特開 2022-174977 弾性波デバイス、フィルタ、マルチプレクサ並びにウエハおよびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022174977

(43)【公開日】2022-11-25

(54)【発明の名称】弾性波デバイス、フィルタ、マルチプレクサ並びにウエハおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/25 20060101AFI20221117BHJP

   H03H 3/08 20060101ALI20221117BHJP

   C30B 33/06 20060101ALI20221117BHJP

   C30B 29/30 20060101ALI20221117BHJP

【ＦＩ】

H03H9/25 C

H03H3/08

C30B33/06

C30B29/30

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021081063

(22)【出願日】2021-05-12

(71)【出願人】

【識別番号】000204284

【氏名又は名称】太陽誘電株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】清水 洋平

(72)【発明者】

【氏名】三浦 享

(72)【発明者】

【氏名】小宮山 凌平

【テーマコード（参考）】

4G077

5J097

【Ｆターム（参考）】

4G077AA02

4G077AB02

4G077BB01

4G077BC32

4G077BC37

4G077FF01

4G077HA11

5J097AA05

5J097AA14

5J097EE08

5J097GG03

5J097HA03

5J097KK09

(57)【要約】

【課題】中間層と圧電基板と接合強度を向上させる弾性波デバイスを提供する。
【解決手段】弾性波デバイスは、支持基板１０と、支持基板１０上に設けられ、結晶粒の平均粒径が１００ｎｍ以上である第１中間層１２と、第１中間層１２上に設けられ、第１中間層１２との界面３２の粗さは支持基板１０と第１中間層１２との界面の粗さより小さく、第１中間層１２より薄く、結晶粒の平均粒径が１００ｎｍ未満である第２中間層１３と、第２中間層１３上に直接接合された圧電基板１４と、圧電基板１４上に設けられた一対の櫛型電極２０とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持基板と、
前記支持基板上に設けられ、結晶粒の平均粒径が１００ｎｍ以上である第１中間層と、
前記第１中間層上に設けられ、前記第１中間層との界面の粗さは前記支持基板と前記第１中間層との界面の粗さより小さく、前記第１中間層より薄く、結晶粒の平均粒径が１００ｎｍ未満である第２中間層と、
前記第２中間層上に直接接合された圧電基板と、
前記圧電基板上に設けられた一対の櫛型電極と、
を備える弾性波デバイス。

【請求項2】

前記圧電基板は前記第２中間層との界面にアモルファス層を有する請求項１に記載の弾性波デバイス。

【請求項3】

前記支持基板と前記第１中間層との間の算術平均粗さは１０ｎｍ以上であり、前記第１中間層と前記第２中間層との間の算術平均粗さは１ｎｍ以下である請求項１または２に記載の弾性波デバイス。

【請求項4】

前記第２中間層の厚さは前記第１中間層の厚さの０．１倍以下である請求項１から３のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項5】

前記圧電基板の厚さは前記一対の櫛型電極の電極指の平均ピッチの２倍以下である請求項１から４のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項6】

前記第２中間層は、酸化アルミニウムまたは窒化酸化アルミニウムを主成分とする請求項１から５のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項7】

前記第１中間層は、酸化アルミニウムまたは窒化酸化アルミニウムを主成分とする請求項６に記載の弾性波デバイス。

【請求項8】

前記圧電基板は、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である請求項１から７のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを含むフィルタ。

【請求項10】

請求項９に記載のフィルタを含むマルチプレクサ。

【請求項11】

支持基板と、
前記支持基板上に設けられ、結晶粒の平均粒径が１００ｎｍ以上である第１中間層と、
前記第１中間層上に設けられ、前記第１中間層との界面の粗さは前記支持基板と前記第１中間層との界面の粗さより小さく、前記第１中間層より薄く、結晶粒の平均粒径が１００ｎｍ未満である第２中間層と、
前記第２中間層上に直接接合された圧電基板と、
を備えるウエハ。

【請求項12】

支持基板上に結晶粒の平均粒径が１００ｎｍ以上である第１中間層を形成する工程と、
前記第１中間層の表面を平坦化する工程と、
前記第１中間層の表面に、前記第１中間層より薄く、結晶粒の平均粒径が１００ｎｍ未満である第２中間層を形成する工程と、
前記第２中間層上に圧電基板を直接接合する工程と、
を含むウエハの製造方法。

【請求項13】

前記第２中間層上に前記圧電基板を直接接合する工程は、表面活性化法を用い前記第２中間層上に前記圧電基板を直接接合する工程を含む請求項１２に記載のウエハの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、弾性波デバイス、フィルタ、マルチプレクサ並びにウエハおよびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

スマートフォン等の通信機器に用いられる弾性波デバイスとして、圧電基板上に一対の櫛型電極を有するＩＤＴ（Interdigital Transducer）が設けられた弾性波デバイスが知られている。弾性波デバイスに、支持基板上に圧電基板を接合した複合基板を用いることが知られている（例えば特許文献１）。支持基板と圧電基板との間に中間層を設けることが知られている（例えば特許文献２、３）。支持基板の接合面を凹凸面とすることが知られている（例えば特許文献４）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－０３４３６３号公報

【特許文献2】国際公報第２０１８／２０３４３０号

【特許文献3】国際公報第２０１９／０８２８０６号

【特許文献4】特開２０２０－１６１８９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献２および３のように、支持基板と圧電基板との間に中間層を設けた構造では、スプリアスを十分には抑制できない。支持基板と中間層との界面を粗面または凹凸面とすることでスプリアスを抑制できる。しかしながら、粗面または凹凸面上に中間層を形成すると、中間層と圧電基板との十分な接合強度が保てない。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、中間層と圧電基板と接合強度を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、支持基板と、前記支持基板上に設けられ、結晶粒の平均粒径が１００ｎｍ以上である第１中間層と、前記第１中間層上に設けられ、前記第１中間層との界面の粗さは前記支持基板と前記第１中間層との界面の粗さより小さく、前記第１中間層より薄く、結晶粒の平均粒径が１００ｎｍ未満である第２中間層と、前記第２中間層上に直接接合された圧電基板と、前記圧電基板上に設けられた一対の櫛型電極と、を備える弾性波デバイスである。

【0007】

上記構成において、前記圧電基板は前記第２中間層との界面にアモルファス層を有する構成とすることができる。

【0008】

上記構成において、前記支持基板と前記第１中間層との間の算術平均粗さは１０ｎｍ以上であり、前記第１中間層と前記第２中間層との間の算術平均粗さは１ｎｍ以下である構成とすることができる。

【0009】

上記構成において、前記第２中間層の厚さは前記第１中間層の厚さの０．１倍以下である構成とすることができる。

【0010】

上記構成において、前記圧電基板の厚さは前記一対の櫛型電極の電極指の平均ピッチの２倍以下である構成とすることができる。

【0011】

上記構成において、前記第２中間層は、酸化アルミニウムまたは窒化酸化アルミニウムを主成分とする構成とすることができる。

【0012】

上記構成において、前記第１中間層は、酸化アルミニウムまたは窒化酸化アルミニウムを主成分とする構成とすることができる。

【0013】

上記構成において、前記圧電基板は、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である構成とすることができる。

【0014】

本発明は、上記弾性波デバイスを含むフィルタである。

【0015】

本発明は、上記フィルタを含むマルチプレクサである。

【0016】

本発明は、支持基板と、前記支持基板上に設けられ、結晶粒の平均粒径が１００ｎｍ以上である第１中間層と、前記第１中間層上に設けられ、前記第１中間層との界面の粗さは前記支持基板と前記第１中間層との界面の粗さより小さく、前記第１中間層より薄く、結晶粒の平均粒径が１００ｎｍ未満である第２中間層と、前記第２中間層上に直接接合された圧電基板と、を備えるウエハである。

【0017】

本発明は、支持基板上に結晶粒の平均粒径が１００ｎｍ以上である第１中間層を形成する工程と、前記第１中間層の表面を平坦化する工程と、前記第１中間層の表面に、前記第１中間層より薄く、結晶粒の平均粒径が１００ｎｍ未満である第２中間層を形成する工程と、前記第２中間層上に圧電基板を直接接合する工程と、を含むウエハの製造方法である。

【0018】

上記構成において、前記第２中間層上に前記圧電基板を直接接合する工程は、表面活性化法を用い前記第２中間層上に前記圧電基板を直接接合する工程を含む構成とすることができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、中間層と圧電基板と接合強度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１（ａ）は、実施例１に係る弾性波共振器の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図2】図２（ａ）から図２（ｅ）は、実施例１に係る弾性波共振器の製造方法を示す断面図（その１）である。

【図3】図３（ａ）から図３（ｃ）は、実施例１に係る弾性波共振器の製造方法を示す断面図（その２）である。

【図4】図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１における基板の接合方法を示す模式図である。

【図5】図５（ａ）および図５（ｂ）は、実施例１におけるウエハの製造方法において中間層の上面のＡＦＭ画像を示す図である。

【図6】図６（ａ）から図６（ｃ）は、実施例１におけるウエハの製造方法において中間層の上面のＡＦＭ画像を示す図である。

【図7】図７（ａ）および図７（ｂ）は、比較例１におけるウエハの製造方法において中間層の上面のＡＦＭ画像を示す図である。

【図8】図８（ａ）および図８（ｂ）は、比較例１におけるウエハの製造方法においてウエハの平面模式図である。

【図9】図９（ａ）から図９（ｃ）は、実験３における中間層の上面のＡＦＭ画像である。

【図10】図１０（ａ）から図１０（ｃ）は、実験３における中間層の上面のＡＦＭ画像である。

【図11】図１１（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図、図１１（ｂ）は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。

【実施例0022】

図１（ａ）は、実施例１に係る弾性波共振器の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。電極指の配列方向をＸ方向、電極指の延伸方向をＹ方向、支持基板および圧電基板の積層方向をＺ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、圧電基板の結晶方位のＸ軸方向およびＹ軸方向とは必ずしも対応しない。圧電基板が回転ＹカットＸ伝搬基板の場合、Ｘ方向は結晶方位のＸ軸方向となる。

【0023】

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、支持基板１０上に中間層１２が設けられ、中間層１２上に中間層１３が設けられている。中間層１３上に圧電基板１４が接合されている。支持基板１０と中間層１２との界面３０は粗面または凹凸面である。中間層１２と１３との界面３２および中間層１２と圧電基板１４との界面３４は鏡面である。界面３０の算術平均粗さＲａは例えば１０ｎｍ以上であり、例えば１００ｎｍ以上である。界面３２および３４の算術平均粗さＲａは例えば１ｎｍ以下であり、例えば０．１ｎｍ以下である。中間層１２、１３および圧電基板１４の厚さをそれぞれＴ２、Ｔ３およびＴ４とする。なお、界面３２が粗面または凹凸面であるため、厚さＴ２は平均の厚さである。

【0024】

圧電基板１４上に弾性波共振器２６が設けられている。弾性波共振器２６はＩＤＴ２２および反射器２４を有する。反射器２４はＩＤＴ２２のＸ方向の両側に設けられている。ＩＤＴ２２および反射器２４は、圧電基板１４上の金属膜１６により形成される。

【0025】

ＩＤＴ２２は、対向する一対の櫛型電極２０を備える。櫛型電極２０は、複数の電極指１８と、複数の電極指１８が接続されたバスバー１９と、を備える。一対の櫛型電極２０の電極指１８が交差する領域が交差領域２５である。交差領域２５の長さが開口長である。一対の櫛型電極２０は、交差領域２５の少なくとも一部において電極指１８がほぼ互い違いとなるように、対向して設けられている。交差領域２５において複数の電極指１８が励振する弾性波は、主にＸ方向に伝搬する。一対の櫛型電極２０のうち一方の櫛型電極の電極指１８のピッチがほぼ弾性波の波長λとなる。複数の電極指１８のピッチ（電極指１８の中心間のピッチ）をＤとすると、一方の櫛型電極２０の電極指１８のピッチは電極指１８の２本分のピッチＤとなる。反射器２４は、ＩＤＴ２２の電極指１８が励振した弾性波（弾性表面波）を反射する。これにより弾性波はＩＤＴ２２の交差領域２５内に閉じ込められる。

【0026】

ＩＤＴ２２が励振した主モードの弾性波４６（弾性表面波、例えばＳＨ（Shear Horizontal）波）は主に圧電基板１４と中間層１２および１３との界面３２および３４において反射され、圧電基板１４に閉じ込められる。よって、損失を抑制できる。主モードの弾性波より速いバルク波等の弾性波４８は、界面３２および３４を通過し、支持基板１０と中間層１２との界面３０で反射しＩＤＴ２２に戻る。これにより、スプリアスとなる。界面３０を粗面または凹凸面とすることで、弾性波４８が界面３０において散乱される。また、中間層１２を厚くすることで、弾性波４８が中間層１２を伝搬するときに減衰する。これにより、スプリアスを抑制できる。

【0027】

圧電基板１４は、単結晶タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）基板または単結晶ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）基板であり、例えば回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板または回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム基板である。主モードの弾性波４６がＳＨ波の場合、圧電基板１４は例えば３６°～４８°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板である。

【0028】

支持基板１０は、例えばシリコン基板、サファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、水晶基板、炭化シリコン基板または窒化シリコン基板である。シリコン基板は単結晶または多結晶のＳｉ基板であり、サファイア基板は単結晶Ａｌ_２Ｏ_３基板であり、アルミナ基板は多結晶または非晶質Ａｌ_２Ｏ_３基板であり、スピネル基板は多結晶ＭｇＡｌ_２Ｏ_４基板であり、水晶基板は単結晶ＳｉＯ_２基板であり、炭化シリコン基板は単結晶、多結晶または非晶質ＳｉＣ基板であり、窒化シリコン基板は多結晶または非晶質ＳｉＮ基板である。支持基板１０のＸ方向の線膨張係数は圧電基板１４のＸ方向の線膨張係数より小さい。これにより、弾性波共振器の周波数温度依存性を小さくできる。

【0029】

中間層１２は、例えば酸化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、窒化シリコン層またはシリコン層である。中間層１２を伝搬するバルク波の音速は圧電基板１４を伝搬するバルク波の音速より速い。これにより、圧電基板１４内に弾性波４６が閉じ込められる。中間層１２は多結晶であり、結晶粒の平均粒径は１００ｎｍ以上である。

【0030】

中間層１３は、例えば酸化アルミニウム層または窒化酸化アルミニウム（ＡｌＯＮ）層であり、中間層１２と圧電基板１４とを接合させる接合層である。中間層１３は多結晶であり、結晶粒の平均粒径は１００ｎｍ未満である。

【0031】

弾性波のエネルギーを圧電基板１４内にある程度存在させるため、圧電基板１４の厚さＴ４は例えば１λ以下である。弾性波を圧電基板１４に閉じ込めるため、中間層１２の厚さＴ２は例えば１λ以上である。支持基板１０が他の層を支持するため、支持基板１０の厚さは、例えば５０μｍ以上である。中間層１３の厚さＴ３は、接合層として機能するため例えば５ｎｍ以上であり、弾性波を反射しないため、１００ｎｍ以下である。

【0032】

金属膜１６は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）またはモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする膜である。電極指１８と圧電基板１４との間にチタン（Ｔｉ）膜またはクロム（Ｃｒ）膜等の密着膜が設けられていてもよい。密着膜は電極指１８より薄い。電極指１８を覆うように絶縁膜が設けられていてもよい。絶縁膜は保護膜または温度補償膜として機能する。

【0033】

弾性波の波長λは例えば１μｍから６μｍである。２本の電極指１８を１対としたときの対数は例えば２０対から３００対である。ＩＤＴ２２のデュティ比は、電極指１８の太さを電極指１８のピッチで除した値であり、例えば３０％から７０％である。ＩＤＴ２２の開口長は例えば１０λから５０λである。

【0034】

［実施例１の製造方法］
図２（ａ）から図３（ｃ）は、実施例１に係る弾性波共振器の製造方法を示す断面図である。図２（ａ）に示すように、支持基板１０の上面を粗面または凹凸面とする。支持基板１０の上面を不規則な粗面とする場合、支持基板１０の上面を粗い研磨剤を用い研磨することで、支持基板１０の上面を粗面とする。支持基板１０の上面を規則的（すなわち周期的）な凹凸面とする場合、特許文献４のように支持基板１０の上面に規則的な開口を有するマスク層を設けマスク層をマスクに支持基板１０の上面をエッチングすることで、支持基板１０の上面を凹凸面とする。

【0035】

図２（ｂ）に示すように、支持基板１０上に中間層１２を例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタリング法または真空蒸着法を用い形成する。中間層１２の上面は粗面または凹凸面となる。中間層１２の厚さはＴ２´である。厚さＴ２´は平均の厚さである。図２（ｃ）に示すように、中間層１２の上面の研磨することにより中間層１２の上面を平坦化する。中間層１２の上面の研磨には例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いる。これにより中間層１２の厚さはＴ２となる。

【0036】

図２（ｄ）に示すように、中間層１２上に中間層１３を形成する。中間層１２の形成には例えばＣＶＤ法、スパッタリング法または真空蒸着法を用いる。中間層１３の厚さはＴ３である。図２（ｅ）に示すように、中間層１３の上面および圧電基板１４の下面に原子またはイオン等を照射する（矢印５５）。これにより、中間層１３の上面および圧電基板１４の下面が活性化する。

【0037】

図３（ａ）に示すように、中間層１３の上面と圧電基板１４の下面とを接触させ、中間層１３の上面と圧電基板１４の下面とを常温において直接接合する。図３（ｂ）に示すように、圧電基板１４の上面を例えばＣＭＰ法を用い平坦化する。これにより、圧電基板１４の厚さがＴ４となる。支持基板１０上に圧電基板１４が積層されたウエハ２８が完成する。図３（ｃ）に示すように、圧電基板１４上に金属膜１６を形成することで、圧電基板１４上にＩＤＴ２２および反射器２４を形成する。

【0038】

図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１における基板の接合方法を示す模式図である。図４（ａ）に示すように、中間層１３は中間層１３ａおよび非晶質層１３ｂを有する。中間層１３ａが多結晶酸化アルミニウムの場合、非晶質層１３ｂはアルミニウム原子および酸素原子である原子５０を有する。中間層１３ａが多結晶窒化酸化アルミニウムの場合、非晶質層１３ｂはアルミニウム原子、窒素原子および酸素原子である原子５０を有する。矢印５５のように真空中において中間層１３の上面に原子５４またはイオンを照射する。原子５４またはイオンが照射された領域は、非晶質層１３ｂであり、原子５０と照射された原子５４を有する。

【0039】

図４（ｂ）に示すように、圧電基板１４は圧電基板１４ａおよび非晶質層１４ｂを有する。圧電基板１４ａは、単結晶圧電基板であり、タンタル酸リチウム基板の場合、タンタル原子、リチウム原子および酸素原子である原子５２を有し、ニオブ酸リチウム基板の場合、ニオブ原子、リチウム原子および酸素原子である原子を有する。矢印５５のように真空中において圧電基板１４の下面に原子５４またはイオンを照射する。原子５４またはイオンが照射された領域は、非晶質層１４ｂであり、原子５２と照射された原子５４を有する。

【0040】

図４（ａ）および図４（ｂ）において、原子５４は例えばアルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）またはクリプトン（Ｋｒ）等の不活性元素（例えば希ガス元素）である。原子５４またはイオン等をイオンビーム、中性化したビームまたはプラズマとして、照射する。これにより、非晶質層１３ｂの上面および非晶質層１４ｂの下面に未結合の未結合手が形成される（すなわち非晶質層１３ｂの上面および非晶質層１４ｂの下面が活性化される）。アルゴンイオンを用いる場合、例えば表面活性化接合（SAB：Surface Activated Bonding）装置を用いればよい。

【0041】

図４（ｃ）に示すように、真空を維持した状態で、矢印５６のように支持基板１０と圧電基板１４とを押圧することで、非晶質層１３ｂと１４ｂとを張り合わせる。このとき、非晶質層１３ｂおよび１４ｂの表面に形成された未結合手同士が結合し、強固な結合となる。これにより、中間層１３と圧電基板１４が接合される。このような接合は常温（例えば１００℃以下かつ－２０℃以上、好ましくは８０℃以下かつ０℃以上）で行われるため熱応力を抑制できる。常温で接合されたか否かは、残留応力の温度依存性により確かめることができる。すなわち、接合された温度において、残留応力が最も小さくなる。

【0042】

非晶質層１３ｂは、中間層１３の構成元素を主成分とし、表面活性化のための元素（例えばアルゴン）を含む。非晶質層１４ｂは、圧電基板１４の構成元素を主成分とし、表面活性化のための元素（例えばアルゴン）を含む。中間層１３が酸化アルミニウム膜のとき、非晶質層１３ｂはアルミニウムおよび酸素を主成分とし、表面活性化のための元素（例えばアルゴン）を含む。中間層１３が窒化酸化アルミニウム膜のとき、非晶質層１３ｂはアルミニウム、窒素および酸素を主成分とし、表面活性化のための元素（例えばアルゴン）を含む。圧電基板１４がタンタル酸リチウム基板のとき非晶質層１４ｂはタンタル、リチウムおよび酸素を主成分とし、表面活性化のための元素（例えばアルゴン）を含む。圧電基板１４がニオブ酸リチウム基板のとき非晶質層１４ｂはニオブ、リチウムおよび酸素を主成分とし、表面活性化のための元素（例えばアルゴン）を含む。

【0043】

非晶質層１３ｂおよび１４ｂの合計の厚さは、０ｎｍより大きいことが好ましく、０．５ｎｍ以上がより好ましい。これにより、中間層１３と圧電基板１４との接合性を向上させることができる。非晶質層１３ｂおよび１４ｂの合計の厚さは、１０ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以下がより好ましい。これにより、弾性波共振器の特性の劣化を抑制できる。

【0044】

［実験１］
実施例１における図２（ａ）～図３（ｂ）を行い、ウエハ２８を作製した。実験１におけるウエハ２８の作成方法は以下である。図２（ａ）において、算術平均粗さＲａが約１５０ｎｍの不規則な粗面を上面とするサファイア基板を支持基板１０として準備する。支持基板１０のサイズは４インチである。図２（ｂ）において、スパッタリング法を用い、支持基板１０上に酸化アルミニウム層を中間層１２として形成する。このとき、中間層１２の上面の算術平均粗さＲａは１５ｎｍ～２７ｎｍである。図２（ｃ）として、中間層１２の上面をＣＭＰ法を用い平坦化する。これにより、中間層１２の厚さＴ２となる。このとき、中間層１２の上面の算術平均粗さＲａは約０．２ｎｍである。図２（ｄ）において、スパッタリング法を用い、中間層１２に厚さＴ３の窒化酸化アルミニウム層を中間層１３として形成する。図２（ｅ）において、アルゴンを圧電基板１４の下面および中間層１３の上面に照射し、圧電基板１４の下面および中間層１３の上面を活性化する。図３（ａ）において、圧電基板１４の下面と中間層１３の上面とを常温において接合する。図３（ｂ）において、圧電基板１４の上面をＣＭＰ法を用い研磨し圧電基板１４の厚さＴ４とする。

【0045】

図５（ａ）および図５（ｂ）は、実施例１におけるウエハの製造方法において中間層の上面のＡＦＭ画像を示す図である。図５（ａ）は、図２（ｂ）における中間層１２の上面のＡＦＭ画像であり、図５（ｂ）は、図２（ｄ）における中間層１３の上面のＡＦＭ画像である。中間層１２および１３の厚さＴ２´およびＴ３は１０μｍおよび４０ｎｍである。

【0046】

図５（ａ）に示すように、中間層１２の上面に結晶粒３５が観察できる。結晶粒３５の粒径は１００ｎｍ～２μｍである。結晶粒３５の平均粒径を以下のように算出する。図５（ａ）の１０μｍ×１０μｍの画像内の結晶粒３５の個数を計測する。画像の外周にかかる結晶粒３５は１／２個として計測する。面積Ｓ（例えば１０μｍ×１０μｍ）を結晶粒３５の個数Ｎで除することで結晶粒３５の平均面積ｓ＝Ｓ／Ｎが算出できる。結晶粒３５の断面が円形と仮定したとき、結晶粒３５の平均粒径をｒとすると、ｓ＝π×（ｒ／２）^２である。これにより、結晶粒３５の平均粒径ｒが算出できる。図５（ａ）の画像では、結晶粒の平均粒径ｒは１６２９ｎｍである。

【0047】

図５（ｂ）に示すように、中間層１３の上面の結晶粒３５の粒径は非常に小さい。結晶粒３５の粒径は２ｎｍ～１００ｎｍである。図５（ｂ）を拡大した０．１μｍ×０．１μｍの画像から図５（ａ）と同様の方法で算出した結晶粒３５の平均粒径１７ｎｍである。

【0048】

図６（ａ）から図６（ｃ）は、実施例１におけるウエハの製造方法において中間層の上面のＡＦＭ画像を示す図である。図６（ａ）から図６(ｃ）は、それぞれ中間層１２の厚さＴ２´が４μｍ、６μｍおよび１０μｍのときの図２（ｂ）における中間層１２の上面のＡＦＭ画像である。中間層１２の形成方法等は図５（ａ）と同じである。図６（ａ）から図６（ｃ）に示すように、中間層１２の厚さＴ２´が厚くなると、結晶粒３５の粒径が大きくなる傾向がある。

【0049】

［比較例１：実験２］
比較例１として、図２（ｃ）において、中間層１２の上面を約２μｍ研磨し、厚さＴ２が１０μｍの中間層１２を形成した。図２（ｄ）における中間層１３の形成を行わず、中間層１２上に圧電基板１４を直接接合したウエハを作製した。その他のウエハの製造方法は実施例１の図２（ａ）～図３（ｂ）と同じである。

【0050】

図７（ａ）および図７（ｂ）は、比較例１におけるウエハの製造方法において中間層の上面のＡＦＭ画像を示す図である。図７（ａ）は、図２（ｂ）における中間層１２の上面のＡＦＭ画像であり、図７（ｂ）は、図２（ｃ）における中間層１２の上面のＡＦＭ画像である。図７（ａ）のように、ＣＭＰ前の中間層１２の上面には粒径が１μｍ～２μｍの結晶粒が観察され、上面の凹凸が大きい。図７（ｂ）に示すように、中間層１２の上面をＣＭＰ法により研磨することで上面の凹凸が小さくなる。

【0051】

図８（ａ）および図８（ｂ）は、比較例１におけるウエハの製造方法においてウエハの平面模式図である。図８（ａ）は、図３（ｂ）における圧電基板１４を研磨のウエハの平面模式図である。図８（ａ）に示すように、圧電基板１４を接合後のウエハでは中間層１２と圧電基板１４とは接合されているようにみえる。図８（ｂ）に示すように、圧電基板１４の厚さＴ４が波長λ以下になるように圧電基板１４の上面を研磨すると、ウエハ２８の前面に渦状の圧電基板１４の剥がれが観察される。

【0052】

このように、比較例１では、図７（ａ）のように、中間層１２の結晶粒３５の粒径が大きく、中間層１２の上面の凹凸が大きい場合であっても、図７（ｂ）のように、中間層１２の上面をＣＭＰ法を用い平坦化することで、中間層１２の上面が平坦になる。図８（ａ）のように、中間層１２上に圧電基板１４を直接接合できているようにみえる。しかし、図８（ｂ）のように、圧電基板１４を研磨すると、中間層１２から圧電基板１４が剥がれてしまう。このように、中間層１２の結晶粒３５が大きい場合、中間層１２の上面を平坦化しても中間層１２と圧電基板１４との接合強度が低下する。

【0053】

［実験３］
中間層１２の結晶粒が大きくなる理由を調べるため、支持基板１０の上面が粗面の場合と鏡面の場合について、支持基板１０上に中間層１２をスパッタリング法を用い形成し、中間層１２の上面をＡＦＭ観察した。支持基板１０の上面が粗面の場合の算術平均粗さＲａは約１５０ｎｍである。支持基板１０の上面が鏡面の場合の算術平均粗さＲａは０．１ｎｍ以下である。

【0054】

図９（ａ）から図９（ｃ）は、実験３における中間層の上面のＡＦＭ画像である。支持基板１０の上面は粗面である。図９（ａ）から図９（ｃ）は、それぞれ中間層１２の厚さＴ２´が４μｍ、６μｍおよび１０μｍである。図９（ａ）から図９（ｃ）に示すように、中間層１２の厚さＴ２´のいずれのウエハも結晶粒３５の粒径は１μｍ以上である。

【0055】

図１０（ａ）から図１０（ｃ）は、実験３における中間層の上面のＡＦＭ画像である。支持基板１０の上面は鏡面である。図１０（ａ）から図１０（ｃ）は、それぞれ中間層１２の厚さＴ２´が４μｍ、６μｍおよび１０μｍである。図１０（ａ）から図１０（ｃ）に示すように、中間層１２の厚さＴ２´のいずれのウエハも結晶粒３５の粒径は４００ｎｍ以下である。厚さＴ２´が大きくなると結晶粒３５の粒径は大きくなるように見える。

【0056】

実験３のように、中間層１２の結晶粒３５は支持基板１０の上面が粗面または凹凸面の場合大きくなる。また、図６（ａ）から図６（ｃ）のように、中間層１２の厚さＴ２´が厚くなると結晶粒３５の粒径が大きくなる。実験２のように、中間層１２の結晶粒３５が大きい場合、中間層１２の上面をＣＰＭ法を用い平坦化しても、中間層１２上に圧電基板１４を直接接合すると接合強度が低下する。

【0057】

[実験４]
実施例１のウエハの製造方法において中間層１２の厚さＴ２´を４μｍ、６μｍおよび１０μｍと変えた。中間層１３の厚さＴ３を１０ｎｍ、２０ｎｍおよび４０ｎｍと変えた。圧電基板１４の厚さＴ４を１．２μｍとした。図２（ｃ）におけるＣＭＰ法を用いた研磨量［μｍ］を１．３μｍ、２．０μｍおよび２．５μｍと変えた。図３（ｂ）において、ウエハ２８における圧電基板１４のはがれを観察した。

【0058】

表１は、実験１における圧電基板１４の剥がれの程度を示す表である。

【表1】

【0059】

剥がれの程度は「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」および「Ｄ」で表した。「Ａ」はウエハ２８の外周から５ｍｍより内側に圧電基板１４の剥がれが観測されていないことを示す。「Ｂ」はウエハ２８の外周から１５ｍｍより内側に圧電基板１４の剥がれが観測されていないことを示す。「Ｃ」はウエハ２８の外周から３０ｍｍより内側に圧電基板１４の剥がれが観測されていないことを示す。「Ｄ」はウエハ２８の全面に圧電基板１４の剥がれが観測されることを示す。「Ａ」から「Ｄ」に行くに従い剥がれの程度が悪くなる。実験２の図８（ｂ）の剥がれは「Ｄ」に相当する。

【0060】

表１に示すように、ほとんどの場合において、圧電基板１４の剥がれは実験２の図８（ｂ）より改善する。中間層１２の厚さＴ２が薄くかつ中間層１３のＴ３が厚い方が圧電基板１４の剥がれは改善する。

【0061】

図２（ｂ）のように、表面に凹凸を有する支持基板上に中間層１２（第１中間層）を形成すると、結晶粒３５の平均粒径が１００ｎｍ以上となる。図２（ｃ）のように、中間層１２の表面を平坦化する。実験２の比較例１のように、この状態で中間層１２上に圧電基板１４を直接接合すると、圧電基板１４の接合強度が低下する。そこで、実施例１では、図２（ｄ）のように、中間層１２の表面に、結晶粒の平均粒径が１００ｎｍ未満であり、中間層１２より薄い中間層１３（第２中間層）を形成する。図２（ｅ）および図３（ａ）のように、中間層１３上に圧電基板１４を直接接合する。これにより、中間層１２と圧電基板１４との接合強度の大きいウエハを製造できる。

【0062】

このようにウエハ２８を製造すると、ウエハおよび弾性波デバイスでは、支持基板１０と中間層１２との界面３０が粗面または凹凸面となる。中間層１２と１３との界面３２の粗さは界面３０の粗さより小さくなる。中間層１３と圧電基板１４との界面３４の粗さは界面３０の粗さより小さくなる。

【0063】

結晶粒３５の平均粒径は以下のように求めることができる。１０個以上、好ましくは２０個以上の結晶粒が含まれるＡＦＭ画像、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像またはＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）画像を取得する。画像は平面方向の画像であることが好ましい。取得した画像において、画像の面積Ｓを結晶粒３５の個数Ｎで除することで結晶粒３５の平均面積ｓ＝Ｓ／Ｎを求める。ｓ＝π×（ｒ／２）^２となるようなｒを平均粒径とすればよい。

【0064】

中間層１２内の結晶粒３５の平均粒径が大きくなると、圧電基板１４と中間層１２の接合強度が低下するため、中間層１３を設ける。この観点から中間層１２内の結晶粒３５の平均粒径は、２００ｎｍ以上が好ましく、５００ｎｍ以上がより好ましく、１０００ｎｍ以上がさらに好ましい。中間層１２内の結晶粒３５の平均粒径が大きくなりすぎると、中間層１２の上面の平坦化が難しくなる。この観点から中間層１２内の結晶粒３５の平均粒径は１０μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましい。

【0065】

中間層１３内の結晶粒の平均粒径が大きくなると、圧電基板１４と中間層１３の接合強度が低下する。この観点から中間層１３内の結晶粒の平均粒径は、５０ｎｍ以下が好ましく、２０ｎｍ以下がより好ましい。中間層１３内の結晶粒の平均粒径は、中間層１２内の結晶粒３５の平均粒径の１／１０以下が好ましく、１／２０以下がより好ましく、１／５０以下がさらに好ましい。

【0066】

界面３０の算術平均粗さＲａが大きいと中間層１２の結晶粒３５が大きくなり、圧電基板１４が中間層１２から剥がれやすくなり、中間層１３を設けることになる。この観点から、界面３０の算術平均粗さＲａは、１０ｎｍ以上であり、１００ｎｍ以上が好ましい。界面３０の算術平均粗さＲａが大きいと、中間層１２の形成が難しくなる。この観点から、界面３０の算術平均粗さＲａは、１μｍ以下が好ましい。

【0067】

圧電基板１４と中間層１３との接合強度を高める観点から界面３２および３４の算術平均粗さＲａは１ｎｍ以下が好ましく、０．５ｎｍ以下がより好ましく、０．２ｎｍ以下がさらに好ましい。

【0068】

界面３０、３２および３４の表面粗さは、製造工程中に、支持基板１０、中間層１２および１３の表面の粗さをＡＦＭ法等により測定することで算出できる。ウエハおよび弾性波デバイスにおける界面３０、３２および３４の粗さは、断面ＳＥＭ画像または断面ＴＥＭ画像により比較できる。

【0069】

表面活性化法を用い中間層１２上に圧電基板１４を直接接合する工程を含む場合、圧電基板１４が中間層１２から剥がれやすくなる。よって、中間層１３を設けることが好ましい。

【0070】

このようにウエハ２８を製造すると、ウエハおよび弾性波デバイスでは、図４（ｃ）のように、圧電基板１４は中間層１３との界面に非晶質層１４ｂ（アモルファス層）を有する。非晶質層１４ｂは圧電基板１４の構成元素を主成分とする。中間層１３は圧電基板１４との界面に非晶質層１３ｂを有してもよい。非晶質層１３ｂは中間層１３の構成元素を主成分とする。

【0071】

圧電基板１４との接合強度を高めるため、中間層１３は、酸化アルミニウムまたは窒化酸化アルミニウムを主成分とする。中間層１２と１３との接合強度を高めかつ圧電基板１４より弾性波の音速を速くするため、中間層１２は、酸化アルミニウムまたは窒化酸化アルミニウムを主成分とする。ある層がある元素を主成分とするとは、意図的または意図せず含有する不純物を許容し、例えばある層のある元素の濃度は５０原子％以上であり、８０原子％以上であり、９０原子％以上である。中間層１２および１３が酸化アルミニウムを主成分とする場合、中間層１２および１３内のアルミニウム濃度と酸素濃度との合計は５０原子％以上、８０原子％以上または９０原子％以上である。また、中間層１２および１３内のアルミニウム濃度および酸素濃度は各々１０原子％以上または２０原子％以上である。中間層１２および１３が窒化酸化アルミニウムを主成分とする場合、中間層１２および１３内のアルミニウム濃度と窒素濃度と酸素濃度との合計は５０原子％以上、８０原子％以上または９０原子％以上である。また、中間層１２および１３内のアルミニウム濃度、窒素濃度および酸素濃度は各々１０原子％以上または２０原子％以上である。

【0072】

表１のように、接合強度の観点では中間層１２は薄い方が好ましい。中間層１２の厚さＴ２は、例えば１０μｍ以下が好ましく、６μｍ以下がより好ましい。スプリアスの抑制の観点からＴ２は電極指１８の平均ピッチＤの２倍（１λ）以上が好ましく、３倍（１．５λ）以上がより好ましい。表１のように、接合強度の観点では中間層１３は厚い方が好ましい。中間層１３の厚さＴ３は、例えば２０ｎｍ以上が好ましく、４０ｎｍ以上がより好ましい。厚さＴ３が厚くなると、界面３４付近の粒径が大きくなり、中間層１３と圧電基板１４との接合強度が小さくなる。この観点から厚さＴ３は１μｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以下がより好ましい。厚さＴ３は厚さＴ２の０．１倍以下が好ましく、０．０５倍以下がより好ましい。

【0073】

弾性波のエネルギーを圧電基板１４の閉じ込めるため、圧電基板１４の厚さＴ４は櫛型電極２０の電極指１８の平均ピッチＤの２倍（１λ）以下が好ましく、１．６倍（０．８λ）以下がより好ましく、１．２倍（０．６λ）以下がさらに好ましい。圧電基板１４が薄すぎると弾性波が励振できない。この観点から厚さＴ４は０．２倍以上が好ましい。電極指１８の平均ピッチはＩＤＴ２２のＸ方向の幅を電極指１８の本数で除することで算出できる。

【実施例0074】

図１１（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図１１（ａ）に示すように、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ３が直列に接続されている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の並列共振器Ｐ１およびＰ２が並列に接続されている。１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ３および１または複数の並列共振器Ｐ１およびＰ２の少なくとも１つに実施例１の弾性波共振器を用いることができる。ラダー型フィルタの共振器の個数等は適宜設定できる。フィルタは、多重モード型フィルタでもよい。

【0075】

［実施例２の変形例１］
図１１（ｂ）は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図１１（ｂ）に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４０が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ４２が接続されている。送信フィルタ４０は、送信端子Ｔｘから入力された高周波信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４２は、共通端子Ａｎｔから入力された高周波信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方を実施例２のフィルタとすることができる。

【0076】

マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。

【0077】

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。