KR102218934B1 - 접합체 - Google Patents
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Abstract
압전성 단결정 기판(6)의 재질이 LiAO3이고(A는, 니오브 및 탄탈로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이다), 접합층(3A)의 재질이 니오브 및 탄탈로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소의 산화물이며, 압전성 단결정 기판(6)과 접합층(3A)의 경계를 따라, ExO(1-x)(E는, 니오브 및 탄탈로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고, 0.29≤x≤0.89이다.)의 조성을 갖는 계면층(12)이 형성된다.
Description
본 발명은 특정한 압전성 단결정 기판과 지지 기판의 접합체에 관한 것이다.
휴대 전화 등에 사용되는 필터 소자나 발진자로서 기능시킬 수 있는 탄성 표면파 디바이스나, 압전 박막을 이용한 램파 소자나 박막 공진자(FBAR: Film Bulk Acoustic Resonator) 등의 탄성파 디바이스가 알려져 있다. 이러한 탄성파 디바이스로서는, 지지 기판과 탄성 표면파를 전파시키는 압전 기판을 접합하고, 압전 기판의 표면에 탄성 표면파를 여진 가능한 빗형 전극을 설치한 것이 알려져 있다. 이와 같이 압전 기판보다 작은 열팽창 계수를 갖는 지지 기판을 압전 기판에 부착함으로써, 온도가 변화했을 때의 압전 기판의 크기의 변화를 억제하여, 탄성 표면파 디바이스로서의 주파수 특성의 변화를 억제하고 있다.
예컨대, 특허문헌 1에는, 압전 기판과 실리콘 기판을 에폭시 접착제로 이루어지는 접착층에 의해 접합한 구조의 탄성 표면파 디바이스가 제안되어 있다.
여기서, 압전 기판과 실리콘 기판을 접합할 때, 압전 기판 표면에 산화규소막을 형성하고, 산화규소막을 통해 압전 기판과 실리콘 기판을 직접 접합하는 것이 알려져 있다(특허문헌 2). 이 접합 시에는, 산화규소막 표면과 실리콘 기판 표면에 플라즈마 빔을 조사해서 표면을 활성화하여, 직접 접합을 행한다(플라즈마 활성화법).
또한, 압전 기판의 표면을 조면(粗面)으로 하고, 그 조면 상에 충전층을 형성하여 평탄화하며, 이 충전층을 접착층을 통해 실리콘 기판에 접착하는 것이 알려져 있다(특허문헌 3). 이 방법에서는, 충전층, 접착층에는 에폭시계, 아크릴계의 수지를 사용하고 있고, 압전 기판의 접합면을 조면으로 함으로써, 벌크파의 반사를 억제하여, 스퓨리어스(spurious)를 저감하고 있다.
또한, 이른바 FAB(Fast Atom Beam) 방식의 직접 접합법이 알려져 있다(특허문헌 4). 이 방법에서는, 중성화 원자 빔을 상온에서 각 접합면에 조사해서 활성화하여, 직접 접합한다.
한편, 특허문헌 5에서는, 압전성 단결정 기판을, 실리콘 기판이 아니라, 세라믹스(알루미나, 질화알루미늄, 질화규소)로 이루어지는 지지 기판에 대해, 중간층을 통해 직접 접합하는 것이 기재되어 있다. 이 중간층의 재질은, 규소, 산화규소, 질화규소, 질화알루미늄으로 되어 있다.
그러나, 특히 니오브산리튬이나 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전성 단결정 기판을 지지 기판에 대해 강고하게 안정적으로 접합하는 것은 곤란하다.
본 발명의 과제는, 니오브산리튬이나 탄탈산리튬으로 이루어지는 압전성 단결정 기판과, 지지 기판을 강고하게 접합할 수 있는 미세 구조를 제공하는 것이다.
본 발명은 지지 기판, 압전성 단결정 기판, 및 상기 지지 기판과 상기 압전성 단결정 기판 사이에 형성되는 접합층을 구비하는 접합체로서,
상기 압전성 단결정 기판의 재질이 LiAO3이고(A는, 니오브 및 탄탈로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이다),
상기 접합층의 재질이 니오브 및 탄탈로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소의 산화물이며,
상기 압전성 단결정 기판과 상기 접합층의 경계를 따라, ExO(1-x)(E는, 니오브 및 탄탈로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고, 0.29≤x≤0.89이다.)의 조성을 갖는 계면층이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 니오브산리튬이나 탄탈산리튬 등으로 이루어지는 압전성 단결정 기판과, 지지 기판을, 강고하게 접합할 수 있는 미세 구조를 제공하는 것에 성공하였다.
도 1의 (a)는 본 발명의 실시형태에 따른 접합체(7)를 도시한 모식도이고, 도 1의 (b)는 접합체(7)의 주요부를 도시한 확대도이며, 도 1의 (c)는 다른 접합체의 주요부를 도시한 확대도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 접합체의 주요부를 도시한 사진이다.
도 3의 (a)는 지지 기판(1) 상에 접합층(2)을 형성한 상태를 도시하고, 도 3의 (b)는 접합층(3)의 표면(3a)을 평탄화 가공한 상태를 도시하며, 도 3의 (c)는 평탄면(4)을 중성화 빔(A)에 의해 활성화한 상태를 도시한다.
도 4의 (a)는 압전성 단결정 기판(6)의 표면(6c)을 중성화 빔(A)에 의해 활성화한 상태를 도시하고, 도 4의 (b)는 압전성 단결정 기판(6)의 표면(6a)이 활성화된 상태를 도시한다.
도 5의 (a)는 압전성 단결정 기판(6)과 지지 기판(1)을 접합한 상태를 도시하고, 도 5의 (b)는 압전성 단결정 기판(6A)을 가공에 의해 얇게 한 상태를 도시하며, 도 5의 (c)는 압전성 단결정 기판(6A) 상에 전극(10)을 설치한 상태를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 접합체의 주요부를 도시한 사진이다.
도 3의 (a)는 지지 기판(1) 상에 접합층(2)을 형성한 상태를 도시하고, 도 3의 (b)는 접합층(3)의 표면(3a)을 평탄화 가공한 상태를 도시하며, 도 3의 (c)는 평탄면(4)을 중성화 빔(A)에 의해 활성화한 상태를 도시한다.
도 4의 (a)는 압전성 단결정 기판(6)의 표면(6c)을 중성화 빔(A)에 의해 활성화한 상태를 도시하고, 도 4의 (b)는 압전성 단결정 기판(6)의 표면(6a)이 활성화된 상태를 도시한다.
도 5의 (a)는 압전성 단결정 기판(6)과 지지 기판(1)을 접합한 상태를 도시하고, 도 5의 (b)는 압전성 단결정 기판(6A)을 가공에 의해 얇게 한 상태를 도시하며, 도 5의 (c)는 압전성 단결정 기판(6A) 상에 전극(10)을 설치한 상태를 도시한다.
이하, 적절히 도면을 참조하면서, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 접합체는, 지지 기판, 압전성 단결정 기판, 및 상기 지지 기판과 상기 압전성 단결정 기판 사이에 형성되는 접합층을 구비한다. 예컨대, 도 1의 (a)에 도시된 접합체(7)에 있어서는, 지지 기판(1)의 표면(1a) 상에 접합층(3A)을 통해 압전성 단결정 기판(6)의 활성화면(6a)이 접합되어 있다. 부호 1b는, 지지 기판(1)의 표면(1a)과 반대측의 표면이다.
압전성 단결정 기판의 재질은 LiAO3로 한다. 여기서, A는, 니오브 및 탄탈로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이다. 이 때문에, LiAO3는, 니오브산리튬이어도 좋고, 탄탈산리튬이어도 좋으며, 니오브산리튬-탄탈산리튬 고용체(固溶體)여도 좋다.
또한, 접합층의 재질은 니오브 및 탄탈로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소의 산화물로 한다. 이 산화물은, 탄탈의 산화물이어도 좋고, 니오브의 산화물이어도 좋으며, 탄탈과 니오브의 복합 산화물이어도 좋다.
본 발명에 있어서는, 압전성 단결정 기판과 접합층의 경계를 따라, ExO(1-x)(E는, 니오브 및 탄탈로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고, 0.29≤x≤0.89이다.)의 조성을 갖는 계면층이 형성된다. 여기서, ExO(1-x)의 원소 E는 니오브 단독이어도 좋고, 탄탈 단독이어도 좋으며, 또한 니오브와 탄탈의 양방을 포함하고 있어도 좋다.
즉, 도 1의 (b)에 도시된 예에서는, 압전성 단결정 기판(6)의 활성화면(6a)과 접합층(3A)의 활성화면(4) 사이에, ExO(1-x)(E는, 니오브 및 탄탈로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고, 0.29≤x≤0.89이다.)의 조성을 갖는 계면층(12)이 형성되어 있다.
또한, 적합한 실시형태에 있어서는, 계면층과 압전성 단결정 기판 사이에, GyO(1-y)(G는, 니오브 및 탄탈로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고, x<y≤0.91이다.)의 조성을 갖는 기판측 중간층이 형성된다. 또한, 적합한 실시형태에 있어서는, 계면층과 접합층 사이에, JzO(1-z)(J는, 니오브 및 탄탈로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소이고, x<z≤0.95이다.)의 조성을 갖는 접합층측 중간층이 형성된다.
즉, 도 1의 (c)의 예에서는, 계면층(12)과 압전성 단결정 기판(6) 사이에, GyO(1-y)의 조성을 갖는 기판측 중간층(14)이 형성되어 있고, 계면층(12)과 접합층(3A) 사이에, JzO(1-z)의 조성을 갖는 접합층측 중간층(13)이 형성되어 있다.
여기서, 압전성 단결정 기판과 접합층 사이에 형성되는 계면층의 조성은 ExO(1-x)인데, 이것은 압전성 단결정 기판이나 접합층의 Ta, Nb 비율보다 Ta, Nb 비율이 높은 조성의 계면층을 생성시키는 것을 의미한다. 이러한 계면층이 형성된 경우에는, 압전성 단결정 기판과 접합층의 계면에 있어서의 강도가 매우 높아져, 높은 크랙 오프닝 강도가 얻어지는 것을 발견하였다.
본 발명의 관점에서는, x를 0.29 이상으로 하지만, 0.34 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 나아가 본 발명의 관점에서는, x를 0.89 이하로 하지만, 0.64 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, GyO(1-y)의 조성을 갖는 기판측 중간층 및 JzO(1-z)의 조성을 갖는 접합층측 중간층에 있어서는, 본 발명의 관점에서는, y, z를 x보다 크게 하는데, 이 차이를 0.01 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.02 이상으로 하는 것이 한층 바람직하다. 또한, 나아가 본 발명의 관점에서는, y를 0.30 이상으로 하는 것이 바람직하고, 또한 y의 상한은 0.91이지만, 0.89 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, z를 0.35 이상으로 하는 것이 바람직하고, 또한 z의 상한은 0.95 이하이지만, 0.89 이하로 하는 것이 바람직하다.
도 2에, 본 발명의 실시형태에 따른 접합체의 주요부를 도시한다.
본 예는, 도 1의 (c)에 도시된 바와 같은 형태에 대응한다. 즉, 하측에 접합층(3A)이 있고, 상측에 압전성 단결정 기판(6)이 있다. 그리고, 접합층(3A)(하측)으로부터 압전성 단결정 기판(6)(상측)을 향해 순서대로 접합층측 중간층(13), 계면층(12), 기판측 중간층(14)이 형성되어 있다.
여기서, 적합한 실시형태에 있어서는, 예컨대 도 2에 도시된 바와 같이, 계면층(12)이 밝고, 접합층측 중간층(13)과 기판측 중간층(14)이 어둡게 되어 있다. 단, 이 사진은, 투과형 전자 현미경의 명시야상(明視野像)이고, 이하의 조건으로 촬영하는 것으로 한다.
측정 장치:
투과형 전자 현미경(니혼 덴시 제조 JEM-ARM200F)을 이용하여 미세 구조를 관찰한다.
측정 조건:
FIB(집속 이온 빔)법으로 박편화(薄片化)한 샘플에 대해, 가속 전압 200 ㎸에서 관찰한다.
여기서, ExO(1-x), GyO(1-y), JzO(1-z)의 각 탄탈 및 니오브의 합계 비율 x, y, z는, 이하와 같이 하여 결정한다.
측정 장치:
원소 분석 장치(니혼 덴시 제조 JED-2300T)를 이용하여 원소 분석을 행한다.
측정 조건:
FIB(집속 이온 빔)법으로 박편화한 샘플에 대해, 가속 전압 200 ㎸에서 관찰한다.
측정값의 처리:
산소 및 탄탈(니오브)의 양을, 압전성 단결정 기판, 기판측 중간층, 계면층, 접합층측 중간층의 각 부분에서 측정한다. 여기서, 압전성 단결정 기판에 있어서의 산소량과 탄탈 및 니오브의 합계량의 비율을, 화학식 LiAO3에 맞춰 3:1로 표준화한다. 즉, 압전성 단결정 기판에 있어서의 니오브 및 탄탈(A)의 합계량에 대해 상관 계수(α)를 곱함으로써, A의 비율이 0.25(25 atom%)가 되도록 조정한다. 그리고, 기판측 중간층, 계면층, 접합층측 중간층의 각 부분에 있어서의 A의 측정량에 대해 각각 상관 계수(α)를 곱함으로써, x, y, z를 각각 산출한다.
이하, 본 발명의 접합체의 적합한 제조예에 대해 서술한다.
도 3 내지 도 5는 지지 기판 상에 접합층을 형성하고, 이것을 압전성 단결정 기판의 표면에 직접 접합하는 제조예를 설명하기 위한 모식도이다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 지지 기판(1)의 표면(1a)에 접합층(2)을 형성한다. 이 시점에서는, 접합층(2)의 표면(2a)에는 요철이 있어도 좋다. 계속해서, 접합층(2)의 표면(2a)을 평탄화 가공함으로써, 평탄면(3a)을 형성한다. 이 평탄화 가공에 의해, 통상, 접합층(2)의 두께는 작아져, 보다 얇은 접합층(3)이 된다[도 3의 (b) 참조].
계속해서, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 평탄면(3a)에 대해 화살표(A)와 같이 중성화 빔을 조사해서, 접합층(3A)의 표면을 활성화하여 활성화면(4)으로 한다.
한편, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 압전성 단결정 기판(6)의 표면(6c)에 중성화 빔(A)을 조사함으로써 활성화하여, 활성화면(6a)이 형성된 압전성 단결정 기판(6)을 얻는다[도 4의 (b)]. 계속해서, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 압전성 단결정 기판(6)의 활성화면(6a)과 접합층(3A)의 활성화면(4)을 직접 접합함으로써, 접합체(7)를 얻는다.
적합한 실시형태에 있어서는, 접합체(7)의 압전성 단결정 기판의 표면(6b)을 또한 연마 가공하여, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 압전성 단결정 기판(6A)의 두께를 작게 하여, 접합체(8)를 얻는다. 부호 6c는 연마면이다.
도 5의 (c)에서는, 압전성 단결정 기판(6A)의 연마면(6c) 상에 소정의 전극(10)을 형성함으로써, 탄성 표면파 소자(9)를 제작하고 있다.
이하, 본 발명의 각 구성 요소에 대해 더욱 설명한다.
본 발명의 접합체의 용도는 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 탄성파 소자나 광학 소자에 적합하게 적용할 수 있다.
탄성파 소자로서는, 탄성 표면파 디바이스나 램파 소자, 박막 공진자(FBAR) 등이 알려져 있다. 예컨대, 탄성 표면파 디바이스는, 압전성 재료 기판의 표면에, 탄성 표면파를 여진하는 입력측의 IDT(Interdigital Transducer) 전극(빗형 전극, 발형 전극이라고도 한다)과 탄성 표면파를 수신하는 출력측의 IDT 전극을 설치한 것이다. 입력측의 IDT 전극에 고주파 신호를 인가하면, 전극 사이에 전계가 발생하고, 탄성 표면파가 여진되어 압전 기판 상을 전파해 간다. 그리고, 전파 방향으로 설치된 출력측의 IDT 전극으로부터, 전파된 탄성 표면파를 전기 신호로서 취출할 수 있다.
압전성 단결정 기판의 바닥면에 금속막을 갖고 있어도 좋다. 금속막은, 탄성파 디바이스로서 램파 소자를 제조했을 때에, 압전 기판의 이면 근방의 전기 기계 결합 계수를 크게 하는 역할을 수행한다. 이 경우, 램파 소자는, 압전성 단결정 기판의 표면에 빗살 전극이 형성되고, 지지 기판에 형성된 캐비티에 의해 압전 기판의 금속막이 노출된 구조가 된다. 이러한 금속막의 재질로서는, 예컨대 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 금 등을 들 수 있다. 한편, 램파 소자를 제조하는 경우, 바닥면에 금속막을 갖지 않는 압전성 단결정 기판을 구비한 복합 기판을 이용해도 좋다.
또한, 압전성 단결정 기판의 바닥면에 금속막과 절연막을 갖고 있어도 좋다. 금속막은, 탄성파 디바이스로서 박막 공진자를 제조했을 때에, 전극의 역할을 수행한다. 이 경우, 박막 공진자는, 압전 기판의 표리면에 전극이 형성되고, 절연막을 캐비티로 함으로써 압전 기판의 금속막이 노출된 구조가 된다. 이러한 금속막의 재질로서는, 예컨대, 몰리브덴, 루테늄, 텅스텐, 크롬, 알루미늄 등을 들 수 있다. 또한, 절연막의 재질로서는, 예컨대, 이산화규소, 인 실리카 글라스, 붕소 인 실리카 글라스 등을 들 수 있다.
또한, 광학 소자로서는, 광 스위칭 소자, 파장 변환 소자, 광 변조 소자를 예시할 수 있다. 또한, 압전성 재료 기판 중에 주기 분극 반전 구조를 형성할 수 있다.
적합한 제조예에서는, 중성화 빔에 의해 압전성 단결정 기판의 표면을 활성화할 수 있다. 특히 압전성 단결정 기판의 표면이 평탄면인 경우에는, 이 표면을 접합층에 대해 직접 접합할 수 있다.
본 발명의 대상이 탄성파 소자이고, 압전성 단결정 기판의 재질이 탄탈산리튬인 경우에는, 탄성 표면파의 전파 방향인 X축을 중심으로, Y축으로부터 Z축으로 36°∼47°(예컨대 42°) 회전한 방향의 것을 이용하는 것이 전파 손실이 작기 때문에 바람직하다.
또한 압전성 단결정 기판이 니오브산리튬으로 이루어지는 경우에는, 탄성 표면파의 전파 방향인 X축을 중심으로, Y축으로부터 Z축으로 60°∼68°(예컨대 64°) 회전한 방향의 것을 이용하는 것이 전파 손실이 작기 때문에 바람직하다. 또한, 압전성 단결정 기판의 크기는, 특별히 한정되지 않으나, 예컨대, 직경 50 ㎜∼150 ㎜, 두께가 0.2 ㎛∼60 ㎛이다.
지지 기판의 재질은, 단결정 혹은 세라믹스로 한다. 이것은, 바람직하게는, 실리콘, 사파이어, 멀라이트, 코디어라이트, 투광성 알루미나, SiAlON, AlN 및 Si3N4로 이루어지는 군에서 선택되는 재질을 예시할 수 있다.
지지 기판 상에 접합층을 형성할 때에는, 접합층의 성막(成膜) 방법은 한정되지 않으나, 스퍼터링(sputtering)법, 화학적 기상 성장법(CVD), 증착을 예시할 수 있으나, 니오브 및 탄탈로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소의 산화물을 효율적으로 성막하는 관점에서, 스퍼터링법, 증착이 바람직하다.
스퍼터링법은, 니오브 및 탄탈로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소로 이루어지는 금속 타겟을 이용하여 산소를 포함하는 분위기에서 성막하여 산화물 박막을 형성하는 반응성 스퍼터법이나, 니오브 및 탄탈로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소의 산화물을 타겟으로 하여 성막하는 방법 등을 예시할 수 있다.
계속해서, 바람직하게는, 접합층의 표면을 평탄화하여 평탄면을 얻는다. 여기서, 접합층의 표면을 평탄화하는 방법은, 랩(lap) 연마, 화학 기계 연마 가공(CMP) 등이 있다. 또한, 평탄면은, Ra≤1 ㎚가 바람직하고, 0.3 ㎚ 이하로 하면 더욱 바람직하다.
또한, 압전성 단결정 기판의 표면을 평탄화하여 평탄면을 얻는다. 여기서, 압전성 단결정 기판의 표면을 평탄화하는 방법은, 랩(lap) 연마, 화학 기계 연마 가공(CMP) 등이 있다. 또한, 평탄면은, Ra≤1 ㎚가 바람직하고, 0.3 ㎚ 이하로 하면 더욱 바람직하다.
계속해서, 적합한 실시형태에 있어서는, 접합층의 평탄면에 중성화 빔을 조사함으로써, 접합층의 평탄면을 활성화한다. 또한, 압전성 단결정 기판의 표면에 중성화 빔을 조사함으로써, 평탄면을 활성화한다.
중성화 빔에 의한 표면 활성화를 행할 때에는, 특허문헌 4에 기재된 바와 같은 장치를 사용하여 중성화 빔을 발생시켜, 조사하는 것이 바람직하다. 즉, 빔원으로서, 새들 필드형의 고속 원자 빔원을 사용한다. 그리고, 챔버에 불활성 가스를 도입하고, 전극에 직류 전원으로부터 고전압을 인가한다. 이에 의해, 전극(정극)과 케이스(부극) 사이에 발생하는 새들 필드형의 전계에 의해, 전자(e)가 운동하여, 불활성 가스에 의한 원자와 이온의 빔이 생성된다. 그리드에 도달한 빔 중, 이온 빔은 그리드에서 중화되기 때문에, 중성 원자의 빔이 고속 원자 빔원으로부터 출사된다. 빔을 구성하는 원자종은, 불활성 가스(아르곤, 질소 등)가 바람직하다.
빔 조사에 의한 활성화 시의 전압은 0.5 ㎸∼2.0 ㎸로 하는 것이 바람직하고, 전류는 50 ㎃∼200 ㎃로 하는 것이 바람직하다.
계속해서, 진공 분위기에서, 활성화면끼리를 접촉시켜, 접합한다. 이때의 온도는 상온이지만, 구체적으로는 40℃ 이하가 바람직하고, 30℃ 이하가 더욱 바람직하다. 또한, 접합 시의 온도는 20℃ 이상, 25℃ 이하가 특히 바람직하다. 접합 시의 압력은, 100 N∼20000 N이 바람직하다.
실시예
(실시예 1)
도 3 내지 도 5를 참조하면서 설명한 방법에 따라, 도 1의 (c) 및 도 2에 도시된 접합체를 얻었다.
구체적으로는, 오리엔테이션 플랫부(OF부)를 갖고, 직경이 4 인치, 두께가 250 ㎛인 탄탈산리튬(LT)으로 이루어지는 압전성 단결정 기판(6)을 준비하였다. 기판(6)은, 탄성 표면파(SAW)의 전파 방향을 X로 하고, 절단각이 회전 Y 커트판인 46° Y 커트 X 전파 LT 기판을 이용하였다. 압전성 단결정 기판(6)의 표면(6c)은, 산술 평균 거칠기(Ra)가 1 ㎚가 되도록 경면 연마해 두었다.
또한, 지지 기판(1)으로서, OF부를 갖고, 직경이 4 인치, 두께가 230 ㎛인 멀라이트 기판을 준비하였다. 멀라이트로 이루어지는 지지 기판(1)의 표면(1a)의 산술 평균 거칠기(Ra)는 2 ㎚이다. 산술 평균 거칠기는 원자간력 현미경(AFM)으로, 세로 10 ㎛×가로 10 ㎛의 정사각형의 시야를 평가하였다.
계속해서, 지지 기판(1)을 스크럽 세정기로 세정하였다. 세정액에는 아세톤과 IPA의 혼합 용액을 이용하였다. 계속해서, 지지 기판(1)의 표면(1a)에, 오산화탄탈로 이루어지는 접합층(2)을 0.2 ㎛, 마그네트론식 평행 평판형 스퍼터 성막 장치로 성막하였다. 타겟은 오산화탄탈을 이용하고, 아르곤과 산소의 혼합 분위기하에서, 전체 압력 0.5 ㎩로 성막하였다. 성막 후의 Ra는 2.0 ㎚였다. 다음으로, 접합층(2)을 화학 기계 연마 가공(CMP)하여, 막 두께를 0.15 ㎛로 하고, Ra를 0.3 ㎚로 하였다.
계속해서, 접합층(3)의 평탄면(3a)과 압전성 단결정 기판(6)의 표면(6a)을 세정하여, 오염을 제거한 후, 진공 챔버에 도입하였다. 10-6 ㎩대까지 진공화한 후, 각각의 기판의 접합면에 고속 원자 빔(가속 전압 1 ㎸, Ar 유량 27 sccm)을 120 sec간 조사하였다. 계속해서, 접합층(3A)의 빔 조사면(활성화면)(4)과 압전성 단결정 기판(6)의 활성화면(6a)을 접촉시킨 후, 10000 N으로 2분간 가압하여 양 기판을 접합하였다[도 5의 (a)].
계속해서, 압전성 단결정 기판(6)의 표면(6b)을 두께가 당초의 250 ㎛로부터 20 ㎛가 되도록 연삭 및 연마하였다. 연삭 및 연마 공정 중에 접합 부분의 박리는 확인할 수 없었다. 또한 크랙 오프닝법으로 접합 강도를 평가한 결과, 1.8 J/㎡였다.
계속해서, 접합한 복합 기판의 단면을 FIB로부터 잘라내고, 단면을 TEM(니혼 덴시 제조 JEM-ARM200F)으로 관찰하여, 미세 구조와 조성을 확인하였다. 이 단면 사진을 도 2에 도시한다. 또한, 각 부분에 있어서의 원소 O와 Ta의 비율(atom%)을 표 1에 나타낸다.
(실시예 2∼5)
실시예 1과 동일하게 하여 접합체를 제조하였다. 단, 접합 시에 기판의 접합면에 조사하는 고속 전자 빔의 가속 전압을 표 1에 기재한 값으로 변경하였다.
얻어진 각 접합체의 각 부분에 있어서의 원소 비율 및 크랙 오프닝법에 의한 접합 강도를 표 1에 나타낸다.
(비교예 1)
실시예 1과 동일하게 하여 접합체를 제조하였다. 단, 접합 시에 기판의 접합면에 조사하는 고속 전자 빔의 가속 전압을 표 1에 기재한 값으로 변경하였다.
얻어진 접합체에 있어서는, 접합층과 압전성 단결정 기판 사이에 본 발명의 계면층이 관찰되지 않았다. 이 접합체의 크랙 오프닝법에 의한 접합 강도를 표 1에 나타낸다.
Claims (6)
- 지지 기판, 압전성 단결정 기판, 및 상기 지지 기판과 상기 압전성 단결정 기판 사이에 형성되는 접합층을 구비하는 접합체로서,
상기 압전성 단결정 기판의 재질이 LiAO3이고(A는, 니오브 및 탄탈 중 하나 이상의 원소이다),
상기 접합층의 재질이 니오브 및 탄탈 중 하나 이상의 원소의 산화물이며,
상기 압전성 단결정 기판과 상기 접합층의 경계를 따라, ExO(1-x)(E는, 니오브 및 탄탈 중 하나 이상의 원소이고, 0.29≤x≤0.89이다)의 조성을 갖는 계면층이 형성되고,
상기 계면층과 상기 압전성 단결정 기판 사이에, GyO(1-y)(G는, 니오브 및 탄탈 중 하나 이상의 원소이고, x<y≤0.91이다.)의 조성을 갖는 기판측 중간층이 있는 것을 특징으로 하는 접합체. - 제 1항에 있어서,
상기 접합층의 상기 재질이 D2O5이고, D는 니오브 및 탄탈 중 하나 이상의 원소인 것을 특징으로 하는 접합체. - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 압전성 단결정 기판의 상기 재질이 LiTaO3이고, 상기 접합층의 재질이 Ta2O5이며, 상기 계면층의 조성이 TaxO(1-x)인 것을 특징으로 하는 접합체. - 지지 기판, 압전성 단결정 기판, 및 상기 지지 기판과 상기 압전성 단결정 기판 사이에 형성되는 접합층을 구비하는 접합체로서,
상기 압전성 단결정 기판의 재질이 LiAO3이고(A는, 니오브 및 탄탈 중 하나 이상의 원소이다),
상기 접합층의 재질이 니오브 및 탄탈 중 하나 이상의 원소의 산화물이며,
상기 압전성 단결정 기판과 상기 접합층의 경계를 따라, ExO(1-x)(E는, 니오브 및 탄탈 중 하나 이상의 원소이고, 0.29≤x≤0.89이다)의 조성을 갖는 계면층이 형성되고,
상기 계면층과 상기 접합층 사이에, JzO(1-z)(J는, 니오브 및 탄탈 중 하나 이상의 원소이고, x<z≤0.95이다.)의 조성을 갖는 접합층측 중간층이 있는 것을 특징으로 하는 접합체. - 제 4항에 있어서,
상기 접합층의 상기 재질이 D2O5이고, D는 니오브 및 탄탈 중 하나 이상의 원소인 것을 특징으로 하는 접합체. - 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
상기 압전성 단결정 기판의 상기 재질이 LiTaO3이고, 상기 접합층의 재질이 Ta2O5이며, 상기 계면층의 조성이 TaxO(1-x)인 것을 특징으로 하는 접합체.
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