(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性材料基板、
前記圧電性材料基板上の電極、
支持基板、および
前記圧電性材料基板と前記支持基板とを接合する接合層を備えている弾性波素子であって、
前記接合層が水晶からなり、
前記接合層と前記圧電性材料基板との間に、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタンおよび高抵抗シリコンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる圧電性材料基板側中間層を備えており、
前記接合層と前記支持基板との間に、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタンおよび高抵抗シリコンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる支持基板側中間層を備えていることを特徴とする、弾性波素子。
【請求項２】
前記接合層の厚さが０．０５μｍ以上、３０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１記載の弾性波素子。
【請求項３】
前記支持基板が、シリコン、サイアロン、ムライト、サファイアおよび透光性アルミナからなる群より選ばれた材質からなることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一つの請求項に記載の弾性波素子。
【請求項４】
圧電性材料基板と水晶板とを接合する工程、
前記水晶板を加工して接合層を形成する工程、
前記接合層と支持基板との間に、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタンおよび高抵抗シリコンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる支持基板側中間層を設ける工程、
前記支持基板と前記支持基板側中間層とを、中性化ビームを用いた表面活性化法によって接合する工程、および
前記圧電性材料基板上に電極を形成する工程
を有することを特徴とする、弾性波素子の製造方法。
【請求項５】
前記接合層の厚さを０．０５μｍ以上、３０μｍ以下とすることを特徴とする、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記圧電性材料基板と前記水晶板との間に、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタンおよび高抵抗シリコンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる圧電性材料基板側中間層を設ける工程を有することを特徴とする、請求項４または５記載の方法。
【請求項７】
前記支持基板が、シリコン、サイアロン、ムライト、サファイアおよび透光性アルミナからなる群より選ばれた材質からなることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性波素子およびその製造方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等に使用されるフィルタ素子や発振子として機能させることができる弾性表面波デバイスや、圧電薄膜を用いたラム波素子や薄膜共振子（ＦＢＡＲ：Film Bulk Acoustic Resonator）などの弾性波デバイスが知られている。こうした弾性表面波デバイスとしては、支持基板と弾性表面波を伝搬させる圧電性材料基板とを貼り合わせ、圧電性材料基板の表面に弾性表面波を励振可能な櫛形電極を設けたものが知られている。このように圧電性材料基板よりも小さな熱膨張係数を持つ支持基板を圧電性材料基板に貼付けることにより、温度が変化したときの圧電性材料基板の大きさの変化を抑制し、弾性表面波デバイスとしての周波数特性の変化を抑制している。【０００３】
ここで、圧電性材料基板とシリコン基板とを接合するのに際して、圧電性材料基板表面に酸化珪素膜を形成し、酸化珪素膜を介して圧電性材料基板とシリコン基板とを直接接合することが知られている（特許文献１）。この接合の際には、酸化珪素膜表面とシリコン基板表面とにプラズマビームを照射して表面を活性化し、直接接合を行う（プラズマ活性化法）。【０００４】
また、特許文献２によれば、タンタル酸リチウム等の圧電性材料基板を別の圧電性材料基板に対して接合することによって、弾性波素子の周波数の温度特性を改善することが記載されている。この場合、二つの圧電性材料基板の間に、珪素や珪素化合物を介在させることで、未接合部の発生を抑制することも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７２１３３１４Ｂ２
【特許文献２】特開平７−０３８３６０
【特許文献３】特開２０１４−０８６４００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の弾性波素子では、圧電性材料基板上に酸化珪素膜を成膜し、次いでシリコン基板に対して直接接合している。しかし、こうした弾性波素子では、弾性波の伝搬損失や周波数の温度変化を、ある程度以上改善することが難しかった。【０００７】
一方、特許文献２記載の弾性波素子でも，弾性波の伝搬損失、周波数の温度特性が比較的大きくなり、ある程度以上改善することが難しかった。【０００８】
本発明の課題は、圧電性材料基板と支持基板とを接合層を介して接合する弾性波素子において、弾性波の伝搬損失および周波数の温度特性を一層改善できる構造の弾性波素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、圧電性材料基板、
圧電性材料基板上の電極、
支持基板、および
前記圧電性材料基板と前記支持基板とを接合する接合層を備えている弾性波素子であって、
前記接合層が水晶からなり、
前記接合層と前記圧電性材料基板との間に、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタンおよび高抵抗シリコンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる圧電性材料基板側中間層を備えており、
前記接合層と前記支持基板との間に、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタンおよび高抵抗シリコンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる支持基板側中間層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。
【００１０】
また、本発明は、
圧電性材料基板と水晶板とを接合する工程、
前記水晶板を加工して接合層を形成する工程、
前記接合層と支持基板との間に、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタンおよび高抵抗シリコンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる支持基板側中間層を設ける工程、
前記支持基板と前記支持基板側中間層とを、中性化ビームを用いた表面活性化法によって接合する工程、および
前記圧電性材料基板上に電極を形成する工程
を有することを特徴とする、弾性波素子の製造方法に係るものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明者は、特許文献１、２記載のような弾性波素子において、伝搬損失と周波数の温度特性との改善に限界がある理由について更に検討した。すなわち、圧電性材料基板上に酸化珪素膜を成膜した場合には、酸化珪素膜がエピタキシャル成長しないためにアモルファス状態となり、結晶性が低いため、弾性波が酸化珪素膜側に漏れて伝搬損失が生ずる上、支持基板による拘束力も低下するので周波数の温度変化も大きくなり易いことがわかった。【００１２】
また、圧電性材料基板を別の圧電性材料基板（たとえば水晶基板）に接合して弾性波素子を製造した場合にも、水晶基板内に向かって弾性波が漏れて吸収されるので、挿入損失を低下させることが難しく、かつ水晶基板による圧電性材料基板の拘束力にも限界があるため、周波数の温度変化を改善することが難しいことがわかった。【００１３】
これに対して、本発明によれば、圧電性材料基板を水晶からなる接合層を介して別体の支持基板に対して接合している。水晶は単結晶であり、かつ水晶からなる接合層が別体の支持基板に対して接合されているので、圧電性材料基板から接合層への弾性波の漏れが抑制される。これとともに、圧電性材料基板を支持基板によって拘束できるので、周波数の温度特性も同時に低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は、圧電性材料基板２と水晶板１とを示す正面図であり、（ｂ）は、圧電性材料基板２と水晶板１との接合体を示す正面図であり、（ｃ）は、水晶板１を加工して接合層１Ａを形成した状態を示す。
【図２】（ａ）は、圧電性材料基板２と支持基板３とを接合した状態を示し、（ｂ）は、圧電性材料基板２を加工して薄くした状態を示し、（ｃ）は弾性波素子５を示す。
【図３】（ａ）は、圧電性材料基板２、水晶板１および圧電性材料基板側中間層６を示す正面図であり、（ｂ）は、圧電性材料基板２と水晶板１との接合体を示す正面図であり、（ｃ）は、水晶板１を加工して接合層１Ａを形成した状態を示す。
【図４】（ａ）は、圧電性材料基板２と支持基板３とを接合した状態を示し、（ｂ）は、圧電性材料基板２を加工して薄くした状態を示し、（ｃ）は弾性波素子５Ａを示す。
【図５】（ａ）は、圧電性材料基板２、支持基板３および酸化珪素膜８、９を示し、（ｂ）は、圧電性材料基板２と支持基板３とを接合層１０を介して接合した状態を示し、（ｃ）は比較例の弾性波素子１５を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。
たとえば、図１（ａ）に示すように、圧電性材料基板２と水晶板１とを準備する。圧電性材料基板２の主面２ａを接合面とし、また水晶板１の主面１ａを接合面とする。そして、図１（ｂ）に示すように、圧電性材料基板２と水晶板１とを直接接合する。次いで、図１（ｃ）に示すように、水晶板１の主面１ｂを加工することによって所定厚さとし、水晶からなる接合層１Ａを得る。この接合層１Ａの接合面１ｃに対して、別体の支持基板３の接合面３ａを対向させる。３ｂは支持基板３の底面である。
【００１６】
次いで、図２（ａ）に示すように、支持基板３の接合面３ａと接合層１Ａの接合面１ｃとを直接接合する。この状態で、圧電性材料基板２上に電極を設けても良いが、好ましくは、図２（ｂ）に示すように、圧電性材料基板２の主面２ｂを加工して圧電性材料基板２を薄くし、薄板化された圧電性材料基板２Ａを得る。２ｃは加工面である。次いで、図２（ｃ）に示すように、圧電性材料基板２Ａの加工面２ｃ上に所定の電極４を形成し、弾性波素子５を得ることができる。
【００１７】
図１、図２の例では、圧電性材料基板２と水晶板１とを直接接合し、また接合層１Ａと支持基板３とを直接接合している。しかし、圧電性材料基板２と接合層１Ａとの間に圧電性材料基板側中間層を設けることができ、支持基板３と接合層１Ａとの間に支持基板側中間層を設けることができる。これら中間層（圧電性材料基板側中間層、又は、支持基板側中間層）によって、接合強度を一層改善することが可能となる。図３、図４は、この実施形態に係るものである。
【００１８】
すなわち、図３（ａ）に示すように、圧電性材料基板２と水晶板１とを準備する。水晶板１の接合面１ａ上に圧電性材料基板側中間層６を形成する。そして、図３（ｂ）に示すように、圧電性材料基板２の接合面２ａと圧電性材料基板側中間層６の表面６ａとを接合する。ただし、本例では、水晶板１上に圧電性材料基板側中間層６を設けたが、圧電性材料基板２の接合面２ａ上に圧電性材料基板側中間層６を設けることもできる。また、圧電性材料基板側中間層６の形成方法として、水晶板１上および圧電性材料基板２上にそれぞれ中間層を成膜し、両方の中間層を接合して一体化することもできる。
【００１９】
次いで、図３（ｃ）に示すように、水晶板１を加工することによって所定厚さとし、水晶からなる接合層１Ａを得る。ここで、本例では、接合層１Ａの接合面１ｃ上に、更に支持基板側中間層７を設ける。そして、支持基板側中間層７の接合面７ａに対して、別体の支持基板３の接合面３ａを対向させる。３ｂは支持基板３の底面である。
【００２０】
次いで、図４（ａ）に示すように、支持基板３の接合面３ａと中間層７の接合面７ａとを直接接合する。ただし、本例では、水晶からなる接合層１Ａ上に支持基板側中間層７を設けたが、支持基板３の接合面３ａ上に支持基板側中間層７を設けることもできる。また、支持基板側中間層７の形成方法として、水晶からなる接合層１Ａ上および支持基板３上にそれぞれ中間層を成膜し、両方の中間層を接合して一体化することもできる。
【００２１】
図４（ａ）の状態で、圧電性材料基板２上に電極を設けても良いが、好ましくは、図４（ｂ）に示すように、圧電性材料基板２の主面２ｂを加工して基板２を薄くし、薄板化された圧電性材料基板２Ａを得る。２ｃは加工面である。次いで、図４（ｃ）に示すように、圧電性材料基板２Ａの加工面２ｃ上に所定の電極４を形成し、弾性波素子５Ａを得ることができる。なお、上述した実施形態（図３（ａ）〜図４（ｃ））では、弾性波素子５Ａは、圧電性材料基板側中間層６及び支持基板側中間層７を有していたが、これに限定されず、何れか一方の中間層のみ（圧電性材料基板側中間層６のみ、又は、支持基板側中間層７）を設ける構成でも良い。
【００２２】
以下、本発明の各構成要素について更に述べる。
弾性波素子５、５Ａ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。
【００２３】
圧電性材料基板２、２Ａの底面に金属膜を有していてもよい。金属膜は、弾性波デバイスとしてラム波素子を製造した際に、圧電性材料基板２、２Ａの裏面近傍の電気機械結合係数を大きくする役割を果たす。この場合、ラム波素子は、圧電性材料基板２、２Ａの表面に櫛歯電極が形成され、支持基板３に設けられたキャビティによって圧電性材料基板２、２Ａの金属膜が露出した構造となる。こうした金属膜の材質としては、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅、金などが挙げられる。なお、ラム波素子を製造する場合、底面に金属膜を有さない圧電性材料基板を備えた複合基板を用いてもよい。
【００２４】
また、圧電性材料基板２、２Ａの底面に金属膜と絶縁膜を有していてもよい。金属膜は、弾性波デバイスとして薄膜共振子を製造した際に、電極の役割を果たす。この場合、薄膜共振子は、圧電性材料基板２、２Ａの表裏面に電極が形成され、絶縁膜をキャビティにすることによって圧電性材料基板２、２Ａの金属膜が露出した構造となる。こうした金属膜の材質としては、例えば、モリブデン、ルテニウム、タングステン、クロム、アルミニウムなどが挙げられる。また、絶縁膜の材質としては、例えば、二酸化ケイ素、リンシリカガラス、ボロンリンシリカガラスなどが挙げられる。
【００２５】
圧電性材料基板２、２Ａ上の電極パターンを構成する材質は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、金が好ましく、アルミニウムまたはアルミニウム合金がさらに好ましい。アルミニウム合金は、Ａｌに0.3から5重量％のＣｕを混ぜたものを使用するのが好ましい。この場合、ＣｕのかわりにＴｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔａを使用しても良い。
【００２６】
本発明で用いる圧電性材料基板２、２Ａは、単結晶であって良い。圧電性材料基板２、２Ａの材質が単結晶であると、圧電性材料基板２、２Ａの表面を活性化し易い。ただし、圧電性材料基板２、２Ａの表面に中間層を設ける場合には、中間層の接合面を活性化できるので、圧電性材料基板２、２Ａは単結晶でなくともよく、その表面は粗面であってもよい。
【００２７】
圧電性材料基板２、２Ａの材質は、具体的には、タンタル酸リチウム（ＬＴ）単結晶、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）単結晶、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、ホウ酸リチウムを例示できる。このうち、ＬＴ又はＬＮであることがより好ましい。ＬＴやＬＮは、弾性表面波の伝搬速度が速く、電気機械結合係数が大きいため、高周波数且つ広帯域周波数用の弾性表面波デバイスとして適している。また、圧電性材料基板２、２Ａの主面２ａ、２ｂの法線方向は、特に限定されないが、例えば、圧電性材料基板２、２ＡがＬＴからなるときには、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３６〜４７°（例えば４２°）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。圧電性材料基板２、２ＡがＬＮからなるときには、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２、２Ａ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。
【００２８】
支持基板３の材質は、好ましくは、シリコン、サイアロン、ムライト、サファイアおよび透光性アルミナからなる群より選ばれた材質からなる。これによって、弾性波素子５、５Ａの周波数の温度特性を一層改善することができる。
【００２９】
本発明においては、圧電性材料基板２、２Ａと支持基板３との接合層１Ａが水晶からなる。水晶とは、ＳｉＯ２の三方晶系の単結晶である。
【００３０】
接合層１Ａの厚さは、弾性波の挿入損失および周波数の温度特性の観点からは、０．０５μｍ以上であることが好ましく、０．１μｍ以上であることが更に好ましく、０．５μｍ以上であることが特に好ましい。また、接合層１Ａの厚さは、弾性波の挿入損失および周波数の温度特性の観点からは、３０μｍ以下であることが好ましく、２５μｍ以下が好ましく、２０μｍ以下が更に好ましく、１５μｍ以下が特に好ましく、１０μｍ以下とすることもできる。後述するように、接合層１Ａの厚さを０．０５μｍ以上、３０μｍ以下とすることで、接合強度を保ったまま、弾性波の伝搬損失が少なく、かつ、周波数の温度特性が良い弾性波素子を作製することができる。
【００３１】
圧電性材料基板側中間層６、支持基板側中間層７を設ける場合には、その材質は、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化チタンおよび高抵抗シリコンからなる群より選ばれた一種以上の材質とする。これら中間層を設けることによって、支持基板３と圧電性材料基板２、２Ａとの接合強度を一層改善することができる。
【００３２】
これらの圧電性材料基板側中間層６および支持基板側中間層７の厚さは、接合強度の観点からは、0.01μm以上が好ましく、0.05μm以上が更に好ましい。また、挿入損失および周波数の温度特性の観点からは、0.2μm以下が好ましく、0.1μm以下が更に好ましい。
【００３３】
圧電性材料基板側中間層６、支持基板側中間層７の各成膜方法は限定されないが、スパッタリング、化学的気相成長法（CVD）、蒸着を例示できる。
【００３４】
圧電性材料基板２の接合面２ａ、水晶板１の接合面１ａ、支持基板３の接合面３ａを直接接合に供する場合には、これらを平坦化加工し、次いで活性化することが好ましい。また、圧電性材料基板２の接合面２ａ上に圧電性材料基板側中間層６を設ける場合、支持基板３の接合面３ａ上に支持基板側中間層７を設ける場合には、これら中間層６、７の接合面６ａ、７ａを平坦化加工し、活性化することが好ましい。圧電性材料基板２の接合面２ａ上に圧電性材料基板側中間層６を設ける場合、圧電性材料基板２の接合面２ａは粗面化してもよい。
【００３５】
この粗面とは、面内一様に周期的な凹凸が形成されている面で、算術平均粗さは0.05μm≦Ra≦0.5μm、最低谷底から最大山頂までの高さRyが0.5μm≦Ry≦5μmの範囲である。好適な粗さは、弾性波の波長に依存し、バルク波の反射が抑制できるように適宜選択する。
また、粗面化加工の方法は、研削、研磨、エッチング、サンドブラストなどがある。
【００３６】
各接合面１ａ、２ａ、３ａ、６ａ、７ａ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。
【００３７】
次いで、各接合層１ａ、２ａ、３ａ、６ａ、７ａを活性化する方法としては、好ましくは、各接合面１ａ、２ａ、３ａ、６ａ、７ａに対して中性化ビームを照射する。
中性化ビームによる表面活性化を行う際には、特許文献３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。
【００３８】
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。
【００３９】
次いで、真空雰囲気で、活性化面同士を接触させ、接合する。この際の温度は常温であるが、具体的には40℃以下が好ましく、30℃以下が更に好ましい。また、接合時の温度は20℃以上、25℃以下が特に好ましい。接合時の圧力は、100〜20000Nが好ましい。
【００４０】
また、各接合面１ａ、２ａ、３ａ、６ａ、７ａを平坦化加工した後、プラズマ照射法によって表面活性化することができる。低真空中(〜10Pa)で接合面にプラズマ(N2、NH3、O2、Arなど)を照射し、表面を活性化させる。照射後、大気中に出し接合面同士を接触させ、接合する。接合後に、200〜300℃で加熱をし、接合強度を向上させる。
【実施例】
【００４１】
（比較例１）
図５を参照しつつ説明する方法に従って、弾性波素子１５を作製した。
具体的には、オリエンテーションフラット部（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２として使用した。また、支持基板３として、ＯＦ部を有し、直径が４インチ，厚さが２３０μｍのシリコン基板を用意した。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２の表面２ａと支持基板３の表面３ａは、算術平均粗さＲａが１ｎｍとなるように鏡面研磨しておいた。算術平均粗さは原子間力顕微鏡(AFM)で、縦10μm×横10μmの正方形の視野を評価した。【００４２】
次いで、圧電性材料基板２の表面２ａに酸化珪素膜９を厚さ        3.0μｍスパッタリング法で成膜した。成膜後の算術平均粗さＲａは、2ｎｍであった。また、支持基板３の表面３ａに酸化珪素膜８を厚さ  3.0μｍスパッタリング法で成膜した。成膜後の算術平均粗さＲａは、2ｎｍであった。次に、各酸化珪素膜を化学機械研磨加工（CMP）し、各膜厚を２．５μｍとし、Ｒａを０．３ｎｍとした。【００４３】
次いで、各酸化珪素膜の接合面８ａ、９ａを洗浄し、汚れを取った後、真空チャンバーに導入した。各接合面８ａ、９ａをプラズマ活性化法で活性化した後、互いに接合した（図５（ｂ）参照）。１０は接合層である。チャンバーの圧力は10Pa、プラズマはO2プラズマを60s照射し、接合荷重は1000N、100sとした。【００４４】
次いで、圧電性材料基板２の表面２ｂを厚みが当初の２５０μｍから３μｍになるように研削及び研磨した（図５（ｃ）参照）。研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、０．６Ｊ／ｍ２であった。そして、研削及び研磨後の圧電性材料基板２Ａの加工面２ｃに電極４を形成して、弾性波素子１５を得た。【００４５】
次いで、弾性波素子１５から弾性波素子チップを作製し、伝搬損失および周波数の温度特性を測定した。
具体的には、弾性表面波を発生させるＩＤＴ電極４は、フォトリソグラフィー工程を経て形成した。電極４を形成後、ダイシングにより小片化し、伝搬方向５ｍｍ、その垂直方向４ｍｍの素子を得た。また、ＩＤＴ電極４を形成せず、線膨張係数を計測するための同サイズの参照用基板も用意した。【００４６】
ＩＤＴ電極４を形成した素子で、２５〜８０℃の範囲で周波数の温度特性を計測したところ、−２０ｐｐｍ／Ｋとなった。また、伝搬損失は、−２．４ｄＢに達した。
なお、本例の測定結果は表１に要約して示す。【００４７】
（比較例２）
本例では、ＬＴ基板と水晶基板とをプラズマ活性化法によって直接接合し、弾性波素子１５を作製した。
具体的には、オリエンテーションフラット部（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２として使用した。また、支持基板３として、ＯＦ部を有し、直径が４インチ，厚さが２３０μｍの水晶基板を用意した。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２の表面２ａと支持基板３の表面３ａは、算術平均粗さＲａが１ｎｍとなるように鏡面研磨しておいた。【００４８】
次いで、圧電性材料基板２の表面２ａと支持基板３の表面３ａとを、比較例１と同様の条件で直接接合した。ただ、比較例１とは異なり、比較例２では、接合層として、酸化珪素膜８、９を形成しなかった。次いで、圧電性材料基板２の表面２ｂを厚みが当初の２５０μｍから３μｍになるように研削及び研磨した。研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、０．６Ｊ／ｍ２であった。そして、研削及び研磨後の圧電性材料基板２Ａの加工面２ｃに電極４を形成して、弾性波素子１５を得た。【００４９】
次いで、弾性波素子１５から弾性波素子チップを作製し、比較例1と同様にして伝搬損失および周波数の温度特性を測定した。この結果を表１に示す。ＩＤＴ電極４を形成した素子で、２５〜８０℃の範囲で周波数の温度特性を計測したところ、−２２ｐｐｍ／Ｋとなった。また、伝搬損失は、−２．５ｄＢに達した。【００５０】
（実施例１）
図１、図２を参照しつつ説明した方法に従って、弾性波素子５を作製した。
具体的には、オリエンテーションフラット部（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２として使用した。また、直径が４インチ、厚さが250μｍの水晶板１を準備した。更に、支持基板３として、ＯＦ部を有し、直径が４インチ，厚さが２３０μｍのシリコン基板を用意した。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２の表面２ａと支持基板３の表面３ａは、算術平均粗さＲａが１ｎｍとなるように鏡面研磨しておいた。【００５１】
次いで、圧電性材料基板２の接合面２ａ、水晶板１の接合面１ａを化学機械研磨加工することでＲａが０．３ｎｍ以下となるようにした。次いで、接合面２ａ、１ａを洗浄し、汚れを取った後、真空チャンバーに導入した。各接合面２ａ、１ａをプラズマ活性化法で活性化した後、互いに接合した。チャンバーの圧力は10Pa、プラズマはO2プラズマを60s照射し、接合荷重は1000N、100sとした。【００５２】
次いで、水晶板１を研削および研磨加工し、厚さが０．１μｍとなるようにし、接合層１Ａを得た（図１（ｃ）参照）。接合層１Ａの接合面１ｃ、支持基板３の接合面３ａを化学機械研磨加工することでＲａを０．３ｎｍ以下となるようにした。接合面１ｃ、３ａを洗浄し、汚れを取った後、真空チャンバーに導入した。各接合面をプラズマ活性化法で活性化した後、互いに接合した（図２（ａ）参照）。【００５３】
次いで、圧電性材料基板２の表面２ｂを厚みが当初の２５０μｍから３μｍになるように研削及び研磨した（図２（ｂ）参照）。研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、０．６Ｊ／ｍ２であった。【００５４】
次いで、比較例１と同様にして、弾性波素子５から弾性波素子チップを作製し、伝搬損失および周波数の温度特性を測定した。ＩＤＴ電極４を形成した素子で、２５〜８０℃の範囲で周波数の温度特性を計測したところ、−１５ｐｐｍ／Ｋとなった。また、伝搬損失は、−１．９ｄＢとなった。測定結果を表１に示す。このことより、実施例１で作製した弾性波素子５では、接合強度を保ったまま、弾性波の伝搬損失が少なく、かつ、周波数の温度特性が良いことが分かった。【００５５】
（実施例２〜５）
実施例１と同様にして各例の弾性波素子５を作製した。ただし、水晶からなる接合層１Ａの厚さは、表１に示すように種々変更した。具体的には、実施例２では、接合層１Ａの厚さが０．５μｍ、実施例３では、接合層１Ａの厚さが５．０μｍ、実施例４では、接合層１Ａの厚さが１０．０μｍ、実施例５では、接合層１Ａの厚さが２０μｍとした。
各例について、接合体の接合強度、得られた弾性波素子５の伝搬損失および周波数の温度特性を表１に示す。ＩＤＴ電極４を形成した素子で、２５〜８０℃の範囲で周波数の温度特性を計測したところ、実施例２では−１４ｐｐｍ／Ｋ、実施例３では−１５ｐｐｍ／Ｋ、実施例４では−１６ｐｐｍ／Ｋ、実施例５では−２１ｐｐｍ／Ｋとなった。また、伝搬損失は、実施例２では−１．１ｄＢ、実施例３では−１．１ｄＢ、実施例４では−１．２ｄＢ、実施例５では−２．３ｄＢとなった。このことより、実施例２〜５で作製した弾性波素子５では、接合層１Ａを厚くした場合でも、接合強度を保ったまま、弾性波の伝搬損失が少なく、かつ、周波数の温度特性が良いことが分かった。【００５６】
【表１】
0006393015.tif 000002
【００５７】
（実施例６）
図３、図４を参照しつつ説明した方法に従って、弾性波素子５Ａを作製した。
具体的には、実施例１と同様の圧電性材料基板２、水晶板１、支持基板３を準備した。【００５８】
次いで、水晶板１の接合面１ａ上に、スパッタリング法によって、厚さ０．０５μｍの五酸化タンタルからなる圧電性材料基板側中間層６を成膜した。次いで、圧電性材料基板２の接合面２ａ、圧電性材料基板側中間層６の接合面６ａ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、それぞれの基板の接合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、圧電性材料基板２の接合面２ａと圧電性材料基板側中間層６の接合面６ａとを接触させた後、10000Ｎで２分間加圧し、圧電性材料基板２と水晶板１とを接合した（図３（ｂ））。【００５９】
次いで、水晶板１を研削および研磨加工し、厚さが５．０μｍとなるようにし、接合層１Ａを得た（図３（ｃ）参照）。次いで、接合層１Ａの接合面１ｃ上に、スパッタリング法によって、厚さ０．０５μｍの五酸化タンタルからなる支持基板側中間層７を成膜した。次いで、支持基板３の接合面３ａ、支持基板側中間層７の接合面７ａ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、それぞれの基板の接合面３ａ、７ａ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、支持基板３の接合面３ａと支持基板側中間層７の接合面７ａとを接触させた後、10000Ｎで２分間加圧し、支持基板３と圧電性材料基板２とを接合した（図４（ａ））。【００６０】
次いで、圧電性材料基板２の表面２ｂを厚みが当初の２５０μｍから３μｍになるように研削及び研磨した（図４（ｂ）参照）。研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、１．５Ｊ／ｍ２であった。【００６１】
次いで、比較例１と同様にして、弾性波素子５Ａから弾性波素子チップを作製し、伝搬損失および周波数の温度特性を測定した。測定結果を表２に示す。実施例５では、ＩＤＴ電極４を形成した素子で、２５〜８０℃の範囲で周波数の温度特性を計測したところ、−１５ｐｐｍ／Ｋとなった。また、伝搬損失は、−０．９ｄＢしかなかった。また、接合強度は、１．５Ｊ／ｍ２となった。【００６２】
（実施例７、８）
実施例６と同様にして、弾性波素子５Ａを作製し、接合強度、伝搬損失および周波数の温度特性を測定した。測定結果を表２に示す。
ただし、支持基板３の材質は、実施例７ではサイアロンに、実施例８ではムライトに変更した。ＩＤＴ電極４を形成した素子で、２５〜８０℃の範囲で周波数の温度特性を計測したところ、実施例７では−１０ｐｐｍ／Ｋ、実施例８では−１４ｐｐｍ／Ｋとなった。また、伝搬損失は、実施例７では−０．７ｄＢ、実施例８では−０．７ｄＢしかなかった。また、接合強度は、実施例６と同様、１．５Ｊ／ｍ２となった。このことより、実施例６〜８で作製した弾性波素子５では、接合強度が向上する上に、弾性波の伝搬損失が少なく、かつ、周波数の温度特性が良いことが分かった。【００６３】
【表２】
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【００６４】
以上述べたように、本発明によれば、接合強度は比較例と同等であり、挿入損失、周波数の温度特性は全体として改善されることがわかった。【００６５】
なお、実施例１〜５では、水晶からなる接合層１Ａの厚さが、０．１μｍ〜２０μｍであったが、接合層１Ａの厚さが、０．０５μｍ〜３０μｍであれば、接合強度を保ったまま、弾性波の伝搬損失が少なく、かつ、周波数の温度特性が良い弾性波素子を作製することができる。
【要約】
【課題】圧電性材料基板と支持基板とを接合層を介して接合する弾性波素子において、弾性波の伝搬損失および周波数の温度特性を一層改善できる構造の弾性波素子を提供する。
【解決手段】弾性波素子は、圧電性材料基板２Ａ、圧電性材料基板２Ａ上の電極４、支持基板３、および圧電性材料基板２Ａと支持基板３とを接合する接合層１Ａを備える。接合層１Ａが水晶からなる。
【選択図】            図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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