JP4967842B2 - シリコン基材の接合方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置および電子デバイス - Google Patents

シリコン基材の接合方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置および電子デバイス Download PDF

Info

Publication number
JP4967842B2
JP4967842B2 JP2007160798A JP2007160798A JP4967842B2 JP 4967842 B2 JP4967842 B2 JP 4967842B2 JP 2007160798 A JP2007160798 A JP 2007160798A JP 2007160798 A JP2007160798 A JP 2007160798A JP 4967842 B2 JP4967842 B2 JP 4967842B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon
silicon substrate
substrate
bonding
base material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2007160798A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2008311596A (ja
Inventor
充 佐藤
義明 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2007160798A priority Critical patent/JP4967842B2/ja
Priority to PCT/JP2008/060988 priority patent/WO2008156058A1/ja
Priority to CN200880020779A priority patent/CN101687277A/zh
Priority to KR1020097025773A priority patent/KR20100010508A/ko
Priority to US12/665,284 priority patent/US20100201735A1/en
Publication of JP2008311596A publication Critical patent/JP2008311596A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4967842B2 publication Critical patent/JP4967842B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1621Manufacturing processes
    • B41J2/1632Manufacturing processes machining
    • B41J2/1634Manufacturing processes machining laser machining
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1607Production of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/161Production of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1621Manufacturing processes
    • B41J2/1623Manufacturing processes bonding and adhesion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C3/00Assembling of devices or systems from individually processed components
    • B81C3/001Bonding of two components
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/06Silicon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/185Joining of semiconductor bodies for junction formation
    • H01L21/187Joining of semiconductor bodies for junction formation by direct bonding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
    • H01L21/2003Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy characterised by the substrate
    • H01L21/2007Bonding of semiconductor wafers to insulating substrates or to semiconducting substrates using an intermediate insulating layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2203/00Forming microstructural systems
    • B81C2203/03Bonding two components
    • B81C2203/033Thermal bonding
    • B81C2203/036Fusion bonding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/146Mixed devices
    • H01L2924/1461MEMS
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151Die mounting substrate
    • H01L2924/153Connection portion
    • H01L2924/1531Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
    • H01L2924/15311Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181Encapsulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Weting (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

本発明は、シリコン基材の接合方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置および電子デバイスに関する。
従来、2枚のシリコン基板(シリコン基材)を接合する方法として、接着剤を用いずに、ウェハ同士を直接接合するウェハ直接接合(Wafer Direct Bonding)が知られている。
ウェハ直接接合は、例えば、2枚のシリコン基板を洗浄した後、それぞれに表面処理を行うことによって表面に多数の水酸基を付着させる。そして、シリコン基板同士を重ね合わせるとともに、1000℃程度の熱処理を行うことによって接合する。
水酸基が付着したシリコン基板の表面同士を重ね合わせて熱処理すると、この表面に存在するSi−OH同士が反応して、Si−O−Si結合が形成される。これにより、シリコン基板同士が強固に接合される。このウェハ直接接合では、接着剤を使用しないので、接着剤のはみだし等の問題がなく、シリコン基板同士を簡易な工程で精度よく接合することができる。このため、例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)の組み立て、半導体素子、および各種パッケージ等への応用が期待される。
しかし、従来のウェハ直接接合では、1000℃程度の熱処理が必要であることから、シリコン基板に電子回路や可動構造等が作り込まれている場合、これらの熱によるダメージが問題となる。
そこで、2枚のシリコン基板の少なくとも一方の表面に対して、プラズマ発生装置を用いた酸素プラズマによる親水化処理を施し、この親水化した面同士を重ね合わせるとともに、200〜450℃の温度での熱処理によって、2枚のシリコン基板を接合する接合方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、上記のような接合方法では、2枚のシリコン基板を主にSi−O−Si結合に基づいて接合している。このため、十分な接合強度が得られない。また、接合界面において化学結合が不連続なものとなり、それに伴って、機械的特性、電気的特性および化学的特性も、接合界面において不連続になってしまう。
このため、例えば、p型シリコン基板とn型シリコン基板とを接合して半導体素子を作製する場合、2枚のシリコン基板間の接合界面において、主にSi−O−Si結合に基づく接触抵抗が顕在化し、半導体素子の特性が低下するおそれがある。
特開平5−82404号公報
本発明は、高温での熱処理を行わなくとも、シリコン基材同士を精度よく強固に接合することができるシリコン基材の接合方法、この接合方法を用いて製造された信頼性の高い液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置、および、前記シリコン基材の接合方法を用いて製造された電子デバイスを提供することを目的とする。
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のシリコン基材の接合方法は、表面にSi−H結合を有する第1のシリコン基材を用意し、前記表面にエネルギーを付与して、前記Si−H結合を選択的に切断することにより、前記表面にシリコンの未結合手を露出させる第1の工程と、
表面にシリコンの未結合手が露出した第2のシリコン基材を用意し、前記シリコンの未結合手を露出させた前記第1のシリコン基材の表面と、前記第2のシリコン基材の前記表面とを密着させることにより、これらを接合する第2の工程とを有することを特徴とする。
これにより、高温での熱処理を行わなくとも、シリコン基材同士を精度よく強固に接合することができる。
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記第1の工程において、前記第1のシリコン基材の表面に対するエネルギーの付与は、レーザ光の照射により行われることが好ましい。
これにより、第1のシリコン基材の変質・劣化を確実に防止しつつ、Si−H結合を選択的に効率よく切断することができる。
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記レーザ光は、パルスレーザであることが好ましい。
これにより、第1のシリコン基材のレーザ光が照射された部分に経時的に熱が蓄積され難いので、蓄積された熱による第1のシリコン基材の変質・劣化を確実に防止することができる。その結果、第1のシリコン基材の内部にまで蓄積された熱の影響が及ぶのを、防止することができる。
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記レーザ光を照射した部分の温度が、常温〜600℃になるように、前記第1のシリコン基材の表面に対して照射するレーザ光の条件を調整することが好ましい。
これにより、レーザ光を照射された部分において、Si−Si結合をほとんど切断することなく、Si−H結合のみを選択的に切断することができる。
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記第1の工程において、前記第1のシリコン基材の表面に対するエネルギーの付与は、前記第1のシリコン基材を加熱することにより行われることが好ましい。
これにより、高価な設備等を用いることなく、簡単にエネルギーを付与することができる。
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記第1のシリコン基材を加熱する際の温度は、200〜600℃であることが好ましい。
これにより、Si−H結合を選択的に切断することができる。
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記表面にSi−H結合を有する第1のシリコン基材は、シリコンで構成された基材の表面にフッ酸含有液によるエッチングを施してなるものであることが好ましい。
このようなフッ酸含有液は、シリコンに対する酸化シリコンのエッチング選択比が極めて高い。このため、エッチング液としてフッ酸含有液を用いることにより、基材の母材が劣化するのを防止しつつ、基材に形成された酸化シリコンを選択的に除去し、表面にシリコンの未結合手を露出させることができる。
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記シリコンで構成された基材は、原料ガスとしてシラン系ガスを用い、CVD法によって形成されたものであることが好ましい。
これにより、水素化アモルファスシリコンで構成された第1のシリコン基材を効率よく作製することができる。
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記第1の工程および前記第2の工程は、不活性ガス雰囲気中または減圧雰囲気中で行うことが好ましい。
これにより、前記第1のシリコン基材の前記表面や、前記第2のシリコン基材の前記表面が汚染されたり、大気中の酸素や水分等が付着して、前記各表面が酸化されたりするのを確実に防止することができる。その結果、各表面に露出した未結合手が、酸素や水酸基等で不本意に終端化されるのを防止することができる。
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記シリコンの未結合手を露出させた前記第1のシリコン基材の表面と、前記第2のシリコン基材の前記表面とを密着させた状態で、これらを加熱することが好ましい。
これにより、接合に要する時間を短縮するとともに、接合体の接合強度をより高めることができる。
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記第1のシリコン基材および前記第2のシリコン基材を加熱する加熱温度は、40〜200℃であることが好ましい。
これにより、第1のシリコン基材および第2のシリコン基材に、熱による変質・劣化が発生するのを防止しつつ、接合に要する時間を十分に短縮するとともに、接合体の接合強度をより高めることができる。
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記シリコンの未結合手を露出させた前記第1のシリコン基材の表面と、前記第2のシリコン基材の前記表面とを密着させた状態で、これらが互いに近づく方向に加圧することが好ましい。
これにより、接合体の接合強度をより高めることができる。
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記加圧の際の圧力は、1〜1000MPaであることが好ましい。
これにより、各シリコン基材に損傷等が発生するのを防止しつつ、接合体の接合強度を確実に高めることができる。
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記シリコンの未結合手が表面に露出した第2のシリコン基材は、シリコンで構成された基材の表面にフッ酸含有液によるエッチングを施し、前記表面にSi−H結合を付着させた後、前記表面にエネルギーを付与して、前記Si−H結合を選択的に切断することにより得られたものであることが好ましい。
これにより、第1のシリコン基材および第2のシリコン基材のそれぞれの結晶構造や組成によらず、接合体を得ることができる。
本発明の液滴吐出ヘッドは、2つのシリコン基材を接合してなる接合体を備え、
該接合体が、本発明のシリコン基材の接合方法を用いて製造されたものであることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い液滴吐出ヘッドが得られる。
本発明の液滴吐出装置は、本発明の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い液滴吐出装置が得られる。
本発明の電子デバイスは、2つのシリコン基材を接合してなる接合体を備え、
該接合体が、本発明のシリコン基材の接合方法を用いて製造されたものであることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子デバイスが得られる。
以下、本発明のシリコン基材の接合方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置および電子デバイスを添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
<シリコン基材の接合方法>
まず、本発明のシリコン基材の接合方法について説明する。
図1または図2は、それぞれ本発明のシリコン基材の接合方法の実施形態を説明するための模式図(縦断面図)である。なお、以下の説明では、図1または図2中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
本発明のシリコン基材の接合方法は、2枚のシリコン基材(第1のシリコン基材と第2のシリコン基材)の表面同士を直接接触させて接合する方法である。
かかる方法は、[1]表面にSi−H結合を有する第1のシリコン基材を用意し、その表面にシリコンの未結合手を露出させ、活性化させる活性化工程(第1の工程)と、[2]表面にシリコンの未結合手が露出した第2のシリコン基材を用意し、第1のシリコン基材の表面と第2のシリコン基材の表面とを密着させることにより、第1のシリコン基材と第2のシリコン基材とを接合する接合工程(第2の工程)とを有する。以下、これらの各工程について詳述する。
[1]活性化工程(第1の工程)
本実施形態では、[1−1]まず、シリコンで構成された基材を用意し、[1−2]この基材の表面にフッ酸含有液によるエッチングを施す。[1−3]次いで、エッチングを施した基材の表面に、エネルギーを付与して、表面にシリコンの未結合手を露出させ、活性化させる。以下、本工程を順次説明する。
[1−1]
ここで用意する図1(a)に示す基材11の構成材料は、例えば、アモルファスシリコンや、単結晶シリコン、多結晶シリコンのような結晶シリコン等が挙げられる。
このうち、アモルファスシリコンは、例えば、蒸着法、スパッタ法、プラズマCVD法、熱CVD法のような各種CVD法によって作製したものを用いることができる。
また、特に、原料ガスとしてシラン(SiH)、ジシラン(Si)等のシラン系ガスを用い、CVD法によって作製された水素化アモルファスシリコンが、基材1を構成する材料として好ましく用いられる。このような方法で作製された水素化アモルファスシリコンは、シリコン原子が、結晶構造のような長距離規則性を持たずに無秩序に配列してなる材料である。シランを用いたCVD法によれば、水素化アモルファスシリコンで構成された基材11(第1のシリコン基材)を効率よく作製することができる。
また、マスク等を介してCVD法を行うことにより、所望の領域にのみ選択的に水素化アモルファスシリコンを成膜することができる。これにより、所望の形状をなす基材11を容易に作製することができるという利点もある。
なお、マスク等を用いることなく、広い面積に対して水素化アモルファスシリコンを成膜した後、この膜を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を組み合わせてパターニングするようにしてもよい。かかる方法によっても、所望の形状をなす基材11を容易に作製することができる。
また、水素化アモルファスシリコンにおける水素含有率は、0.5〜20atm%程度であるのが好ましく、1〜15atm%程度であるのがより好ましい。水素化アモルファスシリコンの水素含有率が前記範囲内であることにより、基材11の機械的特性の低下を防止することができる。
なお、水素含有率が前記上限値を上回ると、水素化アモルファスシリコンが脆化し、機械的特性が低下するおそれがある。また、水素含有率が高すぎるため、そのような水素化アモルファスは、現状の成膜技術では作製条件の設定が難しく、量産性に欠ける可能性がある。
ところで、水素化アモルファスシリコンにおける水素含有率は、水素化アモルファスシリコンがプラズマCVDによって成膜されたものである場合、原料ガスの組成、流量、プラズマの出力、プラズマCVD装置のチャンバ内の圧力、成膜温度等の各種パラメータを適宜設定することにより制御することができる。
一方、結晶シリコンは、ダイヤモンド型構造を有する結晶質の材料である。
結晶シリコンのうち、単結晶シリコンでは、材料全体においてシリコン原子が規則正しく配列している。これに対し、多結晶シリコンは、異なる面方位を有する単結晶シリコンの粒が集合してなる材料である。
また、基材11には、必要に応じて、p型ドーパントやn型ドーパント等が添加されていてもよい。これにより、基材11の電気的特性を制御することができる。
なお、一般に、基材11では、図1(a)に示すように、シリコン材料で構成された母材12の表面に、酸化シリコンで構成された酸化膜13が形成されている。この酸化膜13は、大気中の酸素や水分等の影響で、母材12の表面に自然に形成されるものである。
[1−2]
次に、用意した基材11の表面に、図1(b)に示すように、フッ酸含有液20によるエッチングを施す。
フッ酸含有液20は、フッ酸系エッチング液であり、例えば、フッ酸(HF)溶液、バッファードフッ酸(フッ酸とフッ化アンモニウム(NHF)との混合液)等が挙げられる。このようなフッ酸含有液20は、シリコンに対して酸化シリコンのエッチング選択比が極めて高い。このため、エッチング液としてフッ酸含有液20を用いることにより、基材11の母材12が劣化するのを防止しつつ、基材11に形成された酸化シリコンを選択的に除去することができる。すなわち、基材11には、前述したように、大気中の酸素や水分の影響で表面に酸化シリコンで構成された酸化膜13が形成されているが、フッ酸含有液20を用いたエッチングにより、この酸化膜13のみを選択的に除去することができる。
また、フッ酸含有液20によるエッチングを施すことにより、基材11(母材12)の表面の平滑性を高めることができる。これにより、後述する工程において、得られた2つのシリコン基材同士を密着させる際に、密着する表面の密着性が高くなる。このため、2つのシリコン基材同士を、高強度かつ高精度に接合することができる。
表面の酸化膜13が除去されると、母材12の表面14にシリコンの未結合手が露出する。しかしながら、このシリコンの未結合手には、図1(c)に示すように、フッ酸含有液20中の水素イオンが瞬時に結合し、終端化される。これにより、表面14にSi−H結合を有する第1のシリコン基材1が得られる。
なお、表面14に露出したシリコンの未結合手が終端化されると、第1のシリコン基材1の表面14は、化学的に安定化する。このため、大気中に放置しても第1のシリコン基材1の表面14に酸化膜が形成されるのを防止することができる。すなわち、表面14にSi−H結合が高密度に形成された状態を保持することができる。したがって、この状態であれば、大気中であっても短時間(1時間程度)であれば、保存することが可能となる。
また、表面14にSi−H結合を有する第1のシリコン基材1を長時間にわたって保存する場合には、その保存環境(雰囲気)を窒素ガス、アルゴンガスのような不活性ガス雰囲気、または、減圧雰囲気とするのが好ましい。これにより、数時間を超えるような長時間であっても、表面14に存在するSi−H結合が安定して維持される。
[1−3]
次に、エッチングを施し、Si−H結合を露出させた第1のシリコン基材1の表面14に、エネルギーを付与する。
エネルギーを付与する方法としては、例えば、エネルギー線を照射する方法、第1のシリコン基材1を加熱する方法等が挙げられる。前者の方法によれば、所望の領域に所望のエネルギー量を付与することができる。また、後者の方法によれば、高価な設備等を必要とせず、簡単にエネルギーを付与することができる。以下、各方法について詳述する。
まず、照射するエネルギー線としては、例えば、紫外光、レーザ光のような光、電子線、粒子線等が挙げられる。これらの中でも、照射するエネルギー線は、レーザ光または紫外光であるのが好ましい(図1(d)参照)。レーザ光によれば、第1のシリコン基材1の変質・劣化を確実に防止しつつ、Si−H結合を選択的に効率よく切断することができる。また、紫外光によれば、紫外ランプのような比較的簡単な設備で、広範囲にわたってSi−H結合を選択的に効率よく切断することができる。
ここで、レーザ光としては、例えば、エキシマレーザのようなパルス発振レーザ(パルスレーザ)、炭酸ガスレーザ、半導体レーザのような連続発振レーザ等が挙げられる。
このうち、本実施形態では、パルスレーザが好ましく用いられる。パルスレーザでは、第1のシリコン基材1のレーザ光が照射された部分に経時的に熱が蓄積され難いので、蓄積された熱による第1のシリコン基材1の変質・劣化を確実に防止することができる。すなわち、パルスレーザによれば、第1のシリコン基材1の内部にまで蓄積された熱の影響が及ぶのを、防止することができる。
また、パルスレーザのパルス幅は、熱の影響を考慮した場合、できるだけ短い方が好ましい。具体的には、パルス幅が1ps(ピコ秒)以下であるのが好ましく、500fs(フェムト秒)以下であるのがより好ましい。パルス幅を前記範囲内にすれば、レーザ光照射に伴って第1のシリコン基材1に生じる熱の影響を、ほぼ抑えることができる。なお、パルス幅が前記範囲内程度に小さいパルスレーザは、「フェムト秒レーザ」と呼ばれる。
また、レーザ光の波長は、特に限定されないが、例えば、200〜1200nm程度であるのが好ましく、400〜1000nm程度であるのがより好ましい。
また、レーザ光のピーク出力は、パルスレーザの場合、パルス幅によって異なるが、0.1〜10W程度であるのが好ましく、1〜5W程度であるのがより好ましい。
さらに、パルスレーザの繰り返し周波数は、0.1〜100kHz程度であるのが好ましく、1〜10kHz程度であるのがより好ましい。パルスレーザの周波数を前記範囲内に設定することにより、レーザ光を照射した部分の温度が著しく上昇して、Si−Si結合が切断されてしまうのを防止しつつ、Si−H結合を確実に切断することができる。
なお、このようなレーザ光の各種条件は、レーザ光を照射された部分の温度が、好ましくは常温(室温)〜600℃程度、より好ましくは200〜600℃程度、さらに好ましくは300〜400℃程度になるように適宜調整されるのが好ましい。これにより、レーザ光を照射された部分において、Si−Si結合をほとんど切断することなく、Si−H結合のみを選択的に切断することができる。また、特に、第1のシリコン基材1がアモルファスシリコンで構成されている場合には、温度が高くなり過ぎて、アモルファスシリコンが結晶化してしまうのを確実に防止することができる。
また、第1のシリコン基材1に照射するレーザ光は、その焦点を、第1のシリコン基材1の表面14に合わせた状態で、この表面14に沿って走査されるようにするのが好ましい。これにより、レーザ光の照射によって発生した熱が、表面14付近に局所的に蓄積されることとなる。その結果、第1のシリコン基材1の表面14に存在するSi−H結合を選択的に切断することができる。
また、照射するエネルギー線として紫外光を用いる場合、紫外光の波長は、150〜300nm程度であるのが好ましく、160〜200nm程度であるのがより好ましい。
また、紫外光を照射する時間は、特に限定されないが、0.5〜30分程度であるのが好ましく、1〜10分程度であるのがより好ましい。
一方、第1のシリコン基材1を加熱する場合、加熱温度は200〜600℃程度であるのが好ましく、300〜400℃程度であるのがより好ましい。Si−H結合の結合エネルギーは、Si−Si結合の結合エネルギーより小さいので、第1のシリコン基材1の加熱温度を前記範囲内に設定することにより、Si−H結合を選択的に切断することができる。
表面14のSi−H結合が切断されると、第1のシリコン基材1の表面14に、図2(e)に示すように、シリコンの未結合手15が露出する。
このように、本発明によれば、Si−H結合を有し、化学的に安定な状態にある表面14に対し、エネルギーを付与すれば、極短時間に、表面14にシリコンの未結合手15を露出させ、活性化させることができる。したがって、後述する接合工程を行う直前に本工程を行うようにすれば、表面14の汚染や酸化膜の生成を抑制することができる。
なお、本実施形態では、表面14にSi−H結合を有する第1のシリコン基材1を、シリコンで構成された基材の表面にフッ酸含有液によるエッチングを施すことにより作製した場合を例に説明したが、このような表面14にSi−H結合を有する第1のシリコン基材1は、上記のような方法で作製されたものに限定されず、他の方法で作製されたものでもよい。
[2]接合工程(第2の工程)
本実施形態では、[2−1]まず、前記工程[1]と同様にして、表面にシリコンの未結合手が露出した第2のシリコン基材2を得る。[2−2]次いで、第1のシリコン基材1の表面14と、用意した第2のシリコン基材2の表面とが接触するように、第1のシリコン基材1と第2のシリコン基材2とを重ね合わせる。以下、本工程を順次説明する。
[2−1]
まず、基材を用意する(図示せず)。この基材は、前記工程[1]の基材11と同様、アモルファスシリコンや結晶シリコン等で構成されている。
次に、この基材に対し、前記工程[1]と同様にして、表面にエッチングを施した後、エネルギーを付与することにより、図2(f)に示すように、表面24にシリコンの未結合手25が露出した第2のシリコン基材2を得る。
ここで、基材に対するエッチングでは、フッ酸含有液によるエッチングを施すのが好ましい。これにより、基材の表面に形成された酸化膜が確実に除去される。なお、フッ酸含有液には、前記工程[1]のフッ酸含有液20と同様のものを用いることができる。
表面の酸化膜が除去されると、シリコンの未結合手が露出する。しかしながら、このシリコンの未結合手には、フッ酸含有液中の水素イオンが瞬時に結合し、終端化される。これにより、表面にSi−H結合を有する第2のシリコン基材が得られる。
そして、基材の表面にエネルギーが付与されると、このSi−H結合が選択的に切断され、前述した未結合手25が露出する。
なお、本実施形態では、表面にシリコンの未結合手が露出した第2のシリコン基材を、シリコンで構成された基材の表面にフッ酸含有液によるエッチングを施した後、表面にエネルギーを付与することによりSi−H結合を選択的に切断することにより作製した場合を例に説明したが、このような表面にシリコンの未結合手が露出した第2のシリコン基材は、上記のような方法で作製されたものに限定されず、他の方法で作製されたものでもよい。
[2−2]
次に、前記工程[1]で得られた、第1のシリコン基材1の表面14と、用意した第2のシリコン基材2の表面24とが接触するように、第1のシリコン基材1と第2のシリコン基材2とを重ね合わせる(図2(f)参照)。これにより、第1のシリコン基材1の表面14に露出するシリコンの未結合手15と、第2のシリコン基材2の表面24に露出するシリコンの未結合手25とが結合して、Si−Si結合が形成される。その結果、第1のシリコン基材1と第2のシリコン基材2とが接合され、図2(g)に示すような接合体3が得られる。このようにして得られた接合体3は、第1のシリコン基材1と第2のシリコン基材2とが、高強度かつ高精度に接合したものとなる。
ここで、前述のようにして第1のシリコン基材1と第2のシリコン基材2とを重ね合わせた状態で、必要に応じて、第1のシリコン基材1および第2のシリコン基材2を加熱する。これにより、接合に要する時間を短縮するとともに、接合体3の接合強度をより高めることができる。
また、加熱温度は、40〜200℃程度であるのが好ましく、50〜150℃程度であるのがより好ましい。これにより、第1のシリコン基材1および第2のシリコン基材2に、熱による変質・劣化が発生するのを防止しつつ、接合に要する時間を十分に短縮するとともに、接合体3の接合強度をより高めることができる。
また、前述のようにして第1のシリコン基材1と第2のシリコン基材2とを重ね合わせた状態で、必要に応じて、第1のシリコン基材1および第2のシリコン基材2を、互いに近づく方向に加圧する。これにより、接合体3の接合強度をより高めることができる。
このとき、接合体3を加圧する際の圧力は、各シリコン基材1、2の構成材料や厚さ等に応じて若干異なるものの、1〜1000MPa程度であるのが好ましく、1〜10MPa程度であるのがより好ましい。加圧する際の圧力を前記範囲内とすることにより、各シリコン基材1、2に損傷等が発生するのを防止しつつ、接合体3の接合強度を確実に高めることができる。
なお、前述の加熱と加圧は、同時に行うのが好ましい。これにより、加熱による効果と、加圧による効果とが相乗的に発揮され、接合体3の接合強度を特に高めることができる。
また、以上のような工程[1]、[2]は、窒素ガス、アルゴンガスのような不活性ガス雰囲気中または減圧雰囲気中で行うのが好ましい。これにより、第1のシリコン基材1の表面14や第2のシリコン基材2の表面24が汚染されたり、大気中の酸素や水分等が付着して、表面14や表面24が酸化されたりするのを確実に防止することができる。その結果、表面14に露出した未結合手15や表面24に露出した未結合手25が、酸素や水酸基等で不本意に終端化される(不活性化される)のを防止することができる。
なお、シリコンの未結合手15が露出した状態の表面14では、その状態(活性状態)が経時的に緩和してしまう。このため、前記工程[1−3]で第1のシリコン基材1の表面14にシリコンの未結合手15を露出させた後、できるだけ早く本工程[2−2]を行うようにする。また、同様に、前記工程[2−1]で第2のシリコン基材2の表面24にシリコンの未結合手25を露出させた後、できるだけ早く本工程[2−2]を行うようにする。
具体的には、前記工程[1−3]や前記工程[2−1]の終了後、5分以内に本工程[2−2]を行うようにするのが好ましく、3分以内に行うのがより好ましい。かかる時間内であれば、各表面14、15が十分な活性状態を維持しているので、本工程[2−2]において第1のシリコン基材1と第2のシリコン基材2とを貼り合せたときに十分な接合強度を得ることができる。
以上のようなシリコン基材の接合方法では、高温での熱処理を行わなくとも、第1のシリコン基材1と第2のシリコン基材2とを十分な接合強度で接合することができる。このため、第1のシリコン基材1および第2のシリコン基材2が、熱によって変質・劣化してしまうのを防止することができる。
また、本発明によれば、第1のシリコン基材1と第2のシリコン基材2とを接合したとき、その接合界面はSi−Si結合に基づいて接合されている。このため、従来のように、接合界面がSi−O−Si結合に基づいて接合されている場合に比べ、第1のシリコン基材1から第2のシリコン基材2にかけて、より強固な接合を行うことができる。また、より連続的な特性(機械的特性、電気的特性および化学的特性)を有する接合体3が得られる。
また、第1のシリコン基材1と第2のシリコン基材2とを、高強度かつ高精度に接合することができる。
さらに、本発明によれば、各シリコン基材1、2の結晶構造や組成によらず、接合体3を得ることができる。
なお、以上のようなシリコン基材の接合方法により得られたシリコン基材の接合体は、例えば、MEMS、半導体素子、各種パッケージ等に適用することができる。
ここでは、本発明の接合方法により得られた接合体をダイオード(半導体素子)に適用した場合を例にして説明する。
図3は、本発明のシリコン基材の接合方法を適用して得られたダイオードを示す模式図(縦断面図)である。
図3に示すダイオード200は、p型シリコン基材210とn型シリコン基材220とを有し、これらは接合界面230で直接接合されている。
また、p型シリコン基材210の接合界面230と反対側の面には、アノード240が設けられ、n型シリコン基材220の接合界面230と反対側の面には、カソード250が設けられている。
さらに、アノード240には、リード260が、カソード250には、リード270がそれぞれ設けられている。
ここで、p型シリコン基材210は、水素が添加されたアモルファスシリコンや、水素が添加された結晶シリコン等のシリコン材料に、ホウ素(B)、インジウム(In)等の3価元素のp型ドーパントを少量添加したものである。
一方、n型シリコン基材220は、p型シリコン基材210と同様のシリコン材料に、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)等の5価元素のn型ドーパントを少量添加したものである。
このようなp型シリコン基材210とn型シリコン基材220とは、本発明の接合方法を用いて接合されている。これにより、p型シリコン基材210とn型シリコン基材220とが、接触抵抗が極めて低い状態で接合される。その結果、接合界面230はpn接合となり、ダイオード200は、整流作用を示す。
そして、本発明の接合方法を適用して得られたダイオード200は、信頼性の高いものとなる。
<インクジェット式記録ヘッド>
次に、本発明のシリコン基材の接合方法を用いて得られたシリコン基材の接合体を、インクジェット式記録ヘッドに適用した場合の実施形態について説明する。
図4は、本発明のシリコン基材の接合方法を適用して得られたインクジェット式記録ヘッド(液滴吐出ヘッド)を示す分解斜視図、図5は、図4に示すインクジェット式記録ヘッドの主要部の構成を示す断面図、図6は、図4に示すインクジェット式記録ヘッドを備えるインクジェットプリンタの実施形態を示す概略図である。なお、図4は、通常使用される状態とは、上下逆に示されている。
図4に示すインクジェット式記録ヘッド(本発明の液滴吐出ヘッド)10は、図6に示すようなインクジェットプリンタ(本発明の液滴吐出装置)9に搭載されている。
図6に示すインクジェットプリンタ9は、装置本体92を備えており、上部後方に記録用紙Pを設置するトレイ921と、下部前方に記録用紙Pを排出する排紙口922と、上部面に操作パネル97とが設けられている。
操作パネル97は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、LEDランプ等で構成され、エラーメッセージ等を表示する表示部(図示せず)と、各種スイッチ等で構成される操作部(図示せず)とを備えている。
また、装置本体92の内部には、主に、往復動するヘッドユニット93を備える印刷装置(印刷手段)94と、記録用紙Pを1枚ずつ印刷装置94に送り込む給紙装置(給紙手段)95と、印刷装置94および給紙装置95を制御する制御部(制御手段)96とを有している。
制御部96の制御により、給紙装置95は、記録用紙Pを一枚ずつ間欠送りする。この記録用紙Pは、ヘッドユニット93の下部近傍を通過する。このとき、ヘッドユニット93が記録用紙Pの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動して、記録用紙Pへの印刷が行なわれる。すなわち、ヘッドユニット93の往復動と記録用紙Pの間欠送りとが、印刷における主走査および副走査となって、インクジェット方式の印刷が行なわれる。
印刷装置94は、ヘッドユニット93と、ヘッドユニット93の駆動源となるキャリッジモータ941と、キャリッジモータ941の回転を受けて、ヘッドユニット93を往復動させる往復動機構942とを備えている。
ヘッドユニット93は、その下部に、多数のノズル孔111を備えるインクジェット式記録ヘッド10(以下、単に「ヘッド10」と言う。)と、ヘッド10にインクを供給するインクカートリッジ931と、ヘッド10およびインクカートリッジ931を搭載したキャリッジ932とを有している。
なお、インクカートリッジ931として、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック(黒)の4色のインクを充填したものを用いることにより、フルカラー印刷が可能となる。
往復動機構942は、その両端をフレーム(図示せず)に支持されたキャリッジガイド軸943と、キャリッジガイド軸943と平行に延在するタイミングベルト944とを有している。
キャリッジ932は、キャリッジガイド軸943に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト944の一部に固定されている。
キャリッジモータ941の作動により、プーリを介してタイミングベルト944を正逆走行させると、キャリッジガイド軸943に案内されて、ヘッドユニット93が往復動する。そして、この往復動の際に、ヘッド10から適宜インクが吐出され、記録用紙Pへの印刷が行われる。
給紙装置95は、その駆動源となる給紙モータ951と、給紙モータ951の作動により回転する給紙ローラ952とを有している。
給紙ローラ952は、記録用紙Pの送り経路(記録用紙P)を挟んで上下に対向する従動ローラ952aと駆動ローラ952bとで構成され、駆動ローラ952bは給紙モータ951に連結されている。これにより、給紙ローラ952は、トレイ921に設置した多数枚の記録用紙Pを、印刷装置94に向かって1枚ずつ送り込めるようになっている。なお、トレイ921に代えて、記録用紙Pを収容する給紙カセットを着脱自在に装着し得るような構成であってもよい。
制御部96は、例えばパーソナルコンピュータやディジタルカメラ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷装置94や給紙装置95等を制御することにより印刷を行うものである。
制御部96は、いずれも図示しないが、主に、各部を制御する制御プログラム等を記憶するメモリ、圧電素子(振動源)14を駆動して、インクの吐出タイミングを制御する圧電素子駆動回路、印刷装置94(キャリッジモータ941)を駆動する駆動回路、給紙装置95(給紙モータ951)を駆動する駆動回路、および、ホストコンピュータからの印刷データを入手する通信回路と、これらに電気的に接続され、各部での各種制御を行うCPUとを備えている。
また、CPUには、例えば、インクカートリッジ931のインク残量、ヘッドユニット93の位置等を検出可能な各種センサ等が、それぞれ電気的に接続されている。
制御部96は、通信回路を介して、印刷データを入手してメモリに格納する。CPUは、この印刷データを処理して、この処理データおよび各種センサからの入力データに基づいて、各駆動回路に駆動信号を出力する。この駆動信号により圧電素子140、印刷装置94および給紙装置95は、それぞれ作動する。これにより、記録用紙Pに印刷が行われる。
以下、ヘッド10(本発明の液滴吐出ヘッド)について、図4および図5を参照しつつ詳述する。
ヘッド10は、複数のノズル孔(孔)111が形成されたノズル板(第1の基板)110と、各ノズル孔111に対応して配置され、インク(液体)を一時的に貯留するインク室(液体貯留空間)121を備えるインク室基板(第2の基板)120と、インク室121の容積変化を生じさせる振動板130と、振動板130に接合された圧電素子(振動源)140とを備えるヘッド本体170と、このヘッド本体170を収納する基体(ケーシング)160とを有している。なお、このヘッド10は、オンデマンド形のピエゾジェット式ヘッドを構成する。
本実施形態では、このノズル板110が、シリコン基板によって構成されている。
このノズル板110には、インク滴を吐出するための多数のノズル孔111が形成されている。これらのノズル孔111間のピッチは、印刷精度に応じて適宜設定される。
ノズル板110には、インク室基板120が固着(固定)されている。
このインク室基板120は、ノズル板110、側壁(隔壁)122および後述する振動板130により、複数のインク室(キャビティ、圧力室)121と、インクカートリッジ931から供給されるインクを貯留するリザーバ室123と、リザーバ室123から各インク室121に、それぞれインクを供給する供給口124とが区画形成されている。
各インク室121は、それぞれ短冊状(直方体状)に形成され、各ノズル孔111に対応して配設されている。各インク室121は、後述する振動板130の振動により容積可変であり、この容積変化により、インクを吐出するよう構成されている。
本実施形態では、このインク室基板120が、シリコン基板によって構成されている。そして、ノズル板110とインク室基板120とが、本発明のシリコン基材の接合方法によって接合されている。これにより、ノズル板110とインク室基板120とが高強度かつ高精度に接合される。その結果、各インク室121、各リザーバ室123および各供給口124において、それぞれの容積のバラツキが抑制され、各ノズル孔111から吐出されるインクの吐出量の均一化を図ることができる。
一方、インク室基板120のノズル板110と反対側には、振動板130が接合され、さらに振動板130のインク室基板120と反対側には、複数の圧電素子140が設けられている。
また、振動板130の所定位置には、振動板130の厚さ方向に貫通して連通孔131が形成されている。この連通孔131を介して、前述したインクカートリッジ931からリザーバ室123に、インクが供給可能となっている。
各圧電素子140は、それぞれ、下部電極142と上部電極141との間に圧電体層143を介挿してなり、各インク室121のほぼ中央部に対応して配設されている。各圧電素子140は、圧電素子駆動回路に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動(振動、変形)するよう構成されている。
各圧電素子140は、それぞれ、振動源として機能し、振動板130は、圧電素子140の振動により振動し、インク室121の内部圧力を瞬間的に高めるよう機能する。
本実施形態では、振動板130と圧電素子140とにより、インク室121内に貯留されたインクをノズル孔111から液滴として吐出させるための液滴吐出手段を構成する。
基体160は、ヘッド本体170を収納し得る凹部161を備えている。そして、この凹部161にヘッド本体170を収納した状態で、凹部161の外周部に形成された段差162によりノズル板110の縁部が支持されている。
このようなヘッド10は、圧電素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力されていない状態、すなわち、圧電素子140の下部電極142と上部電極141との間に電圧が印加されていない状態では、圧電体層143に変形が生じない。このため、振動板130も変形が生じず、インク室121には容積変化が生じない。したがって、ノズル孔111からインク滴は吐出されない。
一方、圧電素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力された状態、すなわち、圧電素子140の下部電極142と上部電極141との間に一定電圧が印加された状態では、圧電体層143に変形が生じる。これにより、振動板130が大きくたわみ、インク室121の容積変化が生じる。このとき、インク室121内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル孔111からインク滴が吐出される。
1回のインクの吐出が終了すると、圧電素子駆動回路は、下部電極142と上部電極141との間への電圧の印加を停止する。これにより、圧電素子140は、ほぼ元の形状に戻り、インク室121の容積が増大する。なお、このとき、インクには、インクカートリッジ931からノズル孔111へ向かう圧力(正方向への圧力)が作用している。このため、空気がノズル孔111からインク室121へ入り込むことが防止され、インクの吐出量に見合った量のインクがインクカートリッジ931(リザーバ室123)からインク室121へ供給される。
このようにして、ヘッド10において、印刷させたい位置の圧電素子140に、圧電素子駆動回路を介して吐出信号を順次入力することにより、任意の(所望の)文字や図形等を印刷することができる。
なお、ヘッド10は、圧電素子140の代わりに電気熱変換素子を有していてもよい。つまり、ヘッド10は、電気熱変換素子による材料の熱膨張を利用してインクを吐出する構成(いわゆる、「バブルジェット方式」(「バブルジェット」は登録商標))のものであってもよい。
かかる構成のヘッド10において、ノズル板110には、撥液性を付与することを目的に形成された被膜114が設けられている。これにより、ノズル孔111からインク滴が吐出される際に、このノズル孔111の周辺にインク滴が残存するのを確実に防止することができる。その結果、ノズル孔111から吐出されたインク滴を目的とする領域に確実に着弾させることができる。
<電子デバイス>
次に、本発明のシリコン基材の接合方法を用いて得られたシリコン基材の接合体を、電子デバイスに適用した場合の実施形態について説明する。
図7は、本発明のシリコン基材の接合方法を適用して得られた電子デバイスを示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図7中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図7に示す電子デバイス(本発明の電子デバイス)300は、絶縁基板310と、この絶縁基板310上に積層された2枚のシリコンチップ320、330とを有している。
また、絶縁基板310とシリコンチップ320との間には、絶縁層340と、パターニングされた導電層350とが設けられている。この導電層350は、絶縁基板310を貫通する貫通孔311に挿通されたハンダボール360に接合されている。これにより、導電層350とハンダボール360との間の導通が図られている。
ここで、2枚のシリコンチップ320、330には、それぞれ、回路(図示せず)が形成されている。この回路は、一般的な半導体製造プロセスを用いて形成されたものである。
また、各シリコンチップ320、330に形成された回路には、それぞれ、ワイヤ370の一端が接続されており、各ワイヤ370の他端は、絶縁基板310上に設けられた導電層350に接続されている。これにより、各シリコンチップ320、330に形成された回路と、ハンダボール360との間が、電気的に接続されている。
さらに、絶縁基板310上には、封止部380が設けられている。この封止部380は、2枚のシリコンチップ320、330、およびワイヤ370を覆うことにより、これらを絶縁・封止している。
このような電子デバイス300において、2枚のシリコンチップ320、330間が、本発明のシリコン基材の接合方法を用いて接合されている。すなわち、2枚のシリコンチップ320、330のうちの一方が、前述の第1のシリコン基材に相当し、他方が第2のシリコン基材に相当している。これにより、2枚のシリコンチップ320、330が強固に接合されるとともに、これらの位置精度が高くなる。このため、電子デバイス300は、信頼性の高いものとなる。
また、2枚のシリコンチップ320、330を積層することにより、三次元的な実装を容易に行うことができる。これにより、電子デバイス300の平面サイズを縮小することができる。また、同一の平面サイズであれば、電子デバイス300の集積度を容易に高めることができる。
以上、本発明のシリコン基材の接合方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置および電子デバイスを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、本発明のシリコン基材の接合方法では、必要に応じて、1以上の任意の目的の工程を追加してもよい。
また、3つ以上のシリコン基材を接合するようにしてもよい。
本発明のシリコン基材の接合方法の実施形態を説明するための模式図(縦断面図)である。 本発明のシリコン基材の接合方法の実施形態を説明するための模式図(縦断面図)である。 本発明のシリコン基材の接合方法を適用して得られたダイオードを示す模式図(縦断面図)である。 本発明のシリコン基材の接合方法を適用して得られたインクジェット式記録ヘッド(液滴吐出ヘッド)を示す分解斜視図である。 図4に示すインクジェット式記録ヘッドの主要部の構成を示す断面図である。 図4に示すインクジェット式記録ヘッドを備えるインクジェットプリンタの実施形態を示す概略図である。 本発明のシリコン基材の接合方法を適用して得られた電子デバイスを示す縦断面図である。
符号の説明
1……第1のシリコン基材 11……基材 12……母材 13……酸化膜 14……表面 15……未結合手 2……第2のシリコン基材 20……フッ酸含有液 24……表面 25……未結合手 3……接合体 200……ダイオード 210……p型シリコン基材 220……n型シリコン基材 230……接合界面 240……アノード 250……カソード 260、270……リード 10……インクジェット式記録ヘッド 110……ノズル板 111……ノズル孔 114……被膜 120……インク室基板 121……インク室 122……側壁 123……リザーバ室 124……供給口 130……振動板 131……連通孔 140……圧電素子 141……上部電極 142……下部電極 143……圧電体層 160……基体 161……凹部 162……段差 170……ヘッド本体 9……インクジェットプリンタ 92……装置本体 921……トレイ 922……排紙口 93……ヘッドユニット 931……インクカートリッジ 932……キャリッジ 94……印刷装置 941……キャリッジモータ 942……往復動機構 943……キャリッジガイド軸 944……タイミングベルト 95……給紙装置 951……給紙モータ 952……給紙ローラ 952a……従動ローラ 952b……駆動ローラ 96……制御部 97……操作パネル P……記録用紙 300……電子デバイス 310……絶縁基板 311……貫通孔 320、330……シリコンチップ 340……絶縁層 350……導電層 360……ハンダボール 370……ワイヤ 380……封止部

Claims (17)

  1. 表面にSi−H結合を有する第1のシリコン基材を用意し、前記表面にエネルギーを付与して、前記Si−H結合を選択的に切断することにより、前記表面にシリコンの未結合手を露出させる第1の工程と、
    表面にシリコンの未結合手が露出した第2のシリコン基材を用意し、前記シリコンの未結合手を露出させた前記第1のシリコン基材の表面と、前記第2のシリコン基材の前記表面とを密着させることにより、これらを接合する第2の工程とを有することを特徴とするシリコン基材の接合方法。
  2. 前記第1の工程において、前記第1のシリコン基材の表面に対するエネルギーの付与は、レーザ光の照射により行われる請求項1に記載のシリコン基材の接合方法。
  3. 前記レーザ光は、パルスレーザである請求項2に記載のシリコン基材の接合方法。
  4. 前記レーザ光を照射した部分の温度が、常温〜600℃になるように、前記第1のシリコン基材の表面に対して照射するレーザ光の条件を調整する請求項2または3に記載のシリコン基材の接合方法。
  5. 前記第1の工程において、前記第1のシリコン基材の表面に対するエネルギーの付与は、前記第1のシリコン基材を加熱することにより行われる請求項1ないし4のいずれかに記載のシリコン基材の接合方法。
  6. 前記第1のシリコン基材を加熱する際の温度は、200〜600℃である請求項5に記載のシリコン基材の接合方法。
  7. 前記表面にSi−H結合を有する第1のシリコン基材は、シリコンで構成された基材の表面にフッ酸含有液によるエッチングを施してなるものである請求項1ないし6のいずれかに記載のシリコン基材の接合方法。
  8. 前記シリコンで構成された基材は、原料ガスとしてシラン系ガスを用い、CVD法によって形成されたものである請求項7に記載のシリコン基材の接合方法。
  9. 前記第1の工程および前記第2の工程は、不活性ガス雰囲気中または減圧雰囲気中で行う請求項1ないし8のいずれかに記載のシリコン基材の接合方法。
  10. 前記シリコンの未結合手を露出させた前記第1のシリコン基材の表面と、前記第2のシリコン基材の前記表面とを密着させた状態で、これらを加熱する請求項1ないし9のいずかに記載のシリコン基材の接合方法。
  11. 前記第1のシリコン基材および前記第2のシリコン基材を加熱する加熱温度は、40〜200℃である請求項10に記載のシリコン基材の接合方法。
  12. 前記シリコンの未結合手を露出させた前記第1のシリコン基材の表面と、前記第2のシリコン基材の前記表面とを密着させた状態で、これらが互いに近づく方向に加圧する請求項1ないし11のいずれかに記載のシリコン基材の接合方法。
  13. 前記加圧の際の圧力は、1〜1000MPaである請求項12に記載のシリコン基材の接合方法。
  14. 前記シリコンの未結合手が表面に露出した第2のシリコン基材は、シリコンで構成された基材の表面にフッ酸含有液によるエッチングを施し、前記表面にSi−H結合を付着させた後、前記表面にエネルギーを付与して、前記Si−H結合を選択的に切断することにより得られたものである請求項1ないし13のいずれかに記載のシリコン基材の接合方法。
  15. 2つのシリコン基材を接合してなる接合体を備え、
    該接合体が、請求項1ないし14のいずれかに記載のシリコン基材の接合方法を用いて製造されたものであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
  16. 請求項15に記載の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする液滴吐出装置。
  17. 2つのシリコン基材を接合してなる接合体を備え、
    該接合体が、請求項1ないし14のいずれかに記載のシリコン基材の接合方法を用いて製造されたものであることを特徴とする電子デバイス。
JP2007160798A 2007-06-18 2007-06-18 シリコン基材の接合方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置および電子デバイス Active JP4967842B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007160798A JP4967842B2 (ja) 2007-06-18 2007-06-18 シリコン基材の接合方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置および電子デバイス
PCT/JP2008/060988 WO2008156058A1 (ja) 2007-06-18 2008-06-16 シリコン基材の接合方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置および電子デバイス
CN200880020779A CN101687277A (zh) 2007-06-18 2008-06-16 硅基材的接合方法、液滴喷头、液滴喷出装置及电子器件
KR1020097025773A KR20100010508A (ko) 2007-06-18 2008-06-16 실리콘 기재의 접합 방법, 액적 토출 헤드, 액적 토출 장치 및 전자 디바이스
US12/665,284 US20100201735A1 (en) 2007-06-18 2008-06-16 Bonding method of silicon base members, droplet ejection head, droplet ejection apparatus, and electronic device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007160798A JP4967842B2 (ja) 2007-06-18 2007-06-18 シリコン基材の接合方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置および電子デバイス

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008311596A JP2008311596A (ja) 2008-12-25
JP4967842B2 true JP4967842B2 (ja) 2012-07-04

Family

ID=40156217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007160798A Active JP4967842B2 (ja) 2007-06-18 2007-06-18 シリコン基材の接合方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置および電子デバイス

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20100201735A1 (ja)
JP (1) JP4967842B2 (ja)
KR (1) KR20100010508A (ja)
CN (1) CN101687277A (ja)
WO (1) WO2008156058A1 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4858491B2 (ja) * 2007-06-18 2012-01-18 セイコーエプソン株式会社 シリコン基材の接合方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置および電子デバイス
KR20130016682A (ko) * 2011-08-08 2013-02-18 에스케이하이닉스 주식회사 듀얼 레이어 구조의 반도체칩과 듀얼 레이어 구조의 반도체칩을 갖는 패키지들 및 그 제조방법
JP6065176B2 (ja) * 2012-09-27 2017-01-25 三菱重工工作機械株式会社 常温接合装置および常温接合方法
TWI621254B (zh) * 2014-12-19 2018-04-11 G射線瑞士公司 單片cmos積體像素偵測器、及包括各種應用之粒子偵測和成像的系統與方法
JP6165127B2 (ja) * 2014-12-22 2017-07-19 三菱重工工作機械株式会社 半導体装置及び半導体装置の製造方法
WO2022070835A1 (ja) * 2020-09-30 2022-04-07 ボンドテック株式会社 基板接合方法および基板接合システム

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3175323B2 (ja) * 1991-08-26 2001-06-11 株式会社デンソー 半導体基板の製造方法
JP2701709B2 (ja) * 1993-02-16 1998-01-21 株式会社デンソー 2つの材料の直接接合方法及び材料直接接合装置
JP3535539B2 (ja) * 1993-08-26 2004-06-07 株式会社東芝 半導体装置の製造方法
JP4073197B2 (ja) * 2001-10-29 2008-04-09 財団法人ファインセラミックスセンター 金属層を有する量子構造を備えたSi系半導体デバイスおよびその製造方法
US7119365B2 (en) * 2002-03-26 2006-10-10 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor device and manufacturing method thereof, SOI substrate and display device using the same, and manufacturing method of the SOI substrate
JP4772258B2 (ja) * 2002-08-23 2011-09-14 シャープ株式会社 Soi基板の製造方法
JP2004179649A (ja) * 2002-11-12 2004-06-24 Sony Corp 超薄型半導体装置の製造方法および製造装置
FR2861497B1 (fr) * 2003-10-28 2006-02-10 Soitec Silicon On Insulator Procede de transfert catastrophique d'une couche fine apres co-implantation
US6979509B2 (en) * 2003-11-05 2005-12-27 Utc Fuel Cells, Llc Freeze tolerant fuel cell power plant with a two-component mixed coolant
JP2008532317A (ja) * 2005-02-28 2008-08-14 シリコン・ジェネシス・コーポレーション レイヤ転送プロセス用の基板強化方法および結果のデバイス
JP5249511B2 (ja) * 2006-11-22 2013-07-31 信越化学工業株式会社 Soq基板およびsoq基板の製造方法
JP4858491B2 (ja) * 2007-06-18 2012-01-18 セイコーエプソン株式会社 シリコン基材の接合方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置および電子デバイス

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100010508A (ko) 2010-02-01
CN101687277A (zh) 2010-03-31
JP2008311596A (ja) 2008-12-25
WO2008156058A1 (ja) 2008-12-24
US20100201735A1 (en) 2010-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4858491B2 (ja) シリコン基材の接合方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置および電子デバイス
JP4967842B2 (ja) シリコン基材の接合方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置および電子デバイス
JP4462313B2 (ja) 接合膜付き基材、接合方法および接合体
JP5423414B2 (ja) 電気機械変換膜の製造方法、電気機械変換膜、電気機械変換膜群、電気機械変換素子の製造方法、電気機械変換素子、電気機械変換素子群、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、画像形成装置
JP4674619B2 (ja) ノズルプレート、ノズルプレートの製造方法、液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置
JP4608629B2 (ja) ノズルプレート、ノズルプレートの製造方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法および液滴吐出装置
JP2012000873A (ja) 液体噴射ヘッドの製造方法
JP2017052135A (ja) Memsデバイス、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、memsデバイスの製造方法、及び液体噴射ヘッドの製造方法
US6925712B2 (en) Method of fabricating a liquid-jet head
JP2006228866A (ja) 圧電アクチュエータの製造方法、圧電アクチュエータ、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
US8784591B2 (en) Process for producing liquid ejection head
JP2004181893A (ja) 記録ヘッドの製造方法と記録ヘッド及びインクジェット記録装置
JP3311718B2 (ja) 流体噴射装置の製造方法
JP2004160947A (ja) 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置
JP2009190349A (ja) 液体噴射ヘッドの製造方法
JP2009190339A (ja) 液体噴射ヘッド及びその製造方法
JP2009046541A (ja) 接合膜付き基材、接合膜付き基材の製造方法、接合方法および接合体
JP2005238789A (ja) エッチング方法、基板、電子部品、電子部品の製造方法および電子機器
JP5434772B2 (ja) 接合方法
JP2010029869A (ja) 接合方法および接合体
JP2010280229A (ja) ノズルプレート、ノズルプレートの製造方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法および液滴吐出装置
JP2010167634A (ja) 液体噴射ヘッドの製造方法及びデバイスの製造方法
JP2007130816A (ja) 液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット記録装置
JP2006224348A (ja) 圧電アクチュエータの製造方法、圧電アクチュエータ、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP5891820B2 (ja) 薄膜形成方法、電気−機械変換素子の製造方法、および液体吐出ヘッドの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111213

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120207

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120306

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120319

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150413

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350