WO2011004665A1 - 弾性波デバイスおよび弾性波デバイスの製造方法 - Google Patents

弾性波デバイスおよび弾性波デバイスの製造方法 Download PDF

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岩本敬
神藤始
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株式会社村田製作所
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    • Y10T29/42—Piezoelectric device making

Definitions

  • the present invention relates to an elastic wave device using a piezoelectric single crystal thin film and a method of manufacturing the elastic wave device.
  • a piezoelectric device using such a piezoelectric thin film requires a support for supporting the piezoelectric thin film during actual use. As shown in Patent Document 1 and Patent Document 2, such a support is disposed on one main surface of the piezoelectric thin film.
  • a smart cut method as one of methods for forming a composite piezoelectric substrate composed of such a piezoelectric thin film and a support.
  • an ion implantation layer is formed by performing ion implantation on one main surface of a piezoelectric substrate having a thickness that can be bonded.
  • the support formed separately is bonded to the main surface of the piezoelectric substrate on which the ion-implanted layer is formed on the ion-implanted layer side by using activated bonding or affinity bonding.
  • the piezoelectric thin film is thermally peeled from the piezoelectric substrate using the ion implantation layer.
  • Patent Document 3 by inserting an elastic body between the semiconductor substrate and the support body, various problems that occur when the piezoelectric substrate and the support body are joined are alleviated. Damping occurs when an elastic body having a small elastic coefficient is joined to the piezoelectric substrate. The function as a piezoelectric device deteriorates. In particular, in the case of an acoustic wave device using a piezoelectric thin film, such damping significantly reduces the function and must be avoided.
  • an object of the present invention relates to an elastic wave device that prevents the occurrence of various problems during bonding as described above and does not structurally deteriorate in function, and a method for manufacturing the elastic wave device.
  • the present invention relates to an acoustic wave device comprising a piezoelectric thin film on which an IDT electrode is formed and a support disposed on one main surface side of the piezoelectric thin film.
  • an inorganic layer and an elastic layer are provided between the piezoelectric thin film and the support.
  • the inorganic layer is formed on one main surface of the piezoelectric thin film, and the elastic layer is disposed on the surface of the inorganic layer opposite to the piezoelectric thin film.
  • the inorganic layer is made of a material having a large elastic modulus (hereinafter referred to as “Young's modulus unless otherwise specified)” and a high hardness as compared with the elastic layer.
  • the material of the support having a thickness larger than that of the piezoelectric thin film and the inorganic layer is used as the piezoelectric thin film. Selection can be made without considering the difference in linear expansion coefficient. Further, since the inorganic layer is interposed between the elastic body layer and the piezoelectric thin film, damping caused by the elastic body layer does not occur.
  • the elastic layer contains an inorganic filler.
  • the inorganic filler is contained in the elastic layer, so that the thermal conductivity of the elastic layer can be increased, the linear expansion coefficient can be decreased, and the elastic modulus can be increased.
  • various characteristics such as power durability and temperature characteristics of the acoustic wave device can be improved.
  • the inorganic layer is made of a material having a higher thermal conductivity than the piezoelectric thin film.
  • the elastic layer is made of a material having a higher thermal conductivity than the piezoelectric thin film and the inorganic layer.
  • the inorganic layer is made of a material having a smaller linear expansion coefficient than the piezoelectric thin film.
  • the inorganic layer is harder to deform than the piezoelectric thin film, the inorganic layer constrains the piezoelectric thin film, and the temperature characteristics as an acoustic wave device can be improved.
  • the piezoelectric thin film is made of a material containing a first group element.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing the elastic wave device.
  • This method for manufacturing an acoustic wave device includes an ion implantation step, an inorganic layer forming step, an elastic body layer disposing step, a bonding step, and a peeling step.
  • ions are implanted into the piezoelectric substrate to form an ion implantation layer.
  • the inorganic layer forming step the inorganic layer is directly formed on the main surface of the piezoelectric substrate on the ion implantation layer side.
  • the elastic layer disposing step the elastic layer is disposed on the surface of the inorganic layer opposite to the piezoelectric substrate.
  • the bonding step the support is bonded to the elastic body layer.
  • the peeling step the piezoelectric thin film is peeled from the piezoelectric substrate on which the ion implantation layer is formed.
  • a structure composed of the above-described piezoelectric thin film, inorganic layer, elastic layer, and support can be easily manufactured.
  • the inorganic layer directly on the piezoelectric substrate without using bonding, there is no problem that occurs when bonding the conventional piezoelectric substrate and the support.
  • the inorganic layer becomes a protective layer for the piezoelectric substrate, and the elastic layer becomes a buffer layer and a step relaxation layer.
  • the elastic wave device having high reliability and good characteristics can be manufactured easily and with a high yield.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing the elastic wave device.
  • This method for manufacturing an acoustic wave device includes an ion implantation step, an inorganic layer forming step, an elastic body layer disposing step, a bonding step, and a peeling step.
  • an ion implantation layer is formed by implanting ions into the piezoelectric substrate.
  • the inorganic layer forming step the inorganic layer is directly formed on the main surface of the piezoelectric substrate on the ion implantation layer side.
  • the elastic body layer disposing step the elastic body layer is disposed on the surface of the support.
  • the bonding step the inorganic layer and the elastic body layer are bonded together.
  • the piezoelectric thin film is peeled from the piezoelectric substrate on which the ion implantation layer is formed.
  • the above-described manufacturing method forms an elastic body layer on the piezoelectric substrate and the inorganic layer side, and is bonded to the support, whereas the elastic body layer is formed on the support side, and the piezoelectric substrate and the inorganic layer are bonded.
  • a first composite layer composed of a layer and a second composite layer composed of a support and an elastic layer are bonded together.
  • the bonding step is performed under a reduced pressure atmosphere.
  • the bonding step is performed under a reduced pressure atmosphere, bubbles in the vicinity of the interface of the elastic layer can be suppressed and reliability can be improved. Furthermore, since the heat treatment temperature can be lowered, it is possible to suppress adverse effects such as degradation of the cleaving property and deterioration of characteristics of the piezoelectric substrate due to the heat treatment.
  • the inorganic layer forming step is performed in a reduced pressure atmosphere.
  • bubbles (voids) near the interface between the inorganic layer and the piezoelectric substrate can be suppressed, and a dense interface can be formed.
  • the acoustic wave device in the functional part of the acoustic wave device, it is possible to prevent the occurrence of various problems when joining the piezoelectric substrate that is the basis of the piezoelectric thin film and the support, and to reduce the function as the acoustic wave device. Absent. As a result, it is possible to realize an acoustic wave device having a higher degree of design freedom than the conventional one, easy process control, and excellent characteristics and reliability.
  • FIG. 6 is a side sectional view and a plan view showing a configuration of a boundary acoustic wave device using a wave mode generated around a boundary with a piezoelectric thin film by forming a dielectric layer on the surface 13 side.
  • FIG. 1 is a side sectional view showing the configuration of the acoustic wave device according to the present embodiment.
  • the acoustic wave device has a piezoelectric thin film 10 having a thickness of about 1 ⁇ m made of a piezoelectric single crystal such as LT.
  • the piezoelectric thin film 10 includes LN, LBO (Li 2 B 4 O 7 ), langasite (La 3 Ga 5 SiO 14 ), KN (KNbO 3 ), and KLN (K 3 Li 2 Nb 5 O). 15 ) etc., any material that has piezoelectricity and can be used for smart cutting.
  • an IDT electrode 50 On the surface 13 of the piezoelectric thin film 10, an IDT electrode 50, a bump pad 51, and a circuit pattern (not shown) for electrically connecting the IDT electrode 50 and each bump pad 51 are formed. Furthermore, bumps 60 for connection to other components are formed on the bump pads 51.
  • Al, W, Mo, Ta, Hf, Cu, Pt, Ti, Au or the like may be used alone or in combination depending on the specifications of the device.
  • the bump pad 51 and the lead electrode may be made of Al, Cu may be used.
  • an inorganic layer 20 is formed on the entire back surface 12 of the piezoelectric thin film 10.
  • a material having an elastic modulus or hardness larger than a predetermined value in a use environment for example, ⁇ 55 ° C. to + 150 ° C. in a use environment for a general piezoelectric device is used.
  • various metal oxides such as silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, tantalum oxide, DLC (Diamond like Carbon), magnesium oxide, yttrium oxide, etc.
  • a glass-based material such as PSG is used.
  • the inorganic layer 20 is preferably made of a material having a high thermal conductivity with respect to the piezoelectric thin film 10 or a material having a small linear expansion coefficient.
  • the elastic layer 30 is entirely formed on the surface of the inorganic layer 20 opposite to the piezoelectric thin film 10.
  • a material having a relatively small elastic modulus and hardness is used as the material of the elastic body layer 30 .
  • a resin material such as an epoxy resin, a polyimide resin, a benzocyclobutene resin, a cyclic olefin resin, or a liquid crystal polymer is used.
  • the elastic layer 30 may be made of a material having high heat resistance and chemical resistance. Particularly, in the case of a device used at a high temperature of 300 ° C. or higher, polyimide resin, benzocyclobutene resin, liquid crystal Polymer is better.
  • the elastic layer 30 should also have a large thermal conductivity.
  • the above-described elastic modulus, hardness, thermal conductivity, and linear expansion coefficient can be adjusted as appropriate by adding an inorganic filler made of silica, alumina or the like to the elastic layer 30.
  • a support 40 is bonded to the surface of the elastic layer 30 opposite to the inorganic layer 20.
  • the support 40 is made of an inexpensive material with excellent workability. Specifically, ceramics such as Si, glass, and alumina are used.
  • the pressure applied to the piezoelectric single crystal substrate 10 at the time of bonding (bonding) is relieved by the elastic body layer 30, the cleavage property of the piezoelectric single crystal substrate 10 is strong and even in the ion-implanted state, Occurrence of defects and the like can be suppressed.
  • an elastic wave device having high reliability and excellent characteristics can be realized at low cost.
  • an elastic wave device having higher reliability and superior characteristics can be realized at low cost.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a method for manufacturing the acoustic wave device of this embodiment.
  • 3 and 4 are diagrams schematically showing a manufacturing process of the acoustic wave device formed by the manufacturing flow shown in FIG.
  • a piezoelectric single crystal substrate 1 having a predetermined thickness is prepared, and as shown in FIG. 3A, ion implantation layer 100 is formed by implanting hydrogen ions from the back surface 12 side (FIG. 2: S101). .
  • a multi-state substrate in which a plurality of piezoelectric devices are arranged is used as the piezoelectric single crystal substrate 1.
  • hydrogen ions are implanted at an acceleration energy of 150 KeV and a dose of 1.0 ⁇ 10 17 atoms / cm 2 , so that a position about 1 ⁇ m deep from the back surface 12 is obtained.
  • the hydrogen ion layer is formed, and the ion implantation layer 100 is formed.
  • the conditions for the ion implantation process are appropriately set according to the material of the piezoelectric single crystal substrate 1 and the thickness of the ion implantation layer 100. For example, when the acceleration energy is 75 KeV, the hydrogen ion layer is located at a depth of 0.5 ⁇ m. Is formed.
  • an inorganic layer 20 is formed on the back surface 12 of the piezoelectric single crystal substrate 1 (FIG. 2: S102).
  • the material of the inorganic layer 20 a material satisfying the above-described elastic modulus, hardness, thermal conductivity, and linear expansion coefficient is used, and the thickness is appropriately set.
  • the inorganic layer 20 For the formation method of the inorganic layer 20, a bonding method is not used, but a direct formation method such as CVD, sputtering, E / B (electron beam) method, ion plating, spraying, spraying, etc. Therefore, it is set as appropriate according to the specifications and manufacturing conditions. At this time, the inorganic layer 20 is formed at a temperature lower than the temperature of the peeling step described later.
  • the inorganic layer 20 is formed under a reduced pressure atmosphere.
  • the formation of voids (bubbles) at the interface between the back surface 12 of the piezoelectric single crystal substrate 1 and the inorganic layer 20 is prevented, and the interface is formed densely.
  • voids bubbles
  • the interface is formed densely.
  • variations in reflection of the elastic wave at the interface can be suppressed, so that the characteristics of the acoustic wave device can be improved and the characteristics can be stabilized.
  • the elastic layer 30 is formed on the surface of the inorganic layer 20 opposite to the piezoelectric single crystal substrate 1 (FIG. 2: S103).
  • the material of the elastic layer 30 a material satisfying a smaller elastic modulus and lower hardness than the above-described inorganic layer 20 is used, and further, a material satisfying the above-described thermal conductivity and linear expansion coefficient is preferably used.
  • the formation method of the elastic body layer 30 is, for example, a coating method, and more specifically, a spin coating method, a spray coating method, or a dispensing method is better used as the coating method.
  • the coating thickness is appropriately set according to the characteristics necessary for the elastic layer 30 and the inherent elastic modulus of the material.
  • the support 40 is bonded to the surface of the elastic layer 30 opposite to the inorganic layer 20 (FIG. 2: S104).
  • the bonding is performed in a reduced pressure atmosphere.
  • the composite piezoelectric substrate composed of the piezoelectric single crystal substrate 1 on which the inorganic layer 20, the elastic layer 30 and the support 40 are disposed is heated, and the ion implantation layer 100 is peeled off.
  • the surface is peeled off (FIG. 2: S105).
  • the piezoelectric thin film 10 supported by the support body 40 and provided with the inorganic layer 20 and the elastic body layer 30 is formed.
  • the heating temperature can be lowered by heating in a reduced pressure atmosphere.
  • the surface 13 of the piezoelectric thin film 10 thus peeled and formed is polished by a CMP process or the like and flattened so that the surface roughness Ra is 1 nm or less. Thereby, the characteristic of an elastic wave device can be improved.
  • polarization electrodes are formed on the upper and lower surfaces of the composite piezoelectric substrate composed of the piezoelectric thin film 10, the inorganic layer 20, the elastic layer 30, and the support 40, and a polarization treatment is performed by applying a predetermined voltage. The piezoelectricity of the piezoelectric thin film 10 is restored.
  • upper electrode patterns such as IDT electrodes 50 and bump pads 51 for driving as acoustic wave devices are formed on the surface 13 of the piezoelectric thin film 10.
  • a finished upper electrode pattern is formed by forming bumps 60 on the bump pads 51 (FIG. 2: S106). In this way, an elastic wave device is formed.
  • the above-described piezoelectric thin film 10 the inorganic layer 20, the elastic body layer 30, and the support body 40 are layered, and a highly reliable acoustic wave device having excellent characteristics is obtained. It can be manufactured without increasing the load.
  • the acoustic wave device of the present embodiment is characterized by a manufacturing method, and the final configuration of the acoustic wave device is the same as that of the first embodiment, so that the structural description is omitted. . Also in the manufacturing method, only the characteristic part will be described, and the description of the same steps as those of the other first embodiment will be simplified.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a method for manufacturing the acoustic wave device of the present embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing characteristic steps different from those of the first embodiment in the manufacturing process of the acoustic wave device formed by the manufacturing flow shown in FIG.
  • the step of forming the ion implantation layer 100 on the piezoelectric single crystal substrate 1 and the step of forming the inorganic layer 20 on the piezoelectric single crystal substrate 1 (FIG. 5: S201, S202) This is the same as the embodiment.
  • the elastic layer 30 is formed on the surface of the support 40 (FIG. 5: S203).
  • the material and forming method of the elastic layer 30 are the same as those in the first embodiment.
  • the support 40 (second composite layer) with the elastic layer 30 is baked at a predetermined temperature (FIG. 5: S204).
  • a predetermined temperature For example, if an acoustic wave device to be used at 300 ° C. or higher is manufactured, the baking process is performed at a temperature obtained by adding a predetermined margin to the use condition temperature.
  • the elastic body layer 30 is used in an environment at a temperature that is not reached in the environment for using the manufacturing method and the acoustic wave device of the first embodiment, for example, at 300 ° C. or higher. Solvent etc. are released from. Thereby, the annealing process according to a use condition is performed, and it can prevent that the characteristic deterioration of the acoustic wave device at the time of use arises.
  • the elastic body layer 30 (second composite layer) formed on the support 40 and the inorganic layer 20 formed on the piezoelectric single crystal substrate 1. (First composite layer) is bonded together (FIG. 5: S205).
  • the process conditions of this bonding process may be the same as those in the first embodiment.
  • the piezoelectric thin film is formed by heat peeling (FIG. 5: S206) and the upper electrode pattern is formed (FIG. 5: S207).
  • an elastic wave device formed by a process flow of 300 ° C. or higher can be reliably manufactured while maintaining excellent characteristics with high reliability. it can.
  • the surface acoustic wave device has been described as an example.
  • the configuration and the manufacturing method of the present invention can be applied to other piezoelectric devices using a piezoelectric thin film.
  • FIG. 7 is a side cross-sectional view and a plan view showing a configuration of a boundary acoustic wave device using a wave mode generated around the interface with the piezoelectric thin film by forming a dielectric layer on the surface 13 side. As shown in FIG.
  • a dielectric layer 70 having a predetermined thickness is formed on the surface 13 of the piezoelectric thin film 10 on which the IDT electrode 50 is formed.
  • the IDT electrode 50 is covered with the dielectric layer 70, and the bump pad 51 is formed so as to be exposed from the dielectric layer 70.
  • 1-piezoelectric single crystal substrate 10-piezoelectric thin film, 20-inorganic layer, 30-elastic layer, 40-support, 50-IDT electrode, 51-bump pad, 60-bump, 70-dielectric layer

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Abstract

　圧電薄膜を支持体で支持してなる弾性波デバイスにおいて、接合時の各種不具合の発生を防止し、且つ構造的に機能低下されることのない構成を実現する。弾性波デバイスは、圧電単結晶基板（１）を剥離形成してなる圧電薄膜（１０）と、圧電薄膜（１０）に裏面（１３）に形成された無機層（２０）と、無機層（２０）の圧電薄膜（１０）と反対側の面に配設された弾性体層（３０）と、該弾性体層（３０）の無機層（２０）と反対側の面に貼り合わせられた支持体（４０）とを備える。弾性体層（３０）は、無機層（２０）が備えられた圧電薄膜（１０）と支持体（４０）とを貼り合わせることによる応力の緩和機能を有し、所定弾性率からなる。一方、無機層（２０は、弾性体層（３０）よりも弾性率が大きい材質からなり、弾性体層（３０）の設置によるダンピングを抑制する。

Description

弾性波デバイスおよび弾性波デバイスの製造方法
　この発明は、圧電単結晶の薄膜を用いた弾性波デバイスおよび当該弾性波デバイスの製造方法に関するものである。
　現在、圧電単結晶体を薄膜化してなる圧電デバイスが多く開発されている。このような圧電薄膜を用いた圧電デバイスでは、実際の使用時において圧電薄膜を支持する支持体を必要とする。このような支持体は、特許文献１や特許文献２に示すように、圧電薄膜の一方の主面に配設されている。
　そして、従来、このような圧電薄膜と支持体とからなる複合圧電基板を形成する方法の１つとしてスマートカット法がある。スマートカット法では、接合可能な厚みからなる圧電基板の一方主面にイオン注入を行うことでイオン注入層を形成する。次に、イオン注入層が形成された圧電基板のイオン注入層側の主面に対して、別体形成した支持体を、活性化接合や親和性接合等を用いて接合する。その後、イオン注入層を利用して圧電基板から圧電薄膜を加熱剥離する。
　ところで、このような薄膜を剥離形成するための基板と支持体とを接合する方法として、複合圧電基板ではないものの、特許文献３に示すように、単結晶シリコン基板と支持体との間に弾性体を装着する構造のものがある。
特開２００７－２２８３１９号公報 特表２００３－１７９６７号公報 特開２００８－１１８０７９号公報
　しかしながら、特許文献１や特許文献２に示すような圧電基板と支持体とを直接接合する場合には、これら圧電基板と支持体との間の線膨張係数差を無視することができず、支持体の材料が大幅に制限されてしまう。また、接合時に圧電基板に不要な応力をかけないために、所定レベル以上の凹凸がないか、接合面にパーティクルは存在しないか、等のシビアな接合条件の設定が必要となり、工程負荷が増大するとともに工程管理が難しくなる。
　一方、特許文献３に示すように、半導体基板と支持体との間に弾性体を挿入することで、上述のような圧電基板と支持体との接合時に発生する各種の不具合は緩和されるが、圧電基板に弾性係数の小さい弾性体を接合することで、ダンピングが発生してしまい。圧電デバイスとしての機能が低下する。特に、圧電薄膜を利用した弾性波デバイスの場合、このようなダンピングは機能を著しく低下させるものであり、避けなければならない。
　したがって、本発明の目的は、上述のような接合時の各種不具合の発生を防止し、且つ構造的に機能低下することのない弾性波デバイスおよび当該弾性波デバイスの製造方法に関するものである。
　この発明は、ＩＤＴ電極が形成された圧電薄膜と、該圧電薄膜の一方主面側に配設された支持体とを備える弾性波デバイスに関するものである。この弾性波デバイスでは、圧電薄膜と支持体との間には、無機層と弾性体層とが備えられている。無機層は、圧電薄膜の一方主面上に形成されており、弾性体層は無機層の圧電薄膜と反対側の面に配設されている。ここで、無機層は弾性体層と比較して、弾性率（以下、特に指定が無い限り”ヤング率”を示す。）が大きく硬度が高い材質からなる。
　この構成では、圧電薄膜と無機層とからなる複合層が、弾性体層を介して支持体に接合されるため、圧電薄膜及び無機層よりも厚みを有する支持体の材質を、圧電薄膜との線膨張係数の差を考慮することなく、選択することができる。また、弾性体層と圧電薄膜との間に無機層が介在されることで、弾性体層に起因するダンピングも生じない。
　また、この発明の弾性波デバイスでは、弾性体層に無機フィラーが含有されている。
　この構成では、弾性体層に無機フィラーが含有されることで、弾性体層の熱伝導率を大きくし、線膨張係数を小さくすることができるとともに、弾性率を大きくすることもできる。これにより、弾性波デバイスの耐電力性、温度特性等の各種特性を向上することができる。
　また、この発明の弾性波デバイスでは、無機層は、圧電薄膜よりも熱伝導率が大きい材質が用いられている。
　この構成では、圧電薄膜で生じる熱が無機層へ効果的に伝搬されるので、弾性波デバイスとしての耐電力性を向上することができる。
　また、この発明の弾性波デバイスでは、弾性体層は、圧電薄膜および無機層よりも熱伝導率が大きい材質が用いられている。
　この構成では、圧電薄膜から無機層を介して弾性体層へ熱が効果的に伝搬されるので、より耐電力性が向上することができる。
　また、この発明の弾性波デバイスでは、無機層は、圧電薄膜よりも線膨張係数が小さい材質が用いられている。
　この構成では、無機層が圧電薄膜よりも変形し難いので、無機層が圧電薄膜を拘束し、弾性波デバイスとしての温度特性を向上することができる。
　また、この発明の弾性波デバイスでは、圧電薄膜は第１属元素を含む材料からなる。
　この構成では、圧電薄膜に、第１族元素を含む材料、例えばＬＴ、ＬＮ、ＬＢＯを用いた場合、劈開性が大きいので割れやすくなるが、上述のように支持体と圧電薄膜との間に、弾性体層および無機層を介在することで、圧電薄膜に支持体が間接的に接合され、接合時の不良率を特に低減することができる。
　また、この発明は、上記弾性波デバイスの製造方法に関するものである。この弾性波デバイスの製造方法では、イオン注入工程、無機層形成工程、弾性体層配設工程、貼合工程、および剥離工程を有する。イオン注入工程は圧電基板にイオンを注入することで、イオン注入層を形成する。無機層形成工程は、圧電基板のイオン注入層側の主面に無機層を直接形成する。弾性体層配設工程は、無機層の圧電基板と反対側の面に弾性体層を配設する。貼合工程は、弾性体層に支持体を貼り合わせる。剥離工程は、イオン注入層が形成された圧電基板から圧電薄膜を剥離形成する。
　この製造方法では、上述の圧電薄膜、無機層、弾性体層、および支持体からなる構造を容易に製造することができる。この際、無機層を圧電基板に接合を用いることなく直接的に形成することで、従来の圧電基板と支持体とを接合する際に生じる不具合が発生しない。また、圧電基板、無機層および弾性体層からなる複合層と支持体とを貼り合わせ時に、無機層が圧電基板の保護層となり、弾性体層が緩衝層および段差緩和層となるので、従来技術及び課題に記載のような接合時に生じる問題や特性上の問題も発生しない。これにより、高信頼性で特性が良好な弾性波デバイスを、容易且つ高歩留まりで製造することができる。
　また、この発明は、上記弾性波デバイスの製造方法に関するものである。この弾性波デバイスの製造方法では、イオン注入工程、無機層形成工程、弾性体層配設工程、貼合工程、および剥離工程を有する。イオン注入工程は、圧電基板にイオンを注入することでイオン注入層を形成する。無機層形成工程は、圧電基板のイオン注入層側の主面に無機層を直接形成する。弾性体層配設工程は、支持体の表面に弾性体層を配設する。貼合工程は、無機層と弾性体層とを貼り合わせる。剥離工程は、イオン注入層が形成された圧電基板から圧電薄膜を剥離形成する。
　この製造方法では、上述の製造方法が圧電基板および無機層側に弾性体層を形成して、支持体と貼り合わせたのに対して、支持体側に弾性体層を形成し、圧電基板と無機層とからなる第１の複合層と、支持体と弾性体層とからなる第２の複合層とを貼り合わせる。このような工程とすることで、貼り合わせ前の弾性体層に対して、イオン注入層の剥離温度よりも高温の熱処理を行うことができる。これにより、例えば弾性体層のアニール（不要溶剤の除去）処理が容易になり、より信頼性を向上することができる。
　また、この発明の弾性波デバイスの製造方法では、貼合工程を減圧雰囲気下で行う。
　この製造方法では、貼合工程が減圧雰囲気下で行われることで、弾性体層の界面近傍での泡を抑制できて信頼性を向上できる。さらに、熱処理温度を低くできることで、熱処理による圧電基板の劈開性の悪化や特性劣化等の悪影響を抑制することができる。
　また、この発明の弾性波デバイスの製造方法では、無機層形成工程を減圧雰囲気下で行う。
　この製造方法では、無機層と圧電基板との界面近傍での泡（ボイド）を抑圧でき、緻密な界面を形成することができる。
　この発明によれば、弾性波デバイスの機能部では圧電薄膜の元となる圧電基板と支持体とを接合する際の各種不具合の発生を防止し、且つ弾性波デバイスとしての機能を低下させることがない。これにより、従来よりも設計的自由度が高く、工程管理が容易で、且つ特性及び信頼性優れる弾性波デバイスを実現することができる。
本発明の第１の実施形態に係る弾性波デバイスの構成を示す側面断面図である。 本発明の第１の実施形態の弾性波デバイスの製造方法を示すフローチャートである。 図２に示す製造フローで形成される弾性波デバイスの製造過程を模式的に示す図である。 図２に示す製造フローで形成される弾性波デバイスの製造過程を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施形態の弾性波デバイスの製造方法を示すフローチャートである。 図５に示す製造フローで形成される弾性波デバイスの製造過程における第１の実施形態とは異なる特徴的な工程を模式的に示す図である。 表面１３側に誘電体層を形成し、圧電薄膜との界面を中心に発生する波のモードを用いる弾性境界波デバイスの構成を示す側面断面図および平面図である。
　本発明の第１の実施形態に係る弾性波デバイスおよび当該弾性波デバイスの製造方法について、図を参照して説明する。なお、本実施形態では、弾性表面波デバイスを例に説明する。
　図１は、本実施形態に係る弾性波デバイスの構成を示す側面断面図である。
　弾性波デバイスは、ＬＴ等の圧電単結晶を材料とする１μｍ程度の厚みからなる圧電薄膜１０を有する。なお、圧電薄膜１０には、ＬＴ以外に、ＬＮやＬＢＯ（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）やランガサイト（Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14）、ＫＮ（ＫＮｂＯ3）、ＫＬＮ（Ｋ3Ｌｉ2Ｎｂ5Ｏ15）等、圧電性を有し、スマートカットが利用可能な材料であれば良い。
　圧電薄膜１０の表面１３には、ＩＤＴ電極５０、バンプパッド５１、および、ＩＤＴ電極５０と各バンプパッド５１とを電気的に接続する回路パターン（図示せず）が形成されている。さらには、バンプパッド５１上には、他部品への接続用のバンプ６０が形成されている。ＩＤＴ電極５０には、デバイスの仕様に応じて、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｕ等を単体もしくは組み合わせて用いるとよく、バンプパッド５１や引き回し電極にはＡｌ、Ｃｕを用いるとよい。
　一方、圧電薄膜１０の裏面１２には、無機層２０が全面形成されている。無機層２０の材料としては、使用環境下、例えば一般的な圧電デバイスでの使用環境下である－５５℃～＋１５０℃における弾性率や硬度が所定値以上に大きいものが使用されている。具体的には、各種の金属酸化物、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、アルミニウム酸化物、アルミニウム窒化物、タンタル酸化物、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ　ｌｉｋｅ　Ｃａｒｂｏｎ）、マグネシウム酸化物、イットリウム酸化物等や、ＰＳＧ等のガラス系の材料が使用される。なお、無機層２０には、圧電薄膜１０に対して熱伝導性が大きい材質や、線膨張係数が小さい材質を用いるとより良い。
　この無機層の２０の圧電薄膜１０と反対側の面には、弾性体層３０が全面形成されている。弾性体層３０の材料としては、弾性率や硬度が比較的小さいものが使用されている。具体的には、樹脂材料、例えば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、環オレフィン系樹脂、液晶ポリマ等の材料が使用されている。なお、弾性体層３０には、耐熱性や耐薬品性の強い材質を使用すると良く、特に、３００℃以上の高温で使用するデバイスの場合には、ポリイミド系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、液晶ポリマが、より良い。また、弾性体層３０も熱伝導性が大きい方が良い。
　さらに、弾性体層３０に、シリカやアルミナ等からなる無機フィラーを含有させることで、上述の弾性率や硬度、熱伝導性、さらには線膨張係数を適宜調整することもできる。
　弾性体層３０の無機層２０と反対側の面には、支持体４０が貼り合わせられている。支持体４０には、加工性に優れ安価な材料が使用されている。具体的には、Ｓｉ、ガラス、およびアルミナ等のセラミックが使用されている。
　このような層構成とすることで、次に示すような各種の作用効果を得ることができる。
　（Ａ）弾性体層３０を介して支持体４０と圧電薄膜および無機層２０の複合層とが接合（貼り合わせ）されるので、接合時に各界面を非常に高い平坦度にしなくても、凹凸等による段差が弾性体層３０で吸収され、接合による局所的な応力が圧電薄膜１０に発生することを防止できる。また、この際、支持体４０の接合面（貼り合わせ面）や無機層２０の接合面（貼り合わせ面）にパーティクル（極小サイズのゴミや塵等）が存在しても、このパーティクルによる段差も弾性体層３０で吸収でき、上述の応力の発生を防止できる。
　さらには、接合（貼り合わせ）時に圧電単結晶基板１０へ係る圧力が弾性体層３０によって緩和されるので、圧電単結晶基板１０の劈開性が強く、且つイオン注入された状態であっても、欠け等の発生を抑圧することができる。
　また、このように工程管理条件を緩和できるので、工程管理を容易にすることができる。
　（Ｂ）圧電薄膜１０に対して弾性体層３０を介在して支持体４０を配設することで、圧電薄膜１０と支持体４０との線膨張係数差が大きくても、弾性体層３０でこの線膨張係数差による応力が吸収される。これにより、支持体４０の材料選択条件に、線膨張係数を含ませる必要がなくなり、支持体４０の選択性が向上する。この結果、安価な材料を選ぶことができ、弾性波デバイスの体積に占める割合が非常に大きい支持体４０をコストダウンすることもでき、弾性波デバイスを安価に実現することができる。また、加工性に優れる材料を支持体４０に用いることもできるので、支持体４０に対する工程負荷を低減させることもできる。
　（Ｃ）弾性体層３０を圧電薄膜１０に直接当接させると、上述の従来技術や課題に示すようにダンピングが発生するが、弾性体層３０よりも弾性率が大きくや硬度が高い無機層２０を介在させることで、ダンピングの発生を防止できる。これにより、弾性体層３０を用いることによる構造的な要因からの特性劣化を抑制できる。
　このように、本実施形態の構成を用いることで、高い信頼性および優れた特性を有する弾性波デバイスを安価に実現することができる。
　（Ｄ）無機層２０に熱伝導性の大きい材料を用いることで、圧電薄膜１０が駆動する際に生じる熱が無機層２０へ伝搬されて放熱されるので、耐電力性を向上することができる。さらに、弾性体層３０の熱伝導率も大きくすることで、無機層２０に伝搬された熱は、弾性体層３０に、さらに効果的に伝搬され、弾性体層３０および支持体４０から放熱されるので、より耐電力性を向上させることができる。
　（Ｅ）無機層２０に線膨張係数の小さい材料を用いることで、温度変化等による圧電薄膜１０の伸縮を無機層２０により拘束でき、弾性波デバイスとしての温度特性を向上することができる。
　（Ｆ）弾性体層３０に無機フィラーを含有させることで、上述の弾性率や硬度、熱伝導率、線膨張係数を適宜設定することできるので、信頼性の仕様や特性の仕様に応じた弾性波デバイスを容易に実現することができる。例えば、樹脂材料のみでは実現できない線膨張係数２０ｐｐｍ／℃以下、熱伝導率０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、弾性率１ＧＰａ以上という条件も、樹脂と無機フィラーの体積比を５０：５０～１０：９０程度にすることで、貼り合わせ時の接着力を確保しながら実現することができる。
　このように、さらに無機層２０および弾性体層３０の組成を適宜設定することで、さらに高い信頼性および優れた特性を有する弾性波デバイスを安価に実現することができる。
　次に、上述の弾性波デバイスの製造方法について、図を参照して説明する。
　図２は、本実施形態の弾性波デバイスの製造方法を示すフローチャートである。
　図３、図４は、図２に示す製造フローで形成される弾性波デバイスの製造過程を模式的に示す図である。
　まず、所定厚みからなる圧電単結晶基板１を用意し、図３（Ａ）に示すように、裏面１２側から水素イオンを注入することで、イオン注入層１００を形成する（図２：Ｓ１０１）。この際、圧電単結晶基板１としては、圧電デバイス単体が複数配列されたマルチ状態の基板を用いる。そして、例えば圧電単結晶基板１にＬＴ基板を用いれば、加速エネルギー１５０ＫｅＶで１．０×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ2のドーズ量により水素イオン注入を行うことにより、裏面１２から深さ約１μｍの位置に水素イオン層が形成されて、イオン注入層１００が形成される。なお、イオン注入処理の条件は、圧電単結晶基板１の材質およびイオン注入層１００の厚みに応じて適宜設定し、例えば加速エネルギーを７５ＫｅＶとすれば、深さ０．５μｍの位置に水素イオン層が形成される。
　次に、図３（Ｂ）に示すように、圧電単結晶基板１の裏面１２上に無機層２０を形成する（図２：Ｓ１０２）。無機層２０の材料としては、上述の弾性率や硬度、熱伝導率や線膨張係数を満たす素材が用いられ、適宜厚みが設定されている。
　無機層２０の形成方法には、接合法は用いず、直接形成法であるＣＶＤ法、スパッタリング法、Ｅ・Ｂ（電子ビーム）法等の蒸着法、イオンプレーティング法、溶射法、スプレー法等から、仕様および製造条件等に応じて適宜設定されている。この際、無機層２０は、後述する剥離工程の温度よりも低温で形成される。
　さらに、無機層２０は減圧雰囲気下で形成される。このように、減圧雰囲気下で形成することで、圧電単結晶基板１の裏面１２と無機層２０との界面でのボイド（泡）の発生が防止される等、界面が緻密に形成される。これにより、信頼性の高い界面を形成できる。また、界面が安定して緻密に形成されることで、当該界面での弾性波の反射のバラツキ等が抑制できるので、弾性波デバイスの特性を向上できるとともに、特性の安定化も向上できる。
　次に、図３（Ｃ）に示すように、無機層２０の圧電単結晶基板１と反対側の面に弾性体層３０を形成する（図２：Ｓ１０３）。弾性体層３０の材料としては、上述の無機層２０よりも小さな弾性率や低い硬度を満たす素材が用いられ、さらには上述の熱伝導性や線膨張係数を満たす素材が用いられるとより良い。
　弾性体層３０の形成方法は、例えば塗布法であり、塗布法としてより具体的には、スピンコート法、スプレーコート法、ディスペンス法の使用がより良い。この際、塗布厚みは、弾性体層３０として必要な特性と、材料の有する固有の弾性率とに応じて適宜設定される。
　次に、図３（Ｄ）に示すように、弾性体層３０の無機層２０と反対側の面に、支持体４０を貼り合わせる（図２：Ｓ１０４）。この際、貼り合わせは、減圧雰囲気下で実行される。このように減圧雰囲気下で貼り合わせを行うことで、弾性体層３０と支持体４０との貼り合わせ界面でのボイドを抑制することができる。これにより、高信頼性の弾性波デバイスを形成することができる。
　次に、図４（Ａ）に示すように、無機層２０、弾性体層３０および支持体４０が配設された圧電単結晶基板１からなる複合圧電基板を加熱し、イオン注入層１００を剥離面とした剥離を行う（図２：Ｓ１０５）。これにより、支持体４０に支持され、無機層２０および弾性体層３０が配設された圧電薄膜１０が形成される。この際、減圧雰囲気下で加熱すれば、加熱温度を低くすることができる。
　次に、図示しないが、このように剥離形成した圧電薄膜１０の表面１３をＣＭＰ処理等により研磨して表面粗さＲａが１ｎｍ以下となるように平坦化する。これにより、弾性波デバイスの特性を良化させることができる。
　次に、図示しないが、これら圧電薄膜１０、無機層２０、弾性体層３０、支持体４０からなる複合圧電基板の上下面に分極用電極を形成し、所定電圧を印加することで分極処理を行い、圧電薄膜１０の圧電性を回復させる。
　次に、図４（Ｂ）に示すように、圧電薄膜１０の表面１３上に、弾性波デバイスとして駆動するためのＩＤＴ電極５０やバンプパッド５１等の上部電極パターンを形成する。そして、図４（Ｃ）に示すように、バンプパッド５１上にバンプ６０を形成する等して、仕上げ上部電極パターンを形成する（図２：Ｓ１０６）。このようにして弾性波デバイスを形成する。
　以上のような製造方法を用いることで、上述の圧電薄膜１０、無機層２０、弾性体層３０、および支持体４０が層構成された高信頼性で優れた特性を有する弾性波デバイスを、工程負荷を増大させることなく製造することができる。
　次に、第２の実施形態に係る弾性波デバイスの製造方法について、図を参照して説明する。本実施形態の弾性波デバイスは製造方法に特徴を有するものであり、最終的な弾性波デバイスとしての構成は、第１の実施形態の弾性波デバイスと同じであるので、構成的説明は省略する。また、製造方法においても、特徴箇所のみを説明し、他の第１の実施形態と同じ工程は、説明を簡略化する。
　図５は、本実施形態の弾性波デバイスの製造方法を示すフローチャートである。
　図６は、図５に示す製造フローで形成される弾性波デバイスの製造過程における第１の実施形態とは異なる特徴的な工程を模式的に示す図である。
　図５に示すように、圧電単結晶基板１に対してイオン注入層１００を形成する工程、圧電単結晶基板１に無機層２０を形成する工程（図５：Ｓ２０１，Ｓ２０２）は、第１の実施形態と同じである。
　これらの工程とは別に、図６（Ａ）に示すように、支持体４０の表面に弾性体層３０を形成する（図５：Ｓ２０３）。弾性体層３０の材料および形成方法は、第１の実施形態と同じである。
　次に、弾性体層３０付きの支持体４０（第２複合層）を、所定温度でベーキング処理する（図５：Ｓ２０４）。例えば、３００℃以上で使用する弾性波デバイスを製造する場合であれば、この使用条件温度に所定マージン分を加算した温度でベーキング処理を実行する。このようなベーキング処理を実行することで、当該ベーキング処理中に、第１の実施形態の製造方法および弾性波デバイスの使用環境で達しない温度以上、例えば３００℃以上の環境下で弾性体層３０から溶剤等が放出される。これにより、使用状況に応じたアニール処理が行われ、使用時での弾性波デバイスの特性劣化が生じることを防止できる。
　ここで、このようなベーキング処理は、第１の実施形態の製造方法では実施できない。これは、３００℃以上の熱を、圧電単結晶基板１、無機層２０、弾性体層３０からなる複合圧電基板に印加すると、圧電単結晶基板１がイオン注入層１００で剥離され、薄膜化されてしまうからである。しかしながら、本実施形態の製造方法を用いることで、剥離工程より前に圧電薄膜１０が剥離形成されてしまうことを防止できる。
　次に、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）に示すように、支持体４０に形成された弾性体層３０（第２複合層）と、圧電単結晶基板１に形成された無機層２０（第１複合層）とを貼り合わせる（図５：Ｓ２０５）。この貼り合わせ工程の工程条件も第１の実施形態と同じで良い。
　以下、第１の実施形態と同じ条件で、加熱剥離による圧電薄膜化（図５：Ｓ２０６）、および上部電極パターンの形成を行う（図５：Ｓ２０７）。
　以上のように、本実施形態の製造方法を用いることで、３００℃以上になるような工程フローで形成される弾性波デバイスも高信頼性で優れた特性を維持しながら確実に製造することができる。
　なお、上述の各実施形態では、弾性表面波デバイスを例に説明したが、圧電薄膜を利用する他の圧電デバイスに対しても、本発明の構成および製造方法を適用することができる。
　また、上述の説明では、圧電薄膜１０の表面１３上に上部電極パターンのみを形成する例を示したが、圧電薄膜上にさらに絶縁性材料層を形成した圧電デバイスであっても、上述の構成および製造方法を適用することができる。例えば、図７は、表面１３側に誘電体層を形成し、圧電薄膜との界面を中心に発生する波のモードを用いる弾性境界波デバイスの構成を示す側面断面図および平面図である。図７に示すように、誘電体層を形成する場合は、圧電薄膜１０のＩＤＴ電極５０が形成された表面１３上に、所定膜厚からなる誘電体層７０を形成する。この場合、ＩＤＴ電極５０は誘電体層７０で覆われるようにし、バンプパッド５１は誘電体層７０から露出するように形成する。
１－圧電単結晶基板、１０－圧電薄膜、２０－無機層、３０－弾性体層、４０－支持体、５０－ＩＤＴ電極、５１－バンプパッド、６０－バンプ、７０－誘電体層

Claims (10)

  1. 　ＩＤＴ電極が形成された圧電薄膜と、該圧電薄膜の一方主面側に配設された支持体とを備える弾性波デバイスであって、
    　前記圧電薄膜と前記支持体との間には、
    　前記圧電薄膜の前記一方主面上に形成された無機層と、
    　該無機層の前記圧電薄膜と反対側の面に配設された弾性体層と、
    　を備え、
    　前記無機層は、前記弾性体層と比較して弾性率が大きく硬度が高い材質からなる、弾性波デバイス（注釈：課題を解決する手段では、元々特徴部を分離して記載していたので、特に修正は行っていません）。
  2. 　前記弾性体層は、無機フィラーが含有されている請求項１に記載の弾性波デバイス。
  3. 　前記無機層は、前記圧電薄膜よりも熱伝導率が大きい、請求項１または請求項２に記載の弾性波デバイス。
  4. 　前記弾性体層は、前記圧電薄膜および前記無機層よりも熱伝導率が大きい、請求項１～請求項３のいずれかに記載の弾性波デバイス。
  5. 　前記無機層は、前記圧電薄膜よりも線膨張係数が小さい、請求項１～請求項４のいずれかに記載の弾性波デバイス。
  6. 　前記圧電薄膜は、第１族元素を含む材料からなる請求項１～請求項５のいずれかに記載の弾性波デバイス。
  7. 　請求項１～請求項６のいずれかに記載した弾性波デバイスの製造方法であって、
    　圧電基板にイオンを注入することで、イオン注入層を形成するイオン注入工程と、
    　前記圧電基板のイオン注入層側の主面に前記無機層を直接形成する無機層形成工程と、
    　前記無機層の前記圧電基板と反対側の面に前記弾性体層を配設する弾性体層配設工程と、
    　前記弾性体層に前記支持体を貼り合わせる貼合工程と、
    　前記イオン注入層が形成された前記圧電基板から前記圧電薄膜を剥離形成する剥離工程と、
    　を有する弾性波デバイスの製造方法。
  8. 　請求項１～請求項６のいずれかに記載した弾性波デバイスの製造方法であって、
    　圧電基板にイオンを注入することで、イオン注入層を形成するイオン注入工程と、
    　前記圧電基板のイオン注入層側の主面に無機層を直接形成する無機層形成工程と、
    　前記支持体の表面に前記弾性体層を配設する弾性体層配設工程と、
    　前記無機層と前記弾性体層とを貼り合わせる貼合工程と、
    　前記イオン注入層が形成された前記圧電基板から前記圧電薄膜を剥離形成する剥離工程と、
    　を有する弾性波デバイスの製造方法。
  9. 　前記貼合工程を減圧雰囲気下で行う請求項７または請求項８に記載の弾性波デバイスの製造方法。
  10. 　前記無機層形成工程を減圧雰囲気下で行う請求項７～請求項９のいずれかに記載の弾性波デバイスの製造方法。
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