(57)【要約】【課題】弾性波素子のＱ値向上を可能とするような接合体を提供することである。【解決手段】接合体９Ａは、支持基板６、圧電性材料基板１Ａ、および支持基板と圧電性材料基板との間の多層膜２を備える。多層膜２が、ＳｉＯｘの組成を有する第一層２ａと、金属酸化物からなる第二層２ｂとが交互に積層された構造を有し、ＳｉＯｘにおけるｘが２より大きい値を有している。【選択図】        図３
2021002046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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多層膜を備えており、
前記多層膜が、ＳｉＯｘの組成を有する第一層と、金属酸化物からなる第二層とが交互に積層された構造を有し、ＳｉＯｘにおけるｘが２より大きい値を有していることを特徴とする、接合体。
【請求項２】
前記第一層において、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。
【請求項３】
前記金属酸化物が、タンタル酸化物、ハフニウム酸化物およびジルコニウム酸化物からなる群より選ばれることを特徴とする、請求項１または２記載の接合体。
【請求項４】
前記第一層の厚さおよび前記第二層の厚さがそれぞれ２０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であ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５】
前記多層膜が、前記第一層および前記第二層をそれぞれ二層以上有す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。
【請求項６】
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１〜５のいずれか一つの請求項に記載の接合体。
【請求項７】
請求項１〜６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。
【請求項８】
周波数３．５〜６ＧＨｚの弾性波用であることを特徴とする、請求項７記載の弾性波素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電性材料基板と支持基板との接合体および弾性波素子に関するものである。
【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基板とを貼り合わせ、圧電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。このように圧電基板よりも小さな熱膨張係数を持つ支持基板を圧電基板に貼付けることにより、温度が変化したときの圧電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】
圧電基板とシリコン基板とを接合するのに際して、圧電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、いわゆるＦＡＢ(Fast Atom Beam)方式の直接接合法が知られている（特許文献２）。この方法では、中性化原子ビームを常温で各接合面に照射して活性化し、直接接合する。【０００５】
また、圧電性単結晶基板と支持基板間に、Ｔａ２Ｏ５等からなる中間層を設け、中間層と支持基板に対してそれぞれ中性化ビームを照射する事で表面を活性化し、直接接合することが提案されている（特許文献３）。【０００６】
特許文献４では、支持基板と圧電性材料基板との間に、ＳｉＯ２層やＴａ２Ｏ５層を複数積層した多層膜を設けた構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７２１３３１４Ｂ２
【特許文献２】特開２０１４−０８６４００
【特許文献３】WO  2017/163722  A1
【特許文献４】WO  2018/154950  A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献３の弾性波素子では、中周波数向け（0.7〜3.5GHzの4G向け等）ではQ値等の特性改善が見られた。しかし、高周波数向け（3.5〜6GHzの5G向け等）では、Q値の改善が少ないことがわかった。【０００９】
また、特許文献４記載のように、支持基板と圧電性材料基板との間に、ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５の多層膜を挿入した弾性波素子では、圧電性材料基板から支持基板へと向かって漏れる弾性波を多層膜で反射し、ロス低減を図っている。しかし、高周波数向け（3.5〜6GHzの5G向け等）では、こうした弾性波素子でも、Ｑ値向上が必ずしも十分ではないことが判明してきた。【００１０】
本発明の課題は、弾性波素子のＱ値向上を可能とするような接合体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、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多層膜を備えており、
前記多層膜が、ＳｉＯｘの組成を有する第一層と、金属酸化物からなる第二層とが交互に積層された構造を有し、ＳｉＯｘにおけるｘが２より大きい値を有していることを特徴とする。【００１２】
本発明は、前記接合体、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、弾性波素子に係るものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明者は、特許文献４記載のように、支持基板と圧電性材料基板との間に、ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５の多層膜を挿入した弾性波素子では、高周波数向け（3.5〜6GHzの5G向け等）では、Ｑ値向上が必ずしも十分ではない理由を検討した。この結果、中周波（４Ｇ等）向けに適した多層膜品質と、より高周波（５Ｇ等）向けに適した多層膜品質とが異なるために、高周波領域では所望のＱ値を得ることが困難であるものと推測した。【００１４】
本発明者は、こうした推測に基づき、多層膜を構成する第一層を構成する珪素酸化物を酸素リッチな組成に変更することを想到し、こうした接合体およびこれを用いた弾性波素子を実際に試作してみた。この結果、Ｑ値が更に改善することを見いだした。特に高周波帯（５Ｇ帯）においても、高いＱ値が得られることを見いだし、本発明に到達した。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は、圧電性材料基板１上に多層膜２を設けた状態を示し、（ｂ）は、多層膜２上に接合層４を設けた状態を示し、（ｃ）は、接合層４の表面を活性化した状態を示す。
【図２】（ａ）は、支持基板６の表面を活性化した状態を示し、（ｂ）は、支持基板と圧電性材料基板との接合体９を示す。
【図３】（ａ）は、接合体９Ａの圧電性材料基板１Ａを加工によって薄くした状態を示し、（ｂ）は、接合体９Ａに電極を設けた状態を示す。
【図４】（ａ）は、多層膜上に設けた接合層４と、支持基板６上に設けた接合層１４を直接接合して得られた接合体９Ｂを示し、（ｂ）は、接合体９Ｂの圧電性材料基板１Ａ上に電極１１を設けて得られた弾性波素子１０Ｂを示す。
【図５】（ａ）は、多層膜２と支持基板６とを直接接合して得られた接合体９Ｃを示し、（ｂ）は、接合体９Ｃの圧電性材料基板１Ａ上に電極を設けた状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。
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に多層膜２を成膜する。本例では、多層膜２は、圧電性材料基板１上に第一層２ａと第二層２ｂとを交互に設けることで得られる。
【００１７】
図１（ｂ）に示すように、多層膜２の表面３に接合層４を更に設けることができる。この場合には、図１（ｃ）に示すように、接合層４の表面に対して矢印Ａのように中性化ビームを照射し、接合層４の表面を活性化して活性化面５とすることができる。
【００１８】
一方、図２（ａ）に示すように、支持基板６の表面に対して、矢印Ｂのように中性化ビームを照射し、支持基板６の表面を活性化して活性化面６ａとする。次いで、図２（ｂ）に示すように、第一の接合層４の活性化面５と支持基板６の活性化面６ａとを直接接触させ、圧力を加えることで、図２（ｂ）に示すように接合体９を得る。矢印Ｃは接合境界である。
【００１９】
好適な実施形態においては、接合体９の圧電性材料基板１の表面１ｂを更に研磨加工し、図３（ａ）に示すように圧電性材料基板１Ａの厚さを小さくし、接合体９Ａを得る。１ｃは研磨面である。図３（ｂ）では、圧電性材料基板１Ａの研磨面１ｃ上に所定の電極１１を形成することによって、弾性波素子１０Ａを作製している。
【００２０】
好適な実施形態においては、支持基板６上にも接合層１４を設け、その活性化面１２を多層膜上の接合層１４と直接接合する。これによって、図４（ａ）に示すような接合体９Ｂが得られる。接合境界を矢印Ｃによって示す。図４（ｂ）に示すように、この接合体の圧電性材料基板１Ａ上に電極１１を設けることによって、弾性波素子１０Ｂを得ることができる。
【００２１】
また、好適な実施形態においては、支持基板と多層膜とを直接接合する。これによって、図５（ａ）に示すような接合体９Ｃが得られる。接合境界を矢印Ｃによって示す。図５（ｂ）に示すように、この接合体の圧電性材料基板１Ａ上に電極１１を設けることによって、弾性波素子１０Ｃを得ることができる。
【００２２】
本発明において、支持基板と圧電性材料基板との間に設けられる多層膜は、ＳｉＯｘの組成（ｘは２より大きい）を有する第一層と、金属酸化物からなる第二層とが交互に積層された構造を有する。
【００２３】
すなわち、第一層を構成するＳｉＯｘにおいてｘが２より大きい酸素リッチな組成を有する。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以下とすることが好ましいが、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。
【００２４】
第二層を構成する金属酸化物は、特に限定されないが、タンタル、ハフニウム、ジルコニウム、チタンおよびマグネシウムからなる群より選ばれた一種以上の金属の酸化物が好ましく、タンタル酸化物、ハフニウム酸化物、ジルコニウム酸化物が特に好ましい。これら金属酸化物の組成は特に限定されないが、Ｔａ２Ｏｙ（４．５≦ｙ≦５）、ＨｆＯｚおよびＺｒＯｚ（１．８≦ｚ≦２）が特に好ましい。
【００２５】
多層膜を構成する各層の組成は、以下のようにして測定する。
多層成膜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た単層成膜を実施する。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
【００２６】
多層膜の各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、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ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、各層の酸素比率をコントロールすることが可能である。
【００２７】
多層膜を構成する各層の具体的な製造条件はチャンバー仕様によるので適宜選択するが、好適例では、全圧を０．２８〜０．３４Ｐａとし、酸素分圧を１．２×１０―３〜５．７×１０−２Ｐａとし、成膜温度を常温から２００℃までの間とする。
【００２８】
本発明においては、第一層と第二層とを交互に積層してなる多層膜を圧電性材料基板と支持基板との間に設ける。また、第一層の層数、第二層の層数はそれぞれ二層以上とすることが好ましい。ただし、第一層、第二層の各層数が多すぎても作用効果は大きく変わらないので、この観点からは、第一層、第二層の総数はそれぞれ１０層以下が好ましい。
【００２９】
好適な実施形態においては、圧電性材料基板と支持基板との間に、一層または複数層の接合層を設けることができる。こうした接合層の材質としては、以下を例示できる。
Ｓｉ（１−ｖ）Ｏｖ、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５，ＴｉＯ２。
【００３０】
更に好適な実施形態においては、支持基板と圧電性材料基板との間に設けられる前記接合層が、Ｓｉ（１−ｖ）Ｏｖ（０．００８≦ｖ≦０．４０８）の組成を有する。
【００３１】
この組成は、ＳｉＯ２（ｖ＝０．６６７に対応する）に比べて酸素比率がかなり低くされている組成である。このような組成の珪素酸化物Ｓｉ（１−ｖ）Ｏｖからなる接合層を更に介在させることで、接合層における絶縁性を更に高くすることができる。
【００３２】
各接合層を構成するＳｉ（１−ｖ）Ｏｖの組成において、ｖが０．００８未満であると、接合層における電気抵抗が低くなる。このため、ｖを０．００８以上とすることが好ましく、０．０１０以上が更に好ましく、０．０２０以上が特に好ましく、０．０２４以上が特に好ましい。またｖを０．４０８以下とすることによって、接合強度が更に向上するので、ｖを０．４０８以下とすることが好ましく、０．２２５以下とすることが更に好ましい。
【００３３】
各接合層の厚さは、特に限定されないが、製造コストの観点からは０．０１〜１０μｍが好ましく、０．０１〜０．５μｍが更に好ましい。
【００３４】
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（ｖ）をコントロールすることが可能である。
【００３５】
各接合層の具体的な製造条件はチャンバー仕様によるので適宜選択するが、好適例では、全圧を０．２８〜０．３４Ｐａとし、酸素分圧を１．２×１０―３〜５．７×１０−２Ｐａとし、成膜温度を常温とする。また、ＳｉターゲットとしてはＢドープＳｉを例示できる。
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。
【００３６】
本発明では、支持基板は、単結晶からなっていてよく、多結晶からなっていてもよい。支持基板の材質は、好ましくは、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。アルミナは好ましくは透光性アルミナである。
【００３７】
シリコンは、単結晶シリコンでも多結晶シリコンでもよく、また高抵抗シリコンであってもよい。
【００３８】
サイアロンは、窒化珪素とアルミナとの混合物を焼結して得られるセラミックスであり、以下のような組成を有する。
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。
【００３９】
サファイアはＡｌ２Ｏ３の組成を有する単結晶であり、アルミナはＡｌ２Ｏ３の組成を有する多結晶である。コージェライトは、2MgO・2Al2O3・5SiO2の組成を有するセラミックスである。ムライトは、3Al2O3・2SiO2〜2Al2O3・SiO2の範囲の組成を有するセラミックスである。
【００４０】
圧電性材料基板の材質は、必要な圧電性を有する限り限定されないが、ＬｉＡＯ３の組成を有する単結晶が好ましい。ここで、Ａは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である。このため、ＬｉＡＯ３は、ニオブ酸リチウムであってよく、タンタル酸リチウムであってよく、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体であってよい。
【００４１】
以下、本発明の各構成要素について更に説明する。
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。
【００４２】
圧電性材料基板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、圧電性材料基板の表面に櫛歯電極が形成され、支持基板に設けられたキャビティによって圧電性材料基板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性材料層を備えた複合基板を用いてもよい。
【００４３】
また、圧電性材料基板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。
【００４４】
また、光学素子としては、光スイッチング素子、波長変換素子、光変調素子を例示できる。また、圧電性材料基板中に周期分極反転構造を形成することができる。
【００４５】
本発明の対象が弾性波素子であり、圧電性材料基板の材質がタンタル酸リチウムである場合には、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１２３〜１３３°（例えば１２８°）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。
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８６〜９４°（例えば９０°）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。
【００４６】
本発明の接合体を得るためには、以下の方法が好ましい。
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。
【００４７】
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。
【００４８】
次いで、各接合面に中性化ビームを照射することで、各接合面を活性化する。
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。
【００４９】
次いで、真空雰囲気で、活性化された接合面同士を接触させ、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。
【実施例】
【００５０】
（実験Ａ）
図１〜図３を参照しつつ説明した方法により、弾性表面波素子を試作した。
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１２８°ＹカットＸ伝搬Ｌ
Ｔ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。【００５１】
次いで、圧電性材料基板１上に、スパッタリング法によって、第一層２ａおよび第二層２ｂを交互にそれぞれ２層ごと（合計４層）成膜し、多層膜２を得た。ただし、第一層を構成するＳｉＯｘの組成は表１に示すように変更した。第二層の組成はハフニウム酸化物ＨｆＯ２とした。第一層の厚さ、第二層の厚さはそれぞれ、１５０ｎｍとした。第一層、第二層の各成膜方法は前述したようにした。また、各組成は、雰囲気中の酸素比率を変更することで調節した。【００５２】
次いで、多層膜２上に、接合層４として、Si(1-x)Ox(x＝０．１０) (50nm)を成膜した。具体的には、直流スパッタリング法を使用し、ターゲットにはボロンドープのＳｉを使用した。また、酸素源として酸素ガスを導入した。この際、酸素ガス導入量を調節することによって、チャンバー内の雰囲気の全圧と酸素分圧を調節した。接合層４の表面の算術平均粗さＲａは０．２〜０．６ｎｍであった。次いで、接合層４を化学機械研磨加工（CMP）し、膜厚を８０〜１９０ｎｍとし、Ｒａを０．０８〜０．４ｎｍとした。【００５３】
一方、支持基板６として、オリエンテーションフラット（ＯＦ）部を有し、直径が４インチ，厚さが５００μｍのシリコンからなる支持基板６を用意した。支持基板６の表面は、化学機械研磨加工（ＣＭＰ）によって仕上げ加工されており、算術平均粗さＲａは０．２ｎｍとなっている。【００５４】
次いで、接合層４の表面及び支持基板６であるＳｉ基板表面に中性化ビームを照射して表面を活性化して直接接合した。
具体的には、接合層４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４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。【００５５】
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。次いで、測定用電極パターンを形成し、弾性表面波素子を得た。そして、周波数５．５GHzでのQ値をそれぞれ測定し、表１に示す。【００５６】
ただし、Ｑ値は以下のようにして測定した。
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。【００５７】
【表１】
2021002046.tif 000003
【００５８】
表１に示すように、比較例１、２ではｘ＝１．８８、１．９７としたが、いずれも同程度のＱ値となった。
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。【００５９】
（実験Ｂ）
実験Ａにおいて、第二層の材質を、ハフニウム酸化物からタンタル酸化物Ｔａ２Ｏ５に変更した。第一層の材質であるＳｉＯｘの組成は実験Ａと同様とした。そして、得られた素子についてＱ値を測定したところ、実験Ａと同様の結果を得た。【００６０】
（実験Ｃ）
実験Ａにおいて、第二層の材質を、ハフニウム酸化物からジルコニウム酸化物（ＺｒＯ２）に変更した。第一層の材質であるＳｉＯｘの組成は実験Ａと同様とした。そして、得られた素子についてＱ値を測定したところ、実験Ａと同様の結果を得た。
【図１】
2021002046.tif 000004
【図２】
2021002046.tif 000005
【図３】
2021002046.tif 000006
【図４】
2021002046.tif 000007
【図５】
2021002046.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】令和2年10月27日(2020.10.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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多層膜を備えており、
前記多層膜が、ＳｉＯｘの組成を有する第一層と、金属酸化物からなる第二層とが交互に積層された構造を有し、ＳｉＯｘにおけるｘが２．０１以上、２．５０以下であることを特徴とする、接合体。
【請求項２】
前記第一層において、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。
【請求項３】
前記金属酸化物が、タンタル酸化物、ハフニウム酸化物およびジルコニウム酸化物からなる群より選ばれることを特徴とする、請求項１または２記載の接合体。
【請求項４】
前記第一層の厚さおよび前記第二層の厚さがそれぞれ２０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であ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５】
前記多層膜が、前記第一層および前記第二層をそれぞれ二層以上有す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。
【請求項６】
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１〜５のいずれか一つの請求項に記載の接合体。
【請求項７】
請求項１〜６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。
【請求項８】
周波数３．５〜６ＧＨｚの弾性波用であることを特徴とする、請求項７記載の弾性波素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明は、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多層膜を備えており、
前記多層膜が、ＳｉＯｘの組成を有する第一層と、金属酸化物からなる第二層とが交互に積層された構造を有し、ＳｉＯｘにおけるｘが２．０１以上、２．５０以下であることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
本発明において、支持基板と圧電性材料基板との間に設けられる多層膜は、ＳｉＯｘの組成（ｘは２．０１以上、２．５０以下）を有する第一層と、金属酸化物からなる第二層とが交互に積層された構造を有する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
すなわち、第一層を構成するＳｉＯｘにおいてｘが２．０１以上という酸素リッチな組成を有する。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。
【手続補正書】
【提出日】令和3年2月3日(2021.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板、
ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体からなる、厚さ０．２〜６０μｍの圧電性材料基板、および
前記支持基板と前記圧電性材料基板との間の多層膜を備える接合体と、
前記圧電性材料基板上に設けられた電極と
を備えており、前記多層膜が、ＳｉＯｘの組成を有する第一層と、金属酸化物からなる第二層とが交互に積層された構造を有しており、ＳｉＯｘにおけるｘが２．０１以上、２．５０以下であり、前記金属酸化物が、タンタル酸化物、ハフニウム酸化物およびジルコニウム酸化物からなる群より選ばれることを特徴とする、周波数３．５〜６ＧＨｚの弾性表面波用の弾性表面波素子。
【請求項２】
前記第一層において、ｘが２．０３≦ｘ≦２．５０を満足することを特徴とする、請求項１記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
前記第一層の厚さおよび前記第二層の厚さがそれぞれ２０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
前記多層膜が、前記第一層および前記第二層をそれぞれ二層以上、十層以下有す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弾性表面波素子。
【請求項５】
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１〜４のいずれか一つの請求項に記載の弾性表面波素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明は、支持基板、
ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体からなる、厚さ０．２〜６０μｍの圧電性材料基板、および
前記支持基板と前記圧電性材料基板との間の多層膜を備える接合体と、
前記圧電性材料基板上に設けられた電極と
を備えている、周波数３．５〜６ＧＨｚの弾性表面波用の弾性表面波素子に係るものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
ここで、多層膜が、ＳｉＯｘの組成を有する第一層と、金属酸化物からなる第二層とが交互に積層された構造を有しており、ＳｉＯｘにおけるｘが２．０１以上、２．５０以下であり、前記金属酸化物が、タンタル酸化物、ハフニウム酸化物およびジルコニウム酸化物からなる群より選ばれる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
第二層を構成する金属酸化物は、タンタル酸化物、ハフニウム酸化物、ジルコニウム酸化物が特に好ましい。これら金属酸化物の組成は特に限定されないが、Ｔａ２Ｏｙ（４．５≦ｙ≦５）、ＨｆＯｚおよびＺｒＯｚ（１．８≦ｚ≦２）が特に好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
圧電性材料基板の材質は、ＬｉＡＯ３の組成を有する単結晶が好ましい。ここで、Ａは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である。このため、ＬｉＡＯ３は、ニオブ酸リチウムであってよく、タンタル酸リチウムであってよく、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体であってよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
以下、本発明の各構成要素について更に説明する。
本発明の接合体の用途は、弾性表面波デバイスとする。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。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
圧電性材料基板の材質がタンタル酸リチウムである場合には、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１２３〜１３３°（例えば１２８°）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。
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８６〜９４°（例えば９０°）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。
【手続補正書】
【提出日】令和3年4月12日(2021.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板、
ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体からなる、厚さ０．２〜６０μｍの圧電性材料基板、および
前記支持基板と前記圧電性材料基板との間の多層膜を備える接合体と、
前記圧電性材料基板上に設けられた電極と
を備えており、前記多層膜が、ＳｉＯｘの組成を有する第一層と、金属酸化物からなる第二層とが交互に積層された構造を有しており、ＳｉＯｘにおけるｘが２．０１以上、２．５０以下であり、前記金属酸化物が、タンタル酸化物、ハフニウム酸化物およびジルコニウム酸化物からなる群より選ばれることを特徴とする、周波数３．５〜６ＧＨｚの弾性表面波用の弾性表面波素子。
【請求項２】
前記第一層において、ｘが２．０３≦ｘ≦２．５０を満足することを特徴とする、請求項１記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
前記第一層の厚さおよび前記第二層の厚さがそれぞれ２０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
前記多層膜が、前記第一層および前記第二層をそれぞれ二層以上、十層以下有す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弾性表面波素子。
【請求項５】
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１〜４のいずれか一つの請求項に記載の弾性表面波素子。
【請求項６】
前記支持基板が、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１〜５のいずれか一つの請求項に記載の弾性表面波素子。
【国際調査報告】
2021002046.tif 000009
2021002046.tif 000010
2021002046.tif 000011
2021002046.tif 000012