特許 7097727 複合基板及び複合基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-30

(45)【発行日】2022-07-08

(54)【発明の名称】複合基板及び複合基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/25 20060101AFI20220701BHJP

   H03H 3/08 20060101ALI20220701BHJP

【ＦＩ】

H03H9/25 C

H03H3/08

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018056285

(22)【出願日】2018-03-23

(65)【公開番号】P2019169850

(43)【公開日】2019-10-03

【審査請求日】2021-02-05

(73)【特許権者】

【識別番号】315017775

【氏名又は名称】日本電産マシンツール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100188673

【弁理士】

【氏名又は名称】成田 友紀

(74)【代理人】

【識別番号】100179833

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 将尚

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】内海 淳

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 毅典

(72)【発明者】

【氏名】後藤 崇之

(72)【発明者】

【氏名】井手 健介

【審査官】志津木 康

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－３４３３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１６０７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００３３７５６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ２７／２０

Ｈ０１Ｌ４１／００－Ｈ０１Ｌ４１／４７

Ｈ０３Ｈ３／００７－Ｈ０３Ｈ３／１０

Ｈ０３Ｈ９／００－Ｈ０３Ｈ９／７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

タンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムの単結晶で形成された第１基板と、シリコンの単結晶で形成された第２基板とが、アモルファス層を介して接合された複合基板であって、
前記アモルファス層は、Ｎｅを除く希ガス原子を含有し、
前記希ガス原子はＡｒ、Ｋｒ及びＸｅのうち２種類以上である、複合基板。

【請求項2】

タンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムの単結晶で形成された第１基板の第１面と、シリコンの単結晶で形成された第２基板の第２面との少なくとも一方に対して、Ｎｅを除く希ガスを含有する混合ガスの高速原子ビームを照射して活性化させることで、前記第１面に第１活性層を形成し、前記第２面に第２活性層を形成する照射ステップと、
前記第１活性層と前記第２活性層とを介して前記第１基板と前記第２基板とを接合する接合ステップと
を含み、前記希ガスはＡｒ、Ｋｒ及びＸｅのうち２種類以上である、複合基板の製造方法。

【請求項3】

前記照射ステップは、前記第１面及び前記第２面の両方に対して、前記高速原子ビームを照射する
請求項２に記載の複合基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複合基板及び複合基板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

携帯端末等に搭載される高周波フィルタの一例として、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：表面弾性波）デバイスが知られている。このようなＳＡＷデバイスでは、例えばタンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウム等の圧電材料で形成される圧電基板が用いられる。このような圧電基板は温度変化の影響によりフィルタ特性が不安定となる場合がある。そのため、圧電基板に対して当該圧電基板よりも熱膨張率が低いサファイア、シリコン等の基板を接合して複合基板とすることにより、温度変化に対する影響を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第３９２９９８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載のような複合基板では、基板同士を強固に接合することが求められている。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、強固な接合を確保できる複合基板及び複合基板の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る複合基板は、タンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムの単結晶で形成された第１基板と、シリコンの単結晶で形成された第２基板とが、アモルファス層を介して接合された複合基板であって、前記アモルファス層は、Ｎｅを除く希ガス原子を含有する。前記希ガス原子はＡｒ、Ｋｒ及びＸｅのうち２種類以上である。

【0007】

また、本発明に係る複合基板の製造方法は、タンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムの単結晶で形成された第１基板の第１面と、シリコンの単結晶で形成された第２基板の第２面との少なくとも一方に対して、Ｎｅを除く希ガスを含有する混合ガスの高速原子ビームを照射して活性化させることで、前記第１面に第１活性層を形成し、前記第２面に第２活性層を形成する照射ステップと、前記第１活性層と前記第２活性層とを介して前記第１基板と前記第２基板とを接合する接合ステップとを含み、前記希ガスはＡｒ、Ｋｒ及びＸｅのうち２種類以上である。

【0008】

従って、粒子の直径が異なるＡｒ、Ｎｅ、Ｋｒ及びＸｅのうち２種類以上を含有する混合ガスの高速原子ビームを照射して第１基板の第１面及び第２基板の第２面の少なくとも一方の対象面を活性化するため、直径が相対的に小さい原子の原子ビームにより対象面におけるエッチングレートを確保しつつ、直径が相対的に大きい原子の原子ビームにより対象面の平坦性を確保できる。これにより、対象面の平坦性を確保しつつ、十分な活性化を図ることができるため、第１基板と第２基板との強固な接合を確保できる。

【0009】

上記の複合基板の製造方法において、前記照射ステップは、前記第１面及び前記第２面
の両方に対して、前記高速原子ビームを照射してもよい。

【0010】

従って、第１面及び第２面の両方の対象面について、対象面の平坦性を確保しつつ、十分な活性化を図ることができるため、第１基板と第２基板との強固な接合を確保できる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、強固な接合を確保できる複合基板及び複合基板の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本実施形態に係る複合基板の一例を示す図である。

【図2】図２は、本実施形態に係る複合基板を製造する常温接合装置の構成を模式的に示す断面図である。

【図3】図３は、複合基板の製造方法の一例を示すフローチャートである。

【図4】図４は、第１基板と第２基板とを接合する工程の一例を示す図である。

【図5】図５は、第１基板と第２基板とを接合する工程の一例を示す図である。

【図6】図６は、第１基板と第２基板とを接合する工程の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明に係る複合基板及び複合基板の製造方法の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

【0014】

図１は、本実施形態に係る複合基板２０の一例を示す図である。図１に示す複合基板２０は、例えば携帯端末等に搭載される高周波フィルタであるＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：表面弾性波）デバイス等として用いられる。複合基板２０は、第１基板２１と、第２基板２２と、アモルファス層２３とを有する。第１基板２１は、タンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムの単結晶で形成される。また、第２基板２２は、シリコンの単結晶で形成される。

【0015】

第１基板２１と第２基板２２とを接合する場合には、第１基板２１の接合面（第１面）２１ａと第２基板２２の接合面（第２面）２２ａとを対向させ、後述の常温接合装置１０を用いて常温接合により接合する。常温接合においては、第１基板２１の接合面２１ａと第２基板２２の接合面２２ａとの間に、第１基板２１と第２基板２２とを接合するためのアモルファス層２３が設けられている。

【0016】

アモルファス層２３は、第１基板２１側に配置される第１アモルファス層２３ａと、第２基板２２側に配置される第２アモルファス層２３ｂとを少なくとも２つの層を含む。なお、アモルファス層２３は、２つの層を含む構成に限定されず、３つ以上のアモルファス層を含んだ構成であってもよい。

【0017】

第１アモルファス層２３ａは、アモルファス（非晶質）のタンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムを含む。第２アモルファス層２３ｂは、アモルファスシリコンを含む。また、アモルファス層２３（第１アモルファス層２３ａ及び第２アモルファス層２３ｂ）には、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ及びＸｅのうち２種類以上の原子（Ｒ１、Ｒ２）が含まれる。図１では、２種類の原子Ｒ１、Ｒ２が含まれた構成を例に挙げて示しているが、これに限定されず、３種類以上の原子を有する構成であってもよい。アモルファス層２３に含まれるこれらの原子は、後述の常温接合装置１０を用いて常温接合する際、第１基板２１の接合面２１ａ及び第２基板２２の接合面２２ａを活性化させるため原子ビームを照射する場合に混入したものである。なお、本実施形態において、アモルファス層２３は、Ａｒ原子を含有する場合、Ａｒ原子の含有比率が、３ａｔｍ％未満かつ１４ａｔｍ％超の範囲となっている。

【0018】

図２は、本実施形態に係る複合基板２０を製造する常温接合装置１０の構成を模式的に示す断面図である。常温接合装置１０は、図２に示すように、真空チャンバ１１と、この真空チャンバ１１内に設置される上側ステージ１２、下側ステージ１３と、高速原子ビーム源（ＦＡＢ: Fast Atom Beam）１４、１５と、真空排気装置１６とを備えている。

【0019】

真空チャンバ１１は内部を環境から密閉する容器である。本実施形態では、真空チャンバ１１が水平面に平行な床面に配置された状態として説明する。つまり、以下の説明において水平方向とは、真空チャンバ１１が配置される床面に平行な方向である。また、鉛直方向とは、真空チャンバ１１が配置される床面に垂直な方向である。真空排気装置１６は、真空チャンバ１１の内部から気体を排出する。これにより、真空チャンバ１１の内部は、真空雰囲気となる。さらに、真空チャンバ１１は、この真空チャンバ１１の内部空間と外部とを連通させ、または、分離するゲート（不図示）を備える。

【0020】

上側ステージ１２は、円板状に形成された静電チャック１２Ａと、この静電チャック１２Ａを鉛直方向に上下させる圧接機構１２Ｂとを備えている。静電チャック１２Ａは、円板の下端に誘電層を備え、その誘電層に電圧を印加し、静電力によってその誘電層に第１基板２１を吸着して支持する。圧接機構１２Ｂは、ユーザの操作により、静電チャック１２Ａを真空チャンバ１１に対して鉛直方向に平行移動させる。

【0021】

下側ステージ１３は、その上面に第２基板２２を支持するステージであり、図示されていない移送機構を備えている。その移送機構は、ユーザの操作により下側ステージ１３を水平方向に平行移動させ、下側ステージ１３を鉛直方向に回転軸を中心に回転移動させる。また、下側ステージ１３は、その上端に誘電層を備え、その誘電層に電圧を印加し、静電力によってその誘電層に第２基板２２を吸着して支持する機構を備えても良い。

【0022】

高速原子ビーム源１４、１５は、ウェハの表面の活性化に用いられる中性原子ビームを出射する。本実施形態では、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ及びＸｅのうち２種類以上の原子ビームを出射する。一方の高速原子ビーム源１４は、上側ステージ１２に支持される第１基板２１に向けて配置され、他方の高速原子ビーム源１５は、下側ステージ１３に支持される第２基板２２に向けて配置される。中性原子ビームが照射されることにより、第１基板２１及び第２基板２２の活性化が行われる。

【0023】

次に、本実施形態に係る複合基板２０の製造方法について説明する。図３は、複合基板２０の製造方法の一例を示すフローチャートである。図４から図６は、第１基板２１と第２基板２２とを接合する工程の一例を示す図である。なお、第１基板２１と第２基板２２は、別の作業工程によって事前に製造された状態である。

【0024】

まず、第１基板２１及び第２基板２２を常温接合装置１０の所定の位置に配置する（図３：ステップＳ１０）。ステップＳ１０では、図４に示すように、第１基板２１が常温接合装置１０の真空チャンバ１１内に搬送され、この第１基板２１は、接合面２１ａが鉛直下方を向くように、上側ステージ１２の静電チャック１２Ａに支持される。同様に、第２基板２２が真空チャンバ１１内に搬送され、この第２基板２２は、接合面２２ａが鉛直上方を向くように、下側ステージ１３の上面に載置される。真空チャンバ１１内は真空雰囲気に維持されている。

【0025】

この状態で、第１基板２１の接合面２１ａ及び第２基板２２の接合面２２ａに向けて混合ガスＧ１、Ｇ２の原子ビームを照射する（図３：ステップＳ２０）。ステップＳ２０では、図５に示すように、高速原子ビーム源１４から第１基板２１の接合面２１ａに向けてＡｒ、Ｎｅ、Ｋｒ及びＸｅのうち２種類以上の原子による原子ビームＢ１を出射する。また、高速原子ビーム源１５から第２基板２２の接合面２２ａに向けてＡｒ、Ｎｅ、Ｋｒ及びＸｅのうち２種類以上の原子による原子ビームＢ２を出射する。原子ビームＢ１に含まれる原子の種類と、原子ビームＢ２に含まれる原子の種類とは、同一であってもよいし、異なってもよい。

【0026】

原子ビームＢ１は、第１基板２１の接合面２１ａに照射される。原子ビームＢ１は、第２基板２２の接合面２２ａに照射される。原子ビームＢ１、Ｂ２の照射により、該接合面２１ａ、２２ａが活性化される。接合面２１ａには、活性化により第１活性層３１が形成される。第１活性層３１では、第１基板２１の構成材料であるタンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムがアモルファス状となる。接合面２２ａには、活性化により第２活性層３２が形成される。第２活性層３２には、第２基板２２の構成材料であるシリコンがアモルファス状となる。また、第１活性層３１及び第２活性層３２には、それぞれ原子ビームＢ１、Ｂ２を構成する原子、つまりＡｒ、Ｎｅ、Ｋｒ及びＸｅのうち２種類以上の原子が混入する。

【0027】

このように、ステップＳ２０では、粒子の直径が異なるＡｒ、Ｎｅ、Ｋｒ及びＸｅのうち２種類以上を含有する混合ガスの高速原子ビームを照射して第１基板２１の接合面２１ａ及び第２基板２２の接合面２２ａを活性化する。このため、直径が相対的に小さい原子の原子ビームにより接合面２１ａ、２２ａにおけるエッチングレートを確保しつつ、直径が相対的に大きい原子の原子ビームにより接合面２１ａ、２２ａの平坦性を確保できる。

【0028】

続いて、第１基板２１と第２基板２２とを接合する（図３：ステップＳ３０）。ステップＳ３０では、第１活性層３１が形成された第１基板２１と、第２活性層３２が形成された第２基板２２とのアライメントを行う。なお、当該アライメントは、ステップＳ１０において第１基板２１及び第２基板２２を配置する際に行っておいてもよい。

【0029】

その後、図６に示すように、上側ステージ１２の圧接機構１２Ｂを動作させることで、第１基板２１を支持した静電チャック１２Ａを鉛直下方に下降させ、第１基板２１と第２基板２２とを圧接する。これにより、第１基板２１の接合面２１ａと第２基板２２の接合面２２ａとが第１活性層３１及び第２活性層３２を介して接合され、複合基板２０が形成される。なお、第１活性層３１及び第２活性層３２は、複合基板２０において、例えば第１アモルファス層２３ａ及び第２アモルファス層２３ｂを含むアモルファス層２３となる。

【0030】

以上のように、本実施形態に係る複合基板２０は、タンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムの単結晶で形成された第１基板２１と、シリコンの単結晶で形成された第２基板２２とが、アモルファス層２３を介して接合された複合基板であって、アモルファス層２３は、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ及びＸｅのうち２種類以上を含有する。

【0031】

また、本実施形態に係る複合基板２０の製造方法は、タンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウムの単結晶で形成された第１基板２１の接合面２１ａと、シリコンの単結晶で形成された第２基板２２の接合面２２ａとのうち少なくとも一方に対してそれぞれＡｒ、Ｎｅ、Ｋｒ及びＸｅのうち２種類以上を含有する混合ガスの高速原子ビームを照射して活性化させることで、接合面２１ａに第１アモルファス層２３ａを形成し、接合面２２ａに第２アモルファス層２３ｂを形成する照射ステップと、第１アモルファス層２３ａと第２アモルファス層２３ｂとを介して第１基板２１と第２基板２２とを接合する接合ステップとを含む。

【0032】

本実施形態によれば、粒子の直径が異なるＡｒ、Ｎｅ、Ｋｒ及びＸｅのうち２種類以上を含有する混合ガスの高速原子ビームを照射して第１基板２１の接合面２１ａ及び第２基板２２の接合面２２ａの少なくとも一方の対象面を活性化する。そのため、直径が相対的に小さい原子の原子ビームにより対象面におけるエッチングレートを確保しつつ、直径が相対的に大きい原子の原子ビームにより対象面の平坦性を確保できる。これにより、対象面の平坦性を確保しつつ、十分な活性化を図ることができるため、第１基板２１と第２基板２２との強固な接合を確保できる。

【0033】

本実施形態に係る複合基板２０の製造方法において、接合ステップは、接合面２１ａ、２２ａの両方に対して、それぞれＡｒ、Ｎｅ、Ｋｒ及びＸｅのうち２種類以上を含有する混合ガスの高速原子ビームを照射してもよい。

【0034】

従って、両方の接合面２１ａ、２２ａについて平坦性を確保しつつ、十分な活性化を図ることができるため、第１基板２１と第２基板２２との強固な接合を確保できる。

【0035】

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。例えば、上記の常温接合装置１０を用いて第１基板２１の接合面２１ａ及び第２基板２２の接合面２２ａを活性化させる場合、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ及びＸｅのうち２種類以上の原子ビームを出射する構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。

【0036】

例えば、接合面２１ａ、２２ａのうち一方の接合面に対してはＡｒ、Ｎｅ、Ｋｒ及びＸｅのうち２種類以上の原子ビームを出射する構成とし、他方の接合面に対してはＡｒ、Ｎｅ、Ｋｒ及びＸｅのうち１種類の原子ビームを出射する構成としてもよい。この場合においても、接合面２１ａ、２２ａの平坦性を確保しつつ、十分な活性化を図ることができる。また、この場合において形成される複合基板２０は、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ及びＸｅのうち２種類以上の原子をアモルファス層２３に含むことになる。

【0037】

また、例えば、接合面２１ａ、２２ａのうち一方の接合面に対してはＡｒ、Ｎｅ、Ｋｒ及びＸｅのうち１種類の原子ビームを出射する構成とし、他方の接合面に対してはＡｒ、Ｎｅ、Ｋｒ及びＸｅのうち上記一方の接合面に照射する原子ビームとは異なる１種類の原子ビームを出射する構成としてもよい。この場合においても、接合面２１ａ、２２ａの平坦性を確保しつつ、十分な活性化を図ることができる。また、この場合において形成される複合基板２０は、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ及びＸｅのうち２種類の原子をアモルファス層２３に含むことになる。

【0038】

また、例えば、接合面２１ａ、２２ａの両方の接合面に対してＮｅ、Ｋｒ及びＸｅのうち同一の１種類の原子ビームを出射する構成としてもよい。この場合においても、接合面２１ａ、２２ａの平坦性を確保しつつ、十分な活性化を図ることができる。また、この場合において形成される複合基板２０は、Ｎｅ、Ｋｒ及びＸｅのうち１種類の原子をアモルファス層２３に含むことになる。

【0039】

また、例えば、接合面２１ａ、２２ａの両方の接合面に対して、１種類の原子としてＡｒの原子ビームを出射する構成としてもよい。この場合においても、接合面２１ａ、２２ａの平坦性を確保しつつ、十分な活性化を図ることができる。また、この場合において形成される複合基板２０は、Ａｒ原子をアモルファス層２３に含むことになる。なお、この場合、アモルファス層２３におけるＡｒ原子の含有比率を、３ａｔｍ％未満かつ１４ａｔｍ％超の範囲となるようにする。

【符号の説明】

【0040】

１０ 常温接合装置
１１ 真空チャンバ
１２ 上側ステージ
１２Ａ 静電チャック
１２Ｂ 圧接機構
１３ 下側ステージ
１４、１５ 高速原子ビーム源
１６ 真空排気装置
２０ 複合基板
２１ 第１基板
２２ 第２基板
２１ａ、２２ａ 接合面
２３ アモルファス層
２３ａ 第１アモルファス層
２３ｂ 第２アモルファス層
Ｂ１、Ｂ２ 原子ビーム
Ｇ１、Ｇ２ 混合ガス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】