JPH08330882A

JPH08330882A - 表面弾性波素子基板及びその製造方法

Info

Publication number: JPH08330882A
Application number: JP13682895A
Authority: JP
Inventors: Satoru Fujii; 知藤井; Hideaki Nakahata; 英章中幡; Kenjiro Higaki; 賢次郎桧垣; Hiroyuki Kitabayashi; 弘之北林; Shinichi Shikada; 真一鹿田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1995-06-02
Filing date: 1995-06-02
Publication date: 1996-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】簡便に周波数調整が可能な表面弾性波素子基
板、およびその製造方法を提供する。【構成】デバイス加工用基板１上に；該基板上に配置
された圧電体層１４と、該圧電体層に接触するように配
置された電極層１３とを少なくとも含む表面弾性波素子
パターン１５が形成されてなる表面弾性波素子基板。前
記デバイス加工用基板の表面弾性波素子パターン１５形
成面１ａと反対の面１ｂ側には、該基板１の「反り量」
を低減する歪み層２が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は表面弾性波素子に関し、
より具体的には、デバイス加工用基板の表面弾性波素子
デバイス・パターン形成（加工用）面と反対の面側に、
該基板の「反り量」を制御するための「歪み層」が形成
されてなる表面弾性波素子基板、および該表面弾性波素
子基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体表面を伝播する表面弾性波（以下
「ＳＡＷ」という）を利用する素子である表面弾性波素
子（以下「ＳＡＷ素子」という）は、次の特徴を有す
る。

【０００３】小型かつ軽量である。

【０００４】耐振性、耐衝撃性に優れている。

【０００５】製品のバラツキが少ないため、信頼性が
高い。

【０００６】回路の無調整化が図れるため、実装の自
動化、簡略化が容易である。

【０００７】上記したエレクトロメカニカル機能部品に
共通の特徴に加え、ＳＡＷ素子は更に、温度安定性に優
れ、寿命が長く、位相特性に優れる等の種々の特徴を有
しているため、周波数フィルタ、共振器、遅延デバイ
ス、信号処理素子、コンボルバ（convolver ）、オプト
エレクトロニクス用機能素子等として広く好適に利用可
能である。

【０００８】近年における衛星通信や移動体通信等を始
めとする通信の分野におけるマルチチャンネル化・高周
波化に伴い、上記したＳＡＷ素子の分野においても、よ
り高周波域（例えば、ＧＨｚ帯）で使用可能な素子の開
発が要請されている。

【０００９】一般に、ＳＡＷ素子の動作周波数ｆは、ｆ
＝Ｖ／λ（ＶはＳＡＷの伝搬速度、λはＳＡＷの波長）
で決定される。波長λは、後述するように櫛型電極の形
状（周期等）に依存し、また該櫛型電極の形状はフォト
リソグラフィ技術を用いる微細加工（microfabricatio
n）技術における限界に依存する。したがって、ＳＡＷ
素子のより一層の高周波化のためには、より微細なレベ
ルでの微細加工技術が必要となる。

【００１０】現在、ＳＡＷ素子ないしそのデバイス・パ
ターン（１以上のＳＡＷ素子に対応するデバイス・パタ
ーン）を形成する目的で、基本的にフォトリソグラフィ
技術を用いる微細加工が広く利用されている。

【００１１】櫛型電極／圧電体層／ダイヤモンドの多層
構造を有するＳＡＷ素子の作製を例にとれば、微細加工
は、通常、圧電体材料等からなるウエハの一方の面（鏡
面研磨されている面）上へ、フォトリソグラフィ工程を
基本として、化学的気相堆積（ＣＶＤ、例えばシリコン
・ウエハ上へのダイヤモンド薄膜の形成）、スパッタリ
ング等の物理的気相堆積（ＰＶＤ法、例えば櫛型電極用
のＡｌ薄膜の形成）等の薄膜形成技術、エッチングプロ
セス（例えば、上記Ａｌ薄膜からの櫛型電極パターンの
形成）等の技術を組合せ、必要に応じてこれらの技術を
反復使用することにより、所望のＳＡＷ素子デバイス・
パターンを構成すべき種々の膜（例えば、ＳＡＷ伝搬速
度が異なる膜、温度係数が正または負の膜等）、導電膜
（例えば、櫛型電極、配線）等を形成することによりな
されている。

【００１２】一般に、ウエハ上に上記した絶縁膜、金属
膜等のデバイスを構成すべきパターンを積層ないし形成
した場合には、該絶縁膜や金属膜は形成後の内部応力を
有し、および／又はこれらがウエハ表面ないし内部に応
力を与えることとなり、該応力と他のウエハ部分由来の
応力との不均衡に基づき、素子形成過程ないし素子形成
後においてウエハ自身に「反り」が生ずる傾向がある。
このような「反り」の程度は、一般に、ウエハの材料、
サイズ、素子形成プロセス等に依存するとされている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ＳＡＷ素子を上記ウエ
ハ上に形成しようとする場合、例えばこのウエハの「反
り」が大きい場合、または「反り」の程度が不明な場合
には、該素子の製造工程において、ウエハ上（ないし圧
電体層／ウエハまたは圧電体層／ダイヤモンド層／ウエ
ハ構造を有する積層体上）に形成された櫛形電極の形状
が、該「反り」により変動し、前述したｆ＝Ｖ／λの関
係から決定される中心周波数ｆが、所定の設計値からず
れてしまうという問題が生ずる。更には、加工中のウエ
ハの「反り量」がより大きな場合には、フォトレジスト
の解像度ないし焦点深度によっては、フォトリソグラフ
ィによるサブミクロン・レベルでの櫛形電極の形成自体
が困難となる場合もあり得る。

【００１４】一般に、比帯域幅（△ｆ／ｆ；ｆは中心周
波数；中心周波数ｆからシグナル強度が３ｄＢ小さくな
る周波数をそれぞれｆ₁およびｆ₂とした場合に、△ｆ
＝｜ｆ₂−ｆ₁｜）が０．３％以下の狭帯域フィルタで
は、中心周波数ｆのばらつきが可能な限り小さいことが
望ましく、例えば、水晶を用いた狭帯域フィルタでは、
最終製品の中心周波数ｆのばらつきは５０ｐｐｍ以内と
されている（Appl. Phys. Lett.，３９（１），４０
（１９８１））。

【００１５】しかしながら、パイレックスガラス、シリ
コン、サファイヤ、ダイヤモンド等からなる基板の上
に、酸化亜鉛、窒化アルミニウム等の圧電体を配置して
なる多層構造のＳＡＷフィルタにおいては、各層の位相
速度の差異に基づき、多層構造の位相速度は圧電体の膜
厚により変化する傾向がある。従って、多層構造の材料
を用いたＳＡＷ共振子の製造ロットのばらつきは、水晶
等の単一材料を用いたＳＡＷ共振子に比ベて一般に大き
くなり、例えば、ＺｎＯ／ダイヤモンド多層構造を有す
る１．５ＧＨｚ帯のＳＡＷ共振子のばらつきは、従来よ
り数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚ（０．０５〜数％）程度の変動
となっていた。

【００１６】したがって、従来、例えば狭帯域用の周波
数フィルタとして使用すべきＳＡＷ素子を得ようとする
場合には、所望のＳＡＷ素子の製造工程が終了した後、
該素子の周波数を微調整（post-fabrication adjustmen
t ）する必要があった。

【００１７】このような微調整法の典型的な例として
は、水晶を用いた５００ＭＨｚ帯のＳＡＷ素子におい
て、該素子の形成後に、（ＣＦ₄＋Ｏ₂）ガスに基づく
プラズマを用いたドライエッチングにより、ＳＡＷ周波
数の微調整を行うことが知られている（Appl. Phys. Le
tt，３９（１），４０頁（July１，１９８１））。水晶
を用いたＳＡＷ素子の製造プロセス上の中心周波数の
「ずれ」は、通常３００ｐｐｍ程度とされているが、こ
のような周波数調整法によれば最大５００ｐｐｍ程度の
周波数を変化させることができ、最終的には「ずれ」の
程度を５０ｐｐｍ以内にできるとされている。このプラ
ズマ・エッチングによる周波数調整法はＳＡＷ素子製造
工程に導入されており、該素子の歩留りの向上に実際に
寄与している。

【００１８】しかしながら、このプラズマ・エッチング
法では５００ｐｐｍを越える「ずれ」の微調整は困難で
ある。したがって、例えば、数％程度のずれが予想され
る１．０ＧＨｚ以上の高周波ＳＡＷ素子（通常、ＳｉＯ
₂／ＺｎＯ／ダイヤモンド；あるいはＺｎＯ／サファイ
ア等の多層構造を有する）においては、このプラズマ・
エッチング法のみを用いた中心周波数の微調整は困難で
ある。更には、このプラズマ・エッチング法において
は、プラズマが圧電体にダメージを与える場合があった
り、また、エッチング速度を小さくした場合には、フッ
化炭素（fluorinecarbon ）を含有するポリマーフィル
ムの生成による不均一なエッチングが生じ易くなる傾向
がある。

【００１９】上記プラズマ・エッチング法のエッチング
速度調整の困難性を改良した方法として、重イオン（Ｘ
ｅ⁺）衝撃に基づくトリミング（frequency trimming）
を利用するＳＡＷ素子の周波数の精密な微調整法が提案
されている（IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferr
oelectrics and Frequency Control，Vol.４１，No.
５，６９４頁（Sep.１９９４））。しかしながら、この
方法においては、製造したＳＡＷ素子を１個づつ真空チ
ャンバ内のホルダーに装着し、該素子の周波数応答をモ
ニターしつつ該素子を重イオン衝撃する必要があるた
め、周波数の微調整がやや煩雑となる。

【００２０】本発明の目的は、上記した従来技術におけ
る問題点を解消したＳＡＷ素子基板およびその製造方法
を提供することにある。

【００２１】本発明の他の目的は、特に多層構造を有す
るＳＡＷ素子ないしＳＡＷ共振子の周波数を効果的に調
整可能なＳＡＷ素子基板およびその製造方法を提供する
ことにある。

【００２２】本発明の更に他の目的は、ＳＡＷ素子を構
成している基材の「反り」を調整することにより、ＳＡ
Ｗの中心周波数を調整可能なＳＡＷ素子基板およびその
製造方法を提供することにある。

【００２３】本発明の更に他の目的は、簡便な周波数調
整が可能なＳＡＷ素子基板およびその製造方法を提供す
ることにある。

【００２４】

【課題を解決する手段】本発明者は鋭意研究の結果、Ｓ
ＡＷ素子のデバイス・パターンを既に形成してなるデバ
イス加工用基板（ウェハ等）においては、該基板の「反
り量」をコントロールする「歪み層」を、ＳＡＷ素子パ
ターン形成面と反対側の面に積極的に導入することが、
該基板の「反り」の軽減に極めて効果的であるのみなら
ず、ＳＡＷ素子の周波数調整の手段としても極めて効果
的なことを見出した。

【００２５】本発明の表面弾性波素子基板は上記知見に
基づくものであり、より詳しくは、デバイス加工用基板
上に；該基板上に配置された圧電体層と、該圧電体層に
接触するように配置された電極層とを少なくとも含む表
面弾性波素子のデバイス・パターンが形成されてなり、
且つ、前記デバイス加工用基板の表面弾性波素子デバイ
ス・パターン形成面と反対の面側に、該基板の「反り
量」を低減する歪み層が形成されていることを特徴とす
るものである。

【００２６】本発明によれば、更に、デバイス加工用基
板のデバイス・パターン形成用面側に；該基板上に配置
された圧電体層と、該圧電体層に接触するように配置さ
れた電極層とを少なくとも含む表面弾性波素子のデバイ
ス・パターンを形成した後、前記表面弾性波素子デバイ
ス・パターン形成面と反対側のデバイス加工用基板面側
に、該基板の「反り量」を低減する歪み層を形成するこ
とを特徴とする表面弾性波素子基板の製造方法が提供さ
れる。

【００２７】

【作用】これに対して、本発明のＳＡＷ素子基板におい
ては、ＳＡＷ素子のデバイス・パターン形成面と反対の
面側に、該基板の「反り量」をコントロールする機能を
有する「歪み層」を積極的に導入することにより、ＳＡ
Ｗ中心周波数の微調整を極めて容易なものとしている。

【００２８】以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本
発明を詳細に説明する。

【００２９】（ＳＡＷ素子）本発明のＳＡＷ素子の一態
様を示す模式断面図たる図１を参照して、半導体材料を
少なくとも一部に含むデバイス加工用基板（例えば、シ
リコンウェハ）１のデバイス形成用面１ａ側の上に、ダ
イヤモンド層１２と、該ダイヤモンド層１２上に配置さ
れた櫛型電極１３と、該櫛型電極１３上に配置された圧
電体層１４とからなるＳＡＷ素子１５が配置されてい
る。本発明のＳＡＷ素子基板１６は、このようなＳＡＷ
素子１５と、前記した基板１とからなる。本発明におい
ては、上記デバイス加工用基板１の、上記ＳＡＷ素子形
成面１ａと反対の面１ｂ側には、該基板１の中心周波数
を制御するための「歪み層」２が形成されてなる。

【００３０】上記した図１の態様のＳＡＷ素子基板は、
図２に示すように、材料基板１（図２（ａ））のデバイ
ス・パターン形成面１ａ側に、上記したＳＡＷ素子パタ
ーン１５を形成し（図２（ｂ））、該デバイス・パター
ン形成面１ａと反対側の裏面１ｂ側に対して、更に、後
述するような所定の研削加工を施すことにより、積極的
に「歪み層」２を導入してなる（図２（ｃ））。

【００３１】上記構成を有するＡＷ素子基板において
は、そのデバイス形成用面１ａ側に形成された所望のＳ
ＡＷ素子パターン（図２（ｂ））の形成に基づく応力
（通常は、ダイヤモンド層１２に基づく応力が大部分を
占める）が、裏面１ｂに積極的に導入された「歪み層」
２に基づく応力により補償されて、ＳＡＷ素子基板１６
の全体としての応力が除去ないし軽減される。

【００３２】本発明のＳＡＷ素子基板１６においては、
少なくとも該基板の一部が「積層体基板」の形態になっ
ているため、上記「歪み層」２の形成が特に効果的であ
る。すなわち、ＳＡＷの伝搬速度は各層の厚みに対して
一般に分散性を有するため、従来のドライエッチング等
の方法を用いる中心周波数の微調整方法を上記「積層体
基板」にそのまま適用したとしても、該微調整の目的を
完全に行うことは困難である。これに対して、本発明に
おいては、ＳＡＷ素子パターンが形成されている反対側
の面に歪み層を導入することにより、基板全体の「そ
り」を増減ないし調整しているため、中心周波数の効果
的な制御が可能となる。

【００３３】（デバイス加工用基板）本発明において
は、デバイス加工用基板を構成する材料として、後述す
る圧電体とＳＡＷ伝搬速度が異なる材料、温度係数が異
なる材料が好ましく用いられる。このような基板材料
は、必要に応じて、圧電体を保持する機能を有していて
もよく、および／又は、圧電体を保持する機能を有する
他の材料と組合せて用いてもよい。

【００３４】上記「ＳＡＷ伝搬速度が異なる材料」は、
該伝搬速度が大きい材料であることが好ましい。より具
体的には、ＳＡＷ素子の入力側電極に高周波を印加して
ＳＡＷを励振させ、Ｖ＝ｆλ（ｆは中心周波数、λはＳ
ＡＷの波長）の関係から求められるＳＡＷの伝搬速度Ｖ
（ｍ／ｍｉｎ）で、Ｖ≧８, ０００ｍ／ｍｉｎ（更には
Ｖ≧１０, ０００ｍ／ｍｉｎ）の材料であることが好ま
しい。上記高周波は、１．０ＧＨｚ以上（更には１．５
ＧＨｚ以上）である場合に、特に効果が大きい。ＳＡＷ
素子は、０次、１次、および２次のモードで使用可能で
あるため、伝搬速度が大きい材料を用いた場合には、設
計の自由度が大きくなる。

【００３５】このような基板を構成する材料の具体例と
しては、例えば、耐熱ガラス（例えば、商品名：パイレ
ックス、米国Corning Glass Works 社製）、シリコン、
サファイヤ、ダイヤモンド等が挙げられる。更に、これ
らの基板材料を支える「他の材料」として、シリコンや
ガラス等を必要に応じて用いてもよい。

【００３６】上記材料からなるデバイス加工用基板ない
しウエハの大きさも特に制限されないが、微細加工装置
への装着が容易な点からは、例えば直径で２インチ〜８
インチ程度の基板が好適に使用可能である。

【００３７】該基板の厚みも特に制限されないが、表面
実装の容易性、基板自体の機械的強度／材料コストのバ
ランスの点からは、例えば５０μｍから１０００μｍ
（１ｍｍ）程度の厚みを有する基板が好適に使用可能で
ある。

【００３８】（ＳＡＷ素子）本発明において、デバイス
加工用基板１上に形成されるべきＳＡＷ素子１５の構造
ないし構成は、該基板１上に配置された圧電体層１４
と、該圧電体層１４に接触するように配置された電極層
１３とを含む限り、特に制限されない。大きなＳＡＷ伝
播速度（すなわち、高い動作周波数）が容易に得られる
点からは、デバイス加工用基板１と電極層１３との間、
あるいはデバイス加工用基板１と圧電体層１４との間
に、ダイヤモンド層１２が配置されていることが好まし
い。

【００３９】（ダイヤモンド）本発明において、上記し
たＳＡＷ素子１５を構成するダイヤモンド層１２として
は、単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、および
／又はエピタキシャル成長させたダイヤモンドのいずれ
も使用可能である。ＳＡＷ素子１５の形成の容易性、な
いしダイヤモンド／基板（ないし保持）材料構造の「反
り」コントロールの容易性の点からは、ダイヤモンド層
１２の厚さは、１０〜５０μｍ程度、更には１０〜２０
μｍ程度であることが好ましい。

【００４０】本発明において、ダイヤモンド（薄）膜の
成長方法は、特に制限されない。より具体的には例え
ば、該成長方法として、ＣＶＤ（化学的気相成長）法、
マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＰＶＤ（物理的気相成
長）法、スパッタ法、イオンプレーティング法、プラズ
マジェット法、火炎法および熱フィラメント法等の公知
の方法が使用可能である。

【００４１】（圧電体層）本発明において、ＳＡＷ素子
を構成する圧電体層１４としては、ＺｎＯ、ＡｌＮ、水
晶、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃等の公知の圧電体を特
に制限なく使用することが可能である。

【００４２】この圧電体層１４の厚さは、圧電体の種類
および／又は目的とする表面弾性波素子の特性（中心周
波数、比帯域幅、温度特性等）に応じて、適宜選択する
ことができる。

【００４３】上記圧電体の成膜方法は、特に制限されな
い。より具体的には例えば、該成膜方法として、ＣＶＤ
（化学的気相成長）法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、
ＰＶＤ（物理的気相成長）法、スパッタリング法、イオ
ンプレーティング法等の公知の方法を、特に制限なく使
用することができる。均一性、量産性ないし圧電特性の
点からは、スパッタリング法（特にＲＦマグネトロン・
スパッタリング法）が好ましく用いられる。

【００４４】（ＳＡＷ素子の態様）図３〜６に、本発明
におけるＳＡＷ素子１５の層構成例の部分模式断面図を
示す。

【００４５】図３を参照して、この態様においては、シ
リコン基板１上に配置されたＳＡＷ素子１５は、該シリ
コン基板１上に配置されたダイヤモンド層１２と、該ダ
イヤモンド層１２上に配置された電極層１３と、該電極
層１３上に配置された圧電体層１４とからなる。

【００４６】一方、図４の態様のＳＡＷ素子において
は、上記電極層１３が（ダイヤモンド層１２と圧電体層
１４との間ではなく）圧電体層１４の上に配置されてい
る以外は、図３の態様と同様である。

【００４７】図５および６は、上記した構成に加えて、
後述する短絡用電極（必要に応じて配置される電極）を
配置した構成を示す。すなわち、図５の態様において
は、電極層１３が配置された圧電体層１４の面と反対側
の該圧電体層１４の面（圧電体層１４の上面）側に、短
絡用電極１７が配置されている。

【００４８】一方、図６の態様においては、ダイヤモン
ド層１２と圧電体層１４との間に、該圧電体層１４を介
して電極層１３と対向するように、短絡用電極１７が配
置されている。

【００４９】（電極層）本発明においてＳＡＷ素子を構
成する電極層１３の形状ないし構造としては、公知のも
のを特に制限なく使用することが可能である。また、該
電極層を構成する材料は、導電性材料である限り、特に
制限されない。バルク波への変換の点からは、Ａｌ（ア
ルミニウム）が特に好ましく使用可能である。

【００５０】電極層の厚さは、ＳＡＷ素子の電極として
の機能を発揮する限り特に制限されないが、１００〜３
０００オングストローム程度（更には１００〜５００オ
ングストローム程度）であることが好ましい。

【００５１】上記電極層の構造としては、いわゆる「櫛
型電極」（interdigital transducer 、「ＩＤＴ」と略
称される）が好適に使用可能である。

【００５２】櫛型電極の平面形状は、該電極としての機
能を発揮する限り特に制限されないが、図７に模式平面
図を示すような、いわゆるシングル電極、図８に模式平
面図を示すようなダブル電極等が好適に使用可能であ
る。

【００５３】本発明においては、上記した電極構造の
他、公知の電極構造（例えば、特開平７−５８５８１号
公報記載の電極構造）を特に制限なく使用することが可
能である。

【００５４】（短絡用電極）本発明のＳＡＷ素子におい
て、必要に応じて設けられる短絡用電極１７は、電界を
等電位とすることにより、該素子のＳＡＷ特性を変化さ
せる機能を有する電極である。この短絡用電極１７は、
通常、電極層１３が配置された圧電体層１４の面と反対
側の該圧電体層１４の面（すなわち、圧電体層１４を介
して電極層１３と対向する面；図５の態様においては、
圧電体層１４の上面）に配置することが好ましい。

【００５５】短絡用電極は、金属（薄）膜（例えば、Ａ
ｌ、Ａｕ、Ａｌ−Ｃｕ等）から構成されていることが好
ましい。短絡用電極１７は、上記した櫛型電極とは異な
る機能を有するため、該短絡用電極を構成する材料は、
必ずしも櫛型電極の材料と同一である必要はない。

【００５６】短絡用電極１７の厚さは、該電極としての
機能を発揮する限り特に制限されないが、１００〜３０
００オングストローム程度（更には１００〜５００オン
グストローム程度）であることが好ましい。

【００５７】この短絡用電極は、例えば、上記した櫛型
電極と同様の占有面積を有する「ベタ電極」の平面形状
を有することが好ましい。

【００５８】（ＳＡＷ素子のデバイス・パターン）本発
明のＳＡＷ素子基板においては、上記ＳＡＷ素子のデバ
イス・パターンは、１つのＳＡＷ素子チップに対応する
ものであってもよく、また複数のＳＡＷ素子チップに対
応するものであってもよい。

【００５９】上記「歪み層」（「歪み層」においては、
通常、結晶格子が乱されて少なくとも部分的にアモルフ
ァス状となっている）は、光学顕微鏡観察または電子顕
微鏡観察により確認することが可能である。「歪み層」
の厚さは、半導体材料基板１ないしＳＡＷ素子１５を構
成する材料の種類、厚さ（例えば、ダイヤモンド層１２
の厚さ）等によっても異なるが、通常５μｍ〜３０μｍ
程度であることが好ましい。

【００６０】ＳＡＷ素子基板裏面１ｂの粗さは、ＪＩＳ
Ｂ０６０１−１９７０に規定されるＲ_max、Ｒ_a等
により定量的に評価することが可能である。これらの裏
面１ｂ粗さの程度、または「歪み層」２の厚さと、ＳＡ
Ｗ素子基板１６に導入されるべき「反り」δとの関係を
利用して、該「反り量」δの制御を行うことも可能であ
る。

【００６１】（反り量の測定）本発明において基板の
「反り量」δを測定する方法は特に制限されず、機械的
接触法や光学的方法（例えば、ニュートンリング法）等
を使用することが可能である。

【００６２】精度および再現性の点からは、「反り量」
δは機械的接触法により測定することが好ましい。この
機械的接触法においては、市販の「反り計」（例えば東
京精密（株）製の「そり計」、商品名：ＳＵＲＦＣＯ
Ｍ）が好適に使用可能である。この「そり計」（ＳＵＲ
ＦＣＯＭ）を用いた場合、ウエハの一表面を研削処理し
た後の該ウエハの「反り」δ（図９または１０）は、以
下のようにして評価可能である（IEEE TRANSACTIONS ON
COMPONENTS, HYBRIDS AND MANUFACTURING TECHNOLOGY,
Vol.13 （No.3）, p528-533, SEPTEMBER 1990参照) 。

【００６３】＜機械的接触法による「反り量δ」の測定
法＞基準面に、「反り量」を測定すべき基板をセット
し、該基板の端から直線状に上記「そり計」の針（プロ
ーブ）を走査させて、針の上下変位を測定する。このよ
うにして求めた上下変位の最大値を、「反り量」δとす
る。

【００６４】上記により測定された反り量δは、下記式
（１）で表すことができる。

【００６５】 δ＝｛σ・ｒ² ・３( １−υ)・ｄ_f／Ｅ_s｝・（１／ｄ_s ²）＝Ｋ・（１／ｄ _s ²）…（１）上記（１）式中、δはウエハの「反り」、σはストレ
ス、ｒはウエハ半径、Ｅ_sはヤング率、υはポアソン
比、ｄ_fは歪み層（加工変質層）の厚さ、ｄ_sはウエハ
の最終の厚さ、をそれぞれ示す。また、上記Ｋは、地表
面因子（ground surface factor)と称される係数であ
り、ウエハの「反り」の尺度として用いられる。

【００６６】上記（１）式を利用すれば、上記した研削
処理により、所定のウエハ（直径および厚さ）に所定の
反り量δを導入することが容易となる。

【００６７】上記反り量δは、ニュートンリング法を利
用した光干渉方式（斜入射）のフラットネステスター
（例えば、株式会社ニデック製、商品名：高精度デジタ
ルフラットネステスターＴ−９０Ａ、光源：Ｈｅ−Ｎｅ
レーザ、６３２８オングストローム、５ｍＷ）を用い
て、以下の方法で測定することが可能である。

【００６８】＜光学的方法による「反り量δ」の測定法
＞基準面からの反射光と、「反り量」を測定すべき基板
表面からの反射光との光路差に基づく位相のずれにより
発生する干渉縞の数（ｍ）を数えて、δ＝（ｍ・λ）／
２ｃｏｓｙ（ｍ：干渉縞の数、λ：レーザの波長、ｙ：
基準面と基板面との立体角）の関係からδを求める。

【００６９】（歪み層の形成法）本発明においては、Ｓ
ＡＷ素子基板１６の裏面１ｂ側に所定の「歪み層」２が
導入可能である限り、該「歪み層」を形成する方法は特
に制限されない。簡便さの点からは、該「歪み層」２の
導入方法として研削処理法を用いることが好ましい。こ
の研削処理法の具体例としては、公知のウエハ裏面のラ
ッピング処理法、グラインディング処理等が挙げられ
る。

【００７０】片面のみ「歪み層」を正確かつ均一に導入
する点からは、本発明においてはグラインデイング処理
が好ましく用いられる。特開昭６３−１４４９６６号公
報に記載の研削工具（例えば、レジンボンドダイヤモン
ドホイール）を用いたバックグラインディング処理法が
特に好適に使用できる。

【００７１】（研削工具）本発明の歪み層形成において
好適に使用可能なダイヤモンド研削工具（砥石）は、ダ
イヤモンド砥粒と、充填材とを結合剤で固めた構成を有
する工具である。

【００７２】上記ダイヤモンド砥粒は研削に実質的に寄
与する成分であり、その大きさ（粒度）は、＃２０００
〜＃４０００程度であることが好ましい（＃３０００が
平均直径約３μｍの粒度に対応する。このような粒度の
規定の詳細については、ＪＩＳＲ６００１−１９５６を
参照することができる）。該ダイヤモンド砥粒の集中度
（concentration ）は６０〜９０程度（更には７０〜８
０程度）であることが好ましい。ここに「集中度」と
は、ダイヤモンド研削工具中に占めるダイヤモンド砥粒
の割合であり、通常、研削工具の体積中に含まれる砥粒
率（ダイヤモンド砥粒の合計体積÷研削工具の体積）で
「２５体積％」を「１００」として表す。

【００７３】上記「充填材」は研削工具中における「結
合」に寄与するが、研削には実質的に寄与しない成分で
あり、固体粒子からなる。充填材としては、炭酸カルシ
ウム、アルミナ、炭化ケイ素、銅粉等が使用可能であ
る。研削工具中における充填材の割合（充填材の体積÷
研削工具の体積）は、２０〜６０体積％程度（更には３
０〜５０体積％程度）であることが好ましい。

【００７４】上記「結合剤」は、上記ダイヤモンド砥粒
と、充填剤とを均一に分布させ、これらを結合させて、
研削工具に一定の形状を付与する成分である。結合剤と
しては、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂が好
適に使用可能である。研削工具中における結合剤の割合
（結合剤の体積÷研削工具の体積）は、４０〜８０体積
％程度（更には５０〜７０体積％程度）であることが好
ましい。

【００７５】本発明においては、研削工具はホイール
状、すなわちリング状の形状を有することが好ましい。
このようなリング状の研削工具（ホイール）は、「コの
字」型の断面を有する砥石ヘッドの円周端面に固着され
ることが好ましい（固着の結果、「おわん」のような形
状となるので、カップ型ホイールともいう）。

【００７６】（バックグラインディング研削）上記した
ダイヤモンド研削工具を用いる「バックグラインディン
グ研削」を用いる場合、上記ＳＡＷ素子基板への「反
り」の導入は、研削条件（研削速度、砥石を構成するダ
イヤモンド粒の粒度の選択等）の設定によって、精度よ
く制御することが可能である。

【００７７】例えば、シリコン・ウエハ１上にＳＡＷ素
子１５を形成する場合、本発明者の検討によれば、図１
１のグラフに示すように、ダイヤモンド砥粒粒度（ない
し結果として生じる「裏面１ｂの粗さ」）と、ＳＡＷ素
子の「反り」δの間には直線的関係があることが確認さ
れている。このような関係は、他のＳＡＷ素子材料、例
えばＧａＡｓ等の化合物半導体からなるＳＡＷ素子にお
いても確認されている。本発明者の知見によれば、図１
１の関係は、砥粒粒度を大きくする（即ち、砥石粒径を
小さくする）ことにより、塑性変形性が支配的（脆性変
形性が弱く）なるためと推定されている。したがって、
砥粒の粒度を調整することにより、所望の反り量δを得
ることができる。

【００７８】更に、本発明者の検討によれば、研削の速
度を調整することにより、所望の反り量δが得られるこ
とが見出されている。

【００７９】上記したように、研削処理のパラメータ
（砥粒の粒度、研削速度等）の調整により、ＳＡＷ素子
基板１６に、所定の「反り」を生じさせるべき「歪み
層」２を導入することが更に容易となる。

【００８０】（デバイス加工用基板）図１２を参照し
て、本発明においては、フォトリソグラフィ工程での焦
点深度等を考慮して、例えば、デバイス加工用基板１上
にＳＡＷ素子パターン１５を形成（図１２（ａ））した
後、上記デバイス加工用基板１の裏側１ｂ面に「歪み
層」２を導入する（図１２（ｂ））ことにより、ＳＡＷ
素子基板１６全体の中心周波数の調整を行うことができ
る。この際、上記した図１１のグラフに示すような関係
を用いることにより、所定の「反り量」δの導入が容易
となる。

【００８１】本発明者の検討によれば、例えば、ＳＡＷ
素子のデバイス・パターン形成過程において気相堆積法
等により薄膜形成した時点で、「反り量」δが２インチ
ウェハで５〜１０μｍ、３インチウェハで１０〜２０μ
ｍ程度であった場合、シリコンからなる基板に対して
は、＃２０００程度のダイヤモンド砥粒を用いてバック
グラインディング処理を施すことにより、上記「反り
量」δをほぼ０（δ≦５μｍ以下程度）とすることが可
能であった。

【００８２】（「歪み層」形成の時期）本発明において
は、所望のＳＡＷ素子パターン１５を基板１上に形成す
る前に、上記「歪み層」２ａの導入を行ってもよく、ま
た、所望のＳＡＷ素子パターン１５を実際に基板１上に
形成した後に、「歪み層」２の導入を行ってもよい。更
には、必要に応じて、これらの「ＳＡＷ素子パターン形
成前の歪み層２ａの導入」と、「ＳＡＷ素子パターン形
成後の歪み層２の導入」とを組合せてもよい。

【００８３】（他の周波数調整法との組合せ）上記した
「歪み層」のＳＡＷ素子基板の裏面への導入によれば、
ＳＡＷ素子の周波数の所望の粗調整ないし微調整が可能
となるが、個々のＳＡＷ素子に適した周波数微調整ない
しは周波数微調整の容易性の点から、本発明において
は、必要に応じて、このような「歪み層」の導入に基づ
く周波数調整と、他の周波数調整法（例えば、前述した
従来の「プラズマ・エッチングによる周波数調整法」、
「重イオン衝撃による周波数調整法」等）とを組合せて
もよい。

【００８４】以下、実施例により本発明を更に具体的に
説明する。

【００８５】

【実施例】実施例１（シリコン基板上のＳＡＷ素子パターン形成）図１３を
参照して、厚さ１ｍｍのシリコン・ウエハ（直径５．０
ｃｍ、約２インチ・ウエハ）１の一方の表面上に、メタ
ン濃度２％の水素ガスを用いたマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法により、厚さ３５μｍのダイヤモンド膜１２ａを成
長させた（図１３（ａ））。

【００８６】＜ダイヤモンド膜形成条件＞マイクロ波パワー：１５０ｗ反応ガス：ＣＨ₄：Ｈ₂＝２：１００ガス圧力：４０ｍＴｏｒｒ成膜温度：８００℃ このようにして得たダイヤモンド膜１２ａを、電着ダイ
ヤモンド砥石（ダイヤモンド砥粒の粒度：＃２０００）
を用いて約２０μｍの厚さに機械研磨してダイヤモンド
膜１２とし、ダイヤモンド／Ｓｉ基板を得た（図１３
（ｂ））。

【００８７】次いで、ＤＣスパッタリング法により、上
記ダイヤモンド／Ｓｉ基板上に、膜厚が４００オングス
トロームとなるようにアルミニウム（Ａｌ）薄膜１３ａ
を成長させた（図１３（ｃ））。

【００８８】＜アルミニウム薄膜形成条件＞ＤＣパワー：５００ｗ反応ガス：アルゴン（Ａｒ）ガス圧力：７０ｍＴｏｒｒ成膜温度：室温このようにして得たアルミニウム薄膜１３ａを通常のフ
ォトリソグラフィ工程に供することにより、電極間隔
１．５μｍ、電極幅５００μｍの櫛型電極パターンに対
応するレジスト・パターン２０を形成した（図１３
（ｄ））。該レジスト・パターン２０をマスクとして用
いて、上記アルミニウム薄膜１３ａをリアクティブイオ
ンエッチング（ＲＩＥ）法によりエッチングして、アル
ミニウム薄膜からなる櫛型電極パターン１３を形成した
（図１３（ｅ））。

【００８９】＜アルミニウム薄膜エッチング条件＞ＲＦパワー：３００ｗ反応ガス：ＢＣｌ₃ ガス圧力：５０ｍＴｏｒｒエッチング温度：６０℃ 次いでレジスト・パターン２０を除去して得られた櫛型
電極（１３）／ダイヤモンド（１２）／Ｓｉ基板（１）
積層構造の上に、ＲＦマグネトロン・スパッタリング法
によりＺｎＯ多結晶体１４を膜厚０．３μｍとなるよう
に形成した（図１４（ａ））。

【００９０】＜スパッタリング条件＞ＲＦパワー：５００ｗ反応ガス：アルゴン：酸素＝１：１ガス圧力：１００ｍＴｏｒｒ成膜温度：２５０℃ 上記により得られたＺｎＯ（１４）／櫛型電極（１３）
／ダイヤモンド（１２）／Ｓｉ基板（１）積層構造の上
に、ＲＦマグネトロン・スパッタリング法によりＳｉＯ
₂膜２１を膜厚０．５μｍとなるように形成した（図１
４（ｂ））。

【００９１】＜スパッタリング条件＞ＲＦパワー：５００ｗ反応ガス：アルゴン：酸素＝１：１ガス圧力：８０ｍＴｏｒｒ成膜温度：１５０℃ 次いで、フォトリソグラフィ技術により、ボンディング
・パッド用の孔に対応するレジストパターン（図示せ
ず）を形成した後、フッ酸（ＨＦ）を用いて上記積層構
造を構成するＳｉＯ₂膜２１およびＺｎＯ膜１４を選択
的にエッチングすることにより、該積層構造にボンディ
ング・パッド孔２２を形成した（図１４（ｃ））。

【００９２】実施例２（ＳＡＷ素子基板の裏面「歪み層」形成）実施例１で作
製したＳＡＷ素子基板について、ベクトルネットワーク
アナライザ（ＶＮＡ横河ヒューレットパッカード（ＹＨ
Ｐ）製、８７１９Ａ）を用いた動作特性に基づき、該Ｓ
ＡＷ素子の中心周波数の評価を行ったところ、設計値で
ある１．５００ＧＨｚより、１０ＭＨｚ大きかった。

【００９３】＜中心周波数の評価法＞上記ＶＮＡを用い
て、スキャッタリング・パラメータ（Ｓパラメータ）の
透過特性（Ｓ₂₁）を測定し、損失が最も小さい周波数を
中心周波数とした。

【００９４】一方、実施例１で作製したＳＡＷ素子基板
のウエハの「反り量」δを、市販の「反り計」（東京精
密（株）製、商品名：ＳＵＲＦＣＯＭ）を用いた機械的
接触法により測定したところ、該「反り量」δは＋０．
０μｍであった。

【００９５】上記ＳＡＷ素子基板を、図１５に模式正面
図（および模式側面図）を示すようなウエハ研削装置に
装着し、図１６に模式断面図を示すような研削工具たる
レジンボンドダイヤモンドホイールを使用して、裏面
（ＳＡＷ素子基板１６のＳＡＷ素子パターン１５形成面
１ａと反対側の表面１ｂ）の研削処理を行った。図１５
の模式図において、各符号の意味は、以下の通りであ
る。

【００９６】３１…Ｉ軸砥石ヘッド、３２…II軸砥石ヘ
ッド、３３…切込装置、３４…ワークテーブル装置、３
５…ワークチャック装置、３６…チャック洗浄装置、３
７…ワーク洗浄装置、３８…Ｉ軸主軸モーター、３９…
II軸主軸モーター、４０…Ｉ軸切込モーター、４１…II
軸切込モーター、４２…操作パネル。

【００９７】＜レジンボンドダイヤモンドホイール＞ダイヤモンド砥粒の粒度：＃８００（集中度：７５）充填材：炭酸カルシウム（充填材の割合：４０体積％）結合剤：フェノール樹脂（結合剤の割合：６０体積％）ホイールのサイズ：ホイール径２５０ｍｍ×砥石幅２ｍ
ｍ×砥石高さ３ｍｍ＜研削条件＞ホイールの周速：１５００ｍ／ｍｉｎ切込み速度：２００μｍ／ｍウエハ研削量：２００μｍ上記研削処理後のＳＡＷ素子基板の「反り量」δを、Ｓ
ＵＲＦＣＯＭを用いて上記と同様に機械的接触法で測定
したところ、δ＝＋７μｍであった。

【００９８】更に、該ウエハを切断して透過電子顕微鏡
（ＴＥＭ）用の超薄切片を作製し、該超薄切片断面（Ｓ
ＡＷ素子基板の厚さ方向）をＴＥＭ（倍率：５千〜３万
倍）により観察したところ、上記研削処理により導入さ
れた「歪み層」の厚さは約１５μｍであることが判明し
た。このＴＥＭ観察においては、ＳＡＷ素子基板断面の
結晶構造／アモルファス構造の「界面」から、該基板の
裏面までの距離を上記「歪み層」の厚さとした（３箇所
の厚さの平均値として求めた）。

【００９９】実施例３ＳＡＷ素子基板裏面の研削条件（砥粒の粒度および／又
は研削速度）を調整して上記「反り量」δを変化させた
以外は実施例２と同様にして、該「反り量」δ（μｍ）
とＳＡＷ素子の中心周波数の低減量（ＭＨｚ）との相関
関係を求めたところ、図１７のグラフに示すような関係
が得られた。

【０１００】この際、実施例１で得られたＳＡＷ素子基
板（Ｓｉ厚さ：１ｍｍ、ダイヤモンド層厚：２０μｍ、
圧縮方向にダイヤモンドが成膜されている）に対して、
「歪み層」２を圧縮応力の方向（ダイヤモンド層に基づ
く圧縮応力を相殺する方向）に導入し、該基板をＳｉ厚
さで８００μｍとしたところ、反り量δ＝２６μｍで、
設計値１．５ＧＨｚのＳＡＷ素子の中心周波数は９ＭＨ
ｚ小さくなった。すなわち、中心周波数で（９／１５０
０）×１００＝０．６％の調整が可能であった。同様に
して、反り量δ＝数μｍ（０〜３０μｍ程度）のコント
ロールにより、０．１〜０．５％程度の中心周波数のず
れを修正することができた。

【０１０１】

【発明の効果】上述したように本発明のＳＡＷ素子基板
においては、デバイス加工用基板のＳＡＷ素子パターン
形成面と反対の面側に、該ＳＡＷ素子基板の「反り
量」、すなわち中心周波数をコントロールする機能を有
する「歪み層」を積極的に導入しているため、所望の中
心周波数を得ることが可能となる。したがって、本発明
によれば、所望のＳＡＷ素子形成後に、中心周波数の微
調整が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＳＡＷ素子基板の一態様を示す模式断
面図である。

【図２】本発明において使用可能な、ＳＡＷ素子基板へ
の「歪み層」導入方法の一態様を示す模式断面図であ
る。

【図３】本発明のＳＡＷ素子基板の他の態様を示す模式
断面図である。

【図４】本発明のＳＡＷ素子基板の更に他の態様を示す
模式断面図である。

【図５】本発明のＳＡＷ素子基板の更に他の態様を示す
模式断面図である。

【図６】本発明のＳＡＷ素子基板の更に他の態様を示す
模式断面図である。

【図７】本発明のＳＡＷ素子基板に使用可能な櫛型電極
の構成の一態様（シングル電極）を示す模式平面図であ
る。

【図８】本発明のＳＡＷ素子基板に使用可能な櫛型電極
の構成の他の態様（ダブル電極）を示す模式平面図であ
る。

【図９】本発明における「反り量」δの定義（δが正の
場合）を示す模式断面図である。

【図１０】本発明における「反り量」δの定義（δが負
の場合）を示す模式断面図である。

【図１１】本発明における砥粒の粒度と「反り量」δと
の関係の一例を示すグラフである。

【図１２】本発明において、ＳＡＷ素子パターンの形成
後に、デバイス加工用基板に「歪み層」を導入する一態
様を示す模式断面図である。

【図１３】実施例において用いたＳＡＷ素子基板形成法
の一態様の工程を示す模式断面図である。

【図１４】実施例において用いたＳＡＷ素子基板形成法
の一態様（図１３の工程の後の工程）を示す模式断面図
である。

【図１５】本発明において使用可能な研削装置の一態様
を示す模式図である。

【図１６】本発明において使用可能な研削工具（レジン
ボンドダイヤモンドホイール）の一態様を示す模式断面
図である。

【図１７】実施例で得られた反り量δ−ＳＡＷ中心周波
数の低減量の相関関係の一例を示すグラフである。

【符号の説明】

１…デバイス加工用基板、１ａ…デバイス形成用面、１
ｂ…裏面、２…歪み層、７…基準面、１２…ダイヤモン
ド層、１３…電極層、１４…圧電体層、１５…ＳＡＷ素
子パターン、１６…ＳＡＷ素子基板、１７…短絡用電
極、２０…レジストパターン、２１…ＳｉＯ₂膜、２２
…ボンディング・パッド孔。

フロントページの続き (72)発明者北林弘之兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者鹿田真一兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】デバイス加工用基板上に；該基板上に配
置された圧電体層と、該圧電体層に接触するように配置
された電極層とを少なくとも含む表面弾性波素子のデバ
イス・パターンが形成されてなり、且つ、前記デバイス加工用基板の表面弾性波素子デバイス・パ
ターン形成面と反対の面側に、該基板の「反り量」を低
減する歪み層が形成されていることを特徴とする表面弾
性波素子基板。
【請求項２】前記デバイス加工用基板と圧電体層との
間に、更にダイヤモンド層が配置されている請求項１記
載の表面弾性波素子基板。
【請求項３】前記表面弾性波素子デバイス・パターン
が、前記デバイス加工用基板上に配置されたダイヤモン
ド層と、該ダイヤモンド層上に配置された電極層と、該
電極層上に配置された圧電体層とからなる請求項２記載
の表面弾性波素子基板。
【請求項４】前記表面弾性波素子デバイス・パターン
が、前記デバイス加工用基板上に配置されたダイヤモン
ド層と、該ダイヤモンド層上に配置された圧電体層と、
該圧電体層上に配置された電極層とからなる請求項２記
載の表面弾性波素子基板。
【請求項５】前記表面弾性波素子デバイス・パターン
が、複数の表面弾性波素子に対応するパターンを含む請
求項１記載の表面弾性波素子基板。
【請求項６】デバイス加工用基板のデバイス・パター
ン形成用面側に；該基板上に配置された圧電体層と、該
圧電体層に接触するように配置された電極層とを少なく
とも含む表面弾性波素子のデバイス・パターンを形成し
た後、前記表面弾性波素子デバイス・パターン形成面と反対側
のデバイス加工用基板面側に、該基板の「反り量」を低
減する歪み層を形成することを特徴とする表面弾性波素
子基板の製造方法。
【請求項７】前記表面弾性波素子デバイス・パターン
が、デバイス加工用基板と圧電体層との間に配置された
ダイヤモンド層を更に含む請求項６記載の表面弾性波素
子基板の製造方法。
【請求項８】研削処理により前記「歪み層」を形成す
る請求項６または７記載の表面弾性波素子基板の製造方
法。
【請求項９】ダイヤモンド砥粒を含むレジンボンドダ
イヤモンド研削用ホイールを用いた研削処理により、前
記「歪み層」を形成する請求項８記載の表面弾性波素子
基板の製造方法。