DE112019002418T5

DE112019002418T5 - Verbundener Körper und Elastikwellenelement

Info

Publication number: DE112019002418T5
Application number: DE112019002418.3T
Authority: DE
Inventors: Yudai Uno; Masashi Goto; Tomoyoshi Tai
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2021-03-04
Anticipated expiration: 2039-04-18
Also published as: WO2019244461A1; US11133788B2; CN112272920A; DE112019002418B4; CN112272920B; KR20210006995A; TW202015334A; US20210111698A1; TWI762782B; KR102287003B1

Abstract

(Aufgabe) Es ist die Aufgabe, in einem verbundenen Körper, der durch Verbinden eines Trägersubstrats, das aus einem Siliziumeinkristall zusammengesetzt ist, mit einem piezoelektrischen Einkristallsubstrat erhalten wird, eine Verbindungsschicht mit hohem Widerstand anzuwenden und die Verbindungsfestigkeit des Trägersubstrats und des piezoelektrischen Einkristallsubstrats zu verbessern.(Lösung) Ein verbundener Körper 5 oder 5A umfasst: Ein piezoelektrisches Einkristallsubstrat 4 oder 4A; ein Trägersubstrat 1, das aus einem einkristallinen Silizium zusammengesetzt ist; eine Verbindungsschicht 2A, die zwischen dem Trägersubstrat 1 und dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat 4 oder 4A bereitgestellt ist und eine Zusammensetzung von Si(1-x)Ox(0,008 ≤ x ≤ 0,408) aufweist; und eine amorphe Schicht 8, die zwischen dem Trägersubstrat 1 und der Verbindungsschicht 2A bereitgestellt ist und Siliziumatome, Sauerstoffatome und Argonatome umfasst. Die Konzentration der Sauerstoffatome in einem Endteil der amorphen Schicht 8 auf einer Seite der Verbindungsschicht 2A ist höher als die durchschnittliche Konzentration der Sauerstoffatome in der Verbindungsschicht 2A.

Description

(Technisches Gebiet)
Die vorliegende Erfindung betrifft einen verbundenen Körper und eine Akustikwellenvorrichtung.
STAND DER TECHNIK
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 piezoelektrischen Substrats, auf dem piezoelektrischen Substrat, wird die Änderung der Größe des piezoelektrischen Substrats als Reaktion auf eine Temperaturänderung vermindert, so dass die Änderung der Frequenzeigenschaften als Oberflächenakustikwellenvorrichtung vermindert wird.
Im Patentdokument 1 wird 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.
Dabei ist bekannt, dass beim Verbinden eines piezoelektrischen Substrats und eines Siliziumsubstrats ein Siliziumoxidfilm auf einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats gebildet wird und das Siliziumsubstrat sowie das piezoelektrische Substrat durch den Siliziumoxidfilm direkt verbunden werden. Beim Verbinden wird ein Plasmastrahl auf die Oberflächen des Siliziumoxidfilms und des Siliziumsubstrats eingestrahlt, um die Oberflächen zu aktivieren, worauf das direkte Verbinden erfolgt (Patentdokument 2).
Ferner ist ein Direktverbindungsverfahren eines sogenannten FAB („Fast Atom Beam“)-Systems bekannt. Gemäß diesem Verfahren wird ein neutralisierter Atomstrahl auf die jeweiligen Verbindungsoberflächen bei Umgebungstemperatur eingestrahlt und das direkte Verbinden wird durchgeführt (Patentdokument 3).
Es ist beschrieben, dass ein piezoelektrisches Einkristallsubstrat über eine Zwischenschicht direkt mit einem Trägersubstrat, das aus einem Keramikmaterial (Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid) zusammengesetzt ist, und nicht mit einem Siliziumsubstrat verbunden wird (Patentdokument 4). Es ist beschrieben, dass das Material der Zwischenschicht Silizium, Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Aluminiumnitrid ist.
Ferner wird, wenn ein piezoelektrisches Substrat und ein Trägersubstrat mit einem organischen Haftmittel verbunden werden, Rt (maximale Profilhöhe einer Rauheitskurve) einer Haftoberfläche des Trägersubstrats an dem piezoelektrischen Substrat auf 5 nm oder mehr und 50 nm oder weniger eingestellt, so dass der Effekt des Verhinderns eines Bruchs durch die Spannungsrelaxation erhalten wird (Patentdokument 5).
(Dokumente des Standes der Technik)
(Patentdokumente)

(Patentdokument 1) Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2010-187373 A
(Patentdokument 2) US-Patent Nr. 7213314 B2
(Patentdokument 3) Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2014-086400 A
(Patentdokument 4) Japanische Patentveröffentlichung Nr. 3774782 B
(Patentdokument 5) Japanisches Gebrauchsmuster mit der Eintragungsnummer 3184763 U

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
(Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe)
Abhängig von Anwendungen des verbundenen Körpers ist es jedoch erwünscht, die Isoliereigenschaften durch Erhöhen des elektrischen Widerstands der Verbindungsschicht zu verbessern. Beispielsweise kann in dem Fall einer Akustikwellenvorrichtung durch Verbessern der Isoliereigenschaften der Verbindungsschicht ein Rauschen oder Verlust vermindert werden. Es ist jedoch schwierig, das Trägersubstrat durch die Verbindungsschicht, die einen hohen Widerstand aufweist, mit einer hohen Festigkeit mit dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat zu verbinden, so dass eine Tendenz zum Auftreten eines Ablösens zwischen dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat und dem Trägersubstrat während des anschließenden Verarbeitungsschritts vorliegt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in einem verbundenen Körper, der ein Trägersubstrat, das aus einem einkristallinen Silizium zusammengesetzt ist, und ein piezoelektrisches Einkristallsubstrat umfasst, eine Struktur bereitzustellen, welche die Verbindungsfestigkeit des Trägersubstrats und des piezoelektrischen Einkristallsubstrats verbessert, während eine Verbindungsschicht mit einem hohen Widerstand angewandt wird.
(Lösung der Aufgabe)
Die vorliegende Erfindung stellt einen verbundenen Körper bereit, umfassend:

ein piezoelektrisches Einkristallsubstrat;
ein Trägersubstrat, das ein einkristallines Silizium umfasst;
eine Verbindungsschicht, die zwischen dem Trägersubstrat und dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat bereitgestellt ist und eine Zusammensetzung von Si(_1-x)O_x (0,008 ≤ x ≤ 0,408) aufweist; und
eine amorphe Schicht, die zwischen dem Trägersubstrat und der Verbindungsschicht bereitgestellt ist, wobei die amorphe Schicht Siliziumatome, Sauerstoffatome und Argonatome umfasst,
wobei eine Konzentration der Sauerstoffatome an einem Endteil der amorphen Schicht auf einer Seite der Trägerschicht höher ist als eine durchschnittliche Konzentration der Sauerstoffatome in der Verbindungsschicht.

Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine Akustikwellenvorrichtung bereit, umfassend:

den verbundenen Körper; und
eine Elektrode, die auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat bereitgestellt ist.

(Effekte der Erfindung)
Gemäß der vorliegenden Erfindung können durch Bereitstellen der Verbindungsschicht mit der vorstehend beschriebenen spezifischen Zusammensetzung die Isoliereigenschaften der Verbindungsschicht sehr gut gemacht werden und die Verbindungsfestigkeit kann sichergestellt werden.
Darüber hinaus wird in dem Fall, bei dem eine solche Verbindungsschicht bereitgestellt ist, eine dünne amorphe Schicht entlang einer Grenzfläche zwischen der Verbindungsschicht auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat und dem Trägersubstrat erzeugt. Wenn das piezoelektrische Einkristallsubstrat des so erhaltenen verbundenen Körpers durch Polieren oder dergleichen dünner gemacht wird, kann jedoch eine Trennung von dem Trägersubstrat auftreten. Dies bedeutet, dass die Verbindungsfestigkeit des piezoelektrischen Einkristallsubstrats an dem Trägersubstrat nicht ausreichend hoch ist.
Folglich haben die Erfinder die Ursache der Verminderung der Verbindungsfestigkeit untersucht. In dem Fall, bei dem eine Verbindungsschicht mit hohem Widerstand, die aus Si(_1-x)O_x zusammengesetzt ist, mit einem Trägersubstrat verbunden wird, das aus einkristallinem Silizium zusammengesetzt ist, wird eine amorphe Schicht, die Siliziumatome, Sauerstoffatome und Argonatome enthält, entlang der Grenzfläche der beiden erzeugt. In diesem Fall sollte, da die Konzentration der enthaltenen Sauerstoffatome in dem Trägersubstrat, das aus einkristallinem Silizium zusammengesetzt ist, extrem niedrig ist, ein Gradient der Sauerstoffkonzentration von der Verbindungsschicht in die Richtung des Trägersubstrats erzeugt werden.
Die Erfinder haben diesen Punkt beachtet und den Gradienten der Sauerstoffkonzentration von der Verbindungsschicht zu dem Trägersubstrat in der Praxis gemessen. Es wurde so gezeigt, dass die Sauerstoffkonzentration von der Verbindungsschicht zu dem Trägersubstrat allmählich oder kontinuierlich abnimmt. Mit anderen Worten, es gibt keinen Peak der Sauerstoffkonzentration in der amorphen Schicht. Gemäß der Untersuchung dieses Phänomens besteht die Möglichkeit, dass die Diffusion von Sauerstoff von der Verbindungsschicht zu der Trägerschicht gegebenenfalls unzureichend sein kann.
Diesbezüglich haben die Erfinder verschiedene Verfahren zum Erleichtern der Diffusion von Sauerstoffatomen von der Verbindungsschicht zu dem Trägersubstrat untersucht. Dabei wurde gefunden, dass die Verbindungsfestigkeit des piezoelektrischen Einkristallsubstrats an dem Trägersubstrat verbessert wird und die Trennung des piezoelektrischen Einkristallsubstrats unterdrückt wird, wenn der Peak der Sauerstoffkonzentration innerhalb der amorphen Schicht erzeugt wird. Auf diese Weise wurde die vorliegende Erfindung gemacht.
Figurenliste

1 (a) zeigt den Zustand, bei dem eine Verbindungsschicht 2 auf einer Oberfläche 4a eines piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 bereitgestellt ist, 1(b) zeigt den Zustand, bei dem eine Oberfläche 2b einer Verbindungsschicht 2A durch den neutralisierten Strahl A aktiviert wird, und 1(c) zeigt den Zustand, bei dem eine Oberfläche 1a eines Trägersubstrats 1 durch den neutralisierten Strahl A aktiviert wird.
2(a) zeigt den Zustand, bei dem das piezoelektrische Einkristallsubstrat 4 und das Trägersubstrat 1 miteinander verbunden sind, 2(b) zeigt den Zustand, bei dem ein piezoelektrisches Einkristallsubstrat 4A durch Verarbeiten dünner gemacht worden ist, und
2(c) zeigt den Zustand, bei dem eine Elektrode 6 auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat 4A bereitgestellt ist.
3(a) zeigt den Zustand, bei dem eine Zwischenschicht 9 und die Verbindungsschicht 2 auf der Oberfläche 4a des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 bereitgestellt sind, 3(b) zeigt den Zustand, bei dem die Oberfläche 2b einer Verbindungsschicht 2A durch den neutralisierten Strahl A aktiviert wird, und 3(c) zeigt den Zustand, bei dem die Oberfläche 1a des Trägersubstrats 1 durch den neutralisierten Strahl A aktiviert wird.
4(a) zeigt den Zustand, bei dem das piezoelektrische Einkristallsubstrat 4 und das Trägersubstrat 1 miteinander verbunden sind, 4(b) zeigt den Zustand, bei dem das piezoelektrische Einkristallsubstrat 4A durch Verarbeiten dünner gemacht worden ist, und
4(c) zeigt den Zustand, bei dem eine Elektrode 6 auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat 4A bereitgestellt ist.

AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter geeigneter Bezugnahme auf Zeichnungen detaillierter beschrieben.
Gemäß einer Ausführungsform, die in den 1 und 2 gezeigt ist, wird zuerst, wie es in der 1 (a) gezeigt ist, eine Verbindungsschicht 2 auf einer Oberfläche 4a eines piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 bereitgestellt. 4b stellt eine Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite dar. Dabei kann eine Unregelmäßigkeit auf einer Oberfläche 2a der Verbindungsschicht 2 vorliegen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Oberfläche 2a der Verbindungsschicht 2 dann einem Einebnungsvorgang zur Bildung einer flachen Oberfläche 2b auf der Verbindungsschicht unterzogen, wie es in der 1 (b) gezeigt ist. Die Dicke der Verbindungsschicht 2 wird durch den Einebnungsvorgang üblicherweise geringer gemacht, was zu einer dünneren Verbindungsschicht 2A führt (vgl. die 1(b)). Der Einebnungsvorgang ist jedoch nicht zwangsläufig erforderlich. Dann wird ein neutralisierter Strahl auf die Oberfläche 2b der Verbindungsschicht 2A gemäß den Pfeilen A eingestrahlt, so dass die Oberfläche der Verbindungsschicht 2A aktiviert wird, wodurch eine aktivierte Oberfläche bereitgestellt wird.
Ferner wird, wie es in der 1(c) gezeigt ist, der neutralisierte Strahl A auf die Oberfläche 1a des Trägersubstrats 1 eingestrahlt, so dass sie zur Bereitstellung einer aktivierten Oberfläche 1a aktiviert wird. 1 b stellt eine Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite dar. Wie es in der 2(a) gezeigt ist, werden die aktivierte Oberfläche 2b der Verbindungsschicht 2A auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat 4 und die aktivierte Oberfläche 1a des Trägersubstrats 1 dann direkt miteinander verbunden, so dass ein verbundener Körper 5 erhalten wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Oberfläche 4b des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 des verbundenen Körpers 5 ferner einem Polieren zum Dünnermachen des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4A und zum Erhalten eines verbundenen Körpers 5A unterzogen, wie er in der 2(b) gezeigt ist. 4c stellt eine polierte Oberfläche dar.
Gemäß der 2(c) werden vorgegebene Elektroden 6 auf der polierten Oberfläche 4c des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4A gebildet, so dass eine Akustikwellenvorrichtung 7 hergestellt wird.
Dabei wird die Menge der Energie, die auf jede aktivierte Oberfläche eingestrahlt wird, in einer geeigneten Weise eingestellt, so dass eine amorphe Schicht 8 entlang einer Grenzfläche zwischen der Verbindungsschicht 2A und dem Trägersubstrat 1 erzeugt wird, wie es in den 2(a), 2(b) und 2(c) gezeigt ist.
Gemäß einer Ausführungsform, wie sie in den 3 und 4 gezeigt ist, wird dann, wie es in der 3(a) gezeigt ist, eine Zwischenschicht 9 auf einer Oberfläche 4a eines piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 bereitgestellt und eine Verbindungsschicht 2 wird auf der Zwischenschicht 9 bereitgestellt. Die Oberfläche 2a der Verbindungsschicht 2 wird dann einem Einebnungsvorgang zur Bildung einer flachen Oberfläche 2b auf der Verbindungsschicht unterzogen, wie es in der 3(b) gezeigt ist. Die Dicke der Verbindungsschicht 2 wird durch den Einebnungsvorgang üblicherweise geringer gemacht, so dass eine dünnere Verbindungsschicht 2A bereitgestellt wird. Der neutralisierte Strahl wird auf die Oberfläche 2b der Verbindungsschicht 2A gemäß den Pfeilen A eingestrahlt, so dass die Oberfläche der Verbindungsschicht 2A aktiviert wird, wodurch eine aktivierte Oberfläche bereitgestellt wird.
Ferner wird, wie es in der 3(c) gezeigt ist, der neutralisierte Strahl A auf die Oberfläche 1a des Trägersubstrats 1 eingestrahlt, so dass sie zur Bereitstellung einer aktivierten Oberfläche 1a aktiviert wird. Dann werden, wie es in der 4(a) gezeigt ist, die aktivierte Oberfläche 2b der Verbindungsschicht 2A auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat 4 und die aktivierte Oberfläche 1a des Trägersubstrats 1 direkt miteinander verbunden, so dass ein verbundener Körper 15 erhalten wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Oberfläche 4b des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 des verbundenen Körpers 15 ferner einem Polieren zum Dünnermachen eines piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4A unterzogen, so dass ein verbundener Körper 15A erhalten wird, wie er in der 4(b) gezeigt ist. Wie es in der 4(c) gezeigt ist, werden vorgegebene Elektroden 6 auf einer polierten Oberfläche 4c des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4A ausgebildet, so dass eine Akustikwellenvorrichtung 17 hergestellt wird.
Dabei wird die Menge der Energie, die auf jede aktivierte Oberfläche eingestrahlt wird, in einer geeigneten Weise eingestellt, so dass eine amorphe Schicht 8 entlang einer Grenzfläche zwischen der Verbindungsschicht 2A und dem Trägersubstrat 1 erzeugt wird, wie es in den 4(a), 4(b) und 4(c) gezeigt ist.
Jeweilige Bestandteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend detaillierter beschrieben.
(Trägersubstrat)
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Trägersubstrat 1 aus einkristallinem Silizium zusammengesetzt. Ein Übergangsmetallelement oder Seltenerdelement kann in das einkristalline Silizium dotiert werden.
(Piezoelektrisches Einkristallsubstrat)
Insbesondere können als Materialien des piezoelektrischen Einkristalls 4 und 4A Einkristalle von Lithiumtantalat (LT), Lithiumniobat (LN), einer festen Lösung aus 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 Oberflächenakustikwellenvorrichtung für Hochfrequenz- und Breitbandfrequenzanwendungen bevorzugt. Ferner ist die senkrechte Richtung der Hauptoberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 oder 4A nicht speziell beschränkt. In dem Fall, bei dem das piezoelektrische Einkristallsubstrat 4 oder 4A aus LT hergestellt ist, ist es jedoch beispielsweise bevorzugt, das Substrat aufgrund eines geringeren Ausbreitungsverlusts so zu verwenden, dass es von der Y-Achse zur Z-Achse um 36 bis 47° (beispielsweise 42°) bezogen auf die X-Achse, die eine Ausbreitungsrichtung einer Oberflächenakustikwelle ist, gedreht ist. In dem Fall, bei dem das piezoelektrische Einkristallsubstrat 4 oder 4A aus LN hergestellt ist, ist es bevorzugt, das Substrat aufgrund eines geringeren Ausbreitungsverlusts so zu verwenden, dass es von der Y-Achse zur Z-Achse um 60 bis 68° (beispielsweise 64°) bezogen auf die X-Achse, die eine Ausbreitungsrichtung einer Oberflächenakustikwelle ist, gedreht ist. Ferner kann, obwohl die Größe des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 oder 4A nicht speziell beschränkt ist, der Durchmesser beispielsweise 50 bis 150 mm betragen und die Dicke kann 0,2 bis 60 µm betragen.
(Verbindungsschicht)
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Verbindungsschicht 2A zwischen dem Trägersubstrat 1 und dem piezoelektrische Einkristallsubstrat 4 oder 4A bereitgestellt und die Verbindungsschicht 2A weist eine Zusammensetzung von Si(_1-x)O_x (0,008 ≤ × ≤ 0,408) auf. Die Zusammensetzung ist eine Zusammensetzung, deren Sauerstoffkonzentration beträchtlich niedriger ist als diejenige von SiO₂ (x = 0,667). Wenn das piezoelektrische Einkristallsubstrat 4 oder 4A mittels der Verbindungsschicht 2A aus dem Siliziumoxid Si(_1-x)O_x mit einer solchen Zusammensetzung mit dem Trägersubstrat 1 verbunden wird, kann die Verbindungsfestigkeit hoch gemacht werden und die Isoliereigenschaften der Verbindungsschicht 2A können sehr gut gemacht werden.
Wenn x in der Zusammensetzung von Si(_1-x)O_x, welche die Verbindungsschicht 2A bildet, niedriger als 0,008 ist, ist der elektrische Widerstand der Verbindungsschicht 2A niedrig und gewünschte Isoliereigenschaften können nicht erhalten werden. Folglich wird x auf 0,008 oder höher eingestellt, x kann vorzugsweise auf 0,010 oder höher eingestellt werden, mehr bevorzugt auf 0,020 oder höher eingestellt werden und insbesondere auf 0,024 oder höher eingestellt werden. Ferner wird in dem Fall, bei dem x 0,408 übersteigt, die Verbindungsfestigkeit vermindert und es besteht eine Tendenz dahingehend, dass eine Trennung des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 oder 4A auftritt, x wird folglich auf 0,408 oder niedriger und mehr bevorzugt auf 0,225 oder niedriger eingestellt.
Der spezifische elektrische Widerstand der Verbindungsschicht 2A kann vorzugsweise 4,8 × 10³ Ω · cm oder höher sein, mehr bevorzugt 5,8 × 10³ Ω · cm oder höher sein und besonders bevorzugt 6,2 × 10³ Ω · cm oder höher sein. Ferner ist der spezifische elektrische Widerstand der Verbindungsschicht 2A im Allgemeinen 1,0 × 10⁸ Ω · cm oder niedriger.
Obwohl die Dicke der Verbindungsschicht 2A nicht speziell beschränkt ist, kann sie im Hinblick auf die Herstellungskosten vorzugsweise 0,01 bis 10 µm und mehr bevorzugt 0,01 bis 0,5 µm betragen.
Obwohl das Filmbildungsverfahren der Verbindungsschicht 2 oder 2A nicht speziell beschränkt ist, können ein Sputterverfahren, ein chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren (CVD-Verfahren) und ein Gasphasenabscheidungsverfahren genannt werden. Dabei wird besonders bevorzugt während eines Reaktivsputterns unter Verwendung eines Sputtertargets aus Si die Menge des Sauerstoffgases, das in eine Kammer geleitet wird, so eingestellt, dass die Sauerstoffanteile (x) in der Verbindungsschicht 2A eingestellt werden können.
Obwohl spezifische Bedingungen in einer geeigneten Weise abhängig von der Spezifikation der Kammer ausgewählt werden, wird gemäß einem bevorzugten Beispiel der Gesamtdruck auf 0,28 bis 0,34 Pa eingestellt, wobei der Partialdruck von Sauerstoff auf 1,2 × 10^-3 bis 5,7 × 10^-2 Pa eingestellt wird und die Filmbildungstemperatur auf Umgebungstemperatur eingestellt wird. Ferner ist Si, das mit B dotiert ist, ein Beispiel für das Si-Target. Wie es später beschrieben ist, wird die Menge von B (Bor) als Fremdatom an einer Grenzfläche zwischen der Verbindungsschicht 2, 2A und dem Trägersubstrat 1 auf etwa 5 × 1018 Atome/cm³ bis 5 × 1019 Atome/cm³ eingestellt. Dadurch können die Isoliereigenschaften der Verbindungsschicht 2A mit einer größeren Sicherheit erhalten werden.
(Zwischenschicht)
Ferner kann eine Zwischenschicht 9 zwischen der Verbindungsschicht 2 oder 2A und dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat 4 oder 4A bereitgestellt werden. Eine solche Zwischenschicht 9 ist zur Verbesserung der Haftung der Verbindungsschicht 2 oder 2A und des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 oder 4A bevorzugt und die Zwischenschicht 9 kann vorzugsweise aus SiO₂, Ta₂O₅, TiO₂, ZrO₂, HfO₂, Nb₂O₃, Bi₂O₃, Al₂O₃, MgO, AIN oder Si₃N₄ zusammengesetzt sein. Insbesondere ist die Zwischenschicht aus SiO₂ zusammengesetzt.
(Amorphe Schicht)
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine amorphe Schicht 8 zwischen dem Trägersubstrat 1 und der Verbindungsschicht 2A bereitgestellt. Die amorphe Schicht 8 enthält mindestens Siliziumatome, Sauerstoffatome und Argonatome.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Sauerstoffkonzentration am Ende der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A höher eingestellt als eine durchschnittliche Sauerstoffkonzentration der Verbindungsschicht 2A. Ferner muss, wenn die Konzentration von Sauerstoffatomen am Ende der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A gemessen wird, diese an einer Position gemessen werden, die um 1 nm oder weniger von der Grenzfläche der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A entfernt ist. Ferner ist die durchschnittliche Sauerstoffkonzentration der Verbindungsschicht 2A als Durchschnitt von Messwerten an drei Punkten in der Verbindungsschicht 2A festgelegt, die einen Punkt, der von der Grenzfläche der Verbindungsschicht 2A auf der Seite des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4A um 4 nm beabstandet ist, einen Punkt in der Mitte der Filmdicke der Verbindungsschicht 2A und einen Punkt in der Verbindungsschicht 2A, der von der Grenzfläche auf der Seite der amorphen Schicht um 4 nm entfernt ist, umfassen.
Die Sauerstoffkonzentration am Ende der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A kann im Hinblick auf die elektrische Leitfähigkeit vorzugsweise 1,08 Atom-% oder höher und mehr bevorzugt 1,1 Atom-% oder höher sein. Ferner kann die Konzentration von Sauerstoffatomen am Ende der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A vorzugsweise 41,8 Atom-% oder niedriger sein.
Die durchschnittliche Sauerstoffkonzentration der Verbindungsschicht 2A kann im Hinblick auf die elektrische Leitfähigkeit vorzugsweise 0,8 Atom-% oder höher und mehr bevorzugt 1,0 Atom-% oder höher sein. Ferner kann die durchschnittliche Sauerstoffkonzentration der Verbindungsschicht 2A vorzugsweise 40,8 Atom-% oder niedriger sein.
Die Differenz zwischen der Sauerstoffatomkonzentration an einem Ende der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A und der durchschnittlichen Sauerstoffatomkonzentration der Verbindungsschicht 2A kann im Hinblick auf die Verbesserung der Verbindungsfestigkeit vorzugsweise 1,0 Atom-% oder höher und mehr bevorzugt 1,5 Atom-% oder höher sein. Mit anderen Worten, die Sauerstoffatomkonzentration der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A kann vorzugsweise um 1,0 Atom-% oder mehr und mehr bevorzugt um 1,5 Atom-% oder mehr höher sein als die durchschnittliche Sauerstoffatomkonzentration der Verbindungsschicht 2A. Dadurch kann die Verbindungsfestigkeit des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 oder 4A und des Trägersubstrats 1 weiter verbessert werden, wie es später beschrieben ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Konzentration von Argonatomen am Ende der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A höher eingestellt als die Konzentration von Argonatomen in der Verbindungsschicht 2A. Dabei muss in dem Fall, bei dem die Konzentration von Argonatomen am Ende der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A gemessen wird, diese an einer Position gemessen werden, die um 1 nm von der Grenzfläche der amorphen Schicht auf der Seite der Verbindungsschicht 2A entfernt ist. Ferner ist die durchschnittliche Argonkonzentration der Verbindungsschicht 2A als Durchschnittswert von Messwerten an drei Punkten festgelegt, die einen Punkt in der Verbindungsschicht 2A, der von der Grenzfläche der Verbindungsschicht 2A auf der Seite des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4A um 4 nm beabstandet ist, einen Punkt in der Mitte der Filmdicke der Verbindungsschicht 2A und einen Punkt in der Verbindungsschicht 2A, der von der Grenzfläche auf der Seite der amorphen Schicht 8 um 4 nm entfernt ist, umfassen.
Die Konzentration von Argonatomen am Ende der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A kann im Hinblick auf die Verbindungsfestigkeit vorzugsweise 2,1 Atom-% oder höher und mehr bevorzugt 2,4 Atom-% oder höher sein. Ferner kann die Konzentration von Argonatomen in der amorphen Schicht 8 üblicherweise 5,0 Atom-% oder weniger und vorzugsweise 4,7 Atom-% oder weniger betragen.
Die durchschnittliche Konzentration von Argonatomen in der Verbindungsschicht 2A kann vorzugsweise 1,0 Atom-% oder weniger betragen. Dies bedeutet, dass der Beitrag der Diffusion von Argonatomen in die Verbindungsschicht 2A zur Verbesserung der Verbindungsfestigkeit relativ gering ist.
Die Konzentration von Siliziumatomen in der amorphen Schicht 8 kann vorzugsweise 77,6 bis 93,6 Atom-% und mehr bevorzugt 88,8 bis 93,0 Atom-% betragen.
Ferner wird das Vorliegen der amorphen Schicht 8 in der folgenden Weise bestätigt.
Messsystem:

Die Mikrostruktur wird unter Verwendung des Transmissionselektronenmikroskops „H-9500“, das von Hitachi High-Tech Corporation geliefert wird, untersucht.

Messbedingungen:

Eine Probe eines dünn gemachten Stücks wird mittels FIB („Focused Ion Beam“-Verfahren) bei einer Beschleunigungsspannung von 200 kV untersucht.

Die Konzentrationen der jeweiligen Atome in der Verbindungsschicht 2A und der amorphen Schicht 8 werden in der folgenden Weise gemessen.
Messsystem:

Die Elementaranalyse wird unter Verwendung eines Elementaranalysesystems („JEM-ARM200F“, das von JEOL Ltd. geliefert wird) durchgeführt.

Messbedingungen:

(Bevorzugte Herstellungsbedingungen)
Der arithmetische Mittenrauwert Ra der Oberfläche der Verbindungsschicht 2A kann vorzugsweise 1 nm oder kleiner und mehr bevorzugt 0,3 nm oder kleiner sein. Ferner kann der arithmetische Mittenrauwert Ra der Oberfläche 1a des Trägersubstrats 1 vorzugsweise 1 nm oder kleiner und mehr bevorzugt 0,3 nm oder kleiner sein. Dadurch wird die Verbindungsfestigkeit des Trägersubstrats 1 und der Verbindungsschicht 2A weiter verbessert.
Das Verfahren des Einebnens der Oberflächen 2b der Verbindungsschicht 2A und der Oberfläche 1a des Trägersubstrats 1 umfasst ein Läppen, ein chemisch-mechanisches Polieren (CMP) oder dergleichen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die Oberfläche 2b der Verbindungsschicht 2A und die Oberfläche 1a des Trägersubstrats 1 durch einen neutralisierten Strahl aktiviert werden. Insbesondere in dem Fall, bei dem die Oberfläche 2b der Verbindungsschicht 2A und die Oberfläche 1a des Trägersubstrats 1 flache Oberflächen sind, kann das direkte Verbinden einfach durchgeführt werden.
Wenn die Aktivierung der Oberflächen unter Verwendung des neutralisierten Strahls durchgeführt wird, ist es bevorzugt, ein System, das in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2014-086400 A 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 Argongas in die Kammer eingeführt 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 Argongas stammen. Von den Strahlen, die ein Gitter erreichen, wird der lonenstrahl an dem Gitter neutralisiert und der Strahl von neutralen Atomen wird von der Hochgeschwindigkeitsatomstrahlquelle abgegeben.
In dem Aktivierungsschritt durch Einstrahlen eines Strahls kann die Spannung vorzugsweise auf 0,5 bis 2,0 kV eingestellt werden und der Strom kann vorzugsweise auf 50 bis 200 mA eingestellt werden.
Die Bestrahlungsmenge des FAB während der Aktivierung durch das Einstrahlen des Strahls kann vorzugsweise auf 50 kJ bis 200 kJ und mehr bevorzugt auf 70 kJ bis 180 kJ eingestellt werden.
Dann werden die aktivierten Oberflächen in einer Vakuumatmosphäre in Kontakt gebracht und miteinander verbunden. Die Temperatur kann dabei Umgebungstemperatur, insbesondere 40 °C oder niedriger und mehr bevorzugt 30 °C oder niedriger, sein. Ferner kann die Temperatur während des Verbindens mehr bevorzugt 20 °C oder höher und 25 °C oder niedriger sein. Der Druck beim Verbinden beträgt vorzugsweise 100 bis 20000 N.
Die Anwendung von jedem der verbundenen Körper 5, 5A, 15 und 15A der vorliegenden Erfindung ist nicht speziell beschränkt und dieser kann vorzugsweise als Akustikwellenvorrichtung oder optische Vorrichtung angewandt werden.
Als Akustikwellenvorrichtungen 7 und 17 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-Elektroden 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 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 4 oder 4A 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 der Oberfläche 4b oder 4c des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 oder 4A ausgebildet sind und der Metallfilm auf dem piezoelektrischen Substrat 4 oder 4A durch einen Hohlraum freiliegt, der in dem Trägerkörper 1 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 4 oder 4A ohne den Metallfilm auf der unteren Oberfläche aufweist.
Ferner können ein Metallfilm und ein Isolierfilm auf der unteren Oberfläche des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 oder 4A 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 Einkristallsubstrats 4 oder 4A ausgebildet sind und der Isolierfilm als Hohlraum hergestellt ist, so dass der Metallfilm auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat freiliegt. 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 4 oder 4A 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 2A 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 4 oder 4A ausgebildeten Domäneninversionsstruktur wird kaum gestört.
BEISPIELE
(Vergleichsbeispiel 1)
Der verbundene Körper 5A des Vergleichsbeispiels 1, das in der Tabelle 1 gezeigt ist, wurde gemäß dem Verfahren unter Bezugnahme auf die 1 und 2 hergestellt.
Insbesondere wurde ein Lithiumtantalat-Substrat (LT-Substrat) mit einem OF (flachen Orientierungs)-Teil, einem Durchmesser von 4 Zoll und einer Dicke von 250 µm als das piezoelektrische Einkristallsubstrat 4 verwendet. Es wurde ein 46°-Y-geschnittenes X-Ausbreitung-LT-Substrat, bei dem die Ausbreitungsrichtung einer Oberflächenakustikwelle (SAW) auf X eingestellt ist und der Schnittwinkel eine gedrehte Y-geschnittene Platte ist, als LT-Substrat verwendet. Die Oberfläche 4a des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 wurde einem Spiegelglanz-Oberflächenpolieren unterzogen, so dass der arithmetische Mittenrauwert Ra 0,3 nm erreichte. Ferner wird Ra durch ein Rasterkraftmikroskop (AFM) in einem Sichtfeld von 10 µm × 10 µm gemessen.
Dann wurde die Verbindungsschicht 2 als Film auf der Oberfläche 4a des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 durch ein Gleichstromsputterverfahren gebildet. Als Target wurde mit Bor dotiertes Si verwendet. Ferner wurde Sauerstoffgas als Sauerstoffquelle eingebracht. Dabei wurde die Menge des eingebrachten Sauerstoffs geändert, so dass der Gesamtdruck der Atmosphäre und der Partialdruck von Sauerstoff in einer Kammer geändert wurde, so dass der Sauerstoffanteil (x) in der Verbindungsschicht 2 eingestellt wurde. Die Dicke der Verbindungsschicht 2 wurde auf 100 bis 200 nm eingestellt. Der arithmetische Mittenrauwert Ra der Oberfläche 2a der Verbindungsschicht 2 betrug 0,2 bis 0,6 nm. Dann wurde die Verbindungsschicht 2 einem chemisch-mechanischen Polieren (CMP) unterzogen, so dass die Filmdicke auf 80 bis 190 µm eingestellt wurde und Ra auf 0,08 bis 0,4 nm eingestellt wurde.
Ferner wurde als das Trägersubstrat 1 das Trägersubstrat 1 hergestellt, das aus Si zusammengesetzt ist und den flachen Orientierungs (OF)-Teil, einen Durchmesser von 4 Zoll und eine Dicke von 500 µm aufweist. Die Oberflächen 1a und 1b des Trägersubstrats 1 wurden durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) fertigbearbeitet, so dass die jeweiligen arithmetischen Mittenrauwerte Ra 0,2 nm erreichten.
Dann wurden die flache Oberfläche 2b der Verbindungsschicht 2A und die Oberfläche 1a des Trägersubstrats 1 zur Entfernung von Verunreinigungen gereinigt, worauf sie in eine Vakuumkammer eingebracht wurden. Nach einem Evakuieren zu einer Größenordnung von 10^-6 Pa wurde ein Hochgeschwindigkeitsatomstrahl von 45 kJ auf die Oberflächen 1a und 2b der jeweiligen Substrate eingestrahlt. Dann wurden nach dem Kontaktieren der mit dem Strahl bestrahlten Oberfläche (aktivierte Oberfläche) 2b der Verbindungsschicht 2A und der aktivierten Oberfläche 1a des Trägersubstrats 1 die Substrate 1 und 4 durch Beaufschlagen mit Druck bei 10000 N für 2 Minuten verbunden (vgl. die 2(a)).
Dann wurde die Oberfläche 4b des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 einem Schleifen und Polieren unterzogen, so dass die Dicke von den ursprünglichen 250 µm auf 1 µm verändert wurde (vgl. die 2(b)).
Die Elementaranalyse des so erhaltenen verbundenen Körpers 5A wurde unter Verwendung des folgenden Systems mittels einer EDS (energiedispersive Röntgenspektroskopie) zum Messen der Anteile von Sauerstoffatomen, Siliziumatomen und Argonatomen durchgeführt.
Messsystem:

Elementaranalysesystem („JEM-ARM200F“, das von JEOL Ltd. geliefert wird).

Messbedingungen:

(Verbindungsfestigkeit)

Die Verbindungsfestigkeiten der so erhaltenen verbundenen Körper 5A wurden durch ein Rissöffnungsverfahren gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

		Vergleichsbeispiel 1			Vergleichsbeispiel 2
Substrat aus einem piezoelektrischen Material		Lithiumtantalat			Lithiumtantalat
Trägersubstrat		Si			Si
FAB-Bestrahlungsmenge (kJ)		45			22,5
Verbindungsfestigkeit (J/m²)		0,8			0,2
Messpositionen		Verbindungsschicht 2A	Endteil der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A	Trägersubstrat 1	Verbindungsschicht 2A	Endteil der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A	Trägersubstrat 1
Konzentration von Atomen (Atom-%)	Si	93,6	92,0	98,8	93,5	96,8	98,8
	O	6,4	6,0	1,2	6,5	2,0	1,2
	Ar	0	2,0	0	0	1,2	0

Wie es in der Tabelle 1 gezeigt ist, betrug gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 die Sauerstoffkonzentration in der Verbindungsschicht 6,4 Atom-% und die Sauerstoffkonzentration der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A betrug 6,0 Atom-% und die Verbindungsfestigkeit betrug 0,8 J/m².
(Vergleichsbeispiel 2)
Der verbundene Körper 5A wurde gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 hergestellt. Im Unterschied zu dem Vergleichsbeispiel 1 wurde jedoch die Bestrahlungsmenge des Argonatomstrahls während des FAB auf 22,5 kJ vermindert. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.
Als Ergebnis betrug die Sauerstoffkonzentration in der Verbindungsschicht 2A 6,5 Atom-%, die Sauerstoffkonzentration am Ende der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A betrug 2,0 Atom-% und die Verbindungsfestigkeit betrug 0,2 J/m².
(Erfindungsgemäßes Beispiel 1)

Der verbundene Körper 5A wurde mit dem gleichen Verfahren wie im Vergleichsbeispiel 1 hergestellt. Gemäß dem vorliegenden Beispiel wurde jedoch die Bestrahlungsmenge des Argonatomstrahls während des FAB auf 135 kJ eingestellt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2

		Erfindungsgemäßes Beispiel 1			Erfindungsgemäßes Beispiel 2			Erfindungsgemäßes Beispiel 3
Substrat aus einem piezoelektrischen Material		Lithiumtantalat			Lithiumtantalat			Lithiumtantalat
Trägersubstrat		Si			Si			Si
FAB-Bestrahlungsmenge (kJ)		135			90			75
Verbindungsfestigkeit (J/m²)		2,4			2,0			1,6
Messpositionen		Verbindungsschicht 2A	Endteil der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A	Trägersubstrat 1	Verbindungsschicht 2A	Endteil der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A	Trägersubstrat 1	Verbindungsschicht 2A	Endteil der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A	Trägersubstrat 1
Konzentration von Atomen (Atom-%)	Si	93,7	87,5	98,8	93,6	88,3	98,7	93,9	89,7	98,7
	O	6,3	9,0	1,2	6,4	8,5	1,3	6,1	7,4	1,3
	Ar	0	3,5	0	0	3,2	0	0	2,9	0

Wie es in der Tabelle 2 gezeigt ist, betrug gemäß dem erfindungsgemäßen Beispiel 1 die Sauerstoffatomkonzentration am Ende der Verbindungsschicht 2A 6,3 Atom-%, die Sauerstoffatomkonzentration am Ende der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A betrug 9,0 Atom-% und der Peak der Sauerstoffatomkonzentration lag in der amorphen Schicht 8 vor. Folglich war die Sauerstoffatomkonzentration am Ende der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A um 2,7 Atom-% oder mehr höher als die durchschnittliche Sauerstoffatomkonzentration in der Verbindungsschicht 2A. Als Ergebnis war die Verbindungsfestigkeit auf 2,4 J/m² verbessert.
(Erfindungsgemäßes Beispiel 2)
Der verbundene Körper 5A wurde gemäß dem gleichen Verfahren wie im erfindungsgemäßen Beispiel 1 hergestellt. Gemäß dem vorliegenden Beispiel wurde jedoch die Bestrahlungsmenge des Argonatomstrahls während des FAB auf 90 kJ eingestellt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt.
Wie es in der Tabelle 2 gezeigt ist, betrug gemäß dem erfindungsgemäßen Beispiel 2 die Sauerstoffatomkonzentration in der Verbindungsschicht 2A 6,4 Atom-%, die Sauerstoffatomkonzentration am Ende der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A betrug 8,5 Atom-% und der Peak der Sauerstoffatomkonzentration lag innerhalb der amorphen Schicht 8. Folglich war die Sauerstoffatomkonzentration am Ende der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A um 2,1 Atom-% oder mehr höher als die durchschnittliche Sauerstoffatomkonzentration in der Verbindungsschicht 2A. Als Ergebnis war die Verbindungsfestigkeit auf 2,0 J/m² verbessert.
(Erfindungsgemäßes Beispiel 3)
Der verbundene Körper 5A wurde gemäß dem gleichen Verfahren wie im erfindungsgemäßen Beispiel 1 hergestellt. Gemäß dem vorliegenden Beispiel wurde jedoch die Bestrahlungsmenge des Argonatomstrahls während des FAB auf 75 kJ eingestellt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt.
Wie es in der Tabelle 2 gezeigt ist, betrug gemäß dem erfindungsgemäßen Beispiel 3 die Sauerstoffatomkonzentration in der Verbindungsschicht 2A 6,1 Atom-%, die Sauerstoffatomkonzentration am Ende der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A betrug 7,4 Atom-% und der Peak der Sauerstoffatomkonzentration lag innerhalb der amorphen Schicht 8. Folglich war die Sauerstoffatomkonzentration am Ende der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A um 1,3 Atom-% oder mehr höher als die durchschnittliche Sauerstoffatomkonzentration in der Verbindungsschicht 2A. Als Ergebnis war die Verbindungsfestigkeit auf 1,6 J/m² verbessert.
D.h., die Sauerstoffatomkonzentration am Ende der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A ist größer als die durchschnittliche Sauerstoffkonzentration in der Verbindungsschicht 2A, so dass der verbundene Körper 5A oder 15A sehr gute Isoliereigenschaften aufweist und die Trennung des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 oder 4A und des Trägersubstrat 1 unterdrückt wird. Insbesondere wird die Sauerstoffatomkonzentration am Ende der amorphen Schicht 8 auf der Seite der Verbindungsschicht 2A um 1,5 Atom-% oder mehr höher eingestellt als die durchschnittliche Sauerstoffatomkonzentration der Verbindungsschicht 2A, so dass die Verbindungsfestigkeit des piezoelektrischen Einkristallsubstrats 4 oder 4A und des Trägersubstrats 1 weiter verbessert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7213314 B2 [0007]

Claims

Verbundener Körper, umfassend: ein piezoelektrisches Einkristallsubstrat; ein Trägersubstrat, das ein einkristallines Silizium umfasst; eine Verbindungsschicht, die zwischen dem Trägersubstrat und dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat bereitgestellt ist und eine Zusammensetzung von Si(_1-x)O_x (0,008 ≤ x ≤ 0,408) aufweist; und eine amorphe Schicht, die zwischen dem Trägersubstrat und der Verbindungsschicht bereitgestellt ist, wobei die amorphe Schicht Siliziumatome, Sauerstoffatome und Argonatome umfasst, wobei eine Konzentration der Sauerstoffatome an einem Endteil der amorphen Schicht auf einer Seite der Trägerschicht höher ist als eine durchschnittliche Konzentration der Sauerstoffatome in der Verbindungsschicht.
Verbundener Körper nach Anspruch 1, der ferner eine Zwischenschicht umfasst, die zwischen dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat und der Verbindungsschicht bereitgestellt ist und eine Zusammensetzung von SiO₂ aufweist.
Verbundener Körper nach Anspruch 1 oder 2, wobei das piezoelektrische Einkristallsubstrat Lithiumniobat, Lithiumtantalat oder eine feste Lösung aus Lithiumniobat-Lithiumtantalat umfasst.
Akustikwellenvorrichtung, umfassend: den verbundenen Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 3; und eine Elektrode, die auf dem piezoelektrischen Einkristallsubstrat bereitgestellt ist.