复合基板及复合基板的制造方法与流程

1.本发明涉及复合基板及复合基板的制造方法。


背景技术：

2.移动电话等通信设备中，为了取出任意频率的电信号，例如采用利用了弹性表面波的滤波器(saw滤波器)。该saw滤波器具有如下结构，即，在具有压电层的复合基板上形成有电极等(例如参见专利文献1)。
3.近年来，信息通信设备的领域中，例如，通信量急剧增加，要求上述saw滤波器的高性能化。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2020-150488号公报


技术实现要素：

7.本发明的主要目的在于，提供能够有助于saw滤波器的高性能化的复合基板。
8.本发明的实施方式所涉及的复合基板具有：支撑基板、以及在所述支撑基板的单侧所配置的压电层，所述支撑基板的形状的空间频率超过0.045cyc/mm的起伏的振幅为10nm以下。
9.1个实施方式中，上述压电层的第一地点处的厚度t1与第二地点处的厚度t2之差的绝对值为100nm以下。
10.1个实施方式中，上述压电层的厚度为5μm以下。
11.本发明的另一实施方式所涉及的弹性表面波元件具有上述复合基板。
12.本发明的另一实施方式所涉及的复合基板的制造方法包括：在具有彼此对置的第一主面及第二主面的压电基板的所述第一主面侧接合支撑基板、以及、对所述压电基板的第二主面侧的表面进行研磨，所述支撑基板的形状的空间频率超过0.045cyc/mm的起伏的振幅为10nm以下。
13.1个实施方式中，对上述压电基板进行研磨得到的压电层的第一地点处的厚度t1与第二地点处的厚度t2之差的绝对值为100nm以下。
14.1个实施方式中，对上述压电基板进行研磨得到的压电层的厚度为5μm以下。
15.发明效果
16.根据本发明的实施方式，例如能够有助于saw滤波器的高性能化。
附图说明
17.图1是表示本发明的1个实施方式所涉及的复合基板的概要构成的示意性的截面图。
18.图2是表示复合基板的外观的一例的图。
19.图3a是表示支撑基板的形状和压电层的形状的概要的一例的图。
20.图3b是表示支撑基板的形状和压电层的形状的概要的另一例的图。
21.图4a是表示1个实施方式所涉及的复合基板的制造工序例的图。
22.图4b是紧接着图4a的图。
23.图4c是紧接着图4b的图。
24.图4d是紧接着图4c的图。
25.图5a是表示实施例的硅基板的形状的图。
26.图5b是表示实施例的lt层的膜厚分布的图。
27.图5c是表示实施例的硅基板的形状及lt层的膜厚分布的fft解析结果的图。
28.图5d是将图5c的纵轴及横轴放大示出的图。
29.图6a是表示比较例的硅基板的形状的图。
30.图6b是表示比较例的lt层的膜厚分布的图。
31.图6c是表示比较例的硅基板的形状及lt层的膜厚分布的fft解析结果的图。
32.图6d是将图6c的纵轴及横轴放大示出的图。
具体实施方式
33.以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明，不过，本发明不限定于这些实施方式。另外，附图用于使说明更加明确，与实施方式相比，有时将各部分的宽度、厚度、形状等进行示意性表示，但这只不过是一例，并不限定本发明的解释。
34.a.复合基板
35.图1是表示本发明的1个实施方式所涉及的复合基板的概要构成的示意性的截面图。复合基板100具有：支撑基板10、以及在支撑基板10的单侧所配置的压电层20。虽然未图示，不过，复合基板100可以进一步具有任意层。这些层的种类、功能、数量、组合、配置等可以根据目的而适当地确定。例如，复合基板100可以具有在压电层20与支撑基板10之间所配置的中间层(例如、无机材料层)。另外，例如复合基板100可以具有在压电层20或未图示的中间层与支撑基板10之间所配置的接合层。
36.复合基板100可以以任意的适当形状进行制造。1个实施方式中，如图2所示，可以以所谓的晶片的形态进行制造。复合基板100的尺寸可以根据目的而适当地设定。例如，晶片的直径为50mm～150mm。
37.a-1.支撑基板
38.支撑基板10的厚度可以采用任意的适当厚度。支撑基板的厚度为例如100μm～1000μm。
39.对于支撑基板，其形状的空间频率超过0.045cyc/mm的起伏的振幅为0nm以上10nm以下，优选为5nm以下。通过采用像这样的支撑基板，能够良好地实现后述的压电层的膜厚精度。
40.作为支撑基板，可以采用任意的适当基板。支撑基板可以由单晶体构成，也可以由多晶体构成。作为构成支撑基板的材料，优选选自由硅、蓝宝石、玻璃、石英、水晶以及氧化铝构成的组。
41.上述硅可以为单晶硅，也可以为多晶硅，还可以为高阻硅。
42.代表性地，上述蓝宝石为具有al2o3的组成的单晶体，上述氧化铝为具有al2o3的组成的多晶体。
43.构成支撑基板的材料的热膨胀系数优选小于构成后述的压电层的材料的热膨胀系数。根据该支撑基板，能够抑制温度变化时的压电层的形状、尺寸的变化，例如抑制得到的弹性表面波元件的频率特性的变化。
44.a-2.压电层
45.作为构成上述压电层的材料，可以采用任意的适当压电性材料。作为压电性材料，优选采用组成为liao3的单晶。此处，a为选自由铌及钽构成的组中的一种以上元素。具体而言，liao3可以为铌酸锂(linbo3)，也可以为钽酸锂(litao3)，还可以为铌酸锂-钽酸锂固溶体。
46.压电性材料为钽酸锂的情况下，作为压电层，采用以弹性表面波的传播方向即x轴为中心且其法线方向从y轴向z轴旋转32
°
～55
°
(例如42
°
)得到的方向的压电层、即以欧拉角表示为(180
°
，58
°
～35
°
，180
°
)的压电层时，传播损失较小，故优选。
47.压电性材料基板为铌酸锂的情况下，作为压电层，例如，采用以弹性表面波的传播方向即x轴为中心且其法线方向从z轴向-y轴旋转37.8
°
得到的方向的压电层、即以欧拉角表示为(0
°
，37.8
°
，0
°
)的压电层时，机电耦合系数较大，故优选。另外，例如压电性材料基板为铌酸锂的情况下，作为压电层，采用以弹性表面波的传播方向即x轴为中心且其法线方向从y轴向z轴旋转40
°
～65
°
得到的方向的压电层、即以欧拉角表示为(180
°
，50
°
～25
°
，180
°
)的压电层时，得到高音速，故优选。
48.压电层的厚度优选为5μm以下，更优选为3μm以下，进一步优选为1μm以下。另一方面，压电层的厚度为例如0.2μm以上。根据像这样的厚度，能够得到高性能的弹性表面波元件。具体而言，可期待能够改善温度特性(tcf)、能够使q值提高等效果。
49.压电层的厚度优选为均匀。图3a及图3b分别是表示支撑基板的形状(例如、x轴方向的)和压电层的形状的概要的一例的图。如图3a所示，支撑基板10的起伏频率较低的情况下(例如、空间频率为0.045cyc/mm以下的情况下)，容易使压电层20的形状与支撑基板10的起伏相对应，能够使压电层20的膜厚精度优异。例如，在x轴方向上，第一地点处的压电层20的厚度(第一厚度)t1与第二地点处的压电层的厚度(第二厚度)t2之差的绝对值优选为100nm以下，更优选为50nm以下。通过具有像这样的膜厚精度，能够得到高性能的弹性表面波元件。具体而言，可期待能够使q值提高等效果。另外，能够得到特性偏差较小的弹性表面波元件。如图3b所示，支撑基板10的起伏频率较高的情况下(例如、空间频率超过0.045cyc/mm的情况下)，存在难以使压电层20的形状与支撑基板10的起伏相对应的趋势，不过，通过满足上述支撑基板的起伏的振幅，能够使压电层20的膜厚精度优异。
50.a-3.其他
51.如上所述，复合基板可以具有中间层。作为构成中间层的材料，例如可以举出：氧化硅、氧化铪、氧化钽、氧化锆、氧化铝。中间层的厚度为例如0.1μm～2μm。
52.上述中间层可以利用任意的适当方法进行成膜。例如，可以利用溅射、离子束辅助蒸镀(iad)等物理蒸镀、化学蒸镀、原子层堆积(ald)法进行成膜。
53.另外，如上所述，复合基板可以具有接合层。作为构成接合层的材料，例如可以举出：硅氧化物、硅、氧化钽、氧化铌、氧化铝、氧化钛、氧化铪。接合层的厚度为例如0.005μm～
1μm。
54.接合层可以利用任意的适当方法进行成膜。具体而言，可以利用与上述中间层的成膜方法同样的方法进行成膜。
55.a-4.制造方法
56.本发明的1个实施方式所涉及的复合基板的制造方法包括：在具有彼此对置的第一主面及第二主面的压电基板的第一主面侧接合支撑基板、以及对压电基板的第二主面侧的表面进行研磨。代表性地，在接合后进行研磨。
57.图4a～图4d是表示1个实施方式所涉及的复合基板的制造工序例的图。
58.图4a表示支撑基板10的彼此对置的两个主面的研磨完成的状态。图4a所示的例子中，支撑基板10的下表面10a被研磨平坦，上表面10b呈现向下方弯曲的凸起形状。支撑基板10的形状的空间频率超过0.045cyc/mm的起伏的振幅为0nm以上10nm以下，优选为5nm以下。例如，利用图示例的形状能够良好地实现该值。虽然未图示，不过，上表面10b可以呈现向上方弯曲的凸起形状。
59.图4b表示支撑基板10和压电基板22直接键合的状态。压电基板22具有彼此对置的第一主面22a及第二主面22b，将第一主面22a研磨后，与支撑基板10进行接合。直接键合时，接合面优选利用任意的适当活化处理进行活化。例如，将支撑基板10的上表面10b活化，并将压电基板22的第一主面22a活化后，使支撑基板10的活化面和压电基板22的活化面接触，进行加压，由此进行直接键合。据此，得到图4b所示的接合体90。
60.对得到的接合体90的压电基板22的第二主面22b实施磨削、研磨等加工，使其成为上述期望的厚度的压电层。图4c表示第二主面22b的磨削完成的状态，图4d表示第二主面22b的研磨完成的状态。利用研磨形成压电层20，得到复合基板100。压电层20的上表面20a的形状可以与例如支撑基板10的上表面10b的形状相对应。
61.作为上述研磨的方法，例如可以举出：利用化学机械研磨加工(cmp)、精研(lap)研磨等的镜面研磨。优选采用化学机械研磨加工。具体而言，采用使用了研磨浆料(例如胶体二氧化硅)并利用了研磨垫的化学机械研磨加工。
62.上述接合时，例如优选对各层的表面进行清洗，以便除去研磨剂的残渣、加工变质层等。作为清洗方法，例如可以举出：湿洗、干洗、刷洗。其中，从能够简便且高效地清洗考虑，优选为刷洗。作为刷洗的具体例，可以举出如下方法，即，采用清洗剂(例如lion公司制、sun wash series)后，采用溶剂(例如丙酮与异丙醇(ipa)的混合溶液)，利用刷洗机进行清洗。
63.代表性地，上述活化处理通过照射中性束来进行。优选为，使用日本特开2014-086400号公报中记载的装置那样的装置，产生中性束，照射该射束，由此进行活化处理。具体而言，作为射束源，使用鞍场型的高速原子射束源，向腔室中导入氩、氮等非活性气体，从直流电源向电极施加高电压。利用据此而在电极(正极)与壳体(负极)之间产生的鞍场型电场，使得电子进行运动，生成非活性气体的原子和离子的射束。到达栅极的射束中，离子束在栅极处被中和，因此，中性原子的射束从高速原子射束源射出。利用射束照射进行活化处理时的电压优选为0.5kv～2.0kv，利用射束照射进行活化处理时的电流优选为50ma～200ma。
64.上述接合面的接触及加压优选在真空气氛中进行。代表性地，此时的温度为常温。
具体而言，优选为20℃以上40℃以下，更优选为25℃以上30℃以下。施加的压力优选为100n～20000n。
65.b.弹性表面波元件
66.本发明的实施方式所涉及的弹性表面波元件具有上述复合基板。代表性地，弹性表面波元件具有上述复合基板、以及在上述复合基板的压电层侧所设置的电极(梳型电极)。该弹性表面波元件优选作为例如saw滤波器用于移动电话等通信设备。
67.实施例
68.以下，通过实施例对本发明具体地进行说明，不过，本发明并不受这些实施例的限定。
69.[实施例]
[0070]
准备直径4英寸、厚度500μm的钽酸锂(lt)基板(将弹性表面波(saw)的传播方向设为x、切出角为旋转y的切割板即42
°
y切割x传播的lt基板)。
[0071]
另外，准备直径4英寸、厚度500μm的硅基板，对该硅基板的表面(两面)进行研磨。具体而言，在cmp研磨机的sus载体上设置硅基板，使用硬质聚氨酯垫，并采用胶体二氧化硅作为研磨剂，进行两面研磨。
[0072]
接下来，将lt基板和硅基板进行直接键合。具体而言，对lt基板的表面及硅基板的表面进行清洗后，将两个基板放入真空腔室中，抽真空至10-6
pa的水平后，对两个基板的表面照射80秒钟高速原子射束(加速电压1kv、ar流量27sccm)。照射后，将两个基板的射束照射面重合，以1200kgf进行2分钟加压，将两个基板接合，得到接合体。
[0073]
接下来，利用磨床加工机对上述接合体(复合基板)的lt基板的背面进行磨削，使其从原来的500μm变为3μm。进而，利用cmp研磨机，使用硬质聚氨酯垫，且使用胶体二氧化硅作为研磨剂，镜面研磨至厚度达到1μm，得到具有硅基板和lt层的复合基板。
[0074]
[比较例]
[0075]
在硅基板的两面研磨时，使用无纺布代替硬质聚氨酯垫，除此以外，与实施例同样地得到复合基板。
[0076]
＜评价＞
[0077]
针对上述实施例及比较例，进行下述的评价。
[0078]
1.平坦度(形状)及厚度(膜厚分布)的测定
[0079]
利用斜入射干涉法flat nestester(nidek公司制的“ft-17”)，对两面研磨后的硅基板的x轴方向上的平坦度进行测定。另外，利用显微分光膜厚仪(大塚电子公司制的“optm”)，对得到的复合基板的lt层的x轴方向上的厚度进行测定。具体而言，在以晶片的中心为原点时的-43.4mm～ 43.4mm的范围内，以2.8mm间距，对32处进行测定。
[0080]
将实施例的硅基板的结果示于图5a，将实施例的lt层的结果示于图5b。另外，将比较例的硅基板的结果示于图6a，将比较例的lt层的结果示于图6b。应予说明，图5a、图5b及图6a、图6b所示的曲线图中示出了减去厚度的平均值得到的值。
[0081]
2.fft(fast fourier transform)解析
[0082]
对上述1得到的结果进行fft解析。具体而言，将上述1得到的形状及膜厚分布设为窗函数，乘以汉宁窗，进行fft解析。计算时，在排除倾斜成分、直流成分的基础上，使用microsoft excel的分析工具。为了fft转换及振幅计算，将得到的绝对值除以16(数据点数
32点
÷
2)，然后，考虑汉宁窗处理的影响，使其为2倍。
[0083]
应予说明，硅基板为向下方(未配置lt基板一侧)凸起的形状的情况下，在乘以汉宁窗时，产生不需要的频率成分，因此，按硅基板为上凸的形状的方式由最大值减去各数据，使数据反转，进行计算。
[0084]
将实施例的结果示于图5c及图5d，将比较例的结果示于图6c及图6d。
[0085]
如图5b所示，可知：实施例中，得到lt层的膜厚精度优异的复合基板。
[0086]
产业上的可利用性
[0087]
代表性地，本发明的实施方式所涉及的复合基板能够优选用于弹性表面波元件。
[0088]
符号说明
[0089]
10支撑基板
[0090]
20压电层
[0091]
100复合基板