JP2019193242A - Composite substrate for surface acoustic wave device and manufacturing method thereof - Google Patents

Composite substrate for surface acoustic wave device and manufacturing method thereof Download PDF

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直明 北川
Naoaki Kitagawa
直明 北川
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Abstract

To provide a composite substrate for a surface acoustic wave device that can increase the frequency of the surface acoustic wave device, and also can improve a problem in which the frequency characteristics fluctuate due to temperature changes, and to provide a manufacturing method thereof.SOLUTION: A composite substrate includes a piezoelectric thin substrate 1, a support substrate 2 having a smaller coefficient of thermal expansion than the piezoelectric thin substrate, and an SiC thin film layer 3 formed on one main surface of the support substrate, and the SiC thin film and the piezoelectric thin substrate are joined directly, and the thickness of the thin piezoelectric thin substrate is reduced to 100 nm to less than 1000 nm by thinning the piezoelectric substrate by ion implantation. A surface acoustic wave device manufactured by using the composite substrate has a high propagation speed and a high frequency because surface acoustic waves propagate through the SiC thin film, and a good frequency temperature characteristic is realized since the expansion can be suppressed due to the action of the support substrate with a small coefficient of thermal expansion.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、表面弾性波素子用複合基板とその製造方法に係り、特に、表面弾性波素子の高周波数化が図れると共に、周波数特性が温度変化によりシフト（変動）する課題も改善できる表面弾性波素子用複合基板とその製造方法に関する。   The present invention relates to a composite substrate for a surface acoustic wave element and a method for manufacturing the same, and in particular, a surface acoustic wave that can increase the frequency of the surface acoustic wave element and can also improve the problem of frequency characteristics shifting (fluctuating) due to temperature changes. The present invention relates to a composite substrate for an element and a manufacturing method thereof.

通信分野におけるキーデバイスの一つとして、表面弾性波素子［Surface Acoustic Wave Device］（以下、ＳＡＷデバイスと略記する場合がある）がある。ＳＡＷデバイスとは、圧電材料を利用し、高周波信号を表面弾性波に変換し、再度高周波信号に変換する過程で特定の周波数が選び出される現象を利用した素子である。そして、従来、高周波帯域で使用されてきた誘電体フィルタやセラミックフィルタ等に較べて周波数特性の急峻さや波形設計が可能なこと、表面実装が容易なこと、小型・軽量という特性を活かし、携帯電話、スマートフォンに代表される移動体通信機器や、その他、各種センサ、タッチパネル等の通信機器に急速に採用されてきている。特に、近年携帯電話等の小型・高周波機器の爆発的進展に伴って、その需要が大幅に拡大しつつある。   One of key devices in the communication field is a surface acoustic wave device (hereinafter sometimes abbreviated as a SAW device). A SAW device is an element that utilizes a phenomenon in which a specific frequency is selected in the process of using a piezoelectric material, converting a high-frequency signal into a surface acoustic wave, and then converting it into a high-frequency signal again. Mobile phones can take advantage of the sharpness of frequency characteristics and waveform design compared to dielectric filters and ceramic filters that have been used in the high frequency band, the ease of surface mounting, and the small size and light weight. It has been rapidly adopted in mobile communication devices represented by smartphones and other communication devices such as various sensors and touch panels. In particular, with the explosive progress of small-sized and high-frequency devices such as mobile phones in recent years, the demand has been greatly expanded.

このＳＡＷデバイスとしては、基板上に、表面弾性波の伝搬媒体としての圧電体層と、一対の櫛歯状電極［ＩＤＴ：Interdigital Transducer］（以下、ＩＤＴ、ＩＤＴ電極、若しくは電極と呼ぶ場合がある）を順次積層して構成されたものが知られている。通常、上記ＩＤＴ電極は、圧電体層上に金属材料層を形成した後、該金属材料層に対しエッチングを施すことにより形成される。   As this SAW device, a piezoelectric layer as a surface acoustic wave propagation medium and a pair of comb-like electrodes [IDT: Interdigital Transducer] (hereinafter referred to as IDT, IDT electrode, or electrode) may be provided on a substrate. ) Are sequentially laminated. Usually, the IDT electrode is formed by forming a metal material layer on the piezoelectric layer and then etching the metal material layer.

この表面弾性波素子においては、入力用のＩＤＴに電気信号（交流電力）が供給されると、これによる電場により圧電体層に歪が生じる。そして、上記電極が櫛歯型形状であるため、圧電体層に密度の差が生じて表面弾性波が発生する。この表面弾性波は出力用ＩＤＴに伝搬され、この表面弾性波のエネルギーは出力用ＩＤＴによって電気的エネルギーに変換されて出力される。   In this surface acoustic wave element, when an electric signal (alternating current power) is supplied to the input IDT, a distortion occurs in the piezoelectric layer due to the electric field generated thereby. And since the said electrode is a comb-tooth shape, a difference in density arises in a piezoelectric material layer, and a surface acoustic wave generate | occur | produces. The surface acoustic wave is propagated to the output IDT, and the energy of the surface acoustic wave is converted into electrical energy by the output IDT and output.

上記表面弾性波素子が有する透過帯域の中心周波数ｆ０は、櫛歯状電極の間隔λ０ と圧電体層表面上の弾性波の伝搬速度Ｖとから、
ｆ０ ＝Ｖ／λ０
で与えられる。 The center frequency f 0 of the transmission band of the surface acoustic wave element is calculated from the interval λ 0 between the comb-like electrodes and the propagation velocity V of the elastic wave on the surface of the piezoelectric layer.
f 0 = V / λ 0
Given in.

しかし、２．５ＧＨｚ以上で良好に動作する表面弾性波素子を作製することは困難である。透過帯域の中心周波数ｆ０を上昇させるためには、上記関係式から明らかなように櫛歯状電極の間隔λ０を小さくするか、表面弾性波の伝搬速度Ｖを増加させるかのいずれかを行えばよいが、λ０はフォトリソグラフィ等の加工技術により著しく制限を受ける。現在の量産レベルでは櫛歯状電極の幅は０．４μｍ程度で、櫛歯状電極の間隔λ０は１．６μｍ程度となり、最近ＳＡＷデバイスによく使用されるタンタル酸リチウム基板（ＬＴと略記する場合がある）の伝搬速度３８００ｍ／ｓでは２４００ＭＨｚが限度である。従って、高周波数帯域で動作する表面弾性波素子を得るには、伝搬速度Ｖを大きくすることが必要となる。 However, it is difficult to produce a surface acoustic wave device that operates well at 2.5 GHz or higher. In order to increase the center frequency f 0 of the transmission band, as is clear from the above relational expression, either the interval λ 0 of the comb-like electrodes is reduced or the propagation velocity V of the surface acoustic wave is increased. However, λ 0 is significantly limited by a processing technique such as photolithography. At the current mass production level, the width of the comb-like electrodes is about 0.4 μm, and the interval λ 0 of the comb-like electrodes is about 1.6 μm. 2400 MHz is the limit at a propagation speed of 3800 m / s. Therefore, in order to obtain a surface acoustic wave element that operates in a high frequency band, it is necessary to increase the propagation velocity V.

尚、高周波用のデバイスとして、圧電材料に例えばＡｌＮを用いた圧電薄膜共振子ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）が検討されている。しかし、圧電薄膜共振子ＦＢＡＲは製造工程が複雑で高価なため、一部の機器にしか利用されていない。   As a high-frequency device, a piezoelectric thin film resonator FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) using, for example, AlN as a piezoelectric material has been studied. However, since the piezoelectric thin film resonator FBAR is complicated and expensive, it is used only for some devices.

そこで、高周波数帯域で動作する表面弾性波素子の検討が重ねられている。例えば、ダイヤモンド結晶は１８０００ｍ／ｓと非常に大きい音速を有しているため、この高音速特性を利用した表面弾性波素子の研究開発（特許文献１〜２参照）が進められている。そして、非特許文献１においては、シリコン基板上に多結晶ダイヤモンド結晶を形成した後、櫛歯状電極および酸化亜鉛層を形成した表面弾性波素子の製造が紹介されている。非特許文献１においては、製造された表面弾性波素子が１００００ｍ／ｓ以上の音速と十分に高い励振効率を有していると開示している。   Therefore, studies on surface acoustic wave elements operating in a high frequency band have been repeated. For example, since a diamond crystal has a very large sound velocity of 18000 m / s, research and development of a surface acoustic wave device using this high sound velocity characteristic (see Patent Documents 1 and 2) is in progress. Non-Patent Document 1 introduces the production of a surface acoustic wave element in which a comb-like electrode and a zinc oxide layer are formed after a polycrystalline diamond crystal is formed on a silicon substrate. Non-Patent Document 1 discloses that the manufactured surface acoustic wave element has a sound velocity of 10,000 m / s or more and sufficiently high excitation efficiency.

一方、この種の表面弾性波素子においては、温度変化により圧電基板（圧電体層）が伸縮するため周波数特性がシフト（変動）するという別な課題も存在している。   On the other hand, in this type of surface acoustic wave device, there is another problem that the frequency characteristics shift (fluctuate) because the piezoelectric substrate (piezoelectric layer) expands and contracts due to temperature changes.

この温度特性を改善するため、特許文献３では、ＩＤＴ電極が形成された圧電基板と、該圧電基板よりも熱膨張係数が小さくかつ圧電基板よりも厚みが大きい補助基板（ガラス、シリコン）を直接接合させた複合基板が提案され、特許文献４には、圧電基板と剛体板（サファイア、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、シリコン、炭化珪素、窒化珪素）が直接または接着層を介し接合された複合圧電基板が開示されている。   In order to improve this temperature characteristic, in Patent Document 3, a piezoelectric substrate on which an IDT electrode is formed and an auxiliary substrate (glass, silicon) having a smaller thermal expansion coefficient and a larger thickness than the piezoelectric substrate are directly used. A bonded composite substrate is proposed, and Patent Document 4 discloses a composite piezoelectric substrate in which a piezoelectric substrate and a rigid plate (sapphire, aluminum oxide, aluminum nitride, silicon, silicon carbide, silicon nitride) are bonded directly or via an adhesive layer. Is disclosed.

圧電基板に補助基板や剛体板が接合されることで、圧電基板の伸縮が抑制されるため温度特性を改善できる。そして、圧電基板と補助基板等の熱膨張係数の差を大きくする程、温度特性の改善効果は大きい。しかし、熱膨張係数が異なる圧電基板と補助基板等を直接接合させた複合基板（ウェハ）は、表面弾性波素子製造工程中の熱処理等温度変化により反ってしまったり、直接接合された基板同士が剥がれたりすることがあるため、プロセス温度を経る表面弾性波素子の製造過程でパターニングの精度が悪化し、自動ハンドリングが困難となる問題があった。この事態は、圧電基板と補助基板等の熱膨張係数の差が大きい程、また、複合基板（ウェハ）サイズが大きい程、ウェハの反りが大きくなり、直接接合させた基板同士が剥がれ易いという傾向を有していた。そして、複合基板（ウェハ）の反りが許容値を超えたり、直接接合させた基板同士が剥がれたりした場合、複合基板（ウェハ）を製造工程に流すことができなくなるという問題を有していた。   By joining an auxiliary substrate or a rigid plate to the piezoelectric substrate, expansion and contraction of the piezoelectric substrate is suppressed, so that temperature characteristics can be improved. The effect of improving the temperature characteristics is greater as the difference between the thermal expansion coefficients of the piezoelectric substrate and the auxiliary substrate is increased. However, a composite substrate (wafer) in which a piezoelectric substrate having a different thermal expansion coefficient and an auxiliary substrate or the like are directly bonded is warped due to a temperature change such as heat treatment during the surface acoustic wave element manufacturing process, or the directly bonded substrates are Since peeling may occur, patterning accuracy deteriorates in the manufacturing process of the surface acoustic wave device that passes through the process temperature, and automatic handling becomes difficult. This is because the warpage of the wafer increases as the difference in thermal expansion coefficient between the piezoelectric substrate and the auxiliary substrate increases, and as the size of the composite substrate (wafer) increases, and the directly bonded substrates tend to peel off. Had. When the warpage of the composite substrate (wafer) exceeds an allowable value or the directly bonded substrates are peeled off, the composite substrate (wafer) cannot be flowed to the manufacturing process.

そこで、特許文献５は、圧電基板と該圧電基板よりも熱膨張係数が小さい支持基板（特許文献３の補助基板および特許文献４の剛体板に対応する）を貼り合わせた複合基板であって、該支持基板は、同じ材料で作られた第１基板と第２基板とがブレードで剥離可能な強度で直接接合により接合され、第１基板のうち上記第２基板との接合面とは反対側の面で上記圧電基板と貼り合わされた複合基板を開示している。この複合基板においては、温度変化に応じて発生する複合基板の反りが小さく抑えられると共に、表面弾性波素子を作製した後は、ブレードで第１基板から第２基板を剥がして除去すれば支持基板の厚さを簡単に薄くでき、デバイスの薄型化要請に対応できる利点を有している。   Therefore, Patent Document 5 is a composite substrate in which a piezoelectric substrate and a support substrate (corresponding to the auxiliary substrate of Patent Document 3 and the rigid plate of Patent Document 4) having a smaller thermal expansion coefficient than the piezoelectric substrate are bonded together, The supporting substrate is bonded to the first substrate made of the same material and the second substrate by direct bonding with a strength capable of being peeled off by a blade, and the first substrate is opposite to the bonding surface with the second substrate. On the other hand, a composite substrate bonded to the piezoelectric substrate is disclosed. In this composite substrate, warpage of the composite substrate that occurs in response to a temperature change is suppressed, and after the surface acoustic wave element is manufactured, the second substrate is removed from the first substrate with a blade, and then the support substrate is removed. The thickness of the device can be easily reduced, and there is an advantage that it is possible to meet the demand for thinner devices.

そして、特許文献３〜５の方法により、周波数特性が温度変化によりシフト（変動）する問題には対応可能になったが、高周波数帯域で動作する表面弾性波素子を得るための信号伝搬速度を向上させる機能について特許文献３〜５は何ら考慮がなされていない。   The methods of Patent Documents 3 to 5 have made it possible to cope with the problem of frequency characteristics shifting (fluctuating) due to temperature changes. However, the signal propagation speed for obtaining a surface acoustic wave device operating in a high frequency band can be increased. Patent Documents 3 to 5 do not give any consideration to the function to be improved.

特開平９−０５１２４８号公報（段落００５３−００５５参照）JP-A-9-051248 (see paragraphs 0053-0055) 特開平６−２６８４６３号公報（段落００３１−００３４参照）JP-A-6-268463 (see paragraphs 0031-0034) 特開平１１−５５０７０号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-55070 特開２０１１−２１１３３１号公報（請求項１〜４、段落００３２、００４４参照）JP 2011-211131 A (refer to claims 1-4, paragraphs 0032 and 0044) ＷＯ２０１４／１２９４３２号公報WO2014 / 129432 特開２００２−９４３５５号公報（段落００１７、００３１参照）JP 2002-94355 A (see paragraphs 0017 and 0031) 特願２０１８−１５４０６６号明細書（請求項１、段落００９６−００９７参照）Japanese Patent Application No. 2018-154066 (see claim 1, paragraphs 0096-0097) 特表２００２−５３４８８６号公報（請求項１〜７、段落００１９−００２２参照）Japanese translation of PCT publication No. 2002-534886 (see claims 1 to 7, paragraphs 0019-0022) 特開２０１０−１０９９４９号公報（請求項１参照）JP 2010-109949 A (refer to claim 1)

第６回ダイヤモンドシンポジウム（平成４年１１月２６〜２７日）講演予稿集の９０〜９１ページ：P21「ＺｎＯ／多結晶ダイヤモンド構造の表面弾性波と高周波フィルターヘの応用」90th-91th pages of the 6th Diamond Symposium (November 26-27, 1992) Preliminary Proceedings: P21 “Surface Elastic Waves of ZnO / Polycrystalline Diamond Structure and Application to High Frequency Filters”

通信機器の分野では、利用周波数帯資源の枯渇により、より一層の高周波数化が指向されてきており、表面弾性波素子においても更なる高周波数化の技術が求められている。表面弾性波素子を高周波数化するため、これまでは主に電極寸法を微小化する方法が行われてきたが、周波数を決定する電極間隔の微小化は、現在のリソグラフィ技術では上述したように限界に近づきつつある。また、電極寸法の微小化によって周波数を上昇できても、電極の細線化や電極間隔の微細化は素子構造自体を壊れ易くしパワー特性を得ることができないという問題を生じさせている。   In the field of communication equipment, further increase in frequency has been aimed at due to depletion of available frequency band resources, and technology for further increase in frequency is also required for surface acoustic wave devices. In order to increase the frequency of the surface acoustic wave device, the method of miniaturizing the electrode size has been mainly used so far. However, the miniaturization of the electrode interval for determining the frequency is as described above in the current lithography technology. The limit is approaching. Further, even if the frequency can be increased by miniaturizing the electrode dimensions, the thinning of the electrodes and the miniaturization of the electrode spacing cause a problem that the element structure itself is easily broken and power characteristics cannot be obtained.

そこで、表面弾性波を高速に伝達する素子として、特許文献１においては、シリコン基板上にマイクロ波プラズマＣＶＤ法によりダイヤモンド薄膜を成膜し、該ダイヤモンド薄膜表面を研磨して平坦化し、かつ、平坦化されたダイヤモンド薄膜表面にスパッタリング法により圧電体（ＺｎＯ）膜を堆積させた後、該圧電体膜上に櫛歯状電極（金属アルミニウム）を形成した表面弾性波素子が開示され、また、特許文献２においては、シリコン基板上に酸素−アセチレン炎バーナーによる燃焼炎法によりダイヤモンド膜を形成し、該ダイヤモンド膜上に櫛歯状電極（金属アルミニウム）を形成した後、高周波マグネトロンスパッタリング法により圧電体（ＺｎＯ）層を成膜した表面弾性波素子が開示されている。   Therefore, as an element for transmitting surface acoustic waves at high speed, in Patent Document 1, a diamond thin film is formed on a silicon substrate by a microwave plasma CVD method, and the surface of the diamond thin film is polished and flattened. A surface acoustic wave device is disclosed, in which a piezoelectric (ZnO) film is deposited on a surface of a thin diamond film by sputtering, and then a comb-like electrode (metal aluminum) is formed on the piezoelectric film. In Document 2, a diamond film is formed on a silicon substrate by a combustion flame method using an oxygen-acetylene flame burner, a comb-like electrode (metal aluminum) is formed on the diamond film, and then a piezoelectric material is formed by a high-frequency magnetron sputtering method. A surface acoustic wave device having a (ZnO) layer formed thereon is disclosed.

しかし、ＣＶＤ法やスパッタリング法等の成膜法によりダイヤモンド薄膜上に形成された圧電体（ＺｎＯ）層の膜質は良好でなく、十分な電気機械結合係数が得られないという問題が指摘されている（特許文献６の段落００１７参照）。   However, the film quality of the piezoelectric (ZnO) layer formed on the diamond thin film by a film forming method such as CVD or sputtering is not good, and there is a problem that a sufficient electromechanical coupling coefficient cannot be obtained. (See paragraph 0017 of Patent Document 6).

この問題を解決するため、特許文献６では、圧電体層（圧電体バルク単結晶）の第１の主面上に形成された電気−機械変換電極と、圧電体層の第２の主面上に形成されたダイヤモンド層と、該ダイヤモンド層と接着材を介して接着された支持基板を具備する表面弾性波素子を提案している。   In order to solve this problem, Patent Document 6 discloses an electro-mechanical conversion electrode formed on a first main surface of a piezoelectric layer (piezoelectric bulk single crystal) and a second main surface of the piezoelectric layer. A surface acoustic wave device is proposed that includes a diamond layer formed on the substrate and a support substrate bonded to the diamond layer via an adhesive.

しかし、特許文献６の段落００３１に記載されているように、マイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いて圧電体バルク単結晶基板（圧電体層）上に多結晶ダイヤモンド層を形成するときの基板（圧電体バルク単結晶基板）温度を８５０℃にして成膜がなされており、基板温度が急上昇や急降下すれば、圧電体バルク単結晶基板（圧電体層）の焦電性により圧電体バルク単結晶基板が破壊されてしまったり、マイクロ波パワーや基板加熱により圧電体バルク単結晶基板が変質して圧電体特性が低下してしまう別の問題を有していた。例えば、タンタル酸リチウム基板を用いた場合、キュリー温度が６５０℃であるため、タンタル酸リチウム基板上に多結晶ダイヤモンド層を成膜した後に圧電性がなくなり、ＳＡＷデバイスとしての機能を得られなくなってしまう問題が存在した。更に、特許文献６においては、上記ダイヤモンド層と支持基板（シリコン基板、ガラス基板、セラミック基板等）とを接着材（エポキシ型樹脂接着剤、半田合金等）を用いて接合（接着）させているため、接着材が熱で軟化し、応力で動いたりし、冷熱サイクル試験では一部に剥離が見られる等信頼性に欠けるという問題も有していた。   However, as described in paragraph 0031 of Patent Document 6, a substrate (piezoelectric body) when a polycrystalline diamond layer is formed on a piezoelectric bulk single crystal substrate (piezoelectric layer) using a microwave plasma CVD method. The bulk single crystal substrate) is formed at a temperature of 850 ° C., and if the substrate temperature rapidly rises or falls, the piezoelectric bulk single crystal substrate is formed by the pyroelectric property of the piezoelectric bulk single crystal substrate (piezoelectric layer). There has been another problem that the piezoelectric bulk single crystal substrate is altered by the microwave power or the substrate heating and the piezoelectric properties are deteriorated. For example, when a lithium tantalate substrate is used, since the Curie temperature is 650 ° C., the piezoelectricity is lost after the polycrystalline diamond layer is formed on the lithium tantalate substrate, and the function as the SAW device cannot be obtained. There was a problem. Further, in Patent Document 6, the diamond layer and a support substrate (silicon substrate, glass substrate, ceramic substrate, etc.) are joined (adhered) using an adhesive (epoxy resin adhesive, solder alloy, etc.). For this reason, the adhesive material softens with heat and moves with stress, and there is also a problem that the reliability is lacking, such as peeling in part in the thermal cycle test.

このような問題に対処するため、本発明者は、バルク結晶で構成された圧電基板を用い、該圧電基板よりも小さい熱膨張係数を持つ支持基板上に多結晶ダイヤモンド薄膜層を形成すると共に、圧電基板と多結晶ダイヤモンド薄膜層を直接接合させた表面弾性波素子用複合基板とその製造方法を既に提案している（特許文献７参照）。   In order to cope with such a problem, the present inventor uses a piezoelectric substrate composed of a bulk crystal, forms a polycrystalline diamond thin film layer on a support substrate having a smaller thermal expansion coefficient than the piezoelectric substrate, A composite substrate for a surface acoustic wave device in which a piezoelectric substrate and a polycrystalline diamond thin film layer are directly bonded and a manufacturing method thereof have already been proposed (see Patent Document 7).

すなわち、この表面弾性波素子用複合基板は、バルク結晶で構成された圧電基板と、該圧電基板よりも小さい熱膨張係数を持つ支持基板と、該支持基板の一方の主面上に成膜された多結晶ダイヤモンド薄膜層を備え、該多結晶ダイヤモンド薄膜層と上記圧電基板が直接接合されると共に、直接接合された圧電基板の非接合面を研磨して薄膜化することで得られるものであった。   That is, the surface acoustic wave element composite substrate is formed on a piezoelectric substrate made of a bulk crystal, a support substrate having a smaller thermal expansion coefficient than the piezoelectric substrate, and one main surface of the support substrate. The polycrystalline diamond thin film layer is directly bonded to the polycrystalline diamond thin film layer, and the non-bonded surface of the directly bonded piezoelectric substrate is polished to form a thin film. It was.

この表面弾性波素子用複合基板を用いた表面弾性波素子においては、圧電基板よりも小さい熱膨張係数を持つ支持基板の一方の主面上に形成された多結晶ダイヤモンド薄膜層を表面弾性波が伝搬することになるため極めて高い伝搬速度を実現することが可能となり、かつ、圧電基板よりも小さい熱膨張係数を持つ支持基板が適用されているため温度変化により周波数特性がシフト（変動）する課題も改善され、更に、ＣＶＤやスパッタリング等で成膜された特許文献１〜２の圧電体層に較べてバルク結晶で構成された上記圧電基板は膜質が良好で、かつ、圧電基板と多結晶ダイヤモンド薄膜層は常温接合法により直接接合されていることから特許文献６に記載された圧電基板の破壊や圧電体特性の劣化も起こらない顕著な効果を有するものであった。   In the surface acoustic wave device using the composite substrate for surface acoustic wave device, the surface acoustic wave is applied to the polycrystalline diamond thin film layer formed on one main surface of the support substrate having a smaller thermal expansion coefficient than the piezoelectric substrate. It is possible to achieve a very high propagation speed because it propagates, and the problem is that the frequency characteristics shift (fluctuate) due to temperature changes because a support substrate with a smaller thermal expansion coefficient than the piezoelectric substrate is applied. In addition, the piezoelectric substrate composed of bulk crystals compared to the piezoelectric layers of Patent Documents 1 and 2 formed by CVD, sputtering, etc. has good film quality, and the piezoelectric substrate and polycrystalline diamond Since the thin film layer is directly bonded by a room temperature bonding method, the thin film layer has a remarkable effect that does not cause destruction of the piezoelectric substrate and deterioration of the piezoelectric characteristics described in Patent Document 6. Was Tsu.

但し、多結晶ダイヤモンド薄膜層を構成要素とする表面弾性波素子用複合基板においては、酸素−アセチレン炎バーナーによる燃焼炎法を用いた特許文献２に記載されているように多結晶ダイヤモンド薄膜層の成長速度が遅いため（特許文献２の段落００３２に厚さ約２０μｍの多結晶ダイヤモンド層を形成するのに４時間を要する旨記載されている）生産性に劣る欠点があった。また、エネルギーの高いマイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いた特許文献１においても多結晶ダイヤモンド層の成膜時間が長くなり、エネルギーの低い熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法等一般的なＣＶＤ法を用いた場合には成膜時間が更に長くなる欠点を有している。因みに、上記表面弾性波素子用複合基板の製造方法が記載された特許文献７では、マイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いて厚さ５．０μｍの多結晶ダイヤモンド薄膜層を形成する場合、成膜時間は１８０分であると記載されている。   However, in the composite substrate for a surface acoustic wave device having a polycrystalline diamond thin film layer as a constituent element, as described in Patent Document 2 using a combustion flame method using an oxygen-acetylene flame burner, the polycrystalline diamond thin film layer Since the growth rate is slow (described in paragraph 0032 of Patent Document 2 that it takes 4 hours to form a polycrystalline diamond layer having a thickness of about 20 μm), there is a disadvantage of poor productivity. Also, in Patent Document 1 using a high-energy microwave plasma CVD method, the film formation time of the polycrystalline diamond layer becomes long, and a general CVD method such as a low-energy thermal CVD method or plasma CVD method is used. Has a disadvantage that the film formation time is further increased. Incidentally, in Patent Document 7 that describes a method for manufacturing a composite substrate for a surface acoustic wave element, when a polycrystalline diamond thin film layer having a thickness of 5.0 μm is formed using a microwave plasma CVD method, the film formation time is It is described as 180 minutes.

更に、本発明者が提案した上記表面弾性波素子用複合基板においては、バルク結晶で構成された圧電基板の非接合面を研磨法により薄膜化しているため、若干、生産性に劣り、生産コストを考慮した場合、研磨法で薄膜化する圧電基板の厚さは１２μｍ〜２５μｍ（特許文献７の実施例１〜２参照）程度となっている。このため、研磨法による圧電基板の薄膜化には生産コストと技術的な限界が存在し、表面弾性波素子の伝搬速度と周波数温度特性を向上させるためには更なる改善の余地を有していた。   Furthermore, in the composite substrate for a surface acoustic wave device proposed by the present inventor, the non-bonding surface of the piezoelectric substrate composed of bulk crystals is thinned by a polishing method, so that the productivity is slightly inferior. In consideration of the above, the thickness of the piezoelectric substrate thinned by the polishing method is about 12 μm to 25 μm (see Examples 1 and 2 of Patent Document 7). For this reason, there are production costs and technical limitations in thinning the piezoelectric substrate by the polishing method, and there is room for further improvement in order to improve the propagation speed and frequency temperature characteristics of the surface acoustic wave device. It was.

本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、生産性の改善が図れ、かつ、表面弾性波素子の伝搬速度と周波数温度特性も更に改善できる表面弾性波素子用複合基板とその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made paying attention to such problems, and the problem is that surface elasticity can improve productivity and can further improve the propagation speed and frequency-temperature characteristics of the surface acoustic wave device. The object is to provide a composite substrate for a wave element and a method for manufacturing the same.

上記課題を解決するため、本発明者は、特許文献１〜２で適用されている多結晶ダイヤモンドに代えて、修正モース硬度が１３でかつ熱膨張係数が上記支持基板（補助基板や剛体板）の熱膨張係数に近いＳｉＣ（炭化珪素）の適用を試みたところ、多結晶ダイヤモンド薄膜層が適用された場合と同様、表面弾性波の伝搬速度を効率的に大きくしかつ周波数温度特性も改善できることが確認された。   In order to solve the above problems, the present inventor replaced the polycrystalline diamond applied in Patent Documents 1 and 2 with a modified Mohs hardness of 13 and a thermal expansion coefficient of the support substrate (auxiliary substrate or rigid plate). Attempts to apply SiC (silicon carbide) with a thermal expansion coefficient close to that of the polycrystalline silicon thin film layer, as in the case where a polycrystalline diamond thin film layer is applied, can effectively increase the propagation velocity of surface acoustic waves and improve frequency temperature characteristics. Was confirmed.

更に、本発明者は、従前の研磨法を用いた圧電基板の薄膜化に代えて特許文献８〜９に記載された「イオン注入法」の採用を試みた。すなわち、特許文献８には、分子結合剤（ＳｉＯ2等）層を介し接合されたキャリア基板（ガラス、サファイア、シリコン等）と圧電材料の薄層とで構成される表面弾性波デバイスとその製造方法が開示され、「イオン注入法」により圧電材料の薄層（厚さ約１μｍ〜３０μｍ）を形成して表面弾性波デバイスが製造されている。具体的に説明すると、特許文献８に記載された製造方法は、圧電材料の一主面から水素イオンを注入して圧電材料内にイオン注入層を形成する工程と、圧電材料の一主面上に分子結合剤（ＳｉＯ2等）層をスパッタリングにより堆積させる工程と、該分子結合剤（ＳｉＯ2等）層を介し圧電材料とキャリア基板（シリコン等）を接合する工程と、圧電材料とキャリア基板との接合体を熱処理し、該接合体から圧電材料を部分的に剥離させて圧電材料の薄層を形成する工程を具備することを特徴とし、また、「イオン注入法」を採用した特許文献９に記載された圧電デバイスの製造方法は、上記圧電材料とキャリア基板との接合体を「減圧雰囲気下」で熱処理して大気圧雰囲気下で加熱する場合よりも低温で剥離を行い、圧電材料の薄層を形成するものであった。 Furthermore, the present inventor tried to adopt the “ion implantation method” described in Patent Documents 8 to 9 instead of thinning the piezoelectric substrate using a conventional polishing method. That is, Patent Document 8 discloses a surface acoustic wave device including a carrier substrate (glass, sapphire, silicon, etc.) bonded via a molecular binder (SiO 2 or the like) layer and a thin layer of piezoelectric material, and its manufacture. A method is disclosed, and a surface acoustic wave device is manufactured by forming a thin layer (thickness of about 1 μm to 30 μm) of a piezoelectric material by an “ion implantation method”. Specifically, the manufacturing method described in Patent Document 8 includes a step of implanting hydrogen ions from one main surface of the piezoelectric material to form an ion implantation layer in the piezoelectric material, and bonding molecular bonding agent depositing by sputtering (SiO 2 or the like) layer, molecular binder piezoelectric material and the carrier substrate via the (SiO 2, etc.) layer (such as silicon), the piezoelectric material and the carrier substrate And a process of forming a thin layer of the piezoelectric material by partially peeling the piezoelectric material from the bonded body, and employing an “ion implantation method” The method for manufacturing a piezoelectric device described in 9 is characterized in that the bonded body of the piezoelectric material and the carrier substrate is heat-treated in a “reduced pressure atmosphere” and peeled off at a lower temperature than when heated in an atmospheric pressure atmosphere. Form a thin layer of It was something.

そこで、成長（成膜）速度の遅い多結晶ダイヤモンド薄膜層に代えてＳｉＣ薄膜層を適用し、かつ、上記ＳｉＣ薄膜層と直接接合された圧電基板を「イオン注入法」により薄膜化した（薄膜化された圧電基板を、以下、「圧電薄基板」と称する）ところ、生産コストを大きく上昇させることなくＳｉＣ薄膜層と直接接合された圧電基板の厚さを１μｍ（１０００ｎｍ）未満に設定できると共に、圧電基板の薄膜化（１０００ｎｍ未満）に伴い表面弾性波素子の伝搬速度と周波数温度特性が大きく改善されることを見出すに至った。本発明はこのような技術的発見により完成されている。   Therefore, an SiC thin film layer was applied instead of the polycrystalline diamond thin film layer having a slow growth (film formation) speed, and the piezoelectric substrate directly bonded to the SiC thin film layer was thinned by the “ion implantation method” (thin film However, the thickness of the piezoelectric substrate directly bonded to the SiC thin film layer can be set to less than 1 μm (1000 nm) without greatly increasing the production cost. The inventors have found that the propagation speed and frequency temperature characteristics of the surface acoustic wave device are greatly improved as the piezoelectric substrate becomes thinner (less than 1000 nm). The present invention has been completed by such technical discovery.

すなわち、本発明に係る第１の発明は、
圧電薄基板と、
該圧電薄基板よりも小さい熱膨張係数を持つ支持基板と、
該支持基板の一方の主面上に形成されたＳｉＣ薄膜層を具備する表面弾性波素子用複合基板において、
上記ＳｉＣ薄膜層と圧電薄基板が直接接合され、かつ、該圧電薄基板の厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満であることを特徴とし、
第２の発明は、
圧電薄基板と、
該圧電薄基板よりも小さい熱膨張係数を持つ支持基板と、
該支持基板の一方の主面上に形成されたＳｉＣ薄膜層を具備する表面弾性波素子用複合基板において、
上記ＳｉＣ薄膜層と圧電薄基板が金属薄膜を介し直接接合され、かつ、該圧電薄基板の厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満であることを特徴とするものである。 That is, the first invention according to the present invention is:
A piezoelectric thin substrate;
A support substrate having a smaller coefficient of thermal expansion than the piezoelectric thin substrate;
In a composite substrate for a surface acoustic wave device comprising a SiC thin film layer formed on one main surface of the support substrate,
The SiC thin film layer and the piezoelectric thin substrate are directly joined, and the thickness of the piezoelectric thin substrate is 100 nm or more and less than 1000 nm,
The second invention is
A piezoelectric thin substrate;
A support substrate having a smaller coefficient of thermal expansion than the piezoelectric thin substrate;
In a composite substrate for a surface acoustic wave device comprising a SiC thin film layer formed on one main surface of the support substrate,
The SiC thin film layer and the piezoelectric thin substrate are directly bonded via a metal thin film, and the thickness of the piezoelectric thin substrate is 100 nm or more and less than 1000 nm.

また、本発明に係る第３の発明は、
第２の発明に記載の表面弾性波素子用複合基板において、
上記金属薄膜がチタン膜またはクロム膜であることを特徴とし、
第４の発明は、
第１の発明〜第３の発明のいずれかに記載の表面弾性波素子用複合基板において、
上記支持基板が、シリコン、サファイア、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化タンタル、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化バナジウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ハフニウム、炭化ホウ素、炭化タンタル、炭化チタン、炭化タングステン、炭化ジルコニウム、炭化バナジウム、ホウ化チタン、ホウ化ハフニウム、ホウ化ランタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化バナジウム、ホウ珪酸ガラス、石英ガラスから選択される１種で構成されることを特徴とし、
第５の発明は、
第１の発明〜第３の発明のいずれかに記載の表面弾性波素子用複合基板において、
圧電薄基板が、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶、水晶、ホウ酸リチウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、ランガサイト、ランガテイトから選択される１種以上のバルク結晶で構成されることを特徴とするものである。 Further, the third invention according to the present invention is
In the composite substrate for a surface acoustic wave device according to the second invention,
The metal thin film is a titanium film or a chromium film,
The fourth invention is:
In the composite substrate for a surface acoustic wave device according to any one of the first to third inventions,
The support substrate is silicon, sapphire, aluminum nitride, silicon nitride, tantalum nitride, titanium nitride, zirconium nitride, vanadium nitride, aluminum oxide, zirconium oxide, silicon oxide, titanium oxide, hafnium oxide, boron carbide, tantalum carbide, titanium carbide It is composed of one selected from tungsten carbide, zirconium carbide, vanadium carbide, titanium boride, hafnium boride, lanthanum boride, zirconium boride, vanadium boride, borosilicate glass, and quartz glass. ,
The fifth invention is:
In the composite substrate for a surface acoustic wave device according to any one of the first to third inventions,
One or more kinds of bulk crystals in which the piezoelectric thin substrate is selected from lithium tantalate, lithium niobate, lithium niobate-lithium tantalate solid solution, crystal, lithium borate, zinc oxide, aluminum nitride, langasite, and langate It is characterized by comprising.

次に、本発明に係る第６の発明は、
圧電薄基板と、
該圧電薄基板よりも小さい熱膨張係数を持つ支持基板と、
該支持基板の一方の主面上に形成されたＳｉＣ薄膜層を具備する表面弾性波素子用複合基板の製造方法において、
上記圧電薄基板形成用の圧電基板における一方の主面から該圧電基板内に水素イオンを注入して、該圧電基板における水素イオンが注入された側の上記主面から所定深さの領域にイオン注入層を形成する工程と、
上記支持基板の一方の主面上にＳｉＣ薄膜層を形成する工程と、
支持基板上に形成された上記ＳｉＣ薄膜層と、上記圧電基板における水素イオンが注入された側の主面を表面活性化常温接合法により直接接合して接合体を形成する工程と、
上記接合体を熱処理し、上記圧電基板のイオン注入層を剥離面にして上記接合体から圧電基板本体を剥離し、厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満の上記圧電薄基板を形成する工程と、
上記圧電基板本体が剥離された接合体における圧電薄基板の表面を研磨する工程、
を具備することを特徴とし、
第７の発明は、
第６の発明に記載の表面弾性波素子用複合基板の製造方法であって、
上記支持基板上に形成されたＳｉＣ薄膜層と上記圧電基板における水素イオンが注入された側の主面を表面活性化常温接合法により直接接合して接合体を形成する工程において、
金属薄膜を介して、上記ＳｉＣ薄膜層と上記圧電基板における水素イオンが注入された側の主面を直接接合することを特徴とし、
第８の発明は、
第６の発明に記載の表面弾性波素子用複合基板の製造方法であって、
上記支持基板の一方の主面上にＳｉＣ薄膜層を形成する工程において、
上記ＳｉＣ薄膜層をプラズマＣＶＤ法あるいは熱ＣＶＤ法により成膜することを特徴とし、
第９の発明は、
第６の発明または第８の発明に記載の表面弾性波素子用複合基板の製造方法において、
上記支持基板の一方の主面上に形成されたＳｉＣ薄膜層表面を研磨することを特徴とし、
第１０の発明は、
第６の発明に記載の表面弾性波素子用複合基板の製造方法であって、
上記圧電基板本体が剥離された接合体における圧電薄基板の表面を研磨する工程において、
研磨前の圧電薄基板より薄くなるまで、および／または、研磨前の圧電薄基板より表面が平坦になるまで研磨することを特徴とする。 Next, a sixth invention according to the present invention includes:
A piezoelectric thin substrate;
A support substrate having a smaller coefficient of thermal expansion than the piezoelectric thin substrate;
In the method of manufacturing a composite substrate for a surface acoustic wave device comprising an SiC thin film layer formed on one main surface of the support substrate,
Hydrogen ions are implanted into the piezoelectric substrate from one main surface in the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate, and ions are injected into a region at a predetermined depth from the main surface on the side where the hydrogen ions are implanted in the piezoelectric substrate. Forming an injection layer;
Forming a SiC thin film layer on one main surface of the support substrate;
A step of directly bonding the SiC thin film layer formed on the support substrate and a main surface of the piezoelectric substrate on which hydrogen ions are implanted by a surface activated room temperature bonding method to form a bonded body;
Heat treating the bonded body, peeling the piezoelectric substrate body from the bonded body with the ion-implanted layer of the piezoelectric substrate as a release surface, and forming the piezoelectric thin substrate having a thickness of 100 nm or more and less than 1000 nm;
Polishing the surface of the piezoelectric thin substrate in the bonded body from which the piezoelectric substrate body has been peeled;
It is characterized by comprising,
The seventh invention
A method for manufacturing a composite substrate for a surface acoustic wave device according to a sixth invention,
In the step of directly joining the SiC thin film layer formed on the support substrate and the main surface of the piezoelectric substrate on which hydrogen ions have been implanted by a surface activated room temperature bonding method to form a joined body,
The SiC thin film layer and the main surface on the side where hydrogen ions are implanted in the piezoelectric substrate are directly bonded via a metal thin film,
The eighth invention
A method for manufacturing a composite substrate for a surface acoustic wave device according to a sixth invention,
In the step of forming the SiC thin film layer on one main surface of the support substrate,
The SiC thin film layer is formed by a plasma CVD method or a thermal CVD method,
The ninth invention
In the method of manufacturing a composite substrate for a surface acoustic wave device according to the sixth invention or the eighth invention,
The SiC thin film layer surface formed on one main surface of the support substrate is polished,
The tenth invention is
A method for manufacturing a composite substrate for a surface acoustic wave device according to a sixth invention,
In the step of polishing the surface of the piezoelectric thin substrate in the joined body from which the piezoelectric substrate body has been peeled off,
Polishing is performed until the surface becomes thinner than the piezoelectric thin substrate before polishing and / or until the surface becomes flatter than the piezoelectric thin substrate before polishing.

また、第１１の発明は、
第６の発明に記載の表面弾性波素子用複合基板の製造方法であって、
上記支持基板上に形成されたＳｉＣ薄膜層と上記圧電基板における水素イオンが注入された側の主面を表面活性化常温接合法により直接接合して接合体を形成する工程において、
接合前の上記ＳｉＣ薄膜層と圧電基板の各接合面を洗浄し、各接合面へイオンビームを照射して残留不純物を除去し活性化した後、真空中、常温で直接接合することを特徴とし、
第１２の発明は、
第７の発明に記載の表面弾性波素子用複合基板の製造方法であって、
上記金属薄膜を介して、上記ＳｉＣ薄膜層と圧電基板における水素イオンが注入された側の主面を直接接合する工程において、
接合前の上記ＳｉＣ薄膜層と圧電基板の各接合面を洗浄し、各接合面へイオンビームを照射して残留不純物を除去しかつ活性化し、更にＳｉＣ薄膜層と圧電基板の少なくとも一方の接合面上に金属薄膜を成膜した後、真空中、常温で直接接合することを特徴とし、
第１３の発明は、
第１２の発明に記載の表面弾性波素子用複合基板の製造方法において、
上記金属薄膜が、膜厚５〜１０ｎｍのチタン膜またはクロム膜であることを特徴とするものである。 The eleventh invention
A method for manufacturing a composite substrate for a surface acoustic wave device according to a sixth invention,
In the step of directly joining the SiC thin film layer formed on the support substrate and the main surface of the piezoelectric substrate on which hydrogen ions have been implanted by a surface activated room temperature bonding method to form a joined body,
Before bonding, the bonding surfaces of the SiC thin film layer and the piezoelectric substrate are washed, ion beams are irradiated to the bonding surfaces to remove residual impurities and activate, and then bonded directly at room temperature in vacuum. ,
The twelfth invention
A method for manufacturing a composite substrate for a surface acoustic wave device according to the seventh invention,
In the step of directly joining the SiC thin film layer and the main surface of the piezoelectric substrate on which hydrogen ions are implanted through the metal thin film,
Prior to bonding, the bonding surfaces of the SiC thin film layer and the piezoelectric substrate are cleaned, and ion beams are irradiated to the bonding surfaces to remove and activate residual impurities. Further, at least one bonding surface of the SiC thin film layer and the piezoelectric substrate After depositing a metal thin film on top, it is characterized by direct bonding at room temperature in vacuum,
The thirteenth invention
In the method for manufacturing a composite substrate for a surface acoustic wave device according to the twelfth invention,
The metal thin film is a titanium film or a chromium film having a thickness of 5 to 10 nm.

本発明に係る表面弾性波素子用複合基板は、
圧電薄基板と、該圧電薄基板よりも小さい熱膨張係数を持つ支持基板と、該支持基板の一方の主面上に形成されたＳｉＣ薄膜層を具備し、
上記ＳｉＣ薄膜層と圧電薄基板が直接接合され、かつ、該圧電薄基板の厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満であることを特徴とする。 A composite substrate for a surface acoustic wave device according to the present invention comprises:
A piezoelectric thin substrate, a support substrate having a smaller thermal expansion coefficient than the piezoelectric thin substrate, and an SiC thin film layer formed on one main surface of the support substrate,
The SiC thin film layer and the piezoelectric thin substrate are directly bonded, and the thickness of the piezoelectric thin substrate is 100 nm or more and less than 1000 nm.

そして、本発明に係る表面弾性波素子用複合基板を用いた表面弾性波素子においては、圧電薄基板よりも小さい熱膨張係数を持つ支持基板の一方の主面上に形成されたＳｉＣ薄膜層と直接接合された上記圧電薄基板の厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満と極めて薄いため、該圧電薄基板がＳｉＣ薄膜層の影響を顕著に受けてＳｉＣ薄膜層の硬度に限りなく近づき、かつ、ＳｉＣ薄膜層を表面弾性波が伝搬することになるため従前より高い伝搬速度を実現することが可能となる。   In the surface acoustic wave device using the composite substrate for surface acoustic wave devices according to the present invention, an SiC thin film layer formed on one main surface of the support substrate having a smaller thermal expansion coefficient than the piezoelectric thin substrate; Since the thickness of the piezoelectric thin substrate directly bonded is as extremely thin as 100 nm or more and less than 1000 nm, the piezoelectric thin substrate is significantly affected by the SiC thin film layer and approaches the hardness of the SiC thin film layer as much as possible. Since surface acoustic waves propagate through the layers, it is possible to realize a higher propagation speed than before.

また、本発明に係る表面弾性波素子用複合基板においては、特許文献１〜２で適用されかつ圧電薄基板や支持基板の熱膨張係数に較べて明らかに小さい熱膨張係数を持つ多結晶ダイヤモンド層に代えて、上記圧電薄基板の熱膨張係数よりは小さいが支持基板の熱膨張係数に近いＳｉＣ（炭化珪素）薄膜層が適用されているため、熱膨張係数に起因した複合基板の反りや剥離が起こり難く、かつ、上記表面弾性波素子用複合基板を用いた表面弾性波素子においては、温度変化により周波数特性がシフト（変動）することもなく良好な周波数温度特性を具備させることが可能となる。   In the composite substrate for a surface acoustic wave device according to the present invention, a polycrystalline diamond layer that is applied in Patent Documents 1 and 2 and has a thermal expansion coefficient that is clearly smaller than that of a piezoelectric thin substrate or a support substrate. Instead, since a SiC (silicon carbide) thin film layer that is smaller than the thermal expansion coefficient of the piezoelectric thin substrate but close to the thermal expansion coefficient of the support substrate is applied, warping or peeling of the composite substrate due to the thermal expansion coefficient In a surface acoustic wave device using the above composite substrate for surface acoustic wave devices, it is possible to have good frequency temperature characteristics without shifting (fluctuating) the frequency characteristics due to temperature changes. Become.

更に、本発明に係る表面弾性波素子用複合基板は、バルク結晶で構成された圧電薄基板形成用の圧電基板と、該圧電基板よりも小さい熱膨張係数を持つ支持基板の一方の主面上に形成されたＳｉＣ薄膜層とを常温接合し、かつ、上記圧電基板を「イオン注入法」により薄膜化して圧電薄基板とし得られている。従って、ＣＶＤ法やスパッタリング法等で成膜された特許文献１〜２の圧電体層に較べて上記圧電薄基板は膜質が良好で、かつ、圧電薄基板とＳｉＣ薄膜層は常温接合されることから特許文献６に記載されている圧電基板の破壊や圧電体特性の劣化が起こることもない。   Furthermore, a composite substrate for a surface acoustic wave device according to the present invention is provided on one main surface of a piezoelectric substrate for forming a piezoelectric thin substrate composed of a bulk crystal and a support substrate having a smaller thermal expansion coefficient than the piezoelectric substrate. The SiC thin film layer formed on the substrate is bonded at room temperature, and the piezoelectric substrate is thinned by an “ion implantation method” to obtain a piezoelectric thin substrate. Therefore, the piezoelectric thin substrate has better film quality than the piezoelectric layers of Patent Documents 1 and 2 formed by CVD or sputtering, and the piezoelectric thin substrate and the SiC thin film layer are bonded at room temperature. Therefore, the destruction of the piezoelectric substrate and the deterioration of the piezoelectric characteristics described in Patent Document 6 do not occur.

本発明の第一実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板を用いた表面弾性波素子の構成説明図。The structure explanatory view of the surface acoustic wave device using the composite substrate for surface acoustic wave devices according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第二実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板を用いた表面弾性波素子の構成説明図。Structure explanatory drawing of the surface acoustic wave element using the composite substrate for surface acoustic wave elements which concerns on 2nd embodiment of this invention. 図３（Ａ）〜（Ｃ）は上記第一実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板の製造工程を示す説明図。FIGS. 3A to 3C are explanatory views showing manufacturing steps of the surface acoustic wave element composite substrate according to the first embodiment. プラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows schematic structure of a plasma CVD apparatus. 実施例１に係る表面弾性波素子用複合基板の接合面におけるＴＥＭ撮像図。FIG. 3 is a TEM image taken at the bonding surface of the surface acoustic wave device composite substrate according to the first embodiment.

以下、本発明の第一実施形態および第二実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板とその製造方法について詳細に説明する。   Hereinafter, the composite substrate for a surface acoustic wave device according to the first embodiment and the second embodiment of the present invention and the manufacturing method thereof will be described in detail.

１．表面弾性波素子用複合基板
（Ａ）本発明の第一実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板
本発明の第一実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板は、図１に示すように、圧電薄基板１と、該圧電薄基板１よりも小さい熱膨張係数を持つ支持基板２と、該支持基板２の一方の主面上に形成されたＳｉＣ薄膜層３を具備し、上記ＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１が直接接合され、かつ、該圧電薄基板１の厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満であることを特徴とし、また、第一実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板を用いて構成される表面弾性波素子は、上記圧電薄基板１の非接合面に櫛歯状電極４が形成されて成るものである。 1. Surface acoustic wave element composite substrate (A) Surface acoustic wave element composite substrate according to the first embodiment of the present invention The surface acoustic wave element composite substrate according to the first embodiment of the present invention is as shown in FIG. A piezoelectric thin substrate 1, a support substrate 2 having a smaller thermal expansion coefficient than the piezoelectric thin substrate 1, and a SiC thin film layer 3 formed on one main surface of the support substrate 2. The layer 3 and the piezoelectric thin substrate 1 are directly bonded, and the thickness of the piezoelectric thin substrate 1 is 100 nm or more and less than 1000 nm, and the composite substrate for a surface acoustic wave element according to the first embodiment is provided. The surface acoustic wave device configured by using the piezoelectric thin substrate 1 is formed by forming comb-like electrodes 4 on the non-joint surface of the piezoelectric thin substrate 1.

（Ｂ）本発明の第二実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板
本発明の第二実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板は、図２に示すように、圧電薄基板１と、該圧電薄基板１よりも小さい熱膨張係数を持つ支持基板２と、該支持基板２の一方の主面上に形成されたＳｉＣ薄膜層３を具備し、上記ＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１が金属薄膜５を介し直接接合され、かつ、該圧電薄基板１の厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満であることを特徴とし、また、第二実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板を用いて構成される表面弾性波素子は、上記圧電薄基板１の非接合面に櫛歯状電極４が形成されて成るものである。 (B) Composite substrate for surface acoustic wave device according to second embodiment of the present invention As shown in FIG. 2, the composite substrate for surface acoustic wave device according to the second embodiment of the present invention includes a piezoelectric thin substrate 1, A support substrate 2 having a smaller thermal expansion coefficient than the piezoelectric thin substrate 1 and an SiC thin film layer 3 formed on one main surface of the support substrate 2 are provided. The SiC thin film layer 3 and the piezoelectric thin substrate 1 are provided. Is directly bonded through the metal thin film 5, and the thickness of the piezoelectric thin substrate 1 is 100 nm or more and less than 1000 nm, and the composite substrate for a surface acoustic wave device according to the second embodiment is used. The constructed surface acoustic wave element is formed by forming comb-like electrodes 4 on the non-joint surface of the piezoelectric thin substrate 1.

以下、（１）圧電薄基板、（２）支持基板、（３）ＳｉＣ薄膜層、（４）金属薄膜、（５）表面弾性波素子用複合基板、および、（６）表面弾性波素子の順に説明する。   Hereinafter, (1) piezoelectric thin substrate, (2) support substrate, (3) SiC thin film layer, (4) metal thin film, (5) surface acoustic wave element composite substrate, and (6) surface acoustic wave element in this order. explain.

（１）圧電薄基板
本発明に係る圧電薄基板は弾性波が伝搬可能な基板であり、本発明に係る表面弾性波素子用複合基板に用いられる圧電薄基板としては、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶、水晶、ホウ酸リチウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、ランガサイト、ランガテイトから選択される１種以上のバルク結晶であることが好ましく、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムがより好ましい。タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムは表面弾性波の伝搬速度が速く、電気機械結合係数が大きいため高周数かつ広帯域周波数の表面弾性波デバイス用として適しているからである。圧電薄基板１は、支持基板２の一方の主面上に形成されたＳｉＣ薄膜層３と直接接合されて第一実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板を構成する。 (1) Piezoelectric thin substrate The piezoelectric thin substrate according to the present invention is a substrate capable of propagating acoustic waves. Examples of the piezoelectric thin substrate used in the composite substrate for a surface acoustic wave device according to the present invention include lithium tantalate and niobic acid. Preferably, it is at least one bulk crystal selected from lithium, lithium niobate-lithium tantalate solid solution single crystal, crystal, lithium borate, zinc oxide, aluminum nitride, langasite, langate, lithium tantalate or niobium More preferred is lithium acid. This is because lithium tantalate and lithium niobate have a high surface acoustic wave propagation speed and a large electromechanical coupling coefficient, and therefore are suitable for use in surface acoustic wave devices having a high frequency and a wide band frequency. The piezoelectric thin substrate 1 is directly bonded to the SiC thin film layer 3 formed on one main surface of the support substrate 2 to constitute the surface acoustic wave element composite substrate according to the first embodiment.

ところで、上記圧電薄基板１は、圧電薄基板形成用の圧電基板を「イオン注入法」により薄膜化して厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満の薄膜として形成される。   By the way, the piezoelectric thin substrate 1 is formed as a thin film having a thickness of 100 nm or more and less than 1000 nm by thinning a piezoelectric substrate for forming a piezoelectric thin substrate by an “ion implantation method”.

すなわち、圧電薄基板形成用の圧電基板における一方の主面から該圧電基板内に水素イオンを注入して該圧電基板の水素イオンが注入された側の上記主面から所定深さの領域にイオン注入層を形成し、該圧電基板の水素イオンが注入された側の主面と支持基板上に形成されたＳｉＣ薄膜層とを表面活性化常温接合法により直接接合して接合体を形成し、次いで、該接合体を熱処理し、上記圧電基板のイオン注入層を剥離面にして接合体から圧電基板本体を剥離することにより、厚さ１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満に薄膜化された圧電薄基板１が形成される。   That is, hydrogen ions are injected into the piezoelectric substrate from one main surface of the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate, and ions are injected into a region at a predetermined depth from the main surface on the side where the hydrogen ions of the piezoelectric substrate are injected. An injection layer is formed, and a main surface of the piezoelectric substrate on which hydrogen ions are implanted and a SiC thin film layer formed on the support substrate are directly bonded by a surface activated room temperature bonding method to form a bonded body. Next, the bonded body is heat-treated, and the piezoelectric substrate body is peeled from the bonded body with the ion-implanted layer of the piezoelectric substrate as a peeling surface, thereby forming a thin piezoelectric substrate 1 having a thickness of 100 nm or more and less than 1000 nm. Is done.

尚、上記圧電薄基板形成用圧電基板の水素イオンが注入された側の主面はＳｉＣ薄膜層３と直接接合されるため、圧電薄基板形成用圧電基板の主面（表面）に凹凸が存在しているとＳｉＣ薄膜層３と原子レベルで完全に接合させることができず浮きを生ずる可能性がある。このため、圧電薄基板形成用圧電基板の主面（表面）については、表面粗さＲａ０．５ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下に平滑にしておくことが好ましい。   Since the main surface of the piezoelectric substrate for forming a piezoelectric thin substrate on which hydrogen ions are implanted is directly bonded to the SiC thin film layer 3, the main surface (surface) of the piezoelectric substrate for forming a piezoelectric thin substrate has irregularities. If this is done, the SiC thin film layer 3 cannot be completely bonded at the atomic level, which may cause floating. For this reason, the main surface (surface) of the piezoelectric substrate for forming a piezoelectric thin substrate is preferably smoothed to have a surface roughness Ra of 0.5 nm or less, preferably 0.3 nm or less.

上記圧電薄基板形成用圧電基板の大きさは特に限定されないが、直径５０〜２００ｍｍ程度の圧電基板が例示される。また、圧電薄基板形成用圧電基板の厚さは、該圧電基板の水素イオンが注入された側の主面を、支持基板上に形成されたＳｉＣ薄膜層３と直接接合する際の作業性を考慮して適宜設定される。尚、接合体から剥離された圧電薄基板形成用圧電基板本体の再利用を考慮して圧電薄基板形成用圧電基板の厚さを設定してもよい。   The size of the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate is not particularly limited, but a piezoelectric substrate having a diameter of about 50 to 200 mm is exemplified. In addition, the thickness of the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate is such that the main surface of the piezoelectric substrate on which hydrogen ions are implanted directly works with the SiC thin film layer 3 formed on the support substrate. It is set as appropriate in consideration. Note that the thickness of the piezoelectric thin film substrate forming piezoelectric substrate may be set in consideration of the reuse of the piezoelectric thin film substrate forming piezoelectric substrate body peeled from the bonded body.

（２）支持基板
本発明に係る表面弾性波素子用複合基板に用いられる支持基板２としては、圧電薄基板１よりも熱膨張係数が小さい材料で構成されることが必要である。支持基板２として圧電薄基板１よりも熱膨張係数が小さい材料を用い、支持基板２と、該支持基板２の一方の主面上に形成されたＳｉＣ薄膜層３と、圧電薄基板１を備えた複合基板とすることで、ＳｉＣ薄膜層３の熱膨張係数が圧電薄基板に較べ小さくかつ支持基板２の熱膨張係数に近いことから、温度変化したときに圧電薄基板１の伸縮が抑制されるため、複合基板をＳＡＷデバイスとして用いた場合、周波数特性が温度変化によりシフト（変動）する課題を解消することが可能となる。 (2) Support Substrate The support substrate 2 used in the composite substrate for a surface acoustic wave element according to the present invention needs to be made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than the piezoelectric thin substrate 1. A material having a smaller thermal expansion coefficient than the piezoelectric thin substrate 1 is used as the supporting substrate 2, and the supporting substrate 2, the SiC thin film layer 3 formed on one main surface of the supporting substrate 2, and the piezoelectric thin substrate 1 are provided. Since the thermal expansion coefficient of the SiC thin film layer 3 is smaller than that of the piezoelectric thin substrate and close to the thermal expansion coefficient of the support substrate 2, the piezoelectric thin substrate 1 is prevented from expanding and contracting when the temperature is changed. Therefore, when the composite substrate is used as a SAW device, it is possible to solve the problem that the frequency characteristic shifts (changes) due to a temperature change.

支持基板２の材質として、シリコン、サファイア、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化タンタル、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化バナジウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ハフニウム、炭化ホウ素、炭化タンタル、炭化チタン、炭化タングステン、炭化ジルコニウム、炭化バナジウム、ホウ化チタン、ホウ化ハフニウム、ホウ化ランタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化バナジウム、ホウ珪酸ガラス、および、石英ガラスから選択される１種であることが好ましい。硬度で見ると、安価で汎用的なソーダガラス基板は、ビッカース硬度が５００〜６００、シリコン基板は１０４０程度、サファイア基板は２３００であり、サファイア基板の方が好ましい。しかし、ガラス基板やシリコン基板は安価で大量に生産されており、コスト的にも安価であるため、総合的に見ると、支持基板２としてシリコン基板が好ましい。   The material of the support substrate 2 is silicon, sapphire, aluminum nitride, silicon nitride, tantalum nitride, titanium nitride, zirconium nitride, vanadium nitride, aluminum oxide, zirconium oxide, silicon oxide, titanium oxide, hafnium oxide, boron carbide, tantalum carbide, Being one selected from titanium carbide, tungsten carbide, zirconium carbide, vanadium carbide, titanium boride, hafnium boride, lanthanum boride, zirconium boride, vanadium boride, borosilicate glass, and quartz glass preferable. In terms of hardness, an inexpensive and general-purpose soda glass substrate has a Vickers hardness of 500 to 600, a silicon substrate of about 1040, and a sapphire substrate of 2300, and a sapphire substrate is preferred. However, since glass substrates and silicon substrates are inexpensive and are produced in large quantities and are also inexpensive in terms of cost, a silicon substrate is preferable as the support substrate 2 when viewed comprehensively.

また、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化タンタル、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化バナジウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ハフニウム、炭化ホウ素、炭化タンタル、炭化チタン、炭化タングステン、炭化ジルコニウム、炭化バナジウム、ホウ化チタン、ホウ化ハフニウム、ホウ化ランタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化バナジウムといった材料であれば、例えば、放電プラズマ焼結法（ＳＰＳ：Spark Plasma Sintering）といった焼結法や化学気相蒸着法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）により多結晶基板を得ることができる。上記多結晶基板は、単結晶基板に較べて安価で大量に生産することが可能であり、硬度で見ても炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）は２７５０と硬く、多結晶炭化ホウ素基板も好ましい材料である。 Also, aluminum nitride, silicon nitride, tantalum nitride, titanium nitride, zirconium nitride, vanadium nitride, aluminum oxide, zirconium oxide, silicon oxide, titanium oxide, hafnium oxide, boron carbide, tantalum carbide, titanium carbide, tungsten carbide, zirconium carbide, If the material is vanadium carbide, titanium boride, hafnium boride, lanthanum boride, zirconium boride, or vanadium boride, for example, a sintering method such as spark plasma sintering (SPS) or a chemical vapor phase may be used. A polycrystalline substrate can be obtained by an evaporation method (CVD: Chemical Vapor Deposition). The polycrystalline substrate can be produced in a large amount at a lower cost than a single crystal substrate. Boron carbide (B 4 C) is hard at 2750 in terms of hardness, and a polycrystalline boron carbide substrate is also a preferred material. is there.

そこで、安価なシリコン基板、多結晶炭化ホウ素基板を使用し、この支持基板２上に高い硬度を有するＳｉＣ薄膜層３を成膜することで支持基板２の硬度を高め、ＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１とを直接接合することで、得られる複合基板は、圧電薄基板単独よりも速い伝搬速度が得られる。更に、熱膨張係数は、シリコン基板が３．９×１０-6／Ｋ、多結晶炭化ホウ素基板が２．３×１０-6／Ｋとタンタル酸リチウム等の圧電薄基板１に較べて大変小さく、ＳＡＷデバイスの周波数特性の温度変化を抑制することが可能となる。 Therefore, an inexpensive silicon substrate or polycrystalline boron carbide substrate is used, and the SiC thin film layer 3 having a high hardness is formed on the support substrate 2 to increase the hardness of the support substrate 2. By directly joining the thin substrate 1, the obtained composite substrate can obtain a higher propagation speed than the piezoelectric thin substrate alone. Furthermore, the thermal expansion coefficient is 3.9 × 10 −6 / K for the silicon substrate and 2.3 × 10 −6 / K for the polycrystalline boron carbide substrate, which is very small compared to the piezoelectric thin substrate 1 such as lithium tantalate. Therefore, it is possible to suppress the temperature change of the frequency characteristics of the SAW device.

支持基板２の大きさは、圧電薄基板１の大きさに合わせて、例えば、直径が５０〜２００ｍｍ、厚さが２００〜１２００μｍのものが好適に用いられる。   The support substrate 2 having a diameter of 50 to 200 mm and a thickness of 200 to 1200 μm is preferably used according to the size of the piezoelectric thin substrate 1.

（３）ＳｉＣ薄膜層
本発明に係る表面弾性波素子用複合基板においては、上記支持基板２の一方の主面上にＳｉＣ薄膜層３が形成される。更に、イオン注入層が形成された圧電薄基板形成用圧電基板とＳｉＣ薄膜層３を表面活性化常温接合法により直接接合して接合体を形成し、この接合体を熱処理し、圧電薄基板形成用圧電基板内に形成されたイオン注入層を剥離面にして上記接合体から圧電薄基板形成用圧電基板の本体を剥離し、厚さ１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満に薄膜化された圧電薄基板１が形成される。その後、上記圧電薄基板１に形成された一対の櫛歯状電極を用いて電圧を印加することにより、表面弾性波が励起され、この表面弾性波はＳｉＣ薄膜層３を伝搬し、別の一対の櫛歯状電極で再び圧電薄基板１によって電気信号に変換される。ＳｉＣ薄膜層３はダイヤモンド薄膜に近い音の伝搬速度を有する材料であり、圧電薄基板１を接合して一体化されても伝搬速度１００００ｍ／ｓに近い値を実現させることができ、本発明に係る複合基板は高周波表面弾性波素子に好適に使用することができる。尚、ＳｉＣ薄膜の結晶性については、ＳｉＣ薄膜として高い硬度を有していれば任意であり、単結晶あるいは多結晶のいずれも本発明に係る複合基板に適用することができる。 (3) SiC thin film layer In the composite substrate for a surface acoustic wave device according to the present invention, the SiC thin film layer 3 is formed on one main surface of the support substrate 2. Further, the piezoelectric thin film forming piezoelectric substrate on which the ion-implanted layer is formed and the SiC thin film layer 3 are directly bonded by a surface activated room temperature bonding method to form a bonded body, and the bonded body is heat-treated to form a piezoelectric thin substrate. The main body of the piezoelectric thin film substrate forming piezoelectric substrate is peeled from the bonded body with the ion-implanted layer formed in the piezoelectric piezoelectric substrate as a peeling surface, and a thin piezoelectric film 1 having a thickness of 100 nm to less than 1000 nm is formed. Is done. Thereafter, a surface acoustic wave is excited by applying a voltage using a pair of comb-like electrodes formed on the piezoelectric thin substrate 1, and the surface acoustic wave propagates through the SiC thin film layer 3, and another pair. These are converted into electric signals by the piezoelectric thin substrate 1 again with the comb-like electrodes. The SiC thin film layer 3 is a material having a sound propagation speed close to that of a diamond thin film, and even if the piezoelectric thin substrate 1 is joined and integrated, a value close to a propagation speed of 10,000 m / s can be realized. Such a composite substrate can be suitably used for a high-frequency surface acoustic wave device. The crystallinity of the SiC thin film is arbitrary as long as the SiC thin film has high hardness, and either single crystal or polycrystal can be applied to the composite substrate according to the present invention.

上記ＳｉＣ薄膜層３は、真空蒸着法、グロー放電法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、プラズマＣＶＤ法、電子ビーム蒸着法、および、熱フィラメントＣＶＤ法等の成膜法により形成できることが知られているが、ＳｉＣ膜の形成には高温を必要とし、大面積化が難しい膜である。そのため、大面積で均一かつ均質である硬質のＳｉＣ膜を形成するため、上記成膜法中、薄膜原料が気体で供給されかつ気相中での化学反応によりＳｉＣ膜が形成されるＣＶＤ法が広く利用されている。多結晶ダイヤモンド層を成膜する場合、上述したＣＶＤ法の中から、エネルギーの高いマイクロ波プラズマＣＶＤ法を選択しても多結晶ダイヤモンド層の成長速度が遅いため成膜時間は長くなり、マイクロ波プラズマＣＶＤ法よりもエネルギーの低い熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法等の一般的なＣＶＤ法では成膜時間が更に長くなることが課題となっている。   It is known that the SiC thin film layer 3 can be formed by a film forming method such as a vacuum evaporation method, a glow discharge method, a sputtering method, an ion plating method, a plasma CVD method, an electron beam evaporation method, and a hot filament CVD method. However, the formation of the SiC film requires a high temperature and is difficult to increase in area. Therefore, in order to form a hard SiC film having a large area that is uniform and homogeneous, there is a CVD method in which a thin film material is supplied in a gas and a SiC film is formed by a chemical reaction in a gas phase during the film formation method. Widely used. When depositing a polycrystalline diamond layer, even if the microwave plasma CVD method with high energy is selected from the above-mentioned CVD methods, the growth time of the polycrystalline diamond layer is slow, so the deposition time becomes longer. A general CVD method such as a thermal CVD method or a plasma CVD method, which has lower energy than the plasma CVD method, has a problem that the film formation time is further increased.

上記ＣＶＤ法中、熱ＣＶＤ法を用いて絶縁性の高い単結晶のＳｉＣ膜を成膜する場合、９００℃〜１３００℃程度の高温処理が必要となるため、本発明の支持基板としては、高温下でも安定なシリコン基板等が使用される。また、条件によっては、支持基板との結晶格子の不整合、熱膨張係数の差に起因した反り等を引き起こすおそれもあるが、熱ＣＶＤ法を選択することで単結晶ＳｉＣ膜を得ることは可能である。そして、熱ＣＶＤ法は、高周波等を用いないため価格的に有利で、ランニングコストが低い利点を有している。   In the above CVD method, when a single-crystal SiC film having high insulation is formed using a thermal CVD method, a high temperature treatment of about 900 ° C. to 1300 ° C. is required. A stable silicon substrate or the like is used even underneath. In addition, depending on the conditions, there is a risk of causing crystal lattice mismatch with the support substrate, warpage due to the difference in thermal expansion coefficient, etc., but it is possible to obtain a single crystal SiC film by selecting the thermal CVD method It is. The thermal CVD method is advantageous in price because it does not use a high frequency or the like, and has an advantage of low running cost.

一方、プラズマＣＶＤ法を用いた場合、高温の成膜処理条件が選択されることで単結晶のＳｉＣ膜が得られる。また、高温の成膜処理条件が選択されない場合には、アモルファスＳｉＣ膜よりも熱的に安定な多結晶のＳｉＣ膜を成膜することも可能である。そして、本発明においては、プラズマＣＶＤ法を用いかつ高温の成膜処理条件を選択せずに多結晶のＳｉＣ膜を形成することが好ましい。この方法であれば、高温プロセスを必要とせず、かつ、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置のような特殊な設備も必要とせず、容易に多結晶のＳｉＣ膜を形成できるからである。具体的には、４００〜６００℃程度の温度で成膜が可能で、かつ、熱ＣＶＤ法における９００℃〜１３００℃程度の高温処理による影響も回避できるため、より好適に用いることができる。   On the other hand, when the plasma CVD method is used, a single-crystal SiC film can be obtained by selecting a high-temperature film forming process condition. In addition, when a high-temperature film forming process condition is not selected, it is possible to form a polycrystalline SiC film that is more thermally stable than an amorphous SiC film. In the present invention, it is preferable to form a polycrystalline SiC film using the plasma CVD method and without selecting a high temperature film forming process condition. This is because this method does not require a high-temperature process and does not require special equipment such as a microwave plasma CVD apparatus, and can easily form a polycrystalline SiC film. Specifically, the film can be formed at a temperature of about 400 to 600 ° C., and the influence by the high temperature treatment of about 900 ° C. to 1300 ° C. in the thermal CVD method can be avoided, so that it can be used more suitably.

このように本発明で適用されるＳｉＣ薄膜層３は、熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法を用いて支持基板２上に成膜することができる。   Thus, the SiC thin film layer 3 applied by this invention can be formed into a film on the support substrate 2 using a thermal CVD method or a plasma CVD method.

尚、上記プラズマＣＶＤ法とは、反応室内に設けた並行平板型の電極に高周波を印加し、膜の主成分となる材料のハロゲン化物から成る原料ガスと、必要に応じて水素、窒素等のキャリアガスをプラズマ化して分解し、電極上に配置した支持基板上に析出させて薄膜を形成する成膜技術である。プラズマの発生方法には、高周波(並行平板型)の他、高周波(誘導結合型)、直流、マイクロ波等がある。プラズマを用いることで、熱ＣＶＤ法に較べて低温でも成膜でき、支持基板との反応も防止できるためプラスチック等の非耐熱基板への成膜も可能で、更に、大面積化も容易で、膜厚が均一となる等の特徴を有している。   The plasma CVD method means that a high frequency is applied to a parallel plate type electrode provided in a reaction chamber, a source gas composed of a halide of a material that is a main component of the film, and hydrogen, nitrogen, etc. as required. In this film formation technique, a carrier gas is decomposed into plasma and deposited on a support substrate disposed on an electrode to form a thin film. Plasma generation methods include high frequency (parallel plate type), high frequency (inductive coupling type), direct current, and microwave. By using plasma, it is possible to form a film even at a low temperature compared to the thermal CVD method, and it is possible to form a film on a non-heat-resistant substrate such as a plastic because the reaction with the support substrate can be prevented. It has characteristics such as uniform film thickness.

上記支持基板２上に形成されるＳｉＣ薄膜層３の膜厚は、０．５μｍ以上１０μｍ以下とすることが好ましい。膜厚が０．５μｍ未満の場合、安定した連続膜とならないおそれがあり、厚さに均一性がなくなってしまう。他方、１０μｍを超える膜厚に設定しても、硬度は変わらず、成膜時間が延びて生産性が低下してしまう。更に、表面弾性波の伝搬速度の向上は見られず、安定した結晶性を得ることが困難になるおそれがある。   The film thickness of the SiC thin film layer 3 formed on the support substrate 2 is preferably 0.5 μm or more and 10 μm or less. If the film thickness is less than 0.5 μm, a stable continuous film may not be obtained, and the thickness is not uniform. On the other hand, even if the film thickness is set to more than 10 μm, the hardness does not change, and the film formation time is extended and the productivity is lowered. Furthermore, the surface acoustic wave propagation speed is not improved, and it may be difficult to obtain stable crystallinity.

ところで、ＳｉＣ薄膜層３の表面粗さは、通常、Ｒａ０．５μｍと小さく平滑であるため、特許文献１〜２に記載された多結晶ダイヤモンド膜のように表面を研磨する必要は少ない。しかし、圧電薄基板形成用圧電基板と直接接合するためにはＳｉＣ薄膜層３の表面粗さを小さくすることが重要であり、ＳｉＣ薄膜層の表面をラッピング装置で研磨し、表面粗さをＲａ０．５ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下、より好ましくは０．２ｎｍ〜０．３ｎｍにすることが望ましい。また、ＳｉＣ薄膜の成膜条件により、ＳｉＣ薄膜層３の表面に凹凸が存在する場合は、圧電薄基板形成用圧電基板と直接接合する前に、接合面を研磨することが好ましい。凹凸が存在していると原子レベルで完全に接合されず、浮きを生ずる可能性があるからである。例えば、成膜されたＳｉＣ薄膜層３の膜厚が５μｍ程度であれば、約３μｍ程度まで研磨し、表面粗さをＲａ０．５ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下、より好ましくは０．２ｎｍ〜０．３ｎｍにすることが望ましい。そして、ＳｉＣ薄膜層３表面を研磨する方法としては、例えば、ダイヤモンド電着ホイール若しくはダイヤモンド砥粒による直接研磨、または、高温で加熱した鉄若しくはニッケル等の金属による研磨（熱化学反応を用いた研磨）等が利用できる。   By the way, since the surface roughness of the SiC thin film layer 3 is usually as small as Ra 0.5 μm and smooth, it is not necessary to polish the surface like the polycrystalline diamond film described in Patent Documents 1 and 2. However, it is important to reduce the surface roughness of the SiC thin film layer 3 in order to directly bond with the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate, and the surface of the SiC thin film layer is polished with a lapping device to reduce the surface roughness to Ra0. 0.5 nm or less, preferably 0.3 nm or less, more preferably 0.2 nm to 0.3 nm. Further, when the surface of the SiC thin film layer 3 is uneven due to the SiC thin film deposition conditions, it is preferable to polish the bonding surface before directly bonding to the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate. This is because if there are irregularities, they are not completely joined at the atomic level and may float. For example, if the film thickness of the formed SiC thin film layer 3 is about 5 μm, it is polished to about 3 μm and the surface roughness is Ra 0.5 nm or less, preferably 0.3 nm or less, more preferably 0.2 nm to It is desirable to set it to 0.3 nm. As a method of polishing the surface of the SiC thin film layer 3, for example, direct polishing with a diamond electrodeposition wheel or diamond abrasive grains, or polishing with a metal such as iron or nickel heated at a high temperature (polishing using a thermochemical reaction) ) Etc. can be used.

本発明の第一実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板においては、支持基板２の一 方の主面上に形成されたＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１が直接接合されている。   In the composite substrate for a surface acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention, the SiC thin film layer 3 formed on one main surface of the support substrate 2 and the piezoelectric thin substrate 1 are directly bonded.

上記ＳｉＣ薄膜層３とイオン注入層が形成された圧電薄基板形成用圧電基板を直接接合するには、接合前のＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板形成用圧電基板の各接合面を洗浄し、洗浄したＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板形成用圧電基板を真空容器内に配置し、超高真空中で各接合面へイオンビームを照射して残留不純物を除去すると共に各接合面を活性化し、その後、適度な荷重を加えて接合させることにより接合界面は原子拡散が進み、アモルファス化し、原子レベルで直接接合させることができる。上記接合は常温・無電圧で行うことが好ましい。   In order to directly bond the piezoelectric thin film forming substrate on which the SiC thin film layer 3 and the ion implantation layer are formed, the bonding surfaces of the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric thin substrate forming piezoelectric substrate before bonding are cleaned, The cleaned SiC thin film layer 3 and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate are placed in a vacuum vessel, and each junction surface is irradiated with an ion beam in an ultrahigh vacuum to remove residual impurities and activate each junction surface. Thereafter, by applying an appropriate load and joining, the joining interface advances atomic diffusion, becomes amorphous, and can be joined directly at the atomic level. The bonding is preferably performed at room temperature and no voltage.

（４）金属薄膜
本発明の第二実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板においては、支持基板２の一方の主面上に形成されたＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１が金属薄膜５を介し直接接合されている。 (4) Metal thin film In the composite substrate for a surface acoustic wave device according to the second embodiment of the present invention, the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric thin substrate 1 formed on one main surface of the support substrate 2 are the metal thin film 5. It is directly joined via.

イオン注入層が形成された圧電薄基板形成用圧電基板と上記ＳｉＣ薄膜層３が金属薄膜５を介し直接接合されるには、接合前のＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板形成用圧電基板の各接合面を洗浄し、洗浄したＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板形成用圧電基板を真空容器内に配置し、超高真空中で各接合面へイオンビームを照射して残留不純物を除去すると共に各接合面を活性化し、その後、スパッタリング等の成膜法でＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板形成用圧電基板の少なくとも一方の接合面に金属薄膜５を成膜し、該金属薄膜の大きな原子拡散を利用して、常温・無加圧・無電圧で直接接合させることが可能となる。上記ＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板形成用圧電基板の界面に金属薄膜５が存在し、金属薄膜５の原子拡散により接合させることができる。   In order to directly bond the piezoelectric thin film forming piezoelectric substrate on which the ion-implanted layer is formed and the SiC thin film layer 3 through the metal thin film 5, each of the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric thin substrate forming piezoelectric substrate before bonding is connected. The bonded surface is cleaned, the cleaned SiC thin film layer 3 and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate are placed in a vacuum vessel, and the residual impurities are removed by irradiating each bonded surface with an ion beam in an ultra-high vacuum. After activating the bonding surface, a metal thin film 5 is formed on at least one bonding surface of the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate by a film formation method such as sputtering, and large atomic diffusion of the metal thin film is performed. It can be used for direct bonding at room temperature, no pressure, and no voltage. A metal thin film 5 exists at the interface between the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric substrate for forming a piezoelectric thin substrate, and can be bonded by atomic diffusion of the metal thin film 5.

上記金属薄膜５としては、クロムやチタン等酸素と結合する力が強くかつ拡散係数が大きい薄膜が好ましい。また、金属薄膜５の膜厚は５〜１０ｎｍが好ましい。膜厚が５ｎｍ未満と薄過ぎる場合、不連続な膜となり拡散が不連続となる。一方、膜厚が１０ｎｍを超えて厚過ぎる場合、拡散する前に連続膜が形成されＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１との間に膜として介在し、拡散層として機能しなくなる可能性がある。上記金属薄膜５が存在することで、両接合面における表面粗さは、金属薄膜５が介在しないときよりも粗くてよく、研磨コストを低下させるメリットがある。   The metal thin film 5 is preferably a thin film having a strong bonding force with oxygen and a large diffusion coefficient, such as chromium and titanium. The film thickness of the metal thin film 5 is preferably 5 to 10 nm. When the film thickness is too thin at less than 5 nm, the film becomes discontinuous and diffusion becomes discontinuous. On the other hand, when the film thickness exceeds 10 nm and is too thick, there is a possibility that a continuous film is formed before diffusion and is interposed as a film between the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric thin substrate 1 and does not function as a diffusion layer. . Due to the presence of the metal thin film 5, the surface roughness at both joint surfaces may be rougher than when the metal thin film 5 is not interposed, and there is an advantage of reducing the polishing cost.

（５）表面弾性波素子用複合基板
支持基板２の一方の主面上に形成されたＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１が直接接合された第一実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板、および、支持基板２の一方の主面上に形成されたＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１が金属薄膜５を介し直接接合された第二実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板において、各複合基板の圧電薄基板１は、圧電薄基板形成用の圧電基板を「イオン注入法」により薄膜化して厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満の薄膜として形成されている。すなわち、圧電薄基板形成用の圧電基板における一方の主面から該圧電基板内に水素イオンを注入して該圧電基板の水素イオンが注入された側の上記主面から所定深さの領域にイオン注入層を形成し、該圧電基板の水素イオンが注入された側の主面と支持基板上に形成されたＳｉＣ薄膜層とを直接接合して接合体を形成した後、該接合体を熱処理し、上記圧電基板のイオン注入層を剥離面にして接合体から圧電基板本体を剥離することで厚さ１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満に薄膜化された圧電薄基板１が形成されている。 (5) Composite substrate for surface acoustic wave device Composite substrate for surface acoustic wave device according to the first embodiment in which the SiC thin film layer 3 formed on one main surface of the support substrate 2 and the piezoelectric thin substrate 1 are directly bonded. In the composite substrate for a surface acoustic wave device according to the second embodiment in which the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric thin substrate 1 formed on one main surface of the support substrate 2 are directly bonded via the metal thin film 5, The piezoelectric thin substrate 1 of each composite substrate is formed as a thin film having a thickness of 100 nm or more and less than 1000 nm by thinning a piezoelectric substrate for forming a piezoelectric thin substrate by an “ion implantation method”. That is, hydrogen ions are injected into the piezoelectric substrate from one main surface of the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate, and ions are injected into a region at a predetermined depth from the main surface on the side where the hydrogen ions of the piezoelectric substrate are injected. An injection layer is formed, and a bonded body is formed by directly bonding a main surface of the piezoelectric substrate on which hydrogen ions are implanted and a SiC thin film layer formed on a support substrate, and then the bonded body is heat-treated. The piezoelectric thin substrate 1 having a thickness of 100 nm or more and less than 1000 nm is formed by peeling the piezoelectric substrate body from the bonded body with the ion implantation layer of the piezoelectric substrate as a peeling surface.

尚、圧電薄基板形成用の圧電基板からイオン注入層を剥離面にして圧電基板本体を剥離したとき、該圧電薄基板１表面には多少の凹凸や粗さが存在する。このため、「イオン注入法」で薄膜化された圧電薄基板１の非接合面について、研磨前の当該圧電薄基板より薄くなるまで、および／または、研磨前の当該圧電薄基板より表面が平坦になるまで研磨することができる。   When the piezoelectric substrate body is peeled from the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate with the ion-implanted layer as a peeling surface, the surface of the piezoelectric thin substrate 1 has some unevenness and roughness. For this reason, the non-bonding surface of the piezoelectric thin substrate 1 thinned by the “ion implantation method” is flatter than the piezoelectric thin substrate before polishing and / or the surface is flatter than the piezoelectric thin substrate before polishing. Can be polished until

また、ＳｉＣ薄膜層３の厚さとＳｉＣ薄膜層３が形成された支持基板２の厚さの合計厚（ＳｉＣ薄膜層厚さ＋支持基板厚さ）よりも圧電薄基板１の厚さを十分に薄くすることで、ＳｉＣ薄膜層３が形成された支持基板２と圧電薄基板１の熱膨張係数の違いに起因する複合基板の反る力が減少して複合基板は平行を保てると共に、複合基板としてＳｉＣ薄膜層３の硬度に限りなく近づいた状態が得られる。   In addition, the thickness of the piezoelectric thin substrate 1 is sufficiently larger than the total thickness of the SiC thin film layer 3 and the support substrate 2 on which the SiC thin film layer 3 is formed (SiC thin film layer thickness + support substrate thickness). By reducing the thickness, the warping force of the composite substrate due to the difference in thermal expansion coefficient between the support substrate 2 on which the SiC thin film layer 3 is formed and the piezoelectric thin substrate 1 is reduced, and the composite substrate can be kept parallel, and the composite substrate As a result, a state approaching the hardness of the SiC thin film layer 3 as much as possible is obtained.

そして、ＳｉＣ薄膜層３の厚さとＳｉＣ薄膜層３が形成された支持基板２の厚さの合計厚（ＳｉＣ薄膜層厚さ＋支持基板厚さ）と圧電薄基板１の厚さの比率については、（ＳｉＣ薄膜層厚さ＋支持基板厚さ）に対し圧電薄基板１の厚さが１／１０以下であることが好ましく、更に好ましくは１／２０以下がよい。上記膜厚の違いがあれば、周囲温度が１２０℃程度になっても熱膨張の違いに起因する複合基板の反りは抑制される。   The ratio of the total thickness of the SiC thin film layer 3 and the thickness of the support substrate 2 on which the SiC thin film layer 3 is formed (SiC thin film layer thickness + support substrate thickness) to the thickness of the piezoelectric thin substrate 1 is as follows. , (SiC thin film layer thickness + support substrate thickness), the thickness of the piezoelectric thin substrate 1 is preferably 1/10 or less, more preferably 1/20 or less. If there is a difference in the film thickness, the warpage of the composite substrate due to the difference in thermal expansion is suppressed even when the ambient temperature is about 120 ° C.

表面弾性波素子用複合基板において、上記「イオン注入法」で薄膜化された圧電薄基板１の厚さは１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満であることを要する。圧電薄基板１の厚さが厚くなると圧電薄基板（例えばタンタル酸リチウム）の特性が出てしまうため、表面弾性波素子を構成した場合、圧電薄基板の熱膨張が優勢になって表面弾性波素子用電極の伸縮が大きくなり、表面弾性波素子の周波数温度特性が低下すると共に、複合基板としての硬度が低下して伝搬速度も低下するからである。   In the composite substrate for a surface acoustic wave device, the thickness of the piezoelectric thin substrate 1 thinned by the “ion implantation method” needs to be 100 nm or more and less than 1000 nm. When the thickness of the piezoelectric thin substrate 1 is increased, the characteristics of the piezoelectric thin substrate (for example, lithium tantalate) are exhibited. Therefore, when a surface acoustic wave element is configured, the thermal expansion of the piezoelectric thin substrate becomes dominant and the surface acoustic wave is generated. This is because the expansion and contraction of the element electrode increases, the frequency temperature characteristic of the surface acoustic wave element decreases, the hardness of the composite substrate decreases, and the propagation speed also decreases.

（６）表面弾性波素子
本発明に係る表面弾性波素子用複合基板を用いた表面弾性波素子は、図１〜２に示すように複合基板における圧電薄基板１側の表面に表面弾性波素子用電極（櫛歯状電極）４が形成されて成るものである。上記圧電薄基板１の表面は、多数の表面弾性波デバイスが形成されるように区画されており、各表面弾性波デバイスに対応する位置に弾性波デバイス用の一対の櫛歯状電極（ＩＤＴ電極）がフォトリソグラフィ技術を利用して形成される。 (6) Surface acoustic wave device The surface acoustic wave device using the composite substrate for a surface acoustic wave device according to the present invention has a surface acoustic wave device on the surface of the composite substrate on the piezoelectric thin substrate 1 side as shown in FIGS. The electrode (comb-like electrode) 4 is formed. The surface of the piezoelectric thin substrate 1 is partitioned so that a large number of surface acoustic wave devices are formed, and a pair of comb-like electrodes (IDT electrodes) for the acoustic wave device are provided at positions corresponding to the surface acoustic wave devices. ) Is formed using photolithography technology.

最後に、区画に沿ってダイシングすることにより、多数のＳＡＷデバイスを得ることができる。得られたＳＡＷデバイスは、入力側のＩＤＴ電極に高周波信号を印加すると、電極間に電界が発生し、表面弾性波が励振されて圧電基板上を伝搬していく。そして、伝搬方向に設けられた出力側のＩＤＴ電極から、伝搬された表面弾性波を電気信号として取り出すことができる。   Finally, multiple SAW devices can be obtained by dicing along the compartments. In the obtained SAW device, when a high frequency signal is applied to the IDT electrode on the input side, an electric field is generated between the electrodes, and surface acoustic waves are excited and propagate on the piezoelectric substrate. Then, the propagated surface acoustic wave can be taken out as an electric signal from the IDT electrode on the output side provided in the propagation direction.

２．表面弾性波素子用複合基板の製造方法
（１）本発明の第一実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板の製造方法
圧電薄基板１と、該圧電薄基板１よりも小さい熱膨張係数を持つ支持基板２と、該支持基板２の一方の主面上に形成されたＳｉＣ薄膜層３を具備し、ＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１が直接接合されている第一実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板の製造方法は、＜ａ＞上記圧電薄基板１形成用の圧電基板における一方の主面から該圧電基板内に水素イオンを注入して、該圧電基板における水素イオンが注入された側の上記主面から所定深さの領域にイオン注入層を形成する工程と、
＜ｂ＞上記支持基板２の一方の主面上にＳｉＣ薄膜層３を形成する工程と、
＜ｃ＞支持基板２上に形成された上記ＳｉＣ薄膜層３と、上記圧電基板における水素イオンが注入された側の主面を表面活性化常温接合法により直接接合して接合体を形成する工程と、
＜ｄ＞上記接合体を熱処理し、上記圧電基板のイオン注入層を剥離面にして上記接合体から圧電基板本体を剥離し、厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満の上記圧電薄基板１を形成する工程と、
＜ｅ＞上記圧電基板本体が剥離された接合体における圧電薄基板１の表面を研磨する工程、
を具備することを特徴としている。 2. Manufacturing method of surface acoustic wave element composite substrate (1) Manufacturing method of surface acoustic wave element composite substrate according to the first embodiment of the present invention Piezoelectric thin substrate 1 and a smaller thermal expansion coefficient than piezoelectric thin substrate 1 A surface according to the first embodiment, which includes a supporting substrate 2 and an SiC thin film layer 3 formed on one main surface of the supporting substrate 2, and the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric thin substrate 1 are directly bonded to each other. In the method of manufacturing the composite substrate for an acoustic wave element, <a> hydrogen ions are injected into the piezoelectric substrate from one main surface of the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1, and the hydrogen ions are injected into the piezoelectric substrate. Forming an ion implantation layer in a region having a predetermined depth from the principal surface on the side formed,
<B> forming a SiC thin film layer 3 on one main surface of the support substrate 2;
<C> A step of directly bonding the SiC thin film layer 3 formed on the support substrate 2 and the main surface on the side where the hydrogen ions are implanted in the piezoelectric substrate to form a bonded body by a surface activated room temperature bonding method. When,
<D> Heat-treating the bonded body, peeling the piezoelectric substrate body from the bonded body with the ion-implanted layer of the piezoelectric substrate as a release surface, and forming the piezoelectric thin substrate 1 having a thickness of 100 nm to less than 1000 nm When,
<E> a step of polishing the surface of the piezoelectric thin substrate 1 in the bonded body from which the piezoelectric substrate body has been peeled;
It is characterized by comprising.

以下、各工程について説明する。   Hereinafter, each step will be described.

＜ａ＞圧電薄基板１形成用の圧電基板内にイオン注入層を形成する工程
ＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１形成用の圧電基板を常温接合法により直接接合する前に、図３（Ａ）に示すように、圧電薄基板形成用の圧電基板２０における一方の主面から上記圧電基板２０内に水素イオンを注入して、該圧電基板２０における水素イオンが注入された側の上記主面から所定深さｄの領域にイオン注入層２１を形成する。 <a> Step of Forming Ion Implantation Layer in Piezoelectric Substrate for Forming Piezoelectric Thin Substrate 1 Before direct bonding of SiC thin film layer 3 and piezoelectric substrate for forming piezoelectric thin substrate 1 by a room temperature bonding method, FIG. ), The main surface of the piezoelectric substrate 20 on the side where the hydrogen ions are implanted by injecting hydrogen ions into the piezoelectric substrate 20 from one main surface of the piezoelectric substrate 20 for forming the piezoelectric thin substrate. To an ion implantation layer 21 in a region having a predetermined depth d.

次いで、図３（Ｂ）に示すように上記圧電基板２０における水素イオンが注入された側の主面と、支持基板２の一方の主面上に形成されたＳｉＣ薄膜層３とを直接接合して圧電基板２０とＳｉＣ薄膜層３の接合体３０を形成した後、該圧電基板２０とＳｉＣ薄膜層３の接合体３０を熱処理し、圧電基板２０のイオン注入層２１を剥離面にして接合体３０から圧電基板２０本体を剥離することにより、図３（Ｃ）に示すように厚さ１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満の圧電薄基板１が形成されると共に、この圧電薄基板１とＳｉＣ薄膜層３が直接接合された複合基板が得られる。   Next, as shown in FIG. 3B, the main surface of the piezoelectric substrate 20 on which hydrogen ions are implanted is directly bonded to the SiC thin film layer 3 formed on one main surface of the support substrate 2. After forming the bonded body 30 between the piezoelectric substrate 20 and the SiC thin film layer 3, the bonded body 30 between the piezoelectric substrate 20 and the SiC thin film layer 3 is heat-treated, and the bonded body is formed by using the ion implantation layer 21 of the piezoelectric substrate 20 as a release surface. As shown in FIG. 3C, the piezoelectric thin substrate 1 having a thickness of 100 nm or more and less than 1000 nm is formed, and the piezoelectric thin substrate 1 and the SiC thin film layer 3 are directly connected to each other. A bonded composite substrate is obtained.

尚、圧電薄基板形成用圧電基板２０の大きさは特に限定されないが、直径５０〜２００ｍｍ程度の圧電基板が例示される。また、圧電薄基板形成用圧電基板２０の厚さについては、該圧電基板２０の水素イオンが注入された側の主面をＳｉＣ薄膜層３と直接接合する際の作業性、および、接合体３０から剥離された圧電薄基板形成用圧電基板２０本体の再利用性等を考慮して適宜設定される。   Although the size of the piezoelectric substrate 20 for forming a piezoelectric thin substrate is not particularly limited, a piezoelectric substrate having a diameter of about 50 to 200 mm is exemplified. In addition, regarding the thickness of the piezoelectric substrate 20 for forming the piezoelectric thin substrate, workability when directly bonding the main surface of the piezoelectric substrate 20 on which hydrogen ions are implanted to the SiC thin film layer 3 and the bonded body 30 are as follows. The thickness is appropriately set in consideration of the reusability of the piezoelectric substrate 20 main body for forming a piezoelectric thin substrate peeled from the substrate.

以下、イオン注入層の形成法について具体的に説明する。   Hereinafter, a method for forming the ion implantation layer will be described in detail.

水素イオンの注入条件としては、例えば、圧電薄基板形成用圧電基板としてＬＴ基板を用いる場合、加速エネルギー１５０ｋｅＶ、１．０×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ2程度のドーズ量により水素イオンの注入を行うことで、ＬＴ基板表面から深さ約１μｍの位置に水素イオンが注入され、イオン注入層が形成される。尚、ＬＴ基板以外の圧電基板を用いてもよく、それぞれの基板に応じた条件でイオン注入を行うことができる。 As conditions for implanting hydrogen ions, for example, when an LT substrate is used as a piezoelectric substrate for forming a thin piezoelectric substrate, hydrogen ions are implanted with an acceleration energy of 150 keV and a dose of about 1.0 × 10 17 atoms / cm 2. Thus, hydrogen ions are implanted at a depth of about 1 μm from the LT substrate surface to form an ion implantation layer. Note that a piezoelectric substrate other than the LT substrate may be used, and ion implantation can be performed under conditions according to each substrate.

水素イオンが注入される深さ（イオン注入層が形成される深さ）ｄは、イオン注入装置の加速エネルギーにより変わり、通常、１０〜５００ｋｅＶでイオンが加速される。加速が１０ｋｅＶ未満の場合、イオンが効率よく圧電薄基板形成用の圧電基板内に入り込めなくなる。また、加速が５００ｋｅＶを超えた場合、上記圧電基板が損傷される可能性があることと、注入イオンの深さ方向の分布が広がってイオン注入層を剥離面にして圧電基板本体が接合体からきれいに剥離されない可能性があり好ましくない。そして、水素イオンが注入される深さ（イオン注入層が形成される深さ）ｄは、下記理由から、１００ｎｍ〜１０００ｎｍが望ましい。すなわち、圧電薄基板形成用圧電基板とＳｉＣ薄膜層の接合体から上記圧電基板の本体を剥離して圧電薄基板を形成した後、該圧電薄基板の表面を研磨するが、研磨後の厚さを１００ｎｍ未満とする場合、研磨コストが上昇することと、ＳｉＣ薄膜層／支持基板における表面平滑度の影響から圧電薄基板としての厚さが保持できなくなり、圧電薄基板の厚さを不連続にする可能性があるため好ましくない。他方、研磨後の厚さにおいても１０００ｎｍを超えた場合、複合基板の反りが増加し、周波数温度特性と伝搬速度が低下してしまうため好ましくない。従って、水素イオンが注入される深さｄは１００ｎｍ〜１０００ｎｍが望ましい。   The depth d at which hydrogen ions are implanted (depth at which the ion implantation layer is formed) d varies depending on the acceleration energy of the ion implantation apparatus, and ions are usually accelerated at 10 to 500 keV. When the acceleration is less than 10 keV, ions cannot efficiently enter the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate. In addition, when the acceleration exceeds 500 keV, the piezoelectric substrate may be damaged, and the distribution of implanted ions in the depth direction is widened so that the ion implanted layer becomes a release surface and the piezoelectric substrate body is removed from the bonded body. It may not be peeled off cleanly, which is not preferable. The depth d at which hydrogen ions are implanted (depth at which the ion implantation layer is formed) d is preferably 100 nm to 1000 nm for the following reason. That is, after forming the piezoelectric thin substrate by peeling the main body of the piezoelectric substrate from the joined body of the piezoelectric thin film forming piezoelectric substrate and the SiC thin film layer, the surface of the piezoelectric thin substrate is polished. When the thickness is less than 100 nm, the thickness of the piezoelectric thin substrate cannot be maintained due to the increase in polishing cost and the influence of the surface smoothness of the SiC thin film layer / support substrate, and the thickness of the piezoelectric thin substrate becomes discontinuous. This is not preferable because of the possibility. On the other hand, if the thickness after polishing exceeds 1000 nm, the warpage of the composite substrate increases, and the frequency temperature characteristics and the propagation speed decrease, which is not preferable. Therefore, the depth d into which hydrogen ions are implanted is preferably 100 nm to 1000 nm.

＜ｂ＞支持基板２の一方の主面上にＳｉＣ薄膜層３を形成する工程
第一実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板の製造方法は、前１．(２)に記載した圧電薄基板よりも小さい熱膨張係数を持つ支持基板２の一方の主面上に、前１．(３)に記載したＳｉＣ薄膜層３を形成する。 <B> Step of Forming SiC Thin Film Layer 3 on One Main Surface of Support Substrate 2 The method of manufacturing the composite substrate for a surface acoustic wave device according to the first embodiment is as described in 1. On one main surface of the support substrate 2 having a smaller thermal expansion coefficient than the piezoelectric thin substrate described in (2), The SiC thin film layer 3 described in (3) is formed.

支持基板２としては、選択された圧電薄基板１と比較し、当該圧電薄基板１よりも小さい熱膨張係数を有していることが必要である。具体的には、支持基板２の材質として、シリコン、サファイア、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化タンタル、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化バナジウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ハフニウム、炭化ホウ素、炭化タンタル、炭化チタン、炭化タングステン、炭化ジルコニウム、炭化バナジウム、ホウ化チタン、ホウ化ハフニウム、ホウ化ランタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化バナジウム、ホウ珪酸ガラス、石英ガラスから選択される１種であることが好ましい。更に、硬度や材料コストを加味すると、シリコン基板がより好ましい。シリコン基板を使用し、該シリコン基板上に高い硬度を有するＳｉＣ薄膜層を成膜することで、支持基板としての硬度が高められ、ＳｉＣ薄膜層と圧電薄基板を直接接合することで、得られる表面弾性波素子用複合基板は圧電薄基板単独よりも速い伝搬速度が得られる。   The support substrate 2 needs to have a smaller thermal expansion coefficient than the selected piezoelectric thin substrate 1 compared to the selected piezoelectric thin substrate 1. Specifically, the material of the support substrate 2 is silicon, sapphire, aluminum nitride, silicon nitride, tantalum nitride, titanium nitride, zirconium nitride, vanadium nitride, aluminum oxide, zirconium oxide, silicon oxide, titanium oxide, hafnium oxide, carbonized. It is one selected from boron, tantalum carbide, titanium carbide, tungsten carbide, zirconium carbide, vanadium carbide, titanium boride, hafnium boride, lanthanum boride, zirconium boride, vanadium boride, borosilicate glass, and quartz glass. Preferably there is. Furthermore, a silicon substrate is more preferable in consideration of hardness and material cost. Using a silicon substrate and forming a SiC thin film layer having a high hardness on the silicon substrate, the hardness as a support substrate is increased, and it is obtained by directly bonding the SiC thin film layer and the piezoelectric thin substrate. The composite substrate for a surface acoustic wave element can obtain a faster propagation speed than the piezoelectric thin substrate alone.

また、圧電薄基板１よりも小さい熱膨張係数を持つ支持基板２と、該支持基板２の熱膨張係数に近い熱膨張係数を持つＳｉＣ薄膜層３（剛体板を構成する炭化珪素は、特許文献４において、支持基板２を構成する上記シリコン、サファイア、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等と同一群を構成している）が適用されているため、特許文献１〜２に記載されかつ上記圧電基板や支持基板の熱膨張係数に較べて明らかに小さい熱膨張係数を持つ多結晶ダイヤモンド薄膜層が適用された場合に較べ、熱膨張係数の違いに起因した複合基板の反りや剥離が起こり難く、更に、温度変化により周波数特性がシフト（変動）することがなく、良好な周波数温度特性を具備させることが可能となる。   Further, a support substrate 2 having a smaller thermal expansion coefficient than the piezoelectric thin substrate 1 and an SiC thin film layer 3 having a thermal expansion coefficient close to that of the support substrate 2 (silicon carbide constituting a rigid plate is disclosed in Patent Literature 4, the same group as that of the silicon, sapphire, aluminum nitride, aluminum oxide, etc. constituting the support substrate 2 is applied). Compared to the case where a polycrystalline diamond thin film layer having a coefficient of thermal expansion that is clearly smaller than the coefficient of thermal expansion of the substrate is applied, it is difficult for the composite substrate to warp or peel due to the difference in coefficient of thermal expansion. The frequency characteristic does not shift (fluctuate) due to the change, and it is possible to provide a favorable frequency temperature characteristic.

上記ＳｉＣ薄膜の結晶性については、上述したようにＳｉＣ薄膜として高い硬度を有していれば任意であり、単結晶あるいは多結晶のいずれも本発明に係る表面弾性波素子用複合基板に適用することができる。また、得られたＳｉＣ薄膜を次の工程で圧電薄基板１形成用の圧電基板と常温接合するため、ＳｉＣ薄膜の表面粗さを小さくすることは重要で、具体的に、ＳｉＣ薄膜の表面粗さＲａは０．５ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下、より好ましくは０．２ｎｍ〜０．３ｎｍが望ましい。ＳｉＣ薄膜表面の凹凸が大きいと、圧電薄基板１形成用の圧電基板と常温接合したときに接合部に空隙ができてしまい、ファンデルワールス力が作用しなくなって原子レベルでの接合が困難になるからである。   The crystallinity of the SiC thin film is arbitrary as long as the SiC thin film has high hardness as described above, and either single crystal or polycrystal is applied to the composite substrate for a surface acoustic wave device according to the present invention. be able to. In addition, since the obtained SiC thin film is bonded to the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 at room temperature in the next step, it is important to reduce the surface roughness of the SiC thin film, specifically, the surface roughness of the SiC thin film. The thickness Ra is 0.5 nm or less, preferably 0.3 nm or less, more preferably 0.2 nm to 0.3 nm. If the surface of the SiC thin film has large irregularities, a void is formed in the bonded portion when bonded to the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 at room temperature, and van der Waals force does not act, making bonding at the atomic level difficult. Because it becomes.

大面積で均一かつ均質である硬質のＳｉＣ膜を形成する場合、膜原料が気体で供給されかつ気相中での化学反応によりＳｉＣ膜を形成できるＣＶＤ法が好ましい。そして、絶縁性の高い単結晶のＳｉＣ膜を成膜する場合、熱ＣＶＤ法では９００℃〜１３００℃程度の高温処理が必要となる。このため、支持基板は高温下でも安定なシリコン基板等が適用される。条件によっては、支持基板との結晶格子の不整合、熱膨張係数の差に起因する反り等を引き起こすおそれもあるが、単結晶のＳｉＣ膜が得られることから、ＣＶＤ法中、熱ＣＶＤ法の適用は可能である。一方、プラズマＣＶＤ法を用いた場合、高温の成膜処理条件が選択されることで単結晶のＳｉＣ膜が得られる。また、高温の成膜処理条件が選択されない場合には、アモルファスＳｉＣ膜よりも熱的に安定な多結晶のＳｉＣ膜を成膜することも可能である。そして、本発明においては、プラズマＣＶＤ法を用いかつ高温の成膜処理条件を選択せずに多結晶のＳｉＣ膜を形成することが好ましい。この方法であれば、高温プロセスを必要とせず、かつ、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置のような特殊な設備も必要とせず、容易に多結晶のＳｉＣ膜を形成できるからである。具体的には、４００〜６００℃程度の温度で成膜が可能で、かつ、熱ＣＶＤ法における９００℃〜１３００℃程度の高温処理による影響も回避できるため、より好適に用いることができる。   In the case of forming a hard SiC film having a large area that is uniform and homogeneous, a CVD method in which a film raw material is supplied in a gas and a SiC film can be formed by a chemical reaction in a gas phase is preferable. When a single-crystal SiC film having high insulating properties is formed, high-temperature treatment at about 900 ° C. to 1300 ° C. is required in the thermal CVD method. For this reason, a silicon substrate or the like that is stable even at high temperatures is used as the support substrate. Depending on conditions, crystal lattice mismatch with the support substrate, warpage due to difference in thermal expansion coefficient, etc. may occur, but since a single crystal SiC film is obtained, during the CVD method, thermal CVD method Application is possible. On the other hand, when the plasma CVD method is used, a single-crystal SiC film can be obtained by selecting a high-temperature film forming process condition. In addition, when a high-temperature film forming process condition is not selected, it is possible to form a polycrystalline SiC film that is more thermally stable than an amorphous SiC film. In the present invention, it is preferable to form a polycrystalline SiC film using the plasma CVD method and without selecting a high temperature film forming process condition. This is because this method does not require a high-temperature process and does not require special equipment such as a microwave plasma CVD apparatus, and can easily form a polycrystalline SiC film. Specifically, the film can be formed at a temperature of about 400 to 600 ° C., and the influence by the high temperature treatment of about 900 ° C. to 1300 ° C. in the thermal CVD method can be avoided, so that it can be used more suitably.

このように本発明で適用されるＳｉＣ薄膜層３は、熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法を用いて支持基板２上に成膜することができる。   Thus, the SiC thin film layer 3 applied by this invention can be formed into a film on the support substrate 2 using a thermal CVD method or a plasma CVD method.

プラズマＣＶＤ法とは、上述したように反応室内に設けた並行平板型の電極に高周波を印加し、膜の主成分となる材料のハロゲン化物からなる原料ガスと、必要に応じて水素、窒素等のキャリアガスをプラズマ化して分解し、電極上に配置した支持基板上に析出させて薄膜を形成する成膜技術である。プラズマの発生方法には、高周波(並行平板型)の他、高周波(誘導結合型)、直流、マイクロ波等がある。プラズマを用いることで、熱ＣＶＤ法に較べて低温でも成膜でき、支持基板との反応も防止できることからプラスチック等の非耐熱基板への成膜も可能で、更に、大面積化も容易で、膜厚が均一となる等の特徴を有している。   As described above, the plasma CVD method applies a high frequency to the parallel plate type electrodes provided in the reaction chamber as described above, a source gas made of a halide of a material that is a main component of the film, and hydrogen, nitrogen, etc. as necessary. Is a film forming technique in which the carrier gas is converted into plasma, decomposed, and deposited on a support substrate disposed on an electrode to form a thin film. Plasma generation methods include high frequency (parallel plate type), high frequency (inductive coupling type), direct current, and microwave. By using plasma, it is possible to form a film even at a low temperature compared to the thermal CVD method, and it is possible to form a film on a non-heat-resistant substrate such as plastic because it can prevent reaction with the support substrate. It has characteristics such as uniform film thickness.

以下、図４を用いてＳｉＣ薄膜層３の成膜方法の概略について説明する。   Hereinafter, an outline of a method of forming the SiC thin film layer 3 will be described with reference to FIG.

薄膜が形成される支持基板１１が、反応室１２内において反応室１２と共に接地された電極１６ａ上に載置され、ヒーター１３により、例えば６００℃に加熱される。また、反応室１２には、内部を真空に排気する真空ポンプ（図示せず）が配置された排出口１４と、成膜用の原料ガスを導入するガス導入口１５が設けられている。また、支持基板１１が載置された電極１６ａに対向して配置されている電極１６ｂには高周波電源１７から高周波電圧（周波数１３．５６ＭＨｚ）が印加される。これにより、両電極１６ａ、１６ｂ間にはグロー放電によるプラズマ１８が発生し、成膜用の原料ガスが分解されて活性種が生成され、活性種の気相反応により支持基板１１の主表面上に多結晶ＳｉＣ薄膜が形成される。   A support substrate 11 on which a thin film is formed is placed on an electrode 16 a that is grounded together with the reaction chamber 12 in the reaction chamber 12, and is heated to, for example, 600 ° C. by the heater 13. Further, the reaction chamber 12 is provided with a discharge port 14 in which a vacuum pump (not shown) for evacuating the inside is disposed, and a gas introduction port 15 for introducing a raw material gas for film formation. A high frequency voltage (frequency 13.56 MHz) is applied from the high frequency power supply 17 to the electrode 16b disposed opposite to the electrode 16a on which the support substrate 11 is placed. As a result, plasma 18 due to glow discharge is generated between the electrodes 16a and 16b, the raw material gas for film formation is decomposed to generate active species, and on the main surface of the support substrate 11 by the gas phase reaction of the active species. A polycrystalline SiC thin film is formed.

そして、ＳｉＣ薄膜を形成するための原料ガスとして、例えば、ＳｉとＣの両元素を含むＣＨ3ＳｉＣｌ3等の有機化合物、および、Ｓｉ元素を含むＳｉＣｌ4ＣＣｌ4系、ＳｉＨ4、ＳｉＣｌ4と炭化水素系ガスとの混合ガス等が用いられる。具体的には、モノシラン（ＳｉＨ4）とメタン（ＣＨ4）の混合ガスを用い、かつ、原料ガスを希釈するガスとして水素ガス（Ｈ2）が好適に用いられる。マスフローコントローラにより上記原料ガスの流量を制御して反応室１２内に導入する。反応室１２では、反応室１２の上部から原料ガスを供給し、下部から真空排気する構造が望ましい。 As source gases for forming the SiC thin film, for example, an organic compound such as CH 3 SiCl 3 containing both elements of Si and C, and SiCl 4 CCl 4 system, SiH 4 , SiCl 4 containing Si element A mixed gas with a hydrocarbon gas or the like is used. Specifically, a mixed gas of monosilane (SiH 4 ) and methane (CH 4 ) is used, and hydrogen gas (H 2 ) is suitably used as a gas for diluting the raw material gas. The flow rate of the source gas is controlled by a mass flow controller and introduced into the reaction chamber 12. In the reaction chamber 12, a structure in which a source gas is supplied from the upper part of the reaction chamber 12 and is evacuated from the lower part is desirable.

多結晶ＳｉＣ膜の成膜条件としては、例えば、基板温度を５００〜６００℃とし、原料ガスとして、モノシラン（ＳｉＨ4）（水素で１０％希釈）：５ｓｃｃｍの流量、メタン（ＣＨ4）（水素で１０％希釈）：５０ｓｃｃｍの流量で混合し、反応室１２に供給する。 As conditions for forming the polycrystalline SiC film, for example, the substrate temperature is set to 500 to 600 ° C., and the raw material gas is monosilane (SiH 4 ) (10% diluted with hydrogen): flow rate of 5 sccm, methane (CH 4 ) (hydrogen The mixture is mixed at a flow rate of 50 sccm and supplied to the reaction chamber 12.

成膜ガスの圧力は、２０〜３０ｋＰａの範囲が好ましく、より好ましくは２４〜２６ｋＰａがよい。成膜ガスの圧力が低い場合、成膜速度が低下して膜厚が薄くなってしまう。また、成膜ガスの圧力が高過ぎる場合、成膜速度が飽和し、不必要なエネルギーやガスを使用し、ランニングコストが上がってしまう。   The pressure of the film forming gas is preferably in the range of 20-30 kPa, more preferably 24-26 kPa. When the pressure of the film forming gas is low, the film forming speed decreases and the film thickness becomes thin. Further, when the pressure of the film forming gas is too high, the film forming speed is saturated, unnecessary energy and gas are used, and the running cost increases.

そして、一例として、高周波電力１３．５６ＭＨｚ、８０Ｗを印加してプラズマを発生させ、成膜を行う。上記成膜条件では１〜５ｎｍ／ｍｉｎ程度の成膜速度で成膜することができる。   As an example, plasma is generated by applying high-frequency power of 13.56 MHz and 80 W, and film formation is performed. Under the above film forming conditions, the film can be formed at a film forming speed of about 1 to 5 nm / min.

形成されたＳｉＣ薄膜は、Ｘ線回折パターンを測定することにより、単結晶ＳｉＣか多結晶ＳｉＣかを識別できる。多結晶ＳｉＣ薄膜であれば、ＳｉＣにおけるＸ線回折パターンの（１００）、（１０１）、（２２０）、（４００）、（３１１）等のピークが検出されて多結晶であることを確認できる。   The formed SiC thin film can be identified as single-crystal SiC or polycrystalline SiC by measuring an X-ray diffraction pattern. In the case of a polycrystalline SiC thin film, peaks of (100), (101), (220), (400), (311), etc. of the X-ray diffraction pattern in SiC can be detected and confirmed to be polycrystalline.

支持基板２上に形成されるＳｉＣ薄膜層３の膜厚は、０．５μｍ以上１０μｍ以下とすることが好ましい。膜厚が０．５μｍ未満の場合、安定した連続膜にならず所望とする特性を得ることができないおそれがあり、また、厚さに均一性がなくなってしまう。他方、１０μｍを超える膜厚に設定しても、硬度は変わらず、成膜時間が延びて生産性を低下させてしまう。更に、表面弾性波の伝搬速度の向上は見られず、安定した結晶性を得ることが困難になるおそれがある。   The thickness of the SiC thin film layer 3 formed on the support substrate 2 is preferably 0.5 μm or more and 10 μm or less. When the film thickness is less than 0.5 μm, the film may not be a stable continuous film, and desired characteristics may not be obtained, and the thickness may not be uniform. On the other hand, even if the film thickness is set to more than 10 μm, the hardness does not change, and the film formation time is extended and productivity is lowered. Furthermore, the surface acoustic wave propagation speed is not improved, and it may be difficult to obtain stable crystallinity.

そして、ＳｉＣ多結晶膜であれば、表面硬度は、修正モース硬度で１３程度とダイヤモンドの硬度１５に匹敵する硬度が得られる。また、ＳｉＣ薄膜層の表面粗さは、上述したように、通常、Ｒａ０．５μｍと小さく平滑であるため、特許文献１〜２に記載された多結晶ダイヤモンド膜のように表面を研磨する必要は少ない。しかし、次工程＜ｃ＞で圧電薄基板１形成用の圧電基板と常温接合するためには表面粗さを小さくすることが重要であり、ＳｉＣ薄膜層の表面をラッピング装置で研磨し、表面粗さをＲａ０．５ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下、より好ましくは０．２ｎｍ〜０．３ｎｍにすることが望ましい。また、ＳｉＣ薄膜の成膜条件によりＳｉＣ薄膜層３の表面に凹凸が存在する場合は、圧電薄基板１形成用の圧電基板と直接接合する前に接合面を研磨することが好ましい。凹凸が存在していると、原子レベルで完全に接合されず、浮きを生ずる可能性があるからである。例えば、成膜されたＳｉＣ薄膜層３の膜厚が５μｍ程度であれば、約３μｍ程度まで研磨し、表面粗さをＲａ０．５ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下、より好ましくは０．２ｎｍ〜０．３ｎｍにすることが望ましい。そして、ＳｉＣ薄膜層３表面を研磨する方法としては、上述したようにダイヤモンド電着ホイール若しくはダイヤモンド砥粒による直接研磨、または、高温で加熱した鉄若しくはニッケル等の金属による研磨（熱化学反応を用いた研磨）等が利用できる。   And if it is a SiC polycrystal film, the surface hardness will be about 13 in the modified Mohs hardness and the hardness equivalent to the hardness 15 of diamond. Further, as described above, the surface roughness of the SiC thin film layer is usually small and smooth with Ra of 0.5 μm. Therefore, it is necessary to polish the surface like the polycrystalline diamond film described in Patent Documents 1 and 2. Few. However, in order to perform room temperature bonding with the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 in the next step <c>, it is important to reduce the surface roughness. The surface of the SiC thin film layer is polished with a lapping device, and the surface roughness is reduced. It is desirable that the thickness is Ra 0.5 nm or less, preferably 0.3 nm or less, more preferably 0.2 nm to 0.3 nm. Further, when the surface of the SiC thin film layer 3 has irregularities due to the film forming conditions of the SiC thin film, it is preferable to polish the bonding surface before directly bonding to the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1. This is because, if there are irregularities, they are not completely joined at the atomic level and may float. For example, if the film thickness of the formed SiC thin film layer 3 is about 5 μm, it is polished to about 3 μm and the surface roughness is Ra 0.5 nm or less, preferably 0.3 nm or less, more preferably 0.2 nm to It is desirable to set it to 0.3 nm. As a method of polishing the surface of the SiC thin film layer 3, as described above, polishing with a diamond electrodeposition wheel or diamond abrasive grains, or polishing with a metal such as iron or nickel heated at a high temperature (a thermochemical reaction is used). Etc.) can be used.

また、次工程＜ｃ＞で、支持基板２上に形成されたＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１形成用の圧電基板を表面活性化常温接合法により直接接合するため、上記圧電基板の接合面も凹凸が存在していないことが好ましく、上述したように表面粗さはＲａ０．５ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下になっていることが望ましい。   Further, in the next step <c>, the SiC thin film layer 3 formed on the support substrate 2 and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 are directly bonded by the surface activated room temperature bonding method. However, it is preferable that the surface roughness is Ra 0.5 nm or less, preferably 0.3 nm or less, as described above.

＜ｃ＞支持基板２上に形成されたＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１形成用の圧電基板を表面活性化常温接合法により直接接合して接合体を形成する工程
次に、上記支持基板２上に形成されたＳｉＣ薄膜層３と、イオン注入層が形成された圧電薄基板１形成用の圧電基板を表面活性化常温接合法により直接接合して接合体を形成する。 <C> A step of directly bonding the SiC thin film layer 3 formed on the support substrate 2 and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 by a surface activated room temperature bonding method to form a bonded body. Next, the support substrate 2 The SiC thin film layer 3 formed above and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 on which the ion-implanted layer is formed are directly bonded by a surface activated room temperature bonding method to form a bonded body.

通常、ＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１形成用の圧電基板とを接合するには、有機接着剤や無機接着剤、ＵＶ接着剤、熱拡散接合等が用いられる。しかし、各種接着剤は温度上昇に伴い軟化するため、複合基板をＳＡＷデバイスに用いたときに圧電薄基板１上に形成されている櫛歯状電極４も圧電薄基板１と同時に動き、共振周波数が変化する可能性が高い。また、熱拡散でＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１形成用の圧電基板の接合を行うには１０００℃以上の加熱が必要で、圧電基板のキュリー温度を超えるため圧電性が低下する問題がある。   Usually, an organic adhesive, an inorganic adhesive, a UV adhesive, thermal diffusion bonding or the like is used to join the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1. However, since various adhesives soften as the temperature rises, when the composite substrate is used for a SAW device, the comb-like electrode 4 formed on the piezoelectric thin substrate 1 also moves simultaneously with the piezoelectric thin substrate 1, and the resonance frequency. Is likely to change. Further, in order to join the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 by thermal diffusion, heating at 1000 ° C. or more is required, and the piezoelectricity is lowered because the temperature exceeds the Curie temperature of the piezoelectric substrate. .

この問題点を回避するには、常温で接合でき、原子レベルで接合する常温接合が望ましい。常温接合するには、支持基板２上に形成されたＳｉＣ薄膜層３の接合面と、イオン注入層が形成された圧電薄基板１形成用圧電基板の接合面を十分に洗浄し、洗浄したＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１形成用圧電基板を真空容器内に配置し、超高真空中で各接合面へイオン（アルゴン）ビームを照射して残留不純物を除去すると共に各接合面を活性化し、常温・無加圧・無電圧で接合する。ＳｉＣ薄膜層３の接合面と圧電薄基板１形成用圧電基板の接合面を洗浄した後、更に、当該各接合面にＵＶ照射を行うことも好ましい。   In order to avoid this problem, room temperature bonding that can be bonded at room temperature and bonds at the atomic level is desirable. For room-temperature bonding, the bonded surface of the SiC thin film layer 3 formed on the support substrate 2 and the bonded surface of the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 on which the ion-implanted layer is formed are sufficiently cleaned, and cleaned SiC The thin film layer 3 and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 are disposed in a vacuum vessel, and the bonding surfaces are irradiated with an ion (argon) beam in an ultrahigh vacuum to remove residual impurities and activate the bonding surfaces. Bond at room temperature, no pressure, no voltage. It is also preferable to perform UV irradiation on each bonding surface after cleaning the bonding surface of the SiC thin film layer 3 and the bonding surface of the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1.

＜ｄ＞ＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１形成用圧電基板との接合体を熱処理し、該接合体から上記圧電基板本体を剥離して厚さ１００ｎｍ〜１０００ｎｍ未満の圧電薄基板１を形成する工程
次に、支持基板２上に形成されたＳｉＣ薄膜層３とイオン注入層が形成された圧電薄基板１形成用圧電基板との接合体を熱処理し、上記圧電基板のイオン注入層を剥離面にして接合体から該圧電基板本体を剥離する。この処理により、ＳｉＣ薄膜層３と直接接合された圧電基板が薄膜化されて、厚さ１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満の圧電薄基板１が形成される。 <D> A bonded body of the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 is heat-treated, and the piezoelectric substrate body is peeled from the bonded body to form the piezoelectric thin substrate 1 having a thickness of 100 nm to less than 1000 nm. Step Next, the bonded body of the SiC thin film layer 3 formed on the support substrate 2 and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 on which the ion implantation layer is formed is heat-treated, and the ion implantation layer of the piezoelectric substrate is peeled off. Then, the piezoelectric substrate body is peeled from the bonded body. By this process, the piezoelectric substrate directly bonded to the SiC thin film layer 3 is thinned, and the piezoelectric thin substrate 1 having a thickness of 100 nm or more and less than 1000 nm is formed.

このとき、上記接合体を熱処理する温度は３００〜５００℃が望ましい。熱処理温度が３００℃未満の場合、圧電薄基板１形成用圧電基板に形成されたイオン注入層の水素イオンの膨張が少ないため自然に剥離するのが難しくなる。また、熱処理温度が５００℃を超えた場合、熱処理炉の加熱、冷却時間が延びてしまうことと、直接接合されたＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１形成用圧電基板の熱膨張率の違いから反りが発生してしまう可能性がある。尚、特許文献９に記載された「減圧雰囲気下」の熱処理が採用された場合、大気圧下よりも低い温度での熱処理が可能となる。例えば、大気圧下では剥離可能温度が４５０℃付近であるのに対して、約５０００Ｐａまで減圧することにより剥離可能温度を３５０℃まで低下させることができる。更に、約０．１Ｐａまで減圧することにより剥離可能温度を２５０℃まで低下させることができる。   At this time, the temperature for heat-treating the joined body is preferably 300 to 500 ° C. When the heat treatment temperature is lower than 300 ° C., it is difficult to naturally peel off because the expansion of hydrogen ions in the ion implantation layer formed on the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 is small. Further, when the heat treatment temperature exceeds 500 ° C., the heating and cooling time of the heat treatment furnace is extended, and the difference in thermal expansion coefficient between the directly bonded SiC thin film layer 3 and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 There is a possibility of warping. In addition, when the heat treatment under “reduced pressure atmosphere” described in Patent Document 9 is adopted, the heat treatment can be performed at a temperature lower than that under atmospheric pressure. For example, while the peelable temperature is around 450 ° C. under atmospheric pressure, the peelable temperature can be lowered to 350 ° C. by reducing the pressure to about 5000 Pa. Furthermore, the peelable temperature can be lowered to 250 ° C. by reducing the pressure to about 0.1 Pa.

「減圧雰囲気下」で剥離可能温度が低下する原因は下記理由が考えられる。
（d-1）「減圧雰囲気下」では、大気圧下に較べてイオン注入層の水素イオンが低温でガス化され易く、イオン注入層の圧力と圧電薄基板１形成用圧電基板外部の圧力との差が低温で大きくなり易いことにより、クラックの進展、剥離が助長されること。
（d-2）イオン注入層の水素イオンのガス化時に発生する応力に起因して、圧電薄基板１
形成用圧電基板の焦電性によりイオン注入層近傍で電荷分布による放電が発生し、この放電の発生は大気圧下よりも減圧雰囲気下の方が起こり易いため、該放電によりイオン注入層近傍での結晶構造の破断が助長されること。 The reason why the peelable temperature is lowered in “under reduced pressure” can be considered as follows.
(D-1) In “under reduced pressure atmosphere”, hydrogen ions in the ion implantation layer are easily gasified at a lower temperature than in atmospheric pressure, and the pressure of the ion implantation layer and the pressure outside the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 are The difference between the two tends to increase at low temperatures, which promotes crack propagation and peeling.
(D-2) Piezoelectric thin substrate 1 due to stress generated during gasification of hydrogen ions in the ion implantation layer
Discharge due to charge distribution occurs near the ion implantation layer due to the pyroelectricity of the forming piezoelectric substrate, and this discharge is more likely to occur in a reduced-pressure atmosphere than under atmospheric pressure. The breakage of the crystal structure is promoted.

そして、熱処理条件を選択すれば、例えば、剥離可能温度を３５０℃まで低下させることが可能となり、圧電薄基板１形成用のＬＴ単結晶基板やニオブ酸リチウム（ＬＮと略記する場合がある）単結晶基板に対しては熱処理温度がキュリー温度以下となり、圧電基板の圧電性劣化を防止することができる。   If the heat treatment conditions are selected, for example, the peelable temperature can be lowered to 350 ° C., and the LT single crystal substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 or lithium niobate (sometimes abbreviated as LN) With respect to the crystal substrate, the heat treatment temperature becomes equal to or lower than the Curie temperature, and the piezoelectricity of the piezoelectric substrate can be prevented from being deteriorated.

また、熱処理温度が低くなることで、支持基板２、圧電薄基板１形成用圧電基板等の熱膨張係数が異なっていても加熱により発生する応力を抑制できるため、該応力による割れを防止できる。これにより、温度特性と耐電力性に優れているにも拘わらず、従前、利用できなかった熱膨張率を有する支持基板であっても利用することが可能となるため、支持基板の選択幅を広げられると共に、より安価なものを選択することもできる。   Moreover, since the heat treatment temperature is lowered, the stress generated by heating can be suppressed even if the thermal expansion coefficients of the support substrate 2 and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 are different, so that cracking due to the stress can be prevented. This makes it possible to use even a support substrate having a coefficient of thermal expansion that has not been used in the past even though it has excellent temperature characteristics and power durability. While being expanded, it is also possible to select a cheaper one.

また、上記熱処理工程は、通常、急激な昇降温を行わず、徐々に昇温および降温を行なうことが望ましいが、「減圧雰囲気下」による低温処理を採用することにより、熱処理工程のスループットを速くすることが可能となる。この場合、減圧条件下で行う必要があるが、加熱の昇降温時間に較べ、減圧昇圧時間の方が短くなるため、結果的に従来よりも熱処理工程のスループットを速くすることが可能となり、生産性が向上する。   In the heat treatment step, it is usually desirable to gradually raise and lower the temperature without suddenly raising or lowering the temperature. However, by adopting a low-temperature treatment in a “under reduced pressure atmosphere”, the throughput of the heat treatment step can be increased. It becomes possible to do. In this case, it is necessary to carry out under reduced pressure conditions, but since the reduced pressure increase time is shorter than the heating temperature increase / decrease time, as a result, it becomes possible to increase the throughput of the heat treatment process as compared with the conventional production process. Improves.

また、ＳｉＣ薄膜層３が形成された支持基板２と圧電薄基板１の熱膨張係数の違いから温度変化により複合基板が反らないようにするには、ＳｉＣ薄膜層３の厚さとＳｉＣ薄膜層３が形成された支持基板２の厚さとの合計厚（ＳｉＣ薄膜層厚さ＋支持基板厚さ）よりも圧電薄基板１の厚さを十分に薄くすることが好ましい。上記圧電薄基板１の厚さを薄くすることで、複合基板の反る力が減少して複合基板の反りは抑制される。また、圧電薄基板１を薄くすることで接合したＳｉＣ薄膜層３の影響を受け、複合基板として、接合したＳｉＣ薄膜層３の硬度に限りなく近づいた状態が得られる。そして、ＳｉＣ薄膜層３の厚さとＳｉＣ薄膜層３が形成された支持基板２の厚さとの合計厚（ＳｉＣ薄膜層厚さ＋支持基板厚さ）と上記圧電薄基板１の厚さの比率は、上述したように（ＳｉＣ薄膜層厚さ＋支持基板厚さ）に対して１／１０以下であることが好ましく、更に好ましくは１／２０以下がよい。上記膜厚の違いがあれば、周囲温度が１２０℃程度になっても熱膨張の違いに起因する複合基板の反りは抑制される。   In order to prevent the composite substrate from warping due to a temperature change due to the difference in thermal expansion coefficient between the support substrate 2 on which the SiC thin film layer 3 is formed and the piezoelectric thin substrate 1, the thickness of the SiC thin film layer 3 and the SiC thin film layer It is preferable to make the thickness of the piezoelectric thin substrate 1 sufficiently thinner than the total thickness (SiC thin film layer thickness + supporting substrate thickness) of the supporting substrate 2 on which 3 is formed. By reducing the thickness of the piezoelectric thin substrate 1, the warping force of the composite substrate is reduced and the warpage of the composite substrate is suppressed. In addition, the piezoelectric thin substrate 1 is affected by the bonded SiC thin film layer 3 to obtain a state in which the composite substrate is as close as possible to the hardness of the bonded SiC thin film layer 3. The ratio of the total thickness (SiC thin film layer thickness + support substrate thickness) of the thickness of the SiC thin film layer 3 and the thickness of the support substrate 2 on which the SiC thin film layer 3 is formed to the thickness of the piezoelectric thin substrate 1 is As described above, it is preferably 1/10 or less, more preferably 1/20 or less with respect to (SiC thin film layer thickness + support substrate thickness). If there is a difference in the film thickness, the warpage of the composite substrate due to the difference in thermal expansion is suppressed even when the ambient temperature is about 120 ° C.

＜ｅ＞圧電基板本体が剥離された接合体における圧電薄基板の表面を研磨する工程
圧電薄基板１形成用の圧電基板本体を剥離したとき、接合体側の該圧電薄基板１の剥離面には多少の凹凸や粗さが存在するため、「イオン注入法」で薄膜化された当該圧電薄基板１の剥離面（非接合面）について、研磨前の当該圧電薄基板より薄くなるまで、および／または、研磨前の当該圧電薄基板より表面が平坦になるまで研磨することが好ましい。圧電薄基板１の非接合面を研磨する際、片面鏡面研磨は、コロイダルシリカを用いたメカノケミカルポリッシュで鏡面粗度を数ｎｍにすることができる。 <E> The process of polishing the surface of the piezoelectric thin substrate in the bonded body from which the piezoelectric substrate body has been peeled When the piezoelectric substrate main body for forming the piezoelectric thin substrate 1 is peeled, the peeling surface of the piezoelectric thin substrate 1 on the bonded body side Since there is some unevenness and roughness, the peeling surface (non-bonding surface) of the piezoelectric thin substrate 1 thinned by the “ion implantation method” is thinner than the piezoelectric thin substrate before polishing and / or Alternatively, polishing is preferably performed until the surface becomes flatter than the piezoelectric thin substrate before polishing. When the non-bonded surface of the piezoelectric thin substrate 1 is polished, the single-sided mirror polishing can have a mirror roughness of several nanometers by mechanochemical polishing using colloidal silica.

そして、上記圧電薄基板１の厚さは１００ｎｍ〜１０００ｎｍ未満と極めて薄く、下地のＳｉＣ薄膜層３とほぼ同じ硬さと見做せるため、表面を伝わる伝搬速度が向上する。また、圧電薄基板１／ＳｉＣ薄膜層３が支持基板（例えばシリコン基板）２に接合されているため熱膨張率も小さく、これにより温度変化による支持基板の伸縮がないため共振周波数の変化もごくわずかになる。   The thickness of the piezoelectric thin substrate 1 is as extremely thin as 100 nm to less than 1000 nm, and can be regarded as almost the same hardness as the underlying SiC thin film layer 3, so that the propagation speed transmitted on the surface is improved. Further, since the piezoelectric thin substrate 1 / SiC thin film layer 3 is bonded to the support substrate (for example, a silicon substrate) 2, the coefficient of thermal expansion is small. Slightly.

上記＜ａ＞〜＜ｅ＞工程により、高周波数化と周波数温度特性が改善された第一実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板を得ることができる。   Through the steps <a> to <e>, the surface acoustic wave element composite substrate according to the first embodiment in which high frequency and frequency temperature characteristics are improved can be obtained.

（２）本発明の第二実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板の製造方法
圧電薄基板１と、該圧電薄基板１よりも小さい熱膨張係数を持つ支持基板２と、該支持基板２の一方の主面上に形成されたＳｉＣ薄膜層３を具備し、ＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１が金属薄膜５を介し直接接合されている第二実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板の製造方法は、
＜ａ＞上記圧電薄基板１形成用の圧電基板における一方の主面から該圧電基板内に水素イオンを注入して、該圧電基板における水素イオンが注入された側の上記主面から所定深さの領域にイオン注入層を形成する工程と、
＜ｂ＞上記支持基板２の一方の主面上にＳｉＣ薄膜層３を形成する工程と、
＜ｃ＞金属薄膜５を介し、支持基板２上に形成された上記ＳｉＣ薄膜層３と、上記圧電基板における水素イオンが注入された側の主面を表面活性化常温接合法により直接接合して接合体を形成する工程と、
＜ｄ＞上記接合体を熱処理し、上記圧電基板のイオン注入層を剥離面にして上記接合体から圧電基板本体を剥離し、厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満の上記圧電薄基板１を形成する工程と、
＜ｅ＞上記圧電基板本体が剥離された接合体における圧電薄基板１の表面を研磨する工程、
を具備し、かつ、
上記ＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１形成用の圧電基板における水素イオンが注入された側の主面を直接接合する工程において、接合前のＳｉＣ薄膜層３と上記圧電基板の各接合面を洗浄し、各接合面へイオンビームを照射して残留不純物を除去しかつ活性化し、更に、ＳｉＣ薄膜層３と上記圧電基板の少なくとも一方の接合面上に金属薄膜５を成膜した後、真空中、常温で直接接合することを特徴としている。 (2) Manufacturing method of surface acoustic wave element composite substrate according to second embodiment of the present invention Piezoelectric thin substrate 1, support substrate 2 having a smaller thermal expansion coefficient than piezoelectric thin substrate 1, and support substrate 2 The composite for a surface acoustic wave device according to the second embodiment is provided with the SiC thin film layer 3 formed on one main surface of the first electrode, and the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric thin substrate 1 are directly bonded via the metal thin film 5. The manufacturing method of the substrate is as follows:
<a> Hydrogen ions are implanted into the piezoelectric substrate from one main surface of the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1, and a predetermined depth from the main surface on the side where the hydrogen ions are implanted in the piezoelectric substrate. Forming an ion implantation layer in the region;
<B> forming a SiC thin film layer 3 on one main surface of the support substrate 2;
<C> The SiC thin film layer 3 formed on the support substrate 2 and the main surface on the side where the hydrogen ions are implanted in the piezoelectric substrate are directly bonded via the metal thin film 5 by a surface activated room temperature bonding method. Forming a joined body;
<D> Heat-treating the bonded body, peeling the piezoelectric substrate body from the bonded body with the ion-implanted layer of the piezoelectric substrate as a release surface, and forming the piezoelectric thin substrate 1 having a thickness of 100 nm to less than 1000 nm When,
<E> a step of polishing the surface of the piezoelectric thin substrate 1 in the bonded body from which the piezoelectric substrate body has been peeled;
And
In the step of directly bonding the SiC thin film layer 3 and the main surface of the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 on the side where hydrogen ions are implanted, the bonding surfaces of the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric substrate before bonding are cleaned. Then, the remaining impurities are removed and activated by irradiating each bonding surface with an ion beam, and a metal thin film 5 is formed on at least one bonding surface of the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric substrate. It is characterized by direct bonding at room temperature.

上記製造工程の内、
＜ａ＞圧電薄基板１形成用の圧電基板内にイオン注入層を形成する工程
＜ｂ＞支持基板２の一方の主面上にＳｉＣ薄膜層３を形成する工程
＜ｄ＞ＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１形成用圧電基板との接合体を熱処理し、該接合体から上記圧電基板本体を剥離して厚さ１００ｎｍ〜１０００ｎｍ未満の圧電薄基板１を形成する工程
＜ｅ＞圧電基板本体が剥離された接合体における圧電薄基板の表面を研磨する工程
の各工程については、第一実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板の製造方法における＜ａ＞工程、＜ｂ＞工程、＜ｄ＞工程、＜ｅ＞工程と同様で、
第二実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板の製造方法における＜ｃ＞工程、すなわち、「金属薄膜５を介し、支持基板２上に形成されたＳｉＣ薄膜層３と、圧電薄基板１形成用圧電基板における水素イオンが注入された側の主面を表面活性化常温接合法により直接接合して接合体を形成する工程」が相違している。 Of the above manufacturing process,
<a> Step of forming an ion implantation layer in the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 <b> Step of forming the SiC thin film layer 3 on one main surface of the support substrate 2 <d> SiC thin film layer 3 A step of heat-treating a bonded body with the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 and peeling the piezoelectric substrate body from the bonded body to form the piezoelectric thin substrate 1 having a thickness of less than 100 nm to less than 1000 nm. About each process of the process of grind | polishing the surface of the piezoelectric thin board | substrate in the peeled bonded body, <a> process, <b> process, <d in the manufacturing method of the composite substrate for surface acoustic wave elements which concerns on 1st embodiment. > Step, similar to <e> step,
Step <c> in the method for manufacturing a composite substrate for a surface acoustic wave device according to the second embodiment, that is, “formation of the SiC thin film layer 3 formed on the support substrate 2 and the piezoelectric thin substrate 1 through the metal thin film 5. The process of forming a joined body by directly joining the main surface of the piezoelectric substrate on which hydrogen ions are implanted by a surface activated room temperature joining method is different.

このため、第二実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板の製造方法における＜ｃ＞工程について、以下、説明する。   For this reason, <c> process in the manufacturing method of the composite substrate for surface acoustic wave elements which concerns on 2nd embodiment is demonstrated below.

＜ｃ＞金属薄膜５を介し、支持基板２上に形成されたＳｉＣ薄膜層３と、圧電薄基板１形成用圧電基板における水素イオンが注入された側の主面を表面活性化常温接合法により直接接合して接合体を形成する工程
第一実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板の製造方法における＜ａ＞工程により、イオン注入層を有する圧電薄基板１形成用の圧電基板が得られる。また、＜ｂ＞工程により、表面研磨されたＳｉＣ薄膜層３を有する支持基板２が得られる。 <C> Via the metal thin film 5, the SiC thin film layer 3 formed on the support substrate 2 and the main surface on the side where hydrogen ions are implanted in the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 are bonded by a surface activated room temperature bonding method. Step of directly bonding to form a bonded body A piezoelectric substrate for forming a piezoelectric thin substrate 1 having an ion-implanted layer is obtained by the <a> step in the method for manufacturing a surface acoustic wave element composite substrate according to the first embodiment. . Moreover, the support substrate 2 which has the SiC thin film layer 3 by which surface polishing was carried out by the <b> process is obtained.

次に、金属薄膜５を介し、ＳｉＣ薄膜層３とイオン注入層を有する圧電薄基板１形成用の圧電基板を表面活性化常温接合法により直接接合し、ＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１形成用の圧電基板との接合体を形成する。   Next, the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 having the ion implantation layer are directly bonded via the metal thin film 5 by the surface activation room temperature bonding method, and the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric thin substrate 1 are formed. A bonded body with the piezoelectric substrate is formed.

金属薄膜５を介し、ＳｉＣ薄膜層３とイオン注入層を有する圧電薄基板１形成用の圧電基板を直接接合するには、接合前のＳｉＣ薄膜層３の接合面と上記圧電基板におけるイオン注入がなされた側の主面を洗浄し、洗浄したＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１形成用の圧電基板の接合面をイオンビーム照射できるように真空容器内に配置し、超高真空中で各接合面へイオンビームを照射して残留不純物を除去すると共に各接合面を活性化させる。   In order to directly bond the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 having the ion implantation layer via the metal thin film 5, the bonding surface of the SiC thin film layer 3 before bonding and ion implantation in the piezoelectric substrate are performed. The main surface on the made side is cleaned, and the bonded surface of the cleaned SiC thin film layer 3 and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 is placed in a vacuum vessel so that it can be irradiated with an ion beam. The surface is irradiated with an ion beam to remove residual impurities and activate each bonding surface.

次に、ＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１形成用圧電基板の少なくとも一方の接合面にスパッタリング法により金属薄膜５を成膜する。金属薄膜５としてはクロム膜、チタン膜等酸素と結合する力が強く拡散係数が高い膜が好ましく、特にチタン膜が好ましい。ＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１形成用圧電基板の少なくとも一方の接合面に成膜される金属薄膜５の膜厚は５〜１０ｎｍであることが好ましい。膜厚が５ｎｍ未満と薄過ぎる場合、不連続な膜となり、成膜された接合面への拡散が不連続となる。一方、膜厚が１０ｎｍを超えて厚過ぎる場合、拡散する前に連続膜が形成され、ＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１形成用圧電基板との間に膜として介在し、拡散層として機能しなくなる可能性がある。   Next, a metal thin film 5 is formed by sputtering on at least one joint surface of the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1. As the metal thin film 5, a film having a strong bonding force with oxygen and a high diffusion coefficient, such as a chromium film or a titanium film, is preferable, and a titanium film is particularly preferable. The film thickness of the metal thin film 5 formed on at least one joint surface of the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 is preferably 5 to 10 nm. When the film thickness is too thin, less than 5 nm, the film becomes discontinuous and the diffusion to the formed bonding surface becomes discontinuous. On the other hand, when the film thickness exceeds 10 nm and is too thick, a continuous film is formed before diffusion, and is interposed as a film between the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 and functions as a diffusion layer. There is a possibility of disappearing.

上記金属薄膜５を成膜した後、金属薄膜５の大きな原子拡散を利用して、常温・無加圧・無電圧でＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１形成用圧電基板のイオン注入がなされた主面を接合する。これ等接合面には金属薄膜５が存在し、金属薄膜５の原子拡散により接合することができる。これにより、ＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１形成用圧電基板が金属薄膜５を介して直接接合され、ＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１形成用圧電基板との接合体が得られる。上記金属薄膜５が介在することで、ＳｉＣ薄膜層３と上記圧電基板の両接合面における表面粗さは金属薄膜５がないときに較べ粗くてもよくなり、接合前における研磨コストを低下させるメリットがある。   After the metal thin film 5 was formed, ion implantation of the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 was performed at room temperature, no pressure, and no voltage using the large atomic diffusion of the metal thin film 5. Join the main surfaces. The metal thin film 5 exists on these bonding surfaces and can be bonded by atomic diffusion of the metal thin film 5. Thereby, the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 are directly bonded via the metal thin film 5, and a joined body of the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 is obtained. By interposing the metal thin film 5, the surface roughness at both joint surfaces of the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric substrate may be rougher than when there is no metal thin film 5, and the merit of reducing the polishing cost before joining. There is.

次いで、第一実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板の製造方法における＜ｄ＞工程、すなわち、ＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１形成用圧電基板との接合体を熱処理し、該接合体から上記圧電基板本体を剥離して、厚さ１００ｎｍ〜１０００ｎｍ未満の圧電薄基板１を形成する。   Next, the <d> step in the method for manufacturing the surface acoustic wave element composite substrate according to the first embodiment, that is, the joined body of the SiC thin film layer 3 and the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate 1 is heat-treated, and the joined body The piezoelectric substrate main body is peeled off to form the piezoelectric thin substrate 1 having a thickness of 100 nm to less than 1000 nm.

更に、第一実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板の製造方法における＜ｅ＞工程、すなわち、圧電基板本体が剥離された後の接合体における圧電薄基板の表面を研磨することで、支持基板２上に形成されたＳｉＣ薄膜層３と圧電薄基板１が金属薄膜５を介して直接接合され、高周波数化と周波数温度特性が改善された第二実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板を得ることができる。   Further, the <e> step in the method for manufacturing the composite substrate for surface acoustic wave elements according to the first embodiment, that is, the surface of the piezoelectric thin substrate in the bonded body after the piezoelectric substrate body is peeled off is supported. The SiC thin film layer 3 formed on the substrate 2 and the piezoelectric thin substrate 1 are directly bonded via the metal thin film 5, and the composite for a surface acoustic wave device according to the second embodiment in which high frequency and frequency temperature characteristics are improved. A substrate can be obtained.

３．表面弾性波素子の製造方法
上述した方法で製造された第一実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板、および、第二実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板における圧電薄基板１の非接合面上に上述した機能を有する表面弾性波素子用電極（ＩＤＴ電極）４を形成して表面弾性波素子が作製される。尚、表面弾性波素子を共振子として使用する場合は、圧電薄基板上にＩＤＴ電極と該ＩＤＴ電極の両側部に一対の反射器を配置する。 3. Method of Manufacturing Surface Acoustic Wave Element Non-compression of piezoelectric thin substrate 1 in the surface acoustic wave element composite substrate according to the first embodiment manufactured by the method described above and the surface acoustic wave element composite substrate according to the second embodiment. A surface acoustic wave element is manufactured by forming a surface acoustic wave element electrode (IDT electrode) 4 having the above-described function on the joint surface. When a surface acoustic wave element is used as a resonator, an IDT electrode and a pair of reflectors are arranged on both sides of the IDT electrode on a piezoelectric thin substrate.

以下、表面弾性波素子の製造方法について具体的に説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing the surface acoustic wave device will be specifically described.

まず、上記表面弾性波素子用複合基板における圧電薄基板１の非接合面に電極用導電性材料層を形成した後、この導電性材料層上に、フォトリソグラフィ法によりＩＤＴ電極および反射器に対応した形状のレジスト層を形成する。   First, an electrode conductive material layer is formed on the non-bonding surface of the piezoelectric thin substrate 1 in the surface acoustic wave element composite substrate, and then an IDT electrode and a reflector are supported on the conductive material layer by photolithography. A resist layer having the shape described above is formed.

そして、レジスト層をマスクとして使用し、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチング法により上記レジスト層が形成されていない部分の導電性材料層を除去することで、所定パターンのＩＤＴ電極と反射器が形成される。   Then, using the resist layer as a mask, the conductive material layer where the resist layer is not formed is removed by a dry etching method such as reactive ion etching (RIE), so that the IDT electrode having a predetermined pattern and the reflective layer are reflected. A vessel is formed.

ＩＤＴ電極を形成する場合、上記エッチング法によらず、リフトオフ法によりパターニングしてもよい。また、上記反射器の本数は、必要とする挿入損失、チップサイズ等を勘案して適宜調節する。   When forming the IDT electrode, patterning may be performed by the lift-off method, not the etching method. The number of the reflectors is adjusted as appropriate in consideration of the required insertion loss, chip size, and the like.

上記電極用導電性材料としては、質量が小さく、電気抵抗値が低くかつ耐電力性が要請される理由から、アルミニウム若しくはアルミニウムに微量の異種金属（例えば、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｔｉ、ＨｆＢ２等が挙げられる）が添加されたアルミニウム系合金（必ずしも固溶体でなくてもよい）が好ましい。例えば、表面弾性波素子の寿命に影響を及ぼすＩＤＴ電極の耐電力性の観点から、半導体装置の分野でマイグレーションに強いことで定評のあるスパッタリング成膜による微量の銅が添加されたアルミニウム系合金を用いることが好ましい。但し、上記アルミニウム系合金に限定されず、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇおよびこれ等金属の内の１つを主成分とする合金から選ばれる１種を用いることもできる。 As the conductive material for an electrode, a small amount of a different kind of metal (for example, Cu, Si, Ti, HfB 2 or the like) is used for aluminum or aluminum because of its low mass, low electrical resistance value, and power durability. An aluminum-based alloy (not necessarily a solid solution) to which is added) is preferable. For example, from the viewpoint of the power durability of the IDT electrode that affects the life of the surface acoustic wave device, an aluminum-based alloy to which a small amount of copper is added by sputtering film formation, which has a reputation for being resistant to migration in the field of semiconductor devices. It is preferable to use it. However, the present invention is not limited to the above aluminum-based alloy, and one kind selected from Cu, Au, Pt, Ag, and an alloy containing one of these metals as a main component can also be used.

第一実施形態および第二実施形態に係る表面弾性波素子用複合基板を用いて製造された表面弾性波素子は、表面を伝搬する表面弾性波の伝搬速度が速くなって共振周波数が高くなり、かつ、周波数特性が温度変化によりシフト（変動）する課題も改善されると共に、良好な膜質の圧電体層を具備する長所を有する。   The surface acoustic wave device manufactured using the composite substrate for the surface acoustic wave device according to the first embodiment and the second embodiment has a higher propagation speed of the surface acoustic wave propagating on the surface and a higher resonance frequency. In addition, the problem that the frequency characteristic is shifted (fluctuated) due to a temperature change is improved, and the piezoelectric material layer having a good film quality is provided.

以下、本発明の実施例について比較例も挙げて具体的に説明する。   Examples of the present invention will be specifically described below with reference to comparative examples.

［実施例１］
（１）圧電薄基板形成用圧電基板内におけるイオン注入層の形成
直径２インチ、厚さ２５０μｍの圧電薄基板形成用タンタル酸リチウム基板［住友金属鉱山（株）製］における一方の主面から、加速エネルギー２００ｋｅＶで、１．０×１０17ａｔｏｍ／ｃｍ2程度のドーズ量により水素イオン注入を行い、上記圧電薄基板形成用タンタル酸リチウム基板の水素イオンが注入された側主面から深さ３００ｎｍの領域にイオン注入層を形成した。 [Example 1]
(1) Formation of an ion implantation layer in a piezoelectric substrate for forming a piezoelectric thin substrate From one main surface of a lithium tantalate substrate (made by Sumitomo Metal Mining Co., Ltd.) having a diameter of 2 inches and a thickness of 250 μm, Hydrogen ions are implanted at an acceleration energy of 200 keV and a dose of about 1.0 × 10 17 atoms / cm 2 , and a depth of 300 nm from the side main surface of the lithium tantalate substrate for forming a piezoelectric thin substrate into which hydrogen ions are implanted. An ion implantation layer was formed in the region.

（２）圧電薄基板形成用圧電基板の研磨
イオン注入層が形成された圧電薄基板形成用タンタル酸リチウム基板における水素イオンが注入された側の主面表面を、ダイヤモンドナノ研磨器［（株）アビコ技研研究所製］を用いて研磨した。研磨後の圧電薄基板形成用タンタル酸リチウム基板表面の表面粗さを３次元光学プロファイラーＮｅｘｖｉｅｗ装置（キャノン社製）で測定し、表面粗さＲａ０．４ｎｍとなるまで研磨した。 (2) Polishing of a piezoelectric substrate for forming a piezoelectric thin substrate A surface of a main surface of a lithium tantalate substrate for forming a piezoelectric thin substrate on which an ion-implanted layer is formed is implanted with a diamond nano polishing device [Co., Ltd.] It was polished using Abico Giken Lab. The surface roughness of the surface of the lithium tantalate substrate for forming a piezoelectric thin substrate after polishing was measured with a three-dimensional optical profiler Nextview device (manufactured by Canon Inc.) and polished until the surface roughness Ra became 0.4 nm.

（３）支持基板（シリコン基板）上へのＳｉＣ薄膜層の形成
支持基板として２インチ径単結晶シリコン基板（直径２インチ×厚さ２５０μｍ）を準備し、該シリコン基板を、アセトンを用いて超音波洗浄した。 (3) Formation of SiC thin film layer on support substrate (silicon substrate) A 2 inch diameter single crystal silicon substrate (diameter 2 inches × thickness 250 μm) is prepared as a support substrate, and the silicon substrate is made of ultra-thin using acetone. Sonicated.

次に、洗浄後のシリコン基板上に、熱ＣＶＤ装置を用いて、下記成膜条件によりＳｉＣ薄膜層を１０μｍ成膜した。
＜ＳｉＣ薄膜層の成膜条件＞
・成膜装置：熱ＣＶＤ装置［(株)ニューフレアテクノロジー社製 ＥＰＩＲＥＶＯ５６］
・前処理：Ａｒボンバード（１０分）
・使用原料ガス：四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）、メタン（ＣＨ4）(キャリアガス：水素)
メタン濃度３％
・ガス流量：１００ｓｃｃｍ
・成膜時圧力：３０ｋＰａ
・成膜時の基板温度：１３２０℃
・成膜時間：３０分 Next, a SiC thin film layer having a thickness of 10 μm was formed on the cleaned silicon substrate using a thermal CVD apparatus under the following film formation conditions.
<Conditions for SiC thin film layer formation>
・ Film forming equipment: Thermal CVD equipment [EPIREVO56 manufactured by New Flare Technology Co., Ltd.]
・ Pretreatment: Ar Bombard (10 minutes)
・ Raw material gas: silicon tetrachloride (SiCl 4 ), methane (CH 4 ) (carrier gas: hydrogen)
Methane concentration 3%
・ Gas flow rate: 100sccm
-Pressure during film formation: 30 kPa
-Substrate temperature during film formation: 1320 ° C
・ Deposition time: 30 minutes

形成された薄膜について、Ｘ線回折測定装置（理学電気社製）を用いてＸ線回折測定を行い、Ｘ線回折パターンを測定した結果、ＳｉＣにおける（１００）、（１０１）、（２２０）、（４００）、（３１１）ピーク等が検出され、多結晶ＳｉＣであることが確認された。また、得られたＳｉＣ薄膜の表面硬度は、修正モース硬度で１３であり、ダイヤモンドの硬度１５に匹敵する硬度であった。   About the formed thin film, X-ray diffraction measurement was performed using an X-ray diffraction measurement apparatus (manufactured by Rigaku Corporation), and the X-ray diffraction pattern was measured. As a result, (100), (101), (220) in SiC, (400), (311) peaks, etc. were detected and confirmed to be polycrystalline SiC. Further, the surface hardness of the obtained SiC thin film was 13 in modified Mohs hardness, which was comparable to the hardness 15 of diamond.

（４）ＳｉＣ薄膜層の研磨
次に、支持基板（シリコン基板）上に成膜したＳｉＣ薄膜層をダイヤモンドナノ研磨器［（株）アビコ技研研究所製］を用いて厚さ７μｍ、表面粗さＲａ０．３ｎｍとなるよう研磨調整した。尚、ＳｉＣ薄膜層の表面粗さを３次元光学プロファイラーＮｅｘｖｉｅｗ装置（キャノン社製）により測定している。 (4) Polishing of SiC thin film layer Next, the SiC thin film layer formed on the support substrate (silicon substrate) is 7 μm in thickness and surface roughness using a diamond nano polisher [manufactured by Abico Giken Co., Ltd.]. The polishing was adjusted to Ra 0.3 nm. The surface roughness of the SiC thin film layer is measured with a three-dimensional optical profiler Nextview device (manufactured by Canon Inc.).

（５）ＳｉＣ薄膜層と圧電薄基板形成用圧電基板との常温接合
表面研磨したＳｉＣ薄膜層／支持基板（シリコン基板）と、イオン注入層が形成されかつ主面表面が研磨された圧電薄基板形成用タンタル酸リチウム基板を、アセトン液中で超音波洗浄し、更に、両基板の研磨がなされた表面にＵＶ照射を６０秒行った。 (5) Room temperature bonding of SiC thin film layer and piezoelectric substrate for forming piezoelectric thin substrate Surface-polished SiC thin film layer / support substrate (silicon substrate), and piezoelectric thin substrate having an ion-implanted layer formed and the main surface polished The lithium tantalate substrate for formation was ultrasonically cleaned in an acetone solution, and UV irradiation was performed for 60 seconds on the polished surfaces of both substrates.

次に、表面活性化接合タイプ常温接合装置［（株）ムサシノエンジニアリング社製］に洗浄およびＵＶ照射を終えた上記両基板を配置し、超高真空２×１０-6Ｐａまで真空引きし、両基板の研磨がなされた表面にＡｒビーム照射し（照射条件：加速電圧５０ｋＶ、ビーム径１．２ｍｍ、照射量２×１０14ｉｏｎｓ／ｃｍ2）、該表面を活性化した後、同一チャンバー内に設置されたＤＣマグネトロンスパッタリング装置を用いて上記ＳｉＣ薄膜層／支持基板（シリコン基板）のＳｉＣ薄膜層表面に膜厚７ｎｍのチタン膜を成膜した。すなわち、３インチ径で純度３Ｎのチタンターゲットを上記ＤＣマグネトロンスパッタリング装置に装着し、チャンバー内の到達真空度を６．５×１０-4Ｐａとし、基板温度を１２０℃とし、かつ、反応性ガスとしてアルゴンガス−酸素の混合ガスを供給しながらスパッタリング（スパッタリング出力：ＤＣ１００Ｗ、成膜時間：１分）を行って膜厚７ｎｍの上記チタン膜を成膜した。尚、反応性ガスのアルゴンガス流量は１５ｓｃｃｍ、酸素流量は１０ｓｃｃｍとした。 Next, both the substrates after cleaning and UV irradiation are placed in a surface activated bonding type room temperature bonding apparatus (manufactured by Musashino Engineering Co., Ltd.), and vacuumed to ultra high vacuum 2 × 10 −6 Pa. Ar surface irradiation was performed on the polished surface of the substrate (irradiation conditions: acceleration voltage 50 kV, beam diameter 1.2 mm, irradiation amount 2 × 10 14 ions / cm 2 ). A titanium film having a thickness of 7 nm was formed on the surface of the SiC thin film layer of the SiC thin film layer / support substrate (silicon substrate) by using an installed DC magnetron sputtering apparatus. That is, a titanium target with a diameter of 3 inches and a purity of 3N is mounted on the DC magnetron sputtering apparatus, the ultimate vacuum in the chamber is 6.5 × 10 −4 Pa, the substrate temperature is 120 ° C., and the reactive gas Sputtering (sputtering output: DC 100 W, film formation time: 1 minute) was performed while supplying a mixed gas of argon gas and oxygen, and the titanium film having a thickness of 7 nm was formed. The argon gas flow rate of the reactive gas was 15 sccm, and the oxygen flow rate was 10 sccm.

次いで、上記チタン膜が成膜されたＳｉＣ薄膜層／支持基板（シリコン基板）と、タンタル酸リチウム基板の表面を対向させ、熱、圧力等を加えずに両表面を常温接合してＳｉＣ薄膜層と圧電薄基板形成用タンタル酸リチウム基板の接合体を得た。   Next, the SiC thin film layer / support substrate (silicon substrate) on which the titanium film is formed and the surface of the lithium tantalate substrate are opposed to each other, and both surfaces are joined at room temperature without applying heat, pressure, etc. And a joined body of a lithium tantalate substrate for forming a piezoelectric thin substrate.

（６）接合体の熱処理と該接合体からタンタル酸リチウム基板本体の剥離
次に、ＳｉＣ薄膜層と圧電薄基板形成用タンタル酸リチウム基板の接合体を加熱炉に配置し、３５０℃、１０分の熱処理を行った。 (6) Heat treatment of bonded body and peeling of lithium tantalate substrate main body from bonded body Next, the bonded body of the SiC thin film layer and the lithium tantalate substrate for forming a piezoelectric thin substrate is placed in a heating furnace, and 350 ° C. for 10 minutes. The heat treatment was performed.

熱処理により、圧電薄基板形成用タンタル酸リチウム基板内に形成されたイオン注入層を剥離面にして上記接合体からタンタル酸リチウム基板本体が自然剥離され、ＳｉＣ薄膜層と直接接合された厚さ３００ｎｍの圧電薄基板（タンタル酸リチウム薄基板）が形成された。   A thickness of 300 nm in which the lithium tantalate substrate main body is naturally peeled from the bonded body and directly bonded to the SiC thin film layer, with the ion-implanted layer formed in the piezoelectric tantalate lithium substrate for forming a piezoelectric thin substrate formed as a peeling surface by heat treatment. A piezoelectric thin substrate (lithium tantalate thin substrate) was formed.

尚、圧電薄基板（タンタル酸リチウム薄基板）とチタン膜を成膜したＳｉＣ薄膜層が直接接合された実施例１に係る表面弾性波素子用複合基板の接合面を走査型電子顕微鏡で撮影し、そのＴＥＭ撮像図を図５に示す。ＴＥＭ撮像図から、Ｔｉ膜（図５でＴｉと表示、以下同様）は、ＳｉＣ薄膜層（ＳｉＣと表示）上に結晶配向して成膜されており、タンタル酸リチウム薄基板（ＬＴと表示）、Ｔｉ膜およびＳｉＣ薄膜層は隙間なく接合していることが確認された。   The bonding surface of the surface acoustic wave device composite substrate according to Example 1 in which the piezoelectric thin substrate (lithium tantalate thin substrate) and the SiC thin film layer formed with the titanium film were directly bonded was photographed with a scanning electron microscope. The TEM image is shown in FIG. From the TEM image, the Ti film (shown as Ti in FIG. 5, the same applies hereinafter) is formed with a crystal orientation on the SiC thin film layer (shown as SiC), and is a lithium tantalate thin substrate (shown as LT). It was confirmed that the Ti film and the SiC thin film layer were joined without a gap.

（７）圧電薄基板（タンタル酸リチウム薄基板）における非接合面の研磨
タンタル酸リチウム薄基板／（直接接合：Ｔｉ膜）／ＳｉＣ薄膜層／支持基板（シリコン基板）の構成を有する複合基板における上記タンタル酸リチウム薄基板の非接合面を、コロイダルシリカを用いたメカノケミカルポリッシュによりタンタル酸リチウム薄基板の厚さが２５０ｎｍになるまで鏡面研磨し、上記非接合面の表面粗さをＲａ４ｎｍとした。 (7) Polishing of non-bonded surface of piezoelectric thin substrate (lithium tantalate thin substrate) In a composite substrate having a structure of lithium tantalate thin substrate / (direct bonding: Ti film) / SiC thin film layer / support substrate (silicon substrate) The non-joint surface of the lithium tantalate thin substrate was mirror-polished by mechanochemical polishing using colloidal silica until the thickness of the lithium tantalate thin substrate reached 250 nm, and the surface roughness of the non-joint surface was Ra 4 nm. .

これ等の製造条件について表１に示す。   These manufacturing conditions are shown in Table 1.

（８）表面弾性波素子の作製
鏡面研磨処理がなされた実施例１に係る表面弾性波素子用複合基板におけるタンタル酸リチウム薄基板の非接合面に、真空蒸着法により、先に厚さ５ｎｍのＣｒ膜を成膜し、次いで厚さ０．１５μｍのＣｕ膜を成膜した。 (8) Fabrication of surface acoustic wave element A non-bonded surface of the lithium tantalate thin substrate in the composite substrate for surface acoustic wave element according to Example 1 subjected to the mirror polishing process was previously deposited by a vacuum deposition method with a thickness of 5 nm. A Cr film was formed, and then a Cu film having a thickness of 0.15 μm was formed.

次に、上記Ｃｕ膜上に、フォトリソグラフィ法によりＩＤＴ電極に対応した形状のレジスト層を形成し、該レジスト層をマスクとして用い、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のドライエッチング法によりレジスト層が形成されていない部分のＣｕ膜およびＣｒ膜を除去した。これにより、所定パターンのＩＤＴ電極を形成し、実施例１に係るＳＡＷデバイスを作製した。   Next, a resist layer having a shape corresponding to the IDT electrode is formed on the Cu film by a photolithography method, and the resist layer is formed by a reactive ion etching (RIE) dry etching method using the resist layer as a mask. Uncut portions of the Cu film and the Cr film were removed. As a result, IDT electrodes having a predetermined pattern were formed, and the SAW device according to Example 1 was manufactured.

得られたＳＡＷデバイスの特性は、伝搬速度は９２００ｍ／ｓ、周波数温度特性は−９．２ｐｐｍ／℃、電気機械結合係数は７．４％であった。   As for the characteristics of the obtained SAW device, the propagation speed was 9200 m / s, the frequency temperature characteristic was −9.2 ppm / ° C., and the electromechanical coupling coefficient was 7.4%.

これ等の評価結果から、タンタル酸リチウム基板を用いた従来のＳＡＷデバイスを上回る伝搬速度と周波数温度特性が得られていることが確認された。   From these evaluation results, it was confirmed that the propagation velocity and frequency temperature characteristics superior to those of conventional SAW devices using a lithium tantalate substrate were obtained.

また、櫛歯状電極の幅を０．４μｍ（表面弾性波の波長λは０．４×４＝１．６μｍとなる）とすることにより、共振周波数９２００／１．６＝５７５０ＭＨｚのＳＡＷデバイスを得ることができた。得られたＳＡＷデバイスの特性を表２に示す。   Further, by setting the width of the comb-like electrode to 0.4 μm (the surface acoustic wave wavelength λ is 0.4 × 4 = 1.6 μm), a SAW device having a resonance frequency of 9200 / 1.6 = 5750 MHz can be obtained. I was able to get it. Table 2 shows the characteristics of the obtained SAW device.

［実施例２］
実施例１の上記（１）欄「圧電薄基板形成用圧電基板内におけるイオン注入層の形成」において、圧電薄基板形成用タンタル酸リチウム基板における水素イオンが注入された側の主面から深さ６００ｎｍの領域にイオン注入層を形成した以外は、実施例１と同様にして、実施例２に係る表面弾性波素子用複合基板（複合基板）を作製した。尚、タンタル酸リチウム薄基板の厚さは５５０ｎｍ、非接合面の表面粗さはＲａ４ｎｍである。 [Example 2]
Depth from the main surface on the side where hydrogen ions are implanted in the lithium tantalate substrate for piezoelectric thin substrate formation in the above-mentioned column (1) of Example 1, “Formation of ion implantation layer in piezoelectric substrate for piezoelectric thin substrate formation” A composite substrate for a surface acoustic wave device (composite substrate) according to Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that an ion implantation layer was formed in a 600 nm region. The thin lithium tantalate substrate has a thickness of 550 nm, and the non-bonded surface has a surface roughness of Ra 4 nm.

そして、鏡面研磨処理がなされた実施例２に係る表面弾性波素子用複合基板のタンタル酸リチウム薄基板の非接合面に、実施例１と同様、所定パターンのＩＤＴ電極を形成し、実施例２に係るＳＡＷデバイスを作製した。   Then, an IDT electrode having a predetermined pattern is formed on the non-joint surface of the lithium tantalate thin substrate of the composite substrate for a surface acoustic wave element according to Example 2 that has been subjected to mirror polishing, as in Example 1. Example 2 A SAW device according to was manufactured.

得られたＳＡＷデバイスの特性は、伝搬速度は９１５０ｍ／ｓ、周波数温度特性は−９．８ｐｐｍ／℃、電気機械結合係数は７．２％であった。   As for the characteristics of the obtained SAW device, the propagation velocity was 9150 m / s, the frequency temperature characteristic was −9.8 ppm / ° C., and the electromechanical coupling coefficient was 7.2%.

これ等の評価結果から、タンタル酸リチウム基板を用いた従来のＳＡＷデバイスを上回る伝搬速度と周波数温度特性が得られていることが確認された。   From these evaluation results, it was confirmed that the propagation velocity and frequency temperature characteristics superior to those of conventional SAW devices using a lithium tantalate substrate were obtained.

また、櫛歯状電極の幅を０．４μｍ（表面弾性波の波長λは０．４×４＝１．６μｍとなる）とすることにより、共振周波数９１５０／１．６＝５７１８ＭＨｚのＳＡＷデバイスを得ることができた。得られたＳＡＷデバイスの特性を表２に示す。   Further, by setting the width of the comb-like electrode to 0.4 μm (the surface acoustic wave wavelength λ is 0.4 × 4 = 1.6 μm), a SAW device having a resonance frequency of 9150 / 1.6 = 5718 MHz can be obtained. I was able to get it. Table 2 shows the characteristics of the obtained SAW device.

［実施例３］
実施例２に係る表面弾性波素子用複合基板（複合基板）を用い、櫛歯状電極の幅を０．２μｍ（表面弾性波の波長λは０．２×４＝０．８μｍとなる）とした以外は、実施例２と同様にして実施例３に係るＳＡＷデバイスを作製した。 [Example 3]
The surface acoustic wave element composite substrate (composite substrate) according to Example 2 was used, and the width of the comb-like electrode was 0.2 μm (the surface acoustic wave wavelength λ was 0.2 × 4 = 0.8 μm) A SAW device according to Example 3 was produced in the same manner as Example 2 except that.

得られたＳＡＷデバイスの特性は、実施例２と同様、伝搬速度は９１５０ｍ／ｓ、周波数温度特性は−９．８ｐｐｍ／℃、電気機械結合係数は７．２％であり、櫛歯状電極の幅を０．２μｍとすることにより、共振周波数９１５０／０．８＝１１４３８ＧＨｚのＳＡＷデバイスを得ることができた。得られたＳＡＷデバイスの特性を表２に示す。   The characteristics of the obtained SAW device are the same as in Example 2, the propagation speed is 9150 m / s, the frequency temperature characteristic is −9.8 ppm / ° C., the electromechanical coupling coefficient is 7.2%, and the comb-shaped electrode By setting the width to 0.2 μm, a SAW device having a resonance frequency of 9150 / 0.8 = 1143 GHz could be obtained. Table 2 shows the characteristics of the obtained SAW device.

［実施例４］
実施例１の上記（３）欄「支持基板（シリコン基板）上へのＳｉＣ薄膜層の形成」および（５）欄「ＳｉＣ薄膜層と圧電薄基板形成用圧電基板との常温接合」以外は、実施例１と同様にして、実施例４に係る表面弾性波素子用複合基板（複合基板）と表面弾性波素子（ＳＡＷデバイス）を作製した。 [Example 4]
Except for column (3) “Formation of SiC thin film layer on support substrate (silicon substrate)” in Example 1 and column (5) “Room temperature bonding between SiC thin film layer and piezoelectric substrate for forming piezoelectric thin substrate” In the same manner as in Example 1, a composite substrate for a surface acoustic wave element (composite substrate) and a surface acoustic wave element (SAW device) according to Example 4 were produced.

以下、上記（３）欄および（５）欄の各工程について説明する。   Hereinafter, each process of the said (3) column and (5) column is demonstrated.

（３）支持基板（シリコン基板）上へのＳｉＣ薄膜層の形成
支持基板として２インチ径単結晶シリコン基板（直径２インチ×厚さ２５０μｍ）を準備し、該シリコン基板を、アセトンを用いて超音波洗浄した。 (3) Formation of SiC thin film layer on support substrate (silicon substrate) A 2 inch diameter single crystal silicon substrate (diameter 2 inches × thickness 250 μm) is prepared as a support substrate, and the silicon substrate is made of ultra-thin using acetone. Sonicated.

次に、実施例１で適用した熱ＣＶＤ装置に代えて、熱ＣＶＤ法より低温で成膜が可能なプラズマＣＶＤ装置（ＵＬＶＡＣ社製ＣＣ−２００）を用い、下記成膜条件により洗浄後の上記シリコン基板上にＳｉＣ薄膜層を１０μｍ成膜した。
＜ＳｉＣ薄膜層の成膜条件＞
・成膜装置：プラズマＣＶＤ装置［ＵＬＶＡＣ社製 ＣＣ−２００）］
高周波２１．１２ＭＨｚで励起。
・前処理：Ａｒボンバード（１０分）
・使用原料ガス：モノシラン（ＳｉＨ4）（水素で１０％希釈） 流量５ｓｃｃｍ
メタン（ＣＨ4）（水素で１０％希釈） 流量５０ｓｃｃｍ
・成膜時圧力：２ｋＰａ
・成膜時の基板温度：６２０℃
・成膜時間：４０分 Next, instead of the thermal CVD apparatus applied in Example 1, a plasma CVD apparatus capable of forming a film at a lower temperature than the thermal CVD method (CC-200 manufactured by ULVAC) was used, and the above after cleaning under the following film formation conditions A SiC thin film layer having a thickness of 10 μm was formed on a silicon substrate.
<Conditions for SiC thin film layer formation>
-Film formation apparatus: Plasma CVD apparatus [CC-200 manufactured by ULVAC]
Excitation at high frequency 21.12 MHz.
・ Pretreatment: Ar Bombard (10 minutes)
-Source gas used: Monosilane (SiH 4 ) (10% diluted with hydrogen) Flow rate 5 sccm
Methane (CH 4 ) (10% diluted with hydrogen) Flow rate 50sccm
-Pressure during film formation: 2 kPa
-Substrate temperature during film formation: 620 ° C
・ Deposition time: 40 minutes

（５）ＳｉＣ薄膜層と圧電薄基板形成用圧電基板との常温接合
表面研磨したＳｉＣ薄膜層／支持基板（シリコン基板）と、イオン注入層が形成されかつ主面表面が研磨された圧電薄基板形成用タンタル酸リチウム基板を、アセトン液中で超音波洗浄し、更に、両基板の研磨がなされた表面にＵＶ照射を６０秒行った。 (5) Room temperature bonding of SiC thin film layer and piezoelectric substrate for forming piezoelectric thin substrate Surface-polished SiC thin film layer / support substrate (silicon substrate), and piezoelectric thin substrate having an ion-implanted layer formed and the main surface polished The lithium tantalate substrate for formation was ultrasonically cleaned in an acetone solution, and UV irradiation was performed for 60 seconds on the polished surfaces of both substrates.

次に、表面活性化接合タイプ常温接合装置［（株）ムサシノエンジニアリング社製］に洗浄およびＵＶ照射を終えた上記両基板を配置し、超高真空２×１０-6Ｐａまで真空引きし、両基板の研磨がなされた表面にＡｒビーム照射して（照射条件：加速電圧５０ｋＶ、ビーム径１．２ｍｍ、照射量２×１０14ｉｏｎｓ／ｃｍ2）該表面を活性化し、次いで、上記ＳｉＣ薄膜層／支持基板（シリコン基板）とタンタル酸リチウム基板の表面を対向させ、熱、圧力等を加えずに両表面を常温接合してＳｉＣ薄膜層と圧電薄基板形成用タンタル酸リチウム基板の接合体を得た後、実施例１と同様にして実施例４に係るＳＡＷデバイスを作製した。 Next, both the substrates after cleaning and UV irradiation are placed in a surface activated bonding type room temperature bonding apparatus (manufactured by Musashino Engineering Co., Ltd.), and vacuumed to ultra high vacuum 2 × 10 −6 Pa. Ar surface irradiation is performed on the polished surface of the substrate (irradiation conditions: acceleration voltage 50 kV, beam diameter 1.2 mm, irradiation amount 2 × 10 14 ions / cm 2 ) to activate the surface, and then the SiC thin film layer / The surface of the support substrate (silicon substrate) and the lithium tantalate substrate are opposed to each other, and both surfaces are joined at room temperature without applying heat, pressure, etc., to obtain a joined body of the SiC thin film layer and the lithium tantalate substrate for forming the piezoelectric thin substrate. After being obtained, a SAW device according to Example 4 was produced in the same manner as in Example 1.

得られたＳＡＷデバイスの特性は、伝搬速度は９１００ｍ／ｓ、周波数温度特性は−９．０ｐｐｍ／℃、電気機械結合係数は７．１％であった。   As for the characteristics of the obtained SAW device, the propagation speed was 9100 m / s, the frequency temperature characteristic was −9.0 ppm / ° C., and the electromechanical coupling coefficient was 7.1%.

これ等の評価結果から、タンタル酸リチウム基板を用いた従来のＳＡＷデバイスを上回る伝搬速度と周波数温度特性が得られていることが確認された。   From these evaluation results, it was confirmed that the propagation velocity and frequency temperature characteristics that are superior to those of conventional SAW devices using a lithium tantalate substrate are obtained.

また、櫛歯状電極の幅を０．４μｍ（表面弾性波の波長λは０．４×４＝１．６μｍとなる）とすることにより、共振周波数９１００／１．６＝５６８７ＭＨｚのＳＡＷデバイスを得ることができた。得られたＳＡＷデバイスの特性を表２に示す。   Further, by setting the width of the comb-like electrode to 0.4 μm (the surface acoustic wave wavelength λ is 0.4 × 4 = 1.6 μm), a SAW device having a resonance frequency of 9100 / 1.6 = 5687 MHz can be obtained. I was able to get it. Table 2 shows the characteristics of the obtained SAW device.

［実施例５］
実施例２の上記（３）欄「支持基板（シリコン基板）上へのＳｉＣ薄膜層の形成」以外は、実施例２と同様にして、実施例５に係る表面弾性波素子用複合基板（複合基板）と表面弾性波素子（ＳＡＷデバイス）を作製した。 [Example 5]
A composite substrate for a surface acoustic wave device according to Example 5 (composite), except for the above-mentioned column (3) of Example 2, “Formation of SiC thin film layer on support substrate (silicon substrate)” Substrate) and a surface acoustic wave device (SAW device).

以下、上記（３）欄の工程について説明する。   Hereafter, the process of the said (3) column is demonstrated.

（３）支持基板（シリコン基板）上へのＳｉＣ薄膜層の形成
支持基板として２インチ径単結晶シリコン基板（直径２インチ×厚さ２５０μｍ）を準備し、該シリコン基板を、アセトンを用いて超音波洗浄した。 (3) Formation of SiC thin film layer on support substrate (silicon substrate) A 2 inch diameter single crystal silicon substrate (diameter 2 inches × thickness 250 μm) is prepared as a support substrate, and the silicon substrate is made of ultra-thin using acetone. Sonicated.

次に、実施例２で適用した熱ＣＶＤ装置に代えて、熱ＣＶＤ法より低温で成膜が可能なプラズマＣＶＤ装置（ＵＬＶＡＣ社製ＣＣ−２００）を用い、下記成膜条件により洗浄後の上記シリコン基板上にＳｉＣ薄膜層を１０μｍ成膜した後、実施例２と同様にして実施例５に係るＳＡＷデバイスを作製した。
＜ＳｉＣ薄膜層の成膜条件＞
・成膜装置：プラズマＣＶＤ装置［ＵＬＶＡＣ社製 ＣＣ−２００）］
高周波２１．１２ＭＨｚで励起。
・前処理：Ａｒボンバード（１０分）
・使用原料ガス：モノシラン（ＳｉＨ4）（水素で１０％希釈） 流量５ｓｃｃｍ
メタン（ＣＨ4）（水素で１０％希釈） 流量５０ｓｃｃｍ
・成膜時圧力：２ｋＰａ
・成膜時の基板温度：６２０℃
・成膜時間：４０分 Next, instead of the thermal CVD apparatus applied in Example 2, a plasma CVD apparatus capable of forming a film at a lower temperature than the thermal CVD method (CC-200 manufactured by ULVAC) is used, and the above after cleaning under the following film formation conditions. After a SiC thin film layer having a thickness of 10 μm was formed on a silicon substrate, a SAW device according to Example 5 was produced in the same manner as in Example 2.
<Conditions for SiC thin film layer formation>
-Film formation apparatus: Plasma CVD apparatus [CC-200 manufactured by ULVAC]
Excitation at high frequency 21.12 MHz.
・ Pretreatment: Ar Bombard (10 minutes)
-Source gas used: Monosilane (SiH 4 ) (10% diluted with hydrogen) Flow rate 5 sccm
Methane (CH 4 ) (10% diluted with hydrogen) Flow rate 50sccm
-Pressure during film formation: 2 kPa
-Substrate temperature during film formation: 620 ° C
・ Deposition time: 40 minutes

得られたＳＡＷデバイスの特性は、伝搬速度は８９６０ｍ／ｓ、周波数温度特性は−８．４ｐｐｍ／℃、電気機械結合係数は６．８％であった。   As for the characteristics of the obtained SAW device, the propagation velocity was 8960 m / s, the frequency temperature characteristic was −8.4 ppm / ° C., and the electromechanical coupling coefficient was 6.8%.

また、櫛歯状電極の幅を０．４μｍ（表面弾性波の波長λは０．４×４＝１．６μｍとなる）とすることにより、共振周波数８９６０／１．６＝５６００ＭＨｚのＳＡＷデバイスを得ることができた。得られたＳＡＷデバイスの特性を表２に示す。   Further, by setting the width of the comb-like electrode to 0.4 μm (the surface acoustic wave wavelength λ is 0.4 × 4 = 1.6 μm), a SAW device having a resonance frequency of 8960 / 1.6 = 5600 MHz can be obtained. I was able to get it. Table 2 shows the characteristics of the obtained SAW device.

［比較例１］
ＳｉＣ薄膜層／シリコン基板を接合させずに、直径２インチ、厚さ３５０μｍ、表面粗さＲａ３ｎｍのタンタル酸リチウム基板［住友金属鉱山（株）社製］単体を用い、実施例１の上記（８）欄「表面弾性波素子の作製」工程に従って比較例１に係るＳＡＷデバイスを作製した。 [Comparative Example 1]
The above-mentioned (8) of Example 1 using a single lithium tantalate substrate (Sumitomo Metal Mining Co., Ltd.) having a diameter of 2 inches, a thickness of 350 μm, and a surface roughness Ra of 3 nm without bonding the SiC thin film layer / silicon substrate. ) Column A SAW device according to Comparative Example 1 was produced according to the “production of surface acoustic wave device” step.

得られたＳＡＷデバイスの特性は、伝搬速度は３９００ｍ／ｓ、周波数温度特性は−３８．２ｐｐｍ／℃、電気機械結合係数は８．０％であった（表２参照）。   As for the characteristics of the obtained SAW device, the propagation speed was 3900 m / s, the frequency temperature characteristic was −38.2 ppm / ° C., and the electromechanical coupling coefficient was 8.0% (see Table 2).

比較例１においては、ＳｉＣ薄膜層／シリコン基板を接合させた複合基板の構造が採られておらず、タンタル酸リチウム基板の熱膨張係数が１５．７×１０-6／Ｋ（シリコン基板は３．９×１０-6／Ｋ）であるため、温度上昇に伴いタンタル酸リチウム基板が伸びて電極間隔も広がり、共振周波数は低下していき他バンドの混線の危険性があった。 In Comparative Example 1, the structure of the composite substrate in which the SiC thin film layer / silicon substrate is bonded is not adopted, and the thermal expansion coefficient of the lithium tantalate substrate is 15.7 × 10 −6 / K (the silicon substrate is 3 .9 × 10 −6 / K), the temperature of the lithium tantalate substrate expanded and the electrode spacing increased, the resonance frequency decreased, and there was a risk of crosstalk in other bands.

また、櫛歯状電極の幅を０．４μｍ（表面弾性波の波長λは０．４×４＝１．６μｍとなる）とすることより、３９００／１．６＝２４３７ＭＨｚのＳＡＷデバイスが得られた。得られたＳＡＷデバイスの特性も表２に示す。   Further, by setting the width of the comb-like electrode to 0.4 μm (the surface acoustic wave wavelength λ is 0.4 × 4 = 1.6 μm), a SAW device of 3900 / 1.6 = 2437 MHz can be obtained. It was. The characteristics of the obtained SAW device are also shown in Table 2.

［比較例２］
支持基板として２インチ径単結晶シリコン基板（直径２インチ×厚さ３５０μｍ）を準備した。 [Comparative Example 2]
A 2-inch diameter single crystal silicon substrate (diameter 2 inches × thickness 350 μm) was prepared as a support substrate.

また、圧電基板として、直径２インチ、厚さ３５０μｍ、表面粗さＲａ３ｎｍのタンタル酸リチウム基板［住友金属鉱山（株）社製］を準備した。   Further, a lithium tantalate substrate [manufactured by Sumitomo Metal Mining Co., Ltd.] having a diameter of 2 inches, a thickness of 350 μm, and a surface roughness Ra of 3 nm was prepared as a piezoelectric substrate.

そして、両基板をアセトン液中で超音波洗浄した後、更に、両基板の表面にＵＶ照射を６０秒行った。   And after carrying out ultrasonic cleaning of both board | substrates in acetone liquid, UV irradiation was further performed for 60 second to the surface of both board | substrates.

次に、表面活性化接合タイプ常温接合装置［（株）ムサシノエンジニアリング社製］に洗浄およびＵＶ照射を終えた両基板を配置し、超高真空２×１０-6Ｐａまで真空引きし、両基板の表面にＡｒビーム照射し（照射条件：加速電圧５０ｋＶ、ビーム径１．２ｍｍ、照射量２×１０14ｉｏｎｓ／ｃｍ2）、両基板の表面を活性化した後、両基板の表面を対向させ、熱、圧力等を加えずに両表面を常温接合して、比較例２に係る表面弾性波素子用複合基板（複合基板）を作製した。 Next, both substrates that have been cleaned and UV-irradiated are placed in a surface activated bonding type room-temperature bonding apparatus (manufactured by Musashino Engineering Co., Ltd.) and evacuated to an ultrahigh vacuum of 2 × 10 −6 Pa. The surfaces of the two substrates were irradiated with an Ar beam (irradiation conditions: acceleration voltage 50 kV, beam diameter 1.2 mm, irradiation amount 2 × 10 14 ions / cm 2 ), the surfaces of both substrates were activated, and the surfaces of both substrates were made to face each other. Then, both surfaces were joined at room temperature without applying heat, pressure, etc., to produce a surface acoustic wave element composite substrate (composite substrate) according to Comparative Example 2.

（７）複合基板における圧電基板（タンタル酸リチウム基板）の非接合面の研磨
タンタル酸リチウム基板／（直接接合）／シリコン基板の構成を有する上記複合基板におけるタンタル酸リチウム基板の非接合面を、表面研磨器［（株）ディスコ社製ＤＧＰ８７６１］を用いて厚さ２５μｍまで研磨し、更に、タンタル酸リチウム基板の非接合面を、コロイダルシリカを用いたメカノケミカルポリッシュにより鏡面研磨して上記非接合面の表面粗さをＲａ４ｎｍとし、比較例２に係る表面弾性波素子用複合基板を得た。 (7) Polishing of non-bonded surface of piezoelectric substrate (lithium tantalate substrate) in composite substrate Non-bonded surface of lithium tantalate substrate in the composite substrate having the structure of lithium tantalate substrate / (direct bonding) / silicon substrate, Polishing to a thickness of 25 μm using a surface polisher [DGP8761 manufactured by DISCO Corporation], and further polishing the non-bonded surface of the lithium tantalate substrate with a mechanochemical polish using colloidal silica. The surface roughness of the surface was Ra 4 nm, and a composite substrate for a surface acoustic wave device according to Comparative Example 2 was obtained.

上記製造条件について表１に示す。   The production conditions are shown in Table 1.

得られた複合基板を用い、実施例１の（８）欄「表面弾性波素子の作製」工程に従って比較例２に係るＳＡＷデバイスを作製した。   Using the obtained composite substrate, a SAW device according to Comparative Example 2 was produced according to the step “Production of surface acoustic wave device” in column (8) of Example 1.

得られたＳＡＷデバイスの特性は、伝搬速度３９００ｍ／ｓ、周波数温度特性は−１８．２ｐｐｍ／℃、電気機械結合係数は７．６％であった（表２参照）。   The obtained SAW device had a propagation speed of 3900 m / s, a frequency temperature characteristic of −18.2 ppm / ° C., and an electromechanical coupling coefficient of 7.6% (see Table 2).

また、櫛歯状電極の幅を０．４μｍ（表面弾性波の波長λは０．４×４＝１．６μｍとなる）とすることより、３９００／１．６＝２４３７ＭＨｚのＳＡＷデバイスが得られた。得られたＳＡＷデバイスの特性も表２に示す。   Further, by setting the width of the comb-like electrode to 0.4 μm (the surface acoustic wave wavelength λ is 0.4 × 4 = 1.6 μm), a SAW device of 3900 / 1.6 = 2437 MHz can be obtained. It was. The characteristics of the obtained SAW device are also shown in Table 2.

比較例２においては、シリコン基板とタンタル酸リチウム基板とを直接接合させた複合基板の構造が採られており、シリコン基板の方がタンタル酸リチウム基板より熱膨張が小さいためタンタル酸リチウム基板の伸びが抑制され、電極間隔も広がらず共振周波数の変化もごくわずかであった。しかし、タンタル酸リチウム基板を用いた従来のＳＡＷデバイスを上回る伝搬速度は得られなかった。   In Comparative Example 2, a structure of a composite substrate in which a silicon substrate and a lithium tantalate substrate are directly bonded is adopted, and the thermal expansion of the silicon substrate is smaller than that of the lithium tantalate substrate. And the change in the resonance frequency was negligible. However, a propagation speed higher than that of a conventional SAW device using a lithium tantalate substrate cannot be obtained.

［実施例６］
［多結晶Ｂ4Ｃ基板の製造］
「（株）シンターランド社製ＬＡＢＯＸ-６００」を用いて、放電プラズマ焼結法（ＳＰＳ：Spark Plasma Sintering）により多結晶炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）基板を製造した。 [Example 6]
[Manufacture of polycrystalline B 4 C substrate]
A polycrystalline boron carbide (B 4 C) substrate was manufactured by a spark plasma sintering method (SPS: Spark Plasma Sintering) using “LABBOX-600 manufactured by Sinterland Co., Ltd.”.

すなわち、高純度化学社製の「粒子径２〜３μｍのＢ4Ｃ粒子」をボールミルで粒子径０．２０μｍに粉砕した材料を用い、超硬材料で構成された型（２インチ径、厚さ７００μｍ）に上記材料を充填し、加圧力３０ＭＰａ、ＳＰＳ昇温速度３７３Ｋ/分、２０００℃の温度にして２０分保持した。その際、最大パルス電流１６００Ａを印加した。 That is, a mold (2 inch diameter, thickness) made of a super hard material using a material obtained by pulverizing “B 4 C particles having a particle diameter of 2 to 3 μm” manufactured by High Purity Chemical Co., Ltd. with a ball mill to a particle diameter of 0.20 μm. 700 μm) was filled with the above material, and the pressure was 30 MPa, the SPS heating rate was 373 K / min, and the temperature was 2000 ° C. and held for 20 minutes. At that time, a maximum pulse current of 1600 A was applied.

製造されたＢ4Ｃ焼結体のビッカース硬度は２７００、最大室温曲げ強度は７３０ＭＰａであった。 The manufactured B 4 C sintered body had a Vickers hardness of 2700 and a maximum room temperature bending strength of 730 MPa.

得られた多結晶炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）を、ダイヤモンドナノ研磨器「（株）アビコ技術研究所製」を用いて表面粗さＲａ０．３ｎｍまで研磨し、かつ、基板形状に加工して２インチ径の多結晶炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）基板（直径２インチ径×厚さ２００μｍ）を製造した。 The obtained polycrystalline boron carbide (B 4 C) is polished to a surface roughness Ra of 0.3 nm using a diamond nano polisher “manufactured by Abico Engineering Laboratory” and processed into a substrate shape 2 An inch diameter polycrystalline boron carbide (B 4 C) substrate (diameter 2 inches diameter × thickness 200 μm) was produced.

そして、得られた多結晶炭化ホウ素（Ｂ4Ｃ）基板（直径２インチ径×厚さ２００μｍ）を支持基板とし、実施例１と同様、（１）欄「圧電薄基板形成用圧電基板内におけるイオン注入層の形成」〜（７）欄「圧電薄基板（タンタル酸リチウム薄基板）における非接合面の研磨」工程を行って実施例６に係る表面弾性波素子用複合基板（複合基板）を製造し、更に、（８）欄「表面弾性波素子の作製」工程も実施例１と同様に行い、実施例６に係る表面弾性波素子を作製した。 The obtained polycrystalline boron carbide (B 4 C) substrate (diameter 2 inches diameter × thickness 200 μm) was used as a support substrate, as in Example 1, column (1) “Piezoelectric thin substrate forming piezoelectric substrate Formation of ion-implanted layer "to column (7)" Polishing of non-bonded surface in piezoelectric thin substrate (lithium tantalate thin substrate) "is performed to obtain the surface acoustic wave element composite substrate (composite substrate) according to Example 6. The surface acoustic wave device according to Example 6 was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the step (8) “Production of surface acoustic wave device” was performed in the same manner as in Example 1.

得られたＳＡＷデバイスの特性は、伝搬速度は１１８００ｍ／ｓ、周波数温度特性は−７．６ｐｐｍ／℃、電気機械結合係数は７．４％であった。   As for the characteristics of the obtained SAW device, the propagation speed was 11800 m / s, the frequency temperature characteristic was −7.6 ppm / ° C., and the electromechanical coupling coefficient was 7.4%.

これ等評価結果から、実施例１と同様、タンタル酸リチウム基板を用いた従来のＳＡＷデバイスを上回る伝搬速度と周波数温度特性が得られていることが確認された。   From these evaluation results, as in Example 1, it was confirmed that the propagation velocity and frequency-temperature characteristics exceeding the conventional SAW device using the lithium tantalate substrate were obtained.

また、櫛歯状電極の幅を０．４μｍ（表面弾性波の波長λは０．４×４＝１．６μｍとなる）とすることより、７３７５ＭＨｚのＳＡＷデバイスを得ることができた。   Further, a SAW device of 7375 MHz could be obtained by setting the width of the comb-like electrode to 0.4 μm (the wavelength λ of the surface acoustic wave is 0.4 × 4 = 1.6 μm).

複合基板の製造条件を表１に示し、ＳＡＷデバイスの特性を表２に示す。   The manufacturing conditions of the composite substrate are shown in Table 1, and the characteristics of the SAW device are shown in Table 2.

高硬度のＳｉＣ薄膜層と直接接合された厚さ１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満の圧電薄基板を有する本発明に係る表面弾性波素子用複合基板はその硬度を高められるため、該複合基板を用いて製造された表面弾性波素子はその高周波数化が図れると共に周波数特性が温度変化によりシフト（変動）する課題も改善される。このため、表面弾性波素子用基板として使用される産業上の利用可能性を有している。   Since the composite substrate for a surface acoustic wave device according to the present invention having a piezoelectric thin substrate having a thickness of 100 nm or more and less than 1000 nm directly bonded to a high hardness SiC thin film layer can be increased in hardness, it is manufactured using the composite substrate. In addition, the surface acoustic wave element can be increased in frequency and the problem of frequency characteristics shifting (fluctuating) due to temperature changes can be improved. For this reason, it has the industrial applicability used as a surface acoustic wave element substrate.

Ｐ プラズマ
１ 圧電薄基板
２ 支持基板
３ ＳｉＣ薄膜層
４ 櫛歯状電極（ＩＤＴ電極）
５ 金属薄膜
１１ 支持基板
１２ 反応室
１３ ヒーター
１４ 排気口
１５ ガス導入口
１６ａ、１６ｂ 電極
１７ 高周波電源
１８ プラズマ
２０ 圧電薄基板形成用圧電基板
２１ イオン注入層
３０ 接合体 P Plasma 1 Piezoelectric thin substrate 2 Support substrate 3 SiC thin film layer 4 Comb electrode (IDT electrode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Metal thin film 11 Support substrate 12 Reaction chamber 13 Heater 14 Exhaust port 15 Gas inlet 16a, 16b Electrode 17 High frequency power supply 18 Plasma 20 Piezoelectric substrate for piezoelectric thin substrate formation 21 Ion implantation layer 30 Assembly

Claims (13)

圧電薄基板と、
該圧電薄基板よりも小さい熱膨張係数を持つ支持基板と、
該支持基板の一方の主面上に形成されたＳｉＣ薄膜層を具備する表面弾性波素子用複合基板において、
上記ＳｉＣ薄膜層と圧電薄基板が直接接合され、かつ、該圧電薄基板の厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満であることを特徴とする表面弾性波素子用複合基板。 A piezoelectric thin substrate;
A support substrate having a smaller coefficient of thermal expansion than the piezoelectric thin substrate;
In a composite substrate for a surface acoustic wave device comprising a SiC thin film layer formed on one main surface of the support substrate,
A composite substrate for a surface acoustic wave device, wherein the SiC thin film layer and the piezoelectric thin substrate are directly bonded, and the thickness of the piezoelectric thin substrate is 100 nm or more and less than 1000 nm. 圧電薄基板と、
該圧電薄基板よりも小さい熱膨張係数を持つ支持基板と、
該支持基板の一方の主面上に形成されたＳｉＣ薄膜層を具備する表面弾性波素子用複合基板において、
上記ＳｉＣ薄膜層と圧電薄基板が金属薄膜を介し直接接合され、かつ、該圧電薄基板の厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満であることを特徴とする表面弾性波素子用複合基板。 A piezoelectric thin substrate;
A support substrate having a smaller coefficient of thermal expansion than the piezoelectric thin substrate;
In a composite substrate for a surface acoustic wave device comprising a SiC thin film layer formed on one main surface of the support substrate,
A composite substrate for a surface acoustic wave device, wherein the SiC thin film layer and the piezoelectric thin substrate are directly bonded via a metal thin film, and the thickness of the piezoelectric thin substrate is 100 nm or more and less than 1000 nm. 上記金属薄膜がチタン膜またはクロム膜であることを特徴とする請求項２に記載の表面弾性波素子用複合基板。   3. The composite substrate for a surface acoustic wave device according to claim 2, wherein the metal thin film is a titanium film or a chromium film. 上記支持基板が、シリコン、サファイア、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化タンタル、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化バナジウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ハフニウム、炭化ホウ素、炭化タンタル、炭化チタン、炭化タングステン、炭化ジルコニウム、炭化バナジウム、ホウ化チタン、ホウ化ハフニウム、ホウ化ランタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化バナジウム、ホウ珪酸ガラス、石英ガラスから選択される１種で構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表面弾性波素子用複合基板。   The support substrate is silicon, sapphire, aluminum nitride, silicon nitride, tantalum nitride, titanium nitride, zirconium nitride, vanadium nitride, aluminum oxide, zirconium oxide, silicon oxide, titanium oxide, hafnium oxide, boron carbide, tantalum carbide, titanium carbide Characterized in that it is composed of one selected from tungsten carbide, zirconium carbide, vanadium carbide, titanium boride, hafnium boride, lanthanum boride, zirconium boride, vanadium boride, borosilicate glass, and quartz glass. The composite substrate for a surface acoustic wave device according to claim 1. 圧電薄基板が、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶、水晶、ホウ酸リチウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、ランガサイト、ランガテイトから選択される１種以上のバルク結晶で構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表面弾性波素子用複合基板。   One or more kinds of bulk crystals in which the piezoelectric thin substrate is selected from lithium tantalate, lithium niobate, lithium niobate-lithium tantalate solid solution, crystal, lithium borate, zinc oxide, aluminum nitride, langasite, and langate The composite substrate for a surface acoustic wave device according to any one of claims 1 to 3, wherein 圧電薄基板と、
該圧電薄基板よりも小さい熱膨張係数を持つ支持基板と、
該支持基板の一方の主面上に形成されたＳｉＣ薄膜層を具備する表面弾性波素子用複合基板の製造方法において、
上記圧電薄基板形成用の圧電基板における一方の主面から該圧電基板内に水素イオンを注入して、該圧電基板における水素イオンが注入された側の上記主面から所定深さの領域にイオン注入層を形成する工程と、
上記支持基板の一方の主面上にＳｉＣ薄膜層を形成する工程と、
支持基板上に形成された上記ＳｉＣ薄膜層と、上記圧電基板における水素イオンが注入された側の主面を表面活性化常温接合法により直接接合して接合体を形成する工程と、
上記接合体を熱処理し、上記圧電基板のイオン注入層を剥離面にして上記接合体から圧電基板本体を剥離し、厚さが１００ｎｍ以上１０００ｎｍ未満の上記圧電薄基板を形成する工程と、
上記圧電基板本体が剥離された接合体における圧電薄基板の表面を研磨する工程、
を具備することを特徴とする表面弾性波素子用複合基板の製造方法。 A piezoelectric thin substrate;
A support substrate having a smaller coefficient of thermal expansion than the piezoelectric thin substrate;
In the method of manufacturing a composite substrate for a surface acoustic wave device comprising an SiC thin film layer formed on one main surface of the support substrate,
Hydrogen ions are implanted into the piezoelectric substrate from one main surface in the piezoelectric substrate for forming the piezoelectric thin substrate, and ions are injected into a region at a predetermined depth from the main surface on the side where the hydrogen ions are implanted in the piezoelectric substrate. Forming an injection layer;
Forming a SiC thin film layer on one main surface of the support substrate;
A step of directly bonding the SiC thin film layer formed on the support substrate and a main surface of the piezoelectric substrate on which hydrogen ions are implanted by a surface activated room temperature bonding method to form a bonded body;
Heat treating the bonded body, peeling the piezoelectric substrate body from the bonded body with the ion-implanted layer of the piezoelectric substrate as a release surface, and forming the piezoelectric thin substrate having a thickness of 100 nm or more and less than 1000 nm;
Polishing the surface of the piezoelectric thin substrate in the bonded body from which the piezoelectric substrate body has been peeled;
A method for producing a composite substrate for a surface acoustic wave device, comprising: 上記支持基板上に形成されたＳｉＣ薄膜層と上記圧電基板における水素イオンが注入された側の主面を表面活性化常温接合法により直接接合して接合体を形成する工程において、
金属薄膜を介して、上記ＳｉＣ薄膜層と上記圧電基板における水素イオンが注入された側の主面を直接接合することを特徴とする請求項６に記載の表面弾性波素子用複合基板の製造方法。 In the step of directly joining the SiC thin film layer formed on the support substrate and the main surface of the piezoelectric substrate on which hydrogen ions have been implanted by a surface activated room temperature bonding method to form a joined body,
7. The method for manufacturing a composite substrate for a surface acoustic wave device according to claim 6, wherein the SiC thin film layer and the main surface of the piezoelectric substrate on the side where hydrogen ions are implanted are directly bonded via a metal thin film. . 上記支持基板の一方の主面上にＳｉＣ薄膜層を形成する工程において、
上記ＳｉＣ薄膜層をプラズマＣＶＤ法あるいは熱ＣＶＤ法により成膜することを特徴とする請求項６に記載の表面弾性波素子用複合基板の製造方法。 In the step of forming the SiC thin film layer on one main surface of the support substrate,
7. The method of manufacturing a composite substrate for a surface acoustic wave device according to claim 6, wherein the SiC thin film layer is formed by a plasma CVD method or a thermal CVD method. 上記支持基板の一方の主面上に形成されたＳｉＣ薄膜層表面を研磨することを特徴とする請求項６または８に記載の表面弾性波素子用複合基板の製造方法。   9. The method for producing a composite substrate for a surface acoustic wave device according to claim 6, wherein the surface of the SiC thin film layer formed on one main surface of the support substrate is polished. 上記圧電基板本体が剥離された接合体における圧電薄基板の表面を研磨する工程において、
研磨前の圧電薄基板より薄くなるまで、および／または、研磨前の圧電薄基板より表面が平坦になるまで研磨することを特徴とする請求項６に記載の表面弾性波素子用複合基板の製造方法。 In the step of polishing the surface of the piezoelectric thin substrate in the joined body from which the piezoelectric substrate body has been peeled off,
The surface acoustic wave element composite substrate according to claim 6, wherein the substrate is polished until it becomes thinner than the piezoelectric thin substrate before polishing and / or until the surface becomes flatter than the piezoelectric thin substrate before polishing. Method. 上記支持基板上に形成されたＳｉＣ薄膜層と上記圧電基板における水素イオンが注入された側の主面を表面活性化常温接合法により直接接合して接合体を形成する工程において、
接合前の上記ＳｉＣ薄膜層と圧電基板の各接合面を洗浄し、各接合面へイオンビームを照射して残留不純物を除去し活性化した後、真空中、常温で直接接合することを特徴とする請求項６に記載の表面弾性波素子用複合基板の製造方法。 In the step of directly joining the SiC thin film layer formed on the support substrate and the main surface of the piezoelectric substrate on which hydrogen ions have been implanted by a surface activated room temperature bonding method to form a joined body,
It is characterized by cleaning each bonded surface of the SiC thin film layer and the piezoelectric substrate before bonding, irradiating each bonded surface with an ion beam to remove residual impurities and activating, and then directly bonding in vacuum at room temperature. The manufacturing method of the composite substrate for surface acoustic wave elements of Claim 6. 上記金属薄膜を介して、上記ＳｉＣ薄膜層と圧電基板における水素イオンが注入された側の主面を直接接合する工程において、
接合前の上記ＳｉＣ薄膜層と圧電基板の各接合面を洗浄し、各接合面へイオンビームを照射して残留不純物を除去しかつ活性化し、更にＳｉＣ薄膜層と圧電基板の少なくとも一方の接合面上に金属薄膜を成膜した後、真空中、常温で直接接合することを特徴とする請求項７に記載の表面弾性波素子用複合基板の製造方法。 In the step of directly joining the SiC thin film layer and the main surface of the piezoelectric substrate on which hydrogen ions are implanted through the metal thin film,
Prior to bonding, the bonding surfaces of the SiC thin film layer and the piezoelectric substrate are cleaned, and ion beams are irradiated to the bonding surfaces to remove and activate residual impurities. Further, at least one bonding surface of the SiC thin film layer and the piezoelectric substrate 8. The method for manufacturing a composite substrate for a surface acoustic wave device according to claim 7, wherein a metal thin film is formed thereon and then directly bonded at room temperature in a vacuum. 上記金属薄膜が、膜厚５〜１０ｎｍのチタン膜またはクロム膜であることを特徴とする請求項１２に記載の表面弾性波素子用複合基板の製造方法。   The method for producing a composite substrate for a surface acoustic wave device according to claim 12, wherein the metal thin film is a titanium film or a chromium film having a thickness of 5 to 10 nm.
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