专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; |
专利有效性 | 公开 | 当前状态 | 公开 |
申请号 | CN202380067372.3 | 申请日 | 2023-09-20 |
公开(公告)号 | CN119908070A | 公开(公告)日 | 2025-04-29 |
申请人 | 株式会社日本制钢所; | 申请人类型 | 企业 |
发明人 | 丸子拓也; 岩田浩一; 菊地弘一; 千叶理树; 横田裕章; | 第一发明人 | 丸子拓也 |
权利人 | 株式会社日本制钢所 | 权利人类型 | 企业 |
当前权利人 | 株式会社日本制钢所 | 当前权利人类型 | 企业 |
省份 | 当前专利权人所在省份: | 城市 | 当前专利权人所在城市: |
具体地址 | 当前专利权人所在详细地址:日本东京都 | 邮编 | 当前专利权人邮编: |
主IPC国际分类 | H03H3/08 | 所有IPC国际分类 | H03H3/08 ; H03H9/25 ; H01L21/02 |
专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
专利权利要求数量 | 27 | 专利文献类型 | A |
专利代理机构 | 北京市金杜律师事务所 | 专利代理人 | 马立荣; 周金波; |
摘要 | 提供了具有高接合强度的接合 基板 ,其中抑制了空隙的形成。根据本公开的一方面的接合基板是第一基板和第二基板通过它们的接合面彼此接合的接合基板。第一基板在接合面侧具有第一改性层,第二基板在接合面侧具有第二改性层。根据本公开的一方面的用于接合基板的制造方法是用于第一基板和第二基板彼此接合的接合基板的制造方法,该方法包括: 等离子体 处理第一基板的表面,以在第一基板的表面上形成第一改性层;等离子体处理第二基板的表面,以在第二基板的表面上形成第二改性层;在第一改性层和第二改性层面向彼此的状态下将第一基板和第二基板彼此暂时接合;以及对暂时接合的基板进行 退火 ,以将第一基板和第二基板彼此接合。 | ||
权利要求 | 1.接合基板,在所述接合基板中第一基板和第二基板通过它们的接合面彼此接合,其中,所述第一基板在接合面侧具有第一改性层,并且所述第二基板在接合面侧具有第二改性层。 |
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说明书全文 | 接合基板和接合基板的制造方法技术领域[0001] 本公开涉及接合基板和接合基板的制造方法。 背景技术[0002] 随着诸如移动电话等的通信设备的发展,需要增强表面声波(SAW:Surface Acoustic Wave)和光调制器的性能。对于形成这种SAW滤波器的表面声波元件,需要例如通过改善机电耦合系数来加宽频带,并需要降低频率温度系数(TCF:Temperature Coefficient of Frequency)的绝对值。专利文献1公开了涉及这种表面声波元件的技术。例如,对于形成光调制器的光调制元件,需要通过以较低电压驱动它来降低功耗并改善其调制性能。专利文献2和非专利文献1公开了与这种光调制元件相关的技术。 [0003] 引用列表 [0004] 专利文献 [0005] 专利文献1:日本未审查专利申请公开JP 2021-158666 [0006] 专利文献2:日本未审专利申请公开JP 2010-85789。 [0007] 非专利文献 [0008] 非专利文献1:Cheng Wang,Mian Zhang,Xi Chen,Maxime Bertrand,Amirhassan Shams‑Ansari,Sethumadhavan Chandrasekhar,Peter Winzer&Marko Loncar"Integrated lithium niobate electro‑optic modulators operating at CMOS‑compatible voltages",Nature,volume562,pages 101‑104(2018)。发明内容 [0009] 例如,当制造表面声波元件或光调制元件时,使用石英基板和钽酸锂基板彼此接合的接合基板、两块铌酸锂基板彼此接合的接合基板、或石英基板和铌酸锂基板彼此接合的接合基板。然而,取决于基板的接合条件,在基板的接合面中可形成空隙,和/或基板之间的接合强度会很低。根据本说明书中的说明和附图,要解决的其他问题和新颖特征将变得显而易见。 [0010] 问题的解决方案 [0011] 根据本公开的一方面的接合基板是第一基板和第二基板通过它们的接合面彼此接合的接合基板,其中,第一基板在接合面侧具有第一改性层,并且第二基板在接合面侧具有第二改性层。 [0012] 根据本公开的一方面的接合基板的制造方法是将第一基板和第二基板彼此接合的接合基板的制造方法,该方法包括以下工序:等离子体处理第一基板的表面,以在第一基板的表面上形成第一改性层;等离子体处理第二基板的表面,以在第二基板的表面上形成第二改性层;在第一改性层和第二改性层面向彼此的状态下将第一基板和第二基板彼此暂时接合;以及对暂时接合的基板进行退火,以将第一基板和第二基板彼此接合。 [0013] 本发明的有益效果 [0014] 根据本公开,可提供抑制空隙产生并且具有高接合强度的接合基板以及这种接合基板的制造方法。 附图说明[0015] 图1是示出根据实施方式的接合基板的截面图; [0016] 图2是用于解释根据实施方式的接合基板的制造方法的流程图; [0017] 图3是用于解释根据实施方式的接合基板的制造方法的示意图; [0018] 图4是示出等离子体发射的变化与改性层的变化之间的关系的图; [0019] 图5是示出石英基板的改性层的厚度、钽酸锂基板的改性层的厚度、无空隙区域、接合强度令人满意的区域和本公开的区域之间的关系的图; [0020] 图6是示出石英基板的改性层的厚度、铌酸锂基板的改性层的厚度、无空隙区域、接合强度令人满意的区域、等离子体稳定区域和本公开的区域之间的关系的图; [0021] 图7是示出铌酸锂基板(下侧)的改性层的厚度、铌酸锂基板(上侧)的改性层的厚度、无空隙区域、接合强度令人满意的区域、等离子体稳定区域和本公开的区域之间的关系的图; [0023] 图9是示出图8所示的TEM照片的亮度分布的图;以及 [0024] 图10是示出各样品的改性层的厚度和接合强度之间的关系的图。 具体实施方式[0025] 在下文中将参考附图说明实施方式。 [0026] 根据实施方式的接合基板是第一基板和第二基板通过它们的接合面彼此接合的接合基板。第一基板在接合面侧具有第一改性层,第二基板在接合面侧具有第二改性层。在该实施方式中,第一基板可以是石英基板,而第二基板可以是钽酸锂基板。替代地,在该实施方式中,第一基板可以是石英基板,而第二基板可以是铌酸锂基板。在另一替代的实施方式中,第一基板可以是第一铌酸锂基板,而第二基板可以是第二铌酸锂基板。换句话说,接合基板可具有两块铌酸锂基板彼此接合的结构。作为示例,下面将说明第一基板是石英基板而第二基板是钽酸锂基板的情况。 [0027] 图1是示出根据实施方式的接合基板的截面图。如图1所示,根据本实施方式的接合基板1是石英基板10和钽酸锂基板20通过它们的接合面15彼此接合的接合基板。注意,石英基板(第一基板)10用作支撑基板,钽酸锂基板(第二基板)20用作压电部。 [0028] 通过使用石英基板10作为支撑基板,可改善表面声波元件的频率‑温度特性。此外,钽酸锂的弹性波的传播速度快,其机电耦合系数大。因此,通过使用钽酸锂基板20作为压电部,可加宽表面声波元件的频带。 [0029] 石英基板10在接合面15侧具有改性层11(第一改性层)。钽酸锂基板20在接合面15侧具有改性层21(第二改性层)。该实施方式被设计成使得钽酸锂基板20的改性层21比石英基板10的改性层11薄。 [0030] 具体地,在该实施方式中,石英基板10的改性层11的厚度大于2.7nm且小于等于3.2nm,优选为2.9nm以上、3.1nm以下。此外,钽酸锂基板20的改性层21的厚度为2.2nm以上、 2.7nm以下,优选为2.4nm以上、2.6nm以下。在该实施方式中,改性层11、21均为通过对基板表面改性产生的非晶层,并且可通过等离子体处理、离子辐射等形成。此外,改性层11、21是非晶层,其主要成分为底层基板的材料。换句话说,改性层11是以石英基板10的材料为主要成分的非晶层。改性层21是以钽酸锂基板20的材料为主要成分的非晶层。 [0031] 在该实施方式中,石英基板10的厚度为100μm以上、1000μm以下,钽酸锂基板的厚度为10μm以上、1000μm以下。 [0033] 接下来,将说明根据本实施方式的接合基板的制造方法。图2是用于解释根据本实施方式的接合基板的制造方法的流程图。图3是用于解释根据本实施方式的接合基板的制造方法的示意图。 [0034] 当制造根据本实施方式的接合基板时,首先,如图2和图3所示,准备石英基板(第一基板)10(工序S1)。例如,石英基板10的厚度为100μm以上、1000μm以下。接着,清洗石英基板10(工序S2)。例如,可通过使用化学溶液、诸如APM(Ammonia hydrogen Peroxide Mixture,氨-过氧化氢混合物)或SPM(sulfuric acid‑hydrogen peroxide mixture,硫酸-过氧化氢混合物)来清洗石英基板10。 [0035] 接下来,对石英基板10进行等离子体处理(即,进行等离子体处理)(工序S3)。可通过等离子体处理石英基板10在石英基板10的表面上形成改性层11。在石英基板10的表面上形成的改性层11的厚度大于2.7nm且小于等于3.2nm,并且优选为2.9nm以上、3.1nm以下。 [0036] 此外,在本实施方式中,在等离子体发射稳定的条件(等离子体发射的变化小的条件)下,对石英基板10进行等离子体处理。图4是示出等离子体发射的变化与改性层的变化之间的关系的图。如图4所示,当等离子体发射的变化较大(即,相对发射强度的变化较大)时,改性层的变化也变大。另一方面,当等离子体发射的变化较小(即,相对发射强度的变化较小)时,改性层的变化也变小。在图4所示的结果中发现稳定区域,其中等离子体发射的变化和改性层的变化可被抑制到约1/5。 [0037] 在该实施方式中,通过在等离子体发射的变化小的条件下对石英基板10进行等离子体处理,可减小在石英基板10的表面上形成的改性层11的面内薄膜厚度的变化。注意,可通过调节等离子体处理装置的腔室内的压力和等离子体的输出(RF输出)来减小等离子体发射的变化。 [0038] 接下来,准备钽酸锂基板(LT基板:第二基板20(工序S4)。例如,钽酸锂基板20的厚度为10μm以上、1000μm以下。接着,清洗钽酸锂基板20(工序S5)。例如,钽酸锂基板20可通过使用化学溶液、诸如APM(Ammonia hydrogen Peroxide Mixture:氨-过氧化氢混合物)或SPM(sulfuric acid‑hydrogen peroxide mixture:硫酸-过氧化氢混合物)来清洗。 [0039] 接下来,对钽酸锂基板20进行等离子体处理(工序S6)。通过等离子体处理钽酸锂基板20,可在钽酸锂基板20的表面上形成改性层21。在钽酸锂基板20的表面上形成的改性层21的厚度为2.2nm以上、2.7nm以下,优选为2.4nm以上、2.6nm以下。 [0040] 此外,在本实施方式中,在等离子体发射稳定的条件(等离子体发射的变化小的条件)下,对钽酸锂基板20进行等离子体处理。通过在等离子体发射的变化小的条件下等离子体处理钽酸锂基板20,可减小在钽酸锂基板20的表面上形成的改性层21的面内薄膜厚度的变化。 [0041] 注意,工序S1至S3中的处理顺序和工序S4至S6中的处理顺序可以颠倒。换句话说,可在执行工序S4至S6中的处理之后执行工序S1至S3的处理。替代地,工序S1至S3中的处理和工序S4至S6中的处理可彼此并行(同时)执行。 [0042] 接着,在石英基板10的改性层11和钽酸锂基板20的改性层21面向彼此的状态下,将石英基板10和钽酸锂基板20暂时彼此接合(工序S7)。例如,在调整好石英基板10和钽酸锂基板20在面内方向上的位置(即,在水平方向上的位置)之后,通过在竖直方向上移动石英基板10和钽酸锂基板20,使它们暂时彼此接合。 [0043] 之后,对暂时接合的基板进行退火,使得石英基板10和钽酸锂基板20彼此接合(工序S8)。通过对它们进行退火,石英基板10的改性层11和钽酸锂基板20的改性层21可彼此牢固地接合,使得石英基板10和钽酸锂基板20可彼此牢固地接合。例如,退火的温度为50℃以上、300℃以下。退火例如可通过在电炉中加热暂时接合的基板来进行。 [0044] 该实施方式还可包括,在将石英基板10和钽酸锂基板20彼此接合之后,研磨钽酸锂基板20的表面的工序(工序S9)。研磨工序例如可通过使用CMP(Chemical Mechanical Polishing,化学机械研磨)来进行。例如,将钽酸锂基板20研磨至厚度为5μm以下。 [0045] 可通过使用上述制造方法(基板接合方法)来制造根据本实施方式的接合基板。 [0046] 注意,在该实施方式中,石英基板10的改性层11的厚度和钽酸锂基板20的改性层21的厚度可通过使用TEM(Transmission Electron Microscope,透射电子显微镜)进行测量。 [0047] 例如,可通过使用TEM测量改性层11和21的厚度并改变等离子体处理的条件来获得等离子体处理的最佳条件。然后,通过使用获得的最佳条件进行等离子体处理(工序S3和S6),可形成厚度在上述范围内的改性层11和21。 [0048] 在将石英基板10和钽酸锂基板20彼此接合之后测量接合基板1的改性层11和21的厚度的情况下,使用TEM。此外,可通过将TEM观察与通过EDS(Energy dispersive X‑ray spectrometry,能量色散X射线光谱法)的元素分析相结合来执行关于确定改性层11和21源自哪个基板的测量。例如,可确定在改性层中含有Si的区域是石英基板10的改性层11,在改性层中含有Li或Ta的区域是钽酸锂基板20的改性层21。通过使用上述方法,可测量接合基板1的各改性层11和21的厚度。注意,在该实施方式中,认为改性层11和21的厚度之间的关系在石英基板10和钽酸锂基板20彼此接合之后不改变。 [0049] 如背景技术中所述,当制造表面声波元件时,使用石英基板和钽酸锂基板彼此接合的接合基板。然而,取决于这些基板的接合条件,在石英基板和钽酸锂基板的接合面中可能形成空隙,和/或这些基板之间的接合强度可能较差。 [0050] 此外,通常认为,当在接合基板的接合面上形成空隙时,接合基板之间的接合强度劣化。然而,作为本申请的发明人的研究结果,已经发现空隙的形成和接合强度是权衡取舍的关系。因此,难以同时实现抑制空隙的形成和强的接合强度。 [0051] 图5是示出石英基板的改性层的厚度、钽酸锂基板的改性层的厚度、无空隙区域、接合强度令人满意的区域和本公开的区域之间的关系的图。 [0052] 本申请的发明人已经发现,当改性层11的厚度为2.4nm以上、3.2nm以下的石英基板10和改性层21的厚度为1.8nm以上、2.7nm以下的钽酸锂基板20彼此接合时,在接合基板1的接合面15上存在可抑制空隙形成的无空隙区域。注意,无空隙区域不仅包括根本不存在空隙的区域,而且包括形成有一些空隙但程度不影响接合基板的实际使用的区域。 [0053] 此外,本申请的发明人已经发现,当改性层11的厚度为2.8nm以上、3.4nm以下的石英基板10和改性层21的厚度为2.3nm以上、3.2nm以下的钽酸锂基板20彼此接合时,存在接2 合基板1的接合强度令人满意的区域。注意,在该实施方式中,接合强度为0.52(J/m)以上的区域被定义为接合强度令人满意的区域。 [0054] 考虑到上述关系,本申请的发明人已经发现,通过将改性层11的厚度大于2.7nm且小于等于3.2nm的石英基板10和改性层21的厚度为2.2nm以上、2.7nm以下的钽酸锂基板20彼此接合,可获得具有令人满意的接合强度的接合基板1,同时抑制了空隙的形成(图5中所示的本公开的区域)。因此,根据本公开,可提供具有高接合强度并且抑制了空隙的形成的接合基板以及这种接合基板的制造方法。此外,可通过增大接合基板之间的接合强度来防止接合基板在研磨工序中彼此分离。 [0055] 此外,在该实施方式中,如上文参考图4所述的那样,在等离子体发射的变化小的条件(稳定条件)下,对石英基板10和钽酸锂基板20中的各者进行等离子体处理。因此,可减小在石英基板10的表面上形成的改性层11的面内薄膜厚度的变化和在钽酸锂基板20的表面上形成的改性层21的面内薄膜厚度的变化。因此,可在抑制空隙形成的同时提高接合基板之间的接合强度。 [0056] 在上述实施方式中,作为示例,已经说明了使用石英基板作为第一基板和使用钽酸锂基板作为第二基板的情况。然而,在该实施方式中,可使用石英基板作为第一基板,并且可使用铌酸锂基板(LN基板)作为第二基板。 [0057] 图6是示出石英基板的改性层的厚度、铌酸锂基板的改性层的厚度、无空隙区域、接合强度令人满意的区域、等离子体稳定区域和本公开的区域之间的关系的图。如图6所示,当石英基板和铌酸锂基板彼此接合时,通过将石英基板的改性层(第一改性层)的厚度调节为2.2nm以上、3.0nm以下,并且将铌酸锂基板(第二改性层)的厚度调节为1.75nm以上、2.25nm以下,可获得具有令人满意的接合强度并抑制了空隙的形成的接合基板(图6所示的 2 本公开的区域)。另外,在图6所示的图中,将接合强度为0.8(J/m)以上的区域定义为接合强度令人满意的区域。 [0058] 例如,石英基板的厚度为10μm以上、1000μm以下,并且铌酸锂基板的厚度为10μm以上、1000μm以下。此外,即使当使用石英基板作为第一基板并且使用铌酸锂基板作为第二基板时,也可通过使用上述制造方法(基板接合方法)来制造石英基板和铌酸锂基板彼此接合的接合基板。在这种情况下,用铌酸锂基板代替上述制造方法中的“钽酸锂基板20”。此外,即使在这种情况下,也可在将石英基板和铌酸锂基板彼此接合之后,研磨铌酸锂基板的表面。例如,可将铌酸锂基板的表面研磨至厚度为10μm以下。通过将基板研磨到这样的厚度,可改善电光元件的光学调制性能。 [0059] 在该实施方式中,第一铌酸锂基板可用作第一基板,第二铌酸锂基板可用作第二基板。换句话说,两块铌酸锂基板(LN基板)可彼此接合。 [0060] 图7是示出第一铌酸锂基板的改性层的厚度、第二铌酸锂基板的改性层的厚度、无空隙区域、接合强度令人满意的区域、等离子体稳定区域和本公开的区域之间的关系的图。如图7所示,当两块铌酸锂基板彼此接合时,通过将各铌酸锂基板的各改性层(第一改性层和第二改性层)的厚度调节到1.75nm以上、2.25nm以下,可获得具有令人满意的接合强度并且抑制了空隙的形成的接合基板(图7所示的本公开的区域)。注意,在图7所示的图中,将接 2 合强度为0.8(J/m)以上的区域定义为接合强度令人满意的区域。 [0061] 例如,第一铌酸锂基板(第一基板:下基板)的厚度为10μm以上、1000μm以下,并且第二铌酸锂基板(第二基板:上基板)的厚度为10μm以上、1000μm以下。此外,即使当第一铌酸锂基板用作第一基板并且第二铌酸锂基板用作第二基板时,也可通过使用上述制造方法(基板接合方法)来制造第一铌酸锂基板和第二铌酸锂基板彼此接合的接合基板。在这种情况下,上述制造方法中的“石英基板10”和“钽酸锂基板20”分别用第一铌酸锂基板和第二铌酸锂基板代替。此外,即使在这种情况下,也可在两块铌酸锂基板(LN基板)彼此接合之后,研磨第二铌酸锂基板的表面。例如,将第二铌酸锂基板研磨至厚度为10μm以下。通过将基板研磨到这样的厚度,可改善电光元件的光学调制性能。 [0062] 图8是通过透射电子显微镜(TEM)拍摄的铌酸锂基板的改性层的照片。如图8所示,改性层形成在铌酸锂基板(LN基板)的表面上。图9是示出图8所示的TEM照片的亮度曲线的图。图9所示的图示出了铌酸锂基板上的测量位置和测量位置处的亮度,并且示出了当测量位置从碳保护膜侧移动到铌酸锂基板侧时亮度的变化。如图9所示,在碳保护膜的位置处亮度低,然后在改性层的位置处亮度逐渐增加。此外,在铌酸锂基板的位置处亮度变高。在该实施方式中,可通过使用这种亮度变化来确定改性层的厚度。在图9所示的示例中,改性层的厚度为2.1nm。 [0063] 示例 [0064] 接下来,将说明示例。 [0065] 通过使用上面参考图2和3说明的方法制造根据示例1的样品。具体地,首先,准备厚度为400μm的石英基板。接着,通过将石英基板浸没在APM溶液中10分钟来清洗石英基板。 [0066] 接着,通过等离子体处理石英基板,在石英基板的表面上形成厚度为3.0nm的改性层。通过在减压气氛下产生电容耦合等离子体来进行等离子体处理。关于等离子体处理的条件,将RF输出设定为100W,并且调节处理时间使得改性层的厚度变为3.0nm。 [0067] 注意,在该示例中,在等离子体发射稳定的条件(等离子体发射的变化小的条件)下对基板进行等离子体处理。具体而言,如图4所示,在等离子体发射的变化小(即,相对发射强度的变化小)且改性层的变化小的条件下进行等离子体处理。通过实验设计调节等离子体处理装置(晶片接合装置)的腔室内的压力和等离子体的输出(RF输出)来检查等离子体发射稳定的条件。具体地,将放电30秒重复5次时获得的发射强度的标准偏差定义为等离子体发射的变化。结果,如图4所示,与等离子体发射的变化较大的情况相比,等离子体发射的变化被抑制到大约1/5。 [0068] 此外,准备厚度为200μm的钽酸锂基板(LT基板)。接着,通过将钽酸锂基板浸没在APM溶液中10分钟来清洗该基板。接着,通过等离子体处理钽酸锂基板,在钽酸锂基板的表面上形成厚度为2.5nm的改性层。通过在减压气氛下产生电容耦合等离子体来进行等离子体处理。关于等离子体处理的条件,将RF输出设定为100W,并且调节处理时间使得改性层的厚度变为2.5nm。 [0069] 接着,使石英基板和钽酸锂基板彼此接触,从而在石英基板和钽酸锂基板的改性层面向彼此的状态下暂时彼此接合。之后,通过在150℃下对暂时接合的基板进行退火,从而将石英基板和钽酸锂基板彼此接合,形成接合的基板。 [0070] 通过使用类似的方法制造根据对比例1-3的样品。 [0071] 在根据对比例1的样品中,将石英基板的改性层的厚度调节到3.0nm,并将钽酸锂基板的改性层的厚度调节到2.0nm。在根据对比例2的样品中,将石英基板的改性层的厚度调节到3.0nm,并将钽酸锂基板的改性层的厚度调节到3.0nm。在根据对比例3的样品中,将石英基板的改性层的厚度调节至2.5nm,并将钽酸锂基板的改性层的厚度调节至1.5nm。通过改变等离子体处理的条件来调整每个改性层的厚度。 [0072] 对于上述制造的根据示例1和对比例1-3的各样品,检查是否形成空隙。使用微分干涉光学显微镜检查是否形成空隙。 [0073] 此外,检查上述制造的根据示例1和对比例1-3的各样品的接合强度。使用刀片法测量接合强度。使用的刀片法与参考文献(Materials Science and Engineering R25(1999)p.1‑88)说明的方法相同。 [0074] 图10是示出各样品的改性层的厚度和接合强度之间的关系的图。如图10所示,在2 根据示例1的样品中,抑制了空隙的形成并且接合强度等于或高于参考值(0.52(J/m))。另一方面,在对比例1和3的每一个中,尽管抑制了空隙的形成,但接合强度低于参考值。在对比例2中,尽管接合强度等于或高于参考值,但形成了空隙。 [0075] 根据上述结果,在根据示例1的样品中,其中石英基板的改性层的厚度为3.0nm,钽酸锂基板的改性层的厚度为2.5nm,实现了等于或高于参考值的接合强度,并且抑制了空隙的形成。 [0077] 本申请基于并要求2022年9月22日提交的日本专利申请JP 2022-151855的优先权,其全部公开内容通过引用并入本文。 [0078] 附图标记列表 [0079] 1 接合基板 [0080] 10 石英基板 [0081] 11 改性层 [0082] 15 接合面 [0083] 20 钽酸锂基板 [0084] 21 改性层。 |