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JP7566119B1 - Composite substrate and method for manufacturing the same - Google Patents

Composite substrate and method for manufacturing the same Download PDF

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JP7566119B1 JP2023218694A JP2023218694A JP7566119B1 JP 7566119 B1 JP7566119 B1 JP 7566119B1 JP 2023218694 A JP2023218694 A JP 2023218694A JP 2023218694 A JP2023218694 A JP 2023218694A JP 7566119 B1 JP7566119 B1 JP 7566119B1
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Abstract

Figure 0007566119000001

【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

Figure 0007566119000001

The present invention provides a composite substrate in which a functional substrate and a supporting substrate are bonded via a bonding layer, which is capable of obtaining sufficient bonding strength even if the bonding layer is thin, and a method for manufacturing the same.
[Solution] A composite substrate 100 has a functional substrate 10 made of a functional material, and a support substrate 30 made of a semiconductor material and bonded to the functional substrate 10 to support the functional substrate 10. The functional substrate 10 has a first layer, and a second layer made of an amorphous body containing a rare gas, which is disposed closer to the support substrate 30 than the first layer. The support substrate 30 has a first support layer, a second support layer made of an amorphous body of a semiconductor material containing a rare gas, which is disposed closer to the functional substrate 10 than the first support layer, and a bonding layer made of an amorphous body of a semiconductor material, which is in contact with the functional substrate 10.
[Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、複合基板およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a composite substrate and a manufacturing method thereof.

従来、LN(LiNbO:ニオブ酸リチウム)やLT(LiTaO: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。 Conventionally, a composite substrate is known that is formed by bonding a functional substrate made of a piezoelectric material such as LN (LiNbO 3 : lithium niobate) or LT (LiTaO 3 : lithium tantalate) to a support substrate made of a semiconductor material such as Si, and is used for applications such as surface acoustic wave devices. As a method for producing such a composite substrate, a method is known in which the bonding surfaces of the functional substrate and the support substrate are activated by irradiating them with a fast atom beam (FAB) and then directly bonded to each other. However, this method has a problem in that the bonding strength between the substrates is low and there is a risk of peeling off during a processing step after bonding.

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。 The technology of Patent Document 1 is known to solve the above problem. Patent Document 1 describes a method for manufacturing a composite substrate by irradiating a support substrate with a high-speed atomic beam to sputter the semiconductor material of the support substrate, thereby forming a bonding layer made of an amorphous semiconductor material on the piezoelectric substrate by amorphizing the semiconductor material, and then pressure-bonding the piezoelectric substrate and support substrate via this bonding layer. This method improves the bonding strength between the piezoelectric substrate and support substrate, and prevents peeling after bonding.

特許第7152711号Patent No. 7152711

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。 In a composite substrate in which a functional substrate such as a piezoelectric substrate and a support substrate are bonded, it is preferable from the viewpoint of productivity that the sputtering time is as short as possible, and shortening the sputtering time results in a thinner bonding layer. On the other hand, in order to obtain the desired bonding strength in a conventional bonding method such as that in Patent Document 1, a certain thickness is required for the bonding layer.

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。 The present invention has been made in view of the above, and its main objective is to provide a composite substrate in which a functional substrate and a support substrate are bonded via a bonding layer, and a manufacturing method thereof that can provide sufficient bonding strength even if the bonding layer is thin.

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。
A composite substrate according to a first aspect of the present invention comprises a functional substrate made of a functional material, and a support substrate made of a semiconductor material and bonded to the functional substrate to support the functional substrate, the functional substrate comprising a first functional layer made of a crystal of the functional material , and a second functional layer arranged closer to the support substrate than the first functional layer and made of an amorphous body of the functional material containing a rare gas, the support substrate comprising a first support layer, a second support layer arranged closer to the functional substrate than the first support layer and made of an amorphous body of the semiconductor material containing the rare gas, and a bonding layer in contact with the functional substrate and made of the amorphous body of the semiconductor material, the bonding layer containing the rare gas, and the content of the rare gas in the bonding layer is less than the content of the rare gas in the second support layer .
A composite substrate according to a second aspect of the present invention comprises a functional substrate made of a functional material, and a support substrate made of a semiconductor material and bonded to the functional substrate to support the functional substrate, the functional substrate being bonded to the support substrate via an insulating layer made of an insulating material, the support substrate comprising a first support layer, a second support layer arranged closer to the functional substrate than the first support layer and made of an amorphous body of the semiconductor material containing a rare gas, and a bonding layer made of the amorphous body of the semiconductor material in contact with the insulating layer, the insulating layer comprising a first insulating layer made of the insulating material and a second insulating layer made of the amorphous body of the insulating material and in contact with the bonding layer, the bonding layer containing the rare gas, and a content of the rare gas in the bonding layer being less than a content of the rare gas in the second support layer.
A manufacturing method for a composite substrate according to a third aspect of the present invention is a manufacturing method for a composite substrate including a functional substrate made of a functional material and a support substrate made of a semiconductor material and supporting the functional substrate, the manufacturing method including: an activation step of irradiating a surface of the functional substrate and a surface of a semiconductor substrate made of the semiconductor material with a fast atomic beam so that at least a part of the irradiation times of the functional substrate and the semiconductor substrate are overlapped; a sputtering step, which is performed following the activation step, in which after stopping the irradiation of the fast atomic beam on the surface of the functional substrate, the irradiation of the fast atomic beam on the surface of the semiconductor substrate is continued to form a sputtered film made of an amorphous body of the sputtered semiconductor material on the surface of the functional substrate; and a bonding step of bonding the functional substrate on which the sputtered film has been formed and the semiconductor substrate to obtain a bonded body.
A manufacturing method for a composite substrate according to a fourth aspect of the present invention is a manufacturing method for a composite substrate including a functional substrate made of a functional material and a support substrate made of a semiconductor material and supporting the functional substrate, and includes an insulating layer forming step of forming an insulating layer made of an insulating material on a surface of the functional substrate, an activation step of irradiating a fast atomic beam onto the surface of the insulating layer and a surface of a semiconductor substrate made of the semiconductor material such that at least a portion of the irradiation times of the respective surfaces overlap, a sputtering step that is performed following the activation step, in which after stopping the irradiation of the fast atomic beam onto the surface of the insulating layer, the irradiation of the fast atomic beam onto the surface of the semiconductor substrate is continued to sputter the semiconductor material onto the surface of the insulating layer, and a bonding step of bonding the functional substrate and the semiconductor substrate via the insulating layer onto which the semiconductor material has been sputtered by the sputtering step to obtain a bonded body.

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。 The present invention provides a composite substrate in which a functional substrate and a support substrate are bonded via a bonding layer, and a manufacturing method thereof that can provide sufficient bonding strength even if the bonding layer is thin.

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。1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a composite substrate according to a first embodiment of the present invention. 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。3A to 3C are diagrams illustrating an example of a manufacturing process for the composite substrate according to the first embodiment of the present invention. 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。3A to 3C are diagrams illustrating an example of a manufacturing process for the composite substrate according to the first embodiment of the present invention. 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。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a composite substrate according to a second embodiment of the present invention. 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。7A to 7C are diagrams illustrating an example of a manufacturing process for a composite substrate according to a second embodiment of the present invention. 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。7A to 7C are diagrams illustrating an example of a manufacturing process for a composite substrate according to a second embodiment of the present invention. 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。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a composite substrate according to a third embodiment of the present invention. 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。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a composite substrate according to a fourth embodiment of the present invention. 実施例1と比較例の観察写真を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing observation photographs of Example 1 and a comparative example. 実施例1と実施例3のEDX分析結果を示す表である。1 is a table showing EDX analysis results of Examples 1 and 3. 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。1 is a table showing the relationship between FAB irradiation time, thickness of a bonding layer, and bonding strength in a composite substrate. 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。1 is a table showing the relationship between FAB irradiation time and bonding strength for a functional substrate and a semiconductor substrate in a composite substrate.

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。 The following describes embodiments of the present invention with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these embodiments. In addition, in order to make the description clearer, the drawings may show the width, thickness, shape, etc. of each part more diagrammatically than the embodiments, but these are merely examples and do not limit the interpretation of the present invention.

(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。
First Embodiment
1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a composite substrate according to a first embodiment of the present invention. The composite substrate 100 in this embodiment is used for various purposes such as optical elements constituting an optical waveguide, piezoelectric elements constituting a surface acoustic wave (SAW) filter, various semiconductor elements, etc., and has a structure in which a functional substrate 10 made of a functional material such as a piezoelectric material or a semiconductor material is bonded to a support substrate 30.

機能性基板10の材料には、例えばLN(LiNbO:ニオブ酸リチウム)やLT(LiTaO: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: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。 The material of the functional substrate 10 may be, for example, a piezoelectric material such as LN (LiNbO 3 : lithium niobate), LT (LiTaO 3 : lithium tantalate), quartz, AlN (aluminum nitride), or PZT (Pb(Zr,Ti)O 3 : lead zirconate titanate). The material of the functional substrate 10 may be selected arbitrarily depending on the application of the composite substrate 100. For example, the functional substrate 10 may be made of semiconductor materials such as SiC, InP, GaN, GaP, and diamond, materials having an electro-optic effect such as lithium niobate-lithium tantalate and KTP (potassium titanate phosphate), quartz, or glass, in addition to the piezoelectric material. In addition, the functional substrate 10 made of various functional materials may be used depending on the application of the composite substrate 100.

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。 The support substrate 30 supports the functional substrate 10. Any suitable substrate may be used as the support substrate 30. The support substrate 30 may be composed of a single crystal body or a polycrystalline body. The functional substrate 10 and the support substrate 30 are directly bonded to each other.

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。 The material constituting the support substrate 30 may be a semiconductor material such as Si, Ge, SiC, InP, GaN, or sapphire. Alternatively, the support substrate 30 may be made of Si(1-x)Ox (where 0.008≦x≦0.408) or SOI (Silicon on Insulator). The thickness of the support substrate 30 is, for example, 0.2 to 1 mm, but any other appropriate thickness may be adopted.

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。 Although not shown, the composite substrate 100 may further include any layer. The type, function, number, combination, arrangement, etc. of such layers may be appropriately set according to the purpose.

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。 The composite substrate 100 may be manufactured in any suitable shape. In one embodiment, the composite substrate 100 may be manufactured in the form of a so-called wafer. The size of the composite substrate 100 may be appropriately set according to the purpose, for example, the diameter of the wafer (substrate) may be 50 mm to 150 mm.

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。 Figures 2 and 3 are diagrams showing an example of a manufacturing process for a composite substrate according to the first embodiment of the present invention.

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。 Figure 2 (a) shows the preparation step in the manufacturing process of the composite substrate 100. In this step, a functional substrate 10 made of a functional material with a predetermined thickness is prepared.

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。 Figure 2(b) shows the activation step in the manufacturing process of the composite substrate 100. In this step, for example, a semiconductor substrate 30A made of a semiconductor material of a predetermined thickness is prepared, and activation processing is performed by irradiating the surfaces of the functional substrate 10 prepared in the preparation step of Figure 2(a) and the semiconductor substrate 30A with a fast atomic beam (hereinafter referred to as FAB) using a rare gas such as Ar as the atomic species for a predetermined period of time. The FAB irradiation time at this time is preferably about 15 to 30 seconds, for example.

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。 Figure 2 (c) shows the sputtering step in the manufacturing process of the composite substrate 100. In this step, the FAB irradiation on the functional substrate 10 side is stopped, and the FAB irradiation on the semiconductor substrate 30A side is continued for a further predetermined time, out of the FAB irradiated to the functional substrate 10 and the semiconductor substrate 30A in the activation step of Figure 2 (b). The FAB irradiation time at this time is preferably, for example, about 30 to 600 seconds. As a result, the semiconductor material constituting the semiconductor substrate 30A is sputtered and attached to the surface of the functional substrate 10, and a sputtered film 30B made of the same semiconductor material as the semiconductor substrate 30A is formed on the functional substrate 10 side. As described later, the thickness of the bonding layer 33 (see Figure 3 (f)) in the composite substrate 100 after manufacture is preferably 0.3 nm or more and 3 nm or less, and therefore, in the sputtering step, it is preferable to form the sputtered film 30B with a thickness of 0.3 nm or more and 3 nm or less.

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。 Figure 3(d) shows the bonding process in the manufacturing process of the composite substrate 100. In this process, the functional substrate 10 on which the sputtered film 30B was formed in the sputtering process of Figure 2(c) is bonded to the semiconductor substrate 30A. As a result, the semiconductor substrate 30A and the sputtered film 30B are integrated to form the support substrate 30, and a bonded body of the functional substrate 10 and the support substrate 30 is obtained. Note that in Figure 3(d) and subsequent figures, the positional relationship between the functional substrate 10 and the semiconductor substrate 30A (support substrate 30) is illustrated upside down compared to Figures 2(a) to 2(c).

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。 Figure 3(e) shows the bonded body obtained after the bonding process of Figure 3(d). By the bonding process of Figure 3(d), the semiconductor substrate 30A and the sputtered film 30B are integrated as described above, forming a support substrate 30 having a bonding interface 40 therein, and a bonded body as shown in Figure 3(e) is obtained.

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。 In the bonded body of FIG. 3(e), the functional substrate 10 is provided with a first functional layer 11 mainly composed of a crystalline body of a functional material, and a second functional layer 12 arranged on the support substrate 30 side from the first functional layer 11. The second functional layer 12 is mainly composed of an amorphous body of a functional material, and is a layer containing rare gas atoms such as Ar irradiated as FAB in the activation process of FIG. 2(b). On the other hand, the support substrate 30 is provided with a first support layer 31 that does not contact the bonding interface 40, a second support layer 32 that is arranged on the functional substrate 10 side from the first support layer 31 and contacts the bonding interface 40, and a bonding layer 33 that is arranged on the functional substrate 10 side from the second support layer 32 and contacts the bonding interface 40. The second support layer 32 is mainly composed of an amorphous body of a semiconductor material, and is a layer containing rare gas atoms such as Ar irradiated as FAB in the activation process of FIG. 2(b) and the sputtering process of FIG. 2(c). The bonding layer 33 corresponds to the sputtered film 30B before bonding, and is a layer that forms the bonding portion with the functional substrate 10.

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。 The second functional layer 12 in the functional substrate 10, and the second support layer 32 and bonding layer 33 in the support substrate 30 may contain other atomic species that are mixed into these layers during the sputtering process in FIG. 2(c), such as Fe atoms and Al atoms that constitute the jig or base portion used to fix the semiconductor substrate 30A. Details of these layers will be described later.

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。 Figure 3(f) shows the thinning process in the manufacturing process of the composite substrate 100. In this process, the functional substrate 10 is polished to a predetermined thickness to thin the bonded body shown in Figure 3(e). For example, the functional substrate 10 can be polished to thin the bonded body by grinding, CMP (Chemical Mechanical Polish), surface planarization using a gas cluster ion beam, or the like.

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。 Through the above steps, a composite substrate 100 having the structure shown in Figure 1 is manufactured.

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。 Between the bonding step of FIG. 3(d) and the thin plate processing step of FIG. 3(f), an annealing step may be performed in which the bonded body is heated to a predetermined temperature. The heating temperature at this time is preferably, for example, about 75 to 250°C, and more preferably 100 to 250°C. This can improve the bonding strength of the functional substrate 10.

(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。
Second Embodiment
4 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a composite substrate according to a second embodiment of the present invention. A composite substrate 110 according to this embodiment has a structure in which a functional substrate 10 is bonded to a support substrate 30 via an insulating layer 20, as compared with the composite substrate 100 shown in FIG. 1 described in the first embodiment.

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。 The insulating layer 20 made of an insulating material is disposed between the functional substrate 10 and the support substrate 30. The insulating material constituting the insulating layer 20 may be, for example, an oxide or nitride of Si, Ta, Al, Nb, Hf, etc., and is preferably silicon oxide.

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。 The insulating layer 20 can be formed by any suitable method. For example, it can be formed by physical vapor deposition such as sputtering, vacuum deposition, ion beam assisted deposition (IAD), chemical vapor deposition, or atomic layer deposition (ALD). The insulating layer 20 can be formed at, for example, room temperature (25°C) to 300°C.

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。 In this embodiment, as in the first embodiment described above, the composite substrate 110 may further include any layer. The type, function, number, combination, arrangement, etc. of such layers may be appropriately set depending on the purpose. In addition, the composite substrate 110 may be manufactured in any appropriate shape depending on the purpose.

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。 Figures 5 and 6 are diagrams showing an example of a manufacturing process for a composite substrate according to the second embodiment of the present invention.

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。 Figure 5(a) shows the preparation step in the manufacturing process of the composite substrate 110. In this step, a functional substrate 10 of a predetermined thickness is prepared, similar to the step in Figure 2(a) described in the first embodiment.

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。 Figure 5 (b) shows the insulating layer formation process in the manufacturing process of the composite substrate 110. In this process, an insulating layer 20 is formed by depositing, for example, an amorphous silicon oxide film of a predetermined thickness on the surface of the functional substrate 10 prepared in the preparation process of Figure 5 (a).

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。 Figure 5(c) shows the activation step in the manufacturing process of the composite substrate 110. In this step, for example, a semiconductor substrate 30A made of a semiconductor material of a predetermined thickness is prepared, and activation processing is performed on the surface of the insulating layer 20 formed on the functional substrate 10 in the insulating layer formation step of Figure 5(b) and the semiconductor substrate 30A by irradiating the respective surfaces with FAB using a rare gas such as Ar as the atomic species for a predetermined time, as in the step of Figure 2(b) described in the first embodiment.

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。 Figure 5 (d) shows the sputtering step in the manufacturing process of the composite substrate 110. In this step, as in the step of Figure 2 (c) described in the first embodiment, the FAB irradiation of the functional substrate 10 side (insulating layer 20 side) of the FAB irradiated to the functional substrate 10 and the semiconductor substrate 30A in the activation step of Figure 5 (c) is stopped, and the FAB irradiation of the semiconductor substrate 30A side is continued for a further predetermined time. As a result, the semiconductor material constituting the semiconductor substrate 30A is sputtered and attached to the surface of the insulating layer 20 formed on the functional substrate 10, and a sputtered film 30B made of the same semiconductor material as the semiconductor substrate 30A is formed on the functional substrate 10 side (insulating layer 20 side). As in the first embodiment, the thickness of the bonding layer 33 (see Figure 6 (g)) in the composite substrate 110 after manufacture is preferably 0.3 nm or more and 3 nm or less, and therefore, in the sputtering step, it is preferable to form the sputtered film 30B with a thickness of 0.3 nm or more and 3 nm or less.

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。 Figure 6(e) shows the bonding process in the manufacturing process of the composite substrate 110. In this process, similar to the process of Figure 3(d) described in the first embodiment, the functional substrate 10 on which the sputtered film 30B has been formed on the insulating layer 20 in the sputtering process of Figure 5(d) is bonded to the semiconductor substrate 30A. As a result, the semiconductor substrate 30A and the sputtered film 30B are bonded and integrated to form the support substrate 30, and a bonded body of the functional substrate 10, the insulating layer 20, and the support substrate 30 is obtained. Note that in Figure 6(e) and subsequent figures, the positional relationship between the functional substrate 10 and the semiconductor substrate 30A (support substrate 30) is illustrated upside down compared to Figures 5(a) to 5(d).

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。 Figure 6(f) shows the bonded body obtained after the bonding process of Figure 6(e). By the bonding process of Figure 6(e), the semiconductor substrate 30A and the sputtered film 30B are integrated as described above, forming a support substrate 30 having a bonding interface 40 therein, and a bonded body as shown in Figure 6(f) is obtained.

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。 In the bonded body of FIG. 6(f), the insulating layer 20 is formed with a first insulating layer 21 mainly made of an insulating material, and a second insulating layer 22 arranged closer to the support substrate 30 than the first insulating layer 21. The second insulating layer 22 is mainly made of an amorphous insulating material, and is a layer containing rare gas atoms such as Ar irradiated as FAB in the activation process of FIG. 5(c). On the other hand, the support substrate 30 is formed with a first support layer 31 that does not contact the bonding interface 40, a second support layer 32 that is arranged closer to the functional substrate 10 than the first support layer 31 and contacts the bonding interface 40, and a bonding layer 33 that is arranged closer to the functional substrate 10 than the second support layer 32 and contacts the bonding interface 40, as in the first embodiment.

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。 Figure 6(g) shows the thin plate processing step in the manufacturing process of the composite substrate 110. In this step, similar to the step of Figure 3(f) described in the first embodiment, the functional substrate 10 is polished to a predetermined thickness for the bonded body shown in Figure 6(f) to thin it.

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。 Through the above steps, a composite substrate 110 having the structure shown in Figure 4 is manufactured.

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。 In this embodiment, as in the first embodiment, an annealing step of heating the bonded body to a predetermined temperature may be performed between the bonding step in FIG. 6(e) and the thin plate processing step in FIG. 6(g).

(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。
Third Embodiment
7 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a composite substrate according to a third embodiment of the present invention. A composite substrate 120 according to this embodiment has a structure in which a functional substrate 10 is directly bonded to a support substrate 30, similar to the composite substrate 100 shown in FIG. 1 described in the first embodiment.

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。 In the composite substrate 120 of this embodiment, a ridge portion 50 is provided on the functional substrate 10 in order to use a part of the functional substrate 10 as an optical waveguide. The ridge portion 50 is a portion of the functional substrate 10 that is formed to have a greater thickness than other portions by providing a step in the functional substrate 10. The ridge portion 50 is provided by performing a process (ridge processing) to form a step in a part of the functional substrate 10 after the thin plate processing process of FIG. 3(f) described in the first embodiment. For example, the ridge processing of the functional substrate 10 can be realized by processing using laser light or dry etching such as RIE (Reactive Ion Etching). Other processes may be performed after that. As a result, the bonding interface 40 is included inside the support substrate 30 in this embodiment as well.

(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。
Fourth Embodiment
Fig. 8 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a composite substrate according to a fourth embodiment of the present invention. A composite substrate 130 according to this embodiment has a structure in which a functional substrate 10 is bonded to a support substrate 30 via an insulating layer 20, similar to the composite substrate 110 shown in Fig. 4 described in the second embodiment.

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。 The material and shape of the functional substrate 10 are the same as those described in the third embodiment. That is, in the composite substrate 130 of this embodiment, a ridge portion 50 is provided in the functional substrate 10 in order to use a portion of the functional substrate 10 as an optical waveguide. The ridge portion 50 is provided by performing processing (ridge processing) to form a step in a portion of the functional substrate 10 after the thin plate processing step of FIG. 6(g) described in the second embodiment, for example. As a result, the bonding interface 40 is included inside the support substrate 30 in this embodiment as well.

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。 Below, we will explain in detail the examples for verifying the structure of the composite substrate according to the present invention. Note that, unless otherwise specified, the following procedures were carried out at room temperature.

(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。
Example 1
A bonded body was produced according to the manufacturing process described with reference to Fig. 2 and Fig. 3. Specifically, an LT substrate and a silicon substrate each having a diameter of 4 inches and a thickness of 500 µm were prepared, and the LT substrate was used as the functional substrate 10, and the silicon substrate was used as the semiconductor substrate 30A.

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。 Then, after cleaning the surfaces of the functional substrate 10 and the semiconductor substrate 30A, the functional substrate 10 and the semiconductor substrate 30A were arranged in a vacuum chamber in which FAB guns were installed facing upward and downward, so that the substrates were located within the irradiation ranges of the FAB guns and the surfaces of the two substrates faced each other. In this state, the vacuum chamber was evacuated to the 10-6 Pa range, and FAB (acceleration voltage 1 kV, Ar flow rate 27 sccm) using Ar gas was irradiated from each FAB gun toward the surfaces of the functional substrate 10 and the semiconductor substrate 30A simultaneously for 15 seconds.

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。 Then, the FAB irradiation on the functional substrate 10 side was stopped, while the FAB irradiation on the semiconductor substrate 30A side was continued for another 90 seconds (total of 105 seconds). In order to prevent the internal pressure of the vacuum chamber from changing before and after the FAB irradiation on the functional substrate 10 side was stopped, the FAB irradiation from the FAB gun on the functional substrate 10 side to the surface of the functional substrate 10 was stopped while the supply of Ar gas to the FAB gun on the functional substrate 10 side was continued. As a result, a sputtered film 30B was formed on the surface of the functional substrate 10.

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。 Next, the functional substrate 10 on which the sputtered film 30B was formed was directly bonded to the semiconductor substrate 30A. Specifically, the beam-irradiated surfaces of both substrates were overlapped, and the two substrates were bonded together by applying a pressure of 10,000 N at room temperature for 2 minutes to obtain a bonded body. This resulted in a composite substrate 100 having the structure shown in FIG. 1.

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であり、十分な接合強度を有していた。 The bonding strength of the composite substrate 100 thus obtained was evaluated by a crack opening method and found to be 1.45 J/m 2 , which was sufficient.

(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。
Example 2
A functional substrate 10 and a semiconductor substrate 30A similar to those in Example 1 were placed in a vacuum chamber, and the vacuum chamber was evacuated to the 10 −6 Pa range. With the vacuum chamber evacuated to the 10 −6 Pa range, FAB using Ar gas was irradiated simultaneously from each FAB gun to the surfaces of the functional substrate 10 and the semiconductor substrate 30A for 30 seconds under the same conditions as in Example 1.

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。 Then, the FAB irradiation on the functional substrate 10 side was stopped, while the FAB irradiation on the semiconductor substrate 30A side was continued for another 90 seconds (total of 120 seconds). At this time, as in Example 1, in order to prevent the internal pressure of the vacuum chamber from changing before and after the FAB irradiation on the functional substrate 10 side was stopped, while the supply of Ar gas to the FAB gun on the functional substrate 10 side was continued, the FAB irradiation from the FAB gun to the surface of the functional substrate 10 was stopped. As a result, a sputtered film 30B was formed on the surface of the functional substrate 10.

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。 Next, similarly to Example 1, the functional substrate 10 on which the sputtered film 30B was formed was directly bonded to the semiconductor substrate 30A to obtain a composite substrate 100 having the structure shown in FIG. 1.

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であり、実施例1よりも接合強度が向上していた。 The bonding strength of the composite substrate 100 thus obtained was evaluated by a crack opening method, and was found to be 1.63 J/m 2 , which was an improvement over that of Example 1.

(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。
Example 3
A bonded body was produced according to the manufacturing process described with reference to Figures 5 and 6. Specifically, an LT substrate and a silicon substrate, each having a diameter of 4 inches and a thickness of 500 µm, were prepared, and the LT substrate was used as the functional substrate 10, and the silicon substrate was used as the semiconductor substrate 30A. Silicon oxide was then sputtered onto the surface of the functional substrate 10 to form an insulating layer 20 made of a silicon oxide film.

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。 Thereafter, similarly to Example 1, the surfaces of the functional substrate 10 and the semiconductor substrate 30A on which the insulating layer 20 was formed were cleaned, and then, in a vacuum chamber in which FAB guns were installed facing upward and downward, the functional substrate 10 and the semiconductor substrate 30A were arranged so that these substrates were located within the irradiation range of each FAB gun and the silicon oxide surface (the surface on the insulating layer 20 side) of the functional substrate 10 and the surface of the semiconductor substrate 30A faced each other. In this state, the vacuum chamber was evacuated to the order of 10 -6 Pa, and FAB using Ar gas was irradiated simultaneously for 15 seconds from each FAB gun toward the surfaces of the functional substrate 10 and the semiconductor substrate 30A under the same conditions as in Example 1.

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。 Then, the FAB irradiation on the functional substrate 10 side was stopped, while the FAB irradiation on the semiconductor substrate 30A side was continued for another 285 seconds (300 seconds in total). At this time, as in Examples 1 and 2, in order to prevent the internal pressure of the vacuum chamber from changing before and after the FAB irradiation on the functional substrate 10 side was stopped, while the supply of Ar gas to the FAB gun on the functional substrate 10 side was continued, and the FAB irradiation from the FAB gun to the surface of the functional substrate 10 was stopped. As a result, a sputtered film 30B was formed on the surface of the insulating layer 20 in the functional substrate 10.

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。 Next, similarly to Examples 1 and 2, the functional substrate 10 having the sputtered film 30B formed on the surface of the insulating layer 20 was directly bonded to the semiconductor substrate 30A to obtain a composite substrate 110 having the structure shown in FIG. 4.

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。 The bonding strength of the composite substrate 110 thus obtained was evaluated by a crack opening method and found to be 2.01 J/ m2 , which was an even greater improvement than that of Examples 1 and 2.

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。 In the above Examples 1 to 3, the FAB irradiation from the FAB gun to the functional substrate 10 and the semiconductor substrate 30A is performed for a predetermined time, and then the FAB irradiation on the functional substrate 10 side is stopped first. This allows the time required for forming the sputtered film 30B to be used for cooling the functional substrate 10, thereby reducing the effect of warping on the composite substrates 100, 110 after bonding. In particular, when the functional substrate 10 has a larger thermal expansion coefficient than the semiconductor substrate 30A, stopping the FAB irradiation on the functional substrate 10 side first can be more effective in reducing warping after bonding.

(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。
Comparative Example
In order to confirm the effect of the present invention, as a comparative example, a functional substrate 10 and a semiconductor substrate 30A similar to those in Example 1 were placed in a vacuum chamber, and in a state in which the inside of the vacuum chamber was evacuated to the 10-6 Pa range, FAB irradiation was not performed on the functional substrate 10 side, and only FAB irradiation on the semiconductor substrate 30A side was performed for 90 seconds. The FAB irradiation conditions on the semiconductor substrate 30A side at this time were the same as those in Example 1. As a result, a sputtered film 30B was formed on the surface of the insulating layer 20 in the functional substrate 10.

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。 Next, similarly to Examples 1 to 3, the functional substrate 10 on which the sputtered film 30B was formed was directly bonded to the semiconductor substrate 30A to obtain a composite substrate 100 having the structure shown in FIG. 1.

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であり、十分な接合強度が得られなかった。 When the bonding strength of the composite substrate 100 thus obtained was evaluated by a crack opening method, it was 0.74 J/m 2 , which was not a sufficient bonding strength.

(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。
(Confirmation of laminated structure)
A cross section including the bonding interface 40 of the composite substrate 100 produced in each of Example 1 and Comparative Example was observed with a transmission electron microscope (TEM) to confirm the layered structure of the composite substrate 100. Fig. 9(a) shows an observation photograph of Example 1, and Fig. 9(b) shows an observation photograph of the Comparative Example.

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。 9(a) shows that two layers are formed inside the functional substrate 10. These layers are called the first functional layer 11 and the second functional layer 12, in order from the side farthest from the support substrate 30. It can also be seen that three layers are formed inside the support substrate 30. These layers are called the first support layer 31, the second support layer 32, and the bonding layer 33, in order from the side farthest from the functional substrate 10. The second functional layer 12 and the bonding layer 33 are in contact with each other, and the bonding interface 40 formed in the bonding process described above exists between the second support layer 32 and the bonding layer 33. That is, in the bonding process, the surface of the second functional layer 12 in the semiconductor substrate 30A before bonding and the surface of the sputtered film 30B formed on the functional substrate 10 before bonding are bonded to each other, so that the sputtered film 30B becomes the bonding layer 33, and a bonded body of the functional substrate 10 and the support substrate 30 having the bonding interface 40 inside the support substrate 30 is formed.

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。 From the observation photograph in Figure 9 (a), it can be seen that, while the first functional layer 11 is made of crystalline LT, the second functional layer 12 does not have a crystalline structure and is made of amorphous LT. That is, in Example 1, it can be seen that the second functional layer 12, which corresponds to the portion of the functional substrate 10 before bonding from the surface irradiated with FAB in the activation process to a predetermined depth, is formed as a layer in which LT, the material of the functional substrate 10, has been made amorphous.

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。 Similarly, from the observation photograph of FIG. 9(a), it can be seen that, while the first support layer 31 is made of crystalline Si, the second support layer 32 and the bonding layer 33 do not have a crystalline structure and are made of amorphous Si. That is, in Example 1, the second support layer 32, which corresponds to the portion of the semiconductor substrate 30A before bonding from the surface irradiated with FAB in the activation process and the sputtering process to a predetermined depth, and the bonding layer 33, which corresponds to the sputtered film 30B formed on the surface of the functional substrate 10 in the sputtering process, are each formed as a layer of amorphous silicon, which is the material of the support substrate 30.

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。 On the other hand, in the observation photograph of the comparative example shown in FIG. 9(b), the functional substrate 10 is composed only of a first functional layer 11 having a crystalline structure, and the second functional layer 12 as in Example 1 is not formed on the functional substrate 10. That is, in the comparative example, the functional substrate 10 before bonding is not irradiated with FAB in the activation process, so the second functional layer 12 made of an amorphous film of LT is not formed, and it can be seen that this results in a lower bonding strength than in Example 1.

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。 As described above, in Example 3, an insulating layer 20 made of a silicon oxide film is formed on the surface of the functional substrate 10 before bonding, and the surface of this insulating layer 20 is activated, and then a sputtered film 30B is formed to bond the functional substrate 10 and the semiconductor substrate 30A. Therefore, in the composite substrate 110 of Example 3, two layers corresponding to the first functional layer 11 and the second functional layer 12 in FIG. 9(a) are formed in the insulating layer 20, not in the functional substrate 10. That is, in Example 3, a first insulating layer 21 located on the side farther from the support substrate 30 and a second insulating layer 22 corresponding to a portion of the insulating layer 20 from the surface irradiated with FAB in the activation process before bonding to a predetermined depth are formed.

(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。
(Structural Analysis)
In a cross section including the bonding interface 40 of the composite substrate 100 produced in Example 1, EDX analysis was performed on each of the first functional layer 11, the second functional layer 12, the first support layer 31, the second support layer 32, and the bonding layer 33, thereby performing a structural analysis of the composite substrate 100. Similarly, in a cross section including the bonding interface 40 of the composite substrate 110 produced in Example 3, EDX analysis was performed on each of the first insulating layer 21, the second insulating layer 22, the first support layer 31, the second support layer 32, and the bonding layer 33, thereby performing a structural analysis of the composite substrate 110.

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。 The table in FIG. 10(a) shows the ratio of elemental components obtained from the EDX analysis results for each of the first functional layer 11, the second functional layer 12, the first support layer 31, the second support layer 32, and the bonding layer 33 in Example 1. In addition, the measurement results of the thickness of each layer are also shown for the second functional layer 12, the second support layer 32, and the bonding layer 33.

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。 From the table in FIG. 10(a), the rare gas Ar used in the FAB irradiation is contained in greater amounts in the second functional layer 12 and the second support layer 32 than in the first functional layer 11 and the first support layer 31. The content is also higher in the second support layer 32 than in the second functional layer 12. From these results, it can be seen that the second functional layer 12 and the second support layer 32 contain Ar resulting from the FAB irradiated in the activation process and the sputtering process, respectively, and that the second support layer 32 is irradiated with FAB for a longer time than the second functional layer 12, so that the second functional layer 12 contains more Ar. Note that in the table in FIG. 10(a), the first functional layer 11 and the first support layer 31 contain a small amount of Ar, but there may be cases where they do not contain any.

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。 On the other hand, in the table of FIG. 10(a), the Ar content in the bonding layer 33 is lower than that in the second functional layer 12 and the second support layer 32. This shows that the Ar irradiated as FAB in the sputtering process is not contained in significant amounts in the bonding layer 33, which corresponds to the sputtered film 30B.

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。 The table in FIG. 10(a) also shows that the bonding layer 33 contains more Al than the other layers. This is thought to be because in the sputtering process, the FAB is irradiated not only onto the semiconductor substrate 30A, but also onto the jig and base that secure the semiconductor substrate 30A, causing these components to become mixed into the bonding layer 33.

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。 The table in FIG. 10(b) shows the ratio of elemental components obtained from the EDX analysis results for each of the first insulating layer 21, the second insulating layer 22, the first supporting layer 31, the second supporting layer 32, and the bonding layer 33 in Example 3. In addition, for the second supporting layer 32 and the bonding layer 33, the measurement results of the thickness of each layer are also shown.

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。 In the insulating layer 20 of Example 3, unlike the functional substrate 10 of Example 1, both the first insulating layer 21 and the second insulating layer 22 are made of amorphous silicon oxide, so that the boundary between the first insulating layer 21 and the second insulating layer 22 is difficult to distinguish even when looking at the TEM observation photograph. Therefore, the thickness of the second insulating layer 22 is not listed in the table of FIG. 10(b). However, in the insulating layer 20 of Example 3, similar to the functional substrate 10 of Example 1, it is considered that the second insulating layer 22 made of an amorphous body containing a large amount of Ar, like the second functional layer 12, exists in the vicinity of the bonding layer 33 (for example, within a range of about several nm from the boundary surface with the bonding layer 33). Therefore, in the table of FIG. 10(b), the EDX analysis result for the insulating layer 20 near the boundary surface with the bonding layer 33 is shown as the EDX analysis result of the second insulating layer 22.

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。 10(a), the table in FIG. 10(b) shows that the rare gas Ar used in the FAB irradiation is contained in the second insulating layer 22 and the second supporting layer 32 in a larger amount than the first insulating layer 21 and the first supporting layer 31. The content of Ar is also higher in the second supporting layer 32 than in the second insulating layer 22. From these results, it can be seen that in Example 3 as well as in Example 1, the second insulating layer 22 and the second supporting layer 32 contain Ar resulting from the FAB irradiated in the activation process and the sputtering process, and the second insulating layer 22 contains more Ar because the second supporting layer 32 is irradiated with FAB for a longer time than the second insulating layer 22. In the table in FIG. 10(b), the first insulating layer 21 and the first supporting layer 31 contain a small amount of Ar, but there may be cases where they do not contain any Ar.

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。 On the other hand, in the table of FIG. 10(b), the content of Ar in the bonding layer 33 is lower than that in the second insulating layer 22 and the second support layer 32. This shows that, as in Example 1, in Example 3 as well, the Ar irradiated as FAB in the sputtering process is not contained in significant amounts in the bonding layer 33 corresponding to the sputtered film 30B.

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。 The table in Figure 10(b) also shows, as in the table in Figure 10(a), that for the reasons mentioned above, the bonding layer 33 contains more Al than the other layers.

(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。
(Relationship between bonding layer thickness and bonding strength)
Among the manufacturing parameters described in Example 3, the FAB irradiation time to the semiconductor substrate 30A in the sputtering process was changed, and the other parameters were kept the same as in Example 3. Using multiple composite substrates 110 each manufactured in this manner, the relationship between the thickness and bonding strength of the bonding layer 33 in the support substrate 30 was measured.

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。 Figure 11 is a table showing the relationship between the FAB irradiation time, the thickness of the bonding layer 33, and the bonding strength in the composite substrate 110. The table in Figure 11 shows the FAB irradiation time to the semiconductor substrate 30A in the activation process combined with the sputtering process, and the thickness and bonding strength of the bonding layer 33 of each composite substrate 110 produced when the FAB irradiation time to the functional substrate 10 and the semiconductor substrate 30A in the activation process is fixed at 15 seconds, and the FAB irradiation time to the semiconductor substrate 30A in the sputtering process is changed to 50 seconds, 90 seconds, 195 seconds, 285 seconds, and 585 seconds. Note that the case where the FAB irradiation time in the sputtering process is set to 285 seconds corresponds to the above-mentioned Example 3.

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。 From the table in Fig. 11, it can be seen that if the thickness of bonding layer 33 is 0.3 nm or more, the bonding strength is 1 J/m2 or more , and sufficient bonding strength can be obtained. In other words, in the composite substrate described in the above-mentioned Patent Document 1, a thickness of at least about 2 nm is required for the bonding layer to obtain a bonding strength of 1 J/m2 or more, whereas in the composite substrate 110 to which the present invention is applied, if the thickness of bonding layer 33 is 0.3 nm or more, a bonding strength equal to or greater than that of the composite substrate described in Patent Document 1 can be obtained. This point is similar to that of the other composite substrates 100, 120, and 130.

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。 From the viewpoint of shortening the manufacturing time in the sputtering process and miniaturizing the product, it is preferable to make the thickness of the bonding layer 33 as thin as possible, as long as sufficient bonding strength is obtained in the manufactured composite substrates 100 to 130. For example, if the maximum thickness of the bonding layer 33 is 3 nm, the above results indicate that the thickness of the bonding layer 33 in the composite substrates 100 to 130 can be set to 0.3 nm or more and 3 nm or less.

(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。
(Relationship between FAB irradiation time and bonding strength in activation process)
Among the manufacturing parameters described in Examples 1 and 2, the FAB irradiation time of the functional substrate 10 in the activation process was changed, and the other parameters were kept the same as in Examples 1 and 2. Using multiple composite substrates 100 each produced with these parameters, the relationship between the thickness of the bonding layer 33 in the support substrate 30 and the bonding strength was measured.

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。 Figure 12 is a table showing the relationship between the FAB irradiation time of the functional substrate 10 and the semiconductor substrate 30A in the composite substrate 100 and the bonding strength. The table in Figure 12 shows the FAB irradiation time of the semiconductor substrate 30A combined in the activation process and the sputtering process, and the bonding strength of each composite substrate 100 produced when the FAB irradiation time of the functional substrate 10 and the semiconductor substrate 30A in the activation process is changed to 15 seconds, 30 seconds, 300 seconds, and 510 seconds, and the FAB irradiation time of the semiconductor substrate 30A in the sputtering process is fixed at 90 seconds. Note that the cases where the FAB irradiation time in the sputtering process is 15 seconds and 30 seconds correspond to the above-mentioned Example 1 and Example 2, respectively.

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。 12, it can be seen that if the FAB irradiation time in the activation step is 300 seconds or less, the bonding strength is 1 J/ m2 or more, which is sufficient, while if the FAB irradiation time in the activation step exceeds 300 seconds, the bonding strength decreases. This is thought to be because the longer the FAB irradiation time of the functional substrate 10 in the activation step, the greater the surface roughness of the functional substrate 10 becomes, and if this surface roughness exceeds a certain level, it leads to a decrease in the bonding strength.

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。 The values of the FAB irradiation time, thickness of the bonding layer 33, and bonding strength shown in the tables of Figures 11 and 12 are merely examples. These values can change depending on the type of functional material or semiconductor material used in the functional substrate 10 or semiconductor substrate 30A, the FAB voltage, current, rare gas flow rate, etc. Therefore, for example, instead of adjusting the FAB irradiation time, it is also possible to form the bonding layer 33 with the desired thickness by adjusting the FAB voltage, current, rare gas flow rate, etc.

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。 The above-described embodiment of the present invention provides the following advantages:

(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。 (1) Composite substrates 100-130 have a functional substrate 10 made of a functional material, and a support substrate 30 made of a semiconductor material and bonded to the functional substrate 10 to support the functional substrate 10. The functional substrate 10 has a first layer (first functional layer 11 or first insulating layer 21) and a second layer (second functional layer 12 or second insulating layer 22) arranged closer to the support substrate 30 than the first layer and made of an amorphous body containing a rare gas. The support substrate 30 has a first support layer 31, a second support layer 32 arranged closer to the functional substrate 10 than the first support layer 31 and made of an amorphous body of a semiconductor material containing a rare gas, and a bonding layer 33 made of an amorphous body of a semiconductor material in contact with the functional substrate 10. In this way, it is possible to realize composite substrates 100-130 in which a functional substrate 10 and a support substrate 30 are bonded via a bonding layer 33, and which are capable of obtaining sufficient bonding strength even if the bonding layer 33 is thin.

(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。 (2) In the composite substrates 100, 120, the functional substrate 10 has a first functional layer 11 made of a crystalline functional material, and a second functional layer 12 made of an amorphous functional material and in contact with the bonding layer 33. In this configuration, the first layer is the first functional layer 11, and the second layer is the second functional layer 12. As a result, it is possible to realize the composite substrates 100, 120 that can obtain sufficient bonding strength even when the functional substrate 10 and the support substrate 30 are directly bonded without the insulating layer 20 between them.

(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。 (3) In the composite substrates 110 and 130, the functional substrate 10 is bonded to the support substrate 30 via an insulating layer 20 made of an insulating material, and the insulating layer 20 has a first insulating layer 21 made of an insulating material and a second insulating layer 22 made of an amorphous body of the insulating material and in contact with the bonding layer 33. In this configuration, the first layer is the first insulating layer 21, and the second layer is the second insulating layer 22. In this way, it is possible to realize the composite substrates 110 and 130 that can obtain sufficient bonding strength even when the functional substrate 10 and the support substrate 30 are bonded via the insulating layer 20.

(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。 (4) The thickness of the bonding layer 33 in the composite substrates 100 to 130 is preferably 0.3 nm or more and 3 nm or less. This allows shortening of the manufacturing time and miniaturization of the product while maintaining sufficient bonding strength.

(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。 (5) As shown in FIGS. 10(a) and 10(b), the bonding layer 33 contains a rare gas such as Ar, and the content of the rare gas in the bonding layer 33 is less than the content of the rare gas in the second support layer 32. The bonding layer 33 may also contain a metal element such as Al. In this way, the surface of the semiconductor substrate 30A is irradiated with FAB to bond the functional substrate 10 and the semiconductor substrate 30A using the sputtered film 30B formed on the surface of the functional substrate 10 as the bonding layer 33, and the composite substrates 100 to 130 can be produced using the semiconductor substrate 30A as the support substrate 30.

(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。 (6) As shown in FIG. 10(a), the first functional layer 11 contains a rare gas such as Ar or does not contain a rare gas. When the first functional layer 11 contains a rare gas, the content of the rare gas in the first functional layer 11 is less than the content of the rare gas in the second functional layer 12. The content of the rare gas in the second functional layer 12 is also less than the content of the rare gas in the second support layer 32. In this way, the surface of the functional substrate 10 before bonding is activated by irradiating the surface of the functional substrate 10 with FAB, and then the functional substrate 10 and the semiconductor substrate 30A are bonded to produce the composite substrates 100, 120.

(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。 (7) As shown in FIG. 10(b), the first insulating layer 21 contains a rare gas such as Ar or does not contain a rare gas. When the first insulating layer 21 contains a rare gas, the content of the rare gas in the first insulating layer 21 is less than the content of the rare gas in the second insulating layer 22. The content of the rare gas in the second insulating layer 22 is less than the content of the rare gas in the second support layer 32. In this way, the surface of the insulating layer 20 is activated by irradiating the surface of the functional substrate 10 before bonding on which the insulating layer 20 is formed with FAB, and then the insulating layer 20 and the semiconductor substrate 30A are bonded to produce the composite substrates 110 and 130.

(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。 (8) As shown in Figures 10(a) and (b), the first support layer 31 contains a rare gas such as Ar or does not contain a rare gas, and when the first support layer 31 contains a rare gas, the content of the rare gas in the first support layer 31 is lower than the content of the rare gas in the second support layer 32. In this way, the functional substrate 10 and the semiconductor substrate 30A can be bonded after FAB irradiation is performed on the surface of the semiconductor substrate 30A, and the composite substrates 100 to 130 can be produced using the semiconductor substrate 30A as the support substrate 30.

(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。 (9) The manufacturing method of the composite substrate 100, 120 including the functional substrate 10 made of a functional material and the support substrate 30 made of a semiconductor material and supporting the functional substrate 10 includes an activation step (FIG. 2(b)) in which the surface of the functional substrate 10 and the surface of the semiconductor substrate 30A made of a semiconductor material are irradiated with FAB so that at least a part of the irradiation time of each overlaps, a sputtering step (FIG. 2(c)) that is performed following the activation step, in which the irradiation of FAB to the surface of the functional substrate 10 is stopped and then the irradiation of FAB to the surface of the semiconductor substrate 30A is continued to sputter the semiconductor material onto the surface of the functional substrate 10, and a bonding step (FIG. 3(d)) in which the functional substrate 10 on which the semiconductor material has been sputtered by the sputtering step and the semiconductor substrate 30A are bonded to obtain a bonded body. In this way, the semiconductor substrate 30A and the sputtered film 30B are integrated to form the support substrate 30, and the composite substrate 100, 120 can be produced.

(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。 (10) A manufacturing method for composite substrates 110, 130 including a functional substrate 10 made of a functional material and a support substrate 30 made of a semiconductor material and supporting the functional substrate 10 includes an insulating layer formation process (FIG. 5(b)) for forming an insulating layer 20 made of an insulating material on the surface of the functional substrate 10, an activation process (FIG. 5(c)) for irradiating the surface of the insulating layer 20 and the surface of a semiconductor substrate 30A made of a semiconductor material with FAB so that at least a portion of the irradiation time of each overlaps, a sputtering process (FIG. 5(d)) that is performed following the activation process, in which after stopping the irradiation of the FAB on the surface of the insulating layer 20, the irradiation of the FAB on the surface of the semiconductor substrate 30A is continued to sputter a semiconductor material onto the surface of the insulating layer 20, and a bonding process (FIG. 6(e)) for bonding the functional substrate 10 and the semiconductor substrate 30A through the insulating layer 20 onto which the semiconductor material has been sputtered by the sputtering process to obtain a bonded body. In this way, the functional substrate 10 and the support substrate 30 can be bonded via the insulating layer 20 to produce the composite substrates 110, 130.

(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。 (11) In the sputtering process of FIG. 2(c) and FIG. 5(d), it is preferable to form the sputtered film 30B with a thickness of 0.3 nm or more and 3 nm or less. In this way, it is possible to produce composite substrates 100-130 that can shorten the manufacturing time and reduce the product size while maintaining sufficient bonding strength.

(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。 (12) The functional substrate 10 and the semiconductor substrate 30A may be placed in a vacuum chamber in which a first FAB gun and a second FAB gun are installed. In the activation process of FIG. 2(b) and FIG. 5(c), a rare gas such as Ar may be supplied to the first FAB gun and the second FAB gun, respectively, and the rare gas FAB may be irradiated from the first FAB gun to the surface of the functional substrate 10 or the insulating layer 20, and may be irradiated from the second FAB gun to the surface of the semiconductor substrate 30A. In addition, in the sputtering process of FIG. 2(c) and FIG. 5(d), the irradiation of the FAB from the first FAB gun to the surface of the functional substrate 10 or the insulating layer 20 may be stopped while the supply of the rare gas to the first FAB gun is continued. In this way, the activation process can be properly performed on the functional substrate 10 and the semiconductor substrate 30A, and the sputtering process can be properly performed on the semiconductor substrate 30A, thereby making it possible to produce the composite substrates 100-130.

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。 In each embodiment of the present invention described above, the first FAB gun irradiates the surface of the functional substrate 10 or the insulating layer 20 with FAB, and the second FAB gun irradiates the surface of the semiconductor substrate 30A with FAB simultaneously. This makes it possible to prevent impurities such as an oxide film formed on the surface of the semiconductor substrate 30A from adhering to the surface of the functional substrate 10 or the insulating layer 20. However, the present invention is not limited to this. For example, a method may be adopted in which the first FAB gun first starts FAB irradiation on the functional substrate 10 side, and then the second FAB gun starts FAB irradiation on the semiconductor substrate 30A side with a delay of a predetermined time, and then the FAB irradiation on the functional substrate 10 side is stopped first. In this way, the same effect as described above can be obtained.

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。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented using any components without departing from the spirit of the invention.

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。 The above embodiments and modifications are merely examples, and the present invention is not limited to these contents as long as the characteristics of the invention are not impaired. In addition, although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other aspects that are conceivable within the scope of the technical concept of the present invention are also included within the scope of the present invention.

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
10: Functional substrate 11: First functional layer 12: Second functional layer 20: Insulating layer 21: First insulating layer 22: Second insulating layer 30: Support substrate 30A: Semiconductor substrate 30B: Sputtered film 31: First supporting layer 32: Second supporting layer 33: Bonding layer 40: Bonding interface 50: Ridge portion 100, 110, 120, 130: Composite substrate

Claims (17)

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。
A functional substrate made of a functional material;
a support substrate made of a semiconductor material and bonded to the functional substrate to support the functional substrate;
the functional substrate includes a first functional layer made of a crystal of the functional material , and a second functional layer arranged closer to the support substrate than the first functional layer and made of an amorphous body of the functional material containing a rare gas;
the support substrate includes a first support layer, a second support layer disposed closer to the functional substrate than the first support layer and made of an amorphous body of the semiconductor material containing the rare gas, and a bonding layer in contact with the functional substrate and made of an amorphous body of the semiconductor material;
the bonding layer contains the rare gas;
A composite substrate, wherein the bonding layer has a lower content of the rare gas than the second support layer .
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。
A functional substrate made of a functional material;
a support substrate made of a semiconductor material and bonded to the functional substrate to support the functional substrate;
the functional substrate is bonded to the support substrate via an insulating layer made of an insulating material;
the support substrate includes a first support layer, a second support layer that is disposed closer to the functional substrate than the first support layer and is made of an amorphous body of the semiconductor material containing a rare gas, and a bonding layer that is in contact with the insulating layer and is made of an amorphous body of the semiconductor material;
the insulating layer includes a first insulating layer made of the insulating material, and a second insulating layer made of an amorphous body of the insulating material and in contact with the bonding layer;
the bonding layer contains the rare gas;
A composite substrate, wherein the bonding layer has a lower content of the rare gas than the second support layer .
請求項または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。
The composite substrate according to claim 1 or 2 ,
The thickness of the bonding layer is 0.3 nm or more and 3 nm or less.
請求項または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。
The composite substrate according to claim 1 or 2 ,
The bonding layer comprises a metal element.
請求項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。
2. The composite substrate according to claim 1 ,
the first functional layer contains the rare gas or does not contain the rare gas;
A composite substrate, wherein when the first functional layer contains the rare gas, the content of the rare gas in the first functional layer is lower than the content of the rare gas in the second functional layer.
請求項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。
The composite substrate according to claim 5 ,
A composite substrate, wherein the content of the rare gas in the second functional layer is lower than the content of the rare gas in the second support layer.
請求項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。
The composite substrate according to claim 2 ,
the first insulating layer contains the rare gas or does not contain the rare gas;
A composite substrate, wherein when the first insulating layer contains the rare gas, the content of the rare gas in the first insulating layer is lower than the content of the rare gas in the second insulating layer.
請求項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。
The composite substrate according to claim 7 ,
A composite substrate, wherein the content of the rare gas in the second insulating layer is less than the content of the rare gas in the second support layer.
請求項または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。
The composite substrate according to claim 1 or 2 ,
the first support layer contains the rare gas or does not contain the rare gas;
A composite substrate, wherein when the first support layer contains the rare gas, the content of the rare gas in the first support layer is lower than the content of the rare gas in the second support layer.
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。
A method for manufacturing a composite substrate including a functional substrate made of a functional material and a support substrate made of a semiconductor material and supporting the functional substrate, comprising:
an activation step of irradiating a surface of the functional substrate and a surface of a semiconductor substrate made of the semiconductor material with a fast atomic beam so that the irradiation times of the fast atomic beams overlap at least partially;
a sputtering step, which is carried out following the activation step, in which, after stopping the irradiation of the surface of the functional substrate with the fast atomic beam, the irradiation of the surface of the semiconductor substrate with the fast atomic beam is continued to sputter the semiconductor material onto the surface of the functional substrate;
a bonding step of bonding the functional substrate on which the semiconductor material has been sputtered in the sputtering step to the semiconductor substrate to obtain a bonded body.
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。
A method for manufacturing a composite substrate including a functional substrate made of a functional material and a support substrate made of a semiconductor material and supporting the functional substrate, comprising:
an insulating layer forming step of forming an insulating layer made of an insulating material on a surface of the functional substrate;
an activation step of irradiating a surface of the insulating layer and a surface of a semiconductor substrate made of the semiconductor material with a fast atomic beam so that the irradiation times of the fast atomic beams overlap at least partially;
a sputtering step, which is carried out following the activation step, in which, after stopping the irradiation of the surface of the insulating layer with the fast atomic beam, the irradiation of the surface of the semiconductor substrate with the fast atomic beam is continued to sputter the semiconductor material onto the surface of the insulating layer;
a bonding step of bonding the functional substrate and the semiconductor substrate via the insulating layer on which the semiconductor material is sputtered in the sputtering step to obtain a bonded body.
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。
The method for producing a composite substrate according to claim 10 ,
In the sputtering step, a sputtered film made of an amorphous body of the sputtered semiconductor material is formed on the surface of the functional substrate to a thickness of 0.3 nm or more and 3 nm or less.
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。
The method for producing a composite substrate according to claim 11 ,
In the sputtering step , a sputtered film made of an amorphous body of the sputtered semiconductor material is formed on the surface of the insulating layer to a thickness of 0.3 nm or more and 3 nm or less.
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。
The method for producing a composite substrate according to claim 10 ,
the functional substrate and the semiconductor substrate are placed in a vacuum chamber in which a first fast atom beam gun and a second fast atom beam gun are installed;
In the activation step, a rare gas is supplied to each of the first high-speed atom beam gun and the second high-speed atom beam gun, and the high-speed atomic beam of the rare gas is irradiated from the first high-speed atom beam gun onto the surface of the functional substrate , and is irradiated from the second high-speed atom beam gun onto the surface of the semiconductor substrate;
a first high-speed atomic beam gun that is adapted to supply a rare gas to the first high-speed atomic beam gun and a second high-speed atomic beam gun that is adapted to supply a rare gas to the first high-speed atomic beam gun ;
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。
The method for producing a composite substrate according to claim 11 ,
the functional substrate and the semiconductor substrate are placed in a vacuum chamber in which a first fast atom beam gun and a second fast atom beam gun are installed;
In the activation step, a rare gas is supplied to each of the first high-speed atom beam gun and the second high-speed atom beam gun, and the high-speed atom beam generated by the rare gas is irradiated onto the surface of the insulating layer from the first high-speed atom beam gun and onto the surface of the semiconductor substrate from the second high-speed atom beam gun;
a first high-speed atom beam gun that is adapted to supply a rare gas to the first high-speed atom beam gun and a second high-speed atom beam gun that is adapted to supply a rare gas to the first high-speed atom beam gun;
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。
The method for producing a composite substrate according to claim 14 ,
a first high-speed atomic beam gun for irradiating a surface of the functional substrate with the high-speed atomic beam, and a second high-speed atomic beam gun for irradiating a surface of the semiconductor substrate with the high-speed atomic beam, the second high-speed atomic beam gun for irradiating a surface of the functional substrate with the high-speed atomic beam, the second high-speed atomic beam gun for irradiating a surface of the semiconductor substrate with the high-speed atomic beam,
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。
The method for producing a composite substrate according to claim 15,
a first high-speed atomic beam gun for irradiating a surface of the insulating layer with the high-speed atomic beam and a second high-speed atomic beam gun for irradiating a surface of the semiconductor substrate with the high-speed atomic beam, the second high-speed atomic beam gun being capable of irradiating the surface of the insulating layer with the high-speed atomic beam.
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