KR20220156894A - 접합체 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
[과제] 실리콘을 포함하는 지지 기판 상에 규소 산화물막을 포함하는 접합층을 개재시켜 압전성 재료 기판이 접합된 접합체에 있어서, 고주파 왜곡을 저감한다.
[해결수단] 접합체(5A)는, 실리콘을 포함하지는 지지 기판(1), 압전성 재료 기판(4A), 및 지지 기판(1)의 표면(1a) 상에 마련된 접합층(2)으로서, 규소 산화물막을 포함하는 접합층(2)을 갖는다. 접합층(2)의 굴절률이 1.468 이상, 1.474 이하이다.
[해결수단] 접합체(5A)는, 실리콘을 포함하지는 지지 기판(1), 압전성 재료 기판(4A), 및 지지 기판(1)의 표면(1a) 상에 마련된 접합층(2)으로서, 규소 산화물막을 포함하는 접합층(2)을 갖는다. 접합층(2)의 굴절률이 1.468 이상, 1.474 이하이다.
Description
본 발명은 압전성 재료 기판과, 실리콘을 포함하는 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 압전성 재료 기판을 접합하고, 압전성 재료 기판의 표면에 탄성 표면파를 여진 가능한 빗형 전극을 마련한 것이 알려져 있다.
압전성 재료 기판과 실리콘 기판을 접합하는 데 있어서, 압전성 재료 기판 표면에 규소 산화물막을 형성하고, 규소 산화물막을 개재시켜 압전성 재료 기판과 실리콘 기판을 직접 접합하는 것이 알려져 있다(특허문헌 1, 2). 이 접합 시에는, 규소 산화물막 표면과 실리콘 기판 표면에 플라즈마 빔을 조사하여 표면을 활성화하여, 직접 접합을 행한다(플라즈마 활성화법). 플라즈마 활성화법에서는, 비교적 저온(400℃)에서 접합할 수 있다.
한편, SOI(Silicon-on-Insulator, Si 웨이퍼 상에 SiO2막을 형성한 구조)의 웨이퍼를 이용한 SAW 필터에 있어서, SIO2막과 Si 웨이퍼 계면에 발생하는 고정 전하가 영향을 끼쳐, 고주파 왜곡이 나타나는 것이 알려져 있다(비특허문헌 1).
또한, 이 고정 전하량은, SiO2막의 막질의 차이에 의해 변화하고, SiO2막이 저산소가 되면, 고정 전하가 증가하는 것이 보고되어 있다(비특허문헌 2).
비특허문헌 1: 「Impact of Si substrate resistivity on the non-linear behaviour of RF CPW transmission lines」(1/2008) Proceedings of the 3rd European Microwave Integrated Circuits Conference
비특허문헌 2: 「Control of fixed charge at Si-SiO2 interf ace by oxidation-reduction treatments」(1/1973)) Appl. Phys. Lett., Vol.22, No.8, 15 April 1973
이상으로부터 고주파 왜곡의 억제에는, SiO2막의 막질 제어가 유효한 것까지는 추정할 수 있지만, 막질 제어에 의한 고주파 왜곡의 억제 및 그 제어 방법에 대해서는 지금까지 명확하게 되어 있지 않다.
본 발명의 과제는 실리콘을 포함하는 지지 기판 상에 규소 산화물막을 포함하는 접합층을 개재시켜 압전성 재료 기판이 접합된 접합체에 있어서, 고주파 왜곡을 저감하는 것이다.
본 발명은, 실리콘을 포함하는 지지 기판,
압전성 재료 기판, 및
상기 지지 기판의 표면 상에 마련된 접합층으로서, 규소 산화물막을 포함하는 접합층
을 갖고 있고, 상기 접합층의 굴절률이 1.468 이상, 1.474 이하인 것을 특징으로 하는, 접합체에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 반응성 이온 스퍼터링법에 의해, 적어도 불활성 가스 및 산소 가스를 흐르게 하면서, 실리콘을 포함하는 지지 기판의 표면 상에 규소 산화물막을 포함하는 접합층을 성장시키는 데 있어서, 상기 불활성 가스의 유량의 상기 산소 가스의 유량에 대한 비율(상기 불활성 가스의 유량/상기 산소 가스의 유량)을 1.5∼2.0로 하는 공정, 및
상기 접합층을 압전성 재료 기판과 접합하는 공정
을 갖는 것을 특징으로 하는, 접합체의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명자는, 반응성 스퍼터링 장치로 산화 규소막을 형성하는 경우에 있어서, 막질과 고주파 왜곡의 관계를 조사하였다. 구체적으로는, 막질의 평가 방법으로서, 막의 굴절률을 엘립소미터로 측정하여, 파장 633 ㎚에서의 값을 산출하고, 지표로 하였다. 또한, 산화 규소막 형성 시에 스퍼터링 장치에 도입하는 아르곤 가스 등의 불활성 가스와 산소 가스의 유량비를 변화시킴으로써, 산화 규소막의 굴절률을 변화시켜 보았다.
이 결과, 접합층의 굴절률이 1.468 이상, 1.474 이하인 경우에, 고주파 왜곡이 저감되는 것을 발견하였다.
또한, 불활성 가스/산소 가스 유량비를 1.5∼2.0의 범위로 제어함으로써, 고주파 왜곡 성분을 억제할 수 있었다.
이러한 작용 효과의 메커니즘은 명확하지 않지만, 접합층을 구성하는 산화 규소막 중의 산소량이 변화하여, 고정 전하량이 감소한 것으로 생각된다.
이 결과, 본 발명에 따르면, 실리콘을 포함하는 지지 기판 상에 규소 산화물막을 포함하는 접합층을 개재시켜 압전성 재료 기판이 접합된 접합체에 있어서, 고주파 왜곡을 저감할 수 있다.
도 1의 (a)는 압전성 재료 기판(4)의 접합면(4a)을 플라즈마 빔(A)에 의해 활성화한 상태를 나타내고, (b)는 지지 기판(1)의 표면(1a)에 접합층(2)을 형성한 상태를 나타내고, (c)는 지지 기판(1) 상의 접합층(2)의 접합면(2a)을 플라즈마 빔(C)에 의해 활성화한 상태를 나타낸다.
도 2의 (a)는 압전성 재료 기판(4)과 지지 기판(1)을 접합한 상태를 나타내고, (b)는 압전성 재료 기판(4A)을 가공에 의해 얇게 한 상태를 나타내고, (c)는 압전성 재료 기판(4A) 상에 전극(6)을 마련한 상태를 나타낸다.
도 3은 반응 스퍼터링 장치의 개념도이다.
도 4는 아르곤 가스/산소 가스 유량비와 타겟 방전 전압의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2의 (a)는 압전성 재료 기판(4)과 지지 기판(1)을 접합한 상태를 나타내고, (b)는 압전성 재료 기판(4A)을 가공에 의해 얇게 한 상태를 나타내고, (c)는 압전성 재료 기판(4A) 상에 전극(6)을 마련한 상태를 나타낸다.
도 3은 반응 스퍼터링 장치의 개념도이다.
도 4는 아르곤 가스/산소 가스 유량비와 타겟 방전 전압의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 적절하게 도면을 참조하면서, 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1, 도 2는 지지 기판을 압전성 재료 기판에 직접 접합하는 제조예를 설명하기 위한 모식도이다.
도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 압전성 재료 기판(4)은 주면(4a와 4b)을 갖는다. 화살표(A)와 같이 플라즈마 빔을 압전성 재료 기판(4)의 주면(4a)에 조사하고, 주면(4a)을 활성화하여 활성화면으로 한다. 한편, 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 지지 기판(1)의 접합면(1a) 상에, 산화 규소막을 포함하는 접합층(2)을 마련한다. 도면부호 1b는 접합면(1a)과는 반대측의 주면이다. 계속해서, 도 1의 (c)에 나타내는 바와 같이, 접합층(2)의 접합면(2a)에 플라즈마 빔(C)을 조사함으로써 활성화하여, 활성화면으로 한다.
계속해서, 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 접합층(2)의 활성화된 접합면(2a)과 압전성 재료 기판(4)의 활성화된 주면(4a)을 직접 접합함으로써, 접합체(5)를 얻는다.
계속해서, 접합체(5)의 압전성 재료 기판(4)의 접합면(4b)을 또한 연마 가공하여, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이 압전성 재료 기판(4A)의 두께를 작게 하여, 접합체(5A)를 얻는다. 도면부호 4c는 연마면이다.
도 2의 (c)에서는, 압전성 재료 기판(4A)의 연마면(4c) 상에 소정의 전극(6)을 형성함으로써, 탄성파 소자(7)를 제작하고 있다.
본 발명에서는, 지지 기판은 실리콘을 포함한다. 지지 기판의 상대 밀도는, 접합 강도의 관점에서는, 95.5% 이상이 바람직하고, 100%여도 좋다. 상대 밀도는 아르키메데스법에 의해 측정한다. 또한, 지지 기판의 제법은 특별히 한정되지 않지만, 소결법인 것이 바람직하다.
지지 기판을 구성하는 실리콘은, 고저항 실리콘인 것이 바람직하다. 고저항 실리콘이란, 체적 저항률이 1000 Ω·㎝ 이상인 실리콘을 의미한다. 고저항 실리콘의 체적 저항률의 상한은 제조 상의 한계로부터 통상은 10 kΩ·㎝이다.
압전성 재료 기판의 재질은, 필요한 압전성을 갖는 한 한정되지 않지만, LiAO3의 조성을 갖는 단결정이 바람직하다. 여기서, A는, 니오븀 및 탄탈로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 원소이다. 이 때문에, LiAO3은, 니오븀산리튬이어도 좋고, 탄탈산리튬이어도 좋고, 니오븀산리튬-탄탈산리튬 고용체여도 좋다.
접합층의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 제조 비용의 관점에서는 0.01∼10 ㎛가 바람직하고, 0.01∼0.5 ㎛가 더욱 바람직하다.
접합층의 굴절률은 1.468 이상, 1.474 이하로 한다. 이에 의해 고주파 왜곡을 저감 가능하다.
접합층의 굴절률은, 엘립소미터에 의해, 이하의 조건 하에 측정한다.
즉, Si 기판 상에 규소 산화물을 400 ㎚∼500 ㎚ 성막하고, 분광형 엘립소미터로 굴절률을 측정한다. 입사각 및 반사각을 70°로 설정하고, 파장 200 ㎚∼1000 ㎚까지의 입사광을 기판에 조사하여, 반사광의 편광 상태로부터 굴절률을 산출한다.
접합층의 성막 방법은 반응성 스퍼터링(sputtering)법이 바람직하다.
즉, 본 발명자는, 반응성 스퍼터링 장치로 규소 산화물막을 형성하는 경우에 있어서, 막질과 고주파 왜곡의 관계를 조사하였다. 이때, 규소 산화물막의 막질의 평가 방법으로서, 막의 굴절률을 엘립소미터로 측정하여, 파장 633 ㎚에서의 값을 산출하고, 지표로서 보았다.
또한, 규소 산화물막의 형성 시에, 스퍼터링 장치에 도입하는 불활성 가스와 산소 가스의 유량비를 변화시킴으로써 의도적으로 굴절률을 변화시키는 것에 성공하였다.
반응성 스퍼터링 장치를 이용한 규소 산화물막의 형성 순서에 대해서, 도 3을 참조하면서 더욱 서술한다.
장치의 케이스(11)의 내부 공간에서 타겟(14)과 지지 기판(1)을 대향시킨다. 전원(13)의 정극은 케이스(12)에 접속되어 있고, 부극은 타겟(14)에 접속되어 있다. 타겟(14)으로서는 실리콘 타겟을 이용한다. 그리고, 케이스(12)의 내부 공간에 불활성 가스와 산소 가스를 공급하여, 플라즈마를 생성시킨다. 이 결과, 불활성 가스의 원자(17)는 타겟(14)을 향하여 흐른다. 한편, 산소 원자(8) 및 실리콘 원자(9)는 지지 기판(1)의 표면을 향하여 흐른다. 잉여의 가스는 배출구(16)로부터 화살표(D)와 같이 배출된다. 이 과정에서, 지지 기판(1) 상에서 산소와 실리콘의 반응물인 규소 산화물이 생긴다.
여기서, 본 발명자는, 유량비(불활성 가스/산소 가스)를 0.9∼3.5의 범위에서 변화시키면서 규소 산화물막을 포함하는 접합층을 성막하여 본 바, 1.5∼2.0의 범위에서는, 고주파 왜곡 성분을 억제할 수 있었다. 또한, 이에 의해, 접합층의 굴절률을 1.468∼1.474(파장 633 ㎚)로 조정할 수 있었다. 접합층의 굴절률은, 산화 규소막 중에 포함되는 산소 비율을 반영하고 있는 것으로 생각된다.
또한, 유량비(불활성 가스/산소 가스)가 0.9 이상, 1.5 미만의 범위인 경우에는, 반응성 스퍼터링에 있어서의 성막 모드가, 금속 모드로부터 산화물 모드로 전환하는 것을 알았다. 이것은, 타겟 방전 전압값의 변화를 모니터링함으로써 판단할 수 있었다.
즉, 도 4는 정전력으로 방전을 제어한 경우에 있어서의, 불활성 가스(아르곤)/산소 유량 비율의 변화와 방전 전압의 변화를 플롯한 결과를 나타내는 그래프이다. 상기 유량 비율이 1.5 이상이 되면 상기 방전 전압이 안정된다. 그러나, 상기 유량 비율이 1.5 미만이 되면, 방전 전압이 급격하게 저하하고, 또한 히스테리시스가 관측되었다. 이것은, 케이스의 내부 공간이 산소 리치한 상태가 되어, 타겟 표면이 산화함으로써, 성막 모드가 산화물 모드로 전환된 것에 의한 것이다. 성막 모드가 산화물 모드가 되면, 성막 레이트의 저하나, 타겟 표면이 산화함으로써 절연층이 형성되어, 이상 방전(아킹)이 발생하기 때문에, 접합층으로서는 부적당한 것이 된다.
또한, 접합층을 구성하는 산화 규소막의 성막 속도는, 0.17∼0.4[㎚/sec]의 범위인 것이 바람직하고, 이 범위에서 전술한 바와 같은 굴절률의 접합층을 얻기 쉽다.
접합층의 구체적인 제조 조건은 챔버 사양에 따르기 때문에 적절하게 선택하지만, 적합예에서는, 전압력을 0.28∼0.34 ㎩로 하고, 산소 분압을 1.2×10-3∼5.7×10-2 ㎩로 하는 것이 바람직하다. 또한, 성막 온도는, 상온∼250℃로 하는 것이 바람직하다.
또한, Si 타겟의 도펀트로서는, B를 예시할 수 있다.
반응성 스퍼터링 장치 중에 공급하는 불활성 가스로서는, 아르곤을 예시할 수 있다.
또한, 반응성 스퍼터링 시의 전류는 5∼10 A가 바람직하고, 전압은 500∼900 V가 바람직하다.
적합한 실시형태에 있어서는, 접합층의 활성화된 접합면과 압전성 재료 기판의 활성화된 접합면이 직접 접합되어 있다. 바꾸어 말하면, 접합층과 압전성 재료 기판의 계면을 따라 직접 접합 계면이 있다. 이 경우에는, 접합층의 활성화된 접합면의 산술 평균 거칠기(Ra)가 1 ㎚ 이하인 것이 바람직하고, 0.3 ㎚ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 압전성 재료 기판의 활성화된 접합면의 산술 평균 거칠기(Ra)가 1 ㎚ 이하인 것이 바람직하고, 0.3 ㎚ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해 압전성 재료 기판과 접합층의 접합 강도가 한층 더 향상한다.
이하, 본 발명의 각 구성 요소에 대해서 더 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 함)과 탄성 표면파를 수신하는 출력측의 IDT 전극을 마련한 것이다. 입력측의 IDT 전극에 고주파 신호를 인가하면, 전극 사이에 전계가 발생하고, 탄성 표면파가 여진되어 압전성 재료 기판 상을 전파해 간다. 그리고, 전파 방향에 마련된 출력측의 IDT 전극으로부터, 전파된 탄성 표면파를 전기 신호로서 추출할 수 있다.
압전성 재료 기판의 저면에 금속막을 갖고 있어도 좋다. 금속막은, 탄성파 디바이스로서 램파 소자를 제조하였을 때에, 압전성 재료 기판의 이면 근방의 전기 기계 결합 계수를 크게 하는 역할을 한다. 이 경우, 램파 소자는, 압전성 재료 기판의 표면에 빗살 전극이 형성되고, 지지 기판에 마련된 캐비티에 의해 압전성 재료 기판의 금속막이 노출된 구조가 된다. 이러한 금속막의 재질로서는, 예컨대 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 금 등을 들 수 있다. 또한, 램파 소자를 제조하는 경우, 저면에 금속막을 갖지 않는 압전성 재료층을 구비한 복합 기판을 이용하여도 좋다.
또한, 압전성 재료 기판의 저면에 금속막과 절연막을 갖고 있어도 좋다. 금속막은, 탄성파 디바이스로서 박막 공진자를 제조하였을 때에, 전극의 역할을 한다. 이 경우, 박막 공진자는, 압전성 재료 기판의 표리면에 전극이 형성되고, 절연막을 캐비티로 함으로써 압전성 재료 기판의 금속막이 노출된 구조가 된다. 이러한 금속막의 재질로서는, 예컨대, 몰리브덴, 루테늄, 텅스텐, 크롬, 알루미늄 등을 들 수 있다. 또한, 절연막의 재질로서는, 예컨대, 이산화 규소, 인실리카 유리, 붕소인실리카 유리 등을 들 수 있다.
또한, 광학 소자로서는, 광스위칭 소자, 파장 변환 소자, 광변조 소자를 예시할 수 있다. 또한, 압전성 재료 기판 중에 주기 분극 반전 구조를 형성할 수 있다.
본 발명의 대상이 탄성파 소자이고, 압전성 재료 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 재료 기판이 니오븀산리튬을 포함하는 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 재료 기판의 크기는, 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 직경 50∼150 ㎜, 두께가 0.2∼60 ㎛이다.
본 발명의 접합체를 얻기 위해서는, 이하의 방법이 바람직하다.
먼저 접합층의 접합면 및 압전성 재료 기판의 접합면에 플라즈마를 조사함으로써, 각 평탄면을 활성화한다.
표면 활성화 시의 분위기는, 질소나 산소를 함유하는 분위기로 한다. 이 분위기는, 산소만이어도 좋고, 질소만이어도 좋고, 혹은 산소와, 질소, 수소, 및 아르곤의 혼합 가스여도 좋다. 혼합 가스의 경우에는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 접합 강도와의 관계에 의해 그 비율을 적절하게 조정하여도 좋다.
표면 활성화 시의 분위기 압력은, 100 ㎩ 이하가 바람직하고, 80 ㎩ 이하가 더욱 바람직하다. 또한, 분위기 압력은, 30 ㎩ 이상이 바람직하고, 50 ㎩ 이상이 더욱 바람직하다.
플라즈마 조사 시의 온도는 150℃ 이하로 한다. 이에 의해, 접합 강도가 높고, 또한 압전성 재료의 열화가 없는 접합체(7)가 얻어진다. 이 관점에서, 플라즈마 조사 시의 온도를 150℃ 이하로 하지만, 100℃ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 플라즈마 조사 시의 에너지는, 30∼150 W가 바람직하다. 또한, 플라즈마 조사 시의 에너지와 조사 시간의 곱은, 0.1∼1.0 Wh가 바람직하다.
적합한 실시형태에 있어서는, 플라즈마 처리 전에, 압전성 재료 기판의 접합면(4a) 및 접합층의 접합면(2a)을 평탄화 가공한다. 각 접합면(2a, 4a)을 평탄화하는 방법은, 랩(lap) 연마, 화학 기계 연마 가공(CMP) 등이 있다. 또한, 평탄면의 산술 평균 거칠기(Ra)는, 1 ㎚ 이하가 바람직하고, 0.3 ㎚ 이하가 더욱 바람직하다.
계속해서, 압전성 재료 기판의 활성화된 접합면과 접합층의 활성화된 접합면을 접촉시켜, 접합한다. 이 후, 바람직하게는, 접합체를 열처리함으로써, 압전성 재료 기판의 연마 가공에 견딜 수 있는 강도를 부여할 수 있다. 이러한 열처리 온도는, 100∼150℃로 하는 것이 바람직하다. 이 실시형태에 있어서는, 이 열처리 후에 압전성 재료 기판을 가공함으로써 두께를 작게 할 수 있다.
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∼20000 N이 바람직하다.
실시예
도 1∼도 3을 참조하면서 설명한 방법에 따라, 표 1에 나타내는 각 예의 접합체를 제작하였다.
구체적으로는, OF부를 갖고, 직경이 4 인치, 두께가 250 ㎛인 탄탈산리튬 기판(LT 기판)을, 압전성 재료 기판(4)으로서 사용하였다. LT 기판은, 탄성 표면파(SAW)의 전파 방향을 X로 하고, 절단각이 회전 Y 컷트판인 46°Y 컷트 X 전파 LT 기판을 이용하였다. 압전성 재료 기판(4)의 접합면(4a)은, 산술 평균 거칠기(Ra)가 0.3 ㎚가 되도록 경면 연마해 두었다. 단, Ra는, 원자간력 현미경(AFM)에 의해 10 ㎛×10 ㎛의 시야로 측정한다.
한편, 지지 기판(1)으로서, 오리엔테이션 플랫(OF)부를 갖고, 직경이 4인치, 두께가 230 ㎛인 고저항(≥2 kΩ·㎝) 실리콘을 포함하는 지지 기판(1)을 준비하였다. 지지 기판(1)의 표면(1a, 1b)은, 화학 기계 연마 가공(CMP)에 의해 마무리 가공되어 있고, 각 산술 평균 거칠기(Ra)는 0.2 ㎚로 되어 있다.
계속해서, 지지 기판의 표면 상에, SiO2를 포함하는 접합층(2)을 1 ㎛ 성막하고, 그 접합면(2a)을 CMP로 약 0.1 ㎛ 연마하여, 평탄화하였다.
계속해서, 순수를 이용한 초음파 세정을 실시하여, 스핀 드라이에 의해 압전성 재료 기판 및 접합층의 접합면을 건조시켰다. 계속해서, 세정 후의 지지 기판을 플라즈마 활성화 챔버에 도입하여, 질소 가스 플라즈마로 30℃에서 접합면을 활성화하였다. 또한, 압전성 재료 기판을 마찬가지로 플라즈마 활성화 챔버에 도입하여, 질소 가스 플라즈마로 30℃에서 접합층의 접합면을 표면 활성화하였다. 표면 활성화 시간은 40초로 하고, 에너지는 100 W로 하였다. 표면 활성화 중에 부착된 파티클을 제거할 목적으로, 전술과 동일한 초음파 세정, 스핀 드라이를 재차 실시하였다.
계속해서, 압전성 재료 기판의 접합면과 접합층의 접합면의 위치 맞춤을 행하여, 실온에서 활성화한 접합면끼리를 접촉시켰다. 중합시킨 기판의 중심을 가압한 결과, 기판끼리의 밀착이 넓어지는 모습(소위 본딩 웨이브)이 관측되어, 양호하게 예비 접합이 행하여진 것을 확인할 수 있었다. 계속해서, 접합체를 질소 분위기의 오븐에 투입하여, 130℃에서 4시간 가열하였다.
오븐으로부터 추출한 접합체의 압전성 재료 기판의 표면을 연삭 가공, 연마 가공에 의해 1 ㎛까지 박화하였다.
여기서, 접합층(2)은, 도 3을 참조하면서 설명한 순서에 따라, 반응성 스퍼터링법에 의해 성막하였다. 단, 케이스의 내부 공간의 전압력을 0.1∼0.2 ㎩로 하고, 전류를 5∼10 A로 하고, 전압을 500∼900 V로 하였다. 또한, 아르곤 가스와 산소 가스의 유량 비율을 0.90∼3.50의 범위 내에서 변경하였다.
각 예의 접합층에 대해서, 엘립소미터에 의해 633 ㎚에서의 굴절률을 측정하여, 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 얻어진 소자의 2차 고조파의 크기를 표 1에 나타낸다(비교예 1의 2차 고조파의 크기를 0.0%로 하여 규격화하였다).
이 결과, 유량 비율 0.9 내지 1.5의 범위 내에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이 타겟 방전 전압이 변화하고 있었다. 즉, 유량 비율 1.5 미만에서는 반응성 스퍼터링에 있어서의 성막 모드가, 금속 모드로부터 산화물 모드로 전환되는 것을 알았다.
또한, 불활성 가스의 유량/산소 가스의 유량을 1.5∼2.0(특히 바람직하게는 1.67 이하)으로 함으로써, 접합층의 굴절률을 1.468 이상, 1.474 이하(특히 바람직하게는 1.472 이상)로 조정할 수 있었다. 또한, 규소 산화물막의 성막 속도는 0.17∼0.4(㎚/sec)였다. 그리고, 이러한 범위 내에서, 2차 고조파의 크기를 크게 저감하는 것에 성공하였다.
Claims (6)
- 접합체에 있어서,
실리콘을 포함하는 지지 기판,
압전성 재료 기판, 및
상기 지지 기판의 표면 상에 마련된 접합층으로서, 규소 산화물막을 포함하는 접합층
을 포함하고, 상기 접합층의 굴절률이 1.468 이상, 1.474 이하인 것을 특징으로 하는, 접합체. - 제1항에 있어서, 상기 압전성 재료 기판은, 니오븀산리튬, 탄탈산리튬 및 니오븀산리튬-탄탈산리튬으로 이루어지는 군에서 선택된 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 접합체.
- 접합체의 제조 방법에 있어서,
반응성 이온 스퍼터링법에 의해, 적어도 불활성 가스 및 산소 가스를 흐르게 하면서, 실리콘을 포함하는 지지 기판의 표면 상에 규소 산화물막을 포함하는 접합층을 성장시키는 데 있어서, 상기 불활성 가스의 유량의 상기 산소 가스의 유량에 대한 비율(상기 불활성 가스의 유량/상기 산소 가스의 유량)을 1.5∼2.0으로 하는 공정, 및
상기 접합층을 압전성 재료 기판과 접합하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는, 접합체의 제조 방법. - 제3항에 있어서, 상기 규소 산화물막의 성막 속도를 0.17∼0.4(㎚/sec)로 하는 것을 특징으로 하는, 접합체의 제조 방법.
- 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 접합층의 굴절률이 1.468 이상, 1.474 이하인 것을 특징으로 하는, 접합체의 제조 방법.
- 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전성 재료 기판은, 니오븀산리튬, 탄탈산리튬 및 니오븀산리튬-탄탈산리튬으로 이루어지는 군에서 선택된 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 접합체의 제조 방법.
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| JP2016225537A (ja) | 2015-06-02 | 2016-12-28 | 信越化学工業株式会社 | 酸化物単結晶薄膜を備えた複合ウェーハの製造方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Control of fixed charge at Si-SiO2 interface by oxidation-reduction treatments. (1/1973)) Appl. Phys. Lett., Vol.22, No.8, 15 April 1973 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| CN116941182A (zh) | 2023-10-24 |
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