JPH0745801A - 基板の接合方法 - Google Patents

基板の接合方法

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JPH0745801A
JPH0745801A JP5191535A JP19153593A JPH0745801A JP H0745801 A JPH0745801 A JP H0745801A JP 5191535 A JP5191535 A JP 5191535A JP 19153593 A JP19153593 A JP 19153593A JP H0745801 A JPH0745801 A JP H0745801A
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JP
Japan
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substrates
bonding
substrate
ferroelectric
joining
Prior art date
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Pending
Application number
JP5191535A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshihiro Tomita
佳宏 冨田
Akihiro Kanahoshi
章大 金星
Tetsuyoshi Ogura
哲義 小掠
Masahito Sugimoto
雅人 杉本
Kazuo Eda
和生 江田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 焦電効果または外部から印加した電圧による
静電引力を用いて、接着層を介さずに精度・質ともに高
い強誘電体基板の接合を実現する。 【構成】 強誘電体基板1と保持基板2を鏡面に研磨
し、かつ清浄化して接触させ、それぞれの基板1,2の
非接合面に電圧を印加、さらに基板1,2を昇温・冷却
し、焦電効果により誘起された電界により基板1,2間
の強固な接合を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子デバイスに用いる基
板の接合方法、特に強誘電体基板と保持基板とを固着す
る手段に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に強誘電体材料は、圧電効果を利用
してアクチュエーターや振動子・フィルター、焦電効果
を利用して赤外線センサ、電気光学効果を用いて光変調
・スイッチ素子、さらに強誘電体メモリーなどさまざま
なデバイスへと応用されている。
【0003】近年、これらの強誘電体デバイスの小型・
薄板化・高精度化に伴って、強誘電体チップと保持基板
との接合の精度や質が要求されるようになった。たとえ
ば、振動子やフィルターなどの高周波デバイスは使用周
波数帯の高周波化に伴って、素子の小型化・薄板化が必
要となっている。蒸着などによる強誘電体薄膜材料の開
発も進められているが、特性では単結晶に及ばないのが
現状で、専ら研磨による薄板化が行われている。安定し
た両面研磨の限界が50μmであり、さらに薄板化する
ため、別の保持基板にエレクトロンワックスで接着した
後研磨を行っている。ここでは、接着層の精度がそのま
ま強誘電体の厚みばらつきに影響し、振動子などの特性
を左右する。
【0004】また、小型化・薄板化した強誘電体基板を
フォトリソなどの工程にそのまま用いるのはハンドリン
グ性が悪いため、他の保持基板に接着して多数の素子を
一括処理することになる。ここでは、接着剤の質が問題
になる。
【0005】また、超小型強誘電体デバイスをパッケー
ジに接合する際にも接着剤が用いられていおり、接着精
度や質が要求されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにエレクトロンワックスなどの接着剤を用いて強誘
電体基板を接着する方法では、接合の精度や質が問題で
ある。強誘電体を保持基板に接着した場合、接着層のば
らつきが1μm弱あるため、これ以上の精度で研磨をお
こなうことが不可能である。また、保持基板に接着して
からフォトリソ工程などを行うには、接着精度は当然要
求され、さらに使用する薬液に接着剤が侵されたり、逆
に接着剤で強誘電体が汚染されたりする危険性がある。
【0007】また、パッケージへの接着では、接着剤の
広がる部分のクリアランスをとる必要があり、どうして
もパッケージが大きくなってしまう。さらに、接着剤は
水や反応性ガスなどを吸着しているため、パッケージ後
これらのガス放出により強誘電体デバイスの劣化を招
く。
【0008】本発明は上記問題点に鑑み、圧電基板と保
持基板を、接着ばらつきゼロで、薬液や応力に対して強
固で、ガス放出なく接合する方法を提供することを目的
とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明は、強誘電体基板と保持基板それぞれの接合面
を鏡面仕上げし、清浄化して接触させ、それぞれの基板
の非接合面間に電圧を印加するか、または、それぞれの
基板の非接合面間を電気的に短絡し、基板の昇温・冷却
を少なくとも1サイクル行う基板の接合方法とする。
【0010】
【作用】本発明は上記手段に示すように、接触させた強
誘電体基板と保持基板の非接合面間に電圧を印加するこ
とにより、それぞれの基板の接合界面に正と負の電荷が
誘起され、基板同士が静電引力により引き合う。この静
電引力と、電界による界面近傍の基板の構成イオンが移
動し、基板間で融合することによって基板が接合され
る。さらに接合時の温度を上げることで表面のイオンの
動きが活発になるため、より速やかに、強固な接合が可
能となる。
【0011】また、強誘電体基板を昇温・冷却すると両
面に焦電効果による起電力が発生することから、強誘電
体基板を保持基板に接触させ、非接合面間を電気的に短
絡して昇温・冷却することで、この起電力が接合面に有
効に印加される。
【0012】強誘電体の焦電係数をγ、比誘電率を
εr 、真空の誘電率をε0 、加熱前後の温度差をδTと
すると、誘起される電界Eは次式で表される。 E=γδT/εr εo 一般的な値として、γ=10-8 C/cm2℃、εr =100
程度とすると、温度差1℃でも約1kV/cm の電界が発生
することになる。非接合面を短絡することで、外部から
電圧を印加した場合より有効に接合界面に正と負の電荷
が誘起されるので、より低温で強固な接合が可能であ
る。
【0013】したがって、基板間に接着層を介さず基板
同士を直接接合することが可能であるため、精度・質と
もに高い接合基板を作製できることとなる。
【0014】
【実施例】(実施例1)以下、本発明の基板の接合方法
の第1の実施例について、図面を参照しながら説明す
る。図1は本発明の第1の実施例の基板の接合方法を示
す断面図である。構成要素として図中の1は強誘電体基
板、2は保持基板、3は電極板、4はヒーター、5は電
源である。
【0015】前記強誘電体基板1、保持基板2とも分極
の揃った厚さ500μmのタンタル酸リチウム単結晶を
用い、それぞれの基板1,2の両面を鏡面研磨し、洗剤
とアセトンで洗浄脱脂後、純水でリンスして接合する界
面の異物を十分取り除いた。両基板1,2を窒素ガスブ
ローにより表面乾燥させ、接合面同士を密着させた。そ
れぞれの基板1,2の非接合面を電極板3で挟み、ヒー
ター4により両基板1,2を加熱し、温度が安定したと
ころで電源5により電極板3間に650Vの電圧を印加
した。10分経過後、電源5とヒーター4を切り室温に
戻した。
【0016】このとき、両基板1,2とも強誘電体を用
いたため、その分極方向の組み合わせで接合の成功確立
が異なった。接合温度400℃で、基板1側に正の電圧
を印加した場合の接合歩留まりを表1に示す。
【0017】
【表1】
【0018】基板1,2同士の分極方向が異なると接合
歩留まりが悪くなっており、分極方向を揃えた方が良好
な接合が得られていることが分かる。また、分極方向が
双方とも下向きの場合、1個基板が割れてしまった試料
があり、分極方向と印加する電界の向きや大きさも考慮
する必要がある。
【0019】以上の手順により、強誘電体基板1と保持
基板2の間に接着層を介さない基板の接合が可能であ
る。 (実施例2)以下本発明の第2の実施例について図1を
参照して説明する。この実施例では基板1,2を第1の
実施例と同様に処理して密着させ、電極板3で挟み込む
が、電源5を0Vで電極板3間をショートした。ヒータ
ー4によって両基板1,2を室温から150℃まで昇温
し、20分間150℃で保った後、室温に冷却するとい
う昇温・冷却サイクルを行った。
【0020】前述したように、1℃差でkV/cmオー
ダーの電界が誘起され、かつ接合界面に有効に印加され
るため、低温で強固な基板1,2の接合が形成される。
ただし、加熱で誘起された電荷は、放置するとイオンの
動きなどにより徐々に減少する。そこで、十分減衰した
時間放置後、冷却すると加熱時とは逆の電荷が誘起され
る。図2は、この加熱・冷却サイクルの繰り返し回数
と、接合強度を示すグラフである。回数が多いほど、ミ
クロオーダーの未接合部分の接合が進行し、強度が増し
ていることが分かる。
【0021】(実施例3)以下本発明の第3の実施例に
ついて説明する。図3は本発明の第3の実施例の基板の
接合方法を示す断面図である。基本構成は第1の実施例
と同様であるが、この実施例の特徴は強誘電体基板1上
にバッファ層6を有する。
【0022】強誘電体基板1として厚さ500μmの鏡
面研磨したニオブ酸リチウムを用い、保持基板2として
厚さ100μmの鏡面研磨した水晶を用い、この上にバ
ッファ層6として酸化珪素膜をスパッタ蒸着により0.
3μm成膜した。それぞれの基板1,2の表面を清浄化
し、バッファ層6を挟んで両基板1,2を密着させた。
それぞれの基板1,2の非接合面を電極板3で挟み、1
0kgf/cm2 程度の圧力で加圧した。電圧を印加し
ながら150℃まで加熱し20分間150℃に保ち、電
源5の極性を反転させて室温まで冷却した。
【0023】熱処理は実施例2と同様であるが、強誘電
体と絶縁基板との接合の場合は、接合界面に誘起される
電界が、強誘電体同士よりも小さい。そこで、より強固
な接合を得るために、外部電界と圧力を補助的に加え
た。外部電界の加え方は、焦電効果により誘起されてい
る電界の方向に合わせることで効果が増大する。また、
実施例2と同様、熱処理サイクル数を増やせば、より強
固に接合できる。
【0024】さらに、加圧することで、初期の基板間の
ギャップを小さくし、発生する静電引力を有効に接合面
に作用させることができる。また、接合面間に両基板
1,2よりも表面が塑性変形し易いバッファ層を介する
ことで、低温でも接合面の凹凸を吸収でき接合強度が増
す。一般的にバルク材料に比べて、薄膜内部には粒界や
欠陥や転位なが多く容易に塑性変形が起こる。
【0025】(実施例4)以下本発明の第4の実施例に
ついて図3を参照して説明する。基本構成は第3の実施
例と同様である。
【0026】強誘電体基板1として厚さ500μmの鏡
面研磨したほう酸リチウムを用い、保持基板2として厚
さ500μmの鏡面研磨したシリコン(ρ≒1Ωcm)
を用い、この上にバッファ層6として窒化珪素膜をスパ
ッタ蒸着により0.3μm成膜し、バッファ層6を挟ん
で両基板1,2を密着させた。電圧を印加しながら15
0℃まで加熱し20分間150℃に保ち、電源5の極性
を反転させて室温まで冷却した。
【0027】本実施例では、導電性を有する基板2を用
いているため、誘起された電界が接合界面に有効に印加
され、良好な接合が行える。 (実施例5)以下本発明の第5の実施例について説明す
る。図4は本発明の実施例の基板の接合方法を示す断面
図である。基本構成は第3の実施例と同様であるが、こ
の実施例の特徴は強誘電体層8が基板2と基板7の間に
挟まれた構成になっている。
【0028】基板7として厚さ100μmの鏡面研磨し
たMgO基板を用い、この上に強誘電体層8として厚さ
10μmのチタン酸ジルコン酸鉛薄膜をスパッタ蒸着に
より形成した。基板2として厚さ200μmの鏡面研磨
したサファイアを用い、強誘電体層8を挟んで両基板
2,7を密着させた。電圧を印加しながら150℃まで
加熱し20分間150℃に保ち、電源5の極性を反転さ
せて室温まで冷却した。
【0029】本実施例のように、強誘電体層8を間に挟
んで基板2,7同士を接合することも可能である。以
上、本実施例では、強誘電体としてタンタル酸リチウ
ム、ニオブ酸リチウム、ほう酸リチウム、チタン酸ジル
コン酸鉛を用いたが、他の強誘電体でも同様の効果が得
られる。たとえば、チタン酸鉛、チタン酸バリウム、ゲ
ルマン酸鉛を主組成とする強誘電体材料での効果を確認
している。保持基板として、タンタル酸リチウム、水
晶、窒化膜を形成したシリコン、サファイアなどを用い
たが、上記強誘電体のどの組み合わせにおいても、さら
にガラスや酸化珪素膜を設けたステンレスにおいても同
様の効果が得られることを確認している。また、バッフ
ァ層として酸化珪素、窒化珪素を用いたが、表面の塑性
変形し易い絶縁物であれば同様の効果が得られる。
【0030】
【発明の効果】以上の実施例の説明より明らかなよう
に、本発明は焦電効果または外部から印加した電圧によ
る静電引力を用いて、接着層を介さずに精度・質ともに
高い基板の接合を実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の基板の接合方法を示す
断面図
【図2】本発明の第2の実施例の熱処理サイクル数と基
板の接合強度の関係を示すグラフ
【図3】本発明の第3の実施例の基板の接合方法を示す
断面図
【図4】本発明の第5の実施例の基板の接合方法を示す
断面図
【符号の説明】
1 強誘電体基板 2 保持基板 3 電極板 4 ヒーター 5 電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉本 雅人 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 江田 和生 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と基板の接合において、少なくとも
    一方の基板が強誘電体であり、それぞれの基板の接合面
    を鏡面仕上げし、かつ清浄化して接触させ、それぞれの
    基板の非接合面間を電気的に短絡し、基板の昇温・冷却
    を少なくとも1サイクル行う基板の接合方法。
  2. 【請求項2】 強誘電体基板同士の接合において、それ
    ぞれの基板の接合面を鏡面仕上げし、かつ清浄化し、前
    記基板の分極方向を一方向に揃えて接触させ、それぞれ
    の基板の非接合面間に電圧を印加することを特徴とする
    基板の接合方法。
  3. 【請求項3】 非接合面間に印加する電圧の極性を、強
    誘電体の焦電効果による起電力の方向に合うように変化
    させることを特徴とする請求項1記載の基板の接合方
    法。
  4. 【請求項4】 強誘電体の主組成がタンタル酸リチウ
    ム、ニオブ酸リチウム、ホウ酸リチウム、チタン酸鉛、
    チタン酸バリウム、ゲルマン酸鉛のいずれかである請求
    項1または2記載の基板の接合方法。
  5. 【請求項5】 基板の少なくとも一方の接合面上に、基
    板よりも表面が塑性変形し易い絶縁薄膜を設けた後、清
    浄化して接合することを特徴とする請求項1または2記
    載の基板の接合方法。
  6. 【請求項6】 基板の一方が、接合面側に絶縁薄膜を設
    けた導電性基板である請求項1または2記載の基板の接
    合方法。
  7. 【請求項7】 2枚の基板の間に、強誘電体を挟んで、
    両面同時に接合することを特徴とする請求項1または2
    記載の基板の接合方法。
  8. 【請求項8】 強誘電体が、2枚の基板のうち少なくと
    も一方の接合面に形成された薄膜であることを特徴とす
    る請求項7記載の基板の接合方法。
JP5191535A 1993-08-03 1993-08-03 基板の接合方法 Pending JPH0745801A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006324624A (ja) * 2005-05-18 2006-11-30 Samsung Electronics Co Ltd 強誘電体薄膜の製造方法及びこれを用いた半導体装置の製造方法
JP2011514669A (ja) * 2008-02-15 2011-05-06 エス.オー.アイ.テック シリコン オン インシュレータ テクノロジーズ 2つの基板を結合するための加工
KR101447693B1 (ko) * 2013-02-22 2014-10-06 고려대학교 산학협력단 박막물질을 이용한 기판의 접합방법 및 이에 의해 제조된 접합 구조체

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