DE112014003430T5 - Kompositsubstrat und Verfahren zum Herstellen desselben - Google Patents

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Tomoyoshi Tai
Yuji Hori
Takahiro Yamadera
Ryosuke Hattori
Kengo Suzuki
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Abstract

In dem Kompositsubstrat 10 sind das piezoelektrische Substrat 12 und das Stützsubstrat 14 durch direktes Verbinden unter Verwendung eines Ionenstrahls verbunden. Eine Oberfläche des piezoelektrischen Substrats ist eine negativ polarisierte Oberfläche 12a und eine andere Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 ist eine positiv polarisierte Oberfläche 12b. Eine Ätzrate, mit der die negativ polarisierte Oberfläche 12a mit einer starken Säure geätzt wird, ist höher als eine Ätzrate, mit der die positiv polarisierte Oberfläche 12b mit der starken Säure geätzt wird. Die positiv polarisierte Oberfläche 12b des piezoelektrischen Substrats 12 wird direkt mit dem Stützsubstrat 14 verbunden und die positiv polarisierte Oberfläche 12b liegt außen. Die negativ polarisierte Oberfläche 12a des piezoelektrischen Substrats 12 wird mit der starken Säure geätzt. Das Stützsubstrat 14 ist aus einem Material gemacht, das mit der starken Säure mit einer höheren Rate geätzt wird als die Ätzrate, mit der die negativ polarisierte Oberfläche 12a des piezoelektrischen Substrats 12 mit der starken Säure geätzt wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kompositsubstrat und ein Verfahren zum Herstellen desselben.
  • Stand der Technik
  • Akustischewelleneinrichtungen enthalten interdigitale Transducer(IDT)-Elektroden, die auf einer Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats gebildet sind und ein Signal in einem spezifischen Frequenzband aufnehmen. In den vergangenen Jahren wurden Kompositsubstrate, die durch Verbinden eines dünnen piezoelektrischen Substrats mit einem Stützsubstrat mit einem kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten erhalten wurden, verwendet, um thermische Charakteristiken der Akustischewelleneinrichtungen zu verbessern. Als ein Beispiel dieser Kompositsubstrate ist ein Substrat bekannt, bei dem Lithiumtantalat oder Lithiumniobat als das piezoelektrische Substrat verwendet wird, und Silizium oder Quarz als das Stützsubstrat verwendet wird (siehe PTL 1).
  • Referenzliste
  • Patentliteratur
    • PTL 1: Japanische nichtgeprüfte Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2006-319679
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Gebiet
  • Im Allgemeinen werden in einem Kompositsubstrat IDT-Elektroden auf einer positiv polarisierten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats gebildet, und eine negativ polarisierte Oberfläche des piezoelektrischen Substrats wird mit einem Stützsubstrat verbunden. Um das Kompositsubstrat zu produzieren, werden das piezoelektrische Substrat und das Stützsubstrat zuerst durch ein direktes Verbindungsverfahren verbunden, und eine Oberfläche des piezoelektrischen Substrats wird dann geschliffen und poliert, um das piezoelektrische Substrat dünn zu machen. Wenn das Verbinden durch das direkte Verbindungsverfahren durchgeführt wird, werden die Verbindungsoberfläche des piezoelektrischen Substrats und die Verbindungsoberfläche des Stützsubstrats mit einem Argonstrahl bestrahlt. Wenn zu dieser Zeit die negativ polarisierte Oberfläche des piezoelektrischen Substrats mit dem Argonstrahl bestrahlt wird, ist die arithmetische durchschnittliche Rauheit Ra nach der Bestrahlung, wenn eine Fläche von 10 μm2 mit einem Rasterkraftmikroskop (AFM) gemessen wird, ungefähr 0,5 nm.
  • Wenn die Verbindung durch das direkte Verbindungsverfahren durchgeführt wird, wird die Bindungsstärke erhöht, wenn die arithmetische durchschnittliche Rauheit der Bindungsoberfläche abnimmt, zusätzlich dazu, dass anhaftende Substanzen, wie z. B. eine Oxidschicht oder eine Flüssigkeit auf der Oberfläche vollständig entfernt werden und die Oberfläche aktiviert wird. Es ist deswegen wünschenswert, dass die durchschnittliche arithmetische Rauheit Ra der Verbindungsoberfläche soweit wie möglich reduziert wird.
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um dieses Problem zu adressieren, und eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Bindungsstärke in dem Kompositsubstrat zu erhöhen, wenn das piezoelektrische Substrat und das Stützsubstrat durch das direkte Verbindungsverfahren verbunden werden.
  • Lösung des Problems
  • Das Kompositsubstrat der vorliegenden Erfindung weist auf:
    ein piezoelektrisches Substrat, dessen eine Oberfläche eine negativ polarisierte Oberfläche ist, und dessen andere Oberfläche eine positive polarisierte Oberfläche ist; und
    ein Stützsubstrat, das mit der positive polarisierten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats durch direktes Verbinden verbunden ist.
  • In dem Kompositsubstrat ist die positive polarisierte Oberfläche des piezoelektrischen Substrats direkt mit einer Oberfläche des Stützsubstrats verbunden. Wenn man nun den Fall, dass die positiv polarisierte Oberfläche des piezoelektrischen Substrats dem direkten Verbindungsprozess unterzogen wird, mit dem Fall vergleicht, dass die negativ polarisierte Oberfläche dem direkten Verbindungsprozess unterzogen wird, ist die Oberflächenrauheit der ersteren besser als die Oberflächenrauheit der letzteren, wenn der Grad des Entfernens von der Oberfläche der piezoelektrischen Substrate identisch ist. Entsprechend ist die Bindungsstärke in dem ersten Fall höher als in dem letzteren Fall, wenn das Verbinden durch das direkte Verbindungsverfahren durchgeführt wird. Beispiele des direkten Verbindungsverfahrens enthalten eine Ionenstrahlbestrahlung, wie z. B. mit einem Edelgas (Argon etc.) und eine Bestrahlung mit einem Plasma oder einem neutralen Atomstrahl.
  • In dem Kompositsubstrat gemäß der vorliegenden Erfindung kann die negativ polarisierte Oberfläche des piezoelektrischen Substrats mit einer starken Säure geätzt werden, wobei die Ätzrate, mit der die negativ polarisierte Oberfläche mit der starken Säure geätzt wird, höher sein kann als die Ätzrate, mit der die positiv polarisierte Oberfläche mit der starken Säure geätzt wird, und die Ätzrate, mit der das Stützsubstrat mit der starken Säure geätzt wird, kann höher sein als die Ätzrate, mit der die negativ polarisierte Oberfläche mit der starken Säure geätzt wird. In dem Kompositsubstrat ist die positiv polarisierte Oberfläche des piezoelektrischen Substrats mit einer Oberfläche des Stützsubstrats verbunden, und deswegen ist die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats die negativ polarisierte Oberfläche, die mit der starken Säure mit einer höheren Rate geätzt wird. Entsprechend ist die Dauer, die zum Ätzen der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats mit der starken Säure um eine bestimmte Dicke benötigt wird, d. h., die Dauer, während der das ganze Kompositsubstrat in die starke Säure während des Ätzens eingetaucht wird, kürzer, als wenn die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats die positiv polarisierte Oberfläche wäre. Weil die Ätzrate für das Stützsubstrat höher als für die negativ polarisierte Oberfläche des piezoelektrischen Substrats ist, wird das Stützsubstrat auch geätzt, während das ganze Kompositsubstrat in die starke Säure eingetaucht ist. Weil jedoch die Dauer des Eintauchens in die starke Säure kürzer ist, als wenn die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats die positiv polarisierte Oberfläche wäre, wie oben beschrieben, kann ein Fortschreiten im Ätzen des Stützsubstrats in solch einem Maß verhindert werden, dass die Bindungsstärke nicht beeinträchtigt wird. Entsprechend kann in dem Kompositsubstrat die Bindungsstärke zwischen dem Stützsubstrat und dem piezoelektrischen Substrat ausreichend sichergestellt werden, selbst nachdem die piezoelektrische Substratoberfläche mit der starken Säure geätzt wird.
  • In dem Kompositsubstrat gemäß der vorliegenden Erfindung ist die starke Säure bevorzugt eine Fluorwasserstoffstickstoffsäure oder eine Fluorwasserstoffsäure. Die Verwendung einer Fluorwasserstoffstickstoffsäure oder einer Fluorwasserstoffsäure ermöglicht es, dass die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats (negativ polarisierte Oberfläche), mit einer relativ hohen Rate geätzt wird.
  • In dem Kompositsubstrat gemäß der vorliegenden Erfindung hat das Stützsubstrat bevorzugt einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der kleiner ist als der thermische Ausdehnungskoeffizient des piezoelektrischen Substrats. Auf diese Weise kann die Dimensionsvariation des piezoelektrischen Substrats aufgrund einer Variation in einer Temperatur reduziert werden und ein Variieren von Frequenzcharakteristiken aufgrund einer Variation in einer Temperatur der Akustischewelleneinrichtung kann unterdrückt werden, wenn das Kompositsubstrat verwendet wird, um eine Akustischewelleneinrichtung herzustellen.
  • In dem Kompositsubstrat gemäß der vorliegenden Erfindung ist das piezoelektrische Substrat bevorzugt ein Lithiumtantalat(LT)-Substrat oder ein Lithiumniobat(LN)-Substrat, und das Stützsubstrat ist bevorzugt ein Siliziumsubstrat oder ein Glassubstrat. Weil das LT-Substrat und das LN-Substrat einen großen Polarisationsvektor haben, ist es wahrscheinlich, dass die Ätzrate, mit der die positiv polarisierte Oberfläche mit der starken Säure geätzt wird, in großem Maße verschieden von einer Ätzrate ist, mit der die negativ polarisierte Oberfläche mit der starken Säure geätzt wird, und ein Anwenden der vorliegenden Erfindung ist signifikant. Zusätzlich ist ein Anwenden der vorliegenden Erfindung signifikant, weil das Siliziumsubstrat und das Glassubstrat mit der starken Säure mit einer höheren Rate geätzt werden als in dem Fall des LT-Substrats und des LN-Substrats, und der Grad des Fortschreitens im Ätzen muss durch Verringern der Dauer, während der jedes Substrat in die starke Säure eingetaucht ist, unterdrückt werden.
  • Ein Verfahren zum Herstellen eines Kompositsubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen Verbindungsschritt des Verbindens einer positiv polarisierten Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats, dessen eine Oberfläche eine negativ polarisierte Oberfläche ist und dessen andere Oberfläche eine positiv polarisierte Oberfläche ist, mit einer Oberfläche eines Stützsubstrats durch ein direktes Verbindungsverfahren, um das Kompositsubstrat zu produzieren.
  • In dem Verfahren zum Herstellen eines Kompositsubstrats ist die positiv polarisierte Oberfläche des piezoelektrischen Substrats direkt mit einer Oberfläche des Stützsubstrats verbunden. Wenn man nun den Fall, dass die positiv polarisierte Oberfläche des piezoelektrischen Substrats dem direkten Bindungsprozess unterworfen wird, mit dem Fall vergleicht, dass die negativ polarisierte Oberfläche dem direkten Verbindungsprozess unterworfen wird, ist die Oberflächenrauheit des ersteren besser als die Oberflächenrauheit des letzteren. Entsprechend ist die Bindungsstärke in dem ersten Fall höher als in dem letzteren Fall, wenn das Verbinden durch das direkte Verbindungsverfahren durchgeführt wird.
  • Das Verfahren zum Herstellen eines Kompositsubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner einen Schritt des Dünnmachens des Substrats durch Schleifen und Polieren der negativ polarisierten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats des Kompositsubstrats, das in dem Verbindungsschritt erhalten wurde, und einen Ätzschritt des Ätzens einer beeinflussten Schicht, die in der negativ polarisierten Oberfläche erzeugt wurde, mit einer starken Säure, in dem Schritt des Dünnmachens des Substrats enthalten. In dem piezoelektrischen Substrat und dem Stützsubstrat kann eine Ätzrate, mit der die negativ polarisierte Oberfläche mit der starken Säure geätzt wird, höher sein als eine Ätzrate, mit der die positiv polarisierte Oberfläche mit der starken Säure geätzt wird, und eine Ätzrate, mit der das Stützsubstrat mit der starken Säure geätzt wird, kann höher sein als die Ätzrate, mit der die negativ polarisierte Oberfläche mit der starken Säure geätzt wird. In dem Schritt des Dünnmachens des Substrats wird die beeinflusste Schicht (eine Schicht, in der die Qualität des Materials aufgrund des Schleifens und Polierens geändert wurde) in der negativ polarisierten Oberfläche erzeugt. In dem Ätzschritt wird die beeinflusste Schicht geätzt und mit der starken Säure entfernt. Zu dieser Zeit ist die Dauer, die zum Ätzen der beeinflussten Schicht, die in der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats erzeugt wurde, mit der starken Säure benötigt wird, d. h., die Dauer, während der das ganze Kompositsubstrat in die starke Säure während des Ätzens eingetaucht wird, kürzer, als wenn die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats die positiv polarisierte Oberfläche wäre. Weil die Ätzrate für das Stützsubstrat höher als die für die negativ polarisierte Oberfläche des piezoelektrischen Substrats ist, wird das Stützsubstrat auch geätzt, während das ganze Kompositsubstrat in die starke Säure eingetaucht ist. Weil jedoch die Dauer des Eintauchens in die starke Säure kürzer ist, als wenn die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats die positiv polarisierte Oberfläche wäre, wie oben beschrieben, kann ein Fortschreiten im Ätzen des Stützsubstrats in solch einem Maß verhindert werden, dass die Bindungsstärke nicht beeinflusst wird. Entsprechend kann in dem Kompositsubstrat die Bindungsstärke zwischen dem Stützsubstrat und dem piezoelektrischen Substrat ausreichend sichergestellt werden, selbst nachdem die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats mit der starken Säure geätzt wurde.
  • In dem Verfahren zum Herstellen eines Kompositsubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung wird Fluorwasserstoffstickstoffsäure oder Fluorwasserstoffsäure bevorzugt als die starke Säure verwendet. Die Verwendung von Fluorwasserstoffstickstoffsäure oder Fluorwasserstoffsäure ermöglicht es, dass die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats mit einer relativ hohen Rate geätzt wird.
  • In dem Verfahren zum Herstellen eines Kompositsubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Substrat mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der kleiner als ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des piezoelektrischen Substrats ist, bevorzugt als das Stützsubstrat vorbereitet. Auf diese Weise kann die Dimensionsvariation des piezoelektrischen Substrats aufgrund einer Variation in einer Temperatur reduziert werden, und ein Variieren einer Frequenzcharakteristik aufgrund einer Variation in einer Temperatur der Akustischewelleneinrichtung kann unterdrückt werden, wenn das Kompositsubstrat verwendet wird, um eine Akustischewelleneinrichtung herzustellen.
  • In dem Verfahren zum Herstellen eines Kompositsubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt ein LT-Substrat oder ein LN-Substrat als das piezoelektrische Substrat vorbereitet, und ein Siliziumsubstrat oder ein Glassubstrat wird bevorzugt als das Stützsubstrat vorbereitet. Weil das LT-Substrat und das LN-Substrat einen großen Polarisationsvektor haben, ist es wahrscheinlich, dass die Ätzrate, mit der die positiv polarisierte Oberfläche mit der starken Säure geätzt wird, in einem großen Ausmaß verschieden von der Ätzrate ist, mit der die negativ polarisierte Oberfläche mit der starken Säure geätzt wird, und eine Anwendung der vorliegenden Erfindung ist signifikant. Zusätzlich ist eine Anwendung der vorliegenden Erfindung signifikant, weil das Siliziumsubstrat und das Glassubstrat mit der starken Säure verglichen mit dem LT-Substrat und dem LN-Substrat mit einer höheren Rate geätzt werden, und sehr in die starke Säure für eine kürzere Zeit eingetaucht werden müssen, sodass der Grad des Fortschreitens in dem Ätzen unterdrückt wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Kompositsubstrats 10.
  • 2 ist eine erklärende Zeichnung eines Schnittwinkels eines Wafers, der aus dem piezoelektrischen Einkristall ausgeschnitten wird.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch Produktionsprozesse für das Kompositsubstrat 10 zeigt.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch Produktionsprozesse für das Kompositsubstrat 10 zeigt.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Ein-Anschluss-SAW-Resonators 30, der unter Verwendung des Kompositsubstrats 10 hergestellt wird.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Kompositsubstrats 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel.
  • In dem Kompositsubstrat 10 sind ein piezoelektrisches Substrat 12 und ein Stützsubstrat 14 durch direktes Verbinden verbunden. Ein beispielhaftes direktes Verbindungsverfahren ist es, zuerst die Verbindungsoberflächen der Substrate 12 und 14 zu reinigen, die Verbindungsoberflächen mit einem Ionenstrahl eines Edelgases, wie z. B. Argon, zu bestrahlen, um die Verbindungsoberflächen zu aktivieren, und dann die Substrate 12 und 14 zu verbinden.
  • Das piezoelektrische Substrat 12 ist ein Substrat, das eine akustische Oberflächenwelle (SAW) propagieren kann. Beispiele des Materials des piezoelektrischen Substrats 12 enthalten Lithiumtantalat (LT), Lithiumniobat (IN), einen Lithiumniobat-Lithiumtantalat-Festlösungseinkristall, Quarz, Lithiumborat, Zinkoxyd, Aluminiumnitrid, Langasit (LGS), und Langatat (LGT). Unter diesen ist LT oder IN bevorzugt. Der Grund ist, dass LT und IN für Akustischewelleneinrichtungen für hohe Frequenzen und Breitbandfrequenzen geeignet sind, weil LT und IN es ermöglichen, dass die SAW mit einer hohen Rate hindurch propagiert, und sie einen hohen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten haben. Die Dicke des piezoelektrischen Substrats 12 ist nicht besonders beschränkt und kann z. B. 0,2 bis 50 μm sein. Eine Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 ist eine negativ polarisierte Oberfläche 12a und die andere Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 ist eine positiv polarisierte Oberfläche 12b. Die Ätzrate, mit der die negativ polarisierte Oberfläche 12a mit einer starken Säure (z. B. Fluorwasserstoffstickstoffsäure oder Fluorwasserstoffsäure) geätzt wird, ist höher als die Ätzrate, mit der die positiv polarisierte Oberfläche 12b mit der starken Säure geätzt wird. Die positiv polarisierte Oberfläche 12b des piezoelektrischen Substrats 12 ist direkt mit dem Stützsubstrat 14 verbunden, und die negativ polarisierte Oberfläche 12a liegt außen. Die negativ polarisierte Oberfläche 12a des piezoelektrischen Substrats 12 wird mit der starken Säure geätzt.
  • Tabelle 1 zeigt die Rate, mit der verschiedene Typen von LT und IN mit Fluorwasserstoffstickstoffsäure bei 65°C geätzt werden. Für diese Substanzen ist die Ätzrate für die negativ polarisierte Oberfläche höher als für die positiv polarisierte Oberfläche. Der in Tabelle 1 gezeigte Schnittwinkel wird mit Bezug auf 2 beschrieben. 2(a) zeigt einen Zustand, bevor ein piezoelektrischer Einkristall in Wafer geschnitten wird, bei dem die X-Achse die Links-Rechts-Richtung repräsentiert, die Y-Achse die vertikale Richtung repräsentiert, und die Z-Achse eine Richtung senkrecht zu der Ebene der Figur repräsentiert. In dem piezoelektrischen Einkristall ist die Richtung einer spontanen Polarisation eine C-Achsen-Richtung, d. h., die Z-Richtung. Zum Beispiel repräsentiert „LT36°Y” in Tabelle 1 um 36° gedrehtes Y-geschnittenes LT und bedeutet, dass, wenn die Y-Achse und die Z-Achse um 36° in dieselbe Richtung um die X-Achse gedreht werden, um eine neue Y'-Achse und eine neue Z'-Achse zu erhalten, wie in 2(b) gezeigt, ein Wafer so geschnitten wird, dass die Y'-Achse mit der Senkrechten zu seiner oberen Oberfläche übereinstimmt. Die Richtung, in der die akustische Welle propagiert, ist die X-Achsen-Richtung. [Tabelle 1]
    Substrattyp Ätzrate mit Fluorwasserstoffstickstoffsäure bei 65°C (μm/Std.)
    positiv polarisierte Oberfläche negativ polarisierte Oberfläche
    LN36°Y 0,08 1,3
    LN45°Y 0,2 7,0
    IN Z 0,5 16,3
    LT36°Y 0,07 0,36
    LT40°Y 0,12 1,15
    LT42°Y 0,14 1,64
  • Das Stützsubstrat 14 hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der kleiner als der thermische Ausdehnungskoeffizient des piezoelektrischen Substrats 12 ist, und ist mit der hinteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 durch direktes Verbinden verbunden. Das Stützsubstrat 14 mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der kleiner als der thermische Ausdehnungskoeffizient des piezoelektrischen Substrats 12 ist, kann die Dimensionsvariation des piezoelektrischen Substrats 12 durch eine Variation in einer Temperatur reduzieren und ein Variieren von Frequenzcharakteristiken aufgrund einer Temperatur verhindern, wenn das Kompositsubstrat 10 als eine Akustischewelleneinrichtung verwendet wird. Das Stützsubstrat 14 ist aus einem Material gemacht, das mit der starken Säure mit einer höheren Rate (z. B. 10 bis 50 μm/Std.) geätzt wird, als der Ätzrate, mit der die negativ polarisierte Oberfläche 12a des piezoelektrischen Substrats 12 mit der starken Säure geätzt wird. Beispiele solch eines Materials des Stützsubstrats 14 enthalten Silizium und Glas (wie z. B. Borsilikatglas und Quarzglas). Die Dicke des Stützsubstrats 14 ist nicht besonders beschränkt und kann z. B. 200 bis 1200 μm sein.
  • Ein Verfahren zum Herstellen des Kompositsubstrats 10 wird nun unten mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben. 3 und 4 sind Schnittansichten und eine perspektivische Ansicht, die schematisch Produktionsprozesse für das Kompositsubstrat 10 zeigen.
  • Das piezoelektrische Substrat 12, das scheibenförmig ist und eine Orientierungsabflachung (Orientation Flat; OF) hat und das Stützsubstrat 14, das dieselbe Form wie das piezoelektrische Substrat 12 hat, werden zuerst vorbereitet (siehe 3(a) und 4(a)). Die Verbindungsoberflächen der Substrate 12 und 14 werden als nächstes gereinigt, um Verschmutzungen zu entfernen, die an den Verbindungsoberflächen haften. Hier ist die Verbindungsoberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 die positiv polarisierte Oberfläche 12b. Die Verbindungsoberflächen der Substrate 12 und 14 werden dann mit einem Ionenstrahl eines Edelgases, wie z. B. Argon, bestrahlt, um restliche Verunreinigungen (wie z. B. eine Oxidschicht und anhaftende Substanzen) zu entfernen, und die Verbindungsoberflächen zu aktivieren. Die Substrate 12 und 14 werden dann so positioniert, dass die OFs der Substrate 12 und 14 miteinander bei einer Raumtemperatur in einem Vakuum übereinstimmen, und dann werden die Substrate 12 und 14 miteinander verbunden (siehe 3(b) und 4(b)). Die negativ polarisierte Oberfläche 12a wird dadurch die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12. Die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 wird als nächstes geschliffen und auf eine vorbestimmte Dicke poliert, um das piezoelektrische Substrat 12 dünn zu machen (siehe 3(c) und 4(c)). Eine beeinflusste Schicht 12c wird in der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 nach dem Schleifen und Polieren erhalten. Die beeinflusste Schicht 12c ist eine Schicht, bei der die Qualität des Materials aufgrund des Schleifens und Polierens geändert wurde. Die ganzen verbundenen Substrate werden dann in die starke Säure eingetaucht, um die beeinflusste Schicht 12c des piezoelektrischen Substrats 12 durch Ätzen zu entfernen und das piezoelektrische Substrat 12 noch dünner zu machen, sodass das Kompositsubstrat 10 erhalten wird (siehe 3(d) und 4(d)).
  • Das so erhaltene Kompositsubstrat 10 wird dann in ein Aggregat einer Anzahl von Akustischeoberflächenwelleneinrichtungen unter Verwendung einer typischen photolithographischen Technik umgebildet und in einzelne Akustischeoberflächenwelleneinrichtungen durch Schneiden geschnitten. 5 zeigt den Zustand, in dem das Kompositsubstrat in eine Ansammlung von Ein-Anschluss-SAW-Resonatoren 30 gebildet ist, die Akustischeoberflächenwelleneinrichtungen sind. In jedem Ein-Anschluss-SAW-Resonator 30 werden interdigitale Transducer(IDT)-Elektroden 32 und 34 und reflektierende Elektroden 36 auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 unter Verwendung einer photolithographischen Technik gebildet.
  • In dem oben beschriebenen Kompositsubstrat 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die positiv polarisierte Oberfläche 12b des piezoelektrischen Substrats 12 direkt mit einer Oberfläche des Stützsubstrats 14 verbunden. Wenn man nun den Fall des Bestrahlens der positiv polarisierten Oberfläche 12b des piezoelektrischen Substrats mit dem Ionenstrahl mit dem Fall des Bestrahlens der negativ polarisierten Oberfläche 12a mit dem Ionenstrahl vergleicht, ist die Oberflächenrauheit der mit dem Ionenstrahl bestrahlten Oberfläche in dem ersten Fall besser als in dem letzteren Fall. Entsprechend ist die Bindungsstärke in dem ersten Fall höher als in dem letzteren Fall, wenn das Verbinden durch das direkte Verbindungsverfahren durchgeführt wird.
  • Zusätzlich ist die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 die negativ polarisierte Oberfläche 12a, die mit der starken Säure mit einer hohen Rate geätzt wird. Entsprechend ist die Dauer, die zum Ätzen der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats mit der starken Säure um eine bestimmte Dicke benötigt wird, d. h., die Dauer, während der das ganze Kompositsubstrat in die starke Säure während des Ätzens eingetaucht ist, kürzer, als wenn die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 die positiv polarisierte Oberfläche 12b wäre. Weil die Ätzrate für das Stützsubstrat höher als für die negativ polarisierte Oberfläche 12a des piezoelektrischen Substrats 12 ist, wird das Stützsubstrat auch geätzt, während das ganze Kompositsubstrat 10 in die starke Säure eingetaucht ist. Weil jedoch die Dauer des Eintauchens in die starke Säure kürzer ist, als wenn die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 die positiv polarisierte Oberfläche 12b wäre, wie oben beschrieben, kann ein Fortschreiten im Ätzen des Stützsubstrats 14 in solch einem Ausmaß verhindert werden, dass die Bindungsstärke nicht beeinflusst wird. Entsprechend kann in dem Kompositsubstrat 10 die Bindungsstärke zwischen dem Stützsubstrat 14 und dem piezoelektrischen Substrat 12 ausreichend sichergestellt werden, selbst nachdem die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 12 mit der starken Säure geätzt wurde.
  • Es soll bemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist, und es braucht nicht gesagt zu werden, dass die vorliegende Erfindung in verschiedenen Aspekten innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden kann.
  • Obwohl das piezoelektrische Substrat 12 mit den verschiedenen Typen von LT und LN, die in Tabelle 1 in dem obigen Ausführungsbeispiel gezeigt sind, dargestellt wurde, ermöglicht jedes piezoelektrische Substrat denselben zu erreichenden Effekt wie in dem obigen Ausführungsbeispiel, vorausgesetzt, dass die Ätzrate, mit der die negativ polarisierte Oberfläche des piezoelektrischen Substrats mit der starken Säure geätzt wird, höher ist als die Ätzrate, mit der die positiv polarisierte Oberfläche des piezoelektrischen Substrats mit der starken Säure geätzt wird. Zusätzlich ermöglicht jedes Substrat denselben zu erreichenden Effekt wie das obige Ausführungsbeispiel, vorausgesetzt, dass die Ätzrate, mit der das Substrat mit der starken Säure geätzt wird, höher ist, als die Ätzrate, mit der die negativ polarisierte Oberfläche des piezoelektrischen Substrats mit der starken Säure geätzt wird, auch wenn Silizium und Glas als Beispiele für das Stützsubstrat 14 angegeben sind.
  • Obwohl das piezoelektrische Substrat 12 und das Stützsubstrat 14 durch direktes Verbinden unter Verwendung eines Ionenstrahls in dem obigen Ausführungsbeispiel verbunden werden, kann ein Verfahren des Verwendens eines Plasmastrahls oder eines neutralen Atomstrahls stattdessen anstelle des Verfahrens, das einen Ionenstrahl verwendet, verwendet werden.
  • Die japanische nicht geprüfte Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-186938 offenbart, dass IDT-Elektroden auf der negativ polarisierten Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats in einer Akustischewelleneinrichtung mit einer hinteren Elektrode auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats gegenüber der Oberfläche, auf der die IDT-Elektroden gebildet sind, gebildet sind, um eine Korrosion der Elektroden aufgrund des Effekts einer lokalen Zelle zwischen der hinteren Elektrode und den IDT-Elektroden zu verhindern. Diese Publikation beschreibt jedoch nicht das Verwenden eines Kompositsubstrats für die Akustischewelleneinrichtung, ein Verbinden eines piezoelektrischen Substrats und eines Stützsubstrats durch ein direktes Verbindungsverfahren mit einem Ionenstrahl, oder ein Entfernen der beeinflussten Schicht auf der piezoelektrischen Substratoberfläche durch Ätzen unter Verwendung einer starken Säure. Aus diesem Grund sind darin weder ein Problem des Anwachsens der Bindungsstärke des Kompositsubstrats noch ein Problem des Trennens der Verbindungsgrenzen des Kompositsubstrats aufgrund des Ätzens unter Verwendung einer starken Säure enthalten, und natürlich ist eine Technik, um diese Probleme zu lösen, nicht darin enthalten. Deswegen kann die vorliegende Erfindung nicht einfach durch einen Fachmann basierend auf dieser Publikation ersonnen werden.
  • BEISPIELE
  • [BEISPIEL 1]
  • Als das piezoelektrische Substrat wurde ein 42° Y-geschnittenes LT Substrat (mit einer Dicke von 250 μm) vorbereitet, in der die Richtung der Propagation der akustischen Welle die X-Achsenrichtung war, und die Y-Achse und die Z-Achse waren um 42° um die X-Achse gedreht. Ein Si (111) Substrat (eine Dicke von 230 μm) wurde als das Stützsubstrat vorbereitet. Diese beiden Substrate wurden in eine Vakuumkammer bei 2 × 10–6 (Pa) platziert, und die positiv polarisierte Oberfläche des piezoelektrischen Substrats und eine Oberfläche des Stützsubstrats wurden mit einem Argonstrahl für 60 Sekunden bestrahlt. Nach der Bestrahlung wurden die bestrahlten Oberflächen der Substrate in Kontakt miteinander gebracht, und die Substrate wurden mit 2000 kg gepresst und durch direktes Verbinden verbunden. Eine AFM-Messung offenbarte, dass die arithmetische Durchschnittsrauheit Ra der positiv polarisierten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats, die mit dem Argonstrahl unter den gleichen Bedingungen wie oben bestrahlt wurde, 0,3 nm war (gemessen wurde eine 10 μm2 große Fläche). Der Grad des Entfernens aus der positiv polarisierte Oberfläche war zu dieser Zeit 1 nm. Der verbundene Körper wurde aus der Vakuumkammer entfernt und das piezoelektrische Substrat wurde auf 30 μm geschliffen. Das piezoelektrische Substrat wurde dann auf 25 μm mit einer Zinnoberflächenplatte poliert, während ein Diamantschlamm (Teilchendurchmesser von 1 μm) eingeträufelt wurde. Das piezoelektrische Substrat wurde ferner auf 20 μm mit einem Urethankissen poliert, während kolloidale Kieselsäure (Teilchendurchmesser von 20 nm) eingeträufelt wurde. Als ein Ergebnis der Bindungsstärke des verbundenen Körpers nach dem Polieren, die durch ein Bruchöffnungsverfahren evaluiert wurde, wurde eine Oberflächenenergie von 1,8 J/cm2 erhalten. Der verbundene Körper nach dem Polieren wurde dann in Fluorwasserstoffstickstoffsäure bei 65°C für eine Minute eingetaucht, um die beeinflusste Schicht auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats durch Ätzen zu entfernen, sodass das Kompositsubstrat erhalten wurde. Zu dieser Zeit war der Grad des Ätzens 20 nm, die Oberflächenrauheit Ra nach dem Ätzen war 0,3 nm, und die Länge der Trennung der Verbindungsgrenzen nach dem Ätzen war 0,1 mm (Länge der Trennung, die sich von dem äußeren Umfang der Verbindungsoberflächen hin zu dem Substratzentrum erstreckt, siehe 3(d)).
  • [VERGLEICHSBEISPIEL 1]
  • In Beispiel 1 wurden die negativ polarisierte Oberfläche des piezoelektrischen Substrats und eine Oberfläche des Stützsubstrats direkt verbunden. Eine AFM-Messung offenbarte, dass die arithmetische durchschnittliche Rauheit Ra der negativ polarisierten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats, das mit dem Argonstrahl bestrahl wurde, 0,5 nm war (gemessene Fläche war 10 μm2). Der Grad des Entfernens aus der negativ polarisierten Oberfläche war zu dieser Zeit 1 nm. Als ein Ergebnis der Bindungsstärke des verbundenen Körpers nach dem Polieren wurde durch das Bruchöffnungsverfahren eine Oberflächenenergie von 1,5 J/cm2 erhalten. Ein Kompositsubstrat wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, außer dass der verbundene Körper in Fluorwasserstoffstickstoffsäure für 10 Minuten eingetaucht wurde, um die beeinflusste Schicht zu entfernen, nachdem die positiv polarisierte Oberfläche des piezoelektrischen Substrats geschliffen und poliert wurde. Zu dieser Zeit war der Grad des Ätzens 23 nm, die Oberflächenrauheit Ra nach dem Ätzen war 0,5 nm, und die Länge der Trennung der Verbindungsgrenzen nach dem Ätzen war 0,5 mm.
  • In Beispiel 1 war die Bindungsstärke zwischen dem piezoelektrischen Substrat und dem Stützsubstrat verglichen mit dem Vergleichsbeispiel 1 erhöht. Zusätzlich war die Ätzzeit zum Entfernen der im Wesentlichen gleichen Menge der beeinflussten Schicht auf ein Zehntel von der des Vergleichsbeispiels 1 reduziert. Entsprechend war in Beispiel 1 die Menge, um die das Stützsubstrat beim Ätzen geätzt wurde, reduziert und die Trennung der Verbindungsgrenzen war auf ein Fünftel von der des Vergleichsbeispiels 1 reduziert.
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-154505 , die am 25. Juli 2013 eingereicht wurde, und deren gesamte Inhalte hierin durch Inbezugnahme einbezogen werden.
  • Es ist nicht nötig, zu erwähnen, dass die obigen Beispiele die vorliegende Erfindung nicht auf irgendeine Weise beschränken.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung kann auf eine Akustischewelleneinrichtung wie z. B. einen SAW-Filter angewendet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Kompositsubstrat
    12
    piezoelektrisches Substrat
    12a
    negativ polarisierte Oberfläche
    12b
    positiv polarisierte Oberfläche
    12c
    beeinflusste Schicht
    14
    Stützsubstrat
    30
    Ein-Anschluss-SAW-Resonatoren
    32, 34
    IDT-Elektrode
    36
    reflektierende Elektrode

Claims (10)

  1. Kompositsubstrat mit: einem piezoelektrischen Substrat, dessen eine Oberfläche eine negativ polarisierte Oberfläche ist, und dessen andere Oberfläche eine positiv polarisierte Oberfläche ist; und einem Stützsubstrat, das mit der positiv polarisierten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats durch direktes Verbinden verbunden ist.
  2. Kompositsubstrat nach Anspruch 1, wobei die negativ polarisierte Oberfläche des piezoelektrischen Substrats mit einer starken Säure geätzt wird, und wobei eine Ätzrate, mit der die negativ polarisierte Oberfläche mit der starken Säure geätzt wird, höher ist als eine Ätzrate, mit der die positiv polarisierte Oberfläche mit der starken Säure geätzt wird, und eine Ätzrate, mit der das Stützsubstrat mit der starken Säure geätzt wird, höher ist als eine Ätzrate, mit der die negativ polarisierte Oberfläche mit der starken Säure geätzt wird.
  3. Kompositsubstrat nach Anspruch 2, wobei die starke Säure Fluorwasserstoffstickstoffsäure oder Fluorwasserstoffsäure ist.
  4. Kompositsubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Stützsubstrat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der kleiner als ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des piezoelektrischen Substrats ist.
  5. Kompositsubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das piezoelektrische Substrat ein Lithiumtantalatsubstrat oder ein Lithiumniobatsubstrat ist, und das Stützsubstrat ein Siliziumsubstrat oder ein Glassubstrat ist.
  6. Verfahren zum Herstellen eines Kompositsubstrats mit einem Verbindungsschritt des Verbindens einer positiv polarisierten Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats, dessen eine Oberfläche eine negativ polarisierte Oberfläche ist und dessen andere Oberfläche die positiv polarisierte Oberfläche ist, mit einer Oberfläche eines Stützsubstrats durch ein direktes Verbindungsverfahren, um das Kompositsubstrat zu produzieren.
  7. Verfahren zum Herstellen eines Kompositsubstrats nach Anspruch 6, ferner mit: einem Schritt des Dünnmachens des Substrats durch Schleifen und Polieren der negativ polarisierten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats des Kompositsubstrats, das in dem Verbindungsschritt erhalten wurde; und einem Ätzschritt des Ätzens einer beeinflussten Schicht, die in der negativ polarisierten Oberfläche in dem Schritt des Dünnmachens des Substrats erzeugt wurde, mit einer starken Säure, wobei in dem piezoelektrischen Substrat und dem Stützsubstrat eine Ätzrate, mit der die negativ polarisierte Oberfläche mit der starken Säure geätzt wird, höher ist als eine Ätzrate, mit der die positiv polarisierte Oberfläche mit der starken Säure geätzt wird, und eine Ätzrate, mit der das Stützsubstrat mit der starken Säure geätzt wird, höher ist als die Ätzrate, mit der die negativ polarisierte Oberfläche mit der starken Säure geätzt wird.
  8. Verfahren zum Herstellen eines Kompositsubstrats nach Anspruch 7, wobei Fluorwasserstoffstickstoffsäure oder Fluorwasserstoffsäure als die starke Säure verwendet wird.
  9. Verfahren zum Herstellen eines Kompositsubstrats nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei ein Substrat mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der kleiner als ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des piezoelektrischen Substrats ist, als das Stützsubstrat verwendet wird.
  10. Verfahren zum Herstellen eines Kompositsubstrats nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei ein Lithiumtantalatsubstrat oder ein Lithiumniobatsubstrat als das piezoelektrische Substrat vorbereitet wird und ein Siliziumsubstrat oder ein Glassubstrat als das Stützsubstrat verwendet wird.
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