KR20210084645A - 압전성 재료 기판과 지지 기판의 접합체 - Google Patents
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Abstract
[과제] 접합체의 압전성 재료 기판이나 지지 기판의 접합면의 표면 형상의 제어에서는 억제할 수 없는 스퓨리어스파를 억제하는 구조를 제공한다.
[해결수단] 접합체는, 지지 기판, 니오븀산리튬, 탄탈산리튬 및 니오븀산리튬-탄탈산리튬으로 이루어지는 군에서 선택된 재질을 포함하는 압전성 재료 기판 및 지지 기판과 압전성 재료 기판을 접합하고, 압전성 재료 기판의 주면에 접하고 있는 접합층을 구비한다. 지지 기판의 접합면과 압전성 재료 기판의 접합면 중 적어도 한쪽을 X선 반사율법에 따라 측정하고, 이때 전반사 시의 신호 강도를 1로 하였을 때, 접합면으로부터의 반사광의 상대 강도(I)가 1.0×10-4 이상, 1.0×10-1 이하의 범위 내에서 하기 식 (1)에 따라 근사된다.
[수학식 1]
(θ는 접합면에 대한 입사각이며, a는 1.0×10-5 이상, 2.0×10-3 이하이며, b는 5.0 이상, 9.0 이하이다.)
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[수학식 1]
(θ는 접합면에 대한 입사각이며, a는 1.0×10-5 이상, 2.0×10-3 이하이며, b는 5.0 이상, 9.0 이하이다.)
Description
본 발명은 압전성 재료 기판과 지지 기판의 접합체 및 탄성파 소자에 관한 것이다.
탄탈산리튬과 사파이어를 산화규소층을 통해 접합한 표면 탄성파 필터는, 그 접합 계면에서 벌크파가 발생하여, 통과 영역 및 고주파 영역에 불요 리스폰스가 나타나는 것이 알려져 있다. 이것을 막을 목적으로 접합 계면에 조면을 도입하여, 벌크파를 산란시켜 불요 리스폰스를 억제하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 1, 특허문헌 2).
특허문헌 1에서는, 접합면을 조면화하였을 때, 그 조면의 기하학적 사양에 대해서, 조면을 구성하는 요철 구조의 단면 곡선에 있어서의 요소의 평균 길이(RSm)와 표면 탄성파의 파장(λ)의 비를 0.2 이상, 7.0 이하로 하고, 또한 요철 구조의 단면 곡선에 있어서의 산술 평균 거칠기(Ra)를 100 ㎚ 이상으로 하고 있다. 한편, 특허문헌 2에서는, 조면의 고저차에 대해서 규정하고 있다.
종래는, 지지 기판 또는 압전성 재료 기판의 접합면의 요철 형상(예컨대 RSm이나 Ra)을 측정하고, 이들을 약간 크게 제어함으로써 스퓨리어스파의 억제를 행하고 있었다. 그러나, 접합면의 RSm이 동일하여도, 스퓨리어스파를 억제할 수 없는 경우도 있어, 이러한 접합면 표면의 요철 형상을 제어하는 것만으로는 스퓨리어스파를 억제할 수 없는 것을 알았다.
본 발명의 과제는, 접합체의 압전성 재료 기판이나 지지 기판의 접합면의 표면 형상의 제어로는 억제할 수 없는 스퓨리어스파를 억제하는 새로운 구조를 제공하는 것이다.
본 발명은,
지지 기판,
니오븀산리튬, 탄탈산리튬 및 니오븀산리튬-탄탈산리튬으로 이루어지는 군에서 선택된 재질을 포함하는 압전성 재료 기판, 및
상기 지지 기판과 상기 압전성 재료 기판을 접합하고, 상기 압전성 재료 기판의 주면에 접하고 있는 접합층
을 구비하고 있는 접합체로서,
상기 지지 기판의 접합면과 상기 압전성 재료 기판의 접합면 중 적어도 한쪽을 X선 반사율법에 따라 측정하고, 이때 전반사 시의 신호 강도를 1로 하였을 때, 상기 접합면으로부터의 반사광의 상대 강도(I)가 1.0×10-4 이상, 1.0×10-1 이하의 범위 내에서 하기 식 (1)에 따라 근사되는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
(식 (1)에 있어서,
θ는 상기 접합면에 대한 X선의 입사각이며,
a는 1.0×10-5 이상, 2.0×10-3 이하이며,
b는 5.0 이상, 9.0 이하이다.)
본 발명자는, 지지 기판이나 압전성 재료 기판의 접합면을 경면화한 후, 기계 가공에 의해 조면화하고, 그 미구조를 상세하게 관찰하여, 분석해 보았다. 이 결과, 기계 가공된 후의 접합면에는, 표면 요철 형상으로부터는 추측할 수 없는 것 같은 미세한 결함이나 막 변질이 생기고 있는 것을 알았다. 이러한 측정 결과로부터, 스퓨리어스파의 억제 효과는, 표면 요철 형상이 아니라, 압전성 재료 기판의 표면 영역, 접합층의 표면 영역에 있어서의 실효적인 결정학적 특성 및 기하학적 특성에 따라 제어해야 하는 것이 판명되어 왔다.
본 발명자는, 이러한 지견을 근거로 하여, 여러 가지의 가공 방법이나 접합면의 측정 방법을 검토하였다. 이 과정에서, X선 반사율법(XRR법, X-ray Reflection)에 주목하였다.
X선 반사율법에 있어서는, X선을 시료 표면에 매우 얕은 각도로 입사시키고, 그 입사각 대 경면 방향으로 반사된 반사광의 X선 강도 프로파일을 측정한다. 이 측정에서 얻어진 프로파일을 시뮬레이션 결과와 비교하여, 시뮬레이션 파라미터를 최적화함으로써, 시료의 막 두께 및 밀도를 결정하는 방법이다. 즉, X선 반사율법은, 원래는, 박막으로부터의 X선 반사를 이용하여 박막의 막 두께 및 밀도를 측정하는 방법이다. 이것은, 박막으로부터 반사된 반사광은, 박막 표면의 요철뿐만이 아니라, 박막의 깊이 방향의 정보(막 두께 및 밀도)의 정보를 담지하고 있는 것을 의미하고 있다.
본 발명자는, X선 반사율법을 압전성 재료 기판이나 지지 기판의 조면화 가공한 후의 접합면에 대하여 적용함으로써, 이들 접합면의 표면에 가까운 영역의 변질이나 밀도 변화의 정보를 취득하고, 이것과 스퓨리어스파의 억제 효과의 관계를 검토하였다.
즉, 압전성 재료 기판이나 지지 기판의 접합면을 조면화 가공한다. 이후, 접합면의 표면 영역에 있어서의 결정 상태의 정보를 X선 반사율법에 따라 취득한다. 구체적으로는, 매우 저각으로 X선을 접합면에 입사시키고, 그 반사광을 측정한다. 여기서, X선의 입사각을 θ로 하고, θ를 0°부터 서서히 변화시켰을 때의 반사광의 상대 강도(I)를 기록한다. 이때, 상대 강도(I)는, 전반사 시의 신호 강도를 1로 하였을 때의 상대 강도로 한다. 이 상대 강도(I)는, 반사면이 이상적으로 평탄한 경우인 경우에는 1×10-4에 비례하여 감쇠하는 것이 알려져 있다. 그러나, 접합면이 평탄한 경면인 경우에는 스퓨리어스파가 발생하고, 조면화한 경우에도 상대 강도가 1×10-4에 가까운 비례 계수를 갖는 경우에는, 역시 스퓨리어스파를 억제할 수 없는 것이 판명되었다.
이 때문에, 본 발명자는, 여러 가지의 조면화 처리를 행한 접합면에 대해서 각각 X선 반사율법에 따른 측정을 행하고, 스퓨리어스파의 억제 정도를 측정하였다. 이 결과로서, 접합면으로부터의 반사광의 상대 강도(I)가 1.0×10-4 이상, 1.0×10-1 이하의 범위 내에서는, 식 (1)에 따라 근사 가능한 것을 발견하였다.
즉, 예컨대 도 1에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 입사각(θ)이 0.0부터 예컨대 0.5°정도까지는 상대 강도(I)가 약 1에 머물고, 그 후에 급격히 저하한 후, 사각형으로 둘러싼 영역(상대 강도(I)가 1.0×10-4 이상, 1.0×10-1 이하의 범위)에서는, 이하의 근사식이 성립하는 것을 알았다. 상대 강도가 이것보다 낮아지면, 대수 눈금으로 보아 거의 직선적이 된다.
[수학식 1]
여기서, 지수(b)는, 5.0 이상이며, 계수(a)=1.0×10-5∼2.0×10-3으로 근사할 수 있다. 이것은, 접합면이 경면인 경우에 비해서, 입사각(θ)의 증가에 따라 상대 강도(I)가 보다 급격하게 감소하는 것을 의미하고 있다. 또한, 이것은, 접합면의 표면 영역에 있어서 결정이 변질되거나, 또는 표면의 미세 요철 이외의 결함이 생기고 있는 것을 의미하고 있다. 이러한 경우에, 스퓨리어스파가 억제되는 것을 발견하였다.
또한, 지수(b)가 9.0을 넘으면, 스퓨리어스파가 오히려 증가하기 때문에, b를 9.0 이하로 할 필요가 있다.
도 1은 입사각(θ)과 반사광의 상대 밀도(I)의 관계를 나타내는 모델 차트이다.
도 2의 (a)는 지지 기판(1)의 접합면(1a)을 가공하는 상태를 나타내고, (b)는 지지 기판(1)의 접합면(1a)에 접합층(2)을 마련한 상태를 나타내고, (c)는 접합층(2)의 접합면에 대하여 플라즈마(B)를 조사하여 활성화한 상태를 나타낸다.
도 3의 (a)는 압전성 재료 기판(3)을 나타내고, (b)는 압전성 재료 기판(3)의 접합면(3b)을 활성화한 상태를 나타낸다.
도 4의 (a)는 지지 기판(1)과 압전성 재료 기판(3)의 접합체(5)를 나타내고, (b)는 접합체(5A)의 압전성 재료 기판(3A)을 가공에 의해 얇게 한 상태를 나타내고, (c)는 탄성파 소자(6)를 나타낸다.
도 5의 (a)는 압전성 재료 기판(3)을 나타내고, (b)는 압전성 재료 기판(3) 상의 중간층(12)의 접합면(12a)을 활성화한 상태를 나타낸다.
도 6의 (a)는 지지 기판(1)과 압전성 재료 기판(3)의 접합체(15)를 나타내고, (b)는 접합체(15A)의 압전성 재료 기판(3A)을 가공에 의해 얇게 한 상태를 나타내고, (c)는 탄성파 소자(16)를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예의 표면 탄성파 소자에 의한 반사 특성을 나타내는 차트이다.
도 8은 비교예의 표면 탄성파 소자에 의한 반사 특성을 나타내는 차트이다.
도 2의 (a)는 지지 기판(1)의 접합면(1a)을 가공하는 상태를 나타내고, (b)는 지지 기판(1)의 접합면(1a)에 접합층(2)을 마련한 상태를 나타내고, (c)는 접합층(2)의 접합면에 대하여 플라즈마(B)를 조사하여 활성화한 상태를 나타낸다.
도 3의 (a)는 압전성 재료 기판(3)을 나타내고, (b)는 압전성 재료 기판(3)의 접합면(3b)을 활성화한 상태를 나타낸다.
도 4의 (a)는 지지 기판(1)과 압전성 재료 기판(3)의 접합체(5)를 나타내고, (b)는 접합체(5A)의 압전성 재료 기판(3A)을 가공에 의해 얇게 한 상태를 나타내고, (c)는 탄성파 소자(6)를 나타낸다.
도 5의 (a)는 압전성 재료 기판(3)을 나타내고, (b)는 압전성 재료 기판(3) 상의 중간층(12)의 접합면(12a)을 활성화한 상태를 나타낸다.
도 6의 (a)는 지지 기판(1)과 압전성 재료 기판(3)의 접합체(15)를 나타내고, (b)는 접합체(15A)의 압전성 재료 기판(3A)을 가공에 의해 얇게 한 상태를 나타내고, (c)는 탄성파 소자(16)를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예의 표면 탄성파 소자에 의한 반사 특성을 나타내는 차트이다.
도 8은 비교예의 표면 탄성파 소자에 의한 반사 특성을 나타내는 차트이다.
이하, 적절하게 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명한다.
먼저, 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 한쌍의 주면(1a, 1b)을 갖는 지지 기판(1)을 준비한다. 계속해서, 주면(접합면)(1a)에 가공(A)을 실시함으로써, 조면화한다. 계속해서, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 지지 기판(1)의 주면(1a) 상에 접합층(2)을 성막한다. 이 접합층(2)의 표면(2a)을, 경면을 얻을 목적으로 CMP 연마한다. 계속해서, 도 2의 (c)에 나타내는 바와 같이, 접합층(2)의 표면(2a)에 대하여 화살표(B)와 같이 플라즈마를 조사하여, 표면 활성화된 접합면(2b)을 얻는다.
한편, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 주면(3a)을 갖는 압전성 재료 기판(3)을 준비한다. 계속해서, 압전성 재료 기판(3)의 주면에 대하여 화살표(C)와 같이 플라즈마를 조사함으로써 표면 활성화하여, 활성화된 접합면(3b)을 형성한다.
계속해서, 지지 기판 상의 접합층(2)의 활성화된 접합면(2b)과, 압전성 재료 기판(3)의 활성화된 접합면(3b)을 접촉시켜, 직접 접합함으로써, 도 4의 (a)에 나타내는 접합체(5)를 얻는다.
이 상태에서, 압전성 재료 기판(3) 상에 전극을 마련하여도 좋다. 그러나, 바람직하게는, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 압전성 재료 기판(3)의 주면(3c)을 가공하여 기판(3)을 얇게 하여, 박판화된 압전성 재료 기판(3A)을 형성하여, 접합체(5A)로 한다. 도면 부호 9는 가공면이다. 계속해서, 도 4의 (c)에 나타내는 바와 같이, 접합체(5A)의 압전성 재료 기판(3A)의 가공면(9) 상에 소정의 전극(10)을 형성하여, 탄성파 소자(6)를 얻을 수 있다.
또한, 접합층(2)과 압전성 재료 기판(3) 사이에 중간층을 마련할 수 있다. 도 5, 도 6은 이 실시형태에 따른 것이다.
본 예에서는, 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 한쌍의 주면(1a, 1b)을 갖는 지지 기판(1)을 준비한다. 계속해서, 주면(접합면)(1a)에 가공(A)을 실시함으로써, 조면화한다. 계속해서, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 지지 기판(1)의 주면(1a) 상에 접합층(2)을 성막한다. 이 접합층(2)의 표면을, 경면을 얻을 목적으로 CMP 연마한다. 계속해서, 도 2의 (c)에 나타내는 바와 같이, 접합층(2)의 접합면에 대하여 화살표(B)와 같이 플라즈마를 조사하여, 표면 활성화된 접합면(2b)을 얻는다.
한편, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 주면(3a)을 갖는 압전성 재료 기판(3)을 준비한다. 계속해서, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 압전성 재료 기판(3)의 주면(접합면)(3a) 상에 중간층(12)을 형성하고, 중간층(12)의 표면에 대하여 화살표(C)와 같이 플라즈마를 조사함으로써 표면 활성화하여, 활성화된 접합면(12a)을 형성한다.
계속해서, 지지 기판 상의 접합층(2)의 활성화된 접합면(2b)과, 압전성 재료 기판(3) 상의 중간층(12)의 활성화된 접합면(12a)을 접촉시켜, 직접 접합함으로써, 도 6의 (a)에 나타내는 접합체(15)를 얻는다.
이 상태에서, 압전성 재료 기판(3) 상에 전극을 마련하여도 좋다. 그러나, 바람직하게는, 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 압전성 재료 기판(3)의 주면(3c)을 가공하여 기판(3)을 얇게 하여, 박판화된 압전성 재료 기판(3A)을 형성하여, 접합체(15A)로 한다. 도면 부호 9는 가공면이다. 계속해서, 도 6의 (c)에 나타내는 바와 같이, 접합체(15A)의 압전성 재료 기판(3A)의 가공면(9) 상에 소정의 전극(10)을 형성하여, 탄성파 소자(16)를 얻을 수 있다.
또는, 접합층(2)을 성막한 후, 계속해서 접합층(2) 상에 중간층(12)을 성막하여도 좋다. 이 경우는, 중간층(12)의 표면에 대하여 CMP 가공을 실시하여, 접합면(경면)을 얻는다. 얻어진 접합면에 대하여 플라즈마를 조사하여, 활성화한다. 계속해서 지지 기판의 표면을 플라즈마 활성화한 후, 중간층의 접합면과 직접 접합한다.
본 발명에 있어서는, b를 5.0 이상으로 한다. 또한, b는 9.0 이하지만, 7.0 이하가 더욱 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서는, a는 1.0×10-5 이상으로 하지만, 1.0×10-4 이상인 것이 바람직하다. 또한, a는 2.0×10-3 이하지만, 1.0×10-3 이하가 더욱 바람직하다.
적합한 실시형태에 있어서는, a와 b가 이하의 관계식 (2)를 만족한다.
-0.713 ln(a)+0.5≤b≤-0.713 ln(a)+0.7···(2)
더욱 적합한 실시형태에 있어서는, a와 b가 이하의 관계식 (3)을 만족한다.
b=-0.713 ln(a)+0.6···(3)
X선 반사율법에 따른 측정 조건은 이하와 같이 한다.
측정 장치: 리가쿠 제조 SmartLab
측정 조건
X선 발생부: 대음극 Cu
: 출력 45 ㎸ 200 ㎃
검출부: 반도체 검출기
입사 광학계: Ge(111) 비대칭 빔 압축 결정
솔라 슬릿: 입사측 -
: 수광측 5.0°
슬릿: 입사측 IS=0.05 (㎜)
: 길이 제한 5 (㎜)
: 수광측 RS1=0.1 RS2=0.1 (㎜)
주사 조건: 주사축 2θ/ω
주사 모드: 연속 주사
주사 속도: 0.2°/min
스텝 폭: 0.002°
해석 범위: 0.3∼3.0°
압전성 재료 기판의 접합면, 지지 기판의 접합면의 X선 반사율법에 따른 측정 결과를 상기와 같이 제어하기 위해서는 이하의 가공 방법을 채용하는 것이 바람직하다.
표면의 조화 방법으로서는 연삭 지석을 이용한 연삭 가공, 알루미나, 질화규소 등의 미소 미디어를 이용하는 블라스트 가공이라고 하는 기계 가공법이나, 고속으로 이온을 충돌시키는 이온빔 가공 등을 들 수 있다.
이하, 본 발명의 각 구성 요소에 대해서 순차 서술한다.
지지 기판(1)의 재질은 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는, 실리콘, 수정, 사이알론, 멀라이트, 사파이어 및 투광성 알루미나로 이루어지는 군에서 선택된 재질을 포함한다. 이에 의해, 탄성파 소자(6, 16)의 주파수의 온도 특성을 한층 더 개선할 수 있다.
접합층, 중간층의 성막 방법은 한정되지 않지만, 스퍼터링, 화학적 기상 성장법(CVD), 증착을 예시할 수 있다.
접합층(2)의 재질은, 표면 활성화 처리가 가능하면 특별히 한정되지 않지만, 금속 산화막이 바람직하고, 산화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 알루미나, 오산화탄탈, 멀라이트, 오산화니오븀 및 산화티탄으로 이루어지는 군에서 선택된 재질이 특히 바람직하다. 또한, 표면 활성화 처리 방법은, 이용하는 접합층의 재질에 따라 적절한 것을 선택할 수 있다. 이러한 표면 활성화 방법으로서는, 플라즈마 활성화와 FAB(Ar 원자빔)를 예시할 수 있다.
중간층(12)의 재질은, 표면 활성화 처리가 가능하면 특별히 한정되지 않지만, 금속 산화막이 바람직하고, 산화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 알루미나, 오산화탄탈, 멀라이트, 오산화니오븀 및 산화티탄으로 이루어지는 군에서 선택된 재질이 특히 바람직하다. 단 중간층의 재질에는 접합층과는 다른 것을 선택하는 것이 바람직하다.
접합층(2)의 두께는, 본 발명의 관점에서는, 0.05 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 0.1 ㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 0.2 ㎛ 이상인 것이 특히 바람직하다. 또한, 접합층(2)의 두께는, 3 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 2 ㎛ 이하가 바람직하고, 1 ㎛ 이하가 더욱 바람직하다.
본 발명에서 이용하는 압전성 재료 기판(3)은, 탄탈산리튬(LT) 단결정, 니오븀산리튬(LN) 단결정, 니오븀산리튬-탄탈산리튬 고용체로 한다. 이들은 탄성파의 전파 속도가 빠르고, 전기 기계 결합 계수가 크기 때문에, 고주파수 또한 광대역 주파수용의 탄성 표면파 디바이스로서 적합하다.
또한, 압전성 재료 기판(3)의 주면(3a)의 법선 방향은, 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 압전성 재료 기판(3)이 LT를 포함할 때에는, 탄성 표면파의 전파 방향인 X축을 중심으로, Y축에서 Z축으로 32∼55°회전한 방향의 것, 오일러각 표시로 (180°, 58∼35°, 180°)를 이용하는 것이 전파 손실이 작기 때문에 바람직하다. 압전성 재료 기판(3)이 LN을 포함할 때에는, (가) 탄성 표면파의 전파 방향인 X축을 중심으로, Z축에서 -Y축으로 37.8°회전한 방향의 것, 오일러각 표시로 (0°, 37.8°, 0°)를 이용하는 것이 전기 기계 결합 계수가 크기 때문에 바람직하고, 또는, (나) 탄성 표면파의 전파 방향인 X축을 중심으로, Y축에서 Z축으로 40∼65°회전한 방향의 것, 오일러각 표시로 (180°, 50∼25°, 180°)를 이용하는 것이 고음속이 얻어지기 때문에 바람직하다. 또한, 압전성 재료 기판(3)의 크기는, 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 직경 100∼200 ㎜, 두께가 0.15∼1 ㎛이다.
계속해서, 지지 기판(1) 상의 접합층(2)의 접합면, 압전성 재료 기판(3)의 접합면, 압전성 재료 기판(3) 상의 중간층(12)의 접합면에 150℃ 이하에서 플라즈마를 조사하여, 접합면을 활성화시킨다. 본 발명의 관점에서는, 질소 플라즈마를 조사하는 것이 바람직하지만, 산소 플라즈마를 조사한 경우에도, 본 발명의 접합체를 얻는 것이 가능하다.
표면 활성화 시의 압력은, 100 ㎩ 이하가 바람직하고, 80 ㎩ 이하가 더욱 바람직하다. 또한, 분위기는 질소만이어도 좋고, 산소만이어도 좋지만, 질소, 산소의 혼합물이어도 좋다.
플라즈마 조사 시의 온도는 150℃ 이하로 한다. 이에 의해, 접합 강도가 높고, 또한 결정성의 열화가 없는 접합체가 얻어진다. 이 관점에서, 플라즈마 조사 시의 온도를 150℃ 이하로 하는데, 100℃ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 플라즈마 조사 시의 에너지는, 30∼150 W가 바람직하다. 또한, 플라즈마 조사 시의 에너지와 조사 시간의 곱은, 0.12∼1.0 Wh가 바람직하다.
플라즈마 처리한 압전성 재료 기판의 접합면과 접합층의 접합면을 실온에서 서로 접촉시킨다. 이때 진공 중에서 처리하여도 좋지만, 보다 바람직하게는 대기 중에서 접촉시킨다.
아르곤 원자빔에 의한 표면 활성화를 행할 때에는, 일본 공개 특허 2014-086400에 기재된 것과 같은 장치를 사용하여 아르곤 원자빔을 발생시켜, 조사하는 것이 바람직하다. 즉, 빔원으로서, 새들 필드형의 고속 원자빔원을 사용한다. 그리고, 챔버에 불활성 가스를 도입하여, 전극에 직류 전원으로부터 고전압을 인가한다. 이에 의해, 전극(정극)과 케이스(부극) 사이에 생기는 새들 필드형의 전계에 의해, 전자(e)가 운동하여, 아르곤 원자와 이온의 빔이 생성된다. 그리드에 달한 빔 중, 이온빔은 그리드로 중화되기 때문에, 아르곤 원자의 빔이 고속 원자빔원으로부터 출사된다. 빔 조사에 의한 활성화 시의 전압은 0.5∼2.0 ㎸로 하는 것이 바람직하고, 전류는 50∼200 ㎃로 하는 것이 바람직하다.
적합한 실시형태에 있어서는, 표면 활성화 처리 전에, 지지 기판 상의 접합층의 접합면, 압전성 재료 기판의 접합면, 압전성 재료 기판 상의 중간층의 접합면을 평탄화 가공한다. 각 접합면을 평탄화하는 방법은, 랩(lap) 연마, 화학 기계 연마 가공(CMP) 등이 있다. 또한, 평탄면은, Ra≤1 ㎚가 바람직하고, 0.3 ㎚ 이하로 하면 더욱 바람직하다.
계속해서, 지지 기판 상의 접합층의 접합면과 압전성 재료 기판(3)의 접합면 또는 중간층의 접합면을 접촉시켜, 접합한다. 이후, 어닐 처리를 행함으로써, 접합 강도를 향상시키는 것이 바람직하다. 어닐 처리 시의 온도는, 100℃ 이상, 300℃ 이하가 바람직하다.
본 발명의 접합체(5, 5A, 15, 15A)는, 탄성파 소자(6, 16)에 대하여 적합하게 이용할 수 있다. 즉, 본 발명의 접합체 및 압전성 재료 기판 상에 마련된 전극을 구비하고 있는, 탄성파 소자이다.
구체적으로는, 탄성파 소자(6, 16)로서는, 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 한다)과 탄성 표면파를 수신하는 출력측의 IDT 전극을 마련한 것이다. 입력측의 IDT 전극에 고주파 신호를 인가하면, 전극간에 전계가 발생하여, 탄성 표면파가 여진되어 압전성 재료 기판 상을 전파되어 간다. 그리고, 전파 방향에 마련된 출력측의 IDT 전극으로부터, 전파된 탄성 표면파를 전기 신호로서 추출할 수 있다.
압전성 재료 기판(3A) 상의 전극(10)을 구성하는 재질은, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 금이 바람직하고, 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 더욱 바람직하다. 알루미늄 합금은, Al에 0.3 내지 5 중량％의 Cu를 섞은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, Cu 대신에 Ti, Mg, Ni, Mo, Ta를 사용하여도 좋다.
실시예
(실시예 1)
도 2∼도 4를 참조하면서 설명한 방법에 따라, 도 4의 (c)에 나타내는 탄성파 소자(6)를 제작하였다.
구체적으로는, 두께 250 ㎛의 42 Y 컷트 X 전파 LiTaO3 기판(압전성 재료 기판)(3)의 한쪽의 주면(3c)을 경면으로 연마하고, 다른쪽의 주면(3a)을, GC#1000으로 랩 가공하였다. 또한, 두께가 0.23 ㎜인 고저항(＞2 kΩ·㎝) Si(100)기판(지지 기판)(1)을 준비하였다. 기판 사이즈는 모두 150 ㎜이다.
계속해서, 지지 기판의 접합면을 조면으로 가공하였다. 본 실시예에서는 번수가 #6000인 연삭 지석을 이용하여 연삭 가공하였다. 가공량은 대략 3 ㎛로 하였다.
이 지지 기판의 접합면의 X선 반사율법에 따른 스펙트럼을 취득하고, 상대 신호 강도를 (1) 식으로 근사한 바, a=9.2×10-4, b=5.55가 얻어졌다.
다음에, 이 지지 기판(1)의 접합면(1a) 상에, 산화규소막(2)을 0.7 ㎛ 성막하고, 그 표면을 CMP(화학 기계적 연마 가공)로 약 0.2 um 연마하여, 평탄화하였다. 계속해서, 압전성 재료 기판(3)의 접합면(3b)과 산화규소막(2)의 접합면을 각각 N2 플라즈마로 활성화한 후에, 대기 중에서 접합하였다. 구체적으로는, 연마 후의 접합층의 표면 거칠기를 AFM(원자간력 현미경)으로 측정한 바, Ra가 0.4 ㎚로 접합에 충분한 경면이 얻어져 있는 것을 확인하였다.
계속해서, 압전성 재료 기판(3)의 접합면(3b) 및 접합층(2)의 접합면(2b)을 각각 세정 및 표면 활성화하였다. 구체적으로는, 순수를 이용한 초음파 세정을 실시하고, 스핀 드라이에 의해 기판 표면을 건조시켰다. 계속해서, 세정 후의 지지 기판을 플라즈마 활성화 챔버에 도입하고, 질소 가스 플라즈마로 30℃에서 접합층의 접합면을 활성화하였다. 또한, 압전성 재료 기판(3)을 마찬가지로 플라즈마 활성화 챔버에 도입하고, 질소 가스 플라즈마로 30℃에서 표면 활성화하였다. 표면 활성화 시간은 40초로 하고, 에너지는 100 W로 하였다. 표면 활성화 중에 부착된 파티클을 제거할 목적으로, 전술과 동일한 초음파 세정, 스핀 드라이를 재차 실시하였다.
계속해서, 각 기판의 위치 맞춤을 행하고, 실온에서 양 기판의 활성화한 접합면끼리를 접촉시켰다. 압전성 재료 기판(3)측을 위로 하여 접촉시켰다. 이 결과, 기판끼리의 밀착이 퍼지는 모습(소위 본딩 웨이브)이 관측되어, 양호하게 예비 접합이 행해진 것을 확인할 수 있었다. 계속해서, 접합 강도를 증가시키는 것을 목적으로, 접합체를 질소 분위기의 오븐에 투입하여, 130℃에서 40시간 유지하였다.
가열 후의 접합체의 압전성 재료 기판(3)의 표면(3c)을 연삭 가공, 랩 가공 및 CMP 가공에 제공하여, 압전성 재료 기판(3A)의 두께가 7 ㎛가 되도록 하였다.
계속해서, 본 발명의 효과를 확인하기 위해, 접합체의 압전성 재료 기판 상에, 금속 알루미늄을 포함하는 빗살 전극을 형성하고, 표면 탄성파 소자의 공진자를 제작하였다. 그 제원을 이하에 나타낸다.
IDT 주기 6 ㎛
IDT 개구 길이 300 um
IDT 개수 80개
반사기 개수 40개
네트워크 애널라이저로 공진기의 반사 특성을 측정한 바, 도 7에 나타내는 바와 같이, 반공진 주파수보다 높은 영역에서 거의 스퓨리어스를 볼 수 없었다. 스퓨리어스파의 값은 2.7 ㏈이었다.
이들 결과를 표 1에 나타낸다.
(실시예 2)
실시예 1과 동일하게 하여 표면 탄성파 소자의 공진기를 제작하고, 네트워크 애널라이저로 공진기의 반사 특성을 측정하였다. 단, 지지 기판의 접합면의 가공은, #8000의 연삭 지석을 이용하여 연삭 가공을 실시하였다.
이 결과, 지지 기판의 접합면의 X선 반사율법에 따른 스펙트럼을 취득하고, 상대 신호 강도를 (1) 식으로 근사한 바, a=7.1×10-4, b=5.80이 얻어졌다. 스퓨리어스파의 크기는 3.2 ㏈이었다.
(실시예 3)
실시예 1과 동일하게 하여 표면 탄성파 소자의 공진기를 제작하고, 네트워크 애널라이저로 공진기의 반사 특성을 측정하였다. 단, 지지 기판의 접합면의 가공은, 질화규소립을 이용하여 기판 전체면을 블라스트 가공하였다. 이때의 가공량을 어림한 바, 불과 10 ㎚였다.
이 결과, 지지 기판의 접합면의 X선 반사율법에 따른 스펙트럼을 취득하고, 상대 신호 강도를 (1) 식으로 근사한 바, a=2.2×10-5, b=8.84가 얻어졌다. 스퓨리어스파의 크기는 4.8 ㏈이었다.
(실시예 4)
실시예 1과 동일하게 하여 표면 탄성파 소자의 공진기를 제작하고, 네트워크 애널라이저로 공진기의 반사 특성을 측정하였다. 단, 지지 기판의 접합면의 가공은, 지지 기판을 이온 가공기에 투입하고, 0.5 keV로 가속한 Ar 이온을 충돌시켜 그 접합면을 가공하였다.
이 결과, 지지 기판의 접합면의 X선 반사율법에 따른 스펙트럼을 취득하고, 상대 신호 강도를 (1) 식으로 근사한 바, a=5.6×10-5, b=7.63이 얻어졌다. 스퓨리어스파의 크기는 3.3 ㏈이었다.
(실시예 5)
실시예 1과 동일하게 하여 표면 탄성파 소자의 공진기를 제작하고, 네트워크 애널라이저로 공진기의 반사 특성을 측정하였다. 지지 기판을 이온 가공기에 투입하고, 1.0 keV로 가속한 Ar 이온을 충돌시켜 그 접합면을 가공하였다.
이 결과, 지지 기판의 접합면의 X선 반사율법에 따른 스펙트럼을 취득하고, 상대 신호 강도를 (1) 식으로 근사한 바, a=1.8×10-3, b=5.12가 얻어졌다. 스퓨리어스파의 크기는 3.5 ㏈이었다.
(비교예 1)
실시예 1과 동일하게 하여 표면 탄성파 소자의 공진기를 제작하고, 네트워크 애널라이저로 공진기의 반사 특성을 측정하였다. 단, 지지 기판의 접합면은 경면으로 하였기 때문에, Ra는 0.02 ㎚이며, 상기 식 (1)에 따른 근사를 할 수 없었다. 반사 특성은, 도 8에 나타내는 바와 같이, 스퓨리어스를 볼 수 있었다. 스퓨리어스파의 크기는 12 ㏈이었다.
Claims (2)
- 지지 기판,
니오븀산리튬, 탄탈산리튬 및 니오븀산리튬-탄탈산리튬으로 이루어지는 군에서 선택된 재질을 포함하는 압전성 재료 기판, 및
상기 지지 기판과 상기 압전성 재료 기판을 접합하는 접합층
을 구비하고 있는 접합체로서,
상기 지지 기판의 접합면과 상기 압전성 재료 기판의 접합면 중 적어도 한쪽을 X선 반사율법에 따라 측정하고, 이때 전반사 시의 신호 강도를 1로 하였을 때, 상기 접합면으로부터의 반사광의 상대 강도(I)가 1.0×10-4 이상, 1.0×10-1 이하의 범위 내에서 하기 식 (1)
[수학식 1]
(식 (1)에 있어서,
θ는 상기 접합면에 대한 X선의 입사각이며,
a는 1.0×10-5 이상, 2.0×10-3 이하이며,
b는 5.0 이상, 9.0 이하임)
에 따라 근사되는 것을 특징으로 하는, 접합체. - 제1항에 있어서, 상기 접합층은, 산화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 알루미나, 오산화탄탈, 멀라이트, 오산화니오븀 및 산화티탄으로 이루어지는 군에서 선택된 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 접합체.
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