研究開発された技術紹介

IoT機器やスマートフォン等の通信品質の安定や効率向上のために、過密な周波数帯で良好な感度特性・温度特性を持つ低損失な弾性波フィルタが要求されている。この要求に対し、東北大学では圧電薄板とシリコンや水晶とを組合せた革新的な弾性波デバイスを研究している。この研究成果の事業化のためには前記材料基板の平滑化・極薄化・異種材料の接合が必須であり、それを実現するための研磨・接合一貫製造プロセスを開発する。

・異種材料基板の直接接合技術の開発
-接合前基板の表面粗さ低減技術および洗浄技術の開発
-異種材料基板(LT/水晶)のプラズマ活性化接合技術の開発
・圧電単結晶基板の超薄板化研磨技術の開発
-接合前基板のTTV低減・管理技術の開発
-圧電基板(LT)の超薄板化研磨技術の開発
-圧電薄板接合基板上へのデバイス試作による性能評価

・接合前基板の表面粗さ低減技術および洗浄技術の開発
-表面粗さRa0.3nm以下を実現する研磨技術と接合に対応するための表面清浄化技術を開発した。
・異種材料基板(LT/水晶)のプラズマ活性化接合技術の開発
-接合~薄化研磨~デバイス試作まで一貫のプロセスを通じて、デバイス品質確保に求められる最適な接合手法を確立。
・接合前基板のTTV低減・管理技術の開発
-接合前基板のTTVを基板厚みに対して10%以下とするための研磨手法とTTV評価手法を開発した。
・圧電基板(LT)の超薄板化研磨技術の開発
-圧電層の厚みを300μmから1μm以下まで薄化研磨する際の能率的な加工プロセスを開発した。短時間で加工することと、加工変質層の抑制を同時に叶え、圧電層1μm以下(±10％以下)とするための加工プロセスの最適化を行った。
・圧電薄板接合基板上へのデバイス試作による性能評価
-生産ラインにてデバイス試作を行い、その結果のフィードバックを得ることでウエハ接合・研磨品質の改善ができた。本接合基板を用いて実際のデバイス試作を行い88dBのインピーダンス比を確認でき、本デバイスの優位性を示すことができた。

・研究開発を通じて、東北大学発の世界最先端の新デバイスを創出し、IoT産業へ貢献することができる。
・オンリーワンの研磨・接合技術を確立することで、地域産業振興および雇用創出が実現できる。

・事業化展開として、本開発で試作した研磨・接合済みウエハに対して、ラボ試験機にてデバイス試作を行い、その周波数特性の優位性に関する学会発表を行い、関連ユーザー企業の評価を得た。
・接合・研磨済みウエハをユーザー企業に提供し、顧客の評価用装置を用いてデバイス試作・品質評価を行ってもらい、本接合・研磨ウエハの品質確認をすることができた。

・異種材料基板の直接接合技術の開発
-CMPプロセスの最適化により、Ra0.3nm以下の面粗さを達成した。また、基板の接合界面専用の洗浄装置の開発を行い、接合に対応するパーティクルフリーのウエハ清浄度を得ることができた。
-接合条件と接合面上のボイド発生の因果関係を処理条件・接合環境などから確認することで、ボイド発生率を低減化し、将来の量産時の安定生産につなげる知見を蓄積することができた。
・圧電単結晶基板の超薄板化研磨技術の開発
-圧電層厚みを300μmから0.5μmまで薄くする工程について、複数同時加工可能なプロセスを開発し、高能率に、圧電層厚み管理を可能とした。
-従来のSAWデバイスと比較して、良好な温度特性を確認することができた。

技術の高度化をしながら、事業化のためのマーケティングを行う予定。

・低価格で量産を実現するために、加工時間短縮のためのプロセス最適化が必要。