KR102312794B1 - 압전성 재료 기판과 지지 기판의 접합체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압전성 재료 기판[1(1A)]을 지지 기판(3)에 대하여 접합층(2)을 통해 접합함에 있어서, 얻어진 접합체를 가열 처리에 제공했을 때에도 압전성 재료 기판[1(1A)]의 박리가 생기지 않도록 하는 것을 과제로 한다.
접합체는, 지지 기판(3), 니오븀산리튬, 탄탈산리튬 및 니오븀산리튬-탄탈산리튬으로 이루어진 군에서 선택된 재질을 포함하는 압전성 재료 기판[1(1A)], 및 지지 기판(3)과 압전성 재료 기판[1(1A)]을 접합하고, 압전성 재료 기판[1(1A)]의 접합면(1a)에 접하고 있는 접합층(2)을 구비한다. 접합층(2)에, 상기 압전성 재료 기판으로부터 상기 지지 기판을 향해 신장된 보이드가 형성되어 있다.

Description

압전성 재료 기판과 지지 기판의 접합체
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 특성을 향상시키기 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.
접합 계면에 단일 또는 복수의 유전막을 형성하는 다층 구조의 필터도 제안되어 있다(특허문헌 2). 그러나, 탄탈산리튬/산화규소/규소의 구조를 실현하기 위한 접합 기술에 관한 공지 정보는 거의 없다.
특허문헌 3에는, 탄탈산리튬과 사파이어나 세라믹스를, 산화규소층을 통해 플라즈마 활성화법에 의해 접합하는 것이 기재되어 있다.
한편, 탄탈산리튬과 사파이어를 산화규소층을 통해 접합한 표면 탄성파 필터는, 그 접합 계면에서 벌크파가 발생하여, 통과 영역 및 고주파 영역에 불필요 응답이 나타나는 것이 알려져 있다. 이것을 막을 목적으로 접합 계면에 조면을 도입하고, 벌크파를 산란시켜 불필요 응답을 억제하는 수법이 제안되어 있다. 그 때, 조면을 무기 재료로 충전한 후, 연마하여 평활면으로 하는 것이 공표되어 있다(특허문헌 4).
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 2016-225537 특허문헌 2 : 일본 특허 5910763 특허문헌 3 : 일본 특허 제3774782호 특허문헌 4 : 일본 특허 공개 2012-85286호 공보(일본 특허 581427)
비특허문헌 1 : ECS Transactions, 3(6) 91-98 (2006) 비특허문헌 2 : J. Applied Physics 113, 094905 (2013)
그러나, 열팽창계수가 상이한 이종 재료를 접합 계면으로 유도하는 것은, 웨이퍼 프로세스 중의 가열 공정에서 응력이 발생하는 것을 의미한다. 이 때문에, 접합체를 가열 처리에 제공한 후에, 응력에 기인한 접합체의 파손이나 압전성 재료 기판의 박리가 빈발하는 것이 과제였다. 또한, 압전성 재료 기판의 접합면의 요철에 치밀하게 이종 재료를 충전함으로써, 새로운 반사 요인이 되어, 불필요파를 충분히 억제할 수 없는 경우가 있었다.
본 발명의 과제는, 압전성 재료 기판을 지지 기판에 대하여 접합층을 통해 접합함에 있어서, 얻어진 접합체를 가열 처리에 제공했을 때에도 압전성 재료 기판의 박리가 생기지 않도록 하는 것이다.
본 발명은,
지지 기판,
니오븀산리튬, 탄탈산리튬 및 니오븀산리튬-탄탈산리튬으로 이루어진 군에서 선택된 재질을 포함하는 압전성 재료 기판, 및
상기 지지 기판과 상기 압전성 재료 기판을 접합하고, 상기 압전성 재료 기판의 접합면에 접하고 있는 접합층
을 구비하고 있는 접합체로서,
상기 접합층에, 상기 압전성 재료 기판으로부터 상기 지지 기판을 향해 신장된 보이드가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명자는, 압전성 재료 기판의 주면(主面)에 조면(粗面)을 형성하고, 조면 상에 산화규소나 오산화탄탈 등의 접합층을 성막함에 있어서, 접합층의 성막 조건을 검토했다. 지금까지는, 접합 강도를 확보하기 위해 치밀질의 접합층을 성막하는 것이 필요하다고 생각되었고, 이 때문에 비교적 저속도로 치밀한 막이 생성되는 조건을 채용했다. 그러나, 이 경우, 압전성 재료 기판을 얇게 가공하고 나서 가열 처리하면, 얇은 압전성 재료 기판이 지지 기판으로부터 박리되는 경향이 보였다.
본 발명자는 이 문제를 해결하기 위해, 치밀질의 접합층의 미구조를 검토했지만, 접합층 중에는 특별히 보이드나 크랙은 보이지 않았다. 이 때문에, 발상을 전환하여, 접합층의 성막 속도를 높이는 것을 시도한 결과, 주로 압전성 재료 기판의 접합면의 오목부를 기점으로 보이드가 생성된 것을 발견했다. 그리고, 접합층 중에 이러한 보이드가 생성된 경우에는, 압전성 재료 기판을 얇게 가공하여 가열 처리하더라도, 압전성 재료 기판의 박리가 생기기 어려운 것을 발견하여 본 발명에 도달했다.
이러한 현저한 작용 효과가 얻어진 이유는 명확하지 않지만, 압전성 재료 기판측으로부터 지지 기판측을 향해 신장된 보이드가, 가공에 의해 가해지는 기계적 응력과 가열에 의해 가해지는 열응력을 적당하게 분산하고 있는 것으로 생각된다.
도 1의 (a)는, 압전성 재료 기판(1)의 주면(1a)을 가공하고 있는 상태를 나타내고, (b)는, 압전성 재료 기판(1)의 주면(1a)에 접합층(2)을 형성한 상태를 나타내고, (c)는, 접합층(2)의 접합면에 대하여 플라즈마(B)를 조사하여 활성화한 상태를 나타낸다.
도 2의 (a)는, 지지 기판(3)을 나타내고, (b)는, 지지 기판(3)의 접합면(3b)을 활성화한 상태를 나타낸다.
도 3의 (a)는, 압전성 재료 기판(1)과 지지 기판(3)의 접합체(5)를 나타내고, (b)는, 접합체(5A)의 압전성 재료 기판(1A)을 가공에 의해 얇게 한 상태를 나타내고, (c)는, 탄성파 소자(6)를 나타낸다.
도 4의 (a)는, 지지 기판(3)을 나타내고, (b)는, 지지 기판(3) 상의 중간층(12)의 접합면(12a)을 활성화한 상태를 나타낸다.
도 5의 (a)는, 압전성 재료 기판(1)과 지지 기판(3)의 접합체(15)를 나타내고, (b)는, 접합체(15A)의 압전성 재료 기판(1A)을 가공에 의해 얇게 한 상태를 나타내고, (c)는, 탄성파 소자(16)를 나타낸다.
도 6은 실시예에서의 접합층을 확대하여 나타내는 사진이다.
도 7은 도 6의 사진에 대응하는 설명도이다.
도 8은 비교예에서의 접합층을 확대하여 나타내는 사진이다.
도 9는 도 8의 사진에 대응하는 설명도이다.
이하, 적절하게 도면을 참조하면서 본 발명을 상세히 설명한다.
우선, 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이, 한쌍의 주면(1a, 1b)을 갖는 압전성 재료 기판(1)을 준비한다. 이어서, 주면(1a)에 가공 A를 실시함으로써 조면화한다. 이어서, 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이, 압전성 재료 기판(1)의 주면(1a) 상에 접합층(2)을 성막한다. 이 접합층(2)의 표면(2a)을, 경면을 얻을 목적으로 CMP 연마한다. 이어서, 도 1의 (c)에 나타낸 바와 같이, 접합층(2)의 표면(2a)에 대하여 화살표 B와 같이 플라즈마를 조사하여, 표면 활성화된 접합면(2b)을 얻는다.
한편, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 주면(3a)을 갖는 지지 기판(3)을 준비한다. 이어서, 지지 기판(3)의 주면에 대하여 화살표 C와 같이 플라즈마를 조사함으로써 표면 활성화하여, 활성화된 접합면(3b)을 형성한다.
이어서, 압전성 재료 기판 상의 접합층(2)의 활성화된 접합면(2b)과, 지지 기판(3)의 활성화된 접합면(3b)을 접촉시켜, 직접 접합함으로써, 도 3의 (a)에 나타내는 접합체(5)를 얻는다.
이 상태로, 압전성 재료 기판(1) 상에 전극을 설치해도 좋다. 그러나, 바람직하게는, 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 압전성 재료 기판(1)의 주면(1b)을 가공하여 기판(1)을 얇게 하여, 박판화된 압전성 재료 기판(1A)을 형성하여, 접합체(5A)로 한다. 9는 가공면이다. 이어서, 도 3의 (c)에 나타낸 바와 같이, 접합체(5A)의 압전성 재료 기판(1A)의 가공면(9) 상에 소정의 전극(10)을 형성하여, 탄성파 소자(6)를 얻을 수 있다.
또한, 접합층(2)과 지지 기판(3) 사이에 중간층을 형성할 수 있다. 도 4, 도 5는 이 실시형태에 관한 것이다.
본 예에서는, 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이, 한쌍의 주면(1a, 1b)을 갖는 압전성 재료 기판(1)을 준비한다. 이어서, 주면(1a)에 가공 A를 실시함으로써 조면화한다. 이어서, 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이, 압전성 재료 기판(1)의 주면(1a) 상에 접합층(2)을 성막한다. 이 접합층(2)의 표면을, 경면을 얻을 목적으로 CMP 연마한다. 이어서, 도 1의 (c)에 나타낸 바와 같이, 접합층(2)의 접합면에 대하여 화살표 B와 같이 플라즈마를 조사하여, 표면 활성화된 접합면(2b)을 얻는다.
한편, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 주면(3a)을 갖는 지지 기판(3)을 준비한다. 이어서, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 지지 기판(3)의 주면(3a) 상에 중간층(12)을 형성하고, 중간층(12)의 표면에 대하여 화살표 C와 같이 플라즈마를 조사함으로써 표면 활성화하여, 활성화된 접합면(12a)을 형성한다.
이어서, 압전성 재료 기판 상의 접합층(2)의 활성화된 접합면(2b)과, 지지 기판(3) 상의 중간층(12)의 활성화된 접합면(12a)을 접촉시켜, 직접 접합함으로써, 도 5의 (a)에 나타내는 접합체(15)를 얻는다.
이 상태로, 압전성 재료 기판(1) 상에 전극을 설치해도 좋다. 그러나, 바람직하게는, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 압전성 재료 기판(1)의 주면(1b)을 가공하여 기판(1)을 얇게 하여, 박판화된 압전성 재료 기판(1A)을 형성하여, 접합체(15A)로 한다. 9는 가공면이다. 이어서, 도 5의 (c)에 나타낸 바와 같이, 접합체(15A)의 압전성 재료 기판(1A)의 가공면(9) 상에 소정의 전극(10)을 형성하여, 탄성파 소자(16)를 얻을 수 있다.
또는, 접합층(2)을 성막한 후, 계속해서 접합층(2)의 위에 중간층(12)을 성막해도 좋다. 이 경우는, 중간층(12)의 표면에 대하여 CMP 가공을 실시하여, 접합면(경면)을 얻는다. 얻어진 접합면에 대하여 플라즈마를 조사하여 활성화한다. 이어서 지지 기판의 표면을 플라즈마 활성화한 후, 중간층의 접합면과 직접 접합한다.
본 발명에서는, 접합층(2)에, 압전성 재료 기판[1(1A)]으로부터 지지 기판(3)을 향해 신장된 가늘고 긴 보이드가 형성되어 있다. 예컨대, 도 6의 횡단면 사진 및 도 7의 모식적 설명도에 나타낸 바와 같이, 압전성 재료 기판[1(1A)]과 지지 기판 사이의 접합층(2) 중에는, 압전성 재료 기판[1(1A)]으로부터 지지 기판(3)을 향해 신장된 보이드(16, 17)가 형성되어 있다.
본 실시형태에서는, 각 보이드(16, 17)는 압전성 재료 기판[1(1A)]의 주면(1a)으로부터 신장되었고, 주면(1a)에서의 요철(특히 오목부)의 형태를 이어받은 것을 알 수 있다. 16a, 17a는, 보이드(16, 17)의 압전성 재료 기판측의 단부이다. 한편, 일부의 보이드(16)는 접합층(2)의 지지 기판측의 접합면(2b)까지 도달했지만, 일부의 보이드(17)는 접합층(2)의 접합면(2b)에 도달하지 않고, 접합층(2) 중에서 종단했다. 16b, 17b는, 각 보이드(16, 17)의 접합면(2b)측의 말단이다.
보이드란, 접합층을 구성하는 재질이 충전되어 있지 않은 공극을 의미한다. 또한, 보이드의 존재 및 형상은, 접합체(웨이퍼)를 절단하여, 절단면을 SEM(주사형 전자 현미경)으로 관찰, 측정한다. 측정 조건을 이하에 나타낸다.
SEM 장치 : CarlZeiss사 제조 Ultra55
가속 전압 : 2kV
배율 : 4000배
바람직한 실시형태에서는, 압전성 재료 기판[1(1A)]의 주면(1a)에 오목부(20)가 형성되어 있고, 보이드(16, 17)가 오목부(20)에 연통하고 있다. 압전성 재료 기판 상에 접합층을 성막할 때에는, 압전성 재료 기판의 주면의 형상을 이어받아 성막되어 가기 때문에, 이러한 형태가 생기기 쉽다. 단, 결정 성장시에 보이드와 오목부의 경계 부분에 결정이 충전되어, 보이드의 말단(16a, 17a)이 오목부(20)로부터 떨어지는 경우도 있다.
바람직한 실시형태에서는 보이드가 접합층을 두께 방향(L)을 향해 관통하고 있다. 이 경우에는, 보이드(16)의 각 말단(16a)이 압전성 재료 기판의 주면(1a)에 도달했고, 또한 보이드(16)의 반대 방향의 말단(16b)이 접합층(2)의 접합면(2b)에 도달했다. 이러한 형태의 보이드(16)가 존재하는 것이, 압전성 재료 기판의 박리 방지의 관점에서는 특히 바람직하다.
접합층의 두께 방향(L)이란, 압전성 재료 기판의 주면(1a)에 수직인 방향을 의미한다. 단, 주면(1a)의 형상은 평면에 근사하며, 미세한 요철은 무시하는 것으로 한다.
바람직하게는, 보이드가 대략 접합층의 두께 방향(L)을 향해 신장되어 있다. 이것은, 보이드의 전체 길이에 걸쳐 두께 방향(L)에 평행하게 신장되어 있을 필요는 없고, 보이드가 굴곡되거나, 변형되거나, 복수열의 보이드가 연통하거나 해도 좋다. 또한, 보이드는 가늘고 긴 보이드인 것이 바람직하다. 또한, 구체적 형상은 특별히 한정되지 않고, 스트라이프형, 근형, 엔타시스형 등이면 되며, 또한 이들이 만곡 내지 절곡 형상이어도 좋다.
또한, (보이드의 압전성 재료 기판측 말단에서의 폭 t)/(보이드의 전체 길이 l)는, 0.02 이상인 것이 바람직하고, 0.03 이상인 것이 더욱 바람직하다. 단, (보이드의 압전성 재료 기판측 말단에서의 폭 t))/(보이드의 전체 길이 l)는, 0.08 이하인 것이 바람직하고, 0.05 이하인 것이 더욱 바람직하다.
단, 보이드의 전체 길이 l은, 보이드의 압전성 단결정 기판측 말단으로부터 지지 기판측 말단까지의 전체 경로의 길이(거리)를 의미한다. 또한, 보이드의 압전성 단결정 기판측 말단에서의 폭 t는, 압전성 단결정 기판과 접합층의 계면에 평행하게 본 보이드의 폭으로 한다.
바람직한 실시형태에서는, 접합층(2)이 지지 기판(3)의 주면(2a)에 접하고 있다. 도 1∼도 3은 이 실시형태에 관한 것이다.
또한, 바람직한 실시형태에서는, 접합층(2)과 지지 기판(3) 사이에 중간층(12)을 갖는다. 도 4, 도 5는 이 실시형태에 관한 것이다. 이러한 중간층은, 1층이어도 좋지만, 복수층이어도 좋다.
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 재질로 이루어진다. 이것에 의해, 탄성파 소자(6, 16)의 주파수의 온도 특성을 한층 더 개선할 수 있다.
접합층, 중간층의 성막 방법은 한정되지 않지만, 스퍼터링, 화학적 기상 성장법(CVD), 증착을 예시할 수 있다.
접합층(2)의 재질은, 표면 활성화 처리가 가능하다면 특별히 한정되지 않지만, 금속산화막이 바람직하고, 산화규소 및 오산화탄탈로 이루어진 군에서 선택된 재질이 특히 바람직하다. 또한, 표면 활성화 처리 방법은, 이용하는 접합층의 재질에 따라서 적절한 것을 선택할 수 있다. 이러한 표면 활성화 방법으로는, 플라즈마 활성화와 FAB(Ar 원자빔)을 예시할 수 있다.
중간층(12)의 재질은, 표면 활성화 처리가 가능하다면 특별히 한정되지 않지만, 금속산화막이 바람직하고, 산화규소 및 오산화탄탈로 이루어진 군에서 선택된 재질이 특히 바람직하다. 단, 중간층의 재질에는 접합층과는 상이한 것을 선택하는 것이 바람직하다.
접합층(2)의 두께는, 본 발명의 관점에서는, 0.5 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 1.0 ㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 2.5 ㎛ 이상인 것이 특히 바람직하다. 또한, 접합층(2)의 두께는, 10 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 7 ㎛ 이하가 바람직하고, 5 ㎛ 이하가 더욱 바람직하다.
본 발명에서 이용하는 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, 고주파수 및 광대역 주파수용의 탄성 표면파 디바이스로서 적합하다.
또한, 압전성 재료 기판(1)의 주면(1a)의 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 표시(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 표시(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 표시(180°, 50∼25°, 180°)를 이용하는 것이 고음속을 얻을 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 압전성 재료 기판(1)의 크기는 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 직경 100∼200 mm, 두께가 0.15∼1 ㎛이다.
또한, 압전성 재료 기판(1)의 주면(1b)을 조면화 가공할 때에는 랩 가공이 바람직하다. GC#1000 또는 GC#2500와 같은 거친 지립을 사용하여 랩 가공하는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이 하여 가공된 조면을 Zygo사 제조 New View 7300으로 측정한 결과, Ra로서 100∼300 nm, Rmax값으로서 1.4∼4.0 um의 값을 나타냈다. 혹은 블라스트 가공을 이용하여 동일한 조면을 얻는 것도 가능하다.
이어서, 압전성 재료 기판(1) 상의 접합층(2)의 접합면, 지지 기판(3)의 접합면, 지지 기판(3) 상의 중간층(12)의 접합면에 150℃ 이하에서 플라즈마를 조사하여, 접합면을 활성화시킨다. 본 발명의 관점에서는, 질소 플라즈마를 조사하는 것이 바람직하지만, 산소 플라즈마를 조사한 경우에도 본 발명의 접합체를 얻는 것이 가능하다.
표면 활성화시의 압력은, 100 Pa 이하가 바람직하고, 80 Pa 이하가 더욱 바람직하다. 또한, 분위기는 질소만이어도 좋고, 산소만이어도 좋지만, 질소, 산소의 혼합물이어도 좋다.
플라즈마 조사시의 온도는 150℃ 이하로 한다. 이것에 의해, 접합 강도가 높고, 또한 결정성의 열화가 없는 접합체가 얻어진다. 이 관점에서, 플라즈마 조사시의 온도를 150℃ 이하로 하지만, 100℃ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 플라즈마 조사시의 에너지는 30∼150 W가 바람직하다. 또한, 플라즈마 조사시의 에너지와 조사 시간의 곱은 0.12∼1.0 Wh가 바람직하다.
플라즈마 처리한 기판의 접합면끼리를 실온에서 서로 접촉시킨다. 이 때 진공중에서 처리해도 좋지만, 보다 바람직하게는 대기중에서 접촉시킨다.
아르곤 원자빔에 의한 표면 활성화를 행할 때에는, 일본 특허 공개 2014-086400에 기재된 바와 같은 장치를 사용하여 아르곤 원자빔을 발생시켜 조사하는 것이 바람직하다. 즉, 빔원으로서, 새들필드형의 고속 원자빔원을 사용한다. 그리고, 챔버에 불활성 가스를 도입하고, 전극에 직류 전원으로부터 고전압을 인가한다. 이것에 의해, 전극(정극)과 케이스(부극) 사이에 생기는 새들필드형의 전계에 의해 전자 e가 운동하여, 아르곤 원자와 이온의 빔이 생성된다. 그리드에 도달한 빔 중 이온빔은 그리드로 중화되기 때문에, 아르곤 원자의 빔이 고속 원자빔원으로부터 출사된다. 빔 조사에 의한 활성화시의 전압은 0.5∼2.0 kV로 하는 것이 바람직하고, 전류는 50∼200 mA로 하는 것이 바람직하다.
바람직한 실시형태에서는, 표면 활성화 처리전에, 압전성 재료 기판 상의 접합층의 접합면, 지지 기판의 접합면, 지지 기판 상의 중간층의 접합면을 평탄화 가공한다. 각 접합면을 평탄화하는 방법은, 랩(lap) 연마, 화학 기계 연마 가공(CMP) 등이 있다. 또한, 평탄면은, Ra≤1 nm이 바람직하고, 0.3 nm 이하로 하면 더욱 바람직하다.
이어서, 압전성 재료 기판 상의 접합층의 접합면과 지지 기판(3)의 접합면 혹은 중간층의 접합면을 접촉시켜 접합한다. 그 후, 어닐링 처리를 행함으로써 접합 강도를 향상시키는 것이 바람직하다. 어닐링 처리시의 온도는, 100℃ 이상, 300℃ 이하가 바람직하다.
본 발명의 접합체(5, 5A, 15, 15A)는, 탄성파 소자(6, 16)에 대하여 적합하게 이용할 수 있다. 즉, 본 발명의 접합체, 및 압전성 재료 기판 상에 설치된 전극을 구비하고 있는 탄성파 소자이다.
구체적으로는, 탄성파 소자(6, 16)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 더욱 바람직하다. 알루미늄 합금은, Al에 0.3∼5 중량%의 Cu를 혼합한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, Cu 대신에 Ti, Mg, Ni, Mo, Ta를 사용해도 좋다.
실시예
(실시예 A)
도 1∼도 3을 참조하면서 설명한 방법에 따라서, 도 3의 (c)에 나타내는 탄성파 소자(6)를 제작했다.
구체적으로는, 두께 250 ㎛의 42Y 컷트×전파 LiTaO3 기판(압전성 재료 기판)(1)의 한쪽 주면(1b)을 경면에 연마하고, 다른쪽 주면(1a)을 GC#1000으로 랩 가공했다. 또한, 두께가 0.23 mm인 고저항(>2kΩ·cm) Si(100) 기판(지지 기판)(3)을 준비했다. 기판 사이즈는 모두 150 mm이다.
압전성 재료 기판(1)의 주면(조면)(1a) 상에, 두께 6 um의 산화규소막으로 이루어진 접합층(2)을 스퍼터 장치(신크론사 제조 RAS-1100C)에 의해 성막했다. 성막 조건은 이하와 같다.
바이어스 전력 : 6000 W
Ar 가스 유량 : 100 sccm
마이크로파 전력 : 1500 W
O2 가스 유량 : 200 sccm
레이트 : 0.3 nm/sec
성막시의 챔버 내 압력 : 0.1 Pa
성막한 산화규소를 접합에 필요한 평활도가 얻어지도록 CMP 가공했다.
연마후의 접합층의 표면 거칠기를 AFM(원자간력 현미경)으로 측정한 바, Ra가 0.4 nm로 접합에 충분한 경면이 얻어진 것을 확인했다.
이어서, 압전성 재료 기판(1) 상의 접합층(2)의 접합면(2a) 및 지지 기판(3)의 접합면(3a)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 도입하고, 질소 가스 플라즈마로 30℃에서 지지 기판의 접합면(3a)을 활성화했다. 또한, 압전성 재료 기판(1)을 마찬가지로 플라즈마 활성화 챔버에 도입하고, 질소 가스 플라즈마로 30℃에서 접합층(2)의 접합면(2a)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 기판의 위치 맞춤을 행하여, 실온에서 양 기판의 활성화한 접합면끼리를 접촉시켰다. 압전성 재료 기판(1)측을 위로 하여 접촉시켰다. 그 결과, 기판끼리의 밀착이 넓어지는 모습(소위 본딩 웨이브)이 관측되어, 양호하게 예비 접합이 행해진 것을 확인할 수 있었다. 이어서, 접합 강도를 늘리는 것을 목적으로, 접합체를 질소 분위기의 오븐에 투입하고, 120℃에서 10시간 유지했다.
가열후의 접합체의 압전성 재료 기판(1)의 표면(1b)을 연삭 가공, 랩 가공 및 CMP 가공에 제공하여, 압전성 재료 기판(1A)의 두께가 20 ㎛이 되도록 했다. 얻어진 접합체의 내열성을 확인하기 위해, 접합체를 300℃의 오븐에 2시간 투입하고 꺼낸 결과, 균열이나 압전성 재료 기판(1A)의 박리 등이 없는 것을 확인했다.
또한, 얻어진 접합체의 횡단면을 SEM에 의해 전술한 장치 및 조건하에 촬영한 사진을 도 6에 나타내고, 그 설명도를 도 7에 나타낸다(설명은 전술함). l/t는 0.04∼0.13이다.
(실시예 B)
실시예 A에서, 접합층의 재질을 오산화탄탈로 변경했다. 단, 표면 활성화에는 플라즈마가 아니라 Ar 원자빔을 이용했다. 그 결과, 실시예 A와 동일한 결과가 얻어졌다.
(실시예 C)
실시예 A에서, 압전성 재료 기판(1)의 재질을 니오븀산리튬으로 변경했다. 그 결과, 실시예 A와 동일한 결과가 얻어졌다.
(비교예 A)
실시예 A와 동일하게 하여 접합체를 제작했다. 단, 성막시의 바이어스 전력을 6000 W로부터 3000 W로 절반으로 떨어뜨려, 성막 레이트를 대략 1/2로 했다.
그 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 접합체를 제작하고, 얻어진 접합체를 300℃의 오븐에 투입하고 2시간후에 꺼냈다. 그 결과, 접합체가 산산조각으로 파손되었다.
또한, 이 접합체의 횡단면을 관찰한 바, 도 8, 도 9에 나타낸 바와 같이, 접합층(13)의 조직이 매우 치밀하며, 두께 방향(L)으로 신장된 보이드가 보이지 않았다.
(비교예 B)
비교예 A에서, 접합층(13)의 재질을 오산화탄탈로 변경했다. 또한 표면 활성화에는 전술한 바와 같이 Ar 원자 붐을 이용했다. 그 결과, 비교예 A와 동일한 결과가 얻어졌다.

Claims (12)

  1. 지지 기판,
    니오븀산리튬, 탄탈산리튬 및 니오븀산리튬-탄탈산리튬으로 이루어진 군에서 선택된 재질을 포함하는 압전성 재료 기판, 및
    상기 지지 기판과 상기 압전성 재료 기판을 접합하고, 상기 압전성 재료 기판의 주면(主面)에 접하고 있는 접합층
    을 구비하고 있는 접합체로서,
    상기 접합층은, 상기 압전성 재료 기판의 상기 주면에 접하는 제1 표면과, 상기 지지 기판측의 제2 표면을 가지고 있고,
    상기 접합층은, 상기 압전성 재료 기판측의 상기 제1 표면으로부터 상기 지지 기판측의 상기 제2 표면을 향해 신장된 보이드를 가지고 있으며,
    상기 압전성 재료 기판은 상기 주면으로부터 오목한 오목부를 가지고 있고,
    상기 접합층 내의 상기 보이드가 상기 압전성 재료 기판의 상기 오목부에 연통하고 있는 것을 특징으로 하는 접합체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보이드가 상기 접합층을 두께 방향을 향해 관통하고 있는 것을 특징으로 하는 접합체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접합층이 산화규소 및 오산화탄탈로 이루어진 군에서 선택된 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합체.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접합층이 상기 지지 기판의 주면에 접하고 있는 것을 특징으로 하는 접합체.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접합층과 상기 지지 기판 사이에 중간층을 갖는 것을 특징으로 하는 접합체.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압전성 재료 기판의 두께가 20 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 접합체.
  7. 지지 기판,
    니오븀산리튬, 탄탈산리튬 및 니오븀산리튬-탄탈산리튬으로 이루어진 군에서 선택된 재질을 포함하는 압전성 재료 기판, 및
    상기 지지 기판과 상기 압전성 재료 기판을 접합하고, 상기 압전성 재료 기판의 주면에 접하고 있는 접합층
    을 구비하고 있는 접합체로서,
    상기 접합층은, 상기 압전성 재료 기판의 상기 주면에 접하는 제1 표면과, 상기 지지 기판측의 제2 표면을 가지고 있고,
    상기 접합층은, 상기 압전성 재료 기판에 접하는 상기 제1 표면으로부터 상기 지지 기판측의 상기 제2 표면을 향해 신장된 보이드를 가지고 있으며,
    상기 접합층이 산화규소 및 오산화탄탈로 이루어진 군에서 선택된 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 접합체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 접합층이 상기 지지 기판의 주면에 접하고 있는 것을 특징으로 하는 접합체.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 접합층과 상기 지지 기판 사이에 중간층을 갖는 것을 특징으로 하는 접합체.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 압전성 재료 기판의 두께가 20 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 접합체.
  11. 지지 기판,
    니오븀산리튬, 탄탈산리튬 및 니오븀산리튬-탄탈산리튬으로 이루어진 군에서 선택된 재질을 포함하는 압전성 재료 기판, 및
    상기 지지 기판과 상기 압전성 재료 기판을 접합하고, 상기 압전성 재료 기판의 주면에 접하고 있는 접합층
    을 구비하고 있는 접합체로서,
    상기 접합층은, 상기 압전성 재료 기판에 접하는 제1 표면과, 상기 지지 기판측의 제2 표면을 가지고 있고,
    상기 접합층은, 상기 압전성 재료 기판에 접하는 상기 제1 표면으로부터 상기 지지 기판측의 상기 제2 표면을 향해 신장된 보이드를 가지고 있으며,
    상기 접합층과 상기 지지 기판 사이에 중간층을 갖는 것을 특징으로 하는 접합체.
  12. 제11항에 있어서, 상기 압전성 재료 기판의 두께가 20 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 접합체.
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