复合基板、表面弹性波器件及复合基板的制造方法技术

本发明专利技术提供一种不需要发生金属杂质的扩散的高温工艺，散热性优异，并且相对于高频的损耗小的基板的制造方法及高热传导性基板。本发明专利技术的复合基板是具有压电单晶基板、支承基板以及设置在所述压电单晶基板与所述支承基板之间的中间层的复合基板。本发明专利技术的复合基板的特征在于，中间层为由无机材料构成的膜，其至少一部分为热合成二氧化硅。中间层可以沿着复合基板的接合面分为至少2层，与支承基板相接的第一中间层设为含有热合成二氧化硅的层为宜。

Manufacturing Method of Composite Substrate, Surface Elastic Wave Device and Composite Substrate

The invention provides a high temperature process without metal impurity diffusion, a manufacturing method of a substrate with excellent heat dissipation and low loss relative to high frequency, and a high heat conductivity base plate. The composite substrate of the invention is a composite substrate with a piezoelectric single crystal substrate, a supporting substrate and an intermediate layer between the piezoelectric single crystal substrate and the supporting substrate. The composite substrate of the invention is characterized in that the middle layer is a film composed of inorganic materials, and at least part of the film is thermally synthesized silica. The intermediate layer can be divided into at least two layers along the interface of the composite substrate. The first intermediate layer connected with the supporting substrate should be a layer containing thermally synthesized silicon dioxide.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合基板、表面弹性波器件及复合基板的制造方法
本专利技术涉及复合基板、表面弹性波器件及复合基板的制造方法。
技术介绍
近年来，在以智能手机为代表的移动体通信的市场中，通信量急剧增大。在为了应对该问题而增加所需的波段数的过程中，各种部件的小型化、高性能化不可避免地逐渐成为必须。作为普通的压电材料的钽酸锂(LithiumTantalate：有时也简称为LT)或铌酸锂(LithiumNiobate：有时也简称为LN)被广泛用作表面弹性波(SAW)器件的材料，这些材料具有大的机电耦合系数，可实现宽频带化，但是另一方面，具有如下这样的问题点，即：温度稳定性低，由于温度变化导致能够对应的频率发生偏移。这起因于钽酸锂、铌酸锂具有非常高的热膨胀系数。为了减少该问题，提出了在钽酸锂(LT)或铌酸锂(LN)等压电单晶贴合蓝宝石、硅(Si)等膨胀系数小的材料，并通过磨削等将压电单晶侧薄化为几μm～几十μm的方法。图1为对各种材料的热膨胀系数进行对比表示的曲线图。通过贴合膨胀系数小的材料来抑制压电单晶的热膨胀，温度特性得到改善(例如，参照非专利文献1)。但是，该方法存在如下这样的问题，即：由于将薄的压电单晶膜层叠于支承基板，从而在反谐振频带中产生被称为寄生或纹波的噪声。该噪声是由于来自压电单晶膜与支承基板的界面反射而产生的。作为例子，图2示出了由在硅基板上层叠有20μm厚的LT膜的复合基板制成的谐振器中的反射系数(S11)的频谱的实例。在图2中，将频谱的波峰与波谷之差定义为寄生强度(amplitude)。为了解决该问题，提出了几种方法。例如，在非专利文献2中，公开了用1000号的磨削石使LT的贴合面粗糙化，得到算术平均粗糙度(Ra)为300nm的粗糙度后，通过粘合剂与支承基板进行贴合的方法。但是，在该方法中使用有机物粘合剂进行贴合，从可靠性的观点出发存在问题。具体而言，预定在贴合后在基板表面进行图案形成，进行切割，将芯片安装于器件的多个工序，但是在该过程中会反复进行加热到250～400℃的处理。结果，构成粘合剂的有机物发生变质，导致贴合基板的压电晶体膜剥离或产生裂纹这样的问题发生。因此，存在如下方法：在形成有凹凸构造的压电单晶基板形成由无机材料构成的中间层，使得夹着该中间层来接合支承基板。作为用作中间层的无机材料，可例示出SiOx(1.5≤x≤2.5)、Al2O3、AlN、SiN、SiON、Ta2O5等。作为形成该中间层的方法的例子，代表性的是CVD法(chemicalvapordeposition；化学气相沉积法)或以溅射法等为代表的PVD法(Physicalvapordeposition；物理气相沉积法)等。或者，也能够采用将有机硅化合物的溶液涂敷在晶片上，通过热处理使其固化而形成SiO2膜的方法。在通过这些方法沉积无机材料膜之后，需要在一定程度的高温下进行热处理，使从膜内部产生的气体(逸气(outgas))枯竭。这是因为，如果不进行该处理，则在贴合后的后工序中的加热处理反复执行的过程中，在贴合界面附近的沉积膜处产生的气体成分到达贴合界面，有可能从贴合界面引起剥离现象。但是，LT、LN等压电单晶体存在被称为居里温度的极化被破坏的上限温度，为了保持极化状态，不能施加这以上的温度。特别是LT处于600℃附近，即使在该温度以下进行处理也很难将逸气完全消除，因而关于剥离难以确保长期可靠性。另外，中间层所使用的无机材料SiO2的热膨胀系数与LT、LN等压电晶体的热膨胀系数具有较大的差这一点是不能施加高温的另一个原因。LT或LN的热膨胀系数为16ppm左右，SiO2的热膨胀系数为0.5ppm左右，由于该差，若经过高温处理，则会产生裂纹，导致无法进行以后的处理。据专利技术人等所知，在LT单晶基板分别沉积2μm左右的SiO2、Al2O3、AlN、Si3N4、SiON、Ta2O5作为中间层，在施加热处理时，不显著依赖于中间层的材质或沉积方法，在500～600℃左右产生裂纹。作为例子，图3示出了关于通过3种不同的方法制备出模拟中间层的无机材料层的样品，对逸气进行分析而得到的结果。第一个是通过在LT单晶基板利用CVD法沉积5μm的SiO2而形成，并且从室温起实施加热处理直至1000℃时的TDS(Thermaldesorptionspectrometry，热释放谱)分析结果。由该结果可知，逸气的峰值位于500℃附近，之后，持续产生气体直至达到1000℃。第二个是通过旋涂甲基三甲氧基硅烷(溶剂：丙二醇单乙醚)沉积5μm的SiO2而形成，并且实施同样的加热处理时的TDS分析结果。在此也是在500℃附近存在逸气的峰值，并且在600℃以上也继续脱气，在1000℃也继续产生气体。第三个是通过PVD法沉积5μm的SiO2而形成，并且实施了同样的加热处理时的TDS分析结果。这也是在500℃附近存在逸气的峰值，在600℃以上也持续脱气直至达到1000℃。由此可知，在以这些方法沉积的中间层中，脱气需要1000℃或其以上的高温处理。现有技术文献非专利文献非专利文献1：电波新闻高科技2012年11月8日“用于智能手机的RF前端的SAW-Duplexer的温度补偿技术”非专利文献2：2010IEEEInternationalUltrasonicSymposium(IUS2010)，2010Vol.V1.p.637-640“AstudyonTemperature-CompensatedHybridSubstratesforSurfaceAcousticWaveFilters”
技术实现思路
专利技术所要解决的问题本专利技术鉴于上述情况而完成，其目的在于，提供一种即使在贴合后的工序中反复进行加热冷却也难以产生剥离的、以无机材料作为中间层将压电单晶层与支承基板贴合在一起的复合基板。用于解决问题的手段(1)本专利技术的复合基板的特征在于，具有压电单晶基板、支承基板以及设置在所述压电单晶基板与所述支承基板之间的中间层，所述中间层为由无机材料构成的膜，其至少一部分为热合成二氧化硅。本专利技术的专利技术人进行了潜心研究，结果发现，热氧化二氧化硅或合成二氧化硅烧结体等热合成二氧化硅具有能够吸收一定程度的气体的性质。通过如上述结构那样将中间层的至少一部分设为热合成二氧化硅，从而即使中间层的其他部分为脱气不充分的无机材料，也由于热合成二氧化硅对在后工序的加热冷却过程中有可能产生的逸气进行吸收，因此能够难以发生剥离。(2)在本专利技术中，所述中间层可以沿着复合基板的接合面分为至少2层，在这种情况下，与所述支承基板相接的第一中间层设为含有热合成二氧化硅的层为宜。由于在支承基板侧，居里温度等加热温度的制约较少，因此中间层中的与支承基板相接的层能够通过沉积热合成二氧化硅来形成。另一方面，压电单晶基板侧的中间层采用能够通过在居里温度以下的低温下进行沉积而形成的无机材料。在后工序的加热冷却反复执行的过程中，由支承基板侧的热合成二氧化硅吸收有可能从压电基板侧的中间层放出的逸气，因而难以发生剥离。(3)在本专利技术中，支承基板的材质可以为硅基板，在这种情况下，所述热合成二氧化硅通过所述硅基板的热氧化而合成为宜。这样，能够在硅基板的表面形成热氧化层，并将其用作中间层的一部分。另外，能够容易地形成热合成二氧化硅。(4)或者，热合成二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合基板，具有：压电单晶基板；支承基板；以及中间层，其设置在所述压电单晶基板与所述支承基板之间，所述复合基板的特征在于，所述中间层为由无机材料构成的膜，其至少一部分为热合成二氧化硅。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.11 JP 2016-220238;2017.04.28 JP 2017-089661.一种复合基板，具有：压电单晶基板；支承基板；以及中间层，其设置在所述压电单晶基板与所述支承基板之间，所述复合基板的特征在于，所述中间层为由无机材料构成的膜，其至少一部分为热合成二氧化硅。2.根据权利要求1所述的复合基板，其特征在于，所述中间层沿着复合基板的接合面分为至少2层，与所述支承基板相接的第一中间层为含有热合成二氧化硅的层。3.根据权利要求1或2所述的复合基板，其特征在于，所述支承基板的材质为硅基板，所述热合成二氧化硅通过所述硅基板的热氧化而合成。4.根据权利要求1或2所述的复合基板，其特征在于，所述热合成二氧化硅为合成二氧化硅的烧结体。5.根据权利要求1至4中任一项所述的复合基板，其特征在于，所述中间层沿着复合基板的接合面分为至少2层，设置于比与所述支承基板相接的第一中间层更靠所述压电单晶基板侧的第二中间层的材质含有SiOx、Al2O3、AlN、SiN、SiON以及Ta2O5中的至少一种。6.根据权利要求5所述的复合基板，其特征在于，所述第二中间层具有材质不同的至少2个层。7.根据权利要求2至6中任一项所述的复合基板，其特征在于，所述第一中间层的厚度为20nm以上。8.根据权利要求2至7中任一项所述的复合基板，其特征在于，所述第二中间层的厚度为25μm以下。9.根据权利要求1至8中任一项所述的复合基板，其特征在于，在所述支承基板的背面还具备热合成二氧化硅层。10.根据权利要求2至9中任一项所述的复合基板，其特征在于，所述第一中间层和所述第二中间层夹着厚度为50nm以下的第三中间层而接合，所述第三中间层由非晶硅构成。11.根据权利要求1至10中任一项所述的复合基板，其特征在于，所述中间层的厚度为8μm以下。12.根据权利要求11所述的复合基板，其特征在于，所述中间层的厚度为7μm以下。13.根据权利要求1至12中任一项所述的复合基板，其特征在于，所述压电单晶的厚度为20μm以下。14.根据权利要求1至13中任一项所述的复合基板，其特征在于，所述压电单晶与所述中间层之间的界面为凹凸构造。15.一种表面弹性波器件，其包含权利要求1至14中任一项所述的复合基板。16.根据权利要求15所述的表面弹性波器件，其特征在于，所述压电单晶的厚度为表面弹性波的波长的1.0倍以上且3.5倍以下。17.一种复合基板的制造方法，具备：在支承基板的表面形成含有热合成二氧化硅的第一中间层的工序；在压电单晶基板的表面形成含有无机材料的第二中间层的工序；使所述第二中间层的表面平坦化的工序；以及将所述第一中间层的表面与所述第二中间层的平坦化后的表面进行贴合的工序。18.根据权利要求17所述的复合基板的制造方法，其特征在于，还具备使所述第一中间层的表面平坦化的工序。19.根据权利要求17或18所述的复合基板的制造方法，其特征在于，还具备在所述压电单晶基板的表面形成凹凸的工序。20.根据权利要求17至19中任一项所述的复合基板的制造方法，其特征在于，所述第一中间层为对通过化学气相沉积法沉积的二氧化硅层在800℃以上进行烧结而成的热合成二氧化硅层。21.根据权利要求17至19中任一项所述的复合基板的制造方法，其特征在于，所述第一中间层为对通过物理气相沉积法沉积的二氧化硅层在800℃以上进行烧结而成的热合成二氧化硅层。22.根据权利要求17至19中任一项所述的复合基板的制造方法，其特征在于，所述第一中间层为涂敷有机硅化合物的溶液并...

【专利技术属性】
技术研发人员：秋山昌次，丹野雅行，
申请(专利权)人：信越化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP