KR102337114B1 - 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

첩합 후의 공정에 있어서 400℃ 이상으로 가열해도 압전 단결정막의 전면 벗겨짐이 생기지 않는 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판을 제공한다. 압전 단결정 기판과 지지 기판을 준비하고, 압전 단결정 기판과 지지 기판의 적어도 어느 일방에 무기 재료로 이루어지는 막을 성막하고, 압전 단결정 기판과 지지 기판을, 무기 재료로 이루어지는 막을 사이에 두도록 하여 접합함으로써 복합 기판을 제조한다.

Description

탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법
본 발명은 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
근년, 스마트폰으로 대표되는 이동 통신의 시장에 있어서 통신량이 급격하게 증대하고 있다. 이 문제에 대응하기 위해 필요한 밴드수를 늘리는 중, 필연적으로 각종 부품의 소형화, 고성능화가 필수로 되고 있다. 일반적인 압전 재료인 탄탈산리튬(Lithium Tantalate： LiTaO3, 이하 「LT」라고 한다)이나 니오브산리튬(Lithium Niobate： LiNbO3, 이하 「LN」이라고 한다)은 탄성 표면파(SAW) 디바이스의 재료로서 널리 이용되고 있다. 그러나, 이들 재료는 큰 전기 기계 결합 계수를 가져 광대역화가 가능한 반면, 온도 안정성이 낮고 온도 변화에 따라 대응할 수 있는 주파수가 쉬프트(shift)해 버린다고 하는 문제점을 가진다. 이것은 탄탈산리튬이나 니오브산리튬이 매우 높은 열팽창 계수를 가지는 것에 기인한다.
이 문제를 저감하기 위해, 압전 재료인 LT나 LN의 일방의 면에 열팽창 계수가 낮은 재료를 첩합(貼合)하고, 타방의 면을 연삭 등으로 수㎛~수십㎛로 박화하는 방법이 제안되어 있다(비특허문헌 1). 이 방법에서는 저열팽창 계수 재료(사파이어, 실리콘 등)를 첩합함으로써 LT나 LN의 열팽창을 억제하여 온도 특성을 개선한다. 각종 재료의 열팽창 계수를 그래프화한 것을 도 14에 나타낸다.
그러나, 이 방법에 의한 경우, 얇은 압전 단결정막인 LT막이나 LN막을 저열팽창 계수 재료인 지지 기판에 적층함으로써, 반공진 주파수대에 스퓨리어스(spurious) 또는 리플(ripple)로 불리는 노이즈(noise)가 발생한다고 하는 다른 문제가 생긴다. 도 15 (a)는 Si 상에 적층한 20㎛ 두께 LT막으로 이루어지는 복합 기판 상에 제작한 4단 래더 필터(ladder filter)의 S11 특성(반사 특성)을 나타낸 그래프이고, 도 15 (b)는 S12 특성(삽입 손실 특성)을 나타낸 그래프이다. 도 15 (b)에서 삽입 손실이 작아지는 통과 대역의 상방의 주파수에는, 도 15 (a)에서 나타내는 S11의 리플이 생기고 있다. 이 S11의 리플의 산과 골의 차를 강도(amplitude)로 정의하고 있다.
이 문제를 해결하기 위한 방법이 비특허문헌 2에서 제안되어 있다. 이 방법은 LT의 첩합면을 1000번의 연삭석으로 거칠게 하여 Ra(산술평균거칠기)로 300nm의 거칠기를 얻고 나서 접착제를 개재하여 지지 기판과 첩합하는 것이다. 그러나, 비특허문헌 2의 방법에서는 유기물 접착제를 이용하여 첩합을 행하고 있어 신뢰성의 관점에서 과제가 있었다. 구체적으로는 첩합 후에 기판 표면에 패터닝(patterning)을 행하고, 다이싱(dicing)을 행하고, 칩을 디바이스에 실장한다고 하는 복수의 공정이 예정되어 있지만, 그 과정에서 250~400℃로 가열하는 처리가 반복된다. 그 결과 접착제를 구성하는 유기물이 변질되어, 첩합 기판의 압전 단결정막이 벗겨지거나 깨짐이 생기거나 한다고 하는 문제가 생긴다.
타이요유덴주식회사, 「스마트폰의 RF 프론트 엔드에 이용되는 SAW-Duplexer의 온도 보상 기술」, 전파신문하이테크놀로지, 2012년 11월 H. Kobayashi et al., "A study on Temperature-Compensated Hybrid Substrates for Surface Acoustic Wave Filters", IEEE International Ultrasonics Symposium, 2010, Vol.1, p.637-640
본 발명의 목적은, 첩합 후의 공정에 있어서 400℃ 이상으로 가열해도 압전 단결정막의 전면 벗겨짐이 생기지 않는 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
(1) 본 발명의 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법에서는, 압전 단결정 기판과 지지 기판을 준비하고, 압전 단결정 기판과 지지 기판의 적어도 어느 일방에 무기 재료로 이루어지는 막을 성막하고, 압전 단결정 기판과 지지 기판을, 무기 재료로 이루어지는 막을 사이에 두도록 하여 접합함으로써 복합 기판을 제조한다.
본 발명에서는 압전 단결정막과 지지 기판의 접합을 접착제 대신에 양자의 사이에 형성한 무기 재료막을 이용하여 행한다. 이에 의해 접합 후의 공정에 있어서 400℃ 이상으로 가열해도, 접착제로 접합했을 때와 같이 압전 단결정막이 전면적으로 벗겨지는 것을 방지할 수가 있다.
(2) 압전 단결정 기판과 지지 기판의 적어도 어느 일방에 요철 구조를 형성하고, 무기 재료로 이루어지는 막을 당해 요철 구조 상에 성막해도 좋다. 요철 구조를 형성함으로써 스퓨리어스의 발생을 억제할 수가 있다.
(3) 요철 구조의 거칠기 Ra를 100nm 이상으로 함으로써 스퓨리어스의 발생을 효과적으로 억제할 수가 있다.
(4) 요철 구조의 거칠기 RSm과 탄성 표면파 디바이스로서 사용할 때의 파장의 비인 RSm/파장의 수치를 0.2 이상 7 이하로 함으로써, 보다 효과적으로 스퓨리어스의 발생을 억제할 수가 있다.
(5) 적어도 어느 일방에 무기 재료로 이루어지는 막이 성막된, 압전 단결정 기판과 지지 기판을 접합하기에 앞서 각각의 접합면을 평탄화함으로써 접합을 하기 쉬워진다.
(6) 평탄화된 각각의 접합면의 적어도 어느 일방에 표면 활성화 처리를 한 다음 접합함으로써 접합을 더 하기 쉬워진다.
(7) 적용하는 표면 활성화 처리로서는 예를 들면, 오존수 처리, UV 오존 처리, 이온빔(ion beam) 처리, 플라스마 처리가 매우 적합하다.
(8) 무기 재료의 막의 성막은 예를 들면 화학 기상 성장법에 의해 행할 수가 있다.
(9) 화학 기상 성장법에 있어서 실란을 포함하는 반응 가스를 사용함으로써 효과적으로 성막할 수가 있다.
(10) 무기 재료의 막의 성막은 물리 기상 성장법에 의해 행해도 좋다.
(11) 물리 기상 성장법으로서 마그네트론 스퍼터(magnetron sputter) 방식을 채용하면, 고밀도의 막이 얻어지기 때문에 소체(燒締)가 불필요하게 되어, 소체 후의 응력 완화에 의한 기판의 휨의 발생을 방지할 수가 있다.
(12) 무기 재료의 막의 성막을 고온하에서 행하면, 실온으로 되돌렸을 때에 휨이나 크랙(crack) 등이 생기기 쉽기 때문에, 성막은 70℃ 이하의 저온에서 행하면 좋다.
(13) 성막된 무기 재료의 막을 400~600℃로 가열했을 때의 체적 수축률을 10% 이하로 함으로써, 압전 단결정막을 벗겨지기 어렵게 할 수가 있다.
(14) 무기 재료의 막의 성막은 요철 구조가 형성된 면에 유기 규소 화합물 용액을 도포하고, 경화, 소성함으로써 행해도 좋다.
(15) 성막에 즈음해서의 유기 규소 화합물의 경화는 용매를 휘발시키는 것을 목적으로 하고 있고, 어디까지나 가경화이기 때문에 예를 들면 250℃ 이하의 저온에서 경화시키면 좋다.
(16) 성막에 즈음해서의 유기 규소 화합물의 소성은 과잉인 체적 수축에 의해 압전 단결정막이 벗겨지기 쉽게 되지 않도록, 예를 들면 600℃ 이하의 온도에서 소성하면 좋다.
(17) 유기 규소 화합물을 경화하고 나서 소성한 후까지의 체적 수축률을 10% 이하로 함으로써, 압전 단결정막을 벗겨지기 어렵게 할 수가 있다.
(18) 체적 수축률을 10% 이하로 억제할 수가 있는 유기 규소 화합물로서, 예를 들면 퍼히드로폴리실라잔이나 메틸트리메톡시실란을 함유한 것을 들 수 있다.
(19) 압전 단결정 기판의 소재로서는 예를 들면 탄탈산리튬이나 니오브산리튬이 매우 적합하다.
(20) 지지 기판의 소재로서는 예를 들면 실리콘, 산화막 딸린 실리콘, 유리, 석영, 알루미나, 사파이어, 탄화규소, 질화규소가 매우 적합하다.
(21) 성막하는 무기 재료는 예를 들면 SiOx(x=2±0.5), SiON, SiN, 아모퍼스(amorphous) Si, 다결정 Si, 아모퍼스 SiC가 매우 적합하다.
도 1은 본 발명의 제1의 제조 방법을 설명하는 도이다.
도 2는 본 발명의 제2의 제조 방법을 설명하는 도이다.
도 3은 본 발명의 제3의 제조 방법을 설명하는 도이다.
도 4는 동일한 정도의 Ra를 가지고, 다른 RSm을 가지는 조면(粗面)의 예를 나타내는 도이다.
도 5는 도 4의 각 조면을 형성한 경우의 스퓨리어스 강도의 상위를 나타내는 도이다.
도 6은 LT 기판이 조면이고 지지 기판이 평탄면인 경우의 RSm/파장과 스퓨리어스 강도의 관계를 나타내는 도이다.
도 7은 LT 기판이 평탄면이고 지지 기판이 조면인 경우의 RSm/파장과 스퓨리어스 강도의 관계를 나타내는 도이다.
도 8은 LT 기판과 지지 기판의 양방이 조면인 경우의 RSm/파장과 스퓨리어스 강도의 관계를 나타내는 도이다.
도 9는 LT 기판 상에 SiO2를 퇴적시켰을 때의 상을 나타내는 도이다.
도 10은 Si 기판 상에 SiO2를 퇴적시켰을 때의 상을 나타내는 도이다.
도 11은 무기 재료막의 체적 수축률과 막벗겨짐의 유무의 관계를 나타내는 도이다.
도 12는 실시예에서 제작한 실리콘 기판 표면의 요철 구조를 AFM(원자간력 현미경)으로 계측한 단면 프로파일(profile)의 일례이다.
도 13은 실시예에서 제작한 실리콘 기판 표면의 요철 구조의 SEM(주사형 전자현미경)의 관찰상의 일례이다.
도 14는 각종 재료의 열팽창 계수를 나타내는 도이다.
도 15는 실리콘 기판 상에 적층한 LT막에 만든 공진기의 반사 감쇠량의 일례를 나타내는 도이다.
본 발명의 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법은, 압전 단결정 기판과 지지 기판을 무기 재료의 막을 개재하여 첩합함으로써 복합 기판을 제조하는 방법이고, 요철 구조의 형성 형태에 따라 다음의 세 가지 방법을 취할 수가 있다.
제1의 제조 방법을 도 1을 참조하면서 설명한다. 제1의 제조 방법은, 탄탈산리튬 또는 니오브산리튬 기판으로 이루어지는 압전 단결정 기판(10)에 요철 구조(11)를 형성하고, 실리콘, 산화막 딸린 실리콘, 유리, 석영, 알루미나, 사파이어, 탄화규소, 또는 질화규소로 이루어지는 지지 기판(20)에는 요철 구조를 형성하지 않는 방법이다. 압전 단결정 기판(10)에의 요철 구조의 형성은 예를 들면 유리 연마용 입자를 이용하여 연마하는 등에 의해 행할 수가 있다. 압전 단결정 기판(10)의 요철 구조가 형성된 면에, SiOx(x=2±0.5), SiON, SiN, 아모퍼스 Si, 다결정 Si, 아모퍼스 SiC 등의 무기 재료로 이루어지는 무기 재료막(30)을 형성하고, 이 무기 재료막(30)을 평탄화한다. 이어서, 무기 재료막(30)의 평탄화된 표면(32)과 지지 기판(20)에 미리 형성된 평탄한 표면(22)의 적어도 어느 일방에 표면 활성화 처리를 한다. 그리고, 무기 재료막(30)의 평탄화된 표면(32)과 지지 기판(20)의 평탄한 표면(22)을 접합하고, 접합체의 압전 단결정 기판(10) 부분을 연마하는 등에 의해 박화함으로써 복합 기판이 완성된다.
제2의 제조 방법을 도 2를 참조하면서 설명한다. 제2의 제조 방법은, 실리콘, 산화막 딸린 실리콘, 유리, 석영, 알루미나, 사파이어, 탄화규소, 또는 질화규소로 이루어지는 지지 기판(20)에 요철 구조(21)를 형성하고, 탄탈산리튬 또는 니오브산리튬 기판으로 이루어지는 압전 단결정 기판(10)에는 요철 구조를 형성하지 않는 방법이다. 지지 기판(20)에의 요철 구조의 형성은 예를 들면 수산화나트륨 수용액에 침지하는 등에 의해 행할 수가 있다. 지지 기판(20)의 요철 구조가 형성된 면에, SiOx(x=2±0.5), SiON, SiN, 아모퍼스 Si, 다결정 Si, 아모퍼스 SiC 등의 무기 재료로 이루어지는 무기 재료막(30)을 형성하고, 이 무기 재료막(30)을 평탄화한다. 이어서, 무기 재료막(30)의 평탄화된 표면(32)과 압전 단결정 기판(10)에 미리 형성된 평탄한 표면(12)의 적어도 어느 일방에 표면 활성화 처리를 한다. 그리고, 무기 재료막(30)의 평탄화된 표면(32)과 압전 단결정 기판(10)의 평탄한 표면(12)을 접합하고, 접합체의 압전 단결정 기판(10) 부분을 연마하는 등에 의해 박화함으로써 복합 기판이 완성된다.
제3의 제조 방법을 도 3을 참조하면서 설명한다. 제3의 제조 방법은, 탄탈산리튬 또는 니오브산리튬 기판으로 이루어지는 압전 단결정 기판(10)에 요철 구조(11)를, 실리콘, 산화막 딸린 실리콘, 유리, 석영, 알루미나, 사파이어, 탄화규소, 또는 질화규소로 이루어지는 지지 기판(20)에 요철 구조(21)를 각각 형성하는 방법이다. 압전 단결정 기판(10) 및 지지 기판(20)의 요철 구조가 형성된 면에, SiOx(x=2±0.5), SiON, SiN, 아모퍼스 Si, 다결정 Si, 아모퍼스 SiC 등의 무기 재료로 이루어지는 무기 재료막(30)을 각각 형성하고, 이 무기 재료막(30)을 평탄화한다. 이어서, 각각의 무기 재료막(30)의 평탄화된 표면(32)의 적어도 어느 일방에 표면 활성화 처리를 한다. 그리고, 각각의 무기 재료막(30)의 평탄화된 표면(32)을 접합하고, 접합체의 압전 단결정 기판(10) 부분을 연마하는 등에 의해 박화함으로써 복합 기판이 완성된다.
압전 단결정막과 지지 기판의 접합을 접착제 대신에 양자의 사이에 형성한 무기 재료막을 이용하여 행함으로써, 접합 후의 공정에 있어서 400℃ 이상으로 가열해도, 접착제로 접합했을 때와 같이 압전 단결정막이 전면적으로 벗겨지는 것을 방지할 수가 있다. 또, 요철 구조를 형성함으로써 스퓨리어스의 발생을 억제할 수가 있다. 특히, 요철 구조의 거칠기 Ra를 100nm 이상으로 함으로써 스퓨리어스의 발생을 효과적으로 억제할 수가 있다.
또한, Ra가 100nm 이상인 경우에 있어서는 요철의 주기의 제어가 Ra의 제어 이상으로 스퓨리어스의 크기의 제어에 유효하다.
파라미터의 영향도의 확인을 위해, 먼저, 표면이 동일한 정도로 거칠어진 2개의 LT 기판을 이용하여 스퓨리어스의 강도를 측정하였다. 원자간력 현미경(AFM)에 의해 관측된 각 샘플의 표면 성상을 도 4 (a), (b)에 각각 나타낸다. 도 4 (a)는 샘플 A의 표면 성상이고, Ra는 108nm이다. 도 4 (b)는 샘플 B의 표면 성상이고, Ra는 103nm이다. 즉 2개의 샘플은 Ra는 동일한 정도이지만, 도 4로부터 알 수 있듯이 요철의 주기가 다르다. 이들 LT 기판의 거칠어진 면을 접착제에 의해 지지 기판인 Si 기판의 평탄한 면과 접합하고, LT 기판을 20㎛까지 박화하여 공진기를 각각 제작하였다. 각 샘플로부터 제작한 공진기의 스퓨리어스의 측정 결과를 도 5에 나타낸다. 이 측정 결과로부터 알 수 있듯이, 동일한 정도의 Ra라도 요철의 주기가 다르면 스퓨리어스의 강도가 다른 것을 알 수 있다.
다음에, 표면이 동일한 정도(Ra로 300nm±10%)의 거칠기이고, 또한 다른 요철 주기의 LT 기판을 복수 준비하고, 이들 LT 기판의 거칠어진 면에 SiO2막을 플라스마 CVD법에 의한 35℃에서 10㎛ 정도의 두께로 성막하였다. 그리고, 성막한 SiO2막을 연마하고 평탄화한 후에, 평탄화한 SiO2막과 지지 기판인 Si 기판의 평탄한 면의 쌍방에 표면 활성화 처리를 한 다음 접합하고, LT 기판을 20㎛까지 박화하여 공진기를 각각 제작하였다. 또한, 다른 요철 주기는 다른 유리 연마용 입자를 이용하여 형성하고, Ra의 조정은 유리 연마용 입자에 의한 연마 시간을 조정함으로써 행하였다. 각 샘플로부터 제작한 4단 래더 필터의 스퓨리어스의 측정 결과를 도 6에 나타낸다. 여기서의 횡축은 RSm(요철의 주기를 나타내는 JIS 거칠기 파라미터)을, 4단 래더 필터를 구성하는 공진기를 사용할 때의 파장(여기에서는 5㎛)으로 나눈 값이다. RSm은 100×100㎛의 AFM상의 단면으로부터 산출하였다. 이 측정 결과로부터 RSm/파장의 값이 0.2~7일 때에 유효하게 스퓨리어스를 저감할 수 있는 것을 알 수 있다. 이것은 요철의 주기가 너무 크면 요철에 의한 산란이 일어나기 어려운 한편, 너무 작으면 당해 파장이 요철에 좌우되지 않기 때문이라고 생각된다. 또한, 다른 파장을 이용한 경우에도 마찬가지의 RSm/파장의 값의 범위에 있어서 스퓨리어스 저감 효과를 얻을 수 있다.
마찬가지의 실험을, 평탄한 LT 기판과 표면이 거칠어진 지지 기판을 접합한 경우에 대해 행한 결과를 도 7에, 표면이 거칠어진 LT 기판과 표면이 거칠어진 지지 기판을 접합한 경우에 대해 행한 결과를 도 8에 각각 나타낸다. 어느 경우도 마찬가지의 RSm/파장의 값의 범위에 있어서 스퓨리어스 저감 효과를 얻을 수 있다. 특히, 후자의 경우에 가장 큰 저감 효과를 얻을 수 있다.
적어도 어느 일방에 무기 재료막이 성막된, 압전 단결정 기판과 지지 기판을 접합하기에 앞서 각각의 접합면을 평탄화함으로써 접합을 하기 쉬워진다.
평탄화된 각각의 접합면의 적어도 어느 일방에 표면 활성화 처리를 한 다음 접합함으로써 접합을 더 하기 쉬워진다. 적용하는 표면 활성화 처리로서는 예를 들면, 오존수 처리, UV 오존 처리, 이온빔 처리, 또는 플라스마 처리가 매우 적합하다.
무기 재료막의 성막은 예를 들면, 화학 기상 성장법(CVD법), 물리 기상 성장법(PVD법), 또는 유기 규소 화합물 용액을 도포하고 경화·소성하는 것에 의한 방법이 매우 적합하다.
CVD법에 있어서는 실란을 포함하는 반응 가스를 사용함으로써 효과적으로 성막할 수가 있다.
CVD법은 SiO2를 퇴적하는 방법으로서는 뛰어난 방법이지만, 성막 온도가 125~250℃를 초과하는 등으로부터, 성막을 한 기판을 실온으로 되돌렸을 때의 휨이나 크랙의 발생이 현저하게 되어 경면 연마(mirror polishing)가 곤란하게 된다. 특히 LT 기판에 SiO2를 퇴적하는 경우에 영향이 크다. 예를 들면, PECVD법에 의해 350℃에서 SiO2를 4인치 LT 상에 10㎛ 정도 퇴적하고, 실온으로 되돌렸을 때의 광학 현미경의 사진을 도 9 (a)에, AFM상을 도 9 (b)에 각각 나타낸다. 도 9로부터, 고온화에서의 퇴적 후에 실온으로 되돌리면, 기판이 볼록측으로 휘고, 또한 SiO2막이 강한 압축 응력을 받음으로써 수축할 수 없어 망목상으로 부풀어올라 버리는 것을 알 수 있다. 마찬가지의 방법에 의해 SiO2를 Si 상에 퇴적한 경우에도 도 10 (a)(광학 현미경의 사진), (b)(AFM상)에 나타내듯이, 정도는 가볍지만 마찬가지의 현상이 일어난다. 이 현상의 정도의 차이는, Si와 SiO2의 팽창 계수의 차가 약 2ppm/K인데 반해, LT와 SiO2의 경우는 15ppm/K 정도로 매우 큰 것에 기인하고 있다고 생각된다(도 14 참조).
CVD법으로 무기 재료막을 성막하는 경우에는 (성막 온도-실온)=ΔT와, 기판의 열팽창 계수/무기 재료막의 열팽창 계수=ΔE가, ΔT·ΔE≤3500ppm의 관계를 만족시키도록 성막 온도를 내리는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 ΔT·E≤750ppm의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. LT 기판 상에 SiO2를 성막하는 경우에는 성막 두께에도 따르지만, 성막 온도를 250℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 70℃ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 그를 위해서는 CVD법의 구체적 방식 중, 저온 CVD법, 저온 PECVD법, 또는 가스의 분해를 유도 결합 플라스마(ICP)로 행함으로써 반응의 저온화를 도모할 수가 있는 ICP－CVD법 등이 매우 적합하다.
성막한 무기 재료막에 불순물(수소, 수분 등)을 다량으로 포함하면, 막 중으로부터 아웃가스(outgas)로 불리는 휘발 성분이 발생하여 신뢰성을 저하시키기 때문에, 고순도의 막을 성막할 필요가 있다. 예를 들면, LT 기판과 각종 방법으로 성막된 SiO2 기판을, 무기 재료막을 개재시켜 접합하고, LT 기판을 10㎛로 박화하여, 400℃ 12시간의 열처리를 시도하였다. 결과를 도 11에 나타낸다. 도 11로부터, 막벗겨짐은 열처리 후의 체적 수축이 10% 이상인 것에 대해 생기는 것을 알 수 있다. 이것은 막 중의 불순물이 아웃가스를 발생시키고 이것이 접합 계면에 도달함으로써 막벗겨짐을 일으키고 있다고 생각된다.
PVD법에서는 예를 들면 스퍼터법에 의해 실온에서 막을 성장시키는 것은 일응 가능하기는 하지만, 성막한 막이 조밀하지 않기 때문에 소체를 행할 필요가 있다. 이때 체적이 수축하고 소체 온도에서 막이 응력 완화하기 때문에, 실온으로 되돌렸을 때에는 기판의 휨이나 크랙이 생기기 쉽다. 그래서, 고밀도의 막이 얻어지는 마그네트론 스퍼터 방식을 채용하여 소체를 불필요하게 함으로써, 소체 후의 응력 완화에 의한 기판의 휨의 발생을 회피하도록 해도 좋다.
유기 규소 화합물(알콕시실란, 실라잔, 실록산 등)의 용액을 이용하여 웨이퍼 상에 도포하고 소성하는 경우, 성막에 즈음해서의 유기 규소 화합물의 경화는 용매를 휘발시키는 것을 목적으로 하고 있고, 어디까지나 가경화이기 때문에, 예를 들면 250℃ 이하의 저온에서 경화시키면 좋다. 또, 성막에 즈음해서의 가경화된 유기 규소 화합물의 소성은 과잉인 체적 수축에 의해 압전 단결정막이 벗겨지기 쉽게 되지 않도록, 예를 들면 600℃ 이하의 온도에서 소성하면 좋다. 또한, 유기 규소 화합물을 경화하고 나서 소성한 후까지의 체적 수축률을 10% 이하로 함으로써, 압전 단결정막을 벗겨지기 어렵게 할 수가 있다. 체적 수축률을 10% 이하로 억제할 수가 있는 유기 규소 화합물로서, 예를 들면 퍼히드로폴리실라잔이나 메틸트리메톡시실란을 함유한 것을 들 수 있다. 퍼히드로폴리실라잔의 경우 7% 정도, 메틸트리메톡시실란의 경우 9% 정도의 체적 수축률을 기대할 수 있다.
무기 재료막의 성막 두께는 양호한 경면 연마를 하기 위해, 기판의 조면 Ra의 대강 20배 이상 또는 Rz(최대 높이)의 대강 2배 이상으로 하면 좋다. 또, 기판의 조면 횡방향의 장주기 거칠기 성분은 평탄화하기 어려운 경향이 있고, 특히 RSm이 수십㎛로 되면 영향이 있다. 그 경우 예를 들면 RSm의 0.2배 이상 성막하면 좋다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이고, 본 발명의 청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지고, 마찬가지의 작용 효과를 가져오는 것은 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
실시예
지지 기판으로서 실리콘 기판 100mm 직경 Si(4000㎛ 두께)를 이용하고, 압전 단결정 기판으로서 탄탈산리튬 100mm 직경 LT(0.30mm 두께)를 이용하였다. 실리콘 기판 표면의 요철 구조는 50~90℃, 2wt%의 수산화나트륨 수용액에 침지하여 5~20분 처리를 행함으로써 제작하였다. 탄탈산리튬 기판 표면의 요철 구조는 유리 연마용 입자를 이용하여 연마함으로써 제작하였다. 각 요철 구조면의 100×100㎛의 AFM상을 계측하고, 그 단면 데이터로부터 ISO4287：1997(대응 JIS B0601：2001)에 규정된 산출법에 따라 각면의 Ra 및 RSm을 산출하였다. 도 12와 도 13은 각각 100면의 실리콘 기판(경면)을 86℃의 수산화나트륨 수용액에 10분간 침지 처리하여 제작한 실리콘 기판 표면의 요철 구조를 AFM(원자간력 현미경)으로 계측한 단면 프로파일과 SEM(주사형 전자현미경) 관찰상의 일례이다. 도 12는 RSm=3㎛, Ra=280nm의 경우이다.
요철 구조를 가지는 조면에 대해, 무기 재료막으로서 SiO2막을 성막하였다. SiO2막은 통상 스퍼터, 고밀도 마그네트론 스퍼터, 유기 규소 화합물 소성(실시예 5, 6 및 20에서는 AZ제 ANN120－20 퍼히드로폴리실라잔의 디부틸에테르 용액을 이용하고, 실시예 7, 8 및 21에서는 신에츠화학제 KBM－13 메틸트리메톡시실란의 프로필렌글리콜모노에틸에테르 용액을 이용하였다), 저온 CVD, PECVD를 이용하여 각각 10㎛ 정도(실시예 20, 21에 대해서는 각각 26㎛, 30㎛)의 두께로 성막한 후, 연마에 의해 경면화하였다.
지지 기판과 압전 단결정 기판의 양방의 경면에 플라스마 활성화를 하여 접합하고, 접합체의 압전 단결정 기판 부분을 10㎛로 연마에 의해 박화하였다.
이상의 제조 방법에 의해, 각 파라미터치를 23가지(실시예 21가지, 비교예 2가지)로 상위시킨 복수의 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판을 제조하고, 제조한 각 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판이 후속 공정의 가열에 견딜 수 있을지 어떨지를 400℃, 12시간의 열처리를 행하여 판정하였다. 또한, 비교예에 대해서는 SiO2막을 성막하는 대신에 UV 경화 에폭시 수지 접착제를 이용하였다. 표 1에 각 실시예의 판정 결과를 나타낸다.
Figure 112019000592910-pct00001
압전 단결정 기판과 지지 기판을 무기 재료막을 개재하여 접합하도록 함으로써, 접착제에 의한 접합과 달리 400℃의 가열에서도 전면 벗겨짐을 일으키지 않는 복합 기판이 얻어졌다.
PVD법에 의한 성막(실시예 1~4)의 경우, 고밀도 마그네트론 스퍼터에 의함으로써 막벗겨짐을 일으키지 않고 복합 기판을 형성할 수가 있었다. 또, 어느 성막 방법에 의한 경우도 조면을 어느 기판에 형성하는지는 결과에 영향을 주지 않았다.
유기 규소 화합물 용액을 이용하여 웨이퍼 상에 도포·소성하는 경우(실시예 5~8), 조면을 압전 단결정 기판에 형성함으로써 막벗겨짐을 일으키지 않고 복합 기판을 형성할 수가 있었다. 또, 조면을 지지 기판에 형성한 경우에도 RSm×0.2 이상으로 두껍게 성막함으로써 막벗겨짐을 일으키지 않고 복합 기판을 형성할 수가 있었다(실시예 20, 21).
CVD법에 의한 성막의 경우, 성막 온도가 70℃ 이하인 경우(실시예 9~13)에는 어느 성막 방법에 의한 경우도 막벗겨짐을 일으키지 않고 복합 기판을 형성할 수가 있었다. 성막 온도가 75℃인 경우(실시예 14, 15)에는 다소의 막의 벗겨짐이 생긴다. 또, 첩합은 가능하지만 첩합 상태가 약간 열화한다. 성막 온도가 125℃ 이상(실시예 16~19)으로 되면, 막이 일부 벗겨지는 등, 기판의 휨에 의한 영향이 현저하게 생긴다. 또, 125℃의 경우에 있어서는 지지 기판에만 조면을 형성한 경우에는 첩합은 가능하지만, 압전 단결정 기판에 조면을 형성한 경우에는 충분한 첩합을 할 수 없게 된다. 또한 성막 온도가 250℃인 경우에 있어서는 지지 기판에만 조면을 형성한 경우에도 충분한 첩합을 할 수 없게 된다.
이상과 같이, 본 발명의 제조 방법에 의하면 압전 단결정막의 전면 벗겨짐을 억제할 수가 있고, 파라미터를 적절히 설정함으로써 폭넓은 조건하에서 우량품의 제조가 가능하게 된다.
10 압전 단결정 기판
11, 21 요철 구조
12, 22 평탄한 표면
20 지지 기판
30 무기 재료막
32 평탄화된 표면

Claims (21)

  1. 압전 단결정 기판과 지지 기판을 준비하고,
    상기 압전 단결정 기판과 상기 지지 기판의 적어도 어느 일방에, 성막 후에 400~600℃로 가열했을 때의 체적 수축률이 10% 이하인 무기 재료로 이루어지는 막을, 화학 기상 성장법 또는 물리 기상 성장법에 의해 성막하고,
    상기 압전 단결정 기판과 상기 지지 기판을, 상기 무기 재료로 이루어지는 막을 사이에 두도록 하여 접합하는 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압전 단결정 기판과 상기 지지 기판의 적어도 어느 일방에 요철 구조가 형성되고,
    상기 무기 재료로 이루어지는 막은 상기 요철 구조 상에 성막되는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 요철 구조의 거칠기 Ra가 100nm 이상인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 요철 구조의 거칠기 RSm과 탄성 표면파 디바이스로서 사용할 때의 파장의 비인 RSm/파장의 수치가 0.2 이상 7 이하인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 어느 일방에 무기 재료로 이루어지는 막이 성막된, 상기 압전 단결정 기판과 상기 지지 기판의 접합에 앞서 각각의 접합면을 평탄화하는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    평탄화된 상기 각각의 접합면의 적어도 어느 일방에 표면 활성화 처리를 한 다음 접합하는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 표면 활성화 처리가 오존수 처리, UV 오존 처리, 이온빔 처리, 플라스마 처리의 어느 것인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 화학 기상 성장법의 반응 가스가 실란을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 물리 기상 성장법이 마그네트론 스퍼터 방식인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 무기 재료의 막의 성막이 70℃ 이하에서 행해지는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법.
  11. 압전 단결정 기판과 지지 기판을 준비하고,
    상기 압전 단결정 기판과 상기 지지 기판의 적어도 어느 일방에 요철 구조를 형성하고,
    무기 재료로 이루어지는 막을, 상기 요철 구조 상에, 경화하고 나서 소성한 후까지의 체적 수축률이 10% 이하인 유기 규소 화합물의 용액을 도포하여, 상기 유기 규소 화합물을 경화, 소성함으로써 성막하고,
    상기 압전 단결정 기판과 상기 지지 기판을, 상기 무기 재료로 이루어지는 막을 사이에 두도록 하여 접합하는 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유기 규소 화합물을 250℃ 이하의 온도에서 경화하는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 유기 규소 화합물을 600℃ 이하의 온도에서 소성하는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유기 규소 화합물이 퍼히드로폴리실라잔 또는 메틸트리메톡시실란을 함유하는 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 압전 단결정 기판의 소재는 탄탈산리튬 또는 니오브산리튬인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 지지 기판의 소재는 실리콘, 산화막 딸린 실리콘, 유리, 석영, 알루미나, 사파이어, 탄화규소, 질화규소의 어느 것인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 무기 재료가 SiOx(x=2±0.5), SiON, SiN, 아모퍼스 Si, 다결정 Si, 아모퍼스 SiC의 어느 것인 것을 특징으로 하는 탄성 표면파 디바이스용 복합 기판의 제조 방법.
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