TWI391316B - 元件及元件製造方法 - Google Patents

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Jun Utsumi
Takayuki Goto
Kensuke Ide
Hideki Takagi
Masahiro Funayama
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Mitsubishi Heavy Ind Ltd
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Description

元件及元件製造方法
本發明係關於一種元件及元件製造方法，尤其係關於一種利用光之元件及製造該元件之元件製造方法。
作為利用光之元件(所謂光學元件)，光感測器等受光元件、LED(Lihgt Emitting Diode，發光二極體)等發光元件、以及光開關等光訊號傳輸用元件被用於產業上之各領域中。其中，應用半導體微細加工技術而製造之CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合元件)受光元件或CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互補金屬氧化物半導體)影像感測器等固體攝像元件之應用不斷擴大。又，將該等光元件之功能組入至微小機械要素中的光MEMS(Micro Electro Mechanical System，微電子機械系統)元件之開發、應用亦正在急速推進。此種光MEMS元件中，除了已確立微細加工技術之Si基板以外，大多應用光之透射率較大之材料、尤其係SiO2 系材料(合成石英、玻璃等)。
此種固體攝像元件或光MEMS元件之製造過程中，通常使用如下的晶圓級製程：於半導體晶圓基板上成批地形成、密封複數個元件，並藉由切割而分割成各個元件。
該製造製程中，於形成有元件之元件晶圓基板上積層、接合密封用晶圓基板而將元件密封者係晶圓級封裝。近年來，已提出了對晶圓基板間之接合使用直接接合之製造方法。由不使用接著劑或焊錫之直接接合所得之接合，由於在接合界面處不插入其他材料層，故具有可獲得較高之接合強度及良好之界面物性的優點。作為先前以來MEMS元件之製造過程中一直利用之直接接合法之例，可列舉陽極接合或擴散接合。又，近年來亦提出對經平坦化、清潔化之表面賦予羥基等，並利用氫鍵及熱處理而獲得牢固之接合的接合方法。
然而，該等直接接合法由於在接合步驟或接合後伴有熱處理，故於MEMS元件製造方面成問題。於光MEMS元件之情況下，由於封裝要求光之透射性，故期望利用與元件基板(Si等)不同之具有透光性之基板(SiO2 系材料等)來進行密封。在上述異種基板之接合步驟伴有熱處理之情況下，會由於基板材料之熱膨脹率之差而於接合界面產生熱應變，成為有損元件之可靠性、耐久性之重要原因。因此，降低接合製程溫度成為MEMS元件製造之重大技術課題。又，由於加熱及冷卻需要時間，故無法縮短製造時之作業時間亦係製造方面之一個課題。
因此，於接合步驟中不伴有加熱之常溫接合製程之應用備受期望，常溫接合、尤其係不對表面賦予活性基而利用被接合面之懸鍵等進行接合之常溫接合中，接合性受到被接合材料之材料物性的較大影響。尤其已知SiO2 系材料為常溫接合時難以接合之材料。
常溫接合先前以來係作為金屬之接合方法而為人所知，而近年來，於半導體材料或氧化物材料之接合中之應用不斷擴大。然而，如高木他NEDO技術開發機構2003年度研究助成事業成果報告會預稿集第220-225頁(2003)所記載，已知Al2 O3 等一部分氧化物材料可藉由表面活性化及壓接而獲得某種程度之接合強度，但SiO2 等材料卻無法獲得實用之接合強度。因此，提出了使用活性基賦予等對被接合面之表面處理或加熱後處理的方法。
日本專利特開2004-054170號公報中揭示了雷射光學結晶之接合方法。其特徵在於：不使用接著劑等中間材料，而是僅對接合面實施離子束蝕刻來將雷射光學結晶接合。該方法係作為雷射光學結晶、尤其係YVO4 結晶之接合方法而開發出之方法。然而，該方法無法應用於碳酸鹽結晶之接合，無法將SiO2 系材料接合。
日本專利特開2005-104810號公報中揭示了將功能性陶瓷多晶體與Si等半導體單晶材料進行常溫接合之方法。該方法之特徵在於：於陶瓷多晶體之表面形成具有與半導體之反應活性的金屬薄膜層，介隔由金屬與半導體反應所生成之反應產物層而獲得接合。其係作為表面粗糙度較大之陶瓷基板的接合之有效方法而提出的。
然而，該等方法中進行加熱處理作為接合之後續步驟，在MEMS元件製造步驟中之應用方面成問題。又，由於以接合對象基板與金屬層之反應性為前提，故對象材料受到限定。
另一方面，對於僅利用表面活性化及壓接，無法獲得強度之SiO2 之類的難接合性材料，高木機械技術研究所報告189號(2000)等中亦指出了可藉由在被接合面上形成金屬膜而實現常溫接合之可能性。且迄今為止已提出了具體之實施方法。
日本專利特開2004-337927號公報中，作為將先前之常溫接合下為難接合性之離子性結晶基板彼此接合之方法，提出了以在被接合面上形成金屬薄膜為特徵的方法。該方法中，於真空中對被接合面照射惰性氣體離子束或惰性氣體中性原子束、以及金屬離子束或金屬中性原子束，於各基板之接合面上形成膜厚為1nm～100nm之金屬薄膜。
日本專利特開2004-343359號公報中揭示了利用常溫接合的表面聲波元件之製造方法，作為該方法，可列舉經由中間膜之接合方法。該方法之特徵在於：利用表面活性化處理及壓接，不進行高溫下之熱處理而將LiTaO3 等之壓電單晶基板與Al2 O3 或Si等之結晶性基板接合，作為該方法之一，例示了將Si或絕緣材料、金屬形成為中間層而進行接合之方法。
如上所述，僅利用表面活性化及壓接，難以在實用的接合強度下將SiO2 系材料接合，為獲得實用的接合強度，有效的是將金屬等作為產生接合強度的接合功能中間層而插入至接合界面處之方法。
然而，接合功能中間層使用金屬之方法係僅著眼於產生接合強度之方法，而其他的接合界面物性、例如透光性則無法獲得充分之特性。例如，上述日本專利特開2004-337927號公報中亦揭示，即便係作為接合功能中間層之極薄之金屬層(100nm以下)亦會產生透光損耗。此種透光損耗對於光MEMS元件等在透光性方面有性能要求之元件而言會導致性能劣化或可靠性下降，因此不適合作為元件之製造方法。另一方面，常溫接合係接合性受到被接合材料之材料物性的較大影響之接合方法，僅使接合功能中間層為其他材料，難以同時實現接合強度、透光特性。
本發明之課題在於提供一種將SiO2 系材料基板以實用之接合強度進行常溫接合且透光特性優異之元件及元件製造方法。
本發明之其他課題在於提供一種防止破損、緩和布局之限制的元件及元件製造方法。
本發明之元件具備：第1基板，其主成分為二氧化矽；第2基板，其主成分為矽、化合物半導體、二氧化矽或氟化物中之任一種；以及接合功能中間層，其配置於第1基板與第2基板之間，且擔負產生實用之接合強度的功能。第1基板係藉由常溫接合而接合於第2基板，上述常溫接合係經由接合功能中間層而使第1基板之經濺鍍之第1表面與第2基板之經濺鍍之第2表面接觸。此時，接合功能中間層之材料與第1基板之主成分不同，且與第2基板之主成分不同，係選自氧化物、氟化物或氮化物中之具有透光性之材料。此種元件中，第1基板與第2基板之接合具有實用之接合強度，進而，其接合界面之透光性優異，可將該接合界面配置於透射光之部位。因此，此種元件可緩和與該接合界面相關之布局之限制，使布局多樣化，從而可使製造製程更為多樣化。
本發明之元件較好的是，第1基板係具有結晶結構之石英、石英玻璃及玻璃中之任一種。本發明之元件進而具有如下特徵：第2基板係石英、石英玻璃及玻璃中之任一種。該石英具有結晶結構。
作為接合功能中間層之合適之材料，可例示氧化鋁、二氧化鈦、二氧化鋯或二氧化鉿。本發明之元件中，接合功能中間層於第1材料與第2材料之界面處分布成層狀。又，本發明之其他元件具有如下特徵：接合功能中間層於第1材料與第2材料之界面處分布成連續或間斷之薄膜狀。
本發明之元件具備：第1基板，其具有透光性且主成分為二氧化矽；以及第2基板，其形成有感應來自外部之光而生成輸出訊號或電動勢之受光元件。該第1基板與第2基板係經由具有透光性之接合功能中間層且藉由常溫接合而接合，將受光元件密封。此時，第1基板較好的是具有結晶結構之石英、石英玻璃及玻璃中之任一種。作為該受光元件之較佳例，可例示CCD或CMOS感測器。作為該受光元件之其他較佳例，可例示太陽電池、光電轉換元件、或將電磁波(例如高頻電磁波)轉換為電力之功能元件。
本發明之元件具備：第1基板，其具有透光性且主成分為二氧化矽；以及第2基板，其形成有發光元件。第1基板與第2基板係經由具有透光性之接合功能中間層且藉由常溫接合而接合，將發光元件密封。此時，作為接合功能中間層之合適之材料，可例示氧化鋁、二氧化鈦、二氧化鋯或二氧化鉿。
本發明之元件係傳輸光訊號之光訊號傳輸用元件，具備：第1構件，其具有透光性且主成分為二氧化矽；及第2構件，其具有透光性且主成分為二氧化矽。第1基板與第2基板係經由具有透光性之接合功能中間層且藉由常溫接合而接合。上述光訊號透過第1基板與第2基板之界面。此時，作為接合功能中間層之合適之材料，可例示氧化鋁或二氧化鈦。作為此種光訊號傳輸用元件，可例示光開關、透鏡、光纖。作為此種光訊號傳輸用元件，可一併例示光子晶體光纖。
本發明之元件製造方法，係藉由常溫接合而以實用之接合強度將SiO2 系材料基板接合，製造透光性優異之元件之方法。本發明之元件製造方法具備如下步驟：對主成分為二氧化矽之第1基板之表面進行濺鍍的步驟；使擔負在常溫接合時產生實用之接合強度之功能的接合功能中間層附著於表面上的步驟；以及藉由常溫接合將第1基板與第2基板接合而生成接合基板的步驟，上述常溫接合係經由接合功能中間層，使第1基板之經濺鍍之表面與主成分為矽、化合物半導體、二氧化矽或氟化物中之任一種的第2基板之表面接觸。此時，該接合功能中間層之材料與第1基板之主成分不同，且與第2基板之主成分不同，係選自氧化物、氟化物或氮化物中之具有透光性之材料。又，本發明之元件製造方法具備如下步驟：對主成分為二氧化矽之第1基板之表面進行濺鍍的步驟；對主成分為矽、化合物半導體、二氧化矽或氟化物中之任一種的第2基板之表面進行濺鍍的步驟；使擔負在常溫接合時產生實用之接合強度之功能的接合功能中間層附著於表面的步驟；以及經由接合功能中間層，使第1基板表面與第2基板表面進行常溫接合而生成接合基板的步驟。此時，該接合功能中間層之材料與第1基板之主成分不同，且與第2基板之主成分不同，係選自氧化物、氟化物或氮化物中之具有透光性之材料。又，本發明之元件製造方法具備在對第1基板之表面進行濺鍍之同時對第2基板之表面進行濺鍍的步驟。
本發明之元件製造方法具備如下步驟：於主成分為二氧化矽之第1基板之表面上形成接合功能中間層的步驟；形成接合功能中間層之後對表面進行濺鍍的步驟；以及使表面經由接合功能中間層，與主成分為矽、化合物半導體、二氧化矽或氟化物中之任一種的第2基板進行常溫接合而生成接合基板的步驟。又，本發明之其他之元件製造方法具備如下步驟：於主成分為二氧化矽之第1基板之表面上形成接合功能中間層的步驟；對形成有接合功能中間層之第1基板表面進行濺鍍的步驟；對主成分為矽、化合物半導體、二氧化矽或氟化物中之任一種的第2基板之表面進行濺鍍的步驟；以及經由接合功能中間層，使第1基板之表面與第2基板進行常溫接合而生成接合基板的步驟。本發明之元件製造方法具有如下特徵：進一步具備在對第1基板表面進行濺鍍之同時對第2基板之表面進行濺鍍的步驟。
上述之元件製造方法中，其接合功能中間層之材料與第1基板之主成分不同，且與第2基板之主成分不同，係選自氧化物、氟化物或氮化物中之具有透光性之材料。本發明之元件製造方法具有如下特徵：第1基板為具有結晶結構之石英、石英玻璃及玻璃中之任一種。本發明之元件製造方法進而具有如下特徵：第2基板為具有結晶結構之石英、石英玻璃及玻璃中之任一種。
作為接合功能中間層之合適之材料，可例示氧化鋁、二氧化鈦、二氧化鋯或二氧化鉿。又，接合功能中間層於第1基板與第2基板之界面處分布成層狀。又，於其他之元件製造方法中，接合功能中間層於第1基板與第2基板之界面處分布成連續或間斷之薄膜狀。
參照圖式，就本發明之元件之實施形態加以說明。該元件係使用常溫接合裝置而製造。如圖1所示，該常溫接合裝置1具備接合腔室2、離子槍3、上側載物台5及下側載物台6。
接合腔室2係將內部與環境隔開而密閉之容器，係由不鏽鋼所形成。接合腔室2進而具備未圖示之真空泵及蓋。該真空泵自接合腔室2之內部排出氣體。作為該真空泵，可例示渦輪分子泵，該渦輪分子泵係藉由內部之金屬製複數個葉片將氣體分子彈飛而進行排氣。該蓋係使將接合腔室2之外部與內部加以連接之閘閉合或打開。
上側載物台5係由不鏽鋼所形成，且形成為圓柱狀，係以可相對於接合腔室2而在鉛直方向上平行移動之方式受到支持。上側載物台5於其圓柱之下端具備介電層，於該介電層與基板11之間施加電壓，藉由靜電力而於該介電層上吸附基板11並加以支持。上側載物台5具備未圖示之壓接機構。該壓接機構由用戶所操作，藉此使上側載物台5相對於接合腔室2而在鉛直方向上平行移動。
下側載物台6係由不鏽鋼所形成。下側載物台6於其上端具備介電層，於該介電層與基板12之間施加電壓，藉由靜電力而於該介電層上吸附基板12並加以支持。下側載物台6進而具備未圖示之定位機構。該定位機構由用戶所操作，藉此使下側載物台6在平行於水平方向之方向上平行移動，並使下側載物台6以平行於鉛直方向之旋轉軸為中心而旋轉移動。
離子槍3朝向由上側載物台5所支持之基板11以及由下側載物台6所支持之基板12。離子槍3發射出面向其朝向方向經加速之帶電粒子。作為該帶電粒子，可例示氬離子。接合腔室2亦可進而具備未圖示之電子槍。該電子槍係朝向經離子槍3照射帶電粒子之照射對象而配置，發射出朝向該對象經加速之電子。此種電子係用於對藉由離子槍3所發射之帶電粒子而帶正電之對象進行中和。
本發明之元件製造方法之實施形態係生產本發明之元件的方法，係使用常溫接合裝置1來實行。圖2~圖5表示使用常溫接合裝置1進行常溫接合時之基板11及基板12之狀態。首先，操作者打開接合腔室2之蓋，使基板11保持於上側載物台5上，並使基板12保持於下側載物台6上。操作者將接合腔室2之蓋閉合，於接合腔室2之內部生成真空環境。操作者對下側載物台6之定位機構進行操作，以使基板11對向於基板12之方式水平地移動下側載物台6。
基板11係石英玻璃製，如圖2所示，表面上形成有接合功能中間層28。接合功能中間層28係由氧化鋁所形成，具有透光性。接合功能中間層28擔負產生實用之接合強度的功能。接合功能中間層28之表面上存在惰性表面21。惰性表面21係由附著於此表面上之雜質、或者基板材料變質之產物、由於氧等而使結合鍵被終止而成為缺乏反應活性之狀態的材料最表面層等所形成。基板12與基板11相同，係石英玻璃製，表面上形成有接合功能中間層28'。接合功能中間層28'係由氧化鋁所形成，具有透光性。接合功能中間層28'擔負產生實用之接合強度的功能。於接合功能中間層28'之表面亦形成有惰性表面22。惰性表面22係由附著於此表面上之雜質、或者基板材料變質之產物、由於氧等而使結合鍵被終止而成為缺乏反應活性之狀態的材料最表面層等所形成。
如圖3所示，操作者在基板11與基板12充分遠離之狀態下，使用離子槍3朝向基板11與基板12之間照射帶電粒子。基板12與基板11係藉由經該帶電粒子之照射而受到濺鍍，將其表面上所形成之惰性表面21、22分別除去。
帶電粒子之照射結束時，如圖4所示，基板11及基板12於接合功能中間層28、28'之表面上露出了活性表面24、25。
操作者對上側載物台5之壓接機構進行操作，使上側載物台5鉛直朝下而下降，如圖5所示，使基板11之活性表面24與基板12之活性表面25接觸。基板11與基板12係藉由以此種方式接觸而進行常溫接合。此時，基板11與基板12之界面27上存在接合功能中間層28、28'，於基板11與基板12之間產生實用之接合強度而發揮使兩者接合之作用。
再者，接合功能中間層28、28'亦可於界面27上分布成間斷之薄膜狀。此種接合功能中間層28、28'與連續之層狀接合功能中間層相同，於基板11與基板12之間產生實用之接合強度而發揮使兩者接合之作用。
再者，接合功能中間層28、28'亦可由與氧化鋁不同之其他物質所形成。該物質係由具有透光性之材料且氧化物、氮化物及氟化物中之任一種材料所形成。作為該氧化物，可例示二氧化鈦TiO2 、二氧化鋯ZrO2 或二氧化鉿HfO2 。作為該氮化物，可例示氮化矽SiN、氮化鈦TiN。作為該氟化物，可例示氟化鈣CaF2 、氟化鎂MgF2 。接合功能中間層28係由該等物質中之一種或複數種物質所形成。
再者，亦能夠以與基板11、12經濺鍍之前的時序不同之時序，將接合功能中間層28形成於基板11上。例如，藉由一邊將構成接合功能中間層28之材料釋放至接合腔室2之內部，一邊對基板11進行濺鍍，可將基板11之表面上形成之惰性表面21除去，且將所釋放之材料堆積於基板11上而形成接合功能中間層28。
根據此種元件製造方法，製品可藉由插入接合功能中間層28、28'，而將由利用先前方法難以實現常溫接合之SiO2 系材料所形成的基板11、12以實用之接合強度進行常溫接合。
再者，基板11、12亦可由與石英玻璃不同之其他材料所形成。作為該材料，可例示具有結晶結構之合成石英、PYREX(註冊商標)、玻璃。PYREX(註冊商標)、玻璃、石英玻璃係並未結晶化而固化者，具有立體之網狀結構。在經常溫接合之2片基板均係由此種SiO2 系材料中之任一種材料所形成時，亦與石英玻璃相同，本發明之常溫接合方法可應用於基板11、12，從而可將此種2片基板以實用之接合強度進行常溫接合。
又，於藉由此種元件製造方法所生產出之製品係基板11、12均由透射光之SiO2 系材料所形成之製品的情況下，當照射光(例如高強度雷射光線)時，光不會被界面27吸收，故可防止訊號強度之下降或由光吸收所引起之光損傷。藉此可製造光訊號之傳輸不會受損、或對高強度光之承受力優異之元件。又，藉由此種元件製造方法所生產出之製品，由於SiO2 系材料之接合係使用氧化物、氟化物、氮化物中之任一種材料，故接合界面內並無導電性，因此界面不會妨礙電磁波之傳輸。此元件製造方法可有效地應用於例如接收透過基板之光、並且元件內之功能元件接受電磁波並轉換為元件之驅動電力之類的RF-MEMS元件之製造。
再者，對於藉由此種元件製造方法所製造之製品，可對插入至經常溫接合之2片基板之界面處的接合功能中間層之組成進行測定。作為該測定方法，可例示使用穿透式電子顯微鏡之EDX(Energy Dispersive X-ray，能量色散X射線)分析。
本發明之元件製造方法之比較例如圖6所示，係在上文所述之實施形態之元件製造方法中使用削除了接合功能中間層28、28'之基板11'及基板12'來實行。根據此種比較例之元件製造方法，帶電粒子之照射結束時，基板11'與基板12'係於其表面上分別露出活性表面31及活性表面32。活性表面31係以與基板11'之母材相同的SiO2 作為主成分。活性表面32係由與基板12'之母材相同之成分所形成。基板11'及基板12'如圖7所示，係藉由使基板11'之活性表面31與基板12'之活性表面32接觸而進行常溫接合。由於活性表面31與活性表面32之間未插入擔負產生接合強度之功能的其他材料，故即便使兩者接觸並施加負重來進行壓接，亦無法獲得實用之接合強度。
經常溫接合之基板之接合強度可使用接合部之結合能來進行評價。該結合能可使用周知之方法進行評價。作為該方法，可例示高木機械技術研究所報告189號(2000)中所記載之刀片插入法。圖8表示利用該刀片插入法的結合能測量方法。亦即，檢測者在經常溫接合之基板41與基板42之界面處插入剃刀刃43。此時，基板41與基板42相互剝離而產生裂縫44。檢測者對該裂縫44之延伸長度進行測定。接合界面處之一方之表面的每單位面積之結合能Δγ，係使用裂縫44之延伸長度L、剃刀刃43之厚度2y、基板41之厚度t1 、基板42之厚度t2 、基板41之楊式模量E1 及基板42之楊式模量E2 ，利用下式所表現。
結合能Δγ之值越大，則表示接合強度越大，基板彼此越難以剝離。
進而，結合能Δγ為0.1J/m2 以上，例如表示接合為如下程度：雖然接合強度弱，但平穩地切割基板41與基板42時，基板41與基板42不會剝離。若結合能Δγ為0.5J/m2 以上，則接合為如下程度：對基板41與基板42進行高速切割時，基板41與基板42不會剝離。由此，作為上文所述之「實用之接合強度」，係定義為接合界面處之一方之表面的每單位面積之結合能Δγ為0.1J/m2 以上，更好的是0.5J/m2 以上。
對使用本發明之元件製造方法進行常溫接合之基板測定結合能Δγ的實驗之實驗結果係利用下表所表現。
此時，接合功能中間層28均形成為數nm之膜厚。亦即，該實驗結果顯示，當接合部未配置接合功能中間層28時，該接合部之結合能Δγ未達0.1J/m2 ，當接合功能中間層28為氧化鋁Al2 O3 時，結合能Δγ為0.5J/m2 以上，當接合功能中間層28為二氧化鈦TiO2 時，結合能Δγ為0.8J/m2 以上，當接合功能中間層28為二氧化鋯ZrO2 時，結合能Δγ為0.8J/m2 以上，當接合功能中間層28為二氧化鉿HfO2 時，結合能Δγ為0.8J/m2 以上。亦即，該實驗結果顯示，當未配置接合功能中間層28時，經常溫接合之基板的接合部之結合能Δγ未達0.1J/m2 ，當配置有接合功能中間層28時，經常溫接合之基板的接合部之結合能Δγ為0.1J/m2 以上。該實驗結果進一步顯示，當未配置接合功能中間層28時，該基板無法以實用之接合強度進行接合，且該實驗結果顯示，當配置有接合功能中間層28時，該基板以實用之接合強度進行接合。
本發明之元件之實施形態係使用已述之常溫接合裝置1，且藉由已述之常溫接合方法來生產。該元件係應用於感應所照射之光而生成電訊號或電動勢之受光元件，具備複數片基板及受光元件本體。該複數片基板包括已述之基板11及基板12，且包括形成有受光元件本體之基板、及以SiO2 作為主成分且透射光之透光特性優異之SiO2 系材料基板。作為該SiO2 系材料，可例示具有結晶結構之合成石英、PYREX(註冊商標)、玻璃、石英玻璃。PYREX(註冊商標)、玻璃、石英玻璃係並未結晶化而固化者，具有立體之網狀結構。該受光元件本體感應照射至元件之光而生成電訊號或電動勢。
該複數片基板於內部形成有藉由本發明之元件製造方法而常溫接合之界面。亦即，基板11與基板12之界面27處形成有接合功能中間層28。接合功能中間層28係由具有透光性之氧化物、氮化物及氟化物中之任一種所形成。作為該氧化物，可例示氧化鋁Al2 O3 、二氧化鈦TiO2 、二氧化鋯ZrO2 、二氧化鉿HfO2 。作為該氮化物，可例示氮化矽SiN、氮化鈦TiN。作為該氟化物，可例示氟化鈣CaF2 、氟化鎂MgF2 。該受光元件本體係形成於該複數片基板中之任一者(例如基板12)上，且藉由該複數片基板(例如基板11及基板12)與環境隔開而密封。該受光元件本體感應透過基板11與基板12之界面27的光而生成電訊號或電動勢。
此種元件中，經由接合功能中間層28而將在先前之常溫接合時難以接合之SiO2 系材料進行常溫接合，不會產生性能劣化、可靠性下降，且對受光元件之透光性亦優異。進而，基板11與基板12之接合界面可透射光，從而此種元件中可將該接合界面配置於透射光之部位。因此，此種元件可緩和與該接合界面相關之布局之限制，使布局多樣化，從而可使製造製程更為多樣化。結果，可使該元件之設計更為容易，從而使製造製程更為容易。
再者，本發明之元件亦可應用於根據所施加之電訊號而發光之發光元件。此時，該元件具備複數片基板及發光元件本體。該複數片基板包括已述之基板11及基板12，且於內部形成有經常溫接合之界面。亦即，於基板11與基板12之界面27處形成有接合功能中間層28。接合功能中間層28係由具有透光性之氧化物、氮化物及氟化物中之任一種所形成。作為該氧化物，可例示氧化鋁A12 O3 、二氧化鈦TiO2 、二氧化鋯ZrO2 、二氧化鉿HfO2 。作為該氮化物，可例示氮化矽SiN、氮化鈦TiN。作為該氟化物，可例示氟化鈣CaF2 、氟化鎂MgF2 。該發光元件本體係形成於該複數片基板中之任一者(例如基板12)上，藉由該複數片基板(例如基板11及基板12)與環境隔開而密封。該發光元件本體利用施加給該元件之電訊號而發出光。該光透過基板11與基板12之界面27而發射至外部。
此種元件中，將在先前之常溫接合時難以接合之SiO2 系材料進行常溫接合，不會產生性能劣化、可靠性下降，且來自發光元件之透光性優異。又，可將基板11與基板12之接合界面配置於透射光之部位。因此，此種元件中，可緩和與該接合界面相關之布局之限制，從而可使布局多樣化，使製造製程更為多樣化。結果，可使該元件之設計更為容易，使製造製程更為容易。
進而，本發明之元件亦可應用於光訊號傳輸用元件。此時，該元件具備複數片基板及光訊號傳輸用元件本體。該複數片基板包括已述之基板11及基板12，且於內部形成有經常溫接合之界面。亦即，於基板11與基板12之界面27處形成有接合功能中間層28。接合功能中間層28係由具有透光性之氧化物、氮化物及氟化物中之任一種所形成。作為該氧化物，可例示氧化鋁Al2 O3 、二氧化鈦TiO2 、二氧化鋯ZrO2 、二氧化鉿HfO2 。作為該氮化物，可例示氮化矽SiN、氮化鈦TiN。作為該氟化物，可例示氟化鈣CaF2 、氟化鎂MgF2 。該光訊號傳輸用元件本體係形成於該複數片基板中之任一者(例如基板12)上，藉由該複數片基板(例如基板11及基板12)與環境隔開而密封。作為此種光訊號傳輸用元件本體，可例示光開關、透鏡、光纖。該光開關具備鏡面及複數個光傳輸通道。該光開關將所輸入之光訊號反射至該鏡面上，並輸出至選自複數個光傳輸通道中之一個光傳輸通道。作為此種光訊號傳輸用元件本體，可一併例示光子晶體光纖。該光訊號透過基板11與基板12之界面27而發射至外部。
此種元件與已述之元件相同，經由接合功能中間層28而將在先前之常溫接合時難以接合之SiO2 系材料進行常溫接合，不會產生性能劣化、可靠性下降。由熱處理所導致之應變或中間層之吸收所引起的透射損耗不存在，並且經由界面而傳輸之光訊號之傳輸性能、對高強度光之耐受力優異。又，可將基板11與基板12之接合界面配置於透射光之部位。因此，此種元件可緩和與該接合界面相關之布局之限制，使布局多樣化，從而可使製造製程更為多樣化。結果，可使該元件之設計更為容易，從而使製造製程更為容易。
本發明之元件係於常溫下將先前技術中難以實現常溫接合之SiO2 系材料基板進行接合而形成，並無性能劣化或可靠性下降，透光特性亦優異。本發明之元件製造方法可將先前技術中難以實現常溫接合之SiO2 系基板以實用之接合強度進行接合，且可實現不產生接合界面處之透光性劣化的常溫接合，故可生產並無性能劣化及可靠性下降、且透光特性優異之元件。
1．．．常溫接合裝置
2．．．接合腔室
3．．．離子槍
5．．．上側載物台
6．．．下側載物台
11、11'、12、12'、41、42．．．基板
21、22．．．惰性表面
24、25、31、32．．．活性表面
27．．．界面
28、28'．．．接合功能中間層
43．．．剃刀刃
44．．．裂縫
L．．．延伸長度
t1 、t2 、2y．．．厚度
圖1係表示本發明之常溫接合裝置之實施形態之剖面圖。
圖2係表示基板之狀態之剖面圖。
圖3係表示基板之其他狀態之剖面圖。
圖4係表示基板之進一步其他狀態的剖面圖。
圖5係表示基板之進一步其他狀態的剖面圖。
圖6係表示比較例之基板之狀態的剖面圖。
圖7係表示比較例之基板之其他狀態的剖面圖。
圖8係表示評價接合強度時之基板之狀態的剖面圖。
11、12．．．基板
27．．．界面
28、28'．．．接合功能中間層

Claims (14)

  1. 一種元件，其具備：第1基板，其主成分為二氧化矽；第2基板，其主成分為矽、化合物半導體、二氧化矽或氟化物中之任一種；形成於上述第1基板之第1接合功能中間層；以及形成於上述第2基板之第2接合功能中間層，上述第1基板與上述第2基板係藉由將上述第1接合功能中間層之經濺鍍之第1表面與上述第2接合功能中間層之經濺鍍之第2表面於真空中接觸之常溫接合而接合，上述第1接合功能中間層及上述第2接合功能中間層之材料與上述第1基板之主成分不同，且與上述第2基板之主成分不同，係選自氧化物、氟化物或氮化物中之具有透光性之材料。
  2. 如請求項1之元件，其中上述第1基板係石英玻璃、玻璃及具有結晶結構之石英中之任一種。
  3. 如請求項2之元件，其中上述第2基板係石英玻璃、玻璃及具有結晶結構之石英中之任一種。
  4. 如請求項3之元件，其中上述第1及第2接合功能中間層之材料係氧化鋁、二氧化鈦、二氧化鋯或二氧化鉿。
  5. 如請求項4之元件，其中上述第1基板具有透光性，上述第2基板上形成有受光元件，該受光元件感應透過上述第1基板與上述第2基板之界面的來自外部之光而生成輸出訊號或電動勢，並且 上述第1基板與上述第2基板將上述受光元件密封。
  6. 如請求項5之元件，其中上述受光元件為CCD或CMOS感測器。
  7. 如請求項5之元件，其中上述受光元件為太陽電池、光電轉換元件或將電磁波轉換為電力之功能元件。
  8. 如請求項4之元件，其中上述第1基板具有透光性，上述第2基板上形成有發光元件，該發光元件發出透過上述第1基板與上述第2基板之界面的光，並且上述第1基板與上述第2基板將上述發光元件密封。
  9. 如請求項4之元件，其中上述第1基板具有透光性，上述第2基板具有透光性，上述第1基板與上述第2基板將光訊號傳輸用元件密封，上述光訊號傳輸用元件係傳輸透過上述第1基板與上述第2基板之界面的光訊號。
  10. 一種元件製造方法，其具備：對主成分為二氧化矽之第1基板上所形成之第1接合功能中間層之第1表面進行濺鍍的步驟；對主成分為矽、化合物半導體、二氧化矽或氟化物中之任一種之第2基板上所形成之第2接合功能中間層之第2表面進行濺鍍的步驟；以及藉由將上述第1接合功能中間層之上述第1表面與上述第2接合功能中間層之上述第2表面於真空中接觸之常溫接合，接合上述第1基板與第2基板生成接合基板的步驟，並且 上述第1接合功能中間層及上述第2接合功能中間層之材料與上述第1基板之主成分不同，且與上述第2基板之主成分不同，係選自氧化物、氟化物或氮化物中之具有透光性之材料。
  11. 如請求項10之元件製造方法，其中在對上述第1表面進行濺鍍之同時對上述第2表面進行濺鍍。
  12. 如請求項10或11之元件製造方法，其中上述第1基板係石英、石英玻璃及玻璃中之任一種，並且上述石英具有結晶結構。
  13. 如請求項12之元件製造方法，其中上述第2基板係石英、石英玻璃及玻璃中之任一種，並且上述石英具有結晶結構。
  14. 如請求項13之元件製造方法，其中上述第1及第2接合功能中間層之材料係氧化鋁、二氧化鈦、二氧化鋯或二氧化鉿。
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