TWI584505B - Composite substrate, its preparation method and elastic wave device - Google Patents
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Description
本發明係關於複合基板、其製法以及彈性波裝置。
藉由使用非常薄的壓電薄膜，期待實現前所未有的高頻中可動作的彈性波裝置。得到如此的薄膜的手法，例如化學氣相成長法(CVD)與智能剝離技術(Smart-cut)兩種。此兩種手法都是眾所周知。例如，關於智能剝離技術，記載於專利文件1。
[專利文件1]日本專利第2010-109949號公開公報(段落0004)
雖然CVD、智能剝離技術兩者都得到具有非常平均厚度的薄膜，分別有以下的問題點。
1)CVD
．結晶性非常惡劣。
．限定結晶軸的方向。
2)智能剝離技術
．離子注入產生的損傷不能充分復原，留下結晶缺陷。
上述兩種手法之外，也試試看削薄壓電膜的方法，但有研磨途中產生裂痕、膜厚不平均等的問題點。
由於本發明有鑑於如此的問題而形成，以得到結晶性高，具有任意的結晶軸且厚度平均的壓電單結晶薄膜為目的。
本發明的複合基板的製法，包括：(a)鏡面研磨步驟，接合壓電基板與支持基板而形成的直徑4英吋以上的貼合基板的壓電基板側，鏡面研磨上述壓電基板的厚度到3微米(μm)以下；(b)資料製作步驟，製作上述鏡面研磨的壓電基板的厚度分佈資料；(c)得到複合基板步驟，根據上述厚度分佈資料，以離子束加工機執行加工，上述壓電基板的厚度在3微米(μm)以下，其厚度的最大值與最小值的差在全平面中60毫微米(nm)以下，得到顯示X光繞射得到的鎖定曲線的半值幅在100arcsec(角秒)以下的結晶性之複合基板。
根據此製法，解除CVD或智能剝離技術的問題點，可以得到結晶性高，具有任意的結晶軸且厚度平均的壓電單結晶薄膜。
本發明的複合基板，係接合壓電基板與支持基板而形成的直徑4英吋以上的複合基板，上述壓電基板的厚度在3微米(μm)以下，其厚度的最
大值與最小值的差在上述壓電基板的全平面中60毫微米(nm)以下，顯示X光繞射得到的鎖定曲線的半值幅在100arcsec(角秒)以下的結晶性。
此複合基板，以上述的製法可以容易得到。又，此複合基板，可以利用於彈性波裝置。
[第1圖]係第一實施例的壓電基板的剖面照片；以及[第2圖]係第二實施例的壓電基板的剖面照片
關於本發明適當的一實施例的複合基板，以下說明。本實施例的複合基板，係接合壓電基板與支持基板而形成直徑4英吋以上。壓電基板的厚度在3微米(μm)以下，其厚度的最大值與最小值的差在全平面中60毫微米(nm)以下。又，壓電基板，顯示X光繞射得到的鎖定曲線的半值幅在100arcsec(角秒)以下的結晶性。
壓電基板的材質，例如鉭酸鋰、鈮酸鋰、鈮酸鋰-鉭酸鋰固溶體單結晶、硼酸鋰、矽酸鎵鑭、水晶等。
支持基板的質材，例如矽、藍寶石、氮化鋁、鋁、無鹼玻璃、矽硼酸玻璃、石英玻璃、鉭酸鋰、鈮酸鋰、鈮酸鋰-鉭酸鋰固溶體單結晶、硼酸鋰、矽酸鎵鑭、水晶等。支持基板的大小，係直徑與壓電基板相同，厚度為100~1000微米(μm)，最好是150~500微米(μm)。
本實施例的複合基板，壓電基板的表面上形成電
極圖案，可以利用作彈性波裝置。
其次，有關製造本實施例的複合基板的程序，以下說明。
．步驟(a)
接合厚度100~1000微米(μm)的壓電基板與厚度100~1000微米(μm)的支持基板形成的直徑4英吋以上的貼合基板(研磨前的複合基板)的壓電基板側，鏡面研磨壓電基板的厚度到3微米(μm)以下。此貼合基板，係有機接合層介於其間貼合壓電基板與支持基板，或是直接接合一體化。有機接合層的材質，例如環樹脂或丙烯醛基(壓克力)等。直接接合，係分別活化壓電基板與支持基板的接合面後，在兩接合面相對的狀態下，施壓兩基板而進行。活化接合面的方法，例如除了對接合面照射非活性氣體(氬等)離子束之外，例如照射電漿或中性原子光束等。
步驟(a)中，例如，貼合基板的壓電基板側，首先以研磨加工機研磨，其次以拋光加工機研磨，再以CMP(化學機械研磨)鏡面研磨上述壓電基板的厚度至3微米(μm)以下也可以。在此情況下，可以高效率地使壓電基板的厚度在3微米(μm)以下。又，CMP係化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing)的簡稱。
．步驟(b)
製作上述鏡面研磨的壓電基板的厚度分佈資料。例如，鏡面研磨的壓電基板厚度以使用雷射干擾的光學式膜厚測量器測量，也可以製作厚度分佈的資料。在此情況下，可以高精確
度地製作厚度分佈資料。
．步驟(c)
根據上述厚度分佈資料，以離子束加工機對壓電基板執行加工。藉此，壓電基板的厚度在3微米(μm)以下，其厚度的最大值與最小值的差在全平面中60毫微米(nm)以下，得到顯示X光繞射得到的鎖定曲線的半值幅在100arcsec(角秒)以下的結晶性之複合基板。
步驟(c)中，輸入厚度分佈的資料至離子束加工機，決定壓電基板的表面各點的光束照射時間，並使用上述光束照射時間進行加工也可以。在此情況下，可以高精確度地進行加工。此時，光束的輸出值為固定，愈厚之處照射時間愈長即可。或者，步驟(c)中，輸入厚度分佈的資料至離子束加工機，決定壓電基板的表面各點的光束輸出值，使用上述光束的輸出值進行加工也可以。這樣一來，可以高精確度地進行加工。此時，光束的照射時間為固定，愈厚之處光束的輸出值愈大即可。
又，步驟(c)中，最好使用具有DC激發型氬光束源的離子束加工機進行加工。離子束加工機，也可以使用具有電漿激發型氬光束源的離子束加工機，但最好使用具有DC激發型氬光束源的離子束加工機，因為對壓電基板表面的損傷變更少。
根據以上詳述的本實施例的複合基板製法，解除CVD或智能剝離技術的問題點，可以得到結晶性高、具有任意的結晶軸、且平均厚度的壓電單結晶薄膜。又，根據此製法製造的複合基板，可以利用於彈性波裝置。
又，本發明不受上述實施例任何限定，只要屬於本發明的技術範圍，當然能夠以各種形態實施。
分別準備兩面研磨的厚度為230μm而直徑為4英吋的矽基板(支持基板)、LiTaO3(壓電基板)。導入這些基板至具有10-6Pa台的真空度的真空室，保持接合面相對。對兩基板的接合面照射80秒的Ar(氬)光束，除去表面的非活性層並活化。其次，使基板互相接觸，附上1200kgf(千克力)的負重再接合。取出如此得到的貼合基板後，以研磨加工機研削壓電基板側至其厚度為10μm。接著，設定其貼合基板至拋光加工機，使用鑽石研磨液(Diamond Slurry)研磨壓電基板的厚度至3μm。又，其壓電基板的表面以CMP研磨機鏡面研磨至0.8μm。此時，使用矽溶膠(Colloidal Silica)作為研磨劑。以使用雷射干擾的光學式膜厚測量器測量壓電基板的厚度，其厚度以0.8μm為中心在壓電基板的全面收納入±0.1μm的範圍內。測量點，除了壓電基板去角的端部，全平面合計80點。
如此得到的貼合基板，設定至具有電漿激發型Ar(氬)光束源的離子束加工機。其次，以上述的光學式膜厚測量器測量的壓電基板的厚膜資料輸入至離子束加工機，壓電基板的各測量點中的加工量，在此決定Ar(氬)光束的照射時間。光束的照射時間，根據貼合基板的輸送速度調整。於是，貼合基板的輸送速度變化的同時，對壓電基板全面照射輸出固定的Ar(氬)光束。光束點為直徑6mm(毫米)。又，以離子加速電壓1300eV、離子電流30mA作為固定的條件，激發RF電漿。實
際加工時間大概5分鐘。
再度測量加工後的貼合基板(本實施例的複合基板)的壓電基板厚度，中心膜厚為0.76μm，厚度的最大值與最小值的差在全平面中24毫微米(nm)以下。以X光繞射裝置測量鎖定曲線，得到其半值幅(FWHM)為80arcsec(角秒)並與表體的單結晶完全相等的值，確認不產生結晶性惡化。
藉由活用此複合基板於彈性波濾波器，可以得到頻率偏離小且濾波器特性優異的裝置。
與第一實施例同樣地製作貼合基板。以使用雷射干擾的光學式膜厚測量器測量壓電基板的厚度，其厚度以1.0μm為中心在壓電基板的全面收納入±0.12μm的範圍內。測量點，與第一實施例相同，合計80點。
設定如此得到的貼合基板至具有DC激發型氬光束源的離子束加工機。其次，以上述的光學式膜厚測量器測量的壓電基板的厚膜資料輸入至離子束加工機，壓電基板的各測量點中的加工量，在此決定Ar(氬)光束的照射時間。於是，以輸送速度0.5mm/sec(毫米/秒)(固定)輸送貼合基板的同時，Ar(氬)光束的輸出在20~100W之間變化，對壓電基板全面照射Ar(氬)光束。光束點的直徑為6mm。因為輸送速度固定，光束照射時間在壓電基板的全面相同。
再度測量加工後的貼合基板(本實施例的複合基板)的壓電基板厚度，中心膜厚為0.92μm，厚度的最大值與最小值的差在全平面中50毫微米(nm)以下。以X光繞射裝置測量
鎖定曲線，得到其半值幅(FWHM)為65arcsec(角秒)並與表體的單結晶完全相等的值，確認不產生結晶性的惡化。
以TEM觀察第一及二實施例的壓電基板表面附近的剖面，看到各個表面上的損傷層。第1圖係第一實施例的剖面照片，而第2圖係第二實施例的剖面照片。第一實施例的損傷層(表面的黑色層)厚度為10nm，而第二實施例的損傷層厚度為3nm。據此，明白具有DC激發型氬光束源的離子束加工機，相較於具有電漿激發型氬光束源的離子束加工機，對表面的損傷較少。
為了推測對損傷層的元件特性的影響，在第一、二實施例的複合基板的壓電基板上，製作SAW共振器的電極。電極間距為4μm。具有約930MHz的中心頻率的共振器特性，與通常的壓電基板上製成的共振器之間沒看到差異。即，明白厚度10nm左右的損傷層不影響特性。
本申請書，以主張2012年12月26日申請的美國先行申請第61/745898號的優先權為基礎，根據引用，其全部內容包含在本說明書內。
本發明可以利用於SAW濾波器等的彈性波裝置。
Claims (8)
- 一種複合基板的製法，包括：(a)鏡面研磨步驟，接合壓電基板與支持基板而形成的直徑4英吋以上的貼合基板的壓電基板側，鏡面研磨上述壓電基板的厚度到3微米(μm)以下；(b)資料製作步驟，製作上述鏡面研磨的壓電基板的厚度分佈資料；(c)得到複合基板步驟，根據上述厚度分佈資料，以離子束加工機執行加工，上述壓電基板的厚度在3微米(μm)以下，其厚度的最大值與最小值的差在全平面中60毫微米(nm)以下，得到顯示X光繞射得到的鎖定曲線的半值幅在100arcsec(角秒)以下的結晶性之複合基板。
- 如申請專利範圍第1項所述的複合基板的製法，其中，上述步驟(a)中，上述貼合基板的壓電基板側，首先以研磨加工機研磨，其次以拋光加工機研磨，再以CMP(化學機械研磨)鏡面研磨上述壓電基板的厚度至3微米(μm)以下。
- 如申請專利範圍第1或2項所述的複合基板的製法，其中，上述步驟(b)中，上述鏡面研磨的壓電基板厚度以使用雷射干擾的光學式膜厚測量器測量，製作厚度分佈的資料。
- 如申請專利範圍第1或2項所述的複合基板的製法，其中，上述步驟(c)中，輸入上述厚度分佈的資料至上述離子束加工機，決定上述壓電基板的表面各點的光束照射時間，並使用上述光束照射時間進行加工。
- 如申請專利範圍第1或2項所述的複合基板的製法，其中， 上述步驟(c)中，輸入上述厚度分佈的資料至上述離子束加工機，決定上述壓電基板的表面各點的光束輸出值，並使用上述光束的輸出值進行加工。
- 如申請專利範圍第1或2項所述的複合基板的製法，其中，上述步驟(c)中，上述離子束加工機，使用具有DC激發型氬光束源的離子束加工機。
- 一種複合基板，係接合壓電基板與支持基板而形成的直徑4英吋以上的複合基板，上述壓電基板的厚度在3微米(μm)以下，其厚度的最大值與最小值的差在全平面中60毫微米(nm)以下，顯示X光繞射得到的鎖定曲線的半值幅在100arcsec(角秒)以下的結晶性。
- 一種彈性波裝置，使用申請專利範圍第7項所述的複合基板。
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