(57)【要約】【課題】圧電性材料基板１上に接合層３を形成し、接合層３が窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる。接合層の表面４および支持基板の表面に中性化ビームＡを照射することで、接合層の表面および支持基板の表面を活性化する。接合層の表面５と支持基板の表面とを直接接合する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性材料基板と、単結晶からなる支持基板とを接合する方法であって、
前記圧電性材料基板上に接合層を形成し、前記接合層が、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記接合層の表面および前記支持基板の表面に中性化ビームを照射することで前記接合層の前記表面および前記支持基板の前記表面を活性化する工程、および
前記接合層の前記表面と前記支持基板の表面とを直接接合する工程
を有することを特徴とする、接合方法。
【請求項２】
前記圧電性材料基板上に酸化珪素膜を設ける工程を有しており、この酸化珪素膜上に前記接合層を設けることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記圧電性材料基板を加工して粗面を形成する工程を有しており、この粗面上に前記接合層を設けることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記接合層の前記表面を平坦化した後で前記活性化を行うことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項５】
前記支持基板が、シリコン、サファイアおよび水晶からなる群より選ばれた材質からなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項６】
前記圧電性材料基板が圧電性単結晶からなることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項７】
前記圧電性単結晶が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体からなることを特徴とする、請求項６記載の方法。
【請求項８】
圧電性単結晶からなる圧電性材料基板と、単結晶からなる支持基板とを接合する方法であって、
前記支持基板上に接合層を形成し、前記接合層が窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記接合層の表面および前記圧電性材料基板の表面に中性化ビームを照射することで前記接合層の前記表面および前記圧電性材料基板の前記表面を活性化する工程、および
前記接合層の前記表面と前記圧電性材料基板の前記表面とを直接接合する工程
を有することを特徴とする、接合方法。
【請求項９】
前記支持基板上に酸化珪素膜を設ける工程を有しており、この酸化珪素膜上に前記接合層を設けることを特徴とする、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記接合層の前記表面を平坦化した後に前記活性化を行うことを特徴とする、請求項８または９記載の方法。
【請求項１１】
前記支持基板が、シリコン、サファイアおよび水晶からなる群より選ばれた材質からなることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項１２】
前記圧電性単結晶が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体からなることを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項１３】
圧電性材料基板と、単結晶からなる支持基板とを接合する方法であって、
前記圧電性材料基板上に第一の接合層を形成し、前記第一の接合層が窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記支持基板上に第二の接合層を形成し、前記第二の接合層が窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記第一の接合層の表面および前記第二の接合層の表面に中性化ビームを照射することで前記第一の接合層の前記表面および前記第二の接合層の前記表面を活性化する工程、および
前記第一の接合層の前記表面と前記第二の接合層の前記表面とを直接接合する工程
を有することを特徴とする、接合方法。
【請求項１４】
前記圧電性材料基板上に酸化珪素膜を設ける工程を有しており、この酸化珪素膜上に前記第一の接合層を設けることを特徴とする、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記圧電性材料基板を加工して粗面を形成する工程を有しており、この粗面上に前記第一の接合層を設けることを特徴とする、請求項１３または１４記載の方法。
【請求項１６】
前記第一の接合層の前記表面を平坦化した後に前記活性化を行うことを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項１７】
前記支持基板上に酸化珪素膜を設ける工程を有しており、この酸化珪素膜上に前記第二の接合層を設けることを特徴とする、請求項１３〜１６のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項１８】
前記第二の接合層の表面を平坦化した後に前記活性化を行うことを特徴とする、請求項１３〜１７のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項１９】
前記支持基板が、シリコン、サファイアおよび水晶からなる群より選ばれた材質からなることを特徴とする、請求項１３〜１８のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項２０】
前記圧電性材料基板が圧電性単結晶からなることを特徴とする、請求項１３〜１９のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項２１】
前記圧電性単結晶が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体からなることを特徴とする、請求項２０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電性材料基板と、単結晶からなる支持基板とを接合する方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等に使用されるフィルタ素子や発振子として機能させることができる弾性表面波デバイスや、圧電薄膜を用いたラム波素子や薄膜共振子（ＦＢＡＲ：Film Bulk Acoustic Resonator）などの弾性波デバイスが知られている。こうした弾性表面波デバイスとしては、支持基板と弾性表面波を伝搬させる圧電基板とを貼り合わせ、圧電基板の表面に弾性表面波を励振可能な櫛形電極を設けたものが知られている。このように圧電基板よりも小さな熱膨張係数を持つ支持基板を圧電基板に貼付けることにより、温度が変化したときの圧電基板の大きさの変化を抑制し、弾性表面波デバイスとしての周波数特性の変化を抑制している。
例えば、特許文献１には、圧電基板とシリコン基板とをエポキシ接着剤からなる接着層によって貼り合わせた構造の弾性表面波デバイスが提案されている。【０００３】
ここで、圧電基板とシリコン基板とを接合するのに際して、圧電基板表面に酸化珪素膜を形成し、酸化珪素膜を介して圧電基板とシリコン基板とを直接接合することが知られている（特許文献２）。この接合の際には、酸化珪素膜表面とシリコン基板表面とにプラズマビームを照射して表面を活性化し、直接接合を行う（プラズマ活性化法）。【０００４】
また、圧電基板の表面を粗面とし、その粗面上に充填層を設けて平坦化し、この充填層を接着層を介してシリコン基板に接着することが知られている（特許文献３）。この方法では、充填層、接着層にはエポキシ系、アクリル系の樹脂を使用しており、圧電基板の接合面を粗面にすることで、バルク波の反射を抑制し、スプリアスを低減している。また、粗面を充填し、平坦化した後、接着しているので、接着層内に気泡が入りにくい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１８７３７３
【特許文献２】米国特許第７２１３３１４Ｂ２
【特許文献３】特許第５８１４７２７
【特許文献４】特開２０１４−０８６４００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
シリコン基板を圧電基板に直接接合する場合、一般的にはプラズマ活性化法を用いる。しかし、プラズマ活性化法では、接合後に強度を上げるために加熱が必要であり、接合温度が低いと接合強度が低下する傾向がある。しかし、接合温度を高くすると、シリコン基板と圧電基板との熱膨張係数の相違から、割れが生じやすい。【０００７】
一方、いわゆるＦＡＢ(Fast Atom Beam)方式の直接接合法が知られている（特許文献４）。この方法では、中性化原子ビームを常温で各接合面に照射して活性化し、直接接合する。【０００８】
しかし、この方法では、シリコン基板と圧電基板との接合強度が低く、接合後の加工工程で剥がれることがあった。【０００９】
本発明の課題は、圧電性材料基板と、単結晶からなる支持基板とを直接接合するのに際して、常温での接合を可能とし、かつ接合強度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第一の発明は、圧電性材料基板と、単結晶からなる支持基板とを接合する方法であって、
圧電性材料基板上に接合層を形成し、接合層が窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
接合層の表面および支持基板の表面に中性化ビームを照射することで接合層の表面および支持基板の表面を活性化する工程、および
接合層の表面と支持基板の表面とを直接接合する工程
を有することを特徴とする。【００１１】
第二の発明は、圧電性単結晶からなる圧電性材料基板と、単結晶からなる支持基板とを接合する方法であって、
前記支持基板上に接合層を形成し、前記接合層が窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記接合層の前記表面および前記圧電性材料基板の表面に中性化ビームを照射することで前記接合層の前記表面および前記圧電性材料基板の前記表面を活性化する工程、および
前記接合層の前記表面と前記圧電性材料基板の前記表面とを直接接合する工程
を有することを特徴とする。【００１２】
第三の発明は、圧電性材料基板と、単結晶からなる支持基板とを接合する方法であって、
前記圧電性材料基板上に第一の接合層を形成し、前記第一の接合層が窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記支持基板上に第二の接合層を形成し、前記第二の接合層が窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記第一の接合層の前記表面および前記第二の接合層の前記表面に中性化ビームを照射することで前記第一の接合層の前記表面および前記第二の接合層の前記表面を活性化する工程、および
前記第一の接合層の前記表面と前記第二の接合層の前記表面とを直接接合する工程
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、圧電性材料基板と、単結晶からなる支持基板とを直接接合するのに際して、低温での接合が可能となり、かつ接合強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は、圧電性材料基板１上に酸化珪素膜２を設けた状態を示し、（ｂ）は、酸化珪素膜２上に接合層３を設けた状態を示し、（ｃ）は、接合層４の表面４ａを平坦化加工した状態を示し、（ｄ）は、平坦面４ａを中性化ビームＡによって活性化した状態を示す。
【図２】（ａ）は、圧電性材料基板１と支持基板６を接合した状態を示し、（ｂ）は、圧電性材料基板１を加工によって薄くした状態を示し、（ｃ）は、圧電性材料基板１Ａ上に電極１０を設けた状態を示す。
【図３】（ａ）は、圧電性材料基板１１の表面を粗面とした状態を示し、（ｂ）は、粗面１１ａ上に接合層１２を設けた状態を示し、（ｃ）は、接合層１３の表面１３ａを平坦化加工した状態を示し、（ｄ）は、平坦面１４を中性化ビームＡによって活性化した状態を示す。
【図４】（ａ）は、圧電性材料基板１１と支持基板６を接合した状態を示し、（ｂ）は、圧電性材料基板１１を加工によって薄くした状態を示し、（ｃ）は、圧電性材料基板１１Ａ上に電極１０を設けた状態を示す。
【図５】（ａ）は、圧電性材料基板１１の粗面１１ａ上に酸化珪素膜２２を設け、酸化珪素膜２２上に接合層１３Ａを設け、接合層１３Ａを支持基板６の表面６ａに直接接合した状態を示し、（ｂ）は、圧電性材料基板１１Ａを薄くした状態を示し、（ｃ）は、圧電性材料基板１１Ａ上に電極１０を設けた状態を示す。
【図６】（ａ）は、支持基板６上に酸化珪素膜２および接合層３を設けた状態を示し、（ｂ）は、接合層３の表面３ａを平坦化加工した状態を示し、（ｃ）は、平坦面を中性化ビームＡによって活性化した状態を示す。
【図７】（ａ）は、支持基板６と圧電性材料基板１とを接合した状態を示し、（ｂ）は、更に圧電性材料基板１Ａを加工によって薄くした状態を示し、（ｃ）は、圧電性材料基板１Ａ上に電極１０を設けた状態を示す。
【図８】（ａ）は、圧電性材料基板１および酸化珪素膜２上の第一の接合層４Ａの平坦面を活性化している状態を示し、（ｂ）は、支持基板６上の第二の接合層４Ｂの平坦面を活性化している状態を示す。
【図９】（ａ）は、圧電性材料基板１と支持基板６との接合体を示し、（ｂ）は、圧電性材料基板１Ａを薄くした状態を示し、（ｃ）は、圧電性材料基板１Ａ上に電極１０を設けた状態を示す。
【図１０】（ａ）は、圧電性材料基板１１上の第一の接合層１３Ａの表面１４を活性化している状態を示し、（ｂ）は、支持基板６上の第二の接合層４Ｂの平坦面５Ｂを活性化している状態を示す。
【図１１】（ａ）は、圧電性材料基板１１と支持基板６との接合体を示し、（ｂ）は、圧電性材料基板１１Ａを薄くした状態を示し、（ｃ）は、圧電性材料基板１１Ａ上に電極１０を設けた状態を示す。
【図１２】（ａ）は、圧電性材料基板１１上の第一の接合層１３Ａの表面１４を活性化している状態を示し、（ｂ）は、支持基板６上の第二の接合層４Ｂの平坦面５Ｂを活性化している状態を示す。
【図１３】（ａ）は、圧電性材料基板１１と支持基板６との接合体を示し、（ｂ）は、圧電性材料基板１１Ａを薄くした状態を示し、（ｃ）は、圧電性材料基板１１Ａ上に電極１０を設けた状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。
図１〜図５は第一の発明に係るものである。また、図１、図２は、圧電性材料基板上に酸化珪素膜を設ける実施形態に係るものである。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、圧電性材料基板１の表面１ａに酸化珪素膜２を設ける。１ｂは反対側の表面である。次いで、図１（ｂ）に示すように、酸化珪素膜２上に接合層３を設ける。この時点では、接合層３の表面には凹凸があってもよい。
【００１７】
次いで、好適な実施形態においては、接合層３の表面３ａを平坦化加工することによって、平坦面４ａを形成する。この平坦化加工によって、通常、接合層３の厚さは小さくなり、より薄い接合層４になる（図１（ｃ）参照）。次いで、図１（ｄ）に示すように、平坦面４ａに対して矢印Ａのように中性化ビームを照射し、接合層４Ａの表面を活性化して活性化面５とする。
【００１８】
一方、図２（ａ）に示すように、支持基板６の表面に中性化ビームを照射することによって活性化し、活性化面６ａとする。そして、支持基板６の活性化面６ａと接合層４Ａの活性化面５とを直接接合することによって、接合体７を得る。
【００１９】
好適な実施形態においては、接合体７の圧電性材料基板の表面１ｂを更に研磨加工し、図２（ｂ）に示すように圧電性材料基板１Ａの厚さを小さくする。１ｃは研磨面である。
【００２０】
図２（ｃ）では、圧電性材料基板１Ａの研磨面１ｃ上に所定の電極１０を形成することによって、弾性表面波素子９を作製している。
【００２１】
図３、図４は、圧電性材料基板の表面を粗面とした実施形態に係るものである。
図３（ａ）に示すように、圧電性材料基板１１の表面１１ａに加工を施し、粗面１１ａを形成する。１１ｂは反対側の表面である。次いで、図３（ｂ）に示すように、粗面１１ａ上に接合層１２を設ける。この時点では、接合層１２の表面１２ａにも粗面が転写されており、凹凸が形成されている。
【００２２】
次いで、好適な実施形態においては、接合層１２の表面１２ａを平坦化加工することによって、図３（ｃ）に示すように平坦面１３ａを形成する。この平坦化加工によって、通常、接合層１２の厚さは小さくなり、より薄い接合層１３になる。ただし、平坦化加工は必ずしも必要ない。次いで、図３（ｄ）に示すように、平坦面１３ａに対して矢印Ａのように中性化ビームを照射し、接合層１３Ａの表面を活性化して活性化面１４とする。
【００２３】
一方、図４（ａ）に示すように、支持基板６の表面に中性化ビームを照射することによって活性化し、活性化面６ａとする。そして、支持基板６の活性化面６ａと接合層１３Ａの活性化面１４とを直接接合することによって、接合体１７を得る。
【００２４】
好適な実施形態においては、接合体１７の圧電性材料基板の表面１１ｂを更に研磨加工し、図４（ｂ）に示すように圧電性材料基板１１Ａの厚さを小さくする。１１ｃは研磨面である。
【００２５】
なお、図４（ｃ）の表面弾性波素子１９の場合には、圧電性材料基板１１Ａの研磨面１１ｃ上に所定の電極１０が形成されている。
【００２６】
図５の例においては、圧電性材料基板１１に粗面を形成し、粗面上に更に酸化珪素膜を成膜している。
すなわち、図５（ａ）に示すように、圧電性材料基板１１の表面に加工を施し、粗面１１ａを形成する。次いで、粗面１１ａ上に酸化珪素膜２２を設ける。
【００２７】
次いで、接合層２２の表面上に更に接合層を設け、接合層の表面を平坦化加工することによって、平坦面を形成する。次いで、平坦面に対して中性化ビームを照射し、接合層１３Ａの表面を活性化して活性化面１４とする。
【００２８】
一方、支持基板６の表面に中性化ビームを照射することによって活性化し、活性化面６ａとする。そして、支持基板６の活性化面６ａと接合層１３Ａの活性化面１４とを直接接合することによって、接合体２１を得る。
【００２９】
好適な実施形態においては、接合体１７の圧電性材料基板の表面１１ｂを更に研磨加工し、図５（ｂ）に示すように圧電性材料基板１１Ａの厚さを小さくする。１１ｃは研磨面である。図５（ｃ）の表面弾性波素子２４の場合には、圧電性材料基板１１Ａの研磨面１１ｃ上に所定の電極１０が形成されている。
【００３０】
第二の発明においては、圧電性単結晶からなる圧電性材料基板と、単結晶からなる支持基板とを接合する。すなわち、支持基板上に接合層を形成し、接合層が窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる。接合層の表面および圧電性材料基板の表面に中性化ビームを照射することで接合層の表面および圧電性材料基板の表面を活性化する。次いで、接合層の表面と圧電性材料基板の表面とを直接接合することで、接合体を得る。
【００３１】
図６および図７は、第二の発明の実施形態に係るものである。また、図６、図７は、支持基板６に酸化珪素膜２を設ける実施形態に係るものである。
【００３２】
図６（ａ）に示すように、支持基板６の表面６ａに酸化珪素膜２を設け、その上に接合層３を設ける。この時点では、接合層３の表面３ａには凹凸があってもよい。
【００３３】
次いで、好適な実施形態においては、接合層３の表面３ａを平坦化加工することによって、図６（ｂ）に示すように、接合層４に平坦面４ａを形成する。この平坦化加工によって、通常、接合層３の厚さは小さくなり、より薄い接合層４になる。ただし、平坦化加工は必ずしも必要ない。次いで、図６（ｃ）に示すように、平坦面４ａに対して矢印Ａのように中性化ビームを照射し、接合層４Ａの表面を活性化して活性化面５とする。
【００３４】
一方、圧電性材料基板１の表面に中性化ビームを照射することによって活性化し、活性化面１ｄとする（図７（ａ）参照）。そして、支持基板６上の接合層４Ａの活性化面５と圧電性材料基板１の活性化面１ｄとを直接接合することによって、図７（ａ）の接合体を得る。
【００３５】
好適な実施形態においては、接合体の圧電性材料基板の表面１ｂを更に研磨加工し、図７（ｂ）に示すように圧電性材料基板１Ａの厚さを小さくする。１ｃは研磨面である。図７（ｃ）では、圧電性材料基板１Ａの研磨面１ｃ上に所定の電極１０を形成することによって、弾性表面波素子２９を作製している。
【００３６】
図６、図７の実施形態では、支持基板６上に酸化珪素膜および接合層を順次設けた。しかし、支持基板６の表面６を粗面とし、酸化珪素膜を省略して接合層を粗面上に直接設けることもできる。
【００３７】
第三の発明は、圧電性材料基板と、単結晶からなる支持基板とを接合する方法を提供する。すなわち、圧電性材料基板上に、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる第一の接合層を設ける。また、支持基板上に、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる第二の接合層を設ける。第一の接合層の表面および第二の接合層の表面に中性化ビームを照射することで両者を活性化する。次いで、第一の接合層の表面と第二の接合層の表面とを直接接合する。
【００３８】
図８〜図１３は、第三の発明の実施形態に係るものである。また、図８、図９は、圧電性材料基板１上に酸化珪素膜２を設け、かつ支持基板６上にも酸化珪素膜２を設ける実施形態に係るものである。
【００３９】
図８（ａ）に示すように、圧電性材料基板１の表面１ａに酸化珪素膜２を設け、その上に第一の接合層を設ける。そして、好適な実施形態においては、第一の接合層３の表面を平坦化加工して平坦面を形成し、平坦面に対して矢印Ａのように中性化ビームを照射し、第一の接合層４Ａの表面を活性化して活性化面５Ａとする。
【００４０】
一方、図８（ｂ）に示すように、支持基板６の表面に酸化珪素膜２を設け、その上に第二の接合層を設ける。そして、好適な実施形態においては、第二の接合層の表面を平坦化加工して平坦面を形成し、平坦面に対して矢印Ａのように中性化ビームを照射し、第二の接合層４Ｂの表面を活性化して活性化面５Ｂとする。
【００４１】
そして、圧電性材料基板１上の第一の接合層４Ａの活性化面５Ａと、支持基板６上の第二の接合層４Ｂの活性化面５Ｂとを直接接合する（図９（ａ）参照）。この結果、接合層４Ａと４Ｂとは一体化し、接合層３０を形成し、接合体３７が得られる（図９（ｂ）参照）。好適な実施形態においては、接合体の圧電性材料基板の表面１ｂを更に研磨加工し、図９（ｂ）に示すように圧電性材料基板１Ａの厚さを小さくする。図９（ｃ）では、圧電性材料基板１Ａの研磨面１ｃ上に所定の電極１０を形成することによって、弾性表面波素子３９を作製している。
【００４２】
図１０、図１１に示す実施形態においては、圧電性材料基板１１上に粗面を設けている。すなわち、図１０（ａ）に示すように、圧電性材料基板１１の表面を粗面１１ａとし、その上に第一の接合層１３Ａを設ける。そして、第一の接合層１３Ａの表面を平坦化加工して平坦面を形成し、平坦面に対して矢印Ａのように中性化ビームを照射し、第一の接合層１３Ａの表面を活性化して活性化面１４とする。
【００４３】
一方、図１０（ｂ）に示すように、支持基板６の表面に酸化珪素膜２を設け、その上に第二の接合層を設ける。そして、第二の接合層の表面を平坦化加工して平坦面を形成し、平坦面に対して矢印Ａのように中性化ビームを照射し、第二の接合層４Ｂの表面を活性化して活性化面５Ｂとする。
【００４４】
そして、圧電性材料基板１上の第一の接合層１３Ａの活性化面１４と、支持基板６上の第二の接合層４Ｂの活性化面５Ｂとを直接接合する（図１１（ａ）参照）。この結果、接合層１３Ａと接合層４Ａとが一体化し、接合層３０Ａを形成し、接合体４７が得られる（図１１（ｂ）参照）。好適な実施形態においては、接合体の圧電性材料基板の表面１ｂを更に研磨加工し、図１１（ｂ）に示すように圧電性材料基板１Ａの厚さを小さくする。図１１（ｃ）では、圧電性材料基板１Ａの研磨面１ｃ上に所定の電極１０を形成することによって、弾性表面波素子４９を作製している。
【００４５】
図１２、図１３に示す実施形態においては、圧電性材料基板１１上に粗面を設け、その上に酸化珪素膜を設けている。また、支持基板上にも酸化珪素膜を設けている。図１２（ａ）に示すように、圧電性材料基板１１の表面を粗面１１ａとし、その上に酸化珪素膜２２を設ける。酸化珪素膜２２の表面も粗面となる。そして、酸化珪素膜２２上に第一の接合層１３Ａを設ける。そして、第一の接合層１３Ａの表面を平坦化加工して平坦面を形成し、平坦面に対して矢印Ａのように中性化ビームを照射し、第一の接合層１３Ａの表面を活性化して活性化面１４とする。
【００４６】
一方、図１２（ｂ）に示すように、支持基板６の表面に酸化珪素膜２を設け、その上に第二の接合層を設ける。そして、第二の接合層の表面を平坦化加工して平坦面を形成し、平坦面に対して矢印Ａのように中性化ビームを照射し、第二の接合層４Ｂの表面を活性化して活性化面５Ｂとする。
【００４７】
そして、圧電性材料基板１１上の第一の接合層１３Ａの活性化面１４と、支持基板６上の第二の接合層４Ｂの活性化面５Ｂとを直接接合する（図１３（ａ）参照）。この結果、接合層１３Ａと４Ｂとが一体化し、接合層３０Ａを形成し、接合体５７が得られる（図１３（ｂ）参照）。好適な実施形態においては、接合体の圧電性材料基板の表面１１ｂを更に研磨加工し、図１３（ｂ）に示すように圧電性材料基板１１Ａの厚さを小さくする。図１３（ｃ）では、圧電性材料基板１１Ａの研磨面１ｃ上に所定の電極１０を形成することによって、弾性表面波素子５９を作製している。
【００４８】
以下、本発明の各構成要素について更に説明する。
本発明の接合体の用途は特に限定されず、例えば、弾性波素子や光学素子に好適に適用できる。
【００４９】
弾性波素子としては、弾性表面波デバイスやラム波素子、薄膜共振子（ＦＢＡＲ）などが知られている。例えば、弾性表面波デバイスは、圧電性材料基板の表面に、弾性表面波を励振する入力側のＩＤＴ（Interdigital Transducer）電極（櫛形電極、すだれ状電極ともいう）と弾性表面波を受信する出力側のＩＤＴ電極とを設けたものである。入力側のＩＤＴ電極に高周波信号を印加すると、電極間に電界が発生し、弾性表面波が励振されて圧電基板上を伝搬していく。そして、伝搬方向に設けられた出力側のＩＤＴ電極から、伝搬された弾性表面波を電気信号として取り出すことができる。
【００５０】
圧電性材料基板の底面に金属膜を有していてもよい。金属膜は、弾性波デバイスとしてラム波素子を製造した際に、圧電基板の裏面近傍の電気機械結合係数を大きくする役割を果たす。この場合、ラム波素子は、圧電基板の表面に櫛歯電極が形成され、支持基板に設けられたキャビティによって圧電基板の金属膜が露出した構造となる。こうした金属膜の材質としては、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅、金などが挙げられる。なお、ラム波素子を製造する場合、底面に金属膜を有さない圧電基板を備えた複合基板を用いてもよい。
【００５１】
また、圧電性材料基板の底面に金属膜と絶縁膜を有していてもよい。金属膜は、弾性波デバイスとして薄膜共振子を製造した際に、電極の役割を果たす。この場合、薄膜共振子は、圧電基板の表裏面に電極が形成され、絶縁膜をキャビティにすることによって圧電基板の金属膜が露出した構造となる。こうした金属膜の材質としては、例えば、モリブデン、ルテニウム、タングステン、クロム、アルミニウムなどが挙げられる。また、絶縁膜の材質としては、例えば、二酸化ケイ素、リンシリカガラス、ボロンリンシリカガラスなどが挙げられる。
【００５２】
また、光学素子としては、光スイッチング素子、波長変換素子、光変調素子を例示できる。また、圧電性材料基板中に周期分極反転構造を形成することができる。
【００５３】
本発明を光学素子に適用した場合には、光学素子の小型化が可能であり、また特に周期分極反転構造を形成した場合には、加熱処理による周期分極反転構造の劣化を防止できる。更に、酸化珪素、五酸化タンタルなどの本発明の接合層材料は、高絶縁材料でもあるので、接合前の中性化ビームによる処理時に、分極反転の発生が抑制され、また圧電性材料基板に形成された周期分極反転構造の形状を乱すことがほとんどない。
【００５４】
本発明で用いる圧電性材料基板は、単結晶であって良い。圧電性材料基板の材質が単結晶であると、中性化ビームによって圧電性材料基板の表面を活性化できる。しかし、圧電性材料基板の上に酸化珪素膜が設けられていたり、圧電性材料基板表面が粗面化されている場合には、中性化ビームによって活性化できないので、接合層を設けてその表面を平坦化し、中性化ビームによって活性化することで、圧電性材料基板を支持基板に直接接合できる。
【００５５】
圧電性材料基板の材質は、具体的には、タンタル酸リチウム（ＬＴ）単結晶、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）単結晶、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶、水晶、ホウ酸リチウムを例示できる。このうち、ＬＴ又はＬＮであることがより好ましい。ＬＴやＬＮは、弾性表面波の伝搬速度が速く、電気機械結合係数が大きいため、高周波数且つ広帯域周波数用の弾性表面波デバイスとして適している。また、圧電性材料基板の主面の法線方向は、特に限定されないが、例えば、圧電性材料基板がＬＴからなるときには、弾性表面波の伝搬方向であるＸ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸に３６〜４７°（例えば４２°）回転した方向のものを用いるのが伝搬損失が小さいため好ましい。圧電性材料基板がＬＮからなるときには、弾性表面波の伝搬方向であるＸ軸を中心に、Ｙ軸からＺ軸に６０〜６８°（例えば６４°）回転した方向のものを用いるのが伝搬損失が小さいため好ましい。更に、圧電性材料基板の大きさは、特に限定されないが、例えば、直径５０〜１５０ｍｍ，厚さが０．２〜６０μｍである。
【００５６】
支持基板の材質は、単結晶とする。これは、好ましくは、シリコン、サファイアおよび水晶からなる群より選ばれた材質からなる。本発明の方法により接合された複合基板上に、弾性波デバイスを形成する場合、弾性波デバイスの温度特性を改善するという観点から、支持基板の材質の熱膨張係数は圧電性材料基板の熱膨張係数よりも低い事が好ましい。
【００５７】
好適な実施形態においては、圧電性材料基板上に酸化珪素膜を形成する。酸化珪素膜は、結晶質酸化珪素であってよく、アモルファス酸化珪素膜であってもよい。また、酸化珪素膜の成膜方法は限定されないが、スパッタリング(sputtering)法、化学的気相成長法（CVD）、蒸着を例示できる。
酸化珪素膜の厚さは、特に限定されないが、0.1μm〜1.0μmが好ましい。
【００５８】
他の好適な実施形態圧電性材料基板の表面を加工して粗面を形成する。この粗面とは、面内一様に周期的な凹凸が形成されている面で、算術平均粗さは0.05μm≦Ra≦0.5μm、最低谷底から最大山頂までの高さRyが0.5μm≦Ry≦5μmの範囲である。好適な粗さは、弾性波の波長に依存し、バルク波の反射が抑制できるように適宜選択する。
また、粗面化加工の方法は、研削、研磨、エッチング、サンドブラストなどがある。
【００５９】
圧電性材料基板の粗面上や酸化珪素膜上に接合層を形成するが、接合層は、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる。接合層の成膜方法は限定されないが、スパッタリング、化学的気相成長法（CVD）、蒸着を例示できる。
【００６０】
次いで、接合層、第一の接合層、第二の接合層の表面を平坦化して平坦面を得ることができる。ここで、各接合層の表面を平坦化する方法は、ラップ(lap)研磨、化学機械研磨加工(CMP)などがある。また、平坦面は、Ra≦1nmが必要であるが、0.3nm以下にすると更に好ましい。圧電性材料基板の粗面上に接合層、第一の接合層、第二の接合層を形成する場合には、これらの接合層の表面を平坦化加工することが特に好ましい。この一方、圧電性材料基板、酸化珪素膜、支持基板の表面が平坦である場合には、接合層、第一の接合層、第二の接合層の表面を平坦化加工する必要は必ずしもないが、平坦化加工してもよい。
【００６１】
次いで、接合層、第一の接合層、第二の接合層の表面および支持基板の表面に中性化ビームを照射することで、各接合層の表面および支持基板の表面を活性化する。
【００６２】
中性化ビームによる表面活性化を行う際には、特許文献４に記載のような装置を使用して中性化ビームを発生させ、照射することが好ましい。すなわち、ビーム源として、サドルフィールド型の高速原子ビーム源を使用する。そして、チャンバーに不活性ガスを導入し、電極へ直流電源から高電圧を印加する。これにより、電極（正極）と筺体（負極）との間に生じるサドルフィールド型の電界により、電子ｅが運動して、不活性ガスによる原子とイオンのビームが生成される。グリッドに達したビームのうち、イオンビームはグリッドで中和されるので、中性原子のビームが高速原子ビーム源から出射される。ビームを構成する原子種は、不活性ガス（アルゴン、窒素等）が好ましい。
ビーム照射による活性化時の電圧は0.5〜2.0kVとすることが好ましく、電流は50〜200mAとすることが好ましい。
【００６３】
次いで、真空雰囲気で、活性化面同士を接触させ、接合する。この際の温度は常温であるが、具体的には40℃以下が好ましく、30℃以下が更に好ましい。また、接合時の温度は20℃以上、25℃以下が特に好ましい。接合時の圧力は、100〜20000Nが好ましい。
【実施例】
【００６４】
（実施例Ａ１）
図１〜図２を参照しつつ説明した第一の発明の方法に従って、接合体を作製した。
具体的には、オリエンテーションフラット部（ＯＦ部）を有し、直径が４インチ，厚さが２５０μｍのタンタル酸リチウム基板（ＬＴ基板）を圧電性材料基板１として使用した。また、支持基板６として、ＯＦ部を有し、直径が４インチ，厚さが２３０μｍのシリコン基板を用意した。ＬＴ基板は、弾性表面波（ＳＡＷ）の伝搬方向をＸとし、切り出し角が回転Ｙカット板である４６°ＹカットＸ伝搬ＬＴ基板を用いた。圧電性材料基板１の表面１ａと支持基板６の表面６ａは、算術平均粗さＲａが１ｎｍとなるように鏡面研磨しておいた。算術平均粗さは原子間力顕微鏡(AFM)で、縦10μm×横10μmの正方形の視野を評価した。【００６５】
次いで、圧電性材料基板１の表面１ａに酸化珪素膜２を1.0μmスパッタリング法で成膜した。成膜後の算術平均粗さＲａは、2ｎｍであった。次に、酸化珪素膜２上に、ムライトからなる接合層３を1.0μm、CVD法で成膜した。成膜後のRaは2.0nmであった。次に、接合層３を化学機械研磨加工（CMP）し、膜厚を0.5μmとし、Raを0.3nmとした。【００６６】
次いで、接合層４の平坦面４ａと支持基板６の表面６ａとを洗浄し、汚れを取った後、真空チャンバーに導入した。１０−６Ｐａ台まで真空引きした後、それぞれの基板の接合面に高速原子ビーム（加速電圧１ｋＶ、Ａｒ流量27ｓｃｃｍ）を120ｓｅｃ間照射した。ついで、圧電性材料基板のビーム照射面（活性化面）５と支持基板の活性化面６ａとを接触させた後、10000Ｎで２分間加圧して両基板を接合した。【００６７】
次いで、圧電性材料基板１の表面１ｂを厚みが当初の２５０μｍから3μｍになるように研削及び研磨した（図２（ｂ）参照）。研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、１．５Ｊ／ｍ２であった。【００６８】
（実施例Ａ２）
実施例Ａ１において、接合層３の材質をアルミナとし、接合層３の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例Ａ１と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、１．４Ｊ／ｍ２であった。【００６９】
（実施例Ａ３）
実施例Ａ１において、接合層３の材質を五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）とし、接合層３の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例Ａ１と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、１．５Ｊ／ｍ２であった。【００７０】
（実施例Ａ４）
実施例Ａ１において、接合層３の材質を窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）とし、接合層３の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例Ａ１と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、１．４Ｊ／ｍ２であった。【００７１】
（実施例Ａ５）
実施例Ａ１において、接合層３の材質を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）とし、接合層３の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例Ａ１と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、１．３Ｊ／ｍ２であった。【００７２】
（実施例Ａ６）
実施例Ａ１において、接合層３の材質を五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）とし、接合層３の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例Ａ１と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、１．８Ｊ／ｍ２であった。【００７３】
（実施例Ａ７）
実施例Ａ１において、接合層３の材質を酸化チタン（ＴｉＯ２）とし、接合層３の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例Ａ１と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、１．６Ｊ／ｍ２であった。【００７４】
（比較例Ａ１）
実施例Ａ1において、接合層3を設けなかった。その他は実施例Ａ1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれが発生した。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、０．１Ｊ／ｍ２であった。【００７５】
（比較例Ａ２）
実施例Ａ３と同様にして、接合層３として五酸化タンタル層を設けた。そして、接合層の表面と支持基板の表面とをプラズマ活性化法によって表面活性化した。その他は実施例Ａ４と同様にして接合体を製造した。チャンバー内を１０−1Ｐａ台まで真空引きした後、ウェハー表面にN2プラズマ(パワー200W)を60s照射し、その後大気に出し、純水で洗浄する。更に大気中で接合させ、荷重2000Nを2分間印加した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれが発生した。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、０．３Ｊ／ｍ２であった。【００７６】
（実施例Ｂ１）
図３、図４を参照しつつ説明した第一の発明の方法に従い、接合体を作製した。
具体的には、オリエンテーションフラット部（ＯＦ部）を有し、直径が４インチ，厚さが２５０μｍのタンタル酸リチウム基板（ＬＴ基板）を用意し、圧電性材料基板１１とした。また、支持基板６として、ＯＦ部を有し、直径が４インチ，厚さが２３０μｍのシリコン基板を用意した。ＬＴ基板は、弾性表面波（ＳＡＷ）の伝搬方向をＸとし、切り出し角が回転Ｙカット板である４６°ＹカットＸ伝搬ＬＴ基板を用いた。【００７７】
なお、圧電性材料基板１１の表面１１ａは、算術平均粗さＲａが０．１μｍとなるように、ラッピングマシーンで荒らして、粗面としておいた。支持基板６の表面６ａは、算術平均粗さＲａが１ｎｍとなるように鏡面研磨しておいた。算術平均粗さは原子間力顕微鏡(AFM)で、縦10μm×横10μmの正方形の視野を観測した。【００７８】
次いで、圧電性材料基板の粗面上に、ムライトからなる接合層１２を厚さ2μm成膜し、裏面の微小な凹凸を埋めた。なお、この時点における接合層の表面１２ａは算術平均粗さＲａが0.1μmであった。次に、接合層の表面１２ａを化学機械研磨加工（CMP）し、膜厚0.5μm、Ra0.3nmとした。【００７９】
次いで、接合層の平坦面１３ａと支持基板の表面６ａとを洗浄し、表面の汚れを取った後、真空チャンバーに導入した。１０−６Ｐａ台まで真空引きした後、それぞれの基板の接合面に高速原子ビーム（加速電圧１ｋＶ、Ａｒ流量27ｓｃｃｍ）を120ｓｅｃ間照射して表面活性化した。次いで、接合層の活性化された平坦面１４と支持基板の活性化された表面６ａとを接触させた後、1000Ｎで２分間加圧して両基板を接合した。
次いで、圧電性材料基板１１の表面１１ｃを、厚みが当初の２５０μｍから２０μｍになるように研削及び研磨した。【００８０】
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、１．５Ｊ／ｍ２であった。
作製した接合体を用いてSAW（表面弾性波）フィルターを作製し、300℃で加熱をしたが、接合界面での剥離や、周波数のシフトは確認できなかった。【００８１】
（実施例Ｂ２）
実施例Ｂ１において、接合層３の材質をアルミナとした。その他は実施例Ｂ１と同様にして接合体を製造した。この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、１．４Ｊ／ｍ２であった。
作製した接合体を用いてSAW（表面弾性波）フィルターを作製し、300℃で加熱をしたが、接合界面での剥離や、周波数のシフトは確認できなかった。【００８２】
（実施例Ｂ３）
実施例Ｂ１において、接合層３の材質を五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）とした。その他は実施例Ｂ１と同様にして接合体を製造した。この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、１．５Ｊ／ｍ２であった。
作製した接合体を用いてSAW（表面弾性波）フィルターを作製し、300℃で加熱をしたが、接合界面での剥離や、周波数のシフトは確認できなかった。【００８３】
（実施例Ｂ４）
実施例Ｂ１において、接合層３の材質を窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）とした。その他は実施例Ｂ１と同様にして接合体を製造した。この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、１．４Ｊ／ｍ２であった。
作製した接合体を用いてSAW（表面弾性波）フィルターを作製し、300℃で加熱をしたが、接合界面での剥離や、周波数のシフトは確認できなかった。【００８４】
（実施例Ｂ５）
実施例Ｂ１において、接合層３の材質を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）とした。その他は実施例Ｂ１と同様にして接合体を製造した。この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、１．３Ｊ／ｍ２であった。
作製した接合体を用いてSAW（表面弾性波）フィルターを作製し、300℃で加熱をしたが、接合界面での剥離や、周波数のシフトは確認できなかった。【００８５】
（実施例Ｂ６）
実施例Ｂ１において、接合層３の材質を五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）とした。その他は実施例Ｂ１と同様にして接合体を製造した。この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、１．８Ｊ／ｍ２であった。
作製した接合体を用いてSAW（表面弾性波）フィルターを作製し、300℃で加熱をしたが、接合界面での剥離や、周波数のシフトは確認できなかった。【００８６】
（実施例Ｂ７）
実施例Ｂ１において、接合層３の材質を酸化チタン（ＴｉＯ２）とした。その他は実施例Ｂ１と同様にして接合体を製造した。この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、１．６Ｊ／ｍ２であった。
作製した接合体を用いてSAW（表面弾性波）フィルターを作製し、300℃で加熱をしたが、接合界面での剥離や、周波数のシフトは確認できなかった。【００８７】
（比較例Ｂ１）
実施例Ｂ1と同様にして表面弾性波フィルターを作製した。ただし、接合層の材質を樹脂とし、基板同士を直接接合せずに樹脂接着した。この結果、300℃加熱後に剥離と周波数シフトが発生した。【００８８】
（比較例Ｂ２）
実施例Ｂ３と同様にして、接合層３として五酸化タンタル層を設けた。そして、接合層の表面と支持基板の表面とをプラズマ活性化法によって表面活性化した。その他は実施例Ｂ４と同様にして接合体を製造した。チャンバー内を１０−1Ｐａ台まで真空引きした後、ウェハー表面にN2プラズマ(パワー200W)を60s照射し、その後大気に出し、純水で洗浄する。更に大気中で接合させ、荷重2000Nを2分間印加した。
この結果、接合直後にはクラックオープニング法で接合強度を評価した所、０．３Ｊ／ｍ２であったが、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれが発生した。このため、表面弾性波フィルターを作製できなかった。【００８９】
（実施例Ｃ１）
図６〜図７を参照しつつ説明した第二の発明の方法に従って、接合体を作製した。
具体的には、図６に示すように、支持基板６として、ＯＦ部を有し、直径が４インチ，厚さが２３０μｍのシリコン基板を用意した。ＬＴ基板は、弾性表面波（ＳＡＷ）の伝搬方向をＸとし、切り出し角が回転Ｙカット板である４６°ＹカットＸ伝搬ＬＴ基板を用いた。支持基板６の表面６ａは、算術平均粗さＲａが１ｎｍとなるように鏡面研磨しておいた。算術平均粗さは原子間力顕微鏡(AFM)で、縦10μm×横10μmの正方形の視野を評価した。次いで、支持基板６の表面６ａに酸化珪素膜２を1.0μmスパッタリング法で成膜した。成膜後の算術平均粗さＲａは、2ｎｍであった。次に、酸化珪素膜２上に、ムライトからなる接合層３を1.0μm、CVD法で成膜した。成膜後のRaは2.0nmであった。次に、接合層３を化学機械研磨加工（CMP）し、膜厚を0.5μmとし、Raを0.3nmとした。【００９０】
一方、図７（ａ）に示すように、オリエンテーションフラット部（ＯＦ部）を有し、直径が４インチ，厚さが２５０μｍのタンタル酸リチウム基板（ＬＴ基板）を圧電性材料基板１として使用した。【００９１】
次いで、接合層４の平坦面４ａと支持基板１の表面１ａとを洗浄し、汚れを取った後、真空チャンバーに導入した。１０−６Ｐａ台まで真空引きした後、それぞれの基板の接合面に高速原子ビーム（加速電圧１ｋＶ、Ａｒ流量27ｓｃｃｍ）を120ｓｅｃ間照射した。ついで、接合層４Ａの活性化面５と圧電性材料基板１の活性化面１ｄとを接触させた後、10000Ｎで２分間加圧して両基板を接合した。【００９２】
次いで、圧電性材料基板１の表面１ｂを厚みが当初の２５０μｍから3μｍになるように研削及び研磨した（図７（ｂ）参照）。研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、１．５Ｊ／ｍ２であった。【００９３】
（実施例Ｃ２）
実施例Ｃ１において、接合層３の材質をアルミナとし、接合層３の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例Ｃ１と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.4Ｊ／ｍ２であった。【００９４】
（実施例Ｃ３）
実施例Ｃ１において、接合層３の材質を五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）とし、接合層３の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例Ｃ１と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.5Ｊ／ｍ２であった。【００９５】
（実施例Ｃ４）
実施例Ｃ１において、接合層３の材質を窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）とし、接合層３の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例Ｃ１と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.4Ｊ／ｍ２であった。【００９６】
（実施例Ｃ５）
実施例Ｃ１において、接合層３の材質を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）とし、接合層３の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例Ｃ１と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.3Ｊ／ｍ２であった。【００９７】
（実施例Ｃ６）
実施例Ｃ１において、接合層３の材質を五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）とし、接合層３の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例Ｃ１と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、２．０Ｊ／ｍ２であった。【００９８】
（実施例Ｃ７）
実施例Ｃ１において、接合層３の材質を酸化チタン（ＴｉＯ２）とし、接合層３の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例Ｃ１と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、１．８Ｊ／ｍ２であった。【００９９】
（比較例Ｃ１）
実施例Ｃ1において、接合層４Ａを設けなかった。その他は実施例Ｃ1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれが発生した。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、0.1Ｊ／ｍ２であった。【０１００】
（比較例Ｃ２）
実施例Ｃ３と同様にして、接合層４として五酸化タンタル層を設けた。そして、接合層の表面と圧電性材料基板の表面とをプラズマ活性化法によって表面活性化した。その他は実施例Ｃ４と同様にして接合体を製造した。チャンバー内を１０−1Ｐａ台まで真空引きした後、ウェハー表面にN2プラズマ(パワー200W)を60s照射し、その後大気に出し、純水で洗浄する。更に大気中で接合させ、荷重2000Nを2分間印加した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれが発生した。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、0.3Ｊ／ｍ２であった。【０１０１】
（実施例Ｄ１）
図８〜図９を参照しつつ説明した第三の発明の方法に従って、接合体を作製した。
具体的には、オリエンテーションフラット部（ＯＦ部）を有し、直径が４インチ，厚さが２５０μｍのタンタル酸リチウム基板（ＬＴ基板）を圧電性材料基板１として使用した。圧電性材料基板１の表面１ａと支持基板６の表面６ａは、算術平均粗さＲａが１ｎｍとなるように鏡面研磨しておいた。次いで、圧電性材料基板１の表面１ａに酸化珪素膜２を1.0μmスパッタリング法で成膜した。成膜後の算術平均粗さＲａは、2ｎｍであった。次に、酸化珪素膜２上に、ムライトからなる接合層を1.0μm、CVD法で成膜した。成膜後のRaは2.0nmであった。次に、接合層を化学機械研磨加工（CMP）し、膜厚を0.5μmとし、Raを0.3nmとした。【０１０２】
また、支持基板６として、ＯＦ部を有し、直径が４インチ，厚さが２３０μｍのシリコン基板を用意した。ＬＴ基板は、弾性表面波（ＳＡＷ）の伝搬方向をＸとし、切り出し角が回転Ｙカット板である４６°ＹカットＸ伝搬ＬＴ基板を用いた。次いで、支持基板６の表面に酸化珪素膜２を1.0μmスパッタリング法で成膜した。成膜後の算術平均粗さＲａは、2ｎｍであった。次に、酸化珪素膜２上に、高抵抗シリコンからなる接合層を1.0μm、CVD法で成膜した。成膜後のRaは2.0nmであった。次に、接合層を化学機械研磨加工（CMP）し、膜厚を0.5μmとし、Raを0.3nmとした。【０１０３】
次いで、圧電性材料基板１上の第一の接合層４Ａの平坦面と支持基板６上の第二の接合層４Ｂの平坦面とを洗浄し、汚れを取った後、真空チャンバーに導入した。１０−６Ｐａ台まで真空引きした後、それぞれの基板の接合面に高速原子ビーム（加速電圧１ｋＶ、Ａｒ流量27ｓｃｃｍ）を120ｓｅｃ間照射し、各活性化面５Ａ、５Ｂを得た。ついで、圧電性材料基板上の第一の接合層の活性化面５Ａと、支持基板上の第二の接合層の活性化面５Ｂとを接触させた後、10000Ｎで２分間加圧して両基板を接合した（図９（ａ）参照）。【０１０４】
次いで、圧電性材料基板１の表面１ｂを厚みが当初の２５０μｍから3μｍになるように研削及び研磨した（図９（ｂ）参照）。研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、１．５Ｊ／ｍ２であった。【０１０５】
（実施例Ｄ２）
実施例Ｄ１において、第一の接合層、第二の接合層の材質をアルミナとし、接合層の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例Ｄ１と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.4Ｊ／ｍ２であった。【０１０６】
（実施例Ｄ３）
実施例Ｄ１において、第一の接合層、第二の接合層の材質を五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）とし、接合層の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例Ｄ１と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.5Ｊ／ｍ２であった。【０１０７】
（実施例Ｄ４）
実施例Ｄ１において、第一の接合層、第二の接合層の材質を窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）とし、接合層の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例Ｄ１と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.4Ｊ／ｍ２であった。【０１０８】
（実施例Ｄ５）
実施例Ｄ１において、第一の接合層、第二の接合層の材質を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）とし、接合層の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例Ｄ１と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、1.3Ｊ／ｍ２であった。【０１０９】
（実施例Ｄ６）
実施例Ｄ１において、第一の接合層、第二の接合層の材質を五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）とし、接合層の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例Ｄ１と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、２．０Ｊ／ｍ２であった。【０１１０】
（実施例Ｄ７）
実施例Ｄ１において、第一の接合層、第二の接合層の材質を酸化チタン（ＴｉＯ２）とし、接合層の成膜にはスパッタリング法を用いた。その他は実施例Ｄ１と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれは確認できなかった。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、１．８Ｊ／ｍ２であった。【０１１１】
（比較例Ｄ１）
実施例Ｄ1において、第一の接合層を設けなかった。その他は実施例Ｄ1と同様にして接合体を製造した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれが発生した。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、0.1Ｊ／ｍ２であった。【０１１２】
（比較例Ｄ２）
実施例Ｄ３と同様にして、第一の接合層および第二の接合層として五酸化タンタル層を設けた。そして、接合層の表面と支持基板の表面とをプラズマ活性化法によって表面活性化した。その他は実施例Ｄ４と同様にして接合体を製造した。チャンバー内を１０−1Ｐａ台まで真空引きした後、ウェハー表面にN2プラズマ(パワー200W)を60s照射し、その後大気に出し、純水で洗浄する。更に大気中で接合させ、荷重2000Nを2分間印加した。
この結果、圧電性材料基板の研削および研磨工程中に接合部分の剥がれが発生した。またクラックオープニング法で接合強度を評価した所、0.3Ｊ／ｍ２であった。
【図１】
2017163722.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年7月4日(2018.7.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性材料基板と、単結晶からなる支持基板とを接合する方法であって、
前記圧電性材料基板上に酸化珪素膜を設ける工程、
前記酸化珪素膜上に接合層を形成し、前記接合層が、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記接合層の表面および前記支持基板の表面に中性化ビームを照射することで前記接合層の前記表面および前記支持基板の前記表面を活性化する工程、および
前記接合層の前記表面と前記支持基板の表面とを直接接合する工程
を有することを特徴とする、接合方法。
【請求項２】
前記圧電性材料基板を加工して粗面を形成する工程を有しており、この粗面上に前記酸化珪素膜および前記接合層を設けることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記接合層の前記表面を平坦化した後で前記活性化を行うことを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記支持基板が、シリコン、サファイアおよび水晶からなる群より選ばれた材質からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項５】
前記圧電性材料基板が圧電性単結晶からなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項６】
前記圧電性単結晶が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体からなることを特徴とする、請求項５記載の方法。
【請求項７】
圧電性単結晶からなる圧電性材料基板と、単結晶からなる支持基板とを接合する方法であって、
前記支持基板上に酸化珪素膜を設ける工程、
前記酸化珪素膜上に接合層を形成し、前記接合層が窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記接合層の表面および前記圧電性材料基板の表面に中性化ビームを照射することで前記接合層の前記表面および前記圧電性材料基板の前記表面を活性化する工程、および
前記接合層の前記表面と前記圧電性材料基板の前記表面とを直接接合する工程
を有することを特徴とする、接合方法。
【請求項８】
前記接合層の前記表面を平坦化した後に前記活性化を行うことを特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記支持基板が、シリコン、サファイアおよび水晶からなる群より選ばれた材質からなることを特徴とする、請求項７または８記載の方法。
【請求項１０】
前記圧電性単結晶が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体からなることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項１１】
圧電性材料基板と、単結晶からなる支持基板とを接合する方法であって、
前記圧電性材料基板上に第一の接合層を形成し、前記第一の接合層が窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記支持基板上に第二の接合層を形成し、前記第二の接合層が窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記第一の接合層の表面および前記第二の接合層の表面に中性化ビームを照射することで前記第一の接合層の前記表面および前記第二の接合層の前記表面を活性化する工程、および
前記第一の接合層の前記表面と前記第二の接合層の前記表面とを直接接合する工程
を有することを特徴とする、接合方法。
【請求項１２】
前記圧電性材料基板上に酸化珪素膜を設ける工程を有しており、この酸化珪素膜上に前記第一の接合層を設けることを特徴とする、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記圧電性材料基板を加工して粗面を形成する工程を有しており、この粗面上に前記第一の接合層を設けることを特徴とする、請求項１１または１２記載の方法。
【請求項１４】
前記第一の接合層の前記表面を平坦化した後に前記活性化を行うことを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項１５】
前記支持基板上に酸化珪素膜を設ける工程を有しており、この酸化珪素膜上に前記第二の接合層を設けることを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項１６】
前記第二の接合層の表面を平坦化した後に前記活性化を行うことを特徴とする、請求項１１〜１５のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項１７】
前記支持基板が、シリコン、サファイアおよび水晶からなる群より選ばれた材質からなることを特徴とする、請求項１１〜１６のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項１８】
前記圧電性材料基板が圧電性単結晶からなることを特徴とする、請求項１１〜１７のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項１９】
前記圧電性単結晶が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体からなることを特徴とする、請求項１８記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
第一の発明は、圧電性材料基板と、単結晶からなる支持基板とを接合する方法であって、
前記圧電性材料基板上に酸化珪素膜を設ける工程、
前記酸化珪素膜上に接合層を形成し、前記接合層が、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記接合層の表面および前記支持基板の表面に中性化ビームを照射することで前記接合層の前記表面および前記支持基板の前記表面を活性化する工程、および
前記接合層の前記表面と前記支持基板の表面とを直接接合する工程
を有することを特徴とする
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
第二の発明は、圧電性単結晶からなる圧電性材料基板と、単結晶からなる支持基板とを接合する方法であって、
前記支持基板上に酸化珪素膜を設ける工程、
前記酸化珪素膜上に接合層を形成し、前記接合層が窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、五酸化タンタル、ムライト、五酸化ニオブおよび酸化チタンからなる群より選ばれた一種以上の材質からなる工程、
前記接合層の表面および前記圧電性材料基板の表面に中性化ビームを照射することで前記接合層の前記表面および前記圧電性材料基板の前記表面を活性化する工程、および
前記接合層の前記表面と前記圧電性材料基板の前記表面とを直接接合する工程
を有することを特徴とする。
【国際調査報告】
2017163722.tif 000016
2017163722.tif 000017
2017163722.tif 000018
2017163722.tif 000019