JP7382707B2

JP7382707B2 - 弾性波デバイスの製造方法

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Publication number: JP7382707B2
Application number: JP2018095004A
Authority: JP
Inventors: 均月舘; 慎二山本
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2018-05-17
Filing date: 2018-05-17
Publication date: 2023-11-17
Anticipated expiration: 2038-05-17
Also published as: JP2019201334A

Description

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。

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。

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。

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。

特開２００４－３４３３５９号公報特開２０１４－２２９６６号公報特開２００４－３３６５０３号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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

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

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。

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（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（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（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（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（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（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（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（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（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（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（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。

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。

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。

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。

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。

以下、本発明の実施例１について説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

１０，５０弾性波デバイス
１１圧電基板
１２支持基板
１３ＩＤＴ
１７ａ第１領域
１７ｂ第２領域
２１変質領域

Claims

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。
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。
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。
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。
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。