WO2013018603A1 - 弾性波デバイスの製造方法 - Google Patents

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WO2013018603A1
WO2013018603A1 PCT/JP2012/068786 JP2012068786W WO2013018603A1 WO 2013018603 A1 WO2013018603 A1 WO 2013018603A1 JP 2012068786 W JP2012068786 W JP 2012068786W WO 2013018603 A1 WO2013018603 A1 WO 2013018603A1
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bonding
metal layer
piezoelectric
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岩本敬
島津武仁
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/08—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of resonators or networks using surface acoustic waves

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing an acoustic wave device having a structure in which a piezoelectric thin film is bonded to a support substrate.
  • a piezoelectric thin film is bonded to a support substrate.
  • various methods have been proposed and adopted as a bonding method between a piezoelectric thin film and a support substrate.
  • hydrophilization bonding in a bonding method called hydrophilization bonding (see Patent Document 1), first, an inorganic oxide layer is formed on each of a thin-film-side bonded surface and a supporting substrate-side bonded surface that are mirror-finished. Next, a hydroxyl group is formed on the surface of the inorganic oxide layer. Next, the surface of the inorganic oxide layer on the thin film side and the surface of the inorganic oxide layer on the support substrate side are overlapped, whereby the inorganic oxide layer on the thin film side and the inorganic on the support substrate side are formed by hydrogen bonding between hydroxyl groups. Bonding with the oxide layer. Next, by heat treatment at 200 ° C. or higher, H 2 O is desorbed from the hydrogen-bonded hydroxyl groups, thereby increasing the bonding strength between the inorganic oxide layer on the thin film side and the inorganic oxide layer on the support substrate side. Greatly improve.
  • the mirror-finished joining surface on the thin film side and the joining surface on the support substrate side are sputter-etched in an inert gas atmosphere or in a vacuum to start from the surface. The contamination is removed and the surface is activated. In this state, the bonding surface on the thin film side and the bonding surface on the support substrate side are overlapped to firmly bond the bonding surface on the thin film side and the bonding surface on the support substrate side in a non-heating environment.
  • metal diffusion joining In a joining method called metal diffusion joining, first, a metal layer is formed on each of the joining surface on the thin film side and the joining surface on the support substrate side. Next, by overlapping the metal layer on the thin film side and the metal layer on the support substrate side, the metal layer on the thin film side and the metal layer on the support substrate side are strong in an unheated environment by crystal rearrangement between the metal layers. To be joined.
  • activated bonding and metal diffusion bonding can achieve strong bonding in a non-heated environment, and the difference in linear expansion coefficient between the piezoelectric body and the support substrate is a limitation on bonding. No.
  • activated bonding has a low tolerance for surface contamination, and it is necessary to strictly manage the bonding environment during bonding. For this reason, it is difficult to stably realize strong bonding when continuously performing active bonding on a large number of objects to be processed.
  • metal diffusion bonding can stably realize strong bonding, but since an acoustic wave device has a metal bonding layer, the types of devices that can be used are limited. For example, in a high-frequency device such as a filter or a duplexer, characteristic deterioration may be caused by leakage of a high-frequency signal to a metal bonding layer, and it is difficult to use metal diffusion bonding.
  • an object of the present invention is to realize a method for manufacturing an acoustic wave device in which the type of device is not limited while stably realizing strong bonding.
  • the method for manufacturing an acoustic wave device includes a first metal layer forming step, a second metal layer forming step, a metal bonding layer forming step, and a metal oxide layer forming step.
  • the first metal layer forming step is a step of forming the first metal layer on the bonding surface side of the piezoelectric substrate made of a piezoelectric body.
  • the second metal layer forming step is a step of forming the second metal layer on the bonding surface side of the support substrate. In the metal bonding layer forming step, the first metal layer and the second metal layer are overlapped, and the crystal of the first metal layer and the crystal of the second metal layer are rearranged to form the metal bonding layer. It is a process.
  • the metal oxide layer forming step is a step of forming a metal oxide layer by oxidizing the metal bonding layer.
  • the piezoelectric substrate and the support substrate are metal diffusion bonded via the metal bonding layer, it is possible to stably realize strong bonding.
  • the conductivity of the metal bonding layer which causes deterioration of characteristics in the acoustic wave device, can be sufficiently lowered, greatly restricting the device type. To be relaxed.
  • the above-described method for manufacturing an acoustic wave device preferably includes a first oxide layer forming step of forming a first oxide layer on the bonding surface side of the piezoelectric substrate.
  • a second oxide layer forming step of forming a second oxide layer on the bonding surface side of the support substrate.
  • the metal layer is made of a material having a negative oxide generation free energy.
  • the metal oxide layer preferably has a thickness of 50 nm or less.
  • the first oxide layer and the second oxide layer serve as an oxygen supply source, the time required for oxidation and the heating temperature in the case of oxidation by heating can be significantly reduced.
  • the first metal layer and the second metal layer are made of the same material.
  • the first metal layer forming step and the second metal layer forming step can be made substantially the same manufacturing step, and the formation of the first and second metal layers is facilitated.
  • the bonding surface between the first metal layer and the second metal layer can be made high quality.
  • the first metal layer forming step, the second metal layer forming step, and the metal bonding layer forming step are performed continuously in an inert gas atmosphere or in a vacuum. It is.
  • the surfaces of the first and second metal layers are not oxidized by outside air or contaminated with contamination, and the metal bonding layer can be formed by superposing clean surfaces. Therefore, it is possible to realize strong bonding more stably.
  • the ion implantation step is a step of implanting ions from the bonding surface side of the piezoelectric substrate.
  • the separation step is a step of separating the bonding surface side region as a piezoelectric thin film from the defect layer of the piezoelectric substrate due to the ions by heating.
  • the piezoelectric thin film can be formed with a stable film thickness and a desired crystal orientation, and the material utilization efficiency of the piezoelectric substrate can be increased.
  • the ion distribution density is biased in the thickness direction of the piezoelectric thin film.
  • the piezoelectric thin film is slightly warped, and difficulty in joining to the support substrate is likely to occur.
  • the utility is very large.
  • the piezoelectric substrate is preferably a piezoelectric single crystal substrate. In these manufacturing methods, it is possible to obtain an acoustic wave device that prevents signal leakage from the functional electrode while stably realizing strong bonding by utilizing crystal rearrangement between metal layers.
  • the piezoelectric substrate and the support substrate can be joined firmly and stably. Since the metal bonding layer is oxidized to form a metal oxide layer, an elastic wave device without the metal bonding layer can be obtained, and the presence of the metal bonding layer does not cause deterioration of the characteristics of the elastic wave device. Restrictions on types are relaxed.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a manufacturing flow of the SAW device of this embodiment.
  • 2 to 4 are schematic diagrams in each process of the manufacturing flow.
  • the piezoelectric single crystal substrate 1 is prepared, and ions are implanted from the main surface 1A (joint surface 1A) side of the piezoelectric single crystal substrate 1 (S101).
  • the defect layer 2 is formed at a predetermined depth from the bonding surface 1A of the piezoelectric single crystal substrate 1.
  • This step corresponds to the ion implantation step in this embodiment.
  • the defect layer 2 is a region where defects due to atoms of ions implanted into the piezoelectric single crystal substrate 1 are concentrated. This process is performed as a pre-process for separating the piezoelectric single crystal thin film 11 (not shown) having a very thin film thickness from the piezoelectric single crystal substrate 1 later.
  • the piezoelectric single crystal substrate 1 used here is an LT substrate.
  • the ions are hydrogen ions.
  • hydrogen ions are implanted into the piezoelectric single crystal substrate 1 at an acceleration voltage of 80 KeV and a dose of 1.0 ⁇ 10 17 atoms / cm 2 .
  • the defect layer 2 is formed at a depth of about 550 nm from the bonding surface 1A.
  • the formation position of the defect layer 2 is determined by the acceleration voltage at the time of ion implantation. For example, when the defect layer 2 is formed at about half the depth, the acceleration voltage may be about halved.
  • the material of the piezoelectric single crystal substrate 1 is not limited to the LT substrate, but may be LN (LiNbO 3 ), LBO (Li 2 B 4 O 7 ), langasite (La 3 Ga 5 SiO 14 ), KN (KNbO 3 ), etc.
  • a piezoelectric material may be selected as appropriate.
  • ions to be implanted may be appropriately selected from helium ions, argon ions, etc. in addition to hydrogen ions.
  • a dielectric layer 21 is formed on the bonding surface 1A of the piezoelectric single crystal substrate 1 (S102).
  • the dielectric layer 21 is provided to confine the surface acoustic wave in the SAW device and obtain good device characteristics.
  • the dielectric layer 21 used here is a laminated film of a silicon oxide film (not shown) having a thickness of 700 nm and an aluminum nitride film (not shown) having a thickness of 1400 nm.
  • the dielectric layer 21 is not an essential component and may not be provided.
  • an oxide layer 31 is formed on the surface of the dielectric layer 21 (S103).
  • This step corresponds to the first oxide layer forming step in the present embodiment.
  • the surface of the oxide layer 31 is preferably planarized by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like.
  • the oxide layer 31 used here is a silicon oxide film.
  • the oxide layer 31 may be made of any other material as long as it can be a source of oxygen supply to the metal bonding layer 43 (not shown).
  • the film thickness may be appropriately adjusted according to the type and film thickness of the metal bonding layer 43 (not shown) so that sufficient oxygen can be supplied to the metal bonding layer 43 (not shown) later.
  • the support substrate 12 is prepared, and the oxide layer 32 is formed on the surface of the support substrate 12 (S111).
  • This step corresponds to the second oxide layer forming step in this embodiment.
  • the surface of the oxide layer 32 is preferably planarized by a CMP method or the like.
  • the oxide layer 32 used here is a silicon oxide film.
  • the oxide layer 32 may be made of other materials as long as it is a material that later becomes an oxygen supply source to the metal bonding layer 43 (not shown). .
  • the film thickness may be appropriately adjusted according to the type and film thickness of the metal bonding layer 43 (not shown) so that sufficient oxygen can be supplied to the metal bonding layer 43 (not shown) later.
  • the first and second oxide layers 31 and 32 have an oxygen-rich composition rather than an energetically stable composition ratio as an oxide.
  • the metal bonding layer 43 symbol not shown
  • the support substrate 12 is an oxide
  • the metal bonding layer 43 may be formed without forming a separate oxide layer on the support substrate 12 depending on the type and film thickness of the metal bonding layer 43 (reference symbol not shown). Oxygen for oxidation (not shown) can be sufficiently supplied.
  • the support substrate 12 used here is an alumina substrate or a magnesia substrate.
  • An alumina substrate or a magnesia substrate is a material having good thermal conductivity and a linear expansion coefficient close to that of a piezoelectric single crystal material.
  • the subsequent metal bonding layer 43 Oxidation (not shown) can be performed at a lower temperature and in a shorter time.
  • an ultrathin metal layer 41 is sputter-deposited on the surface of the oxide layer 31 on the piezoelectric single crystal substrate 1 side (S121). This step corresponds to the first metal layer forming step in the present embodiment.
  • the metal layer 41 used here is a titanium thin film having a thickness of 1 nm or less.
  • a very thin metal layer 42 is formed by sputtering on the surface of the oxide layer 32 on the support substrate 12 side (S122). This step corresponds to the second metal layer forming step in the present embodiment.
  • the metal layer 42 is also a titanium thin film having a thickness of 1 nm or less.
  • the metal layer 42 (reference not shown) on the support substrate 12 side and the metal layer 41 (reference not shown) on the piezoelectric single crystal substrate 1 side are overlapped to form 2 nm.
  • a metal bonding layer 43 having the following thickness is formed (S123). This step corresponds to the metal bonding layer forming step in this embodiment.
  • the formation process of the metal layers 41 and 42 and the formation process of the metal bonding layer 43 are continuously performed in a high vacuum of 10 ⁇ 6 Pa or less. For this reason, the titanium crystal on the surface on the piezoelectric single crystal substrate 1 side and the titanium crystal on the surface on the support substrate 12 side are rearranged at normal temperature without accompanying oxidation or moisture adsorption due to oxygen in the atmosphere. It will be. As a result, the metal layers 41 and 42 are firmly bonded by crystal rearrangement to form an integrated crystal, and the metal bonding layer 43 is formed.
  • the metal layers 41 and 42 constituting the metal bonding layer 43 are preferably the same kind of metal material. This is because, in the case of dissimilar metal materials, a cavity portion may be formed in the bonded metal portion due to a difference in diffusion rate during heating, or the bonding strength may be deteriorated due to segregation.
  • the metal layers 41 and 42 are preferably made of a metal material having a large diffusion coefficient (diffusion rate). This is because a metal material having a large diffusion coefficient can provide a large margin regarding the flatness of the joint surface.
  • the metal layers 41 and 42 are preferably a metal material having a negative free energy of formation of oxides and are easily oxidized.
  • the 1st metal layer 41 and the 2nd metal layer 42 consist of a single element.
  • the 1st metal layer 41 and the 2nd metal layer 42 consist of a single element.
  • the bonded body of the support substrate 12 and the piezoelectric single crystal substrate 1 firmly bonded via the metal bonding layer 43 is placed in a heating environment of about 250 ° C. (S124). Then, as shown in FIG. 3 (S124), the piezoelectric single crystal substrate 1 (symbol not shown) is separated by the defect layer 2 (symbol not shown), and the piezoelectric single crystal thin film 11 is formed. This step corresponds to the separation step in this embodiment.
  • the piezoelectric single crystal thin film 11 having a very thin film thickness with a good film thickness distribution is easily manufactured. be able to.
  • the crystal orientation of the piezoelectric single crystal substrate 1 can be arbitrarily set, by forming the piezoelectric single crystal thin film 11 using ion implantation into the piezoelectric single crystal substrate 1, the piezoelectric single crystal substrate 1 is formed.
  • the crystal orientation of the crystal thin film 11 can also be set arbitrarily. Thereby, the piezoelectric single crystal thin film 11 having a crystal orientation desirable as the SAW device can be obtained, and the piezoelectric characteristics of the SAW device can be improved.
  • the surface of the piezoelectric single crystal thin film 11 is planarized by a CMP method or the like (S125).
  • the metal bonding layer 43 (not shown) is oxidized by heating to form a metal oxide layer 44 (S126).
  • This step corresponds to the metal oxide layer forming step in this embodiment. Since the oxide layers 31 and 32 are in contact with the metal bonding layer 43 (not shown), oxygen used for the oxidation reaction is supplied from the oxide layers 31 and 32.
  • the heating temperature and heating time for this oxidation may be adjusted according to the metal material and thickness of the metal bonding layer 43. For example, when the metal bonding layer 43 is a titanium thin film having a thickness of 1 nm, if the heating temperature is about 300 ° C. and the heating time is about 1 hour, the metal bonding layer 43 is sufficiently oxidized to form the metal oxide layer 44 and can do.
  • the heat treatment for oxidizing the metal oxide layer 44 is performed separately from the heat treatment for separating the piezoelectric single crystal thin film 11, but the heat treatment for separating the piezoelectric single crystal thin film 11 is performed.
  • the metal oxide layer 44 may be oxidized by adjusting the heating temperature and the heating time. Further, the heat treatment step for oxidizing the metal oxide layer 44 may be performed before the step of planarizing the surface of the piezoelectric single crystal thin film 11.
  • the IDT electrode 50 and the wiring pattern 60A necessary for the operation of the SAW device are formed on the surface of the piezoelectric single crystal thin film 11 (S127).
  • This step corresponds to the functional electrode forming step in the present embodiment.
  • a laminated film of an aluminum film and a titanium film is used as the IDT electrode 50 and the wiring pattern 60A.
  • the aluminum film may be formed using an alloy mainly containing aluminum, such as an Al—Cu alloy.
  • the two-layer wiring portion 60B covering the wiring pattern 60A is formed to reduce the resistance of the wiring, and the IDT electrode 50 is covered with the insulating protective film 70 (S128). ). Thereafter, the SAW device is manufactured by singulation.
  • the bonding strength between the piezoelectric single crystal substrate 1 and the support substrate 12 develops in a non-heated environment, so that heating to develop the bonding strength is unnecessary, and the piezoelectric single crystal substrate 1 Even if the difference in linear expansion coefficient between the support substrate 12 and the support substrate 12 is large, various problems are unlikely to occur during bonding.
  • ions atoms are present in the crystal of the piezoelectric single crystal thin film 11, and the distribution density thereof is that of the piezoelectric single crystal thin film 11. Since it is biased in the thickness direction, the piezoelectric single crystal thin film 11 has a film stress.
  • the piezoelectric single crystal thin film 11 (piezoelectric single crystal substrate 1) is easily peeled off from the support substrate 12 due to the addition of the film stress and the thermal stress, thereby realizing stable and strong bonding. Difficult to do. Therefore, the method of the present embodiment, in which strong bonding is manifested from the moment of bonding in a non-heated environment, is not affected by thermal stress at the time of bonding, so it is extremely effective for stably realizing strong bonding. It can be said that it is a simple method.
  • the metal bonding layer 43 As a metal oxide layer 44 having a low electrical conductivity after bonding, the characteristics of the SAW device can be improved. Will be obtained.
  • Table 1 shows the relationship between the thickness of the metal bonding layer and the characteristic deterioration rate.
  • the characteristic deterioration referred to here indicates phase float. If this phase float exceeds 5%, it cannot be used as an acoustic wave device.
  • the bonding layer thickness is 2.2 nm and the characteristic deterioration rate exceeds 5%. Therefore, the thickness of the metal bonding layer is desirably 2 nm or less. However, since the metal bonding layer is diffused by heating and oxidation, the metal oxide layer is wider than the metal bonding layer. When the thickness of the metal bonding layer is 2 nm or less, the thickness of the metal oxide layer is in a range up to about 50 nm.
  • Second Embodiment a method for manufacturing an acoustic wave device according to the second embodiment of the present invention will be described using a method for manufacturing a SAW device as a specific example.
  • the piezoelectric single crystal thin film in order to recover the piezoelectricity and crystallinity of the piezoelectric single crystal thin film that is lowered to a certain extent by ion implantation, the piezoelectric single crystal thin film is subjected to high-temperature heat treatment at about 500 ° C., and the support substrate at that time A manufacturing method for avoiding thermal deformation due to a difference in linear expansion coefficient between the piezoelectric single crystal thin film and the piezoelectric single crystal thin film will be described.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the manufacturing flow of the SAW device of this embodiment.
  • 6 and 7 are schematic diagrams in each step of the first half of the manufacturing flow.
  • the piezoelectric single crystal substrate 201 is prepared, and ions are implanted from the main surface 201A (joint surface 1A) side of the piezoelectric single crystal substrate 201 (S201). As a result, as shown in FIG. 6 (S201), the defect layer 202 is formed at a predetermined depth from the bonding surface 201A of the piezoelectric single crystal substrate 201.
  • an etching target layer 291 is formed on the bonding surface 201A of the piezoelectric single crystal substrate 201 (S202).
  • the surface of the etching target layer 291 is preferably planarized by a CMP method or the like. This etched layer 291 is to be removed later by etching.
  • the layer to be etched 291 used here is a Cu film having a thickness of 3 ⁇ m.
  • a temporary support substrate 212 is prepared, and an etching target layer 292 is also formed on the surface of the temporary support substrate 212 (S203).
  • the surface of the etching target layer 292 is preferably planarized by a CMP method or the like.
  • the temporary support substrate 212 used here is the same material as the piezoelectric single crystal substrate 201.
  • the piezoelectric single crystal thin film 211 (symbol not shown) is later subjected to high-temperature heat treatment while being bonded to the temporary support substrate 212 made of the same kind of material. Can be prevented.
  • the material of the temporary support substrate 212 may be another material having a small difference in linear expansion coefficient from that of the piezoelectric single crystal thin film 211 (not shown).
  • the layer to be etched 292 used here is a Cu film having a thickness of 3 ⁇ m.
  • the to-be-etched layer 292 (reference numeral not shown) and the to-be-etched layer 291 (reference numeral not shown) are joined to form the to-be-etched joining layer 293 (S204).
  • metal diffusion bonding is used for bonding the etched layer 292 (not shown) and the etched layer 291 (not shown).
  • the bonding method here is not limited to metal diffusion bonding, and other bonding methods may be used as long as the bonding method provides a certain degree of bonding strength.
  • the bonded body of the temporary support substrate 212 and the piezoelectric single crystal substrate 201 bonded through the bonding layer 293 to be etched is placed in a heating environment of about 250 ° C. (S205). Then, as shown in FIG. 6 (S205), the piezoelectric single crystal substrate 201 (not shown) is separated by the defect layer 202 (not shown) to form a piezoelectric single crystal thin film 211. Subsequently, the bonded body of the temporary support substrate 212 and the piezoelectric single crystal thin film 211 bonded through the bonding layer 293 to be etched is placed in a high temperature environment of about 500 ° C.
  • the crystallinity of the piezoelectric single crystal thin film 211 broken by the ion implantation is recovered. Since the temporary support substrate 212 and the piezoelectric single crystal substrate 201 (not shown) have the same material and the same linear expansion coefficient, deformation due to these heat treatments hardly occurs, and the piezoelectric single crystal substrate 201 is not destroyed. It is prevented.
  • the surface of the piezoelectric single crystal thin film 211 is planarized by a CMP method or the like (S206).
  • the thin film temporary support structure 200 in which the piezoelectric single crystal thin film 211 is bonded to the temporary support substrate 212 through the bonding layer 293 to be etched is configured.
  • a dielectric layer 221 is formed on the surface of the piezoelectric single crystal thin film 211 in the thin film temporary support structure 200 (S207).
  • an oxide layer 231 is formed on the surface of the dielectric layer 221 in the thin film temporary support structure 200 (S208).
  • a support substrate 213 is prepared, and an oxide layer 233 is formed on the surface of the support substrate 213 (S211).
  • an extremely thin metal layer 241 is formed on the surface of the oxide layer 231 in the thin film temporary support structure 200 (S221).
  • a very thin metal layer 243 is formed on the surface of the oxide layer 233 on the support substrate 213 side (S222).
  • the metal layer 243 (reference numeral not shown) on the support substrate 213 side and the metal layer 241 (reference numeral not shown) on the thin film temporary support structure 200 side are overlapped to be metal bonded.
  • a layer 244 is formed (S223).
  • the formation process of the above-mentioned metal layers 241 and 243 and this bonding process are continuously performed in a high vacuum, and the bonding between the metal layers 241 and 243 is realized by a metal diffusion bonding method.
  • the bonded body obtained by bonding the piezoelectric single crystal thin film 211, the temporary support substrate 212, and the support substrate 213 is dipped in an etching solution such as nitric acid, the etched bonding layer 293 is etched, and the etched bonding layer 293 is etched. Then, the temporary support substrate 212 is removed (S224).
  • an etching solution such as nitric acid
  • the etched bonding layer 293 is etched
  • the etched bonding layer 293 is etched.
  • the temporary support substrate 212 is removed (S224).
  • a metal oxide layer (not shown) is formed by oxidation of the metal bonding layer 244, and an IDT electrode and an insulating protective film are formed.
  • the SAW device is manufactured (S225 ⁇ S226 ⁇ S227).
  • the second embodiment there is almost no thermal stress that acts on the interface with the piezoelectric substrate, or thermal stress that acts on the interface with the piezoelectric substrate acts on the interface between the support substrate and the piezoelectric substrate. Since the smaller temporary support substrate is formed on the ion-implanted surface side of the piezoelectric substrate, it is possible to suppress the occurrence of defects in the piezoelectric thin film due to heating as compared with the conventional case. In addition, when the acoustic wave device according to the present invention is made of a piezoelectric single crystal material, it can be manufactured while suppressing problems. Since the support substrate itself is formed on the piezoelectric thin film after heating, it is not necessary to consider the thermal stress acting on the interface with the piezoelectric thin film due to heating, and a constituent material having an arbitrary linear expansion coefficient can be selected.
  • the selectivity of the combination of the constituent material of the piezoelectric thin film and the constituent material of the support substrate can be enhanced.
  • the temperature-frequency characteristics of the filter can be improved by making the linear expansion coefficient of the constituent material of the support substrate much smaller than the linear expansion coefficient of the piezoelectric thin film.
  • a piezoelectric single crystal thin film 311 as shown in FIG. 9 (S301) is bonded to the temporary support substrate 312 through the bonding layer 393 to be etched by the same method as in the second embodiment.
  • a thin film temporary support structure 300 is formed (S301).
  • a lower electrode pattern 321 for driving the BAW device is formed on the surface of the piezoelectric single crystal thin film 311 in the temporary thin film support structure 300 (S302).
  • a pattern 331 is formed (S303).
  • a membrane support layer 341 is formed on the surface of the piezoelectric single crystal thin film 311 in the thin film temporary support structure 300 so as to cover the sacrificial layer pattern 331 (S304).
  • the surface of the membrane support layer 341 is planarized by CMP after sputter deposition.
  • the membrane support layer 341 used here is a silicon oxide film and is also used as an oxide layer later.
  • a support substrate 313 is prepared, and an oxide layer 343 is formed on the surface of the support substrate 313 (S305).
  • an ultrathin metal layer 351 is formed on the surface of the membrane support layer 341 in the thin film temporary support structure 300 (S306).
  • an extremely thin metal layer 353 is formed on the surface of the oxide layer 343 on the support substrate 313 side (S307).
  • a metal layer 353 (reference numeral not shown) on the support substrate 313 side and a metal layer 351 (reference numeral not shown) on the thin film temporary support structure 300 side are overlapped to form a metal.
  • a bonding layer 354 is formed (S308).
  • the formation process of the above-mentioned metal layers 351 and 353 and this bonding process are continuously performed in a high vacuum, and the bonding between the metal layers 351 and 353 is realized by a metal diffusion bonding method.
  • the bonded body obtained by bonding the piezoelectric single crystal thin film 311, the temporary support substrate 312, and the support substrate 313 is dipped in an etching solution such as nitric acid, the etched bonding layer 393 is etched, and the etched bonding layer 393 is etched. Then, the temporary support substrate 312 is removed (S309).
  • a structure in which the piezoelectric single crystal thin film 311 and the support substrate 313 are bonded via the metal bonding layer 354 as shown in FIG. 10 (S309) is formed.
  • the metal bonding layer 354 (not shown) is oxidized by heating to form a metal oxide layer 355 (S310).
  • the piezoelectric single crystal thin film 311 is opened and an upper electrode pattern for driving the BAW device is formed (S311).
  • an etchant is introduced into the sacrificial layer pattern 331 (not shown) from the window of the piezoelectric single crystal thin film 311, and the sacrificial layer pattern 331 (not shown) is removed.
  • a membrane space 331A is formed (S312).
  • the BAW device is manufactured by dividing into individual pieces.

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Abstract

　非加熱環境下で安定的に強固な接合を実現しながら、デバイスの種類が限定されることがない弾性波デバイスの製造方法を実現する。圧電単結晶基板の接合面側に金属層を形成する（Ｓ１２１）。また、支持基板の接合面側に金属層を形成する（Ｓ１２２）。そして、金属層と金属層とを重ね合わせ、金属層の結晶と金属層の結晶とを非加熱環境下で再配列させて金属接合層を形成する（Ｓ１２３）。その後に、金属接合層を酸化させて金属酸化層を形成する（Ｓ１２６）。

Description

弾性波デバイスの製造方法
　この発明は、圧電体の薄膜を支持基板に接合した構成の弾性波デバイスの製造方法に関するものである。
　近年、圧電体の薄膜を利用する弾性波デバイスが多く開発されている（例えば、特許文献１参照）。上記弾性波デバイスにおいては、圧電体の薄膜が支持基板に接合されている。圧電体の薄膜と支持基板との接合法としては、従来からさまざまな方法が提案、採用されている。
　例えば、親水化接合と呼ばれる接合法（特許文献１参照。）では、まず、鏡面加工された薄膜側の接合面と支持基板側の接合面とのそれぞれに、無機酸化物層が形成される。次に、無機酸化物層の表面に水酸基が形成される。次に、薄膜側の無機酸化物層の表面と支持基板側の無機酸化物層の表面とを重ね合わせ、これにより、水酸基同士の水素結合により薄膜側の無機酸化物層と支持基板側の無機酸化物層とを接合させる。次に、２００℃以上での熱処理により、水素結合している水酸基からＨ２Ｏを脱離させ、これにより、薄膜側の無機酸化物層と支持基板側の無機酸化物層との接合強度を大幅に向上させる。
　また、活性化接合と呼ばれる接合法では、まず、鏡面加工された薄膜側の接合面と支持基板側の接合面とのそれぞれを、不活性ガス雰囲気または真空中でスパッタエッチングすることにより、表面からのコンタミの除去と表面の活性化とがなされる。その状態で、薄膜側の接合面と支持基板側の接合面とを重ね合わせることにより、非加熱環境下で薄膜側の接合面と支持基板側の接合面とが強固に接合される。
　また、金属拡散接合と呼ばれる接合法では、まず、薄膜側の接合面と支持基板側の接合面とのそれぞれに、金属層が形成される。次に、薄膜側の金属層と支持基板側の金属層とを重ね合わせることで、金属層間の結晶再配列により、非加熱環境下で薄膜側の金属層と支持基板側の金属層とが強固に接合される。
特開平６－３２６５５３号公報
　親水化結合のように熱処理により強固な接合を実現する接合法では、圧電体の薄膜と支持基板との線膨張係数差が大きいと、熱処理時に発生する熱応力によって支持基板から薄膜が剥がれる等の不具合が起こり、強固な接合を安定して実現できない。
　これに対して、活性化接合や金属拡散接合では、非加熱環境下で強固な接合を実現することが可能であり、圧電体と支持基板との線膨張係数差が接合の制約となることは無い。
　しかしながら、活性化接合は、表面のコンタミに対する許容度が低く、接合を行う際の接合環境の管理を厳しく行う必要がある。このため、多数の処理対象物に対して連続して活性化接合を実施する場合に、強固な接合を安定して実現することが困難である。
　一方、金属拡散接合は、強固な接合を安定して実現することが可能であるが、弾性波デバイスが金属接合層を有することになるため、利用できるデバイスの種類が限定されてしまう。例えば、フィルタや分波器などの高周波デバイスでは、高周波信号が金属接合層に漏れることで特性劣化が引き起こされることがあり、金属拡散接合を利用することが難しい。
　そこで、本発明の目的は、強固な接合を安定して実現しながら、デバイスの種類が限定されることがない弾性波デバイスの製造方法を実現することにある。
　この発明に係る弾性波デバイスの製造方法は、第１の金属層形成工程と、第２の金属層形成工程と、金属接合層形成工程と、金属酸化層形成工程と、を有する。第１の金属層形成工程は、圧電体からなる圧電基板の接合面側に第１の金属層を形成する工程である。第２の金属層形成工程は、支持基板の接合面側に第２の金属層を形成する工程である。金属接合層形成工程は、第１の金属層と第２の金属層とを重ね合わせ、第１の金属層の結晶と第２の金属層の結晶とを再配列させて金属接合層を形成する工程である。金属酸化層形成工程は、金属接合層を酸化させて金属酸化層を形成する工程である。
　この製造方法では、圧電基板と支持基板とが金属接合層を介して金属拡散接合されるので、強固な接合を安定して実現することができる。その上、金属接合層を酸化させて金属酸化層とすることにより、弾性波デバイスにおける特性劣化等の要因となる金属接合層の導電率を十分に下げることができ、デバイスの種類の制約が大幅に緩和される。
　上述の弾性波デバイスの製造方法において、圧電基板の接合面側に第１の酸化物層を形成する第１の酸化物層形成工程を、有すると好適である。
　また、上述の弾性波デバイスの製造方法において、支持基板の接合面側に第２の酸化物層を形成する第２の酸化物層形成工程を、有すると好適である。
　また、上述の弾性波デバイスの製造方法において、金属層は酸化物の生成自由エネルギーが負の材料からなると好適である。
　また、上述の弾性波デバイスの製造方法において、金属酸化層は、膜厚が５０ｎｍ以下であると好適である。
　これらの製造方法では、第１の酸化物層や第２の酸化物層が酸素供給源となるので、酸化に要する時間や、加熱により酸化させる場合の加熱温度を大幅に低減することができる。
　上述の弾性波デバイスの製造方法において、第１の金属層と第２の金属層とは同じ材料からなると好適である。
　これらの製造方法では、第１の金属層形成工程と第２の金属層形成工程とを実質的に同じ製造工程とすることができ、第１および第２の金属層の形成が容易となる。また、第１の金属層と第２の金属層との接合面を高品位なものにできる。
　上述の弾性波デバイスの製造方法において、第１の金属層形成工程と第２の金属層形成工程と金属接合層形成工程とは、不活性ガス雰囲気下または真空下で連続して行われると好適である。
　この製造方法では、第１および第２の金属層の表面が、外気により酸化されることや、コンタミに汚染されることがなく、清浄な表面同士を重ね合わせて金属接合層を形成できる。したがって、強固な接合をより安定して実現することができる。
　上述の弾性波デバイスの製造方法において、イオン注入工程と、分離工程とを有すると好適である。イオン注入工程は、圧電基板の接合面側からイオンを注入する工程である。分離工程は、加熱により前記イオンによる圧電基板の欠陥層から接合面側の領域を圧電薄膜として分離する工程である。
　この製造方法では、圧電薄膜を安定した膜厚と所望の結晶方位で形成できるとともに、圧電基板の材料利用効率を高めることができる。また、この製造方法では、圧電薄膜の厚み方向でイオン分布密度に偏りが生じることになる。この結果、圧電薄膜がやや反った状態となり、支持基板との接合に困難性が生じやすくなる。しかしながら、本製造方法を用いる場合、熱応力の影響を受けずに圧電基板と支持基板とを金属拡散接合させることが可能であるため、効用が非常に大きなものとなる。
　上述の弾性波デバイスの製造方法において、圧電薄膜に機能電極を形成する機能電極形成工程を有すると好適である。
　また、上述の弾性波デバイスの製造方法において、圧電基板は圧電単結晶基板であると好適である。
　これらの製造方法では、金属層同士の結晶再配列を利用して、強固な接合を安定して実現しながら、機能電極からの信号漏れを防いだ弾性波デバイスを得ることができる。
　この発明によれば、圧電基板と支持基板との接合に金属層同士の結晶再配列を利用するので、圧電基板と支持基板とを強固に安定して接合することができる。そして、金属接合層を酸化させて金属酸化層とするので、金属接合層の無い弾性波デバイスを得ることができ、金属接合層の存在によって弾性波デバイスの特性劣化が生じることが無く、デバイスの種類についての制約が緩和される。
本発明の第１の実施形態に係る弾性波デバイスの製造方法の製造フローを説明する図である。 図１に示す製造フローの各工程における模式図である。 図１に示す製造フローの各工程における模式図である。 図１に示す製造フローの各工程における模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る弾性波デバイスの製造方法の製造フローを説明する図である。 図５に示す製造フローの各工程における模式図である。 図５に示す製造フローの各工程における模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る弾性波デバイスの製造方法の製造フローを説明する図である。 図８に示す製造フローの各工程における模式図である。 図８に示す製造フローの各工程における模式図である。
《第１の実施形態》
　まず、本発明の第１の実施形態に係る弾性波デバイスの製造方法について、ＳＡＷ（ＳｕｒｆａｃｅＡｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ；弾性表面波）デバイスの製造方法を具体例として説明する。
　図１は、本実施形態のＳＡＷデバイスの製造フローを説明する図である。
　図２～４は、製造フローの各工程における模式図である。
　まず、圧電単結晶基板１が用意され、圧電単結晶基板１の主面１Ａ（接合面１Ａ）側からイオンが打ち込まれる（Ｓ１０１）。これにより、図２（Ｓ１０１）に示すように、圧電単結晶基板１の接合面１Ａから所定深さの位置に欠陥層２が形成される。この工程が、本実施形態におけるイオン注入工程に相当する。欠陥層２は、圧電単結晶基板１に注入されたイオンの原子による欠陥が集中して存在する領域である。この工程は、後に圧電単結晶基板１から極めて薄い膜厚の圧電体単結晶薄膜１１（符号不図示）を分離するための前処理として行われる。
　ここで用いる圧電単結晶基板１はＬＴ基板である。また、イオンは、水素イオンである。そして、水素イオンは８０ＫｅＶの加速電圧で、１．０×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ2のドーズ量となるように、圧電単結晶基板１に打ち込まれる。これにより、欠陥層２は、接合面１Ａから深さ約５５０ｎｍの位置に形成される。欠陥層２の形成位置は、イオン注入時の加速電圧により決定され、例えば、約半分の深さに欠陥層２を形成する場合は、加速電圧を約半分にすればよい。
　なお、圧電単結晶基板１の材料は、ＬＴ基板の他、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）、ＬＢＯ（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、ＫＮ（ＫＮｂＯ３）などの圧電材料から適宜選択するとよい。また、注入するイオンも、水素イオンの他、ヘリウムイオンやアルゴンイオンなどから適宜選択するとよい。
　次に、図２（Ｓ１０２）に示すように、圧電単結晶基板１の接合面１Ａに、誘電体層２１が形成される（Ｓ１０２）。誘電体層２１は、ＳＡＷデバイスにおける表面弾性波を閉じ込めて良好なデバイス特性を得るために設けるものである。ここで用いる誘電体層２１は、膜厚が７００ｎｍの酸化ケイ素膜（不図示）と、膜厚が１４００ｎｍの窒化アルミニウム膜（不図示）との積層膜である。なお、誘電体層２１は必須の構成では無く、設けなくても良い。
　次に、図２（Ｓ１０３）に示すように、誘電体層２１の表面に酸化物層３１が形成される（Ｓ１０３）。この工程が、本実施形態における第１の酸化物層形成工程に相当する。酸化物層３１の表面は、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法などにより平坦化されると好適である。ここで用いる酸化物層３１は酸化ケイ素膜である。なお、この酸化物層３１は、後に金属接合層４３（符号不図示）への酸素供給源となりうる材質であれば、それ以外の材質で構成されていても良い。また、その膜厚は、後に金属接合層４３（符号不図示）へ十分な酸素供給を行えるように、金属接合層４３（符号不図示）の種類や膜厚に応じて適宜調整するとよい。
　また、図２（Ｓ１１１）に示すように、支持基板１２が用意され、支持基板１２の表面に酸化物層３２が形成される（Ｓ１１１）。この工程が、本実施形態における第２の酸化物層形成工程に相当する。酸化物層３２の表面は、ＣＭＰ法などによって平坦化されると好適である。ここで用いる酸化物層３２は、酸化ケイ素膜である。この酸化物層３２も、前述の酸化物層３１と同様に、後に金属接合層４３（符号不図示）への酸素供給源となる材質であれば、それ以外の材質で構成されていても良い。また、その膜厚は、後に金属接合層４３（符号不図示）へ十分な酸素供給を行えるように、金属接合層４３（符号不図示）の種類や膜厚に応じて適宜調整するとよい。
　さらには、第１、第２の酸化物層３１，３２は、酸化物としてエネルギー的に安定な組成比よりも酸素リッチな組成からなると好適である。そうすることで、金属層を酸化させるための酸素を供給しやすくなり、低温・短時間の処理で金属接合層４３（符号不図示）を酸化させることができる。なお、支持基板１２を酸化物とすれば、金属接合層４３（符号不図示）の種類や膜厚次第では、支持基板１２上に別途酸化物層を形成せずとも、金属接合層４３（符号不図示）の酸化のための酸素を十分に供給することが可能になる。
　また、ここで用いる支持基板１２は、アルミナ基板またはマグネシア基板である。アルミナ基板やマグネシア基板は、熱伝導が良好で、線膨張率が圧電単結晶材料に近い材質である。このような支持基板１２を用いることにより、ＳＡＷデバイスの周波数温度特性や放熱性・耐電力性を改善することが可能になる。
　なお、酸化物層３１，３２はいずれか一方のみを設けるように構成しても良いが、支持基板１２側と圧電単結晶基板１側との両方に設けることで、後の金属接合層４３（符号不図示）の酸化を、より低温且つ短時間で行うことが可能になる。
　次に、図３（Ｓ１２１）に示すように、圧電単結晶基板１側の酸化物層３１の表面に、極薄厚の金属層４１がスパッタ成膜される（Ｓ１２１）。この工程が、本実施形態における第１の金属層形成工程に相当する。なお、ここで用いる金属層４１は、１ｎｍ以下の膜厚のチタン薄膜である。
　また、図３（Ｓ１２２）に示すように、支持基板１２側の酸化物層３２の表面に、極薄厚の金属層４２がスパッタ成膜される（Ｓ１２２）。この工程が、本実施形態における第２の金属層形成工程に相当する。なお、金属層４２も１ｎｍ以下の膜厚のチタン薄膜である。
　次に、図３（Ｓ１２３）に示すように、支持基板１２側の金属層４２（符号不図示）と、圧電単結晶基板１側の金属層４１（符号不図示）とを重ね合わせて、２ｎｍ以下の膜厚の金属接合層４３が形成される（Ｓ１２３）。この工程が、本実施形態における金属接合層形成工程に相当する。
　これらの金属層４１、４２の形成工程と金属接合層４３の形成工程とは、連続して１０－６Ｐａ以下の高真空中で実施される。このため、圧電単結晶基板１側の表面のチタン結晶と支持基板１２側の表面のチタン結晶とが、雰囲気中の酸素等による酸化や水分の吸着などを伴うこと無く、常温で再配列されることになる。これにより、金属層４１，４２が結晶再配列によって強固に接合して一体の結晶となり、金属接合層４３が形成されることになる。
　このため、圧電単結晶基板１と支持基板１２とを非加熱環境下で貼り合せるだけで、強固な接合を実現でき、圧電単結晶基板１と支持基板１２とで線膨張率が大きく異なっても、金属接合層４３には線膨張率差による応力が残留することが無い。
　なお、金属接合層４３を構成する金属層４１，４２は同種の金属材料であることが好ましい。これは、異種金属材料の場合、加熱時の拡散速度の違いによって、接合金属部に空洞部ができることや、あるいは偏析による貼り合せ強度の劣化が起こることがあるためである。
　また、金属層４１，４２は、拡散係数（拡散速度）が大きい金属材料であることが好ましい。これは、拡散係数が大きい金属材料であれば、接合面の平坦度に関するマージンを大きく取ることができるためである。また、金属層４１，４２は、酸化物の生成自由エネルギーが負の金属材料であり、酸化され易いことが好ましい。また、酸化物になることで十分に導電率が小さくなる金属材料であることが好ましい。これらの条件を満足する金属としては、例えば、上述のチタンの他、アルミニウム、コバルト、銅、クロム、鉄、モリブデン、ニッケル、ニオブ、シリコン、タンタル、タングステン、亜鉛、ジルコニウム、などが挙げられる。また、第１の金属層４１と第２の金属層４２は、単一の元素からなることが好ましい。２種類以上の元素からなる場合、偏析による接合層の強度劣化が懸念されるが、単一の元素であればそういったことが無く、高信頼性が期待できる。
　次に、金属接合層４３を介して強固に接合した支持基板１２と圧電単結晶基板１との接合体が約２５０℃の加熱環境下に置かれる（Ｓ１２４）。すると、図３（Ｓ１２４）に示すように、圧電単結晶基板１（符号不図示）が欠陥層２（符号不図示）で分離されて圧電体単結晶薄膜１１が形成される。この工程が、本実施形態における分離工程に相当する。
　このように、イオン注入と熱処理とを用いて圧電体単結晶薄膜１１を分離することで、良好な膜厚分布が保持された、極めて薄い膜厚の圧電体単結晶薄膜１１を容易に製造することができる。また、圧電単結晶基板１は結晶方位を任意に設定することが可能であるため、その圧電単結晶基板１へのイオン注入を用いて圧電体単結晶薄膜１１を形成することにより、圧電体単結晶薄膜１１の結晶方位も任意に設定することが可能になる。これにより、ＳＡＷデバイスとして望ましい結晶方位の圧電体単結晶薄膜１１を得て、ＳＡＷデバイスの圧電特性を向上させることができる。
　次に、図３（Ｓ１２５）に示すように、圧電体単結晶薄膜１１の表面がＣＭＰ法などにより平坦化される（Ｓ１２５）。
　次に、図４（Ｓ１２６）に示すように、加熱により金属接合層４３（符号不図示）を酸化させて金属酸化層４４が形成される（Ｓ１２６）。この工程が、本実施形態における金属酸化層形成工程に相当する。なお、金属接合層４３（符号不図示）には、酸化物層３１，３２が接しているため、酸化反応に利用される酸素は酸化物層３１，３２から供給される。
　この酸化のための加熱温度や加熱時間については、金属接合層４３の金属材料や厚みに応じて調整するとよい。例えば、金属接合層４３が厚み１ｎｍのチタン薄膜である場合には、加熱温度が約３００℃、加熱時間が約１時間であれば、金属接合層４３を十分に酸化させて金属酸化層４４とすることができる。
　なお、本実施形態では、金属酸化層４４の酸化のための熱処理を、圧電体単結晶薄膜１１を分離するための熱処理とは別に実施するが、圧電体単結晶薄膜１１を分離するための熱処理での加熱温度や加熱時間を調整して金属酸化層４４を酸化させても良い。また、金属酸化層４４の酸化のための熱処理工程は、圧電体単結晶薄膜１１の表面を平坦化する工程の前に実施しても良い。
　次に、図４（Ｓ１２７）に示すように、圧電体単結晶薄膜１１の表面に、ＳＡＷデバイスの動作に必要なＩＤＴ電極５０と配線パターン６０Ａが形成される（Ｓ１２７）。この工程が、本実施形態における機能電極形成工程に相当する。なお、ここではＩＤＴ電極５０や配線パターン６０Ａとしてアルミニウム膜とチタン膜の積層膜を用いる。なお、アルミニウム膜は、アルミニウムを主として含む合金、たとえばＡｌ－Ｃｕ合金などを用いてもよい。
　次に、図４（Ｓ１２８）に示すように、配線パターン６０Ａを覆う２層配線部６０Ｂが形成されることにより配線が低抵抗化され、ＩＤＴ電極５０が絶縁性保護膜７０で覆われる（Ｓ１２８）。その後、個片化によりＳＡＷデバイスが製造される。
　以上のＳＡＷデバイスの製造方法では、非加熱環境下で圧電単結晶基板１と支持基板１２との接合強度が発現するために、接合強度を発現させるための加熱が不要で、圧電単結晶基板１と支持基板１２とで線膨張率差が大きくても、接合時に各種不具合が発生し難い。特に、本実施形態では、イオン注入により圧電体単結晶薄膜１１を形成するために、圧電体単結晶薄膜１１の結晶中にイオンの原子が介在し、その分布密度が圧電体単結晶薄膜１１の厚み方向に偏るため、圧電体単結晶薄膜１１が膜応力を持つことになる。そのため、仮に接合時に熱応力が生じると、膜応力と熱応力の足し合わせで圧電体単結晶薄膜１１（圧電単結晶基板１）が支持基板１２から剥がれ易くなり、安定的に強固な接合を実現することが困難である。したがって、非加熱環境下で貼り合せた瞬間から強固な接合が発現する本実施形態の方法は、接合時に熱応力の影響を受けること無いため、強固な接合を安定的に実現させるために極めて有効な方法であるといえる。
　その上、金属接合層４３の導電率が高ければＳＡＷデバイスの特性に悪影響を与えるが、貼り合せ後に金属接合層４３を導電率の低い金属酸化層４４とすることで、良好なＳＡＷデバイスの特性が得られることになる。
　ここで、金属接合層の膜厚と特性劣化率の関係を表１に示す。ここで言う特性劣化とは、位相浮きのことを示しており、この位相浮きが５％を超えると、弾性波デバイスとして使用に耐えられないものとなる。下記表１に示すように、接合層膜厚が２.２ｎｍで特性劣化率が５％を超えている。したがって、金属接合層の膜厚としては、２ｎｍ以下が望ましい。ただし、加熱、酸化により金属接合層は拡散するため、金属酸化層は金属接合層よりも拡がっている。金属接合層の膜厚が２ｎｍ以下の場合、金属酸化層の膜厚は５０ｎｍ程度までの範囲となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
《第２の実施形態》
　次に、本発明の第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、ＳＡＷデバイスの製造方法を具体例として説明する。
　本実施形態では、イオン注入により一定程度低下する圧電体単結晶薄膜の圧電性や結晶性を回復するために、５００℃程度での高温熱処理を圧電体単結晶薄膜に施し、その際の支持基板と圧電体単結晶薄膜との線膨張率差による熱変形を回避する製造方法について説明する。
　図５は、本実施形態のＳＡＷデバイスの製造フローを説明する図である。
　図６，７は、製造フローの前半の各工程における模式図である。
　まず、圧電単結晶基板２０１が用意され、圧電単結晶基板２０１の主面２０１Ａ（接合面１Ａ）側からイオンが打ち込まれる（Ｓ２０１）。これにより、図６（Ｓ２０１）に示すように、圧電単結晶基板２０１の接合面２０１Ａから所定深さの位置に欠陥層２０２が形成される。
　次に、図６（Ｓ２０２）に示すように、圧電単結晶基板２０１の接合面２０１Ａに、被エッチング層２９１が形成される（Ｓ２０２）。被エッチング層２９１の表面は、ＣＭＰ法などにより平坦化されると好適である。この被エッチング層２９１は、後にエッチングにより除去されるものである。ここで用いる被エッチング層２９１は、膜厚３μｍのＣｕ膜である。
　また、図６（Ｓ２０３）に示すように、仮支持基板２１２が用意され、仮支持基板２１２の表面にも被エッチング層２９２が形成される（Ｓ２０３）。被エッチング層２９２の表面は、ＣＭＰ法などにより平坦化されると好適である。ここで用いる仮支持基板２１２は、圧電単結晶基板２０１と同じ材質である。後に圧電体単結晶薄膜２１１（符号不図示）の高温熱処理が、同種の材質からなる仮支持基板２１２に接合された状態で実施されるため、高温熱処理に伴う圧電単結晶基板２０１の割れなどを防ぐことができる。なお、仮支持基板２１２の材質は、圧電体単結晶薄膜２１１（符号不図示）との線膨張係数差が小さい、他の材質であってもよい。また、ここで用いる被エッチング層２９２は、膜厚３μｍのＣｕ膜である。
　次に、図６（Ｓ２０４）に示すように、被エッチング層２９２（符号不図示）と被エッチング層２９１（符号不図示）とが接合され、被エッチング接合層２９３が形成される（Ｓ２０４）。ここでは、被エッチング層２９２（符号不図示）と被エッチング層２９１（符号不図示）との接合に、金属拡散接合を用いる。ただし、ここでの接合法は金属拡散接合に限られず、ある程度の接合強度が得られる接合法であれば、他の接合法を用いても良い。
　次に、被エッチング接合層２９３を介して接合した仮支持基板２１２と圧電単結晶基板２０１との接合体は、約２５０℃の加熱環境下に置かれる（Ｓ２０５）。すると、図６（Ｓ２０５）に示すように、圧電単結晶基板２０１（符号不図示）が欠陥層２０２（符号不図示）で分離されて圧電体単結晶薄膜２１１が形成される。続いて、被エッチング接合層２９３を介して接合した仮支持基板２１２と圧電体単結晶薄膜２１１との接合体は、約５００℃の高温環境下に置かれる。すると、イオン注入によって崩れた圧電体単結晶薄膜２１１の結晶性が回復していく。なお、仮支持基板２１２と圧電単結晶基板２０１（符号不図示）とが同じ材質で線膨張率が同じであるために、これらの熱処理による変形は殆ど生じず、圧電単結晶基板２０１の破壊は防がれる。
　次に、図６（Ｓ２０６）に示すように、圧電体単結晶薄膜２１１の表面がＣＭＰ法などにより平坦化される（Ｓ２０６）。
　ここまでの工程を経て、被エッチング接合層２９３を介して圧電体単結晶薄膜２１１を仮支持基板２１２に接合した薄膜仮支持構造２００が構成される。
　次に、図７（Ｓ２０７）に示すように、薄膜仮支持構造２００における圧電体単結晶薄膜２１１の表面に、誘電体層２２１が形成される（Ｓ２０７）。
　次に、図７（Ｓ２０８）に示すように、薄膜仮支持構造２００における誘電体層２２１の表面に酸化物層２３１が形成される（Ｓ２０８）。
　また、図７（Ｓ２１１）に示すように、支持基板２１３が用意され、支持基板２１３の表面に酸化物層２３３が形成される（Ｓ２１１）。
　次に、図７（Ｓ２２１）に示すように、薄膜仮支持構造２００における酸化物層２３１の表面に、極薄厚の金属層２４１が成膜される（Ｓ２２１）。
　また、図７（Ｓ２２２）に示すように、支持基板２１３側の酸化物層２３３の表面に、極薄厚の金属層２４３が成膜される（Ｓ２２２）。
　次に、図７（Ｓ２２３）に示すように、支持基板２１３側の金属層２４３（符号不図示）と、薄膜仮支持構造２００側の金属層２４１（符号不図示）とを重ね合わされて金属接合層２４４が形成される（Ｓ２２３）。なお、上述の金属層２４１，２４３の形成工程と、この接合工程とは、連続して高真空中で実施され、金属拡散接合法により金属層２４１，２４３間の接合が実現される。
　次に、圧電体単結晶薄膜２１１や、仮支持基板２１２、支持基板２１３を接合した接合体は、硝酸などのエッチング液に浸漬され、被エッチング接合層２９３がエッチングされて、被エッチング接合層２９３および仮支持基板２１２が除去される（Ｓ２２４）。これにより、図７（Ｓ２２４）に示すような、圧電体単結晶薄膜２１１と支持基板２１３とが、金属接合層２４４を介して接合された構造体が構成される。
　この後、第１の実施形態と同様に（図４参照。）、金属接合層２４４の酸化により金属酸化層（不図示）が形成され、ＩＤＴ電極や絶縁性保護膜が形成され、個片化されることにより、ＳＡＷデバイスが製造される（Ｓ２２５→Ｓ２２６→Ｓ２２７）。
　この第２の実施形態においては、圧電基板との界面に作用する熱応力がほとんど存在しない、あるいは、圧電基板との界面に作用する熱応力が支持基板と圧電基板との界面に作用する熱応力よりも小さい仮支持基板を、圧電基板のイオン注入面側に形成されているので、加熱による圧電薄膜の不具合の発生を従来よりも抑止できる。また、この発明による弾性波デバイスが、圧電単結晶材料による場合は、より不具合を抑制して製造できる。支持基板自体は加熱の後で圧電薄膜に形成するので、加熱による圧電薄膜との界面に作用する熱応力を考慮する必要がなく、任意の線膨張係数の構成材料を選定できる。
　したがって、圧電薄膜の構成材料と支持基板の構成材料との組み合わせの選択性を高められる。例えば、フィルタ用途のデバイスでは、支持基板の構成材料の線膨張係数を圧電薄膜の線膨張係数よりも大幅に小さくすることで、フィルタの温度－周波数特性を向上させることが可能になる。また、支持基板に熱伝導率性が高い構成材料を選定して放熱性および耐電力性を向上させることが可能になり、安価な構成材料を選定してデバイスの製造コストを低廉にすることが可能になる。
《第３の実施形態》
　次に、本発明の第３の実施形態に係る弾性波デバイスについて、圧電体単結晶薄膜をメンブレン構造で支持するＢＡＷ（Ｂｕｌｋ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｗａｖｅ；バルク弾性波）デバイスの製造方法を具体例として説明する。
　本実施形態では、まず、第２の実施形態と同様の方法で、図９（Ｓ３０１）に示すような、圧電体単結晶薄膜３１１が被エッチング接合層３９３を介して仮支持基板３１２に接合された薄膜仮支持構造３００が形成される（Ｓ３０１）。
　次に、図９（Ｓ３０２）に示すように、薄膜仮支持構造３００における圧電体単結晶薄膜３１１の表面に、ＢＡＷデバイスを駆動させるための下部電極パターン３２１が形成される（Ｓ３０２）。
　次に、図９（Ｓ３０３）に示すように、薄膜仮支持構造３００における圧電体単結晶薄膜３１１の表面に、下部電極パターン３２１を覆うように、メンブレン構造の空洞部を形成するための犠牲層パターン３３１が形成される（Ｓ３０３）。
　次に、図９（Ｓ３０４）に示すように、薄膜仮支持構造３００における圧電体単結晶薄膜３１１の表面に、犠牲層パターン３３１を覆うようにメンブレン支持層３４１が形成される（Ｓ３０４）。メンブレン支持層３４１は、スパッタ成膜後にＣＭＰにより表面が平坦化される。ここで用いるメンブレン支持層３４１は、酸化ケイ素膜であり、後に酸化物層としても利用される。
　また、図９（Ｓ３０５）に示すように、支持基板３１３が用意され、支持基板３１３の表面に酸化物層３４３が形成される（Ｓ３０５）。
　次に、図９（Ｓ３０６）に示すように、薄膜仮支持構造３００におけるメンブレン支持層３４１の表面に、極薄厚の金属層３５１が成膜される（Ｓ３０６）。
　また、図９（Ｓ３０７）に示すように、支持基板３１３側の酸化物層３４３の表面に、極薄厚の金属層３５３が成膜される（Ｓ３０７）。
　次に、図１０（Ｓ３０８）に示すように、支持基板３１３側の金属層３５３（符号不図示）と、薄膜仮支持構造３００側の金属層３５１（符号不図示）とを重ね合わせて、金属接合層３５４が形成される（Ｓ３０８）。なお、上述の金属層３５１，３５３の形成工程と、この接合工程とは、連続して高真空中で実施され、金属拡散接合法により金属層３５１，３５３間の接合が実現される。
　次に、圧電体単結晶薄膜３１１や、仮支持基板３１２、支持基板３１３を接合した接合体は、硝酸などのエッチング液に浸漬され、被エッチング接合層３９３がエッチングされて、被エッチング接合層３９３および仮支持基板３１２が除去される（Ｓ３０９）。これにより、図１０（Ｓ３０９）に示すような、圧電体単結晶薄膜３１１と支持基板３１３とが、金属接合層３５４を介して接合された構造体が構成される。
　次に、図１０（Ｓ３１０）に示すように、加熱により金属接合層３５４（符号不図示）を酸化させて金属酸化層３５５が形成される（Ｓ３１０）。
　次に、図１０（Ｓ３１１）に示すように、圧電体単結晶薄膜３１１が窓開け加工されるとともに、ＢＡＷデバイスを駆動させるための上部電極パターンが形成される（Ｓ３１１）。
　次に、図１０（Ｓ３１２）に示すように、圧電体単結晶薄膜３１１の窓から犠牲層パターン３３１（符号不図示）にエッチャントが導入され、犠牲層パターン３３１（符号不図示）を除去してメンブレン空間３３１Ａが形成される（Ｓ３１２）。
　この後、個片化されることによりＢＡＷデバイスが製造される。
１，２０１…圧電単結晶基板
１Ａ，２０１Ａ…接合面
２，２０２…欠陥層
１１，２１１，３１１…圧電体単結晶薄膜
１２，２１３，３１３…支持基板
２１，２２１…誘電体層
３１，３２，２３１，２３３，３４３…酸化物層
４１，４２，２４１，２４３，３５１，３５３…金属層
４３，２４４，３５４…金属接合層
４４，３５５…金属酸化層
５０…ＩＤＴ電極
６０Ａ…配線パターン
６０Ｂ…２層配線部
７０…絶縁性保護膜
２００，３００…薄膜仮支持構造
２１２，３１２…仮支持基板
２９１…被エッチング層
２９２…被エッチング層
２９３，３９３…被エッチング接合層
３２１…下部電極パターン
３３１…犠牲層パターン
３３１Ａ…メンブレン空間
３４１…メンブレン支持層

Claims (11)

  1. 　圧電体からなる圧電基板の接合面側に第１の金属層を形成する第１の金属層形成工程と、
    　支持基板の接合面側に第２の金属層を形成する第２の金属層形成工程と、
    　前記第１の金属層と前記第２の金属層とを重ね合わせ、前記第１の金属層の結晶と前記第２の金属層の結晶とを再配列させて金属接合層を形成する金属接合層形成工程と、
    　前記金属接合層を酸化させて金属酸化層を形成する金属酸化層形成工程と、
    　を有する弾性波デバイスの製造方法。
  2. 　前記第１の金属層形成工程の前に、前記圧電基板の接合面側に第１の酸化物層を形成する第１の酸化物層形成工程を備える、請求項１に記載の弾性波デバイスの製造方法。
  3. 　前記第２の金属層形成工程の前に、前記支持基板の接合面側に第２の酸化物層を形成する第２の酸化物層形成工程を備える、請求項１又は２に記載の弾性波デバイスの製造方法。
  4. 　前記第１の金属層および前記第２の金属層は、酸化物の生成自由エネルギーが負の材料からなる、請求項１～３のいずれか１項に記載の弾性波デバイスの製造方法。
  5. 　前記金属酸化層は、膜厚が５０ｎｍ以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載の弾性波デバイスの製造方法。
  6. 　前記第１の金属層と前記第２の金属層とは、同じ材料からなる、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波デバイスの製造方法。
  7. 　前記第１の金属層形成工程と前記第２の金属層形成工程と前記金属接合層形成工程とは、不活性ガス雰囲気下または真空下で連続して行われる、請求項１～６のいずれか１項に記載の弾性波デバイスの製造方法。
  8. 　前記第１の金属層形成工程の前に、前記圧電基板の接合面側からイオンを注入するイオン注入工程を備え、
    　加熱により、前記圧電基板における接合面側の領域を圧電薄膜として残して前記圧電基板を分離する分離工程を有する、請求項１～７のいずれか１項に記載の弾性波デバイスの製造方法。
  9. 　前記第１の金属層形成工程の前に、
    　圧電基板にイオン化した元素を注入して、前記圧電基板の中に前記元素が集中して存在する領域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面側に、前記圧電基板と同種の材料からなる、あるいは、前記圧電基板との界面に作用する熱応力が前記支持基板と前記圧電基板との界面に作用する熱応力よりも小さい、仮支持基板を形成する仮支持工程と、
    　加熱により、前記圧電基板における接合面側の領域を圧電薄膜として残す分離工程と、
    　前記圧電基板から分離した前記圧電薄膜に前記支持基板を形成する支持工程と、
    を有する請求項１～７のいずれか１項に記載の弾性波デバイスの製造方法。
  10. 　前記圧電薄膜に機能電極を形成する機能電極形成工程を有する、請求項８または９に記載の弾性波デバイスの製造方法。
  11. 　前記圧電基板は圧電単結晶基板である、請求項１０に記載の弾性波デバイスの製造方法。
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