專利名稱：復(fù)合壓電基板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合壓電基板的制造方法，更詳細(xì)地，涉及具有壓電膜的復(fù)合壓電基板的制造方法。
背景技術(shù)：
近年，利用極薄壓電體(極薄壓電膜)的濾波器等的開發(fā)正活躍進(jìn)行著。雖然一般對這些濾波器等極薄壓電膜采用由濺射法和CVD法等堆積法形成的AlN薄膜和ZnO薄膜， 但是每一個的C軸都是在基板上下排列的C軸取向膜。另一方面，也提出有如下方案，S卩，將壓電體的單晶體基板粘貼在支撐基板上后， 通過采用研磨來對壓電體的單晶體基板進(jìn)行薄化，從而制造具有壓電膜的復(fù)合壓電基板。例如，在圖6的剖面圖所示的彈性表面波裝置100中，由形成有勵磁電極105的單晶體構(gòu)成的壓電基板101在隔著玻璃層108預(yù)先與保護(hù)基板103相接合的狀態(tài)下被研磨而被薄板化(例如，參照專利文獻(xiàn)1和非專利文獻(xiàn)1)。此外，提出有如下方案，S卩，在壓電基板中注入氫離子，將壓電基板和支撐基板置于濕潤氣氛下，并在各個基板表面形成親水基后，粘貼壓電基板和支撐基板，之后，進(jìn)行高速加熱，按照離子注入的深度來分割壓電基板從而得到壓電薄膜(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。專利文獻(xiàn)1 JP特開2002-16468號公報專利文獻(xiàn)2 JP特表2002-5；34885號公報非專利文獻(xiàn)1 :Y. Osugi et al,"Single crystal FBAR with LiNb03 and LiTa03 piezoelectric substance layers，，，2007 IEEE MTT-S International Microwave Symposium, p. 873-876但是，根據(jù)用于取得取向膜的成膜溫度和成膜條件等，采用堆積法形成的壓電膜的材料制約嚴(yán)格，主要利用A1N。此外，由于也無法控制晶體軸的取向方向，而主要采用C軸取向軸，所以使壓電軸傾斜而弓I起的振動模式的工序較難。另一方面，對研磨壓電體的單晶體基板后而形成的壓電膜來說，由于大部分的壓電單晶體作為研磨屑而被廢棄，所以材料的利用效率較差。并且，由于壓電膜的厚度受研磨速度的偏差、研磨前的基板的彎曲影響，所以難以進(jìn)行控制來得到均勻的厚度，從而生產(chǎn)性較差。在專利文獻(xiàn)2中，采用基于親水基的接合。在該接合方法中，在壓電基板表面和支撐基板表面形成親水基，隔著該親水基進(jìn)行接合。由于基于該親水基的接合極其微弱，所以為了得到強固的接合，需要經(jīng)過在能分解親水基的溫度(例如400°C )下進(jìn)行加熱，使氫 (H)從親水基(OH)中脫離，從而強固壓電基板表面和支撐基板表面的鍵合(bond)的工序。但是，由于接合后脫離出氫氣體，氣體聚集在接合界面上，或形成微腔(microcavity)，或殘留于壓電晶體中而不能充分去除氫氣體，從而使晶體構(gòu)造破損，產(chǎn)生壓電性惡化這樣的問題。由于微腔和晶體破壞而導(dǎo)致的接合界面的不均一，當(dāng)應(yīng)用于表面波濾波器和體波(bulk wave)濾波器時，引起彈性散射(elastic scattering)和由吸音而導(dǎo)致的發(fā)熱，成為引發(fā)濾波器的插入損失的惡化和發(fā)熱導(dǎo)致的耐電力性能惡化的主要原因。特別地，在采用作為Li系壓電材料的LiTaO3或LiNbO3的情況下，一旦殘留有氫， 則Li離子位的Li就和氫發(fā)生置換，易于產(chǎn)生壓電性的惡化。例如，采用鉭酸鋰(lithium tantalate)或鈮酸鋰(lithium niobate)基板作為壓電基板，并且采用鉭酸鋰或鈮酸鋰基板作為支撐基板，通過CMP (化學(xué)機械研磨)來對壓電基板和支撐基板的表面進(jìn)行平滑化，之后將壓電基板和支撐基板暴露在濕潤氣氛下而形成親水基，使基板表面彼此相接進(jìn)行粘貼，進(jìn)行基于親水基的弱接合，并在500°C下加熱1 小時后分解親水基進(jìn)行強固接合。采用這種方法接合的復(fù)合壓電基板，在進(jìn)行了基于親水基的弱接合之后，在500°C下加熱之前，通過施加外力在接合界面中容易發(fā)生剝離。另一方面，500°C下加熱后，雖然強化了接合，但是在接合界面中會到處形成可見大小的腔。此外， 如果在TEM(透過型電子戰(zhàn)爭顯微鏡)下觀察接合界面的晶體排列，就觀察到數(shù)十nm的腔和晶體排列的混亂。更進(jìn)一步地，如果采用非線性介電常數(shù)顯微鏡，注入H離子，在400°C下加熱，并調(diào)查LiTaO3的極化狀態(tài)時，可知最初排列好的極化極性在區(qū)域單位下局部發(fā)生反轉(zhuǎn)，壓電性發(fā)生惡化。如果在溫度更高的500°C下加熱，則壓電性惡化更加顯著。本發(fā)明鑒于這樣的實際情況，提供一種能夠有效利用壓電體材料來形成均勻厚度的極薄壓電膜的復(fù)合壓電基板的制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供以下結(jié)構(gòu)的復(fù)合電壓基板的制造方法。復(fù)合壓電基板的制造方法包括(a)第1工序，準(zhǔn)備壓電體基板和支撐基板；(b) 第2工序，從上述壓電體基板的表面注入離子，在上述壓電體基板內(nèi)在距離上述表面規(guī)定深度的區(qū)域中形成缺陷層；(c)清凈活性化工序，對形成了上述缺陷層的上述壓電體基板的表面和上述支撐基板的表面中的至少一個，去除附著在該表面中的雜質(zhì)，使構(gòu)成該表面的原子直接露出并活性化；(d)第3工序，在上述清凈活性化工序后，在上述壓電體基板的上述表面上接合上述支撐基板，形成基板接合體；(e)第4工序，采用形成于上述壓電體基板內(nèi)的上述缺陷層來分離上述基板接合體，從上述壓電體基板剝離上述壓電體基板的上述表面和上述缺陷層之間的剝離層，形成與上述支撐基板相接合的復(fù)合壓電基板；(f)第5工序，對上述復(fù)合壓電基板的上述剝離層的表面進(jìn)行平滑化。由上述方法制造接合了壓電體基板的剝離層的復(fù)合壓電基板，就能夠在復(fù)合壓電基板的表面形成極薄的壓電體(極薄壓電膜)。例如，能夠采用單晶體的壓電體基板，制造具有壓電體的極薄單晶體膜的復(fù)合壓電基板。根據(jù)上述方法，能夠在復(fù)合壓電基板的制造中再次利用剝離層被剝離后的壓電體基板。能夠由1片壓電體基板制造大量復(fù)合壓電基板，與研磨壓電基板來形成壓電膜的情況相比，由于廢棄壓電體材料的量減少，所以能夠減少高價的壓電體的使用量。此外，由于剝離層的厚度由注入離子時的能量決定，而不像研磨那樣由基板的彎曲來影響壓電體的厚度，所以在極薄的情況下也能夠達(dá)到均一。因此，能得到表面具有均一厚度的極薄壓電膜的復(fù)合壓電基板。優(yōu)選在上述第2工序之后且在上述清凈活性化工序之前或其之后，更優(yōu)選在上述第5工序之后，還包括極化處理工序，該極化處理工序進(jìn)行上述復(fù)合壓電基板的上述剝離層的極化處理。這種情況下，就避免了極化處理工序中在壓電體基板的表面激發(fā)的焦電荷所造成的離子注入加工(劑量、注入深度)的偏差、基板的破損。優(yōu)選在上述第3工序中，注入離子時，在與自發(fā)極化的上述壓電體基板的構(gòu)成原子進(jìn)行移位(shift)的方向相同的方向上注入離子。這種情況下，能夠針對壓電體基板抑制由于離子注入而導(dǎo)致的壓電性的惡化。此外，由于是不采用基于清凈活性化工序的OH基的接合，而不是采用基于親水化處理的OH基的接合，所以不必分離殘留在接合界面中的氫。因此，不需要為了分解親水基而進(jìn)行高溫長時間的加熱，此外，接合界面沒有氣體產(chǎn)生，也不形成微腔，在壓電晶體中不殘留氫氣體。因此，能夠抑制晶體構(gòu)造的破損和壓電性的惡化。特別地，在采用作為Li系壓電材料的LiTaO3和LiNbO3時，不會產(chǎn)生由氫殘留導(dǎo)致的Li離子位的Li和氫的交換，所以能夠維持壓電性。利用在由上述方法制造的復(fù)合壓電基板上形成的壓電體基板的剝離層的極薄壓電體，能夠形成彈性表面波元件、彈性邊界波元件、體波元件、板波元件等彈性波元件。在具有這些彈性波元件的電子部件的制造中，如果采用由上述方法制造的復(fù)合壓電基板，就能夠削減高價的壓電體基板的使用量。此外，本發(fā)明提供如下構(gòu)成的復(fù)合壓電基板的制造方法。復(fù)合壓電基板的制造方法包括(1)第1工序，準(zhǔn)備壓電體基板和支撐基板；(2) 第2工序，從上述壓電體基板的表面注入離子，在上述壓電體基板內(nèi)在距離上述表面規(guī)定深度的區(qū)域中形成缺陷層；C3)第3工序，在上述壓電體基板的上述表面上接合上述支撐基板，形成基板接合體；(4)第4工序，采用形成于上述壓電體基板內(nèi)的上述缺陷層來分離上述基板接合體，從上述壓電體基板剝離上述壓電體基板的上述表面和上述缺陷層之間的剝離層，形成與上述支撐基板相接合的復(fù)合壓電基板；( 第5工序，對上述復(fù)合壓電基板的上述剝離層的表面進(jìn)行平滑化；(6)第6工序，在上述第2工序之后且上述第3工序之前或其之后，進(jìn)行上述復(fù)合壓電基板的上述剝離層的極化處理。根據(jù)上述方法，即使由于離子注入而極性產(chǎn)生反轉(zhuǎn)，也能夠修復(fù)。根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合壓電基板的制造方法，能夠有效利用壓電體材料，形成均勻厚度的極薄壓電膜。


圖1是表示復(fù)合壓電基板的制造工序的剖面圖。(實施例1)圖2是表示BAW設(shè)備的制造工序的剖面圖。(實施例2)圖3是表示BAW設(shè)備的制造工序的剖面圖。(實施例3)圖4是BAW設(shè)備的剖面圖。(實施例3)圖5是表示SAW設(shè)備的制造工序的剖面圖。(實施例1)
圖6是表示彈性表面波裝置的剖面圖。(現(xiàn)有例)符號說明2壓電體基板3剝離層4缺陷層10、IOx支撐基板30、30a復(fù)合壓電基板
具體實施例方式以下，參照圖1 圖5說明本發(fā)明的實施方式。<實施例1>參照圖1、圖5說明實施例1的SAW (surface acoustic wave 彈性表面波)設(shè)備的制造方法。首先，參照圖1說明SAW設(shè)備中采用的復(fù)合壓電基板30的制造工序。圖1是表示復(fù)合壓電基板30的制造工序的剖面圖。(工序1)如圖1(a-Ι)及(a_2)所示，準(zhǔn)備壓電體基板2和支撐基板10。例如，準(zhǔn)備42° Y切割LiTaO3基板作為壓電體基板2，準(zhǔn)備Si基板作為支撐基板10。對各個基板 2、10的表面加、10￡1預(yù)先進(jìn)行鏡面研磨。(工序幻接著，如圖1(b)所示，如箭頭8所示，向壓電體基板2的表面加注入離子，在壓電體基板2內(nèi)在距離表面加規(guī)定深度的區(qū)域中，形成由虛線示意性地示出的缺陷層4。例如，向LiI^aO3壓電體基板2注入H+離子。注入能量為150KeV，劑量為9 X IO16CnT1tj 此時，就形成缺陷層4，在該缺陷層4中，H+離子分布于距離壓電體基板2的表面加約1 μ m 左右的深度處。(洗凈活性化工序)將壓電體基板2和支撐基板20放入減壓室，對各自表面2a、 IOa束照射Ar離子，去除附著在表面2a、IOa上的親水基、氫、氧化被膜等雜質(zhì)。去除雜質(zhì)后的表面加、IOa直接露出構(gòu)成基板2、10的原子，對其進(jìn)行活性化。這樣，一旦進(jìn)行了清凈活性化后的表面2a、IOa彼此在真空中接觸，則元素彼此間結(jié)成直接鍵合(bond)，能得到強固的接合。由于接合界面中不存在雜質(zhì)，所以不必在接合后去除雜質(zhì)，也能夠抑制接合界面附近的晶體的破損。(工序3)接著，如圖1(c)所示，對壓電體基板2的表面加和支撐基板10的表面 IOa進(jìn)行接合，形成基板接合體40。在LiTaO3壓電體基板2和Si支撐基板10的情況下，由于線熱膨脹系數(shù)不同，所以優(yōu)選在常溫下，由等離子體對基板表面加、IOa進(jìn)行活性化，進(jìn)行在真空中接合的常溫直接接合。接合了 LiTaO3壓電體基板2和Si支撐基板10之后，在500°C下加熱。由此，在距離注入了 H+離子后的LiTaO3壓電體基板2的表面加為1 μ m深度的缺陷層4，沿著表面加產(chǎn)生微腔，通過加熱而該腔成長。另外，在接合界面中，可以為了強化元素彼此的鍵合而配置微量(數(shù)nm)的狗等金屬元素。金屬元素易于通過大氣中的氧化反應(yīng)等而受到污染。因此，金屬離子的堆積優(yōu)選在進(jìn)行接合的、減壓至真空的腔室內(nèi)，在接合即將開始之前進(jìn)行。
(工序4)接著，如圖1(d)所示，采用形成在壓電體基板2內(nèi)的缺陷層4來分離基板接合體40的壓電體基板2和支撐基板10，從壓電體基板2剝離壓電體基板2的表面加和缺陷層4之間的剝離層3，從而形成與支撐基板10相接合的復(fù)合壓電基板30。例如，由于沿著形成于距離LiTaO3壓電體基板2的表面加為1 μ m深度的缺陷層 4中的微腔進(jìn)行分離，所以分離成1 μ m厚度的LiTaO3薄膜的剝離層3與支撐基板10的表面IOa相接合的復(fù)合壓電基板30、和從表面加側(cè)剝離了 LiTaO3薄膜的剝離層3的LiTaO3 壓電體基板2。(工序5)接著，如圖l(e-l)及(e_2)中示意性所示，對形成了凹凸的破裂面即壓電體基板2和復(fù)合壓電基板30的表面2a、3a進(jìn)行研磨，并如圖l(f-l)及(f_2)所示，對壓電體基板2和復(fù)合壓電基板30的表面業(yè)、1進(jìn)行平滑化。例如，LiTaO3薄膜的剝離層3出現(xiàn)破裂面的復(fù)合壓電基板30的表面3a、和剝離了 LiTaO3薄膜的剝離層3后的LiTaO3壓電體基板2的表面2a成為RMS(root mean square) 下Inm左右的粗糙面，所以通過CMP (chemical-mechanical polishing 化學(xué)機械研磨)從表面2a、3a研磨并去除厚度IOOnm左右，從而平滑化。(工序6)為了針對將表面3k平滑化后的復(fù)合壓電基板30修正剝離層3的壓電體的極化反轉(zhuǎn)，來進(jìn)行極化處理。例如，針對將表面3a平滑化后的LiTaO3薄膜的剝離層3，在 400°C下進(jìn)行施加5ms、22kV的脈沖電壓的極化處理。使構(gòu)成壓電體晶體的原子的一部分帶正電或負(fù)電，進(jìn)行離子化。對該離子化后的原子，例如施加電場后，帶正電的離子在晶體內(nèi)向陰極側(cè)稍微移位，帶負(fù)電的離子在晶體內(nèi)向陽極側(cè)稍微移位，產(chǎn)生電偶極子(電気雙板子，dipole)。這種現(xiàn)象稱為電極化(electric polarization)。即使停止施加電場也能維持極化狀態(tài)的晶體也存在，這種狀態(tài)如前所述稱為自發(fā)極化(spontaneous polarization)。一旦在自發(fā)極化的壓電體晶體中以高能量注入大量的離子，則該離子的移位狀態(tài)就發(fā)生變化，極化的極性進(jìn)行反轉(zhuǎn)。部分的極化的反轉(zhuǎn)會引起壓電性的惡化，所以不優(yōu)選。因此，能夠通過在注入離子后進(jìn)行極化處理來修復(fù)極化的反轉(zhuǎn)。例如，在LiNbO3W 情況下，在700°C的加熱氣氛下施加22kV/mm的電場。極化處理優(yōu)選在剝離工序后進(jìn)行，考慮到支撐基板、電極的熔點和熱膨脹系數(shù)差，溫度在200 1200°C下進(jìn)行。由于溫度越高， 矯頑電場(coercive electric field)越降低，所以能夠較低地抑制施加的電場。此外，由于如果在1 μ s 1分的范圍中斷續(xù)施加電場，則能夠抑制由于直流電場導(dǎo)致的對晶體的損害，所以優(yōu)選。此外，為了緩和由于離子注入而受到的晶體的形變，優(yōu)選在200°C以上進(jìn)行加熱。為了避免極化的消除，用于得到晶體形變的加熱溫度比居里溫度低100°C以上。另外，極化反轉(zhuǎn)等的壓電性的惡化能夠通過工序6的極化處理來恢復(fù)，但是由于給晶體施加負(fù)擔(dān)，所以優(yōu)選極力抑制至工序6之前的極化反轉(zhuǎn)等的壓電性惡化。此外，由于晶體材料和晶體方位(crystal orientation)的不同，也存在極化處理較難的壓電體，所以至工序6之前的壓電性惡化的抑制策略也很重要。極化是通過離子化后的壓電晶體的構(gòu)成元素稍微進(jìn)行移位而產(chǎn)生的。一般，用于稍微移位的能量比構(gòu)成元素從晶體單位偏離的能量小。因此，通過從與顯示出自發(fā)極化的離子的移位方向相同的方向注入離子，能夠抑制自發(fā)極化的極性反轉(zhuǎn)發(fā)生。例如，LiTaO3和LiNbO的情況下，由于Li離子或Ta離子、Nb離子在+C軸方向稍微移位，所以優(yōu)選從-C軸側(cè)向+C軸側(cè)注入離子。另外，如果將離子的注入方向與C軸構(gòu)成的角度θ設(shè)為-90° < θ+90°的范圍，則具有效果。此外，在工序4中，剝離優(yōu)選在壓電體的居里溫度以下進(jìn)行。一旦超過居里溫度， 則由于極化暫時開放，所以壓電性發(fā)生惡化。根據(jù)本申請發(fā)明者的知識，在工序4中，由缺陷層剝離所需加熱溫度為500 600°C。一般，供給電子部件用的LiTaO3晶片(wafer)，居里溫度低至600°C左右，剝離所需加熱溫度和居里溫度相接近。由此，壓電性易于惡化。在LiTaO3和LiNbO3中，當(dāng)Li相對 Ta 和 Nb 的組成比 χ 為 48. 0%彡 χ 彡 49. 5%時，稱為相同(congruent composition 二 > 夂^- >卜組成)組成，在大量供給的晶片中用作上述的電子部件用壓電基板。另一方面， 組成比為49. 5%^ χ ( 50. 5%時，稱為化學(xué)計量比(stoichiometric 7卜4矢才)組成。 在LiTaO3的情況下，同成分組成情況下的居里溫度低至590 650°C，化學(xué)計量比組成情況下的居里溫度為660 700°C。因此，當(dāng)采用LiTaO3時，由于設(shè)Li相對于Ta的組成比為 49. 5%^ χ ( 50. 5%時的化學(xué)計量比組成能夠抑制工序4中加熱時的壓電性惡化，所以優(yōu)選。另外，當(dāng)采用LiNbO3時，同成分組成情況下為1100 1180°C，化學(xué)計量比組成情況下為1180 12000C ο此外，在工序4中，當(dāng)壓電體如LiI^aO3和LiNbO3那樣具有焦熱電 (pyroelectricity)時，通過升溫和降溫在基板表面上積蓄電荷。在表面積蓄的電荷所產(chǎn)生的電場如果增加到超過與極化方向相反方向的壓電體的矯頑電場(coercive electric field)，則極化反轉(zhuǎn)，壓電性發(fā)生惡化。在工序4中升溫和降溫中的任一個，由于從與極化相反方向增加電場，因此壓電性易于發(fā)生惡化。本申請發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，通過提高壓電體的導(dǎo)電率，并且設(shè)置溫度變化的速度，以使由焦電荷產(chǎn)生的電場成為壓電體的矯頑電場以下，從而能夠抑制壓電性的惡化。在實施例1中，采用提高LiTaO3的導(dǎo)電率使其成為4X K^S/cm的處理后的晶片， 在工序4中，通過降低升溫以及降溫的速度，使表面電位為200V以下，從而能夠抑制壓電性的惡化。提高LiTaO3和LiNbO3的導(dǎo)電率的處理已知有如下方法如特開2004_3觀712那樣在低氧氣氛下進(jìn)行高溫退火；如特開2005-119906或特開2005-179117那樣在金屬粉末中加熱。對通過以上說明的制造工序制造的復(fù)合壓電基板的制成例進(jìn)行觀察。S卩，采用 LiTaO3基板作為壓電體基板，也采用LiTaO3基板作為支撐基板，通過CMP對壓電體基板和支撐基板的表面進(jìn)行平滑化，在真空中對壓電體基板和支撐基板的表面照射Ar離子束，對基板表面進(jìn)行清凈活性化，使基板表面彼此接觸并粘貼，在進(jìn)行了基板的元素彼此直接鍵合的強固接合之后，對復(fù)合壓電基板的外形拍攝照片。在拍攝的照片中，在接合界面上沒有能看得見的腔。此外，如果采用TEM(透過型電子戰(zhàn)爭顯微鏡)觀察接合界面的晶體取向 (crystalline orientation)，就觀察到排列后的晶體取向。通過以上說明的制造工序制造的復(fù)合壓電基板30由于在表面具有壓電體的剝離層3，所以能夠用于制造彈性波元件。留下來的壓電體基板2作為用于制造下一個復(fù)合壓電基板30的材料再次利用。下面，參照圖5的剖面圖說明SAW設(shè)備的制造工序。
如圖5(a)所示，準(zhǔn)備上述工序1 6中制造的復(fù)合壓電基板30，如圖5(b)所示， 在復(fù)合壓電基板30的表面3k形成IDT電極15等。例如，在從在支撐基板10的表面IOa接合了 LiTaO3薄膜的剝離層3后的復(fù)合壓電基板30的表面3k露出的LiTaO3薄膜的剝離層3的平滑化后的表面上，采用光刻技術(shù)對鋁膜進(jìn)行圖案化，形成IDT電極15、焊盤電極(未圖示)、連接IDT電極15和焊盤電極之間的布線(未圖示)等導(dǎo)體圖案，從而制成SAW濾波器等的SAW設(shè)備。如果采用以上說明的工序制成SAW設(shè)備，則能夠得到如下效果。(1)在制造SAW設(shè)備的基礎(chǔ)上，由于壓電體的材料、晶體方位受到機電耦合系數(shù)和頻率溫度特性、音速的影響，所以對SAW設(shè)備的頻率和頻帶寬、插入損失等有重要影響。壓電體的材料和晶體方位的選擇自由度高的情況下，就易于構(gòu)成優(yōu)良的SAW設(shè)備。S卩，如果用濺射法和CVD等成膜法來形成壓電體薄膜，則薄膜的材料、晶體方位就受到制約。薄膜材料能夠由AlN和ZnO等成膜法形成膜的種類較少，對壓電體進(jìn)行單晶體化較難，通常只得到C軸取向膜。由此，由于壓電軸僅朝向上下，所以難以對SH型的SAW進(jìn)行勵磁。另一方面，如果為本發(fā)明從壓電體單晶體中剝離薄膜的方法，能夠得到壓電體的晶體方位的自由度較高、優(yōu)良的SH型SAW發(fā)生勵磁的36° 46° Y切割的壓電基板。(2)由于單晶體的長成速度較慢，且容易分裂所以不便切片，Li和Ta等原料稀少且價高，所以與基板價高的LiTaO3基板和LiNbO3基板、水晶基板等壓電體基板相比，Si基板較為便宜。S卩，以前，在1片SAW設(shè)備用晶片中使用1片高價的壓電體基板。相對于此，本發(fā)明的復(fù)合壓電基板為了制造1片SAW設(shè)備用晶片，僅以1片低價的Si基板和壓電體薄膜作為材料，該壓電薄膜由1片壓電體基板就能夠得到數(shù)十片 數(shù)百片，所以作為材料的使用量能夠抑制到可以忽略的程度的量。由此，能夠抑制稀少且價高的Li和Ta等的使用量，減少環(huán)境負(fù)擔(dān)，得到低價的壓電基板。(3)在便攜式電話用的RF濾波器中，希望耐受1 2W的大功率施加。SAW濾波器的耐功率性能受到添加電信號時的IDT區(qū)域溫度的較大影響。一旦通過功率施加，IDT區(qū)域成為250°C等的高溫，則至SAW濾波器破壞為止的時間就顯著變短。對于IDT區(qū)域的溫度上升來說，電氣歐姆損耗所引起的焦耳熱和彈性吸音所造成的發(fā)熱，由于壓電體基板的熱傳導(dǎo)率較低而不能充分放熱是主要原因。僅由LiTaO3和LiNbO3等壓電體構(gòu)成的壓電基板其熱傳導(dǎo)率比Si低，發(fā)熱性不好。本發(fā)明的復(fù)合壓電基板由于能夠得到與Si相同的熱傳導(dǎo)率，所以放熱性好。由此，能夠耐受較大的功率施加。(4)極薄壓電體的厚度由離子注入時的能量決定。因此，基板彎曲不會如研磨那樣影響厚度，即使是極薄壓電體也能得到穩(wěn)定的厚度。由于壓電體薄膜的厚度決定SAW的音速(由于頻率=音速/波長，所以頻率一定)，所以是重要的。本發(fā)明的復(fù)合壓電基板能夠形成固定厚度的壓電薄膜，所以SAW設(shè)備的特性穩(wěn)定。(5)42° Y切割的LiI^aO3基板，-Z軸傾斜42°而成為表面?zhèn)?。?gòu)成LihO3的Li 原子和Ta原子，稍微在里面?zhèn)?+Z軸側(cè))移位而產(chǎn)生自發(fā)極化。在本發(fā)明中，通過從-Z軸側(cè)注入離子，從而抑制極化反轉(zhuǎn)。(6)由工序1 6制成的復(fù)合壓電基板不限于SAW濾波器，也能夠使用于采用了邊界波和隨機波等板波的濾波器等。邊界波的情況下，可以如以下實施例2這樣在復(fù)合壓電基板中構(gòu)成元件部。使用板波的情況下，可以如以下實施例3這樣，從里面蝕刻支撐基板， 從里面露出壓電體的剝離層。(7)由于Si與LiTaO3相比線膨脹系數(shù)小，所以Si支撐基板與LiTaO3剝離膜相接合的復(fù)合壓電基板能夠抑制頻率溫度系數(shù)。<實施例2>參照圖2說明實施例2的BAW(bulk acoustic wave 體彈性波)設(shè)備。圖2是表示BAW設(shè)備的制造工序的剖面圖。實施例2的BAW設(shè)備由以下工序制造。首先，如圖2(a)所示，準(zhǔn)備復(fù)合壓電基板30。例如，采用20° Y切割LiTaO3壓電體基板和Si支撐基板10，采用與實施例1的工序1 5相同的工序，制成在Si支撐基板 10的表面IOa上接合了 20° Y切割的LiTaO3剝離層3的復(fù)合壓電基板30。接著，如圖2(b)所示，在復(fù)合壓電基板30的表面3k上形成上部電極16。例如，在 LiTaO3的剝離層3的表面3k上，通過電子束蒸鍍法和光刻法由鋁形成上部電極16。接著，如圖2(c)所示，在支撐基板10上形成穴13，露出剝離層3的里面3s。例如，從與Si支撐基板10的剝離層3相反一側(cè)的里面10b，通過光刻法和反應(yīng)離子蝕刻法 (reactive iron etching)，對Si支撐基板10進(jìn)行蝕刻，形成穴13，從而露出壓電體的剝離層3的里面3s。接著，如圖2(d)所示，在剝離層3的里面3s形成下部電極14。例如，在LiTaO3剝離層3的里面3s，通過電子束蒸鍍法和光刻法由鋁形成下部電極14。接著，如圖2 (e)所示，在剝離層3中形成下部電極14露出的孔20。例如，從LiTaO3 剝離層3的表面3k側(cè)，采用光刻法和反應(yīng)離子蝕刻法形成孔20。接著，如圖2(f)所示，形成通過孔20與下部電極14電連接的布線18。例如，采用光刻法和蒸鍍法由鋁形成布線18，通過LiTaO3剝離層3的孔20，連接布線18和下部電極 14。雖然未圖示，但是為了進(jìn)一步降低布線18的電阻抗，在體波元件的振動區(qū)域(下部電極14和上部電極16挾著剝離層3而相對的區(qū)域)以外的區(qū)域中，加厚鋁，將布線18與外部端子連接，進(jìn)行封裝。采用以上工序制成BAW設(shè)備，能夠得到如下效果。(1)在制造BAW設(shè)備的基礎(chǔ)上，由于壓電體的材料、晶體方位受到機電耦合系數(shù)和頻率溫度特性、音速的影響，所以對BAW設(shè)備的頻率和頻帶寬、插入損失等有重要影響。壓電體的材料和晶體方位的選擇自由度高的情況下，就易于構(gòu)成優(yōu)良的BAW設(shè)備。如果用濺射法和CVD等成膜法來形成壓電體薄膜，則薄膜的材料、晶體方位就受到制約。薄膜材料能夠由AlN和ZnO等成膜法形成的膜的種類較少，對壓電體進(jìn)行單晶體化較難，通常只得到C 軸取向膜。由此，由于壓電軸僅朝向上下，所以難以對厚度流暢型(thickness-shear，t々 ”)的BAW進(jìn)行勵磁。另一方面，如果為從壓電體單晶體中剝離薄膜的本發(fā)明的方法，則能夠得到壓電體的晶體方位的自由度較高、優(yōu)良的厚度流暢型BAW發(fā)生勵磁的基板。此外，BAW設(shè)備的能量關(guān)入狀態(tài)和亂真(spurious)應(yīng)用由被勵磁的體波的分散關(guān)系決定，但是通過調(diào)整材料和晶體方位，也能夠做成能量關(guān)入和亂真抑制并存的高Q的體波元件。
(2)由于單晶體的長成速度較慢，且容易分裂所以不便切片，Li和Ta等原料稀少且價高，所以LiTaO3基板和LiNbO3基板、水晶基板等壓電體基板價高。作為獲取形成了單晶體薄膜的復(fù)合壓電基板的方法，也考慮如下方法，即，在粘貼Si基板和壓電基板后，采用 CMP(chemical-mechanical polishing 化學(xué)機械研磨)研磨壓電體進(jìn)行薄化，但是在這種情況下，為了得到1片復(fù)合壓電基板，需要1片Si基板和1片壓電體基板，所以高價的壓電體的材料效率較差。本發(fā)明的復(fù)合壓電基板為了制造1片BAW設(shè)備用晶片，僅以1片低價的Si基板和壓電體薄膜作為材料，該壓電薄膜由1片壓電體基板就能夠得到數(shù)十片 數(shù)百片，所以作為材料的使用量能夠抑制到可以忽略的程度。由此，能夠抑制稀少且價高的Li和Ta等的使用量，減少環(huán)境負(fù)擔(dān)，得到低價的壓電基板。(3)極薄壓電體的厚度由離子注入時的能量決定。因此，基板彎曲不會如研磨那樣影響厚度，即使是極薄壓電體也能得到穩(wěn)定的厚度。由于壓電體薄膜的厚度決定BAW的波長(由于頻率=音速/波長，所以頻率一定)，所以較為重要。<實施例3>參照圖3及圖4說明實施例3的BAW設(shè)備。圖3是表示BAW設(shè)備的制造工序的剖面圖。圖4是BAW設(shè)備的平面圖。實施例3的BAW設(shè)備由如下工序制造。首先，按照與實施例1的工序1 5大致相同的工序，來準(zhǔn)備復(fù)合壓電基板。S卩，在工序1中，準(zhǔn)備20° Y切割LiTaO3S電體基板和圖3(a)所示的支撐基板 IOx0支撐基板IOx與實施例1不同，采用反應(yīng)離子蝕刻法在Si支撐基板11中形成洼坑 13a，在洼坑13a中形成犧牲層13x，采用CMP對Si支撐基板11的表面Ila進(jìn)行平滑化，并通過濺射法，采用W(鎢)形成下部電極14a。在工序2中，與實施例2相同，對壓電體基板進(jìn)行離子注入。在工序3中，將壓電體基板與支撐基板IOx的下部電極14a以金屬接合的方式進(jìn)行接合，形成基板接合體，與實施例1相同，在工序4中采用壓電體基板的缺陷層剝離基板接合體，在工序5中對壓電體基板及支撐基板的表面進(jìn)行平滑化，如圖3 (b)所示，準(zhǔn)備具有20° Y切割LiTaO3的剝離層3a的復(fù)合壓電基板30a。接著，如圖3(c)所示，在LiTaO3的剝離層3a的表面3k，由鋁通過電子束蒸鍍法和光刻法來形成上部電極16a。接著，如圖3 (d)所示，在剝離層3a和下部電極14a，采用光刻法和反應(yīng)離子蝕刻法來形成到達(dá)犧牲層13x的孔22和到達(dá)下部電極14a的孔24。接著，如圖3(e)所示，通過到達(dá)犧牲層13x的孔22，采用干刻法來去除犧牲層 13χ0接著，如圖3(f)及圖4所示，采用光刻法和蒸鍍法由鋁來形成布線18a，通過到達(dá)下部電極14a的孔M形成與下部電極1 連接的布線18a。雖然未圖示，但是為了進(jìn)一步降低布線18a的電阻抗，在體波元件的振動區(qū)域(下部電極1 和上部電極16a挾著剝離層3a而相對的區(qū)域)以外的區(qū)域中，加厚鋁，將布線18a與外部端子連接，進(jìn)行封裝。如果如實施例2這樣在支撐基板10的里面IOb中開穴13，則需要在里面IOb側(cè)粘貼其他基板等來蓋上蓋子，但是由于實施例3的構(gòu)造是不在支撐基板11中開穴，所以不需要里面?zhèn)鹊拿荛]。其他的效果與實施例2相同。<總結(jié) > 如果采用以上說明的方法來制造復(fù)合壓電基板，則能夠有效利用壓電體
11材料，形成均勻厚度的極薄壓電膜。另外，本發(fā)明不限于上述實施方式，可以進(jìn)行各種變更來實施。例如，采用本發(fā)明的方法制造的復(fù)合壓電基板能夠用于SAW元件、BAW元件、傳感器元件、彎曲振子、其他各種元件。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合壓電基板的制造方法，包括 第1工序，準(zhǔn)備壓電體基板和支撐基板；第2工序，從上述壓電體基板的表面注入離子，在上述壓電體基板內(nèi)在距離上述表面規(guī)定深度的區(qū)域中形成缺陷層；第3工序，在上述壓電體基板的上述表面上接合上述支撐基板，形成基板接合體； 第4工序，由形成于上述壓電體基板內(nèi)的上述缺陷層來分離上述基板接合體，從上述壓電體基板剝離上述壓電體基板的上述表面和上述缺陷層之間的剝離層，形成與上述支撐基板相接合的復(fù)合壓電基板；以及第5工序，對上述復(fù)合壓電基板的上述剝離層的表面進(jìn)行平滑化， 在上述第2工序之后且在上述第3工序之前或其之后，還包括極化處理工序，該極化處理工序進(jìn)行上述復(fù)合壓電基板的上述剝離層的極化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合壓電基板的制造方法，其特征在于， 上述極化處理工序為將電場斷續(xù)地施加到上述剝離層的工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合壓電基板的制造方法，其特征在于，上述極化處理工序是在比上述壓電基板的居里溫度低100度以上的溫度下進(jìn)行的工序。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合壓電基板的制造方法，其特征在于， 上述極化處理工序是在200度以上進(jìn)行的工序。
5.一種復(fù)合壓電基板的制造方法，包括 第1工序，準(zhǔn)備壓電體基板和支撐基板；第2工序，從上述壓電體基板的表面注入離子，在上述壓電體基板內(nèi)在距離上述表面規(guī)定深度的區(qū)域中形成缺陷層；第3工序，在上述壓電體基板的上述表面上接合上述支撐基板，形成基板接合體； 第4工序，由形成于上述壓電體基板內(nèi)的上述缺陷層來分離上述基板接合體，從上述壓電體基板剝離上述壓電體基板的上述表面和上述缺陷層之間的剝離層，形成與上述支撐基板相接合的復(fù)合壓電基板；以及第5工序，對上述復(fù)合壓電基板的上述剝離層的表面進(jìn)行平滑化， 在上述第2工序中，注入離子時，在與進(jìn)行自發(fā)極化的上述壓電體基板的構(gòu)成原子進(jìn)行移位的方向相同的方向上注入離子。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合壓電基板的制造方法，其特征在于，在上述第2工序之后且在上述第3工序之前或其之后，還包括極化處理工序，該極化處理工序進(jìn)行上述復(fù)合壓電基板的上述剝離層的極化處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項所述的復(fù)合壓電基板的制造方法，其特征在于， 在接合界面配置金屬元素。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7中任一項所述的復(fù)合壓電基板的制造方法，其特征在于， 對上述壓電體基板采用鋰系壓電材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠有效利用壓電體材料來形成均勻厚度的極薄壓電膜的復(fù)合壓電基板的制造方法。包括a)準(zhǔn)備壓電體基板和支撐基板；b)從壓電體基板的表面注入離子，在壓電體基板內(nèi)在距離表面規(guī)定深度的區(qū)域中形成缺陷層；c)對形成了缺陷層的壓電體基板的表面和支撐基板的表面中的至少一個，去除附著在表面(2a、10a)中的雜質(zhì)，使構(gòu)成表面(2a、10a)的原子直接露出并活性化；d)在壓電體基板的表面上接合支撐基板，形成基板接合體；e)采用形成于壓電體基板內(nèi)的缺陷層來分離基板接合體，從壓電體基板剝離壓電體基板的表面和缺陷層之間的剝離層，形成與支撐基板相接合的復(fù)合壓電基板(30)；f)對復(fù)合壓電基板的剝離層的表面進(jìn)行平滑化。
文檔編號H01L41/22GK102569640SQ20121001269
公開日2012年7月11日 申請日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月25日
發(fā)明者神藤始, 芳井義治 申請人:株式會社村田制作所