의 표면 근방의 TEM 사진을 촬상한 결과, 콘트라스트가 상이한 영역 내지 층은 관측되지 않았다. 또한, 공진점에서의 주파수 온도 특성은 -65 ppm℃였다.

(실시예 5)

상기 예에서는, 모두 기판끼리를 직접 접합시키고 있었으나, 접착 수지를 이용하여 기판을 접합시킬 수도 있다.

구체적으로는, 실시예 1에서 이용한 실리콘 기판의 표면에, 액상의 아크릴계 접착제를 스핀 코터로 도포하고, 이 위에 실시예 1에서 이용한 탄탈산리튬 기판을 접착하여 접착체를 얻었다. 접착체를 약 150℃의 오븐 속에 투입하여, 접착제를 경화시켰다. 계속해서, 상기 실시예 1과 동일한 공정을 거쳐, 탄성파 소자를 작성하였다.

TEM 관찰에 의하면, 표면 변형층의 두께는, 3 ㎚이며, 실시예 1과 동일하였다. 또한, 실시예 1과 동일한 콘트라스트가 상이한 3층이 표면에 관찰되었다. 또한, 공진점에서의 주파수 온도 특성은, -10 ppm/℃로서 실시예 1과 동일하며, 표면 격자 변형층에 의한 효과는 접합 방법에 의존하지 않는 것이 명백해졌다.

(비교예 4)

실시예 5와 동일하게 접합 기판을 작성하였다. 단, 전파 기판의 경면을 상기 발포 우레탄 패드(경질 패드)에 의해 마찰하는 마무리 가공을 행하지 않고, 그 대신에, 스웨이드 패드(연질 패드)로 마무리 가공을 행하였다. 이 결과, 얻어진 전파 기판의 표면 근방의 TEM 사진을 촬상한 결과, 콘트라스트가 상이한 영역 내지 층은 관측되지 않았다. 또한, 공진점에서의 주파수 온도 특성은 -20 ppm℃였다.

Claims (13)

1. 지지 기판, 및
   상기 지지 기판에 접합되고, 압전 단결정으로 이루어지며, 탄성파를 전파시키는 전파 기판을 구비하는 복합 기판으로서,
   상기 전파 기판은, 상기 지지 기판에 접합되어 있는 접합면과 이 접합면에 대해 반대측의 표면을 가지고, 상기 전파 기판은 상기 표면측에 상기 압전 단결정의 결정 격자가 변형되어 있는 표면 격자 변형층을 가지며, 상기 표면 격자 변형층의 두께가 1 ㎚ 이상 15 ㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 탄성파 소자용 복합 기판.
2. 제1항에 있어서, 상기 표면 격자 변형층의 두께가 1 ㎚ 이상 3 ㎚ 이하인 복합 기판.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 표면 격자 변형층이 투과형 전자 현미경에 의해 복수층으로서 관찰되는 것을 특징으로 하는 복합 기판.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄성파가 탄성 표면파, 램파형 탄성파 또는 벌크 탄성파인 것을 특징으로 하는 복합 기판.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지 기판과 상기 전파 기판이 직접 접합되거나 또는 접착제층을 개재하여 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 기판.
6. 제5항에 있어서, 상기 접착제층이, 두께 0.1 ㎛∼1.0 ㎛의 유기 접착제층인 것을 특징으로 하는 복합 기판.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압전 단결정이, 니오브산리튬, 탄탈산리튬 및 니오브산리튬-탄탈산리튬 고용체 단결정으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 복합 기판.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지 기판이, 실리콘, 사파이어, 질화알루미늄 소결체, 알루미나, 탄화규소 소결체, 질화규소 소결체, 붕규산 유리 및 석영 유리로 이루어지는 군에서 선택된 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 기판.
9. 제4항에 있어서, 상기 탄성파 소자가, 탄성 표면파 필터 또는 레조네이터인 것을 특징으로 하는 복합 기판.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전파 기판의 두께가 0.1 ㎛∼40 ㎛인 것을 특징으로 하는 복합 기판.
11. 제1항 또는 제2항에 기재된 복합 기판, 및 상기 전파 기판 상에 설치된 전극 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 탄성파 소자.
12. 제11항에 있어서, 탄성 표면파 필터 또는 레조네이터인 것을 특징으로 하는 탄성파 소자.
13. 제1항에 있어서,
    상기 표면 격자 변형층의 두께가 1 ㎚ 이상 3 ㎚ 이하이고,
    상기 지지 기판과 상기 전파 기판이 직접 접합되거나 또는 접착제층을 개재하여 접합되어 있으며,
    상기 압전 단결정이, 니오브산리튬, 탄탈산리튬 및 니오브산리튬-탄탈산리튬 고용체 단결정으로 이루어지는 군에서 선택되고,
    상기 지지 기판이, 실리콘, 사파이어, 질화알루미늄 소결체, 알루미나, 탄화규소 소결체, 질화규소 소결체, 붕규산 유리 및 석영 유리로 이루어지는 군에서 선택된 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 기판.

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