TW202211619A - 彈性波裝置用複合基板 - Google Patents
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Abstract
本發明欲解決之課題，係於提升壓電性材料基板與支撐基板之接合強度之同時，有效率地減少塊體波之反射並抑制混附發射。
本發明之彈性波裝置用複合基板7A係具備壓電性材料層PZ、支撐基板S，以及位於壓電性材料層與支撐基板之間之x層(x係3以上之整數)之中間層1、2、X。壓電性材料層、支撐基板以及中間層滿足式(1)，x為偶數之情況滿足式(2)，x為奇數之情況滿足式(3)。
Rn
＜Rn ＋ 1
･･･(1)
(n係表示1至x之所有整數，Rn
係從壓電性材料層來看第n層之中間層之壓電性材料層側之表面之算術平均粗糙度，Rx ＋ 1
係支撐基板之壓電性材料層側之表面之算術平均粗糙度。)
Vn-1
＜Vn
･･･(2)
(n係表示2以上、x以下之所有偶數，Vn
係從壓電性材料層來看第n層之中間層之音速。)
Vn-1
＞Vn
･･･(3)
(n係表示1以上、x以下之所有奇數，Vn
係從壓電性材料層來看第n層之中間層之音速，V0
係表示壓電性材料層之音速。)
Description
本發明係關於一種彈性波裝置用複合基板。
將鉭酸鋰與藍寶石經由氧化矽層貼合之表面彈性波過濾器，已知於其接合界面會產生塊體波，並於通帶以及高頻帶出現不必要之響應。為防止該情況，已有人提出如下手法：將粗糙面導入至接合界面，使塊體波散射以抑制不必要之響應(專利文獻1、專利文獻2)。
專利文獻1中，將接合界面粗糙面化時，關於該粗糙面之幾何規格，將構成粗糙面之凹凸構造之剖面曲線中的要素之平均長度RSm與表面彈性波之波長λ之比設為0.2以上、7.0以下，又，將凹凸構造之剖面曲線中之算術平均粗糙度Ra設為100nm以上。另一方面，專利文獻2中，係對於粗糙面之高低差進行規定。
〔先前技術文獻〕
〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本專利公報第6250856號
〔專利文獻2〕美國公開公報第2017-063333號
〔發明所欲解決之課題〕
但於此同時，為得到足夠高之混附發射抑制效果，便須要將壓電性材料基板之背面大幅度地進行粗糙化加工。但，若利用背面進行過如此加工之壓電性材料基板製成接合體，於薄化壓電性材料時，於其表面會出現加工變質層，容易發生特性之劣化。又，將壓電性材料基板對支撐基板上之中間層進行接合時，若壓電性材料基板背面之粗糙度大，將難以提高接合強度。
本發明之課題，係於由壓電性材料基板與支撐基板之接合體所構成之彈性波裝置用複合基板中，在提升壓電性材料基板與支撐基板之接合強度之同時，有效率地減少塊體波之反射並抑制混附發射。
〔解決課題之手段〕
本發明係關於一種彈性波裝置用複合基板，具備壓電性材料層、支撐基板、以及位於該壓電性材料層與該支撐基板之間之x層(x係3以上之整數)之中間層；其特徵在於：在該壓電性材料層、該支撐基板以及該中間層滿足如下之式(1)之同時，於x為偶數之情況滿足如下之式(2)，於x為奇數之情況滿足如下之式(3)。
Rn
＜Rn ＋ 1
･･･(1)
(式(1)中，
n係表示從1至x之所有整數，
Rn
係從該壓電性材料層來看第n層之該中間層之該壓電性材料層側之表面之算術平均粗糙度，
Rx ＋ 1
係該支撐基板之該壓電性材料層側之表面之算術平均粗糙度。)
Vn-1
＜Vn
･･･(2)
(式(2)中，
n係表示2以上、x以下之所有偶數，
Vn
係從該壓電性材料層來看第n層之該中間層之音速。)
Vn-1
＞Vn
･･･(3)
(式(3)中，
n係表示1以上、x以下之所有奇數，
Vn
係從該壓電性材料層來看第n層之該中間層之音速，
V0
係該壓電性材料層之音速。)
透過本發明，於由壓電性材料基板與支撐基板之接合體構成之彈性波裝置用複合基板中，可藉由從支撐基板朝向壓電性材料層，階段性降低中間層之算術平均粗糙度，提升對壓電性材料基板之接合強度。於此同時，發現藉由從壓電性材料層朝向支撐基板，依序鄰接設置音速快之中間層與音速慢之中間層，可有效率地減少塊體波之反射，並顯著地抑制混附波，因而完成本發明。
以下，一面參照適當之圖式，更詳細地對本發明進行說明。
首先、如圖1(a)所示，於支撐基板S之表面Sa上，依序形成中間層X、2以及接合層M。接著，對接合層M之表面Ma進行精密拋光加工，例如化學機械拋光加工。接著，對接合層M之表面Ma進行表面活性化。
另一方面，如圖1(b)所示，於壓電性材料層PZ之主要表面PZa上設置接合層Y。對接合層Y之表面Ya進行表面活性化。接著，透過使接合層M之表面Ma與接合層Y之表面Ya接觸並直接接合，可得到圖1(c)所示之接合體7A。接合層Y與接合層M係相同材質之情況時，兩者實質上一體化，成為中間層1。
又，圖2係在壓電性材料層與支撐基板之間設有四層中間層之實施例。
首先、如圖2(a)所示，支撐基板S之表面Sa上，依序形成中間層X、3、2以及接合層M。接著，對最上層之接合層M之表面Ma進行精密拋光加工，例如化學機械拋光加工。接著，對接合層M之表面Ma進行表面活性化。
另一方面，如圖2(b)所示，對壓電性材料基板PZ之表面PZa進行粗糙化加工。於壓電性材料基板PZ之主要表面PZa上設置接合層Y。對接合層Y之表面Ya進行表面活性化。接著，透過使接合層M之表面Ma與接合層Y之表面Ya接觸並直接接合，可得到圖2(c)所示之接合體7B。
接著，如圖3(a)所示，藉由將壓電性材料基板PZ透過加工薄化，並形成壓電性材料基板PZC，而得到接合體7C。此狀態下，亦可於壓電性材料基板PZC上設置電極。但，較佳係如圖3(b)所示，於壓電性材料基板PZC之加工面上形成既定之電極9，可得到彈性波元件8。
此時，透過調節壓電性材料層與支撐基板之間複數層之中間層之各算術平均粗糙度Ra以及各音速，可於提高支撐基板與壓電性材料基板之接合強度的同時，抑制混附波。關於如此之構成將再進一步說明。
首先、於壓電性材料層PZ(PZC)與支撐基板S之表面Sa之間設置x層(x係3以上)之中間層。之所以需要3層以上之中間層，係為於將中間層之算術平均粗糙度階段性降低之同時，使塊體波之反射有效率地減少並抑制混附發射。從此觀點來看，中間層之層數更佳係4層以上。又，中間層之層數上限並無特別限制，但增加中間層之層數將使製造成本增加，故從此觀點來看，中間層之層數，較佳係10層以下。
接合體係滿足式(1)之同時，於x為偶數之情況滿足後述之式(2)，於x為奇數之情況滿足後述之式(3)。
首先、式(1)係用以對支撐基板以及各中間層之各表面之算術平均粗糙度進行規定。
Rn
＜Rn ＋ 1
･･･(1)
(式(1)中，
n係表示從1至x之所有整數，
Rn
係從該壓電性材料層來看第n層之該中間層之該壓電性材料層側之表面之算術平均粗糙度，
Rx ＋ 1
係該支撐基板之該壓電性材料層側之表面之算術平均粗糙度。)
亦即，從壓電性材料層PZ來看第一層之中間層1之壓電性材料層側表面1a之算術平均粗糙度R1
，係低於第二層之中間層2之壓電性材料層側表面2a之算術平均粗糙度R2
，從壓電性材料層PZ來看第二層之中間層2之壓電性材料層側表面2a之算術平均粗糙度R2
，係低於第三層之中間層3之壓電性材料層側表面3a之算術平均粗糙度R3
，之後，中間層之壓電性材料層側表面之算術平均粗糙度，亦朝向支撐基板依序變高。然後，相較於最靠近支撐基板S之中間層X之壓電性材料層側表面Xa之算術平均粗糙度Rx，支撐基板S之壓電性材料層側表面Sa之算術平均粗糙度Rx ＋ 1
更高。
亦即，從支撐基板朝向壓電性材料層，各中間層之壓電性材料層側之各表面之算術平均粗糙度依序降低。
例如，圖1(c)之例中，壓電性材料層PZ與支撐基板S之間存在3層中間層1、2、X(x＝3)。此情況下，從壓電性材料層PZ來看第一層之中間層1之壓電性材料層側表面1a之算術平均粗糙度R1
，低於第二層之中間層2之壓電性材料層側表面2a之算術平均粗糙度R2
，第二層之中間層2之表面2a之算術平均粗糙度R2
，低於第三層(第x層)之中間層X之表面Xa之算術平均粗糙度Rx
，第三層之中間層X之表面Xa之算術平均粗糙度Rx
，低於支撐基板S之表面Sa之算術平均粗糙度Rx ＋ 1
。亦即，隨著遠離壓電性材料層，中間層之表面之算術平均粗糙度階段性提高。
又，圖2(c)之例中，壓電性材料層PZ與支撐基板S之間存在4層之中間層1、2、3、X(x＝4)。此情況下，從壓電性材料層PZ來看第一層之中間層1之壓電性材料層側表面1a之算術平均粗糙度R1
，低於第二層之中間層2之壓電性材料層側表面2a之算術平均粗糙度R2
，第二層之中間層2之表面2a之算術平均粗糙度R2
，低於第三層之中間層3之表面3a之算術平均粗糙度R3
，第三層之中間層3之表面3a之算術平均粗糙度R3
，低於第四層(第x層)之中間層X之表面Xa之算術平均粗糙度Rx
，第四層之中間層X之表面Xa之算術平均粗糙度Rx
，低於支撐基板S之表面Sa之算術平均粗糙度Rx ＋ 1
。亦即，隨著遠離壓電性材料層，中間層之表面之算術平均粗糙度階段性提高。
如此，透過隨著遠離壓電性材料層，使中間層之表面越粗糙之方式，可提高與壓電性材料基板之接合強度。
從此觀點來看，Rx ＋ 1
與Rx
之差，較佳係0.2nm以上，更佳係0.5nm以上。又，從實際之觀點來看，Rx ＋ 1
與Rx
之差，較多係1nm以下。
又，從本發明之觀點來看，Rn-1
與Rn
之差，較佳係0.2nm以上，更佳係0.5nm以上。又，從實際之觀點來看，Rn-1
與Rn
之差，較多係1nm以下。
又，支撐基板S之表面Sa之算術平均粗糙度Rx ＋ 1
，較佳係0.5～5nm，更佳係1.5～4.0nm。又，從接合強度之觀點來看，最靠近壓電性材料層之(第一層之)中間層1之表面1a之算術平均粗糙度R1
，較佳係1nm以下，更佳係0.3nm以下。
再者，本發明之接合體，對於各層之音速，有滿足既定關係之必要。亦即，x為偶數之情況下滿足如下之式(2)，x為奇數之情況下滿足如下之式(3)。
Vn-1
＜Vn
･･･(2)
(式(2)中，
n係表示2以上，x以下之所有偶數，
Vn
係從該壓電性材料層來看第n層之該中間層之音速。)
Vn-1
＞Vn
･･･(3)
(式(3)中，
n係表示1以上，x以下之所有奇數，
Vn
係從該壓電性材料層來看第n層之該中間層之音速，
V0
係表示該壓電性材料層之音速。)
例如，圖1(c)之例中，壓電性材料層PZ與支撐基板S之間形成有三層中間層1、2、X。因x＝3，須滿足式(3)。
因此，式(3)係例如圖4所示。另外，Vx ＋ 1
係支撐基板S之音速。
一般而言，x為奇數之情況下，n係1以上、x以下之奇數。因此，從支撐基板朝向壓電性材料層，如以下方式排列。
Vx-1
＞Vx
：Vx-3
＞Vx-2
･･････V2
＞V3
：V0
＞V1
此情況下，Vn-1
與Vn-2
之大小關係雖無限定，但滿足
Vn-2
＜Vn-1
之關係較佳。
x為偶數之情況下，因滿足
Vn-1
＜Vn
･･･(2)
故從壓電性材料層朝向支撐基板，各中間層之音速，如以下方式排列。
Vx-1
＜Vx
：Vx-3
＜Vx-2
･･････V3
＜V4
：V1
＜V2
例如，圖2(c)之例中，壓電性材料層PZ與支撐基板S之間形成有四層中間層1、2、3、X。因x＝4，式(2)會成為如以下所示。
V3
＜Vx
：V1
＜V2
因此，係例如圖5所示。另外，Vx ＋ 1
係支撐基板S之音速。
此情況下，Vn-1
與Vn-2
之大小關係雖無限定，但滿足
Vn-2
＞Vn-1
之關係較佳。
從本發明之觀點來看，式(2)、式(3)中，Vn-1
與Vn
之差，分別係200m/sec以上較佳，500m/sec以上更佳。又，從實際之觀點來看，式(2)、式(3)中，Vn-1
與Vn
之差，大多分別係3000m/sec以下。
從本發明觀點來看，V0
與V1
之差係200m/sec以上較佳，500m/sec以上更佳。又，V0
與V1
之差的上限雖無特別限定，但從實際之觀點來看，宜係3000m/sec以下。
又，Vn-2
與Vn-1
相異之情況下，Vn-2
與Vn-1
之差，係1000m/sec以上較佳，3000m/sec以上更佳。又，從實際之觀點來看，Vn-2
與Vn-1
之差，大多係10,000m/sec以下。
支撐基板之材質雖不特別限定，但以從由矽、水晶、藍寶石所組成之群組中選擇之材質構成較佳。透過此方式，可進一步改善彈性波元件之頻率之溫度特性。
又，支撐基板之壓電性材料層側之表面亦可透過研磨磨石所進行之加工或透過噴砂加工進行粗糙化。
又，所謂噴砂加工，係以壓縮空氣將研磨材料吹附至表面之加工。
各中間層、壓電性材料基板上之各中間層之成膜方法雖不限定，但可例示濺鍍、化學性氣相沉積法(CVD)、蒸鍍等方法。
各中間層之材質，只要可進行表面活性化處理即可，並不特別限定，但以金屬氧化膜較佳，從由矽，氧化矽，氧化鋁，五氧化二鉭，五氧化二鈮以及氧化鈦所組成之群組中選擇之材質尤佳。又，表面活性化處理方法，可對應所利用之接合層之材質選擇適當者。電漿活性化與FAB(Ar原子射束)可作為如此之表面活性化方法例示。
各中間層之厚度，從本發明之觀點來看，0.02μm以上較佳，0.05μm以上更佳，0.1μm以上尤佳。又，各中間層之厚度，以3μm以下較佳，2μm以下更佳，1μm以下又更佳。
又，複數之中間層之合計厚度，從本發明之觀點來看，以0.1～5μm較佳，0.2～2μm更佳。
本發明中利用之壓電性材料基板，較佳係單晶鉭酸鋰(LT)、單晶鈮酸鋰(LN)、鈮酸鋰-鉭酸鋰固溶體。它們因彈性波傳播速度快，且機電耦合係數大，故適合作為高頻率且寬頻帶頻率用之彈性表面波裝置。
又，壓電性材料基板之主要表面之法線方向，雖不特別限定，但例如壓電性材料基板係以LT構成時，利用「以彈性表面波之傳播方向亦即X軸為中心，從Y軸向Z軸旋轉32～55°後之方向者，以歐拉角表示為(180°、58～35°、180°)者」，因傳播損失小而較佳。壓電性材料基板係以LN構成時，(A)利用「以彈性表面波之傳播方向之X軸為中心，從Z軸向Y軸旋轉37.8°之方向者，以歐拉角表示為(0°、37.8°、0°)者」，因機電耦合係數大而較佳，又，(B)利用「以彈性表面波之傳播方向之X軸為中心，從Y軸向Z軸旋轉40～65°之方向者，以歐拉角表示為(180°、50～25°、180°)者」，因可得到高音速而較佳。再者，壓電性材料基板之大小不特別限定，例如，直徑係100～200mm、厚度係0.15～1μm。
例如，將支撐基板上最表面之接合層M之表面，與壓電性材料基板PZ之支撐基板側表面PZa或壓電性材料基板上之接合層Y之表面Ya進行表面活性化，並直接接合。例如，向各表面於150℃以下照射電漿，使接合面活性化。從本發明之觀點來看，雖照射氮電漿較佳，但照射氧電漿之情況，亦可得到本發明之接合體。
表面活性化時之壓力，係100Pa以下較佳，80Pa以下更佳。又，氣體環境可只有氮，亦可只有氧，但亦可為氮、氧之混合物。
照射電漿時之溫度係設為150℃以下較佳。透過此溫度，可得到接合強度高，且無結晶性劣化之接合體。從此觀點來看，係將照射電漿時之溫度設為150℃以下，但設為100℃以下更佳。
又，照射電漿時之能量，係30～150W較佳。又，照射電漿時之能量與照射時間之乘積，係0.12～1.0Wh較佳。
使經過電漿處理之壓電性材料基板之接合面與接合層之接合面於室溫下互相接觸。此時可於真空中進行處理，但於大氣環境中接觸更佳。
透過氬原子射束進行表面活性化時，使用如日本專利公開2014-086400所記載之裝置產生氬原子射束，並進行照射較佳。亦即，使用鞍場型之高速原子射束源作為射束源。然後，將惰性氣體導入腔室，從直流電源向電極施加高壓電。透過此方式，透過電極(正極)與框體(負極)之間產生之鞍場型電場，電子e進行運動，生成氬原子與離子之射束。到達柵極之射束中，因離子射束被柵極中和，氬原子之射束從高速原子射束源射出。透過照射射束進行活性化時之電壓係設為0.5～2.0kV較佳，電流係設為50～200mA較佳。
接著，使支撐基板上最表面之接合層M之表面Ma與壓電性材料基板PZ之表面PZa，或與壓電性材料基板上之接合層Y之表面Ya接觸並進行接合。之後，係透過進行退火處理，提升接合強度較佳。退火處理時之溫度，係100℃以上，300℃以下較佳。
本發明之接合體，適合利用於彈性波元件。亦即，彈性波元件具備本發明之接合體，以及設於壓電性材料基板上之電極。
具體而言，所謂彈性波元件，一般所知係彈性表面波裝置及藍姆波元件、薄膜共振器(FBAR)等。例如，彈性表面波裝置，係於壓電性材料基板之表面，設置用以激發彈性表面波之輸入側之IDT(Interdigital Transducer，數位間轉換器)電極(亦稱為梳狀電極、竹簾狀電極)，與用以接收彈性表面波之輸出側之IDT電極。若向輸入側之IDT電極施加高頻訊號，電極間會產生電場，激發彈性表面波並在壓電性材料基板上傳播。然後，可從設於傳播方向之輸出側之IDT電極，取出傳播之彈性表面波作為電信號。
構成壓電性材料基板上之電極之材質，係以鋁、鋁合金、銅、金較佳，鋁或鋁合金尤佳。鋁合金係使用於Al中混入0.3至5重量％之Cu者較佳。此情況下，亦可使用Ti、Mg、Ni、Mo、Ta代替Cu。
(實施例1)
一面參照圖1、圖3並依照說明之方法，製作出圖3(b)所示之彈性波元件8。
具體而言，準備厚度350μm、兩面經過鏡面加工之42°Y切割X傳播鉭酸鋰基板(壓電性材料基板)PZ。又，準備厚度675μm之高阻抗(＞2kΩ・cm)Si(100)基板(支撐基板)S。基板尺寸皆為150mm。
接著，對支撐基板S之表面Sa以相當GC#6000之研磨磨石施以研磨加工。為使全面均勻加工，將加工量設為5μm。加工後之支撐基板表面Sa以光干涉式粗糙度測定器進行測定，算術平均粗糙度Rx ＋ 1
係3.2nm。
洗淨支撐基板S之表面Sa後，以濺鍍裝置成膜出由Ta2
O5
構成之中間層X。此時之中間層X之厚度係1200nm。暫時取出成膜後之晶圓，並對表面Xa之算術平均粗糙度Rx
進行測定，此時已大幅減少為1.9nm。接續於中間層X上成膜出800nm之以矽構成之中間層2。中間層2之表面2a之算術平均粗糙度R2
係1.3nm。再者，成膜出厚度400nm之以氧化矽構成之接合層M，最終得到設有3層之積層構造。接合層M之表面Ma之算術平均粗糙度係1.0nm，已得到相較於最初之3.2nm大為光滑之表面。對最表面之接合層M之表面Ma進行CMP加工、去除約30nm。此結果可使表面之算術平均粗糙度成為0.6nm。
又，於壓電性材料基板PZ之表面PZa上，成膜出厚度只有100nm，以氧化矽構成之接合層Y。此時之接合層Y之表面Ya之算術平均粗糙度係1.2nm。此表面透過CMP加工約50nm後，算術平均粗糙度係0.3nm。
將以此方式得到之壓電性材料基板上之接合層之接合面以及支撐基板上最表面之接合層之表面各自洗淨以及進行表面活性化。具體而言，實施利用純水之超音波洗淨，並透過旋轉乾燥使基板表面乾燥。接著，將洗淨後之支撐基板導入至電漿活性化腔室，以氮氣電漿於30℃將接合面活性化。又，將壓電性材料基板同樣導入至電漿活性化腔室，以氮氣電漿於30℃將接合面表面活性化。表面活性化之時間設為40秒，能量設為100W。為去除表面活性化中附著之粒子，再度實施與上述相同之超音波洗淨以及旋轉乾燥。
接著，進行各基板之對準，於室溫下使兩基板之已活性化之接合面互相接觸。以壓電性材料基板側在上進行接觸。此結果，可觀測到基板彼此之附著擴散之狀態(亦即接合波)，確認已進行良好之預備接合。接著，為增加接合強度，將接合體置入氮氣環境之烘箱，於150℃下保持10小時。以裂縫開口位移試驗法測定從烘箱取出之接合體之接合強度，得知以得到2.3J/m2
之足夠之接合強度。
對加熱後之接合體之壓電性材料基板之表面進行研磨加工、研光加工，以及CMP加工，使壓電性材料基板之厚度成為20μm。
接著，為確認本發明之效果，於接合體之壓電性材料基板上，形成鋁金屬製成之梳狀電極，製作表面彈性波元件之共振器。其各要素如以下所示。
IDT周期 6μm
IDT開口長 300um
IDT數量 80個
反射器數量 40個
以網路分析儀測定其反射特性，如圖6所示，在高於反共振頻率之區域中的最大混附發射之大小係2.2dB。
以下，統整表示本實施例中支撐基板、中間層、壓電性材料基板之各物理性質。又，各部分之音速以圖4表示。
| 表面之算術平均粗糙度(nm) | 音速(m/sec) | |
| 壓電性材料層PZC | - | 5574 |
| 第一層之中間層1 | 1.0 | 4173 |
| 第二層之中間層2 | 1.3 | 7458 |
| 第三層之中間層X | 1.9 | 5235 |
| 支撐基板S | 3.2 | - |
但，各部分之音速，係如以下方式定義。
亦即將物質之彈性係數設為E，密度設為ρ之情況下，利用下式算出音速V。
〔數1〕
壓電體結晶之情況，關於此等之參數已有諸多報告(例如彈性波裝置技術日本學術振興會彈性波元件技術第150委員會編等已有詳細記載)，關於介電薄膜，須各自進行測定。於Si基板上將各物質透過濺鍍法進行製膜。將此時之厚度設為約1μm。對於此等膜，首先透過X射線反射法測定密度。再透過奈米壓痕測試測定彈性係數，並根據上述之式算出各膜之音速。
又，各表面之算術平均粗糙度，係以日立先端科技製之原子力顯微鏡(AFM)觀察10x10μm範圍，並從表面之凹凸資料算出。
(實施例2)
以與實施例1相同的方式，製作如圖2(c)所示之接合體7B，再施以如圖3所示之處理得到SAW元件。
但，於支撐基板上設置中間層X、3、2、接合層M。具體而言，將算術平均粗糙度Ra係3.2nm之以矽構成之支撐基板S之表面Sa洗淨後，以濺鍍裝置成膜出氧化鋁構成之中間層X。此時之中間層X之厚度係600nm。暫時取出成膜後之晶圓，並測定中間層X之表面Xa之算術平均粗糙度Rx
，已減少至2.7nm。再度接續於相同之晶圓上成膜出1000nm，以氧化矽構成之中間層3。此時之算術平均粗糙度係1.6nm。再成膜出厚度300nm，以矽構成之中間層2後，接續成膜出350nm，以氧化矽構成之接合層M，最終得到具有4層膜構造之支撐基板。此時之中間層2、接合層M之算術平均粗糙度分別為1.3nm、1.2nm，得到與最初之3.2nm相比大為光滑之表面。對最表面之接合層M之表面Ma進行CMP加工，去除約30nm。此結果可使接合層M之表面Ma之算術平均粗糙度成為0.55nm。
其它部分以與實施例1相同的方式，製作如圖3(b)之SAW元件，並實施相同之測定後，最大混附發射之大小係1.3dB。
各層之表面粗糙度以及音速係如以下所示。又，各部分之音速以圖5表示。
| 表面之算術平均粗糙度(nm) | 音速(m/sec) | |
| 壓電性材料層PZC | - | 5574 |
| 第一層之中間層1 | 1.2 | 5235 |
| 第二層之中間層2 | 1.3 | 6872 |
| 第三層之中間層3 | 1.6 | 5235 |
| 第四層之中間層X | 2.7 | 7458 |
| 支撐基板S | 3.2 | - |
(比較例1)
以與實施例1相同的方式，製作如圖1所示之接合體，再施以如圖3所示之處理得到SAW元件。
但本例中，與實施例1不同，對各中間層之材質進行變更。具體而言，於算術平均粗糙度Ra＝2.8nm之以矽構成之支撐基板S之表面Sa，依序成膜出氧化鋁構成之中間層X(600nm)、氧化矽構成之中間層2(1200nm)，以及矽構成之最表面之接合層M(400nm)，得到三層構造。各中間層、接合層M之各算術平均粗糙度分別為1.2nm、1.0nm、0.9nm。對最表層之接合層以CMP研磨約20nm，成為鏡面。接著對壓電性材料基板上之接合層之表面與支撐基板上之最表面之中間層之表面照射Ar之中性原子後，進行直接接合。
與實施例1相同，將壓電性材料基板厚度加工至20μm後，對頻率特性進行測定，得到如圖7所示之S11
的頻率變化圖。又，最大混附發射之大小係14.4dB。
各層之表面粗糙度以及音速係如以下所示。
| 表面之算術平均粗糙度(nm) | 音速(m/sec) | |
| 壓電性材料層PZC | - | 5574 |
| 第一層之中間層1 | 0.9 | 6872 |
| 第二層之中間層2 | 1.0 | 5235 |
| 第三層之中間層X | 1.2 | 7458 |
| 支撐基板S | 2.8 | - |
(比較例2)
以與實施例1相同的方式，製作如圖1所示之接合體，再施以如圖3所示之處理得到SAW元件。
但本例中，與實施例1不同，對各中間層之材質進行變更。具體而言，於算術平均粗糙度Ra＝2.9nm之以矽構成之支撐基板S之表面Sa，依序成膜出矽構成之中間層X(600nm)、氧化鋁構成之中間層2(1200nm)、矽構成之最表面之接合層M(400nm)。各中間層、接合層M之成膜時之各算術平均粗糙度分別為2.2nm、1.7nm、1.6nm。最表層之接合層以CMP研磨約80nm，成為鏡面。接著，對壓電性材料基板之表面與支撐基板上之最表面之接合層之表面照射Ar之中性原子後，進行直接接合。
與實施例1相同，將壓電性材料基板之厚度加工至20μm後，對頻率特性進行測定，最大混附發射之大小係17.8dB。
各層之表面粗糙度以及音速係如以下所示。
| 表面之算術平均粗糙度(nm) | 音速(m/sec) | |
| 壓電性材料層PZC | - | 5574 |
| 第一層之中間層1 | 1.6 | 6872 |
| 第二層之中間層2 | 1.7 | 7458 |
| 第三層之中間層X | 2.2 | 6872 |
| 支撐基板S | 2.9 | - |
1,2,3,X:中間層
1a:表面(中間層1表面)
2a:表面(中間層2表面)
3a:表面(中間層3表面)
Xa:表面(中間層X表面)
7A:接合體
7B:接合體
7C:接合體
8:彈性波元件
9:電極
M:接合層
Ma:表面(接合層M表面)
Y:接合層
Ya:表面(接合層Y表面)
PZ:壓電性材料層
PZC:壓電性材料基板
PZa:表面(壓電性材料層PZ表面)
S:支撐基板
Sa:表面(支撐基板S表面)
R1
:算術平均粗糙度(中間層1表面1a之算術平均粗糙度)
R2
:算術平均粗糙度(中間層2表面2a之算術平均粗糙度)
R3
:算術平均粗糙度(中間層3表面3a之算術平均粗糙度)
Rx
:算術平均粗糙度(中間層X表面Xa之算術平均粗糙度)
Rx ＋ 1
:算術平均粗糙度(支撐基板表面Sa之算術平均粗糙度)
V0
:音速(壓電性材料層之音速)
V1
:音速(中間層1之音速)
V2
:音速(中間層2之音速)
V3
:音速(中間層3之音速)
Vx
:音速(中間層X之音速)
Vx ＋ 1
:音速(支撐基板S之音速)
〔圖1〕(a)係表示支撐基板上設有中間層X、2以及接合層M之狀態之示意剖面圖，(b)係表示壓電性材料基板上設有接合層Y之狀態之剖面圖，(c)係表示支撐基板與壓電性材料基板之接合體7A之剖面圖。
〔圖2〕(a)係表示支撐基板上設有中間層X、3、2以及接合層M之狀態之示意剖面圖，(b)係表示壓電性材料基板上設有接合層Y之狀態之剖面圖，(c)係表示支撐基板與壓電性材料基板之接合體7B之剖面圖。
〔圖3〕(a)係表示將接合體之壓電性材料基板透過加工薄化後之狀態，(b)係表示彈性波元件8。
〔圖4〕係例示支撐基板上之中間層之音速之圖表。
〔圖5〕係例示支撐基板上之中間層之音速之圖表。
〔圖6〕係表示實施例之彈性波元件之S11
之頻率特性之圖表。
〔圖7〕係表示比較例之彈性波元件之S11
之頻率特性之圖表。
1,2,X:中間層
1a:表面(中間層1表面)
2a:表面(中間層2表面)
Xa:表面(中間層X表面)
7A:接合體
M:接合層
Ma:表面(接合層M表面)
Y:接合層
Ya:表面(接合層Y表面)
PZ:壓電性材料層
PZa:表面(壓電性材料層PZ表面)
S:支撐基板
Sa:表面(支撐基板S表面)
R1
:算術平均粗糙度(中間層1表面1a之算術平均粗糙度)
R2
:算術平均粗糙度(中間層2表面2a之算術平均粗糙度)
Rx:算術平均粗糙度(中間層X表面Xa之算術平均粗糙度)
Rx+1
:算術平均粗糙度(支撐基板表面Sa之算術平均粗糙度)
V0
:音速(壓電性材料層之音速)
V1
:音速(中間層1之音速)
V2
:音速(中間層2之音速)
Vx
:音速(中間層X之音速)
Vx+1
:音速(支撐基板S之音速)
Claims (3)
- 一種彈性波裝置用複合基板，包含： 壓電性材料層； 支撐基板；以及 x層(x係3以上之整數)之中間層，位於該壓電性材料層與該支撐基板之間；其特徵在於： 該壓電性材料層、該支撐基板以及該中間層在滿足如下之式(1)的同時，於x為偶數之情況滿足如下之式(2)，於x為奇數之情況滿足如下之式(3)； Rn ＜Rn ＋ 1 ･･･(1) (式(1)中， n係表示1至x之所有整數， Rn 係從該壓電性材料層來看第n層之該中間層之該壓電性材料層側之表面之算術平均粗糙度， Rx+1 係該支撐基板之該壓電性材料層側之表面之算術平均粗糙度)； Vn-1 ＜Vn ･･･(2) (式(2)中， n係表示2以上、x以下之所有偶數， Vn 係從該壓電性材料層來看第n層之該中間層之音速)； Vn-1 ＞Vn ･･･(3) (式(3)中， n係表示1以上、x以下之所有奇數， Vn 係從該壓電性材料層來看第n層之該中間層之音速， V0 係該壓電性材料層之音速)。
- 如請求項1所述之彈性波裝置用複合基板，其特徵在於： 該中間層以矽，氧化矽、氧化鋁、五氧化二鉭、五氧化二鈮、氧化鉿以及氧化鈦所組成之群組中選擇之材質構成。
- 如請求項1或2所述之彈性波裝置用複合基板，其特徵在於： 該支撐基板之該壓電性材料層側之該表面透過研磨磨石所進行之加工或透過噴砂加工進行粗糙化。
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