CN112088439B - 压电性材料基板与支撑基板的接合体 - Google Patents

压电性材料基板与支撑基板的接合体 Download PDF

Info

Publication number
CN112088439B
CN112088439B CN201980019317.0A CN201980019317A CN112088439B CN 112088439 B CN112088439 B CN 112088439B CN 201980019317 A CN201980019317 A CN 201980019317A CN 112088439 B CN112088439 B CN 112088439B
Authority
CN
China
Prior art keywords
piezoelectric material
substrate
material substrate
bonding
bonding layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201980019317.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112088439A (zh
Inventor
堀裕二
高垣达朗
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Publication of CN112088439A publication Critical patent/CN112088439A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112088439B publication Critical patent/CN112088439B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
    • H03H9/02574—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of combined substrates, multilayered substrates, piezoelectrical layers on not-piezoelectrical substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853—Ceramic compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/10—Glass or silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/06—Epitaxial-layer growth by reactive sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/18—Quartz
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/22—Complex oxides
    • C30B29/30—Niobates; Vanadates; Tantalates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/08—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of resonators or networks using surface acoustic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
    • H03H9/02559—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of lithium niobate or lithium-tantalate substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02818—Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H03H9/02866—Means for compensation or elimination of undesirable effects of bulk wave excitation and reflections
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/25—Constructional features of resonators using surface acoustic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/072—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/072—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/08—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H10N30/085—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by machining
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

在将压电性材料基板1(1A)借助接合层2而与支撑基板3接合时，使得即便在对得到的接合体进行加热处理时也不会发生压电性材料基板1(1A)的剥离。接合体具备：支撑基板3；压电性材料基板1(1A)，其由选自由铌酸锂、钽酸锂及铌酸锂－钽酸锂构成的组中的材质形成；以及接合层2，其将支撑基板3和压电性材料基板1(1A)接合，并与压电性材料基板1(1A)的接合面1a接触。在接合层2设置有从所述压电性材料基板趋向所述支撑基板延伸的空隙。

Description

压电性材料基板与支撑基板的接合体
技术领域
本发明涉及压电性材料基板与支撑基板的接合体。
背景技术
出于实现高性能的半导体元件的目的，广泛采用包括高电阻Si/SiO2薄膜/Si薄膜的SOI基板。在实现SOI基板时，采用等离子体活化。这是因为能够于比较低的温度(400℃)进行接合。为了提高压电器件的特性，提出了类似的包括Si/SiO2薄膜/压电薄膜的复合基板(专利文献1)。专利文献1中，将由铌酸锂或钽酸锂形成的压电性材料基板和设置有氧化硅层的硅基板利用离子注入法活化后，进行接合。
还提出了在接合界面形成单一或多个介电膜的多层结构的滤波器(专利文献2)。但是，几乎不存在与用于实现钽酸锂/氧化硅/硅的结构的接合技术相关的公知信息。
专利文献3中记载有如下内容，即，将钽酸锂和蓝宝石或陶瓷隔着氧化硅层并利用等离子体活化法进行接合。
另一方面，已知：将钽酸锂和蓝宝石隔着氧化硅层进行粘贴而得到的表面弹性波滤波器在其接合界面产生体波，并在通带及高频区域出现不需要的响应。出于防止上述现象的目的，提出了如下方法，即，在接合界面导入粗糙面，使体波散射，抑制不需要的响应。此时，公开了如下内容，即，将粗糙面以无机材料填充后，进行研磨，使其为平滑面(专利文献4)。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：ECS Transactions,3(6)91-98(2006)
非专利文献2：J.Applied Physics 113,094905(2013)
专利文献
专利文献1：日本特开2016-225537
专利文献2：日本特许5910763
专利文献3：日本特许第3774782号
专利文献4：日本特开2012－85286号公报(日本特许581427)
发明内容
然而，在接合界面导入热膨胀系数不同的异种材料意味着：在晶片工艺中的加热工序中，产生应力。因此，存在如下问题，即，在对接合体进行加热处理后，频繁发生由应力所引起的接合体破损及压电性材料基板剥离。此外，在压电性材料基板的接合面的凹凸致密地填充异种材料，这成为新的反射原因，有时无法充分抑制不需要的波。
本发明的课题在于，在将压电性材料基板借助接合层而与支撑基板接合时，使得即便在对得到的接合体进行加热处理时也不会发生压电性材料基板的剥离。
本发明是一种接合体，其具备：
支撑基板；
压电性材料基板，该压电性材料基板由选自由铌酸锂、钽酸锂及铌酸锂－钽酸锂构成的组中的材质形成；以及
接合层，该接合层将所述支撑基板和所述压电性材料基板接合，并与所述压电性材料基板的接合面接触，
所述接合体的特征在于，
在所述接合层设置有从所述压电性材料基板趋向所述支撑基板延伸的空隙。
发明效果
本发明的发明人在压电性材料基板的主面形成粗糙面并在粗糙面上将氧化硅、五氧化钽等接合层成膜时，对接合层的成膜条件进行了研究。一直以来都认为，为了确保接合强度，必须形成致密质的接合层，因此采用了以比较低的速度生成致密膜的条件。但是，在这种情况下，发现如下趋势，即，如果在将压电性材料基板加工成较薄后进行加热处理，则较薄的压电性材料基板自支撑基板剥离。
本发明的发明人为了解决该问题而对致密质的接合层的微结构进行了研究，不过，在接合层中特别是没有发现空隙、裂纹。因此，转换思路，尝试提高接合层的成膜速度，结果发现，主要以压电性材料基板的接合面的凹部为起点而生成空隙。并且，发现：在接合层中生成像这样的空隙的情况下，即便将压电性材料基板加工成较薄并进行加热处理，也不易发生压电性材料基板剥离，实现本发明。
得到像这样的显著作用效果的理由尚不明确，不过，认为从压电性材料基板侧趋向支撑基板侧延伸的空隙将因加工而产生的机械应力和因加热而产生的热应力适度地分散。
附图说明
图1中，(a)表示对压电性材料基板1的主面1a进行加工的状态，(b)表示在压电性材料基板1的主面1a设置有接合层2的状态，(c)表示对接合层2的接合面照射等离子体B而使其活化的状态。
图2中，(a)表示支撑基板3，(b)表示将支撑基板3的接合面3b活化的状态。
图3中，(a)表示压电性材料基板1与支撑基板3的接合体5，(b)表示通过加工而使接合体5A的压电性材料基板1A变薄的状态，(c)表示弹性波元件6。
图4中，(a)表示支撑基板3，(b)表示将支撑基板3上的中间层12的接合面12a活化的状态。
图5中，(a)表示压电性材料基板1与支撑基板3的接合体15，(b)表示通过加工而使接合体15A的压电性材料基板1A变薄的状态，(c)表示弹性波元件16。
图6是将实施例中的接合层放大示出的照片。
图7是与图6的照片相对应的说明图。
图8是将比较例中的接合层放大示出的照片。
图9是与图8的照片相对应的说明图。
具体实施方式
以下，适当参照附图，对本发明详细地进行说明。
首先，如图1(a)所示，准备具有一对主面1a、1b的压电性材料基板1。接下来，对主面1a实施加工A，由此进行粗糙面化。接下来，如图1(b)所示，在压电性材料基板1的主面1a上形成接合层2。出于得到镜面的目的，对该接合层2的表面2a进行CMP研磨。接下来，如图1(c)所示，像箭头B那样，对接合层2的表面2a照射等离子体，得到表面活化后的接合面2b。
另一方面，如图2(a)所示，准备具有主面3a的支撑基板3。接下来，像箭头C那样，对支撑基板3的主面照射等离子体，由此进行表面活化，形成活化后的接合面3b。
接下来，使压电性材料基板上的接合层2的活化后的接合面2b和支撑基板3的活化后的接合面3b接触，进行直接键合，得到图3(a)所示的接合体5。
可以在该状态下在压电性材料基板1上设置电极。但是，优选为，如图3(b)所示，对压电性材料基板1的主面1b进行加工而使基板1变薄，形成薄板化后的压电性材料基板1A，制成接合体5A。9为加工面。接下来，如图3(c)所示，在接合体5A的压电性材料基板1A的加工面9上形成规定的电极10，能够得到弹性波元件6。
另外，可以在接合层2与支撑基板3之间设置中间层。图4、图5与该实施方式有关。
本例中，如图1(a)所示，准备具有一对主面1a、1b的压电性材料基板1。接下来，对主面1a实施加工A，由此进行粗糙面化。接下来，如图1(b)所示，在压电性材料基板1的主面1a上形成接合层2。出于得到镜面的目的，对该接合层2的表面进行CMP研磨。接下来，如图1(c)所示，像箭头B那样，对接合层2的接合面照射等离子体，得到表面活化后的接合面2b。
另一方面，如图4(a)所示，准备具有主面3a的支撑基板3。接下来，如图4(b)所示，在支撑基板3的主面3a上形成中间层12，像箭头C那样，对中间层12的表面照射等离子体，由此进行表面活化，形成活化后的接合面12a。
接下来，使压电性材料基板上的接合层2的活化后的接合面2b和支撑基板3上的中间层12的活化后的接合面12a接触，进行直接键合，得到图5(a)所示的接合体15。
可以在该状态下在压电性材料基板1上设置电极。但是，优选为，如图5(b)所示，对压电性材料基板1的主面1b进行加工而使基板1变薄，得到薄板化后的压电性材料基板1A，制成接合体15A。9为加工面。接下来，如图5(c)所示，在接合体15A的压电性材料基板1A的加工面9上形成规定的电极10，能够得到弹性波元件16。
或者，可以在形成接合层2后，接着在接合层2之上形成中间层12。这种情况下，对中间层12的表面实施CMP加工，得到接合面(镜面)。对得到的接合面照射等离子体，进行活化。接下来，将支撑基板的表面等离子体活化后，与中间层的接合面直接键合。
本发明中，在接合层2设置有从压电性材料基板1(1A)趋向支撑基板3延伸的细长的空隙。例如，如图6的横截面照片及图7的示意性说明图所示，在压电性材料基板1(1A)与支撑基板之间的接合层2中形成有从压电性材料基板1(1A)趋向支撑基板3延伸的空隙16、17。
本实施方式中，各空隙16、17自压电性材料基板1(1A)的主面1a开始延伸，可知其延续了主面1a中的凹凸(特别是凹部)的形态。16a、17a为空隙16、17的压电性材料基板侧的端部。另一方面，一部分空隙16到达至接合层2的支撑基板侧的接合面2b，不过，一部分空隙17没有到达接合层2的接合面2b，在接合层2中形成端部。应予说明，16b、17b为各空隙16、17的接合面2b侧的末端。
空隙是指：未填充构成接合层的材质的空隙。另外，将接合体(晶片)切断，以SEM(扫描型电子显微镜)观察切截面，测定空隙的存在及形状。以下示出测定条件。
SEM装置：CarlZeiss公司制Ultra55
加速电压：2kV
倍率：4000倍
在优选的实施方式中，在压电性材料基板1(1A)的主面1a设置有凹部20，空隙16、17与凹部20连通。在压电性材料基板上形成接合层时，由于延续压电性材料基板的主面的形状而进行成膜，所以容易产生像这样的形态。不过，也有时在结晶生长时在空隙与凹部的分界部分填充有结晶，空隙的末端16a、17a远离凹部20。
在优选的实施方式中，空隙在厚度方向L上贯穿接合层。这种情况下，空隙16的各末端16a到达压电性材料基板的主面1a，且空隙16的相反方向的末端16b到达接合层2的接合面2b。从防止压电性材料基板剥离的观点考虑，特别优选存在像这样的形态的空隙16。
接合层的厚度方向L是指：与压电性材料基板的主面1a垂直的方向。不过，主面1a的形状近似于平面，忽略微细的凹凸。
优选为，空隙大致向着接合层的厚度方向L延伸。这不需要在空隙的全长上都与厚度方向L平行地延伸，空隙可以弯曲或变形，多列空隙可以连通。另外，空隙优选为细长的空隙。另外，具体的形状没有特别限定，可以为条状、肋状、凸线形状等，另外，它们可以为弯曲或折曲的形状。
另外，(空隙的压电性材料基板侧末端的宽度t)/(空隙的全长l)优选为0.02以上，更优选为0.03以上。不过，(空隙的压电性材料基板侧末端的宽度t))/(空隙的全长l)优选为0.08以下，更优选为0.05以下。
其中，空隙的全长l是指：从空隙的压电性单晶基板侧末端至支撑基板侧末端为止的全部路径的长度(路程)。另外，空隙的压电性单晶基板侧末端的宽度t设为与压电性单晶基板和接合层的界面平行地观察到的空隙的宽度。
在优选的实施方式中，接合层2与支撑基板3的主面2a接触。图1～图3与该实施方式有关。
另外，在优选的实施方式中，在接合层2与支撑基板3之间具有中间层12。图4、图5与该实施方式有关。该中间层可以为一层，也可以为多层。
以下，对本发明的各构成要素依次进行说明。
支撑基板3的材质没有特别限定，优选由选自由硅、水晶、硅铝氧氮陶瓷、多铝红柱石、蓝宝石及透光性氧化铝构成的组中的材质形成。由此，能够进一步改善弹性波元件6、16的频率的温度特性。
接合层、中间层的成膜方法没有限定，可例示溅射、化学气相生长法(CVD)、蒸镀。
接合层2的材质能够进行表面活化处理即可，没有特别限定，优选为金属氧化膜，特别优选为选自由氧化硅及五氧化钽构成的组中的材质。另外，表面活化处理方法可以根据采用的接合层的材质而选择适当的方法。作为该表面活化方法，可例示等离子体活化和FAB(Ar原子束)。
中间层12的材质能够进行表面活化处理即可，没有特别限定，优选为金属氧化膜，特别优选为选自由氧化硅及五氧化钽构成的组中的材质。不过，中间层的材质优选选择与接合层不同的材质。
从本发明的观点考虑，接合层2的厚度优选为0.5μm以上，更优选为1.0μm以上，特别优选为2.5μm以上。另外，接合层2的厚度优选为10μm以下，更优选为7μm以下，进一步优选为5μm以下。
本发明中使用的压电性材料基板1采用钽酸锂(LT)单晶、铌酸锂(LN)单晶、铌酸锂－钽酸锂固溶体。这些材料的弹性波传播速度较快，机电耦合系数较大，因此，适合作为高频且宽频用的弹性表面波器件。
另外，压电性材料基板1的主面1a的法线方向没有特别限定，例如，在压电性材料基板1由LT形成时，采用以弹性表面波的传播方向、即X轴为中心并从Y轴向Z轴旋转32～55°的方向的压电性材料基板，以欧拉角表示为(180°，58～35°，180°)，传播损失较小，故优选。在压电性材料基板1由LN形成时，(ア)采用以弹性表面波的传播方向、即X轴为中心并从Z轴向-Y轴旋转37.8°的方向的压电性材料基板，以欧拉角表示为(0°，37.8°，0°)，机电耦合系数较大，故优选，或者，(イ)采用以弹性表面波的传播方向、即X轴为中心并从Y轴向Z轴旋转40～65°的方向的压电性材料基板，以欧拉角表示为(180°，50～25°，180°)，得到高音速，故优选。此外，压电性材料基板1的大小没有特别限定，例如为直径100～200mm，厚度0.15～1μm。
另外，在对压电性材料基板1的主面1b进行粗糙面化加工时，优选为精研加工。更优选使用GC#1000或GC#2500这样的较粗的磨粒进行精研加工。利用Zygo公司制New View7300测定像这样加工得到的粗糙面，结果，Ra为100～300nm，Rmax值显示1.4～4.0um的值。或者，采用喷砂加工，也能够得到同样的粗糙面。
接下来，于150℃以下对压电性材料基板1上的接合层2的接合面、支撑基板3的接合面、支撑基板3上的中间层12的接合面照射等离子体，使接合面活化。从本发明的观点考虑，优选照射氮等离子体，不过，在照射氧等离子体的情况下，也能够得到本发明的接合体。
表面活化时的压力优选为100Pa以下，更优选为80Pa以下。另外，气氛可以仅为氮，也可以仅为氧，还可以为氮、氧的混合物。
等离子体照射时的温度设为150℃以下。由此，得到接合强度较高且结晶性没有劣化的接合体。从该观点考虑，使等离子体照射时的温度为150℃以下，更优选为100℃以下。
另外，等离子体照射时的能量优选为30～150W。另外，等离子体照射时的能量与照射时间之积优选为0.12～1.0Wh。
于室温使等离子体处理后的基板的接合面彼此接触。此时，可以在真空中进行处理，更优选为在大气中使其接触。
在利用氩原子束进行表面活化时，优选使用日本特开2014－086400中记载那样的装置来产生氩原子束，进行照射。即，作为束源，使用鞍域型的高速原子束源。然后，向腔室中导入不活泼性气体，从直流电源向电极施加高电压。由此，利用在电极(正极)与壳体(负极)之间产生的鞍域型的电场，使得电子e运动，从而生成氩原子和离子的射束。到达栅格的射束中的离子束在栅格被中和，因此，氩原子的射束从高速原子束源射出。利用束照射进行活化时的电压优选为0.5～2.0kV，电流优选为50～200mA。
在优选的实施方式中，在表面活化处理前，对压电性材料基板上的接合层的接合面、支撑基板的接合面、支撑基板上的中间层的接合面进行平坦化加工。对各接合面进行平坦化的方法有精研(lap)、化学机械研磨加工(CMP)等。另外，对于平坦面，优选为Ra≤1nm，更优选为0.3nm以下。
接下来，使压电性材料基板上的接合层的接合面和支撑基板3的接合面或者中间层的接合面接触，进行接合。然后，优选进行退火处理而使接合强度提高。退火处理时的温度优选为100℃以上300℃以下。
本发明的接合体5、5A、15、15A可以优选利用于弹性波元件6、16。即，具备本发明的接合体及在压电性材料基板上所设置的电极的弹性波元件。
具体而言，作为弹性波元件6、16，已知有弹性表面波器件、兰姆波元件、薄膜谐振器(FBAR)等。例如，弹性表面波器件为在压电性材料基板的表面设置有激发弹性表面波的输入侧的IDT(Interdigital Transducer)电极(也称为梳形电极、帘状电极)和接收弹性表面波的输出侧的IDT电极的器件。如果向输入侧的IDT电极施加高频信号，则在电极间产生电场，激发出弹性表面波而在压电性材料基板上传播。然后，能够从在传播方向上设置的输出侧的IDT电极以电信号的形式取出所传播的弹性表面波。
构成压电性材料基板1A上的电极10的材质优选为铝、铝合金、铜、金，更优选为铝或铝合金。铝合金优选使用在Al中混合有0.3至5重量％的Cu的铝合金。在这种情况下，可以使用Ti、Mg、Ni、Mo、Ta来代替Cu。
实施例
(实施例A)
按照参照图1～图3进行说明的方法，制作图3(c)所示的弹性波元件6。
具体而言，将厚度250μm的42Y切割X传播LiTaO3基板(压电性材料基板)1的一个主面1b研磨成镜面，将另一个主面1a利用GC#1000进行精研加工。另外，准备出厚度为0.23mm的高电阻(>2kΩ·cm)Si(100)基板(支撑基板)3。基板尺寸均为150mm。
利用溅射装置(Shincron公司制RAS-1100C)，在压电性材料基板1的主面(粗糙面)1a上形成厚度6um的由氧化硅膜形成的接合层2。成膜条件如下。
偏置功率：6000W
Ar气流量：100sccm
微波功率：1500W
O2气流量：200sccm
速率：0.3nm/sec
成膜时的腔室内压力：0.1Pa
对成膜后的氧化硅进行CMP加工，以得到接合所需要的平滑度。
利用AFM(原子力显微镜)测定研磨后的接合层的表面粗糙度，结果，Ra为0.4nm，确认得到了对于接合而言足够的镜面。
接下来，对压电性材料基板1上的接合层2的接合面2a及支撑基板3的接合面3a分别进行清洗及表面活化。具体而言，实施使用了纯水的超声波清洗，利用旋转干燥，使基板表面干燥。接下来，将清洗后的支撑基板3导入至等离子体活化腔室，利用氮气等离子体于30℃将支撑基板的接合面3a活化。另外，将压电性材料基板1同样地导入至等离子体活化腔室，利用氮气等离子体于30℃对接合层2的接合面2a进行表面活化。表面活化时间设为40秒，能量设为100W。出于将表面活化中所附着的颗粒除去的目的，再次实施与上述相同的超声波清洗、旋转干燥。
接下来，将各基板对准，于室温，使两个基板的活化后的接合面彼此接触。按使压电性材料基板1侧朝上的方式进行接触。结果，观察到基板彼此的密合扩展的情况(所谓的键合波)，能够确认良好地进行了预接合。接下来，出于增加接合强度的目的，将接合体放入氮气氛的烘箱中，于120℃保持10小时。
对加热后的接合体的压电性材料基板1的表面1b进行磨削加工、精研加工及CMP加工，使压电性材料基板1A的厚度为20μm。为了确认得到的接合体的耐热性，将接合体放入300℃的烘箱中2小时，取出后，确认到没有开裂及压电性材料基板1A剥离等。
另外，将利用SEM在前述的装置及条件下对所得到的接合体的横截面进行拍摄而得的照片示于图6，将其说明图示于图7(说明如上所述)。应予说明，l/t为0.04～0.13。
(实施例B)
在实施例A中，将接合层的材质变更为五氧化钽。其中，表面活化采用Ar原子束而不是等离子体。结果，得到与实施例A同样的结果。
(实施例C)
在实施例A中，将压电性材料基板1的材质变更为铌酸锂。结果，得到与实施例A同样的结果。
(比较例A)
与实施例A同样地制作接合体。不过，将成膜时的偏置功率从6000W减半为3000W，使成膜速率为大约1/2。
除此以外，与实施例1同样地制作接合体，将得到的接合体放入300℃的烘箱中，2小时后取出。结果，接合体成为碎片。
另外，观察该接合体的横截面，结果，如图8、图9所示，接合层13的组织非常致密，没有看到在厚度方向L上延伸的空隙。
(比较例B)
在比较例A中，将接合层13的材质变更为五氧化钽。另外，表面活化如上所述采用Ar原子束。结果，得到与比较例A同样的结果。

Claims (12)

1.一种接合体，其具备：
支撑基板；
压电性材料基板，该压电性材料基板由选自由铌酸锂、钽酸锂及铌酸锂－钽酸锂构成的组中的材质形成；以及
接合层，该接合层将所述支撑基板和所述压电性材料基板接合，并与所述压电性材料基板的主面接触，
所述接合体的特征在于，
以扫描型电子显微镜观察所述接合体的切截面时，在所述接合层设置有从所述压电性材料基板趋向所述支撑基板延伸的空隙，
在所述压电性材料基板的所述主面设置有凹部，所述空隙与所述凹部连通。
2.根据权利要求1所述的接合体，其特征在于，
所述空隙在厚度方向上贯穿所述接合层。
3.根据权利要求1所述的接合体，其特征在于，
所述接合层由选自由氧化硅及五氧化钽构成的组中的材质形成。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的接合体，其特征在于，
所述接合层与所述支撑基板的主面接触。
5.根据权利要求1～3中的任一项所述的接合体，其特征在于，
在所述接合层与所述支撑基板之间具有中间层。
6.根据权利要求1～3中的任一项所述的接合体，其特征在于，
所述压电性材料基板的厚度为20μm以下。
7.一种接合体，其具备：
支撑基板；
压电性材料基板，该压电性材料基板由选自由铌酸锂、钽酸锂及铌酸锂－钽酸锂构成的组中的材质形成；以及
接合层，该接合层将所述支撑基板和所述压电性材料基板接合，并与所述压电性材料基板的主面接触，
所述接合体的特征在于，
以扫描型电子显微镜观察所述接合体的切截面时，在所述接合层设置有从所述压电性材料基板趋向所述支撑基板延伸的空隙，
所述接合层由选自由氧化硅及五氧化钽构成的组中的材质形成。
8.根据权利要求7所述的接合体，其特征在于，
所述接合层与所述支撑基板的主面接触。
9.根据权利要求7所述的接合体，其特征在于，
在所述接合层与所述支撑基板之间具有中间层。
10.根据权利要求7～9中的任一项所述的接合体，其特征在于，
所述压电性材料基板的厚度为20μm以下。
11.一种接合体，其具备：
支撑基板；
压电性材料基板，该压电性材料基板由选自由铌酸锂、钽酸锂及铌酸锂－钽酸锂构成的组中的材质形成；以及
接合层，该接合层将所述支撑基板和所述压电性材料基板接合，并与所述压电性材料基板的主面接触，
所述接合体的特征在于，
以扫描型电子显微镜观察所述接合体的切截面时，在所述接合层设置有从所述压电性材料基板趋向所述支撑基板延伸的空隙，
在所述接合层与所述支撑基板之间具有中间层。
12.根据权利要求11所述的接合体，其特征在于，
所述压电性材料基板的厚度为20μm以下。
CN201980019317.0A 2018-05-16 2019-02-15 压电性材料基板与支撑基板的接合体 Active CN112088439B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018094461 2018-05-16
JP2018-094461 2018-05-16
PCT/JP2019/005613 WO2019220721A1 (ja) 2018-05-16 2019-02-15 圧電性材料基板と支持基板との接合体

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112088439A CN112088439A (zh) 2020-12-15
CN112088439B true CN112088439B (zh) 2022-04-22

Family

ID=68540033

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980019317.0A Active CN112088439B (zh) 2018-05-16 2019-02-15 压电性材料基板与支撑基板的接合体

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11082025B2 (zh)
JP (1) JP6648346B1 (zh)
KR (1) KR102312794B1 (zh)
CN (1) CN112088439B (zh)
DE (1) DE112019002458B4 (zh)
TW (1) TWI820097B (zh)
WO (1) WO2019220721A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* 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
KR102312795B1 (ko) * 2018-05-16 2021-10-15 엔지케이 인슐레이터 엘티디 압전성 재료 기판과 지지 기판의 접합체
JP7274442B2 (ja) 2020-04-02 2023-05-16 信越化学工業株式会社 複合基板およびその製造方法
JP7455205B2 (ja) * 2021-06-09 2024-03-25 日本碍子株式会社 複合基板および複合基板の製造方法
WO2023054675A1 (ja) * 2021-09-30 2023-04-06 株式会社村田製作所 弾性波装置および弾性波装置の製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017163723A1 (ja) * 2016-03-25 2017-09-28 日本碍子株式会社 接合方法
CN206878791U (zh) * 2014-12-08 2018-01-12 株式会社村田制作所 压电设备

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6231778B1 (en) 1999-12-29 2001-05-15 Ansul Incorporated Aqueous foaming fire extinguishing composition
JP3774782B2 (ja) 2003-05-14 2006-05-17 富士通メディアデバイス株式会社 弾性表面波素子の製造方法
WO2010114602A1 (en) 2009-03-31 2010-10-07 Sand9, Inc. Integration of piezoelectric materials with substrates
WO2011013553A1 (ja) * 2009-07-30 2011-02-03 日本碍子株式会社 複合基板及びその製造方法
CN102624352B (zh) 2010-10-06 2015-12-09 日本碍子株式会社 复合基板的制造方法以及复合基板
EP2658123B1 (en) 2010-12-24 2019-02-13 Murata Manufacturing Co., Ltd. Elastic wave device and method for manufacturing the same.
JP2013214954A (ja) 2012-03-07 2013-10-17 Taiyo Yuden Co Ltd 共振子、周波数フィルタ、デュプレクサ、電子機器及び共振子の製造方法
CN103765773B (zh) * 2012-08-17 2015-11-25 日本碍子株式会社 复合基板、弹性表面波器件以及复合基板的制造方法
JP2014086400A (ja) 2012-10-26 2014-05-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 高速原子ビーム源およびそれを用いた常温接合装置
JP6220279B2 (ja) * 2014-02-04 2017-10-25 日本碍子株式会社 複合基板の研磨方法
JP6454606B2 (ja) 2015-06-02 2019-01-16 信越化学工業株式会社 酸化物単結晶薄膜を備えた複合ウェーハの製造方法
TWI599445B (zh) 2015-09-15 2017-09-21 Ngk Insulators Ltd Method of manufacturing a composite substrate
TWI660580B (zh) * 2016-03-25 2019-05-21 日商日本碍子股份有限公司 Joining method
JP6250856B1 (ja) 2016-07-20 2017-12-20 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とこの複合基板を用いた表面弾性波デバイス
JP6621384B2 (ja) * 2016-07-20 2019-12-18 信越化学工業株式会社 弾性表面波デバイス用複合基板の製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN206878791U (zh) * 2014-12-08 2018-01-12 株式会社村田制作所 压电设备
WO2017163723A1 (ja) * 2016-03-25 2017-09-28 日本碍子株式会社 接合方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE112019002458B4 (de) 2022-10-27
JP6648346B1 (ja) 2020-02-14
DE112019002458T5 (de) 2021-03-11
TW201947070A (zh) 2019-12-16
KR20200144148A (ko) 2020-12-28
JPWO2019220721A1 (ja) 2020-05-28
US20210067129A1 (en) 2021-03-04
US11082025B2 (en) 2021-08-03
WO2019220721A1 (ja) 2019-11-21
KR102312794B1 (ko) 2021-10-15
TWI820097B (zh) 2023-11-01
CN112088439A (zh) 2020-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109075758B (zh) 接合体和弹性波元件
CN112088439B (zh) 压电性材料基板与支撑基板的接合体
US11632093B2 (en) Acoustic wave devices and a method of producing the same
JP6668292B2 (ja) 圧電性材料基板の接合体、接合方法および弾性波素子
TWI772589B (zh) 壓電性材料基板與支持基板的接合體
TWI829762B (zh) 接合體及彈性波元件
TWI804550B (zh) 壓電性材料基板與支持基板的接合體及其製造方法
TWI811454B (zh) 接合體及彈性波元件
US11082026B2 (en) Joined body of piezoelectric material substrate and support substrate
TW201941938A (zh) 接合體及彈性波元件
CN111492577B (zh) 压电性材料基板与支撑基板的接合体及其制造方法
JP6599595B1 (ja) 圧電性材料基板と支持基板との接合体
TW201943107A (zh) 接合體及彈性波元件

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant