TWI629869B - 接合基板及其製造方法與使用了此接合基板的表面聲波裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明的目的在於提供一種溫度特性優良，抑制了在接合界面的彈性波的反射造成的不需要的響應的Q大，翹曲小的接合基板。本發明的特徵為在於，將LiTaO3基板和基礎基板接合而構成，該LiTaO3基板的和基礎基板結合的接合面上的Li濃度比該接合基板的LiTaO3基板側表面的Li濃度還要大。另外，LiTaO3基板的和基礎基板結合的接合面上的Li濃度和所述接合基板的LiTaO3基板側表面的Li濃度的差為0.1mol%以上為優選。

Description

接合基板及其製造方法與使用了此接合基板的表面聲波裝置
本發明涉及將鉭酸鋰單晶基板或者鈮酸鋰單晶基板與基礎基板接合的接合基板以及其製造方法和使用該接合基板的表面聲波裝置。
作為行動電話等的頻率調整・選擇用的部品，使用形成有在壓電基板上激起表面聲波的叉指電極（IDT，Interdigital Transducer）的表面聲波（SAW，Surface Acoustic Wave）裝置。
該表面聲波裝置，由於要求小型，***損失小，不使不需要的波通過，所以作為其材料，使用鉭酸鋰（LiTaO3 ，LT）以及鈮酸鋰（LiNbO3 ，LN）等的壓電材料。
近年的行動電話用的通信帶域，具有帶域間之間隔狹窄，且個別的帶域幅寬的傾向，由此，對隨溫度變動其特性就會發生變化的表面聲波裝置來說，要求其由溫度造成特性變化要小。
作為滿足這一要求的壓電材料的一例，例如，在非專利文獻1中，記載了通過使用鉭酸鋰和藍寶石接合的基板，使表面聲波裝置的頻率因溫度造成的變動會變小。 [現有技術文獻]
[非專利文獻] [非專利文獻1] M. Miura, T. Matsuda, Y. Satoh, M. Ueda, O. Ikata, Y. Ebata,and H. Takagi, “Temperature Compensated LiTaO3 /Sapphire Bonded SAW Substrate with Low Loss and High Coupling Factor Suitable for US-PCS Application,” Proc. IEEE.Ultrason. Symp., pp. 1322-1325, 2004.
但是，非專利文獻1記載的基板中，為音響輸入阻抗不同的2種的部材相組合，所以具有在鉭酸鋰表面激起的彈性波會在接合界面反射，產生不需要的響應的問題。另外，同文獻中還記載了使鉭酸鋰的厚度變大，來減少上述的不需要的響應。
本發明者進行了獨自調查，得知如使上述接合基板的鉭酸鋰的厚度增大，作為表面聲波裝置的基本要素的表面聲波共振器或者偽表面聲波共振器的Q值具有與通常的鉭酸鋰同等程度的變低的問題。
由此，本發明就是依據上述實際情況而成的，本發明的目的是提供一種溫度特性優良，Q值大的接合基板以及其製造方法和使用該接合基板的表面聲波裝置。
本發明者對構成接合基板的LiTaO3 基板進行了深入研究，得知如果LiTaO3 基板的接合面側的Li濃度比LiTaO3 基板的表面側的Li濃度大，彈性波的波動具有向Li濃度小的區域（速度慢的區域）移動，在彈性波的速度慢的LiTaO3 基板的表面側附近（Li濃度小的區域）能量聚集，由此，彈性波能量集中，共振器的Q值增大，從而達成了本發明。
即，本發明為一種LiTaO3 基板和基礎基板接合而構成的接合基板，其特徵在於：該LiTaO3 基板的與基礎基板結合的接合面上的Li濃度比該接合基板的LiTaO3 基板側表面的Li濃度要大。
另外，優選LiTaO3 基板的與基礎基板結合的接合面上的Li濃度，與接合基板的LiTaO3 基板側表面的Li濃度的差為0.1mol%以上。
優選LiTaO3 基板的與基礎基板結合的接合面上的Li濃度為Li/(Li+Ta)×100=(50+α)mol%，α為-1.2＜α＜0.5的範圍，還優選接合基板的LiTaO3 基板側表面的Li濃度為Li/(Li+Ta)×100=(48.5+β)mol%，β為-0.5＜β＜0.5的範圍。
進一步，優選接合基板上的LiTaO3 基板的厚度為大於表面聲波或者洩露表面聲波的波長的5倍但小於表面聲波或者洩露表面聲波的波長的20倍。
另外，優選本發明的LiTaO3 基板的與基礎基板結合的接合面上的Li濃度的範圍為從LiTaO3 基板的接合面向著接合基板的LiTaO3 基板側表面，跨表面聲波或者洩露表面聲波的波長的0.1倍～4倍的範圍而形成。
進一步，優選本發明的接合基板，從LiTaO3 基板的接合面向著接合基板的LiTaO3 基板側表面，具有Li濃度減少的範圍，該Li濃度減少的範圍，優選跨表面聲波或者洩露表面聲波的波長的1倍～5倍的範圍而形成。另外，優選本發明的接合基板的LiTaO3 基板側表面的Li濃度的範圍為從上述接合基板的LiTaO3 基板側表面向著LiTaO3 基板的接合面，跨表面聲波或者洩露表面聲波的波長的1倍～20倍的範圍而形成。
本發明的LiTaO3 基板的結晶方位為以回轉36°Y～49°Y切割為優選，另外，本發明中用的基礎基板優選為從Si、SiC、尖晶石及藍寶石中選擇。
另外，本發明為LiNbO3 基板和基礎基板接合而構成的接合基板，其特徵為該LiNbO3 基板的與基礎基板結合的接合面上的Li濃度比該接合基板的LiNbO3 基板側表面的Li濃度還要大。
本發明的接合基板的製造方法的特徵為將與基板內部相比基板表面的Li濃度大的LiTaO3 基板和基礎基板接合，將接合面的相反側的LiTaO3 基板表層除去，使該LiTaO3 基板的與基礎基板結合的接合面上的Li濃度比接合基板的LiTaO3 基板側表面的Li濃度還要大。
再者，優選本發明的接合基板被用於表面聲波裝置。 [發明的效果]
根據本發明，可以使表面聲波用的接合基板的Q值提高。這樣，不需要的反射波的響應被除去，從而使壓電層變厚，損失小，在進行了過濾時的帶域外的抑制程度就可以提高的表面聲波用接合基板。
以下，對本發明的實施方式進行詳細說明，但是本發明不限於此。
本發明的接合基板為將LiTaO3 基板和基礎基板進行接合而構成。LiTaO3 基板和基礎基板的接合方法可以使用公知的方法，但是，如果考慮對基板的翹曲的影響，以使用常溫接合法為優選。
另外，在LiTaO3 基板和基礎基板之間，也可以具有SiO2 、SiO2±0.5 、a-Si、p-Si、a-SiC及Al2 O3 等的夾層。
本發明的接合基板特徵為在所述LiTaO3 基板的和基礎基板結合的接合面上的Li濃度比接合基板的LiTaO3 基板側表面的Li濃度還大。由此，在基礎基板上接合的LiTaO3 基板在其厚度方向上Li濃度有差異。
另外，在LiTaO3 基板和基礎基板之間具有夾層的場合，LiTaO3 基板的和基礎基板結合的接合面，是指LiTaO3 基板的和夾層結合的接合面。
這樣的LiTaO3 基板，可以用例如，氣相擴散法等的公知的手法，從LiTaO3 基板的表面使Li擴散來得到。然後，由於這樣得到的基板的基板表面的Li濃度大，基板內部的Li濃度小，所以進行通過研削、研磨等的加工，使LiTaO3 基板的內部露出，使基板表面作為與基礎基板的接合面，由此得到本發明的接合基板。
另外，構成本發明的接合基板的LiTaO3 基板也可以是由多個LiTaO3 基板構成的接合基板。將Li濃度小的LiTaO3 基板和Li濃度大的LiTaO3 基板加以準備，將其與基礎基板接合，就可以製得本發明的接合基板。例如，Li濃度小的LiTaO3 基板，可以使用通常的提升法製造具有一致熔融（Congruent）組成的LiTaO3 基板，另一方面，Li濃度大的LiTaO3 基板，可以使用由二重坩堝法製造的化學計量（stoichiometry）組成的LiTaO3 基板。
進一步，在構成本發明的接合基板的LiTaO3 基板中，可以根據必要，摻雜Fe等的金屬元素，也可以為了對焦電性進行抑制，進行還原處理。
本發明中，LiTaO3 基板的和基礎基板結合的接合面上的Li濃度，和接合基板的LiTaO3 基板側表面的Li濃度的差，以0.1mol%以上為優選，更優選0.25mol%以上，更進一步優選0.5mol%以上。另外，該差的上限為化學計量（stoichiometry）組成（50±0.5mol%）和一致熔融（Congruent）組成（48.5±0.5mol%）的差，優選為2.5mol%以下，更優選2.0mol%以下，進一步優選1.5mol%以下。
本發明中，LiTaO3 基板的與基礎基板結合的接合面上的Li濃度為Li/(Li+Ta)×100=(50+α)mol%，α為-1.2＜α＜0.5的範圍，優選為-1.0＜α＜0.5的範圍，更優選為-0.8＜α＜0.5的範圍，進一步更優選-0.8＜α≦0的範圍。
構成本發明的接合基板的LiTaO3 基板，從製作的容易以及製造成本的觀點，優選在用通常的提升法製造的一致熔融（Congruent）組成的LiTaO3 基板上，進行氣相法Li擴散處理來進行製作。這樣，在LiTaO3 基板製作時，基板表面的Li濃度為與化學計量（stoichiometry）組成相近的Li/(Li+Ta)×100=(50+α) mol%，α為-1.2＜α＜0.5的範圍。
另外，在實施Li擴散處理的場合，由於實施的時間越長，基板越容易翹曲以及破裂，因此以Li濃度為Li/(Li+Ta)×100=(50+α) mol%，α為-1.2＜α＜0.5的範圍，以從LiTaO3 基板的接合面向著接合基板的LiTaO3 基板側表面，表面聲波或者洩露表面聲波的波長的0.1倍～4倍程度範圍形成為優選。如此，在對基板的翹曲以及破裂的發生進行抑制的同時，也可使接合基板的Q值增大。
進一步，本發明中，優選從LiTaO3 基板的接合面向著接合基板的LiTaO3 基板側表面，具有Li濃度減少的範圍。通過將實施了氣相法的Li擴散處理的LiTaO3 基板用作接合基板的LiTaO3 基板，就可以製作這樣的接合基板。在該場合，在Li的濃度變化急劇的接合基板中，雖然可以使共振器的Q值增大，但是具有由於急劇的Li濃度變化而形成的響應干擾發生的可能性。由此，從LiTaO3 基板的接合面向著接合基板的LiTaO3 基板側表面，Li濃度減少的範圍優選以表面聲波或者洩露表面聲波的波長的1倍～5倍範圍形成。如此，不僅製作容易，而且可以抑制急劇的Li濃度變化造成的響應干擾。
本發明的接合基板的LiTaO3 基板的接合面上的Li濃度優選Li/(Li+Ta)×100=(50+α) mol%，α為-1.2＜α＜0.5的範圍，但是另一方面，其LiTaO3 基板側表面的Li濃度以Li/(Li+Ta)×100=(48.5+β) mol%，β為-0.5＜β＜0.5的範圍，一致熔融（Congruent）組成為優選。
本發明的接合基板如上述，從其製作的容易度以及製造成本的觀點，優選在用通常的提升法製造的一致熔融（Congruent）組成的LiTaO3 基板上，實施氣相法的Li擴散處理來製作為優選。因此，LiTaO3 基板內部的Li濃度為與一致熔融（Congruent）組成相近的Li/(Li+Ta)×100=(48.5+β) mol%（-0.5＜β＜0.5），在將該LiTaO3 基板與基礎基板接合之後，實施研削、研磨等的加工，使LiTaO3 基板的內部露出，得到接合基板的LiTaO3 基板側表面的Li濃度為Li/(Li+Ta)×100=(48.5+β) mol%，β為-0.5＜β＜0.5的範圍的接合基板。
另外，Li濃度為Li/(Li+Ta)×100=(48.5+β) mol%，β為-0.5＜β＜0.5的範圍，可以任意規定。但是，如果相對於構成接合基板的LiTaO3 基板的厚度，該範圍狹窄的話，Li擴散處理時間有必要變長，這會使基板翹曲以及破裂易於發生，所以該Li濃度範圍以某種程度變寬為優選。從接合基板的LiTaO3 基板側表面向著LiTaO3 基板的接合面，以表面聲波或者洩露表面聲波的波長的1倍～20倍程度範圍形成為優選。
本發明的接合基板上的LiTaO3 基板的厚度優選為大於表面聲波或者洩露表面聲波的波長的5倍，小於其20倍。
如此，就可以抑制由於接合界面上的彈性波的反射帶來的不需要的響應。
本發明中，表面聲波或者洩露表面聲波的波長為在將接合基板作為表面聲波裝置使用時的表面聲波或者洩露表面聲波的波長，其是由向接合基板（表面彈性波裝置）輸入的電氣信號的頻率和表面波（洩漏(Leaky)波）的速度來決定的。表面波的速度根據材料不同而不同，在LiTaO3 中約為4000m/s。因此，在從LiTaO3 作為壓電單晶基板而使用的複合基板來製作1GHz的表面聲波裝置的場合，表面聲波的波長為約4μm。另外，在2GHz的表面聲波裝置的製造的場合，表面聲波的波長為約2μm，在800MHz的表面聲波裝置的製造的場合，表面聲波的波長為約5μm。
構成本發明的LiTaO3 基板的結晶方位，可以任意選擇，但是，從特性的觀點優選回轉36°Y～49°Y切割。另外，作為基礎基板使用的基板，沒有特別的限制，但是優選從Si、SiC、尖晶石及藍寶石之中進行選擇。
作為構成本發明的LiTaO3 基板的替代，即使使用LiNbO3 基板，也可以與使用LiTaO3 基板的接合基板相同，可提高Q值。
即，本發明為將LiNbO3 基板和基礎基板接合而構成的接合基板，其特徵為該LiNbO3 基板的與基礎基板結合的接合面上的Li濃度比該複合基板的LiNbO3 基板側表面的Li濃度還大。
另外，LiNbO3 基板的和基礎基板結合的接合面上的Li濃度，和接合基板的LiNbO3 基板側表面的Li濃度的差以0.1mol%以上為優選。
LiNbO3 基板的和基礎基板結合的接合面上的Li濃度，以Li/(Li+Nb)×100=(50+α)mol%，α為-1.2＜α＜0.5的範圍為優選，接合基板的LiNbO3 基板側表面的Li濃度以Li/(Li+Nb)×100=(48.5+β)mol%，β為-0.5＜β＜0.5的範圍為優選。
進一步，接合基板上的LiNbO3 基板的厚度，以比表面聲波或者洩露表面聲波的波長的5倍要大，比20倍要小為優選。
另外，本發明的LiNbO3 基板的與基礎基板結合的接合面上的Li濃度的範圍，以從LiNbO3 基板的接合面向著接合基板的LiNbO3 基板側表面，跨表面聲波或者洩露表面聲波的波長的0.1倍～4倍的範圍而形成為優選。
進一步，本發明的接合基板為以從LiNbO3 基板的接合面向著接合基板的LiNbO3 基板側表面，具有Li濃度為減少的範圍為優選，該Li濃度為減少的範圍為以表面聲波或者洩露表面聲波的波長的1倍～5倍範圍來形成為優選。另外，本發明的接合基板的LiNbO3 基板側表面的Li濃度的範圍為從上述接合基板的LiNbO3 基板側表面向著LiNbO3 基板的接合面，以表面聲波或者洩露表面聲波的波長的1倍～20倍範圍來形成為優選。
本發明的LiNbO3 基板的結晶方位為以回轉0°Y～30°Y切割或者128°±5°Y切割為優選，另外，本發明使用的基礎基板以從Si、SiC、尖晶石及藍寶石來選擇為優選。
如果用本發明的這樣的接合基板來進行表面聲波裝置的製作的話，可以構成Q大的共振器，優選。
本發明的接合基板為使相比基板內部，基板表面的Li濃度大的LiTaO3 基板和基礎基板接合，將接合面的相反側的LiTaO3 基板表層除去來進行製造的，由此和該LiTaO3 基板的基礎基板結合的接合面上的Li濃度比接合基板的LiTaO3 基板側表面的Li濃度還大。
此時，在相比基板內部基板表面的Li濃度為大的LiTaO3 基板的兩側結合基礎基板，將LiTaO3 基板在厚度方向上分割，製造也可。如此，由於可以從1枚的LiTaO3 基板得到2枚的接合基板，在成本上優選。 這樣的製造方法，在LiNbO3 基板的場合也同樣適用。
關於構成本發明的接合基板的LiTaO3 基板以及LiNbO3 基板的Li濃度，可以用公知的方法測定，例如，可以用拉曼分光法進行評價。關於LiTaO3 單晶，拉曼轉移峰的半寬和Li濃度（Li/(Li+Ta)的值）之間，為大概線形關係（2012 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings，Page(s):1252-1255，Applied Physics A 56，311-315 (1993)參照）。
因此，如使用表示這樣的關係式子的話，可以對氧化物單晶基板的任意的位置上的組成進行評價。
拉曼轉移峰的半寬和Li濃度的關係式為其組成已知，Li濃度不同的幾個試樣的拉曼半寬進行測定而得到的，但是如果拉曼測定的條件相同的話，也可以利用文獻等中已知的關係式。
例如，關於鉭酸鋰單晶，也可使用下述式（1）（2012 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings, Page(s):1252-1255參照）。 Li/(Li+Ta)=(53.15-0.5FWHM1)/100 （1） 在此，「FWHM1」為600cm-1 附近的拉曼轉移峰的半寬。測定條件的詳細內容可參照上述文獻。
本發明的接合基板上形成的SAW共振器以及比較例的SAW共振器的Q值，可以用公知文獻　2010 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings Page(s):861～863的p.861記載的下述式（2）來求取。該式為上述文獻中的式（1），由於和上述式號碼重複，將其作為式（2）。 Q(f)=ω*τ(f)*|Γ|/(1-|Γ|2 ) （2） 其中，ω為角頻率，τ(f)為群延遲時間，Γ為用網路分析儀（Network Analyzer）測定的反射係數。 [實施例]
以下，對本發明的實施例以及比較例進行具體說明。
＜實施例1＞ 實施例1中，首先，將進行了同一方向分極處理的Li:Ta=48.4：51.6的大略一致熔融組成的4英寸徑LiTaO3 單晶塊切片，切出42°回轉Y切割的LiTaO3 基板，厚370μm。其後，根據需要，將各薄片晶圓的面粗度用研磨工程將算術平均粗度Ra值調整到0.15μm，最後厚度為350μm。
接著，將表背面用平面研磨製得的Ra值為0.01μm的準鏡面的基板埋入以Li3 TaO4 為主成分的由Li、Ta、O形成的粉體中。此時，作為以Li3 TaO4 為主成分的粉體，使用以Li2 CO3 :Ta2 O5 粉的莫耳比為7:3的比例混合，1300℃、12小時煅燒之物。然後，這樣的以Li3 TaO4 為主成分的粉體裝入小容器中，在Li3 TaO4 粉中將薄片晶圓多枚埋入。
然後，將該小容器設定在電氣爐上，爐內為N2 環境，900℃、20小時加熱，從薄片晶圓的表面向中心部將Li擴散。其後，在該處理的降溫過程中，在進行800℃、12小時進行退火處理的同時，將晶圓在進一步降溫過程的770℃～500℃之間，在大略＋Z軸方向上施加4000V/m的電場之後，進行將溫度降至室溫的處理。另外，電場施加以後，也可使爐內氛圍氣為大氣。
另外，該處理之後，將其粗面側噴砂，使Ra值為約0.15μm的同時，進行使其大略鏡面側為3μm的研磨加工，製作多枚的LiTaO3 單晶基板。
接著，將該LiTaO3 基板和230μｍ厚的Si基板用「Takagi H. et al，“Room-temperature wafer bonding using argonbeam activation”From Proceedings-Electrochemical Society (2001),99-35(Semiconductor Wafer Bonding: Science, Technology, and Applications V), 265-274.」記載的常溫接合法進行接合，製得接合基板。
具體是在高真空的腔室內將洗淨的基板設置，將離子束中性化的氬的高速原子束照射在基板表面上，進行活性化處理後，將LiTaO3 單晶基板和Si基板接合。進行研削・研磨，使從該接合基板的接合界面到LiTaO3 側28μｍ的範圍留下，製得Li擴散的回轉Y切割LiTaO3 基板和Si基板的接合基板。
然後，對這樣製作的接合基板的1枚，用雷射拉曼分光測定裝置（HORIBA Scientific公司製造的LabRam HR系列，Ar離子雷射，光斑尺寸1μm，室溫），對該接合基板的中央部，從LiTaO3 側表面到深度方向，對作為Li擴散量的指標的600 cm-1 附近的拉曼轉移峰的半寬「FWHM1」進行測定，從上述式（1）求取 Li濃度，得到圖1所示的Li濃度的履歷。
根據圖1的結果，該接合基板中，LiTaO3 基板的和基礎基板結合的接合面上的Li濃度為49.6 mol%，α值為-0.4，接合基板的LiTaO3 基板側表面的Li濃度為48.4 mol%，β值為-0.1，所以確認到LiTaO3 基板的和基礎基板結合的接合面上的Li濃度，比接合基板的LiTaO3 基板側表面的Li濃度還要大。另外，LiTaO3 基板的和基礎基板結合的接合面上的Li濃度，與接合基板的LiTaO3 基板側表面的Li濃度的差為1.2mol%。
另外，從接合界面向著接合基板的LiTaO3 基板側表面的0μm～約0.5μm的範圍為Li/(Li+Ta)=49.6mol%，變成了顯示偽化學計量組成的值。在離接合基板近的表層附近，具有離接合基板的LiTaO3 基板側表面越近，Li濃度越減少的約20μm左右的遷移層，在跨從接合基板的離LiTaO3 基板側表面到約8μm的深度的範圍，可以確認具有顯示Li/(Li+Ta)=48.4 mol%的大略一致熔融組成的Li濃度。
進一步，對該接合基板的翹曲用雷射光干涉方式進行測定，其值為稍微比200μm大的值，並且沒有觀測到破裂以及裂紋。
接著，在這樣得到的接合基板的LiTaO3 基板側表面上，用濺射法形成0.2μm厚的Al膜的同時，用g線作光源進行光微影，由此，1波長為約4μm的SAW共振器被形成。另外，Al電極的形成是用反應性離子蝕刻（RIE，reactive ion etching))進行，該RIE的氣體為BCl3 、Cl2 、CF4 及N2 的混合氣體。
此時，接合基板上的LiTaO3 基板的厚度為28μｍ，由於表面聲波或者洩露表面聲波的波長為約4μm，所以形成其7倍的厚度。
然後，製作的評價用SAW共振器的特性用RF探測器進行測定，其測定結果如圖2所示。根據圖2的結果，可以確認實施例1中，得到了大致良好的共振波形。
接著，將上述的RF探測器測定的S11和群延遲時間的測定值用網路分析儀輸入記錄媒體，用上述式（2）求Q值，其結果如圖3所示。根據圖3的結果，Q的最大值為1280。
＜實施例2＞ 實施例2中，首先，將進行了同一方向分極處理的Li:Ta=48.75：51.25的大略一致熔融組成的4英寸徑LiTaO3 單晶塊切薄片，切出370μm厚的42°回轉Y切割的LiTaO3 基板。然後，根據需要，將各薄片晶圓的面粗度用研磨工程調整為算術平均粗度Ra值0.15μm，其最終厚度為350μm。
接著，將表背面通過平面研磨得到Ra值0.01μm的準鏡面基板埋入以Li3 TaO4 為主成分的由Li、Ta、O構成的粉體中。此時，使用以Li3 TaO4 為主成分的的粉體，與Li2 CO3 :Ta2 O5 粉以莫耳比7:3的比例混合，在1300℃、12時間煅燒之物。然後，將這樣的以Li3 TaO4 為主成分的粉體裝在小容器內，在Li3 TaO4 粉中將薄片晶圓多枚埋入。
然後，將該小容器裝在電氣爐上，爐內為N2 環境，以900℃加熱10小時，使Li從薄片晶圓的表面到中心部擴散。其後，在該處理的降溫過程中，以800℃、12小時退火處理的同時，在晶圓的進一步降溫過程的770℃～500℃之間，施加大略＋Z軸方向4000V/m的電場之後，使溫度下降到室溫。另外施加電場以後，爐內環境可以為大氣。
另外，在所述處理之後，與實施例1同樣的方法製作接合基板，進行研削、研磨，使從該接合基板的接合界面到LiTaO3 側40μｍ的範圍殘留，製作Li擴散的回轉Y切割LiTaO3 基板和Si基板的接合基板。
然後，對這樣製作的接合基板的1枚，用雷射拉曼分光測定裝置（HORIBA Scientific公司製造的LabRam HR系列，Ar離子雷射，光斑尺寸1μm，室溫），對該接合基板的中央部，測定從LiTaO3 側表面到深度方向的Li擴散量的指標600cm-1 附近的拉曼轉移峰的半寬「FWHM1」，用上述式（1）求取Li濃度，得到圖1所示的Li濃度的履歷。
根據圖1的結果，所述接合基板中，LiTaO3 基板的和基礎基板結合的接合面上的Li濃度為49.4 mol%，α值為-0.6，接合基板的LiTaO3 基板側表面的Li濃度為48.75mol%，β值為0.25，所以，可以確認LiTaO3 基板的和基礎基板結合的接合面上的Li濃度，比接合基板的LiTaO3 基板側表面的Li濃度還要大。另外，LiTaO3 基板的和基礎基板結合的接合面上的Li濃度和接合基板的LiTaO3 基板側表面的Li濃度的差為0.65mol%。
另外，從接合界面向著接合基板的LiTaO3 基板側表面0μm～約2μm的範圍，為Li/(Li+Ta)=49.4mol%的偽化學計量組成的值。接合基板的表層附近，具有約8μm程度的離接合基板的LiTaO3 基板側表面越近，Li濃度越減少的遷移層，從接合基板的LiTaO3 基板側表面到約30μm的深度，具有表現為Li/(Li+Ta)=48.75mol%和大略一致熔融組成的Li濃度。
進一步，對該接合基板的翹曲用雷射光干涉方式進行測定，得知其值為40μm的小的值，沒有觀測到破裂以及裂紋。
接著，使用該接合基板，用與實施例1同樣的方法，製作1波長為約4μm的SAW共振器，對製作的評價用SAW共振器的特性用RF探測器進行測定，測定結果如圖4所示。根據圖4的結果，實施例2中也可以確認得到了大概良好的共振波形。
此時，接合基板上的LiTaO3 基板的厚度為40μｍ，由於表面聲波或者洩露表面聲波的波長為約4μm，所以為10倍的厚度。
另外，對上述的RF探測器得到的S11和群延遲時間的測定值用網路分析儀輸入記錄媒體，用上述式（2）求Q值，其結果如圖5所示。根據圖5的結果，Q的最大值為1380。
＜比較例1＞ 比較例1中，與實施例1相同進行同一方向分極處理，對Li:Ta=48.4：51.6的大略一致熔融組成的4英寸徑LiTaO3 單晶塊進行相同處理，製作完成厚度為350μm的晶圓。
接著，將該晶圓的兩面進行平面研磨，使Ra值0.0001μm的鏡面，製作多枚的大略一致熔融組成的LiTaO3 單晶基板。
然後，對這樣製作的LiTaO3 單晶基板的1枚，與實施例1相同，用雷射拉曼分光測定裝置，在該基板的中央部，從表面向深度方向，對作為Li擴散量的指標的600cm-1 附近的拉曼轉移峰的半寬「FWHM1」進行測定，從上述式（1）求Li濃度，得知LiTaO3 基板的Li濃度在深度方向幾乎一定，為48.4mol%的大略一致熔融組成。
另外，對該基板的翹曲用雷射光干涉方式進行測定，其值為40μm的小的值，沒有破裂以及裂紋被觀測到。
接著，在這樣得到的基板的表面上，用濺射法，形成0.2μm厚的Al膜的同時，用g線作光源進行光微影，1波長為約4μm的SAW共振器形成。另外，Al電極的形成用RIE(reactive ion etching)進行，該RIE的氣體使用BCl3 、Cl2 、CF4 及N2 的混合氣體。
然後，將製作的評價用SAW共振器的特性用RF探測器測定，其測定結果如圖4所示。根據圖4的結果，確認到比較例1中得到大概良好的共振波形。
接著，對上述的RF探測器得到S11和群延遲時間的測定值用網路分析儀輸入記錄媒體，用上述式（2）求Q值，其結果如圖5所示。根據圖5的結果，Q的最大值為900，比實施例1以及實施例2的Q值小。
＜比較例2＞ 比較例2中，對實施了與實施例1相同同一方向分極處理的Li:Ta=48.4：51.6的大略一致熔融組成的4英寸徑LiTaO3 單晶塊進行同樣的處理，製作完成厚度為350μm的晶圓。接著，對該晶圓的兩面與比較例1同樣用平面研磨，得到Ra值為0.0001μm的鏡面，製作多枚的大略一致熔融組成的LiTaO3 單晶基板。其後，與實施例1相同，將該LiTaO3 基板和230μｍ厚的Si基板接合，進一步，進行研削・研磨，使從該接合基板的接合界面到LiTaO3 側28μｍ的範圍殘留，製作回轉Y切割LiTaO3 基板和Si基板的接合基板。
然後，對這樣製作的接合基板的1枚，與實施例1相同，用雷射拉曼分光測定裝置，對該接合基板的中央部，從LiTaO3 側表面到深度方向，對作為Li擴散量的指標的600cm-1 附近的拉曼轉移峰的半寬「FWHM1」進行測定，用上述式（1）求Li濃度，構成接合基板的LiTaO3 基板的Li濃度在深度方向上幾乎一定，為48.4mol%的大略一致熔融組成，所以LiTaO3 基板的與基礎基板結合的接合面上的Li濃度和LiTaO3 基板側表面的Li濃度為幾乎相同。
另外，對該接合基板的翹曲用雷射光干涉方式測定，其值為40μm的小值，破裂以及裂紋沒有觀測到。
接著，使用該接合基板，用與實施例1同樣的方法，製作1波長為約4μm的SAW共振器，對該製作的評價用SAW共振器的特性用RF探測器測定，其測定結果如圖2所示。根據該圖2的結果，可以確認比較例2中，得到了大概良好的共振波形。
接著，將上述的RF探測器測定S11和群延遲時間的測定值用網路分析儀輸入記錄媒體，用上述式（2）求Q值，其結果如圖3所示。根據該圖3的結果，Q的最大值為1020，比實施例1以及實施例2的Q值要小。
從以上的實施例1以及實施例2和比較例1以及比較例2的比較，可以確認，本發明的接合基板，比通常的LiTaO3 基板Q大，Li濃度沒有變化。另外，特別是本發明的接合基板如果為α為-1.2＜α＜0.5的範圍，β為-0.5＜β＜0.5的範圍，Q值會進一步變大，得到翹曲小的接合基板，作為表面聲波元件具有優良的Q值。
無
圖1為構成實施例1以及實施例2的接合基板的LiTaO3 基板的Li含量履歷圖。 圖2為實施例1的接合基板和比較例2的接合基板上形成的共振器的輸入阻抗波形圖。 圖3為實施例1的接合基板和比較例2的接合基板上形成的共振器的Q值測定結果圖。 圖4為實施例2的接合基板和比較例1的接合基板上形成的共振器的輸入阻抗波形圖。 圖5為實施例2的接合基板和比較例1在通常LiTaO3 基板上形成的共振器的Q值的測定結果圖。

Claims (13)

  1. 一種接合基板，其為將LiTaO3基板和基礎基板接合而構成的，其特徵在於：所述LiTaO3基板的和所述基礎基板結合的接合面上的Li濃度比所述接合基板的LiTaO3基板側表面的Li濃度還要大，所述LiTaO3基板的和所述基礎基板結合的接合面上的Li濃度，與所述接合基板的LiTaO3基板側表面的Li濃度的差為0.1mol%以上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的接合基板，其中所述LiTaO3基板的和所述基礎基板結合的接合面上的Li濃度為Li/(Li+Ta)×100=(50+α)mol%，α為-1.2<α<0.5的範圍。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的接合基板，其中所述接合基板的LiTaO3基板側表面的Li濃度為Li/(Li+Ta)×100=(48.5+β)mol%，β為-0.5<β<0.5的範圍。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的接合基板，其中所述接合基板的LiTaO3基板的厚度比表面聲波或者洩露表面聲波的波長的5倍要大，且比表面聲波或者洩露表面聲波的波長的20倍要小。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的接合基板，其中所述LiTaO3基板的和所述基礎基板結合的接合面上的Li濃度的範圍為從所述LiTaO3基板的接合面向著所述接合基板的LiTaO3基板側表面，跨表面聲波或者洩露表面聲波的波長的0.1~4倍的範圍而形成。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的接合基板，其中從所述LiTaO3基板的接合面向著所述接合基板的LiTaO3基板側表面，Li濃度具有減少的範圍。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的接合基板，其中所述Li濃度減少的範圍跨表面聲波或者洩露表面聲波的波長的1倍~5倍的範圍而形成。
  8. 如申請專利範圍第1項或第7項所述的接合基板，其中所述接合基板的LiTaO3基板側表面的Li濃度的範圍從所述接合基板的LiTaO3基板側表面向著所述LiTaO3基板的接合面，跨表面聲波或者洩露表面聲波的波長的1倍~20倍的範圍而形成。
  9. 如申請專利範圍第1項或第7項所述的接合基板，其中所述LiTaO3基板的結晶方位為回轉36°Y~49°Y切割。
  10. 如申請專利範圍第1項或第7項所述的接合基板，其中所述基礎基板為從Si、SiC、尖晶石及藍寶石中選擇。
  11. 一種接合基板，由LiNbO3基板和基礎基板接合而構成，其特徵在於：所述LiNbO3基板的和所述基礎基板結合的接合面上的Li濃度比所述接合基板的LiNbO3基板側表面的Li濃度還要大，所述LiNbO3基板的和所述基礎基板結合的接合面上的Li濃度，與所述接合基板的LiNbO3基板側表面的Li濃度的差為0.1mol%以上。
  12. 一種表面聲波裝置，其特徵在於：使用如申請專利範圍第1項至第11項中任一項所述的接合基板而構成。
  13. 一種接合基板的製造方法，其特徵在於：使與基板內部相比基板表面的Li濃度大的LiTaO3基板和基礎基板接合，將接合面的相反側的LiTaO3基板表層除去，使所述LiTaO3基板的和所述基礎基板結合的接合面上的Li濃度比所述接合基板的LiTaO3基板側表面的Li濃度還要大。
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