Title:
Verbundsubstrate für Akustikwellenelemente und Akustikwellenelemente
Kind Code:
B4


Abstract:

Verbundsubstrat für ein Akustikwellenelement (6), wobei das Verbundsubstrat ein Trägersubstrat (1) und ein Ausbreitungssubstrat (3) zur Ausbreitung einer Akustikwelle aufweist, wobei das Ausbreitungssubstrat (3) mit dem Trägersubstrat (1) verbunden ist und ein piezoelektrischer Einkristall den Gesamtkörper des Ausbreitungssubstrats (3) bildet,
wobei das Ausbreitungssubstrat (3) eine Verbindungsfläche (3b), die mit dem Trägersubstrat (1) zu verbinden ist, und eine Oberfläche (3a) auf der gegenüberliegenden Seite der Verbindungsfläche (3b) aufweist,
wobei das Ausbreitungssubstrat (3) eine Oberflächengitterstörungsschicht (11) auf der Seite der Oberfläche (3a) aufweist, in der Kristallgitter des piezoelektrischen Einkristalls gestört sind, und
wobei die Oberflächengitterstörungsschicht (11) eine Dicke von 15 nm oder weniger aufweist,
wobei der piezoelektrische Einkristall aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Einkristallen von Lithiumniobat, Lithiumtantalat und Lithiumniobat-Lithiumtantalat-Mischkristall besteht. embedded image




Inventors:
Hori, Yuji, Aichi-pref. (Nagoya-city, JP)
Tai, Tomoyoshi, Aichi-pref. (Nagoya-city, JP)
Application Number:
DE112014001537T
Publication Date:
06/28/2018
Filing Date:
03/19/2014
Assignee:
NGK INSULATORS, LTD. (Aichi-pref., Nagoya-city, JP)
International Classes:



Foreign References:
5815900
JP2009278610A
Attorney, Agent or Firm:
TBK, 80336, München, DE
Claims:
Verbundsubstrat für ein Akustikwellenelement (6), wobei das Verbundsubstrat ein Trägersubstrat (1) und ein Ausbreitungssubstrat (3) zur Ausbreitung einer Akustikwelle aufweist, wobei das Ausbreitungssubstrat (3) mit dem Trägersubstrat (1) verbunden ist und ein piezoelektrischer Einkristall den Gesamtkörper des Ausbreitungssubstrats (3) bildet,
wobei das Ausbreitungssubstrat (3) eine Verbindungsfläche (3b), die mit dem Trägersubstrat (1) zu verbinden ist, und eine Oberfläche (3a) auf der gegenüberliegenden Seite der Verbindungsfläche (3b) aufweist,
wobei das Ausbreitungssubstrat (3) eine Oberflächengitterstörungsschicht (11) auf der Seite der Oberfläche (3a) aufweist, in der Kristallgitter des piezoelektrischen Einkristalls gestört sind, und
wobei die Oberflächengitterstörungsschicht (11) eine Dicke von 15 nm oder weniger aufweist,
wobei der piezoelektrische Einkristall aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Einkristallen von Lithiumniobat, Lithiumtantalat und Lithiumniobat-Lithiumtantalat-Mischkristall besteht.

Verbundsubstrat gemäß Anspruch 1, wobei die Dicke der Oberflächengitterstörungsschicht (11) 3 nm oder weniger ist.

Verbundsubstrat gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Oberflächengitterstörungsschicht (11) eine Vielzahl von Schichten aufweist, die durch ein Transmissionstyp-Elektronenmikroskop zu beobachten sind.

Verbundsubstrat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Akustikwelle eine akustische Oberflächenwelle, eine Akustikwelle eines Lambwellentyps oder eine akustische Volumenwelle umfasst.

Verbundsubstrat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Trägersubstrat (1) und das Ausbreitungssubstrat (3) direkt oder über eine Haftschicht (2) miteinander verbunden sind.

Verbundsubstrat gemäß Anspruch 5, wobei die Haftschicht (2) eine organische Haftschicht mit einer Dicke von 0,1 bis 1,0 µm umfasst.

Verbundsubstrat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Trägersubstrat (1) ein Material umfasst, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus Silizium, Saphir, Aluminiumnitrid-Sinterkörper, Aluminiumoxid, Siliziumcarbid-Sinterkörper, Siliziumnitrid-Sinterkörper, Borosilikatglas und Quarzglas.

Verbundsubstrat gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das Akustikwellenelement (6) ein Oberflächenakustikwellenfilter oder einen Resonator umfasst.

Verbundsubstrat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Ausbreitungssubstrat (3) eine Dicke von 0,1 bis 40 µm aufweist.

Akustikwellenelement (6) mit dem Verbundsubstrat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 und einem auf dem Ausbreitungssubstrat (3) bereitgestellten Elektrodenmuster (4, 5).

Akustikwellenelement (6) gemäß Anspruch 10, mit einem Oberflächenakustikwellenfilter oder einem Resonator.

Description:
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Akustikwellenelement, das hocheffizient ist und zufriedenstellende Frequenz-Temperatur-Eigenschaften aufweist.

HINTERGRUNDTECHNIK

Ein Oberflächenakustikwellen-/SAW-Element (SAW: „surface acoustic wave“) wird weitläufig als ein Bandpassfilter für Kommunikationseinrichtungen wie etwa ein Mobiltelefon verwendet. Mit der Steigerung der Leistungsfähigkeit des Mobiltelefons oder dergleichen ist auch eine höhere Leistungsfähigkeit in einem solchen Filter unter Verwendung des Oberflächenwellenakustikelements erforderlich.

Das Oberflächenakustikwellenelement weist jedoch ein Problem dahingehend auf, dass sein Durchlassband mit Temperaturänderungen verschoben wird. Lithiumniobat oder Lithiumtantalat, die momentan in starker Benutzung sind, sind aufgrund ihres großen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten besonders vorteilhaft zur Erreichung von Breitbandfiltereigenschaften. Lithiumniobat oder Lithiumtantalat ist jedoch schlechter hinsichtlich der Temperaturstabilität.

Zum Beispiel beträgt der Temperaturkoeffizient einer Frequenzänderung von einem Oberflächenakustikwellenfilter unter Verwendung von Lithiumtantalat -35 ppm/°C und ist eine Frequenzschwankung in einem möglichen Betriebstemperaturbereich groß. Daher ist es erforderlich, dass der Temperaturkoeffizient einer Frequenzänderung reduziert wird.

Bei einem Oberflächenakustikwellenelement, das in JP H05- 335879 A beschrieben ist, wird der Temperaturkoeffizient einer Frequenzänderung reduziert, indem nach Ausbildung einer verflochtenen bzw. verzahnten Elektrode auf einer Oberfläche eines Lithiumniobatsubstrats eine Siliziumoxidschicht so ausgebildet wird, sodass diese die Substratoberfläche und die verflochtene bzw. verzahnte Elektrode bedeckt.

Bei einem Oberflächenakustikwellenelement, das JP 2009- 278610 A beschrieben ist, wird der Temperaturkoeffizient einer Frequenzänderung erfolgreich reduziert, indem ein Trägersubstrat, das aus Silizium oder dergleichen mit einem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, über eine organische Haftschicht mit einer Dicke von 0,1 bis 1,0 µm mit einem Ausbreitungssubstrat, das aus Lithiumtantalat-Einkristall oder dergleichen besteht, verklebt wird.

Einschlägiger Stand der Technik dazu kann beispielsweise in der Druckschrift US 5,815,900 A aufgefunden werden, welche ein akustisches Oberflächenmodul mit einer Oberflächenschicht aus einem von dem Substrat verschiedenen Material offenbart.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

Bei dem Element, das in JP H05- 335879 A beschrieben ist, wird, da die Siliziumoxidschicht auf der Oberfläche des Lithiumniobatsubstrats ausgebildet ist, sodass diese die verflochtene bzw. verzahnte Elektrode abdeckt, das Lithiumniobatsubstrat durch die Siliziumoxidschicht gezwungen, wenn der Temperaturkoeffizient einer Frequenzänderung reduziert ist, was eine Verschlechterung der Ausbreitungseffizienz einer akustischen Oberflächenwelle oder eine Verschlechterung des Q-Werts im Fall eines Oberflächenakustikwellenfilters verursacht.

Bei dem Element, das in JP 2009- 278610 A beschrieben ist, kann der Temperaturkoeffizient einer Frequenzänderung ebenfalls reduziert werden. Es ist jedoch notwendig, die Dicke des Ausbreitungssubstrats, das zum Beispiel aus Lithiumtantalat besteht, zu sehr zu reduzieren, um den Temperaturkoeffizienten auf nahezu Null zu reduzieren. Wenn das Ausbreitungssubstrat dünner gemacht wird, wird jedoch die Reflexion von Volumenwellen an der gemeinsamen Grenzfläche just aufgrund dessen gesteigert, was die Erzeugung von unnötigen Störmodenwellen befördert.

Die vorliegende Erfindung weist daher eine Aufgabe dahingehend auf, den Temperaturkoeffizienten einer Frequenzänderung von einem Akustikwellenelement zu reduzieren.

Ein Verbundsubstrat für ein Akustikwellenelement gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch Patentanspruch 1 definiert.

Ein Akustikwellenelement gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: das vorgenannte Verbundsubstrat und ein Elektrodenmuster, das auf dem Ausbreitungssubstrat bereitgestellt ist.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben versucht, auf einer Oberfläche eines Ausbreitungssubstrats, das aus einem piezoelektrischen Einkristall besteht, eine Oberflächengitterstörungsschicht bzw. Oberflächengitterverformungsschicht auszubilden, in der die Kristallgitter von diesem gestört sind. Es wurde nämlich ein Kontrast in einem hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskop-(TEM-)Bild beobachtet, das mit Bezug auf einen Querschnitt des Ausbreitungssubstrats aufgenommen wurde. Im Speziellen, wie es in 5 gezeigt ist, wurde eine dunkler erscheinende dünne Schicht mit einer Kontrastdifferenz in der Nähe der Oberfläche des Ausbreitungssubstrats erkannt.

Eine solche Schicht mit einer Kontrastdifferenz, die in einem TEM-Bild mit geringer Vergrößerung erscheint, wird entweder durch einen Kristallgitterfehler oder eine Gitterstörung bzw. -verformung verursacht. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben dann ein FFT-(Fast-Fourier-Transformation-)Muster erhalten, indem sie das hochauflösende TEM-Bild einer FFT unterzogen haben. Als Ergebnis hiervon wurde keine Stelle erkannt, die durch einen Kristallgitterfehler verursacht wurde. Somit konnte bestätigt werden, dass die dünne Schicht mit der Kontrastdifferenz, die an der Oberfläche des Ausbreitungssubstrats erschienen ist, keine Schicht war, die durch einen Kristallgitterfehler verursacht wurde, sondern eine Schicht mit einer Gitterstörung bzw. -verformung.

Die so ausgebildete Gitterstörungsschicht bzw. Gitterverformungsschicht auf der Ausbreitungssubstratoberfläche kann die aus Temperaturänderungen resultierende Expansion und Kontraktion effektiv unterbinden bzw. niederhalten, um so den Temperaturkoeffizienten einer Frequenzänderung zu reduzieren, da sie härter ist als der piezoelektrische Einkristall, der den Gesamtkörper des Ausbreitungssubstrats bildet. Weiterhin zeigt die Oberflächengitterstörungsschicht bzw. Oberflächengitterverformungsschicht einen Effekt der Beschränkung einer elastischen Energie in der Nähe der Substratoberfläche, da die Schallgeschwindigkeit darin erhöht ist. Es wird erwartet, dass dieser Energiebeschränkungseffekt die Akustikwellenausbreitungseffizienz verbessert.

Figurenliste

  • 1(a) ist eine Schnittansicht, die ein Oberflächenakustikwellenelement 6 schematisch zeigt, und 1(b) ist eine Draufsicht, die das Element 6 von 1(a) schematisch zeigt. 1(a) entspricht einem Querschnitt, der entlang Ia-Ia in 1(b) genommen ist.
  • 2(a) ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Oberflächenakustikwellenelement 10 schematisch zeigt, und 2(b) ist eine Draufsicht, die das Element 10 von 2(a) schematisch zeigt. 2(a) entspricht einem Querschnitt, der entlang IIa-IIa in 2(b) genommen ist.
  • 3(a) und (b) sind Schnittansichten, die weitere Oberflächenakustikwellenelemente 6A und 10A schematisch zeigen.
  • 4 ist eine schematische Darstellung, die ein Ausbreitungssubstrat 3 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 5 ist ein Transmissionselektronenmikrobild des Ausbreitungssubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 6(a), (b) und (c) sind Ansichten zur Veranschaulichung eines Prozesses zur Herstellung des Elements gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 7(a), (b) und (c) sind Ansichten zur Veranschaulichung des Prozesses zur Herstellung des Elements gemäß der vorliegenden Erfindung.

ARTEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG(Beispiel von Oberflächenakustikwellenelement)

Bei einem Oberflächenakustikwellenelement 6, das in 1(a) und (b) gezeigt ist, ist eine Verbindungs- bzw. Bondingfläche 3b eines Ausbreitungssubstrats 3 mit einer Verbindungs- bzw. Bondingfläche 1b eines Trägersubstrats 1 über eine Haftschicht 2 verbunden bzw. gebondet. Mit 1a ist die untere Fläche des Trägersubstrats 1 bezeichnet. Eine Eingangselektrode 4 und eine Ausgangselektrode 5 sind auf einer Fläche 3a des Ausbreitungssubstrats ausgebildet, wodurch ein Oberflächenakustikwellenelement 6 vom transversalen Typ erhalten wird. Eine akustische Oberflächenwelle wird von der Eingangselektrode 4 zu der Ausgangselektrode 5 ausgebreitet, wie es durch Pfeil 7 gezeigt ist, sodass ein Oberflächenakustikwellenfilter ausgebildet wird.

Bei einem Oberflächenakustikwellenfilter für ein Mobiltelefon wird hauptsächlich ein Resonanz-Oberflächenakustikwellenelement verwendet. 2(a) und (b) sind auf ein Beispiel dieses Elements bezogen. 2(b) zeigt ein Beispiel eines Elektrodenmusters bei dem Resonanz-Oberflächenakustikwellenelement.

Bei einem Oberflächenakustikwellenelement 10 gemäß 2(a) und (b) ist die Verbindungs- bzw. Bondingfläche 3b des Ausbreitungssubstrats 3 mit der Verbindungs- bzw. Bondingfläche 1b des Trägersubstrats 1 über die Haftschicht 2 verbunden bzw. gebondet. Mit 1a ist die untere Fläche des Trägersubstrats 1 bezeichnet. Elektroden 16, 17, 18 sind auf der Fläche 3a des Ausbreitungssubstrats ausgebildet, wodurch ein Resonanz-Oberflächenakustikwellenelement erhalten wird.

Bei einem Oberflächenakustikwellenelement 6A, das in 3(a) gezeigt ist, ist die Verbindungs- bzw. Bondingfläche 3b des Ausbreitungssubstrats 3 direkt mit der Verbindungs- bzw. Bondingfläche 1b des Trägersubstrats 1 verbunden bzw. gebondet. Die Eingangselektrode 4 und die Ausgangselektrode 5 sind auf der Fläche 3a des Ausbreitungssubstrats ausgebildet, wodurch ein Oberflächenakustikwellenelement 6A vom transversalen Typ erhalten wird. Eine akustische Oberflächenwelle wird von der Eingangselektrode 4 zu der Ausgangselektrode 5 ausgebreitet, wie es durch Pfeil 7 gezeigt ist, sodass ein Oberflächenwellenakustikfilter ausgebildet wird.

Bei einem Oberflächenwellenelement 10A gemäß 3(b) ist die Verbindungs- bzw. Bondingfläche 3b des Ausbreitungssubstrats 3 direkt mit der Verbindungs- bzw. Bondingfläche 1b des Trägersubstrats 1 verbunden bzw. gebondet. Mit 1a ist die untere Fläche des Trägersubstrats 1 bezeichnet. Elektroden 16, 17, 18 sind auf der Fläche 3a des Ausbreitungssubstrats ausgebildet, wodurch ein Oberflächenakustikwellenelement vom Resonanztyp erhalten wird.

(Oberflächengitterstörungsschicht)

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Oberflächengitterstörungsschicht 11 auf der Seite der Fläche 3a des Ausbreitungssubstrats 3 ausgebildet, wie es in 4 gezeigt ist. Mit 12 ist eine Schicht ohne besondere Gitterstörung bezeichnet.

Wenn ein hochauflösendes Transmissionselektronenmikroskop-(TEM-)Bild mit Bezug auf einen Querschnitt des Ausbreitungssubstrats 3 aufgenommen wird, wird ein Kontrast an der Oberfläche in dem TEM-Bild beobachtet, wie es in 5 gezeigt ist. Ein solches hochauflösendes TEM-Bild wird einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) unterzogen, um ein FFT-Muster zu erhalten. Als Ergebnis hiervon wird darin keine Stelle erkannt, die durch einen Kristallgitterfehler verursacht wurde. Somit wird bestätigt, dass eine dünne Schicht mit einer Kontrastdifferenz, die an der Oberfläche des Ausbreitungssubstrats erscheint, keine Schicht ist, die durch einen Kristallgitterfehler verursacht wird, sondern eine Schicht mit einer Gitterstörung.

Die Dicke der an der Oberfläche des Ausbreitungssubstrats liegenden Gitterverstörungsschicht beträgt, aus Sicht einer realen Herstellung, vorzugsweise 15 nm oder weniger und noch wünschenswerter 10 nm oder weniger und am besten 8 nm oder weniger. Weiterhin kann die Dicke der an der Oberfläche des Ausbreitungssubstrats liegenden Gitterstörungsschicht, aus Sicht eines Ausbreitungsverlusts, vorzugsweise 5 nm oder weniger und noch wünschenswerter 3 nm oder weniger betragen. Obwohl die untere Grenze der Dicke der an der Oberfläche des Ausbreitungssubstrats liegenden Gitterstörungsschicht nicht besonders eingeschränkt ist, kann sie vorzugsweise 1 nm oder größer sein.

Die Dicke der an der Oberfläche des Ausbreitungssubstrats liegenden Gitterverstörungsschicht meint die Dicke eines geschichteten Bereichs. Der geschichtete Bereich liegt an der Oberfläche und sein Kontrast unterscheidet sich von demjenigen des Kristalls des Ausbreitungssubstrats in dem vorgenannten TEM-Bild mit Bezug auf den Querschnitt des Ausbreitungssubstrats 3.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Elektrodenmuster, wie es vorstehend beschrieben ist, auf der Oberflächengitterstörungsschicht ausgebildet. Die Gitterstörungsschicht an der Ausbreitungssubstratoberfläche kann die aus Temperaturänderungen resultierende Expansion und Kontraktion effektiv unterbinden bzw. niederhalten, um so den Temperaturkoeffizienten einer Frequenzänderung zu reduzieren, da sie härter ist als das piezoelektrische Einkristall, das den Gesamtkörper des Ausbreitungssubstrats bildet. Weiterhin zeigt die Oberflächengitterstörungsschicht einen Effekt der Beschränkung einer elastischen Energie in der Nähe der Substratoberfläche, da die Schallgeschwindigkeit darin erhöht ist. Es wird erwartet, dass dieser Energiebeschränkungseffekt die Akustikwellenausbreitungseffizienz verbessert.

Nachstehend wird jedes Element der vorliegenden Erfindung ausführlicher beschrieben.

(Akustikwellenelement)

Das Akustikwellenelement gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Element sein, das zusätzlich zu der akustischen Oberflächenwelle eine Lamb- bzw. Plattenwelle verwendet, die sich innerhalb des Ausbreitungssubstrats ausbreitet. Das Akustikwellenelement ist vorzugsweise insbesondere ein Oberflächenakustikwellenfilter oder ein Resonator. Als das Oberflächenakustikwellenfilter ist ein Bandpassfilter bevorzugt, und als der Resonator ist ein Oszillationselement einer akustischen Oberflächenwelle bevorzugt, was sowohl eine Bauart mit 1 Port bzw. Anschluss als auch eine Bauart mit 2 Ports bzw. Anschlüssen umfasst.

Das Akustikwellenelement kann ein Resonator vom Lambwellentyp sein, der aufweist: eine IDT-Elektrode mit einer Vielzahl von verschachtelten Elektrodenfingern, wobei die Elektrode auf einer Oberfläche eines Ausbreitungssubstrats bereitgestellt ist, und ein Paar von Reflektoren, die in einer Lambwellenausbreitungsrichtung auf beiden Seiten der IDT-Elektrode angeordnet sind. Eine Lambwelle ist eine Plattenwelle, die erhalten wird, indem sich eine Volumenwelle innerhalb des Substrats ausbreitet, während sich Reflexionen an der oberen und der unteren Oberfläche des Substrats wiederholen, indem die Dicke des Substrats auf mehrere Wellenlängen der sich auszubreitenden Welle oder weniger reduziert wird. Im Gegensatz zu einer Oberflächenwelle, die 90% der Energie innerhalb der Tiefe von einer Wellenlänge ausgehend von der Substratoberfläche aufweist, wie etwa eine Rayleigh-Welle, eine Oberflächenakustikleckwelle oder eine pseudolongitudinale Oberflächenakustikleckwelle, ist die Energie durch das gesamte Substrat hinweg verteilt, da die Lambwelle die Volumenwelle ist, die sich innerhalb des Substrats ausbreitet.

(Trägersubstrat)

Das Material des Trägersubstrats ist vorzugsweise ein Material, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus Silizium, Saphir, Aluminiumnitrid, Siliziumcarbid-Sinterkörper, Siliziumnitrid-Sinterkörper, Aluminiumoxid, Borosilikatglas und Quarzglas. Das Trägersubstrat besteht vorzugsweise aus Silizium oder Borosilikatglas, und insbesondere bevorzugt aus Silizium. Durch Einsatz derartiger Materialien kann die Wärmeausdehnung des Ausbreitungssubstrats minimiert werden, um die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften weiter zu verbessern.

Es ist bevorzugt, dass keine Oxidschicht auf der Oberfläche des Trägersubstrats ausgebildet ist. Demgemäß kann die Haft- bzw. Klebkraft des Trägersubstrats an dem Ausbreitungssubstrat gesteigert werden, um ein Ablösen des Trägersubstrats von dem Ausbreitungssubstrat oder ein Brechen bzw. Reißen von diesem selbst bei einer hohen Temperatur zu verhindern. Aus diesem Gesichtspunkt heraus ist es bevorzugt, dass das Trägersubstrat aus Silizium besteht und keine Siliziumoxidschicht auf der Oberfläche aufweist. Das Vorhandensein oder Fehlen der Siliziumoxidschicht auf dem Trägersubstrat wird durch eine Querschnittsbetrachtung durch ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) bestimmt.

Die Dicke T1 des Trägersubstrats beträgt, aus Sicht einer Verbesserung von Temperatureigenschaften, vorzugsweise 100 µm oder mehr, noch wünschenswerter 150 µm oder mehr und am besten 200 µm oder mehr. Weiterhin beträgt T1, aus Sicht einer Miniaturisierung des Produkts, vorzugsweise 500 µm oder weniger.

(Ausbreitungssubstrat)

Das Material des Ausbreitungssubstrats ist vorzugsweise aus einer Gruppe ausgewählt, die besteht aus Einkristallen aus Lithiumniobat, Lithiumtantalat und einem Lithiumniobat-Lithiumtantalat-Mischkristall mit einem großen elektromechanischen Kopplungsfaktor. Vorzugsweise besteht das piezoelektrische Einkristall aus Lithiumtantalat.

Das Ausbreitungssubstrat weist vorzugsweise eine Ausbreitungsrichtung einer akustischen Oberflächenwelle in X-Richtung und einen radialen Y-Schnitt-Schnittwinkel auf. Das Ausbreitungssubstrat ist vorzugsweise insbesondere ein 35-130°-Y-Schnitt-Substrat im Fall von Lithiumniobat und ein 36-47°-Y-Schnitt-Substrat im Fall von Lithiumtantalat.

Die Dicke T2 des Ausbreitungssubstrats beträgt, aus Sicht einer Verbesserung der Frequenz-Temperatur-Eigenschaften, vorzugsweise 10 bis 50 µm, noch wünschenswerter 10 bis 40 µm und am besten 10 bis 30 µm im Fall einer Oberflächenakustikwellenvorrichtung. Bei einer Akustikwellenvorrichtung unter Verwendung einer Lambwelle oder einer akustischen Volumenwelle ist die Dicke T2 des Ausbreitungssubstrats vorzugsweise 0,1 bis 10 µm und am besten 0,1 bis 1 µm.

(Elektrodenmuster)

Das Material, das das Elektrodenmuster bildet, ist vorzugsweise Aluminium, Aluminiumlegierung, Kupfer oder Gold, und noch wünschenswerter Aluminium oder Aluminiumlegierung. Als Aluminiumlegierung wird vorzugsweise eine solche verwendet, die 0,3 bis 5 Gew.-% an Cu gemischt mit Al umfasst. In diesem Fall können Ti, Mg, Ni, Mo oder Ta anstelle von Cu verwendet werden.

Das Verhältnis (t/λ) der Dicke des Elektrodenmusters zu der Akustikwelle-Wellenlänge λ ist vorzugsweise 3 bis 15%, noch wünschenswerter 5% oder mehr und ist auch noch wünschenswerter 15% oder weniger.

(Beispiel von Herstellungsprozess)

6 und 7 sind Schnittdarstellungen, die schematisch einen Herstellungsprozess eines Aufbaus für ein Akustikwellenelement zeigen. In diesem Beispiel wird das Trägersubstrat direkt mit dem Ausbreitungssubstrat verbunden bzw. gebondet.

Wie es in 6(a) gezeigt ist, wird eine Verbindungs- bzw. Bondingfläche 1b eines Trägersubstrats 1 gegenüber einer Verbindungs- bzw. Bondingfläche 3b eines Ausbreitungssubstratmaterials 3A angeordnet. Die Verbindungs- bzw. Bondingfläche 1b des Trägersubstrats 1 und die Verbindungs- bzw. Bondingfläche 3b des Ausbreitungssubstratmaterials 3A werden jeweils einer Aktivierungsbehandlung unterzogen. Als die Aktivierungsbehandlung ist es bevorzugt, die Substratoberfläche einem Fast-Atom-Beam (FAB) mit neutralisiertem Ar oder einem Ar-Ionenstrahl in einer Hochvakuumkammer auszusetzen.

Wie es in 6(b) gezeigt ist, wird die Verbindungs- bzw. Bondingfläche 1b des Trägersubstrats 1 dann mit der Verbindungs- bzw. Bondingfläche 3b des Ausbreitungssubstratmaterials 3A in Kontakt gebracht und werden diese beiden durch Anwendung eines Drucks in einer Richtung, die vertikal zu den Verbindungs- bzw. Bondingflächen ist, direkt miteinander verbunden bzw. gebondet. Das direkte Verbinden bzw. Verkleben bzw. das Direktbonding wird vorzugsweise wie folgt durchgeführt.

Die aktivierten Substratflächen werden nämlich bei einer normalen Temperatur innerhalb der Hochvakuumkammer miteinander in Kontakt gebracht, und eine Last wird auf diese angewandt. Daraufhin wird der resultierende verbundene bzw. verklebte Körper aus der Kammer genommen, wodurch das Verbinden bzw. Verkleben bzw. das Bonding abgeschlossen ist.

Wie es in 6(c) gezeigt ist, wird dann ein dünnes Ausbreitungssubstratmaterial 3B ausgebildet, indem eine Fläche 13 des Ausbreitungssubstratmaterials 3A abgeschnitten wird, um dessen Dicke zu reduzieren. Die Dicke des Ausbreitungssubstratmaterials wird in dieser Phase nahezu auf eine endgültige Solldicke reduziert.

Ein Ausbreitungssubstratmaterial 3C mit einer polierten Oberfläche 19 wird ausgebildet, wie es in 7(a) gezeigt ist, indem eine Oberfläche 14 des Ausbreitungssubstratmaterials 3B poliert wird. Es ist bevorzugt, die arithmetisch gemittelte Rauigkeit Ra der polierten Oberfläche in dieser Phase auf 4 nm oder weniger zu verringern. Das Polieren wird vorzugsweise wie folgt durchgeführt.

Es wird nämlich eine wässrige Diamantmasse bzw. -suspension (durchschnittliche Teilchengröße 0,5 bis 3 µm) auf eine metallische Planscheibe (Sn, Cu) getropft, und die Planscheibe wird gedreht. Die Oberfläche des Substratmaterials wird in Kontakt mit der metallischen Planscheibe gebracht und unter Anwendung eines Drucks poliert.

Ein Ausbreitungssubstratmaterial 3D mit einer Spiegeloberfläche 20 wird dann ausgebildet, wie es in 7(b) gezeigt ist, indem die polierte Oberfläche 19 des Ausbreitungssubstratmaterials 3C auf Spiegel-/Hochglanz poliert wird. Die Spiegeloberfläche meint eine Oberfläche mit einer arithmetisch gemittelten Rauigkeit Ra von 1 nm oder weniger. Eine Präzisionspolitur hierfür wird vorzugsweise wie folgt durchgeführt.

Es wird nämlich eine wässrige Kolloidsilicamasse bzw.-suspension (durchschnittliche Teilchengröße 20 bis 80 nm) auf ein Schleifpad getropft, und das Pad wird gedreht. Die Oberfläche des Substratmaterials wird mit dem Pad in Kontakt gebracht und unter Anwendung eines Drucks poliert.

Generell wurde die auf Spiegel-/Hochglanz polierte Spiegeloberfläche 20 des Ausbreitungssubstratmaterials durch Glanzschleifen mit einem weichen Pad fertigbearbeitet. Selbst wenn ein Querschnitt nach einer derartigen Fertigbearbeitung durch ein TEM abgebildet wird, wird keine Schicht mit der besonderen Kontrastdifferenz an der Oberfläche erkannt. Als das weiche Pad wurde generell ein Velourspad verwendet.

Wenn die auf Spiegel-/Hochglanz polierte Spiegeloberfläche 20 des Ausbreitungssubstratmaterials 3D durch Glanzschleifen mit einem harten Pad fertigbearbeitet wird, wird jedoch das Ausbreitungssubstrat 3 erzeugt, das die Oberflächengitterstörungsschicht 11 aufweist, die an der Oberfläche 3a ausgebildet wird, wird es in 7(c) gezeigt ist.

Als solches hartes Pad wird vorzugsweise ein Polyurethanschaumpad oder ein mit Urethan imprägniertes Faservlies- bzw. Vliesstoffpad verwendet. Der Urethanschaum enthält ein Vorpolymer von Urethan, ein Härtungsmittel und ein Treib- bzw. Schaummittel. Aus Sicht der Wasserbeständigkeit oder der Chemikalienbeständigkeit wird etherbasiertes Urethan als das Urethanharz verwendet und wird Diamin oder dergleichen als das Härtungsmittel verwendet. Das Expansionsverhältnis wird abhängig von der beabsichtigten Verwendung auf 0,4 bis 1,0 g/cm3 eingestellt. Zusätzlich zu den Urethanharzpads wurde auch ein aus Epoxidharz hergestelltes Pad entwickelt.

Die Fasertypen von Faservlies bzw. Vliesstoff in dem Faservlies- bzw. Vliesstoffpad umfassen hauptsächlich Rayon, Nylon, Polyester, Acryl und Polypropylen. Ein derartiger Vliesstoff wird mit Urethanharz imprägniert, wodurch ein Mischkörper aus Vliesstoff und Polyurethanharz ausgebildet wird.

Das harte Pad und das weiche Pad werden generell durch das Youngsche Modul sortiert, wobei das Youngsche Modul des harten Pads 100 MPa oder mehr beträgt und dasjenige des weichen Pads ungefähr 1 bis 10 MPa beträgt.

In dem Schritt der Fertigbearbeitung der Spiegeloberfläche durch Verwendung des harten Pads wird ein Polieren unter Verwendung einer wässrigen Kolloidsilicamasse bzw. -suspension durchgeführt, ähnlich zu dem Fall des weichen Pads.

Obwohl in dem Beispiel von 6 und 7 das Trägersubstrat direkt mit dem Ausbreitungssubstratmaterial verbunden bzw. gebondet wird, können die beiden über eine Haftschicht miteinander verbunden/gebondet bzw. verklebt werden.

Das Material der organischen Haftschicht zum Verbinden/Bonden bzw. Verkleben des Trägersubstrats und des Ausbreitungssubstrats ist vorzugsweise ein Acrylharz oder ein Epoxidharz, aber es ist nicht darauf beschränkt.

Beispiele eines Verfahrens zum Ausbilden der Haftschicht umfassen Druck und Rotationsbeschichtung, ohne Beschränkung darauf.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Dicke t der organischen Haftschicht auf 0,1 µm oder mehr und 1,0 µm oder weniger eingestellt. Aus Sicht einer weiteren Verbesserung der Frequenz-Temperatur-Eigenschaften des Akustikwellenelements ist die Dicke der organischen Haftschicht bevorzugt 0,1 µm oder mehr und bevorzugt auch 0,8 µm oder weniger.

BEISPIELE(Beispiel 1)

Ein Oberflächenakustikwellenelement 6A, wie es in 1(b) und 3(a) gezeigt ist, wurde gemäß dem Herstellungsverfahren hergestellt, das in 6 und 7 gezeigt ist.

Als das Trägersubstrat 1 wurde ein Einkristall-Siliziumsubstrat mit einer Dicke von 230 µm und einem Durchmesser von 4 Zoll verwendet. Der Längenausdehnungskoeffizient in einer SAW-Ausbreitungsrichtung X des Trägersubstrats 1 beträgt 3 ppm/°C. Als das Ausbreitungssubstratmaterial 3A wurde ein 36°-Y-Schnitt-/X-Ausbreitung-Lithiumtantalatsubstrat mit einer SAW-Ausbreitungsrichtung X und einem radialen Y-Schnitt-Schnittwinkel verwendet. Der Längenausdehnungskoeffizient in der SAW-Ausbreitungsrichtung X beträgt 16 ppm/°C. Die Dicke des Ausbreitungssubstratmaterials 3A war 230 µm.

Das Trägersubstrat und das Ausbreitungssubstratmaterial wurden in eine Vakuumkammer eingebracht, die ein Vakuum von 10-6 Pa hält, und darin so gehalten, dass die jeweiligen Verbindungs- bzw. Bondingflächen einander gegenüberliegen. Die Verbindungs- bzw. Bondingfläche des Trägersubstrats und die Verbindungs- bzw. Bondingfläche des Ausbreitungssubstratmaterials wurden aktiviert, indem sie jeweils für 80 Sekunden einem Argonstrahl ausgesetzt wurden, um eine auf jeder Verbindungs- bzw. Bondingfläche befindliche inerte Schicht zu beseitigen. Die Verbindungs- bzw. Bondingfläche des Trägersubstrats wurde dann mit der Verbindungs- bzw. Bondingfläche des Ausbreitungssubstratmaterials in Kontakt gebracht, und eine Last von 1200 kgf wurde in einer Richtung, die vertikal zu den Verbindungs- bzw. Bondingflächen ist, darauf angewandt, wodurch die beiden direkt miteinander verbunden bzw. gebondet wurden.

Nachdem der resultierende Aufbau aus der Kammer genommen wurde, wurde die Oberfläche des Ausbreitungssubstratmaterials durch eine Schleifmaschine geschliffen, um die Dicke des Ausbreitungssubstratmaterials auf 25 µm zu reduzieren. Der Aufbau wurde dann in eine Schmirgelvorrichtung eingesetzt und unter Verwendung von wässriger Diamantmasse bzw. -suspension (durchschnittliche Teilchengröße 1 µm) poliert, bis die Dicke des Ausbreitungssubstratmaterials auf 21 µm reduziert war. Die polierte Oberfläche des Ausbreitungssubstratmaterials wurde unter Verwendung von Kolloidsilica (durchschnittliche Teilchengröße 0,05 µm) durch eine CMP-Maschine bzw. chemisch-mechanische Poliermaschine auf Spiegel-/Hochglanz poliert, bis die Dicke auf 20 µm reduziert war. Die Mittellinie-Durchschnittsoberflächenrauigkeit Ra der resultierenden Spiegeloberfläche war 0,15 nm.

Die ausgebildete Spiegeloberfläche wurde durch Glanzschleifen mit einem Urethanschaumpad (harten Pad) fertigbearbeitet. Ein Querschnitt des resultierenden Elements wurde durch mechanisches Polieren und Ionenfräsen in der Dicke reduziert, und ein Transmissionstyp-Elektronenmikrobild davon wurde unter den folgenden Bedingungen aufgenommen.

Gerätemodell: HITACHI H-9000UHR I
Vergrößerung: 21.000 bis 520.000
Messbedingung: Beschleunigungsspannung 300 kV
Beobachtungsverfahren: Hellfeldbild, Beugungsdiagramm, Mehrwelleninterferenzbild

Als Ergebnis hiervon, wie es in 5 gezeigt ist, wurde eine dunkler erscheinende dünne Schicht mit der Kontrastdifferenz an der Ausbreitungssubstratoberfläche über eine Dicke von 3 nm bei 100.000-facher Vergrößerung oder mehr erkannt. Die Vergrößerung des TEM-Bilds gemäß 5 ist eine 520.000-fache Vergrößerung. Das TEM-Bild wurde dann einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) unterzogen, wodurch ein FFT-Muster erhalten wurde. Darin wurde keine Stelle erkannt, die durch einen Kristallgitterfehler verursacht wurde.

Wie es in 5 gezeigt ist, sind von der Oberseite zu der Unterseite in dieser Reihenfolge ein Abschnitt einer dunkleren Linie an der Oberfläche, ein Abschnitt einer helleren Linie und ein Abschnitt einer unteren dunklen Linien angeordnet. Ein Bereich mit konstanter Dicke wird unter den Linienabschnitten beobachtet. Die Dicke der Oberflächengitterstörungsschicht ist als eine Dimension von der Oberseite des Abschnitts der dunkleren Linie an der Oberfläche bis zu der Unterseite des Abschnitts der unteren dunklen Linie definiert.

Eine metallische aus Aluminium hergestellte Eingangselektrode 4 und eine metallische aus Aluminium hergestellte Ausgangselektrode 5 mit einer Dicke von 0,14 µm wurden auf diesem Ausbreitungssubstrat ausgebildet. Das Verhältnis von Elektrodendicke t zu Akustikwelle-Wellenlänge λ war 7%. Frequenz-Temperatur-Eigenschaften (Temperaturkoeffizient der Frequenz) des resultierenden Oberflächenakustikwellenelements waren -10 ppm/°C, gemessen am Resonanzpunkt von diesem. Weiterhin wurde nachgewiesen, dass der Einfügungsverlust 7,34 dB war.

(Vergleichsbeispiel 1)

Ein Ausbreitungssubstrat wurde erhalten, ohne die Fertigstellungsbearbeitung des Glanzschleifens der Spiegeloberfläche des Ausbreitungssubstrats mit dem Urethanschaumpad (harten Pad) in dem vorstehend beschriebenen Beispiel. Eine Fotografie der Umgebung der Oberfläche des Ausbreitungssubstrats wurde durch ein TEM aufgenommen, um nachzuweisen, dass kein Bereich oder keine Schicht mit der Kontrastdifferenz beobachtet wird.

Eine metallische aus Aluminium hergestellte Eingangselektrode 4 und eine metallische aus Aluminium hergestellte Ausgangselektrode 5 mit einer Dicke von 0,14 µm wurden auf diesem Ausbreitungssubstrat ausgebildet. Das Verhältnis von Elektrodendicke t zu Wellenlänge der elastischen Oberflächenwelle λ war 7%. Die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften (Temperaturkoeffizient der Frequenz) des resultierenden Oberflächenakustikwellenelements waren -20 ppm/°C, gemessen am Resonanzpunkt von diesem. Weiterhin wurde nachgewiesen, dass der Einfügungsverlust 10 dB beträgt.

(Beispiel 2)

In dem vorstehend beschriebenen Beispiel 1 wurde, anstelle des Urethanschaumpads, ein härteres Pad aus Vliesstoff verwendet, um das Polieren für die Fertigstellung durchzuführen. Es wurde eine Fotografie durch ein TEM in der Umgebung der Oberfläche des auf diese Weise erhaltenen Ausbreitungssubstrats aufgenommen, um nachzuweisen, dass die Dicke der Gitterstörungsschicht 8 nm war. Weiterhin wurden die drei Schichten mit unterschiedlichen Kontrasten in dem Oberflächenbereich beobachtet, wie es in Beispiel 1 der Fall war.

Eine metallische aus Aluminium hergestellte Eingangselektrode 4 und eine metallische aus Aluminium hergestellte Ausgangselektrode 5 mit einer Dicke von 0,14 µm wurden auf diesem Ausbreitungssubstrat ausgebildet. Das Verhältnis von Elektrodendicke t zu Wellenlänge der elastischen Oberflächenwelle λ war 7%. Die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften (Temperaturkoeffizient von Frequenz) des resultierenden Oberflächenakustikwellenelements waren gute -13 ppm/°C, gemessen am Resonanzpunkt von diesem. Es wurde jedoch nachgewiesen, dass der Einfügungsverlust 8 dB ist, was niedriger war. Es wird in Betracht gezogen, dass die Oberflächengitterstörungsschicht dicker ist und die Akustikwelle während der Ausbreitung gedämpft wurde.

(Beispiel 3)

Ein verbundenes bzw. gebondetes Substrat wurde auf die gleiche Weise in Beispiel 1 erzeugt. Anstelle des vorgenannten Siliziumsubstrats wurde jedoch ein Saphirsubstrat mit der gleichen Dicke wie das Siliziumsubstrat als das Trägersubstrat verwendet. Die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften am Resonanzpunkt waren in diesem Fall -18 ppm/°C.

(Vergleichsbeispiel 2)

Ein verbundenes bzw. gebondetes Substrat wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 3 hergestellt. Jedoch wurde die Fertigstellungsbearbeitung des Glanzpolierens der Spiegeloberfläche des Ausbreitungssubstrats unter Verwendung eines Velourspads (weichen Pads) anstelle der Verwendung des vorstehend beschriebenen Urethanschaumpads (harten Pads) durchgeführt. Dementsprechend wurde eine Fotografie der Umgebung der Oberfläche des resultierenden Ausbreitungssubstrats durch ein TEM aufgenommen, um nachzuweisen, dass kein Bereich oder keine Schicht mit der Kontrastdifferenz beobachtet wird. Die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften am Resonanzpunkt waren -23 ppm/°C.

(Beispiel 4)

Ein verbundenes bzw. gebondetes Substrat wurde auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass ein 128°-Y-Schnitt-/X-Ausbreitung-Lithiumniobatsubstrat mit einer SAW-Ausbreitungsrichtung X und mit einem radialen Y-Schnitt-Schnittwinkel als das Ausbreitungssubstratmaterial verwendet wurde. Der Längenausdehnungskoeffizient in der SAW-Ausbreitungsrichtung X beträgt 15,4 ppm/°C. Die Dicke des Ausbreitungssubstratmaterials war 230 µm. Als Ergebnis der gleichen TEM-Beobachtung eines Querschnitts des polierten Substrats war die Dicke der Oberflächengitterstörungsschicht 15 nm, was größer war als die Dicke in dem Fall einer Verwendung von Lithiumtantalat. Es wird angenommen, dass dies dem relativ kleinen Youngschen Modus des Kristallmaterials zuzuschreiben ist. Weiterhin wurden die drei Schichten mit unterschiedlichen Kontrasten in dem Oberflächenbereich beobachtet, wie es in Beispiel 1 der Fall war.

Die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften des resultierenden Oberflächenakustikwellenelements waren -58 ppm/°C, gemessen am Resonanzpunkt von diesem, und zwar auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1.

(Vergleichsbeispiel 3)

Ein verbundenes bzw. gebondetes Substrat wurde auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 4 hergestellt, unter der Bedingung, dass die Fertigstellungsbearbeitung des Glanzpolierens der Spiegeloberfläche des Ausbreitungssubstrats unter Verwendung eines Velourspads (weichen Pads) anstelle der Verwendung des Urethanschaumpads (harten Pads) durchgeführt wurde. Eine Fotografie der Umgebung der Oberfläche des resultierenden Ausbreitungssubstrats wurde durch ein TEM aufgenommen, um nachzuweisen, dass kein Bereich oder keine Schicht mit der Kontrastdifferenz beobachtet wird. Die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften am Resonanzpunkt waren -65 ppm/°C.

(Beispiel 5)

Obgleich in allen der vorstehend beschriebenen Beispiele die beiden Substrate direkt miteinander verbunden bzw. gebondet wurden, können die Substrate durch Verwendung einer Haftschicht miteinander verklebt werden.

Konkret wurde ein verklebter Körper erhalten, indem ein flüssiges Acrylhaftmittel auf die Oberfläche des Siliziumsubstrats, das in Beispiel verwendet wurde, durch einen Rotationsbeschichter angewandt bzw. aufgebracht wird und das Lithiumtantalatsubstrat, das in Beispiel 1 verwendet wurde, darauf verbunden bzw. gebondet wird. Der verklebte Körper wurde in einem Ofen mit ungefähr 150°C platziert, um das Haftmittel auszuhärten. Ein Akustikwellenelement wurde durch die gleichen Schritte wie in Beispiel 1 hergestellt.

Gemäß einer TEM-Beobachtung war die Dicke der Oberflächengitterstörungsschicht 3 nm, was gleich war wie in Beispiel 1. Weiterhin wurden wie in Beispiel 1 die drei Schichten mit der Kontrastdifferenz beobachtet. Die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften am Resonanzpunkt waren -10 ppm/°C, was gleich war wie in Beispiel 1, und es wurde gezeigt, dass der Effekt der Oberflächengitterstörungsschicht nicht von dem Verbindungs- bzw. Bondingverfahren abhängt.

(Vergleichsbeispiel 4)

Ein verbundenes bzw. gebondetes Substrat wurde auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, unter der Bedingung, dass die Fertigstellungsbearbeitung des Glanzschleifens der Spiegeloberfläche des Ausbreitungssubstrats unter Verwendung eines Velourspads (weichen Pads) anstelle der Verwendung des Urethanschaumpads (harten Pads) durchgeführt wurde. Folglich wurde eine Fotografie der Umgebung der Oberfläche des resultierenden Ausbreitungssubstrats durch ein TEM aufgenommen, um nachzuweisen, dass kein Bereich oder keine Schicht mit der Kontrastdifferenz beobachtet wird. Die Frequenz-Temperatur-Eigenschaften am Resonanzpunkt waren -20 ppm/°C.