KR20200040827A - 압전성 재료 기판과 지지 기판의 접합체 및 탄성파 소자 - Google Patents

압전성 재료 기판과 지지 기판의 접합체 및 탄성파 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 니오븀산리튬 등으로 이루어진 압전성 재료 기판과, 산화규소층이 형성된 지지 기판을 접합함에 있어서 접합체의 특성을 향상시키는 것을 과제로 한다.
접합체(8, 8A)는, 지지 기판(3), 니오븀산리튬, 탄탈산리튬 및 니오븀산리튬-탄탈산리튬으로 이루어진 군에서 선택된 재질로 이루어진 압전성 재료 기판(1, 1A), 및 지지 기판과 압전성 재료 기판을 접합하는 접합층(7)을 포함한다. 접합층(7)의 재질이 산화규소이다. 접합층(7)을 압전성 재료 기판측 접합부(7a)와 지지 기판측 접합부(7b)으로 나누었을 때, 압전성 재료 기판측 접합부(7a)에서의 질소 농도가 지지 기판측 접합부(7b)에서의 질소 농도보다 높다.

Description

압전성 재료 기판과 지지 기판의 접합체 및 탄성파 소자
본 발명은, 압전성 재료 기판과 지지 기판의 접합체 및 탄성파 소자에 관한 것이다.
고성능의 반도체 소자를 실현할 목적으로, 고저항 Si/SiO2 박막/Si 박막으로 이루어진 SOI 기판이 널리 이용되고 있다. SOI 기판을 실현함에 있어서 플라즈마 활성화가 이용된다. 이것은 비교적 저온(400℃)에서 접합할 수 있기 때문이다. 압전 디바이스의 특성 향상을 위해, 유사한 Si/SiO2 박막/압전 박막으로 이루어진 복합 기판이 제안되어 있다(특허문헌 1). 특허문헌 1에서는, 니오븀산리튬이나 탄탈산리튬으로 이루어진 압전성 재료 기판과, 산화규소층을 형성한 실리콘 기판을 이온 주입법에 의해 활성화한 후에 접합한다.
접합 계면에 단일 또는 복수의 유전막을 형성하는 다층 구조의 필터도 제안되어 있다(특허문헌 2). 그러나, 탄탈산리튬/산화규소/규소의 구조를 실현하기 위한 접합 기술에 관한 공지 정보는 거의 없다.
특허문헌 3에는, 탄탈산리튬과 사파이어나 세라믹스를, 산화규소층을 개재하여 플라즈마 활성화법에 의해 접합하는 것이 기재되어 있다.
비특허문헌 1에는, 탄탈산리튬 기판과, 산화규소층을 형성한 실리콘 기판을, O2의 RIE(13.56 MHz) 플라즈마와 N2의 microwave(2.45 GHz) 플라즈마를 연이어 조사함으로써 접합하는 것이 기재되어 있다.
Si와 SiO2/Si의 플라즈마 활성화 접합에서는, 그 접합 계면에서 Si-O-Si 결합이 형성됨으로써 충분한 접합 강도가 얻어진다. 또한 동시에 Si가 SiO2로 산화됨으로써 평활도가 향상되어, 최표면에서 상기 접합이 촉진된다(비특허문헌 2).
또, 특허문헌 4에 기재된 탄성 표면파 소자에서는, 압전성 재료 기판과 지지 기판 사이에 고음속막과 저음속막을 형성함으로써, 탄성 표면파의 에너지가 지지 기판에 새는 것을 방지하는 것을 제안하고 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 2016-225537 특허문헌 2 : 일본 특허 5910763 특허문헌 3 : 일본 특허 제3774782호 특허문헌 4 : 일본 특허 5713025
비특허문헌 1 : ECS Transactions, 3 (6) 91-98 (2006) 비특허문헌 2 : J. Applied Physics 113, 094905 (2013)
그러나, 선행 문헌과 같이, 이온 주입에 의해, 니오븀산리튬이나 탄탈산리튬 기판을 얇게 함으로써 압전 소자를 제작한 경우에는, 특성이 낮다고 하는 문제가 있었다. 이것은, 이온 주입시의 손상에 의해 결정성이 열화하는 것에 기인한다고 생각된다.
한편, 니오븀산리튬이나 탄탈산리튬 등의 압전성 재료 기판을 실리콘 기판 상의 산화규소막에 접합한 후에, 압전성 재료 기판을 연마함으로써 얇게 하는 경우에는, 가공 변질층을 CMP에 의해 제거할 수 있기 때문에, 소자 특성은 열화하지 않는다. 그러나, 연마 가공에 의해 압전성 재료 기판의 두께를 작게 해 가면, 얻어진 접합체의 특성이 열화하는 경우가 있었다. 특히 접합체를 탄성파 소자로서 이용하는 경우, 탄성파 소자로서의 특성, 특히 공진 주파수 fs에서의 어드미턴스와 반공진 주파수 fr에서의 어드미턴스의 비율(어드미턴스비)이 저하된다는 것을 알았다.
본 발명의 과제는, 니오븀산리튬, 탄탈산리튬 및 니오븀산리튬-탄탈산리튬으로 이루어진 군에서 선택된 재질로 이루어진 압전성 재료 기판과 지지 기판을 산화규소층을 개재하여 접합함에 있어서 접합체의 특성을 향상시키는 것이다.
본 발명은,
지지 기판,
니오븀산리튬, 탄탈산리튬 및 니오븀산리튬-탄탈산리튬으로 이루어진 군에서 선택된 재질로 이루어진 압전성 재료 기판, 및
상기 지지 기판과 상기 압전성 재료 기판을 접합하는 접합층
을 포함하고 있는 접합체로서,
상기 접합층의 재질이 산화규소이고, 상기 접합층을 압전성 재료 기판측 접합부와 지지 기판측 접합부로 나누었을 때, 상기 압전성 재료 기판측 접합부에서의 질소 농도가 상기 지지 기판측 접합부에서의 질소 농도보다 높은 것을 특징으로 하다.
또한, 본 발명은,
지지 기판,
니오븀산리튬, 탄탈산리튬 및 니오븀산리튬-탄탈산리튬으로 이루어진 군에서 선택된 재질로 이루어진 압전성 재료 기판, 및
상기 지지 기판과 상기 압전성 재료 기판을 접합하는 접합층
을 포함하고 있는 접합체로서,
상기 접합층의 재질이 산화규소이고, 상기 접합층을, 압전성 재료 기판측 접합부, 지지 기판측 접합부 및 상기 압전성 재료 기판측 접합부와 상기 지지 기판측 접합부 사이의 중간부로 나누었을 때, 상기 중간부에서의 질소 농도가, 상기 압전성 재료 기판측 접합부에서의 질소 농도 및 상기 지지 기판측 접합부에서의 질소 농도보다 높은 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은,
상기 접합체, 및 상기 압전성 재료 기판 상에 설치된 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성파 소자에 관한 것이다.
본 발명자는, 니오븀산리튬 등으로 이루어진 압전성 재료 기판과 지지 기판을 산화규소층을 개재하여 접합함에 있어서, 접합체의 특성이 열화하는 이유를 검토했다. 특히, 공진 주파수 fs에서의 어드미턴스와 반공진 주파수 fr에서의 어드미턴스의 비율(어드미턴스비)이 저하되는 이유에 관해 검토했다.
압전성 재료 기판과 지지 기판 사이의 접합층을 산화규소에 의해 형성하는 경우, 압전성 재료 기판(예컨대 니오븀산리튬이나 탄탈산리튬)을 전파하는 벌크파의 음속보다, 산화규소(접합층) 내를 전파하는 벌크파의 음속이 낮다. 이 때문에, 압전성 재료 기판으로부터 접합층을 통해서 지지 기판으로 전파 에너지가 누설되어, 전파 특성을 열화시킨 것으로 생각된다.
여기서, 본 발명자는, 접합층 중 압전성 재료 기판측에 질소 농도가 상대적으로 높은 부분을 형성함으로써 상대적으로 고음속인 부분을 형성하고, 지지 기판측에는, 질소 농도가 상대적으로 낮은 저음속인 부분을 형성하는 구조를 생각해냈다. 그 결과, 압전성 재료 기판을 전파하는 탄성파가 지지 기판에 누설되는 것을 억제할 수 있는 것을 발견했다.
또한, 본 발명자는, 접합층 중 중간부에 질소 농도가 상대적으로 높은 부분을 형성함으로써 상대적으로 고음속인 부분을 형성하고, 지지 기판측 및 압전성 재료 기판측에는, 질소 농도가 상대적으로 낮은 저음속인 부분을 형성하는 구조를 생각해냈다. 그 결과, 압전성 재료 기판을 전파하는 탄성파가 지지 기판에 누설되는 것을 억제하여, 저손실의 소자를 제공할 수 있는 것을 발견했다.
또, 특허문헌 4에 기재된 탄성 표면파 소자에서는, 압전성 재료 기판과 지지 기판 사이에 고음속막과 저음속막을 형성함으로써, 탄성 표면파의 에너지가 지지 기판에 새는 것을 방지하는 것을 제안하고 있다. 또한, 고음속막으로서 질화규소가 예시되고, 저음속막으로서 산화규소가 예시되어 있다. 그러나, 압전성 재료 기판과 지지 기판 사이의 산화규소를 재질로 하는 접합층 중에서, 전술한 바와 같이 질소 농도가 상대적으로 높은 층상 부위를 형성함으로써, 압전성 재료 기판을 전파하는 탄성파의 에너지가 누설되는 것을 억제하는 것은 기재되어 있지 않다.
또한, 지지 기판 상에 산화규소막을 형성하고, 이 산화규소막의 접합면 및 압전성 재료 기판의 접합면에 대하여 150℃ 이하에서 질소 플라즈마를 조사하여 활성화한 후에, 압전성 재료 기판의 접합면을 산화규소층의 접합면에 대하여 접합함으로써, 산화규소를 재질로 하는 접합층의 압전성 재료 기판측 부분에 질소 농도가 높은 영역을 생성할 수 있는 것을 발견했다.
또한, 지지 기판 및 압전성 재료 기판 상에 각각 산화규소막을 형성하고, 각 산화규소막의 각 접합면에 대하여 150℃ 이하에서 질소 플라즈마를 조사하여 활성화한 후에, 지지 기판 상의 산화규소막과 압전성 재료 기판 상의 산화규소막을 직접 접합함으로써, 산화규소를 재질로 하는 접합층의 중간부에 질소 농도가 높은 영역을 생성할 수 있는 것을 발견했다.
도 1의 (a)는, 압전성 재료 기판(1)을 나타내고, 도 1의 (b)는, 압전성 재료 기판(1)의 접합면에 플라즈마(A)를 조사하여 활성화면(5)을 생성시킨 상태를 나타낸다.
도 2의 (a)는, 지지 기판(3) 상에 산화규소막(4)을 형성한 상태를 나타내고, 도 2의 (b)는, 산화규소막(4)의 접합면에 대하여 플라즈마(B)를 조사하고 있는 상태를 나타낸다.
도 3의 (a)는, 압전성 재료 기판(1)과 지지 기판(3)의 접합체(8)를 나타내고, 도 3의 (b)는, 접합체(8A)의 압전성 재료 기판(1)을 가공에 의해 얇게 한 상태를 나타내고, 도 3의 (c)는 탄성파 소자(11)를 나타낸다.
도 4의 (a)는, 압전성 재료 기판(1)을 나타내고, 도 4의 (b)는, 압전성 재료 기판(1) 상에 산화규소막(12)을 형성한 상태를 나타내고, 도 4의 (c)는, 산화규소막(12)의 접합면에 대하여 플라즈마(A)를 조사하여 활성화한 상태를 나타낸다.
도 5의 (a)는, 압전성 재료 기판(1)과 지지 기판(3)의 접합체(18)를 나타내고, 도 5의 (b)는, 접합체(18A)의 압전성 재료 기판(1)을 가공에 의해 얇게 한 상태를 나타내고, 도 5의 (c)는, 탄성파 소자(21)를 나타낸다.
도 6은 탄성파 소자의 전형적인 공진 특성을 나타내는 그래프이다.
이하, 적절하게 도면을 참조하면서 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1~도 3은, 본 발명의 제1 양태에 관한 것이다.
우선, 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이, 한쌍의 주면(1a, 1b)을 갖는 압전성 재료 기판(1)을 준비한다. 계속해서, 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이, 압전성 재료 기판(1)의 접합면(1a)에 대하여 화살표 A와 같이 플라즈마를 조사하여, 표면 활성화된 접합면(5)을 얻는다.
한편, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 지지 기판(3)의 표면(3a)에 산화규소막(4)을 형성한다. 계속해서, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 산화규소막(4)의 표면(4a)에 대하여 화살표 B와 같이 플라즈마를 조사함으로써 표면 활성화하여, 활성화된 접합면(6)을 형성한다.
계속해서, 압전성 재료 기판(1) 상의 활성화된 접합면(5)과, 지지 기판(3) 상의 산화규소막(4)의 활성화된 접합면(6)을 접촉시켜 직접 접합하여, 도 3의 (a)에 나타내는 접합체(8)를 얻을 수 있다. 여기서, 지지 기판(3)과 압전성 재료 기판(1) 사이에는, 산화규소를 재질로 하는 접합층(7)이 생성되었다. 접합층(7)을, 압전성 재료 기판측 접합부(7a)와 지지 기판측 접합부(7b)로 나누었을 때, 압전성 재료 기판측 접합부(7a)에서의 질소 농도가 지지 기판측 접합부(7b)에서의 질소 농도보다 높아졌다. 압전성 재료 기판측 접합부(7a)는 압전성 재료 기판(1)에 접해 있고, 지지 기판측 접합부(7b)는 지지 기판(3)에 접해 있다.
이 상태에서, 압전성 재료 기판(1) 상에 전극을 설치해도 좋다. 그러나, 바람직하게는, 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 압전성 재료 기판(1)의 주면(1b)을 가공하여 기판(1)을 얇게 하여, 박판화된 압전성 재료 기판(1A)을 얻는다. 9는 가공면이다. 계속해서, 도 3의 (c)에 나타낸 바와 같이, 접합체(8A)의 압전성 재료 기판(1A)의 가공면(9) 상에 소정의 전극(10)을 형성하여, 탄성파 소자(11)를 얻을 수 있다.
본 양태의 발명에서는, 접합층(7)의 재질이 산화규소이고, 접합층(7)을 압전성 재료 기판측 접합부(7a)와 지지 기판측 접합부(7b)로 나누었을 때, 압전성 재료 기판측 접합부(7a)에서의 질소 농도 N7a가 지지 기판측 접합부에서의 질소 농도 N7b보다 높다. 이 본 발명의 관점에서는, 압전성 재료 기판측 접합부(7a)에서의 질소 농도 N7a의 지지 기판측 접합부에서의 질소 농도 N7b에 대한 비율(N7a/N7b)은, 10 이상이 바람직하고, 100 이상이 더욱 바람직하다. 다만, 실제 관점에서는, 비율(N7a/N7b)은 1000 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 관점에서는, 압전성 재료 기판측 접합부(7a)에서의 질소 농도 N7a는, 1E19 atoms/㎤ 이상이 바람직하고, 5E19 atoms/㎤ 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 질소 농도 N7a는 8E20 atoms/㎤ 이하이어도 좋다. 또한, 접합층의 지지 기판측 접합부에서의 질소 농도 N7b는, 4E17~7E18 atoms/㎤이 바람직하다. 또, 「1E19」는 「1×1019」를 나타내며, 다른 수치도 동일하다.
다만, 접합층(7)을 두께 방향을 향해 이분함으로써, 압전성 재료 기판측 접합부(7a)와 지지 기판측 접합부(7b)으로 나누고, 각 접합부의 두께는 동일하게 하는 것으로 한다. 또한, 압전성 재료 기판측 접합부(7a)는 압전성 재료 기판(1)에 대하여 접해 있고, 지지 기판측 접합부(7b)는 지지 기판(3)에 대하여 접해 있다.
바람직한 실시형태에서는, 압전성 재료 기판측 접합부(7a)에서의 탄소 농도 C7a가 지지 기판측 접합부(7b)에서의 탄소 농도 C7b보다 높다. 이 관점에서는, 압전성 재료 기판측 접합부(7a)에서의 탄소 농도 C7a의 지지 기판측 접합부에서의 탄소 농도 C7b에 대한 비율(C7a/C7b)은, 10 이상이 바람직하고, 100 이상이 더욱 바람직하다. 다만, 실제 관점에서는, 비율(C7a/C7b)은 1000 이하인 것이 바람직하다.
본 실시형태의 관점에서는, 압전성 재료 기판측 접합부(7a)에서의 탄소 농도 C7a는, 1E19 atoms/㎤ 이상이 바람직하고, 5E19 atoms/㎤ 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 탄소 농도 C7a는, 1E21 atoms/㎤ 이하이어도 좋다. 또한, 접합층(7)의 지지 기판측 접합부(7b)에서의 탄소 농도 C7b는, 1E17~3E18 atoms/㎤이 바람직하다.
바람직한 실시형태에서는, 압전성 재료 기판측 접합부(7a)에서의 불소 농도 F7a가 지지 기판측 접합부(7b)에서의 불소 농도 F7b보다 높다. 이 관점에서는, 압전성 재료 기판측 접합부(7a)에서의 불소 농도 F7a의 지지 기판측 접합부(7b)에서의 불소 농도 F7b에 대한 비율(F7a/F7b)은, 5 이상이 바람직하고, 50 이상이 더욱 바람직하다. 다만, 실제 관점에서는, 비율(F7a/F7b)은 500 이하인 것이 바람직하다.
본 실시형태의 관점에서는, 압전성 재료 기판측 접합부(7a)에서의 불소 농도 F7a는, 3E18 atoms/㎤ 이상이 바람직하고, 6E18 atoms/㎤ 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 불소 농도 F7a는 2E20 atoms/㎤ 이하이어도 좋다. 또한, 접합층(7)의 지지 기판측 접합부(7b)에서의 불소 농도 F7b는, 1E17~2E18 atoms/㎤이 바람직하다.
도 2, 도 4, 도 5는, 본 발명의 제2 양태에 관한 것이다.
우선, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 한쌍의 주면(1a, 1b)을 갖는 압전성 재료 기판(1)을 준비한다. 계속해서, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 압전성 재료 기판(1)의 한쪽 주면(1a) 상에 산화규소막(12)을 성막한다. 계속해서, 도 4의 (c)에 나타낸 바와 같이, 산화규소막(12)의 접합면(12a)에 대하여 화살표 A와 같이 플라즈마를 조사하여, 표면 활성화된 접합면(13)을 얻는다.
한편, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 지지 기판(3)의 표면(3a)에 산화규소막(4)을 형성한다. 계속해서, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 산화규소막(4)의 표면(4a)에 대하여 화살표 B와 같이 플라즈마를 조사함으로써 표면 활성화하여, 활성화된 접합면(6)을 형성한다.
계속해서, 압전성 재료 기판 상의 산화규소막(12)의 활성화된 접합면(13)과, 지지 기판 상의 산화규소막(4)의 활성화된 접합면(6)을 접촉시켜 직접 접합함으로써, 도 5의 (a)에 나타내는 접합체(18)를 얻는다. 여기서, 산화규소막(12)과 산화규소막(4)이 직접 접합에 의해 일체화되어, 산화규소층(17)이 생성된다.
접합층(17)을, 압전성 재료 기판측 접합부(17a)와 지지 기판측 접합부(17c)와 중간부(17b)로 나누었을 때, 중간부(17b)에서의 질소 농도가, 압전성 재료 기판측 접합부(17a)에서의 질소 농도 및 지지 기판측 접합부(17c)에서의 질소 농도보다 높아졌다. 압전성 재료 기판측 접합부(17a)는 압전성 재료 기판(1)에 접해 있고, 지지 기판측 접합부(17c)는 지지 기판(3)에 접해 있다.
이 상태에서, 압전성 재료 기판(1) 상에 전극을 설치해도 좋다. 그러나, 바람직하게는, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 압전성 재료 기판(1)의 주면(1b)을 가공하여 기판(1)을 얇게 하여, 박판화된 압전성 재료 기판(1A)을 얻는다. 9는 가공면이다. 계속해서, 도 5의 (c)에 나타낸 바와 같이, 접합체(18A)의 압전성 재료 기판(1A)의 가공면(9) 상에 소정의 전극(10)을 형성하여, 탄성파 소자(21)를 얻을 수 있다.
본 양태의 발명에서는, 접합층(17)의 재질이 산화규소이고, 접합층(17)을 압전성 재료 기판측 접합부(17a), 중간부(17b), 지지 기판측 접합부(17c)로 나누었을 때, 중간부(17b)에서의 질소 농도 N17b가, 압전성 재료 기판측 접합부(17a)에서의 질소 농도 N17a 및 지지 기판측 접합부(17c)에서의 질소 농도 N17c보다 높다. 이 본 발명의 관점에서는, 중간부(17b)에서의 질소 농도 N17b의, 압전성 재료 기판측 접합부(17a)에서의 질소 농도 N17a에 대한 비율(N17b/N17a) 및 지지 기판측 접합부(17c)에서의 질소 농도 N17c에 대한 비율(N17b/N17c)은, 10 이상이 바람직하고, 100 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 비율(N17b/N17a) 및 비율(N17b/N17c)은, 실제 관점에서는 1000 이하인 것이 더욱 바람직하다.
다만, 접합층(17)을 두께 방향을 향해 삼분함으로써, 압전성 재료 기판측 접합부(17a), 중간부(17b), 지지 기판측 접합부(17c)로 나누고, 각 접합부(17a, 17b, 17c)의 두께는 동일하게 하는 것으로 한다. 또한, 압전성 재료 기판측 접합부(17a)는 압전성 재료 기판(1A)에 대하여 접해 있고, 지지 기판측 접합부(17c)는 지지 기판(3)에 대하여 접해 있다.
본 발명의 관점에서는, 중간부(17b)에서의 질소 농도 N17b는, 1E19 atoms/㎤ 이상인 것이 바람직하고, 5E19 atoms/㎤ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 질소 농도 N17b는, 5E20 atoms/㎤ 이하인 것이 바람직하다. 압전성 재료 기판측 접합부(17a)에서의 질소 농도 N17a 및 지지 기판측 접합부(17c)에서의 질소 농도 N17c은, 9 E18 atoms/㎤ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 질소 농도 N17a, N17c은, 4E17 atoms/㎤ 이상이어도 좋다.
본 실시형태에서는, 중간부(17b)에서의 탄소 농도 C17b가, 압전성 재료 기판측 접합부(17a)에서의 탄소 농도 C17a 및 지지 기판측 접합부(17c)에서의 탄소 농도 C17c보다 높다. 본 발명의 관점에서는, 중간부(17b)에서의 탄소 농도 C17b의, 압전성 재료 기판측 접합부(17a)에서의 탄소 농도 C17a에 대한 비율(C17b/C17a) 및 지지 기판측 접합부(17c)에서의 탄소 농도 C17c에 대한 비율(C17b/C17c)은, 10 이상이 바람직하고, 100 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 비율(C17b/C17a) 및 비율(C17b/C17c)은, 실제 관점에서는 1000 이하인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 관점에서는, 중간부(17b)에서의 탄소 농도 C17b는, 1E19 atoms/㎤ 이상이 바람직하고, 5E19 atoms/㎤ 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 탄소 농도 C17b는 5E20 atoms/㎤ 이하인 것이 바람직하다. 압전성 재료 기판측 접합부(17a)에서의 탄소 농도 C17a 및 지지 기판측 접합부(17c)에서의 탄소 농도 C17c는, 3E18 atoms/㎤ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 탄소 농도 C17a, C17c는 1E17 atoms/㎤ 이상이어도 좋다.
본 실시형태에서는, 중간부(17b)에서의 불소 농도 F17b가, 압전성 재료 기판측 접합부(17a)에서의 불소 농도 F17a 및 지지 기판측 접합부(17c)에서의 불소 농도 F17c보다 높다. 본 발명의 관점에서는, 중간부(17b)에서의 불소 농도 F17b의, 압전성 재료 기판측 접합부(17a)에서의 불소 농도 F17a에 대한 비율(F17b/F17a) 및 지지 기판측 접합부(17c)에서의 불소 농도 F17c에 대한 비율(F17b/F17c)은, 5 이상인 것이 바람직하고, 50 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 비율(F17b/F17a) 및 비율(F17b/F17c)은, 실제 관점에서는 500 이하인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 관점에서는, 중간부(17b)에서의 불소 농도 F17b는, 3E18 atoms/㎤ 이상이 바람직하고, 6E18 atoms/㎤ 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 불소 농도 F17b는 8E19 atoms/㎤ 이하인 것이 바람직하다. 압전성 재료 기판측 접합부(17a)에서의 불소 농도 F17a 및 지지 기판측 접합부(17c)에서의 불소 농도 F17c는, 2E18 atoms/㎤ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 불소 농도 F17a, F17c는 1E17 atoms/㎤ 이상이어도 좋다.
이하, 본 발명의 각 구성 요소에 관해 순차적으로 설명한다.
지지 기판(3)의 재질은 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는, 실리콘, 수정, 사이알론, 멀라이트, 사파이어 및 투광성 알루미나로 이루어진 군에서 선택된 재질로 이루어진다. 이것에 의해, 탄성파 소자(11, 21)의 주파수의 온도 특성을 한층 더 개선할 수 있다.
지지 기판(3) 상, 및 필요에 따라서 압전성 재료 기판(1) 상에 산화규소막(4, 12)을 형성한다. 각 산화규소막(4, 12)의 성막 방법은 한정되지 않지만, 스퍼터링, 화학적 기상 성장법(CVD), 증착을 예시할 수 있다. 바람직하게는 지지 기판(3)이 실리콘 기판이며, 이 경우에는 실리콘 기판 표면에 대한 산소의 스퍼터링이나 이온 주입, 산화 분위기하에서의 가열에 의해 산화규소막(4)을 형성할 수 있다.
산화규소막(4, 12)의 두께는, 본 발명의 관점에서는, 0.05 μm 이상인 것이 바람직하고, 0.1 μm 이상인 것이 더욱 바람직하고, 0.2 μm 이상인 것이 특히 바람직하다. 또한, 산화규소막의 두께는, 3 μm 이하인 것이 바람직하고, 2.5 μm 이하가 바람직하고, 2.0 μm 이하가 더욱 바람직하다.
본 발명에서 이용하는 압전성 재료 기판(1)은, 탄탈산리튬(LT) 단결정, 니오븀산리튬(LN) 단결정, 니오븀산리튬-탄탈산리튬 고용체로 한다. 이들은 탄성파의 전파 속도가 빠르고, 전기 기계 결합 계수가 크기 때문에, 고주파수 및 광대역 주파수용의 탄성 표면파 디바이스로서 적합하다.
또한, 압전성 재료 기판(1)의 주면의 법선 방향은, 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 압전성 재료 기판(1)이 LT로 이루어질 때에는, 탄성 표면파의 전파 방향인 X축을 중심으로, Y축으로부터 Z축으로 32~55° 회전한 방향의 것, 오일러각 표시로 (180°, 58~35°, 180°) 를 이용하는 것이 전파 손실이 작기 때문에 바람직하다. 압전성 재료 기판(1)이 LN으로 이루어질 때에는, (가) 탄성 표면파의 전파 방향인 X축을 중심으로, Z축으로부터 -Y축으로 37.8° 회전한 방향의 것, 오일러각 표시로 (0°, 37.8°, 0°)를 이용하는 것이 전기 기계 결합 계수가 크기 때문에 바람직하거나, 또는, (나) 탄성 표면파의 전파 방향인 X축을 중심으로, Y축으로부터 Z축으로 40~65° 회전한 방향의 것, 오일러각 표시로 (180°, 50~25°, 180°)를 이용하는 것이 고음속이 얻어지기 때문에 바람직하다. 또한, 압전성 재료 기판(1)의 크기는 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 직경 100~200 mm, 두께가 0.15~1 μm이다.
계속해서, 압전성 재료 기판(1)의 접합면(1a), 압전성 재료 기판(1) 상의 산화규소막(12)의 접합면(12a), 지지 기판(3) 상의 산화규소막(4)의 접합면(4a)에 150℃ 이하에서 플라즈마를 조사하여 접합면(1a, 4a, 12a)을 활성화시킨다. 본 발명의 관점에서는, 질소 플라즈마를 조사하는 것이 바람직하지만, 산소 플라즈마를 조사한 경우에도 본 발명의 접합체(8A, 18A)를 얻는 것이 가능하다.
표면 활성화시의 압력은, 100 Pa 이하가 바람직하고, 80 Pa 이하가 더욱 바람직하다. 또한, 분위기는 질소만이어도 좋고, 산소만이어도 좋지만, 질소, 산소의 혼합물이어도 좋다.
플라즈마 조사시의 온도는 150℃ 이하로 한다. 이것에 의해, 접합 강도가 높고 또한 결정성의 열화가 없는 접합체(8A, 18A)가 얻어진다. 이 관점에서, 플라즈마 조사시의 온도를 150℃ 이하로 하지만, 100℃ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 플라즈마 조사시의 에너지는 30~150 W가 바람직하다. 또한, 플라즈마 조사시의 에너지와 조사 시간의 곱은 0.12~1.0 Wh가 바람직하다.
플라즈마 처리한 기판의 접합면(5)과 접합면(6)끼리, 또는, 접합면(13)과 접합면(6)끼리를 실온에서 서로 접촉시킨다. 이 때 진공중에서 처리해도 좋지만, 보다 바람직하게는 대기중에서 접촉시킨다. 이렇게 함으로써, 플라즈마 처리로 산화규소 중에 도입된 질소, 탄소, 불소의 분포를 유지한 채로의 접합 기판을 실현할 수 있다.
바람직한 실시형태에서는, 플라즈마 처리전에, 압전성 재료 기판(1)의 접합면(1a) 및 산화규소층(4, 12)의 접합면(4a, 12a)을 평탄화 가공한다. 각 접합면(1a, 4a, 12a)을 평탄화하는 방법은, 랩(lap) 연마, 화학 기계 연마 가공(CMP) 등이 있다. 또한, 평탄면은 Ra≤1 nm이 바람직하고, 0.3 nm 이하로 하면 더욱 바람직하다.
계속해서, 압전성 재료 기판(1)의 접합면(5)과 지지 기판(3) 상의 산화규소막(4)의 접합면(6), 혹은 압전성 재료 기판(1) 상의 산화규소막(12)의 접합면(13)과 지지 기판(3) 상의 산화규소막(4)의 접합면(6)을 접촉시켜 접합한다. 그 후, 어닐 처리를 행함으로써 접합 강도를 향상시키는 것이 바람직하다. 어닐 처리시의 온도는, 100℃ 이상, 300℃ 이하가 바람직하다.
본 발명의 접합체(8A, 18A)는, 탄성파 소자(11, 21)에 대하여 적합하게 이용할 수 있다.
탄성파 소자(11, 21)로는, 탄성 표면파 디바이스나 램파 소자, 박막 공진자(FBAR) 등이 알려져 있다. 예컨대, 탄성 표면파 디바이스는, 압전성 재료 기판의 표면에, 탄성 표면파를 여진하는 입력측의 IDT(Interdigital Transducer) 전극(빗형 전극, 발형 전극이라고도 함)과 탄성 표면파를 수신하는 출력측의 IDT 전극을 설치한 것이다. 입력측의 IDT 전극에 고주파 신호를 인가하면, 전극 사이에 전계가 발생하고, 탄성 표면파가 여진되어 압전성 재료 기판 상을 전파해 간다. 그리고, 전파 방향으로 설치된 출력측의 IDT 전극으로부터, 전파된 탄성 표면파를 전기 신호로서 취출할 수 있다.
압전성 재료 기판(1A) 상의 전극(10)을 구성하는 재질은, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 금이 바람직하고, 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 더욱 바람직하다. 알루미늄 합금은, Al에 0.3~5 중량%의 Cu를 혼합한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, Cu 대신에 Ti, Mg, Ni, Mo, Ta를 사용해도 좋다.
실시예
(실시예 A1)
도 1~도 3을 참조하면서 설명한 방법에 따라서, 도 3의 (c)에 나타내는 탄성파 소자(11)를 제작했다.
구체적으로는, 두께가 200 μm이고 양면이 경면으로 연마되어 있는 42Y컷트X전파 LiTaO3 기판(압전성 재료 기판)(1)과, 두께가 675 μm인 고저항(>2 kΩ·cm) Si(100) 기판(지지 기판)(3)을 준비했다. 기판 사이즈는 모두 150 mm이다. 지지 기판(3) 상에는, 스퍼터링법에 의해 산화규소막(4)을 500 nm의 두께로 성막했다. 성막후의 산화규소막(4)의 표면 거칠기 Ra가 0.6 nm이기 때문에, 표면을 CMP(화학 기계적 연마)로 약간 연마하여 Ra를 0.3 nm까지 개선했다.
계속해서, 압전성 재료 기판(1)의 접합면(1a) 및 지지 기판(3) 상의 산화규소막(4)의 접합면(4a)을 각각 세정 및 표면 활성화했다. 구체적으로는, 순수를 이용한 초음파 세정을 실시하고, 스핀 드라이에 의해 기판 표면을 건조시켰다. 계속해서, 세정후의 지지 기판(3)을 플라즈마 활성화 챔버에 도입하고, 질소 가스 플라즈마로 30℃에서 접합면(4a)을 활성화했다. 또한, 압전성 재료 기판(1)을 동일하게 플라즈마 활성화 챔버에 도입하고, 질소 가스 플라즈마로 30℃에서 접합면(1a)을 표면 활성화했다. 표면 활성화 시간은 40초로 하고, 에너지는 100 W로 했다. 표면 활성화 중에 부착된 파티클을 제거할 목적으로, 전술한 것과 동일한 초음파 세정, 스핀 드라이를 다시 실시했다.
계속해서, 각 기판의 위치 맞춤을 행하여, 실온에서 양 기판의 활성화한 접합면(5, 6)끼리 접촉시켰다. 압전성 재료 기판(1)측을 위로 하여 접촉시켰다. 그 결과, 기판끼리의 밀착이 확대되는 모습(소위 본딩웨이브)이 관측되어, 양호하게 예비 접합이 행해진 것을 확인할 수 있었다. 계속해서, 접합 강도를 증가시키는 것을 목적으로, 접합체를 질소 분위기의 오븐에 투입하고, 120℃에서 10시간 유지했다.
가열후의 접합체(8)의 압전성 재료 기판(1)의 표면(1b)을 연삭 가공, 랩 가공 및 CMP 가공에 제공하고, 압전성 재료 기판(1A)의 두께가 16, 8, 4, 2, 1 μm이 되도록 했다. 얻어진 접합체(8A)에 관해, 각 부분에서의 질소 농도, 탄소 농도, 불소 농도를 SIMS법(2차 이온 질량 분석법)을 이용하여 측정했다. SIMS 측정 장치로서, CAMECA IMS-7f를 이용하고, 1차 이온종으로서 Cs+으로, 1차 가속 전압은 15.0 kV으로 행했다. 검출 영역은 30 μmφ로 했다.
압전성 재료 기판(1A)의 두께는, 광간섭을 이용한 광학식 측정기(Filmetrix사 제조 F20)에 의해 측정했다. 연마된 압전성 재료 기판(1A)의 가공면(9)에, 포토리소그래피-프로세스로 알루미늄 금속으로 이루어진 IDT 전극(10)을 설치했다. 발진 주파수가 1000 MHz 정도가 되도록, 전극(10)의 주기 λ는 4 μm로 했다. IDT 전극(10)의 두께는 200 nm으로 하고, 200쌍의 IDT 전극의 양측에 80쌍으로 이루어진 반사기를 설치하여 1 포트의 탄성파 소자(SAW 공진자)(11)를 작성했다. 작성된 탄성파 소자(SAW 공진자)(11)의 임피던스 특성을 Agilent사 제조 네트워크 애널라이저 E5071C로 측정했다. 도 6에 전형적인 공진 특성을 나타낸다. 1000 MHz 부근(fs)에 공진 피크, 1050 MHz 근처(fr)에 반공진 피크가 관측되었다. 공진 주파수 fs에서의 어드미턴스치의 반공진 주파수 fr에서의 어드미턴스치에 대한 비율을 측정했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
(실시예 A2)
실시예 A1에 있어서, 질소 플라즈마 대신에 질소 가스 80%, 산소 가스 20%로 한 혼합 가스의 플라즈마를 이용했다. 가스 조성을 변경함에 있어서, RF의 반사 전력이 최소가 되도록 매칭은 적절하게 변경했다. 그 외에는 실시예 A1과 동일하게 실험을 행했다.
실시예 A1과 동일하게 하여, 얻어진 접합체(8)에 관해, 각 부분에서의 질소 농도, 탄소 농도, 불소 농도를 측정하고, 측정 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 실시예 A1과 동일하게 하여, 압전성 재료 기판의 두께가 16, 8, 4, 2, 1 μm이 되도록 가공하고, 공진 주파수 fs에서의 어드미턴스치의 반공진 주파수 fr에서의 어드미턴스치에 대한 비율을 측정했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
(비교예 A1)
실시예 A1과 동일하게 하여, 각 접합체 및 SAW 소자를 작성하고, 실시예 A1과 동일한 측정을 행했다. 다만, 산화규소막은 압전성 재료 기판(1) 상에 성막하고, 지지 기판(3)측에는 성막하지 않았다. 또한, 산화규소막의 표면 활성화와 지지 기판(3)의 표면 활성화를 행하고, 산화규소막과 지지 기판(3)의 활성화면을 질소 플라즈마 조사에 의해 직접 접합했다.
얻어진 접합체에 관해, 각 부분에서의 질소 농도, 탄소 농도, 불소 농도를 측정하고, 측정결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 실시예 A1과 동일하게 하여, 압전성 재료 기판(1)의 두께가 16, 8, 4, 2, 1 μm이 되도록 가공하고, 공진 주파수 fs에서의 어드미턴스치의 반공진 주파수 fr에서의 어드미턴스치에 대한 비율을 측정했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 접합체(8A)를 이용한 탄성파 소자(SAW 소자)(11)에서는, 압전성 재료 기판(1A)의 두께를 2.0~1.0 μm로 매우 얇게 가공한 경우에도, 공진 주파수 fs에서의 어드미턴스치의 반공진 주파수 fr에서의 어드미턴스치에 대한 비율은 열화하지 않고 양호했다. 한편, 비교예 A1의 접합체에서는, 압전성 재료 기판의 두께가 얇아짐에 따라, 공진 주파수 fs에서의 어드미턴스치의 반공진 주파수 fr에서의 어드미턴스치에 대한 비율이 열화했다. 특히, 비교예 A1의 접합체에서는, 압전성 재료 기판의 두께를 4.0 μm 이하까지 가공하면, 공진 주파수 fs에서의 어드미턴스치의 반공진 주파수 fr에서의 어드미턴스치에 대한 비율이 상당히 열화했다.
(실시예 B)
실시예 A1에 있어서, 압전성 재료 기판의 재질을 128Y컷트X전파 니오븀산리튬으로 변경했다. 그 결과, 실시예 A1과 동일한 결과가 얻어졌다.
(실시예 C1)
도 2, 도 4, 도 5를 참조하면서 설명한 방법에 따라서, 도 5의 (c)에 나타내는 탄성파 소자(21)를 제작했다.
구체적으로는, 두께가 200 μm이고 양면이 경면으로 연마되어 있는 42Y컷트X전파 LiTaO3 기판(압전성 재료 기판)(1)과, 두께가 675 μm인 고저항(>2 kΩ·cm) Si(100) 기판(지지 기판)(3)을 준비했다. 기판 사이즈는 모두 150 mm이다. 압전성 재료 기판(1) 상, 지지 기판(3) 상에는, 스퍼터링법에 의해, 산화규소막(12, 4)을 각각 250 nm의 두께로 성막했다. 성막후의 각 산화규소막(12, 4)의 표면 거칠기를 AFM으로 측정한 바 Ra가 0.6 nm이기 때문에, 표면을 CMP(화학 기계적 연마)로 약간 연마하여 Ra를 0.3 nm까지 개선했다.
계속해서, 압전성 재료 기판(1) 상의 산화규소막(12)의 접합면(12a) 및 지지 기판(3) 상의 산화규소층(4)의 접합면(4a)을 각각 세정 및 표면 활성화했다. 구체적으로는, 순수를 이용한 초음파 세정을 실시하고, 스핀 드라이에 의해 기판 표면을 건조시켰다.
계속해서, 세정후의 지지 기판(3)을 플라즈마 활성화 챔버에 도입하고, 질소 가스 플라즈마로 30℃에서 산화규소막(4)의 접합면(4a)을 활성화했다. 또한, 압전성 재료 기판(1)을 동일하게 플라즈마 활성화 챔버에 도입하고, 질소 가스 플라즈마로 30℃에서 산화규소막(12)의 접합면(12a)을 표면 활성화했다. 표면 활성화 시간은 40초로 하고, 에너지는 100 W로 했다. 표면 활성화 중에 부착된 파티클을 제거할 목적으로, 전술한 것과 동일한 초음파 세정, 스핀 드라이를 다시 실시했다.
계속해서, 각 기판의 위치 맞춤을 행하여, 실온에서 양기판의 활성화한 접합면(13, 6)끼리 접촉시켰다. 압전성 재료 기판(1)측을 위로 하여 접촉시켰다. 그 결과, 기판끼리의 밀착이 확대되는 모습(소위 본딩웨이브)이 관측되어, 양호히 예비 접합이 행해진 것을 확인할 수 있었다. 계속해서, 접합 강도를 증가시키는 것을 목적으로, 접합체를 질소 분위기의 오븐에 투입하고, 120℃에서 10시간 유지했다.
가열후의 접합체(18)의 압전성 재료 기판(1)의 표면을 연삭 가공, 랩 가공 및 CMP 가공에 제공하고, 압전성 재료 기판(1A)의 두께가 16, 8, 4, 2, 1 μm이 되도록 했다. 얻어진 접합체(18A)에 관해, 각 부분에서의 질소 농도, 탄소 농도, 불소 농도를 SIMS법(2차 이온 질량 분석법)을 이용하여 측정했다. SIMS 측정 장치로서, CAMECA IMS-7f를 이용하고, 1차 이온종으로서 Cs+으로, 1차 가속 전압은 15.0 kV로 행했다. 검출 영역은 30 μmφ로 했다. 측정 결과를 표 4에 나타낸다.
연마된 압전성 재료 기판(1A)의 가공면(9)에, 알루미늄 금속으로 이루어진 IDT 전극(10)을 설치하고, 1 포트의 탄성파 소자(SAW 공진자)(21)를 포토리소그래피-프로세스로 작성했다. 발진 주파수가 1000 MHz 정도가 되도록, 전극의 주기 λ는 4 μm로 했다. 작성된 탄성파 소자(SAW 공진자)(21)의 임피던스 특성을 Agilent사 제조 네트워크 애널라이저 E5071C로 측정했다. 공진 주파수 fs에서의 어드미턴스치의 반공진 주파수 fr에서의 어드미턴스치에 대한 비율을 측정했다. 그 결과를 표 6에 나타낸다.
(실시예 C2)
실시예 C1에 있어서, 질소 플라즈마 대신에 질소 가스 80%, 산소 가스 20%로 한 혼합 가스의 플라즈마를 이용했다. 그 외에는 실시예 C1과 동일하게 실험을 행했다.
실시예 C1과 동일하게 하여, 얻어진 접합체(18A)에 관해, 각 부분에서의 질소 농도, 탄소 농도, 불소 농도를 측정하고, 측정 결과를 표 4에 나타낸다. 또한, 실시예 C1과 동일하게 하여, 압전성 재료 기판(1A)의 두께가 16, 8, 4, 2, 1 μm이 되도록 가공하고, 공진 주파수 fs에서의 어드미턴스치의 반공진 주파수 fr에서의 어드미턴스치에 대한 비율을 측정했다. 그 결과를 표 6에 나타낸다.
(비교예 C1)
실시예 C1과 동일하게 하여, 각 접합체 및 탄성파 소자(SAW 소자)를 작성하여, 실시예 C1과 동일한 측정을 행했다. 다만, 산화규소막은 압전성 재료 기판 상에 성막하고, 지지 기판측에는 성막하지 않았다. 또한, 산화규소막의 표면 활성화와 지지 기판의 표면 활성화를 행하고, 산화규소막과 지지 기판의 활성화면을 질소 플라즈마 조사에 의해 직접 접합했다.
얻어진 접합체에 관해, 각 부분에서의 질소 농도, 탄소 농도, 불소 농도를 측정하고, 측정 결과를 표 5에 나타낸다. 또한, 실시예 A1과 동일하게 하여, 압전성 재료 기판(1A)의 두께가 16, 8, 4, 2, 1 μm이 되도록 가공하고, 공진 주파수 fs에서의 어드미턴스치의 반공진 주파수 fr에서의 어드미턴스치에 대한 비율을 측정했다. 그 결과를 표 6에 나타낸다.
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
표 6에 나타낸 바와 같이 본 발명의 접합체(18A)를 이용한 탄성파 소자(SAW 소자)(21)에서는, 압전성 재료 기판(1A)의 두께를 2.0~1.0 μm로 매우 얇게 가공한 경우에도, 공진 주파수 fs에서의 어드미턴스치의 반공진 주파수 fr에서의 어드미턴스치에 대한 비율은 열화하지 않고 양호했다. 한편, 비교예 C1의 접합체에서는, 압전성 재료 기판의 두께가 얇아짐에 따라, 공진 주파수 fs에서의 어드미턴스치의 반공진 주파수 fr에서의 어드미턴스치에 대한 비율이 열화했다. 특히, 비교예 C1의 접합체에서는, 압전성 재료 기판의 두께를 4.0 μm 이하까지 가공하면, 공진 주파수 fs에서의 어드미턴스치의 반공진 주파수 fr에서의 어드미턴스치에 대한 비율이 상당히 열화했다.
(실시예 D)
실시예 C1에 있어서, 압전성 재료 기판(1)의 재질을 니오븀산리튬으로 변경했다. 그 결과, 실시예 C1과 동일한 결과가 얻어졌다.

Claims (8)

  1. 지지 기판,
    니오븀산리튬, 탄탈산리튬 및 니오븀산리튬-탄탈산리튬으로 이루어진 군에서 선택된 재질로 이루어진 압전성 재료 기판, 및
    상기 지지 기판과 상기 압전성 재료 기판을 접합하는 접합층
    을 포함하고 있는 접합체로서,
    상기 접합층의 재질이 산화규소이고, 상기 접합층을 압전성 재료 기판측 접합부와 지지 기판측 접합부로 나누었을 때, 상기 압전성 재료 기판측 접합부에서의 질소 농도가 상기 지지 기판측 접합부에서의 질소 농도보다 높은 것을 특징으로 하는 접합체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압전성 재료 기판측 접합부에서의 탄소 농도가 상기 지지 기판측 접합부에서의 탄소 농도보다 높은 것을 특징으로 하는 접합체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압전성 재료 기판측 접합부에서의 불소 농도가 상기 지지 기판측 접합부에서의 불소 농도보다 높은 것을 특징으로 하는 접합체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전성 재료 기판의 두께가 4.0 μm 이하인 것을 특징으로 하는 접합체.
  5. 지지 기판,
    니오븀산리튬, 탄탈산리튬 및 니오븀산리튬-탄탈산리튬으로 이루어진 군에서 선택된 재질로 이루어진 압전성 재료 기판, 및
    상기 지지 기판과 상기 압전성 재료 기판을 접합하는 접합층
    을 포함하고 있는 접합체로서,
    상기 접합층의 재질이 산화규소이고, 상기 접합층을, 압전성 재료 기판측 접합부, 지지 기판측 접합부 및 상기 압전성 재료 기판측 접합부와 상기 지지 기판측 접합부 사이의 중간부로 나누었을 때, 상기 중간부에서의 질소 농도가, 상기 압전성 재료 기판측 접합부에서의 질소 농도 및 상기 지지 기판측 접합부에서의 질소 농도보다 높은 것을 특징으로 하는 접합체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 중간부에서의 탄소 농도가, 상기 압전성 재료 기판측 접합부에서의 탄소 농도 및 상기 지지 기판측 접합부에서의 탄소 농도보다 높은 것을 특징으로 하는 접합체.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 중간부에서의 불소 농도가, 상기 압전성 재료 기판측 접합부에서의 불소 농도 및 상기 지지 기판측 접합부에서의 불소 농도보다 높은 것을 특징으로 하는 접합체.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전성 재료 기판의 두께가 4.0 μm 이하인 것을 특징으로 하는 접합체.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11670539B2 (en) * 2021-02-22 2023-06-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method of making a semiconductor arrangement
FR3133515B1 (fr) * 2022-03-08 2024-02-02 Soitec Silicon On Insulator Substrat piézoélectrique sur isolant (POI) et procédé de fabrication d’un substrat piézoélectrique sur isolant (POI).

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5713025B2 (ko) 1978-11-29 1982-03-15
JPS5910763B2 (ja) 1976-07-23 1984-03-12 井関農機株式会社 田植機における苗自動供給装置
JP3774782B2 (ja) 2003-05-14 2006-05-17 富士通メディアデバイス株式会社 弾性表面波素子の製造方法
WO2015186661A1 (ja) * 2014-06-04 2015-12-10 株式会社村田製作所 弾性波装置
JP2016225537A (ja) 2015-06-02 2016-12-28 信越化学工業株式会社 酸化物単結晶薄膜を備えた複合ウェーハの製造方法
WO2017163722A1 (ja) * 2016-03-25 2017-09-28 日本碍子株式会社 接合方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012043615A1 (ja) * 2010-09-28 2012-04-05 株式会社村田製作所 圧電デバイスの製造方法
CN106209007B (zh) 2010-12-24 2019-07-05 株式会社村田制作所 弹性波装置
KR101497888B1 (ko) * 2012-11-14 2015-03-02 엔지케이 인슐레이터 엘티디 복합 기판 및 그 제법
CN106062238B (zh) * 2014-03-03 2018-09-04 株式会社村田制作所 氮化铝压电薄膜及其制造方法、压电材、压电部件
JP6208646B2 (ja) * 2014-09-30 2017-10-04 信越化学工業株式会社 貼り合わせ基板とその製造方法、および貼り合わせ用支持基板
WO2019039475A1 (ja) * 2017-08-25 2019-02-28 日本碍子株式会社 接合体および弾性波素子

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5910763B2 (ja) 1976-07-23 1984-03-12 井関農機株式会社 田植機における苗自動供給装置
JPS5713025B2 (ko) 1978-11-29 1982-03-15
JP3774782B2 (ja) 2003-05-14 2006-05-17 富士通メディアデバイス株式会社 弾性表面波素子の製造方法
WO2015186661A1 (ja) * 2014-06-04 2015-12-10 株式会社村田製作所 弾性波装置
JP2016225537A (ja) 2015-06-02 2016-12-28 信越化学工業株式会社 酸化物単結晶薄膜を備えた複合ウェーハの製造方法
WO2017163722A1 (ja) * 2016-03-25 2017-09-28 日本碍子株式会社 接合方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
비특허문헌 1 : ECS Transactions, 3 (6) 91-98 (2006)
비특허문헌 2 : J. Applied Physics 113, 094905 (2013)

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