KR102229746B1 - 압전성 재료 기판과 지지 기판의 접합체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄탈산리튬 등으로 이루어진 압전성 재료 기판과 지지 기판을 산화규소층을 통해 접합함에 있어서, 접합층을 구성하는 산화규소와 지지 기판의 계면에서의 박리를 억제하는 것을 과제로 한다.
접합체는, 지지 기판(3), 지지 기판(3)의 표면(3b) 상에 형성된 접합층(4)으로서, 산화규소를 포함하는 접합층(4), 및 니오븀산리튬, 탄탈산리튬 및 니오븀산리튬-탄탈산리튬으로 이루어진 군에서 선택된 재질을 포함하는 압전성 재료 기판을 구비한다. 지지 기판(3)의 표면(3b)에 오목부(12)가 형성되어 있고, 접합층(4)이, 오목부(12) 상에 연장되는 구조 결함부(13)를 구비하고 있다.
접합체는, 지지 기판(3), 지지 기판(3)의 표면(3b) 상에 형성된 접합층(4)으로서, 산화규소를 포함하는 접합층(4), 및 니오븀산리튬, 탄탈산리튬 및 니오븀산리튬-탄탈산리튬으로 이루어진 군에서 선택된 재질을 포함하는 압전성 재료 기판을 구비한다. 지지 기판(3)의 표면(3b)에 오목부(12)가 형성되어 있고, 접합층(4)이, 오목부(12) 상에 연장되는 구조 결함부(13)를 구비하고 있다.
Description
본 발명은 압전성 재료 기판과 지지 기판의 접합체에 관한 것이다.
고성능의 반도체 소자를 실현할 목적으로, 고저항 Si/SiO2 박막/Si 박막으로 이루어진 SOI 기판이 널리 이용되고 있다. SOI 기판을 실현함에 있어서 플라즈마 활성화가 이용된다. 이것은 비교적 저온(400℃)에서 접합할 수 있기 때문이다. 압전 디바이스의 특성 향상을 위해, 유사한 Si/SiO2 박막/압전 박막으로 이루어진 복합 기판이 제안되어 있다(특허문헌 1). 특허문헌 1에서는, 니오븀산리튬이나 탄탈산리튬으로 이루어진 압전성 재료 기판과, 산화규소층을 형성한 실리콘 기판을 이온 주입법에 의해 활성화한 후에 접합한다.
그러나, 탄탈산리튬/산화규소/규소의 구조를 실현하기 위한 접합 기술에 관한 공지 정보는 거의 없다.
특허문헌 2에는, 탄탈산리튬과 사파이어나 세라믹스를, 산화규소층을 통해 플라즈마 활성화법에 의해 접합하는 것이 기재되어 있다.
비특허문헌 1에는, 탄탈산리튬 기판과, 산화규소층을 형성한 실리콘 기판을, O2의 RIE(13.56 ㎒) 플라즈마와 N2의 microwave(2.45 ㎓) 플라즈마를 연이어 조사함으로써 접합하는 것이 기재되어 있다.
Si와 SiO2/Si의 플라즈마 활성화 접합에서는, 그 접합 계면에서 Si-O-Si 결합이 형성됨으로써 충분한 접합 강도가 얻어진다. 또한 동시에 Si가 SiO2로 산화됨으로써 평활도가 향상되고, 최표면에서 상기 접합이 촉진된다(비특허문헌 2).
비특허문헌 1 : ECS Transactions, 3(6) 91-98 페이지(2006)
비특허문헌 2 : J. Applied Physics 113, 094905 (2013)
그러나, 선행문헌과 같이, 이온 주입에 의해, 니오븀산리튬이나 탄탈산리튬 기판을 얇게 함으로써 압전 소자를 제작한 경우에는, 특성이 낮다고 하는 문제가 있었다. 이것은, 이온 주입시의 손상에 의해 결정성이 열화하는 것에 기인한다고 고려된다.
한편, 니오븀산리튬이나 탄탈산리튬 등의 압전성 재료 기판을 실리콘 기판 상의 산화규소막에 접합한 후에, 압전성 재료 기판을 연마함으로써 얇게 하는 경우에는, 가공 변질층을 CMP에 의해 제거할 수 있기 때문에 소자 특성은 열화하지 않는다. 그러나, 연마 가공에 의해 압전성 재료 기판의 두께를 작게 해 가면, 접합층을 구성하는 산화규소와 지지 기판의 계면에서 박리가 생기기 쉽기 때문에, 수율 저하의 원인이 되었다.
본 발명의 과제는, 니오븀산리튬, 탄탈산리튬 및 니오븀산리튬-탄탈산리튬으로 이루어진 군에서 선택된 재질을 포함하는 압전성 재료 기판과 지지 기판을, 산화규소를 포함하는 접합층을 통해 접합함에 있어서, 접합층을 구성하는 산화규소와 지지 기판의 계면에서의 박리를 억제하는 것이다.
본 발명은,
지지 기판,
상기 지지 기판의 표면 상에 형성된 접합층으로서, 산화규소를 포함하는 접합층, 및
니오븀산리튬, 탄탈산리튬 및 니오븀산리튬-탄탈산리튬으로 이루어진 군에서 선택된 재질을 포함하는 압전성 재료 기판
을 구비하고 있는 접합체로서,
상기 지지 기판의 상기 표면에 오목부가 형성되어 있고, 상기 접합층이, 상기 오목부 상에 연장되는 구조 결함부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명자는, 접합층을 구성하는 산화규소와 지지 기판의 계면에 미세한 박리가 생기는 것을 억제하기 위해, 지지 기판과 접합층의 밀착성을 높이는 것을 시도했다. 이 때문에, 지지 기판의 표면을 조면화 가공해 봤지만, 그것만으로는 접합체의 계면에서의 박리를 억제할 수 없었다.
이 때문에, 본 발명자는, 지지 기판의 표면의 가공법을 연구하여, 표면에, 평활 부분과, 평활부로부터 움푹 팬 오목부를 형성하고, 그 위에 산화규소를 포함하는 접합층을 형성하는 것을 시도했다. 그 결과, 오목부 상에, 접합층의 다른 부분보다 밀도가 낮은 구조 결함부가 생기는 것을 확인했다. 이 구조 결함부의 양측에는, 산화규소 매트릭스가 존재하며, 구조 결함부에 의해 산화규소가 분획되어 있다. 이러한 구조 결함부와 그 양측의 산화규소 매트릭스는, 투과형 전자 현미경(TEM)에 의해 확인할 수 있다.
이러한 미구조(微構造)를 갖는 접합체에 의하면, 압전성 재료 기판에 대하여 연마 등에 의해 압력을 가하더라도, 접합층과 지지 기판의 계면을 따르는 박리가 생기기 어려운 것을 발견했다. 그 이유는 명확하지 않지만, 오목부 상의 구조 결함부는, 그 양측의 산화규소 매트릭스에 비교하여 밀도가 약간 낮고, 접합체를 연마 가공할 때에 구조 결함부가 탄성 변형하여 가공 부하를 흡수함으로써, 계면을 따르는 박리가 발생하기 어려워지는 것으로 고려된다.
도 1의 (a)는 압전성 재료 기판(1)을 나타내고, (b)는 압전성 재료 기판(1)의 접합면에 플라즈마 A를 조사하여 활성화면(5)을 생성시킨 상태를 나타낸다.
도 2의 (a)는 지지 기판(3)의 표면에 가공 B를 행한 상태를 나타내고, (b)는 지지 기판(3)의 가공된 표면(3b) 상에 접합층(4)을 형성한 상태를 나타내며, (c)는 접합층(4)의 접합면에 대하여 플라즈마 C를 조사하여 활성화면(6)을 생기게 한 상태를 나타낸다.
도 3의 (a)는 압전성 재료 기판(1)과 지지 기판(3)의 접합체(8)를 나타내고, (b)는 접합체(8A)의 압전성 재료 기판(1)을 가공에 의해 얇게 한 상태를 나타내며, (c)는 탄성파 소자(11)를 나타낸다.
도 4의 (a)는 지지 기판(3)의 표면(3a)을 나타내는 확대도이고, (b)는 표면 가공후의 지지 기판(3)의 표면(3b)을 나타내는 확대도이며, (c)는 오목부(12) 상에 구조 결함부(13)가 형성된 상태를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태의 접합체에 있어서, 지지 기판의 표면과 접합층의 계면 부근을 나타내는 투과형 전자 현미경(TEM) 사진이다.
도 6은 도 5의 사진에 대응하는 모식도이다.
도 7은 도 5의 사진의 부분 확대도이다.
도 8은 도 7의 사진에 대응하는 모식도이다.
도 2의 (a)는 지지 기판(3)의 표면에 가공 B를 행한 상태를 나타내고, (b)는 지지 기판(3)의 가공된 표면(3b) 상에 접합층(4)을 형성한 상태를 나타내며, (c)는 접합층(4)의 접합면에 대하여 플라즈마 C를 조사하여 활성화면(6)을 생기게 한 상태를 나타낸다.
도 3의 (a)는 압전성 재료 기판(1)과 지지 기판(3)의 접합체(8)를 나타내고, (b)는 접합체(8A)의 압전성 재료 기판(1)을 가공에 의해 얇게 한 상태를 나타내며, (c)는 탄성파 소자(11)를 나타낸다.
도 4의 (a)는 지지 기판(3)의 표면(3a)을 나타내는 확대도이고, (b)는 표면 가공후의 지지 기판(3)의 표면(3b)을 나타내는 확대도이며, (c)는 오목부(12) 상에 구조 결함부(13)가 형성된 상태를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태의 접합체에 있어서, 지지 기판의 표면과 접합층의 계면 부근을 나타내는 투과형 전자 현미경(TEM) 사진이다.
도 6은 도 5의 사진에 대응하는 모식도이다.
도 7은 도 5의 사진의 부분 확대도이다.
도 8은 도 7의 사진에 대응하는 모식도이다.
이하, 적절하게 도면을 참조하면서 본 발명을 상세히 설명한다.
우선, 도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 주면(主面)(1a, 1b)을 갖는 압전성 재료 기판(1)을 준비한다. 이어서, 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 압전성 재료 기판(1)의 접합면(1a)에 대하여 화살표 A와 같이 플라즈마를 조사하여, 표면 활성화된 접합면(5)을 얻는다.
한편, 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 지지 기판(3)의 표면(3a)에 대하여 화살표 B와 같이 표면 가공을 하여, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같은 가공된 표면(3b)을 형성한다. 이어서, 지지 기판(3)의 표면(3b) 상에, 산화규소를 포함하는 접합층(4)을 형성한다. 이어서, 도 2의 (c)에 나타내는 바와 같이, 접합층(4)의 표면(4a)에 대하여 화살표 C와 같이 플라즈마를 조사함으로써 표면 활성화하여, 활성화된 접합면(6)을 형성한다.
이어서, 압전성 재료 기판(1) 상의 활성화된 접합면(5)과, 지지 기판(3) 상의 접합층(4)의 활성화된 접합면(6)을 접촉시켜 직접 접합하여, 도 3의 (a)에 나타내는 접합체(8)를 얻을 수 있다.
이 상태에서, 압전성 재료 기판(1) 상에 전극을 설치해도 좋다. 그러나, 바람직하게는, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 압전성 재료 기판(1)의 주면(1b)을 가공하여 기판(1)을 얇게 하여, 박판화된 압전성 재료 기판(1A)을 구비한 접합체(8A)를 얻는다. 9는 가공면이다. 이어서, 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이, 접합체(8A)의 압전성 재료 기판(1A)의 가공면(9) 상에 소정의 전극(10)을 형성하고, 탄성파 소자(11)를 얻을 수 있다.
본 발명에서는, 지지 기판의 표면에 평활면과 오목부가 형성되어 있고, 접합층이, 오목부 상에 연장되는 구조 결함부를 구비하고 있다. 예컨대, 도 4의 (a), (b), (c)의 예에서는, 지지 기판(3)의 표면(3a)을 가공함으로써, 가공된 표면(3b)을 형성한다. 여기서, 표면(3b)은, 미시적으로 보면, 평활면(14)과, 평활면(14)으로부터 지지 기판(3)의 내부로 향해 움푹 팬 오목부(12)를 갖는다. 여기서, 오목부(12)의 깊이를 제어하고, 표면(3b) 상에 산화규소를 성막함으로써, 도 4의 (c)에 나타내는 바와 같이, 접합층(4) 중에 구조 결함부(13)를 형성할 수 있다. 각 구조 결함부(13)는 각각 오목부(12) 상에 형성된다.
여기서, 표면(3b)에 존재하는 오목부(12)는, 표면의 평활면(14)으로부터 지지 기판(3)의 내부로 향해 움푹 팬 부분을 의미한다. 이러한 오목부(12)의 평면적 형상은 한정되지 않고, 원형, 타원형, 다각형이나 부정형이어도 좋다.
또한, 오목부(12)의 깊이 d는, 80 ㎚ 이상, 250 ㎚ 이하로 하는 것이, 산화규소(4)에 구조 결함부(13)를 생기게 한다는 관점에서 바람직하다. 이 관점에서는, 오목부(12)의 깊이 d를 100 ㎚ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 또한 230 ㎚ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
오목부(12)의 폭 w는, 산화규소(4)에 구조 결함부(13)를 생기게 한다고 하는 관점에서는, 140 ㎚ 이상이 바람직하고, 또한 500 ㎚ 이하가 바람직하다.
본 발명의 접합층(4)은 산화규소를 포함한다. 여기서, 구조 결함부(13)란, 산화규소를 포함하고, 또한 접합층(4)을 구성하는 산화규소 매트릭스보다 밀도가 낮은 부분을 의미한다.
구조 결함부(13)는 이하와 같이 하여 동정한다. 즉, 투과형 전자 현미경을 이용하여, 가속 전압 200 ㎸, 배율 10만배, 시야 1.9×2.1 um로 관측한다. 그리고, 관찰 시야의 콘트라스트를 해석용 소프트웨어상에서 조정한다.
구조 결함부(13)는, 오목부(12) 상에 형성되어 있고, 오목부(12)와 접합층(4)의 활성화면(6) 사이에 신장되어 있다. 다만, 구조 결함부(13)의 전체가 오목부(12) 상에 존재할 필요는 없고, 구조 결함부(13)의 일부가 오목부(12) 상에 존재하면 충분한 것으로 한다.
본 발명에서는, 각 오목부(12)의 깊이나 폭이나 형상이 서로 일치할 필요는 없고, 각각 상이해도 좋다. 또한, 모든 오목부(12) 상에 구조 결함부(13)가 존재할 필요는 없고, 일부의 오목부(12) 상에 구조 결함부(13)가 존재하면 충분하다.
예컨대, 도 5, 도 6의 예에서는, 지지 기판(3)의 표면(3b)에 오목부(12A, 12B, 12C)가 형성되어 있고, 각 오목부(12A, 12B, 12C)의 치수, 특히 깊이 d가 서로 다르다. 예컨대, 오목부(12A)의 깊이 d는 110 ㎚이고, 오목부(12B)의 깊이 d는 70 ㎚이며, 오목부(12C)의 깊이 d는 190 ㎚이다. 그리고, 오목부(12A, 12C) 상에는 구조 결함부(13)가 생성되었고, 오목부(12B) 상에는 구조 결함부(13)가 생성되지 않았다.
도 7은 별도의 오목부(12)와 그 위의 구조 결함부(13)를 확대하여 나타내는 사진이며, 도 8는 도 7의 모식도이다. 오목부(12)의 깊이 d는 본 예에서는 125 ㎚이다. 오목부(12) 상에는 구조 결함부(13)가 형성되어 있고, 구조 결함부(13)에 의해 산화규소 매트릭스(15)가 분획되어 있다. 산화규소 매트릭스(15)의 명도는 상대적으로 낮고, 구조 결함부(13)는 상대적으로 하얗게 되어 있다.
이와 같이, 오목부(12) 상에 구조 결함부(13)를 형성함으로써, 접합체(8)를 연마 가공할 때에, 구조 결함부(13)가 탄성 변형하고, 가공 부하를 흡수할 수 있어, 그 결과, 압전성 재료 기판(1A)의 접합면(5)과 접합층(4)의 접합면(6)의 계면을 따르는 박리가 발생하기 어려워지는 것으로 고려된다.
이하, 본 발명의 각 구성 요소에 관해 순차적으로 설명한다.
지지 기판(3)의 재질은 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는, 실리콘, 수정, 사이알론, 멀라이트, 사파이어 및 투광성 알루미나로 이루어진 군에서 선택된 재질을 포함한다. 이것에 의해, 탄성파 소자(11)의 주파수의 온도 특성을 한층 더 개선할 수 있다.
지지 기판(3) 상에 산화규소로 이루어진 접합층(4)을 형성할 때에는, 접합층(4)의 성막 방법은 한정되지 않지만, 스퍼터링, 화학적 기상 성장법(CVD), 증착을 예시할 수 있다.
여기서, 지지 기판(3)의 표면(3b)에 오목부(12)를 형성함으로써, 오목부(12) 상에 구조 결함부(13)가 생성되기 쉽도록 한다. 이러한 오목부(12)의 형성법으로는, 이하가 바람직하다.
기계 가공에 의한 표면의 처리가 오목부(12)를 가장 간단하게 실현할 수 있다. 예컨대, 미소 입자를 표면에 고속으로 충돌시키는 블라스트 가공법이나, 고정 지립에 의한 연삭 가공을 들 수 있다. 블라스트 가공은, 가공에 이용하는 입자의 종재질(種材質), 입경, 가공 시간 등을 선택함으로써, 광범위에 걸친 조건 중에서 적절한 가공 조건을 선택할 수 있어, 본 발명의 실현법으로서 가장 바람직하다. 또한, 연삭 가공도, 지석의 번수, 스핀들 회전수, 이송 속도 등의 가공 조건을 선택함으로써, 동일하게 조건 조정을 용이하게 실시할 수 있다.
산화규소로 이루어진 접합층(4)의 두께는, 구조 결함부(13)의 생성을 촉진한다는 관점에서는, 0.05 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 0.1 ㎛ 이상인 것이 더 바람직하며, 0.2 ㎛ 이상인 것이 특히 바람직하다. 또한, 접합 강도의 관점에서는, 접합층(4)의 두께는, 3 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 2.5 ㎛ 이하가 바람직하고, 2.0 ㎛ 이하가 더 바람직하다.
압전성 재료 기판(1)은, 탄탈산리튬(LT) 단결정, 니오븀산리튬(LN) 단결정, 니오븀산리튬-탄탈산리튬 고용체로 한다. 이들은 탄성파의 전파 속도가 빠르고, 전기 기계 결합 계수가 크기 때문에, 고주파수이자 광역대 주파수용의 탄성 표면파 디바이스로서 적합한다.
또한, 압전성 재료 기판(1)의 주면의 법선 방향은, 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 압전성 재료 기판(1)이 LT로 이루어질 때에는, 탄성 표면파의 전파 방향인 X축을 중심으로, Y축으로부터 Z축으로 32°~55° 회전한 방향의 것, 오일러각 표시로 (180°, 58°~35°, 180°)를 이용하는 것이 전파 손실이 작기 때문에 바람직하다. 압전성 재료 기판(1)이 LN으로 이루어질 때에는, (가) 탄성 표면파의 전파 방향인 X축을 중심으로, Z축으로부터 -Y축으로 37.8° 회전한 방향의 것, 오일러각 표시로 (0°, 37.8°, 0°)를 이용하는 것이 전기 기계 결합 계수가 크기 때문에 바람직하거나, 또는 (나) 탄성 표면파의 전파 방향인 X축을 중심으로, Y축으로부터 Z축으로 40°~65° 회전한 방향의 것, 오일러각 표시로 (180°, 50°~25°, 180°)를 이용하는 것이 고음속이 얻어지기 때문에 바람직하다. 또한, 압전성 재료 기판(1)의 크기는, 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 직경 100 ㎜~200 ㎜, 두께가 0.15 ㎛~1 ㎛이다.
이어서, 압전성 재료 기판(1)의 접합면(1a), 지지 기판(3) 상의 접합층(4)의 접합면(4a)에 150℃ 이하에서 플라즈마를 조사하여, 접합면(1a, 4a)을 활성화시킨다. 본 발명의 관점에서는, 질소 플라즈마를 조사하는 것이 바람직하지만, 산소 플라즈마를 조사한 경우에도, 본 발명의 접합체(8, 8A)를 얻는 것이 가능하다.
표면 활성화시의 압력은, 100 Pa 이하가 바람직하고, 80 Pa 이하가 더 바람직하다. 또한, 분위기는 질소만이어도 좋고, 산소만이어도 좋지만, 질소, 산소의 혼합물이어도 좋다.
플라즈마 조사시의 온도는 150℃ 이하로 한다. 이에 의해, 접합 강도가 높고, 또한 결정성의 열화가 없는 접합체(8, 8A)가 얻어진다. 이 관점에서, 플라즈마 조사시의 온도를 150℃ 이하로 하지만, 100℃ 이하로 하는 것이 더 바람직하다.
또한, 플라즈마 조사시의 에너지는 30 W~150 W가 바람직하다. 또한, 플라즈마 조사시의 에너지와 조사 시간의 곱은 0.12 Wh~1.0 Wh가 바람직하다.
플라즈마 처리한 기판의 접합면(5)과 접합면(6)끼리 실온에서 서로 접촉시킨다. 이 때 진공중에서 처리해도 좋지만, 더 바람직하게는 대기중에서 접촉시킨다.
적합한 실시형태에서는, 플라즈마 처리전에, 압전성 재료 기판(1)의 접합면(1a) 및 접합층(4)의 접합면(4a)을 평탄화 가공한다. 각 접합면(1a, 4a)을 평탄화하는 방법은, 랩(lap) 연마, 화학 기계 연마 가공(CMP) 등이 있다. 또한, 평탄면은, Ra≤1 ㎚이 바람직하고, 0.3 ㎚ 이하로 하면 더 바람직하다.
이어서, 압전성 재료 기판(1)의 접합면(5)과 지지 기판(3) 상의 접합층(4)의 접합면(6)을 접촉시켜 접합한다. 그 후, 어닐 처리를 행함으로써 접합 강도를 향상시키는 것이 바람직하다. 어닐 처리시의 온도는, 100℃ 이상, 300℃ 이하가 바람직하다.
본 발명의 접합체(8, 8A)는, 탄성파 소자(11)에 대하여 적합하게 이용할 수 있다.
탄성파 소자(11)로는, 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 함)과 탄성 표면파를 수신하는 출력측의 IDT 전극을 설치한 것이다. 입력측의 IDT 전극에 고주파 신호를 인가하면, 전극 사이에 전계가 발생하고, 탄성 표면파가 여진되어 압전성 재료 기판 상을 전파해 간다. 그리고, 전파 방향으로 설치된 출력측의 IDT 전극으로부터, 전파된 탄성 표면파를 전기 신호로서 취출할 수 있다.
압전성 재료 기판(1A) 상의 전극(10)을 구성하는 재질은, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 금이 바람직하고, 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 더 바람직하다. 알루미늄 합금은, Al에 0.3 내지 5 중량%의 Cu를 혼합한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, Cu 대신에 Ti, Mg, Ni, Mo, Ta를 사용해도 좋다.
실시예
(실시예 1)
도 1~도 4를 참조하면서 설명한 바와 같이 하여 접합체(8A)를 제작했다.
구체적으로는, 두께가 200 ㎛이고 양면이 경면으로 연마되어 있는 42Y컷트 X전파 LiTaO3 기판(압전성 재료 기판)(1)과, 두께가 675 ㎛인 고저항(>2 ㏀·㎝) Si(100) 기판(지지 기판)(3)을 준비했다. 기판 사이즈는 모두 150 ㎜이다.
이어서, 지지 기판(3)의 표면(3a)을 샌드블라스트 가공했다. 블라스트 가공제는, #6000의 알루미나 입자를 이용했다. 이 알루미나 입자의 평균 입경은 2 um였다. 웨이퍼 전면이 가공되도록 블라스트건을 웨이퍼에 대하여 평행하게 이동시켜 자동기로 가공했다. 가공후의 지지 기판(3)의 표면의 Ra는 1.2 ㎚이었다.
지지 기판(3)의 표면(3a)을 세정한 후, 스퍼터 장치로 산화규소로 이루어진 접합층(4)을 성막했다. 이 때의 접합층(4)의 두께는 540 ㎚이었다. 성막한 산화규소의 표면을 Ra가 0.3 ㎚이 되도록 CMP 가공하여 접합면(4a)으로 했다. 이어서, 압전성 재료 기판(1)의 접합면(1a) 및 지지 기판(3) 상의 접합층(4)의 접합면(4a)을 각각 세정 및 표면 활성화했다. 구체적으로는, 순수를 이용한 초음파 세정을 실시하고, 스핀 드라이에 의해 기판 표면을 건조시켰다. 이어서, 세정후의 지지 기판(3)을 플라즈마 활성화 챔버에 도입하여, 질소 가스 플라즈마로 30℃에서 접합면(4a)을 활성화했다. 또한, 압전성 재료 기판(1)을 동일하게 플라즈마 활성화 챔버에 도입하여, 질소 가스 플라즈마로 30℃에서 접합면(1a)을 표면 활성화했다. 표면 활성화 시간은 40초로 하고, 에너지는 100 W로 했다. 표면 활성화 중에 부착된 파티클을 제거할 목적으로, 전술한 것과 동일한 초음파 세정, 스핀 드라이를 다시 실시했다.
이어서, 각 기판(1, 3)의 위치 맞춤을 행하여, 실온에서 양 기판(1, 3)의 활성화한 접합면(5, 6)끼리 접촉시켰다. 압전성 재료 기판(1)측을 위로 하여 접촉시켰다. 그 결과, 기판끼리의 밀착이 확대되는 모습(소위 본딩 웨이브)이 관측되어, 양호하게 예비 접합이 행해진 것을 확인할 수 있었다. 이어서, 접합 강도를 늘리는 것을 목적으로, 접합체를 질소 분위기의 오븐에 투입하여, 150℃에서 10시간 유지했다. 가열후의 접합체(8)의 압전성 재료 기판(1)의 표면(1b)을 연삭 가공, 랩가공 및 CMP 가공하여, 압전성 재료 기판(1A)의 두께가 1 ㎛가 되도록 했다.
이어서, 연마후의 접합체 칩을 오븐 내에 투입하여, 320℃의 분위기에서 2시간 방치했다. 오븐으로부터 꺼낸 결과, 파손, 박리가 보이지 않는 것을 확인했다.
또한, 얻어진 접합체 칩을 절단하고, 절단면을 투과형 전자 현미경 사진으로 이하의 조건으로 촬영하여, 이하의 결과를 얻었다.
측정 조건 : 가속 전압 200 ㎸
장치 : 히타치 하이테크놀로지 제조 H-9500
배율 : 10만배
측정 결과 :
도 7, 도 8에 나타내는 바와 같은 형태의 단면 사진이 얻어졌다. 구체적인 형태는 이하와 같다.
오목부(12)의 깊이 d : 125 ㎚
오목부(12)의 폭 w : 340 ㎚
구조 결함부(13)의 길이 T : 430 ㎚
(실시예 2)
실시예 1에서, 샌드 블라스트 가공 대신에, 지지 기판(3)의 표면(3a)을 #8000의 연삭 지석으로 깊이 2 ㎛ 정도 가공했다. 그 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 접합체 칩을 제작했다.
이어서, 연마후의 접합체 칩을 오븐 내에 투입하여, 320℃의 분위기에서 2시간 방치했다. 오븐으로부터 꺼낸 결과, 파손, 박리가 보이지 않는 것을 확인했다.
또한, 얻어진 접합체 칩을 절단하고, 절단면을 투과형 전자 현미경 사진으로 촬영하여, 이하의 결과를 얻었다.
측정 결과 :
도 5, 도 6에 나타내는 바와 같은 형태의 단면 사진이 얻어졌다. 구체적인 형태는 이하와 같다.
오목부(12)의 깊이 d : 70 ㎚~190 ㎚
오목부(12)의 폭 w : 90 ㎚~350 ㎚
구조 결함부(13)의 길이 T : 170 ㎚~380 ㎚
다만, 오목부(12)의 깊이가 70 ㎚인 오목부(12) 상에는 구조 결함부(13)는 보이지 않았다.
(비교예 1)
실시예 1에서, 지지 기판(3)의 표면(3a)의 샌드 블라스트 가공을 행하지 않았다. 지지 기판(3)의 표면(3a)의 Ra는 0.2 ㎚이다. 그 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 접합체 칩을 제작했다.
이어서, 연마후의 접합체 칩을 오븐 내에 투입하여, 260℃의 분위기에서 2시간 방치했다. 오븐으로부터 꺼낸 결과, 압전성 재료 기판(1A)의 접합면(5)과 접합층(4)의 접합면(6)의 계면을 따라 박리되어 있고, 보이드가 생겼다.
또한, 얻어진 접합체 칩을 절단하고, 절단면을 투과형 전자 현미경 사진으로 촬영한 결과, 구조 결함부(13)는 관측되지 않았다.
Claims (3)
- 지지 기판,
상기 지지 기판의 표면 상에 형성된 접합층으로서, 산화규소를 포함하는 접합층, 및
니오븀산리튬, 탄탈산리튬 및 니오븀산리튬-탄탈산리튬으로 이루어진 군에서 선택된 재질을 포함하는 압전성 재료 기판
을 구비하는 접합체로서,
상기 지지 기판의 상기 표면에 오목부가 형성되어 있고, 상기 접합층은, 상기 오목부 상에 연장되는 구조 결함부를 구비하는 것을 특징으로 하는 접합체. - 제1항에 있어서, 상기 오목부의 깊이가 80 ㎚~250 ㎚인 것을 특징으로 하는 접합체.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압전성 재료 기판의 두께가 4.0 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 접합체.
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