JP6427712B2 - 接合方法 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、圧電基板とシリコン基板とをエポキシ接着剤からなる接着層によって貼り合わせた構造の弾性表面波デバイスが提案されている。
前記圧電性材料基板上に酸化珪素膜を設ける工程、
前記酸化珪素膜上に接合層を形成し、前記接合層が、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記接合層の表面および前記支持基板の表面に中性化ビームを照射することで前記接合層の前記表面および前記支持基板の前記表面を活性化する工程、および
前記接合層の前記表面と前記支持基板の表面とを直接接合する工程
を有することを特徴とする
前記支持基板上に酸化珪素膜を設ける工程、
前記酸化珪素膜上に接合層を形成し、前記接合層が窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記接合層の表面および前記圧電性材料基板の表面に中性化ビームを照射することで前記接合層の前記表面および前記圧電性材料基板の前記表面を活性化する工程、および
前記接合層の前記表面と前記圧電性材料基板の前記表面とを直接接合する工程
を有することを特徴とする。
前記圧電性材料基板上に第一の接合層を形成し、前記第一の接合層が窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記支持基板上に第二の接合層を形成し、前記第二の接合層が窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記第一の接合層の前記表面および前記第二の接合層の前記表面に中性化ビームを照射することで前記第一の接合層の前記表面および前記第二の接合層の前記表面を活性化する工程、および
前記第一の接合層の前記表面と前記第二の接合層の前記表面とを直接接合する工程
を有することを特徴とする。
図1〜図5は第一の発明に係るものである。また、図1、図2は、圧電性材料基板上に酸化珪素膜を設ける実施形態に係るものである。
図3(a)に示すように、圧電性材料基板11の表面11aに加工を施し、粗面11aを形成する。11bは反対側の表面である。次いで、図3(b)に示すように、粗面11a上に接合層12を設ける。この時点では、接合層12の表面12aにも粗面が転写されており、凹凸が形成されている。
すなわち、図5(a)に示すように、圧電性材料基板11の表面に加工を施し、粗面11aを形成する。次いで、粗面11a上に酸化珪素膜22を設ける。
本発明の接合体の用途は特に限定されず、例えば、弾性波素子や光学素子に好適に適用できる。
酸化珪素膜の厚さは、特に限定されないが、0.1μm〜1.0μmが好ましい。
また、粗面化加工の方法は、研削、研磨、エッチング、サンドブラストなどがある。
ビーム照射による活性化時の電圧は0.5〜2.0kVとすることが好ましく、電流は50〜200mAとすることが好ましい。
図1〜図2を参照しつつ説明した第一の発明の方法に従って、接合体を作製した。
具体的には、オリエンテーションフラット部(OF部)を有し、直径が4インチ,厚さが250μmのタンタル酸リチウム基板(LT基板)を圧電性材料基板1として使用した。また、支持基板6として、OF部を有し、直径が4インチ,厚さが230μmのシリコン基板を用意した。LT基板は、弾性表面波(SAW)の伝搬方向をXとし、切り出し角が回転Yカット板である46°YカットX伝搬LT基板を用いた。圧電性材料基板1の表面1aと支持基板6の表面6aは、算術平均粗さRaが1nmとなるように鏡面研磨しておいた。算術平均粗さは原子間力顕微鏡(AFM)で、縦10μm×横10μmの正方形の視野を評価した。
実施例A1において、接合層3の材質をアルミナとし、接合層3の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例A1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.4J/m2であった。
実施例A1において、接合層3の材質を五酸化タンタル(Ta2O5)とし、接合層3の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例A1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.5J/m2であった。
実施例A1において、接合層3の材質を窒化珪素(Si3N4)とし、接合層3の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例A1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.4J/m2であった。
実施例A1において、接合層3の材質を窒化アルミニウム(AlN)とし、接合層3の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例A1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.3J/m2であった。
実施例A1において、接合層3の材質を五酸化ニオブ(Nb2O5)とし、接合層3の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例A1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.8J/m2であった。
実施例A1において、接合層3の材質を酸化チタン(TiO2)とし、接合層3の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例A1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.6J/m2であった。
実施例A1において、接合層3を設けなかった。その他は実施例A1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれが発生した。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、0.1J/m2であった。
実施例A3と同様にして、接合層3として五酸化タンタル層を設けた。そして、接合層の表面と支持基板の表面とをプラズマ活性化法によって表面活性化した。その他は実施例A4と同様にして接合体を製造した。チャンバー内を10−1Pa台まで真空引きした後、ウェハー表面にN2プラズマ(パワー200W)を60s照射し、その後大気に出し、純水で洗浄する。更に大気中で接合させ、荷重2000Nを2分間印加した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれが発生した。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、0.3J/m2であった。
図3、図4を参照しつつ説明した第一の発明の方法に従い、接合体を作製した。
具体的には、オリエンテーションフラット部(OF部)を有し、直径が4インチ,厚さが250μmのタンタル酸リチウム基板(LT基板)を用意し、圧電性材料基板11とした。また、支持基板6として、OF部を有し、直径が4インチ,厚さが230μmのシリコン基板を用意した。LT基板は、弾性表面波(SAW)の伝搬方向をXとし、切り出し角が回転Yカット板である46°YカットX伝搬LT基板を用いた。
次いで、圧電性材料基板11の表面11cを、厚みが当初の250μmから20μmになるように研削及び研磨した。
作製した接合体を用いてSAW(表面弾性波)フィルターを作製し、300℃で加熱をしたが、接合界面での剥離や、周波数のシフトは確認できなかった。
実施例B1において、接合層3の材質をアルミナとした。その他は実施例B1と同様にして接合体を製造した。この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.4J/m2であった。
作製した接合体を用いてSAW(表面弾性波)フィルターを作製し、300℃で加熱をしたが、接合界面での剥離や、周波数のシフトは確認できなかった。
実施例B1において、接合層3の材質を五酸化タンタル(Ta2O5)とした。その他は実施例B1と同様にして接合体を製造した。この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.5J/m2であった。
作製した接合体を用いてSAW(表面弾性波)フィルターを作製し、300℃で加熱をしたが、接合界面での剥離や、周波数のシフトは確認できなかった。
実施例B1において、接合層3の材質を窒化珪素(Si3N4)とした。その他は実施例B1と同様にして接合体を製造した。この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.4J/m2であった。
作製した接合体を用いてSAW(表面弾性波)フィルターを作製し、300℃で加熱をしたが、接合界面での剥離や、周波数のシフトは確認できなかった。
実施例B1において、接合層3の材質を窒化アルミニウム(AlN)とした。その他は実施例B1と同様にして接合体を製造した。この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.3J/m2であった。
作製した接合体を用いてSAW(表面弾性波)フィルターを作製し、300℃で加熱をしたが、接合界面での剥離や、周波数のシフトは確認できなかった。
実施例B1において、接合層3の材質を五酸化ニオブ(Nb2O5)とした。その他は実施例B1と同様にして接合体を製造した。この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.8J/m2であった。
作製した接合体を用いてSAW(表面弾性波)フィルターを作製し、300℃で加熱をしたが、接合界面での剥離や、周波数のシフトは確認できなかった。
実施例B1において、接合層3の材質を酸化チタン(TiO2)とした。その他は実施例B1と同様にして接合体を製造した。この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.6J/m2であった。
作製した接合体を用いてSAW(表面弾性波)フィルターを作製し、300℃で加熱をしたが、接合界面での剥離や、周波数のシフトは確認できなかった。
実施例B1と同様にして表面弾性波フィルターを作製した。ただし、接合層の材質を樹脂とし、基板同士を直接接合せずに樹脂接着した。この結果、300℃加熱後に剥離と周波数シフトが発生した。
実施例B3と同様にして、接合層3として五酸化タンタル層を設けた。そして、接合層の表面と支持基板の表面とをプラズマ活性化法によって表面活性化した。その他は実施例B4と同様にして接合体を製造した。チャンバー内を10−1Pa台まで真空引きした後、ウェハー表面にN2プラズマ(パワー200W)を60s照射し、その後大気に出し、純水で洗浄する。更に大気中で接合させ、荷重2000Nを2分間印加した。
この結果、接合直後にはクラックオープニング法で接合強度を評価した所、0.3J/m2であったが、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれが発生した。このため、表面弾性波フィルターを作製できなかった。
図6〜図7を参照しつつ説明した第二の発明の方法に従って、接合体を作製した。
具体的には、図6に示すように、支持基板6として、OF部を有し、直径が4インチ,厚さが230μmのシリコン基板を用意した。LT基板は、弾性表面波(SAW)の伝搬方向をXとし、切り出し角が回転Yカット板である46°YカットX伝搬LT基板を用いた。支持基板6の表面6aは、算術平均粗さRaが1nmとなるように鏡面研磨しておいた。算術平均粗さは原子間力顕微鏡(AFM)で、縦10μm×横10μmの正方形の視野を評価した。次いで、支持基板6の表面6aに酸化珪素膜2を1.0μmスパッタリング法で成膜した。成膜後の算術平均粗さRaは、2nmであった。次に、酸化珪素膜2上に、ムライトからなる接合層3を1.0μm、CVD法で成膜した。成膜後のRaは2.0nmであった。次に、接合層3を化学機械研磨加工(CMP)し、膜厚を0.5μmとし、Raを0.3nmとした。
実施例C1において、接合層3の材質をアルミナとし、接合層3の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例C1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.4J/m2であった。
実施例C1において、接合層3の材質を五酸化タンタル(Ta2O5)とし、接合層3の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例C1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.5J/m2であった。
実施例C1において、接合層3の材質を窒化珪素(Si3N4)とし、接合層3の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例C1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.4J/m2であった。
実施例C1において、接合層3の材質を窒化アルミニウム(AlN)とし、接合層3の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例C1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.3J/m2であった。
実施例C1において、接合層3の材質を五酸化ニオブ(Nb2O5)とし、接合層3の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例C1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、2.0J/m2であった。
実施例C1において、接合層3の材質を酸化チタン(TiO2)とし、接合層3の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例C1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.8J/m2であった。
実施例C1において、接合層4Aを設けなかった。その他は実施例C1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれが発生した。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、0.1J/m2であった。
実施例C3と同様にして、接合層4として五酸化タンタル層を設けた。そして、接合層の表面と圧電性材料基板の表面とをプラズマ活性化法によって表面活性化した。その他は実施例C4と同様にして接合体を製造した。チャンバー内を10−1Pa台まで真空引きした後、ウェハー表面にN2プラズマ(パワー200W)を60s照射し、その後大気に出し、純水で洗浄する。更に大気中で接合させ、荷重2000Nを2分間印加した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれが発生した。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、0.3J/m2であった。
図8〜図9を参照しつつ説明した第三の発明の方法に従って、接合体を作製した。
具体的には、オリエンテーションフラット部(OF部)を有し、直径が4インチ,厚さが250μmのタンタル酸リチウム基板(LT基板)を圧電性材料基板1として使用した。圧電性材料基板1の表面1aと支持基板6の表面6aは、算術平均粗さRaが1nmとなるように鏡面研磨しておいた。次いで、圧電性材料基板1の表面1aに酸化珪素膜2を1.0μmスパッタリング法で成膜した。成膜後の算術平均粗さRaは、2nmであった。次に、酸化珪素膜2上に、ムライトからなる接合層を1.0μm、CVD法で成膜した。成膜後のRaは2.0nmであった。次に、接合層を化学機械研磨加工(CMP)し、膜厚を0.5μmとし、Raを0.3nmとした。
実施例D1において、第一の接合層、第二の接合層の材質をアルミナとし、接合層の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例D1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.4J/m2であった。
実施例D1において、第一の接合層、第二の接合層の材質を五酸化タンタル(Ta2O5)とし、接合層の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例D1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.5J/m2であった。
実施例D1において、第一の接合層、第二の接合層の材質を窒化珪素(Si3N4)とし、接合層の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例D1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.4J/m2であった。
実施例D1において、第一の接合層、第二の接合層の材質を窒化アルミニウム(AlN)とし、接合層の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例D1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.3J/m2であった。
実施例D1において、第一の接合層、第二の接合層の材質を五酸化ニオブ(Nb2O5)とし、接合層の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例D1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、2.0J/m2であった。
実施例D1において、第一の接合層、第二の接合層の材質を酸化チタン(TiO2)とし、接合層の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例D1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.8J/m2であった。
実施例D1において、第一の接合層を設けなかった。その他は実施例D1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれが発生した。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、0.1J/m2であった。
実施例D3と同様にして、第一の接合層および第二の接合層として五酸化タンタル層を設けた。そして、接合層の表面と支持基板の表面とをプラズマ活性化法によって表面活性化した。その他は実施例D4と同様にして接合体を製造した。チャンバー内を10−1Pa台まで真空引きした後、ウェハー表面にN2プラズマ(パワー200W)を60s照射し、その後大気に出し、純水で洗浄する。更に大気中で接合させ、荷重2000Nを2分間印加した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれが発生した。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、0.3J/m2であった。
Claims (19)
- 圧電性材料基板と、単結晶からなる支持基板とを接合する方法であって、
前記圧電性材料基板上に酸化珪素膜を設ける工程、
前記酸化珪素膜上に接合層を形成し、前記接合層が、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記接合層の表面および前記支持基板の表面に中性化ビームを照射することで前記接合層の前記表面および前記支持基板の前記表面を活性化する工程、および
前記接合層の前記表面と前記支持基板の表面とを直接接合する工程
を有することを特徴とする、接合方法。 - 前記圧電性材料基板を加工して粗面を形成する工程を有しており、この粗面上に前記酸化珪素膜および前記接合層を設けることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 前記接合層の前記表面を平坦化した後で前記活性化を行うことを特徴とする、請求項1または2記載の方法。
- 前記支持基板が、シリコン、サファイアおよび水晶からなる群より選ばれた材質からなることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つの請求項に記載の方法。
- 前記圧電性材料基板が圧電性単結晶からなることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一つの請求項に記載の方法。
- 前記圧電性単結晶が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体からなることを特徴とする、請求項5記載の方法。
- 圧電性単結晶からなる圧電性材料基板と、単結晶からなる支持基板とを接合する方法であって、
前記支持基板上に酸化珪素膜を設ける工程、
前記酸化珪素膜上に接合層を形成し、前記接合層が窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記接合層の表面および前記圧電性材料基板の表面に中性化ビームを照射することで前記接合層の前記表面および前記圧電性材料基板の前記表面を活性化する工程、および
前記接合層の前記表面と前記圧電性材料基板の前記表面とを直接接合する工程
を有することを特徴とする、接合方法。 - 前記接合層の前記表面を平坦化した後に前記活性化を行うことを特徴とする、請求項7記載の方法。
- 前記支持基板が、シリコン、サファイアおよび水晶からなる群より選ばれた材質からなることを特徴とする、請求項7または8記載の方法。
- 前記圧電性単結晶が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体からなることを特徴とする、請求項7〜9のいずれか一つの請求項に記載の方法。
- 圧電性材料基板と、単結晶からなる支持基板とを接合する方法であって、
前記圧電性材料基板上に第一の接合層を形成し、前記第一の接合層が窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記支持基板上に第二の接合層を形成し、前記第二の接合層が窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記第一の接合層の表面および前記第二の接合層の表面に中性化ビームを照射することで前記第一の接合層の前記表面および前記第二の接合層の前記表面を活性化する工程、および
前記第一の接合層の前記表面と前記第二の接合層の前記表面とを直接接合する工程
を有することを特徴とする、接合方法。 - 前記圧電性材料基板上に酸化珪素膜を設ける工程を有しており、この酸化珪素膜上に前記第一の接合層を設けることを特徴とする、請求項11記載の方法。
- 前記圧電性材料基板を加工して粗面を形成する工程を有しており、この粗面上に前記第一の接合層を設けることを特徴とする、請求項11または12記載の方法。
- 前記第一の接合層の前記表面を平坦化した後に前記活性化を行うことを特徴とする、請求項11〜13のいずれか一つの請求項に記載の方法。
- 前記支持基板上に酸化珪素膜を設ける工程を有しており、この酸化珪素膜上に前記第二の接合層を設けることを特徴とする、請求項11〜14のいずれか一つの請求項に記載の方法。
- 前記第二の接合層の表面を平坦化した後に前記活性化を行うことを特徴とする、請求項11〜15のいずれか一つの請求項に記載の方法。
- 前記支持基板が、シリコン、サファイアおよび水晶からなる群より選ばれた材質からなることを特徴とする、請求項11〜16のいずれか一つの請求項に記載の方法。
- 前記圧電性材料基板が圧電性単結晶からなることを特徴とする、請求項11〜17のいずれか一つの請求項に記載の方法。
- 前記圧電性単結晶が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体からなることを特徴とする、請求項18記載の方法。
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