技术领域
[0001] 本
发明涉及接合压电单晶基板和支承基板所得的声表面波器件用复合基板及其制造方法。
背景技术
[0002] 如今，在
移动电话、智能手机等移动体通信中，在通过增加通信频带数来增大通信容量时，要求高性能的声表面波(Surface Acoustic Wave：SAW)器件。
[0003] 作为SAW器件的材料，广泛使用作为压电材料的钽酸锂(Lithium Tantalate：LT)、铌酸锂(Lithium Niobate：LN)。这些材料具有大的机电耦合系数，从而具有能够实现器件的宽频带化的优点，另一方面，存在
温度稳定性低，能对应的
频率会因温度变化发生偏移的问题。
[0004] 为了解决该问题，存在将LT、LN等压电材料贴合于
热膨胀系数小的支承基板，形成将压电材料侧减薄至数μm～数10μm的复合基板的技术(例如，参照非
专利文献1)。
[0005] 另外，存在如下技术：在对用有机粘接剂贴合压电材料和支承基板所得的复合基板的压电材料层进行减薄时，在比外周缘靠内侧的
位置沿着外周以遍及整周的方式形成槽，从而抑制减薄时的裂纹的产生(例如，参照专利文献1)。
[0006] 另一方面，存在不使用有机粘接剂来接合压电材料和支承基板而形成复合基板的技术。在这样的复合基板中，存在有在压电材料或支承基板设置凹凸结构，改善SAW器件的寄生特性，通过经由无机居间层接合压电材料和支承基板，由此实现器件制作的后工序中的耐热性提高、逸气抑制等可靠性提高的技术(例如，参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
[0007] 专利文献1：日本特开2011-135535号
公报专利文献2：日本特开2018-61226号公报
非专利文献
[0008] 【非专利文献1】用于智能手机RF前端的SAW-Duplexer的温度补偿技术，电波新闻高科技2012年11月8日
发明内容
发明所要解决的问题
[0009] 在这样的复合基板中，存在有在减薄压电材料层的
研磨工序中产生的瑕疵(Chip；缺损)残留在外周端，或者压电材料
薄膜因用于进行器件化的后工序的加热而从外周端剥离的情况。特别是在将压电材料与支承基板直接接合或经由无机居间层进行接合的情况下，还存在有在压电材料产生的瑕疵到接合面仍不停留而到达居间层或支承基板的情况，从而容易以该部分为起点发生剥离。
[0010] 本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种在压电材料层的外周端不易产生瑕疵，并且不易产生从外周端的剥离的复合基板及其制造方法。用于解决问题的手段
[0011] 本
申请的
发明人已经开发出了至少部分地克服上述问题的复合基板及其制造方法。
[0012] 本发明的声表面波器件用复合基板是压电材料单晶薄膜和支承基板在接合面处接合在一起的复合基板，其特征在于，支承基板具备闭合的第一轮廓线，接合面具备闭合的第二轮廓线，压电材料单晶薄膜具备闭合的第三轮廓线，在将第一轮廓线及第三轮廓线垂直地投影到包含接合面的平面时，第一轮廓线的投影映射像位于比第二轮廓线靠外侧，第三轮廓线的投影映射像位于比第二轮廓线靠内侧。
[0013] 本发明的声表面波器件用复合基板的制造方法的特征在于，包括：准备压电材料单晶基板和支承基板的步骤；将压电材料单晶基板与支承基板进行接合，形成具有接合面的贴合基板的工序；对贴合基板的外周面进行磨削而在支承基板形成闭合的第一轮廓线，并且在接合面形成第二轮廓线，并形成从第一轮廓线横穿第二轮廓线直至压电材料单晶基板的与接合面相反的一侧的面为止的外周面的工序；以及对压电材料单晶基板进行磨削而将其减薄，形成具有闭合的第三轮廓线的压电材料单晶薄膜的工序，在将第一轮廓线及第三轮廓线垂直地投影到包含接合面的平面时，第一轮廓线的投影映射像位于比第二轮廓线靠外侧，第三轮廓线的投影映射像位于比第二轮廓线靠内侧。
附图说明
[0014] 图1为本发明的第一实施方式所涉及的复合基板的俯视图及用垂直于接合面的面进行剖切所得的剖视图。图2为本发明的第一实施方式所涉及的复合基板的外周端附近的放大剖视图。
图3为本发明的第二实施方式所涉及的复合基板的俯视图及用垂直于接合面的面进行剖切所得的剖视图。
图4为本发明的第二实施方式所涉及的复合基板的外周端附近的放大剖视图。
图5为本发明的第二实施方式所涉及的复合基板的外周端附近的放大剖视图。
图6为表示本发明的复合基板的制造方法的实施方式之一的图。
图7为
实施例1的复合基板的外周部的截面照片。
图8为比较例所涉及的复合基板的俯视图及用垂直于接合面的面进行剖切所得的剖视图。
图9为比较例所涉及的复合基板的立体图。
具体实施方式
[0015] 图1为本发明的第一实施方式所涉及的复合基板1的俯视图及用垂直于接合面的面进行剖切所得的剖视图。复合基板1为圆盘形状，压电材料单晶薄膜11与支承基板12在接合面13处接合在一起。在该实施方式中，压电材料单晶薄膜11与支承基板12直接接合。作为压电材料，优选使用LT或LN。支承基板优选使用热
膨胀率尽可能小的材料，可以使用
硅、蓝
宝石、
氧化
铝、玻璃、
碳化硅、氮化铝、氮化硅。
[0016] 这里，支承基板12具备闭合的第一轮廓线14。另外，接合面13具备闭合的第二轮廓线15。并且，压电材料单晶薄膜11具备闭合的第三轮廓线16。
[0017] 从第一轮廓线14穿过第二轮廓线15直至第三轮廓线16的区域优选为连续相连的外周面。另外，所谓“连续相连”，意味着倾斜恒定或倾斜的变化不连续。例如，从第一轮廓线14穿过第二轮廓线15直至第三轮廓线16的区域形成为倾斜恒定的外周面为宜。
[0018] 第二轮廓线15是由复合基板1的外周面与接合面的交线定义的闭合曲线。在第二轮廓线15垂直贯通的截面中，在从支承基板12的最外周(半径位置最远的点)沿支承基板12的外周面朝向第二轮廓线15移动的同时，观察相对于接合面13的倾斜的绝对值时，针对各截面将倾斜的绝对值暂时减小后，倾斜的绝对值再次转变为增加的最初位置连续连结所得的闭合曲线被定义为第一轮廓线14。另外，在该剖视图中从压电材料薄膜的与接合面13相反的一侧的面(研磨面)的中心朝向第二轮廓线15向外侧移动的同时观察相对于接合面13的倾斜的绝对值时，针对各截面将平坦(倾斜＝0)的倾斜的绝对值转变为增加的最初位置连续连结所得的闭合曲线被定义为第三轮廓线16。
[0019] 图2为第一实施方式的复合基板1的外周端附近的放大剖视图。在压电材料层11的外周端附近产生瑕疵，并且瑕疵的龟裂到达接合面13时，接合面13的接合
力变弱，容易产生剥离。另外，龟裂进一步到达支承基板12，可能成为复合基板1的强度、使用复合基板1制作出的器件的温度稳定性降低的主要原因。
[0020] 在相对于包含接合面13的平面垂直地投影第一轮廓线14及第三轮廓线16时，第一轮廓线14的投影映射像14’位于比第二轮廓线15靠外侧，第三轮廓线16的投影映射像16’位于比第二轮廓线15靠内侧。通过形成为这样的形状，能够使压电材料层11的外周端不易产生瑕疵。
[0021] 优选为，从第一轮廓线14穿过第二轮廓线15直至第三轮廓线16的区域为连续相连的外周面。如此，能够使接合面13的一部分不易产生
应力集中。在第二轮廓线15垂直贯通的截面中，从第一轮廓线14到第三轮廓线16的外周面与接合面13所成的
角度θ小于90度为宜，更优选为30度以上且70度以下。通过形成为这样的角度，能够提高抑制瑕疵的效果。
[0022] 优选为，支承基板12还具备闭合的第四轮廓线17。在第二轮廓线15垂直贯通的截面中，在从支承基板12的最外周(从中心到半径位置最远的点)沿支承基板12的外周面朝向第二轮廓线15移动的同时，观察相对于接合面的倾斜的绝对值时，针对各截面将倾斜的绝对值从无限大转变为减少的最初位置连续连结所得的闭合曲线被定义为第四轮廓线17。
[0023] 此时，优选形成为如下形状：在相对于包含接合面13的平面垂直地投影第四轮廓线17时，第四轮廓线17的投影映射像17’比第一轮廓线的投影映射像14’靠外侧。由此，即使在支承基板12的外周部产生瑕疵的情况下，瑕疵的龟裂也不易到达接合面13，所以不易产生从外周部的剥离。第一轮廓线的投影映射像14’与第四轮廓线的投影映射像17’之间的间隔优选设为1mm以上，更优选设为2mm以上。
[0024] 另外，在第一轮廓线14与其投影映射像14’之间的间隔形成为不比第四轮廓线17与其投影映射像17’之间的间隔大时，在支承基板12的外周不易产生瑕疵，所以更为优选。
[0025] 图3为本发明的第二实施方式所涉及的复合基板2的俯视图及用垂直于接合面的面进行剖切所得的剖视图。复合基板2在其外周部设置有定向平面。这样，能够容易地识别出压电材料单晶的晶体取向。在该实施方式中，对于不同的取向设置有多个定向平面。由此，具有在后工序中对基板进行处理时容易进行对准的优点。
[0026] 在第二实施方式中，压电材料单晶薄膜21与支承基板22在接合面23处接合在一起。虽然压电材料单晶薄膜21与支承基板22也可以直接接合，但在压电材料单晶薄膜21和支承基板22中的任一方或双方的接合面侧具有凹凸结构的情况下，优选如本实施方式那样，在两者之间设置居间层28。如此，能够不破坏凹凸构造地对接合的面进行镜面研磨。
[0027] 居间层28也可以使用有机粘接剂，但在考虑由复合基板2制造器件的后工序中的热劣化或逸气等可靠性时，优选由无机材料构成。居间层28例如可以由含有氧化硅、氮氧化硅、非晶硅、
多晶硅、非晶碳化硅、氧化铝、氮化铝、钨、铂、铂铑、钼、钌、
钛中的任一种的材料构成。支承基板22优选包含与居间层28共通的元素。如此，能够通过氧化、氮化、碳化、还原等化学反应在支承基板22的表面形成居间层28。另外，由金属材料构成居间层28，并通过溅射等物理蒸
镀形成居间层28为宜。如此，能够形成组成稳定的居间层28。另外，考虑到与压电材料单晶薄膜21的紧贴性、与支承基板22的紧贴性、在接合界面处的紧贴性等，也可以由多个层构成居间层28。
[0028] 在第二实施方式中，由于在压电材料单晶薄膜21和支承基板22这两者设置居间层28，将它们接合，所以接合面23存在于居间层28的内部。此时，隔着接合面23设置在压电材料单晶薄膜21侧的居间层28的材质与设置在支承基板22侧的居间层28的材质可以不同，也可以采用由多个材质的膜构成的多层膜结构。另外，仅在压电材料单晶薄膜21设置有居间层28时的接合面23存在于居间层28与支承基板22之间的界面。相反地，仅在支承基板22设置有居间层28时的接合面23存在于居间层28与压电材料单晶薄膜21之间的界面。
[0029] 在该实施方式中，支承基板22具备闭合的第一轮廓线24和第四轮廓线27。另外，接合面23具备闭合的第二轮廓线25。而且，压电材料单晶薄膜21具备闭合的第三轮廓线26。
[0030] 图4为第二实施方式的复合基板的外周端附近的放大剖视图。在压电材料单晶薄膜21的外周端附近产生瑕疵，并且瑕疵的龟裂到达接合面23时，接合面23的接合力变弱，容易产生剥离。特别是在居间层28由无机材料构成的情况下，与由有机粘接剂构成的情况相比，瑕疵的龟裂更容易到达接合面23。另外，龟裂进一步到达支承基板22，可能成为复合基板2的强度、使用复合基板2制作出的器件的温度稳定性降低的主要原因。
[0031] 在相对于包含接合面23的平面垂直地投影第一轮廓线24及第三轮廓线26时，第一轮廓线24的投影映射像位于比第二轮廓线25靠外侧，第三轮廓线26的投影映射像位于比第二轮廓线25靠内侧。通过形成为这样的形状，能够使压电材料单晶薄膜21的外周端不易产生瑕疵。
[0032] 从第一轮廓线24穿过第二轮廓线25直至第三轮廓线26的区域成为连续相连的外周面，该外周面与接合面23所成的角度θ在第二轮廓线25垂直贯通的截面中，被定义为从第一轮廓线24到第三轮廓线26的外周面与接合面23所成的角度。如图5所示，在从第一轮廓线24到第三轮廓线26的外周面的角度(倾斜)连续变化的情况下，其最大倾斜的切线与接合面
23所成的角度被定义为角度θ。角度θ形成为小于90度为宜，形成为30度以上且70度以下尤为良好。通过形成为这样的角度θ，能够提高抑制瑕疵的效果。
[0033] 图6为表示本发明的复合基板的制造方法的实施方式之一的图。准备单晶LT基板作为压电材料单晶(11、21)(图6的(a))。也可以代替单晶LT基板而使用单晶LN基板作为压电材料单晶(11、21)(图6的(c))。另外，准备
单晶硅基板作为支承基板(12、22)。作为支承基板(12、22)，除了硅以外，还可以使用蓝宝石、氧化铝、玻璃、碳化硅、氮化铝、氮化硅。
[0034] 接着，在单晶LT基板(11、21)的一个表面，使用CVD(Chemical Vapor Deposition：
化学气相沉积)法等形成待成为居间层(28)的SiO2膜28a(图6的(b))。另外，在氧气氛中加热单晶硅基板(12、22)，由此在表面形成待成为居间层28的热氧化
二氧化硅层28b(图6的(d))。此处，根据复合基板的设计，可以仅在单晶LT基板(11、21)形成居间层28，也可以仅在硅基板(12、22)形成居间层28。另外，也可以不形成居间层28(相当于第一实施方式的复合基板1)。
[0035] 接着，对于单晶LT基板(11、21)和支承基板(12、22)分别研磨想要接合的面(在设置有居间层的情况下为居间层，在未设置有居间层的情况下为基板本身)而使其镜面化。然后，将两者接合而形成贴合基板(图6的(e))。另外，优选在通过
等离子体活化法等将镜面化后的表面活化后进行接合。如此，能够提高接合面的接合强度。除了等离子体活化法以外，还可以使用离子束活化法、臭氧
水活化法作为表面活化法。在等离子体活化法中，在载置有处理对象基板的反应容器内导入等离子体用气体，在0.01～0.1Pa左右的减压条件下形成100W左右的高频等离子体，使基板的贴合表面在其中暴露5～50秒左右。作为等离子体用气体，可以使用氧气、氢气、氮气、氩气或它们的混合气体。在离子束活化法中，使反应容器内成为1×10-5Pa以下的高
真空，将氩等离子束照射于处理对象基板的贴合面并进行扫描。在臭氧水活化法中，将臭氧气体导入到纯水中而形成臭氧水，并将基板浸渍在该臭氧水中，由此能够用活性臭氧使贴合表面活化。
[0036] 然后，对贴合基板的外周面进行磨削，在支承基板(12、22)形成闭合的第一轮廓线(14、24)，并且在接合面形成第二轮廓线(15、25)，并形成从第一轮廓线(14、24)横穿第二轮廓线(15、25)直至所接合的LT基板的与接合面相反的一侧的面为止的外周面(图6的(f))。此时，在将第一轮廓线(14、24)垂直地投影到包含接合面的平面时，第一轮廓线(14、24)的投影映射像形成为位于比第二轮廓线(15、25)靠外侧。外周磨削面中的从第一轮廓线(14、
24)穿过第二轮廓线(15、25)进一步到达单晶LT基板的外周面连续相连，优选为至少在下一工序中减薄至残留于复合基板的单晶LT层的厚度量，形成为连续的外周面。此时，也可以在比第一轮廓线(14、24)靠外侧的硅基板部分设置第四轮廓线(17、27)。将第四轮廓线(17、
27)形成为：在将第四轮廓线(17、27)垂直地投影到接合面时的投影映射像比第一轮廓线(14、24)的投影映射像靠外侧。如果第四轮廓线(17、27)的投影映射像与第一轮廓线(14、
24)的投影映射像之间的间隔为1mm以上，则在支承基板的外周部产生了瑕疵时，其龟裂不易到达接合面，所以为优选。更优选将第四轮廓线(17、27)的投影映射像与第一轮廓线(14、
24)的投影映射像之间的距离设为2mm以上。
[0037] 然后，对贴合基板的单晶LT基板(11、21)侧的面进行磨削、研磨而减薄至所期望的厚度，并在单晶LT层形成闭合的第三轮廓线(16、26)(图6的(g))。在此，在相对于接合面垂直地投影第三轮廓线(16、26)时，第三轮廓线(16、26)的投影映射像形成为位于比第二轮廓线(15、25)靠内侧为宜。由此，能够使单晶LT层(11、21)不易产生瑕疵。【实施例】
[0038] 以下，对本发明的实施例进行更具体的说明。
[0039] ＜实施例1＞在实施例1中，首先，准备算术平均粗糙度Ra为同等程度(Ra＝140nm±10％)，并具有在将器件的使用
波长λ设为5μm时满足RSm/λ＝0.6的凹凸结构的6英寸、46.3°Y切割的单晶LT基板。该具有凹凸结构的6英寸的LT基板的最大高度粗糙度Rz为2.0μm。
[0040] 接着，在LT基板的具有凹凸结构的面，使用等离子体CVD法在35℃下沉积10μm左右的SiO2。然后，对沉积有SiO2的面进行研磨而使其镜面化。在此，对SiO2进行研磨而形成3μm左右的厚度。通过在氧气氛中在850℃下对待成为支承基板的厚度为680μm的Si基板实施
热处理，由此在Si基板的表面形成200nm的热氧化二氧化硅。然后，对形成于LT基板的SiO2镜面和形成于Si基板表面的热氧化二氧化硅双方实施等离子体表面活化而进行贴合，由此制作出6英寸的贴合基板。
[0041] 接着，利用
倒角加工机对该6英寸的贴合基板的外周部进行外周磨削，在支承基板形成第一轮廓线及第四轮廓线，在接合面形成第二轮廓线。然后，对贴合基板的LT基板部分进行研磨而将其减薄至12μm，形成第三轮廓线，制作出复合基板。
[0042] 制作出的复合基板的从第一轮廓线到第四轮廓线的磨削面形成为具有与接合面平行的平面。第一轮廓线与第四轮廓线之间的间隔为2.25mm。从第一轮廓线穿过第二轮廓线直至第三轮廓线的磨削面形成连续的外周面。在与接合面和第二轮廓线的切线垂直的截面中，接合面与外周面所成的角度为45度。
[0043] 在如此制作的复合基板中，在研磨后的LT基板部分的外周部没有产生瑕疵(缺损)。
[0044] 而且，虽然用加热板将该复合基板加热到300℃，但在接合面的外周部没有产生剥离。图7为实施例1的复合基板的外周部的截面照片。
[0045] ＜实施例2～实施例15＞与实施例1同样地对将6英寸的单晶LT基板和单晶硅基板镜面化所得的居间层面进行等离子体活化而进行接合，制作出多个贴合基板。接着，利用倒角加工机对该贴合基板的外周部进行外周磨削，在支承基板形成第一轮廓线及第四轮廓线，在接合面形成第二轮廓线。
然后，对贴合基板的LT基板部分进行研磨而将其减薄至12μm，形成第三轮廓线，制作出复合基板。
[0046] 制作出的复合基板的从第一轮廓线到第四轮廓线的磨削面形成为具有与接合面平行的平面。第一轮廓线与第四轮廓线之间的间隔为2.5mm。
[0047] 从第一轮廓线穿过第二轮廓线直至第三轮廓线的磨削面形成连续的外周面。在与接合面和第二轮廓线的切线垂直的截面中，将接合面与外周面所成的角度θ分别形成为20度、25度、30度、35度、40度、45度、50度、55度、60度、65度、70度、75度、80度、85度。
[0048] 在对研磨后的复合基板的外周部的瑕疵数量进行调查时，得到表1所示的结果。确认了在θ为30度以上且75度以下时，可获得特别良好的瑕疵抑制效果。
[0049] 【表1】 角度θ 瑕疵数量 角度θ 瑕疵数量
实施例2 20° 2个 实施例9 55° 0个
实施例3 25° 1个 实施例10 60° 0个
实施例4 30° 0个 实施例11 65° 0个
实施例5 35° 0个 实施例12 70° 0个
实施例6 40° 0个 实施例13 75° 0个
实施例7 45° 0个 实施例14 80° 1个
实施例8 50° 0个 实施例15 85° 2个
[0050] <比较例>与实施例1同样地对将6英寸的单晶LT基板41和单晶硅基板42镜面化所得的居间层48面进行等离子体活化而进行接合，制作出贴合基板。
[0051] 接着，利用倒角加工机对该贴合基板的外周部进行外周磨削，在支承基板形成第一轮廓线44及第四轮廓线47，在接合面43形成第二轮廓线45。然后，对贴合基板的LT基板部分进行研磨而将其减薄至12μm，形成第三轮廓线46，制作出复合基板4。
[0052] 如图8及图9所示，制作出的复合基板4的从第一轮廓线44到第四轮廓线47的磨削面形成为具有与接合面平行的平面。第一轮廓线与第四轮廓线之间的间隔为2.5mm。
[0053] 从第一轮廓线44穿过第二轮廓线45直至第三轮廓线46的磨削面形成连续的外周面。在与接合面和第二轮廓线45的切线垂直的截面中，将接合面43与外周面形成的角度θ形成为90度。
[0054] 在对研磨后的复合基板4的外周部的瑕疵数量进行调查时，结果为5个。
[0055] <实施例16>准备6英寸直径的46.3°Y切割的LT基板，对待接合的面进行镜面研磨。接着，准备待成为支承基板的厚度为680μm的Si基板，并将待接合的面研磨为镜面。对LT基板的镜面和Si基板镜面双方实施等离子体表面活化而进行贴合，由此制作出6英寸的贴合基板。
[0056] 接着，利用倒角加工机对该6英寸的贴合基板的外周部进行外周磨削，在支承基板形成第一轮廓线及第四轮廓线，在接合面形成第二轮廓线。
[0057] 然后，对贴合基板的LT基板部分进行研磨而将其减薄至12μm，形成第三轮廓线，制作出复合基板。
[0058] 制作出的复合基板的从第一轮廓线到第四轮廓线的磨削面形成为具有与接合面平行的平面。第一轮廓线与第四轮廓线之间的间隔为2.5mm。
[0059] 从第一轮廓线穿过第二轮廓线直至第三轮廓线的磨削面形成连续的外周面。在与接合面和第二轮廓线的切线垂直的截面中，接合面与外周面所成的角度为45度。
[0060] 在研磨后的LT基板部分的外周部没有产生瑕疵(缺损)。
[0061] 而且，虽然用加热板将该复合基板加热到300℃，但在接合面的外周部没有产生剥离。
[0062] 由以上可确认，在不使用居间层进行接合的复合基板中也可获得同样的结果。
[0063] 如以上所说明的那样，从复合基板的中央部朝向最外周，按照第三轮廓线、第二轮廓线、第一轮廓线的顺序来设置各轮廓线，由此，能够获得在电材料层的外周端不易产生瑕疵，并且不易产生从外周端的剥离的复合基板。
[0064] 另外，本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式是例示，具有与本发明的
权利要求书所记载的技术思想实质上相同的结构，起到同样的作用效果的实施方式也均包含在本发明的技术范围内。符号说明
[0065] 1、2 复合基板11、21 压电材料单晶
12、22 支承基板
13、23 接合面
14、24 第一轮廓线
15、25 第二轮廓线
16、26 第三轮廓线
17、27 第四轮廓线
28 居间层
