(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-09
(45)【発行日】2023-11-17
(54)【発明の名称】弾性波デバイスの製造方法
(51)【国際特許分類】
H03H 9/145 20060101AFI20231110BHJP
H03H 9/25 20060101ALI20231110BHJP
H03H 3/08 20060101ALI20231110BHJP
【FI】
H03H9/145 D
H03H9/25 C
H03H3/08
(21)【出願番号】P 2018095004
(22)【出願日】2018-05-17
【審査請求日】2021-05-12
(73)【特許権者】
【識別番号】000204284
【氏名又は名称】太陽誘電株式会社
(72)【発明者】
【氏名】月舘 均
(72)【発明者】
【氏名】山本 慎二
【審査官】志津木 康
(56)【参考文献】
【文献】特開2013-138362(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2010/0314633(US,A1)
【文献】特開2004-336503(JP,A)
【文献】特開2017-126831(JP,A)
【文献】国際公開第2010/047031(WO,A1)
【文献】特開2016-100729(JP,A)
【文献】国際公開第2015/064238(WO,A1)
【文献】国際公開第2017/163722(WO,A1)
【文献】国際公開第2012/033125(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H03H3/007-H03H3/10
H03H9/00-H03H9/76
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧電基板と支持基板とが貼り合わされた基板にレーザを照射して前記圧電基板の一部および前記支持基板の一部に前記圧電基板の表面から接合面下にかけて前記支持基板および前記圧電基板とは結晶構造が異なる領域を形成するレーザ照射工程と、
前記レーザ照射工程の後に、前記領域より小さい溝を前記支持基板内で前記領域と重なる部分に形成する溝形成工程と、
前記支持基板および前記圧電基板を前記溝から割断する割断工程とを含む弾性波デバイスの製造方法。
【請求項2】
前記支持基板は、多結晶スピネルまたは多結晶シリコンである
請求項1に記載の弾性波デバイスの製造方法。
【請求項3】
前記レーザ照射工程において、レーザは、前記圧電基板側から照射する請求項1または2に記載の弾性波デバイスの製造方法。
【請求項4】
前記溝形成工程において、前記溝は、前記レーザ照射工程におけるスポット径よりも小さいスポット径にてレーザを照射して形成する請求項3に記載の弾性波デバイスの製造方法。
【請求項5】
前記溝形成工程において、前記溝は、前記領域の一部を除去して形成する請求項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の製造方法に関し、より詳細には弾性波デバイスの個片化技術に関する。
【背景技術】
【0002】
携帯通信端末のフィルタとして、圧電基板上に櫛歯状電極(IDT:Interdigital Transducer)が設けられた弾性表面波(SAW:Surface Acoustic Wave)デバイスなどの弾性波デバイスが用いられる。
【0003】
弾性波デバイスには、圧電基板と支持基板とを貼り合わせた基板が用いられることがある。特許文献1には、圧電基板および支持基板の表面を活性化することで接合する技術が記載されている。
【0004】
櫛歯状電極などの弾性波デバイスを設けたウェハを個片化する技術として特許文献2にはレーザを照射して支持基板内に複数の改質領域を形成し、その後割断して個片化する技術が記載されている。また、特許文献3には圧電基板と支持基板の接合界面付近に改質領域を形成することで、圧電基板と支持基板の剥離を防止する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開2004-343359号公報
【文献】特開2014-22966号公報
【文献】特開2004-336503号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
SAWデバイスの圧電基板の厚さを弾性表面波の波長以下にすることにより、漏洩バルク波の発生を抑制し挿入損失を低減することができる。漏洩バルク波とは、弾性表面波から生じて圧電基板内へと伝播し、圧電基板および支持基板の接合界面と圧電基板の表面とで反射を繰り返すバルク波である。
【0007】
しかしながら、上記のような厚さの圧電基板に単結晶の支持基板を貼り合わせた弾性波デバイスを用いるフィルタには、フィルタの通過帯域の1.1倍から1.5倍の周波数付近で高周波のスプリアスが発生してしまう問題があった。圧電基板が薄い場合、圧電基板の表面下を伝播するラム波が支持基板の接合界面で反射してしまうためと考えられる。
【0008】
上記の問題を解決する方法の1つとして、支持基板にスピネル、多結晶シリコンなどの多結晶の基板を用いる方法が挙げられる。多結晶の基板は、結晶粒界が一様でないため支持基板の接合界面で反射される弾性波を散乱しスプリアスの発生を抑制することができる。
【0009】
特許文献2に記載の技術で多結晶の支持基板の個片化を行う場合、支持基板は、結晶粒界に沿って割れやすいためチッピングが起きやすいという課題を有している。また、特許文献2に記載の技術では支持基板のみに改質を行うため、圧電基板と支持基板とが接合界面の端部から剥離する可能性がある。特許文献3では、接合界面に改質領域を形成することで剥離を防止するが圧電基板表面に改質領域を形成していないため圧電基板表面付近のチッピングが考慮されていない。
【0010】
本発明では上記課題を鑑み、圧電基板と支持基板との剥離を防止し、多結晶の支持基板の個片化時のチッピングの抑制が可能な弾性波デバイスおよび弾性波デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の弾性波デバイスは、一対の櫛歯状電極と、前記一対の櫛歯状電極が設けられ、前記櫛歯状電極と重なる領域とは結晶構造が異なる第1領域を側面に有する圧電基板と、前記圧電基板を介し前記櫛歯状電極と反対側に接合され、前記櫛歯状電極と重なる領域の結晶構造と異なる構造の第2領域を側面に有する支持基板とを有する。
【0012】
上記構成において、前記第1領域は、前記第2領域に重なる構成とすることができる。
【0013】
上記構成において、前記第1領域は、非晶質である構成とすることができる。
【0014】
上記構成において、前記第1領域は、前記圧電基板の側面の全面に形成されている構成とすることができる。
【0015】
上記構成において、前記第2領域は、非晶質である構成とすることができる。
【0016】
上記構成において、前記第2領域は、前記支持基板の側面の前記圧電基板側の一部に形成されている構成とすることができる。
【0017】
上記構成において、前記支持基板は、多結晶基板である構成とすることができる。
【0018】
上記構成において、前記支持基板は、多結晶スピネルまたは多結晶シリコンを主材料とする構成とすることができる。
【0019】
上記構成において、前記支持基板は、単結晶スピネル、サファイア、単結晶シリコンまたは水晶を主材料とする構成とすることができる。
【0020】
上記構成において、前記支持基板と前記圧電基板とは薄膜層を介して接合される構成とすることができる。
【0021】
上記構成において、前記薄膜層は、二酸化ケイ素または窒化アルミニウムを主材料とする構成とすることができる。
【0022】
本発明の弾性波デバイスの製造方法は、圧電基板と支持基板とが貼り合わされた基板にレーザを照射して前記圧電基板の一部および前記支持基板の一部に前記圧電基板の表面から接合面下にかけて前記支持基板および前記圧電基板の結晶構造と異なる構造の領域を形成するレーザ照射工程と、前記領域より小さい溝を前記領域と重なる前記支持基板内に形成する溝形成工程と、前記支持基板および前記圧電基板を前記溝から割断する割断工程とを含むことを特徴とする。
【0023】
さらに、前記レーザ照射工程において、前記領域は、前記圧電基板の表面から接合面下に達し前記支持基板の前記接合面と反対側の面に達さないことを特徴とする
【0024】
さらに、前記レーザ照射工程において、レーザは、前記圧電基板側から照射することを特徴とする
【0025】
さらに、前記溝形成工程において、前記溝は、レーザを照射して形成することを特徴とする
【0026】
さらに、前記溝形成工程において、前記溝は、前記領域の一部を除去して形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【0027】
本発明によれば、チッピングおよびクラックの発生を抑制することが可能な弾性波デバイスおよび弾性波デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【
図1】
図1(a)から
図1(c)は、従来技術の弾性波デバイスを個片化する工程を示す断面図である。
【
図2】
図2(a)は、実施例1に係る弾性波デバイスを示す斜視図である。
図2(b)は、
図2(a)のA-A線での断面図である。
【
図3】
図3(a)から
図3(c)は、実施例1に係る弾性波デバイスの製造方法(その1)を示す断面図である。
【
図4】
図4(a)から
図4(c)は、実施例1に係る弾性波デバイスの製造方法(その2)を示す断面図である。
【
図5】
図5(a)および
図5(b)は、実施例1に係る弾性波デバイスの製造方法(その3)を示す断面図である。
【
図6】
図6(a)から
図6(c)は、実施例1に係る弾性波デバイスの別の製造方法(その1)を示す断面図である。
【
図7】
図7(a)から
図7(c)は、実施例1に係る弾性波デバイスの別の製造方法(その2)を示す断面図である。
【
図8】
図8は、実施例1に係る弾性波デバイスの別の製造方法(その3)を示す断面図である。
【
図9】
図9(a)は、実施例2に係る弾性波デバイスを示す斜視図である。
図9(b)は
図9(a)のA-A線での断面図である。
【
図10】
図10(a)から
図10(c)は、実施例2に係る弾性波デバイスの製造方法(その1)を示す断面図である
【
図11】
図11(a)および
図11(b)は、実施例2に係る弾性波デバイスの製造方法(その2)を示す断面図である。
【
図12】
図12(a)および
図12(b)は、実施例2に係る弾性波デバイスの製造方法(その3)を示す断面図である。
【
図13】
図13(a)および
図13(b)は、実施例2に係る弾性波デバイスの製造方法(その4)を示す断面図である。
【
図14】
図14は、実施例2に係る弾性波デバイスの製造方法(その5)を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
まず、従来の弾性波デバイスの個片化技術について説明する。
図1(a)から
図1(c)は、従来技術の個片化の方法の工程を示す断面図である。以下、図中の上側を上、下側を下とする。
【0030】
図1(a)に示すように、圧電基板31と支持基板32が貼り合わされている。圧電基板31の表面上にIDT33が形成されている。圧電基板31は、LiTaO3(タンタル酸リチウム)ウェハであり、支持基板32は、サファイアウェハである。
【0031】
図1(b)に示すように、圧電基板31の上面からレーザ装置34を用いてレーザ35を照射する。レーザ35は、焦点が支持基板32内に位置するように照射されるため圧電基板31を透過し支持基板32内に複数の領域36を形成する。領域36とは支持基板32がレーザ35により溶融した後、再び凝固した領域である。
【0032】
図1(c)に示すように、圧電基板31および支持基板32に応力を加えて割断する。上記の工程により弾性波デバイス30を個片化することができる。弾性波デバイス30は、例えば弾性表面波(SAW:Surface Acoustic Wave)デバイスである。しかしながら、支持基板32に多結晶基板を用いる場合、結晶粒が不規則であるために弾性波デバイス30を割断する面37が真っ直ぐに割れず、支持基板32のチッピングおよび圧電基板31の斜め割れが発生しやすい。また、割断時に圧電基板31および支持基板32に応力を加えることにより面37側の圧電基板31と支持基板32とが接合された界面からクラック38が発生することがあった。
【実施例1】
【0033】
以下、本発明の実施例1について説明する。
【0034】
図2(a)は、実施例1に係る弾性波デバイス10を示す斜視図であり、
図2(b)は、
図2(a)のA-A線での断面図である。弾性波デバイス10は、例えばフィルタに用いられるSAWデバイスである。
図2(a)および
図2(b)に示すように、弾性波デバイス10の構成は、圧電基板11上にIDT13が形成されている。圧電基板11のIDT13が形成された面と反対側の面に支持基板12が接合されている。圧電基板11の側面側に圧電基板11の結晶構造とは異なる第1領域17aが形成されている。支持基板12の側面の上側の一部に支持基板12の結晶構造とは異なる第2領域17bが形成されている。領域17aは領域17b上に重なる。領域17aおよび領域17bは、圧電基板11および支持基板12が溶融し、再び凝固して非晶質化した領域である。
【0035】
弾性波デバイス10の各部の部材および寸法について記す。圧電基板11は、例えばLiTaO3(タンタル酸リチウム)またはLiNbO3(ニオブ酸リチウム)を主材とする。圧電基板11の厚さは、1.0~5.0μmであり、弾性波デバイス10に生じる弾性表面波の波長λ以下であることが好ましい。弾性波デバイス10を2.4GHz帯のフィルタに用いる場合、λ=1.6μmである。支持基板12は、例えば多結晶スピネルまたは多結晶シリコンなどを主材とする多結晶基板である。支持基板12の厚さは、例えば50μm~500μmである。領域17aおよび領域17bを圧電基板11の上面側から見た幅は8μmである。IDT13は、たとえばAl(アルミニウム)、Cu(銅)、またはAl-Cu合金である。IDT13を挟むようにしてグレーティング反射器が設けられていてもよい。
【0036】
弾性波デバイス10の圧電基板11と支持基板12との接合界面の端部に非晶質化した領域17aおよび領域17bが設けられることにより、接合界面の端部の機械的強度が増し、圧電基板11と支持基板12とが剥離しにくいという効果が見込める。非晶質化した領域17aが圧電基板11の表面まで達していることにより、非晶質は、へき開方向性を持たないため、圧電基板11の端部にマイクロクラックが発生していた場合、マイクロクラックを起点にへき開の方向にそって圧電基板11が破損する事を抑制する。
【0037】
図3(a)から
図3(c)、
図4(a)から
図4(c)、
図5(a)および
図5(b)は、実施例1に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。
【0038】
図3(a)に示すように、圧電基板11および支持基板12を用意する。圧電基板11はLiTaO3ウェハであり、支持基板12は多結晶スピネルウェハである。
【0039】
次に、
図3(b)に示すように、圧電基板11と支持基板12とを貼り合わせる。貼り合わせる方法として、例えば特許文献1に記載の方法がある。
【0040】
次に、
図3(c)に示すように、圧電基板11上にIDT13を形成する。IDT13はスパッタリング法または蒸着法で形成され、フォトリソグラフィ技術でパターニングされる。
【0041】
次に、
図4(a)に示すように、支持基板12の下面に保護テープ14を貼り付ける。圧電基板11側からレーザ装置15を用いてレーザ16を照射し、圧電基板11を透過して支持基板12内に第2領域17bを形成する。領域17bの深さ、すなわち紙面縦方向の幅は圧電基板11とほぼ同じであり1.0~5.0μmである。領域17bは下側の面には達さない。領域17bの紙面横方向の幅は26μmである。レーザ16は、例えばNd(ネオジム):YAGレーザである。レーザ16の出力は、0.8Wであるのが好ましい。レーザ16のスポット径は26μmである。
【0042】
次に、
図4(b)に示すように、レーザ装置15を用いてレーザ16を圧電基板11に照射し、圧電基板11内に第1領域17aを形成する。領域17aは圧電基板11の表面から支持基板12との接合界面まで達する。領域17aの紙面縦方向の幅は圧電基板11の厚さと同じであり1.0~5.0μmである。領域17aの紙面横方向の幅は、領域17bと同じ26μmである。領域17aおよび領域17bは紙面手前方向から奥方向にかけて連続して形成する。
【0043】
次に、
図4(c)に示すように、レーザ装置15からレーザ18を照射する。レーザ18を用いてレーザアブレーション加工を行うことで、領域17a、領域17bおよび支持基板12の一部を除去して、支持基板12内に溝19を形成する。レーザ18は、例えばNd:YAGレーザである。レーザ18の出力は、
図4(b)で示されたレーザ16よりも強く1.2Wであるのが好ましい。レーザ18のスポット径は10μmである。溝19の紙面横方向の幅は、10μmである。溝19の支持基板12と圧電基板11との接合界面からの深さは、支持基板12の厚さの10分の1程度であり、第2領域の深さより深いのが好ましい。なお、溝19は、支持基板12の厚さ方向に深くなっていくにつれて側壁の幅が狭まっていくテーパー形状であってもよい。なお、説明の都合上図では省略したが、溝19をレーザで形成する場合、溝19の側壁および底部も非晶質化する。
【0044】
次に、
図5(a)に示すように、前述の
図4(c)で形成した溝19に沿って圧電基板11及び支持基板12を割断する。割断の方法は、例えば溝19を起点に圧電基板11及び支持基板12に曲げ応力を加えて圧電基板11まで割断するチョコレートブレーク法、保護テープ14を伸長して応力を加えるテープエキスパンド法である。この時、領域17aおよび領域17bは、均質な構造であるため機械的強度が強くクラックの発生やチッピングを抑制することができる。さらに、溝19を支持基板内に形成するため支持基板12を真っ直ぐ割断しやすくなり、チッピングを抑制することができる。
【0045】
以上の工程で
図5(b)に示すように、ウェハを弾性波デバイス10に個片化することができる。
【0046】
〔実施例1の変形例〕
図6(a)から
図6(c)、
図7(a)から
図7(c)および
図8は、実施例1に係る弾性波デバイスの別の製造方法を示す断面図である。
【0047】
圧電基板11と支持基板12を貼り合わせる工程およびIDT13を圧電基板11に形成する工程は実施例1の
図4(a)から(c)に示した工程と同様であるので説明を省略する。
【0048】
図6(a)に示すように、圧電基板11上およびIDT13上に保護テープ14aを貼り付ける。
【0049】
次に、
図6(b)に示すように、支持基板12にレーザ装置15からレーザ18を照射する。これにより支持基板12の一部を除去して溝19を形成する。溝19の紙面横方向の幅は、10μmである。溝19の形状は、溝19が支持基板12の厚さ方向に深くなっていくにつれて側壁の幅が狭まっていくテーパー形状であってもよい。
【0050】
図6(c)に示すように、圧電基板11およびIDT13上から前述の保護テープ14aを剥がす。支持基板12の溝19を形成した面に保護テープ14bを貼り付ける。
【0051】
図7(a)に示すように、レーザ装置15から支持基板12にレーザ光16を照射する。レーザ光16は、支持基板12内に領域17bを形成する。
【0052】
図7(b)に示すように、レーザ装置15から圧電基板11にレーザ光16を照射する。レーザ光16は、圧電基板11内に領域17aを形成する。
【0053】
次に、
図7(c)に示すように、圧電基板11および支持基板12に応力を加えて割断する。割断する方法は、溝19に応力を加えて圧電基板11および支持基板12を割断するチョコレートブレーク法または保護テープ14bを伸長させるテープエキスパンド法である。
【0054】
以上の工程で
図8に示すように、弾性波デバイス10を個片化することができる。
【0055】
実施例1と比較して、実施例1の変形例に係る弾性波デバイス10の製造方法は、圧電基板11へのレーザの照射回数を減らすことができ、圧電基板11の破損を防ぐことができる。
【実施例2】
【0056】
以下実施例2に係る弾性波デバイスについて説明する。実施例1と同一の符号を付した要素の寸法および材料は実施例1と同一であり説明を省略する。
【0057】
図9(a)は実施例2に係る弾性波デバイスを示す斜視図であり、
図9(b)は
図9(a)のA-A線での断面図である。
図9(a)および
図9(b)に示すように、圧電基板11と支持基板12とが薄膜層20を介して貼り合わされている。薄膜層20は、例えばSiO2(二酸化ケイ素)のようなケイ素化合物またはAlN(窒化アルミニウム)であり、厚さは、0.1μm~5.0μmであるのが好ましい。圧電基板11上にはIDT13が形成されている。圧電基板11の上面の一部および側面に第1の領域17aが形成されている。支持基板12の側面の上側の一部に第2の領域17bが形成されている。薄膜層20の側面に変質領域21が形成されている。
【0058】
実施例1と比較して実施例2に係る弾性波デバイス50は、圧電基板11と支持基板12とが薄膜層20を介して接合される構造となっている。薄膜層20をSiO2とすれば周波数温度係数の絶対値を下げることができ、温度特性の向上が見込める。
【0059】
図10(a)から
図10(c)は、実施例2に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。
図10(a)に示すように、圧電基板11および支持基板12に薄膜層20aおよび薄膜層20bをそれぞれ形成する。形成する方法は、例えばスパッタリング法である。薄膜層20aおよび薄膜層20bの厚さは0.05μm~2.5μmである。
【0060】
図10(b)に示すように、圧電基板11と支持基板12とを
図10(a)に示した薄膜層20aおよび薄膜層20bを形成した面同士で接合する。薄膜層20aと薄膜層20bとが接合されることで薄膜層20となる。
【0061】
図10(c)に示すように、圧電基板11上にIDT13を形成する。IDT13はスパッタリング法、蒸着法などで形成され、フォトリソグラフィ技術でパターニングされる。
【0062】
図11(a)に示すように、支持基板12に保護テープ14を貼り付ける。
【0063】
図11(b)に示すように、圧電基板11の上面側から、レーザ装置15を用いてレーザ16を照射し、支持基板12内に領域17bを形成する。
【0064】
図12(a)に示すように、薄膜層20にレーザ16を照射し、薄膜層20内に変質領域21を形成する。変質領域21は薄膜層20がレーザ16によって溶融し再び凝固した領域である。変質領域21の紙面縦方向の幅は薄膜層20の厚さと同じであり0.1~5.0μm、紙面横方向の幅は26μmである。
【0065】
図12(b)に示すように、圧電基板11にレーザ16を照射し、圧電基板11内に領域17aを形成する。
【0066】
図13(a)に示すように、圧電基板11の上側から、レーザ装置15を用いてレーザ18を照射する。レーザ18は、領域17a、17b、変質領域21および支持基板12の一部を除去し、支持基板12内に溝19を形成する。溝19の薄膜層20と支持基板12との界面からの深さは支持基板12の厚さの10分の1程度であるのが好ましい。
【0067】
図13(b)に示すように、圧電基板11および支持基板12を割断する。割断する方法は、例えば上述したチョコレートブレーク法、テープエキスパンド法である。
【0068】
以上の工程で
図14に示すように、弾性波デバイス50を個片化することができる。
【0069】
なお、本発明の弾性波デバイスは、支持基板に多結晶基板を使用することを想定しているが、単結晶スピネル、単結晶シリコンまたはサファイアなどの単結晶基板を用いた弾性波デバイスに適用してもよい。
【符号の説明】
【0070】
10,50 弾性波デバイス
11 圧電基板
12 支持基板
13 IDT
17a 第1領域
17b 第2領域
21 変質領域