特許 7566119 複合基板、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(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-03

(45)【発行日】2024-10-11

(54)【発明の名称】複合基板、複合基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/25 20060101AFI20241004BHJP

   H03H 3/08 20060101ALI20241004BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20241004BHJP

   B23K 20/00 20060101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

H03H9/25 C

H03H3/08

H01L21/02 B

B23K20/00 310L

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2023218694

(22)【出願日】2023-12-25

【審査請求日】2024-03-07

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002365

【氏名又は名称】弁理士法人サンネクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本 岳士

(72)【発明者】

【氏名】坂井 淳二

(72)【発明者】

【氏名】多井 知義

【審査官】石田 昌敏

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１３９７２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２５２５５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１６３７２２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－３４３３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２１７５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１０２８５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｈ ９／１４５－９／７６

Ｈ０３Ｈ ３／０８ー ３／１０

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

Ｂ２３Ｋ ２０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

機能性材料からなる機能性基板と、
半導体材料からなり、前記機能性基板と接合されて前記機能性基板を支持する支持基板と、を有し、
前記機能性基板は、前記機能性材料の結晶体からなる第１機能層と、前記第１機能層よりも前記支持基板に近い側に配置され、希ガスを含んだ前記機能性材料の非晶質体からなる第２機能層と、を有し、
前記支持基板は、第１支持層と、前記第１支持層よりも前記機能性基板に近い側に配置され、前記希ガスを含んだ前記半導体材料の非晶質体からなる第２支持層と、前記機能性基板に接しており、前記半導体材料の非晶質体からなる接合層と、を有し、
前記接合層は前記希ガスを含み、
前記接合層における前記希ガスの含有率は、前記第２支持層における前記希ガスの含有率よりも少ない、複合基板。

【請求項2】

機能性材料からなる機能性基板と、
半導体材料からなり、前記機能性基板と接合されて前記機能性基板を支持する支持基板と、を有し、
前記機能性基板は、絶縁材料からなる絶縁層を介して前記支持基板と接合され、
前記支持基板は、第１支持層と、前記第１支持層よりも前記機能性基板に近い側に配置され、希ガスを含んだ前記半導体材料の非晶質体からなる第２支持層と、前記絶縁層に接しており、前記半導体材料の非晶質体からなる接合層と、を有し、
前記絶縁層は、前記絶縁材料からなる第１絶縁層と、前記絶縁材料の非晶質体で構成されて前記接合層と接する第２絶縁層と、を有し、
前記接合層は前記希ガスを含み、
前記接合層における前記希ガスの含有率は、前記第２支持層における前記希ガスの含有率よりも少ない、複合基板。

【請求項3】

請求項１または２に記載の複合基板において、
前記接合層の厚みは０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下である、複合基板。

【請求項4】

請求項１または２に記載の複合基板において、
前記接合層は金属元素を含む、複合基板。

【請求項5】

請求項１に記載の複合基板において、
前記第１機能層は、前記希ガスを含むか、または前記希ガスを含まず、
前記第１機能層が前記希ガスを含む場合の前記第１機能層における前記希ガスの含有率は、前記第２機能層における前記希ガスの含有率よりも少ない、複合基板。

【請求項6】

請求項５に記載の複合基板において、
前記第２機能層における前記希ガスの含有率は、前記第２支持層における前記希ガスの含有率よりも少ない、複合基板。

【請求項7】

請求項２に記載の複合基板において、
前記第１絶縁層は、前記希ガスを含むか、または前記希ガスを含まず、
前記第１絶縁層が前記希ガスを含む場合の前記第１絶縁層における前記希ガスの含有率は、前記第２絶縁層における前記希ガスの含有率よりも少ない、複合基板。

【請求項8】

請求項７に記載の複合基板において、
前記第２絶縁層における前記希ガスの含有率は、前記第２支持層における前記希ガスの含有率よりも少ない、複合基板。

【請求項9】

請求項１または２に記載の複合基板において、
前記第１支持層は、前記希ガスを含むか、または前記希ガスを含まず、
前記第１支持層が前記希ガスを含む場合の前記第１支持層における前記希ガスの含有率は、前記第２支持層における前記希ガスの含有率よりも少ない、複合基板。

【請求項10】

機能性材料からなる機能性基板と、半導体材料から構成されて前記機能性基板を支持する支持基板と、を含んで構成される複合基板の製造方法であって、
前記機能性基板の表面と、前記半導体材料からなる半導体基板の表面とに、それぞれの照射時間の少なくとも一部が重複するように高速原子ビームをそれぞれ照射する活性化工程と、
前記活性化工程に続いて実施され、前記機能性基板の表面に対する前記高速原子ビームの照射を停止した後、前記半導体基板の表面に対する前記高速原子ビームの照射を継続して、前記機能性基板の表面に前記半導体材料をスパッタリングするスパッタリング工程と、
前記スパッタリング工程により前記半導体材料がスパッタリングされた前記機能性基板と前記半導体基板とを接合して接合体を得る接合工程と、を含む、複合基板の製造方法。

【請求項11】

機能性材料からなる機能性基板と、半導体材料から構成されて前記機能性基板を支持する支持基板と、を含んで構成される複合基板の製造方法であって、
前記機能性基板の表面に絶縁材料からなる絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層の表面と、前記半導体材料からなる半導体基板の表面とに、それぞれの照射時間の少なくとも一部が重複するように高速原子ビームをそれぞれ照射する活性化工程と、
前記活性化工程に続いて実施され、前記絶縁層の表面に対する前記高速原子ビームの照射を停止した後、前記半導体基板の表面に対する前記高速原子ビームの照射を継続して、前記絶縁層の表面に前記半導体材料をスパッタリングするスパッタリング工程と、
前記スパッタリング工程により前記半導体材料がスパッタリングされた前記絶縁層を介して、前記機能性基板と前記半導体基板とを接合して接合体を得る接合工程と、を含む、複合基板の製造方法。

【請求項12】

請求項１０に記載の複合基板の製造方法において、
前記スパッタリング工程では、前記機能性基板の表面に０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下の厚みで、スパッタリングされた前記半導体材料の非晶質体からなるスパッタ膜を形成する、複合基板の製造方法。

【請求項13】

請求項１１に記載の複合基板の製造方法において、
前記スパッタリング工程では、前記絶縁層の表面に０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下の厚みで、スパッタリングされた前記半導体材料の非晶質体からなるスパッタ膜を形成する、複合基板の製造方法。

【請求項14】

請求項１０に記載の複合基板の製造方法において、
前記機能性基板および前記半導体基板は、第１の高速原子ビームガンおよび第２の高速原子ビームガンが設置された真空チャンバー内に配置され、
前記活性化工程では、前記第１の高速原子ビームガンおよび前記第２の高速原子ビームガンに希ガスをそれぞれ供給して、前記希ガスによる前記高速原子ビームを、前記第１の高速原子ビームガンから前記機能性基板の表面に照射するとともに、前記第２の高速原子ビームガンから前記半導体基板の表面に照射し、
前記スパッタリング工程では、前記第１の高速原子ビームガンへの前記希ガスの供給を継続した状態で、前記第１の高速原子ビームガンから前記機能性基板の表面への前記高速原子ビームの照射を停止する、複合基板の製造方法。

【請求項15】

請求項１１に記載の複合基板の製造方法において、
前記機能性基板および前記半導体基板は、第１の高速原子ビームガンおよび第２の高速原子ビームガンが設置された真空チャンバー内に配置され、
前記活性化工程では、前記第１の高速原子ビームガンおよび前記第２の高速原子ビームガンに希ガスをそれぞれ供給して、前記希ガスによる前記高速原子ビームを、前記第１の高速原子ビームガンから前記絶縁層の表面に照射するとともに、前記第２の高速原子ビームガンから前記半導体基板の表面に照射し、
前記スパッタリング工程では、前記第１の高速原子ビームガンへの前記希ガスの供給を継続した状態で、前記第１の高速原子ビームガンから前記絶縁層の表面への前記高速原子ビームの照射を停止する、複合基板の製造方法。

【請求項16】

請求項１４に記載の複合基板の製造方法において、
前記活性化工程では、前記第１の高速原子ビームガンから前記機能性基板の表面への前記高速原子ビームの照射と、前記第２の高速原子ビームガンから前記半導体基板の表面への前記高速原子ビームの照射と、を同時に行う、複合基板の製造方法。

【請求項17】

請求項１５に記載の複合基板の製造方法において、
前記活性化工程では、前記第１の高速原子ビームガンから前記絶縁層の表面への前記高速原子ビームの照射と、前記第２の高速原子ビームガンから前記半導体基板の表面への前記高速原子ビームの照射と、を同時に行う、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、複合基板およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ_３：ニオブ酸リチウム）やＬＴ（ＬｉＴａＯ_３：タンタル酸リチウム）等の圧電材料を用いて構成された機能性基板と、Ｓｉ等の半導体材料からなる支持基板とを接合することにより形成され、弾性表面波デバイス等の用途に使用される複合基板が知られている。このような複合基板の作製方法として、機能性基板と支持基板の各接合面に対して高速原子ビーム（ＦＡＢ：Fast Atom Beam）を照射することで活性化処理を行った後、これらの接合面同士を直接接合する方法が知られている。しかしながら、この方法では基板同士の接合強度が低く、接合後の加工工程で剥がれるおそれがあるという課題があった。

【0003】

そこで、上記課題を解決するものとして、特許文献１の技術が知られている。特許文献１には、支持基板に高速原子ビームを照射して支持基板の半導体材料をスパッタリングすることにより、圧電基板に半導体材料を非晶質化させた非晶質半導体材料からなる接合層を形成し、この接合層を介して圧電基板と支持基板とを圧接することで、複合基板を製造する方法が記載されている。この方法により、圧電基板と支持基板の接合強度を向上し、接合後の剥離を防いでいる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第７１５２７１１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

圧電基板等の機能性基板と支持基板とが接合された複合基板では、生産性の観点からスパッタリング時間はなるべく短い方が好ましく、スパッタリング時間を短縮すると、結果的に接合層の厚みが薄くなる。その一方で、特許文献１のような従来の接合方法において所望の接合強度を得るためには、接合層にある程度の厚みが必要である。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、機能性基板と支持基板とが接合層を介して接合された複合基板において、接合層の厚みが薄くても十分な接合強度を得ることが可能な複合基板およびその製造方法を実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１の態様による複合基板は、機能性材料からなる機能性基板と、半導体材料からなり、前記機能性基板と接合されて前記機能性基板を支持する支持基板と、を有し、前記機能性基板は、前記機能性材料の結晶体からなる第１機能層と、前記第１機能層よりも前記支持基板に近い側に配置され、希ガスを含んだ前記機能性材料の非晶質体からなる第２機能層と、を有し、前記支持基板は、第１支持層と、前記第１支持層よりも前記機能性基板に近い側に配置され、前記希ガスを含んだ前記半導体材料の非晶質体からなる第２支持層と、前記機能性基板に接しており、前記半導体材料の非晶質体からなる接合層と、を有し、前記接合層は前記希ガスを含み、前記接合層における前記希ガスの含有率は、前記第２支持層における前記希ガスの含有率よりも少ない。
本発明の第２の態様による複合基板は、機能性材料からなる機能性基板と、半導体材料からなり、前記機能性基板と接合されて前記機能性基板を支持する支持基板と、を有し、前記機能性基板は、絶縁材料からなる絶縁層を介して前記支持基板と接合され、前記支持基板は、第１支持層と、前記第１支持層よりも前記機能性基板に近い側に配置され、希ガスを含んだ前記半導体材料の非晶質体からなる第２支持層と、前記絶縁層に接しており、前記半導体材料の非晶質体からなる接合層と、を有し、前記絶縁層は、前記絶縁材料からなる第１絶縁層と、前記絶縁材料の非晶質体で構成されて前記接合層と接する第２絶縁層と、を有し、前記接合層は前記希ガスを含み、前記接合層における前記希ガスの含有率は、前記第２支持層における前記希ガスの含有率よりも少ない。
本発明の第３の態様による複合基板の製造方法は、機能性材料からなる機能性基板と、半導体材料から構成されて前記機能性基板を支持する支持基板と、を含んで構成される複合基板の製造方法であって、前記機能性基板の表面と、前記半導体材料からなる半導体基板の表面とに、それぞれの照射時間の少なくとも一部が重複するように高速原子ビームをそれぞれ照射する活性化工程と、前記活性化工程に続いて実施され、前記機能性基板の表面に対する前記高速原子ビームの照射を停止した後、前記半導体基板の表面に対する前記高速原子ビームの照射を継続して、スパッタリングされた前記半導体材料の非晶質体からなるスパッタ膜を前記機能性基板の表面に形成するスパッタリング工程と、前記スパッタ膜が形成された前記機能性基板と前記半導体基板とを接合して接合体を得る接合工程と、を含む。
本発明の第４の態様による複合基板の製造方法は、機能性材料からなる機能性基板と、半導体材料から構成されて前記機能性基板を支持する支持基板と、を含んで構成される複合基板の製造方法であって、前記機能性基板の表面に絶縁材料からなる絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記絶縁層の表面と、前記半導体材料からなる半導体基板の表面とに、それぞれの照射時間の少なくとも一部が重複するように高速原子ビームをそれぞれ照射する活性化工程と、前記活性化工程に続いて実施され、前記絶縁層の表面に対する前記高速原子ビームの照射を停止した後、前記半導体基板の表面に対する前記高速原子ビームの照射を継続して、前記絶縁層の表面に前記半導体材料をスパッタリングするスパッタリング工程と、前記スパッタリング工程により前記半導体材料がスパッタリングされた前記絶縁層を介して、前記機能性基板と前記半導体基板とを接合して接合体を得る接合工程と、を含む。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、機能性基板と支持基板とが接合層を介して接合された複合基板において、接合層の厚みが薄くても十分な接合強度を得ることが可能な複合基板およびその製造方法を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。

【図2】本発明の第１の実施形態に係る複合基板の製造工程の一例を示す図である。

【図3】本発明の第１の実施形態に係る複合基板の製造工程の一例を示す図である。

【図4】本発明の第２の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。

【図5】本発明の第２の実施形態に係る複合基板の製造工程の一例を示す図である。

【図6】本発明の第２の実施形態に係る複合基板の製造工程の一例を示す図である。

【図7】本発明の第３の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。

【図8】本発明の第４の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。

【図9】実施例１と比較例の観察写真を示す図である。

【図10】実施例１と実施例３のＥＤＸ分析結果を示す表である。

【図11】複合基板におけるＦＡＢ照射時間、接合層の厚みおよび接合強度の関係を示す表である。

【図12】複合基板における機能性基板および半導体基板へのＦＡＢ照射時間と接合強度の関係を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。また、図面は説明をより明確にするため、実施の形態に比べ、各部の幅、厚み、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

【0011】

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態における複合基板１００は、例えば光導波路を構成する光学素子や、表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタを構成する圧電素子、各種半導体素子など、様々な用途に利用されるものであり、圧電材料や半導体材料などの機能性材料からなる機能性基板１０が支持基板３０に接合された構造を有している。

【0012】

機能性基板１０の材料には、例えばＬＮ（ＬｉＮｂＯ_３：ニオブ酸リチウム）やＬＴ（ＬｉＴａＯ_３：タンタル酸リチウム）、水晶、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３：チタン酸ジルコン酸鉛）などの圧電材料が用いられる。なお、機能性基板１０の材料は複合基板１００の用途に応じて任意に選択可能であり、例えば圧電材料以外に、ＳｉＣ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＧａＰ、ダイヤモンドなどの半導体材料や、ニオブ酸リチウム－タンタル酸リチウム、ＫＴＰ（チタン酸リン酸カリウム）などの電気光学効果を有する材料、石英やガラスなどを用いて機能性基板１０を構成してもよい。これ以外にも、複合基板１００の用途に応じて、様々な機能性材料からなる機能性基板１０を用いることができる。

【0013】

支持基板３０は、機能性基板１０を支持する。支持基板３０としては、任意の適切な基板が用いられ得る。支持基板３０は、単結晶体で構成されてもよく、多結晶体で構成されてもよい。機能性基板１０と支持基板３０は互いに直接接合されている。

【0014】

支持基板３０を構成する材料には、例えばＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ＩｎＰ、ＧａＮ、サファイアなどの半導体材料を用いることができる。あるいは、Ｓｉ（１－ｘ）Ｏｘ（ただし０．００８≦ｘ≦０．４０８）やＳＯＩ（Silicon on Insulator）などを用いて支持基板３０を構成してもよい。支持基板３０の厚みとしては、例えば０．２～１ｍｍであるが、これ以外にも任意の適切な厚みが採用され得る。

【0015】

なお図示しないが、複合基板１００は、任意の層をさらに有していてもよい。このような層の種類・機能、数、組み合わせ、配置等は、目的に応じて適切に設定され得る。

【0016】

複合基板１００は、任意の適切な形状で製造され得る。１つの実施形態においては、いわゆるウェハの形態で複合基板１００が製造され得る。また、複合基板１００のサイズは、例えばウェハ（基板）の直径が５０ｍｍ～１５０ｍｍなど、目的に応じて適切に設定され得る。

【0017】

図２および図３は、本発明の第１の実施形態に係る複合基板の製造工程の一例を示す図である。

【0018】

図２（ａ）は、複合基板１００の製造工程のうち準備工程を示している。この工程では、所定厚みの機能性材料からなる機能性基板１０を用意する。

【0019】

図２（ｂ）は、複合基板１００の製造工程のうち活性化工程を示している。この工程では、例えば所定厚みの半導体材料からなる半導体基板３０Ａを用意し、図２（ａ）の準備工程で用意した機能性基板１０の表面と、半導体基板３０Ａとに対して、それぞれの表面にＡｒ等の希ガスを原子種に用いた高速原子ビーム（以下、ＦＡＢと称する）を所定時間照射することで活性化処理を行う。このときのＦＡＢの照射時間は、例えば１５秒～３０秒程度が好ましい。

【0020】

図２（ｃ）は、複合基板１００の製造工程のうちスパッタリング工程を示している。この工程では、図２（ｂ）の活性化工程で機能性基板１０と半導体基板３０Ａにそれぞれ照射されたＦＡＢのうち、機能性基板１０側のＦＡＢ照射を停止し、半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射をさらに所定時間継続する。このときのＦＡＢの照射時間は、例えば３０秒～６００秒程度が好ましい。これにより、半導体基板３０Ａを構成する半導体材料をスパッタして機能性基板１０の表面に付着させ、機能性基板１０側に半導体基板３０Ａと同じ半導体材料からなるスパッタ膜３０Ｂを形成する。なお後述のように、製造後の複合基板１００における接合層３３（図３（ｆ）参照）の厚みは０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下であることが好ましく、そのためスパッタリング工程では、０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下の厚みでスパッタ膜３０Ｂを形成することが好ましい。

【0021】

図３（ｄ）は、複合基板１００の製造工程のうち接合工程を示している。この工程では、図２（ｃ）のスパッタリング工程でスパッタ膜３０Ｂが形成された機能性基板１０と半導体基板３０Ａとを接合する。これにより、半導体基板３０Ａとスパッタ膜３０Ｂが一体化して支持基板３０が形成され、機能性基板１０と支持基板３０の接合体が得られる。なお図３（ｄ）以降では、図２（ａ）～図２（ｃ）と比べて、機能性基板１０と半導体基板３０Ａ（支持基板３０）との位置関係を上下逆に図示している。

【0022】

図３（ｅ）は、図３（ｄ）の接合工程後に得られる接合体を示している。図３（ｄ）の接合工程により、上記のように半導体基板３０Ａとスパッタ膜３０Ｂが一体化することで、これらの接合界面４０を内部に有する支持基板３０が形成され、図３（ｅ）のような接合体が得られる。

【0023】

図３（ｅ）の接合体において、機能性基板１０には、主に機能性材料の結晶体で構成される第１機能層１１と、第１機能層１１よりも支持基板３０側に配置された第２機能層１２と、が形成される。第２機能層１２は、主に機能性材料の非晶質体で構成され、図２（ｂ）の活性化工程でＦＡＢとして照射されたＡｒ等の希ガス原子を含む層である。一方、支持基板３０には、接合界面４０に接しない第１支持層３１と、第１支持層３１よりも機能性基板１０側に配置されて接合界面４０に接する第２支持層３２と、第２支持層３２よりも機能性基板１０側に配置されて接合界面４０に接する接合層３３と、が形成される。第２支持層３２は、主に半導体材料の非晶質体で構成され、図２（ｂ）の活性化工程や図２（ｃ）のスパッタリング工程でＦＡＢとして照射されたＡｒ等の希ガス原子を含む層である。接合層３３は、接合前のスパッタ膜３０Ｂに相当し、機能性基板１０との接合部分を形成する層である。

【0024】

なお、機能性基板１０における第２機能層１２や、支持基板３０における第２支持層３２および接合層３３は、図２（ｃ）のスパッタリング工程でこれらの層に混入した他の原子種、例えば、半導体基板３０Ａの固定に用いられる治具や台座部分を構成するＦｅ原子やＡｌ原子などを含有する場合がある。これらの層の詳細については後述する。

【0025】

図３（ｆ）は、複合基板１００の製造工程のうち薄板加工工程を示している。この工程では、図３（ｅ）に示した接合体に対して、機能性基板１０を所定の厚みまで研磨して薄板化する。例えば、研削加工、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）加工、ガスクラスターイオンビームを用いた表面平坦化加工などを用いて、機能性基板１０を研磨して薄板化することができる。

【0026】

以上の各工程により、図１に示した構造の複合基板１００が製造される。

【0027】

なお、図３（ｄ）の接合工程と図３（ｆ）の薄板加工工程との間に、接合体を所定温度に加熱するアニーリング工程を実施してもよい。このときの加熱温度は、例えば７５～２５０℃程度が好ましく、より好ましくは１００～２５０℃である。これにより、機能性基板１０の接合強度を向上することができる。

【0028】

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態における複合基板１１０は、第１の実施形態で説明した図１の複合基板１００に対して、機能性基板１０が絶縁層２０を介して支持基板３０に接合された構造を有している。

【0029】

絶縁材料からなる絶縁層２０は、機能性基板１０と支持基板３０の間に配置される。絶縁層２０を構成する絶縁材料には、例えばＳｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｈｆ等の酸化物または窒化物を用いることができ、好ましくは、酸化ケイ素（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ）である。

【0030】

絶縁層２０は、任意の適切な方法により成膜され得る。例えば、スパッタリング、真空蒸着、イオンビームアシスト蒸着（ＩＡＤ）等の物理蒸着、化学蒸着、原子層堆積（ＡＬＤ）法により成膜され得る。絶縁層２０の成膜は、例えば、室温（２５℃）～３００℃で行うことができる。

【0031】

なお本実施形態でも前述の第１の実施形態と同様に、複合基板１１０は、任意の層をさらに有していてもよい。このような層の種類・機能、数、組み合わせ、配置等は、目的に応じて適切に設定され得る。また、複合基板１１０は、目的に応じて任意の適切な形状で製造され得る。

【0032】

図５および図６は、本発明の第２の実施形態に係る複合基板の製造工程の一例を示す図である。

【0033】

図５（ａ）は、複合基板１１０の製造工程のうち準備工程を示している。この工程では、第１の実施形態で説明した図２（ａ）の工程と同様に、所定厚みの機能性基板１０を用意する。

【0034】

図５（ｂ）は、複合基板１１０の製造工程のうち絶縁層形成工程を示している。この工程では、図５（ａ）の準備工程で用意した機能性基板１０の表面上に、例えば所定厚みで酸化ケイ素の非晶質体を成膜することで、絶縁層２０が形成される。

【0035】

図５（ｃ）は、複合基板１１０の製造工程のうち活性化工程を示している。この工程では、例えば所定厚みの半導体材料からなる半導体基板３０Ａを用意し、図５（ｂ）の絶縁層形成工程で機能性基板１０の上に形成された絶縁層２０の表面と、半導体基板３０Ａとに対して、第１の実施形態で説明した図２（ｂ）の工程と同様に、それぞれの表面にＡｒ等の希ガスを原子種に用いたＦＡＢを所定時間照射することで活性化処理を行う。

【0036】

図５（ｄ）は、複合基板１１０の製造工程のうちスパッタリング工程を示している。この工程では、第１の実施形態で説明した図２（ｃ）の工程と同様に、図５（ｃ）の活性化工程で機能性基板１０と半導体基板３０Ａにそれぞれ照射されたＦＡＢのうち、機能性基板１０側（絶縁層２０側）のＦＡＢ照射を停止し、半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射をさらに所定時間継続する。これにより、半導体基板３０Ａを構成する半導体材料をスパッタして機能性基板１０の上に形成された絶縁層２０の表面に付着させ、機能性基板１０側（絶縁層２０側）に半導体基板３０Ａと同じ半導体材料からなるスパッタ膜３０Ｂを形成する。なお第１の実施形態と同様に、製造後の複合基板１１０における接合層３３（図６（ｇ）参照）の厚みは０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下であることが好ましく、そのためスパッタリング工程では、０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下の厚みでスパッタ膜３０Ｂを形成することが好ましい。

【0037】

図６（ｅ）は、複合基板１１０の製造工程のうち接合工程を示している。この工程では、第１の実施形態で説明した図３（ｄ）の工程と同様に、図５（ｄ）のスパッタリング工程で絶縁層２０の上にスパッタ膜３０Ｂが形成された機能性基板１０と半導体基板３０Ａとを接合する。これにより、半導体基板３０Ａとスパッタ膜３０Ｂが接合されて一体化して支持基板３０が形成され、機能性基板１０、絶縁層２０および支持基板３０の接合体が得られる。なお図６（ｅ）以降では、図５（ａ）～図５（ｄ）と比べて、機能性基板１０と半導体基板３０Ａ（支持基板３０）との位置関係を上下逆に図示している。

【0038】

図６（ｆ）は、図６（ｅ）の接合工程後に得られる接合体を示している。図６（ｅ）の接合工程により、上記のように半導体基板３０Ａとスパッタ膜３０Ｂが一体化することで、これらの接合界面４０を内部に有する支持基板３０が形成され、図６（ｆ）のような接合体が得られる。

【0039】

図６（ｆ）の接合体において、絶縁層２０には、主に絶縁材料で構成される第１絶縁層２１と、第１絶縁層２１よりも支持基板３０側に配置された第２絶縁層２２と、が形成される。第２絶縁層２２は、主に絶縁材料の非晶質体で構成され、図５（ｃ）の活性化工程でＦＡＢとして照射されたＡｒ等の希ガス原子を含む層である。一方、支持基板３０には、第１の実施形態と同様に、接合界面４０に接しない第１支持層３１と、第１支持層３１よりも機能性基板１０側に配置されて接合界面４０に接する第２支持層３２と、第２支持層３２よりも機能性基板１０側に配置されて接合界面４０に接する接合層３３と、が形成される。

【0040】

図６（ｇ）は、複合基板１１０の製造工程のうち薄板加工工程を示している。この工程では、第１の実施形態で説明した図３（ｆ）の工程と同様に、図６（ｆ）に示した接合体に対して、機能性基板１０を所定の厚みまで研磨して薄板化する。

【0041】

以上の各工程により、図４に示した構造の複合基板１１０が製造される。

【0042】

なお、本実施形態でも第１の実施形態と同様に、図６（ｅ）の接合工程と図６（ｇ）の薄板加工工程との間に、接合体を所定温度に加熱するアニーリング工程を実施してもよい。

【0043】

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態における複合基板１２０は、第１の実施形態で説明した図１の複合基板１００と同様に、機能性基板１０が支持基板３０に直接接合された構造を有している。

【0044】

本実施形態の複合基板１２０では、機能性基板１０の一部を光導波路として使用するために、機能性基板１０にリッジ部５０が設けられている。リッジ部５０とは、機能性基板１０の一部に段差を設けることで、他の部分よりも厚みが大きくなるよう形成された部分である。このリッジ部５０は、例えば第１の実施形態で説明した図３（ｆ）の薄板加工工程の後に、機能性基板１０の一部に段差を形成する加工（リッジ加工）を実施することによって設けられる。例えば、レーザー光を用いた加工やＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等のドライエッチングにより、機能性基板１０のリッジ加工を実現できる。なお、その後さらに他の工程を実施してもよい。これにより、本実施形態においても支持基板３０の内部に接合界面４０が含まれることとなる。

【0045】

（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態における複合基板１３０は、第２の実施形態で説明した図４の複合基板１１０と同様に、機能性基板１０が絶縁層２０を介して支持基板３０に接合された構造を有している。

【0046】

なお、機能性基板１０の材料や形状は、第３の実施形態で説明したものと同様である。すなわち、本実施形態の複合基板１３０においても、機能性基板１０の一部を光導波路として使用するために、機能性基板１０にリッジ部５０が設けられている。このリッジ部５０は、例えば第２の実施形態で説明した図６（ｇ）の薄板加工工程の後に、機能性基板１０の一部に段差を形成する加工（リッジ加工）を実施することによって設けられる。これにより、本実施形態においても支持基板３０の内部に接合界面４０が含まれることとなる。

【実施例】

【0047】

以下、本発明による複合基板の構造を検証するための実施例を具体的に説明する。なお、特に明記しない限り、下記の手順は室温にて行った。

【0048】

（実施例１）
図２および図３を参照しつつ説明した製造工程に従って、接合体を作製した。具体的には、直径が４インチで厚みが５００μｍのＬＴ基板とシリコン基板を用意し、ＬＴ基板を機能性基板１０、シリコン基板を半導体基板３０Ａとしてそれぞれ使用した。

【0049】

そして、機能性基板１０と半導体基板３０Ａの表面をそれぞれ洗浄した後、上下に向けてＦＡＢガンがそれぞれ設置された真空チャンバー内において、これらの基板が各ＦＡＢガンの照射範囲内にそれぞれ位置し、かつ、両基板の表面同士が互いに対向する向きとなるように、機能性基板１０および半導体基板３０Ａを配置した。この状態で真空チャンバー内を１０^－６Ｐａ台まで真空引きし、各ＦＡＢガンから機能性基板１０と半導体基板３０Ａの表面に向けて、Ａｒガスを用いたＦＡＢ（加速電圧１ｋＶ、Ａｒ流量２７ｓｃｃｍ）を同時に１５秒間照射した。

【0050】

その後、機能性基板１０側のＦＡＢ照射を停止する一方、半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射をさらに９０秒間（合計で１０５秒間）継続した。なお、このとき機能性基板１０側のＦＡＢ照射の停止前後で真空チャンバーの内圧が変化しないようにするため、機能性基板１０側のＦＡＢガンへのＡｒガスの供給を継続した状態で、当該ＦＡＢガンから機能性基板１０の表面へのＦＡＢ照射を停止するようにした。その結果、機能性基板１０の表面にスパッタ膜３０Ｂが形成された。

【0051】

次いで、スパッタ膜３０Ｂが形成された機能性基板１０と半導体基板３０Ａとを直接接合した。具体的には、両基板のビーム照射面を重ね合わせ、常温において１００００Ｎで２分間加圧して両基板を接合し、接合体を得た。これにより、図１に示した構造の複合基板１００を得た。

【0052】

こうして得られた複合基板１００に対して、クラックオープニング法で接合強度を評価したところ、１．４５Ｊ／ｍ^２であり、十分な接合強度を有していた。

【0053】

（実施例２）
実施例１と同様の機能性基板１０および半導体基板３０Ａを真空チャンバー内にそれぞれ配置し、真空チャンバー内を１０^－６Ｐａ台まで真空引きした状態で、各ＦＡＢガンから機能性基板１０と半導体基板３０Ａの表面に向けて、実施例１と同様の条件にて、Ａｒガスを用いたＦＡＢを同時に３０秒間照射した。

【0054】

その後、機能性基板１０側のＦＡＢ照射を停止する一方、半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射をさらに９０秒間（合計で１２０秒間）継続した。なお、このとき実施例１と同様に、機能性基板１０側のＦＡＢ照射の停止前後で真空チャンバーの内圧が変化しないようにするため、機能性基板１０側のＦＡＢガンへのＡｒガスの供給を継続した状態で、当該ＦＡＢガンから機能性基板１０の表面へのＦＡＢ照射を停止するようにした。その結果、機能性基板１０の表面にスパッタ膜３０Ｂが形成された。

【0055】

次いで、実施例１と同様に、スパッタ膜３０Ｂが形成された機能性基板１０と半導体基板３０Ａとを直接接合することで、図１に示した構造の複合基板１００を得た。

【0056】

こうして得られた複合基板１００に対して、クラックオープニング法で接合強度を評価したところ、１．６３Ｊ／ｍ^２であり、実施例１よりも接合強度が向上していた。

【0057】

（実施例３）
図５および図６を参照しつつ説明した製造工程に従って、接合体を作製した。具体的には、直径が４インチで厚みが５００μｍのＬＴ基板とシリコン基板を用意し、ＬＴ基板を機能性基板１０、シリコン基板を半導体基板３０Ａとしてそれぞれ使用した。そして、機能性基板１０の表面に酸化ケイ素をスパッタリングし、酸化ケイ素膜からなる絶縁層２０を形成した。

【0058】

その後は実施例１と同様に、絶縁層２０が形成された機能性基板１０と半導体基板３０Ａの表面をそれぞれ洗浄した後、上下に向けてＦＡＢガンがそれぞれ設置された真空チャンバー内において、これらの基板が各ＦＡＢガンの照射範囲内にそれぞれ位置し、かつ、機能性基板１０の酸化ケイ素面（絶縁層２０側の表面）と半導体基板３０Ａの表面とが互いに対向する向きとなるように、機能性基板１０および半導体基板３０Ａを配置した。この状態で真空チャンバー内を１０^－６Ｐａ台まで真空引きし、各ＦＡＢガンから機能性基板１０と半導体基板３０Ａの表面に向けて、実施例１と同様の条件にて、Ａｒガスを用いたＦＡＢを同時に１５秒間照射した。

【0059】

その後、機能性基板１０側のＦＡＢ照射を停止する一方、半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射をさらに２８５秒間（合計で３００秒間）継続した。なお、このとき実施例１，２と同様に、機能性基板１０側のＦＡＢ照射の停止前後で真空チャンバーの内圧が変化しないようにするため、機能性基板１０側のＦＡＢガンへのＡｒガスの供給を継続した状態で、当該ＦＡＢガンから機能性基板１０の表面へのＦＡＢ照射を停止するようにした。その結果、機能性基板１０において絶縁層２０の表面にスパッタ膜３０Ｂが形成された。

【0060】

次いで、実施例１，２と同様に、絶縁層２０の表面にスパッタ膜３０Ｂが形成された機能性基板１０と半導体基板３０Ａとを直接接合することで、図４に示した構造の複合基板１１０を得た。

【0061】

こうして得られた複合基板１１０に対して、クラックオープニング法で接合強度を評価したところ、２．０１Ｊ／ｍ^２であり、実施例１，２よりもさらに接合強度が向上していた。

【0062】

なお、上記実施例１～３では、ＦＡＢガンから機能性基板１０および半導体基板３０ＡへのＦＡＢ照射を所定時間行った後、機能性基板１０側のＦＡＢ照射を先に止めることとした。これにより、スパッタ膜３０Ｂの形成に要する時間を、機能性基板１０を冷却する時間に充てることが可能となるため、接合後の複合基板１００，１１０における反りの影響を小さくすることができる。特に、機能性基板１０が半導体基板３０Ａよりも大きな熱膨張係数を有する場合には、機能性基板１０側のＦＡＢ照射を先に止めることで、接合後の反りの軽減に関してより高い効果を発揮することが可能となる。

【0063】

（比較例）
本発明の効果を確認するために、比較例として、実施例１と同様の機能性基板１０および半導体基板３０Ａを真空チャンバー内にそれぞれ配置し、真空チャンバー内を１０^－６Ｐａ台まで真空引きした状態で、機能性基板１０側のＦＡＢ照射を行わずに、半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射のみを９０秒間実施した。このときの半導体基板３０Ａ側のＦＡＢ照射条件は、実施例１と同様とした。その結果、機能性基板１０において絶縁層２０の表面にスパッタ膜３０Ｂが形成された。

【0064】

次いで、実施例１～３と同様に、スパッタ膜３０Ｂが形成された機能性基板１０と半導体基板３０Ａとを直接接合することで、図１に示した構造の複合基板１００を得た。

【0065】

こうして得られた複合基板１００に対して、クラックオープニング法で接合強度を評価したところ、０．７４Ｊ／ｍ^２であり、十分な接合強度が得られなかった。

【0066】

（積層構造の確認）
実施例１と比較例でそれぞれ作製した複合基板１００の接合界面４０を含む断面に対して、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察を行うことにより、複合基板１００の積層構造を確認した。図９（ａ）は実施例１の観察写真を示しており、図９（ｂ）は比較例の観察写真を示している。

【0067】

図９（ａ）に示す実施例１の観察写真から、機能性基板１０の内部には２つの層が形成されていることが分かる。これらの層を支持基板３０に遠い側から順に、第１機能層１１、第２機能層１２とする。また、支持基板３０の内部には３つの層が形成されていることが分かる。これらの層を機能性基板１０に遠い側から順に、第１支持層３１、第２支持層３２、接合層３３とする。第２機能層１２と接合層３３は互いに接しており、第２支持層３２と接合層３３の間には、前述の接合工程で形成された接合界面４０が存在している。すなわち、接合工程において、接合前の半導体基板３０Ａにおける第２機能層１２の表面と、接合前の機能性基板１０に形成されたスパッタ膜３０Ｂの表面とが互いに接合されることで、スパッタ膜３０Ｂが接合層３３となり、接合界面４０を支持基板３０の内部に有する機能性基板１０と支持基板３０の接合体が形成される。

【0068】

図９（ａ）の観察写真から、ＬＴの結晶体からなる第１機能層１１に対して、第２機能層１２は結晶構造を有しておらず、ＬＴの非晶質体により構成されていることが分かる。すなわち実施例１では、接合前の機能性基板１０において活性化工程でＦＡＢが照射された表面から所定深さまでの部分に相当する第２機能層１２は、機能性基板１０の材料であるＬＴが非晶質化した層として形成されていることが分かる。

【0069】

同様に、図９（ａ）の観察写真から、Ｓｉの結晶体からなる第１支持層３１に対して、第２支持層３２や接合層３３では結晶構造を有しておらず、Ｓｉの非晶質体により構成されていることが分かる。すなわち実施例１では、接合前の半導体基板３０Ａにおいて活性化工程およびスパッタリング工程でＦＡＢが照射された表面から所定深さまでの部分に相当する第２支持層３２と、スパッタリング工程で機能性基板１０の表面に形成されたスパッタ膜３０Ｂに相当する接合層３３とは、支持基板３０の材料であるシリコンが非晶質化した層としてそれぞれ形成されていることが分かる。

【0070】

一方、図９（ｂ）に示す比較例の観察写真では、機能性基板１０が結晶構造を有する第１機能層１１のみで構成されており、実施例１のような第２機能層１２が機能性基板１０に形成されていない。すなわち比較例では、接合前の機能性基板１０には活性化工程においてＦＡＢが照射されないため、ＬＴの非晶質膜からなる第２機能層１２が形成されておらず、これによって実施例１よりも接合強度が低くなることが分かる。

【0071】

なお、前述のように実施例３では、接合前の機能性基板１０の表面に酸化ケイ素膜からなる絶縁層２０を形成し、この絶縁層２０の表面を活性化した後にスパッタ膜３０Ｂを形成して、機能性基板１０と半導体基板３０Ａとを接合するようにした。そのため、実施例３の複合基板１１０では、図９（ａ）の第１機能層１１および第２機能層１２にそれぞれ相当する２つの層が、機能性基板１０ではなく絶縁層２０に形成されることになる。すなわち実施例３では、絶縁層２０において、支持基板３０に遠い側に位置する第１絶縁層２１と、接合前の活性化工程でＦＡＢが照射された表面から所定深さまでの部分に相当する第２絶縁層２２とが形成される。

【0072】

（構造解析）
実施例１で作製した複合基板１００の接合界面４０を含む断面において、前述の第１機能層１１、第２機能層１２、第１支持層３１、第２支持層３２および接合層３３の各層に対してＥＤＸ分析を行うことにより、複合基板１００の構造分析を実施した。また同様に、実施例３で作製した複合基板１１０の接合界面４０を含む断面において、前述の第１絶縁層２１、第２絶縁層２２、第１支持層３１、第２支持層３２および接合層３３の各層に対してＥＤＸ分析を行うことにより、複合基板１１０の構造分析を実施した。

【0073】

図１０（ａ）の表は、実施例１における第１機能層１１、第２機能層１２、第１支持層３１、第２支持層３２および接合層３３のそれぞれに対するＥＤＸ分析結果から得られた元素成分の割合を表している。また、第２機能層１２、第２支持層３２および接合層３３については、各層の厚みの測定結果を併記している。

【0074】

図１０（ａ）の表から、ＦＡＢ照射に用いられた希ガスであるＡｒは、第１機能層１１や第１支持層３１に比べて、第２機能層１２や第２支持層３２により多く含まれている。またその含有率は、第２機能層１２よりも第２支持層３２の方が高い。これらの結果から、第２機能層１２と第２支持層３２には活性化工程やスパッタリング工程でそれぞれ照射されたＦＡＢに起因するＡｒが含まれており、第２機能層１２よりも第２支持層３２の方がＦＡＢの照射時間が長いため、第２機能層１２により多くのＡｒが含まれていることが分かる。なお図１０（ａ）の表では、第１機能層１１や第１支持層３１が少量のＡｒを含んでいるが、含まない場合もあり得る。

【0075】

一方、図１０（ａ）の表において、接合層３３に含まれるＡｒの含有率は、第２機能層１２や第２支持層３２よりも低い。これにより、スパッタリング工程でＦＡＢとして照射されたＡｒは、スパッタ膜３０Ｂに相当する接合層３３にはあまり含まれていないことが分かる。

【0076】

また図１０（ａ）の表から、接合層３３ではＡｌが他の層よりも多く含まれていることが分かる。これは、スパッタリング工程においてＦＡＢが半導体基板３０Ａだけではなく、半導体基板３０Ａを固定する治具や台座部分にも一部照射され、これらの構成成分が接合層３３に混入したためと考えられる。

【0077】

図１０（ｂ）の表は、実施例３における第１絶縁層２１、第２絶縁層２２、第１支持層３１、第２支持層３２および接合層３３のそれぞれに対するＥＤＸ分析結果から得られた元素成分の割合を表している。また、第２支持層３２および接合層３３については、各層の厚みの測定結果を併記している。

【0078】

なお、実施例３の絶縁層２０では、実施例１の機能性基板１０とは異なり、第１絶縁層２１と第２絶縁層２２はいずれも酸化ケイ素の非晶質体で構成されているため、ＴＥＭの観察写真を見ても第１絶縁層２１と第２絶縁層２２の境界が判別しづらい。したがって、図１０（ｂ）の表には第２絶縁層２２の厚みが記載されていない。しかしながら、実施例３の絶縁層２０でも実施例１の機能性基板１０と同様に、接合層３３の近傍（例えば接合層３３との境界面から数ｎｍ程度の範囲）において、第２機能層１２と同じようにＡｒを多く含む非晶質体からなる第２絶縁層２２が存在していると考えられる。したがって図１０（ｂ）の表では、接合層３３との境界面付近での絶縁層２０に対するＥＤＸ分析結果を、第２絶縁層２２のＥＤＸ分析結果として示している。

【0079】

図１０（ｂ）の表でも図１０（ａ）の表と同様に、ＦＡＢ照射に用いられた希ガスであるＡｒは、第１絶縁層２１や第１支持層３１に比べて、第２絶縁層２２や第２支持層３２により多く含まれている。またその含有率は、第２絶縁層２２よりも第２支持層３２の方が高い。これらの結果から、実施例１と同様に実施例３でも、第２絶縁層２２と第２支持層３２には活性化工程やスパッタリング工程でそれぞれ照射されたＦＡＢに起因するＡｒが含まれており、第２絶縁層２２よりも第２支持層３２の方がＦＡＢの照射時間が長いため、第２絶縁層２２により多くのＡｒが含まれていることが分かる。なお、図１０（ｂ）の表では、第１絶縁層２１や第１支持層３１が少量のＡｒを含んでいるが、含まない場合もあり得る。

【0080】

一方、図１０（ｂ）の表において、接合層３３に含まれるＡｒの含有率は、第２絶縁層２２や第２支持層３２よりも低い。これにより、実施例１と同様に実施例３でも、スパッタリング工程でＦＡＢとして照射されたＡｒは、スパッタ膜３０Ｂに相当する接合層３３にはあまり含まれていないことが分かる。

【0081】

また図１０（ｂ）の表でも図１０（ａ）の表と同様に、前述のような理由から、接合層３３ではＡｌが他の層よりも多く含まれていることが分かる。

【0082】

（接合層の厚みと接合強度の関係）
実施例３で説明した製造時のパラメータのうち、スパッタリング工程での半導体基板３０ＡへのＦＡＢ照射時間を変化させ、それ以外のパラメータを実施例３と共通にしてそれぞれ作製した複数の複合基板１１０を用いて、支持基板３０における接合層３３の厚みと接合強度との関係を測定した。

【0083】

図１１は、複合基板１１０におけるＦＡＢ照射時間、接合層３３の厚みおよび接合強度の関係を示す表である。図１１の表では、活性化工程での機能性基板１０および半導体基板３０ＡへのＦＡＢ照射時間を１５秒に固定し、スパッタリング工程での半導体基板３０ＡへのＦＡＢ照射時間を５０秒、９０秒、１９５秒、２８５秒、５８５秒と変化させた場合における、活性化工程およびスパッタリング工程を合わせた半導体基板３０ＡへのＦＡＢ照射時間と、製作された各複合基板１１０の接合層３３の厚みおよび接合強度とを示している。なお、スパッタリング工程でのＦＡＢ照射時間を２８５秒とした場合は、前述の実施例３に相当する。

【0084】

図１１の表から、接合層３３の厚みが０．３ｎｍ以上であれば接合強度が１Ｊ／ｍ^２以上となり、十分な接合強度が得られることが分かる。すなわち、前述の特許文献１に記載された複合基板では、１Ｊ／ｍ^２以上の接合強度を得るためには、接合層に少なくとも２ｎｍ程度の厚みが必要であったのに対して、本発明を適用した複合基板１１０では、接合層３３の厚みが０．３ｎｍ以上であれば、特許文献１に記載の複合基板と同等以上の接合強度を得られることが分かる。この点は、他の複合基板１００，１２０，１３０についても同様である。

【0085】

なお、スパッタリング工程での製造時間の短縮化や製品の小型化等の観点から、製造後の複合基板１００～１３０において十分な接合強度が得られる限り、接合層３３の厚みはできるだけ薄くすることが好ましい。例えば、接合層３３の最大厚みを３ｎｍとすれば、上記の結果により、複合基板１００～１３０における接合層３３の厚みを０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下とすることができる。

【0086】

（活性化工程でのＦＡＢ照射時間と接合強度の関係）
実施例１，２で説明した製造時のパラメータのうち、活性化工程での機能性基板１０へのＦＡＢ照射時間を変化させ、それ以外のパラメータを実施例１，２と共通にしてそれぞれ作製した複数の複合基板１００を用いて、支持基板３０における接合層３３の厚みと接合強度との関係を測定した。

【0087】

図１２は、複合基板１００における機能性基板１０および半導体基板３０ＡへのＦＡＢ照射時間と接合強度の関係を示す表である。図１２の表では、活性化工程での機能性基板１０および半導体基板３０ＡへのＦＡＢ照射時間を１５秒、３０秒、３００秒、５１０秒と変化させ、スパッタリング工程での半導体基板３０ＡへのＦＡＢ照射時間を９０秒に固定した場合における、活性化工程およびスパッタリング工程を合わせた半導体基板３０ＡへのＦＡＢ照射時間と、製作された各複合基板１００の接合強度とを示している。なお、スパッタリング工程でのＦＡＢ照射時間を１５秒、３０秒とした場合は、前述の実施例１、実施例２にそれぞれ相当する。

【0088】

図１２の表から、活性化工程でのＦＡＢ照射時間が３００秒以下であれば、接合強度が１Ｊ／ｍ^２以上となり十分な接合強度が得られる一方、活性化工程でのＦＡＢ照射時間が３００秒を超えると接合強度が低下することが分かる。これは、活性化工程において機能性基板１０へのＦＡＢ照射時間が長くなるほど、機能性基板１０の表面粗さが増大し、この表面粗さがある一定の水準を超えると接合強度の低下につながることが原因と考えられる。

【0089】

なお、図１１，１２の表でそれぞれ示したＦＡＢ照射時間、接合層３３の厚みおよび接合強度の値はあくまで一例である。これらの値は、機能性基板１０や半導体基板３０Ａで用いられる機能性材料や半導体材料の種類、ＦＡＢの電圧や電流、希ガス流量などに応じて変化し得る。そのため、例えばＦＡＢ照射時間を調節する代わりに、ＦＡＢの電圧や電流、希ガス流量などを調節することにより、所望の厚みで接合層３３を形成することも可能である。

【0090】

以上説明した本発明の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

【0091】

（１）複合基板１００～１３０は、機能性材料からなる機能性基板１０と、半導体材料からなり、機能性基板１０と接合されて機能性基板１０を支持する支持基板３０と、を有する。機能性基板１０は、第１の層（第１機能層１１または第１絶縁層２１）と、第１の層よりも支持基板３０に近い側に配置され、希ガスを含んだ非晶質体からなる第２の層（第２機能層１２または第２絶縁層２２）と、を有する。支持基板３０は、第１支持層３１と、第１支持層３１よりも機能性基板１０に近い側に配置され、希ガスを含んだ半導体材料の非晶質体からなる第２支持層３２と、機能性基板１０に接しており、半導体材料の非晶質体からなる接合層３３と、を有する。このようにしたので、機能性基板１０と支持基板３０とが接合層３３を介して接合された複合基板１００～１３０において、接合層３３の厚みが薄くても十分な接合強度を得ることが可能な複合基板１００～１３０を実現することができる。

【0092】

（２）複合基板１００，１２０において、機能性基板１０は、機能性材料の結晶体からなる第１機能層１１と、機能性材料の非晶質体で構成されて接合層３３と接する第２機能層１２と、を有する。この構成において、第１の層は第１機能層１１であり、第２の層は第２機能層１２である。このようにしたので、機能性基板１０と支持基板３０を絶縁層２０を介さずに直接接合した場合でも、十分な接合強度を得ることが可能な複合基板１００，１２０を実現することができる。

【0093】

（３）複合基板１１０，１３０において、機能性基板１０は、絶縁材料からなる絶縁層２０を介して支持基板３０と接合され、絶縁層２０は、絶縁材料からなる第１絶縁層２１と、絶縁材料の非晶質体で構成されて接合層３３と接する第２絶縁層２２と、を有する。この構成において、第１の層は第１絶縁層２１であり、第２の層は第２絶縁層２２である。このようにしたので、機能性基板１０と支持基板３０を絶縁層２０を介して接合した場合でも、十分な接合強度を得ることが可能な複合基板１１０，１３０を実現することができる。

【0094】

（４）複合基板１００～１３０における接合層３３の厚みは、０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下であることが好ましい。このようにすれば、十分な接合強度を保持しつつ、製造時間の短縮化や製品の小型化を図ることができる。

【0095】

（５）図１０（ａ），（ｂ）に示すように、接合層３３はＡｒ等の希ガスを含み、接合層３３における希ガスの含有率は、第２支持層３２における希ガスの含有率よりも少ない。また、接合層３３はＡｌ等の金属元素を含み得る。このようにしたので、半導体基板３０Ａの表面にＦＡＢ照射を行うことで機能性基板１０の表面に形成されたスパッタ膜３０Ｂを接合層３３として、機能性基板１０と半導体基板３０Ａとを接合し、半導体基板３０Ａを支持基板３０として複合基板１００～１３０を作製することができる。

【0096】

（６）図１０（ａ）に示すように、第１機能層１１は、Ａｒ等の希ガスを含むか、または希ガスを含まず、第１機能層１１が希ガスを含む場合の第１機能層１１における希ガスの含有率は、第２機能層１２における希ガスの含有率よりも少ない。また、第２機能層１２における希ガスの含有率は、第２支持層３２における希ガスの含有率よりも少ない。このようにしたので、接合前の機能性基板１０の表面にＦＡＢ照射を行うことで機能性基板１０の表面を活性化した後、機能性基板１０と半導体基板３０Ａとを接合し、複合基板１００，１２０を作製することができる。

【0097】

（７）図１０（ｂ）に示すように、第１絶縁層２１は、Ａｒ等の希ガスを含むか、または希ガスを含まず、第１絶縁層２１が希ガスを含む場合の第１絶縁層２１における希ガスの含有率は、第２絶縁層２２における希ガスの含有率よりも少ない。また、第２絶縁層２２における希ガスの含有率は、第２支持層３２における希ガスの含有率よりも少ない。このようにしたので、絶縁層２０が形成された接合前の機能性基板１０の表面にＦＡＢ照射を行うことで絶縁層２０の表面を活性化した後、絶縁層２０と半導体基板３０Ａとを接合し、複合基板１１０，１３０を作製することができる。

【0098】

（８）図１０（ａ），（ｂ）に示すように、第１支持層３１は、Ａｒ等の希ガスを含むか、または希ガスを含まず、第１支持層３１が希ガスを含む場合の第１支持層３１における希ガスの含有率は、第２支持層３２における希ガスの含有率よりも少ない。このようにしたので、半導体基板３０Ａの表面にＦＡＢ照射を行った後に機能性基板１０と半導体基板３０Ａとを接合し、半導体基板３０Ａを支持基板３０として複合基板１００～１３０を作製することができる。

【0099】

（９）機能性材料からなる機能性基板１０と、半導体材料から構成されて機能性基板１０を支持する支持基板３０と、を含んで構成される複合基板１００，１２０の製造方法は、機能性基板１０の表面と、半導体材料からなる半導体基板３０Ａの表面とに、それぞれの照射時間の少なくとも一部が重複するようにＦＡＢをそれぞれ照射する活性化工程（図２（ｂ））と、活性化工程に続いて実施され、機能性基板１０の表面に対するＦＡＢの照射を停止した後、半導体基板３０Ａの表面に対するＦＡＢの照射を継続して、機能性基板１０の表面に半導体材料をスパッタリングするスパッタリング工程（図２（ｃ））と、スパッタリング工程により半導体材料がスパッタリングされた機能性基板１０と半導体基板３０Ａとを接合して接合体を得る接合工程（図３（ｄ））と、を含む。このようにすれば、半導体基板３０Ａとスパッタ膜３０Ｂとを一体化することで支持基板３０を形成し、複合基板１００，１２０を作製することができる。

【0100】

（１０）機能性材料からなる機能性基板１０と、半導体材料から構成されて機能性基板１０を支持する支持基板３０と、を含んで構成される複合基板１１０，１３０の製造方法は、機能性基板１０の表面に絶縁材料からなる絶縁層２０を形成する絶縁層形成工程（図５（ｂ））と、絶縁層２０の表面と、半導体材料からなる半導体基板３０Ａの表面とに、それぞれの照射時間の少なくとも一部が重複するようにＦＡＢをそれぞれ照射する活性化工程（図５（ｃ））と、活性化工程に続いて実施され、絶縁層２０の表面に対するＦＡＢの照射を停止した後、半導体基板３０Ａの表面に対するＦＡＢの照射を継続して、絶縁層２０の表面に半導体材料をスパッタリングするスパッタリング工程（図５（ｄ））と、スパッタリング工程により半導体材料がスパッタリングされた絶縁層２０を介して、機能性基板１０と半導体基板３０Ａとを接合して接合体を得る接合工程（図６（ｅ））と、を含む。このようにすれば、機能性基板１０と支持基板３０を絶縁層２０を介して接合し、複合基板１１０，１３０を作製することができる。

【0101】

（１１）図２（ｃ）、図５（ｄ）のスパッタリング工程では、０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下の厚みでスパッタ膜３０Ｂを形成することが好ましい。このようにすれば、十分な接合強度を保持しつつ、製造時間の短縮化や製品の小型化が可能な複合基板１００～１３０を作製することができる。

【0102】

（１２）機能性基板１０および半導体基板３０Ａは、第１のＦＡＢガンおよび第２のＦＡＢガンが設置された真空チャンバー内に配置され得る。図２（ｂ）、図５（ｃ）の活性化工程では、第１のＦＡＢガンおよび第２のＦＡＢガンにＡｒ等の希ガスをそれぞれ供給して、希ガスによるＦＡＢを、第１のＦＡＢガンから機能性基板１０または絶縁層２０の表面に照射するとともに、第２のＦＡＢガンから半導体基板３０Ａの表面に照射し得る。また、図２（ｃ）、図５（ｄ）のスパッタリング工程では、第１のＦＡＢガンへの希ガスの供給を継続した状態で、第１のＦＡＢガンから機能性基板１０または絶縁層２０の表面へのＦＡＢの照射を停止し得る。このようにすれば、機能性基板１０および半導体基板３０Ａに対して活性化工程を適切に実施するとともに、半導体基板３０Ａに対してスパッタリング工程を適切に実施することができ、その結果、複合基板１００～１３０の作製が可能となる。

【0103】

なお、以上説明した本発明の各実施形態では、第１のＦＡＢガンから機能性基板１０または絶縁層２０の表面へのＦＡＢの照射と、第２のＦＡＢガンから半導体基板３０Ａの表面へのＦＡＢの照射と、を同時に行っている。これにより、半導体基板３０Ａの表面に形成されている酸化膜などの不純物が、機能性基板１０または絶縁層２０の表面に付着してしまうことを抑制できる。しかしながら、本発明はこれに限らない。例えば、先に第１のＦＡＢガンから機能性基板１０側へのＦＡＢ照射を開始し、それより所定時間だけ遅らせて第２のＦＡＢガンから半導体基板３０Ａ側へのＦＡＢ照射を開始して、その後に機能性基板１０側のＦＡＢ照射を先に止めるという方法を採用してもよい。このようにしても、前述と同様な効果が得られる。

【0104】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、任意の構成要素を用いて実施可能である。

【0105】

上記の実施形態や変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0106】

１０：機能性基板
１１：第１機能層
１２：第２機能層
２０：絶縁層
２１：第１絶縁層
２２：第２絶縁層
３０：支持基板
３０Ａ：半導体基板
３０Ｂ：スパッタ膜
３１：第１支持層
３２：第２支持層
３３：接合層
４０：接合界面
５０：リッジ部
１００，１１０，１２０，１３０：複合基板

【要約】

【課題】機能性基板と支持基板とが接合層を介して接合された複合基板において、接合層の厚みが薄くても十分な接合強度を得ることが可能な複合基板およびその製造方法を実現する。
【解決手段】複合基板１００は、機能性材料からなる機能性基板１０と、半導体材料からなり、機能性基板１０と接合されて機能性基板１０を支持する支持基板３０と、を有する。機能性基板１０は、第１の層と、第１の層よりも支持基板３０に近い側に配置され、希ガスを含んだ非晶質体からなる第２の層と、を有する。支持基板３０は、第１支持層と、第１支持層よりも機能性基板１０に近い側に配置され、希ガスを含んだ半導体材料の非晶質体からなる第２支持層と、機能性基板１０に接しており、半導体材料の非晶質体からなる接合層と、を有する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】