WO2018016314A1 - 表面弾性波デバイス用複合基板及びその製造方法とこの複合基板を用いた表面弾性波デバイス - Google Patents

表面弾性波デバイス用複合基板及びその製造方法とこの複合基板を用いた表面弾性波デバイス Download PDF

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acoustic wave
single crystal
surface acoustic
wave device
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昌次 秋山
雅行 丹野
省三 白井
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信越化学工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a composite substrate for a surface acoustic wave device in which a piezoelectric single crystal substrate and a support substrate are joined, a manufacturing method thereof, and a surface acoustic wave device using the composite substrate.
  • piezoelectric materials such as lithium tantalate (LT) and lithium niobate (LN) are widely used. While these materials have a large electromechanical coupling coefficient and can broaden the device bandwidth, there is a problem in that the temperature stability is low and the frequency that can be dealt with shifts due to temperature changes. This is because lithium tantalate and lithium niobate have a very high coefficient of thermal expansion.
  • Non-Patent Document 1 shows thermal expansion coefficients of various materials for reference.
  • FIG. 22 and 23 are graphs showing S11 (reflection characteristics) and S12 (insertion loss) of a four-stage ladder filter manufactured using a composite substrate made of a Si substrate and a LT substrate having a thickness of 20 ⁇ m.
  • S11 reflection characteristics
  • S12 insertion loss
  • FIG. 23 a portion where the value of the insertion loss is small at a frequency higher than the pass band is observed, and in FIG. 22, the spurious of S11 occurs at that frequency.
  • the difference between the spurious peaks and troughs is defined as the intensity.
  • Non-Patent Document 2 spurious strength is obtained by using a No. 1000 grindstone, roughening the bonding surface of LT so that the arithmetic average roughness Ra is 300 nm, and bonding it to a support substrate via an adhesive. Has been shown to be reduced.
  • FIG. 24 shows the result of measuring spurious by bonding an LT substrate having the same degree of Ra to a silicon substrate. According to this result, even in the case of the same level of Ra, since the spurious strength is greatly different, it is considered that an element different from Ra has an important influence on the reduction of the spurious strength.
  • the present inventors have further studied, and the ratio between the period of the concavo-convex structure and the surface acoustic wave wavelength at the bonding interface between the piezoelectric crystal substrate and the support substrate is to reduce the spurious of the composite substrate.
  • the present inventors have found that this is an important element and have arrived at the present invention.
  • the period of the concavo-convex structure is evaluated by the average length RSm of elements in the cross-sectional curve of the concavo-convex structure.
  • an object of the present invention is to provide a composite substrate for a surface acoustic wave device having a good temperature characteristic and a high performance with reduced spurious due to wave reflection at the bonding interface between the piezoelectric crystal film and the support substrate, and a method for manufacturing the same.
  • a surface acoustic wave device using the composite substrate is provided.
  • the surface acoustic wave device composite substrate of the present invention is a surface acoustic wave device composite substrate including a piezoelectric single crystal substrate and a support substrate, and is a bonded interface between the piezoelectric single crystal substrate and the support substrate.
  • at least one of the piezoelectric single crystal substrate and the support substrate has a concavo-convex structure, the average length RSm of elements in the cross-sectional curve of the concavo-convex structure, and the surface acoustic wave when used as a surface acoustic wave device
  • the ratio with respect to the wavelength ⁇ is 0.2 or more and 7.0 or less.
  • the arithmetic average roughness Ra in the cross-sectional curve of the concavo-convex structure of the present invention is preferably 100 nm or more, and is interposed between the piezoelectric single crystal substrate and the support substrate at the bonding interface between the piezoelectric single crystal substrate and the support substrate. It is preferable that at least one of SiO 2, SiO 2 ⁇ 0.5 , a-Si, p-Si, a-SiC, and Al 2 O 3 is included as the intervening layer.
  • the composite substrate of the present invention preferably contains at least thermally oxidized silica or silica that has been heat-treated at a temperature of 800 ° C. or higher as the intervening layer.
  • the thickness of the intervening layer is preferably 1.2 times or less the wavelength ⁇ of the surface acoustic wave when used as a surface acoustic wave device.
  • the thickness of the piezoelectric single crystal substrate is preferably 1.0 to 3.5 times the wavelength ⁇ of the surface acoustic wave when used as a surface acoustic wave device.
  • the support substrate of the present invention is preferably any of silicon, glass, quartz, alumina, sapphire, silicon carbide, and silicon nitride.
  • the uneven structure is a pyramid shape. Preferably there is.
  • the piezoelectric single crystal substrate of the present invention is preferably a lithium tantalate single crystal substrate or a lithium niobate single crystal substrate, and a rotated Y-cut lithium tantalate single crystal substrate having a crystal orientation of rotation of 36 ° Y to 49 ° Y Or a lithium tantalate single crystal substrate doped with Fe at a concentration of 25 ppm to 150 ppm.
  • the Li concentration is substantially uniform over the thickness direction.
  • the piezoelectric single crystal substrate of the present invention may have a range in which the Li concentration varies in the thickness direction.
  • the Li concentration on the bonding interface side with the support substrate is the opposite surface.
  • ⁇ is preferably in the range of ⁇ 1.0 ⁇ ⁇ 2.5.
  • the method for manufacturing a composite substrate for a surface acoustic wave device includes a step of providing a concavo-convex structure on at least the surface of a piezoelectric single crystal substrate and / or a support substrate and a step of providing an intervening layer on the concavo-convex structure.
  • the intermediate layer provided on the piezoelectric single crystal substrate and the support substrate are bonded, the intermediate layer provided on the support substrate and the piezoelectric single crystal substrate are bonded, or on the piezoelectric single crystal substrate.
  • the method includes a step of bonding the provided intervening layer and the intervening layer provided on the support substrate. In this case, it is preferable to include a step of mirroring the surface of the intervening layer.
  • the method of manufacturing a composite substrate for a surface acoustic wave device includes a step of providing a concavo-convex structure on the surface of a support substrate by wet etching, and a piezoelectric single crystal so that the substrate surface having the concavo-convex structure becomes a bonding interface. At least a step of bonding to the substrate.
  • a pyramidal concavo-convex structure is provided on the surface of the support substrate made of silicon single crystal by wet etching. Is preferred.
  • the piezoelectric single crystal substrate has a range in which the Li concentration is different over the thickness direction, and the Li concentration is approximately uniform from the surface of at least one substrate to an arbitrary depth.
  • the piezoelectric single crystal substrate and the support substrate are bonded to leave at least part of the portion where the Li concentration is substantially uniform, or leave only the portion where the Li concentration is substantially uniform. It is preferable to remove the surface layer of the piezoelectric single crystal substrate opposite to the bonding surface.
  • the portion where the Li concentration is substantially uniform preferably has a pseudo stoichiometric composition.
  • a composite substrate for a surface acoustic wave device having a good temperature characteristic and high performance with reduced spurious due to wave reflection at the bonding interface between the piezoelectric crystal film and the support substrate, a method for manufacturing the same, and the composite A surface acoustic wave device using a substrate can be provided.
  • Example 3 is a graph showing the relationship between spurious intensity and RSm / ⁇ in Example 1. It is a cross-sectional profile by AFM of the Si substrate in which the pyramidal concavo-convex structure is formed. It is a SEM observation image of Si substrate in which the pyramid-shaped uneven structure was formed. It is a graph showing the relationship between the spurious intensity
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between spurious intensity and RSm / ⁇ in Example 3.
  • 10 is a graph showing the relationship between the thickness of an LT substrate and spurious strength in Example 5.
  • 10 is a graph showing the relationship between the thickness of an LT substrate and Q max in Example 5.
  • 10 is a graph showing the relationship between the thickness of the LT substrate and the average value of TCF in Example 5. It is a graph showing the relationship between the thickness of the LT substrate in Example 5, and peeling start temperature. 10 is a graph showing a Raman profile of an LT substrate used in Example 5. 6 is a cross-sectional SEM image of the vicinity of the bonding interface of the composite substrate of Example 5. 10 is a graph showing S11 (reflection characteristics) of a four-stage ladder filter manufactured using the composite substrate of Example 5. 10 is a graph showing S12 (insertion loss) of a four-stage ladder filter manufactured using the composite substrate of Example 5. 10 is a graph showing the relationship between spurious intensity and RSm / ⁇ in Example 5.
  • FIG 10 is a graph showing an input impedance waveform of a resonator manufactured using the composite substrate of Example 5.
  • the present invention relates to a composite substrate for a surface acoustic wave device including a piezoelectric single crystal substrate 1 and a support substrate 2, a manufacturing method thereof, and a surface acoustic wave device using the composite substrate.
  • the composite substrate of the present invention preferably has a mode in which the piezoelectric single crystal substrate 1 and the support substrate 2 are bonded together, and the bonding method is not limited.
  • a known method can be used, and for example, bonding can be performed via a room temperature bonding method or an adhesive.
  • the surface activation treatment at the time of normal temperature bonding can be performed by, for example, ozone water treatment, UV ozone treatment, ion beam treatment, plasma treatment, or the like.
  • the piezoelectric single crystal substrate 1 and the support substrate 2 may be directly bonded, but since at least one of the piezoelectric single crystal substrate 1 and the support substrate 2 has an uneven structure, Is preferably provided with an intervening layer 3 between them.
  • the intervening layer 3 is made of an adhesive 5 such as an acrylic adhesive, an epoxy adhesive, or a silicone adhesive, or an inorganic material 6 such as SiO 2 , a-Si, p-Si, a-SiC, or Al 2 O 3. It can be. However, in an actual device, it is difficult to use an adhesive containing an organic component from the viewpoint of reliability. Further, the inorganic material for the intervening layer does not need to be strictly stoichiometric like SiO 2 ⁇ 0.5 .
  • FIG. 19 A composite substrate in which one or both of the piezoelectric single crystal substrate 1 and the support substrate 2 have a concavo-convex structure at the bonding interface 4 between the piezoelectric single crystal substrate 1 and the support substrate 2 is, for example, FIG. 19 can be produced through the process shown in FIG.
  • FIG. 16 shows a method of manufacturing a composite substrate in which both the piezoelectric single crystal substrate 1 and the support substrate 2 have a concavo-convex structure.
  • FIGS. 17 and 18 show the case where the piezoelectric single crystal substrate 1 has a concavo-convex structure.
  • FIG. 19 shows a method of manufacturing a composite substrate in which the support substrate 2 has a concavo-convex structure.
  • the piezoelectric single crystal substrate 1 and / or the support substrate 2 having a rough surface is prepared. These may be joined via the adhesive 5, but are preferably joined by providing an intervening layer of the inorganic material 6. In this case, SiO 2 or the like is deposited on the rough surface (uneven structure) of the piezoelectric single crystal substrate 1 and / or the support substrate 2.
  • Examples of a method for depositing SiO 2 include a PE-CVD method (plasma enhanced chemical vapor deposition) and a PVD method (physical vapor deposition: physical vapor deposition) typified by sputtering. ) Can be used.
  • a silane such as alkoxide silane, a silazane such as hexamethyldisilazane, a polysilazane such as perhydropolysilazane, a silicone oligomer such as silicone oil, or a solution thereof may be applied on the wafer and cured by heat treatment.
  • the intervening layer 3 When SiO 2 or the like is deposited at a high temperature, warpage or cracks when returning to room temperature becomes a problem, and therefore it is preferable to form the intervening layer 3 at a temperature close to room temperature. If the process temperature is set to 70 ° C. or lower, it is possible to suppress the warpage of the substrate to such an extent that it can be adsorbed to the vacuum chuck. Specifically, it is preferable to use room temperature CVD or magnetron sputtering. Further, if the intervening layer 3 contains a large amount of impurities such as hydrogen and water, a volatile component called outgas is generated and the reliability is lowered. Therefore, it is necessary to form an intervening layer having as high purity as possible.
  • the intervening layer of the inorganic material 6 is deposited on the rough surface (uneven structure) of the piezoelectric single crystal substrate 1 and / or the support substrate 2, the surface is polished to be mirrored. Then, for example, through the manufacturing process shown in FIG. 16, the mirror surface of the intervening layer of the inorganic material 6 provided on the piezoelectric single crystal substrate 1 and the mirror surface of the interposing layer of the inorganic material 6 provided on the support substrate 2 are obtained. When bonded, a composite substrate in which both the piezoelectric single crystal substrate 1 and the support substrate 2 have an uneven structure is obtained as shown in FIG.
  • a composite substrate is obtained in which the piezoelectric single crystal substrate 1 has a concavo-convex structure at the bonding interface 4 between the piezoelectric single crystal substrate 1 and the support substrate 2.
  • a composite substrate can also be obtained using the adhesive 5 as an intervening layer.
  • the uneven structure 3 is formed only on the surface of the support substrate 2, an intervening layer of the inorganic material 6 is formed there, and is mirror-finished, and bonded to the mirror surface of the piezoelectric single crystal substrate 1.
  • a composite substrate in which the support substrate 2 has a concavo-convex structure at the bonding interface 4 is obtained.
  • the concavo-convex structure is provided on the substrate material having a thermal expansion coefficient closer to that of the material of the intervening layer 3.
  • the intervening layer 3 is deposited on the concavo-convex structure of the substrate, it is easy to suppress the occurrence of cracks and warpage.
  • the intervening layer 3 may have a multilayer structure of the same or different materials, and the intervening layer 3 may include thermally oxidized silica and / or silica that has been heat-treated at a temperature of 800 ° C. or higher. preferable.
  • silica suitable for use as the intervening layer 3 can be formed by various methods. For example, thermally oxidized silica of about 1 nm to 1 ⁇ m can be formed on the surface of the silicon substrate by heat-treating the silicon substrate in an oxygen atmosphere at 800 to 1100 ° C.
  • silica can be formed by depositing silica on a substrate by a CVD method or a PVD method and performing a heat treatment at a temperature of 800 ° C. or higher.
  • an organosilicon compound may be applied and heat treatment may be performed at a temperature of 800 ° C. or higher.
  • an intervening layer may be provided on the surface thereof.
  • the support substrate 2 has a thermally oxidized silica regardless of the presence or absence of the concavo-convex structure.
  • / or silica that has been heat-treated at a temperature of 800 ° C. or higher is preferably provided as an intervening layer.
  • the intervening layer 3 provided on the surface of the piezoelectric single crystal substrate 1 is difficult to heat-treat at a high temperature due to the Curie temperature of the piezoelectric single crystal and the difference in thermal expansion coefficient from the intervening layer 3. Therefore, there is a concern that outgas is generated in a post-process including operations such as heating and cooling, and peeling occurs at the bonding interface.
  • the silica as described above is dense and has few impurities, and can absorb a certain amount of gas. Therefore, even if outgas is generated from the intervening layer 3 provided on the surface of the piezoelectric single crystal substrate 1, if the intervening layer 3 contains thermally oxidized silica or silica that has been heat-treated at a temperature of 800 ° C. or higher, this Since such a gas is absorbed, occurrence of peeling can be suppressed.
  • the intervening layer 3 When depositing the intervening layer 3 on the concavo-convex structure of the piezoelectric single crystal substrate 1 and / or the support substrate 2, in order to fill the concavo-convex structure, the lowest height of the concavo-convex structure is used as a reference and the maximum height roughness Rz is exceeded. Thick deposition is preferred.
  • the maximum height roughness Rz is the sum of the maximum value of the peak height Rp and the maximum value of the valley depth Rv of the contour (roughness) curve at the reference length, and is specified in JIS B 0601: 2001 and ISO 4287: 1997. Has been. It can be measured using an atomic force microscope (AFM) or the like.
  • the thickness of the intervening layer 3 is small because the Q value is large, temperature characteristics are improved, and heat resistance is also excellent.
  • the thickness is preferably 1.0 times or less the wavelength ⁇ of the surface acoustic wave when used as a surface acoustic wave device.
  • the thickness of the intervening layer is based on the average line of the contour (roughness) curve in the concavo-convex structure. If the thickness of the intervening layer is large, a large shear stress may occur due to a difference in thermal expansion between the piezoelectric substrate and the support substrate, particularly in the vicinity of the outer peripheral portion of the intervening layer, which may cause peeling.
  • the concavo-convex structure of at least one of the piezoelectric single crystal substrate 1 and / or the support substrate 2 has an average length RSm of elements in its contour (roughness) curve and a surface acoustic wave when used as a surface acoustic wave device.
  • the ratio with the wavelength ⁇ is 0.2 or more and 7.0 or less.
  • the average length RSm of the element in the contour (roughness) curve of the concavo-convex structure can be measured using AFM or the like, and is a roughness curve defined in JIS B 0601: 2001 and ISO 4287: 1997.
  • the average element length RSm is a roughness curve defined in JIS B 0601: 2001 and ISO 4287: 1997.
  • RSm is represented by the following mathematical formula (1), and is an average of the lengths Xs of the roughness curve elements at the reference length.
  • the standard value of the minimum height that can be identified is 10% of the maximum height roughness Rz.
  • the standard value of the minimum length that can be identified is 1% of the reference length. RSm is obtained by determining the average length of the roughness curve elements after determining the peaks and valleys so as to satisfy both of these two conditions.
  • the wavelength ⁇ of the surface acoustic wave when used as the surface acoustic wave device is determined by the frequency of the electric signal input to the composite substrate (surface acoustic wave device) and the velocity of the surface wave (leaky wave).
  • the speed of the surface wave varies depending on the material, and is about 4000 m / s for LiTaO 3 . Therefore, when a 2 GHz surface acoustic wave device is manufactured from a composite substrate using LiTaO 3 as the piezoelectric single crystal substrate 1, the wavelength ⁇ of the surface acoustic wave is about 2 ⁇ m. In the case of manufacturing a surface acoustic wave device of 800 MHz, the wavelength ⁇ of the surface acoustic wave is about 5 ⁇ m.
  • the ratio of the average element length RSm in the cross-sectional curve of the concavo-convex structure to the surface acoustic wave wavelength ⁇ when used as a surface acoustic wave device is expressed by RSm / ⁇ , and this value is 0. If it is 2 or more and 7.0 or less, it is possible to effectively reduce spurious.
  • the arithmetic average roughness Ra in the cross-sectional curve of the concavo-convex structure is not particularly limited, but if Ra is too small, it is considered that the effect of reducing spuriousness cannot be obtained sufficiently, and thus Ra is preferably 100 nm or more. Further, if Ra is too large, it takes time and cost to provide the intervening layer 3, and it is difficult to uniformly polish the surface, which is not preferable for production. Therefore, Ra is preferably 1000 nm or less.
  • the method for forming the uneven structure on the surface of the piezoelectric single crystal substrate 1 and / or the support substrate 2 is not particularly limited. Polishing may be performed by selecting abrasive grains or a grindstone so as to achieve the target surface roughness, or dry / wet etching may be used.
  • the support substrate 2 is a silicon single crystal substrate and a concavo-convex structure is formed on this substrate, it is preferable to perform wet etching using an alkaline solution.
  • a strong alkaline solution such as NaOH or KOH and treating it with ultrasonic waves or the like, anisotropic etching proceeds and a pyramidal concavo-convex structure is obtained.
  • the size of the pyramid shape can be easily controlled by changing the temperature and the immersion time.
  • the present invention is considered to be applicable to any surface acoustic wave device composite substrate in which spurious is a problem, regardless of the type of piezoelectric material, but the piezoelectric single crystal substrate 1 has a large electromechanical coupling coefficient. It is preferably a lithium tantalate single crystal substrate or a lithium niobate single crystal substrate.
  • a lithium tantalate single crystal substrate is used as the piezoelectric single crystal substrate 1, it is preferable to use a rotated Y-cut lithium tantalate single crystal substrate having a crystal orientation of rotation of 36 ° Y to 49 ° Y.
  • the lithium tantalate single crystal substrate or the lithium niobate single crystal substrate a substrate having a substantially uniform Li concentration over the thickness direction can be used.
  • the Li concentration is substantially equal to a congruent composition or a pseudo stoichiometric composition. can do.
  • a piezoelectric single crystal substrate having a pseudo stoichiometric composition manufactured by a known double crucible method may be used, but also by the following method. can get.
  • this is a method in which a piezoelectric single crystal substrate having a substantially congruent composition obtained from a known method such as the Czochralski method is subjected to a gas phase treatment for diffusing Li from the substrate surface to the inside.
  • a lithium tantalate single crystal substrate can be embedded in a powder containing Li 3 TaO 4 as a main component and subjected to heat treatment.
  • a piezoelectric single crystal substrate having a pseudo stoichiometric composition can be obtained by such a process.
  • it is necessary to perform a relatively long-time vapor phase process. In some cases, warping or cracking of the material becomes a problem.
  • a piezoelectric single crystal substrate having a range in which the Li concentration differs in the thickness direction is obtained by a relatively short-time vapor phase treatment.
  • the piezoelectric single crystal substrate if the Li concentration from the substrate surface to an arbitrary depth is a pseudo stoichiometric composition, the piezoelectric single crystal substrate is bonded to a support substrate, and the pseudo stoichiometric composition is used. If the remaining piezoelectric single crystal substrate is removed so as to leave a certain portion, a composite substrate having a pseudo stoichiometric composition in which the Li concentration of the piezoelectric single crystal substrate is approximately uniform over the thickness direction can be obtained.
  • a lithium tantalate single crystal substrate or a lithium niobate single crystal substrate having a range in which the Li concentration differs in the thickness direction can be used.
  • the Li concentration on the bonding interface side of the piezoelectric single crystal substrate with the support substrate is made larger than the Li concentration on the opposite surface, the elastic wave energy is concentrated in a region where the Li concentration is small, and the composite This is preferable because the Q value of the resonator formed of the substrate can be increased.
  • a piezoelectric single crystal substrate having a range in which the Li concentration varies across the thickness direction is obtained by subjecting a piezoelectric single crystal substrate having a substantially congruent composition to a vapor phase treatment for diffusing Li from the substrate surface to the inside, as described above. can get. Then, such a piezoelectric single crystal substrate is bonded to a support substrate, and the remaining piezoelectric material is exposed such that a surface having a lower Li concentration than the Li concentration on the bonding interface side of the piezoelectric single crystal substrate with the support substrate is exposed. If the single crystal substrate is removed, a composite substrate having a range in which the Li concentration of the piezoelectric single crystal substrate is different in the thickness direction can be obtained.
  • the lithium tantalate single crystal substrate used as the piezoelectric single crystal substrate may be doped with Fe at a concentration of 25 ppm to 150 ppm. Since the lithium tantalate single crystal substrate doped with Fe increases the Li diffusion rate by about 20%, for example, when a composite substrate is manufactured by the above-mentioned method, which involves Li diffusion treatment, the productivity is improved. Is preferable. Further, since the Li diffusion treatment time can be shortened, the occurrence of warping and cracking of the substrate can also be suppressed.
  • the Li concentration of the lithium tantalate single crystal substrate and the lithium niobate single crystal substrate may be measured by a known method, but can be evaluated by, for example, Raman spectroscopy.
  • a lithium tantalate single crystal substrate it is known that there is an approximately linear relationship between the half-value width of the Raman shift peak and the Li concentration (the value of Li / (Li + Ta)). Therefore, by using an expression representing such a relationship, the composition at an arbitrary position of the oxide single crystal substrate can be evaluated.
  • the relational expression between the half-width of the Raman shift peak and the Li concentration is obtained by measuring the Raman half-width of several samples having known compositions and different Li concentrations, but the Raman measurement conditions are the same. If so, a relational expression that has already been clarified in literature may be used.
  • Li / (Li + Ta) (53.15-0.5FWHM1) / 100 (2)
  • FWHM1 is the full width at half maximum of the Raman shift peak near 600 cm ⁇ 1 .
  • the support substrate 2 is not particularly limited, but is preferably a material having a small thermal expansion coefficient with respect to the piezoelectric material to be joined, and is any one of silicon, glass, quartz, alumina, sapphire, silicon carbide, and silicon nitride. preferable.
  • the piezoelectric single crystal may be further thinned by any method such as grinding or polishing.
  • the thickness of the piezoelectric single crystal substrate 1 in the composite substrate is preferably 100 ⁇ m or less, and more preferably 80 ⁇ m or less.
  • the thickness of the piezoelectric single crystal substrate 1 is small because the spurious strength is small, temperature characteristics are improved, and heat resistance is also excellent.
  • the thickness of the piezoelectric single crystal substrate 1 is 1.0 to 3.5 times the wavelength ⁇ of the surface acoustic wave when used as a surface acoustic wave device, depending on the thickness of the intervening layer, Since Q value can be enlarged, it is preferable, and it is more preferable to set it as 1.5 times or more and 3.0 times or less.
  • the thickness of the piezoelectric single crystal substrate 1 is 1.0 to 3.5 times the wavelength ⁇ of the surface acoustic wave when used as a surface acoustic wave device
  • the thickness of the intervening layer is If it is 1.2 times or less of the wavelength ⁇ of the surface acoustic wave, it is preferable because it has heat resistance up to about 250 ° C., more preferably 1.0 times or less.
  • a surface acoustic wave device is manufactured using such a surface acoustic wave device composite substrate, it is possible to construct a surface acoustic wave device with less spurious and good temperature characteristics.
  • the surface having the uneven structure of the LT substrate, the SiO 2 at 35 ° C. using a plasma CVD method after 10 ⁇ m approximately deposited were mirror-polished surface deposited with SiO 2.
  • a 0.4 ⁇ m-thick Al film is formed on the surface of the composite substrate on the LT substrate side by sputtering, and an electrode is formed by photolithography, so that two stages of parallel resonators having a wavelength of about 5 ⁇ m are connected in series.
  • a four-stage ladder filter consisting of four elements was produced.
  • a g-line stepper was used for photolithography exposure, and a mixed gas of Cl 2 , BCl 3 , N 2 , and CF 4 was used for Al etching.
  • S11 reflection characteristics
  • S12 insertion loss
  • FIG. 1 shows the evaluation results of a four-stage ladder filter made from each composite substrate.
  • the vertical axis represents spurious intensity.
  • the surface having the uneven structure of the LT substrate, the SiO 2 at 35 ° C. using a plasma CVD method after 10 ⁇ m approximately deposited were mirror-polished surface deposited with SiO 2.
  • a thermally oxidized silica was formed on the surface of the Si substrate by subjecting the Si substrate serving as the support substrate to heat treatment at 850 ° C. in an oxygen atmosphere. At this time, thermal oxide silica having thicknesses of 100 nm, 250 nm, and 500 nm was prepared.
  • both the SiO 2 mirror surface and the thermally oxidized silica formed on the Si substrate surface were bonded by applying plasma surface activation, and the LT substrate was polished and thinned to 20 ⁇ m to produce a composite substrate. .
  • the uneven structure of each Si substrate was formed by wet etching using an alkaline solution, and the uneven structure was controlled by changing the temperature and immersion time.
  • a Si substrate having a pyramidal uneven structure was obtained.
  • the cross-sectional profile by SFM and the SEM observation image of the Si substrate on which the pyramidal concavo-convex structure is formed are shown in FIGS. 2 and 3, respectively.
  • the surface on which the SiO 2 was deposited was polished and mirrored.
  • both the SiO 2 mirror surface and the LT substrate mirror surface serving as the piezoelectric single crystal substrate were bonded by applying plasma surface activation, and the LT substrate was polished and thinned to 20 ⁇ m to produce a composite substrate.
  • a 0.4 ⁇ m-thick Al film is formed on the surface of the composite substrate on the LT substrate side by sputtering, and an electrode is formed by photolithography, so that two stages of parallel resonators having a wavelength of about 5 ⁇ m are connected in series.
  • a four-stage ladder filter consisting of four elements was produced.
  • a g-line stepper was used for photolithography exposure, and a mixed gas of Cl 2 , BCl 3 , N 2 , and CF 4 was used for Al etching.
  • S11 reflection characteristics
  • S12 insertion loss
  • FIG. 4 shows the evaluation results of a four-stage ladder filter made from each composite substrate.
  • the vertical axis represents spurious intensity.
  • Ra 300 nm ⁇ 10%
  • the SiO 2 mirror surface formed on the LT substrate and the Si substrate was bonded by applying plasma surface activation, and the LT substrate was polished and thinned to 20 ⁇ m to prepare a composite substrate.
  • the LT substrate and the Si substrate which are approximately the same RSm, are bonded together.
  • a 0.4 ⁇ m-thick Al film is formed on the surface of the composite substrate on the LT substrate side by sputtering, and an electrode is formed by photolithography, so that two stages of parallel resonators having a wavelength of about 5 ⁇ m are connected in series.
  • a four-stage ladder filter consisting of four elements was produced.
  • a g-line stepper was used for photolithography exposure, and a mixed gas of Cl 2 , BCl 3 , N 2 , and CF 4 was used for Al etching.
  • S11 reflection characteristics
  • S12 insertion loss
  • FIG. 5 shows the evaluation results of a four-stage ladder filter manufactured from each composite substrate.
  • the vertical axis represents spurious intensity.
  • RSm used for this evaluation is an average value of RSm of both substrates.
  • Example 4 In Example 4, for Examples 1 to 3, the LT substrate was changed to an LN substrate to produce a composite substrate. When these composite substrates were used to produce and evaluate a four-stage ladder filter, the same tendency as in Examples 1 to 3 was shown.
  • the uneven structure of the LT substrate was formed by polishing using loose abrasive grains.
  • the surface having the uneven structure of the LT substrate, the SiO 2 at 35 ° C. using a plasma CVD method after 10 ⁇ m approximately deposited were mirror-polished surface deposited with SiO 2.
  • the polishing amount was changed depending on the LT substrate so that the thickness of SiO 2 was 1.5 ⁇ m to 9.5 ⁇ m.
  • a Si substrate serving as a support substrate was heat-treated at 850 ° C. in an oxygen atmosphere to form 500 nm thermally oxidized silica on the surface of the Si substrate.
  • both the SiO 2 mirror surface and the thermally oxidized silica formed on the Si substrate surface were bonded by applying plasma surface activation, and the LT substrate was polished to prepare a composite substrate.
  • the amount of polishing was changed depending on the substrate so that the thickness of the LT substrate was 5 ⁇ m to 25 ⁇ m.
  • a four-stage ladder filter and a resonator having a surface acoustic wave wavelength of 5 ⁇ m were fabricated and evaluated.
  • FIG. 6 shows that the thickness of the LT substrate is 5 ⁇ m (1.0 wavelength) to 25 ⁇ m (5.0 wavelength), and the thickness of the intervening layer (SiO 2 and thermally oxidized silica) is 2 ⁇ m (0.4 wavelength) to 10 ⁇ m (2.
  • paragraph ladder filter produced from each composite substrate which is 0 wavelength) is shown.
  • the horizontal axis is the thickness of the LT substrate, and the vertical axis is the spurious strength.
  • the spurious strength is kept as low as 1.0 dB or less regardless of the thickness of the LT substrate and the thickness of the intervening layer.
  • the Q value of the fabricated resonator was obtained by the following formula (3) (see 2010 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings, Page (s): 861-863).
  • ⁇ is an angular frequency
  • ⁇ (f) is a group delay time
  • ⁇ is a reflection coefficient measured by a network analyzer.
  • the thickness of the LT substrate is 5 ⁇ m (1.0 wavelength) to 25 ⁇ m (5.0 wavelength), and the thickness of the intervening layer (SiO 2 and thermally oxidized silica) is 2 ⁇ m (0.4 wavelength) to 10 ⁇ m (2.
  • the result of evaluating the Q value of a resonator manufactured from each composite substrate having a wavelength of 0) is shown.
  • the horizontal axis is the thickness of the LT substrate, and the vertical axis is the maximum Q value (Q max ).
  • the Q value increases as the thickness of the intervening layer decreases. Further, when the thickness of the LT substrate is less than 1.5 wavelengths or exceeds 3.0 wavelengths, the Q value tends to decrease.
  • FIG. 8 shows the results of evaluating the frequency temperature coefficient (TCF) of the resonance frequency and anti-resonance frequency in the temperature range of 20 ° C. to 85 ° C. for each manufactured resonator.
  • the horizontal axis is the thickness of the LT substrate, and the vertical axis is the average value of TCF.
  • the average value of TCF is suppressed to 15.0 ppm / ° C. or lower. Moreover, when the thickness of the LT substrate is 3.0 wavelengths or less, the average value of TCF tends to decrease as the thickness of the intervening layer decreases.
  • the thickness of the LT substrate is 5 ⁇ m (1.0 wavelength) to 25 ⁇ m (5.0 wavelength), and the thickness of the intervening layer (SiO 2 and thermally oxidized silica) is 2 ⁇ m (0.4 wavelength) to 10 ⁇ m (2. It is the result of investigating the temperature at which each LT substrate is heated in an oven and the LT substrate begins to peel off.
  • the horizontal axis is the thickness of the LT substrate, and the vertical axis is the peeling start temperature of the LT substrate.
  • the surface of the slice wafer was polished and finished to a quasi-mirror surface with an Ra value of 0.01 ⁇ m.
  • these substrates were embedded in a powder mainly composed of Li 3 TaO 4 spread in a small container.
  • the small container was set in an electric furnace, and the inside of the furnace was heated to 975 ° C. for 100 hours under an N 2 atmosphere. Thereafter, annealing was performed at 800 ° C. for 12 hours in the temperature lowering process, and an electric field of 4000 V / m was applied in the + Z-axis direction of the LT substrate between 770 ° C. and 500 ° C. in the temperature lowering process.
  • One of the LT substrates thus prepared was 600 cm ⁇ from the surface in the depth direction using a laser Raman spectrometer (LabRam HR series manufactured by HORIBA Scientific, Ar ion laser, spot size 1 ⁇ m, room temperature). When the half width of the Raman shift peak near 1 was measured, the Raman profile shown in FIG. 10 was obtained.
  • this LT substrate has a different Raman half-value width on the substrate surface and inside the substrate, and the Raman half-value width is 5.9 to 6.5 in the depth direction of the substrate from 0 ⁇ m to about 20 ⁇ m. It was almost constant at 0 cm ⁇ 1 . From this, it is understood that the Li concentration is substantially uniform at a depth of 20 ⁇ m from the LT substrate surface.
  • the surface having the uneven structure of the LT substrate, the SiO 2 at 35 ° C. using a plasma CVD method after 10 ⁇ m approximately deposited were mirror-polished surface deposited with SiO 2.
  • FIG. 11 shows a cross-sectional SEM image of the fabricated composite substrate.
  • a 0.4 ⁇ m-thick Al film is formed on the surface of the composite substrate on the LT substrate side by sputtering, and an electrode is formed by photolithography, so that two stages of parallel resonators having a wavelength of about 5 ⁇ m are connected in series.
  • a four-stage ladder filter consisting of four elements was produced.
  • a g-line stepper was used for photolithography exposure, and a mixed gas of Cl 2 , BCl 3 , N 2 , and CF 4 was used for Al etching.
  • S11 reflection characteristics
  • S12 insertion loss
  • the spurious intensity can be effectively reduced when the value of RSm / ⁇ is 0.2 or more and 7.0 or less.
  • FIG. 15 shows the input impedance waveform of the fabricated resonator.
  • the waveform is also shown.
  • the crystal orientations of the LT substrate are all the same.
  • the surface having the uneven structure of the LT substrate, the SiO 2 at 35 ° C. using a plasma CVD method after 10 ⁇ m approximately deposited were mirror-polished surface deposited with SiO 2.
  • the polishing amount was changed depending on the LT substrate so that the thickness of SiO 2 was 1.5 ⁇ m to 9.5 ⁇ m.
  • a Si substrate serving as a support substrate was heat-treated at 850 ° C. in an oxygen atmosphere to form 500 nm thermally oxidized silica on the surface of the Si substrate.
  • both the SiO 2 mirror surface and the thermally oxidized silica formed on the Si substrate surface were bonded by applying plasma surface activation, and the LT substrate was polished to prepare a composite substrate.
  • the amount of polishing was changed depending on the substrate so that the thickness of the LT substrate was 5 ⁇ m to 25 ⁇ m.
  • Example 5 Using the composite substrate thus prepared, a four-stage ladder filter and a resonator having a surface acoustic wave wavelength of 5 ⁇ m were prepared and evaluated in the same manner as in Example 5. As a result, the same tendency as in Example 5 was exhibited. It was.

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Abstract

圧電結晶膜と支持基板の接合界面における波の反射に起因するスプリアスを低減した、温度特性が良好で、高性能な表面弾性波デバイス用複合基板を提供する。表面弾性波デバイス用複合基板は、圧電単結晶基板と支持基板とを含んで構成される表面弾性波デバイス用複合基板であって、圧電単結晶基板と該支持基板との接合界面部において、少なくとも圧電単結晶基板と支持基板の何れか一方は凹凸構造を有しており、この凹凸構造の断面曲線における要素の平均長さＲＳｍと表面弾性波デバイスとして使用する際の表面弾性波の波長λとの比が０．２以上７．０以下であることを特徴とする。

Description

表面弾性波デバイス用複合基板及びその製造方法とこの複合基板を用いた表面弾性波デバイス
　本発明は、圧電単結晶基板と支持基板とを接合した表面弾性波デバイス用複合基板及びその製造方法とこの複合基板を用いた表面弾性波デバイスに関する。
　近年、スマートフォンに代表される移動体通信の市場において、通信量が急激に増大している。これに対応するため、通信バンド数を増やす必要があり、表面弾性波デバイスをはじめとする各種部品の小型化、高性能化が必須となってきている。
　表面弾性波（Ｓｕｒｆａｃｅ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｗａｖｅ：ＳＡＷ）デバイスの材料としては、圧電材料であるタンタル酸リチウム（Ｌｉｔｈｉｕｍ　Ｔａｎｔａｌａｔｅ：ＬＴ）やニオブ酸リチウム（Ｌｉｔｈｉｕｍ　Ｎｉｏｂａｔｅ：ＬＮ）が広く用いられている。これらの材料は、大きな電気機械結合係数を有し、デバイスの広帯域化が可能である一方で、温度安定性が低く温度変化によって対応できる周波数がシフトしてしまうという問題がある。これは、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムが非常に高い熱膨張係数を有することに起因する。
　この問題を解決するために、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムに、熱膨張係数の小さな材料を貼り合せて、圧電材料側を数μｍ～数十μｍに薄化した複合基板が提案されている。この複合基板は、サファイアやシリコン等の熱膨張係数の小さな材料を貼り合せることによって圧電材料の熱膨張を抑え、温度特性を改善したものである（非特許文献１）。図２１には、参考として各種材料の熱膨張係数を示す。
スマートフォンのＲＦフロントエンドに用いられるＳＡＷ‐Ｄｕｐｌｅｘｅｒの温度補償技術，電波新聞ハイテクノロジー２０１２年１１月８日 "Ａ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ‐Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ　Ｈｙｂｒｉｄ　Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ　ｆｏｒ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｗａｖｅ　Ｆｉｌｔｅｒｓ"，２０１０　ＩＥＥＥ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ｐａｇｅ　６３７‐６４０．
　しかしながら、上記の複合基板の場合は、通過帯域より高い周波数にスプリアス若しくはリップルと呼ばれるノイズが発生するという問題がある。このノイズは、圧電結晶膜と支持基板の接合界面における波の反射に起因するものである。
　図２２及び図２３は、Ｓｉ基板と厚さ２０μｍのＬＴ基板からなる複合基板を用いて作製した４段ラダーフィルタのＳ１１（反射特性）とＳ１２（挿入損失）を示したグラフである。図２３では、通過帯域より高い周波数において挿入損失の値が小さくなっている箇所が観測されており、図２２では、その周波数において、Ｓ１１のスプリアスが生じている。ここでは、スプリアスの山と谷の差を強度（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）と定義している。
　この問題を解決するために、いくつかの方法が提案されている。非特許文献２には、１０００番の砥石を用いて、算術平均粗さＲａで３００ｎｍとなるようにＬＴの貼り合せ面を粗くして、接着剤を介して支持基板と接合することによってスプリアス強度が低減されることが示されている。
　しかしながら、本発明者らが、非特許文献２に記載の方法を検討した結果、同程度の算術平均粗さＲａの場合であっても複合基板としたときのスプリアス強度が異なることを見出した。図２４は、同程度のＲａであるＬＴ基板をシリコン基板と貼り合わせて、スプリアスを測定した結果を示すものである。この結果によると、同程度のＲａの場合であっても、スプリアス強度は大きく異なっているため、Ｒａとは別の要素がスプリアス強度の低減に重要な影響を及ぼしていると考えられる。
　そのため、本発明者らは、さらに検討を進めたところ、圧電結晶基板と支持基板との接合界面部における凹凸構造の周期と表面弾性波の波長との比が複合基板のスプリアスの低減のために重要な要素であることを知見し、本発明に至ったものである。
　なお、ここでは、凹凸構造の周期を凹凸構造の断面曲線における要素の平均長さＲＳｍで評価している。
　そこで、本発明の目的は、圧電結晶膜と支持基板の接合界面における波の反射に起因するスプリアスを低減した、温度特性が良好で、高性能な表面弾性波デバイス用複合基板及びその製造方法とこの複合基板を用いた表面弾性波デバイスを提供することである。
　すなわち、本発明の表面弾性波デバイス用複合基板は、圧電単結晶基板と支持基板とを含んで構成される表面弾性波デバイス用複合基板であって、圧電単結晶基板と支持基板との接合界面部において、少なくとも圧電単結晶基板と支持基板の何れか一方は凹凸構造を有しており、この凹凸構造の断面曲線における要素の平均長さＲＳｍと表面弾性波デバイスとして使用する際の表面弾性波の波長λとの比が０．２以上７．０以下であることを特徴とするものである。
　本発明の凹凸構造の断面曲線における算術平均粗さＲａは、１００ｎｍ以上であることが好ましく、圧電単結晶基板と支持基板との接合界面部において、圧電単結晶基板と支持基板との間に介在層が存在し、その介在層としては、少なくともＳｉＯ２、ＳｉＯ２±０．５、ａ‐Ｓｉ、ｐ‐Ｓｉ、ａ‐ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３の何れかを含むことが好ましい。
　本発明の複合基板は、介在層として、少なくとも熱酸化シリカ又は８００℃以上の温度で熱処理が施されたシリカを含むことが好ましい。
　介在層の厚みは、表面弾性波デバイスとして使用する際の表面弾性波の波長λの１．２倍以下であることが好ましい。また、圧電単結晶基板の厚みは、表面弾性波デバイスとして使用する際の表面弾性波の波長λの１．０倍以上３．５倍以下であることが好ましい。
　本発明の支持基板は、シリコン、ガラス、石英、アルミナ、サファイア、炭化ケイ素、窒化ケイ素の何れかであることが好ましく、その支持基板が凹凸構造を有するシリコン基板の場合、凹凸構造はピラミッド形状であることが好ましい。
　本発明の圧電単結晶基板は、タンタル酸リチウム単結晶基板又はニオブ酸リチウム単結晶基板であることが好ましく、結晶方位が回転３６°Ｙ～４９°Ｙである回転Ｙカットタンタル酸リチウム単結晶基板であるか、Ｆｅが２５ｐｐｍ～１５０ｐｐｍの濃度でドープされているタンタル酸リチウム単結晶基板であることが好ましい。
　また、本発明の圧電単結晶基板は、その厚さ方向にわたってＬｉ濃度が概略一様であり、その場合は、ＬｉとＴａ又はＮｂとの比率がＬｉ：Ｔａ＝５０－α：５０＋α又はＬｉ：Ｎｂ＝５０－α：５０＋αであり、αは－１．０＜α＜２．５の範囲であることが好ましい。
　さらに、本発明の圧電単結晶基板は、その厚さ方向にわたってＬｉ濃度が異なっている範囲を有してもよく、その場合は、支持基板との接合界面部側のＬｉ濃度が、反対側表面のＬｉ濃度よりも大きいか、又は支持基板との接合界面部側のＬｉとＴａ又はＮｂとの比率が、Ｌｉ：Ｔａ＝５０－α：５０＋α又はＬｉ：Ｎｂ＝５０－α：５０＋αであり、αは－１．０＜α＜２．５の範囲であることが好ましい。
　次に、本発明の表面弾性波デバイス用複合基板の製造方法は、少なくとも圧電単結晶基板及び／又は支持基板の表面に凹凸構造を設ける工程と、この凹凸構造の上に介在層を設ける工程を含むと共に、圧電単結晶基板上に設けられた介在層と支持基板とを接合するか、支持基板上に設けられた介在層と圧電単結晶基板とを接合するか、又は圧電単結晶基板上に設けられた介在層と支持基板上に設けられた介在層とを接合する工程を含むことを特徴とするものであり、この場合、介在層の表面を鏡面化する工程を含むことが好ましい。
　また、本発明の表面弾性波デバイス用複合基板の製造方法は、ウェットエッチングによって支持基板の表面に凹凸構造を設ける工程と、この凹凸構造を有する基板表面が接合界面となるように、圧電単結晶基板と接合する工程とを少なくとも含むことを特徴とするものであり、この場合、凹凸構造を設ける工程では、ウェットエッチングによってシリコン単結晶から成る支持基板の表面に、ピラミッド形状の凹凸構造を設けることが好ましい。
　さらに、本発明の製造方法では、その圧電単結晶基板は、厚さ方向にわたってＬｉ濃度が異なっている範囲を有し、少なくとも一方の基板表面から任意の深さまでＬｉ濃度が概略一様であり、この圧電単結晶基板と支持基板とを接合して、Ｌｉ濃度が概略一様になっている部分の少なくとも一部を残すか、又はＬｉ濃度が概略一様になっている部分のみを残すように、接合面の反対側の圧電単結晶基板表層を除去することが好ましい。そして、この場合、Ｌｉ濃度が概略一様になっている部分は、疑似ストイキオメトリー組成であることが好ましい。
　本発明によれば、圧電結晶膜と支持基板の接合界面における波の反射に起因するスプリアスを低減した、温度特性が良好で、高性能な表面弾性波デバイス用複合基板及びその製造方法とこの複合基板を用いた表面弾性波デバイスを提供することができる。
実施例１におけるスプリアス強度とＲＳｍ／λの関係を表すグラフである。 ピラミッド形状の凹凸構造が形成されたＳｉ基板のＡＦＭによる断面プロファイルである。 ピラミッド形状の凹凸構造が形成されたＳｉ基板のＳＥＭ観察像である。 実施例２におけるスプリアス強度とＲＳｍ／λの関係を表すグラフである。 実施例３におけるスプリアス強度とＲＳｍ／λの関係を表すグラフである。 実施例５におけるＬＴ基板の厚みとスプリアス強度の関係を表すグラフである。 実施例５におけるＬＴ基板の厚みとＱｍａｘの関係を表すグラフである。 実施例５におけるＬＴ基板の厚みとＴＣＦの平均値との関係を表すグラフである。 実施例５におけるＬＴ基板の厚みと剥離開始温度の関係を表すグラフである。 実施例５において使用したＬＴ基板のラマンプロファイルを示したグラフである。 実施例５の複合基板の接合界面部付近の断面ＳＥＭ像である。 実施例５の複合基板を用いて作製した４段ラダーフィルタのＳ１１（反射特性）を示したグラフである。 実施例５の複合基板を用いて作製した４段ラダーフィルタのＳ１２（挿入損失）を示したグラフである。 実施例５におけるスプリアス強度とＲＳｍ／λの関係を表すグラフである。 実施例５の複合基板を用いて作製した共振子の入力インピーダンス波形を示したグラフである。 圧電単結晶基板１及び支持基板２の両方の表面を粗面化（凹凸構造を形成）し、そこに介在層として無機材料６を形成すると共に鏡面化して複合基板を作製する一態様を示す図である。 圧電単結晶基板１の表面だけを粗面化（凹凸構造を形成）し、そこに介在層として無機材料６を形成すると共に鏡面化して複合基板を作製する一態様を示す図である。 圧電単結晶基板１の表面だけを粗面化（凹凸構造を形成）し、そこに介在層として接着剤５を形成して複合基板を作製する一態様を示す図である。 支持基板２の表面だけを粗面化し、そこに介在層として無機材料６を形成すると共に鏡面化して複合基板を作製する一態様を示す図である。 本発明の複合基板の接合界面部構造の種々の態様を示す図である。 各材料の熱膨張係数を比較したグラフである。 Ｓｉ基板と厚さ２０μｍのＬＴ基板から成る複合基板を用いて作製した４段ラダーフィルタのＳ１１（反射特性）を示したグラフである。 Ｓｉ基板と厚さ２０μｍのＬＴ基板から成る複合基板を用いて作製した４段ラダーフィルタのＳ１２（挿入損失）を示したグラフである。 同程度のＲａであるＬＴ基板を用いた場合のスプリアス強度の比較である。
　以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。本発明は、圧電単結晶基板１と支持基板２とを含んで構成される表面弾性波デバイス用複合基板及びその製造方法とこの複合基板を用いた表面弾性波デバイスに関するものである。そして、本発明の複合基板は、圧電単結晶基板１と支持基板２とを貼り合わせた様態が好ましく、貼り合わせの方法は限定されない。
　圧電単結晶基板１と支持基板２との貼り合わせ（接合）方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、常温接合法や接着剤を介して接合することができる。常温接合を行う際の表面活性化処理は、例えば、オゾン水処理、ＵＶオゾン処理、イオンビーム処理、又はプラズマ処理等により行うことができる。
　ここで、圧電単結晶基板１と支持基板２は、直接接合されていてもよいが、少なくとも圧電単結晶基板１と支持基板２の何れか一方が凹凸構造を有しているため、現実的には両者の間に介在層３を設けることが好ましい。
　介在層３としては、アクリル接着剤、エポキシ接着剤、シリコーン接着剤等の接着剤５やＳｉＯ２、ａ‐Ｓｉ、ｐ‐Ｓｉ、ａ‐ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３等の無機材料６を介在層とすることができる。ただし、実際のデバイスでは、信頼性の観点から有機成分を含む接着剤を用いることは難しい。また、介在層とする無機材料は、ＳｉＯ２±０．５のように厳密にストイキオメトリックである必要はない。
　圧電単結晶基板１と支持基板２との接合界面部４において、圧電単結晶基板１と支持基板２の何れか一方又は両方が凹凸構造を有している複合基板は、例えば、図１６乃至図１９に示す工程を経て作製することができる。図１６は、圧電単結晶基板１と支持基板２の両方が凹凸構造を有している複合基板の作製方法を示し、図１７及び図１８は、圧電単結晶基板１が凹凸構造を有している複合基板の作製方法を示し、図１９は、支持基板２が凹凸構造を有している複合基板の作製方法を示すものである。
　作製する際は、図１６乃至図１９の何れの場合でも、最初に、粗面（凹凸構造）を有する圧電単結晶基板１及び／又は支持基板２を準備する。これらは接着剤５を介して接合してもよいが、好ましくは、無機材料６の介在層を設けて接合する。この場合、圧電単結晶基板１及び／又は支持基板２の粗面（凹凸構造）上に、ＳｉＯ２等を堆積させる。
　ＳｉＯ２等を堆積させる方法としては、例えば、ＰＥ‐ＣＶＤ法（Ｐｌａｓｍａ　ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：プラズマ強化化学気相成長法）やスパッタ等に代表されるＰＶＤ法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：物理気相成長法）を用いることができる。また、アルコキシドシラン等のシラン、ヘキサメチルジシラザン等のシラザン、パーヒドロポリシラザン等のポリシラザン、シリコーンオイル等のシリコーンオリゴマーやそれらの溶液をウェーハ上に塗布して、熱処理によって硬化させてもよい。
　ＳｉＯ２等を高温下で堆積させた場合、室温に戻した際の反りやクラックが問題となるため、室温に近い温度で介在層３を形成させることが好ましい。工程温度が７０℃以下となるようにすれば、真空チャックに吸着可能な程度まで基板の反りを抑えることが可能である。具体的には、室温ＣＶＤ法やマグネトロンスパッタ等を用いることが好ましい。
　また、介在層３に水素や水等の不純物を多量に含むとアウトガスと呼ばれる揮発成分が発生し、信頼性を低下させることから、できる限り高純度の介在層を形成する必要がある。
　このように、圧電単結晶基板１及び／又は支持基板２の粗面（凹凸構造）上に、無機材料６の介在層を堆積させた後、表面を研磨して鏡面化する。そして、例えば、図１６に示す作製工程を経て、圧電単結晶基板１上に設けられた無機材料６の介在層の鏡面と支持基板２上に設けられた無機材料６の介在層の鏡面とを貼り合わせた場合、図２０（Ａ）に示すように、圧電単結晶基板１と支持基板２の双方が凹凸構造を有している複合基板が得られる。
　また、図１７に示すように、圧電単結晶基板１の表面だけに凹凸構造を形成し、そこに無機材料６の介在層を形成すると共に鏡面化して、支持基板２の鏡面と貼り合わせた場合、図２０（Ｂ）に示すように、圧電単結晶基板１と支持基板２との接合界面部４において、圧電単結晶基板１が凹凸構造を有している複合基板が得られる。
　このとき、図１８に示すように、介在層として接着剤５を用いて複合基板を得ることもできる。さらに、図１９に示すように、支持基板２の表面だけに凹凸構造３を形成し、そこに無機材料６の介在層を形成すると共に鏡面化して、圧電単結晶基板１の鏡面と貼り合わせた場合、図２０（Ｃ）に示すように、接合界面部４において、支持基板２が凹凸構造を有している複合基板が得られる。
　圧電単結晶基板１と支持基板２の何れか一方のみが凹凸構造を有している複合基板とする場合は、介在層３の材料とより熱膨張係数の近い基板材料に凹凸構造を設ければ、介在層３を基板の凹凸構造上に堆積させる際に、クラックや反りの発生を抑制しやすくなる。
　介在層３は、同一又は異種材料による多層構造になっていてもよく、介在層３には、熱酸化シリカ、及び／又は、８００℃以上の温度で熱処理が施されたシリカが含まれることが好ましい。
　支持基板２としてシリコン基板を用いる場合、様々な方法で介在層３として用いるのにに適したシリカを形成することができる。例えば、シリコン基板を酸素雰囲気中で８００～１１００℃で熱処理を施すことによって、シリコン基板表面に１ｎｍ～１μｍ程度の熱酸化シリカを形成することができる。
　また、基板上にＣＶＤ法やＰＶＤ法によりシリカを堆積させ、８００℃以上の温度で熱処理が施して、このようなシリカを形成することができる。また、有機ケイ素化合物を塗布して、８００℃以上の温度で熱処理が施してもよい。
　圧電単結晶基板１又は支持基板２が凹凸構造を有していない場合でも、その表面に介在層を設けてもよく、特に、支持基板２には、凹凸構造の有無にかかわらず、熱酸化シリカ、及び／又は、８００℃以上の温度で熱処理が施されたシリカを介在層として設けることが好ましい。
　圧電単結晶基板１の表面に設けた介在層３は、圧電単結晶のキュリー温度や、介在層３との熱膨張係数の差のために、高温で熱処理することが困難である。そのため、加熱冷却等の操作を含む後工程においてアウトガスが発生し、貼り合せ界面で剥離が生じる懸念がある。
　しかしながら、上記のようなシリカは、緻密で不純物が少なく、ある程度の量のガスを吸収することができる。したがって、圧電単結晶基板１の表面に設けた介在層３からアウトガスが発生しても、介在層３中に熱酸化シリカ又は８００℃以上の温度で熱処理が施されたシリカが含まれれば、このようなガスを吸収するため、剥離の発生を抑制することが可能となる。
　介在層３を圧電単結晶基板１及び／又は支持基板２の凹凸構造上に堆積させる際は、凹凸構造を埋めるために、凹凸構造の最も低い位置を基準として、最大高さ粗さＲｚよりも厚く堆積させることが好ましい。
　最大高さ粗さＲｚは、基準長さにおける輪郭（粗さ）曲線の山高さＲｐの最大値と谷深さＲｖの最大値の和であり、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１：２００１及びＩＳＯ　４２８７：１９９７に規定されている。原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ　Ｆｏｒｃｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＡＦＭ）等を用いて測定することができる。
　また、介在層３の厚みは小さい方が、Ｑ値が大きく、温度特性も向上し、さらに耐熱性にも優れるため好ましい。特に、表面弾性波デバイスとして使用する際の表面弾性波の波長λの１．０倍以下の厚みであることが好ましい。なお、ここでの介在層の厚みは、凹凸構造において輪郭（粗さ）曲線の平均線を基準とする。介在層の厚みが大きいと、圧電基板と支持基板との熱膨張差によって、特に介在層の外周部付近において、大きなせん断応力が発生して剥離の原因となり得る。
　圧電単結晶基板１及び／又は支持基板２の少なくとも何れか一方が有する凹凸構造は、その輪郭（粗さ）曲線における要素の平均長さＲＳｍと、表面弾性波デバイスとして使用する際の表面弾性波の波長λとの比が０．２以上７．０以下である。
　ここで、凹凸構造の輪郭（粗さ）曲線における要素の平均長さＲＳｍは、ＡＦＭ等を用いて測定することができ、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１：２００１及びＩＳＯ　４２８７：１９９７に規定されている粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍである。
　ＲＳｍは、下記数式（１）によって表され、基準長さにおける粗さ曲線要素の長さＸｓの平均である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　このとき、山及び谷と判断する最小高さ及び最小長さの識別が必要である。識別可能な最小高さの標準値は、最大高さ粗さＲｚの１０％とする。また、識別可能な最小長さの標準値は、基準長さの１％とする。この二つの条件を両方満足するように、山及び谷を決定した上で、粗さ曲線要素の平均長さを求めることにより、ＲＳｍが得られる。
　表面弾性波デバイスとして使用する際の表面弾性波の波長λは、複合基板（表面弾性波デバイス）に入力される電気信号の周波数と表面波（リーキー波）の速度によって決定される。表面波の速度は、材料によって異なり、ＬｉＴａＯ３では約４０００ｍ／ｓである。したがって、ＬｉＴａＯ３を圧電単結晶基板１として用いた複合基板から、２ＧＨｚの表面弾性波デバイスを製造する場合において、表面弾性波の波長λは約２μｍとなる。
　また、８００ＭＨｚの表面弾性波デバイスを製造する場合において、表面弾性波の波長λは約５μｍである。
　本発明において、凹凸構造の断面曲線における要素の平均長さＲＳｍと、表面弾性波デバイスとして使用する際の表面弾性波の波長λとの比は、ＲＳｍ／λで表され、この値が０．２以上７．０以下であれば、スプリアスを効果的に低減することが可能である。
　凹凸構造の断面曲線における算術平均粗さＲａは、特に限定されないが、Ｒａが小さすぎると、スプリアスを低減する効果が十分に得られないと考えられるため、Ｒａは１００ｎｍ以上であることが好ましい。
　また、Ｒａが大きすぎると、介在層３を設ける際に時間やコストが掛かる他、表面を均一に研磨することも難しく、製造上好ましくないため、Ｒａは１０００ｎｍ以下であることが好ましい。
　圧電単結晶基板１及び／又は支持基板２の表面に凹凸構造を形成する方法は、特に限定されない。目的の表面粗さとなるように砥粒や砥石を選択して研磨を施してもよいし、乾式／湿式エッチングを用いてもよい。
　特に、支持基板２をシリコン単結晶基板とし、この基板上に凹凸構造を形成する場合は、アルカリ液を用いたウェットエッチングを行うことが好ましい。（１００）方位のシリコン基板を、ＮａＯＨやＫＯＨなどの強アルカリ液中に浸漬して超音波等で処理することによって異方性エッチングが進み、ピラミッド形状の凹凸構造が得られる。温度や浸漬時間を変化させることによって、容易にピラミッド形状の大きさを制御することができる。
　本発明は、スプリアスが問題となる表面弾性波デバイス用複合基板であれば、圧電材料の種類によらず適用可能であると考えられるが、圧電単結晶基板１としては、大きな電気機械結合係数を有するタンタル酸リチウム単結晶基板又はニオブ酸リチウム単結晶基板であることが好ましい。
　特に、圧電単結晶基板１としてタンタル酸リチウム単結晶基板を用いる場合は、結晶方位が回転３６°Ｙ～４９°Ｙである回転Ｙカットタンタル酸リチウム単結晶基板を用いることが好ましい。
　タンタル酸リチウム単結晶基板又はニオブ酸リチウム単結晶基板は、その厚さ方向にわたってＬｉ濃度が概略一様であるものを用いることができ、そのＬｉ濃度は、概略コングルエント組成や疑似ストイキオメトリー組成とすることができる。概略コングルエント組成の圧電単結晶基板は、チョクラルスキー法などの公知の方法から比較的容易に作製できる点で好ましいが、ＬｉとＴａ又はＮｂとの比率がＬｉ：Ｔａ＝５０－α：５０＋α又はＬｉ：Ｎｂ＝５０－α：５０＋αであり、αは－１．０＜α＜２．５の範囲であるような疑似ストイキオメトリー組成の圧電単結晶基板は、高い機械結合係数と優れた温度特性を示すために好ましい。
　圧電単結晶基板のＬｉ濃度を疑似ストイキオメトリー組成とする場合は、公知の二重るつぼ法により作製された疑似ストイキオメトリー組成の圧電単結晶基板を用いてもよいが、以下の方法によっても得られる。
　すなわち、チョクラルスキー法などの公知の方法から得られた概略コングルエント組成の圧電単結晶基板に、基板表面から内部へＬｉを拡散させる気相処理を施す方法である。具体的には、例えば、タンタル酸リチウム単結晶基板を、Ｌｉ３ＴａＯ４を主成分とする粉体に埋め込み、熱処理を施すことによって行うことができる。
　このような処理によって、疑似ストイキオメトリー組成の圧電単結晶基板が得られるが、基板全体を疑似ストイキオメトリー組成にするには、比較的長時間の気相処理を施す必要があるため、基板の反りや割れが問題となる場合もある。
　その場合、比較的短時間の気相処理によって、その厚さ方向にわたってＬｉ濃度が異なっている範囲を有する圧電単結晶基板が得られる。そして、このような圧電単結晶基板において、基板表面から任意の深さまでのＬｉ濃度が疑似ストイキオメトリー組成であれば、この圧電単結晶基板を支持基板に貼り合わせて、疑似ストイキオメトリー組成である部分を残すように、残りの圧電単結晶基板を除去すれば、圧電単結晶基板のＬｉ濃度が厚さ方向にわたって概略一様で、疑似ストイキオメトリー組成である複合基板が得られる。
　さらに、タンタル酸リチウム単結晶基板又はニオブ酸リチウム単結晶基板は、その厚さ方向にわたってＬｉ濃度が異なっている範囲を有するものを用いることができる。
　このとき、圧電単結晶基板の支持基板との接合界面部側のＬｉ濃度が、反対側表面のＬｉ濃度よりも大きくなるようにすれば、弾性波動エネルギーがＬｉ濃度の小さい領域に集中し、複合基板からなる共振子のＱ値を大きくすることができるために好ましい。
　また、圧電単結晶基板の支持基板との接合界面部側におけるＬｉとＴａ又はＮｂとの比率は、Ｌｉ：Ｔａ＝５０－α：５０＋α又はＬｉ：Ｎｂ＝５０－α：５０＋αであり、αは－１．０＜α＜２．５の範囲であるような疑似ストイキオメトリー組成とすることができる。
　厚さ方向にわたってＬｉ濃度が異なっている範囲を有する圧電単結晶基板は、上記と同様に、概略コングルエント組成の圧電単結晶基板に、基板表面から内部へＬｉを拡散させる気相処理を施すことによって得られる。そして、このような圧電単結晶基板を支持基板に貼り合わせて、圧電単結晶基板の支持基板との接合界面部側のＬｉ濃度よりも、Ｌｉ濃度の小さな面が露出するように、残りの圧電単結晶基板を除去すれば、圧電単結晶基板のＬｉ濃度が厚さ方向にわたって異なっている範囲を有する複合基板が得られる。
　また、圧電単結晶基板として用いるタンタル酸リチウム単結晶基板は、Ｆｅが２５ｐｐｍ～１５０ｐｐｍの濃度でドープされていてもよい。Ｆｅがドープされたタンタル酸リチウム単結晶基板は、Ｌｉ拡散速度が２割程度向上するため、Ｌｉ拡散処理を伴うような、例えば、上記手法によって複合基板を作製する場合は生産性が向上するために好ましい。また、Ｌｉ拡散処理時間を短くすることができるため、基板の反りや割れの発生も抑制することができる。
　なお、タンタル酸リチウム単結晶基板及びニオブ酸リチウム単結晶基板のＬｉ濃度については、公知の方法により測定すればよいが、例えば、ラマン分光法により評価することができる。タンタル酸リチウム単結晶基板については、ラマンシフトピークの半値幅とＬｉ濃度（Ｌｉ／（Ｌｉ＋Ｔａ）の値）との間に、おおよそ線形な関係があることが知られている。したがって、このような関係を表す式を用いれば、酸化物単結晶基板の任意の位置における組成を評価することが可能である。
　ラマンシフトピークの半値幅とＬｉ濃度との関係式は、その組成が既知であって、Ｌｉ濃度が異なる幾つかの試料のラマン半値幅を測定することによって得られるが、ラマン測定の条件が同じであれば、文献などで既に明らかになっている関係式を用いてもよい。
　例えば、タンタル酸リチウム単結晶については、下記数式（２）を用いてもよい（2012 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings, Page(s):1252-1255参照）。
　Ｌｉ／（Ｌｉ＋Ｔａ）＝（５３．１５－０．５ＦＷＨＭ１）／１００　　（２）
　ここで、「ＦＷＨＭ１」は、６００ｃｍ－１付近のラマンシフトピークの半値幅である。測定条件の詳細については文献を参照されたい。
　また、支持基板２は、特に限定されないが、接合する圧電材料に対して熱膨張係数の小さな材料が好ましく、シリコン、ガラス、石英、アルミナ、サファイア、炭化ケイ素、窒化ケイ素の何れかであることが好ましい。
　圧電単結晶基板１と支持基板２を貼り合わせた複合基板は、さらに、研削、研磨等の任意の方法によって、圧電単結晶を薄化してもよい。このとき、圧電単結晶基板１の厚みが大きすぎると、支持基板２との貼り合わせによる熱膨張の抑制効果が小さくなるため、温度特性の劣化や反りの増大が懸念される。したがって、複合基板における圧電単結晶基板１の厚みは、１００μｍ以下であることが好ましく、８０μｍ以下であることがより好ましい。
　また、圧電単結晶基板１の厚みは小さい方が、スプリアス強度が小さく、温度特性が向上し、耐熱性も優れる傾向があるため好ましい。
　さらに、圧電単結晶基板１の厚みを、表面弾性波デバイスとして使用する際の表面弾性波の波長λの１．０倍以上３．５倍以下とすれば、介在層の厚みにもよるが、Ｑ値を大きくすることができるため好ましく、１．５倍以上３．０倍以下とすることがさらに好ましい。
　上記のように、圧電単結晶基板１の厚みが、表面弾性波デバイスとして使用する際の表面弾性波の波長λの１．０倍以上３．５倍以下の場合には、介在層の厚みが、表面弾性波の波長λの１．２倍以下であれば、約２５０℃まで熱耐性を有するため好ましく、１．０倍以下であることがさらに好ましい。
　このような表面弾性波デバイス用複合基板を用いて、表面弾性波デバイスを作製すれば、スプリアスが少なく、温度特性が良好表面弾性波デバイスを構成することが可能となる。
　以下、本発明の実施例についてより具体的に説明する。
〈実施例１〉
　実施例１では、最初に、算術平均粗さＲａが同程度であり（Ｒａ＝３００ｎｍ±１０％）、ＲＳｍが異なる凹凸構造を有する複数のＬＴ基板を準備した。各ＬＴ基板の凹凸構造は、異なる遊離砥粒を用いて研磨することによって形成した。
　次に、ＬＴ基板の凹凸構造を有する面に、プラズマＣＶＤ法を用いて３５℃でＳｉＯ２を１０μｍ程度堆積させた後に、ＳｉＯ２を堆積させた面を研磨して鏡面化を行った。
　そして、ＳｉＯ２鏡面及び支持基板となるＳｉ基板鏡面の双方に、プラズマ表面活性化を施して貼り合わせ、さらに、ＬＴ基板を研磨して２０μｍまで薄化することによって、複合基板を作製した。
　また、作製した複合基板のＬＴ基板側表面に、スパッタで厚さ０．４μｍのＡｌを成膜し、さらにフォトリソグラフィーで電極を形成することによって、波長約５μｍの並列共振子２段と直列共振子４段からなる４段ラダーフィルタを作製した。このとき、フォトリソグラフィーの露光にｇ線のステッパを使用し、ＡｌのエッチングにはＣｌ２，ＢＣｌ３，Ｎ２，ＣＦ４の混合ガスを用いた。
　最後に、ネットワークアナライザを用いて、作製した４段ラダーフィルタのＳ１１（反射特性）及びＳ１２（挿入損失）を測定した。そして、観測されたスプリアスの山と谷の差をスプリアス強度として評価した。
　図１は、各複合基板から作製した４段ラダーフィルタの評価結果を示すものである。横軸はＲＳｍ／λであり、λ＝５μｍである。また、縦軸はスプリアス強度である。
　この結果によれば、ＲＳｍ／λの値が０．２以上７．０以下のときに、スプリアスを有効に低減できることがわかる。これは、凹凸構造の周期を示すＲＳｍが大きすぎると、接合界面の凹凸による波の散乱が起こりにくく、一方で、ＲＳｍが小さすぎると、当該波長を有する波は凹凸の影響を受けにくいためと考えられる。
　また、同一の複合基板を用いて、波長約２μｍの４段ラダーフィルタを作製して評価を行ったところ、波長約５μｍの場合と同様の傾向を示した。
　また、複合基板のうちＲＳｍ／λの値が０．２であるウェーハを２ｍｍ角にダイシングし、２００℃のホットプレートと金属製の冷却ステージ台を往復させる事で（ホットプレートと冷却ステージ台それぞれにおいて３０秒保持）熱耐性試験を調査した。５回往復目で、周囲に剥離が観察された。この結果によれば、実施例１の複合基板は、ある程度の耐熱性を有することがわかる。
〈実施例１’〉
　実施例１’では、最初に、算術平均粗さＲａが同程度であり（Ｒａ＝３００ｎｍ±１０％）、ＲＳｍが異なる凹凸構造を有する複数のＬＴ基板を準備した。各ＬＴ基板の凹凸構造は、異なる遊離砥粒を用いて研磨することによって形成した。
　次に、ＬＴ基板の凹凸構造を有する面に、プラズマＣＶＤ法を用いて３５℃でＳｉＯ２を１０μｍ程度堆積させた後に、ＳｉＯ２を堆積させた面を研磨して鏡面化を行った。
　支持基板となるＳｉ基板を、酸素雰囲気中、８５０℃で熱処理を施すことによって、Ｓｉ基板表面に熱酸化シリカを形成した。このとき、熱酸化シリカの厚みが、１００ｎｍ、２５０ｎｍ、５００ｎｍのものを用意した。
　そして、ＳｉＯ２鏡面及びＳｉ基板表面に形成した熱酸化シリカの双方に、プラズマ表面活性化を施して貼り合わせ、さらに、ＬＴ基板を研磨して２０μｍまで薄化することによって、複合基板を作製した。
　作製した複合基板を用いて、４段ラダーフィルタを作製して評価を行ったところ、実施例１の場合と同様の傾向を示した。
　また、複合基板のうちＲＳｍ／λの値が０．２であるウェーハを２ｍｍ角にダイシングし、２００℃のホットプレートと金属製の冷却ステージ台を往復させる事で（ホットプレートと冷却ステージ台それぞれにおいて３０秒保持）熱耐性試験を調査した。１００回往復まで試みたが、熱酸化シリカの厚みにもよらず、剥離などは観察されなかった。この結果と実施例１での耐熱性試験の結果とを対比すると、支持基板となるＳｉ基板の表面に熱酸化シリカを設けることにより、複合基板の耐熱性が劇的に向上することがわかる。
〈実施例２〉
　実施例２では、最初に、算術平均粗さＲａが同程度であり（Ｒａ＝３００ｎｍ±１０％）、ＲＳｍが異なる凹凸構造を有する複数のＳｉ基板を準備した。各Ｓｉ基板の凹凸構造は、アルカリ液を用いたウェットエッチングにより形成し、温度と浸漬時間を変化させて凹凸構造を制御した。これによって、ピラミッド形状の凹凸構造が形成されたＳｉ基板を得た。ピラミッド形状の凹凸構造が形成されたＳｉ基板のＡＦＭによる断面プロファイルとＳＥＭ観察像を、図２及び図３にそれぞれ示す。
　次に、Ｓｉ基板の凹凸構造を有する面に、プラズマＣＶＤ法を用いて３５℃でＳｉＯ２を１０μｍ程度堆積させた後に、ＳｉＯ２を堆積させた面を研磨して鏡面化を行った。
　そして、ＳｉＯ２鏡面と圧電単結晶基板となるＬＴ基板鏡面の双方に、プラズマ表面活性化を施して貼り合わせ、さらに、ＬＴ基板を研磨して２０μｍまで薄化して複合基板を作製した。
　また、作製した複合基板のＬＴ基板側表面に、スパッタで厚さ０．４μｍのＡｌを成膜し、さらにフォトリソグラフィーで電極を形成することによって、波長約５μｍの並列共振子２段と直列共振子４段からなる４段ラダーフィルタを作製した。このとき、フォトリソグラフィーの露光にｇ線のステッパを使用し、ＡｌのエッチングにはＣｌ２，ＢＣｌ３，Ｎ２，ＣＦ４の混合ガスを用いた。
　最後に、ネットワークアナライザを用いて、作製した４段ラダーフィルタのＳ１１（反射特性）及びＳ１２（挿入損失）を測定した。そして、観測されたスプリアスの山と谷の差をスプリアス強度として評価した。
　図４は、各複合基板から作製した４段ラダーフィルタの評価結果を示すものである。横軸はＲＳｍ／λであり、λ＝５μｍである。また、縦軸はスプリアス強度である。
　この結果によれば、ＲＳｍ／λの値が０．２以上７．０以下のときに、スプリアスを有効に低減できることがわかる。
　また、同一の複合基板を用いて、波長約２μｍの４段ラダーフィルタを作製して評価を行ったところ、波長約５μｍの場合と同様の傾向を示した。
〈実施例３〉
　実施例３では、最初に、算術平均粗さＲａが同程度であり（Ｒａ＝３００ｎｍ±１０％）、ＲＳｍが異なる凹凸構造を有する複数のＬＴ基板とＳｉ基板を準備した。各ＬＴ基板との凹凸構造は、異なる遊離砥粒を用いて研磨することによって形成した。また、各Ｓｉ基板の凹凸構造は、アルカリ液を用いたウェットエッチングにより形成し、温度と浸漬時間を変化させて凹凸構造を制御した。これによって、ピラミッド形状の凹凸構造が形成されたＳｉ基板を得た。
　次に、ＬＴ基板及びＳｉ基板の凹凸構造を有する面に、プラズマＣＶＤ法を用いて３５℃でＳｉＯ２を１０μｍ程度堆積させた後に、ＳｉＯ２を堆積させた面を研磨して鏡面化を行った。
　そして、ＬＴ基板及びＳｉ基板上に形成されたＳｉＯ２鏡面に、プラズマ表面活性化を施して貼り合わせ、さらに、ＬＴ基板を研磨して２０μｍまで薄化することによって、複合基板を作製した。なお、ここでは、ほぼ同程度のＲＳｍであるＬＴ基板とＳｉ基板を貼り合わせている。
　また、作製した複合基板のＬＴ基板側表面に、スパッタで厚さ０．４μｍのＡｌを成膜し、さらにフォトリソグラフィーで電極を形成することによって、波長約５μｍの並列共振子２段と直列共振子４段からなる４段ラダーフィルタを作製した。このとき、フォトリソグラフィーの露光にｇ線のステッパを使用し、ＡｌのエッチングにはＣｌ２，ＢＣｌ３，Ｎ２，ＣＦ４の混合ガスを用いた。
　最後に、ネットワークアナライザを用いて、作製した４段ラダーフィルタのＳ１１（反射特性）及びＳ１２（挿入損失）を測定した。そして、観測されたスプリアスの山と谷の差をスプリアス強度として評価した。
　図５は、各複合基板から作製した４段ラダーフィルタの評価結果を示すものである。横軸はＲＳｍ／λであり、λ＝５μｍである。また、縦軸はスプリアス強度である。
　この結果によれば、ＲＳｍ／λの値が０．２以上７．０以下のときに、スプリアスを有効に低減できることがわかる。なお、この評価に用いたＲＳｍは、両基板のＲＳｍの平均値である。
　また、同一の複合基板を用いて、波長約２μｍの４段ラダーフィルタを作製して評価を行ったところ、波長約５μｍの場合と同様の傾向を示した。
〈実施例４〉
　実施例４では、実施例１から３について、ＬＴ基板をＬＮ基板に変えて複合基板を作製した。これらの複合基板を用いて、４段ラダーフィルタを作製して評価を行ったところ、実施例１から３の場合と同様の傾向を示した。
〈実施例５〉
　実施例５では、最初に、算術平均粗さＲａとＲＳｍが同程度の凹凸構造を有する複数のＬＴ基板を準備した（Ｒａ＝３００ｎｍ±１０％、ＲＳｍ＝３μｍ±１０％、Ｒｚ＝２．０μｍ±１０％）。ここで、ＬＴ基板の凹凸構造は、遊離砥粒を用いて研磨することによって形成した。
　次に、ＬＴ基板の凹凸構造を有する面に、プラズマＣＶＤ法を用いて３５℃でＳｉＯ２を１０μｍ程度堆積させた後に、ＳｉＯ２を堆積させた面を研磨して鏡面化を行った。
　このとき、ＬＴ基板によって研磨量を変えて、ＳｉＯ２の厚みが１．５μｍ～９．５μｍとなるようにした。
　支持基板となるＳｉ基板を、酸素雰囲気中、８５０℃で熱処理を施すことによって、Ｓｉ基板表面に５００ｎｍの熱酸化シリカを形成した。
　そして、ＳｉＯ２鏡面及びＳｉ基板表面に形成した熱酸化シリカの双方に、プラズマ表面活性化を施して貼り合わせ、さらに、ＬＴ基板を研磨して複合基板を作製した。このとき、基板によって研磨量を変えて、ＬＴ基板の厚みが５μｍ～２５μｍとなるようにした。
　作製した複合基板を用いて、弾性表面波の波長を５μｍとした４段ラダーフィルタ及び共振子を作製して評価を行った。
　作製した４段ラダーフィルタのＳ１１（反射特性）及びＳ１２（挿入損失）を測定した。そして、観測されたスプリアスの山と谷の差をスプリアス強度として評価した。
　図６は、ＬＴ基板の厚みが５μｍ（１．０波長）～２５μｍ（５．０波長）、介在層（ＳｉＯ２と熱酸化シリカ）の厚みが２μｍ（０．４波長）～１０μｍ（２．０波長）である各複合基板から作製した４段ラダーフィルタの評価結果を示すものである。横軸はＬＴ基板の厚みであり、縦軸はスプリアス強度である。
　この結果によれば、ＬＴ基板の厚みや介在層の厚みによらず、スプリアス強度は１．０ｄＢ以下と低く抑えられている。
　次に、作製した共振子のＱ値を下記の数式（３）により求めた（2010 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings, Page(s):861-863参照）。ここで、ωは角周波数、τ（ｆ）は群遅延時間、Γはネットワークアナライザで測定される反射係数である。
　　　Ｑ（ｆ）＝ω＊τ（ｆ）＊｜Γ｜／（１－｜Γ｜２）　　（３）
　図７は、ＬＴ基板の厚みが５μｍ（１．０波長）～２５μｍ（５．０波長）、介在層（ＳｉＯ２と熱酸化シリカ）の厚みが２μｍ（０．４波長）～１０μｍ（２．０波長）である各複合基板から作製した共振子について、Ｑ値を評価した結果を示すものである。横軸はＬＴ基板の厚みであり、縦軸はＱ値の最大値（Ｑｍａｘ）である。
　この結果によれば、介在層の厚みが小さいほど、Ｑ値が大きくなることがわかる。また、ＬＴ基板の厚みを１．５波長未満としたり、３．０波長を超えたりするとＱ値が低下する傾向がある。
　図８は、作製した各共振子について、２０℃～８５℃の温度範囲における共振周波数と反共振周波数の周波数温度係数（ＴＣＦ）を評価した結果を示すものである。横軸はＬＴ基板の厚みであり、縦軸はＴＣＦの平均値である。
　この結果によれば、ＬＴ基板の厚みや介在層の厚みによらず、ＴＣＦの平均値は１５．０ｐｐｍ／℃以下と低く抑えられている。また、ＬＴ基板の厚みが３．０波長以下である場合は、介在層の厚みが小さいほど、ＴＣＦの平均値が小さくなる傾向がある。
　図９は、ＬＴ基板の厚みが５μｍ（１．０波長）～２５μｍ（５．０波長）、介在層（ＳｉＯ２と熱酸化シリカ）の厚みが２μｍ（０．４波長）～１０μｍ（２．０波長）である各複合基板について、オーブンで加熱して、ＬＴ基板が剥離し始める温度を調査した結果である。横軸はＬＴ基板の厚みであり、縦軸はＬＴ基板の剥離開始温度である。
　この結果によれば、ＬＴ基板の厚みが小さく、介在層の厚みが小さいほど、剥離開始温度が高くなり、耐熱性に優れることがわかる。
〈実施例６〉
　実施例６では、最初に、単一分極処理を施した概略コングルエント組成（Ｌｉ：Ｔａ＝４８．５：５１．５）の４インチ径ＬＴ単結晶インゴットをスライスして、回転４２°ＹカットのＬＴ基板を、厚さ３７０μｍとなるように切り出した。その後、必要に応じてラップ工程を経て、スライスウエハの面粗さが算術平均粗さＲａ値で０．１５μｍとなるように調整した。また、スライスウエハの仕上がり厚みは３５０μｍとした。
　次に、スライスウエハの表面を研磨し、Ｒａ値で０．０１μｍの準鏡面に仕上げた。続いて、これらの基板を、小容器に敷き詰めたＬｉ３ＴａＯ４を主成分とする粉体中に埋め込んだ。このとき、Ｌｉ３ＴａＯ４を主成分とする粉体は、モル比でＬｉ２ＣＯ３：Ｔａ２Ｏ５＝７：３の割合に混合した粉末を、１３００℃で１２時間焼成したものを用いた。
　この小容器を電気炉にセットし、炉内をＮ２雰囲気として、９７５℃で１００時間加熱した。その後、降温過程において８００℃で１２時間アニール処理を施し、さらに、降温過程の７７０℃～５００℃の間において、ＬＴ基板の概略＋Ｚ軸方向に４０００Ｖ/ｍの電界を印可した。
　この処理の後、ＬＴ基板の－Ｚ軸方向側の表面をサンドブラストして、最算術平均粗さＲａが同程度であり（Ｒａ＝３００ｎｍ±１０％）、ＲＳｍが異なる凹凸構造を有する複数のＬＴ基板を作製した。
　このように作製したＬＴ基板の１枚について、レーザーラマン分光測定装置（ＨＯＲＩＢＡ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製ＬａｂＲａｍ ＨＲシリーズ、Ａｒイオンレーザー、スポットサイズ１μｍ、室温）を用いて、表面から深さ方向に渡って６００ｃｍ－１付近のラマンシフトピークの半値幅を測定したところ、図１０に示すラマンプロファイルが得られた。
　図１０の結果から、このＬＴ基板は、その基板表面と基板内部のラマン半値幅が異なっており、基板の深さ方向に０μｍ～約２０μｍの位置にかけてはラマン半値幅が５．９～６．０ｃｍ－１とおおよそ一定になっていた。このことから、ＬＴ基板表面から２０μｍの深さまでは概ね一様なＬｉ濃度を有していることがわかる。
　また、ＬＴ基板の表面から２０μｍの深さまでのラマン半値幅は、約５．９～６．０ｃｍ－１であるから、前記数式（２）を用いると、その範囲における組成は、おおよそＬｉ/（Ｌｉ＋Ｔａ）＝０．５０１５～０．５０２となる。これは、Ｌｉ：Ｔａ＝５０－α：５０＋αで表すと、α＝－０．２０～－０．１５であり、疑似ストイキオメトリー組成になっていることが確認された。
　次に、このＬＴ基板の凹凸構造を有する面に、プラズマＣＶＤ法を用いて３５℃でＳｉＯ２を１０μｍ程度堆積させた後に、ＳｉＯ２を堆積させた面を研磨して鏡面化を行った。
　そして、ＳｉＯ２鏡面と支持基板となる５５０μｍ厚のＳｉ基板鏡面の双方に、プラズマ表面活性化を施して貼り合わせ、さらに、ＬＴ基板を研磨して２０μｍまで薄化することによって、複合基板を作製した。したがって、このＬＴ基板のＬｉ濃度は、厚さ方向にわたって概略一様で、疑似ストイキオメトリー組成である。図１１には、作製した複合基板の断面ＳＥＭ像を示す。
　また、作製した複合基板のＬＴ基板側表面に、スパッタで厚さ０．４μｍのＡｌを成膜し、さらにフォトリソグラフィーで電極を形成することによって、波長約５μｍの並列共振子２段と直列共振子４段からなる４段ラダーフィルタを作製した。このとき、フォトリソグラフィーの露光にｇ線のステッパを使用し、ＡｌのエッチングにはＣｌ２，ＢＣｌ３，Ｎ２，ＣＦ４の混合ガスを用いた。
　最後に、ネットワークアナライザを用いて、作製した４段ラダーフィルタのＳ１１（反射特性）及びＳ１２（挿入損失）を測定した。そして、観測されたスプリアスの山と谷の差をスプリアス強度として評価した。図１２及び図１３に、λ＝５μｍで、ＲＳｍ／λの値が０．２である複合基板のＳ１１及びＳ１２の波形を示す。
　図１４は、各複合基板から作製した４段ラダーフィルタの評価結果を示すものであり、その横軸はＲＳｍ／λであり、λ＝５μｍである。また、その縦軸はスプリアス強度である。
　この結果によれば、ＲＳｍ／λの値が０．２以上７．０以下のときに、スプリアス強度を有効に低減できることがわかる。
　また、同一の複合基板を用いて、波長約２μｍの４段ラダーフィルタを作製して評価を行ったところ、波長約５μｍの場合と同様の傾向を示した。
　さらに、ＲＳｍ／λの値が１．２５である複合基板を用いて、波長約２．４μｍの共振子を作製して評価を行った。図１５は、作製した共振子の入力インピーダンス波形を示すものである。ここでは比較のために、概略コングルエント組成のＬＴ基板（ｒｅｆ‐ＬＴ）と概略コングルエント組成のＬＴ基板及びＳｉ基板を直接貼り合わせた複合基板（ＬＴ／Ｓｉ）を用いて作製した共振子の入力インピーダンス波形も示す。ＬＴ基板の結晶方位は全て同一である。
　この入力インピーダンス波形の共振周波数及び反共振周波数から、下記数式（４）及び（５）を用いて、共振負荷Ｑｓｏ、反共振負荷Ｑｐｏ、電気機械結合係数Ｋ２を算出し、その算出した値を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　Ｋ２＝（πｆｒ／２ｆａ）／ｔａｎ（πｆｒ／２ｆａ）　　（５）
　ｆｒ：共振周波数
　ｆａ：反共振周波数
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　また、作製した共振子について、１５℃～８５℃の温度範囲における周波数温度係数（ＴＣＦ）を測定したところ、その結果は、表２に示すとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　この結果から、複合基板構成するＬＴ基板のＬｉ濃度を概略一様にし、そのＬｉ濃度を疑似ストイキオメトリー組成にすれば、高い機械結合係数と優れた温度特性を示す複合基板を得ることができる。
〈実施例７〉
　実施例７では、実施例６で用いたＬｉを拡散させる気相処理を施したＬＴ基板のうち、Ｒａ＝３００ｎｍ±１０％、ＲＳｍ＝３μｍ±１０％の凹凸構造を有する複数のＬＴ基板を準備した。
　次に、ＬＴ基板の凹凸構造を有する面に、プラズマＣＶＤ法を用いて３５℃でＳｉＯ２を１０μｍ程度堆積させた後に、ＳｉＯ２を堆積させた面を研磨して鏡面化を行った。
　このとき、ＬＴ基板によって研磨量を変えて、ＳｉＯ２の厚みが１．５μｍ～９．５μｍとなるようにした。
　支持基板となるＳｉ基板を、酸素雰囲気中、８５０℃で熱処理を施すことによって、Ｓｉ基板表面に５００ｎｍの熱酸化シリカを形成した。
　そして、ＳｉＯ２鏡面及びＳｉ基板表面に形成した熱酸化シリカの双方に、プラズマ表面活性化を施して貼り合わせ、さらに、ＬＴ基板を研磨して複合基板を作製した。
　このとき、基板によって研磨量を変えて、ＬＴ基板の厚みが５μｍ～２５μｍとなるようにした。
　作製した複合基板を用いて、弾性表面波の波長を５μｍとした４段ラダーフィルタ及び共振子を作製して実施例５と同様評価を行ったところ、実施例５の場合と同様の傾向を示した。
１　圧電単結晶基板
２　支持基板
３　介在層
４　圧電単結晶基板と支持基板との接合界面部
５　接着剤
６　無機材料

 

Claims (24)

  1. 　圧電単結晶基板と支持基板とを含んで構成される表面弾性波デバイス用複合基板であって、該圧電単結晶基板と該支持基板との接合界面部において、少なくとも圧電単結晶基板と支持基板の何れか一方は凹凸構造を有しており、該凹凸構造の断面曲線における要素の平均長さＲＳｍと表面弾性波デバイスとして使用する際の表面弾性波の波長λとの比が０．２以上７．０以下である表面弾性波デバイス用複合基板。
  2. 　前記凹凸構造の断面曲線における算術平均粗さＲａは、１００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
  3. 　圧電単結晶基板と支持基板との接合界面部において、圧電単結晶基板と支持基板との間に介在層が存在していることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
  4. 　前記介在層として、少なくともＳｉＯ２、ＳｉＯ２±０．５、ａ‐Ｓｉ、ｐ‐Ｓｉ、ａ‐ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３の何れかを含むことを特徴とする請求項３に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
  5. 　前記介在層として、少なくとも熱酸化シリカ又は８００℃以上の温度で熱処理が施されたシリカを含むことを特徴とする請求項３に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
  6. 　前記介在層の厚みは、前記表面弾性波デバイスとして使用する際の表面弾性波の波長λの１．２倍以下であることを特徴とする請求項３から５の何れかに記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
  7. 　前記圧電単結晶基板の厚みは、前記表面弾性波デバイスとして使用する際の表面弾性波の波長λの１．０倍以上３．５倍以下であることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
  8. 　前記支持基板は、シリコン、ガラス、石英、アルミナ、サファイア、炭化ケイ素、窒化ケイ素の何れかであることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
  9. 　前記支持基板は、凹凸構造を有するシリコン基板であり、該凹凸構造は、ピラミッド形状であることを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
  10. 　前記圧電単結晶基板は、タンタル酸リチウム単結晶基板又はニオブ酸リチウム単結晶基板であることを特徴とする請求項１から９の何れかに記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
  11. 　前記圧電単結晶基板は、結晶方位が回転３６°Ｙ～４９°Ｙである回転Ｙカットタンタル酸リチウム単結晶基板であることを特徴とする請求項１０に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
  12. 　前記圧電単結晶基板は、Ｆｅが２５ｐｐｍ～１５０ｐｐｍの濃度でドープされているタンタル酸リチウム単結晶基板あることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
  13. 　前記圧電単結晶基板は、その厚さ方向にわたってＬｉ濃度が概略一様である請求項１０から１２の何れかに記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
  14. 　前記圧電単結晶基板は、ＬｉとＴａ又はＮｂとの比率がＬｉ：Ｔａ＝５０－α：５０＋α又はＬｉ：Ｎｂ＝５０－α：５０＋αであり、αは－１．０＜α＜２．５の範囲であることを特徴とする請求項１３に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
  15. 　前記圧電単結晶基板は、その厚さ方向にわたってＬｉ濃度が異なっている範囲を有する請求項１０から１２の何れかに記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
  16. 　前記圧電単結晶基板は、前記支持基板との接合界面部側のＬｉ濃度が、反対側表面のＬｉ濃度よりも大きいことを特徴とする請求項１５に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
  17. 　前記圧電単結晶基板は、前記支持基板との接合界面部側のＬｉとＴａ又はＮｂとの比率が、Ｌｉ：Ｔａ＝５０－α：５０＋α又はＬｉ：Ｎｂ＝５０－α：５０＋αであり、αは－１．０＜α＜２．５の範囲であることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
  18. 　請求項１から１７の何れかに記載の表面弾性波デバイス用複合基板を用いて構成されていることを特徴とする表面弾性波デバイス。
  19. 　圧電単結晶基板及び／又は支持基板の表面に凹凸構造を設ける工程と、該凹凸構造の上に介在層を設ける工程とを少なくとも含むと共に、圧電単結晶基板上に設けられた介在層と支持基板とを接合する工程か、支持基板上に設けられた介在層と圧電単結晶基板とを接合する工程か、又は圧電単結晶基板上に設けられた介在層と支持基板上に設けられた介在層とを接合する工程の何れかを含むことを特徴とする表面弾性波デバイス用複合基板の製造方法。
  20. 　前記介在層の表面を鏡面化する工程を含むことを特徴とする請求項１９に記載の表面弾性波デバイス用複合基板の製造方法。
  21. 　ウェットエッチングによって支持基板の表面に凹凸構造を設ける工程と、該凹凸構造を有する基板表面が接合界面となるように、圧電単結晶基板と接合する工程とを少なくとも含むことを特徴とする表面弾性波デバイス用複合基板の製造方法。
  22. 　前記凹凸構造を設ける工程は、ウェットエッチングによって、シリコン単結晶から成る支持基板の表面に、ピラミッド形状の凹凸構造を設ける工程であることを特徴とする請求項２１に記載の表面弾性波デバイス用複合基板の製造方法。
  23. 　前記圧電単結晶基板は、その厚さ方向にわたってＬｉ濃度が異なっている範囲を有し、少なくとも一方の基板表面から任意の深さまでＬｉ濃度が概略一様であり、該圧電単結晶基板と支持基板とを接合して、Ｌｉ濃度が概略一様になっている部分の少なくとも一部を残すか、又はＬｉ濃度が概略一様になっている部分のみを残すように、接合面の反対側の圧電単結晶基板表層を除去することを特徴とする請求項１９から２２の何れかに記載の表面弾性波デバイス用複合基板の製造方法。
  24. 　前記Ｌｉ濃度が概略一様になっている部分は、疑似ストイキオメトリー組成であることを特徴とする請求項２３に記載の表面弾性波デバイス用複合基板の製造方法。
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CN201780040362.5A CN109417376B (zh) 2016-07-20 2017-07-04 表面声波器件用复合基板及其制造方法和使用该复合基板的表面声波器件
US16/319,016 US10886890B2 (en) 2016-07-20 2017-07-04 Composite substrate for surface acoustic wave device, method of producing composite substrate for surface acoustic wave device, and surface acoustic wave device using composite substrate
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6524369B1 (ja) * 2018-03-20 2019-06-05 日本碍子株式会社 圧電性材料基板と支持基板との接合体
WO2019181087A1 (ja) * 2018-03-20 2019-09-26 日本碍子株式会社 圧電性材料基板と支持基板との接合体
WO2019220721A1 (ja) * 2018-05-16 2019-11-21 日本碍子株式会社 圧電性材料基板と支持基板との接合体
CN112074622A (zh) * 2018-05-16 2020-12-11 日本碍子株式会社 压电性材料基板与支撑基板的接合体
WO2021002047A1 (ja) * 2019-07-03 2021-01-07 日本碍子株式会社 接合体および弾性波素子
WO2021002382A1 (ja) * 2019-07-01 2021-01-07 株式会社村田製作所 弾性波装置
JP2021125496A (ja) * 2020-02-03 2021-08-30 信越化学工業株式会社 複合基板およびその製造方法
JP2023527784A (ja) * 2020-05-25 2023-06-30 シャーメン サンアン インテグレーテッド サーキット カンパニー リミテッド 表面弾性波デバイス

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018088093A1 (ja) 2016-11-11 2018-05-17 信越化学工業株式会社 複合基板、表面弾性波デバイスおよび複合基板の製造方法
JP6648339B2 (ja) * 2017-12-28 2020-02-14 日本碍子株式会社 圧電性材料基板と支持基板との接合体およびその製造方法
JP7080671B2 (ja) 2018-02-27 2022-06-06 ＮＤＫ ＳＡＷ ｄｅｖｉｃｅｓ株式会社 弾性表面波デバイス
FR3079345B1 (fr) 2018-03-26 2020-02-21 Soitec Procede de fabrication d'un substrat pour dispositif radiofrequence
US11450799B2 (en) 2018-08-07 2022-09-20 Jinan Jingzheng Electronics Co., Ltd. Micron-scale monocrystal film
KR20200019432A (ko) * 2018-08-14 2020-02-24 에스케이하이닉스 주식회사 픽셀 장치 및 그를 이용한 비교 장치와 씨모스 이미지 센서
US20210320243A1 (en) 2018-09-06 2021-10-14 Kyocera Corporation Composite substrate, piezoelectric device, and method for manufacturing composite substrate
US20220021368A1 (en) 2018-09-25 2022-01-20 Kyocera Corporation Composite substrate, piezoelectric device, and method for manufacturing composite substrate
CN110957986A (zh) 2018-09-26 2020-04-03 信越化学工业株式会社 声表面波器件用复合基板及其制造方法
JP6646187B1 (ja) * 2018-11-08 2020-02-14 日本碍子株式会社 電気光学素子のための複合基板とその製造方法
TWI815970B (zh) * 2018-11-09 2023-09-21 日商日本碍子股份有限公司 壓電性材料基板與支持基板的接合體、及其製造方法
JP7290949B2 (ja) * 2019-01-30 2023-06-14 太陽誘電株式会社 弾性波共振器、フィルタおよびマルチプレクサ
JP2020152625A (ja) * 2019-03-23 2020-09-24 株式会社新興製作所 エピ用化合物複合基板及びその製造方法
JP2020161899A (ja) * 2019-03-25 2020-10-01 太陽誘電株式会社 弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサ
JP7163249B2 (ja) * 2019-06-26 2022-10-31 信越化学工業株式会社 表面弾性波デバイス用複合基板及びその製造方法
JP7374629B2 (ja) * 2019-07-04 2023-11-07 太陽誘電株式会社 弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサ
US11750172B2 (en) * 2019-08-21 2023-09-05 Skyworks Solutions, Inc. Multilayer piezoelectric substrate
US11722122B2 (en) 2019-11-22 2023-08-08 Skyworks Solutions, Inc. Multilayer piezoelectric substrate with high density electrode
JP6951607B1 (ja) 2019-11-29 2021-10-20 日本碍子株式会社 圧電性材料基板と支持基板との接合体
EP4068624A4 (en) * 2019-11-29 2023-05-24 NGK Insulators, Ltd. CONNECTED BODY WITH A SUBSTRATE OF PIEZOELECTRIC MATERIAL AND SUPPORT SUBSTRATE
CN113540339A (zh) * 2020-04-21 2021-10-22 济南晶正电子科技有限公司 一种制备压电复合薄膜的方法及压电复合薄膜
JP7336413B2 (ja) 2020-04-30 2023-08-31 信越化学工業株式会社 複合基板の製造方法および複合基板
JP2021180465A (ja) 2020-05-15 2021-11-18 信越化学工業株式会社 表面弾性波デバイス用複合基板及びその製造方法
JP2021197685A (ja) 2020-06-17 2021-12-27 太陽誘電株式会社 弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサ
CN115956339A (zh) * 2020-09-10 2023-04-11 日本碍子株式会社 弹性波器件用复合基板
KR20230128098A (ko) * 2021-02-19 2023-09-01 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 복합 웨이퍼 및 그 제조 방법
CN116887658A (zh) * 2023-08-24 2023-10-13 北京超材信息科技有限公司 复合衬底、制作方法及应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5099249A (ja) * 1973-12-28 1975-08-06
JPH0563500A (ja) * 1991-08-30 1993-03-12 Tdk Corp 表面弾性波素子
JPH06326553A (ja) * 1993-03-15 1994-11-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 表面弾性波素子
JP2001053579A (ja) * 1999-06-02 2001-02-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd 弾性表面波素子と移動体通信機器
WO2014027538A1 (ja) * 2012-08-17 2014-02-20 日本碍子株式会社 複合基板，弾性表面波デバイス及び複合基板の製造方法
JP2015050653A (ja) * 2013-09-02 2015-03-16 日本碍子株式会社 弾性波デバイス用複合基板、その製法及び弾性波デバイス
JP2015228637A (ja) * 2014-05-09 2015-12-17 信越化学工業株式会社 圧電性酸化物単結晶基板

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0616426B1 (en) * 1993-03-15 1998-09-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Surface acoustic wave device having a lamination structure

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5099249A (ja) * 1973-12-28 1975-08-06
JPH0563500A (ja) * 1991-08-30 1993-03-12 Tdk Corp 表面弾性波素子
JPH06326553A (ja) * 1993-03-15 1994-11-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 表面弾性波素子
JP2001053579A (ja) * 1999-06-02 2001-02-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd 弾性表面波素子と移動体通信機器
WO2014027538A1 (ja) * 2012-08-17 2014-02-20 日本碍子株式会社 複合基板，弾性表面波デバイス及び複合基板の製造方法
JP2015050653A (ja) * 2013-09-02 2015-03-16 日本碍子株式会社 弾性波デバイス用複合基板、その製法及び弾性波デバイス
JP2015228637A (ja) * 2014-05-09 2015-12-17 信越化学工業株式会社 圧電性酸化物単結晶基板

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Temperature Compensation Technology for SAW-Duplexer Used in RF Front End of Smartphone", 8 November 2012, DEMPA SHIMBUN HIGH TECHNOLOGY
2010: "A study on Temperature-Compensated Hybrid Substrates for Surface Acoustic Wave Filters", IEEE INTERNATIONAL ULTRASONIC SYMPOSIUM PROCEEDINGS, pages 637 - 640
See also references of EP3490146A4

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102229746B1 (ko) 2018-03-20 2021-03-18 엔지케이 인슐레이터 엘티디 압전성 재료 기판과 지지 기판의 접합체
WO2019181087A1 (ja) * 2018-03-20 2019-09-26 日本碍子株式会社 圧電性材料基板と支持基板との接合体
US10965268B2 (en) 2018-03-20 2021-03-30 Ngk Insulators, Ltd. Bonded body of piezoelectric material substrate and supporting substrate
EP3771099A4 (en) * 2018-03-20 2021-04-28 NGK Insulators, Ltd. COMPOSITE BODY MADE OF PIEZOELECTRIC MATERIAL SUBSTRATE AND CARRIER SUBSTRATE
KR20200115654A (ko) * 2018-03-20 2020-10-07 엔지케이 인슐레이터 엘티디 압전성 재료 기판과 지지 기판의 접합체
JP6524369B1 (ja) * 2018-03-20 2019-06-05 日本碍子株式会社 圧電性材料基板と支持基板との接合体
WO2019220721A1 (ja) * 2018-05-16 2019-11-21 日本碍子株式会社 圧電性材料基板と支持基板との接合体
JP6648346B1 (ja) * 2018-05-16 2020-02-14 日本碍子株式会社 圧電性材料基板と支持基板との接合体
CN112074622B (zh) * 2018-05-16 2021-07-27 日本碍子株式会社 压电性材料基板与支撑基板的接合体
US11082025B2 (en) 2018-05-16 2021-08-03 Ngk Insulators, Ltd. Joined body of piezoelectric material substrate and support substrate
CN112074622A (zh) * 2018-05-16 2020-12-11 日本碍子株式会社 压电性材料基板与支撑基板的接合体
WO2021002382A1 (ja) * 2019-07-01 2021-01-07 株式会社村田製作所 弾性波装置
WO2021002047A1 (ja) * 2019-07-03 2021-01-07 日本碍子株式会社 接合体および弾性波素子
JPWO2021002047A1 (ja) * 2019-07-03 2021-09-13 日本碍子株式会社 接合体および弾性波素子
JP2021125496A (ja) * 2020-02-03 2021-08-30 信越化学工業株式会社 複合基板およびその製造方法
JP7271458B2 (ja) 2020-02-03 2023-05-11 信越化学工業株式会社 複合基板の製造方法
JP7356689B2 (ja) 2020-05-25 2023-10-05 シャーメン サンアン インテグレーテッド サーキット カンパニー リミテッド 表面弾性波デバイス
JP2023527784A (ja) * 2020-05-25 2023-06-30 シャーメン サンアン インテグレーテッド サーキット カンパニー リミテッド 表面弾性波デバイス

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