WO2021201219A1 - 複合基板およびその製造方法 - Google Patents

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single crystal
oxide single
stress relaxation
layer
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昌次 秋山
丹野　雅行
省三 白井
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信越化学工業株式会社
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    • H10N30/073—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies by fusion of metals or by adhesives

Definitions

  • the present invention relates to a composite substrate and a method for manufacturing the composite substrate.
  • an intervening layer for the purpose of separation is also provided between the functional thin film and the support substrate.
  • a material having high insulating property, low high frequency loss (low dielectric loss), and easy processing (flattening) such as SiO 2 is often used.
  • a metal oxide is often selected for the interposition layer in order to satisfy the above characteristics (in addition to SiO 2 , TiO 2 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , ZrO 2, etc.). Since the active layer is thin, the composite substrate using the intervening layer (for example, LT on SiO 2 on Si substrate) has excellent high frequency characteristics (low frequency loss, improvement of linearity, reduction of crosstalk) and the like. Often has excellent properties.
  • the composite substrate obtained by laminating different types of substrates described above also has a drawback.
  • the coefficient of thermal expansion of oxide single crystals is extremely large (for example, LT and LN are about 15 to 16 ppm).
  • silicon, glass, sapphire, etc. are about 2.5 ppm, 0.5 ppm, and 7.5 ppm, respectively.
  • LT and LN are about 15 to 16 ppm.
  • silicon, glass, sapphire, etc. are about 2.5 ppm, 0.5 ppm, and 7.5 ppm, respectively.
  • a large stress is applied to the oxide single crystal layer, and microcracks extend from the interface.
  • the problem of gradually destroying the oxide single crystal layer and deteriorating the properties arises. This is due to the structure itself in which the oxide single crystal thin film is laminated on the support substrate having a low expansion coefficient in order to improve the temperature characteristics.
  • one aspect of the present invention is a method for manufacturing a composite substrate in which a support substrate, a stress relaxation interposition layer, and an oxide single crystal thin film are laminated in order, and the support substrate is used.
  • another aspect of the method for manufacturing a composite substrate of the present invention is a method for manufacturing a composite substrate in which a support substrate, an interposition layer, a stress relaxation interposition layer, and an oxide single crystal thin film are laminated in this order.
  • it is manufactured by using the laminating method so that the intervening layer ⁇ the stress relaxation intervening layer ⁇ the oxide single crystal thin film becomes larger in this order.
  • the intervening layer preferably contains SiO 2 , SiON or SiN.
  • the intervening layer is preferably formed by a chemical vapor deposition method (CVD method) or a physical vapor deposition method (PVD method).
  • CVD method chemical vapor deposition method
  • PVD method physical vapor deposition method
  • the stress relaxation interposition layer preferably contains SiC, SiC, AlN, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , TiO 2 or ZrO 2 .
  • the oxide single crystal substrate preferably contains lithium tantalate (LT) or lithium niobate (LN).
  • LT lithium tantalate
  • LN lithium niobate
  • the stress relaxation interposition layer is preferably formed by a chemical vapor deposition method (CVD method) or a physical vapor deposition method (PVD method).
  • CVD method chemical vapor deposition method
  • PVD method physical vapor deposition method
  • the oxide crystal substrate of the bonded body may be thinned by grinding, polishing, or a combination thereof.
  • the step of performing an ion implantation treatment on the bonded surface of the oxide single crystal substrate to form an ion implantation layer inside the oxide single crystal substrate may be further included, and the oxide crystal of the conjugate may be further included.
  • the substrate may be thinned by peeling the remaining portion of the oxide single crystal substrate from the bonded body, leaving the ion-implanted layer as an oxide single crystal thin film.
  • another aspect of the present invention is a composite substrate in which a support substrate, a stress relaxation interposition layer, and an oxide single crystal thin film are laminated in this order, and the stress relaxation interposition layer is the support substrate and the said. It has a thermal expansion coefficient with the oxide single crystal thin film.
  • the composite substrate of the present invention is a composite substrate in which a support substrate, an intervening layer, a stress relaxation intervening layer, and an oxide single crystal thin film are laminated in this order, and the stress relaxation intervening layer is described.
  • the intervening layer preferably contains SiO 2 , SiON or SiN.
  • the stress relaxation interposition layer preferably contains SiC, SiC, AlN, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , TiO 2 or ZrO 2 .
  • the oxide single crystal substrate preferably contains lithium tantalate (LT) or lithium niobate (LN).
  • LT lithium tantalate
  • LN lithium niobate
  • a stress relaxation interposition layer of a material having a thermal expansion coefficient smaller than that of the oxide single crystal thin film and larger than that of the support substrate is interposed between the oxide single crystal thin film and the support substrate.
  • the composite substrate 10 of the present embodiment is a structure in which a support substrate 2, a stress relaxation interposition layer 3, and an oxide single crystal thin film 1 are laminated in this order.
  • a piezoelectric single crystal is preferable, and for example, a compound composed of lithium, a metal element such as tantalum or niobium, and oxygen is preferable.
  • a compound composed of lithium, a metal element such as tantalum or niobium, and oxygen is preferable.
  • examples of such a compound include lithium tantalate (LiTaO 3 ; abbreviation “LT”) and lithium niobate (LiNbO 3 ; abbreviation “LN”).
  • the thickness of the oxide single crystal thin film 1 is preferably 0.1 to 30 ⁇ m, for example.
  • the support substrate 2 is not particularly limited as long as it is an insulating substrate usually used for a composite substrate, and includes, for example, a silicon substrate, a glass substrate, a sapphire substrate, and the like.
  • the support substrate 2 may be used in the shape of a wafer.
  • the size of the wafer is preferably, for example, 2 to 12 inches in diameter and 100 to 2,000 ⁇ m in thickness.
  • the stress relaxation interposition layer 3 a material having a coefficient of thermal expansion smaller than that of the oxide single crystal thin film 1 and a coefficient of thermal expansion larger than that of the support substrate 2 is used.
  • a layer of a material having such a thermal expansion coefficient between the oxide single crystal thin film 1 and the support substrate 2 the stress applied to the interface of the oxide single crystal thin film 1 when the temperature changes is reduced.
  • This layer is referred to as a "stress relaxation interposition layer" in the present invention because it can prevent deterioration.
  • FIG. 2 shows each coefficient of thermal expansion of a typical material used for a composite substrate.
  • the coefficients of thermal expansion of SiC, SiC, AlN, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , TiO 2 and ZrO 2 are the coefficient of thermal expansion of LT and LN of the oxide single crystal thin film 1 and the support substrate 2 Since it is located between the coefficient of thermal expansion of silicon and glass, it is preferable as a material for the stress relaxation interposition layer 3.
  • the thickness of the stress relaxation interposition layer 3 is preferably 0.1 to 5.0 ⁇ m, for example.
  • the present invention is not limited to the configuration of the composite substrate 10 shown in FIG. 1, and may be, for example, the configuration shown in FIG.
  • the composite substrate 20 of this other embodiment is a structure in which a support substrate 2, an interposition layer 4, a stress relaxation interposition layer 3, and an oxide single crystal thin film 1 are laminated in this order. ..
  • the material of the interposition layer usually used for the composite substrate may be used, but a material smaller than the coefficient of thermal expansion of the oxide single crystal thin film 1 and larger than the coefficient of thermal expansion of the stress relaxation interposition layer 3 is used. .. Examples of such a material include SiO 2 , SiON, SiN and the like. With the intervening layer 4 of such a material, as described above, the stress relaxation intervening layer 3 can reduce the stress applied to the interface of the oxide single crystal thin film 1 when the temperature changes, and can prevent deterioration. ..
  • the stress relaxation interposition layer 3 uses a material having a coefficient of thermal expansion smaller than that of the oxide single crystal thin film 1 and a coefficient of thermal expansion larger than that of the interposition layer 4. It will be different.
  • a step of preparing the oxide single crystal substrate 1A ((a) in FIG. 4), a step of preparing the support substrate 2 ((b) in FIG. 4), and an oxide single crystal.
  • a step of forming the stress relaxation interposition layer 3 on the substrate 1 and the support substrate 2 ((c) in FIG. 4) and a step of laminating the oxide single crystal substrate 1 and the support substrate 2 via the stress relaxation interposition layer 3 ((c) in FIG. 4). Includes (d) in FIG. 4 and a step ((e) in FIG. 4) of thinning the oxide single crystal substrate from the bonded body 4 obtained by bonding to obtain the composite substrate 10.
  • each step will be described in detail.
  • the method described below is merely an example, and it is arbitrary on which substrate and how the stress relaxation interposition layer 3 is formed and on which surface it is bonded.
  • the oxide single crystal substrate 1A prepared in step (a) is a substrate that becomes the oxide single crystal thin film 1 of the composite substrate 10 of FIG. Since the oxide single crystal has been described above, the description thereof will be omitted here.
  • the oxide single crystal substrate 1 may be used in the shape of a wafer.
  • the size of the wafer is not particularly limited, but may be, for example, 2 to 8 inches in diameter or 100 to 1000 ⁇ m in thickness.
  • the support substrate 2 prepared in step (b) is the support substrate 2 of the composite substrate 10 of FIG. 1, and has already been described above, so description thereof will be omitted here.
  • the bonding surface of the oxide single crystal substrate 1 and the bonding surface of the support substrate 2 are bonded via the stress relaxation interposition layer 3, the bonding surface of the oxide single crystal substrate 1 and the support substrate 2 is not necessarily a mirror surface. It doesn't have to be.
  • stress relaxation intervening layers 3a and 3b are formed on the bonded surface of the oxide single crystal substrate 1 and the bonded surface of the support substrate 2. Since the material of the stress relaxation interposition layer 3 has already been described above, the description thereof will be omitted here.
  • Examples of the method for forming the stress relaxation interposition layer 3 include a chemical vapor deposition method (CVD method) and a physical vapor deposition method (PVD method).
  • Examples of the CVD method include a thermal CVD method, a plasma CVD method, and an optical CVD method.
  • Examples of the PVD method include a vapor deposition method, an ion plating method, and a sputtering method.
  • the stress relaxation interposition layer 3 can be formed on the bonded surfaces of the oxide single crystal substrate 1 and the support substrate 2 by using known film forming conditions for forming a silicon nitride film or the like by the CVD method or the PVD method.
  • step (c) of FIG. 4 it is described that stress relaxation intervening layers 3a and 3b are formed on the bonded surfaces of both the oxide single crystal substrate 1 and the support substrate 2, but the present invention describes the present invention.
  • the present invention is not limited to this, and the same applies, for example, whether only the stress relaxation intervening layer 3a is formed on the bonded surface of the oxide single crystal substrate 1 or the stress relaxation intervening layer 3b is formed on the bonded surface of the support substrate 2.
  • the effect of can be obtained.
  • how and how the stress relaxation interposition layer 3 is formed on which substrate is completely arbitrary and does not affect the effect of the present invention.
  • the oxide single crystal substrate 1 and the support substrate 2 are bonded to each other via the stress relaxation interposition layer 3 to obtain a bonded body 4.
  • surface activation treatment is performed on the laminating surfaces of both the oxide single crystal substrate 1 and the supporting substrate 2.
  • the surface activation treatment is not particularly limited as long as it can activate the bonded surface, and examples thereof include a plasma activation treatment, a vacuum ion beam method, an ozone water treatment method, and a UV ozone treatment method.
  • the atmosphere of the surface activation treatment can be an inert gas such as nitrogen or argon, or oxygen, either alone or in combination.
  • the bonded body 4 of the oxide single crystal substrate 1 and the support substrate 2 bonded together via the stress relaxation interposition layer 3 in this way may be heat-treated. As a result, the bonding strength can be increased.
  • step (e) of FIG. 4 the oxide single crystal substrate 1A of the bonded body 4 is thinned.
  • the composite substrate 10 in which the oxide single crystal thin film 1 is formed on the support substrate 2 via the stress relaxation interposition layer 3 can be obtained.
  • the present invention is not limited to this, and many modifications such as moving the above-mentioned steps back and forth and newly incorporating other steps are adopted. can do.
  • the method for manufacturing the composite substrate 10 shown in FIG. 5 may be used.
  • the step of preparing the oxide single crystal substrate 1A ((a) in FIG. 5) and the ionization of the oxide single crystal substrate 1A are performed.
  • the step of performing the injection process X ((a1) in FIG. 5), the step of forming the ion injection layer 1X on the oxide single crystal substrate 1 ((a2) in FIG. 5), and the support substrate 2 are prepared.
  • the step of forming the stress relaxation interposition layer 3 on the oxide single crystal substrate 1A and the support substrate 2 ((c) in FIG. 5), and the stress relaxation interposition layer 3.
  • the step of laminating the oxide single crystal substrate 1A and the support substrate 2 ((d) in FIG.
  • step (a1) the ion implantation process A is performed on the bonded surface of the oxide single crystal substrate 1A.
  • step (a2) the ion implantation layer 1X is formed on the bonded surface of the oxide single crystal substrate 1A.
  • the implantation amount is preferably 5.0 ⁇ 10 16 atom / cm 2 to 2.75 ⁇ 10 17 atom / cm 2 . If it is less than 5.0 ⁇ 10 16 atom / cm 2 , embrittlement of the ion-implanted layer is unlikely to occur in a later step.
  • the injection amount is preferably 2.5 ⁇ 10 16 atoms / cm 2 to 1.37 ⁇ 10 17 atoms / cm 2 .
  • the acceleration voltage of ions is preferably 50 KeV to 200 KeV. By adjusting the acceleration voltage, the depth of ion implantation can be changed.
  • the thickness of the ion-implanted layer 1X is preferably 100 nm to 2,000 nm. The thickness of the ion-implanted layer 1X substantially corresponds to the thickness of the oxide single crystal thin film 1 of the obtained composite substrate 10.
  • step (e) of FIG. 5 a part 1a of the oxide single crystal substrate is peeled off from the bonded body 4 leaving the ion implantation layer 1X on the stress relaxation interposition layer 3 side.
  • a mechanical impact may be applied with a wedge-shaped blade (not shown) or the like.
  • FIG. 6 shows an embodiment of the method for manufacturing the composite substrate 20 shown in FIG.
  • the method for manufacturing the composite substrate shown in FIG. 6 includes a step of preparing the oxide single crystal substrate 1A ((a) in FIG. 6) and a step of preparing the support substrate 2 ((b) in FIG. 6).
  • c) the step of laminating the oxide single crystal substrate 1A and the support substrate 2 having the intervening layer 4 via the stress relaxation intervening layer 3 ((d) in FIG.
  • step ((e) in FIG. 6) is included in which the oxide single crystal substrate 1A is thinned from No. 4 by grinding, polishing, or the like to obtain the composite substrate 20.
  • the newly added steps will be described in detail below.
  • this method is only an example, and it is arbitrary how the interposition layer 4 and the stress relaxation interposition layer 3 are formed on which substrate and which surface is bonded.
  • the intervening layer 4 is formed on the bonding surface of the support substrate 2. Since the material of the intervening layer 4 has already been described above, the description thereof will be omitted here.
  • the method for forming the intervening layer 4 include a chemical vapor deposition method (CVD method) and a physical vapor deposition method (PVD method).
  • CVD method include a thermal CVD method, a plasma CVD method, and an optical CVD method.
  • PVD method include a vapor deposition method, an ion plating method, and a sputtering method.
  • the intervening layer 4 can be formed on the bonded surface of the support substrate 2 by using known film forming conditions for forming a silicon oxide film or the like by the CVD method or the PVD method.
  • Example 1 When a lithium tantalate (LT) substrate is bonded to a silicon substrate having a diameter of 150 mm, SiN, SiC, AlN, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , TIO 2 , and ZrO 2 are formed between the silicon substrate and the LT substrate. A stress relaxation intervening layer using each material was interposed and bonded to form a bonded body. The stress relaxation interposition layer was formed on the silicon substrate by the CVD method. Further, the bonded surfaces of the silicon substrate and the LT substrate were subjected to plasma activation treatment in advance. Then, the LT substrate of this bonded body was thinned to 6 ⁇ m by grinding and polishing to prepare a composite substrate.
  • LT lithium tantalate
  • the composite substrate thus obtained was subjected to a thermal shock test.
  • the test conditions were to move between a low temperature chamber at -60 ° C and a high temperature chamber at 170 ° C, and the residence time at each temperature was 10 minutes.
  • a thermal shock device manufactured by ESPEC, TSE-12-A was used for this test. After performing this for 10 cycles, the composite substrate was taken out and the presence or absence of cracks was observed with a substrate inspection device (BB-Master manufactured by Kurabo Industries Ltd.). Five points of the composite substrate were observed, and if there was a crack in even one place, the test was stopped for the composite substrate, and if there was no crack, the thermal shock test was continued.
  • Table 1 The numbers in parentheses for each material of the stress relaxation interposition layer in Table 1 are the coefficient of thermal expansion (ppm) of the material.
  • Example 2 A composite substrate was produced in the same manner as in Example 1 except that a sapphire substrate was used instead of the silicon substrate, and a thermal shock test was conducted under the same conditions as in Example 1. The results are shown in Table 1 (LT on sapphire). From this result, it was found that the composite substrate with the stress relaxation interposition layer had the effect of improving the reliability only when the stress relaxation interposition layer was a material having a larger coefficient of thermal expansion than sapphire (7.5 ppm). I understand.
  • Example 3 A composite substrate was produced in the same manner as in Example 1 except that a glass substrate was used instead of the silicon substrate, and a thermal shock test was conducted under the same conditions as in Example 1. The results are shown in Table 1 (LT on glass). From this result, it can be seen that the reliability of the composite substrate with the stress relaxation intervention layer interposed is improved in each case. It is considered that this is because the coefficient of thermal expansion of each material of the stress relaxation interposition layer used was higher than that of glass (0.5 ppm) and lower than that of LT, so that the effect of stress relaxation was achieved.
  • Example 4 A composite substrate was produced in the same manner as in Example 1 except that an interposition layer of SiO 2 having a thickness of about 1.0 ⁇ m was interposed between the silicon substrate and the stress relaxation interposition layer, and the same as in Example 1. A thermal shock test was conducted under the same conditions. The intervening layer was formed on the silicon substrate by the CVD method, and the stress relaxation intervening layer was formed on the intervening layer. The results are shown in Table 2 (LT on SiO 2 on Si).
  • Example 5 A composite substrate was produced in the same manner as in Example 4 except that a sapphire substrate was used instead of the silicon substrate, and a thermal shock test was conducted under the same conditions as in Example 1. The results are shown in Table 2 (LT on SiO 2 on sapphire). From this result, the composite substrate in which the stress relaxation interposition layer is interposed between the interposition layer and the LT thin film has the effect of improving the reliability only when the stress relaxation interposition layer is a material having a larger coefficient of thermal expansion than sapphire. You can see that it was there.
  • Example 6 Composite substrates were produced in the same manner as in Examples 1 to 5, except that a lithium niobate (LN) substrate was used instead of the LN substrate as the oxide single crystal substrate, and heat was generated under the same conditions as in Example 1. An impact test was performed. The coefficient of thermal expansion is 16 ppm for LN and 15 ppm for LN. As a result, the result of the same tendency was obtained in the composite substrate provided with the LN thin film as in the composite substrate provided with the LT thin film.
  • LN lithium niobate
  • Example 7 SiON instead of SiO 2 as an intervening layer, except for using the materials of SiN, together to produce a composite substrate in the same manner as in Examples 4 and 5, subjected to a thermal shock test under the same conditions as in Example 1 rice field.
  • the coefficient of thermal expansion is about 2.0 ppm for SiON and 2.8 ppm for SiN.
  • the stress relaxation interposition layer has an effect of improving reliability to some extent only when the material has a larger coefficient of thermal expansion than the interposition layer.
  • Example 8 The composite substrate was prepared in the same manner as in Examples 1 to 5 except that the treatment on the bonded surface was performed by the vacuum ion beam method, the ozone water treatment method, and the UV ozone treatment method instead of the plasma activation treatment. Along with the production, a thermal shock test was conducted under the same conditions as in Example 1. The results were almost the same as in Examples 1 to 5, and it was found that the effect of stress relaxation did not depend on the treatment method for the bonded surfaces.
  • Example 9 Instead of thinning the LT substrate by grinding and polishing in the bonded body, hydrogen ions are injected in advance into the bonded surface of the LT substrate, and the bonded body after bonding is peeled off along the injection interface to form the LT substrate.
  • a composite substrate was produced in the same manner as in Examples 1 and 2 except that it was thinned, and a thermal shock test was conducted under the same conditions as in Example 1. The thickness of the LT thin film was 0.8 ⁇ m. The results showed the same tendency as in Examples 1 and 2, and it was found that the effect of stress relaxation did not depend on the method of thinning the LT substrate.
  • Example 10 A composite substrate was produced in the same manner as in Examples 1 and 4 except that the PVD method was performed instead of the CVD method as the film forming method for the intervening layer and the stress relaxation intervening layer, and the same conditions as in Example 1. A thermal shock test was conducted at. The results showed the same tendency as in Examples 1 and 4, and it was found that the effect of stress relaxation did not depend on the film forming method of the intervening layer and the stress relaxation intervening layer.
  • Oxide single crystal thin film 1A Oxide single crystal substrate 1X Ion implantation layer 2 Support substrate 3 Stress relaxation interposition layer 4 Interference layer 10, 20 Composite substrate

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Abstract

高温・低温に晒しても、クラックが生じずに、特性の劣化を防ぐことができる複合基板およびその製造方法を提供する。 本発明の複合基板１０は、支持基板２と、応力緩和介在層３と、酸化物単結晶薄膜１とが順に積層されており、応力緩和介在層３は、支持基板２と酸化物単結晶薄膜１との間の熱膨張係数を有する。

Description

複合基板およびその製造方法
　本発明は、複合基板およびその製造方法に関する。
　近年、従来の機能性材料（半導体、酸化物単結晶等）の応用範囲を拡大するために異種の基板を貼り合せて、より高性能化する開発が盛んに行われている。半導体の分野ではＳｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＳＯＩ）などが知られており、また酸化物単結晶の分野では、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３；略号「ＬＴ」）やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３；略号「ＬＮ」）等の酸化物単結晶基板をサファイア等に貼り合せ、この酸化物単結晶基板を薄化することで温度特性を向上させることが報告されている。
　また、機能性薄膜と支持基板との間に分離を目的とした介在層を設けることも行われている。介在層の材質としては、具体的にはＳｉＯ２のように絶縁性が高く、高周波損失が少なく（低誘電損失）、加工（平坦化）が容易な材料が良く用いられる。介在層には上記特性を満たすために金属酸化物が選択される事が多い（ＳｉＯ２の他、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２など）。このようにして介在層を用いた複合基板（例えば、ＬＴ ｏｎ ＳｉＯ２ ｏｎ Ｓｉ基板）は活性層が薄いが故に、優れた高周波特性（低高周波ロス、リニアリティーの向上、クロストークの低減）などの優れた特性を有することが多い。
　しかしながら、上述した異種の基板を貼り合わせた複合基板も欠点を有する。一般に支持基板として用いられるシリコン、ガラス、サファイアと比較し、酸化物単結晶の熱膨張係数は極めて大きい（例えば、ＬＴやＬＮは１５～１６ｐｐｍ程度）。一方のシリコン、ガラス、サファイアなどは、それぞれ２．５ｐｐｍ、０．５ｐｐｍ、７．５ｐｐｍ程度となっている。この為に、実際に酸化物単結晶層ｏｎ支持基板を用いたデバイスを実際の環境下で高温・低温に晒すと、酸化物単結晶層に大きなストレスが掛かり、界面からマイクロクラックが伸長し、次第に酸化物単結晶層を破壊し、特性を劣化させるという問題が発生する。これは、温度特性を向上させるために、低膨張係数を有する支持基板上に酸化物単結晶薄膜を積層する構造自体に起因するものである。
　そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、高温・低温に晒しても、クラックが生じずに、特性の劣化を防ぐことができる複合基板およびその製造方法を提供することを目的とする。
　上記の目的を達成するために、本発明は、その一態様として、支持基板と、応力緩和介在層と、酸化物単結晶薄膜とが順に積層された複合基板の製造方法であって、支持基板と酸化物単結晶基板の間に、前記支持基板と前記酸化物単結晶基板との間の熱膨張係数を有する応力緩和介在層を形成するステップと、前記支持基板と前記酸化物単結晶基板とを、前記応力緩和介在層が両基板の間に介在するように貼り合わせて接合体を得るステップと、前記接合体の前記酸化物結晶基板を薄化して酸化物結晶薄膜とするステップとを含む。
　また、本発明の複合基板の製造方法は、別の態様として、支持基板と、介在層と、応力緩和介在層と、酸化物単結晶薄膜とが順に積層された複合基板の製造方法であって、熱膨張係数の比較において、前記介在層＜前記応力緩和介在層＜前記酸化物単結晶薄膜の順に大きくなるように、貼り合せ法を用いて製造する。
　前記介在層は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ又はＳｉＮを含むことが好ましい。
　前記介在層は、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）又は物理的気相成長法（ＰＶＤ法）で形成することが好ましい。
　前記応力緩和介在層は、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２又はＺｒＯ２を含むことが好ましい。
　前記酸化物単結晶基板は、タンタル酸リチウム（ＬＴ）又はニオブ酸リチウム（ＬＮ）を含むことが好ましい。
　前記応力緩和介在層は、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）又は物理的気相成長法（ＰＶＤ法）で形成することが好ましい。
　前記接合体の前記酸化物結晶基板の薄化は、研削、研磨又はこれらの組み合わせによって行ってもよい。
　または、前記酸化物単結晶基板の張り合わせ面に対してイオン注入処理を行い、前記酸化物単結晶基板の内部にイオン注入層を形成するステップを更に含んでもよく、前記接合体の前記酸化物結晶基板の薄化を、前記接合体から、酸化物単結晶薄膜として前記イオン注入層を残して前記酸化物単結晶基板の残りの部分を剥離することによって行ってもよい。
　更に、本発明は、別の態様として、支持基板と、応力緩和介在層と、酸化物単結晶薄膜とが順に積層された複合基板であって、前記応力緩和介在層が、前記支持基板と前記酸化物単結晶薄膜との間の熱膨張係数を有する。
　また、本発明の複合基板は、別の態様として、支持基板と、介在層と、応力緩和介在層と、酸化物単結晶薄膜とが順に積層された複合基板であって、前記応力緩和介在層が、前記介在層と前記酸化物単結晶薄膜との間の熱膨張係数を有する。
　前記介在層は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ又はＳｉＮを含むことが好ましい。
　前記応力緩和介在層は、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２又はＺｒＯ２を含むことが好ましい。
　前記酸化物単結晶基板は、タンタル酸リチウム（ＬＴ）又はニオブ酸リチウム（ＬＮ）を含むことが好ましい。
　このように本発明によれば、酸化物単結晶薄膜と支持基板との間に、熱膨張係数が酸化物単結晶薄膜よりも小さく、且つ支持基板よりも大きい材料の応力緩和介在層を介在させることで、温度が変化した際に酸化物単結晶薄膜の界面に掛かるストレスが軽減され、クラックが生じずに、特性の劣化を防ぐことができる。
本発明に係る複合基板の一実施の形態を模式的に示す断面図である。 本発明に係る複合基板に用いる代表的な素材の各熱膨張係数を示すグラフである。 本発明に係る複合基板の別の実施の形態を模式的に示す断面図である。 本発明に係る複合基板の製造方法の一実施の形態を説明する模式的なフロー図である。 本発明に係る複合基板の製造方法の別の実施の形態を説明する模式的なフロー図である。 本発明に係る複合基板の製造方法の更に別の実施の形態を説明する模式的なフロー図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明に係る複合基板およびその製造方法の実施形態について説明するが、本発明の範囲は、これに限定されるものではない。
　本実施形態の複合基板１０は、図１に示すように、支持基板２と、応力緩和介在層３と、酸化物単結晶薄膜１とが順に積層されたものである。
　酸化物単結晶薄膜１としては、圧電体単結晶が好ましく、例えば、リチウムと、タンタルまたはニオブ等の金属元素と、酸素とからなる化合物が好ましい。このような化合物としては、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３；略号「ＬＴ」）やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３；略号「ＬＮ」）がある。酸化物単結晶薄膜１の厚さは、例えば、０．１～３０μｍが好ましい。
　支持基板２としては、複合基板に通常用いられる絶縁性の基板であれば特に限定されないが、例えば、シリコン基板、ガラス基板、サファイア基板等がある。支持基板２は、ウェーハの形状で用いられてもよい。ウェーハのサイズは、例えば、直径２～１２インチで、板厚１００～２，０００μｍが好ましい。
　応力緩和介在層３としては、熱膨張係数が酸化物単結晶薄膜１よりも小さく、且つ熱膨張係数が支持基板２よりも大きい材料を用いる。このような熱膨張係数を有する材料の層を酸化物単結晶薄膜１と支持基板２との間に介在させることで、温度が変化した際に酸化物単結晶薄膜１の界面に掛かるストレスが軽減され、劣化を防げることができることから、この層を本発明では「応力緩和介在層」と呼称する。
　複合基板に用いる代表的な素材の各熱膨張係数を図２に示す。これらのうち、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２の熱膨張係数が、酸化物単結晶薄膜１のＬＴやＬＮの熱膨張係数と、支持基板２のシリコンやガラスの熱膨張係数との間に位置することから、応力緩和介在層３の材料として好ましい。応力緩和介在層３の厚さは、例えば、０．１～５．０μｍが好ましい。
　また、本発明は、図１に示す複合基板１０の構成に限定されず、例えば、図３に示す構成にしてもよい。この別の実施形態の複合基板２０は、図３に示すように、支持基板２と、介在層４と、応力緩和介在層３と、酸化物単結晶薄膜１とが順に積層されたものである。
　介在層４としては、複合基板に通常用いられる介在層の材料でよいが、酸化物単結晶薄膜１の熱膨張係数よりも小さく、且つ応力緩和介在層３の熱膨張係数よりも大きい材料を用いる。このような材料としては、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ等がある。このような材料の介在層４であれば、上述したように応力緩和介在層３によって、温度が変化した際に酸化物単結晶薄膜１の界面に掛かるストレスを軽減し、劣化を防ぐことができる。換言すれば、この別の実施形態の複合基板２０では、応力緩和介在層３は、熱膨張係数が酸化物単結晶薄膜１よりも小さく、且つ熱膨張係数が介在層４よりも大きい材料を用いることなる。
　次に、本実施形態の複合基板の製造方法について説明する。図４に示すように、酸化物単結晶基板１Ａを準備するステップ（図４中の（ａ））と、支持基板２を準備するステップ（図４中の（ｂ））と、酸化物単結晶基板１と支持基板２に応力緩和介在層３を形成するステップ（図４中の（ｃ））と、応力緩和介在層３を介して酸化物単結晶基板１と支持基板２を張り合わせるステップ（図４中の（ｄ））と、貼り合わせによって得た接合体４から酸化物単結晶基板を薄化して、複合基板１０を得るステップ（図４中の（ｅ））を含む。以下、各ステップについて詳細に説明する。但し、以下の述べる方法はあくまで一例であり、どちらの基板にどのように応力緩和介在層３を成膜し、どの面で貼り合せるかは任意である。
　ステップ（ａ）において準備する酸化物単結晶基板１Ａは、図１の複合基板１０の酸化物単結晶薄膜１になる基板である。酸化物単結晶については上述したので、ここでは説明を省略する。酸化物単結晶基板１は、ウェーハの形状で用いられてもよい。ウェーハのサイズは、特に限定されないが、例えば、直径２～８インチとしてもよく、板厚１００～１０００μｍとしてもよい。
　ステップ（ｂ）で準備する支持基板２は、図１の複合基板１０の支持基板２であり、既に上述したので、ここでは説明を省略する。
　酸化物単結晶基板１の貼り合わせ面および支持基板２の貼り合わせ面は、応力緩和介在層３を介して貼り合せを行うので、酸化物単結晶基板１や支持基板２の張り合わせ面は必ずしも鏡面で有る必要は無い。
　次に、図４のステップ（ｃ）に示すように、酸化物単結晶基板１の貼り合わせ面および支持基板２の貼り合わせ面に、応力緩和介在層３ａ、３ｂを形成する。応力緩和介在層３の材料については既に上述したので、ここでは説明を省略する。
　応力緩和介在層３を形成する方法としては、例えば、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）や物理的気相成長法（ＰＶＤ法）などがある。ＣＶＤ法としては、例えば、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法などがある。ＰＶＤ法としては、例えば、蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などがある。これらＣＶＤ法やＰＶＤ法などによって窒化ケイ素膜等を形成する公知の成膜条件を用いて、酸化物単結晶基板１や支持基板２の張り合わせ面に応力緩和介在層３を形成することができる。
　なお、図４のステップ（ｃ）には、酸化物単結晶基板１と支持基板２の両方の貼り合わせ面に応力緩和介在層３ａ、３ｂを形成するように記載しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、酸化物単結晶基板１の貼り合わせ面に応力緩和介在層３ａを形成するのみでも、支持基板２の貼り合わせ面に応力緩和介在層３ｂを形成するのみでも、同様の効果を得ることができる。繰り返しになるが、どちらの基板にどのように応力緩和介在層３を成膜し、どの面で貼り合せるかは全くの任意であり、本発明の効果に影響を与えない。
　そして、図４のステップ（ｄ）に示すように、応力緩和介在層３を介して酸化物単結晶基板１と支持基板２を貼り合わせて接合体４を得る。なお、張り合わせる前に、酸化物単結晶基板１と支持基板２の両方の張り合わせ面に、表面活性化処理を行う。表面活性化処理としては、貼り合わせ面を活性化できるものであれば特に限定されないが、例えば、プラズマ活性化処理、真空イオンビーム法、オゾン水処理法、ＵＶオゾン処理法などが挙げられる。表面活性化処理の雰囲気は、窒素やアルゴンなどの不活性ガス、又は酸素、それら単独または組み合わせて使用することができる。
　このように応力緩和介在層３を介して貼り合わせた酸化物単結晶基板１と支持基板２の接合体４に、熱処理を施してもよい。これにより接合強度を上げることができる。
　そして、図４のステップ（ｅ）に示すように、接合体４の酸化物単結晶基板１Ａを薄化する。これにより、支持基板２上に応力緩和介在層３を介して酸化物単結晶薄膜１が形成された複合基板１０を得ることができる。
　図４を用いて複合基板１０の製造方法について説明してきたが、本発明はこれに限定されず、上述したステップを前後させたり、他のステップを新たに組み入れたりする等の多くの改変を採用することができる。例えば、図５に示す複合基板１０の製造方法にしてもよい。
　図５に示すように、この別の実施の形態の複合基板の製造方法は、酸化物単結晶基板１Ａを準備するステップ（図５中の（ａ））と、酸化物単結晶基板１Ａをイオン注入処理Ｘするステップ（図５中の（ａ１））と、これによって酸化物単結晶基板１にイオン注入層１Ｘを形成するステップ（図５中の（ａ２））と、支持基板２を準備するステップ（図５中の（ｂ））と、酸化物単結晶基板１Ａと支持基板２に応力緩和介在層３を形成するステップ（図５中の（ｃ））と、応力緩和介在層３を介して酸化物単結晶基板１Ａと支持基板２を張り合わせるステップ（図５中の（ｄ））と、貼り合わせによって得た接合体４から酸化物単結晶基板の一部１ｂを剥離して、複合基板１０を得るステップ（図５中の（ｅ））を含む。以下、新たに加えたステップについて詳細に説明する。但し、この方法はあくまで一例であり、どちらの基板にどのように応力緩和介在層３を成膜し、どの面で貼り合せるかは任意である。
　ステップ（ａ１）では、酸化物単結晶基板１Ａの張り合わせ面に対してイオン注入処理Ａを行う。これにより、ステップ（ａ２）に示すように、酸化物単結晶基板１Ａの張り合わせ面に、イオン注入層１Ｘが形成される。イオン注入処理の条件として、例えば、水素原子イオン（Ｈ＋）の場合、注入量は、５．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２～２．７５×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ２が好ましい。５．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２未満だと、後の工程でイオン注入層の脆化が起こり難い。２．７５×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ２を超えると、イオン注入時にイオン注入した面においてマイクロキャビティが生じ、ウェーハ表面に凹凸が形成され所望の表面粗さが得られ難くなる。また、水素分子イオン（Ｈ２ ＋）であれば、注入量は、２．５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２～１．３７×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２が好ましい。
　また、イオンの加速電圧は、５０ＫｅＶ～２００ＫｅＶが好ましい。加速電圧を調整することで、イオン注入の深さを変えることができる。イオン注入層１Ｘの厚みは、１００ｎｍ～２，０００ｎｍとすることが好ましい。このイオン注入層１Ｘの厚みが、得られる複合基板１０の酸化物単結晶薄膜１の厚みにほぼ相当する。
　そして、図５のステップ（ｅ）では、接合体４から、応力緩和介在層３側にイオン注入層１Ｘを残して酸化物単結晶基板の一部１ａを剥離する。これにより、支持基板２上に応力緩和介在層３を介してイオン注入層（酸化物単結晶薄膜）１が形成された複合基板１０を得ることができる。なお、この剥離に際し、楔状の刃（図示省略）等で機械的に衝撃を与えてもよい。
　また、図３に示す複合基板２０の製造方法の一実施の形態を図６に示す。図６に示す複合基板の製造方法は、酸化物単結晶基板１Ａを準備するステップ（図６中の（ａ））と、支持基板２を準備するステップ（図６中の（ｂ））と、支持基板２上に介在層４を形成するステップ（図６中の（ｂ１））と、酸化物単結晶基板１Ａと介在層上４に応力緩和介在層３を形成するステップ（図６中の（ｃ））と、応力緩和介在層３を介して酸化物単結晶基板１Ａと介在層４を有する支持基板２を張り合わせるステップ（図６中の（ｄ））と、貼り合わせによって得た接合体４から酸化物単結晶基板１Ａを研削・研磨等で薄化して、複合基板２０を得るステップ（図６中の（ｅ））を含む。以下、新たに加えたステップについて詳細に説明する。但し、この方法はあくまで一例であり、どちらの基板にどのように介在層４、応力緩和介在層３を成膜し、どの面で貼り合せるかは任意である。
　図６のステップ（ｂ１）に示すように、支持基板２の貼り合わせ面に介在層４を形成する。介在層４の材料については既に上述したので、ここでは説明を省略する。介在層４を形成する方法としては、例えば、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）や物理的気相成長法（ＰＶＤ法）などがある。ＣＶＤ法としては、例えば、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法などがある。ＰＶＤ法としては、例えば、蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などがある。これらＣＶＤ法やＰＶＤ法などによってシリコン酸化膜等を形成する公知の成膜条件を用いて、支持基板２の張り合わせ面に介在層４を形成することができる。
　以下に、実施例および比較例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［実施例１］
　直径１５０ｍｍのシリコン基板にタンタル酸リチウム（ＬＴ）基板を貼り合せる際に、シリコン基板とＬＴ基板との間にＳｉＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２の各材料を用いた応力緩和介在層を介在させて貼り合せて接合体とした。応力緩和介在層はＣＶＤ法によってシリコン基板上に形成した。また、シリコン基板とＬＴ基板の貼り合せ面は予めプラズマ活性化処理を施した。そして、この接合体のＬＴ基板を研削・研磨で６μｍまで薄化して複合基板を作製した。
　このようにして得られた複合基板について、熱衝撃試験を行った。試験条件は、－６０℃の低温室と１７０℃の高温室間を移動させ、それぞれの温度での滞留時間は１０分とした。この試験には冷熱衝撃装置（エスペック社製、ＴＳＥ－１２－Ａ）を用いた。これを１０サイクル施した後、複合基板を取り出して、クラックの有無を基板検査装置（クラボウ社製、ＢＢ－Ｍａｓｔｅｒ）で観察した。複合基板の５箇所を観察し、一箇所でもクラックがあった場合は、その複合基板に関しては試験を中止とし、クラックが無い場合は熱衝撃試験を続行した。試験結果として、クラックが発見された際のサイクル数を表１に示す（ＬＴ ｏｎ Ｓｉ）。なお、表１中の応力緩和介在層の各材料におけるカッコ内の数字は、その材料の熱膨張係数（ｐｐｍ）である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  
　この結果から、応力緩和介在層を介在させた複合基板は、いずれの場合も応力緩和介在層のない複合基板よりも信頼性が向上していることが分かる。これは応力緩和介在層に用いたいずれの材料も熱膨張係数が支持基板のシリコン（２．５ｐｐｍ）よりも高く、ＬＴ（１５ｐｐｍ）よりも低いため、応力緩和の効果があったものと考えられる。
［実施例２］
　シリコン基板に代えてサファイア基板を用いた点を除いて、実施例１と同様に複合基板を作製したとともに、実施例１と同様の条件で熱衝撃試験を行った。その結果を表１に示す（ＬＴ ｏｎ サファイア）。この結果から、応力緩和介在層を介在させた複合基板は、応力緩和介在層がサファイア（７．５ｐｐｍ）よりも熱膨張係数が大きい材料の場合に限り、信頼性向上の効果があったことが分かる。
［実施例３］
　シリコン基板に代えてガラス基板を用いた点を除いて、実施例１と同様に複合基板を作製したとともに、実施例１と同様の条件で熱衝撃試験を行った。その結果を表１に示す（ＬＴ ｏｎ ガラス）。この結果から、応力緩和介在層を介在させた複合基板は、いずれの場合も信頼性が向上していることが分かる。これは用いた応力緩和介在層の各材料の熱膨張係数がガラス（０．５ｐｐｍ）よりも高く、ＬＴよりも低いため、応力緩和の効果があったものと考えられる。
［実施例４］
　シリコン基板と応力緩和介在層との間に、厚さ約１．０μｍのＳｉＯ２の介在層を介在させた点を除いて、実施例１と同様に複合基板を作製したとともに、実施例１と同様の条件で熱衝撃試験を行った。なお、介在層はＣＶＤ法によってシリコン基板上に形成し、応力緩和介在層は介在層上に形成した。その結果を表２に示す（ＬＴ ｏｎ ＳｉＯ２ ｏｎ Ｓｉ）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
  
　この結果から介在層とＬＴ薄膜との間に応力緩和介在層を介在させた複合基板は、いずれの場合も応力緩和介在層のない複合基板よりも信頼性が向上していることが分かる。これは用いた応力緩和介在層の各材料の熱膨張係数が介在層であるＳｉＯ２（０．６ｐｐｍ）よりも高く、ＬＴよりも低いため、応力緩和の効果があったものと考えられる。
［実施例５］
　シリコン基板に代えてサファイア基板を用いた点を除いて、実施例４と同様に複合基板を作製したとともに、実施例１と同様の条件で熱衝撃試験を行った。その結果を表２に示す（ＬＴ ｏｎ ＳｉＯ２ ｏｎ サファイア）。この結果から、介在層とＬＴ薄膜との間に応力緩和介在層を介在させた複合基板は、応力緩和介在層がサファイアよりも熱膨張係数が大きい材料の場合に限り、信頼性向上の効果があったことが分かる。
［実施例６］
　酸化物単結晶基板としてＬＮ基板に代えてニオブ酸リチウム（ＬＮ）基板を用いた点を除いて、実施例１～５と同様に複合基板を作製したとともに、実施例１と同様の条件で熱衝撃試験を行った。なお、熱膨張係数は、ＬＮが１６ｐｐｍで、ＬＮが１５ｐｐｍである。その結果、ＬＮ薄膜を備えた複合基板でも、ＬＴ薄膜を備えた複合基板と同じ傾向の結果が得られた。
［実施例７］
　介在層としてＳｉＯ２に代えてＳｉＯＮ、ＳｉＮの各材料を用いた点を除いて、実施例４、５と同様に複合基板を作製したとともに、実施例１と同様の条件で熱衝撃試験を行った。なお、熱膨張係数は、ＳｉＯＮが約２．０ｐｐｍで、ＳｉＮが２．８ｐｐｍである。その結果、応力緩和介在層が、介在層よりも熱膨張係数が大きい材料の場合に限り、程度の差はあっても信頼性向上の効果があることが認められた。
［実施例８］
　張り合わせ面への処理をプラズマ活性化処理に代えて真空イオンビーム法、オゾン水処理法、ＵＶオゾン処理法の各処理法を行った点を除いて、実施例１～５と同様に複合基板を作製したとともに、実施例１と同様の条件で熱衝撃試験を行った。その結果は、実施例１～５とほぼ同じであり、応力緩和の効果は、張り合わせ面への処理法に依存しないことがわかった。
［実施例９］
　接合体における研削・研磨によるＬＴ基板の薄化に代えて、ＬＴ基板の貼り合せ面に予め水素イオンを注入し、貼り合せ後の接合体において注入界面に沿って剥離を行うことでＬＴ基板の薄化を行った点を除いて、実施例１、２と同様に複合基板を作製したとともに、実施例１と同様の条件で熱衝撃試験を行った。なお、ＬＴ薄膜の厚さは０．８μｍであった。その結果は、実施例１、２と同じ傾向であり、応力緩和の効果は、ＬＴ基板の薄化の方法に依存しないことがわかった。
［実施例１０］
　介在層、応力緩和介在層の各成膜法としてＣＶＤ法に代えてＰＶＤ法を行った点を除いて、実施例１、４と同様に複合基板を作製したとともに、実施例１と同様の条件で熱衝撃試験を行った。その結果は、実施例１、４と同じ傾向であり、応力緩和の効果は、介在層、応力緩和介在層の成膜法に依存しないことがわかった。
　１　酸化物単結晶薄膜
　１Ａ　酸化物単結晶基板
　１Ｘ　イオン注入層
　２　支持基板
　３　応力緩和介在層
　４　介在層
　１０、２０　複合基板

Claims (14)

  1. 支持基板と、応力緩和介在層と、酸化物単結晶薄膜とが順に積層された複合基板の製造方法であって、
    　支持基板と酸化物単結晶基板の間に、前記支持基板と前記酸化物単結晶基板との間の熱膨張係数を有する応力緩和介在層を形成するステップと、
    　前記支持基板と前記酸化物単結晶基板とを、前記応力緩和介在層が両基板の間に介在するように貼り合わせて接合体を得るステップと、
    　前記接合体の前記酸化物結晶基板を薄化して酸化物結晶薄膜とするステップと
    　を含む複合基板の製造方法。
  2. 　支持基板と、介在層と、応力緩和介在層と、酸化物単結晶薄膜とが順に積層された複合基板の製造方法であって、熱膨張係数の比較において、前記介在層＜前記応力緩和介在層＜前記酸化物単結晶薄膜の順に大きくなるように、貼り合せ法を用いて製造する複合基板の製造方法。
  3. 　前記介在層が、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ又はＳｉＮを含む請求項２に記載の複合基板の製造方法。
  4. 　前記介在層を化学的気相成長法（ＣＶＤ法）又は物理的気相成長法（ＰＶＤ法）で形成する請求項２又は３に記載の複合基板の製造方法。
  5. 　前記応力緩和介在層が、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２又はＺｒＯ２を含む請求項１～４のいずれか一項に記載の複合基板の製造方法。
  6. 　前記酸化物単結晶基板が、タンタル酸リチウム（ＬＴ）又はニオブ酸リチウム（ＬＮ）を含む請求項１～５のいずれか一項に記載の複合基板の製造方法。
  7. 　前記応力緩和介在層を化学的気相成長法（ＣＶＤ法）又は物理的気相成長法（ＰＶＤ法）で形成する請求項１～６のいずれか一項に記載の複合基板の製造方法。
  8. 　前記接合体の前記酸化物結晶基板の薄化を、研削、研磨又はこれらの組み合わせによって行う請求項１～７のいずれか一項に記載の複合基板の製造方法。
  9. 　前記酸化物単結晶基板の張り合わせ面に対してイオン注入処理を行い、前記酸化物単結晶基板の内部にイオン注入層を形成するステップを更に含み、
    　前記接合体の前記酸化物結晶基板の薄化を、前記接合体から、酸化物単結晶薄膜として前記イオン注入層を残して前記酸化物単結晶基板の残りの部分を剥離することによって行う請求項１～８のいずれか一項に記載の複合基板の製造方法。
  10. 　支持基板と、応力緩和介在層と、酸化物単結晶薄膜とが順に積層された複合基板であって、前記応力緩和介在層が、前記支持基板と前記酸化物単結晶薄膜との間の熱膨張係数を有する複合基板。
  11. 　支持基板と、介在層と、応力緩和介在層と、酸化物単結晶薄膜とが順に積層された複合基板であって、前記応力緩和介在層が、前記介在層と前記酸化物単結晶薄膜との間の熱膨張係数を有する複合基板。
  12. 　前記介在層が、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ又はＳｉＮを含む請求項１１に記載の複合基板。
  13. 　前記応力緩和介在層が、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２又はＺｒＯ２を含む請求項１０～１２のいずれか一項に記載の複合基板。
  14. 　前記酸化物単結晶基板が、タンタル酸リチウム（ＬＴ）又はニオブ酸リチウム（ＬＮ）を含む請求項１０～１３のいずれか一項に記載の複合基板。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017200101A (ja) * 2016-04-28 2017-11-02 信越化学工業株式会社 複合ウェーハの製造方法
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
JP2018117030A (ja) * 2017-01-18 2018-07-26 信越化学工業株式会社 複合基板および複合基板の製造方法
JP2019193242A (ja) * 2018-04-23 2019-10-31 住友金属鉱山株式会社 表面弾性波素子用複合基板とその製造方法
JP2020036212A (ja) * 2018-08-30 2020-03-05 信越化学工業株式会社 複合基板および複合基板の製造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8102734B2 (en) * 2007-02-08 2012-01-24 St. Jude Medical, Atrial Fibrillation Division, Inc. High intensity focused ultrasound transducer with acoustic lens
JP4575966B2 (ja) * 2008-02-27 2010-11-04 株式会社沖データ 半導体装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017200101A (ja) * 2016-04-28 2017-11-02 信越化学工業株式会社 複合ウェーハの製造方法
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
JP2018117030A (ja) * 2017-01-18 2018-07-26 信越化学工業株式会社 複合基板および複合基板の製造方法
JP2019193242A (ja) * 2018-04-23 2019-10-31 住友金属鉱山株式会社 表面弾性波素子用複合基板とその製造方法
JP2020036212A (ja) * 2018-08-30 2020-03-05 信越化学工業株式会社 複合基板および複合基板の製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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