硅基材的接合方法、液滴噴頭、液滴噴出裝置及電子器件的制作方法

專利名稱：硅基材的接合方法、液滴噴頭、液滴噴出裝置及電子器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及硅基材的接合方法、液滴噴頭、液滴噴出裝置及電子器件。
背景技術：
目前，作為接合兩片硅基板(硅基材)的方法，已知有不使用粘接劑而
使晶片之間直接接合的晶片直接接合(Wafer Direct Bonding)。
晶片直接接合例如在將兩片硅基板清洗之后，通過對它們分別進行表 面處理而在表面上密接多個羥基。而且，通過在使硅基板之間重合的同時 進行100(TC左右的熱處理而進行接合。
使密接了羥基的硅基板的表面之間重合并進行熱處理時，存在于該表 面的Si-OH之間反應，形成Si-O-Si鍵。由此，硅基板之間牢固接合。在 該晶片直接接合中，由于未使用粘接劑，因此不存在粘接劑露出等問題， 可以以簡單的工序使硅基板之間精度良好地接合。由此，可以期待應用于 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)的組裝、半導體元件及各種封裝
，7
然而，由于在目前的晶片直接接合中，需要進行100(TC左右的熱處理， 因此，在硅基板上嵌入電路或可動構造等的情況下，由這些熱導致的損傷 成為問題。
因此，提出了一種接合方法，其通過使用等離子產生裝置的氧等離子 對兩片硅基板中的至少一方的表面實施親水化處理，使該親水化的面之間 重合，同時，在200 450。C的溫度下進行熱處理，使兩片硅基板接合(例如， 參照專利文獻1。)。
然而，在上述接合方法中，主要通過Si-O-Si鍵接合兩片硅基板。因 此，不能得到充分的接合強度。另外，在接合界面化學鍵不連續，隨之， 機械特性、電特性及化學特性在接合界面也不連續。
因此，例如在接合p型硅基板和n型硅基板而制作半導體元件的情況下，可能會使兩片硅基板間的接合界面的主要基于Si-O-Si鍵的接觸電阻 明顯化、使半導體元件的特性降低。
專利文獻1:日本特開平5-82404號公報

發明內容
本發明的目的在于，提供即使不在高溫下進行熱處理也可以精度良好 地使硅基材之間牢固接合的硅基材的接合方法，使用該接合方法制造的可 靠性高的液滴噴頭及液滴噴出裝置，以及使用所述硅基材的接合方法制造 的電子器件。
為了達成所述目的，本發明為一種硅基材的接合方法，其特征在于，
具有
第一工序，準備在表面具有Si-H鍵的第一硅基材，對所述表面賦予 能量，選擇性地切斷所述Si-H鍵，從而使所述表面露出硅的未結合鍵；
第二工序，準備表面露出硅的未結合鍵的第二硅基材，使露出所述硅 的未結合鍵的所述第一硅基材的表面和所述第二硅基材的所述表面密接， 從而使兩者接合。
根據這樣的本發明，即使在高溫下進行熱處理，也可以使硅基材之間 精度良好地牢固接合。
另外，在本發明的硅基材的接合方法中，在所述第一工序中，優選所 述對第一硅基材的表面賦予能量是通過照射激光來進行的。
由此，可以可靠地防止第一硅基材的變質、劣化，同時，選擇性地有 效地切斷Si-H鍵。
另外，在本發明的硅基材的接合方法中，所述激光優選為脈沖激光。
由此，由于第一硅基材的被激光照射的部分經時難以積蓄熱量，因此， 可以可靠地防止由積蓄的熱量引起的第一硅基材的變質、劣化。其結果， 可以防止積蓄在第一硅基材的內部的熱量帶來的影響。
另外，在本發明的硅基材的接合方法中，優選調整對所述第一硅基材 的表面照射的激光的條件，以使被所述激光照射的部分的溫度成為常溫 ~600。C。
由此，在照射激光的部分，可以幾乎不切斷Si-Si鍵而可選擇性地只切斷Si-H鍵。
另外，在本發明的硅基材的接合方法中，在所述的第一工序中，優選 所述對第一硅基材的表面賦予能量是通過加熱所述第一硅基材來進行的。 由此，可以不需要高價的設備等而可簡單地賦予能量。 另外，在本發明的硅基材的接合方法中，所述加熱第一硅基材時的溫
度優選為200 600°C。
由此，可以選擇性地只切斷Si-H鍵。
另外，在本發明的硅基材的接合方法中，所述在表面具有Si-H鍵的 第一硅基材優選為對包含硅的基材的表面實施利用含氫氟酸液體進行的 蝕刻而成的硅基材。
這樣的含氫氟酸液體相對于硅，對氧化硅的蝕刻選擇比極高。因此， 通過使用含氫氟酸液體作為蝕刻液，可以防止基材的母材劣化，同時，可 以選擇性地除去形成于基材的氧化硅，使硅的未結合鍵露出于表面。
另外，在本發明的硅基材的接合方法中，包含所述硅的基材優選使用 硅烷系氣體作為原料氣體、通過CVD法來形成。
由此，可以有效地制作包含氫化非晶硅的第一硅基材。
另外，在本發明的硅基材的接合方法中，優選所述第一工序及所述第 二工序在惰性氣體氛圍中或者減壓氛圍中進行。
由此，可以可靠地防止所述第一硅基材的所述表面或所述第二硅基材 的所述表面被污染或密接大氣中的氧及水分等而使所述各表面被氧化。其 結果，可以防止露出于各表面的未結合鍵被氧及羥基等不得己地封端化。 另外，在本發明的硅基材的接合方法中，優選以使露出所述硅的未 結合鍵的所述第一硅基材的表面和所述第二硅基材的所述表面密接的狀 態，加熱兩者。
由此，可以在縮短接合所需時間的同時，進一步提高接合體的接合強度。
另外，在本發明的硅基材的接合方法中，所述熱處理的溫度優選為 40~200。C。
由此，可以防止第一硅基材及第二硅基材發生由熱導致的變質、劣化， 并且在充分縮短接合所需時間的同時，進一步提高接合體的接合強度。另外，在本發明的硅基材的接合方法中，以使露出所述硅的未結合鍵 的所述第一硅基材的表面和所述第二硅基材的所述表面密接的狀態，向兩 者相互靠近方向加壓。
由此，可以進一步提高接合體的接合強度。
另外，在本發明的硅基材的接合方法中，所述加壓時的壓力優選為
1 1000MPa。
由此，可以在防止產生各硅基材發生損傷等的同時，可靠地提高接合 體的接合強度。
另外，在本發明的硅基材的接合方法中，所述硅的未結合鍵露出于表 面的第二硅基材優選通過對包含硅的基材的表面實施利用含氫氟酸液體 進行的蝕刻，在所述表面密接Si-H鍵后，對所述表面賦予能量，從而選 擇性地切斷所述Si-H鍵而得到。
由此，可以與第一硅基材及第二硅基材各自的結晶結構及組成無關地 得到接合體。
為了達成所述目的，本發明提供一種液滴噴頭，其具備接合兩個硅基 材而成的接合體，其特征在于，該接合體使用本發明的硅基材的接合方法 進行制造。
根據這樣的本發明，可以得到可靠性高的液滴噴頭。 為了達成所述目的，本發明提供一種液滴噴出裝置，其特征在于，具
備本發明的液滴噴頭。
根據這樣的本發明，可以得到可靠性高的液滴噴出裝置。 為了達成所述目的，本發明提供一種電子器件，其具備接合兩個硅基
材而成的接合體，其特征在于，該接合體使用本發明的硅基材的接合方法
制造的。
根據這樣的本發明，可以得到可靠性高的電子器件。


圖1是用于說明本發明的硅基材的接合方法的實施方式的示意圖(縱 向剖面圖)。
圖2是用于說明本發明的硅基材的接合方法的實施方式的示意圖(縱向剖面圖)。
圖3是表示使用本發明的硅基材的接合方法而得到的二極管的示意圖 (縱向剖面圖)。
圖4是表示使用本發明的硅基材的接合方法而得到的噴墨式記錄頭 (液滴噴頭)的分解立體圖。
圖5是表示圖4所示的噴墨式記錄頭的主要部分的構成的剖面圖。 圖6是表示具備圖4所示的噴墨式記錄頭的噴墨打印機的實施方式的 概略圖。
圖7是表示使用本發明的硅基材的接合方法而得到的電子器件的縱向 剖面圖。
具體實施例方式
下面，基于附圖所示的優選的實施方式對本發明的硅基材的接合方 法、液滴噴頭、液滴噴出裝置及電子器件進行詳細說明。 <硅基材的接合方法>
首先，對本發明的硅基材的接合方法進行說明。
圖1或圖2是分別用于對本發明的硅基材的接合方法的實施方式進行 說明的示意圖(縱向剖面圖)。另外，在下面的說明中，將圖1或圖2中的 上側稱為"上"，將下側稱為"下"。
本發明的硅基材的接合方法是使兩片硅基材(第一硅基材和第二硅基 材)的表面之間相互直接接觸的接合方法。
該方法具有以下工序[l]準備在表面具有Si-H鍵的第一硅基材，使 其表面露出硅的未結合鍵而活化的活化工序(第一工序)；[2]準備表面露出 硅的未結合鍵的第二硅基材，使第一硅基材的表面和第二硅基材的表面密 接，從而使第一硅基材的表面和第二硅基材接合的接合工序(第二工序)。 下面，對這些工序進行詳細敘述。活化工序(第一工序)
在本實施方式中，[l-l]首先，準備包含硅的基材，[l-2]對該基材的表 面實施利用含氫氟酸液體進行的蝕刻。[l-3]接著，對實施了蝕刻的基材的 表面賦予能量，使硅的未結合鍵露出于表面而活化。下面，依次對本工序
8進行說明。 [1-1]
這里準備的圖l(a)所示的基材11的構成材料可以舉出例如非晶硅、單 晶硅、多晶硅之類的結晶硅等。
其中，非晶硅可以使用通過例如蒸鍍法、濺射法、等離子CVD法和 熱CVD法之類的各種CVD法制造的非晶硅。
另外，使用硅垸(SiH4)、乙硅烷(Si2H6傳硅烷系氣體作為原料氣體、
通過CVD法制造的氫化非晶硅特別優選用作構成基材1的材料。通過該 方法制作的氫化非晶硅是硅原子不具有結晶結構之類的長程有序性且無 秩序地排列而成的材料。根據使用硅烷的CVD法，可以有效地制作包含 氫化非晶硅的基材ll(第一硅基材)。
另外，通過經由掩膜等進行CVD法，可以選擇性地只在所希望的區 域內使氫化非晶硅成膜。由此，也具有可以容易地制作形成所希望的形狀 的基材ll的優點。
另外，也可以不使用掩膜等地使氫化非晶硅在較寬的面積成膜后，組 合光刻技術及蝕刻技術將該膜圖案化。通過該方法也可以容易地制作形成 所希望的形狀的基材ll。
另外，氫化非晶硅中的氫含有率優選為0.5 20atm。/o的程度，更優選 為1 15atm。/。的程度。通過將氫化非晶硅的氫含有率設定在上述范圍內， 可以防止基材11的機械特性降低。
另外，在氫含有率高于上述上限值的情況下，氫化非晶硅可能脆化而 使機械性降低。另外，由于氫含有率過高，因此，這樣的氫化非晶體可能 難以以現在的成膜技術設定制作條件，缺乏量產性。
在氫化非晶硅通過等離子CVD成膜的情況下，氫化非晶硅中的氫含 有率可以通過適當設定原料氣體的組成、流量、等離子的輸出功率、等離 子CVD裝置的室內壓力、成膜溫度等各種參數進行控制。
另一方面，結晶硅為具有金剛石型結構的晶質材料。
結晶硅中，對于單晶硅，材料整體中的硅原子有規則地排列。相對于 此，多晶硅是具有不同的面方位的單晶硅的晶粒集合而成的材料。
另外，在基材11中，根據需要，可以添加p型摻雜劑及n型摻雜劑
9等。由此，可以控制基材ll的電特性。
另外，通常，在基材11中，如圖l(a)所示，在包含硅材料的母材12
的表面形成有包含氧化硅的氧化膜13。該氧化膜13是由于大氣中的氧及 水分等的影響在母材12的表面自然形成的。 [1-2]
接著，如圖l(b)所示，對準備的基材11的表面實施利用含氫氟酸液 體20進行的蝕刻。
含氫氟酸液體20是氫氟酸系蝕刻液，可以舉出例如氫氟酸(HF)溶液、 緩沖氫氟酸(氫氟酸和氟化銨(NH4F)的混合液)等。這樣的含氫氟酸液體20 相對于硅，對氧化硅的蝕刻選擇比極高。因此，通過使用含氫氟酸液體20 作為蝕刻液，可以防止硅基材ll的母材12劣化，同時，可以選擇性地除 去形成于硅基材11上的氧化硅。g卩，如上所述，對于基材ll，由于大氣 中的氧及水分的影響而在表面形成包含氧化硅的氧化膜13，通過使用含氫 氟酸液體20的蝕刻，可以選擇性地只除去該氧化膜13。
另外，通過實施利用含氫氟酸液體20進行的蝕刻，可以提高基材1 l(母 材12)的表面的平滑性。由此，在后述的工序中，使得到的兩個硅基材之 間密接時，密接的表面的密接性提高。由此，可以使兩個硅基材之間高強 度且高精度地進行接合。
除去表面的氧化膜13時，在母材12的表面14露出硅的未結合鍵。 然而，如圖l(c)所示，含氫氟酸液體20中的氫離子與該硅的未結合鍵瞬 時鍵合而被封端化。由此，得到表面14具有Si-H鍵的第一硅基材l。
另外，露出于表面14的硅的未結合鍵被封端化時，第一硅基材1的 表面14的化學性質穩定。因此，即使放置于大氣中，也可以防止在第一 硅基材1的表面14形成氧化膜。即，可以保持在表面14高密度地形成Si-H 鍵的狀態。因此，在該狀態下，可以短時間(l小時程度)地保存在大氣中。
另外，在長時間保存在表面14具有Si-H鍵的第一硅基材1的情況下，
其保存環境(氛圍)優選為氮氣、氬氣之類的惰性氣體氛圍或減壓氛圍。由 此，即使為超過幾個小時的長時間，也可以維持存在于表面14的Si-H鍵 穩定。 [1-3]接著，實施蝕刻，對露出Si-H鍵的第一硅基材1的表面14賦予能量。
作為賦予能量的方法，可以舉出例如照射能量線的方法、加熱第一硅 基材1的方法等。根據前者的方法，可以對希望的區域賦予希望的能量。 另外，根據后者的方法，可以不需要高價的設備等地簡單地賦予能量。下 面，對各方法進行詳細敘述。
首先，作為照射的能量線，可以舉出例如紫外光、激光之類的光、 電子射線、粒子射線等。其中，照射的能量線優選為激光或者紫外光(參 照圖l(d))。通過激光，可以可靠地防止第一硅基材1變質、劣化，同時， 可以選擇性地有效地切斷Si-H鍵。另外，通過紫外光，可以用紫外燈這 樣的比較簡單的設備廣范圍地選擇性地有效地切斷Si-H鍵。
在此，作為激光，可以舉出例如準分子激光之類的脈沖振動激光(脈 沖激光)、二氧化碳激光、半導體激光之類的連續振動激光等。
其中，在本實施方式中，優選使用脈沖激光。對于脈沖激光，由于在 第一硅基材1的被激光照射的部分經時難以積蓄熱量，因此可以可靠地防 止由積蓄的熱量引起的第一硅基材l的變質、劣化。即，通過脈沖激光， 可以防止積蓄在第一硅基材1的內部的熱量帶來的影響。
另外，在考慮熱量的影響的情況下，脈沖激光的脈沖幅度優選盡可能
短。具體而言，脈沖幅度優選在lps(皮秒)以下，更優選在500fs(飛秒)以
下。如果脈沖幅度在上述范圍內，則可以大體上抑制伴隨激光照射而在第 一硅基材l產生的熱量的影響。另外，脈沖幅度比上述范圍內程度小的脈 沖激光被稱為"飛秒激光"。
另夕卜，激光的波長沒有特別限定，例如，優選為200 1200畫的程度， 更優選為400 1000nm的程度。
另外，為脈沖激光的情況下，激光的最高輸出功率根據脈沖幅度而不 同，優選為0.1 10W的程度，更優選為1 5W的程度。
進而，脈沖激光的重復頻率優選為0.1 100kHz的程度，更優選為 1 10kHz的程度。通過將脈沖激光的頻率設定在上述范圍內，使照射激光 的部分的溫度顯著上升，可以在防止Si-Si鍵被切斷的同時，可靠地切斷 Si-H鍵。
另外，這樣的激光的各種條件優選以被激光照射的部分的溫度優選為常溫(室溫) 60(TC的程度、更優選為200 60(TC的程度、進一步優選為 300 40(TC的程度的方式適當調整。由此，在被激光照射的部分，可以幾 乎不切斷Si-Si鍵地選擇性地只切斷Si-H鍵。另外，特別是在第一硅基材 1包含非晶硅的情況下，可以可靠地防止溫度變得過高而導致非晶硅結晶 化。
另外，照射在第一硅基材1上的激光優選以使其焦點與第一硅基材1 的表面14對合的狀態沿該表面14進行掃描。由此，通過激光的照射產生 的熱量局部地積蓄于表面14附近。其結果，可以選擇性地切斷沿第一硅 基材1的表面14存在的Si-H鍵。
使用紫外光作為照射的能量線的情況下，紫外光的波長優選為 150~300nm的程度，更優選為160 200nm的程度。
另外，照射紫外光的時間沒有特別限定，優選為0.5 30分鐘的程度， 更優選為1 10分鐘的程度。
另一方面，在加熱第一硅基材1的情況下，加熱溫度優選為200 600 r的程度，更優選為300 40(TC的程度。由于Si-H鍵的鍵能比Si-Si鍵的 鍵能小，因此，通過將第一硅基材l的加熱溫度設定在上述范圍內，可以 選擇性地切斷Si-H鍵。
切斷表面14的Si-H鍵時，如圖2(e)所示，硅的未結合鍵15露出于第 一硅基材1的表面14。
由此，根據本發明，如果對具有Si-H鍵且處于化學性質穩定狀態的 表面14賦予能量，則可以在極短時間內使硅的未結合鍵15露出于表面14 而活化。因此，如果在進行后述的接合工序之前進行本工序，則可以抑制 表面14的污染及氧化膜的生成。
另外，在本實施方式中，對通過對包含硅的基材的表面實施利用含氫 氟酸液體進行的蝕刻而制作在表面14具有Si-H鍵的第一硅基材1的例子 進行了說明，但這種表面14具有Si-H鍵的第一硅基材1不限定于通過上 述方法制作，也可以通過其它方法制作。接合工序(第二工序)
在本工序中，[2-l]首先，與所述工序[l]同樣操作，得到在表面露出硅 的未結合鍵的第二硅基材2。 [2-2]然后，使第一硅基材1和第二硅基材2
12重合，以使第一硅基材1的表面14與準備的第二硅基材2的表面接觸。 下面，依次對本工序進行說明。
首先，準備基材(未圖示)。該基材與上述工序[l]的基材ll同樣，包含 非晶硅或結晶硅等。
接著，對于該基材，與上述工序[l]同樣操作，通過對表面實施蝕刻后， 賦予能量，如圖2(f)所示，得到在表面24露出硅的未結合鍵25的第二硅 基材2。
在此，對基材的蝕刻優選實施利用含氫氟酸液體進行的蝕刻。由此， 可以可靠地除去形成于基材表面的氧化膜。另外，可以使用與上述工序[l] 的含氫氟酸液體20相同的含氫氟酸液體。
除去表面的氧化膜時，硅的未結合鍵露出。然而，該含氫氟酸液體中 的氫離子與該硅的未結合鍵瞬時鍵合而被封端化。由此，得到表面具有 Si-H鍵的第二硅基材。
對基材的表面賦予能量時，Si-H鍵被選擇性地切斷，露出上述未結合 鍵25。
另外，在本實施方式中，對通過在對包含硅的基材的表面實施利用含 氫氟酸液體進行的蝕刻后，通過對表面賦予能量而選擇性地切斷Si-H鍵， 從而制作在表面露出未結合鍵的第二硅基材的例子進行了說明，但這種在 表面露出硅的未結合鍵的第二硅基材不限定用上述方法制作，也可以用其 它方法制作。
接著，使第一硅基材1和第二硅基材2重合，以使上述工序[l]得到的 第一硅基材1的表面14與準備的第二硅基材2的表面24接觸(參照圖2(f))。 由此，露出于第一硅基材1的表面14的硅的未結合鍵15與露出于第二硅 基材2的表面24的硅的未結合鍵25鍵合，形成Si-Si鍵。其結果，第一 硅基材1和第二硅基材2接合，得到如圖2(g)所示的接合體3。由此得到 的接合體3為第一硅基材1和第二硅基材2高強度且高密度地接合的接合 體。
在此，以如上所述使第一硅基材1和第二硅基材2重合的狀態，根據
13需要加熱第一硅基材1及第二硅基材2。由此，可以縮短接合所需時間， 同時，可以進一步提高接合體3的接合強度。
另夕卜，加熱溫度優選為40 20(TC的程度，更優選為50 15(TC的程度。 由此，可以防止第一硅基材1及第二硅基材2發生由熱導致的變質、劣化， 并且縮短接合所需時間，同時，進一步提高接合體3的接合強度。
另外，以如上所述使第一硅基材1和第二硅基材2重合的狀態，根據 需要，向使第一硅基材1及第二硅基材2相互靠近的方向加壓。由此，可 以進一步提高接合體3的接合強度。
此時，加壓接合體3時的壓力根據各硅基材1、 2的構成材料及厚度 等稍有不同，優選為1 1000MPa的程度，更優選為1 10MPa的程度。通 過將加壓時的壓力設定在上述范圍內，可以防止各硅基材1、 2發生損傷 等，同時，可靠地提高接合體3的接合強度。
另夕卜，優選上述加熱和加壓同時進行。由此，可以相輔地發揮加熱的 效果和加壓的效果，可以特別提高接合體3的接合強度。
另外，如上所述的工序[l]、 [2]優選在氮氣、氬氣之類的惰性氣體氛圍 中或者減壓氛圍中進行。由此，可以可靠地防止第一硅基材1的表面14 及第二硅基材2的表面24被污染或密接大氣中的氧及水分等而氧化表面 14及表面24。其結果，可以防止露出于表面14的未結合鍵15及露出于 表面24的未結合鍵25被氧及羥基等不得己地封端化(惰性化)。
另外，在硅的未結合鍵15露出的表面14，該狀態(活性狀態)經時變 緩和。由此，在上述工序[l-3]中，使硅的未結合鍵15在第一硅基材1的 表面14露出后，要求盡可能早地進行本工序[2-2]。另外，同樣，在上述 工序[2-l]中，使硅的未結合鍵25露出于第二硅基材2的表面24后，要求 盡可能早地進行本工序[2-2]。
具體而言，完成上述工序[l-3]及上述工序[2-l]后，優選在5分鐘內進 行本工序[2-2]，更優選在3分鐘內進行。只要在該時間內，各表面14、 15 就可以保持充足的活性，因此，在本工序[2-2]中，在粘合第一硅基材l和 第二硅基材2時，可以得到充分的接合強度。
另外，如上所述的硅基材的接合方法即使不進行高溫下的熱處理，也 可以使第一硅基材1和第二硅基材2以充分的接合強度進行接合。因此，可以防止第一硅基材1及第二硅基材2的由熱引起的變質、劣化。
另外，根據本發明，將第一硅基材1和第二硅基材2接合時，該接合 界面基于Si-Si鍵進行接合。因此，與以往的接合界面基于Si-O-Si鍵進行
接合的情況相比，可以得到從第一硅基材1到第二硅基材2進行更牢固的
接合。另外，可以得到具有更連續的特性(機械特性、電特性及化學特性)
的接合體3。
另外，可以使第一硅基材1和第二硅基材2以高強度且高精度進行接合。
進而，根據本發明，可以與各硅基材1、 2的結晶構造及組成無關地 得到接合體3。
另外，通過上述硅基材的接合方法得到的硅基材的接合體例如可以用 于MEMS、半導體元件、各種封裝等。
在此，以將通過本發明的接合方法而得到的接合體用于二極管(半導體 元件)的情況為例進行說明。
圖3是表示使用本發明的硅基材的接合方法而得到的二極管的示意圖 (縱向剖面圖)。
圖3所示的二極管200具有p型硅基材210和n型硅基材220，它們 在接合界面230直接接合。
另外，在與p型硅基材210的接合界面230相反側的面設置有陽極 240，在與n型硅基材220的接合界面230相反側的面設置有陰極250。
進而，在陽極240設置導線260，在陰極250設置導線270。
在此，p型硅基材210為在添加有氫的非晶硅及添加有氫的結晶硅等 硅材料內添加了少量硼(B)、銦(In)等三價元素的p型摻雜劑的硅基材。
另一方面，n型硅基材220為在與p型硅基材210相同的硅材料內添 加了少量磷(P)、砷(As)、銻(Sb)等五價元素的n型摻雜劑的硅基材。
上述p型硅基材210和n型硅基材220使用本發明的接合方法進行接 合。由此，p型硅基材210和n型硅基材220以接觸電阻極低的狀態進行 接合。其結果，接合界面230成為pn接合，二極管200顯示整流作用。
并且，使用本發明的接合方法而得到的二極管200的可靠性高。
<噴墨式記錄頭〉接著，對將使用本發明的硅基材的接合方法而得到的硅基材的接合體 應用于噴墨式記錄頭的情況的實施方式進行說明。
圖4是表示使用本發明的硅基材的接合方法而得到的噴墨式記錄頭 (液滴噴頭)的分解立體圖，圖5是表示圖4所示的噴墨式記錄頭的主要部
分的構成的剖面圖，圖6是表示具備圖4所示的噴墨式記錄頭的噴墨打印 機的實施方式的概略圖。另外，圖4與通常使用的狀態上下相反地表示。
圖4所示的噴墨式記錄頭(本發明的液滴噴頭)IO搭載于如圖6所示的 噴墨打印機(本發明的液滴噴出裝置)9中。
圖6所示的噴墨打印機9具備裝置主體92，在上部后方設置有設置記 錄用紙P的托架921，在下部前方設置有排出記錄用紙P的排紙口 922， 在上部面設置有操作面板97。
操作面板97由例如液晶顯示器、有機EL顯示器、LED燈等構成， 具備顯示錯誤信息等的顯示部(未圖示)、和由各種開關等構成的操作部(未 圖示)。
另外，在裝置主體92的內部，主要具有具備來回移動的頭組件93的 印刷裝置(印刷機構)94、將記錄用紙P按頁分別送入印刷裝置94的供紙裝 置(供紙機構)95、和控制印刷裝置94及供紙裝置95的控制部(控制機構)96。
通過控制部96的控制，供紙裝置95按頁間歇輸送記錄用紙P。該記 錄用紙P通過頭組件93的下部附近。此時，頭組件93在與記錄用紙P的 輸送方向幾乎垂直的方向來回移動，對記錄用紙P進行印刷。即，頭組件 93的來回移動和記錄用紙P的間歇輸送成為印刷中的主掃描及副掃描，進 行噴墨方式的印刷。
印刷裝置94具備頭組件93、成為頭組件93的驅動源的滑架電動機
941、 因滑架電動機941的旋轉而使頭組件93來回移動的來回移動機構
942。
頭組件93在其下部具有具備多個噴嘴孔111的噴墨式記錄頭IO(下 面，簡稱為"頭10"。)、向頭10供給油墨的墨盒931、搭載頭10及墨盒 931的滑架932。
另外，作為墨盒931，通過使用填充有黃色、氰色、洋紅色、黑色(黑)4 種顏色的油墨的墨盒，可以進行全彩色印刷。來回移動機構942具有其兩端被框架(未圖示)支撐的滑架導向軸
943、與滑架導向軸943平行地延伸的同步帶944。
滑架932來回移動自如地支承于滑架導向軸943，同時，固定于同步 帶944的局部。
通過滑架電動機941的動作，經由滑輪使同步帶944往返行進時，被 滑架導向軸943導向，頭組件93來回動。然后，在該來回動時，從頭IO 噴出適量的油墨，對記錄用紙P進行印刷。
供紙裝置95具有作為其驅動源的供紙電動機951和通過供紙電動機 951的動作進行旋轉的供紙輥952。
供紙輥952由夾持記錄用紙P的輸送路徑(記錄用紙P)而上下對置的 從動輥952a和驅動輥952b構成，驅動輥952b連結于供紙電動機951 。由 此，供紙輥952將設置于托架921的多張記錄用紙P按頁分別送入印刷裝 置94。另外，也可以為代替托架921而以可裝卸自如的方式安裝收納記錄 用紙P的供紙盒的構成。
控制部96根據例如從個人計算機及數碼相機等主機輸入的印刷數據， 通過控制印刷裝置94及供紙裝置95等進行印刷。
雖均沒有圖示，但控制部96主要具備儲存控制各部的控制程序等 的儲存器、驅動壓電元件(振動源)14并控制油墨的噴出時間的壓電元件驅 動電路、驅動印刷裝置94(滑架電動機941)的驅動電路、驅動供紙裝置 95(供紙電動機951)的驅動電路、及輸入來自主機的印刷數據的通信電路、 與它們電連接并對各部進行各種控制的CPU。
另外，可以在CPU中分別電連接例如檢測墨盒931的油墨殘留量、 頭組件93的位置等的各種傳感器等。
控制部96經由通信電路獲得印刷數據并儲存于儲存器。CPU處理該 印刷數據并根據該處理數據及來自各種傳感器的輸入數據，對各驅動電路 輸出驅動信號。通過該驅動信號，壓電元件140、印刷裝置94及供紙裝置 95分別進行動作。由此，在記錄用紙P上進行印刷。
下面，參照圖4及圖5對頭IO(本發明的液滴噴頭)進行詳細敘述。
頭10具有頭主體170和基體(罩)160，所述頭主體170具備形成有 多個噴嘴孔(孔)lll的噴嘴板(第一基板)IIO、具備對應于各噴嘴孔111配置的暫時貯存油墨(液體)的油墨室(液體貯存空間)121的油墨室基板(第2
基板)120、使油墨室121的容積產生變化的振動板130、接合于振動板130的壓電元件(振動源)140，所述基體(罩)160收納該頭主體170。另外，該頭10構成為請求(onDemand)形的壓電噴射式頭。
在本實施方式中，該噴嘴板110由硅基板構成。
在該噴嘴板110上形成有用于噴出油墨滴的多個噴嘴孔111。這些噴嘴孔111之間的間隙根據印刷精度進行適當設定。在噴嘴板110固著(固定)有油墨室基板120。
該油墨室基板120通過噴嘴板110、側壁(隔壁)122及后述的振動板130劃分形成多個油墨室(內腔、壓力室)121、貯存由墨盒931供給的油墨的儲存室123、從儲存室123分別向各油墨室121供給油墨的供給口 124。
各油墨室121分別形成為長方形狀(長方體狀)，對應于各噴嘴孔111進行配置。各油墨室121的構成為通過后述的振動板130的振動可以改變容積，通過該容積的變化噴出油墨。
在本實施方式中，該油墨室基板120由硅基板構成。然后，噴嘴板110和油墨室基板120通過本發明的硅基材的接合方法進行接合。由此，噴嘴板110和油墨室基板120高強度且高精度地進行接合。其結果，可以抑制各油墨室121、各儲存室123及各供給口 124的各自的容積不均，實現從各噴嘴孔111噴出的油墨的噴出量的均一化。
另一方面，在與油墨室基板120的噴嘴板110相反的一側接合有振動板130，進而，在與振動板130的油墨室基板120相反的一側設置有多個壓電元件140。
另外，在振動板130的規定位置，貫穿振動板130的厚度方向形成有連通孔131。經由該連通孔131，可以將油墨從上述墨盒931供給到儲存室123中。
各壓電元件140是分別在下部電極142和上部電極141之間穿插壓電體層143而成的，其對應于各油墨室121的大致中央部進行配置。各壓電元件140的構成為電連接于壓電元件驅動電路，且基于壓電元件驅動電路的信號進行動作(振動、變形)。
各壓電元件140分別作為振動源起作用，振動板130通過壓電元件140的振動進行振動，使油墨室121的內部壓力瞬間提高。
在本實施方式中，通過振動板130和壓電元件140，構成將貯存于油墨室121內的油墨從噴嘴孔111以液滴噴出的液滴噴出裝置。
基體160具備可以收納頭主體170的凹部161。然后，在該凹部161中收納有頭主體170的狀態下，通過形成于凹部161的外周部的錯層162支撐噴嘴板110的邊緣部。
這樣的頭IO在經由壓電元件驅動電路未輸入規定的噴出信號的狀態，即，在壓電元件140的下部電極142和上部電極141之間未施加電壓的狀態下，壓電體層143不產生變形。因此，振動板130也不產生變形，在油墨室121內不產生容積變化。因此，從噴嘴孔lll不噴出油墨滴。
另一方面，在經由壓電元件驅動電路輸入規定的噴出信號的狀態，艮P，在壓電元件140的下部電極142和上部電極141之間施加一定電壓的狀態下，壓電體層M3產生變形。由此，振動板130發生大的彎曲，油墨室121的容積產生變化。此時，油墨室121內的壓力瞬時提高，從噴嘴孔lll噴出油墨滴。
一次油墨噴出完成時，壓電元件驅動電路停止向下部電極142和上部電極141之間施加電壓。由此，壓電元件140大致恢復至原來的形狀，油墨室121的容積增大。另外，此時，從墨盒931向噴嘴孔111的壓力(向正方向的壓力)作用于油墨。因此，可以防止空氣從噴嘴孔111進入油墨室121，與油墨的噴出量相抵的量的油墨從墨盒931(儲存室123)被供給到油墨室121中。
由此，對于頭10，通過介由壓電元件驅動電路依次對欲印刷的位置的壓電元件140輸入噴出信號，可以印刷任意的(希望的)文字及圖形等。
另外，頭IO也可代替壓電元件140而具有電熱轉換元件。即，頭10
可以為利用由電熱轉換元件引起的材料的熱膨脹而噴出油墨的構成(所謂的"bubble jet方式"("bubble jet"為注冊商標))。
在該構成的頭10中，在噴嘴板110設置有以賦予疏液性為目的而形成的覆膜114。由此，從噴嘴孔111噴出油墨滴時，可以可靠地防止在該噴嘴孔111的周圍殘存油墨滴。其結果，可以可靠地使從噴嘴孔111噴出的油墨滴落在目標區域內。<電子器件>
接著，對將使用本發明的硅基材的接合方法而得到的硅基材的接合體用于電子器件的情況的實施方式進行說明。
圖7是表示使用本發明的硅基材的接合方法而得到的電子器件的縱向剖面圖。另外，在以下的說明中，將圖7中的上側稱為"上"，將下側稱為"下"。
圖7所示的電子器件(本發明的電子器件)300具有絕緣基板310、層疊于該絕緣基板310上的兩片硅芯片320、 330。
另外，在絕緣基板310和硅芯片320之間設置有絕緣層340和圖案化的導電層350。該導電層350與穿通貫通絕緣基板310的貫通孔311的焊錫球360接合。由此，導電層350和焊錫球360之間實現導通。
在此，在兩片硅芯片320、 330上分別形成有電路(未圖示)。該電路使用一般的半導體制造程序形成。
另外，形成于各硅芯片320、 330的電路分別連接電線370的一端，各電線370的另一端與設置在絕緣基板310上的導電層350連接。由此，形成于各硅芯片320、 330的電路和焊錫球360之間電連接。
進而，在絕緣基板310上設置有密封部380。該密封部380通過覆蓋兩片硅芯片320、 330及電線370，將它們絕緣、密封。
在這種電子器件300中，兩片硅芯片320、 330之間使用本發明的硅基材的接合方法進行接合。即，兩片硅芯片320、 330中的一個相當于上述第一硅基材，另一個相當于第二硅基材。由此，在兩片硅芯片320、 330牢固接合的同時，兩者的位置精度提高。由此，電子器件300的可靠性提咼°
另外，通過層疊兩片硅芯片320、 330，可以容易進行三維安裝。由此，可以縮小電子器件300的平面尺寸。另夕卜，如果為相同的平面尺寸，可以容易地提高電子器件300的集成度。
如上所述，根據圖示的實施方式對本發明的硅基材的接合方法、液滴噴頭、液滴噴出裝置及電子器件進行了說明。但本發明不限于此。
例如，在本發明的硅基材的接合方法中，根據需要可以追加一個以上的任意的目的的工序。
20另外，也可以接合3個以上的硅基材。產業利用性
本發明的硅基材的接合方法的特征在于，具有以下工序第一工序，準備在表面具有Si-H鍵的第一硅基材，對所述表面賦予能量，選擇性地切斷所述Si-H鍵，從而使所述表面露出硅的未結合鍵；
第二工序，準備表面露出硅的未結合鍵的第二硅基材，使露出所述硅的未結合鍵的所述第一硅基材的表面和所述第二硅基材的所述表面密接，從而使兩者接合。由此，即使不在高溫下進行熱處理也可以使硅基材之間精度良好地牢固接合。另外，使硅基材之間相互接合時的接合界面由于通
過Si-Si鍵進行接合，因此，與目前的通過Si-O-Si鍵進行的接合相比，可以進行更牢固的接合。進而，第一硅基材和第二硅基材之間的機械特性、電特性及化學特性的連續性提高。因此，本發明的硅基材的接合方法具有產業利用性。
權利要求
1、一種硅基材的接合方法，其特征在于，具有第一工序，準備在表面具有Si-H鍵的第一硅基材，對所述表面賦予能量，選擇性地切斷所述Si-H鍵，從而使所述表面露出硅的未結合鍵；第二工序，準備表面露出硅的未結合鍵的第二硅基材，使露出所述硅的未結合鍵的所述第一硅基材的表面和所述第二硅基材的所述表面密接，從而使兩者接合。
2、 如權利要求1所述的硅基材的接合方法，其中，在所述第一工序中，對所述第一硅基材的表面賦予能量是通過照射激 光來進行的。
3、 如權利要求2所述的硅基材的接合方法，其中，所述激光為脈沖激光。
4、 如權利要求1所述的硅基材的接合方法，其中，調整對所述第一硅基材的表面照射的激光的條件，以使被所述激光照射的部分的溫度成為常溫 600°C 。
5、 如權利要求1所述的硅基材的接合方法，其中， 在所述第一工序中，對所述第一硅基材的表面賦予能量是通過加熱第一硅基材來進行的。
6、 如權利要求5所述的硅基材的接合方法，其中， 所述加熱第一硅基材時的溫度為200~600°C。
7、 如權利要求1所述的硅基材的接合方法，其中， 所述在表面具有Si-H鍵的第一硅基材是對包含硅的基材的表面實施利用含氫氟酸液體進行的蝕刻而得的硅基材。
8、 如權利要求7所述的硅基材的接合方法，其中， 所述包含硅的基材是使用硅烷系氣體作為原料氣體并通過CVD法形成的。
9、 如權利要求1所述的硅基材的接合方法，其中， 所述第一工序及所述第二工序在惰性氣體氛圍中或者減壓氛圍中進
10、 如權利要求1所述的硅基材的接合方法，其中，以使露出所述硅的未結合鍵的所述第一硅基材的表面和所述第二硅 基材的所述表面密接的狀態，加熱兩者。
11、 如權利要求10所述的硅基材的接合方法，其中，所述熱處理的溫度為40 200°C。
12、 如權利要求1所述的硅基材的接合方法，其中， 以使露出所述硅的未結合鍵的所述第一硅基材的表面和所述第二硅基材的所述表面密接的狀態，向兩者相互靠近的方向加壓。
13、 如權利要求12所述的硅基材的接合方法，其中， 所述加壓時的壓力為1 1000MPa。
14、 如權利要求1所述的硅基材的接合方法，其中， 所述硅的未結合鍵露出于表面的第二硅基材是通過對包含硅的基材的表面實施利用含氫氟酸液體進行的蝕刻，在所述表面密接Si-H鍵后， 對所述表面賦予能量，選擇性地切斷所述Si-H鍵而得到的。
15、 一種液滴噴頭，其具備接合兩個硅基材而成的接合體，該接合體 是使用權利要求1所述的硅基材的接合方法而制造的。
16、 一種液滴噴出裝置，其具備權利要求15所述的液滴噴頭。
17、 一種電子器件，其具備接合兩個硅基材而成的接合體，該接合體 是使用權利要求1所述的硅基材的接合方法而制造的。
全文摘要
本發明提供一種硅基材的接合方法，其中，準備包含硅的基材，對該基材的表面實施利用含氫氟酸液體進行的蝕刻，由此在基材的表面賦予Si-H鍵，得到第一硅基材，接著，對第一硅基材的表面照射激光，選擇性地切斷Si-H鍵而露出未結合鍵，然后，準備在表面露出硅的未結合鍵的第二硅基材，使第一硅基材的表面和第二硅基材的表面密接，從而使兩者接合。
文檔編號B41J2/015GK101687277SQ200880020779
公開日2010年3月31日 申請日期2008年6月16日 優先權日2007年6月18日
發明者佐藤充, 森義明 申請人:精工愛普生株式會社