JPWO2021002047A1 - 接合体および弾性波素子 - Google Patents
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Abstract
Description
圧電性材料基板、および
前記支持基板と前記圧電性材料基板との間の珪素酸化物層を備えており、
前記珪素酸化物層がSiOx(xは2より大きい)の組成を有することを特徴とする、接合体に係るものである。
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、弾性波素子に係るものである。
図1(a)に示すように、圧電性材料基板1は一対の表面1aと1bとを有する。この一方の表面1aに珪素酸化物層2を成膜する。
すなわち、珪素酸化物層を構成するSiOxにおいてxを2より大きくする。xを2より大きくすることによって、弾性波素子に適用した場合にQ値が高くなる。この観点からは、xは2.03以上とすることが好ましく、2.05以上とすることが更に好ましく、2.10以上とすることが更に好ましい。また、xが2.50を超えると、かえってQ値が低下するので、2.50以下とするが、2.45以下とすることが好ましく、2.40以下とすることが更に好ましい。
珪素酸化物層を実施する条件にて、Si基板上に150nmの厚さで成膜条件を変更して珪素酸化物層を実施する。その後、RBS(Rutherford Backscattering Spectrometry)法にてNational Electrostatics Corporation製 Pelletron 3SDHにてRBSスペクトルを取得し、理論計算により求めたスペクトルから算出している。SiOxの場合、以下の測定条件にて実施している。
入射イオン:4He++
入射エネルギー:2300keV
入射角:0deg
散乱角:160及び120deg
試料電流:7nA
ビーム径:2mmΦ
面内回転:無
照射量:60μC
Si(1−v)Ov、Ta2O5、Al2O3、Nb2O5,TiO2。
接合層の酸素濃度はEDSによって以下の条件で測定する。
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。
Si6−wAlwOwN8−w
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、wがアルミナの混合比率を示している。wは、0.5以上が更に好ましい。また、wは、4.0以下が更に好ましい。
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、接合すべき表面(多層膜の表面、接合層の表面、圧電性材料基板の表面、支持基板の表面)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。
中性化ビームによる表面活性化を行う際には、特許文献2に記載のような装置を使用して中性化ビームを発生させ、照射することが好ましい。すなわち、ビーム源として、サドルフィールド型の高速原子ビーム源を使用する。そして、チャンバーに不活性ガスを導入し、電極へ直流電源から高電圧を印加する。これにより、電極(正極)と筺体(負極)との間に生じるサドルフィールド型の電界により、電子eが運動して、不活性ガスによる原子とイオンのビームが生成される。グリッドに達したビームのうち、イオンビームはグリッドで中和されるので、中性原子のビームが高速原子ビーム源から出射される。ビームを構成する原子種は、不活性ガス(アルゴン、窒素等)が好ましい。
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。
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。
具体的には、接合層3の表面と支持基板6の表面とを洗浄し、汚れを取った後、真空チャンバーに導入した。10−6Pa台まで真空引きした後、各表面に高速原子ビーム(加速電圧1kV、Ar流量27sccm)を120sec間照射した。ついで、接合層3のビーム照射面(活性化面)と支持基板6の活性化面とを接触させた後、10000Nで2分間加圧して接合した。次いで、得られた各例の接合体を100℃で20時間加熱した。
ウエハー上に表面弾性波共振子を作成し、ネットワークアナライザーを用いて周波数特性を測定した。これにより得られた周波数特性から共振周波数fr、およびその半値幅Δfrを算出し、fr/Δfrを求めることでQ値を得た。
一方、実施例1、2、3、4、5では、x=2.01、2.05、2.13、2.21、2.45としたが、比較例1にくらべてQ値が大きく向上した。
比較例3では、x=2.52であるが、比較例1にくらべてQ値が劣化していた。この場合には、膜密度が低下していたものと思われる。
圧電性材料基板、および
前記支持基板と前記圧電性材料基板との間の珪素酸化物層を備えており、
前記珪素酸化物層がSiOx(xは2.01以上、2.50以下)の組成を有することを特徴とする、接合体に係るものである。
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、4G帯用弾性波素子に係るものである。
すなわち、珪素酸化物層を構成するSiOxにおいてxを2.01以上とする。xを2.01以上とすることによって、弾性波素子に適用した場合にQ値が高くなる。この観点からは、xは2.03以上とすることが好ましく、2.05以上とすることが更に好ましく、2.10以上とすることが更に好ましい。また、xが2.50を超えると、かえってQ値が低下するので、2.50以下とするが、2.45以下とすることが好ましく、2.40以下とすることが更に好ましい。
Claims (5)
- 支持基板、
圧電性材料基板、および
前記支持基板と前記圧電性材料基板との間の珪素酸化物層を備えており、
前記珪素酸化物層がSiOx(xは2より大きい)の組成を有することを特徴とする、接合体。 - xが2.03≦x≦2.50を満足することを特徴とする、請求項1記載の接合体。
- 前記珪素酸化物層の厚さが100nm以上、2000nm以下であることを特徴とする、請求項1または2記載の接合体。
- 前記圧電性材料基板と前記支持基板との間に、Si(1−v)Ov(0.008≦v≦0.408)の組成を有する接合層を備えていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つの請求項に記載の接合体。
- 請求項1〜4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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