TW202315313A - 複合基板及複合基板的製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供可有助於SAW濾波器之高性能化的複合基板。本發明之實施形態的複合基板具有支持基板、及配置於該支持基板之單側的壓電層；超過該支持基板之形狀的空間頻率0.045cyc/mm的波紋度之振幅為10nm以下。該壓電層之第1地點的厚度T1與第2地點之厚度T2的差之絕對值亦可為100nm以下。該壓電層之厚度亦可為5μm以下。

Description

複合基板及複合基板的製造方法
本發明係有關於複合基板及複合基板的製造方法。
為對行動電話等通信設備提取任意頻率之電信號，使用了例如利用表面聲波之濾波器(SAW濾波器)。此SAW濾波器具有於具壓電層之複合基板上形成有電極等之構造(例如參照專利文獻1)。
近年來，在資訊通信設備之領域，例如通信量急遽增加，而要求上述SAW濾波器之高性能化。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利公開公報2020-150488號
[發明欲解決之課題]
本發明之主要目的在於提供可有助於SAW濾波器之高性能化的複合基板。 [用以解決課題之手段]
本發明之實施形態的複合基板具有支持基板、及配置於該支持基板之單側的壓電層；超過該支持基板之形狀的空間頻率0.045cyc/mm的波紋度之振幅為10nm以下。 在一實施形態中，該壓電層之第1地點的厚度T1與第2地點之厚度T2的差之絕對值係100nm以下。 在一實施形態中，該壓電層之厚度係5μm以下。 本發明之另一實施形態的表面聲波元件具有上述複合基板。
本發明的另一實施形態之複合基板的製造方法包含下列步驟：將支持基板接合於具有朝相反方向之第1主面及第2主面的壓電基板之該第1主面側、及研磨該壓電基板之第2主面側的表面；超過該支持基板之形狀的空間頻率0.045cyc/mm的波紋度之振幅為10nm以下。 在一實施形態中，研磨該壓電基板而得之壓電層的第1地點之厚度T1與第2地點之厚度T2的差之絕對值係100nm以下。 在一實施形態中，研磨該壓電基板而得之壓電層的厚度係5μm以下。 [發明之效果]
根據本發明之實施形態，可有助於例如SAW濾波器之高性能化。
[用以實施發明之形態]
以下，就本發明之實施形態，一面參照圖式，一面說明，本發明並不限於此等實施形態。又，為了使說明更明確，圖式比起實施形態，有示意地呈現各部之寬度、厚度、形狀等之情形，但僅為一例而已，並非限定本發明之解釋。
A.複合基板 圖1係顯示本發明一實施形態之複合基板的概略結構之示意截面圖。複合基板100具有支持基板10、配置於支持基板10之單側的壓電層20。雖圖中未示，複合基板100亦可更具有任意之層。此種層之種類、功能、數量、組合、配置等可按目的，適當地決定。舉例而言，複合基板100亦可具有配置於壓電層20與支持基板10之間的中間層(例如無機材料層)。又，例如複合基板100亦可具有配置於壓電層20或圖中未示之中間層與支持基板10之間的接合層。
複合基板100可以任意之適當形狀製造。在一實施形態中，如圖2所示，可以所謂之晶圓形態製造。複合基板100之尺寸可按目的，適當地設定。例如晶圓之直徑係50mm~150mm。
A-1.支持基板 支持基板10之厚度可採用任意之適當厚度。支持基板之厚度係例如100μm~1000μm。
超過支持基板之形狀的空間頻率0.045cyc/mm的波紋度之振幅為0nm以上、10nm以下，較佳為5nm以下。藉使用此種支持基板，可良好地達成後述壓電層之膜厚精確度。
支持基板可使用任意之適當基板。支持基板可以單晶體構成，亦可以多晶體構成。構成支持基板之材料較佳為從由矽、藍寶石、玻璃、石英、水晶及氧化鋁組成之群組選擇。
上述矽可為單晶矽，亦可為多晶矽，也可為高阻矽。
具代表性的為上述藍寶石係具Al 2O 3之組成的單晶體，上述氧化鋁係具A1 2O 3之組成的多晶體。
構成支持基板之材料的熱膨脹係數以小於構成後述壓電層之材料的熱膨脹係數為佳。根據此種支持基板，可抑制溫度變化時之壓電層的形狀、尺寸之變化，而可抑制例如所得之表面聲波元件的頻率特性之變化。
A-2.壓電層 構成上述壓電層之材料可使用任意之適當壓電性材料。壓電性材料較佳為使用具LiAO 3之組成的單晶。在此，A係從由鈮及鉭組成之群組選擇的一種以上之元素。具體而言，LiAO 3可為鈮酸鋰(LiNbO 3)，亦可為鉭酸鋰(LiTaO 3)，也可為鈮酸鋰-鉭酸鋰固溶體。
壓電性材料為鉭酸鋰時，壓電層使用以表面聲波之傳播方向亦即X軸為中心，其法線方向為從Y軸往Z軸旋轉32∘~55∘(例如42∘)之方向者或以歐拉角顯示為(180∘,58∘~35∘,180∘)者由於傳播損耗小，故較佳。
壓電性材料基板為鈮酸鋰時，壓電層使用例如以表面聲波之傳播方向亦即X軸為中心，其法線方向為從Z軸往-Y軸旋轉37.8∘之方向者、以歐拉角顯示為(0∘,37.8∘,0∘)者由於機電耦合係數大，故較佳。又，例如壓電性材料基板為鈮酸鋰時，壓電層使用以表面聲波之傳播方向亦即X軸為中心，其法線方向為從Y軸往Z軸旋轉40∘~65∘之方向者、以歐拉角顯示為(180∘,50∘~25∘,180∘)者由於可獲得高聲速，故較佳。
壓電層之厚度較佳為5μm以下，更佳為3μm以下，再更佳為1μm以下。另一方面，壓電層之厚度為例如0.2μm以上。根據此種厚度，可獲得高性能之表面聲波元件。具體而言，可期待可使可改善溫度特性(TCF)之Q值提高等效果。
壓電層之厚度以均一為佳。圖3A及圖3B分別係顯示支持基板之形狀(例如X軸方向的形狀)與壓電層之形狀的概要之一例的圖。如圖3A所示，支持基板10之波紋度頻率低時(例如空間頻率為0.045cyc/mm以下時)，易使壓電層20之形狀對應支持基板10之波紋度，壓電層20之膜厚精確度可具優異性。舉例而言，在X軸方向，第1地點之壓電層20的厚度(第1厚度)T1與第2地點之壓電層的厚度(第2厚度)T2之差的絕對值較佳為100nm以下，更佳為50nm以下。藉具有此種膜厚精確度，可獲得高性能之表面聲波元件。具體而言，可期待可使Q值提高等效果。又，可獲得特性之偏差小的表面聲波元件。如圖3B所示，支持基板10之波紋度頻率高時(例如空間頻率超過0.045cyc/mm時)，呈不易使壓電層20之形狀對應支持基板10之波紋度的傾向，藉滿足上述支持基板之波紋度的振幅，壓電層20之膜厚精確度可具優異性。
A-3.其他 誠如上述，複合基板可具有中間層。構成中間層之材料可舉例如氧化矽、氧化鉿、氧化鉭、氧化鋯、氧化鋁為例。中間層之厚度為例如0.1μm~2μm。
上述中間層可以任意之適當方法形成。例如可以濺鍍、離子束輔助沉積(IAD)等物理氣相沉積、化學氣相沉積、原子層沉積(ALD)法形成。
又，誠如上述，複合基板可具有接合層。構成接合層之材料可舉例如矽氧化物、矽、氧化鉭、氧化鈮、氧化鋁、氧化鈦、氧化鉿為例。接合層之厚度為例如0.005μm~1μm。
接合層可以任意之適當方法形成。具體而言，可以與上述中間層之形成方法相同的方法形成。
A-4.製造方法 本發明的一實施形態之複合基板的製造方法包含下列步驟：將支持基板接合於具有朝相反方向之第1主面及第2主面的壓電基板之第1主面側、及研磨壓電基板之第2主面側的表面。具代表性的為接合後，進行研磨。
圖4A~圖4D係顯示一實施形態之複合基板的製造製程例之圖。
圖4A顯示支持基板10之朝相反方向的兩主面之研磨完畢的狀態。在圖4A所示之例中，將支持基板10之下面10a研磨成平坦，上面10b呈往下方凸起之彎曲形狀。超過支持基板10之形狀的空間頻率0.045cyc/mm之波紋度的振幅為0nm以上、10nm以下，較佳為5nm以下。此種值可以例如圖示例之形狀良好地達成。雖圖中未示，上面10b亦可呈往上方凸起之彎曲形狀。
圖4B顯示支持基板10與壓電基板22直接接合之狀態。壓電基板22具有朝相反方向之第1主面22a及第2主面22b，研磨第1主面22a後，與支持基板10接合。直接接合之際，接合面以用任意之適當活化處理而活化為佳。舉例言之，將支持基板10之上面10b活化，將壓電基板22之第1主面22a活化後，使支持基板10之活化面與壓電基板22之活化面接觸，加壓，藉此，直接接合。如此進行，獲得圖4B所示之接合體90。
將所得之接合體90的壓電基板22之第2主面22b施行磨削、研磨等加工成形成為上述所期厚度之壓電層。圖4C顯示第2主面22b之磨削完畢的狀態，圖4D顯示第2主面22b之研磨完畢的狀態。以研磨形成壓電層20，而獲得複合基板100。壓電層20之上面20a的形狀可對應例如支持基板10之上面10b的形狀。
上述研磨方法可舉例如化學機械研磨加工(CMP)、以研光(lap)等所行之鏡面磨光為例。較佳為採用化學機械研磨加工。具體而言，採用以使用研磨漿料(例如膠體二氧化矽)之研磨墊所行的化學機械研磨加工。
上述接合之際，為去除例如研磨劑之殘渣、加工變質層等，以清洗各層之表面為佳。清洗方法可舉例如濕式清洗、乾式清洗、刷洗為例。此等中，從可簡便且有效率地清洗這點，以刷洗為佳。刷洗之具體例可舉使用清洗劑(例如獅王公司製、SUNWASH series)後，使用溶劑(例如丙酮與異丙醇(IPA)之混合溶液)，以刷洗機清洗之方法為例。
上述活化處理具代表性的為藉照射中性束而進行。較佳為使用如日本專利公開公報2014-086400號所記載的裝置這樣的裝置，使中性束產生，藉照射此束，進行活化處理。具體而言，使用鞍形場型高速原子束源作為束源，將氬、氮等惰性氣體導入至腔室，從直流電源對電極施加高電壓。藉此，藉產生於電極(正極)與殼體(負極)之間的鞍形場型電場，電子運動，而生成以惰性氣體形成之原子與離子束。由於在到達柵極之束中，離子束在柵極中和，故從高速原子束源射出中性原子束。以束照射所行之活化處理時的電壓以0.5kV~2.0kV為佳，以束照射所行之活化處理時的電流以50mA~200mA為佳。
上述接合面之接觸及加壓以在真空氣體環境進行為佳。此時之溫度具代表性的為常溫。具體而言，以20℃以上、40℃以下為佳，更佳為25℃以上、30℃以下。施加之壓力較佳為100N~20000N。
B.表面聲波元件 本發明之實施形態的表面聲波元件具有上述複合基板。表面聲波元件具代表性的為具有上述複合基板及設於上述複合基板之壓電層側的電極(梳型電極)。此種表面聲波元件作為例如SAW濾波器，適合用於行動電話等通信設備。 [實施例]
以下，以實施例具體地說明本發明，本發明並非以此等實施例限定。
[實施例] 準備了直徑4吋、厚度500μm之鉭酸鋰(LT)基板(令表面聲波(SAW)之傳播方向為X，切割角為旋轉Y切割之板亦即42∘Y切割X傳播的LT基板)。
又，準備直徑4吋、厚度500μm之矽基板，研磨了此矽基板之表面(雙面)。具體而言，於CMP研磨機之SUS載具上設置矽基板，使用硬質胺甲酸乙酯墊，使用膠體二氧化矽作為研磨劑，進行了雙面研磨。
接著，將LT基板與矽基板直接接合。具體而言，清洗LT基板之表面及矽基板之表面後，將兩基板投入真空腔室，抽真空至10 -6Pa上下後，對兩基板之表面照射高速原子束(加速電壓1kV、Ar流量27sccm)80秒鐘。照射後，將兩基板之束照射面疊合，以1200kgf加壓2分鐘，將兩基板接合，而獲得了接合體。
然後，以研磨加工機將上述接合體(複合基板)之LT基板的背面從最初之500μm磨削至3μm。進一步，以CMP研磨機，使用硬質胺甲酸乙酯墊，使用膠體二氧化矽作為研磨劑，鏡面磨光至厚度達1μm為止，而獲得了具有矽基板及LT層之複合基板。
[比較例] 於矽基板之雙面研磨時，除了使用不織布取代硬質胺甲酸乙酯墊以外，與實施例同樣地進行，而獲得了複合基板。
＜評價＞ 就上述實施例及比較例，進行了下述評價。 1.平坦度(形狀)及厚度(膜厚分布)之測定 以斜入射干擾法平坦度測試器(NIDEK公司製之「FT–17」)，測定了雙面研磨後之矽基板的X軸方向之平坦度。又，以顯微分光膜厚計(大塚電子公司製之「OPTM」)測定了所得之複合基板的LT層之X軸方向的厚度。具體而言，將以晶圓之中心為原點時的-43.4mm~+43.4mm之範圍以2.8mm間距測定了32點。 於圖5A顯示實施例之矽基板的結果，於圖5B顯示實施例之LT層的結果。又，於圖6A顯示比較例之矽基板的結果，於圖6B顯示比較例之LT層的結果。此外，在圖5A、圖5B及圖6A、圖6B所示之曲線圖，顯示了扣掉厚度之平均值的值。 2.FFT(Fast Fourier Transform：快速傅立葉轉換)分析 對在上述1所得之結果，進行了FFT分析。具體而言，將在上述1所得之形狀及膜厚分布作為視窗函數，乘上漢尼視窗，進行了FFT分析。計算之際，去除傾斜成分、直流成分之後，使用了Microsoft Excel之分析工具。為了FFT轉換、振幅之計算，所得之絕對值除以16(數據點數32點÷2)，然後考慮漢尼視窗引起之處理的影響而加倍。 此外，矽基板為往下方(未配置LT基板之側)凸起之形狀時，由於乘上漢尼視窗之際，產生不必要之頻率成分，故為了使矽基板形成為往上方凸起之形狀，藉從最大值減去各數據，使數據反轉，進行了計算。 於圖5C及圖5D顯示實施例之結果，於圖6C及圖6D顯示比較例之結果。
如圖5B所示，可知在實施例，獲得LT層之膜厚精確度優異的複合基板。 [產業上之可利用性]
本發明之實施形態的複合基板具代表性的為可適合用於表面聲波元件。
10:支持基板 10a:下面 10b:上面 20:壓電層 22:壓電基板 22a:第1主面 22b:第2主面 90:接合體 100:複合基板 T1:第1厚度 T2:第2厚度 X:方向 Y:方向 Z:方向
圖1係顯示本發明一實施形態之複合基板的概略結構之示意截面圖。 圖2係顯示複合基板之外觀的一例之圖。 圖3A係顯示支持基板之形狀與壓電層之形狀概要的一例之圖。 圖3B係顯示支持基板之形狀與壓電層之形狀概要的另一例之圖。 圖4A係顯示一實施形態之複合基板的製造製程例之圖。 圖4B係接續圖4A之圖。 圖4C係接續圖4B之圖。 圖4D係接續圖4C之圖。 圖5A係顯示實施例之矽基板的形狀之圖。 圖5B係顯示實施例之LT層的膜厚分布之圖。 圖5C係顯示實施例之矽基板的形狀及LT層之膜厚分布的FFT分析結果之圖。 圖5D係將圖5C之縱軸及橫軸放大顯示之圖。 圖6A係顯示比較例之矽基板的形狀之圖。 圖6B係顯示比較例之LT層的膜厚分布之圖。 圖6C係顯示比較例之矽基板的形狀及LT層之膜厚分布的FFT分析結果之圖。 圖6D係將圖6C之縱軸及橫軸放大顯示之圖。
10:支持基板
20:壓電層
100:複合基板

Claims (6)

  1. 一種複合基板，具有： 支持基板；及 壓電層，配置於該支持基板之單側； 超過該支持基板之形狀的空間頻率0.045cyc/mm的波紋度之振幅為10nm以下。
  2. 如請求項1之複合基板，其中， 該壓電層之第1地點的厚度T1與第2地點之厚度T2的差之絕對值係100nm以下。
  3. 如請求項1或2之複合基板，其中， 該壓電層之厚度係5μm以下。
  4. 一種複合基板的製造方法，包含下列步驟： 將支持基板接合於具有朝相反方向之第1主面及第2主面的壓電基板之該第1主面側；及 研磨該壓電基板之第2主面側的表面； 超過該支持基板之形狀的空間頻率0.045cyc/mm的波紋度之振幅為10nm以下。
  5. 如請求項4之複合基板的製造方法，其中， 研磨該壓電基板而得之壓電層的第1地點之厚度T1與第2地點之厚度T2的差之絕對值係100nm以下。
  6. 如請求項4或5之複合基板的製造方法，其中， 研磨該壓電基板而得之壓電層的厚度係5μm以下。
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