(57)【要約】【課題】表面弾性波素子の高周波数化が図れ、周波数特性が温度変化により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を提供する。【解決手段】圧電基板１と、圧電基板よりも小さい熱膨張係数を持つ支持基板２と、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３を具備する表面弾性波素子用複合基板であって、多結晶ダイヤモンド薄膜層と接合用圧電基板（バルク結晶）が直接接合されかつレーザアブレーション法による上記接合用圧電基板の薄膜化により厚さが５μｍ以上３０μｍ以下で、表面粗さＲａが１０μｍ以下である上記圧電基板１が得られることを特徴とする。複合基板を用いて製造された表面弾性波素子は、多結晶ダイヤモンド薄膜層３を表面弾性波が伝搬するため高い伝搬速度が得られ、小さい熱膨張係数を持つ支持基板２の作用で熱膨張が抑制できるため良好な周波数温度特性が実現される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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形成された多結晶ダイヤモンド薄膜層を具備する表面弾性波素子用複合基板において、
上記多結晶ダイヤモンド薄膜層と圧電基板が直接接合され、かつ、該圧電基板の厚さが５μｍ以上３０μｍ以下であり、該圧電基板の表面粗さＲａが１０ｎｍ以下であることを特徴とする表面弾性波素子用複合基板。
【請求項２】
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形成された多結晶ダイヤモンド薄膜層を具備する表面弾性波素子用複合基板において、
上記多結晶ダイヤモンド薄膜層と圧電基板が金属薄膜を介し直接接合され、かつ、該圧電基板の厚さが５μｍ以上３０μｍ以下であり、該圧電基板の表面粗さＲａが１０ｎｍ以下であることを特徴とする表面弾性波素子用複合基板。
【請求項３】
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。
【請求項４】
上記支持基板が、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、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。
【請求項５】
圧電基板が、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。
【請求項６】
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形成された多結晶ダイヤモンド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、
上記支持基板の一方の主面上に多結晶ダイヤモンド薄膜層を形成する工程と、
支持基板上に形成された上記多結晶ダイヤモンド薄膜層と、接合用圧電基板の一方の主面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する工程と、
上記接合体における接合用圧電基板の非接合面に、波長１５０〜３００ｎｍのレーザを照射して、接合用圧電基板の上記非接合面を分解揮発させるアブレーション加工により、厚さが５μｍ以上３０μｍ以下で、かつ、表面粗さＲａが１０ｎｍ以下である圧電基板を形成する工程、
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。
【請求項７】
上記支持基板上に形成された多結晶ダイヤモンド薄膜層と、接合用圧電基板の一方の主面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する工程において、
金属薄膜を介して、上記多結晶ダイヤモンド薄膜層と接合用圧電基板の一方の主面とを表面活性化常温接合法により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。
【請求項８】
上記支持基板の一方の主面上に多結晶ダイヤモンド薄膜層を形成する工程において、
上記多結晶ダイヤモンド薄膜層をマイクロ波プラズマ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。
【請求項９】
上記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。
【請求項１０】
上記接合体における接合用圧電基板の非接合面に、波長１５０〜３００ｎｍのレーザを照射して、接合用圧電基板の上記非接合面を分解揮発させるアブレーション加工により、厚さが５μｍ以上３０μｍ以下で、かつ、表面粗さＲａが１０ｎｍ以下である圧電基板を形成する工程において、
波長１５０〜３００ｎｍの上記レーザがエキシマレーザであ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。
【請求項１１】
上記支持基板上に形成された多結晶ダイヤモンド薄膜層と、接合用圧電基板の一方の主面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する工程において、
接合前の上記多結晶ダイヤモンド薄膜層と接合用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。
【請求項１２】
金属薄膜を介して、上記多結晶ダイヤモンド薄膜層と接合用圧電基板の一方の主面とを表面活性化常温接合法により直接接合する工程において、
接合前の上記多結晶ダイヤモンド薄膜層と接合用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、多結晶ダイヤモンド薄膜層と接合用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。
【請求項１３】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯域フィルタや共振子等に適用される表面弾性波素子に係り、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。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等の通信機器では高周波化や小型化が進展しつつあるため、ＲＦ回路部の高性能化や小型化が要求されるようになってきている。この中で、通信機器の送受信部に用いられる高周波フィルタや発振器に用いられる共振子等の電子素子として、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。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化・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。
【０００３】
この表面弾性波素子としては、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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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、弾性波の伝搬速度Ｖを大きくすることが必要となる。
【０００７】
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。
【０００８】
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、ダイヤモンド結晶が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。
【０００９】
一方、高周波数帯域で動作することが求められる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。この温度特性を改善するため、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を直接接合させた複合基板が提案されている（例えば特許文献３参照）。ガラスやシリコン等から成る上記補助基板が圧電基板に直接接合されることで、補助基板により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の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くなって顕著になることが分かっている。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。
【００１０】
そこで、特許文献４では、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、プロセス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。但し、デバイスの薄型化要請には対応できる反面、支持基板が薄くなる分、表面弾性波素子の温度特性は低下する。
【００１１】
このように周波数特性が温度変化によりシフト（変動）する問題は、特許文献３〜４の方法を採用することで解決の可能性は見えてきた。しかし、高周波数帯域で動作する表面弾性波素子を得るため、信号伝搬速度を向上させると共に周波数特性の温度変化も抑制可能な表面弾性波素子は未だ見出されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平９−０５１２４８号公報（段落００５３−００５５参照）
【特許文献２】特開平６−２６８４６３号公報（段落００３１−００３４参照）
【特許文献３】特開平１１−５５０７０号公報
【特許文献４】ＷＯ２０１４／１２９４３２号公報
【特許文献５】特開２００２−９４３５５号公報（段落００１７、００３１参照）
【特許文献６】特願２０１８−０５２２０３号明細書（請求項６参照）
【特許文献７】特開平９−２６９４３０号公報（段落０００８−００１２参照）
【特許文献８】特開２００１−３３６０４号公報（段落００４５−００４６、図６参照）
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献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」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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）層の膜質は良好ではなく、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５の段落００１７参照）。
【００１７】
この問題を解決するため、特許文献５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。
【００１８】
しかし、特許文献５の段落００３１に記載されているように、圧電体バルク単結晶基板（圧電体層）上にマイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いて多結晶ダイヤモンド層を形成するとき、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５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。
【００１９】
このような技術的背景の下、本発明者は、表面弾性波の伝搬速度を大きくして表面弾性波素子の高周波数化を実現し、周波数特性が温度変化によりシフト（変動）する課題を改善すると共に、バルク結晶で構成された圧電基板を具備する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６参照）。
【００２０】
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とを常温接合法により直接接合し、多結晶ダイヤモンド薄膜層と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。
【００２１】
そして、提案した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、バルク結晶で構成された圧電基板はダイヤモンド薄膜上にＣＶＤやスパッタリング等で成膜した特許文献１〜２の圧電体層に較べて膜質が良好で、かつ、圧電基板と多結晶ダイヤモンド薄膜層は常温接合されることから特許文献５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らない顕著な効果を有するものであった。
【００２２】
但し、本発明者が提案した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で薄膜化しているため、若干、生産性に劣り、かつ、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６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。
【００２３】
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、表面弾性波素子の伝搬速度と周波数温度特性を改善すると共に加工時間を短縮した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。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記課題を解決するため、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７〜８に記載された「レーザアブレーション加工法」の採用を試みた。
【００２５】
特許文献７には、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の酸化物単結晶から成る基板と、この基板の主面上に突出するリッジ型光導波路を備えた光導波路デバイスの製造方法が開示され、波長が１５０〜３００ｎｍである紫外領域のエキシマレーザを用いた「レーザアブレーション加工法」により上記リッジ型光導波路が形成されている。
【００２６】
尚、「レーザアブレーション加工法」とは、エキシマレーザのような高エネルギーの光が加工対象の材質に照射されることで、光が照射された部分を瞬時に分解および気化させて目的の形状を得る加工方法である。
【００２７】
また、特許文献８には、シリコン基板と、該基板面と平行でない面（すなわち斜面）を複数備えるよう形成された光学素子（例えば、光路変換ミラー、偏光分離プリズム等）を有する光学部品の製造方法が開示され、シリコン基板上に塗布された高分子材料を「レーザアブレーションエッチング法」により加工して上記光学素子を構成する傾斜４５度の斜面が形成されている。
【００２８】
そこで、本発明者が提案した表面弾性波素子用複合基板の製造方法において、多結晶ダイヤモンド薄膜層と直接接合された圧電基板を薄膜化させる手法について、従前の上記研磨法に代えて特許文献７等に開示された「レーザアブレーション加工法」を選択したところ、生産コストを大きく上昇させることなく結晶ダイヤモンド薄膜層と直接接合された圧電基板の厚さを３０μｍ以下に設定でき、かつ、「レーザアブレーション加工法」の採用に伴い薄膜化された圧電基板の表面粗さＲａについて１０ｎｍ以下に設定できることが確認され、更に、上記圧電基板の薄膜化（３０μｍ以下）に伴って表面弾性波素子の伝搬速度と周波数温度特性が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。
【００２９】
すなわち、本発明に係る第１の発明は、
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形成された多結晶ダイヤモンド薄膜層を具備する表面弾性波素子用複合基板において、
上記多結晶ダイヤモンド薄膜層と圧電基板が直接接合され、かつ、該圧電基板の厚さが５μｍ以上３０μｍ以下であり、該圧電基板の表面粗さＲａが１０ｎｍ以下であることを特徴とし、
第２の発明は、
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形成された多結晶ダイヤモンド薄膜層を具備する表面弾性波素子用複合基板において、
上記多結晶ダイヤモンド薄膜層と圧電基板が金属薄膜を介し直接接合され、かつ、該圧電基板の厚さが５μｍ以上３０μｍ以下であり、該圧電基板の表面粗さＲａが１０ｎｍ以下であることを特徴とするものである。
【００３０】
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、酸化アルミニウム、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。
【００３１】
次に、第６の発明は、
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形成された多結晶ダイヤモンド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、
上記支持基板の一方の主面上に多結晶ダイヤモンド薄膜層を形成する工程と、
支持基板上に形成された上記多結晶ダイヤモンド薄膜層と、接合用圧電基板の一方の主面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する工程と、
上記接合体における接合用圧電基板の非接合面に、波長１５０〜３００ｎｍのレーザを照射して、接合用圧電基板の上記非接合面を分解揮発させるアブレーション加工により、厚さが５μｍ以上３０μｍ以下で、かつ、表面粗さＲａが１０ｎｍ以下である圧電基板を形成する工程、
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多結晶ダイヤモンド薄膜層と、接合用圧電基板の一方の主面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する工程において、
金属薄膜を介して、上記多結晶ダイヤモンド薄膜層と接合用圧電基板の一方の主面とを表面活性化常温接合法により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多結晶ダイヤモンド薄膜層を形成する工程において、
上記多結晶ダイヤモンド薄膜層をマイクロ波プラズマ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多結晶ダイヤモンド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、
上記接合体における接合用圧電基板の非接合面に、波長１５０〜３００ｎｍのレーザを照射して、接合用圧電基板の上記非接合面を分解揮発させるアブレーション加工により、厚さが５μｍ以上３０μｍ以下で、かつ、表面粗さＲａが１０ｎｍ以下である圧電基板を形成する工程において、
波長１５０〜３００ｎｍの上記レーザがエキシマレーザであることを特徴とするものである。
【００３２】
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多結晶ダイヤモンド薄膜層と、接合用圧電基板の一方の主面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する工程において、
接合前の上記多結晶ダイヤモンド薄膜層と接合用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、
金属薄膜を介して、上記多結晶ダイヤモンド薄膜層と接合用圧電基板の一方の主面とを表面活性化常温接合法により直接接合する工程において、
接合前の上記多結晶ダイヤモンド薄膜層と接合用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、多結晶ダイヤモンド薄膜層と接合用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。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係る表面弾性波素子用複合基板は、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形成された多結晶ダイヤモンド薄膜層を具備し、上記多結晶ダイヤモンド薄膜層と圧電基板が直接接合され、かつ、該圧電基板の厚さが５μｍ以上３０μｍ以下であり、該圧電基板の表面粗さＲａが１０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００３４】
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と直接接合された圧電基板の厚さが５μｍ以上３０μｍ以下と極めて薄いため、該圧電基板が多結晶ダイヤモンド薄膜層の影響を顕著に受けて多結晶ダイヤモンド薄膜層の硬度に近づき、かつ、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従前より高い伝搬速度を実現することが可能となる。
【００３５】
また、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、該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と直接接合された上記圧電基板が多結晶ダイヤモンド薄膜層の影響を顕著に受けて多結晶ダイヤモンド薄膜層の硬度に近づくため、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、従前より良好な周波数温度特性を具備させることが可能となる。
【００３６】
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接合用圧電基板と、該接合用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とを常温接合し、上記接合用圧電基板を「レーザアブレーション加工法」により薄膜化しているため、厚さが５μｍ以上３０μｍ以下で、表面粗さＲａが１０ｎｍ以下となる圧電基板として得られている。
【００３７】
そして、バルク結晶で構成された接合用圧電基板は、ダイヤモンド薄膜上にＣＶＤ法やスパッタリング法等で成膜した特許文献１〜２の圧電体層に較べ膜質が良好で、かつ、接合用圧電基板と多結晶ダイヤモンド薄膜層は常温接合されることから特許文献５に記載されている接合用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。
【００３８】
また、上記接合用圧電基板を「レーザアブレーション加工法」により薄膜化しているため、薄膜化された圧電基板は、そのまま表面弾性波素子（ＳＡＷフィルタ）の製造に適用できるレベルである表面粗さＲａが１０ｎｍ以下の表面状態にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図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を用いた表面弾性波素子の構成説明図。
【図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を用いた表面弾性波素子の構成説明図。
【図３】マイクロ波プラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す説明図。
【図４】アブレーション加工用レーザ加工装置の概略構成を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
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。
【００４１】
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、圧電基板１と、該圧電基板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多結晶ダイヤモンド薄膜層３を具備し、上記多結晶ダイヤモンド薄膜層３と圧電基板１が直接接合され、かつ、該圧電基板１の厚さが５μｍ以上３０μｍ以下であり、該圧電基板の表面粗さＲａが１０ｎｍ以下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。
【００４２】
（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、圧電基板１と、該圧電基板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多結晶ダイヤモンド薄膜層３を具備し、上記多結晶ダイヤモンド薄膜層３と圧電基板１が金属薄膜５を介し直接接合され、かつ、該圧電基板１の厚さが５μｍ以上３０μｍ以下であり、該圧電基板の表面粗さＲａが１０ｎｍ以下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。
【００４３】
以下、（１）圧電基板、（２）支持基板、（３）多結晶ダイヤモンド薄膜層、（４）金属薄膜、および、（５）表面弾性波素子用複合基板、（６）表面弾性波素子の順に説明する。
【００４４】
（１）圧電基板
本発明に係る圧電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波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。圧電基板１は、支持基板２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。
【００４５】
ところで、上記圧電基板１は、支持基板上に形成された多結晶ダイヤモンド薄膜層と、接合用圧電基板の一方の主面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た後、上記接合用圧電基板の非接合面を「レーザアブレーション加工法」により薄膜化して、厚さが５μｍ以上３０μｍ以下の薄膜として形成される。
【００４６】
すなわち、支持基板上に形成された多結晶ダイヤモンド薄膜層と、接合用圧電基板の一方の主面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た後、接合用圧電基板の非接合面に、波長１５０〜３００ｎｍのレーザを照射して、接合用圧電基板の上記非接合面を分解揮発させるアブレーション加工により、厚さが５μｍ以上３０μｍ以下の圧電基板が形成される。更に、アブレーション加工では、接合用圧電基板を構成する材質の吸収端よりも短波長側のレーザ光（すなわち、波長１５０〜３００ｎｍのレーザ）を使用しており、接合用圧電基板の上記非接合面に照射されたレーザ光が極表面層中で吸収されるため、上記非接合面の表面層のみを分解し、瞬時に分解および気化するので、接合用圧電基板の内部には加工ダメージを与えず、加工変質層がまったく生成されず、形成される圧電基板の表面粗さＲａは１０ｎｍ以下となる。
【００４７】
また、上記接合用圧電基板の大きさは特に限定されないが、直径５０〜２００ｍｍ程度の接合用圧電基板が例示される。尚、多結晶ダイヤモンド薄膜層と直接接合される前の接合用圧電基板の厚さに関しては、支持基板上に形成された多結晶ダイヤモンド薄膜層と、接合用圧電基板の一方の主面とを表面活性化常温接合法により直接接合して形成された接合体の接合用圧電基板に対し、上記「レーザアブレーション加工」する際の作業性等を考慮して適宜設定される。
【００４８】
（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を要する。支持基板２として圧電基板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多結晶ダイヤモンド薄膜層３と、圧電基板１とを備えた複合基板とすることで、温度変化したときの圧電基板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。
【００４９】
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、酸化アルミニウム、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。
【００５０】
そこで、安価なシリコン基板を使用し、この支持基板上に高い硬度を有する多結晶ダイヤモンド薄膜層を成膜することで支持基板の硬度を高め、上記多結晶ダイヤモンド薄膜層３と圧電基板１とを直接接合することで、得られる複合基板は、圧電基板単独よりも速い伝搬速度が得られる。更に、シリコン基板は、熱膨張係数が３．９×１０-6／Ｋとタンタル酸リチウム等の圧電基板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。
【００５１】
支持基板２の大きさは、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。
【００５２】
（３）多結晶ダイヤモンド薄膜層
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の一方の主面上に多結晶ダイヤモンド薄膜層３が形成される。更に、接合用圧電基板と上記多結晶ダイヤモンド薄膜層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、上記接合用圧電基板の非接合面に、波長１５０〜３００ｎｍのレーザを照射して、接合用圧電基板の上記非接合面を分解揮発させるアブレーション加工により、接合用圧電基板が厚さ５μｍ以上３０μｍ以下に薄膜化され、かつ、表面粗さＲａが１０ｎｍ以下となった圧電基板１が形成される。その後、得られた表面弾性波素子用複合基板の上記圧電基板１に形成された一対の櫛歯状電極４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、この表面弾性波は多結晶ダイヤモンド薄膜層３を伝搬され、別の一対の櫛歯状電極で再び圧電基板１によって電気信号に変換される。ダイヤモンド層は物質中最高の音の伝搬速度を有する材料であり、圧電基板を接合して一体化されても伝搬速度１００００ｍ／ｓ以上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使用することができる。
【００５３】
上記多結晶ダイヤモンド薄膜層３の形成には、マイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いて支持基板２上に成膜することが好ましい。ダイヤモンド層は、炭化水素等を原料ガスとする気相合成法、例えば、電子放射材を加熱して原料ガスを活性化する方法、プラズマにより原料ガスを励起する方法、光によりガスを分解励起する方法、イオン衝撃により原料ガスから多結晶ダイヤモンドを成長させる方法等により形成できるが、本発明に係る多結晶ダイヤモンド薄膜層３は、上記成膜方法の中でもマイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いて成膜することが好ましい。マイクロ波プラズマＣＶＤ法は、マイクロ波（通常は２．４５ＧＨｚの周波数が使用される）を使用した無電極放電による合成法である。マイクロ波プラズマＣＶＤ法は、１．３〜８．０ｋＰａ程度の圧力範囲でマイクロ波だけによるプラズマを使用した成膜方法である。マイクロ波プラズマＣＶＤ法は、プラズマにより原料ガスを励起する方法で、熱ＣＶＤ法等と比較して低い温度でより緻密な薄膜を形成することができ、エネルギーが高いので他のＣＶＤ法より成膜速度が速く、熱によるダメージを抑制でき、積層膜間での相互拡散を抑制できる等の利点を有している。
【００５４】
尚、マイクロ波プラズマＣＶＤ法の１種である有磁場マイクロ波ＣＶＤ法は、プラズマと磁場の相互作用を利用して圧力が低くても安定した高密度プラズマを作ることを可能とし、マイクロ波プラズマＣＶＤ法よりも更に低圧力（１．３〜１３３Ｐａ）領域で電子のサイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance）による強いプラズマ状態を用いたものである。そして、低圧力プラズマであることから、均一な多結晶ダイヤモンド薄膜を大面積で成膜することができ、本発明に係る多結晶ダイヤモンド薄膜層を成膜するのに好適である。
【００５５】
多結晶ダイヤモンド薄膜層３の膜厚は、支持基板２上に約５μｍ程度とすることが好ましい。この理由は、成膜された多結晶ダイヤモンド薄膜層３表面には凹凸が存在しており、接合用圧電基板と直接接合する前に、接合面を研磨して平滑化する必要があるからである。尚、接合面に凹凸が存在していると、原子レベルで完全に接合されずに浮きを生ずる可能性がある。例えば、上記膜厚（約５μｍ程度）であれば、約３μｍ程度まで研磨し、表面粗さＲａ０．５ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下にすることが好ましい。
【００５６】
（４）金属薄膜
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多結晶ダイヤモンド薄膜層３と圧電基板１が直接接合されている。圧電基板１と上記多結晶ダイヤモンド薄膜層３を直接接合するには、接合前の多結晶ダイヤモンド薄膜層３と接合用圧電基板の各接合面を洗浄し、洗浄した多結晶ダイヤモンド薄膜層３と接合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。
【００５７】
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多結晶ダイヤモンド薄膜層３と圧電基板１が金属薄膜５を介し直接接合されている。圧電基板１と上記多結晶ダイヤモンド薄膜層３が金属薄膜５を介し直接接合されるには、接合前の多結晶ダイヤモンド薄膜層３と接合用圧電基板の各接合面を洗浄し、洗浄した多結晶ダイヤモンド薄膜層３と該接合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、スパッタリング法等の成膜法で多結晶ダイヤモンド薄膜層３と該接合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。上記多結晶ダイヤモンド薄膜層３と上記接合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。
【００５８】
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高い薄膜が好ましい。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多結晶ダイヤモンド薄膜層３と接合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。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。
【００５９】
（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多結晶ダイヤモンド薄膜層３と圧電基板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多結晶ダイヤモンド薄膜層３と圧電基板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、各複合基板の圧電基板１は、接合用圧電基板の非接合面を「レーザアブレーション加工法」により薄膜化して厚さが５μｍ以上３０μｍ以下の薄膜として形成されている。すなわち、接合用圧電基板の一方の主面と、支持基板上に形成された多結晶ダイヤモンド薄膜層とを直接接合して接合体を形成した後、該接合体における接合用圧電基板の非接合面に、波長１５０〜３００ｎｍのレーザを照射して、接合用圧電基板の上記非接合面を分解揮発させるアブレーション加工により、厚さが５μｍ以上３０μｍ以下に薄膜化された圧電基板１が形成されている。
【００６０】
尚、上記アブレーション加工は、上述したように接合用圧電基板を構成する材質の吸収端よりも短波長側のレーザ光（例えば、波長１５０〜３００ｎｍのエキシマレーザ）を使用しており、接合用圧電基板の非接合面に照射されたレーザ光が極表面層中で吸収されるため、上記非接合面の表面層のみを分解し、瞬時に分解および気化するので、接合用圧電基板の内部に加工ダメージを与えず、加工変質層をまったく生成せず、平坦度も高く、形成される圧電基板の表面粗さＲａは１０ｎｍ以下となる。このため、「レーザアブレーション加工法」で薄膜化された圧電基板１の非接合面については、特別な用途がある場合を除き、更なる研磨を行うことなくＳＡＷフィルタの製造に適用することが可能となる。
【００６１】
また、多結晶ダイヤモンド薄膜層３が形成された支持基板２の合計厚（多結晶ダイヤモンド薄膜層厚さ＋支持基板厚さ）よりも圧電基板１の厚さを十分に薄くすることで、多結晶ダイヤモンド薄膜層３が形成された支持基板２と圧電基板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を平行に保てると共に、複合基板として多結晶ダイヤモンド薄膜層３の硬度に近づいた状態が得られる。
【００６２】
そして、多結晶ダイヤモンド薄膜層３が形成された支持基板２の合計厚（多結晶ダイヤモンド薄膜層厚さ＋支持基板厚さ）と圧電基板１の厚さの比率については、（多結晶ダイヤモンド薄膜層厚さ＋支持基板厚さ）に対し圧電基板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。
【００６３】
表面弾性波素子用複合基板において、上記「レーザアブレーション加工法」で薄膜化された圧電基板１の厚さは５μｍ以上３０μｍ以下であることを要する。圧電基板１の厚さが厚くなると圧電基板（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。
【００６４】
（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に示すように上記複合基板における圧電基板１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。
【００６５】
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。
【００６６】
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
圧電基板１と、該圧電基板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多結晶ダイヤモンド薄膜層３を具備し、多結晶ダイヤモンド薄膜層３と圧電基板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、
上記支持基板２の一方の主面上に多結晶ダイヤモンド薄膜層３を形成する工程と、
支持基板２上に形成された上記多結晶ダイヤモンド薄膜層３と、接合用圧電基板の一方の主面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する工程と、
上記接合体における接合用圧電基板の非接合面に、波長１５０〜３００ｎｍのレーザを照射して、接合用圧電基板の上記非接合面を分解揮発させるアブレーション加工により、厚さが５μｍ以上３０μｍ以下で、かつ、表面粗さＲａが１０ｎｍ以下である圧電基板を形成する工程、
を具備することを特徴としている。
【００６７】
以下、各工程について説明する。
＜ａ＞支持基板２の一方の主面上に多結晶ダイヤモンド薄膜層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)に記載した多結晶ダイヤモンド薄膜層３を形成する。
【００６８】
支持基板２としては、選択された圧電基板１と比較し、当該圧電基板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、酸化アルミニウム、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多結晶ダイヤモンド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、多結晶ダイヤモンド薄膜層と圧電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基板単独よりも速い伝搬速度が得られる。
【００６９】
上記多結晶ダイヤモンド薄膜層の成膜には、マイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いることが好ましい。マイクロ波プラズマＣＶＤ法は、マイクロ波（通常は２．４５ＧＨｚの周波数が使用される）を使用した無電極放電による合成法である。マイクロ波プラズマＣＶＤ法は、１．３〜８．０ｋＰａ程度の圧力範囲でマイクロ波だけによるプラズマを使用した成膜方法である。マイクロ波プラズマＣＶＤ法は、プラズマにより原料ガスを励起する方法で、熱ＣＶＤ法等に比較して低い温度でより緻密な薄膜を形成することができ、他のＣＶＤ法より成膜速度が速く、熱によるダメージを抑制でき、積層膜間での相互拡散を抑制できる等の利点を有している。
【００７０】
尚、マイクロ波プラズマＣＶＤ法の１種である有磁場マイクロ波ＣＶＤ法は、プラズマと磁場の相互作用を利用して圧力が低くても安定した高密度プラズマを作ることを可能とし、マイクロ波プラズマＣＶＤ法よりも更に低圧力（１．３〜１３３Ｐａ）領域で電子のサイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）による強いプラズマ状態を用いたものである。そして、低圧力プラズマであることから、均一な多結晶ダイヤモンド薄膜を大面積で成膜することができ、本発明に係る多結晶ダイヤモンド薄膜層を成膜するのに好適である。
【００７１】
図３に、上記マイクロ波プラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す。
【００７２】
マイクロ波プラズマＣＶＤ装置は、マグネトロン６、矩形導波管７、整合器８、プランジャー９、反応管１０、サセプタ（基板ホルダー）１１、排気用ポンプ１２、パワーモニタ１３等から構成されている。尚、図３中、符号１４は反応ガスを示す。
【００７３】
マイクロ波プラズマＣＶＤ装置の反応管１０内のサセプタ（基板ホルダー）１１に本発明で用いる支持基板２を配置し、所定の反応ガスを導入して圧力を調整する。マグネトロン６で発生させたマイクロ波は矩形導波管７内を伝わりプランジャー９に達する。上記プランジャー９は矩形導波管７の長さを変える働きをし、この調整により反応管１０に強い電界が設定されるように所定波を発生させ、反応管１０内にプラズマＰを発生させる。基板加熱は、一般に基板ホルダー１１のマイクロ波による誘電加熱を利用する。反応管１０には、マイクロ波の吸収が少なく、耐熱性が高い透明石英が用いられる。整合器８は反射波をゼロにして効率よくマイクロ波を反応管に送るためのものである。
【００７４】
成膜条件としては、反応圧力が１．３〜８．０ｋＰａ、反応ガスとしてはメタンガス（ＣＨ4）を用い、キャリアガスとしては水素ガス（Ｈ2）を用いるのが一般的であるが、ＣＯ／Ｈ2等他の種類のガスも使用することができる。Ｈ2ガスの割合は８０％以上が好適であり、Ｈ2ガスの割合が低くなると、得られる多結晶ダイヤモンド薄膜層の非ダイヤモンド成分が増大して膜質が低下してしまう。
【００７５】
マイクロ波プラズマはエネルギーが高いので、他のＣＶＤ法に較べて成膜速度が速い。また、マイクロ波プラズマＰが支持基板２付近に存在して高温になるため、基板ホルダー１１の直接加熱等は必要としない。成膜時の基板温度は７００〜８００℃に調整することが好ましい。基板温度が低温であると、成膜される薄膜においてｓｐ3Ｃ−Ｃ結合の比率が低下してしまい、ダイヤモンド構造が低下し硬度が低下してしまう。基板温度が高くなり過ぎると、基板への影響が大きくなり基板が変形する等の虞がある。
【００７６】
上記した成膜条件を調整して多結晶ダイヤモンド薄膜層３を支持基板２上に成膜する。上記多結晶ダイヤモンド薄膜層３の膜厚は支持基板２上に約５μｍ程度とすることが好ましい。この理由は、成膜された多結晶ダイヤモンド薄膜層３表面には凹凸が存在しており、圧電基板１形成用の接合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からである。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。例えば、多結晶ダイヤモンド薄膜層３の膜厚が約５μｍ程度であれば、約３μｍ程度まで研磨して、表面粗さＲａ０．５ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下にすることが望ましい。
【００７７】
多結晶ダイヤモンド薄膜層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。
【００７８】
次工程で、支持基板２上に形成された多結晶ダイヤモンド薄膜層３と、接合用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、上記接合用圧電基板の接合面も凹凸が存在しないことが好ましく、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。表面粗さを小さくする理由は、次工程で、上記多結晶ダイヤモンド薄膜層３と接合用圧電基板を直接接合するには平滑性が重要なためだからである。凹凸があると原子レベルで完全に接合せず浮きが発生する可能性がある。
【００７９】
＜ｂ＞支持基板２上に形成された多結晶ダイヤモンド薄膜層３と、接合用圧電基板の一方の主面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する工程
次に、上記支持基板２上に形成された多結晶ダイヤモンド薄膜層３と、接合用圧電基板の一方の主面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する。
【００８０】
通常、多結晶ダイヤモンド薄膜層３と接合用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、得られた複合基板をＳＡＷデバイスに用いたときに圧電基板１上に形成されている櫛歯状電極４も圧電基板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、熱拡散で多結晶ダイヤモンド薄膜層３と接合用圧電基板の接合を行うには１０００℃以上の加熱が必要で、接合用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。
【００８１】
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上に形成された多結晶ダイヤモンド薄膜層３の接合面と、接合用圧電基板の接合面となる一方の主面を十分に洗浄し、洗浄した多結晶ダイヤモンド薄膜層３と接合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。多結晶ダイヤモンド薄膜層３の接合面と接合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。
【００８２】
＜ｃ＞接合体における接合用圧電基板の非接合面に、波長１５０〜３００ｎｍのレーザを照射して、接合用圧電基板の非接合面を分解揮発させるアブレーション加工により薄膜化した圧電基板を形成する工程
次に、支持基板２上に形成された多結晶ダイヤモンド薄膜層３と接合用圧電基板との接合体における接合用圧電基板の非接合面に、波長１５０〜３００ｎｍのレーザ（例えば、エキシマレーザ）を照射して、接合用圧電基板の非接合面を分解揮発させるアブレーション加工により、厚さが５μｍ以上３０μｍ以下で、かつ、表面粗さＲａが１０ｎｍ以下とする圧電基板を形成する。上記アブレーション加工により、多結晶ダイヤモンド薄膜層３と直接接合された接合用圧電基板が薄膜化され、厚さ５μｍ以上３０μｍ以下の圧電基板１が形成される。
【００８３】
アブレーション加工用の光源としては、接合用圧電基板を構成する材質の吸収端よりも短波長側の光を使用することが好ましく、通常は、３５０ｎｍ以下の波長を有する光が好ましい。特に、酸化物単結晶からなる基板を加工する場合には、３００ｎｍ以下の波長を有する光を使用することによって、基板に対して照射された光が、極表面層中で吸収されるため、表面層のみを分解し、基板内部には加工ダメージを与えない。
【００８４】
接合用圧電基板の上記非接合面を薄膜化させるアブレーション加工用光の波長としては、上述したように３００ｎｍ以下とすることが一層好ましい。但し、実用的な観点からは、１５０ｎｍ以上とすることが好ましい。また、具体的な光源としては、エキシマレーザ光源の他に、ＹＡＧの四次高調波（２６６ｎｍのレーザー光）、エキシマランプ等が、現在のところ実用的である。
【００８５】
図４は、アブレーション加工用レーザ加工装置の概略構成を示す説明図である。
【００８６】
このレーザ加工装置３０は、図４に示す接合用圧電基板２１／（直接接合）／多結晶ダイヤモンド薄膜層／支持基板（シリコン基板）２２から成る接合体の上記接合用圧電基板２１の非接合面をアブレーション加工によって薄膜化する装置であり、次のように構成されている。すなわち、このレーザ加工装置３０においては、接合用圧電基板２１／（直接接合）／多結晶ダイヤモンド薄膜層／支持基板（シリコン基板）２２から成る接合体が、例えば、真空吸着方式等で支持台３７上に固定保持されている。また、上記支持台３７に固定保持される接合体は、該支持台３７の下部に設けられたステージ４１をＸ軸方向移動手段およびＹ軸方向移動手段を制御することにより、レーザビームＬＢが照射される照射部３６の直下に移動される。
【００８７】
そして、このレーザ加工装置３０では、レーザビームＬＢを出力するレーザ光源３１が用いられ、このレーザ光源３１から水平方向に出力されるレーザビームＬＢが、照射部３６でビーム形状に整形されると共に、支持台３７に固定されている接合体の上記接合用圧電基板２１の非接合面に照射される。
【００８８】
また、上記照射部３６は、レーザビームＬＢを反射して下方に導光するミラー６１と、ミラー６１で反射されたレーザビームＬＢを整形する２枚のシリンドリカルレンズ６２、６３と、これ等のシリンドリカルレンズ６２、６３により整形されたレーザビームＬＢを接合用圧電基板２１の内部に集光させる集光レンズ６４とを有している。そして、このレーザ加工装置３０では、上記照射部３６によりレーザビームＬＢを所望のビーム形状に整形し、かつ、上記接合用圧電基板２１の内部に集光させる照射ビームサイズ、つまり照射面積を調整することができる。短波長のエキシマレーザ等を用い、照射部３６のレンズでレーザ光を集光すれば、レーザが短波長であるほど集光スポット径を数μｍと小さくすることができ、該レーザ光をパルス状にしてエネルギーのピーク値を上げることで単位面積当たりのパワー密度を１０7〜１０9Ｗ／ｃｍ2とすることができ、当該レーザ光が照射される接合用圧電基板２１について所望の厚さ分だけ溶解する前に瞬時に気化させることができる。また、気化するのはスポット径の部分だけではなく圧電基板材料の蒸発温度を超えた部分が気化する。圧電基板材料が溶融状態を経ないで気化するため圧電基板の表面状態もナノレベルで平滑にすることができる。照射されるレーザ光のエネルギー密度にもよるが、圧電基板の厚さで１〜２ｍｍ程度まで気化させることが可能である。従って、圧電基板の厚さを、容易に５μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。接合用圧電基板２１の非接合面を上記レーザ光でスキャニングすることで広い面積も分解揮発させて薄膜化することができる。また、薄膜化した圧電基板表面は、そのままＳＡＷフィルタの製造に適用できるレベルである表面粗さＲａ１０ｎｍ以下の表面状態が得られる。
【００８９】
ここで、エキシマレーザについて説明する。エキシマレーザは、紫外線のパルス繰り返し発振レーザであり、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌ（波長３０８ｎｍ）等の気体状の化合物が発振する紫外光を、光共振機により方向性を揃えて取り出したものである。エキシマレーザは、紫外線の短波長レーザであるため、物質を構成する原子や分子の結合をフォトンのエネルギーで分解することができ、この化学的作用に基づいた応用が展開されてきている。
【００９０】
ところで、上記エキシマレーザによって、多結晶ダイヤモンド薄膜層３と直接接合された接合用圧電基板の非接合面を薄膜化して圧電基板を形成する方法として、以下の三つの態様を挙げることができる。
【００９１】
（1）スポットスキャン加工；
上記接合用圧電基板の非接合面に対し、レーザの光軸が垂直となるようにスポット状の光束を照射し、該スポット状の光束を走査させて光束が通過した部分を分解揮発させ、薄膜化した圧電基板を形成する。
【００９２】
（2）一括転写加工；
予め所定パターンのマスクを通過させたレーザ光束を、接合用圧電基板の非接合面に直接照射し、該レーザ光束を移動させることなく照射部位を平面的に分解揮発させて薄膜化し圧電基板を形成する。一括して接合用圧電基板を薄膜化できるため加工能率が高く、平面性が極めて良好である。但し、大面積のレーザビームを発振させる必要があり、かつ光学系の精度も高くする必要がある。
【００９３】
（3）スリットスキャン加工；
レーザを、細長いパターンのスリットを有するマスクを透過させることで、細長い長方形の平面形状を有するレーザ光束を得る。そして、該レーザ光束を接合用圧電基板の非接合面に照射すると共に移動させ、これにより分解揮発させて薄膜化し圧電基板を形成する。スリットスキャン加工法によれば、照射部位を平面的に分解揮発させることができるため表面の平滑性が確保される。
【００９４】
このように、接合用圧電基板の非接合面に、波長１５０〜３００ｎｍのレーザを照射して、接合用圧電基板の上記非接合面を分解揮発させるアブレーション加工により、厚さが５μｍ以上３０μｍ以下の圧電基板を形成することができる。そして、圧電基板の厚さが極めて薄いため、該圧電基板が多結晶ダイヤモンド薄膜層の影響を顕著に受けて多結晶ダイヤモンド薄膜層の硬度に近づき、かつ、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従前より高い伝搬速度を実現することが可能となる。
【００９５】
また、圧電基板よりも小さい熱膨張係数を持つ支持基板（例えばシリコン基板）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と直接接合された上記圧電基板が、多結晶ダイヤモンド薄膜層の影響を顕著に受けて多結晶ダイヤモンド薄膜層の硬度に近づくため、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、従前より良好な周波数温度特性を具備させることが可能となる。
【００９６】
上記＜ａ＞〜＜ｃ＞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。
【００９７】
（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
圧電基板１と、該圧電基板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多結晶ダイヤモンド薄膜層３を具備し、多結晶ダイヤモンド薄膜層３と圧電基板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、
上記支持基板２の一方の主面上に多結晶ダイヤモンド薄膜層３を形成する工程と、
金属薄膜５を介し、支持基板２上に形成された上記多結晶ダイヤモンド薄膜層３と、接合用圧電基板の一方の主面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する工程と、
上記接合体における接合用圧電基板の非接合面に、波長１５０〜３００ｎｍのレーザを照射して、接合用圧電基板の上記非接合面を分解揮発させるアブレーション加工により、厚さが５μｍ以上３０μｍ以下で、かつ、表面粗さＲａが１０ｎｍ以下である圧電基板を形成する工程、
を具備し、かつ、
上記多結晶ダイヤモンド薄膜層３と接合用圧電基板の一方の主面とを表面活性化常温接合法により直接接合する工程において、接合前の多結晶ダイヤモンド薄膜層３と接合用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、多結晶ダイヤモンド薄膜層３と上記接合用圧電基板の少なくとも一方の接合面上に金属薄膜３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。
【００９８】
上記製造工程の内、
＜ａ＞支持基板２の一方の主面上に多結晶ダイヤモンド薄膜層３を形成する工程
＜ｃ＞接合体における接合用圧電基板の非接合面に、波長１５０〜３００ｎｍのレーザを照射して、接合用圧電基板の非接合面を分解揮発させるアブレーション加工により薄膜化した圧電基板を形成する工程
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＞工程と＜ｃ＞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＜ｂ＞工程、すなわち、金属薄膜５を介し、支持基板２上に形成された上記多結晶ダイヤモンド薄膜層３と、接合用圧電基板の一方の主面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する工程、が相違している。
【００９９】
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＜ｂ＞工程について、以下、説明する。
【０１００】
＜ｂ＞金属薄膜５を介し、支持基板２上に形成された上記多結晶ダイヤモンド薄膜層３と、接合用圧電基板の一方の主面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する工程
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方法における＜ａ＞工程により、支持基板２の一方の主面上に多結晶ダイヤモンド薄膜層３が形成される。
【０１０１】
次に、金属薄膜５を介し、支持基板２上に形成された上記多結晶ダイヤモンド薄膜層３と、接合用圧電基板の一方の主面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する。
【０１０２】
金属薄膜５を介し、多結晶ダイヤモンド薄膜層３と接合用圧電基板を直接接合するには、接合前の多結晶ダイヤモンド薄膜層３の接合面と上記接合用圧電基板の一方の主面を洗浄し、洗浄した多結晶ダイヤモンド薄膜層３と接合用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。
【０１０３】
次に、多結晶ダイヤモンド薄膜層３と接合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。多結晶ダイヤモンド薄膜層３と接合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、多結晶ダイヤモンド薄膜層３と接合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。
【０１０４】
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・無電圧で多結晶ダイヤモンド薄膜層３と接合用圧電基板の主面を接合する。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、多結晶ダイヤモンド薄膜層３と接合用圧電基板が金属薄膜５を介して直接接合され、支持基板２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３と接合用圧電基板とが接合された接合体が得られる。上記金属薄膜５が介在することで、多結晶ダイヤモンド薄膜層３と接合用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。
【０１０５】
次いで、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方法における＜ｃ＞工程、すなわち、接合体における接合用圧電基板の非接合面に、波長１５０〜３００ｎｍのレーザを照射して、接合用圧電基板の非接合面を分解揮発させるアブレーション加工により薄膜化した圧電基板を形成する。
【０１０６】
これにより、金属薄膜５を介し支持基板２上に形成された多結晶ダイヤモンド薄膜層３と薄膜化された圧電基板１が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が得られる。すなわち、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。
【０１０７】
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レーザアブレーション加工で薄膜化された圧電基板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、上記圧電基板上にＩＤＴ電極と該ＩＤＴ電極の両側部に一対の反射器を配置する。
【０１０８】
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。
【０１０９】
まず、上記表面弾性波素子用複合基板における圧電基板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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【実施例】
【０１１４】
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。
【０１１５】
［実施例１］
（１）接合用圧電基板の研磨
直径２インチ、厚さ５０μｍのタンタル酸リチウム基板［住友金属鉱山（株）社製］における一方の主面表面を、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Ｒａ０．３ｎｍとなるまで研磨した。
【０１１６】
（２）支持基板（シリコン基板）上への多結晶ダイヤモンド薄膜層の形成
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２００μｍ）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。
【０１１７】
次に、洗浄後の当該シリコン基板上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いて、下記成膜条件により多結晶ダイヤモンド薄膜層を５．０μｍ成膜した。
＜多結晶ダイヤモンド薄膜層の成膜条件＞
・前処理：Ａｒボンバード（１０分）
・使用反応ガス／キャリアガス：メタン（ＣＨ4）／水素、（メタン濃度３％）
・ガス流量：１００ｓｃｃｍ
・電源マイクロ波周波数；２．４５ＧＨｚ
・マイクロ波出力：６００Ｗ
・成膜時圧力：１．３ｋＰａ
・成膜時の基板温度：７００℃
・成膜時間：１８０分
【０１１８】
得られた薄膜のラマンスペクトルについて、ラマン分光光度計を用いて測定した結果、１３３３ｃｍ-1に高いピークが確認された。この測定結果から、ダイヤモンド膜であることが確認された。
【０１１９】
（３）多結晶ダイヤモンド薄膜層の研磨
次に、支持基板（シリコン基板）上に成膜した多結晶ダイヤモンド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］を用いて研磨した。研磨後の多結晶ダイヤモンド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）で測定し、表面粗さＲａ０．３ｎｍとなるまで研磨した。
【０１２０】
（４）多結晶ダイヤモンド薄膜層と接合用圧電基板との常温接合
表面研磨した多結晶ダイヤモンド薄膜層／支持基板（シリコン基板）と、主面表面が研磨されたタンタル酸リチウム基板（接合用圧電基板）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。
【０１２１】
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、両基板の研磨がなされた表面を対向させ、熱、圧力等を加えずに両表面を常温接合して、多結晶ダイヤモンド薄膜層とタンタル酸リチウム基板（接合用圧電基板）の接合体を得た。
【０１２２】
（５）接合体における接合用圧電基板の非接合面を分解揮発させるアブレーション加工による圧電基板の薄膜化
タンタル酸リチウム基板（接合用圧電基板）／（直接接合）／多結晶ダイヤモンド薄膜層／支持基板（シリコン基板）の構成を有する接合体における上記タンタル酸リチウム基板の非接合面についてレーザアブレーション加工処理を行った。
＜レーザアブレーション加工処理の条件＞
・レーザアブレーション加工用レーザ装置：コヒーレント社エキシマレーザＬＥＡＰ  １５０Ｋ
・レーザ波長：波長２４８ｎｍ
・レーザ光モード：シングルモード
・集光スポット径１０μｍ、パルス幅１ｍｓｅｃ、出力０．８Ｊ（ピーク値８０Ｊ）
・パワー密度：８×１０7Ｊ／ｍ2
・レーザ光照射条件：スキャニング速度５ｍｍ／ｓ、スキャニング幅２ｍｍ
【０１２３】
上記条件でレーザアブレーション加工を行ったところ、１回のスキャニングで、タンタル酸リチウム基板（接合用圧電基板）の厚さが約５μｍ分揮発した。このスキャニングを６回行い、タンタル酸リチウム基板（接合用圧電基板）の厚さを約３０μｍ減少させた。
【０１２４】
上記処理により、タンタル酸リチウム基板の厚さは２０μｍで、レーザアブレーション加工後におけるタンタル酸リチウム基板表面の表面粗さＲａは８ｎｍとなり、平滑さが保たれていた。従って、この状態のまま表面弾性波素子の製造工程に移行できた。
【０１２５】
（６）表面弾性波素子の作製
実施例１に係る表面弾性波素子用複合基板のレーザアブレーション加工がなされたタンタル酸リチウム基板の非接合面に、真空蒸着法により、先に厚さ５ｎｍのＣｒを成膜し、次いで厚さ０．１５μｍのＣｕ膜を成膜した。
【０１２６】
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に係る表面弾性波素子（ＳＡＷフィルタ）を作製した。
【０１２７】
得られたＳＡＷデバイスの特性は、伝搬速度は１１，０００ｍ／ｓ、周波数温度特性は−１２．８ｐｐｍ／℃、電気機械結合係数は７．２％であった。
【０１２８】
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。
【０１２９】
また、ＩＤＴ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６８７５ＭＨｚ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。
【０１３０】
［実施例２］
実施例１の（４）工程において、金属薄膜を介して多結晶ダイヤモンド薄膜層と接合用圧電基板の常温接合を行った以外は、実施例１の（１）（２）（３）工程と同様の条件で実施例２に係る多結晶ダイヤモンド薄膜層とタンタル酸リチウム基板（接合用圧電基板）の接合体を得た。
【０１３１】
実施例２における（４）工程、すなわち、金属薄膜を介した多結晶ダイヤモンド薄膜層と接合用圧電基板との常温接合は以下のように行った。
【０１３２】
表面研磨した多結晶ダイヤモンド薄膜層／支持基板（シリコン基板）と、主面表面が研磨されたタンタル酸リチウム基板（接合用圧電基板）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。
【０１３３】
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）、該表面を活性化した後、同一チャンバー内で、支持基板（シリコン基板）上に形成された多結晶ダイヤモンド薄膜層表面にスパッタリング法を用いてチタン膜を７ｎｍ成膜した。
【０１３４】
次いで、上記タンタル酸リチウム基板（接合用圧電基板）とチタン膜が成膜された多結晶ダイヤモンド薄膜層表面を対向させ、熱、圧力等を加えずに両表面を常温接合して、多結晶ダイヤモンド薄膜層とタンタル酸リチウム基板の接合体を得た。
【０１３５】
（５）接合体における接合用圧電基板の非接合面を分解揮発させるアブレーション加工による圧電基板の薄膜化
タンタル酸リチウム基板（接合用圧電基板）／（直接接合：Ｔｉ膜）／多結晶ダイヤモンド薄膜層／支持基板（シリコン基板）の構成を有する接合体におけるタンタル酸リチウム基板の非接合面について実施例１と同条件でレーザアブレーション加工を行った。
【０１３６】
実施例１と同条件でレーザアブレーション加工を行ったところ、１回のスキャニングで、タンタル酸リチウム基板（接合用圧電基板）の厚さが約５μｍ分揮発した。このスキャニングを６回行い、タンタル酸リチウム基板（接合用圧電基板）の厚さを約３０μｍ減少させた。
【０１３７】
上記処理により、タンタル酸リチウム基板の厚さは２０μｍで、レーザアブレーション加工後におけるタンタル酸リチウム基板表面の表面粗さＲａは８ｎｍとなり、平滑さが保たれていた。従って、この状態のまま表面弾性波素子の製造工程に移行できた。
【０１３８】
尚、これ等の製造条件について実施例１と共に表１に示す。
【０１３９】
（６）表面弾性波素子の作製
実施例２に係る表面弾性波素子用複合基板のレーザアブレーション加工がなされたタンタル酸リチウム基板の非接合面に、真空蒸着法により、先に厚さ５ｎｍのＣｒを成膜し、次いで厚さ０．１５μｍのＣｕ膜を成膜した。
【０１４０】
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２に係る表面弾性波素子（ＳＡＷフィルタ）を作製した。
【０１４１】
得られたＳＡＷデバイスの特性は、伝搬速度は８，９００ｍ／ｓ、周波数温度特性は−２２．２ｐｐｍ／℃、電気機械結合係数は７．４％であった。
【０１４２】
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。
【０１４３】
また、ＩＤＴ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５５６３ＭＨｚ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。
【０１４４】
［比較例１］
実施例１の（１）〜（５）工程については行わず、直径２インチ、厚さ５０μｍのタンタル酸リチウム基板を用い、タンタル酸リチウム基板のＩＤＴ電極を形成する側の表面研磨を行い、実施例１の（６）「表面弾性波素子の作製」工程に従って比較例１に係る表面弾性波素子（ＳＡＷフィルタ）を作製した。
【０１４５】
得られたＳＡＷフィルタの特性は、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。これ等の評価結果は、従前のＳＡＷフィルタと同様の伝搬速度、周波数温度特性であった。
【０１４６】
また、ＩＤＴ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２４３８ＭＨｚのＳＡＷデバイスが得られた。
【０１４７】
上記伝搬速度（３９００ｍ／ｓ）であり、ＳＡＷデバイスの高周波数化は実現できなかった。得られたＳＡＷデバイスの特性を表２に示す。
【０１４８】
［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２００μｍ、表面粗さＲａ０．３ｎｍ）を準備した。
【０１４９】
また、圧電基板として、直径２インチ、厚さ５０μｍ、表面粗さＲａ０．３ｎｍ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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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、支持基板（シリコン基板）とタンタル酸リチウム基板が接合された比較例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。
【０１５２】
実施例１の（５）工程、「接合体における圧電基板の非接合面を分解揮発させるアブレーション加工による薄膜化」は行わず、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の研磨を行った。
【０１５３】
すなわち、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３１μｍまで研磨した。更に、上記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、上記非接合面の表面粗さＲａ４ｎｍとした。
【０１５４】
上記製造条件について表１に示す。
【０１５５】
得られた複合基板を用い、実施例１の（６）「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。
【０１５６】
得られたＳＡＷデバイスの特性は、伝搬速度４１００ｍ／ｓ、周波数温度特性は−１４．８ｐｐｍ／℃、電気機械結合係数は７．３であった（表２参照）。
【０１５７】
また、ＩＤＴ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２５６３ＭＨｚのＳＡＷデバイスが得られた。
【０１５８】
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。
【０１５９】
【表１】
2020022049.tif 000003
【０１６０】
【表２】
2020022049.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【０１６１】
本発明の表面弾性波素子用複合基板を用い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）する課題も改善できるため、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。
【符号の説明】
【０１６２】
Ｐ  プラズマ
１  圧電基板
２  支持基板
３  多結晶ダイヤモンド薄膜層
４  櫛歯状電極（ＩＤＴ電極）
５  金属薄膜
６  マグネトロン
７  矩形導波管
８  整合器
９  プランジャー
１０  反応管
１１  サセプタ（基板ホルダー）
１２  排気用ポンプ
１３  パワーモニタ
１４  反応ガス
２１  接合用圧電基板
２２  多結晶ダイヤモンド薄膜層／支持基板（シリコン基板）
３０  レーザ加工装置
３１  レーザ光源
３４  制御部
３６  照射部
３７  支持台
４１  ステージ
６１  ミラー
６２、６３  シリンドリカルレンズ
６４  集光レンズ
ＬＢ  レーザビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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