(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ−Ｈ結合を含む第１のシリコン基材に対し、エネルギーを付与して、前記Ｓｉ−Ｈ結合を選択的に切断することにより、前記第１のシリコン基材をへき開し、分割する第１の工程と、
シリコンの未結合手が露出した表面を有する第２のシリコン基材を用意し、前記分割された第１のシリコン基材のうち、一方の第１のシリコン基材の前記へき開面と、前記第２のシリコン基材の前記表面とを密着させることにより、これらを接合する第２の工程とを有することを特徴とするシリコン基材の接合方法。
【請求項２】
前記第１のシリコン基材は、水素化アモルファスシリコンまたは水素を含む結晶シリコンで構成されている請求項１に記載のシリコン基材の接合方法。
【請求項３】
前記水素化アモルファスシリコンで構成された第１のシリコン基材は、原料ガスとしてシラン系ガスを用い、ＣＶＤ法またはプラズマ重合法によって形成されたものである請求項２に記載のシリコン基材の接合方法。
【請求項４】
前記第１の工程において、前記第１のシリコン基材に対してレーザ光を照射することにより、前記エネルギーを付与する請求項１ないし３のいずれかに記載のシリコン基材の接合方法。
【請求項５】
前記レーザ光は、パルスレーザである請求項４に記載のシリコン基材の接合方法。
【請求項６】
前記レーザ光を照射した部分の温度が、３００〜６００℃になるように、前記第１のシリコン基材に対して照射するレーザ光の条件を調整する請求項４または５に記載のシリコン基材の接合方法。
【請求項７】
前記第１の工程において、前記第１のシリコン基材の前記へき開すべき面に、前記レーザ光の焦点を合わせた状態で、前記レーザ光を前記へき開すべき面に沿って走査する請求項４ないし６のいずれかに記載のシリコン基材の接合方法。
【請求項８】
前記第１のシリコン基材が含む前記Ｓｉ−Ｈ結合は、前記第１のシリコン基材の前記へき開すべき面に沿って分布している請求項１に記載のシリコン基材の接合方法。
【請求項９】
前記Ｓｉ−Ｈ結合が前記へき開すべき面に沿って分布してなる前記第１のシリコン基材は、水素原子または水素イオンを、前記へき開すべき面に注入してなるシリコン材料で構成されている請求項８に記載のシリコン基材の接合方法。
【請求項１０】
前記シリコン材料は、結晶シリコンであり、
前記第１のシリコン基材の前記へき開すべき面は、前記結晶シリコンの結晶面とほぼ平行である請求項９に記載のシリコン基材の接合方法。
【請求項１１】
前記第１のシリコン基材を加熱することにより、前記第１のシリコン基材を前記へき開すべき面でへき開する請求項８ないし１０のいずれかに記載のシリコン基材の接合方法。
【請求項１２】
前記加熱の際の温度は、３００〜６００℃である請求項１１に記載のシリコン基材の接合方法。
【請求項１３】
前記第２の工程において、前記分割された第１のシリコン基材のうち、一方の第１のシリコン基材の前記へき開面と、前記第２のシリコン基材の前記表面とを密着させた状態で、これらを加熱する請求項１ないし１２のいずれかに記載のシリコン基材の接合方法。
【請求項１４】
前記加熱温度は、４０〜２００℃である請求項１３に記載のシリコン基材の接合方法。
【請求項１５】
前記第２の工程において、前記分割された第１のシリコン基材のうち、一方の第１のシリコン基材の前記へき開面と、前記第２のシリコン基材の前記表面とを密着させた状態で、これらが互いに近づく方向に加圧する請求項１ないし１４のいずれかに記載のシリコン基材の接合方法。
【請求項１６】
前記加圧の際の圧力は、１〜１０００ＭＰａである請求項１５に記載のシリコン基材の接合方法。
【請求項１７】
前記第２のシリコン基材は、Ｓｉ−Ｈ結合を含むシリコン基材に対し、エネルギーを付与して、前記Ｓｉ−Ｈ結合を選択的に切断することにより、前記シリコン基材をへき開し、前記未結合手を露出させたものである請求項１ないし１６のいずれかに記載のシリコン基材の接合方法。
【請求項１８】
前記第２のシリコン基材は、シリコン基材に対し、フッ酸含有液によるエッチングを施すことにより、前記シリコン基材の表面にＳｉ−Ｈ結合を形成した後、前記シリコン基材の表面にエネルギーを付与して、前記Ｓｉ−Ｈ結合を選択的に切断することにより、前記未結合手を露出させたものである請求項１ないし１７のいずれかに記載のシリコン基材の接合方法。
【請求項１９】
２つのシリコン基材を接合してなる接合体を備え、
該接合体が、請求項１ないし１８のいずれかに記載のシリコン基材の接合方法を用いて製造されたものであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２０】
請求項１９に記載の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項２１】
２つのシリコン基材を接合してなる接合体を備え、
該接合体が、請求項１ないし１８のいずれかに記載のシリコン基材の接合方法を用いて接合されたものであることを特徴とする電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基材の接合方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置および電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、２枚のシリコン基板（シリコン基材）を接合する方法として、接着剤を用いずに、ウェハ同士を直接接合するウェハ直接接合（Wafer Direct Bonding）が知られている。
ウェハ直接接合は、例えば、２枚のシリコン基板を洗浄した後、それぞれに表面処理を行うことによって表面に多数の水酸基を付着させる。そして、シリコン基板同士を重ね合わせるとともに、１０００℃程度の熱処理を行うことによって接合する。
【０００３】
水酸基が付着したシリコン基板の表面同士を重ね合わせて熱処理すると、この表面に存在するＳｉ−ＯＨ同士が反応して、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が形成される。これにより、シリコン基板同士が強固に接合される。このウェハ直接接合では、接着剤を使用しないので、接着剤のはみだし等の問題がなく、シリコン基板同士を簡易な工程で精度よく接合することができる。このため、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の組み立て、半導体素子、および各種パッケージ等への応用が期待される。
【０００４】
しかし、従来のウェハ直接接合では、１０００℃程度の熱処理が必要であることから、シリコン基板に電子回路や可動構造等が作り込まれている場合、これらの熱によるダメージが問題となる。
そこで、２枚のシリコン基板の少なくとも一方の表面に対して、プラズマ発生装置を用いた酸素プラズマによる親水化処理を施し、この親水化した面同士を重ね合わせるとともに、２００〜４５０℃の温度での熱処理によって、２枚のシリコン基板を接合する接合方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
しかしながら、上記のような接合方法では、２枚のシリコン基板を主にＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に基づいて接合している。このため、十分な接合強度が得られない。また、接合界面において化学結合が不連続なものとなり、それに伴って、機械的特性、電気的特性および化学的特性も、接合界面において不連続になってしまう。
このため、例えば、ｐ型シリコン基板とｎ型シリコン基板とを接合して半導体素子を作製する場合、２枚のシリコン基板間の接合界面において、主にＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に基づく接触抵抗が顕在化し、半導体素子の特性が低下するおそれがある。
また、シリコン基板は、一般にその表面を機械的研磨または化学的研磨により平滑化される。しかしながら、このような研磨処理によって得られる表面の平滑性は、不十分である。このため、研磨処理を施したシリコン基板同士を隙間なく、高強度かつ高精度に接合することは困難である。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−８２４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、高温での熱処理を行わなくとも、シリコン基材同士を精度よく強固に接合することができるシリコン基材の接合方法、この接合方法を用いて製造された信頼性の高い液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置、および、前記シリコン基材の接合方法を用いて製造された電子デバイス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】
【０００８】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のシリコン基材の接合方法は、Ｓｉ−Ｈ結合を含む第１のシリコン基材に対し、エネルギーを付与して、前記Ｓｉ−Ｈ結合を選択的に切断することにより、前記第１のシリコン基材をへき開し、分割する第１の工程と、
シリコンの未結合手が露出した表面を有する第２のシリコン基材を用意し、前記分割された第１のシリコン基材のうち、一方の第１のシリコン基材の前記へき開面と、前記第２のシリコン基材の前記表面とを密着させることにより、これらを接合する第２の工程とを有することを特徴とする。
これにより、高温での熱処理を行わなくとも、シリコン基材同士を精度よく強固に接合することができる。
【０００９】
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記第１のシリコン基材は、水素化アモルファスシリコンまたは水素を含む結晶シリコンで構成されていることが好ましい。
これにより、第１のシリコン基材を確実にへき開することができる。
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記水素化アモルファスシリコンで構成された第１のシリコン基材は、原料ガスとしてシラン系ガスを用い、ＣＶＤ法またはプラズマ重合法によって形成されたものであることが好ましい。
これにより、水素化アモルファスシリコンを効率よく作製することができる。
【００１０】
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記第１の工程において、前記第１のシリコン基材に対してレーザ光を照射することにより、前記エネルギーを付与することが好ましい。
これにより、第１のシリコン基材の変質・劣化を確実に防止しつつ、Ｓｉ−Ｈ結合を選択的に効率よく切断することができる。また、第１のシリコン基材のへき開すべき面に対して局所的にエネルギーを付与することができる。これにより、へき開すべき面付近に存在するＳｉ−Ｈ結合のみを選択的に切断することができる。
【００１１】
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記レーザ光は、パルスレーザであることが好ましい。
これにより、第１のシリコン基材のレーザ光が照射された部分に経時的に熱が蓄積され難いので、蓄積された熱による第１のシリコン基材の変質・劣化を確実に防止することができる。その結果、切断するＳｉ−Ｈ結合の位置精度を高めることができ、へき開位置の位置精度を高めることができる。
【００１２】
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記レーザ光を照射した部分の温度が、３００〜６００℃になるように、前記第１のシリコン基材に対して照射するレーザ光の条件を調整することが好ましい。
これにより、レーザ光を照射された部分において、Ｓｉ−Ｓｉ結合をほとんど切断することなく、Ｓｉ−Ｈ結合のみを選択的に切断することができる。
【００１３】
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記第１の工程において、前記第１のシリコン基材の前記へき開すべき面に、前記レーザ光の焦点を合わせた状態で、前記レーザ光を前記へき開すべき面に沿って走査することが好ましい。
これにより、レーザ光の照射によって発生した熱が、へき開すべき面付近に局所的に蓄積されることとなる。その結果、第１のシリコン基材をへき開すべき面に沿って存在するＳｉ−Ｈ結合が選択的に切断される。
【００１４】
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記第１のシリコン基材が含む前記Ｓｉ−Ｈ結合は、前記第１のシリコン基材の前記へき開すべき面に沿って分布していることが好ましい。
これにより、例えば、レーザ光のような指向性の高い光ではなく、放射状に広がる指向性の低い光でも、へき開すべき面に位置するＳｉ−Ｈ結合のみを選択的に切断することができる。その結果、第１のシリコン基材をへき開すべき面において確実にへき開し、分割することができる。
【００１５】
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記Ｓｉ−Ｈ結合が前記へき開すべき面に沿って分布してなる前記第１のシリコン基材は、水素原子または水素イオンを、前記へき開すべき面に注入してなるシリコン材料で構成されていることが好ましい。
これにより、あらかじめ水素を含まないようなシリコン材料で構成された第１のシリコン基材であっても、本発明を適用して、接合を行うことができる。
【００１６】
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記シリコン材料は、結晶シリコンであり、
前記第１のシリコン基材の前記へき開すべき面は、前記結晶シリコンの結晶面とほぼ平行であることが好ましい。
これにより、へき開が結晶面に沿って進行することになるため、得られたへき開面は、より平滑性の高いものとなる。
【００１７】
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記第１のシリコン基材を加熱することにより、前記第１のシリコン基材を前記へき開すべき面でへき開することが好ましい。
これにより、高価な設備等を必要とせず、本工程を簡単に行うことができる。
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記加熱の際の温度は、３００〜６００℃であることが好ましい。
これにより、Ｓｉ−Ｓｉ結合をほとんど切断することなく、Ｓｉ−Ｈ結合のみを選択的に切断することができる。
【００１８】
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記第２の工程において、前記分割された第１のシリコン基材のうち、一方の第１のシリコン基材の前記へき開面と、前記第２のシリコン基材の前記表面とを密着させた状態で、これらを加熱することが好ましい。
これにより、接合に要する時間を短縮するとともに、接合体の接合強度をより高めることができる。
【００１９】
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記加熱温度は、４０〜２００℃であることが好ましい。
これにより、へき開された第１のシリコン基材および第２のシリコン基材に、熱による変質・劣化が発生するのを防止しつつ、接合に要する時間を短縮するとともに、接合体の接合強度をより高めることができる。
【００２０】
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記第２の工程において、前記分割された第１のシリコン基材のうち、一方の第１のシリコン基材の前記へき開面と、前記第２のシリコン基材の前記表面とを密着させた状態で、これらが互いに近づく方向に加圧することが好ましい。
これにより、接合体の接合強度をより高めることができる。
【００２１】
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記加圧の際の圧力は、１〜１０００ＭＰａであることが好ましい。
これにより、各シリコン基材に損傷等が発生するのを防止しつつ、接合体の接合強度を確実に高めることができる。
【００２２】
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記第２のシリコン基材は、Ｓｉ−Ｈ結合を含むシリコン基材に対し、エネルギーを付与して、前記Ｓｉ−Ｈ結合を選択的に切断することにより、前記シリコン基材をへき開し、前記未結合手を露出させたものであることが好ましい。
これにより、第２のシリコン基材に形成されたへき開面は、例えば、シリコン基材を研磨した面よりも高い平滑性を有している。したがって、へき開により作製された第１のシリコン基材と、へき開により作製された第２のシリコン基材とに対して、本発明の接合方法を適用することにより、接合界面の密着性が高くなる。その結果、接合強度の高い接合体が得られる。
【００２３】
本発明のシリコン基材の接合方法では、前記第２のシリコン基材は、シリコン基材に対し、フッ酸含有液によるエッチングを施すことにより、前記シリコン基材の表面にＳｉ−Ｈ結合を形成した後、前記シリコン基材の表面にエネルギーを付与して、前記Ｓｉ−Ｈ結合を選択的に切断することにより、前記未結合手を露出させたものであることが好ましい。
これにより、水素を含まない第２のシリコン基材に対しても、本発明のシリコン基材の接合方法を適用することができる。
【００２４】
本発明の液滴吐出ヘッドは、２つのシリコン基材を接合してなる接合体を備え、
該接合体が、本発明のシリコン基材の接合方法を用いて製造されたものであることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い液滴吐出ヘッドが得られる。
本発明の液滴吐出装置は、本発明の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い液滴吐出装置が得られる。
本発明の電子デバイスは、２つのシリコン基材を接合してなる接合体を備え、
該接合体が、本発明のシリコン基材の接合方法を用いて接合されたものであることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子デバイスが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明のシリコン基材の接合方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置および電子デバイスを添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜シリコン基材の接合方法＞
≪第１実施形態≫
まず、本発明のシリコン基材の接合方法の第１実施形態について説明する。
図１ないし図３は、それぞれ本発明のシリコン基材の接合方法の第１実施形態を説明するための模式図（縦断面図）である。なお、以下の説明では、図１ないし図３中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００２６】
本発明のシリコン基材の接合方法は、２枚のシリコン基材（第１のシリコン基材と第２のシリコン基材）の表面同士を直接接触させて接合する方法である。
かかる方法は、［１］第１のシリコン基材をへき開するへき開工程（第１の工程）と、［２］第２のシリコン基材を用意し、へき開された第１のシリコン基材のへき開面と第２のシリコン基材とを密着させることにより、これらを接合する接合工程（第２の工程）とを有する。以下、これらの各工程について、詳述する。
【００２７】
［１］シリコン基材のへき開工程（第１の工程）
本実施形態では、［１−１］まず、Ｓｉ−Ｈ結合を含む第１のシリコン基材１を用意する。［１−２］そして、第１のシリコン基材１に対し、エネルギーを付与する。これにより、Ｓｉ−Ｈ結合が選択的に切断されるとともに、脱離した水素原子同士が結合して水素ガスが発生する。この水素ガスは、大きな体積を占めることから、水素ガスが発生した部分で、第１のシリコン基材１が押し広げられる。その結果、ついには、第１のシリコン基材１がへき開されることとなる。以下、本工程を順次説明する。
なお、本実施形態では、一例として、図１に示すＡ−Ａ線に沿って第１のシリコン基材１をへき開するものとする。また、以下、Ａ−Ａ線で示される面を、「へき開すべき面１１」と言う。以下、本工程を順次説明する。
【００２８】
［１−１］
本工程で用意するＳｉ−Ｈ結合を含む第１のシリコン基材１は、化学結合として、Ｓｉ−Ｓｉ結合の他に、Ｓｉ−Ｈ結合を含むシリコン材料で構成されている。
具体的に、第１のシリコン基材１を構成する材料としては、例えば、（Ａ）水素化アモルファスシリコンのような水素が添加されたアモルファスシリコンや、（Ｂ）水素が添加された単結晶シリコン、多結晶シリコンのような結晶シリコン等が挙げられる。かかるアモルファスシリコンや結晶シリコンによれば、第１のシリコン基材１を確実にへき開することができる。以下、（Ａ）、（Ｂ）について順次説明する。
【００２９】
（Ａ）水素化アモルファスシリコンは、例えば、蒸着法、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法のような各種ＣＶＤ法、プラズマ重合法等によって作製したものを用いることができる。
また、特に、原料ガスとしてシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等のシラン系ガスを用い、ＣＶＤ法によって作製された水素化アモルファスシリコンが、第１のシリコン基材１を構成する材料として好ましく用いられる。このような方法で作製された水素化アモルファスシリコンは、シリコン原子が、結晶構造のような長距離規則性を持たずに無秩序に配列してなる材料である。また、水素化アモルファスシリコンでは、原料ガスに含まれる水素が膜中に全体的に取り込まれ、シリコンの未結合手（ダングリングボンド）が水素で終端されることによってＳｉ−Ｈ結合が形成されている。このように、シランを用いたＣＶＤ法によれば、水素化アモルファスシリコンを効率よく作製することができる。
【００３０】
また、特に、原料ガスとしてオルガノシロキサン系ガスを用い、プラズマ重合法によって作製された水素化アモルファスシリコンも、第１のシリコン基材１を構成する材料として好ましく用いられる。このような方法で作製された水素化アモルファスシリコンは、シリコン原子、酸素原子および有機基が、結晶構造のような長距離規則性を持たずに無秩序に配列してなる材料である。また、このような水素化アモルファスシリコンでは、原料ガスに含まれる水素が膜中に全体的に取り込まれ、シリコンの未結合手（ダングリングボンド）が水素で終端されることによってＳｉ−Ｈ結合が形成されている。このように、オルガノシロキサンを用いたプラズマ重合法によっても、水素化アモルファスシリコンを効率よく作製することができる。
なお、原料ガスとしては、例えば、メチルシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、メチルフェニルシロキサンのようなオルガノシロキサン等が挙げられる。
【００３１】
また、マスク等を介してＣＶＤ法およびプラズマ重合法を行うことにより、所望の領域にのみ選択的に水素化アモルファスシリコンを成膜することができる。これにより、所望の形状をなす第１のシリコン基材１を容易に作製することができるという利点もある。
なお、マスク等を用いることなく、広い面積に対して水素化アモルファスシリコンを成膜した後、この膜を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を組み合わせてパターニングするようにしてもよい。かかる方法によっても、所望の形状をなす第１のシリコン基材１を容易に作製することができる。
【００３２】
また、水素化アモルファスシリコンにおける水素含有率は、０．５〜２０ａｔｍ％程度であるのが好ましく、１〜１５ａｔｍ％程度であるのがより好ましい。水素化アモルファスシリコンの水素含有率が前記範囲内であることにより、第１のシリコン基材１を確実にへき開することができる。
なお、水素含有率が前記下限値未満である場合、Ｓｉ−Ｈ結合を切断することによって発生する水素ガスの発生量が著しく少なくなる。このため、水素ガスによって第１のシリコン基材１を十分に押し広げることができず、第１のシリコン基材１をへき開させるのが困難になるおそれがある。一方、水素含有率が前記上限値を上回る場合、水素化アモルファスシリコンの各種特性が低下する。例えば、水素含有率が前記上限値を上回ると、水素化アモルファスシリコンが脆化し、機械的特性が低下するおそれがある。また、水素含有率が高すぎるため、そのような水素化アモルファスは、現状の成膜技術では作製条件の設定が難しく、量産性に欠ける可能性がある。
【００３３】
ところで、水素化アモルファスシリコンにおける水素含有率は、水素化アモルファスシリコンがプラズマＣＶＤによって成膜されたものである場合、原料ガスの組成、流量、プラズマの出力、プラズマＣＶＤ装置のチャンバ内の圧力、成膜温度等の各種パラメータを適宜設定することにより制御することができる。
同様に、水素化アモルファスシリコンがプラズマ重合法によって成膜されたものである場合、原料ガスの組成、プラズマ出力（高周波出力密度）等の各種パラメータを適宜設定することにより、水素化アモルファスシリコンにおける水素含有率を制御することができる。
具体的には、例えば、高周波出力密度を高めることにより、水素化アモルファスシリコン中の水素含有率を高めることができる。
【００３４】
なお、高周波の出力密度は、特に限定されないが、０．０１〜１００Ｗ／ｃｍ２程度であるのが好ましく、０．１〜５０Ｗ／ｃｍ２程度であるのがより好ましく、１〜４０Ｗ／ｃｍ２程度であるのがさらに好ましい。
また、高周波の周波数は、特に限定されないが、１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ程度であるのが好ましく、１０〜６０ＭＨｚ程度であるのがより好ましい。
【００３５】
（Ｂ）結晶シリコンは、ダイヤモンド型構造を有する結晶質の材料である。
結晶シリコンのうち、単結晶シリコンでは、材料全体においてシリコン原子が規則正しく配列している。これに対し、多結晶シリコンは、異なる面方位を有する単結晶シリコンの粒が集合してなる材料である。
これらの結晶シリコンは、通常、作製直後には水素を含有していないので、結晶シリコンを作製した後、水素原子または水素イオンが添加されたものを第１のシリコン基材１として使用することができる。水素が添加された結晶シリコンでは、この添加された水素と、結晶構造を構成するシリコンとによってＳｉ−Ｈ結合が形成されている。
【００３６】
結晶シリコンに水素原子または水素イオンを添加する方法としては、いかなる方法を用いてもよく、例えば、イオン注入装置を用いたイオン注入法等が挙げられる。
イオン注入法では、電界によって加速された水素イオンを、結晶シリコンの表面から打ち込むことにより、結晶シリコンに水素を添加する。このとき、水素イオンの打ち込みは、後述する工程［２］において、第２のシリコン基材との接合に供される面とは反対の面から行われるのが好ましい。これにより、へき開後に接合に供される第１のシリコン基材１が、イオン注入によってダメージを受けるのを防止することができる。その結果、最終的に作製される接合体３において、良好な特性を得ることができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、水素が添加された結晶シリコンでは、水素が、少なくともへき開すべき面１１に存在していればよい。すなわち、水素は、第１のシリコン基材１の全体的に添加されていても、へき開すべき面１１の近傍に局所的に添加されていてもよい。
また、結晶シリコンで構成された第１のシリコン基材１では、結晶面がへき開すべき面１１と平行であるのが好ましい。これにより、へき開が結晶面に沿って進行することになるため、得られたへき開面は、より平滑性の高いものとなる。
また、第１のシリコン基材１には、必要に応じて、ｐ型ドーパントやｎ型ドーパント等が添加されていてもよい。これにより、第１のシリコン基材１の電気的特性を制御することができる。
以上、（Ａ）、（Ｂ）の方法により、第１のシリコン基材１を作製することができる。
【００３８】
［１−２］
次に、第１のシリコン基材１に対し、エネルギーを付与する。
第１のシリコン基材１にエネルギーを付与する方法には、第１のシリコン基材１を変質・劣化させることなく、Ｓｉ−Ｈ結合を選択的に切断し得る方法であれば、いかなる方法をも用いることができる。
【００３９】
ここで、Ｓｉ−Ｈ結合の結合エネルギーは３．１〜３．５ｅＶ程度であり、Ｓｉ−Ｓｉ結合の結合エネルギーは７．６ｅＶ程度である。このように、Ｓｉ−Ｈ結合とＳｉ−Ｓｉ結合との間で結合エネルギーにある程度の差があることから、第１のシリコン基材１に付与するエネルギーの大きさを制御することにより、Ｓｉ−Ｓｉ結合をほとんど切断することなく、Ｓｉ−Ｈ結合のみを選択的に切断することができる。
また、同様に、Ｓｉ−Ｈ結合の結合エネルギーは、Ｓｉ−Ｏ結合やＳｉ−Ｃ結合の結合エネルギーよりも小さい。したがって、第１のシリコン基材１に付与するエネルギーの大きさを制御することにより、Ｓｉ−Ｈ結合のみを選択的に切断することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、特に、エネルギーを付与する方法として、図１（ｂ）に示すように、第１のシリコン基材１にレーザ光を照射する方法を用いる。レーザ光によれば、第１のシリコン基材１の変質・劣化を確実に防止しつつ、Ｓｉ−Ｈ結合を選択的に効率よく切断することができる。また、レーザ光によれば、第１のシリコン基材１のへき開すべき面１１に対して局所的にエネルギーを付与することができる。これにより、へき開すべき面１１付近に存在するＳｉ−Ｈ結合のみを選択的に切断することができる。
【００４１】
ここで、レーザ光としては、例えば、エキシマレーザのようなパルス発振レーザ（パルスレーザ）、炭酸ガスレーザ、半導体レーザのような連続発振レーザ等が挙げられる。
このうち、本実施形態では、パルスレーザが好ましく用いられる。パルスレーザでは、第１のシリコン基材１のレーザ光が照射された部分に経時的に熱が蓄積され難いので、蓄積された熱による第１のシリコン基材１の変質・劣化を確実に防止することができる。また、第１のシリコン基材１において、照射された部分に熱が蓄積され難いと、その熱が周囲に広がっても温度上昇を極力抑えることができる。このため、照射した部分から離れた部分にエネルギーが付与されるのを防止し、照射すべき部分に対して選択的にエネルギーを付与することができる。これにより、切断するＳｉ−Ｈ結合の位置精度を高めることができ、へき開位置の位置精度を高めることができる。
これに対し、連続発振レーザでは、レーザ光が照射された部分に経時的に蓄積された熱が、放熱して温度が低下する間もなく、レーザ光が連続的に照射されることになるため、照射された部分の温度が高温になるおそれがある。このため、第１のシリコン基材１の変質・劣化を招くとともに、へき開位置の位置精度が低下するおそれがある。
【００４２】
また、パルスレーザのパルス幅は、熱の影響を考慮した場合、できるだけ短い方が好ましい。具体的には、パルス幅が１ｐｓ（ピコ秒）以下であるのが好ましく、５００ｆｓ（フェムト秒）以下であるのがより好ましい。パルス幅を前記範囲内にすれば、レーザ光照射に伴って第１のシリコン基材１に生じる熱の影響を、ほぼ抑えることができる。また、パルス幅が前記範囲内であれば、レーザ光の照射に伴って熱が蓄積し、高温の領域が第１のシリコン基材１の厚さ方向（レーザ光の照射方向）へ広がるのを特に確実に防止することができる。これにより、へき開位置の位置精度をより高めることができる。なお、パルス幅が前記範囲内程度に小さいパルスレーザは、「フェムト秒レーザ」と呼ばれる。
【００４３】
また、レーザ光の波長は、特に限定されないが、例えば、２００〜１２００ｎｍ程度であるのが好ましく、３００〜１０００ｎｍ程度であるのがより好ましい。
また、レーザ光のピーク出力は、パルスレーザの場合、パルス幅によって異なるが、０．１〜１０Ｗ程度であるのが好ましく、１〜５Ｗ程度であるのがより好ましい。
さらに、パルスレーザの繰り返し周波数は、０．１〜１００ｋＨｚ程度であるのが好ましく、１〜１０ｋＨｚ程度であるのがより好ましい。パルスレーザの周波数を前記範囲内に設定することにより、レーザ光を照射した部分の温度が著しく上昇して、Ｓｉ−Ｓｉ結合が切断されてしまうのを防止しつつ、Ｓｉ−Ｈ結合を確実に切断することができる。
【００４４】
なお、このようなレーザ光の各種条件は、レーザ光を照射された部分の温度が、好ましくは３００〜６００℃程度、より好ましくは４００〜５００℃程度になるように適宜調整されるのが好ましい。これにより、レーザ光を照射された部分において、Ｓｉ−Ｓｉ結合をほとんど切断することなく、Ｓｉ−Ｈ結合のみを選択的に切断することができる。また、特に、第１のシリコン基材１がアモルファスシリコンで構成されている場合には、温度が高くなり過ぎて、アモルファスシリコンが結晶化してしまうのを確実に防止することができる。
【００４５】
また、第１のシリコン基材１に照射するレーザ光は、その焦点を、第１のシリコン基材１のへき開すべき面１１に合わせた状態で、このへき開すべき面１１に沿って走査されるようにするのが好ましい。これにより、レーザ光の照射によって発生した熱が、へき開すべき面１１付近に局所的に蓄積されることとなる。その結果、第１のシリコン基材１をへき開すべき面１１に沿って存在するＳｉ−Ｈ結合が選択的に切断される。
【００４６】
Ｓｉ−Ｈ結合が切断されると、水素原子が結合していた結合手は、未結合手（ダングリングボンド）１４となる。一方、脱離した水素原子は、２個結合して、図１（ｃ）に示すように、へき開すべき面１１付近に水素ガス１２が発生する。この水素ガス１２は、大きな体積を占めることから、へき開すべき面１１において第１のシリコン基材１が押し広げられる。これにより発生する応力が第１のシリコン基材１の破壊応力に達すると、図１（ｄ）に示すように、へき開すべき面１１において第１のシリコン基材１が上下にへき開され、分割される。これにより、２つのへき開された第１のシリコン基材１’が得られる。
２つにへき開された第１のシリコン基材１’の各へき開面１３、１３には、それぞれシリコンの未結合手１４が露出しており、活性の高い状態となっている。なお、このへき開面１３は、例えば、シリコン基材を研磨した面よりも高い平滑性を有している。
【００４７】
なお、このようなエネルギーの付与は、窒素ガス、アルゴンガスのような不活性ガス雰囲気中または減圧雰囲気中で行うのが好ましい。これにより、へき開面１３が汚染されたり、大気中の酸素や水分等が付着して、へき開面１３が酸化されたりするのを確実に防止することができる。その結果、へき開面１３に露出した未結合手１４が、酸素や水酸基等で不本意に終端化される（不活性化される）のを防止することができる。
また、第１のシリコン基材１の全体にわたって水素が添加されている場合、上記のようにへき開すべき面１１にレーザ光の焦点を合わせる方法を用いることが推奨される。これにより、第１のシリコン基材１の全体に水素が分布していても、へき開すべき面１１において第１のシリコン基材１を確実にへき開することができる。
【００４８】
［２］シリコン基材の接合工程（第２の工程）
本工程では、［２−１］まず、表面２１にシリコンの未結合手２２が露出した第２のシリコン基材２を用意する。［２−２］そして、前記工程［１］で２つにへき開された第１のシリコン基材のうち、一方の第１のシリコン基材１’のへき開面１３と、用意した第２のシリコン基材２の表面２１とが接触するように、へき開された第１のシリコン基材１’と第２のシリコン基材２とを重ね合わせる。これにより、へき開された第１のシリコン基材１’のへき開面１３に露出するシリコンの未結合手１４と、第２のシリコン基材２の表面２１に露出するシリコンの未結合手２２とが結合して、Ｓｉ−Ｓｉ結合が形成される。その結果、へき開された第１のシリコン基材１’と第２のシリコン基材２とが接合され、接合体３が得られる。以下、本工程を順次説明する。
【００４９】
［２−１］
本工程で用意する第２のシリコン基材２は、その表面２１にシリコンの未結合手２２が露出したものである。
このような第２のシリコン基材２は、いかなる方法で形成されたものでもよいが、例えば、以下の２つの方法（Ｉ）、（II）で形成することができる。
【００５０】
（Ｉ）
この方法では、Ｓｉ−Ｈ結合を含むシリコン基材を用意し、このシリコン基材に対し、前記工程［１］と同様にして、このシリコン基材をへき開する。このようにして得られた、へき開されたシリコン基材を、第２のシリコン基材２として用いることができる。
具体的には、まず、Ｓｉ−Ｈ結合を含むシリコン基材を用意する。そして、このシリコン基材に対し、エネルギーを付与する。これにより、Ｓｉ−Ｈ結合が選択的に切断されるとともに、脱離した水素原子同士が結合して水素ガスが発生する。この水素ガスにより、シリコン基材が押し広げられ、シリコン基材がへき開される。このようにしてへき開されたシリコン基材のへき開面には、シリコンの未結合手が露出している。
【００５１】
なお、このようにして形成されたへき開面は、例えば、シリコン基材を研磨した面よりも高い平滑性を有している。したがって、へき開により作製された第１のシリコン基材１’と、へき開により作製された第２のシリコン基材２とに対して、本発明の接合方法を適用することにより、接合界面の密着性が高くなる。その結果、接合強度の高い接合体３が得られる。
【００５２】
（II）
この方法では、Ｓｉ−Ｈ結合を含むシリコン基材５を用意する。
かかるシリコン基材５は、第１のシリコン基材１の構成材料と同様である。
次に、用意したシリコン基材５に対し、フッ酸含有液によるエッチングを施す。フッ酸含有液は、フッ酸系エッチング液であり、例えば、フッ酸（ＨＦ）溶液、バッファードフッ酸（フッ酸とフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）との混合液）等が挙げられる。このようなフッ酸含有液は、シリコンに対して酸化シリコンのエッチング選択比が極めて高い。このため、エッチング液としてフッ酸含有液を用いることにより、シリコン基材５の母材が劣化するのを防止しつつ、シリコン基材５に形成された酸化シリコンを選択的に除去することができる。すなわち、シリコン基材５には、一般に大気中の酸素や水分の影響で表面に酸化シリコンで構成された酸化膜が形成されているが、フッ酸含有液を用いたエッチングにより、この酸化膜のみを選択的に除去することができる。
表面の酸化膜が除去されると、シリコン基材５の表面５１にシリコンの未結合手が露出する。しかしながら、この未結合手には、図２（ｅ）に示すように、フッ酸含有液中の水素イオンが瞬時に結合し、終端化される。
【００５３】
次に、エネルギーを付与して、シリコン基材５に含まれたＳｉ−Ｈ結合を選択的に切断する。これにより、シリコン基材５の表面５１には、図２に示すように、シリコンの未結合手が露出する。
エネルギーを付与する方法としては、例えば、エネルギー線を照射する方法、シリコン基材５を加熱する方法等が挙げられる。
【００５４】
このうち、照射するエネルギー線としては、例えば、紫外光、レーザ光のような光、電子線、粒子線等が挙げられる。これらの中でも、照射するエネルギー線は、レーザ光または紫外光であるのが好ましい（図２（ｆ）参照）。レーザ光によれば、シリコン基材５の変質・劣化を確実に防止しつつ、図２（ｇ）に示すように、Ｓｉ−Ｈ結合を選択的に効率よく切断することができる。また、紫外光によれば、紫外ランプのような比較的簡単な設備で、広範囲にわたってＳｉ−Ｈ結合を選択的に効率よく切断することができる。
ここで、レーザ光としては、前記工程［１−２］の場合と同様、パルスレーザを用いるのが好ましい。
また、レーザ光の各種条件も、前記工程［１−２］の場合と同様である。
【００５５】
一方、照射するエネルギー線として紫外光を用いる場合、紫外光の波長は、１５０〜３００ｎｍ程度であるのが好ましく、１６０〜２００ｎｍ程度であるのがより好ましい。
また、紫外光を照射する時間は、特に限定されないが、０．５〜３０分程度であるのが好ましく、１〜１０分程度であるのがより好ましい。
なお、表面５１に露出した未結合手が終端化されると、シリコン基材５の表面５１は、化学的に安定化する。このため、大気中に放置してもシリコン基材５の表面５１に酸化膜が形成されるのを防止することができる。すなわち、表面５１にＳｉ−Ｈ結合が高密度に形成された状態を保持することができる。したがって、この状態であれば、大気中であっても保存することが可能となる。
【００５６】
一方、シリコン基材５を加熱する場合、加熱温度は２００〜６００℃程度であるのが好ましく、３００〜４００℃程度であるのがより好ましい。Ｓｉ−Ｈ結合の結合エネルギーは、Ｓｉ−Ｓｉ結合の結合エネルギーより小さいので、シリコン基材５の加熱温度を前記範囲内に設定することにより、Ｓｉ−Ｈ結合を選択的に切断することができる。
このような（II）の方法によれば、（Ｉ）の方法のように、シリコン基材が必ずしも水素を含んでいる必要がない。すなわち、水素を含まない第２のシリコン基材２に対しても、本発明のシリコン基材の接合方法を適用することができる。
【００５７】
以上のような２つの方法（Ｉ）、（II）によれば、表面２１にシリコンの未結合手２２が露出した第２のシリコン基材２を効率よく確実に形成することができる。
なお、用意する第２のシリコン基材２の結晶構造は、第１のシリコン基材１と異なっていてもよいが、同じであるのが好ましい。これにより、最終的に得られる接合体３は、接合界面を介して各種特性が連続したものとなる。
また、第２のシリコン基材２には、必要に応じて、ｐ型ドーパントやｎ型ドーパント等が添加されていてもよい。これにより、第２のシリコン基材２の電気的特性を制御することができる。
【００５８】
［２−２］
次に、図３（ｈ）に示すように、前記工程［１］で得られた、へき開された第１のシリコン基材１’のへき開面１３と、前記工程［２−１］で用意した第２のシリコン基材２の表面２１とが接触するように、へき開された第１のシリコン基材１’と第２のシリコン基材２とを重ね合わせる。これにより、へき開された第１のシリコン基材１’のへき開面１３に露出した未結合手１４と、第２のシリコン基材２の表面２１に露出した未結合手２２とが結合し、図３（ｉ）に示すような、へき開された第１のシリコン基材１’と第２のシリコン基材２とが接合された接合体３が得られる。
【００５９】
ここで、前述のようにしてへき開された第１のシリコン基材１’と第２のシリコン基材２とを重ね合わせた状態で、必要に応じて、へき開された第１のシリコン基材１’および第２のシリコン基材２を加熱する。これにより、接合に要する時間を短縮するとともに、接合体３の接合強度をより高めることができる。
また、加熱温度は、４０〜２００℃程度であるのが好ましく、５０〜１５０℃程度であるのがより好ましい。これにより、へき開された第１のシリコン基材１’および第２のシリコン基材２に、熱による変質・劣化が発生するのを防止しつつ、接合に要する時間を短縮するとともに、接合体３の接合強度をより高めることができる。
【００６０】
また、前述のようにしてへき開された第１のシリコン基材１’と第２のシリコン基材２とを重ね合わせた状態で、必要に応じて、へき開された第１のシリコン基材１’および第２のシリコン基材２を、互いに近づく方向に加圧する。これにより、接合体３の接合強度をより高めることができる。
このとき、接合体３を加圧する際の圧力は、各シリコン基材１’、２の構成材料や厚さ等に応じて若干異なるものの、１〜１０００ＭＰａ程度であるのが好ましく、１〜１０ＭＰａ程度であるのがより好ましい。加圧する際の圧力を前記範囲内とすることにより、各シリコン基材１’、２に損傷等が発生するのを防止しつつ、接合体３の接合強度を確実に高めることができる。
なお、前述の加熱と加圧は、同時に行うのが好ましい。これにより、加熱による効果と、加圧による効果とが相乗的に発揮され、接合体３の接合強度を特に高めることができる。
【００６１】
また、以上のような工程［１］、［２］は、窒素ガス、アルゴンガスのような不活性ガス雰囲気中または減圧雰囲気中で行うのが好ましい。これにより、へき開面１３や表面２１が汚染されたり、大気中の酸素や水分等が付着して、へき開面１３や表面２１が酸化されたりするのを確実に防止することができる。その結果、へき開面１３に露出した未結合手１４や表面２１に露出した未結合手２２が、酸素や水酸基等で不本意に終端化される（不活性化される）のを防止することができる。
【００６２】
なお、第１のシリコン基材１’のへき開面１３に未結合手１４が露出した状態や、第２のシリコン基材２の表面２１に未結合手２２が露出した状態は、経時的に未結合手が消失してしまう。このため、前記工程［１−２］においてへき開面１３にシリコンの未結合手１４を露出させた後、できるだけ早く本工程［２−２］を行うようにする。また、同様に、前記工程［２−１］において表面２１にシリコンの未結合手２２を露出させた後、できるだけ早く本工程［２−２］を行うようにする。
【００６３】
具体的には、前記工程［１−２］や前記工程［２−１］の終了後、５分以内に本工程［２−２］を行うようにするのが好ましく、３分以内に行うのがより好ましい。かかる時間内であれば、へき開面１３や表面２１が十分な活性状態を維持しているので、本工程［２−２］において第１のシリコン基材１’と第２のシリコン基材とを貼り合せたときに十分な接合強度を得ることができる。
【００６４】
以上のようなシリコン基材の接合方法では、接合に供されるシリコン基材として、へき開された第１のシリコン基材１’を用いることにより、接合面が、平滑性に優れたへき開面１３である。このため、へき開された第１のシリコン基材１’と第２のシリコン基材２とを密着性よく接触することができ、高強度かつ高精度に接合を行うことができる。
また、本発明の接合方法は、高温での熱処理を行わなくとも、へき開された第１のシリコン基材１’と第２のシリコン基材２とを十分な接合強度で接合することができる。このため、へき開された第１のシリコン基材１’および第２のシリコン基材２が、熱によって変質・劣化してしまうのを防止することができる。
【００６５】
また、本発明によれば、へき開された第１のシリコン基材１’と第２のシリコン基材２とを接合したとき、その接合界面はＳｉ−Ｓｉ結合に基づいて接合されている。このため、従来のように、接合界面がＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に基づいて接合されている場合に比べ、へき開された第１のシリコン基材１’から第２のシリコン基材２にかけて、より連続的な特性（機械的特性、電気的特性および化学的特性）を有する接合体３が得られる。
【００６６】
≪第２実施形態≫
次に、本発明のシリコン基材の接合方法の第２実施形態について説明する。
図４および図５は、本発明のシリコン基材の接合方法の第２実施形態を説明するための模式図（縦断面図）である。なお、以下の説明では、図４および図５中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００６７】
以下、シリコン基材の接合方法の第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態にかかるシリコン基材の接合方法との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態にかかるシリコン基材の接合方法では、第１の工程が異なる以外は、前記第１実施形態と同様である。
以下、本実施形態の各工程について、順次説明する。なお、本実施形態では、一例として、図４に示すＢ−Ｂ線に沿って第１のシリコン基材１をへき開するものとする。また、以下、Ｂ−Ｂ線で示される面を、「へき開すべき面４１」と言う。
【００６８】
［１］シリコン基材のへき開工程（第１の工程）
本実施形態では、［１−１］まず、Ｓｉ−Ｈ結合を含む第１のシリコン基材４を用意する。この第１のシリコン基材４は、図４（ａ）に示すように、へき開すべき面４１に沿ってＳｉ−Ｈ結合が位置しているようなシリコン材料を用いる。［１−２］次いで、第１のシリコン基材４にエネルギーを付与すると、Ｓｉ−Ｈ結合が選択的に切断されるとともに、脱離した水素原子同士が結合して水素ガスが発生する。この水素ガスは、大きな体積を占めることから、水素ガスが発生した部分で、第１のシリコン基材４が押し広げられる。その結果、第１のシリコン基材４がへき開すべき面４１に沿ってへき開される。以下、本工程を順次説明する。
【００６９】
［１−１］
本実施形態では、本工程で用意するＳｉ−Ｈ結合を含む第１のシリコン基材４として、図４（ａ）に示すように、へき開すべき面４１に沿ってＳｉ−Ｈ結合が位置しているシリコン材料を用いる。このような第１のシリコン基材４は、後述する工程において、エネルギーを付与されることにより、へき開すべき面４１で確実にへき開される。
【００７０】
ここで、第１のシリコン基材４を構成する材料としては、前記第１実施形態と同様に、アモルファスシリコンや結晶シリコン等が挙げられる。そして、このような材料で構成されたシリコン材料に対し、図４（ｂ）に示すように、水素原子または水素イオンを、へき開すべき面４１に留まらせるように注入する。これにより、へき開すべき面４１に沿ってＳｉ−Ｈ結合が位置した第１のシリコン基材４が得られる。また、このように水素原子または水素イオンを注入するようにすれば、あらかじめ水素を含まないようなシリコン材料で構成された第１のシリコン基材であっても、本発明を適用して、接合を行うことができる。
【００７１】
水素原子または水素イオンの注入は、例えば、イオン注入装置を用いたイオン注入法等の方法により行うことができる。
この際、イオン注入の際のイオン加速電圧を適宜変更することにより、注入する水素原子または水素イオンの注入深さを制御し、水素原子または水素イオンが確実にへき開すべき面４１に留まらせることができる。
【００７２】
具体的には、イオン加速電圧を０．２〜１５０ｋＶ程度にするのが好ましく、１〜９０ｋＶ程度にするのがより好ましい。イオン加速電圧を前記範囲内に設定すれば、注入されたイオンのエネルギーが大き過ぎてシリコン材料に損傷等が生じるのを防止しつつ、水素原子または水素イオンを確実にシリコン材料中に注入することができる。
なお、第１のシリコン基材４が結晶シリコンで構成されている場合、結晶面がへき開すべき面４１と平行であるのが好ましい。これにより、へき開が結晶面に沿って進行することになるため、得られたへき開面は、より平滑性の高いものとなる。
【００７３】
［１−２］
次に、第１のシリコン基材４に対し、エネルギーを付与する。これにより、第１のシリコン基材４がへき開すべき面４１でへき開される。
第１のシリコン基材４にエネルギーを付与する方法には、第１のシリコン基材４を変質・劣化させることなく、Ｓｉ−Ｈ結合を選択的に切断し得る方法であれば、いかなる方法をも用いることができるが、本実施形態では、特に、第１のシリコン基材４にレーザ光のような光を照射する方法、または、第１のシリコン基材４を加熱する方法が好ましい。
【００７４】
このうち、図４（ｃ１）に示すように、第１のシリコン基材４にレーザ光を照射する方法によれば、第１のシリコン基材４の変質・劣化を確実に防止しつつ、Ｓｉ−Ｈ結合を選択的に効率よく切断することができる。また、レーザ光によれば、第１のシリコン基材４に対して局所的にエネルギーを付与することができる。これにより、へき開すべき面４１付近に存在するＳｉ−Ｈ結合のみを選択的に切断することができる。また、へき開すべき面４１以外の部分の温度上昇を抑制することができる。このため、例えば、第１のシリコン基材４に機構部品や回路が形成されている場合、これらに熱による影響が及ぶのを避けることができる。
このようなレーザ光の各種条件は、前記第１実施形態と同様である。
【００７５】
なお、本実施形態では、第１のシリコン基材４のへき開すべき面４１に沿ってＳｉ−Ｈ結合が位置しているので、レーザ光のような指向性の高い光ではなく、放射状に広がる指向性の低い光でも、へき開すべき面４１に位置するＳｉ−Ｈ結合のみを選択的に切断することができる。その結果、第１のシリコン基材４をへき開すべき面４１において確実にへき開し、分割することができる。
【００７６】
一方、図４（ｃ２）に示すように、第１のシリコン基材４を加熱する場合、例えば、ヒータや赤外線等を用いて加熱することができる。
この際の加熱温度は、３００〜６００℃程度であるのが好ましく、４００〜５００℃程度であるのがより好ましい。これにより、Ｓｉ−Ｓｉ結合をほとんど切断することなく、Ｓｉ−Ｈ結合のみを選択的に切断することができる。
また、加熱する時間は、特に限定されないが、加熱温度が前記範囲内である場合、好ましくは０．１〜１０分程度、より好ましくは０．５〜５分程度とされる。
このように、本実施形態では、加熱によってＳｉ−Ｈ結合を選択的に切断することができるので、高価な設備等を必要とせず、本工程を簡単に行うことができる。
【００７７】
以上のようにしてＳｉ−Ｈ結合が切断されると、水素原子が結合していた結合手は、未結合手（ダングリングボンド）４４となる。一方、脱離した水素原子は、２個結合して、図５（ｄ）に示すように、へき開すべき面４１付近に水素ガス４２が発生する。この水素ガス４２は、大きな体積を占めることから、へき開すべき面４１において第１のシリコン基材４が押し広げられる。これにより発生する応力が第１のシリコン基材４の破壊応力に達すると、図５（ｅ）に示すように、へき開すべき面４１において第１のシリコン基材４が上下にへき開され、分割される。
【００７８】
２つにへき開された第１のシリコン基材４’の各へき開面４３、４３には、それぞれシリコンの未結合手４４が露出しており、活性の高い状態となっている。なお、このへき開面４３は、例えば、シリコン基材を研磨した面よりも高い平滑性を有している。
なお、上記のようなエネルギーの付与は、窒素ガス、アルゴンガスのような不活性ガス雰囲気中または減圧雰囲気中で行うのが好ましい。これにより、へき開面４３が汚染されたり、大気中の酸素や水分等が付着して、へき開面４３が酸化されたりするのを確実に防止することができる。その結果、へき開面４３に露出した未結合手４４が、酸素や水酸基等で不本意に終端化される（不活性化される）のを防止することができる。
【００７９】
［２］シリコン基材の接合工程（第２の工程）
次に、前記第１実施形態の工程［２］と同様にして、へき開され、分割された第１のシリコン基材４のうち、一方の第１のシリコン基材４’のへき開面４３と、別途用意した第２のシリコン基材２の表面２１とが接触するように、へき開された第１のシリコン基材４’と第２のシリコン基材２とを重ね合わせる。これにより、へき開された第１のシリコン基材４’のへき開面４３に露出するシリコンの未結合手４４と、第２のシリコン基材２の表面２１に露出するシリコンの未結合手２２とが結合して、Ｓｉ−Ｓｉ結合が形成される。その結果、へき開された第１のシリコン基材４’と第２のシリコン基材２とが接合され、接合体３が得られる。
【００８０】
以上のようなシリコン基材の接合方法では、前記第１実施形態にかかるシリコン基材の接合方法と同様の作用・効果が得られる。
また、本実施形態によれば、第１のシリコン基材４のへき開すべき面４１付近に選択的に水素イオンを注入するので、その他の部分（へき開すべき面４１付近以外の部分）には水素イオンが存在しない。水素イオンが多すぎると第１のシリコン基材４の機械的特性や電気的特性が低下する場合があるが、本実施形態によれば、このような問題を避けることができる。
なお、以上のようなシリコン基材の接合方法により得られたシリコン基材の接合体は、例えば、ＭＥＭＳ、半導体素子、各種パッケージ等に適用することができる。
ここでは、本発明の接合方法により得られた接合体をダイオード（半導体素子）に適用した場合を例にして説明する。
【００８１】
図６は、本発明のシリコン基材の接合方法を適用して得られたダイオードを示す模式図（縦断面図）である。
図６に示すダイオード２００は、ｐ型シリコン基材２１０とｎ型シリコン基材２２０とを有し、これらは接合界面２３０で直接接合されている。
また、ｐ型シリコン基材２１０の接合界面２３０と反対側の面には、アノード２４０が設けられ、ｎ型シリコン基材２２０の接合界面２３０と反対側の面には、カソード２５０が設けられている。
さらに、アノード２４０には、リード２６０が、カソード２５０には、リード２７０がそれぞれ設けられている。
【００８２】
ここで、ｐ型シリコン基材２１０は、水素が添加されたアモルファスシリコンや、水素が添加された結晶シリコン等のシリコン材料に、ホウ素（Ｂ）、インジウム（Ｉｎ）等の３価元素のｐ型ドーパントを少量添加したものである。
一方、ｎ型シリコン基材２２０は、ｐ型シリコン基材２１０と同様のシリコン材料に、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）等の５価元素のｎ型ドーパントを少量添加したものである。
【００８３】
このようなｐ型シリコン基材２１０とｎ型シリコン基材２２０とは、本発明の接合方法を用いて接合されている。これにより、ｐ型シリコン基材２１０とｎ型シリコン基材２２０とが、接触抵抗が極めて低い状態で接合される。その結果、接合界面２３０はｐｎ接合となり、ダイオード２００は、整流作用を示す。
そして、本発明の接合方法を適用して得られたダイオード２００は、信頼性の高いものとなる。
【００８４】
＜インクジェット式記録ヘッド＞
次に、本発明のシリコン基材の接合方法を用いて得られたシリコン基材の接合体を、インクジェット式記録ヘッドに適用した場合の実施形態について説明する。
図７は、本発明のシリコン基材の接合方法を適用して得られたインクジェット式記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）を示す分解斜視図、図８は、図７に示すインクジェット式記録ヘッドの主要部の構成を示す断面図、図９は、図７に示すインクジェット式記録ヘッドを備えるインクジェットプリンタの実施形態を示す概略図である。なお、図７は、通常使用される状態とは、上下逆に示されている。
【００８５】
図７に示すインクジェット式記録ヘッド（本発明の液滴吐出ヘッド）１０は、図９に示すようなインクジェットプリンタ（本発明の液滴吐出装置）９に搭載されている。
図９に示すインクジェットプリンタ９は、装置本体９２を備えており、上部後方に記録用紙Ｐを設置するトレイ９２１と、下部前方に記録用紙Ｐを排出する排紙口９２２と、上部面に操作パネル９７とが設けられている。
【００８６】
操作パネル９７は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤランプ等で構成され、エラーメッセージ等を表示する表示部（図示せず）と、各種スイッチ等で構成される操作部（図示せず）とを備えている。
また、装置本体９２の内部には、主に、往復動するヘッドユニット９３を備える印刷装置（印刷手段）９４と、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷装置９４に送り込む給紙装置（給紙手段）９５と、印刷装置９４および給紙装置９５を制御する制御部（制御手段）９６とを有している。
【００８７】
制御部９６の制御により、給紙装置９５は、記録用紙Ｐを一枚ずつ間欠送りする。この記録用紙Ｐは、ヘッドユニット９３の下部近傍を通過する。このとき、ヘッドユニット９３が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動して、記録用紙Ｐへの印刷が行なわれる。すなわち、ヘッドユニット９３の往復動と記録用紙Ｐの間欠送りとが、印刷における主走査および副走査となって、インクジェット方式の印刷が行なわれる。
【００８８】
印刷装置９４は、ヘッドユニット９３と、ヘッドユニット９３の駆動源となるキャリッジモータ９４１と、キャリッジモータ９４１の回転を受けて、ヘッドユニット９３を往復動させる往復動機構９４２とを備えている。
ヘッドユニット９３は、その下部に、多数のノズル孔１１１を備えるインクジェット式記録ヘッド１０（以下、単に「ヘッド１０」と言う。）と、ヘッド１０にインクを供給するインクカートリッジ９３１と、ヘッド１０およびインクカートリッジ９３１を搭載したキャリッジ９３２とを有している。
【００８９】
なお、インクカートリッジ９３１として、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（黒）の４色のインクを充填したものを用いることにより、フルカラー印刷が可能となる。
往復動機構９４２は、その両端をフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸９４３と、キャリッジガイド軸９４３と平行に延在するタイミングベルト９４４とを有している。
【００９０】
キャリッジ９３２は、キャリッジガイド軸９４３に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト９４４の一部に固定されている。
キャリッジモータ９４１の作動により、プーリを介してタイミングベルト９４４を正逆走行させると、キャリッジガイド軸９４３に案内されて、ヘッドユニット９３が往復動する。そして、この往復動の際に、ヘッド１０から適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【００９１】
給紙装置９５は、その駆動源となる給紙モータ９５１と、給紙モータ９５１の作動により回転する給紙ローラ９５２とを有している。
給紙ローラ９５２は、記録用紙Ｐの送り経路（記録用紙Ｐ）を挟んで上下に対向する従動ローラ９５２ａと駆動ローラ９５２ｂとで構成され、駆動ローラ９５２ｂは給紙モータ９５１に連結されている。これにより、給紙ローラ９５２は、トレイ９２１に設置した多数枚の記録用紙Ｐを、印刷装置９４に向かって１枚ずつ送り込めるようになっている。なお、トレイ９２１に代えて、記録用紙Ｐを収容する給紙カセットを着脱自在に装着し得るような構成であってもよい。
【００９２】
制御部９６は、例えばパーソナルコンピュータやディジタルカメラ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷装置９４や給紙装置９５等を制御することにより印刷を行うものである。
制御部９６は、いずれも図示しないが、主に、各部を制御する制御プログラム等を記憶するメモリ、圧電素子（振動源）１４を駆動して、インクの吐出タイミングを制御する圧電素子駆動回路、印刷装置９４（キャリッジモータ９４１）を駆動する駆動回路、給紙装置９５（給紙モータ９５１）を駆動する駆動回路、および、ホストコンピュータからの印刷データを入手する通信回路と、これらに電気的に接続され、各部での各種制御を行うＣＰＵとを備えている。
【００９３】
また、ＣＰＵには、例えば、インクカートリッジ９３１のインク残量、ヘッドユニット９３の位置等を検出可能な各種センサ等が、それぞれ電気的に接続されている。
制御部９６は、通信回路を介して、印刷データを入手してメモリに格納する。ＣＰＵは、この印刷データを処理して、この処理データおよび各種センサからの入力データに基づいて、各駆動回路に駆動信号を出力する。この駆動信号により圧電素子１４０、印刷装置９４および給紙装置９５は、それぞれ作動する。これにより、記録用紙Ｐに印刷が行われる。
【００９４】
以下、ヘッド１０（本発明の液滴吐出ヘッド）について、図７および図８を参照しつつ詳述する。
ヘッド１０は、複数のノズル孔（孔）１１１が形成されたノズル板（第１の基板）１１０と、各ノズル孔１１１に対応して配置され、インク（液体）を一時的に貯留するインク室（液体貯留空間）１２１を備えるインク室基板（第２の基板）１２０と、インク室１２１の容積変化を生じさせる振動板１３０と、振動板１３０に接合された圧電素子（振動源）１４０とを備えるヘッド本体１７０と、このヘッド本体１７０を収納する基体（ケーシング）１６０とを有している。なお、このヘッド１０は、オンデマンド形のピエゾジェット式ヘッドを構成する。
【００９５】
本実施形態では、このノズル板１１０が、シリコン基板によって構成されている。
このノズル板１１０には、インク滴を吐出するための多数のノズル孔１１１が形成されている。これらのノズル孔１１１間のピッチは、印刷精度に応じて適宜設定される。
ノズル板１１０には、インク室基板１２０が固着（固定）されている。
このインク室基板１２０は、ノズル板１１０、側壁（隔壁）１２２および後述する振動板１３０により、複数のインク室（キャビティ、圧力室）１２１と、インクカートリッジ９３１から供給されるインクを貯留するリザーバ室１２３と、リザーバ室１２３から各インク室１２１に、それぞれインクを供給する供給口１２４とが区画形成されている。
各インク室１２１は、それぞれ短冊状（直方体状）に形成され、各ノズル孔１１１に対応して配設されている。各インク室１２１は、後述する振動板１３０の振動により容積可変であり、この容積変化により、インクを吐出するよう構成されている。
【００９６】
本実施形態では、このインク室基板１２０が、シリコン基板によって構成されている。そして、ノズル板１１０とインク室基板１２０とが、本発明のシリコン基材の接合方法によって接合されている。これにより、ノズル板１１０とインク室基板１２０とが高強度かつ高精度に接合される。その結果、各インク室１２１、各リザーバ室１２３および各供給口１２４において、それぞれの容積のバラツキが抑制され、各ノズル孔１１１から吐出されるインクの吐出量の均一化を図ることができる。
【００９７】
一方、インク室基板１２０のノズル板１１０と反対側には、振動板１３０が接合され、さらに振動板１３０のインク室基板１２０と反対側には、複数の圧電素子１４０が設けられている。
また、振動板１３０の所定位置には、振動板１３０の厚さ方向に貫通して連通孔１３１が形成されている。この連通孔１３１を介して、前述したインクカートリッジ９３１からリザーバ室１２３に、インクが供給可能となっている。
【００９８】
各圧電素子１４０は、それぞれ、下部電極１４２と上部電極１４１との間に圧電体層１４３を介挿してなり、各インク室１２１のほぼ中央部に対応して配設されている。各圧電素子１４０は、圧電素子駆動回路に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動（振動、変形）するよう構成されている。
各圧電素子１４０は、それぞれ、振動源として機能し、振動板１３０は、圧電素子１４０の振動により振動し、インク室１２１の内部圧力を瞬間的に高めるよう機能する。
【００９９】
本実施形態では、振動板１３０と圧電素子１４０とにより、インク室１２１内に貯留されたインクをノズル孔１１１から液滴として吐出させるための液滴吐出手段を構成する。
基体１６０は、ヘッド本体１７０を収納し得る凹部１６１を備えている。そして、この凹部１６１にヘッド本体１７０を収納した状態で、凹部１６１の外周部に形成された段差１６２によりノズル板１１０の縁部が支持されている。
【０１００】
このようなヘッド１０は、圧電素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力されていない状態、すなわち、圧電素子１４０の下部電極１４２と上部電極１４１との間に電圧が印加されていない状態では、圧電体層１４３に変形が生じない。このため、振動板１３０も変形が生じず、インク室１２１には容積変化が生じない。したがって、ノズル孔１１１からインク滴は吐出されない。
【０１０１】
一方、圧電素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力された状態、すなわち、圧電素子１４０の下部電極１４２と上部電極１４１との間に一定電圧が印加された状態では、圧電体層１４３に変形が生じる。これにより、振動板１３０が大きくたわみ、インク室１２１の容積変化が生じる。このとき、インク室１２１内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル孔１１１からインク滴が吐出される。
【０１０２】
１回のインクの吐出が終了すると、圧電素子駆動回路は、下部電極１４２と上部電極１４１との間への電圧の印加を停止する。これにより、圧電素子１４０は、ほぼ元の形状に戻り、インク室１２１の容積が増大する。なお、このとき、インクには、インクカートリッジ９３１からノズル孔１１１へ向かう圧力（正方向への圧力）が作用している。このため、空気がノズル孔１１１からインク室１２１へ入り込むことが防止され、インクの吐出量に見合った量のインクがインクカートリッジ９３１（リザーバ室１２３）からインク室１２１へ供給される。
このようにして、ヘッド１０において、印刷させたい位置の圧電素子１４０に、圧電素子駆動回路を介して吐出信号を順次入力することにより、任意の（所望の）文字や図形等を印刷することができる。
【０１０３】
なお、ヘッド１０は、圧電素子１４０の代わりに電気熱変換素子を有していてもよい。つまり、ヘッド１０は、電気熱変換素子による材料の熱膨張を利用してインクを吐出する構成（いわゆる、「バブルジェット方式」（「バブルジェット」は登録商標））のものであってもよい。
かかる構成のヘッド１０において、ノズル板１１０には、撥液性を付与することを目的に形成された被膜１１４が設けられている。これにより、ノズル孔１１１からインク滴が吐出される際に、このノズル孔１１１の周辺にインク滴が残存するのを確実に防止することができる。その結果、ノズル孔１１１から吐出されたインク滴を目的とする領域に確実に着弾させることができる。
【０１０４】
＜電子デバイス＞
次に、本発明のシリコン基材の接合方法を用いて得られたシリコン基材の接合体を、電子デバイスに適用した場合の実施形態について説明する。
図１０は、本発明のシリコン基材の接合方法を適用して得られた電子デバイスを示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図１０中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【０１０５】
図１０に示す電子デバイス（本発明の電子デバイス）３００は、絶縁基板３１０と、この絶縁基板３１０上に積層された２枚のシリコンチップ３２０、３３０とを有している。
また、絶縁基板３１０とシリコンチップ３２０との間には、絶縁層３４０と、パターニングされた導電層３５０とが設けられている。この導電層３５０は、絶縁基板３１０を貫通する貫通孔３１１に挿通されたハンダボール３６０に接合されている。これにより、導電層３５０とハンダボール３６０との間の導通が図られている。
ここで、２枚のシリコンチップ３２０、３３０には、それぞれ、回路（図示せず）が形成されている。この回路は、一般的な半導体製造プロセスを用いて形成されたものである。
【０１０６】
また、各シリコンチップ３２０、３３０に形成された回路には、それぞれ、ワイヤ３７０の一端が接続されており、各ワイヤ３７０の他端は、絶縁基板３１０上に設けられた導電層３５０に接続されている。これにより、各シリコンチップ３２０、３３０に形成された回路と、ハンダボール３６０との間が、電気的に接続されている。
さらに、絶縁基板３１０上には、封止部３８０が設けられている。この封止部３８０は、２枚のシリコンチップ３２０、３３０、およびワイヤ３７０を覆うことにより、これらを絶縁・封止している。
【０１０７】
このような電子デバイス３００において、２枚のシリコンチップ３２０、３３０間が、本発明のシリコン基材の接合方法を用いて接合されている。すなわち、２枚のシリコンチップ３２０、３３０のうちの一方が、前述の第１のシリコン基材に相当し、他方が第２のシリコン基材に相当している。これにより、２枚のシリコンチップ３２０、３３０が強固に接合されるとともに、これらの位置精度が高くなる。このため、電子デバイス３００は、信頼性の高いものとなる。
また、２枚のシリコンチップ３２０、３３０を積層することにより、三次元的な実装を容易に行うことができる。これにより、電子デバイス３００の平面サイズを縮小することができる。また、同一の平面サイズであれば、電子デバイス３００の集積度を容易に高めることができる。
【０１０８】
以上、本発明のシリコン基材の接合方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置および電子デバイスを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、前記実施形態では、第１のシリコン基材において、１つの面でへき開を生じさせているが、２つ以上の面でへき開するようにしてもよい。
また、３つ以上のシリコン基材を接合するようにしてもよい。
また、例えば、本発明のシリコン基材の接合方法では、必要に応じて、１以上の任意の目的の工程を追加してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明のシリコン基材の接合方法の第１実施形態を説明するための模式図（縦断面図）である。
【図２】本発明のシリコン基材の接合方法の第１実施形態を説明するための模式図（縦断面図）である。
【図３】本発明のシリコン基材の接合方法の第１実施形態を説明するための模式図（縦断面図）である。
【図４】本発明のシリコン基材の接合方法の第２実施形態を説明するための模式図（縦断面図）である。
【図５】本発明のシリコン基材の接合方法の第２実施形態を説明するための模式図（縦断面図）である。
【図６】本発明のシリコン基材の接合方法を適用して得られたダイオードを示す模式図（縦断面図）である。
【図７】本発明のシリコン基材の接合方法を適用して得られたインクジェット式記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）を示す分解斜視図である。
【図８】図７に示すインクジェット式記録ヘッドの主要部の構成を示す断面図である。
【図９】図７に示すインクジェット式記録ヘッドを備えるインクジェットプリンタの実施形態を示す概略図である。
【図１０】本発明のシリコン基材の接合方法を適用して得られた電子デバイスを示す縦断面図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１、１’……第１のシリコン基材  １１……へき開すべき面  １２……水素ガス  １３……へき開面  １４……未結合手  ２……第２のシリコン基材  ２１……表面  ２２……未結合手  ３……接合体  ４、４’……第１のシリコン基材  ４１……へき開すべき面  ４２……水素ガス  ４３……へき開面  ４４……未結合手  ５……シリコン基材  ５１……表面  ２００……ダイオード  ２１０……ｐ型シリコン基材  ２２０……ｎ型シリコン基材  ２３０……接合界面  ２４０……アノード  ２５０……カソード  ２６０、２７０……リード  １０……インクジェット式記録ヘッド  １１０……ノズル板  １１１……ノズル孔  １１４……被膜  １２０……インク室基板  １２１……インク室  １２２……側壁  １２３……リザーバ室  １２４……供給口  １３０……振動板  １３１……連通孔  １４０……圧電素子  １４１……上部電極  １４２……下部電極  １４３……圧電体層  １６０……基体  １６１……凹部  １６２……段差  １７０……ヘッド本体  ９……インクジェットプリンタ  ９２……装置本体  ９２１……トレイ  ９２２……排紙口  ９３……ヘッドユニット  ９３１……インクカートリッジ  ９３２……キャリッジ  ９４……印刷装置  ９４１……キャリッジモータ  ９４２……往復動機構  ９４３……キャリッジガイド軸  ９４４……タイミングベルト  ９５……給紙装置  ９５１……給紙モータ  ９５２……給紙ローラ  ９５２ａ……従動ローラ  ９５２ｂ……駆動ローラ  ９６……制御部  ９７……操作パネル  Ｐ……記録用紙  ３００……電子デバイス  ３１０……絶縁基板  ３１１……貫通孔  ３２０、３３０……シリコンチップ  ３４０……絶縁層  ３５０……導電層  ３６０……ハンダボール  ３７０……ワイヤ  ３８０……封止部
【図１】
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【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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