DE112017001539B4 - Verbindungsverfahren - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Verbinden eines Trägerkörpers, der eine Keramik umfasst, und eines piezoelektrischen Einkristallsubstrats, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:Bilden einer Verbindungsschicht auf dem Trägerkörper, wobei die Verbindungsschicht ein oder mehrere Material(ien), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Mullit, Aluminiumoxid, Tantalpentoxid, Titanoxid und Niobpentoxid, umfasst;Einstrahlen eines neutralisierten Strahls auf eine Oberfläche der Verbindungsschicht zum Aktivieren der Oberfläche der Verbindungsschicht;Bereitstellen einer Zwischenschicht auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat, wobei die Zwischenschicht ein oder mehrere Material(ien), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Mullit, Aluminiumoxid, Tantalpentoxid, Titanoxid und Niobpentoxid, umfasst;Einstrahlen eines neutralisierten Strahls auf eine Oberfläche der Zwischenschicht zum Aktivieren der Oberfläche der Zwischenschicht; undVerbinden der Oberfläche der Verbindungsschicht und der Oberfläche der Zwischenschicht durch ein direktes Verbinden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines piezoelektrischen Einkristallsubstrats und eines Trägerkörpers, der aus einer Keramik zusammengesetzt ist.
  • Eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung, die als Filtervorrichtung oder Oszillator wirkt, die oder der in Mobiltelefonen oder dergleichen verwendet wird, und eine Akustikwellenvorrichtung, wie z.B. eine Lambwellenvorrichtung oder ein Filmmassenakustikresonator (FBAR), bei der ein piezoelektrischer Dünnfilm verwendet wird, sind bekannt. Als eine solche Akustikwellenvorrichtung ist eine Vorrichtung bekannt, die durch Anbringen eines Trägerkörpers und eines piezoelektrischen Substrats, das eine Oberflächenakustikwelle ausbreitet, und durch Bereitstellen von ineinandergreifenden Elektroden hergestellt wird, welche die Oberflächenakustikwelle auf einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats oszillieren lassen können. Durch Anbringen des Trägerkörpers, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient niedriger ist als derjenige des akustischen Substrats, auf dem piezoelektrischen Substrat, wird die Änderung der Größe des akustischen Substrats als Reaktion auf eine Temperaturänderung vermindert, so dass die Änderung der Frequenzeigenschaften als Oberflächenakustikwellenvorrichtung vermindert wird.
  • Beispielsweise wird im Patentdokument 1 eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung mit einer Struktur vorgeschlagen, die durch Verkleben eines piezoelektrischen Substrats und eines Siliziumsubstrats mit einer Haftschicht, die aus einem Epoxyhaftmittel zusammengesetzt ist, hergestellt wird.
  • Es ist bekannt, dass beim Verbinden eines piezoelektrischen Substrats und eines Siliziumsubstrats ein Siliziumoxidfilm auf einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats gebildet wird und ein Siliziumsubstrat und das piezoelektrische Substrat durch den Siliziumoxidfilm verbunden werden (Patentdokument 2). In dem Fall des Verbindens wird ein Plasmastrahl auf die Oberflächen des Siliziumoxidfilms und des Siliziumsubstrats eingestrahlt, um die Oberflächen zu aktivieren, worauf ein direktes Verbinden erfolgt (Plasmaaktivierungsverfahren).
  • Ferner ist bekannt, dass eine Oberfläche des piezoelektrischen Substrats zu einer aufgerauten Oberfläche gemacht wird, eine Füllmaterialschicht auf der aufgerauten Oberfläche bereitgestellt wird, so dass eine eingeebnete Oberfläche bereitgestellt wird, und die Füllmaterialschicht mittels einer Haftschicht an ein Siliziumsubstrat geklebt wird (Patentdokument 3). Gemäß diesem Verfahren wird ein Harz auf Epoxybasis oder Acrylbasis für die Füllmaterialschicht und die Haftschicht verwendet und die Verbindungsoberfläche des piezoelektrischen Substrats wird als die aufgeraute Oberfläche ausgebildet, um die Reflexion der Volumenwelle zu vermindern und eine Störwelle zu vermindern.
  • Ferner ist ein Direktverbindungsverfahren eines sogenannten FAB („Fast Atom Beam“)-Systems bekannt (Patentdokument 4). Gemäß diesem Verfahren wird ein neutralisierter Atomstrahl auf die jeweiligen Verbindungsflächen bei Umgebungstemperatur eingestrahlt, um diese zu aktivieren, worauf ein direktes Verbinden durchgeführt wird.
  • Andererseits ist gemäß dem Patentdokument 5 beschrieben, dass ein piezoelektrisches Einkristallsubstrat über eine Zwischenschicht direkt mit einem Trägerkörper, der aus einer Keramik (Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid) hergestellt ist, und nicht mit einem Siliziumsubstrat verbunden wird. Ein Material der Zwischenschicht ist Silizium, Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Aluminiumnitrid.
  • (Patentdokumente)
    • (Patentdokument 1) JP 2010 - 187373 A
    • (Patentdokument 2) US 7213314 B2
    • (Patentdokument 3) JP 5814727 B2
    • (Patentdokument 4) JP 2014 - 086400 A
    • (Patentdokument 5) JP 3774782 B2
  • US 2016/0049469 A1 beschreibt ein Trägersubstrat für ein Verbundsubstrat, das eine Funktionsschicht wie einen piezoelektrischen Körper oder einen Halbleiter bindet oder trägt.
  • US 2009/0081424 A1 beschreibt eine Verbindungsfolie mit einem Verbindungsfilm, die mit hoher Maßgenauigkeit fest an ein Objekt und bei niedriger Temperatur effizient an das Objekt gebunden werden kann, ein Verbindungsverfahren, das in der Lage ist, eine solche Verbindungsfolie und das Objekt bei niedriger Temperatur effizient zu verbinden, und einen Verbundkörper, der durch festes Verbinden der Verbindungsfolie und des Objekts mit hoher Maßgenauigkeit gebildet wird.
  • In dem Fall, bei dem das piezoelektrische Einkristallsubstrat direkt mit einem Trägerkörper, der aus einer Keramik hergestellt ist, durch ein Plasmaaktivierungsverfahren verbunden wird, werden Risse aufgrund einer Differenz der Wärmeausdehnung des piezoelektrischen Einkristallsubstrats und der Keramik aufgrund eines Erwärmens nach dem Verbinden gebildet. Ferner wird in dem Fall, bei dem das Erwärmen nach dem Verbinden nicht durchgeführt wird, die Verbindungsfestigkeit niedrig, so dass sie während Verarbeitungsschritten getrennt werden.
  • Andererseits wird gemäß dem im Patentdokument 5 beschriebenen Verfahren eine vorgegebene Zwischenschicht auf einer Oberfläche eines aus einer Keramik hergestellten Trägerkörpers bereitgestellt, ein ionisierter Strahl wird auf die Zwischenschicht eingestrahlt, um diese zu aktivieren, und die Zwischenschicht wird direkt mit einem piezoelektrischen Einkristallsubstrat verbunden. Bei einem Versuch der Erfinder, einen verbundenen Körper herzustellen, zeigte sich jedoch, dass die Verbindungsfestigkeit nach wie vor unzureichend war, so dass eine Trennung in den nachfolgenden Verarbeitungsschritten auftrat.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, beim direkten Verbinden eines piezoelektrischen Einkristallsubstrats und eines Trägerkörpers, der aus einer Keramik hergestellt ist, das Verbinden bei Umgebungstemperatur zu ermöglichen und die Verbindungsfestigkeit zu verbessern.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Verbinden eines Trägerkörpers, der eine Keramik umfasst, und eines piezoelektrischen Einkristallsubstrats bereit, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
    • Bilden einer Verbindungsschicht auf dem Trägerkörper, wobei die Verbindungsschicht ein oder mehrere Material(ien), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Mullit, Aluminiumoxid, Tantalpentoxid, Titanoxid und Niobpentoxid, umfasst;
    • Einstrahlen eines neutralisierten Strahls auf eine Oberfläche der Verbindungsschicht zum Aktivieren der Oberfläche der Verbindungsschicht;
    • Bereitstellen einer Zwischenschicht auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat, wobei die Zwischenschicht ein oder mehrere Material(ien), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Mullit, Aluminiumoxid, Tantalpentoxid, Titanoxid und Niobpentoxid, umfasst;
    • Einstrahlen eines neutralisierten Strahls auf eine Oberfläche der Zwischenschicht zum Aktivieren der Oberfläche der Zwischenschicht; und
    • Verbinden der Oberfläche der Verbindungsschicht und der Oberfläche der Zwischenschicht durch ein direktes Verbinden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann beim direkten Verbinden eines piezoelektrischen Einkristallsubstrats und eines Trägerkörpers, der aus einer Keramik hergestellt ist, das Verbinden bei Umgebungstemperatur durchgeführt werden und die Verbindungsfestigkeit kann verbessert werden.
    • 1(a) zeigt den Zustand, bei dem eine Verbindungsschicht 2 auf einem aus einer Keramik hergestellten Trägerkörper bereitgestellt ist, 1(b) zeigt den Zustand, bei dem eine Oberfläche 3a einer Verbindungsschicht 3 einem Einebnen unterzogen worden ist, und 1(c) zeigt den Zustand, bei dem eine flache Oberfläche 4 durch einen neutralisierten Strahl aktiviert wird.
    • 2(a) zeigt den Zustand, bei dem ein piezoelektrisches Einkristallsubstrat 6 und der Trägerkörper 1 miteinander verbunden sind, 2(b) zeigt den Zustand, bei dem das piezoelektrische Einkristallsubstrat 6A durch eine Verarbeitung dünner gemacht worden ist, und 2(c) zeigt den Zustand, bei dem Elektroden 10 auf einem piezoelektrischen Einkristallsubstrat 6A bereitgestellt sind.
    • 3(a) zeigt den Zustand, bei dem eine Oberfläche 11a eines piezoelektrischen Einkristallsubstrats 11 zu einer aufgerauten Oberfläche ausgebildet worden ist, 3(b) zeigt den Zustand, bei dem eine Zwischenschicht 12 auf der aufgerauten Oberfläche bereitgestellt ist, 3(c) zeigt den Zustand, bei dem eine Oberfläche 13a einer Zwischenschicht 13 einem Einebnungsverfahren unterzogen worden ist, und 3(d) zeigt den Zustand, bei dem eine flache Oberfläche 14 durch einen neutralisierten Strahl A aktiviert wird.
    • 4(a) zeigt den Zustand, bei dem das piezoelektrische Einkristallsubstrat 11 und der Trägerkörper 1 miteinander verbunden sind, 4(b) zeigt den Zustand, bei dem ein piezoelektrisches Einkristallsubstrat 11A durch eine Verarbeitung dünner gemacht worden ist, und 4(c) zeigt den Zustand, bei dem Elektroden 10 auf einem piezoelektrischen Einkristallsubstrat 11A bereitgestellt sind.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend detailliert beschrieben, wobei in einer geeigneten Weise auf die Zeichnungen Bezug genommen wird.
  • Die 1 und 2 betreffen eine Ausführungsform, bei der eine Verbindungsschicht auf einem Trägerkörper bereitgestellt wird und dann mit einer Oberfläche eines piezoelektrischen Einkristallsubstrats durch ein direktes Verbinden verbunden wird.
  • Wie es in der 1(a) gezeigt ist, ist eine Verbindungsschicht 2 auf einer Oberfläche 1a eines Trägerkörpers 1 bereitgestellt, der aus einer Keramik hergestellt ist. 1b stellt eine Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite dar. Dabei kann auf der Oberfläche 2a der Verbindungsschicht 2 eine Unebenheit vorliegen.
  • Dann wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Oberfläche 2a der Verbindungsschicht 2 einem Einebnungsverfahren zur Bildung einer flachen Oberfläche 3a unterzogen. Durch dieses Einebnungsverfahren wird die Dicke der Verbindungsschicht 2 üblicherweise zu einer dünneren Verbindungsschicht 3 vermindert (vgl. die 1 (b)). Das Einebnungsverfahren ist jedoch nicht unverzichtbar.
  • Dann wird ein neutralisierter Strahl auf die flache Oberfläche 3a gemäß dem Pfeil A eingestrahlt, wie es in der 1(c) gezeigt ist, um die Oberfläche der Verbindungsschicht 3A zu aktivieren, so dass eine aktivierte Oberfläche 4 erhalten wird.
  • Andererseits wird, wie es in der 2(a) gezeigt ist, ein neutralisierter Strahl auf eine Oberfläche eines piezoelektrischen Einkristallsubstrats 6 eingestrahlt, um sie zu aktivieren, so dass eine aktivierte Oberfläche 6a bereitgestellt wird. Dann werden die aktivierte Oberfläche 6a des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 6 und die aktivierte Oberfläche 4 der Verbindungsschicht 3A durch ein direktes Verbinden verbunden, so dass ein verbundener Körper 7 erhalten wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Oberfläche 6b des piezoelektrischen Einkristallsubstrats des verbundenen Körpers 7 ferner einem Polieren unterzogen, so dass die Dicke des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 6A geringer gemacht wird, wie es in der 2(b) gezeigt ist, wodurch ein verbundener Körper 8 bereitgestellt wird. Das Bezugszeichen 6 stellt eine polierte Oberfläche dar.
  • Gemäß der 2(c) werden vorgegebene Elektroden 10 auf einer polierten Oberfläche 6c des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 6A ausgebildet, so dass eine Akustikwellenvorrichtung 9 erzeugt wird.
  • Die 3 und 4 betreffen eine Ausführungsform, in der eine Oberfläche eines piezoelektrischen Einkristallsubstrats zu einer aufgerauten Oberfläche gemacht wird.
  • Wie es in der 3(a) gezeigt ist, wird eine Oberfläche 11a eines piezoelektrischen Einkristallsubstrats 11 bearbeitet, so dass eine aufgeraute Oberfläche 11a gebildet wird. 11b stellt eine Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite dar. Dann wird, wie es in der 3(b) gezeigt ist, eine Zwischenschicht 12 auf der aufgerauten Oberfläche 11a bereitgestellt. Dabei wird die aufgeraute Oberfläche auf eine Oberfläche 12a der Zwischenschicht 12 übertragen und eine Unebenheit wird gebildet.
  • Dann wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Oberfläche 12a der Zwischenschicht 12 einem Einebnungsverfahren zur Bildung einer flachen Oberfläche 13a unterzogen, wie es in der 3(c) gezeigt ist. Durch dieses Einebnungsverfahren wird die Dicke der Zwischenschicht 12 üblicherweise zu einer dünneren Zwischenschicht 13 vermindert. Dann wird ein neutralisierter Strahl auf die flache Oberfläche 13a gemäß dem Pfeil A eingestrahlt, wie es in der 3(d) gezeigt ist, so dass die Oberfläche der Zwischenschicht 13A zum Erhalten einer aktivierten Oberfläche 14 aktiviert wird.
  • Andererseits wird, wie es in der 1(c) gezeigt ist, ein neutralisierter Strahl auf eine flache Oberfläche einer Verbindungsschicht 3A auf dem Trägerkörper 1 eingestrahlt, um sie zu aktivieren, so dass eine aktivierte Oberfläche 4 bereitgestellt wird. Dann werden die aktivierte Oberfläche 4 der Verbindungsschicht 3A und die aktivierte Oberfläche 14 der Zwischenschicht 13A durch ein direktes Verbinden verbunden, so dass ein verbundener Körper 17 erhalten wird (4(a)).
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Oberfläche 11b des piezoelektrischen Einkristallsubstrats des verbundenen Körpers 17 ferner einem Polieren unterzogen, so dass die Dicke des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 11A geringer gemacht wird, wie es in der 4(b) gezeigt ist, wobei ein verbundener Körper 18 bereitgestellt wird. 11c stellt eine polierte Oberfläche dar.
  • Ferner werden in dem Fall einer Oberflächenakustikwellenvorrichtung 19 von 4(c) vorgegebene Elektroden 10 auf einer polierten Oberfläche 11c des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 11A gebildet.
  • Die jeweiligen Bestandteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend detailliert beschrieben.
  • Anwendungen der verbundenen Körper der vorliegenden Erfindung sind nicht speziell beschränkt und sie können in einer geeigneten Weise z.B. auf eine Akustikwellenvorrichtung und eine optische Vorrichtung angewandt werden.
  • Als Akustikwellenvorrichtung sind eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung, eine Vorrichtung des Lambwellentyps, ein Dünnfilmresonator (FBAR) oder dergleichen bekannt. Beispielsweise wird die Oberflächenakustikwellenvorrichtung durch Bereitstellen von eingangsseitigen IDT (Interdigitalwandler)-Elektroden (auch als Kammelektroden oder ineinandergreifende Elektroden bezeichnet) zum Oszillieren einer Oberflächenakustikwelle und einer IDT-Elektrode auf der Ausgangsseite zum Empfangen der Oberflächenakustikwelle auf der Oberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats erzeugt. Durch Anwenden eines Hochfrequenzsignals auf die IDT-Elektrode auf der Eingangsseite wird ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden erzeugt, so dass die Oberflächenakustikwelle auf dem piezoelektrischen Substrat oszilliert und sich ausbreitet. Dann wird die ausgebreitete Oberflächenakustikwelle als elektrisches Signal von den IDT-Elektroden auf der Ausgangsseite, die in der Richtung der Ausbreitung bereitgestellt ist, als elektrisches Signal entnommen.
  • Ein Metallfilm kann auf einer unteren Oberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats bereitgestellt sein. Nachdem die Vorrichtung des Lamb-Typs als die Akustikwellenvorrichtung erzeugt worden ist, spielt der Metallfilm eine Rolle bei der Verbesserung des elektromechanischen Kopplungsfaktors in der Nähe der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats. In diesem Fall weist die Vorrichtung des Lamb-Typs die Struktur auf, bei der ineinandergreifende Elektroden auf den Oberflächen der piezoelektrischen Einkristalloberfläche ausgebildet sind und der Metallfilm auf dem piezoelektrischen Substrat durch einen Hohlraum freiliegt, der in dem Trägerkörper bereitgestellt ist. Materialien für solche Metallfilme umfassen z.B. Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Kupfer, Gold oder dergleichen. Ferner kann in dem Fall, bei dem die Vorrichtung des Lambwellentyps hergestellt wird, ein Verbundsubstrat verwendet werden, welches das piezoelektrische Einkristallsubstrat ohne den Metallfilm auf der unteren Oberfläche aufweist.
  • Ferner können ein Metallfilm und ein Isolierfilm auf der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats bereitgestellt werden. Der Metallfilm spielt die Rolle von Elektroden in dem Fall, bei dem der Dünnfilmresonator als Akustikwellenvorrichtung erzeugt wird. In diesem Fall weist der Dünnfilmresonator die Struktur auf, bei der Elektroden auf der oberen und unteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats ausgebildet sind, und der Isolierfilm aus einem Hohlraum hergestellt ist, so dass der Metallfilm auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat freiliegt. Die Materialien solcher Metallfilme umfassen z.B. Molybdän, Ruthenium, Wolfram, Chrom, Aluminium oder dergleichen. Ferner umfassen Materialien der Isolierfilme Siliziumdioxid, Phosphorsilikatglas, Borphosphorsilikatglas oder dergleichen.
  • Ferner können als die optische Vorrichtung eine optische Schaltvorrichtung, eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung und eine optische Modulationsvorrichtung genannt werden. Ferner kann in dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat eine periodische Domäneninversionsstruktur ausgebildet sein.
  • In dem Fall, bei dem die vorliegende Erfindung auf die optische Vorrichtung angewandt wird, kann die Größe der optischen Vorrichtung vermindert werden. Ferner ist es insbesondere in dem Fall, bei dem die periodische Domäneninversionsstruktur ausgebildet wird, möglich, die Verschlechterung der periodischen Domäneninversionsstruktur durch eine Wärmebehandlung zu verhindern. Ferner weisen die Materialien der Verbindungsschichten der vorliegenden Erfindung eine starke Isolation auf, die Erzeugung einer Domäneninversion wird während der Verarbeitung durch den neutralisierten Strahl vor dem Verbinden verhindert, und die Form der in dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat ausgebildeten Domäneninversionsstruktur wird kaum gestört.
  • Die Oberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats kann durch einen neutralisierten Strahl aktiviert werden. Insbesondere in dem Fall, bei dem die Oberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats eine flache Oberfläche ist, kann diese Oberfläche direkt mit der Verbindungsschicht verbunden werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Zwischenschicht auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat bereitgestellt. Wenn das piezoelektrische Einkristallsubstrat aufgeraut ist, ist es bevorzugt, die Zwischenschicht bereitzustellen, um die Oberfläche flach zu machen, und dann durch den neutralisierten Strahl zu aktivieren. Die so aktivierte flache Oberfläche der Zwischenschicht auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat kann direkt mit der Verbindungsschicht auf dem Trägerkörper verbunden werden.
  • Insbesondere können als Material des piezoelektrischen Einkristallsubstrats Einkristalle von Lithiumtantalat (LT), Lithiumniobat (LN), eine feste Lösung von Lithiumniobat-Lithiumtantalat, Quarz und Lithiumborat genannt werden. Von diesen ist LT oder LN mehr bevorzugt. Da LT oder LN eine hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Oberflächenakustikwelle und einen großen elektromechanischen Kopplungsfaktor aufweist, ist es zur Verwendung in einer piezoelektrischen Oberflächenwellenvorrichtung für Hochfrequenz- und Breitbandfrequenzanwendungen bevorzugt. Ferner ist die senkrechte Richtung der Hauptoberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats nicht speziell beschränkt. In dem Fall, bei dem das piezoelektrische Einkristallsubstrat z.B. aus LT hergestellt ist, ist es aufgrund eines geringen Ausbreitungsverlusts jedoch bevorzugt, das Substrat so zu verwenden, dass es um 36 bis 47° (z.B. 42°) in Bezug auf die X-Achse in die Richtung der Y-Achse oder der Z-Achse gedreht ist, wobei es sich um eine Ausbreitungsrichtung einer Oberflächenakustikwelle handelt. In dem Fall, bei dem das piezoelektrische Einkristallsubstrat z.B. aus LN hergestellt ist, ist es aufgrund eines geringen Ausbreitungsverlusts bevorzugt, das Substrat so zu verwenden, dass es um 60 bis 68° (z.B. 64°) in Bezug auf die X-Achse in die Richtung der Y-Achse oder der Z-Achse gedreht ist, wobei es sich um eine Ausbreitungsrichtung einer Oberflächenakustikwelle handelt. Ferner kann, obwohl die Größe des piezoelektrischen Einkristallsubstrats nicht speziell beschränkt ist, der Durchmesser z.B. 50 bis 150 mm betragen und die Dicke kann 0,2 bis 60 µm betragen.
  • Das Material des Trägerkörpers ist ein Keramikmaterial. Das Keramikmaterial kann vorzugsweise aus der Gruppe, bestehend aus Mullit, Cordierit und Sialon, ausgewählt werden.
  • Die Verbindungsschicht ist auf dem Trägerkörper ausgebildet. Die Verbindungsschicht ist aus einem Material hergestellt, das aus der Gruppe, bestehend aus Mullit, Aluminiumoxid, Tantalpentoxid, Titanoxid und Niobpentoxid, ausgewählt ist. Obwohl das Filmbildungsverfahren der Verbindungsschicht nicht beschränkt ist, werden ein Sputtern, eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD) und eine Gasphasenabscheidung genannt.
  • Dann wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Oberfläche der Verbindungsschicht eingeebnet, so dass die flache Oberfläche erhalten wird. Dabei umfasst das Verfahren des Einebnens der Oberfläche der Verbindungsschicht ein Läppen, ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP) und dergleichen. Ferner kann der arithmetische Mittenrauwert Ra der flachen Oberfläche vorzugsweise Ra ≦ 1 nm und mehr bevorzugt Ra ≦ 0,3 nm betragen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Oberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats bearbeitet, um die aufgeraute Oberfläche zu bilden. Die aufgeraute Oberfläche steht für eine Oberfläche, in der eine Unebenheit periodisch und einheitlich in einer Ebene ausgebildet ist, die eine arithmetische Oberflächenrauheit von 0,05 µm ≦ Ra ≦ 0,5 µm und eine Höhe Ry von dem untersten Boden eines Tals zu der höchsten Spitze einer Erhebung von 0,5 µm ≦ Ry ≦ 5 µm aufweist. Die bevorzugte Rauheit hängt von der Wellenlänge einer Akustikwelle ab und wird in einer geeigneten Weise ausgewählt, so dass die Reflexion der Volumenwelle verhindert werden kann.
  • Ferner umfasst das Verfahren des Aufrauens ein Schleifen, Polieren, Ätzen, Sandstrahlen oder dergleichen.
  • Dann wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein neutralisierter Strahl auf die flache Oberfläche der Verbindungsschicht eingestrahlt, um die flache Oberfläche der Verbindungsschicht zu aktivieren.
  • Ferner wird die Oberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats oder die Oberfläche der Zwischenschicht darauf eingeebnet, so dass eine flache Oberfläche erhalten wird. Dabei umfasst das Verfahren des Einebnens der Oberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats oder der Zwischenschicht ein Läppen, ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP) und dergleichen. Ferner kann der arithmetische Mittenrauwert Ra der flachen Oberfläche vorzugsweise Ra ≦ 1 nm und mehr bevorzugt Ra ≦ 0,3 nm betragen.
  • In dem Fall, bei dem die Zwischenschicht auf der aufgerauten Oberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats ausgebildet ist, ist es besonders bevorzugt, die Oberfläche der Zwischenschicht einzuebnen. Andererseits kann in dem Fall, bei dem die Oberfläche des Trägerkörpers oder die Oberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats flach ist, obwohl das Einebnen der Oberfläche der Verbindungsschicht oder der Oberfläche der Zwischenschicht nicht unverzichtbar ist, das Einebnen durchgeführt werden.
  • Die Zwischenschicht ist aus einem Material hergestellt, das aus der Gruppe, bestehend aus Mullit, Aluminiumoxid, Tantalpentoxid, Titanoxid und Niobpentoxid, ausgewählt ist. Obwohl das Filmbildungsverfahren der Zwischenschicht nicht beschränkt ist, werden ein Sputtern, eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD) und eine Gasphasenabscheidung genannt.
  • Dann wird der neutralisierte Strahl auf die Oberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats oder die flache Oberfläche der Zwischenschicht auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat eingestrahlt, um die flache Oberfläche zu aktivieren.
  • Wenn die Aktivierung der Oberflächen unter Verwendung des neutralisierten Strahls durchgeführt wird, ist es bevorzugt, ein System, das im Patentdokument 4 beschrieben ist, zum Erzeugen des neutralisierten Strahls zu verwenden, der eingestrahlt wird. D.h., es wird eine Hochgeschwindigkeitsatomstrahlquelle des Sattelfeldtyps als Strahlquelle verwendet. Dann wird ein Inertgas in die Kammer eingebracht und eine Hochspannung wird an Elektroden von einer elektrischen Gleichstromquelle angelegt. Dadurch verursacht ein elektrisches Feld des Sattelfeldtyps, das zwischen der Elektrode (positive Elektrode) und einem Gehäuse (negative Elektrode) erzeugt wird, eine Bewegung von Elektronen, e, so dass Atom- und lonenstrahlen erzeugt werden, die von dem Inertgas abgeleitet sind. Von den Strahlen, die ein Gitter erreichen, wird der lonenstrahl an dem Gitter neutralisiert und der Strahl von neutralen Atomen wird von der Hochgeschwindigkeitsatomstrahlquelle emittiert. Atomspezies, die den Strahl bilden, können vorzugsweise ein Inertgas (Argon, Stickstoff oder dergleichen) sein.
  • Eine Spannung während der Aktivierung durch das Einstrahlen des Strahls kann vorzugsweise 0,5 bis 2,0 kV betragen und der Strom beträgt vorzugsweise 50 bis 200 mA.
  • Dann werden die aktivierten Oberflächen unter einer Vakuumatmosphäre miteinander kontaktiert und verbunden. Dabei kann die Temperatur Umgebungstemperatur, insbesondere 40 °C oder weniger und mehr bevorzugt 30 °C oder weniger, betragen. Ferner kann die Temperatur während des Verbindens mehr bevorzugt 20 °C oder mehr und 25 °C oder weniger betragen. Der Druck beim Verbinden beträgt vorzugsweise 100 bis 20000 N.
  • BEISPIELE
  • (Beispiel A1) (Bezugsbeispiel)
  • Ein verbundener Körper wurde gemäß dem Verfahren hergestellt, das unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben ist.
  • Insbesondere wurde ein Substrat (LT-Substrat) aus Lithiumtantalat mit einem flach orientierten (OF) Teil, einem Durchmesser von 10,2 cm (4 Zoll) und einer Dicke von 250 µm als das piezoelektrische Einkristallsubstrat 6 verwendet. Ferner wurde als der Trägerkörper 1 ein Körper 1 mit einem OF-Teil, einem Durchmesser von 10,2 cm (4 Zoll) und einer Dicke von 230 µm hergestellt, der aus Mullit hergestellt war. Als das LT-Substrat wurde ein LT-Substrat von 46° Y-Sperr-X-Ausbreitung-LT-Substrat verwendet, bei dem die Richtung der Ausbreitung der Oberflächenakustikwelle (SAW) X ist und die Y-Sperrplatte in einem Sperrwinkel gedreht wird. Die Oberfläche 6a des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 6 wurde zu einem arithmetischen Mittenrauwert Ra von 1 nm spiegelglanzpoliert. Die arithmetische Oberflächenrauheit Ra der Oberfläche 6a des Trägerkörpers 6 aus Mullit betrug 2 nm. Die arithmetische Oberflächenrauheit Ra wurde durch ein Rasterkraftmikroskop (AFM) in einem Sichtfeld eines Quadrats mit einer Länge von 10 µm und einer Breite von 10 µm gemessen.
  • Dann wurde die Verbindungsschicht 2, die aus Mullit hergestellt war, in einer Dicke von 1,0 µm durch ein CVD-Verfahren auf der Oberfläche 1a des Trägerkörpers 1 ausgebildet. Ra nach der Filmbildung betrug 2,0 nm. Dann wurde die Verbindungsschicht 2 einem chemisch-mechanischen Polieren (CMP) zu einer Dicke von 0,5 µm und einem Ra von 0,3 nm unterzogen.
  • Dann wurden die flache Oberfläche 3a der Verbindungsschicht 3 und die Oberfläche 6a des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 6 gereinigt, um eine Verunreinigung zu entfernen, worauf es in eine Vakuumkammer eingebracht wurde. Die Kammer wurde auf etwa 10-6 Pa evakuiert und ein Hochgeschwindigkeitsatomstrahl (Beschleunigungsspannung von 1 kV und Ar-Flussrate von 27 sccm) wurde auf die Verbindungsoberflächen der jeweiligen Substrate für 120 s eingestrahlt. Dann wurden die mit dem Strahl bestrahlte Oberfläche (aktivierte Oberfläche) 4 der Verbindungsschicht 3A und die aktivierte Oberfläche 6a des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 6 miteinander kontaktiert, worauf für 2 Minuten ein Druck von 10000 N ausgeübt wurde, um die jeweiligen Substrate zu verbinden.
  • Die Oberfläche 6b des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 6 wurde dann geschliffen und poliert, bis sich die Dicke von der ursprünglichen Dicke von 250 µm zu 20 µm geändert hatte (vgl. die 2(b)). Während der Schleif- und Polierschritte wurde keine Trennung der verbundenen Teile festgestellt. Ferner wurde die Verbindungsfestigkeit durch das Rissöffnungsverfahren bewertet und betrug 1,4 J/m2.
  • (Beispiel A2) (Bezugsbeispiel)
  • Im Beispiel A1 wurde der verbundene Körper 2 gemäß dem gleichen Verfahren wie das Beispiel A1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass als Material der Verbindungsschicht 2 Aluminiumoxid verwendet wurde und dass ein Sputtern für die Filmbildung der Verbindungsschicht 2 verwendet wurde.
  • Als Ergebnis wurde die Trennung der verbundenen Teile während der Schleif- und Polierschritte des piezoelektrischen Einkristallsubstrats nicht festgestellt. Ferner wurde die Verbindungsfestigkeit durch das Rissöffnungsverfahren bewertet und betrug 1,3 J/m2.
  • (Beispiel A3) (Bezugsbeispiel)
  • Im Beispiel A1 wurde der verbundene Körper 2 gemäß dem gleichen Verfahren wie das Beispiel A1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass als Material der Verbindungsschicht 2 Tantalpentoxid verwendet wurde und dass ein Sputtern für die Filmbildung der Verbindungsschicht 2 verwendet wurde.
  • Als Ergebnis wurde die Trennung der verbundenen Teile während der Schleif- und Polierschritte des piezoelektrischen Einkristallsubstrats nicht festgestellt. Ferner wurde die Verbindungsfestigkeit durch das Rissöffnungsverfahren bewertet und betrug 1,3 J/m2.
  • (Beispiel A4) (Bezugsbeispiel)
  • Im Beispiel A1 wurde der verbundene Körper 2 gemäß dem gleichen Verfahren wie das Beispiel A1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass als Material der Verbindungsschicht 2 Titanoxid verwendet wurde und dass ein Sputtern für die Filmbildung der Verbindungsschicht 2 verwendet wurde.
  • Als Ergebnis wurde die Trennung der verbundenen Teile während der Schleif- und Polierschritte des piezoelektrischen Einkristallsubstrats nicht festgestellt. Ferner wurde die Verbindungsfestigkeit durch das Rissöffnungsverfahren bewertet und betrug 1,6 J/m2.
  • (Beispiel A5) (Bezugsbeispiel)
  • Im Beispiel A1 wurde der verbundene Körper 2 gemäß dem gleichen Verfahren wie das Beispiel A1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass als Material der Verbindungsschicht 2 Niobpentoxid verwendet wurde und dass ein Sputtern für die Filmbildung der Verbindungsschicht 2 verwendet wurde.
  • Als Ergebnis wurde die Trennung der verbundenen Teile während der Schleif- und Polierschritte des piezoelektrischen Einkristallsubstrats nicht festgestellt. Ferner wurde die Verbindungsfestigkeit durch das Rissöffnungsverfahren bewertet und betrug 1,6 J/m2.
  • (Vergleichsbeispiel A1)
  • Im Beispiel A1 wurde der verbundene Körper 2 gemäß dem gleichen Verfahren wie das Beispiel A1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass als Material der Verbindungsschicht 2 Siliziumnitrid verwendet wurde und dass ein Sputtern für die Filmbildung der Verbindungsschicht 2 verwendet wurde.
  • Als Ergebnis wurde die Trennung der verbundenen Teile während der Schleif- und Polierschritte des piezoelektrischen Einkristallsubstrats festgestellt. Ferner wurde die Verbindungsfestigkeit durch das Rissöffnungsverfahren bewertet und betrug 0,6 J/m2.
  • (Vergleichsbeispiel A2)
  • Im Beispiel A1 wurde der verbundene Körper 2 gemäß dem gleichen Verfahren wie das Beispiel A1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass als Material der Verbindungsschicht 2 Aluminiumnitrid verwendet wurde und dass ein Sputtern für die Filmbildung der Verbindungsschicht 2 verwendet wurde.
  • Als Ergebnis wurde die Trennung der verbundenen Teile während der Schleif- und Polierschritte des piezoelektrischen Einkristallsubstrats festgestellt. Ferner wurde die Verbindungsfestigkeit durch das Rissöffnungsverfahren bewertet und betrug 0,5 J/m2.
  • (Vergleichsbeispiel A3)
  • Im Beispiel A1 wurde der verbundene Körper 2 gemäß dem gleichen Verfahren wie das Beispiel A1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass als Material der Verbindungsschicht 2 Siliziumoxid verwendet wurde und dass ein Sputtern für die Filmbildung der Verbindungsschicht 2 verwendet wurde.
  • Als Ergebnis wurde die Trennung der verbundenen Teile während der Schleif- und Polierschritte des piezoelektrischen Einkristallsubstrats festgestellt. Ferner wurde die Verbindungsfestigkeit durch das Rissöffnungsverfahren bewertet und betrug 0,1 J/m2.
  • (Vergleichsbeispiel A4)
  • Wie im Beispiel A3 wurde eine Tantalpentoxidschicht als Verbindungsschicht 2 bereitgestellt. Dann wurde ein verbundener Körper wie im Beispiel A3 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Oberfläche der Verbindungsschicht und die Oberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats durch ein Plasmaaktivierungsverfahren aktiviert wurden. Nachdem das Innere der Kammer auf etwa 10-1 Pa evakuiert worden ist, wurde ein N2-Plasma (Leistung 200 W) für 60 Sekunden auf die Oberfläche des Wafers eingestrahlt, der dann in die Luft entnommen und mit reinem Wasser gewaschen wurde. Die Oberflächen wurden ferner in der Luft verbunden und eine Belastung von 2000 N wurde für 2 Minuten ausgeübt.
  • Als Ergebnis trat eine Trennung der verbundenen Teile während der Schleif- und Polierschritte des piezoelektrischen Einkristallsubstrats auf. Ferner wurde die Verbindungsfestigkeit durch das Rissöffnungsverfahren bewertet und betrug 0,3 J/m2.
  • Die vorstehenden Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengefasst.
    Figure DE112017001539B4_0001
  • (Beispiel B1)
  • Ein verbundener Körper wurde gemäß dem Verfahren hergestellt, das unter Bezugnahme auf die 1, 3 und 4 beschrieben ist.
  • Insbesondere wurde ein Substrat (LT-Substrat) aus Lithiumtantalat mit einem flach orientierten (OF) Teil, einem Durchmesser von 10,2 cm (4 Zoll) und einer Dicke von 250 µm als das piezoelektrische Einkristallsubstrat verwendet. Ferner wurde als der Trägerkörper 1 ein Körper mit einem OF-Teil, einem Durchmesser von 10,2 cm (4 Zoll) und einer Dicke von 230 µm hergestellt, der aus Mullit hergestellt war. Als das LT-Substrat wurde ein LT-Substrat von 46° Y-Sperr-X-Ausbreitung-LT-Substrat verwendet, bei dem die Richtung der Ausbreitung der Oberflächenakustikwelle (SAW) X ist und die Y-Sperrplatte in einem Sperrwinkel gedreht wird. Die Oberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats wurde zu einem arithmetischen Mittenrauwert Ra von 1 nm spiegelglanzpoliert. Die arithmetische Oberflächenrauheit Ra der Oberfläche 1a des Trägerkörpers 1 aus Mullit betrug 2 nm. Die arithmetische Oberflächenrauheit wurde durch ein Rasterkraftmikroskop (AFM) in einem Sichtfeld eines Quadrats mit einer Länge von 10 µm und einer Breite von 10 µm gemessen.
  • Dann wurde eine aus Mullit hergestellte Verbindungsschicht 2 durch eine Filmbildung auf der Oberfläche 1a des Trägerkörpers 1 in einer Dicke von 1,0 µm durch ein CVD-Verfahren gebildet. Ra nach der Filmbildung betrug 2,0 nm. Dann wurde die Verbindungsschicht 2 einem chemisch-mechanischen Polieren (CMP) unterzogen, so dass die Filmdicke auf 0,5 µm eingestellt wurde und Ra auf 0,3 nm eingestellt wurde.
  • Andererseits wurde die Oberfläche 11a des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 11 durch eine Läppmaschine aufgeraut, so dass eine aufgeraute Oberfläche mit einer arithmetischen Oberflächenrauheit von Ra von 0,1 µm bereitgestellt wurde.
  • Dann wurde die aus Mullit hergestellte Zwischenschicht 12 durch eine Filmbildung in einer Dicke von 2 µm auf der aufgerauten Oberfläche 11a des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 11 gebildet, um die Mikrounebenheit auf der unteren Oberfläche zu füllen. Ferner wies die Oberfläche 12a der Zwischenschicht dabei eine arithmetische Oberflächenrauheit von 0,1 µm auf. Dann wurde die Oberfläche 12a der Zwischenschicht einem chemisch-mechanischen Polieren (CMP) unterzogen, so dass die Filmdicke auf 0,5 µm eingestellt wurde und Ra auf 0,3 nm eingestellt wurde.
  • Dann wurden die flache Oberfläche 13a der Zwischenschicht 13 auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat 11 und die flache Oberfläche 3a der Verbindungsschicht 3 auf dem Trägerkörper gereinigt, um eine Verunreinigung zu entfernen, worauf es in eine Vakuumkammer eingebracht wurde. Die Kammer wurde auf etwa 10-6 Pa evakuiert und ein Hochgeschwindigkeitsatomstrahl (Beschleunigungsspannung von 1 kV und Ar-Flussrate von 27 sccm) wurde auf die Verbindungsoberflächen der jeweiligen Substrate für 120 s eingestrahlt. Dann wurden die aktivierte Oberfläche 4 der Verbindungsschicht 3A auf dem Trägerkörper und die aktivierte Oberfläche 14 der Zwischenschicht 13A auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat miteinander kontaktiert, worauf für 2 Minuten ein Druck von 1000 N ausgeübt wurde, um die jeweiligen Substrate zu verbinden.
  • Dann wurde die Oberfläche 11c des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 11 geschliffen und poliert, bis sich die Dicke von der ursprünglichen Dicke von 250 µm zu 20 µm geändert hatte.
  • Als Ergebnis wurde die Trennung der verbundenen Teile während der Schleif- und Polierschritte nicht festgestellt. Ferner wurde die Verbindungsfestigkeit durch das Rissöffnungsverfahren bewertet und betrug 1,6 J/m2.
  • Der so hergestellte verbundene Körper wurde zur Herstellung eines SAW (Oberflächenakustikwellen)-Filters verwendet, der auf 300 °C erwärmt wurde. Eine Trennung an der Verbindungsgrenzfläche und eine Verschiebung der Frequenz wurden nicht festgestellt.
  • (Beispiel B2)
  • Im Beispiel B2 wurde als Material der Verbindungsschicht 2 Aluminiumoxid verwendet und die Filmbildung der Verbindungsschicht 2 wurde durch ein Sputterverfahren durchgeführt. Ferner wurde als Material der Zwischenschicht 13A Aluminiumoxid verwendet und die Filmbildung der Zwischenschicht wurde durch Sputtern durchgeführt. Der verbundene Körper wurde hergestellt, während die anderen Vorgänge mit denjenigen im Beispiel B1 identisch waren.
  • Als Ergebnis wurde die Trennung der verbundenen Teile während der Schleif- und Polierschritte des piezoelektrischen Einkristallsubstrats nicht festgestellt. Ferner wurde die Verbindungsfestigkeit durch das Rissöffnungsverfahren bewertet und betrug 1,5 J/m2.
  • Der so hergestellte verbundene Körper wurde zur Herstellung eines SAW (Oberflächenakustikwellen)-Filters verwendet, der auf 300 °C erwärmt wurde. Eine Trennung an der Verbindungsgrenzfläche und eine Verschiebung der Frequenz wurden nicht festgestellt.
  • (Beispiel B3)
  • Im Beispiel B3 wurde als Material der Verbindungsschicht 2 Tantalpentoxid verwendet und die Filmbildung der Verbindungsschicht 2 wurde durch ein Sputterverfahren durchgeführt. Ferner wurde als Material der Zwischenschicht 13A Tantalpentoxid verwendet und die Filmbildung der Zwischenschicht wurde durch Sputtern durchgeführt. Der verbundene Körper wurde hergestellt, während die anderen Vorgänge mit denjenigen im Beispiel B1 identisch waren.
  • Als Ergebnis wurde die Trennung der verbundenen Teile während der Schleif- und Polierschritte des piezoelektrischen Einkristallsubstrats nicht festgestellt. Ferner wurde die Verbindungsfestigkeit durch das Rissöffnungsverfahren bewertet und betrug 1,6 J/m2.
  • Der so hergestellte verbundene Körper wurde zur Herstellung eines SAW (Oberflächenakustikwellen)-Filters verwendet, der auf 300 °C erwärmt wurde. Eine Trennung an der Verbindungsgrenzfläche und eine Verschiebung der Frequenz wurden nicht festgestellt.
  • (Beispiel B4)
  • Im Beispiel B4 wurde als Material der Verbindungsschicht 2 Titanoxid verwendet und die Filmbildung der Verbindungsschicht 2 wurde durch ein Sputterverfahren durchgeführt. Ferner wurde als Material der Zwischenschicht 13A Titanoxid verwendet und die Filmbildung der Zwischenschicht wurde durch Sputtern durchgeführt. Der verbundene Körper wurde hergestellt, während die anderen Vorgänge mit denjenigen im Beispiel B1 identisch waren.
  • Als Ergebnis wurde die Trennung der verbundenen Teile während der Schleif- und Polierschritte des piezoelektrischen Einkristallsubstrats nicht festgestellt. Ferner wurde die Verbindungsfestigkeit durch das Rissöffnungsverfahren bewertet und betrug 1,8 J/m2.
  • Der so hergestellte verbundene Körper wurde zur Herstellung eines SAW (Oberflächenakustikwellen)-Filters verwendet, der auf 300 °C erwärmt wurde.
  • Eine Trennung an der Verbindungsgrenzfläche und eine Verschiebung der Frequenz wurden nicht festgestellt.
  • (Beispiel B5)
  • Im Beispiel B5 wurde als Material der Verbindungsschicht 2 Niobpentoxid verwendet und die Filmbildung der Verbindungsschicht 2 wurde durch ein Sputterverfahren durchgeführt. Ferner wurde als Material der Zwischenschicht 13A Niobpentoxid verwendet und die Filmbildung der Zwischenschicht wurde durch Sputtern durchgeführt. Der verbundene Körper wurde hergestellt, während die anderen Vorgänge mit denjenigen im Beispiel B1 identisch waren.
  • Als Ergebnis wurde die Trennung der verbundenen Teile während der Schleif- und Polierschritte des piezoelektrischen Einkristallsubstrats nicht festgestellt. Ferner wurde die Verbindungsfestigkeit durch das Rissöffnungsverfahren bewertet und betrug 1,8 J/m2.
  • Der so hergestellte verbundene Körper wurde zur Herstellung eines SAW (Oberflächenakustikwellen)-Filters verwendet, der auf 300 °C erwärmt wurde. Eine Trennung an der Verbindungsgrenzfläche und eine Verschiebung der Frequenz wurden nicht festgestellt.
  • (Vergleichsbeispiel B1)
  • Der verbundene Körper wurde gemäß dem gleichen Verfahren wie im Beispiel B1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass als Materialien der Verbindungsschicht 2 und der Zwischenschicht 13A Siliziumnitrid verwendet wurden.
  • Als Ergebnis wurde die Trennung der verbundenen Teile während der Schleif- und Polierschritte des piezoelektrischen Einkristallsubstrats festgestellt. Ferner wurde die Verbindungsfestigkeit durch das Rissöffnungsverfahren bewertet und betrug 0,7 J/m2.
  • (Vergleichsbeispiel B2)
  • Im Beispiel B1 wurden als Materialien der Verbindungsschicht 2 und der Zwischenschicht 13A Aluminiumnitrid verwendet. Der verbundene Körper wurde hergestellt, während die anderen Vorgänge mit denjenigen im Beispiel B1 identisch waren.
  • Als Ergebnis wurde die Trennung der verbundenen Teile während der Schleif- und Polierschritte des piezoelektrischen Einkristallsubstrats festgestellt. Ferner wurde die Verbindungsfestigkeit durch das Rissöffnungsverfahren bewertet und betrug 0,6 J/m2.
  • (Vergleichsbeispiel B3)
  • Im Beispiel B1 wurden als Materialien der Verbindungsschicht 2 und der Zwischenschicht 13A Siliziumoxid verwendet. Der verbundene Körper wurde hergestellt, während die anderen Vorgänge mit denjenigen im Beispiel B1 identisch waren.
  • Als Ergebnis wurde die Trennung der verbundenen Teile während der Schleif- und Polierschritte des piezoelektrischen Einkristallsubstrats festgestellt. Ferner wurde die Verbindungsfestigkeit durch das Rissöffnungsverfahren bewertet und betrug 0,1 J/m2.
  • (Vergleichsbeispiel B4)
  • Im Beispiel B1 wurden als Materialien der Verbindungsschicht 2 und der Zwischenschicht 13A Tantalpentoxid verwendet. Gemäß dem vorliegenden Beispiel wurden jedoch die Oberfläche der Verbindungsschicht und die Oberfläche der Zwischenschicht durch das Plasmaaktivierungsverfahren aktiviert. Der verbundene Körper wurde hergestellt, während die anderen Vorgänge mit denjenigen im Beispiel B1 identisch waren. Nachdem das Innere der Kammer auf etwa 10-1 Pa evakuiert worden ist, wurde ein N2-Plasma (Leistung 200 W) für 60 Sekunden auf die Oberfläche des Wafers eingestrahlt, der dann in die Luft entnommen und mit reinem Wasser gewaschen wurde. Die Oberflächen wurden ferner in der Luft verbunden und eine Belastung von 2000 N wurde für 2 Minuten ausgeübt.
  • Als Ergebnis wurde die Trennung der verbundenen Teile während der Schleif- und Polierschritte des piezoelektrischen Einkristallsubstrats festgestellt. Ferner wurde die Verbindungsfestigkeit durch das Rissöffnungsverfahren bewertet und betrug 0,3 J/m2.
  • Die vorstehenden Ergebnisse sind kurz in der Tabelle 2 zusammengefasst.
    Figure DE112017001539B4_0002

Claims (6)

  1. Verfahren zum Verbinden eines Trägerkörpers, der eine Keramik umfasst, und eines piezoelektrischen Einkristallsubstrats, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bilden einer Verbindungsschicht auf dem Trägerkörper, wobei die Verbindungsschicht ein oder mehrere Material(ien), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Mullit, Aluminiumoxid, Tantalpentoxid, Titanoxid und Niobpentoxid, umfasst; Einstrahlen eines neutralisierten Strahls auf eine Oberfläche der Verbindungsschicht zum Aktivieren der Oberfläche der Verbindungsschicht; Bereitstellen einer Zwischenschicht auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat, wobei die Zwischenschicht ein oder mehrere Material(ien), ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Mullit, Aluminiumoxid, Tantalpentoxid, Titanoxid und Niobpentoxid, umfasst; Einstrahlen eines neutralisierten Strahls auf eine Oberfläche der Zwischenschicht zum Aktivieren der Oberfläche der Zwischenschicht; und Verbinden der Oberfläche der Verbindungsschicht und der Oberfläche der Zwischenschicht durch ein direktes Verbinden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Oberfläche der Verbindungsschicht aktiviert wird, nachdem die Oberfläche der Verbindungsschicht eingeebnet worden ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das ferner den Schritt des Bearbeitens des piezoelektrischen Einkristallsubstrats zum Bilden einer aufgerauten Oberfläche umfasst, wobei die Zwischenschicht auf der aufgerauten Oberfläche bereitgestellt ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Oberfläche der Zwischenschicht aktiviert wird, nachdem die Oberfläche der Zwischenschicht eingeebnet worden ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Trägerkörper ein Material umfasst, das aus der Gruppe, bestehend aus Mullit, Cordierit und Sialon, ausgewählt ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das piezoelektrische Einkristallsubstrat Lithiumniobat, Lithiumtantalat oder eine feste Lösung von Lithiumniobat-Lithiumtantalat umfasst.
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