CN108781064B - 接合方法 - Google Patents

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Abstract

在压电性材料基板1上形成接合层3，接合层3包含选自由氮化硅、氮化铝、氧化铝、五氧化钽、莫来石、五氧化铌和氧化钛构成的组中的一种以上的材质。通过对接合层的表面4和支撑基板的表面照射中性束A，将接合层的表面和支撑基板的表面活化。将接合层的表面5与支撑基板的表面直接键合。

Description

接合方法
技术领域
本发明涉及将压电性材料基板与包含单晶的支撑基板接合的方法。
背景技术
已知移动电话等中所使用的能够作为滤波元件、振荡器发挥功能的弹性表面波器件、使用了压电薄膜的兰姆波元件、薄膜谐振器(FBAR：Film Bulk Acoustic Resonator)等弹性波器件。作为这样的弹性表面波器件，已知将支撑基板与传播弹性表面波的压电基板贴合、在压电基板的表面设置了可激发弹性表面波的梳形电极的弹性表面波器件。通过像这样地将热膨胀系数比压电基板小的支撑基板粘贴于压电基板，抑制温度变化时压电基板的大小变化，抑制作为弹性表面波器件的频率特性的变化。
例如，在专利文献1中提出了用包含环氧粘接剂的粘接层将压电基板与硅基板贴合而成的结构的弹性表面波器件。
此处，在将压电基板与硅基板接合时，已知在压电基板表面形成氧化硅膜，经由氧化硅膜将压电基板与硅基板直接键合(专利文献2)。该接合时，对氧化硅膜表面和硅基板表面照射等离子束，使表面活化，进行直接键合(等离子体活化法)。
另外，已知使压电基板的表面成为粗糙面，在该粗糙面上设置填充层而平坦化，经由粘接层将该填充层粘接于硅基板(专利文献3)。在该方法中，在填充层、粘接层中使用环氧系、丙烯酸系的树脂，通过使压电基板的接合面成为粗糙面，抑制体波的反射，减少寄生信号。另外，由于在将粗糙面填充、平坦化后进行粘接，因此气泡不易进入粘接层内。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-187373
专利文献2：美国专利第7213314B2
专利文献3：日本专利第5814727
专利文献4：日本特开2014-086400
发明内容
在将硅基板直接键合于压电基板的情况下，一般使用等离子体活化法。但是，对于等离子体活化法而言，在接合后为了提高强度，需要加热，如果接合温度低，则存在接合强度降低的倾向。但是，如果提高接合温度，则由于硅基板与压电基板的热膨胀系数不同，因此容易产生裂纹。
另一方面，已知所谓的FAB(快原子束，Fast Atom Beam)方式的直接键合法(专利文献4)。在该方法中，在常温下对各接合面照射中性化原子束来进行活化，实施直接键合。
但是，对于该方法而言，硅基板与压电基板的接合强度低，有时在接合后的加工工序中剥离。
本发明的课题在于：在将压电性材料基板与包含单晶的支撑基板直接键合时，可进行常温下的接合，并且使接合强度提高。
第一发明是将压电性材料基板和包含单晶的支撑基板接合的方法，其特征在于，具有：
在压电性材料基板上形成接合层的工序，接合层包含选自由氮化硅、氮化铝、氧化铝、五氧化钽、莫来石、五氧化铌和氧化钛构成的组中的一种以上的材质；
通过对接合层的表面和支撑基板的表面照射中性束而将接合层的表面和支撑基板的表面活化的工序；和
将接合层的表面和支撑基板的表面直接键合的工序。
第二发明是将包含压电性单晶的压电性材料基板和包含单晶的支撑基板接合的方法，其特征在于，具有：
在所述支撑基板上形成接合层的工序，所述接合层包含选自由氮化硅、氮化铝、氧化铝、五氧化钽、莫来石、五氧化铌和氧化钛构成的组中的一种以上的材质；
通过对所述接合层的所述表面和所述压电性材料基板的表面照射中性束而将所述接合层的所述表面和所述压电性材料基板的所述表面活化的工序；和
将所述接合层的所述表面与所述压电性材料基板的所述表面直接键合的工序。
第三发明是将压电性材料基板与包含单晶的支撑基板接合的方法，其特征在于，具有：
在所述压电性材料基板上形成第一接合层的工序，所述第一接合层包含选自由氮化硅、氮化铝、氧化铝、五氧化钽、莫来石、五氧化铌和氧化钛构成的组中的一种以上的材质；
在所述支撑基板上形成第二接合层的工序，所述第二接合层包含选自由氮化硅、氮化铝、氧化铝、五氧化钽、莫来石、五氧化铌和氧化钛构成的组中的一种以上的材质；
通过对所述第一接合层的所述表面和所述第二接合层的所述表面照射中性束而将所述第一接合层的所述表面和所述第二接合层的所述表面活化的工序；和
将所述第一接合层的所述表面与所述第二接合层的所述表面直接键合的工序。
根据本发明，在将压电性材料基板与包含单晶的支撑基板直接键合时，可进行低温下的接合，并且能够提高接合强度。
附图说明
图1中的(a)表示在压电性材料基板1上设置了氧化硅膜2的状态，(b)表示在氧化硅膜2上设置了接合层3的状态，(c)表示对接合层4的表面4a进行了平坦化加工的状态，(d)表示采用中性束A将平坦面4a活化的状态。
图2中的(a)表示将压电性材料基板1与支撑基板6接合的状态，(b)表示通过加工使压电性材料基板1变薄的状态，(c)表示在压电性材料基板1A上设置了电极10的状态。
图3中的(a)表示使压电性材料基板11的表面成为了粗糙面的状态，(b)表示在粗糙面11a上设置了接合层12的状态，(c)表示对接合层13的表面13a进行了平坦化加工的状态，(d)表示采用中性束A将平坦面14活化的状态。
图4中的(a)表示将压电性材料基板11与支撑基板6接合的状态，(b)表示通过加工使压电性材料基板11变薄的状态，(c)表示在压电性材料基板11A上设置了电极10的状态。
图5中的(a)表示在压电性材料基板11的粗糙面11a上设置氧化硅膜22、在氧化硅膜22上设置接合层13A、将接合层13A直接键合于支撑基板6的表面6a的状态，(b)表示使压电性材料基板11A变薄的状态，(c)表示在压电性材料基板11A上设置了电极10的状态。
图6中的(a)表示在支撑基板6上设置了氧化硅膜2和接合层3的状态，(b)表示对接合层3的表面3a进行了平坦化加工的状态，(c)表示采用中性束A将平坦面活化的状态。
图7中的(a)表示将支撑基板6与压电性材料基板1接合的状态，(b)表示通过加工使压电性材料基板1A进一步变薄的状态，(c)表示在压电性材料基板1A上设置了电极10的状态。
图8中的(a)表示将压电性材料基板1和氧化硅膜2上的第一接合层4A的平坦面活化的状态，(b)表示将支撑基板6上的第二接合层4B的平坦面活化的状态。
图9中的(a)表示压电性材料基板1与支撑基板6的接合体，(b)表示使压电性材料基板1A变薄的状态，(c)表示在压电性材料基板1A上设置了电极10的状态。
图10中的(a)表示将压电性材料基板11上的第一接合层13A的表面14活化的状态，(b)表示将支撑基板6上的第二接合层4B的平坦面5B活化的状态。
图11中的(a)表示压电性材料基板11与支撑基板6的接合体，(b)表示使压电性材料基板11A变薄的状态，(c)表示在压电性材料基板11A上设置了电极10的状态。
图12中的(a)表示将压电性材料基板11上的第一接合层13A的表面14活化的状态，(b)表示将支撑基板6上的第二接合层4B的平坦面5B活化的状态。
图13中的(a)表示压电性材料基板11与支撑基板6的接合体，(b)表示使压电性材料基板11A变薄的状态，(c)表示在压电性材料基板11A上设置了电极10的状态。
具体实施方式
以下适当地参照附图对本发明详细地说明。
图1～图5涉及第一发明。另外，图1、图2涉及在压电性材料基板上设置氧化硅膜的实施方式。
如图1中的(a)所示，在压电性材料基板1的表面1a设置氧化硅膜2。1b为相反侧的表面。接下来，如图1中的(b)所示，在氧化硅膜2上设置接合层3。此时，在接合层3的表面可具有凹凸。
接下来，在优选的实施方式中，通过对接合层3的表面3a进行平坦化加工，形成平坦面4a。通过该平坦化加工，通常，接合层3的厚度变小，成为更薄的接合层4(参照图1(c))。接下来，如图1中的(d)所示，如箭头A所示对平坦面4a照射中性束，将接合层4A的表面活化而成为活化面5。
另一方面，如图2中的(a)所示，通过对支撑基板6的表面照射中性束而进行活化，成为活化面6a。然后，通过将支撑基板6的活化面6a与接合层4A的活化面5直接键合，得到接合体7。
在优选的实施方式中，对接合体7的压电性材料基板的表面1b进一步进行研磨加工，如图2中的(b)所示使压电性材料基板1A的厚度变小。1c为研磨面。
图2的(c)中，通过在压电性材料基板1A的研磨面1c上形成规定的电极10，制作弹性表面波元件9。
图3、图4涉及使压电性材料基板的表面成为了粗糙面的实施方式。
如图3中的(a)所示，对压电性材料基板11的表面11a实施加工，形成粗糙面11a。11b为相反侧的表面。接下来，如图3中的(b)所示，在粗糙面11a上设置接合层12。此时，粗糙面也转印到接合层12的表面12a，形成了凹凸。
接下来，在优选的实施方式中，通过对接合层12的表面12a进行平坦化加工，如图3中的(c)所示形成平坦面13a。通过该平坦化加工，通常，接合层12的厚度变小，成为更薄的接合层13。不过，并非必须进行平坦化加工。接下来，如图3中的(d)所示，如箭头A所示对平坦面13a照射中性束，将接合层13A的表面活化而形成活化面14。
另一方面，如图4中的(a)所示，通过对支撑基板6的表面照射中性束而进行活化，形成活化面6a。然后，通过将支撑基板6的活化面6a与接合层13A的活化面14直接键合，得到接合体17。
在优选的实施方式中，对接合体17的压电性材料基板的表面11b进一步进行研磨加工，如图4中的(b)所示使压电性材料基板11A的厚度变小。11c为研磨面。
应予说明，在图4(c)的表面弹性波元件19的情况下，在压电性材料基板11A的研磨面11c上形成了规定的电极10。
图5的例子中，在压电性材料基板11形成粗糙面，在粗糙面上进一步形成了氧化硅膜。
即，如图5中的(a)所示，对压电性材料基板11的表面实施加工，形成粗糙面11a。接下来，在粗糙面11a上设置氧化硅膜22。
接下来，在氧化硅膜22的表面上进一步设置接合层，通过对接合层的表面进行平坦化加工，形成平坦面。接下来，对平坦面照射中性束，将接合层13A的表面活化而形成活化面14。
另一方面，通过对支撑基板6的表面照射中性束而进行活化，形成活化面6a。然后，通过将支撑基板6的活化面6a与接合层13A的活化面14直接键合，得到接合体21。
在优选的实施方式中，对接合体17的压电性材料基板的表面11b进一步进行研磨加工，如图5中的(b)所示使压电性材料基板11A的厚度变小。11c为研磨面。在图5(c)的表面弹性波元件24的情况下，在压电性材料基板11A的研磨面11c上形成了规定的电极10。
在第二发明中，将包含压电性单晶的压电性材料基板与包含单晶的支撑基板接合。即，在支撑基板上形成接合层，接合层包含选自由氮化硅、氮化铝、氧化铝、五氧化钽、莫来石、五氧化铌和氧化钛构成的组中的一种以上的材质。通过对接合层的表面和压电性材料基板的表面照射中性束，将接合层的表面和压电性材料基板的表面活化。接下来，通过将接合层的表面与压电性材料基板的表面直接键合，得到接合体。
图6和图7涉及第二发明的实施方式。另外，图6、图7涉及在支撑基板6设置氧化硅膜2的实施方式。
如图6中的(a)所示，在支撑基板6的表面6a设置氧化硅膜2，在其上设置接合层3。此时，在接合层3的表面3a可具有凹凸。
接下来，在优选的实施方式中，通过对接合层3的表面3a进行平坦化加工，如图6中的(b)所示，在接合层4形成平坦面4a。通过该平坦化加工，通常，接合层3的厚度变小，成为更薄的接合层4。不过，并非必须进行平坦化加工。接下来，如图6中的(c)所示，如箭头A所示对平坦面4a照射中性束，将接合层4A的表面活化而形成活化面5。
另一方面，通过对压电性材料基板1的表面照射中性束而进行活化，形成活化面1d(参照图7(a))。然后，通过将支撑基板6上的接合层4A的活化面5与压电性材料基板1的活化面1d直接键合，得到图7(a)的接合体。
在优选的实施方式中，对接合体的压电性材料基板的表面1b进一步进行研磨加工，如图7中的(b)所示使压电性材料基板1A的厚度变小。1c为研磨面。在图7的(c)中，通过在压电性材料基板1A的研磨面1c上形成规定的电极10，制作弹性表面波元件29。
在图6、图7的实施方式中，在支撑基板6上依次设置了氧化硅膜和接合层。但是，也可以使支撑基板6的表面6成为粗糙面，省略氧化硅膜，在粗糙面上直接设置接合层。
第三发明提供将压电性材料基板与包含单晶的支撑基板接合的方法。即，在压电性材料基板上设置包含选自由氮化硅、氮化铝、氧化铝、五氧化钽、莫来石、五氧化铌和氧化钛构成的组中的一种以上的材质的第一接合层。另外，在支撑基板上设置包含选自由氮化硅、氮化铝、氧化铝、五氧化钽、莫来石、五氧化铌和氧化钛构成的组中的一种以上的材质的第二接合层。通过对第一接合层的表面和第二接合层的表面照射中性束，将两者活化。接下来，将第一接合层的表面与第二接合层的表面直接键合。
图8～图13涉及第三发明的实施方式。另外，图8、图9涉及在压电性材料基板1上设置氧化硅膜2并且在支撑基板6上也设置氧化硅膜2的实施方式。
如图8中的(a)所示，在压电性材料基板1的表面1a设置氧化硅膜2，在其上设置第一接合层。然后，在优选的实施方式中，对第一接合层3的表面进行平坦化加工而形成平坦面，如箭头A所示对平坦面照射中性束，将第一接合层4A的表面活化而形成活化面5A。
另一方面，如图8中的(b)所示，在支撑基板6的表面设置氧化硅膜2，在其上设置第二接合层。然后，在优选的实施方式中，对第二接合层的表面进行平坦化加工，形成平坦面，如箭头A所示对平坦面照射中性束，将第二接合层4B的表面活化而形成活化面5B。
然后，将压电性材料基板1上的第一接合层4A的活化面5A与支撑基板6上的第二接合层4B的活化面5B直接键合(参照图9(a))。其结果，接合层4A与4B一体化，形成接合层30，得到接合体37(参照图9(b))。在优选的实施方式中，对接合体的压电性材料基板的表面1b进一步进行研磨加工，如图9中的(b)所示使压电性材料基板1A的厚度变小。在图9的(c)中，通过在压电性材料基板1A的研磨面1c上形成规定的电极10，制作弹性表面波元件39。
在图10、图11中所示的实施方式中，在压电性材料基板11上设置了粗糙面。即，如图10中的(a)所示，使压电性材料基板11的表面成为粗糙面11a，在其上设置第一接合层13A。然后，对第一接合层13A的表面进行平坦化加工，形成平坦面，如箭头A所示对平坦面照射中性束，将第一接合层13A的表面活化而形成活化面14。
另一方面，如图10中的(b)所示，在支撑基板6的表面设置氧化硅膜2，在其上设置第二接合层。然后，对第二接合层的表面进行平坦化加工而形成平坦面，如箭头A所示对平坦面照射中性束，将第二接合层4B的表面活化而形成活化面5B。
然后，将压电性材料基板1上的第一接合层13A的活化面14与支撑基板6上的第二接合层4B的活化面5B直接键合(参照图11(a))。其结果，接合层13A与接合层4B一体化，形成接合层30A，得到接合体47(参照图11(b))。在优选的实施方式中，对接合体的压电性材料基板的表面11b进一步进行研磨加工，如图11中的(b)所示使压电性材料基板11A的厚度变小。在图11的(c)中，通过在压电性材料基板11A的研磨面11c上形成规定的电极10，制作弹性表面波元件49。
在图12、图13中所示的实施方式中，在压电性材料基板11上设置粗糙面，在其上设置氧化硅膜。另外，在支撑基板上也设置了氧化硅膜。如图12中的(a)所示，使压电性材料基板11的表面成为粗糙面11a，在其上设置氧化硅膜22。氧化硅膜22的表面也成为粗糙面。然后，在氧化硅膜22上设置第一接合层13A。然后，对第一接合层13A的表面进行平坦化加工而形成平坦面，如箭头A所示对平坦面照射中性束，将第一接合层13A的表面活化而形成活化面14。
另一方面，如图12中的(b)所示，在支撑基板6的表面设置氧化硅膜2，在其上设置第二接合层。然后，对第二接合层的表面进行平坦化加工而形成平坦面，如箭头A所示对平坦面照射中性束，将第二接合层4B的表面活化而形成活化面5B。
然后，将压电性材料基板11上的第一接合层13A的活化面14与支撑基板6上的第二接合层4B的活化面5B直接键合(参照图13(a))。其结果，接合层13A与4B一体化，形成接合层30A，得到接合体57(参照图13(b))。在优选的实施方式中，对接合体的压电性材料基板的表面11b进一步进行研磨加工，如图13中的(b)所示使压电性材料基板11A的厚度变小。在图13的(c)中，通过在压电性材料基板11A的研磨面11c上形成规定的电极10，制作弹性表面波元件59。
以下对本发明的各构成要素进行进一步说明。
对本发明的接合体的用途并无特别限定，例如能够适合应用于弹性波元件、光学元件。
作为弹性波元件，已知弹性表面波器件、兰姆波元件、薄膜谐振器(FBAR)等。例如，弹性表面波器件在压电性材料基板的表面设置了激发弹性表面波的输入侧的IDT(叉指式换能器，Interdigital Transducer)电极(也称为梳形电极、帘状电极)和接收弹性表面波的输出侧的IDT电极。如果对输入侧的IDT电极施加高频信号，则在电极间产生电场，激发弹性表面波，并在压电基板上传播。而且，从在传播方向上设置的输出侧的IDT电极，能够将传播的弹性表面波作为电信号输出。
在压电性材料基板的底面可具有金属膜。在制造兰姆波元件作为弹性波器件时，金属膜发挥增大压电基板的背面附近的机电耦合系数的职能。这种情况下，兰姆波元件成为如下结构：在压电基板的表面形成梳齿电极，利用在支撑基板设置的空腔，压电基板的金属膜露出。作为这样的金属膜的材质，例如可列举出铝、铝合金、铜、金等。应予说明，制造兰姆波元件的情况下，可使用包括在底面不具有金属膜的压电基板的复合基板。
另外，在压电性材料基板的底面可具有金属膜和绝缘膜。在制造薄膜谐振器作为弹性波器件时，金属膜发挥电极的职能。这种情况下，薄膜谐振器成为如下结构：在压电基板的表面和背面形成电极，通过使绝缘膜成为空腔，压电基板的金属膜露出。作为这样的金属膜的材质，例如可列举出钼、钌、钨、铬、铝等。另外，作为绝缘膜的材质，例如可列举出二氧化硅、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃等。
另外，作为光学元件，能够例示光开关元件、波长变换元件、光调制元件。另外，在压电性材料基板中能够形成周期极化反转结构。
在将本发明应用于光学元件的情况下，可实现光学元件的小型化，另外，特别是在形成了周期极化反转结构的情况下，能够防止加热处理引起的周期极化反转结构的劣化。进而，氧化硅、五氧化钽等本发明的接合层材料由于也是高绝缘材料，因此在接合前采用中性束进行处理时，抑制极化反转的发生，另外，几乎不会使在压电性材料基板上形成的周期极化反转结构的形状紊乱。
本发明中使用的压电性材料基板可以为单晶。如果压电性材料基板的材质为单晶，则能够采用中性束使压电性材料基板的表面活化。但是，在压电性材料基板上设置有氧化硅膜或者压电性材料基板表面被粗糙面化的情况下，由于不能采用中性束来活化，因此设置接合层来使其表面平坦化，采用中性束进行活化，从而能够将压电性材料基板直接键合于支撑基板。
就压电性材料基板的材质而言，具体地，能够例示钽酸锂(LT)单晶、铌酸锂(LN)单晶、铌酸锂-钽酸锂固溶体单晶、水晶、硼酸锂。其中，更优选为LT或LN。LT、LN由于弹性表面波的传播速度快，机电耦合系数大，因此适合用作高频率且宽带频率用的弹性表面波器件。另外，对压电性材料基板的主面的法线方向并无特别限定，例如，在压电性材料基板包含LT时，使用以弹性表面波的传播方向即X轴为中心、从Y轴向Z轴旋转了36～47°(例如42°)的方向的压电性材料基板由于传播损失小，因此优选。在压电性材料基板包含LN时，使用以弹性表面波的传播方向即X轴为中心、从Y轴向Z轴旋转了60～68°(例如64°)的方向的压电性材料基板由于传播损失小，因此优选。进而，对压电性材料基板的大小并无特别限定，例如直径为50～150mm，厚度为0.2～60μm。
支撑基板的材质设定为单晶。其优选包括选自由硅、蓝宝石和水晶构成的组中的材质。在采用本发明的方法接合而成的复合基板上形成弹性波器件的情况下，从改善弹性波器件的温度特性的观点出发，优选支撑基板的材质的热膨胀系数比压电性材料基板的热膨胀系数低。
在优选的实施方式中，在压电性材料基板上形成氧化硅膜。氧化硅膜可以是结晶氧化硅膜，也可以是无定形氧化硅膜。另外，对氧化硅膜的成膜方法并无限定，能够例示溅射(sputtering)法、化学气相沉积法(CVD)、蒸镀。
对氧化硅膜的厚度并无特别限定，优选0.1μm～1.0μm。
在另一优选的实施方式中，对压电性材料基板的表面进行加工而形成粗糙面。该粗糙面是指在面内均匀地形成了周期性的凹凸的面，算术平均粗糙度为0.05μm≤Ra≤0.5μm，最低谷底至最大山顶的高度Ry为0.5μm≤Ry≤5μm的范围。适合的粗糙度依赖于弹性波的波长，按能够抑制体波反射的方式适当地选择。
另外，粗糙面化加工的方法有研削、研磨、蚀刻、喷砂等。
在压电性材料基板的粗糙面上或者氧化硅膜上形成接合层，接合层包含选自由氮化硅、氮化铝、氧化铝、五氧化钽、莫来石、五氧化铌和氧化钛构成的组中的一种以上的材质。对接合层的成膜方法并无限定，能够例示溅射、化学气相沉积法(CVD)、蒸镀。
接下来，能够将接合层、第一接合层、第二接合层的表面平坦化而得到平坦面。此处，使各接合层的表面平坦化的方法有精研(lap)研磨、化学机械研磨加工(CMP)等。另外，平坦面必须为Ra≤1nm，更优选使其成为0.3nm以下。在压电性材料基板的粗糙面上形成接合层、第一接合层、第二接合层的情况下，特别优选对这些接合层的表面进行平坦化加工。另一方面，在压电性材料基板、氧化硅膜、支撑基板的表面平坦的情况下，并非必须对接合层、第一接合层、第二接合层的表面进行平坦化加工，但也可进行平坦化加工。
接下来，通过对接合层、第一接合层、第二接合层的表面和支撑基板的表面照射中性束，将各接合层的表面和支撑基板的表面活化。
采用中性束进行表面活化时，优选使用专利文献4中记载的装置产生中性束，进行照射。即，作为束源，使用鞍域型的高速原子束源。然后，向腔室中导入不活泼气体，从直流电源向电极施加高电压。由此，利用在电极(正极)与壳体(负极)之间产生的鞍域型的电场，电子e运动并生成由不活泼气体产生的原子和离子的射束。在到达了栅格的射束中，离子束在栅格被中和，因此从高速原子束源射出中性原子的射束。构成射束的原子种优选不活泼气体(氩气、氮气等)。
采用射束照射进行活化时的电压优选为0.5～2.0kV，电流优选为50～200mA。
接下来，在真空气氛中，使活化面彼此接触并接合。此时的温度为常温，具体地，优选40℃以下，更优选30℃以下。另外，接合时的温度特别优选20℃以上且25℃以下。接合时的压力优选100～20000N。
实施例
(实施例A1)
按参照图1～图2说明的第一发明的方法，制作接合体。
具体地，作为压电性材料基板1，使用具有定向平面部(OF部)、直径为4英寸、厚度为250μm的钽酸锂基板(LT基板)。另外，作为支撑基板6，准备了具有OF部、直径为4英寸，厚度为230μm的硅基板。LT基板使用了将弹性表面波(SAW)的传播方向设为X、切出角为旋转Y切割板的46°Y切割X传播LT基板。对压电性材料基板1的表面1a和支撑基板6的表面6a进行了镜面研磨以使算术平均粗糙度Ra成为1nm。就算术平均粗糙度而言，采用原子间力显微镜(AFM)，对纵10μm×横10μm的正方形的视野进行了评价。
接下来，采用溅射法在压电性材料基板1的表面1a形成了1.0μm的氧化硅膜2。成膜后的算术平均粗糙度Ra为2nm。接下来，在氧化硅膜2上，采用CVD法将1.0μm的包含莫来石的接合层3成膜。成膜后的Ra为2.0nm。接下来，对接合层3进行化学机械研磨加工(CMP)，使膜厚成为0.5μm，使Ra成为0.3nm。
接下来，对接合层4的平坦面4a和支撑基板6的表面6a进行清洗，将污垢去除后，导入真空室。抽真空直至10-6多帕后，对各个基板的接合面照射120秒高速原子束(加速电压1kV、Ar流量27sccm)。接着，使压电性材料基板的射束照射面(活化面)5与支撑基板的活化面6a接触后，以10000N加压2分钟，将两基板接合。
接下来，对压电性材料基板1的表面1b进行了研削和研磨以使厚度从最初的250μm成为3μm(参照图2(b))。在研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.5J/m2。
(实施例A2)
在实施例A1中，使接合层3的材质为氧化铝，使用溅射法将接合层3成膜。除此之外，与实施例A1同样地制造接合体。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.4J/m2。
(实施例A3)
在实施例A1中，使接合层3的材质为五氧化钽(Ta2O5)，使用溅射法将接合层3成膜。除此之外，与实施例A1同样地制造接合体。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.5J/m2。
(实施例A4)
在实施例A1中，使接合层3的材质为氮化硅(Si3N4)，使用溅射法将接合层3成膜。除此之外，与实施例A1同样地制造接合体。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.4J/m2。
(实施例A5)
在实施例A1中，使接合层3的材质为氮化铝(AlN)，使用溅射法将接合层3成膜。除此之外，与实施例A1同样地制造接合体。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.3J/m2。
(实施例A6)
在实施例A1中，使接合层3的材质为五氧化铌(Nb2O5)，使用溅射法将接合层3成膜。除此之外，与实施例A1同样地制造接合体。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.8J/m2。
(实施例A7)
在实施例A1中，使接合层3的材质为氧化钛(TiO2)，使用溅射法将接合层3成膜。除此之外，与实施例A1同样地制造接合体。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.6J/m2。
(比较例A1)
在实施例A1中，没有设置接合层3。除此之外，与实施例A1同样地制造接合体。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中发生了接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为0.1J/m2。
(比较例A2)
与实施例A3同样地设置了五氧化钽层作为接合层3。而且，采用等离子体活化法对接合层的表面和支撑基板的表面进行了表面活化。除此之外，与实施例A4同样地制造接合体。将腔室内抽真空直至10-1多帕后，对晶片表面照射60秒的N2等离子体(功率200W)，然后置于大气中，用纯水清洗。进而在大气中使其接合，施加了2分钟2000N的载荷。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中发生了接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为0.3J/m2。
(实施例B1)
按参照图3、图4说明的第一发明的方法，制作接合体。
具体地，准备具有定向平面部(OF部)、直径为4英寸、厚度为250μm的钽酸锂基板(LT基板)作为压电性材料基板11。另外，作为支撑基板6，准备了具有OF部、直径为4英寸、厚度为230μm的硅基板。LT基板使用了将弹性表面波(SAW)的传播方向作为X、切出角为旋转Y切割板的46°Y切割X传播LT基板。
另外，使用精研机使压电性材料基板11的表面11a粗糙化，以使算术平均粗糙度Ra成为0.1μm，形成了粗糙面。对支撑基板6的表面6a进行了镜面研磨以使算术平均粗糙度Ra成为1nm。就算术平均粗糙度而言，采用原子间力显微镜(AFM)，对纵10μm×横10μm的正方形的视野进行了观测。
接下来，在压电性材料基板的粗糙面上将厚2μm的包含莫来石的接合层12成膜，将背面的微小的凹凸填埋。应予说明，此时的接合层的表面12a的算术平均粗糙度Ra为0.1μm。接下来，对接合层的表面12a进行化学机械研磨加工(CMP)，使得膜厚为0.5μm，Ra为0.3nm。
接下来，对接合层的平坦面13a和支撑基板的表面6a进行清洗，将表面的污垢去除后，导入真空室。抽真空直至10-6多帕后，对各个基板的接合面照射120秒高速原子束(加速电压1kV、Ar流量27sccm)，进行了表面活化。接下来，使接合层的经活化的平坦面14与支撑基板的经活化的表面6a接触后，以1000N加压2分钟，将两基板接合。
接下来，对压电性材料基板11的表面11c进行了研削和研磨以使厚度从最初的250μm成为20μm。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.5J/m2。
使用制作的接合体制作SAW(表面弹性波)滤波器，在300℃下进行了加热，未能确认有接合界面处的剥离、频率的迁移。
(实施例B2)
在实施例B1中，使接合层3的材质为氧化铝。除此以外，与实施例B1同样地制造了接合体。其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.4J/m2。
使用制作的接合体制作SAW(表面弹性波)滤波器，在300℃下进行了加热，未能确认有接合界面处的剥离、频率的迁移。
(实施例B3)
在实施例B1中，使接合层3的材质为五氧化钽(Ta2O5)。除此以外，与实施例B1同样地制造了接合体。其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.5J/m2。
使用制作的接合体制作SAW(表面弹性波)滤波器，在300℃下进行了加热，未能确认有接合界面处的剥离、频率的迁移。
(实施例B4)
在实施例B1中，使接合层3的材质为氮化硅(Si3N4)。除此以外，与实施例B1同样地制造了接合体。其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.4J/m2。
使用制作的接合体制作SAW(表面弹性波)滤波器，在300℃下进行了加热，未能确认有接合界面处的剥离、频率的迁移。
(实施例B5)
在实施例B1中，使接合层3的材质为氮化铝(AlN)。除此以外，与实施例B1同样地制造了接合体。其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.3J/m2。
使用制作的接合体制作SAW(表面弹性波)滤波器，在300℃下进行了加热，未能确认有接合界面处的剥离、频率的迁移。
(实施例B6)
在实施例B1中，使接合层3的材质为五氧化铌(Nb2O5)。除此以外，与实施例B1同样地制造了接合体。其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.8J/m2。
使用制作的接合体制作SAW(表面弹性波)滤波器，在300℃下进行了加热，未能确认有接合界面处的剥离、频率的迁移。
(实施例B7)
在实施例B1中，使接合层3的材质为氧化钛(TiO2)。除此以外，与实施例B1同样地制造了接合体。其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.6J/m2。
使用制作的接合体制作SAW(表面弹性波)滤波器，在300℃下进行了加热，未能确认有接合界面处的剥离、频率的迁移。
(比较例B1)
与实施例B1同样地制作了表面弹性波滤波器。不过，使接合层的材质为树脂，没有将基板彼此直接键合而是进行了树脂粘接。其结果，300℃加热后发生了剥离和频率迁移。
(比较例B2)
与实施例B3同样地设置了五氧化钽层作为接合层3。而且，采用等离子体活化法对接合层的表面和支撑基板的表面进行了表面活化。除此之外，与实施例B4同样地制造接合体。将腔室内抽真空直至10-1多帕后，对晶片表面照射60秒的N2等离子体(功率200W)，然后置于大气中，用纯水清洗。进而在大气中使其接合，施加了2分钟2000N的载荷。
其结果，刚接合后采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为0.3J/m2，但在压电性材料基板的研削和研磨工序中发生了接合部分的剥离。因此，未能制作表面弹性波滤波器。
(实施例C1)
按参照图6～图7说明的第二发明的方法，制作接合体。
具体地，如图6所示，作为支撑基板6，准备了具有OF部、直径为4英寸、厚度为230μm的硅基板。LT基板使用了将弹性表面波(SAW)的传播方向作为X、切出角为旋转Y切割板的46°Y切割X传播LT基板。对支撑基板6的表面6a进行了镜面研磨以使算术平均粗糙度Ra成为1nm。就算术平均粗糙度而言，采用原子间力显微镜(AFM)，对纵10μm×横10μm的正方形的视野进行了评价。接下来，采用溅射法在支撑基板6的表面6a形成了1.0μm的氧化硅膜2。成膜后的算术平均粗糙度Ra为2nm。接下来，在氧化硅膜2上，采用CVD法将1.0μm的包含莫来石的接合层3成膜。成膜后的Ra为2.0nm。接下来，对接合层3进行化学机械研磨加工(CMP)，使膜厚成为0.5μm，使Ra成为0.3nm。
另一方面，如图7中的(a)所示，使用具有定向平面部(OF部)、直径为4英寸、厚度为250μm的钽酸锂基板(LT基板)作为压电性材料基板1。
接下来，对接合层4的平坦面4a和支撑基板1的表面1a进行清洗，将污垢去除后，导入真空室。抽真空直至10-6多帕后，对各个基板的接合面照射120秒高速原子束(加速电压1kV、Ar流量27sccm)。接着，使接合层4A的活化面5与压电性材料基板1的活化面1d接触后，以10000N加压2分钟，将两基板接合。
接下来，对压电性材料基板1的表面1b进行了研削和研磨以使厚度从最初的250μm成为3μm(参照图7(b))。在研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.5J/m2。
(实施例C2)
在实施例C1中，使接合层3的材质为氧化铝，使用溅射法将接合层3成膜。除此之外，与实施例C1同样地制造接合体。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.4J/m2。
(实施例C3)
在实施例C1中，使接合层3的材质为五氧化钽(Ta2O5)，使用溅射法将接合层3成膜。除此之外，与实施例C1同样地制造接合体。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.5J/m2。
(实施例C4)
在实施例C1中，使接合层3的材质为氮化硅(Si3N4)，使用溅射法将接合层3成膜。除此之外，与实施例C1同样地制造接合体。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.4J/m2。
(实施例C5)
在实施例C1中，使接合层3的材质为氮化铝(AlN)，使用溅射法将接合层3成膜。除此之外，与实施例C1同样地制造接合体。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.3J/m2。
(实施例C6)
在实施例C1中，使接合层3的材质为五氧化铌(Nb2O5)，使用溅射法将接合层3成膜。除此之外，与实施例C1同样地制造接合体。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为2.0J/m2。
(实施例C7)
在实施例C1中，使接合层3的材质为氧化钛(TiO2)，使用溅射法将接合层3成膜。除此之外，与实施例C1同样地制造接合体。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.8J/m2。
(比较例C1)
在实施例C1中，没有设置接合层4A。除此之外，与实施例C1同样地制造接合体。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中发生了接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为0.1J/m2。
(比较例C2)
与实施例C3同样地设置了五氧化钽层作为接合层4。而且，采用等离子体活化法对接合层的表面和压电性材料基板的表面进行了表面活化。除此之外，与实施例C4同样地制造接合体。将腔室内抽真空直至10-1多帕后，对晶片表面照射60秒的N2等离子体(功率200W)，然后置于大气中，用纯水清洗。进而在大气中使其接合，施加了2分钟2000N的载荷。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中发生了接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为0.3J/m2。
(实施例D1)
按参照图8～图9说明的第三发明的方法，制作接合体。
具体地，作为压电性材料基板1，使用具有定向平面部(OF部)、直径为4英寸、厚度为250μm的钽酸锂基板(LT基板)。对压电性材料基板1的表面1a和支撑基板6的表面6a进行了镜面研磨以使算术平均粗糙度Ra成为1nm。接下来，采用溅射法在压电性材料基板1的表面1a形成了1.0μm的氧化硅膜2。成膜后的算术平均粗糙度Ra为2nm。接下来，在氧化硅膜2上，采用CVD法将1.0μm的包含莫来石的接合层成膜。成膜后的Ra为2.0nm。接下来，对接合层进行化学机械研磨加工(CMP)，使膜厚成为0.5μm，使Ra成为0.3nm。
另外，作为支撑基板6，准备了具有OF部、直径为4英寸，厚度为230μm的硅基板。LT基板使用了将弹性表面波(SAW)的传播方向作为X、切出角为旋转Y切割板的46°Y切割X传播LT基板。接下来，采用溅射法在支撑基板6的表面形成了1.0μm的氧化硅膜2。成膜后的算术平均粗糙度Ra为2nm。接下来，在氧化硅膜2上，采用CVD法将1.0μm的包含高电阻硅的接合层成膜。成膜后的Ra为2.0nm。接下来，对接合层进行化学机械研磨加工(CMP)，使膜厚成为0.5μm，使Ra成为0.3nm。
接下来，对压电性材料基板1上的第一接合层4A的平坦面和支撑基板6上的第二接合层4B的平坦面进行清洗，将污垢去除后，导入真空室。抽真空直至10-6多帕后，对各个基板的接合面照射120秒高速原子束(加速电压1kV、Ar流量27sccm)，得到了各活化面5A、5B。接着，使压电性材料基板上的第一接合层的活化面5A与支撑基板上的第二接合层的活化面5B接触后，以10000N加压2分钟，将两基板接合(参照图9(a))。
接下来，对压电性材料基板1的表面1b进行了研削和研磨以使厚度从最初的250μm成为3μm(参照图9(b))。在研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.5J/m2。
(实施例D2)
在实施例D1中，使第一接合层、第二接合层的材质为氧化铝，使用溅射法将接合层成膜。除此之外，与实施例D1同样地制造接合体。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.4J/m2。
(实施例D3)
在实施例D1中，使第一接合层、第二接合层的材质为五氧化钽(Ta2O5)，使用溅射法将接合层成膜。除此之外，与实施例D1同样地制造接合体。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.5J/m2。
(实施例D4)
在实施例D1中，使第一接合层、第二接合层的材质为氮化硅(Si3N4)，使用溅射法将接合层成膜。除此之外，与实施例D1同样地制造接合体。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.4J/m2。
(实施例D5)
在实施例D1中，使第一接合层、第二接合层的材质为氮化铝(AlN)，使用溅射法将接合层成膜。除此之外，与实施例D1同样地制造接合体。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.3J/m2。
(实施例D6)
在实施例D1中，使第一接合层、第二接合层的材质为五氧化铌(Nb2O5)，使用溅射法将接合层成膜。除此之外，与实施例D1同样地制造接合体。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为2.0J/m2。
(实施例D7)
在实施例D1中，使第一接合层、第二接合层的材质为氧化钛(TiO2)，使用溅射法将接合层成膜。除此之外，与实施例D1同样地制造接合体。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中未能确认有接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为1.8J/m2。
(比较例D1)
在实施例D1中，没有设置第一接合层。除此之外，与实施例D1同样地制造接合体。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中发生了接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为0.1J/m2。
(比较例D2)
与实施例D3同样地设置了五氧化钽层作为第一接合层和第二接合层。而且，采用等离子体活化法对接合层的表面和支撑基板的表面进行了表面活化。除此之外，与实施例D4同样地制造接合体。将腔室内抽真空直至10-1多帕后，对晶片表面照射60秒的N2等离子体(功率200W)，然后置于大气中，用纯水清洗。进而在大气中使其接合，施加了2分钟2000N的载荷。
其结果，在压电性材料基板的研削和研磨工序中发生了接合部分的剥离。另外，采用裂纹张开法评价了接合强度，结果为0.3J/m2。

Claims (21)

1.一种接合方法，是将压电性材料基板和包含单晶的支撑基板接合的方法，其特征在于，具有：
在所述压电性材料基板上设置氧化硅膜的工序，
在所述氧化硅膜上形成接合层的工序，所述接合层包含选自由氮化硅、氮化铝、氧化铝、五氧化钽、莫来石、五氧化铌和氧化钛构成的组中的一种以上的材质；
通过对所述接合层的表面和所述支撑基板的表面照射中性束而将所述接合层的所述表面和所述支撑基板的所述表面活化的工序；和
将所述接合层的所述表面和所述支撑基板的表面直接键合的工序。
2.根据权利要求1所述的接合方法，其特征在于，具有对所述压电性材料基板进行加工而形成粗糙面的工序，在该粗糙面上设置所述氧化硅膜及所述接合层。
3.根据权利要求1所述的接合方法，其特征在于，在将所述接合层的所述表面平坦化后进行所述活化。
4.根据权利要求2所述的接合方法，其特征在于，在将所述接合层的所述表面平坦化后进行所述活化。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的接合方法，其特征在于，所述支撑基板包含选自由硅、蓝宝石和水晶构成的组中的一种材质。
6.根据权利要求1～4中的任一项所述的接合方法，其特征在于，所述压电性材料基板包含压电性单晶。
7.根据权利要求6所述的接合方法，其特征在于，所述压电性单晶包含铌酸锂、钽酸锂或铌酸锂-钽酸锂固溶体。
8.一种接合方法，是将包含压电性单晶的压电性材料基板和包含单晶的支撑基板接合的方法，其特征在于，具有：
在所述支撑基板上设置氧化硅膜的工序，
在所述氧化硅膜上形成接合层的工序，所述接合层包含选自由氮化硅、氮化铝、氧化铝、五氧化钽、莫来石、五氧化铌和氧化钛构成的组中的一种以上的材质；
通过对所述接合层的表面和所述压电性材料基板的表面照射中性束而将所述接合层的所述表面和所述压电性材料基板的所述表面活化的工序；和
将所述接合层的所述表面与所述压电性材料基板的所述表面直接键合的工序。
9.根据权利要求8所述的接合方法，其特征在于，在将所述接合层的所述表面平坦化后进行所述活化。
10.根据权利要求8所述的接合方法，其特征在于，所述支撑基板包含选自由硅、蓝宝石和水晶构成的组中的一种材质。
11.根据权利要求9所述的接合方法，其特征在于，所述支撑基板包含选自由硅、蓝宝石和水晶构成的组中的一种材质。
12.根据权利要求8～11中的任一项所述的接合方法，其特征在于，所述压电性单晶包含铌酸锂、钽酸锂或铌酸锂-钽酸锂固溶体。
13.一种接合方法，是将压电性材料基板与包含单晶的支撑基板接合的方法，其特征在于，具有：
在所述压电性材料基板上形成第一接合层的工序，所述第一接合层包含选自由氮化硅、氮化铝、氧化铝、五氧化钽、莫来石、五氧化铌和氧化钛构成的组中的一种以上的材质；
在所述支撑基板上形成第二接合层的工序，所述第二接合层包含选自由氮化硅、氮化铝、氧化铝、五氧化钽、莫来石、五氧化铌和氧化钛构成的组中的一种以上的材质；
通过对所述第一接合层的表面和所述第二接合层的表面照射中性束而将所述第一接合层的所述表面和所述第二接合层的所述表面活化的工序；和
将所述第一接合层的所述表面与所述第二接合层的所述表面直接键合的工序。
14.根据权利要求13所述的接合方法，其特征在于，具有在所述压电性材料基板上设置氧化硅膜的工序，在该氧化硅膜上设置所述第一接合层。
15.根据权利要求13所述的接合方法，其特征在于，具有对所述压电性材料基板进行加工而形成粗糙面的工序，在该粗糙面上设置所述第一接合层。
16.根据权利要求13～15中的任一项所述的接合方法，其特征在于，在将所述第一接合层的所述表面平坦化后进行所述活化。
17.根据权利要求13～15中的任一项所述的接合方法，其特征在于，具有在所述支撑基板上设置氧化硅膜的工序，在该氧化硅膜上设置所述第二接合层。
18.根据权利要求13～15中的任一项所述的接合方法，其特征在于，在将所述第二接合层的表面平坦化后进行所述活化。
19.根据权利要求13～15中的任一项所述的接合方法，其特征在于，所述支撑基板包含选自由硅、蓝宝石和水晶构成的组中的一种材质。
20.根据权利要求13～15中的任一项所述的接合方法，其特征在于，所述压电性材料基板包含压电性单晶。
21.根据权利要求20所述的接合方法，其特征在于，所述压电性单晶包含铌酸锂、钽酸锂或铌酸锂-钽酸锂固溶体。
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