JP7069338B2 - 接合体および弾性波素子 - Google Patents
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Description
圧電性材料基板、
前記支持基板上に設けられた第一の接合層であって、Si(1-x)Ox(0.008≦x≦0.408)の組成を有する第一の接合層、
前記圧電性材料基板上に設けられた第二の接合層であって、Si(1-y)Oy(0.008≦y≦0.408)の組成を有する第二の接合層、および
前記第一の接合層と前記第二の接合層との間に設けられた非晶質層を備えており、前記非晶質層における酸素比率が、前記第一の接合層における酸素比率および前記第二の接合層における酸素比率よりも高いことを特徴とする。
図1(a)に示すように、圧電性材料基板1は一対の主面1aと1bとを有する。図1(b)に示すように、圧電性材料基板1の主面1a上に第二の接合層2を成膜する。次いで、図1(c)に示すように、矢印Aのように中性化ビームを第二の接合層2の表面2aに照射し、接合層2の表面2aを活性化して活性化面5とする。
Si6-zAlzOzN8-z
すなわち、サイアロンは、窒化珪素中にアルミナが混合された組成を有しており、zがアルミナの混合比率を示している。zは、0.5以上が更に好ましい。また、zは、4.0以下が更に好ましい。
各接合層の成膜方法は限定されないが、スパッタリング(sputtering)法、化学的気相成長法(CVD)、蒸着を例示できる。ここで、特に好ましくは、スパッタターゲットをSiとした反応性スパッタリングの際に、チャンバー内に流す酸素ガス量を調整することによって、各接合層の酸素比率(x、y)をコントロールすることが可能である。
本発明の接合体の用途は特に限定されず、例えば、弾性波素子や光学素子に好適に適用できる。
弾性波素子としては、弾性表面波デバイスやラム波素子、薄膜共振子(FBAR)などが知られている。例えば、弾性表面波デバイスは、圧電性材料基板の表面に、弾性表面波を励振する入力側のIDT(Interdigital Transducer)電極(櫛形電極、すだれ状電極ともいう)と弾性表面波を受信する出力側のIDT電極とを設けたものである。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、弾性表面波が励振されて圧電性材料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、伝搬された弾性表面波を電気信号として取り出すことができる。
また圧電性材料基板がニオブ酸リチウムからなる場合には、弾性表面波の伝搬方向であるX軸を中心に、Y軸からZ軸に60~68°(例えば64°)回転した方向のものを用いるのが伝搬損失が小さいため好ましい。更に、圧電性材料基板の大きさは、特に限定されないが、例えば、直径50~150mm,厚さが0.2~60μmである。
まず、各接合層の各表面を平坦化して平坦面を得る。ここで、各表面を平坦化する方法は、ラップ(lap)研磨、化学機械研磨加工(CMP)などがある。また、平坦面は、Ra≦1nmが好ましく、0.3nm以下にすると更に好ましい。
次いで、研磨剤の残渣や加工変質層の除去のため、各接合層の各表面を洗浄する。表面を洗浄する方法は、ウエット洗浄、ドライ洗浄、スクラブ洗浄などがあるが、簡便かつ効率的に清浄表面を得るためには、スクラブ洗浄が好ましい。この際には、洗浄液としてサンウオッシュLH540を用いた後に、アセトンとIPAの混合溶液を用いてスクラブ洗浄機にて洗浄することが特に好ましい。
ビーム照射による活性化時の電圧は0.5~2.0kVとすることが好ましく、電流は50~200mAとすることが好ましい。
図1および図2を参照しつつ説明した方法に従って、表1、表2に示す各例の接合体8、8Aを作製した。
具体的には、OF部を有し、直径が4インチ,厚さが250μmのタンタル酸リチウム基板(LT基板)を、圧電性材料基板1として使用した。LT基板は、弾性表面波(SAW)の伝搬方向をXとし、切り出し角が回転Yカット板である46°YカットX伝搬LT基板を用いた。圧電性材料基板1の表面1aは、算術平均粗さRaが0.3nmとなるように鏡面研磨しておいた。ただし、Raは、原子間力顕微鏡(AFM)によって10μm×10μmの視野で測定する。
次いで、圧電性材料基板1の表面を厚みが当初の250μmから1μmになるように研削及び研磨した(図4(a)参照)。
(非晶質層の確認)
非晶質層の存在は以下のようにして観察した。
測定装置:
透過型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ製 H-9500)を用いて微構造観察する。
測定条件:
FIB(集束イオンビーム)法にて薄片化したサンプルに対して、加速電圧200kVにて観察する。
以下の装置を用い、EDS(エネルギー分散型X線分光器)による元素分析を行い、接合層、非晶質層中の酸素原子、アルゴン原子の比率を測定した。
測定装置:
元素分析装置(日本電子 JEM-ARM200F)を用いて元素分析を行う。
測定条件:
FIB(集束イオンビーム)法にて薄片化したサンプルに対して、加速電圧200kVにて観察する。
各例の接合体8、8Aについて、クラックオープニング法によって接合強度を測定した。ただし、接合強度が1.75J/m2を超えると、接合層での剥離が生じず、接合体8、8Aがバルク破壊を起こす。
実施例1、2、3、3-2では、非晶質層における酸素比率、アルゴン比率が、第一の接合層、第二の接合層における酸素比率、アルゴン比率よりも高いが、いずれも接合強度が著しく向上しており、圧電性材料基板の研磨時にも剥離が生じなかった。実施例3-2では非晶質層におけるアルゴン比率が、第一の接合層、第二の接合層におけるアルゴン比率よりも高いが、アルゴン比率の差が1原子%より小さく、実施例1、2、3と比較すると接合強度はやや低くなった。
実施例1において、支持基板の材質をサファイアに変更し、またFAB照射量も変更した。その他は実施例1と同様にして接合体8、8Aを作製し、各部分の酸素比率、アルゴン比率、珪素比率および接合強度を測定した。この結果を表3に示す。
実施例4では、非晶質層における酸素比率、アルゴン比率が、第一の接合層、第二の接合層における酸素比率、アルゴン比率よりも高いが、接合強度が著しく向上しており、圧電性材料基板の研磨時にも剥離が生じなかった。
実施例1において、支持基板の材質をコージェライトに変更し、またFAB照射量も変更した。その他は実施例1と同様にして接合体8、8Aを作製し、各部分の酸素比率、アルゴン比率、珪素比率および接合強度を測定した。この結果を表4に示す。
実施例5では、非晶質層における酸素比率、アルゴン比率が、第一の接合層、第二の接合層における酸素比率、アルゴン比率よりも高いが、接合強度が著しく向上しており、圧電性材料基板の研磨時にも剥離が生じなかった。
実施例1において、支持基板の材質をサイアロン(z=2.5)に変更し、またFAB照射量も変更した。その他は実施例1と同様にして接合体8、8Aを作製し、各部分の酸素比率、アルゴン比率、珪素比率および接合強度を測定した。この結果を表5に示す。
実施例6では、非晶質層における酸素比率、アルゴン比率が、第一の接合層、第二の接合層における酸素比率、アルゴン比率よりも高いが、接合強度が著しく向上しており、圧電性材料基板の研磨時にも剥離が生じなかった。
実施例1において、支持基板の材質をムライトに変更し、またFAB照射量も変更した。その他は実施例1と同様にして接合体8、8Aを作製し、各部分の酸素比率、アルゴン比率、珪素比率および接合強度を測定した。この結果を表6に示す。
実施例7では、非晶質層における酸素比率、アルゴン比率が、第一の接合層、第二の接合層における酸素比率、アルゴン比率よりも高いが、接合強度が著しく向上しており、圧電性材料基板の研磨時にも剥離が生じなかった。
実施例1において、支持基板の材質を透光性アルミナに変更し、またFAB照射量も変更した。その他は実施例1と同様にして接合体8、8Aを作製し、各部分の酸素比率、アルゴン比率、珪素比率および接合強度を測定した。この結果を表7に示す。
実施例8では、非晶質層における酸素比率、アルゴン比率が、第一の接合層、第二の接合層における酸素比率、アルゴン比率よりも高いが、接合強度が著しく向上しており、圧電性材料基板の研磨時にも剥離が生じなかった。
Claims (9)
- 支持基板、
圧電性材料基板、
前記支持基板上に設けられた第一の接合層であって、Si(1-x)Ox(0.008≦x≦0.408)の組成を有する第一の接合層、
前記圧電性材料基板上に設けられた第二の接合層であって、Si(1-y)Oy(0.008≦y≦0.408)の組成を有する第二の接合層、および
前記第一の接合層と前記第二の接合層との間に設けられた非晶質層を備えており、前記非晶質層における酸素比率が、前記第一の接合層における酸素比率および前記第二の接合層における酸素比率よりも高いことを特徴とする、接合体。 - 前記非晶質層における酸素比率と前記第一の接合層における酸素比率との差および前記非晶質層における酸素比率と前記第二の接合層における酸素比率との差が0.5原子%以上であることを特徴とする、請求項1記載の接合体。
- 前記非晶質層におけるアルゴン比率が、前記第一の接合層におけるアルゴン比率および前記第二の接合層におけるアルゴン比率よりも高いことを特徴とする、請求項1または2記載の接合体。
- 前記非晶質層におけるアルゴン比率と前記第一の接合層におけるアルゴン比率との差および前記非晶質層におけるアルゴン比率と前記第二の接合層におけるアルゴン比率との差が1原子%以上であることを特徴とする、請求項3記載の接合体。
- 前記支持基板の材質が、シリコン、サイアロン、サファイア、コージェライト、ムライトおよびアルミナからなる群より選ばれることを特徴とする、請求項1~4のいずれか一つの請求項に記載の接合体。
- 前記圧電性材料基板の材質が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウム-タンタル酸リチウム固溶体からなる群より選ばれることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一つの請求項に記載の接合体。
- 前記支持基板と前記第一の接合層との間に設けられた中間層を有することを特徴とする、請求項1~6のいずれか一つの請求項に記載の接合体。
- 前記圧電性材料基板と前記第二の接合層との間に設けられた中間層を有することを特徴とする、請求項1~7のいずれか一つの請求項に記載の接合体。
- 請求項1~8のいずれか一つの請求項に記載の接合体、および
前記圧電性材料基板上に設けられた電極
を備えていることを特徴とする、弾性波素子。
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