復(fù)合基板及其制法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明的復(fù)合基板是壓電基板與支承基板介由含Ar的非晶層接合而成的復(fù)合基板，所述壓電基板為鉭酸鋰或鈮酸鋰的單晶基板，所述支承基板為硅的單晶基板。非晶層從壓電基板向著復(fù)合基板，具有第1層、第2層及第3層。其中，第1層比第2層及第3層含有更多的構(gòu)成壓電基板的元素（Ta等），第3層比第1層及第2層含有更多的構(gòu)成支承基板的元素（Si），第2層比第1層及第3層含有更多的Ar。
【專(zhuān)利說(shuō)明】復(fù)合基板及其制法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明關(guān)于復(fù)合基板及其制法。
【背景技術(shù)】
[0002]彈性表面波元件(SAW元件)被廣泛用作手機(jī)等通信機(jī)器中的帶通濾波器。此種SAW元件，使用例如，鉭酸鋰(LT)和鈮酸鋰(LN)等的壓電基板與藍(lán)寶石和硅等的支承基板相接合而成的復(fù)合基板而制作。LT和LN等的壓電基板，由于機(jī)電耦合系數(shù)大，因此對(duì)實(shí)現(xiàn)寬帶的濾波器特性是有利的，但存在溫度穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。另一方面，藍(lán)寶石和硅等的支承基板，雖然溫度穩(wěn)定性良好，但存在機(jī)電耦合系數(shù)小的缺點(diǎn)。對(duì)此，將兩者接合的復(fù)合基板，具有較大的機(jī)電耦合系數(shù)和良好的溫度穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)。
[0003]專(zhuān)利文獻(xiàn)I中，作為此種復(fù)合基板，公開(kāi)了通過(guò)惰性氣體或氧離子束、中和束或等離子體令壓電基板與支承基板的接合面活性化后，將兩基板在常溫下或100°c以下的加熱處理下接合而成的復(fù)合基板。此外也公開(kāi)有，接合后，通過(guò)實(shí)施200°c以下的較低溫的退火處理，令兩基板間的接合強(qiáng)度進(jìn)一步提升。另外還公開(kāi)有，通過(guò)Ar原子的照射束令兩基板的接合面活性化后將兩基板的接合面相互貼合的話，則形成基板間具有非晶層的復(fù)合基板。此種基板間具有非晶層的復(fù)合基板，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中也有公開(kāi)。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0004]【專(zhuān)利文獻(xiàn)I】日本專(zhuān)利特開(kāi)2004-343359號(hào)公報(bào)【專(zhuān)利文獻(xiàn)2】日本專(zhuān)利特開(kāi)2005-252550號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]但是，上述的專(zhuān)利文獻(xiàn)1、2的復(fù)合基板中，非晶層僅由I層形成或最多由2層形成，因此存在兩基板間的接合強(qiáng)度不充分的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明為解決此種課題而作，主要目的是充分提高壓電基板與支承基板相接合而成的復(fù)合基板中的兩基板間的接合強(qiáng)度。
[0007]本發(fā)明的復(fù)合基板，
是壓電基板與支承基板介由含Ar的非晶層接合而成的復(fù)合基板，所述壓電基板為鉭酸鋰或鈮酸鋰的單晶基板，所述支承基板為硅的單晶基板，
所述非晶層從所述壓電基板向著所述復(fù)合基板，具有第I層、第2層及第3層，所述第I層比所述第2層及所述第3層 含有更多的構(gòu)成所述壓電基板的元素，所述第3層比所述第I層及所述第2層含有更多的構(gòu)成所述支承基板的元素，所述第2層比所述第I層及所述第3層含有更多的Ar。
[0008]根據(jù)該復(fù)合基板，較之于例如，含有Ar的非晶層由2層構(gòu)成的情況，可以充分提高兩基板間的接合強(qiáng)度。其原因目前尚不確定，但可認(rèn)為是含有Ar的非晶層的3層結(jié)構(gòu)對(duì)接合強(qiáng)度有幫助。[0009]本發(fā)明的復(fù)合基板中，所述非晶層的厚度優(yōu)選為4nm?12nm。這樣的話，可以確保4000C以上的耐熱性。此時(shí)，非晶層所含的Ar優(yōu)選為3atm%?14atm%。
[0010]本發(fā)明的復(fù)合基板中，優(yōu)選所述第3層比所述第I層及所述第2層的厚度厚。實(shí)際制作的復(fù)合基板為第3層比第I層及第2層厚的結(jié)構(gòu)，被認(rèn)為有助于接合強(qiáng)度的提升。此時(shí)，第3層也可以厚于第I層厚度與第2層厚度之和。
[0011]本發(fā)明的復(fù)合基板，優(yōu)選Fe的含有率在檢測(cè)限以下(不足0.latmG/oXFe混入的話，有時(shí)會(huì)對(duì)使用復(fù)合基板制作的SAW元件等設(shè)備產(chǎn)生壞的影響，因此不理想。例如，F(xiàn)e混入的話，有時(shí)電場(chǎng)會(huì)泄漏，能量會(huì)擴(kuò)散。
[0012]本發(fā)明的復(fù)合基板中，作為壓電基板，使用鉭酸鋰或鈮酸鋰的單晶基板。此外，壓電基板的大小并無(wú)特別限定，例如，直徑為50mm?150mm,厚度為10 μ m?50 μ m。作為支承基板，使用硅的單晶基板。此外，支承基板的大小并無(wú)特別限定，例如，直徑為50mm?150mm,厚度為100 μ m?500 μ m。非晶層優(yōu)選從壓電基板向著復(fù)合基板,具有第I層、第2層及第3層。第I?第3層均含有Ar。第I層比第2層及第3層含有更多的構(gòu)成壓電基板的元素(Ta、Nb等)，第3層比第I層及第2層含有更多的構(gòu)成支承基板的元素(Si)，第2層比第I層及第3層含有更多的Ar。
[0013]本發(fā)明的復(fù)合基板的制法，包括:
(a)準(zhǔn)備鉭酸鋰或鈮酸鋰的單晶基板即壓電基板、硅的單晶基板即支承基板的工序，
(b)在真空中向所述壓電基板的接合面及所述支承基板的接合面照射Ar中性原子束的工序，
(c)冷卻所述壓電基板及所述支承基板的工序，
(d)令所述壓電基板的束照射面與所述支承基板的束照射面接觸，加壓而接合兩基板的工序，
Ce)接合后，將所述壓電基板研磨加工至規(guī)定厚度，然后以超過(guò)200°C的溫度進(jìn)行退火的工序。
[0014]根據(jù)該復(fù)合基板的制法，可以比較容易地制作上述的本發(fā)明的復(fù)合基板。
[0015]工序(a)中，作為壓電基板，準(zhǔn)備例如，36°旋轉(zhuǎn)Y切割X傳播LT基板，42°旋轉(zhuǎn)Y切割X傳播LT基板，X切割112.2°旋轉(zhuǎn)Y傳播LT基板，127.86°旋轉(zhuǎn)Y切割X傳播LN基板，Y切割Z傳播LN基板，64°旋轉(zhuǎn)Y切割X傳播LN基板等。此外，作為支承基板，準(zhǔn)備例如，通過(guò)提拉法或浮區(qū)法制作的單晶Si基板。
[0016]工序(b)中，使用Ar中性原子束。使用Ar離子束的話，存在真空腔的材料(例如Fe和Cr等)混入接合面、非晶層無(wú)法成為3層結(jié)構(gòu)的擔(dān)憂，因此不理想。
[0017]工序(C)中，冷卻壓電基板及支承基板。不冷卻而接合時(shí)，由于兩基板是在熱膨脹差較大的狀態(tài)下接合，因此接合后容易剝離。優(yōu)選將壓電基板及支承基板冷卻到20?500C，更優(yōu)選冷卻到20?30°C。
[0018]工序(d)中，令壓電基板的束照射面與支承基板的束照射面接觸，加壓而使兩基板接合。加壓時(shí)的壓力，考慮基板的大小等適當(dāng)設(shè)定即可。
[0019]工序(e)中，將壓電基板研磨加工至規(guī)定厚度(例如10?50 μ m),然后以超過(guò)200°C的溫度進(jìn)行退火。這樣可以降低熱應(yīng)力的發(fā)生。此外，兩基板的接合強(qiáng)度也會(huì)提升。退火溫度優(yōu)選為240?280°C，更優(yōu)選250?270°C。該工序(e)中，優(yōu)選在接合后研磨加工前，以80°C以上的溫度(優(yōu)選80~110°C的溫度)進(jìn)行退火。這樣的話，接合強(qiáng)度進(jìn)一步提升。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]【圖1】實(shí)施例1的復(fù)合基板的TEM的截面照片。
【圖2】構(gòu)成實(shí)施例1的復(fù)合基板的LT基板的EDX的圖表。
【圖3】構(gòu)成實(shí)施例1的復(fù)合基板的非晶層第I層的EDX的圖表。
【圖4】構(gòu)成實(shí)施例1的復(fù)合基板的非晶層第2層的EDX的圖表。
【圖5】構(gòu)成實(shí)施例1的復(fù)合基板的非晶層第3層的EDX的圖表。
【圖6】構(gòu)成實(shí)施例1的復(fù)合基板的Si基板的EDX的圖表。
【圖7】比較例I的復(fù)合基板的TEM的截面照片。
【圖8】構(gòu)成比較例I的復(fù)合基板的LT基板的EDX的圖表。
【圖9】構(gòu)成比較例I的復(fù)合基板的非晶層第I層的EDX的圖表。
【圖10】構(gòu)成比較例I的復(fù)合基板的非晶層第2層的EDX的圖表。 【圖11】構(gòu)成比較例I的復(fù)合基板的Si基板的EDX的圖表。
【圖12】裂紋張開(kāi)法的說(shuō)明圖。
【具體實(shí)施方式】
【實(shí)施例】
[0021][實(shí)施例1]
準(zhǔn)備兩面為鏡面的厚度230 μ m的LT基板、和兩面為鏡面的厚度250 μ m的Si基板。作為L(zhǎng)T基板，使用以彈性表面波的傳播方向的X軸為中心、從Y軸向Z軸旋轉(zhuǎn)42°的42°旋轉(zhuǎn)Y切割X傳播LT基板(42° Y-X LT)。將各個(gè)基板的接合面洗凈去除表面臟污后，導(dǎo)入真空腔。在10_6Pa左右的真空中，向各個(gè)基板的接合面照射70sec的高速Ar中性原子束(加速電壓lkV，Ar流量60SCCm)。照射后，直接放置10分鐘，將各基板冷卻到26~28°C。然后令LT基板的束照射面與Si基板的束照射面接觸后，以4.90kN加壓2分鐘，接合兩基板。接合后，將LT基板研磨加工至厚度為30μπι，然后以260°C進(jìn)行退火，得到復(fù)合基板。
[0022]切斷該復(fù)合基板，用TEM (透射電子顯微鏡)觀察截面。其結(jié)果如圖1所示。圖1中非晶層的厚度為7nm。非晶層從LT基板向著Si基板，具有第I層、第2層、第3層。此外，第3層比第I層及第2層厚。對(duì)于LT基板、構(gòu)成非晶層的第I~第3層及Si基板，以EDX進(jìn)行組成分析、元素分析。組成分析的結(jié)果如圖2~圖6所示。圖2~圖6中，“點(diǎn)η”(η為I~5的整數(shù))表示圖1的“*η”的位置。在這點(diǎn)上后述的表1也相同。從組成分析的結(jié)果可明確，第I~第3層均檢出了 Ar。另外，圖2~圖6中的Mo的峰值來(lái)自于試樣架。此外，兀素分析的結(jié)果如表1所不。從表1可以明確，Ar原子在第I層中含有5atm%,第2層中含有9atm%，第3層中含有3atm%。此外，F(xiàn)e原子均未檢出。另外，非晶層整體中含有8atm%的Ar原子。此外，將從復(fù)合基板切下的2mm見(jiàn)方的小片在熱板上加熱。從室溫開(kāi)始徐徐加熱，加熱至超過(guò)300°C，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋、剝落等破損。由于熱板難以再加熱至更高的溫度，因此將小片投入急速退火爐內(nèi)急速加熱至400°C。從爐中取出時(shí)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)小片有任何破損。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合基板，是壓電基板與支承基板介由含Ar的非晶層接合而成的復(fù)合基板，所述壓電基板為鉭酸鋰或鈮酸鋰的單晶基板，所述支承基板為硅的單晶基板， 所述非晶層從所述壓電基板向著所述復(fù)合基板，具有第I層、第2層及第3層，所述第I層比所述第2層及所述第3層含有更多的構(gòu)成所述壓電基板的元素，所述第3層比所述第I層及所述第2層含有更多的構(gòu)成所述支承基板的元素，所述第2層比所述第I層及所述第3層含有更多的Ar。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合基板，其中，所述非晶層的厚度為4nm?12nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合基板，其中，所述第3層的厚度比所述第I層及所述第2層厚。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任意一項(xiàng)所述的復(fù)合基板，其中，F(xiàn)e的含有率在檢測(cè)限以下。
5.一種復(fù)合基板的制法，包括: (a)準(zhǔn)備鉭酸鋰或鈮酸鋰的單晶基板即壓電基板、硅的單晶基板即支承基板的工序， (b)在真空中向所述壓電基板的接合面及所述支承基板的接合面照射Ar中性原子束的工序， (c)冷卻所述壓電基板及所述支承基板的工序， (d)令所述壓電基板的束照射面與所述支承基板的束照射面接觸，加壓而接合兩基板的工序， (e )接合后，將所述壓電基板研磨加工至規(guī)定厚度，然后以超過(guò)200 V的溫度進(jìn)行退火的工序。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合基板的制法，其中，所述工序(e)中，在接合后研磨加工前，以80°C以上的溫度進(jìn)行退火。
【文檔編號(hào)】H03H3/08GK103999366SQ201380003307
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月14日
【發(fā)明者】堀裕二, 多井知義, 巖崎康范, 山寺喬纮, 服部良祐, 鈴木健吾 申請(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社, Ngk陶瓷設(shè)備株式會(huì)社