DE112018004250B4

DE112018004250B4 - Anordnung eines Substrats aus einem piezoelektrischen Material und eines Trägersubstrats und Verfahren zur Herstellung der Anordnung

Info

Publication number: DE112018004250B4
Application number: DE112018004250.2T
Authority: DE
Inventors: Yuji Hori; Takahiro Yamadera; Tatsuro Takagaki
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2022-06-15
Anticipated expiration: 2038-11-13
Also published as: US20200227623A1; US11700771B2; CN111492577A; WO2019130857A1; CN111492577B; JP6648338B2; JPWO2019130857A1; DE112018004250T5

Abstract

Verbundener Körper, aufweisend:ein Trägersubstrat;eine Siliziumoxidschicht, die auf dem Trägersubstrat bereitgestellt ist; undein Substrat aus einem piezoelektrischen Material, das auf der Siliziumoxidschicht bereitgestellt ist, wobei das Substrat aus einem piezoelektrischen Material ein Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Lithiumniobat, Lithiumtantalat und Lithiumniobat-Lithiumtantalat, aufweist,wobei die Stickstoffkonzentration NA an einer Grenzfläche zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material und der Siliziumoxidschicht 1 × 1019bis 1 × 1021Atome/cm3beträgt, die Stickstoffkonzentration NB an einer Grenzfläche zwischen der Siliziumoxidschicht und dem Trägersubstrat 1 × 1019Atome/cm3oder weniger beträgt und das Verhältnis (NA/NB) der Stickstoffkonzentration NA an der Grenzfläche zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material und der Siliziumoxidschicht in Bezug auf die Stickstoffkonzentration NB an der Grenzfläche zwischen der Siliziumoxidschicht und dem Trägersubstrat 10 oder höher und 1000 oder niedriger ist, undwobei die Kohlenstoffkonzentration CA an der Grenzfläche zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material und der Siliziumoxidschicht 1 × 1020bis 3 × 1021Atome/cm3beträgt, die Kohlenstoffkonzentration CB an der Grenzfläche zwischen der Siliziumoxidschicht und dem Trägersubstrat 1 × 1018Atome/cm3oder niedriger beträgt und das Verhältnis (CA/CB) des Kohlenstoffgehalts CA an der Grenzfläche zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material und der Siliziumoxidschicht in Bezug auf die Kohlenstoffkonzentration CB an der Grenzfläche zwischen der Siliziumoxidschicht und dem Trägersubstrat 100 oder höher und 1000 oder niedriger ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen verbundenen Körper eines Substrats aus einem piezoelektrischen Material und eines Trägersubstrats.
STAND DER TECHNIK
Zur Herstellung einer Hochleistungs-Halbleitervorrichtung wurde verbreitet ein SOI-Substrat verwendet, das aus einem Si/SiO₂-Dünnfilm/Si-Dünnfilm mit hohem Widerstand zusammengesetzt ist. Zur Herstellung des SOI-Substrats wird eine Plasmaaktivierung verwendet. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das Verbinden bei einer relativ niedrigen Temperatur (400 °C) realisiert werden kann. Es wird ein Verbundsubstrat vorgeschlagen, das aus einem ähnlichen Si/SiO₂-Dünnfilm/piezoelektrischer Dünnfilm zur Verbesserung der Eigenschaften einer piezoelektrischen Vorrichtung zusammengesetzt ist (Patentdokument 1). Gemäß dem Patentdokument 1 werden das Substrat aus einem piezoelektrischen Material, das aus Lithiumniobat oder Lithiumtantalat zusammengesetzt ist, und ein Siliziumsubstrat mit der darauf ausgebildeten Siliziumoxidschicht durch ein lonenaktivierungsverfahren aktiviert, worauf das Verbinden durchgeführt wird.
Ferner wird ein Filter mit einer Mehrschichtstruktur durch Bilden eines Einfach- oder Mehrfach-Dielektrikumfilms an einer Grenzfläche vorgeschlagen (Patentdokument 2).
Es gibt jedoch wenig bekannte Informationen bezüglich der Verbindungstechnik zur Herstellung der Struktur aus Lithiumtantalat/Siliziumoxid/Silizium.
Das Patentdokument 3 offenbart, dass Lithiumtantalat und Saphir oder eine Keramik mittels einer Siliziumoxidschicht durch ein Plasmaaktivierungsverfahren verbunden werden.
Gemäß dem Nicht-Patentdokument 1 ist beschrieben, dass ein Lithiumtantalat-Substrat und ein Siliziumsubstrat mit einem darauf bereitgestellten Siliziumoxidfilm durch nacheinander Einstrahlen eines O₂-Plasmas von RIE (13,56 MHz) und einer Mikrowelle (2,45 GHz) von N₂ verbunden werden.
Wenn Si und SiO₂/Si durch eine Plasmaaktivierung miteinander verbunden werden, wird eine ausreichend hohe Verbindungsfestigkeit durch die Bildung einer Si-O-Si-Bindung an der Grenzfläche erhalten. Ferner wird gleichzeitig Si zu SiO₂ oxidiert, so dass die Ebenheit verbessert wird und das Verbinden, wie es vorstehend beschrieben ist, an der obersten Oberfläche erleichtert wird (Nicht-Patentdokument 2).
(Dokumente des Standes der Technik)
(Nicht-Patentdokumente)
(Nicht-Patentdokument 1)
ZIKUHARA, Yoshikaju; et al.: Sequential Activation Process of oxygen RIE and nitrogen Radical for LiTaO₃ and Si Wafer Bonding. ECS Transactions, 2006, 3. Jg., Nr. 6, S. 91.
(Nicht-Patentdokument 2)
PLACH, Thomas; et al.: Mechanisms for room temperature direct wafer bonding. Journal of Applied Physics, 2013, 113. Jg., Nr. 9, S. 094905.
(Patentdokumente)

(Patentdokument 1) JP 2016-225 537 A
(Patentdokument 2) Japanisches Patent Nr. JP 5 910 763 B2
(Patentdokument 3) Japanisches Patent Nr. JP 3 774 782 B2

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
(Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe)
Wie es in den Dokumenten des Standes der Technik beschrieben ist, sind in dem Fall, bei dem eine piezoelektrische Vorrichtung durch Dünnermachen eines Lithiumniobat- oder Lithiumtantalat-Substrats durch eine Ioneninjektion hergestellt wird, die Eigenschaften schlecht, was problematisch ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Kristallinität aufgrund der Beschädigung während der Ioneninjektion verschlechtert wird.
Andererseits kann in dem Fall, bei dem ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material, wie z.B. Lithiumniobat oder Lithiumtantalat, mit einer Siliziumoxidschicht auf einem Siliziumsubstrat verbunden wird und das Substrat aus einem piezoelektrischen Material dann poliert wird, um das Substrat dünner zu machen, eine denaturierte Verarbeitungsschicht mittels CMP entfernt werden, so dass die Vorrichtungseigenschaften nicht verschlechtert werden. Da jedoch die Dicke der Schicht aus einem piezoelektrischen Material durch Polieren geringer gemacht wird, können die Eigenschaften des so erhaltenen verbundenen Körpers verschlechtert werden. Insbesondere in dem Fall, bei dem der verbundene Körper als Akustikwellenvorrichtung verwendet wird, zeigt sich, dass die Eigenschaften als Akustikwellenvorrichtung, insbesondere das Verhältnis (Scheinleitwertverhältnis) eines Scheinleitwerts bei einer Resonanzfrequenz fs in Bezug auf einen Scheinleitwert bei einer Anti-Resonanzfrequenz fr, verschlechtert werden. In dem Fall, bei dem die Dicke des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 4,0 µm oder kleiner ist und ferner 3,0 µm oder kleiner ist (insbesondere 2,0 µm oder kleiner), wird die Neigung zur Verminderung beträchtlicher.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, beim Verbinden eines Substrats aus einem piezoelektrischen Material aus einem Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Lithiumniobat, Lithiumtantalat und Lithiumniobat-Lithiumtantalat, und eines Trägersubstrats mit einer darauf ausgebildeten Siliziumoxidschicht eine Verschlechterung des Leistungsvermögens eines verbundenen Körpers zu verhindern.
(Lösung der Aufgabe)
Die vorliegende Erfindung stellt einen verbundenen Körper bereit, aufweisend:

ein Trägersubstrat;
eine Siliziumoxidschicht, die auf dem Trägersubstrat bereitgestellt ist; und
ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material, das auf der Siliziumoxidschicht bereitgestellt ist, wobei das Substrat aus einem piezoelektrischen Material ein Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Lithiumniobat, Lithiumtantalat und Lithiumniobat-Lithiumtantalat, aufweist,

¹⁹

²¹

³

¹⁹

³

²⁰

²¹

³

¹⁸

³

Weiterhin ist hier eine Akustikwellenvorrichtung beschrieben, die den verbundenen Körper und eine Elektrode umfasst, die auf dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material bereitgestellt ist.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren des Verbindens eines Substrats aus einem piezoelektrischen Material, das ein Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Lithiumniobat, Lithiumtantalat und Lithiumniobat-Lithiumtantalat, aufweist und eines Trägersubstrats, das eine darauf bereitgestellte Siliziumoxidschicht aufweist, bereit, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

Einstrahlen eines Stickstoffplasmas auf eine Verbindungsfläche des Substrats aus einem piezoelektrischen Material bei einer Temperatur von 150 °C oder niedriger zum Aktivieren der Verbindungsfläche; und
dann Verbinden der Verbindungsfläche des Substrats aus einem piezoelektrischen Material mit einer Verbindungsfläche der Siliziumoxidschicht,

¹⁹

²¹

³

¹⁹

³

²⁰

²¹

³

¹⁸

³

Weiterhin ist hier ein Verfahren zur Herstellung einer Akustikwellenvorrichtung beschrieben, wobei das Verfahren den Schritt umfasst:

Bereitstellen einer Elektrode auf dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material, nachdem der verbundene Körper gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren erhalten worden ist.

(Effekte der Erfindung)
Die Erfinder haben den Grund für die Verschlechterung der Eigenschaften des verbundenen Körpers, wenn das Substrat aus einem piezoelektrischen Material, das aus Lithiumniobat oder dergleichen zusammengesetzt ist, und das Trägersubstrat mit der Siliziumoxidschicht direkt miteinander verbunden werden, untersucht. Insbesondere wurde detailliert der Grund dafür untersucht, dass ein Verhältnis (Scheinleitwertverhältnis) eines Scheinleitwerts bei einer Resonanzfrequenz fs in Bezug auf einen Scheinleitwert bei einer Anti-Resonanzfrequenz fr vermindert wird. Auf diese Weise wurden die folgenden Erkenntnisse erhalten.
D.h., in dem Fall, bei dem Si und SiO₂/Si z.B. durch eine Plasmaaktivierung verbunden werden, wird die Si-O-Si-Bindung entlang der Grenzfläche gebildet, was zu einer ausreichend hohen Verbindungsfestigkeit führt. Ferner wird gleichzeitig Si zu SiO₂ oxidiert, so dass die Ebenheit verbessert wird und das vorstehend beschriebene Verbinden an der obersten Oberfläche erleichtert wird (Nicht-Patentdokument 2: J. Applied Physics 113, 094905 (2013)).
Im Gegensatz dazu wird in dem Fall, bei dem Lithiumniobat oder Lithiumtantalat direkt mit dem Trägersubstrat mit der darauf ausgebildeten Siliziumoxidschicht verbunden wird, eine Ta-(Nb)-O-Si-Bindung entlang der Verbindungsgrenzfläche gebildet, so dass das Verbinden durchgeführt wird. Die Dichte von Si-Atomen an der obersten Oberfläche von SiO₂/Si beträgt jedoch 6,8 Zählsignale/Å². Andererseits beträgt die Dichte von Ta(Nb)-Atomen an der obersten Oberfläche des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 4,3 Zählsignale/Å² oder weniger, was z.B. zeigt, dass die Atomdichte an der obersten Oberfläche gering ist, obwohl die Dichte von dem Schnittwinkel abhängt, da der Kristall ein anisotroper Kristall ist. Ferner wird davon ausgegangen, dass Lithiumniobat oder Lithiumtantalat anders als Silizium den Mechanismus des Glättens durch eine Oxidation nicht aufweist, und dass eine ausreichend hohe Verbindungsfestigkeit folglich nicht erhalten wird.
Daher wird Folgendes angenommen. In dem Fall, bei dem ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material, das aus Lithiumniobat oder Lithiumtantalat zusammengesetzt ist, verarbeitet wird, wird, nachdem das Substrat aus einem piezoelektrischen Material direkt mit SiO₂/Si verbunden worden ist, wenn das Substrat aus einem piezoelektrischen Material dünner wird, eine Scherkraft auf die Siliziumoxidschicht und einen Bereich auf der Seite der Siliziumoxidschicht des Trägersubstrats ausgeübt, was zu einer Verschlechterung der Kristallinität führt.
Auf der Basis einer solchen Hypothese haben die Erfinder versucht, einen Teil mit einer relativ hohen Stickstoffkonzentration entlang der Grenzfläche zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material und der Siliziumoxidschicht bereitzustellen. Es wird folglich gefunden, dass die Verschlechterung von Eigenschaften aufgrund der Verschlechterung der Kristallinität in der Siliziumoxidschicht oder dem Bereich auf der Seite der Siliziumoxidschicht des Trägersubstrats verhindert werden kann. Auf diese Weise wurde die vorliegende Erfindung gemacht.
Ferner wird ein Stickstoffplasma auf die Verbindungsfläche des Substrats aus einem piezoelektrischen Material bei einer Temperatur von 150 °C oder niedriger zum Aktivieren der Verbindungsfläche eingestrahlt, und die Verbindungsfläche des Substrats aus einem piezoelektrischen Material wird dann mit der Verbindungsfläche der Siliziumoxidschicht verbunden, so dass gefunden wird, dass die Erzeugung des Bereichs mit einer relativ hohen Stickstoffkonzentration entlang der Grenzfläche des Substrats aus einem piezoelektrischen Material und der Siliziumoxidschicht erleichtert wird.
Figurenliste

1(a) zeigt ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material 1 und 1(b) zeigt den Zustand, bei dem eine Verbindungsfläche des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 1 aktiviert wird, so dass eine aktivierte Fläche 1c erzeugt wird.
2(a) zeigt den Zustand, bei dem eine Siliziumoxidschicht 5 auf einer Oberfläche eines Trägersubstrats 4 ausgebildet ist, und 2(b) zeigt den Zustand, bei dem eine Oberfläche der Siliziumoxidschicht 5 aktiviert wird.
3(a) zeigt einen verbundenen Körper 7, der durch direktes Verbinden des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 1 und einer Siliziumoxidschicht 5 auf dem Trägersubstrat 4 erhalten wird, 3(b) zeigt den Zustand, bei dem ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material 1A auf einem verbundenen Körper 7A durch Polieren dünner gemacht worden ist, und 3(c) zeigt eine Akustikwellenvorrichtung.

AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend detailliert beschrieben, wobei in einer geeigneten Weise auf die Zeichnungen verwiesen wird.
Zuerst wird, wie es in der 1 (a) gezeigt ist, ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material 1 mit einem Paar von Hauptflächen 1a und 1b hergestellt. Gemäß dem vorliegenden Beispiel ist 1a der Verbindungsfläche zugeordnet. Dann wird, wie es in der 1(b) gezeigt ist, ein Plasma auf die Verbindungsfläche 1a des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 1 gemäß den Pfeilen C eingestrahlt, so dass eine oberflächenaktivierte Verbindungsfläche 1c erhalten wird.
Ferner wird, wie es in der 2(a) gezeigt ist, eine Siliziumoxidschicht 5 auf einer Oberfläche 4a eines Trägersubstrats 4 gebildet. Dann wird, wie es in der 2(b) gezeigt ist, ein Plasma auf eine Oberfläche 5a der Siliziumoxidschicht 5 gemäß den Pfeilen C eingestrahlt, um die Oberflächenaktivierung zur Bildung einer aktivierten Verbindungsfläche 6 durchzuführen.
Dann werden, wie es in der 3(a) gezeigt ist, die aktivierte Verbindungsfläche 1c des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 1 und die aktivierte Oberfläche 6 der Siliziumoxidschicht 5 auf dem Trägersubstrat 4 miteinander in Kontakt gebracht, so dass ein direktes Verbinden zum Erhalten eines verbundenen Körpers 7 durchgeführt wird. In diesem Zustand kann eine Elektrode auf dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material 1 bereitgestellt werden. Die Hauptfläche 1b des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 1 wird jedoch vorzugsweise, wie es in der 3(b) gezeigt ist, zum Dünnermachen des Substrats 1 verarbeitet, so dass ein dünngemachtes Substrat aus einem piezoelektrischen Material 1A erhalten wird. 1d stellt eine verarbeitete Fläche dar. Dann wird, wie es in der 3(c) gezeigt ist, eine vorgegebene Elektrode 8 auf der verarbeiteten Fläche 1d des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 1A eines verbundenen Körpers 7A ausgebildet, so dass eine Akustikwellenvorrichtung 10 erhalten wird.
Dabei ist gemäß der vorliegenden Erfindung die Stickstoffkonzentration NA (vgl. die 3) an einer Grenzfläche A zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material 1(1A) und der Siliziumoxidschicht 5 höher als die Stickstoffkonzentration NB an einer Grenzfläche B zwischen der Siliziumoxidschicht 5 und dem Trägersubstrat 4, was zeigt, dass ein Bereich vorliegt, dessen Stickstoffkonzentration entlang der Grenzfläche A relativ höher ist. In dem Fall, bei dem der Bereich vorliegt, dessen Stickstoffkonzentration entlang der Grenzfläche A höher ist, diffundiert Stickstoff normalerweise in die Siliziumoxidschicht 5, so dass der Gradient der Stickstoffkonzentration innerhalb der Siliziumoxidschicht 5 vorliegt und die Stickstoffkonzentration an der Grenzfläche B relativ niedrig ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt und umfasst die Ausführungsform, dass die Stickstoffkonzentration in der Siliziumoxidschicht 5 keinen Gradienten aufweist und konstant ist, solange die Stickstoffkonzentration NA an der Grenzfläche A zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material 1(1A) und der Siliziumoxidschicht 5 höher ist als die Stickstoffkonzentration NB an der Grenzfläche B zwischen der Siliziumoxidschicht 5 und dem Trägersubstrat 4.
Dabei ist das Verhältnis (NA/NB) der Stickstoffkonzentration NA an der Grenzfläche A zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material 1(1A) und der Siliziumoxidschicht 5 in Bezug auf die Stickstoffkonzentration NB an der Grenzfläche B zwischen der Siliziumoxidschicht 5 und dem Trägersubstrat 4 10 oder höher und bevorzugt 100 oder höher. Ferner ist das Verhältnis (NA/NB) in praktischer Hinsicht 1000 oder niedriger.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die Stickstoffkonzentration NA an der Grenzfläche A zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material 1(1A) und der Siliziumoxidschicht 5 1E19 bis 1E21 (1 × 10¹⁹ bis 1 × 10²¹) Atome/cm³ und mehr bevorzugt 5E19 bis 5E20 (5 × 10¹⁹ bis 5 × 10²⁰) Atome/cm³. Ferner beträgt die Stickstoffkonzentration NB an der Grenzfläche B zwischen der Siliziumoxidschicht 5 und dem Trägersubstrat 4 1E19 (1 × 10¹⁹) Atome/cm³ oder weniger und bevorzugt 7E18 (7 × 10¹⁸) Atome/cm³ oder weniger.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Kohlenstoffkonzentration CA an der Grenzfläche A zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material und der Siliziumoxidschicht höher als die Kohlenstoffkonzentration CB an der Grenzfläche B zwischen der Siliziumoxidschicht und dem Trägersubstrat. Ferner ist das Verhältnis (CA/CB) des Kohlenstoffgehalts CA an der Grenzfläche A zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material 1 (1A) und der Siliziumoxidschicht 5 in Bezug auf die Kohlenstoffkonzentration CB an der Grenzfläche B zwischen der Siliziumoxidschicht 5 und dem Trägersubstrat 4 100 oder höher und bevorzugt 1000 oder höher. Ferner ist das Verhältnis (CA/CB) in praktischer Hinsicht 1000 oder niedriger.
Ferner beträgt gemäß der vorliegenden Erfindung die Kohlenstoffkonzentration CA an der Grenzfläche A zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material 1(1A) und der Siliziumoxidschicht 5 1E20 bis 3E21 (1 × 10²⁰ bis 3 × 10²¹) Atome/cm³. Ferner ist die Kohlenstoffkonzentration CB an der Grenzfläche B zwischen der Siliziumoxidschicht 5 und dem Trägersubstrat 4 1E18 (1 × 10¹⁸) Atome/cm³ oder niedriger.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Fluorkonzentration FA an der Grenzfläche A zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material und der Siliziumoxidschicht höher als die Fluorkonzentration FB an der Grenzfläche B zwischen der Siliziumoxidschicht und dem Trägersubstrat. Ferner kann das Verhältnis (FA/FB) der Fluorkonzentration FA an der Grenzfläche A zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material 1(1A) und der Siliziumoxidschicht 5 in Bezug auf die Fluorkonzentration FB an der Grenzfläche B zwischen der Siliziumoxidschicht 5 und dem Trägersubstrat 4 vorzugsweise 5 oder höher und mehr bevorzugt 50 oder höher sein. Ferner kann das Verhältnis (FA/FB) in praktischer Hinsicht vorzugsweise 500 oder niedriger sein.
Ferner kann die Fluorkonzentration FA an der Grenzfläche A zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material 1(1A) und der Siliziumoxidschicht 5 vorzugsweise 1E19 bis 3E20 (1 × 10¹⁹ bis 3 × 10²⁰) Atome/cm³ betragen. Ferner kann die Fluorkonzentration FB an der Grenzfläche B zwischen der Siliziumoxidschicht 5 und dem Trägersubstrat 4 vorzugsweise 5E18 (5 × 10¹⁸) Atome/cm³ oder niedriger sein.
Die jeweiligen Bestandteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend detaillierter beschrieben.
Obwohl das Material des Trägersubstrats 4 nicht speziell beschränkt ist, ist das Material vorzugsweise aus der Gruppe, bestehend aus Silizium, Quarz, Sialon, Mullit, Saphir und lichtdurchlässigem Aluminiumoxid, ausgewählt. Es ist folglich möglich, die Temperatureigenschaften der Frequenz einer Akustikwellenvorrichtung 10 weiter zu verbessern.
Die Siliziumoxidschicht 5 ist auf dem Trägersubstrat 4 ausgebildet. Obwohl das Verfahren zur Filmbildung der Siliziumoxidschicht 5 nicht speziell beschränkt ist, können ein Sputtern, eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD) und eine Gasphasenabscheidung genannt werden. Vorzugsweise ist das Trägersubstrat 4 ein Siliziumsubstrat und in diesem Fall kann die Siliziumoxidschicht 5 durch Sputtern von Sauerstoff oder eine Ioneninjektion auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats oder durch Erwärmen in einer oxidierenden Atmosphäre gebildet werden.
Die Dicke der Siliziumoxidschicht 5 kann im Hinblick auf die vorliegende Erfindung vorzugsweise 0,05 µm oder größer, mehr bevorzugt 0,1 µm oder größer und besonders bevorzugt 0,2 µm oder größer sein. Ferner kann die Dicke der Siliziumoxidschicht 5 vorzugsweise 3 µm oder kleiner, vorzugsweise 2,5 µm oder kleiner und mehr bevorzugt 2,0 µm oder kleiner sein.
Das Substrat aus einem piezoelektrischen Material 1(1A), das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist aus Einkristallen von Lithiumtantalat (LT), Lithiumniobat (LN) oder Lithiumniobat-Lithiumtantalat in fester Lösung hergestellt. Da die Materialien hohe Ausbreitungsgeschwindigkeiten einer Oberflächenakustikwelle und große elektromechanische Kopplungsfaktoren aufweisen, sind sie zur Verwendung in einer piezoelektrischen Oberflächenwellenvorrichtung für Hochfrequenz- und Breitbandfrequenz-Anwendungen bevorzugt.
Ferner ist die senkrechte Richtung der Hauptoberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 1 (1A) nicht beschränkt. Beispielsweise ist es in dem Fall, bei dem das piezoelektrische Einkristallsubstrat 1 (1A) aus LT hergestellt ist, bevorzugt, das Substrat so zu verwenden, dass es von der Y-Achse in die Richtung der Z-Achse um 32 bis 50° (180°, 58° bis 40°, 180° auf einer Euler'schen Winkeldarstellung) um die X-Achse, wobei es sich um eine Ausbreitungsrichtung einer Oberflächenakustikwelle handelt, aufgrund eines geringen Ausbreitungsverlusts gedreht ist. In dem Fall, bei dem das piezoelektrische Einkristallsubstrat 1 (1A) aus LN hergestellt ist, (i) ist es bevorzugt, das Substrat so zu verwenden, dass es von der Z-Achse in die Richtung der -Y-Achse um 37,8° (0°, 37,8°, 0° auf einer Euler'schen Winkeldarstellung) um die X-Achse, wobei es sich um eine Ausbreitungsrichtung einer Oberflächenakustikwelle handelt, aufgrund eines großen elektromechanischen Kopplungsfaktors gedreht ist. Alternativ (ii) ist es bevorzugt, das Substrat so zu verwenden, dass es von der Y-Achse in die Richtung der Z-Achse um 40 bis 65° (180°, 50 bis 25°, 180° auf einer Euler'schen Winkeldarstellung) um die X-Achse, wobei es sich um eine Ausbreitungsrichtung einer Oberflächenakustikwelle handelt, gedreht ist, da eine hohe akustische Geschwindigkeit erhalten werden kann. Ferner kann, obwohl die Größe des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 1(1A) nicht speziell beschränkt ist, der Durchmesser z.B. 100 bis 200 mm betragen und die Dicke kann 0,15 bis 1 µm betragen.
Dann wird ein Plasma auf die Verbindungsfläche 1a des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 1 bei einer Temperatur von 150 °C oder niedriger zum Aktivieren der Verbindungsfläche 1a eingestrahlt. Obwohl es bevorzugt ist, im Hinblick auf die vorliegende Erfindung ein Stickstoffplasma einzustrahlen, kann der verbundene Körper der vorliegenden Erfindung selbst in dem Fall erhalten werden, bei dem ein Sauerstoffplasma eingestrahlt wird.
Der Druck während der Oberflächenaktivierung kann vorzugsweise 100 Pa oder niedriger und mehr bevorzugt 80 Pa oder niedriger sein. Ferner kann die Atmosphäre nur aus Stickstoff, nur aus Sauerstoff oder einem Gemisch aus Stickstoff und Sauerstoff zusammengesetzt sein.
Die Temperatur während des Einstrahlens des Plasmas wird auf 150 °C oder niedriger eingestellt. Es ist dadurch möglich, die verbundenen Körper 7 und 7A zu erhalten, die jeweils eine hohe Verbindungsfestigkeit und keine Verschlechterung der Kristallinität aufweisen. Diesbezüglich wird die Temperatur während der Plasmabestrahlung auf 150 °C oder niedriger eingestellt und kann mehr bevorzugt 100 °C oder niedriger sein.
Ferner kann die Energie des eingestrahlten Plasmas vorzugsweise 30 bis 150 W betragen. Ferner kann das Produkt der Energie des eingestrahlten Plasmas und des Bestrahlungszeitraums vorzugsweise 0,12 bis 1,0 Wh betragen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Verbindungsfläche 1a des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 1 und die Verbindungsfläche 5a der Siliziumoxidschicht 5 vor der Plasmabehandlung einem Einebnungsvorgang unterzogen. Das Verfahren des Einebnens der jeweiligen Verbindungsflächen 1a und 5a umfasst ein Läppen, ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP) und dergleichen. Ferner kann die eingeebnete Fläche vorzugsweise eine Ra von 1 nm oder niedriger und mehr bevorzugt eine Ra von 0,3 nm oder niedriger aufweisen.
Die Verbindungsfläche 5a der Siliziumoxidschicht 5 kann ebenfalls einer Plasmabehandlung unterzogen werden. Dabei kann ein Plasma von Sauerstoff, Stickstoff oder dergleichen verwendet werden und ein Stickstoffplasma und ein Sauerstoffplasma sind besonders bevorzugt. Ferner kann die Temperatur während der Plasmabehandlung vorzugsweise 150 °C oder niedriger und mehr bevorzugt 100 °C oder niedriger sein.
Ferner kann der Druck während des Einstrahlens des Plasmas auf die Verbindungsfläche 5a der Siliziumoxidschicht 5 vorzugsweise 100 Pa oder niedriger und mehr bevorzugt 80 Pa oder niedriger sein. Die Energie während des Bestrahlens kann vorzugsweise 30 bis 150 W betragen. Ferner kann das Produkt der Energie während der Plasmaeinstrahlung und des Bestrahlungszeitraums vorzugsweise 0,12 bis 1,0 Wh betragen.
Die Verbindungsfläche 1c des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 1 und die Verbindungsfläche 6 der Siliziumoxidschicht 5 werden miteinander in Kontakt gebracht und miteinander verbunden. Danach kann vorzugsweise eine Wärmebehandlung durchgeführt werden, um die Verbindungsfestigkeit zu verbessern. Die Temperatur während des Erwärmens kann vorzugsweise 100 °C oder höher und 300 °C oder niedriger sein.
Die verbundenen Körper 7 und 7A der vorliegenden Erfindung können vorzugsweise als Akustikwellenvorrichtung angewandt werden.
Als Akustikwellenvorrichtung 10 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 1 oder 1A 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 1 oder 1A oszilliert und ausgebreitet wird. 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 Material, das die Elektrode 8 des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 1 oder 1A bildet, kann vorzugsweise Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Kupfer oder Gold und mehr bevorzugt Aluminium oder eine Aluminiumlegierung sein. Die Aluminiumlegierung kann vorzugsweise Al mit 0,3 bis 5 Gew.-% zugemischtem Cu sein. In diesem Fall können anstelle von Cu Ti, Mg, Ni, Mo oder Ta verwendet werden.
BEISPIELE
(Referenzbeispiel A1)
Es wurde eine Akustikwellenvorrichtung 10, die in der 3(c) gezeigt ist, gemäß dem Verfahren hergestellt, das unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben worden ist.
Insbesondere wurden ein 42Y-geschnittenes X-Ausbreitung-LiTaOs-Substrat (Substrat aus einem piezoelektrischen Material) 1 mit einer Dicke von 200 µm und bei dem beide Hauptflächen zu Spiegeloberflächen poliert worden sind, und ein Si (100)-Substrat mit hohem Widerstand (>2 kΩ · cm) (Trägersubstrat) 4 mit einer Dicke von 675 µm hergestellt. Beide Substrate weisen Größen von jeweils 150 mm auf. Eine Siliziumoxidschicht 5 wurde als Film durch Sputtern in einer Dicke von 500 nm auf dem Trägersubstrat 4 gebildet. Da die Siliziumoxidschicht 5 nach der Filmbildung eine Oberflächenrauheit Ra von 0,6 nm aufwies, wurde die Oberfläche geringfügig mittels CMP (chemisch mechanisches Polieren) poliert, so dass Ra auf 0,3 nm verbessert wurde.
Die Verbindungsfläche 1a des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 1 und die Verbindungsfläche 5a der Siliziumoxidschicht 5 auf dem Trägersubstrat 4 wurden einem Reinigen bzw. einer Oberflächenaktivierung unterzogen. Insbesondere wurde ein Ultraschallreinigen unter Verwendung von reinem Wasser durchgeführt und die Substratoberflächen wurden durch Schleudertrocknen getrocknet. Nach dem Reinigen wurde das Trägersubstrat 4 anschließend in eine Plasmaaktivierungskammer eingebracht und die Verbindungsfläche 5a wurde durch ein Stickstoffgasplasma bei 30 °C aktiviert. Ferner wurde das Substrat aus einem piezoelektrischen Material 1 entsprechend in die Plasmaaktivierungskammer eingebracht und die Verbindungsfläche 1a wurde durch ein Stickstoffgasplasma bei 30 °C einer Oberflächenaktivierung unterzogen. Der Zeitraum der Oberflächenaktivierung wurde auf 40 Sekunden eingestellt und die Energie wurde auf 100 W eingestellt. Das Ultraschallreinigen und Schleudertrocknen, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, wurden erneut durchgeführt, um Teilchen zu entfernen, die während der Oberflächenaktivierung anhafteten.
Dann wurde das Positionieren der jeweiligen Substrate 1 und 4 durchgeführt und die Verbindungsflächen 1c und 6 des Substrats 1 und der Siliziumoxidschicht 5 wurden bei Raumtemperatur miteinander in Kontakt gebracht. Die Substrate wurden so miteinander in Kontakt gebracht, dass das Substrat aus einem piezoelektrischen Material 1 auf der Oberseite angeordnet wurde. Als Ergebnis wurde ein Zustand (sogenannte Verbindungswelle) festgestellt, bei dem sich die Haftung des Substrats 1 und der Siliziumoxidschicht 5 ausbreitete, was zeigt, dass eine gute vorläufige Verbindung abgeschlossen war. Dann wurde der verbundene Körper 7 zur Verbesserung der Verbindungsfestigkeit in einen Ofen eingebracht, der mit einer Stickstoffatmosphäre gefüllt war, und für 10 Stunden bei 120 °C gehalten.
Die Stickstoffkonzentrationen, Kohlenstoffkonzentrationen und Fluorkonzentrationen bei den jeweiligen Teilen wurden mit einem SIMS-Verfahren (Sekundärionenmassenspektroskopie) für die so erhaltenen verbundenen Körper 7 gemessen. Als SIMS-Messsystem wurde „CAMECA IMS-7f“ verwendet, Cs⁺ wurde als Primärionenspezies verwendet und die primäre Beschleunigungsspannung wurde auf 15,0 kV eingestellt. Der Erfassungsbereich wurde auf 30 µm ∅ eingestellt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.
Die Oberfläche 1b des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 1 des verbundenen Körpers 7 nach dem Erwärmen wird einem Schleifen, Läppen und einer CMP-Verarbeitung unterzogen, so dass die Dicke des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 1A auf 16, 8, 4, 2 oder 1 µm eingestellt wurde. Die Dicke des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 1A wurde durch ein optisches Messsystem („F20“, von Filmetrix Corporation erhältlich) mittels einer optischen Interferenz gemessen. Eine aus Aluminiummetall hergestellte IDT-Elektrode 8 wurde auf der Oberfläche 1d des polierten Substrats aus einem piezoelektrischen Material 1A durch ein Photolithographieverfahren bereitgestellt. Die Periode A der Elektrode wurde auf 4 µm eingestellt, so dass die Oszillationsfrequenz etwa 1000 MHz betrug. Die Dicke der IDT-Elektrode 8 wurde auf 200 nm eingestellt und es wurden jeweils 80 Paare von Reflektoren auf beiden Seiten der 200 Paare von IDT-Elektroden 8 bereitgestellt, so dass eine Akustikwellenvorrichtung 10 (SAW-Resonator) mit 1 Port erzeugt wurde. Die Impedanzeigenschaften der so hergestellten Akustikwellenvorrichtung (SAW-Resonator) 10 wurden durch ein Netzwerkanalysegerät „E5071C“, das von Agilent Corporation erhältlich ist, gemessen. Als Ergebnis wurden ein Resonanzpeak bei etwa 1000 MHz (fs) und ein Anti-Resonanzpeak bei etwa 1050 MHz (fr) gefunden. Das Verhältnis des Scheinleitwerts bei der Resonanzfrequenz fs in Bezug auf den Scheinleitwert bei der Anti-Resonanzfrequenz fr wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt.
(Erfindungsgemäßes Beispiel A2)
In dem Referenzbeispiel A1 wurde ein Plasma aus Mischgasen von 80 Prozent Stickstoffgas und 20 Prozent Sauerstoffgas anstelle des Stickstoffplasmas verwendet. Wenn die Gaszusammensetzung verändert wurde, wurde die Abstimmung in einer geeigneten Weise verändert, so dass der elektrische Reflexionsstrom den minimalen Wert aufwies. Die anderen Bedingungen waren mit denjenigen in dem Referenzbeispiel A1 identisch.
Gemäß dem gleichen Verfahren wie in dem Referenzbeispiel A1 wurden die Stickstoffkonzentrationen, Kohlenstoffkonzentrationen und Fluorkonzentrationen bei den jeweiligen Teilen des so erhaltenen verbundenen Körpers 7 gemessen und die Messergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt. Ferner wurden wie in dem Referenzbeispiel A1 die verbundenen Körper so verarbeitet, dass die Dicke des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 1A auf 16, 8, 4, 2 oder 1 µm eingestellt wurde. Das Verhältnis des Scheinleitwerts bei der Resonanzfrequenz fs in Bezug auf den Scheinleitwert bei der Anti-Resonanzfrequenz fr wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt.
(Vergleichsbeispiel A1)
Gemäß dem gleichen Verfahren wie in dem Referenzbeispiel A1 wurden die verbundenen Körper 7, 7A und die Akustikwellenvorrichtung 10 (SAW-Vorrichtung) hergestellt und die Messung wurde wie in dem Referenzbeispiel A1 durchgeführt. Die Siliziumoxidschicht 5 wurde jedoch als Film auf dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material 1 gebildet und wurde nicht auf der Seite des Trägersubstrats 4 gebildet. Ferner wurde die Oberflächenaktivierung der Siliziumoxidschicht 5 und des Trägersubstrats 4 durchgeführt und die aktivierten Oberflächen der Siliziumoxidschicht 5 und des Trägersubstrats 4 wurden durch Einstrahlen eines Stickstoffplasmas direkt miteinander verbunden.

Die Stickstoffkonzentrationen, Kohlenstoffkonzentrationen und Fluorkonzentrationen bei den jeweiligen Teilen in den so erhaltenen verbundenen Körpern wurden gemessen und die Messergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt. Ferner wurde gemäß dem gleichen Verfahren wie in dem Referenzbeispiel A1 die Verarbeitung so durchgeführt, dass die Dicke des Substrats aus einem piezoelektrischen Material auf 16, 8, 4, 2 oder 1 µm eingestellt wurde. Das Verhältnis des Scheinleitwerts bei der Resonanzfrequenz fs in Bezug auf den Scheinleitwert bei der Anti-Resonanzfrequenz fr wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 1

	Messposition	Stickstoffkonzentration Atome/cm³	Kohlenstoffkonzentration Atome/cm³	Fluorkonzentration Atome/cm³
Referenzbeispiel A1	Grenzfläche zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material und der Siliziumoxidschicht	3,1E20	5,7E20	8,7E19
	Durchschnittswert in der Siliziumoxidschicht	1,3E19	9,6E18	1,6E18
	Grenzfläche zwischen dem Trägersubstrat und der Siliziumoxidschicht	1,5E19	3,0E17	1,1E18
Erfindungsgemäßes Beispiel A2	Grenzfläche zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material und der Siliziumoxidschicht	6,4E19	1,2E20	2,4E19
	Durchschnittswert in der Siliziumoxidschicht	7,8E18	3,6E17	1,2E18
	Grenzfläche zwischen dem Trägersubstrat und der Siliziumoxidschicht	8,2E18	5,5E17	8,5E18

Tabelle 2

	Messposition	Stickstoffkonzentration Atome/cm³	Kohlenstoffkonzentration Atome/cm³	Fluorkonzentration Atome/cm³
Vergleichsbeispiel A1	Grenzfläche zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material und der Siliziumoxidschicht	9,9E18	7,2E17	4,4E18
	Durchschnittswert in der Siliziumoxidschicht	7,6E18	1,2E17	8,7E17
	Grenzfläche zwischen dem Trägersubstrat und der Siliziumoxidschicht	1,7E20	1,4E20	2,1E19

Tabelle 3

Dicke (µm) des Substrats aus einem piezoelektrischen Material nach der Verarbeitung	Referenzbeispiel A1	Erfindungsgemäßes Beispiel A2	Vergleichsbeispiel A1
16,0	42,5	44,0	43,3
8,0	40,7	42,5	42,8
4,0	43,3	42,2	40,0
2,0	44,3	45,1	39,3
1,0	46,5	44,9	35,8

Wie es in der Tabelle 3 gezeigt ist, wurde gemäß den Akustikwellenvorrichtungen 10 (SAW-Vorrichtungen) der verbundenen Körper 7 und 7A der vorliegenden Erfindung selbst in dem Fall, bei dem die Dicke des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 1A durch eine Verarbeitung auf 2,0 bis 1,0 µm extrem dünn gemacht worden ist, das Verhältnis des Scheinleitwerts bei der Resonanzfrequenz fs in Bezug auf den Scheinleitwert bei der Anti-Resonanzfrequenz fr nicht verschlechtert und war gut. Andererseits wurde gemäß dem verbundenen Körper des Vergleichsbeispiels, wenn die Dicke des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 1A geringer wird, das Verhältnis des Scheinleitwerts bei der Resonanzfrequenz fs in Bezug auf den Scheinleitwert bei der Anti-Resonanzfrequenz fr verschlechtert. Insbesondere wurde gemäß dem verbundenen Körper des Vergleichsbeispiels A1, da die Dicke des Substrats aus einem piezoelektrischen Material 1A auf 4,0 µm oder kleiner eingestellt ist, das Verhältnis des Scheinleitwerts bei der Resonanzfrequenz fs in Bezug auf den Scheinleitwert bei der Anti-Resonanzfrequenz fr beträchtlich verschlechtert.
(Referenzbeispiel B)
In dem erfindungsgemäßen Beispiel A1 wurden die Substrate aus einem piezoelektrischen Material 1 und 1A zu einem 128Y-geschnittenen X-Ausbreitung-Lithiumniobat geändert. Als Ergebnis wurden Ergebnisse erhalten, die denjenigen des Referenzbeispiels A1 ähnlich waren.

Claims

Verbundener Körper, aufweisend: ein Trägersubstrat; eine Siliziumoxidschicht, die auf dem Trägersubstrat bereitgestellt ist; und ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material, das auf der Siliziumoxidschicht bereitgestellt ist, wobei das Substrat aus einem piezoelektrischen Material ein Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Lithiumniobat, Lithiumtantalat und Lithiumniobat-Lithiumtantalat, aufweist, wobei die Stickstoffkonzentration NA an einer Grenzfläche zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material und der Siliziumoxidschicht 1 × 10¹⁹ bis 1 × 10²¹ Atome/cm³ beträgt, die Stickstoffkonzentration NB an einer Grenzfläche zwischen der Siliziumoxidschicht und dem Trägersubstrat 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger beträgt und das Verhältnis (NA/NB) der Stickstoffkonzentration NA an der Grenzfläche zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material und der Siliziumoxidschicht in Bezug auf die Stickstoffkonzentration NB an der Grenzfläche zwischen der Siliziumoxidschicht und dem Trägersubstrat 10 oder höher und 1000 oder niedriger ist, und wobei die Kohlenstoffkonzentration CA an der Grenzfläche zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material und der Siliziumoxidschicht 1 × 10²⁰ bis 3 × 10²¹ Atome/cm³ beträgt, die Kohlenstoffkonzentration CB an der Grenzfläche zwischen der Siliziumoxidschicht und dem Trägersubstrat 1 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder niedriger beträgt und das Verhältnis (CA/CB) des Kohlenstoffgehalts CA an der Grenzfläche zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material und der Siliziumoxidschicht in Bezug auf die Kohlenstoffkonzentration CB an der Grenzfläche zwischen der Siliziumoxidschicht und dem Trägersubstrat 100 oder höher und 1000 oder niedriger ist.
Verbundener Körper nach Anspruch 1, bei dem die Fluorkonzentration an der Grenzfläche zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material und der Siliziumoxidschicht höher ist als die Fluorkonzentration zwischen der Siliziumoxidschicht und dem Trägersubstrat.
Verbundener Körper nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Substrat aus einem piezoelektrischen Material eine Dicke von 4,0 µm oder kleiner aufweist.
Verfahren des Verbindens eines Substrats aus einem piezoelektrischen Material, das ein Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Lithiumniobat, Lithiumtantalat und Lithiumniobat-Lithiumtantalat, aufweist, und eines Trägersubstrats, das eine Siliziumoxidschicht darauf aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Einstrahlen eines Stickstoffplasmas auf eine Verbindungsfläche des Substrats aus einem piezoelektrischen Material bei einer Temperatur von 150 °C oder niedriger zum Aktivieren der Verbindungsfläche; und dann Verbinden der Verbindungsfläche des Substrats aus einem piezoelektrischen Material mit einer Verbindungsfläche der Siliziumoxidschicht, wobei die Stickstoffkonzentration NA an einer Grenzfläche zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material und der Siliziumoxidschicht 1 × 10¹⁹ bis 1 × 10²¹ Atome/cm³ beträgt, die Stickstoffkonzentration NB an einer Grenzfläche zwischen der Siliziumoxidschicht und dem Trägersubstrat 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder weniger beträgt und das Verhältnis (NA/NB) der Stickstoffkonzentration NA an der Grenzfläche zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material und der Siliziumoxidschicht in Bezug auf die Stickstoffkonzentration NB an der Grenzfläche zwischen der Siliziumoxidschicht und dem Trägersubstrat 10 oder höher und 1000 oder niedriger ist, und wobei die Kohlenstoffkonzentration CA an der Grenzfläche zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material und der Siliziumoxidschicht 1 × 10²⁰ bis 3 × 10²¹ Atome/cm³ beträgt, die Kohlenstoffkonzentration CB an der Grenzfläche zwischen der Siliziumoxidschicht und dem Trägersubstrat 1 × 10¹⁸ Atome/cm³oder niedriger beträgt und das Verhältnis (CA/CB) des Kohlenstoffgehalts CA an der Grenzfläche zwischen dem Substrat aus einem piezoelektrischen Material und der Siliziumoxidschicht in Bezug auf die Kohlenstoffkonzentration CB an der Grenzfläche zwischen der Siliziumoxidschicht und dem Trägersubstrat 100 oder höher und 1000 oder niedriger ist.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Verbindungsfläche des Substrats aus einem piezoelektrischen Material mit der Verbindungsfläche der Siliziumoxidschicht verbunden wird, nachdem ein Plasma auf die Verbindungsfläche der Siliziumoxidschicht bei einer Temperatur von 150 °C oder niedriger zum Aktivieren der Verbindungsfläche der Siliziumoxidschicht eingestrahlt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Dicke des Substrats aus einem piezoelektrischen Material durch Polieren vermindert wird, nachdem die Verbindungsfläche des Substrats aus einem piezoelektrischen Material mit der Verbindungsfläche der Siliziumoxidschicht verbunden worden ist.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Dicke des Substrats aus einem piezoelektrischen Material durch Polieren auf 4 µm oder kleiner eingestellt wird.