JP2020152625A

JP2020152625A - エピ用化合物複合基板及びその製造方法

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Publication number: JP2020152625A
Application number: JP2019055755A
Authority: JP
Inventors: 大介井手; Daisuke Ide; 寛浅野; Hiroshi Asano; 潤一林; Junichi Hayashi
Original assignee: Shinko Seisakusho KK
Current assignee: Shinko Seisakusho KK
Priority date: 2019-03-23
Filing date: 2019-03-23
Publication date: 2020-09-24

Abstract

【課題】本発明は、炭化珪素、窒化ガリウム系等の化合物半導体の成長に用いる基板に関し、廉価で良質なエピ用化合物複合基板とその製造方法を提供する。【解決手段】エピ用化合物複合基板は、エピ用化合物基板とＳｉウエーハ支持基板とを接着層を介して貼り合せたもので、接着層は無機質のＺｎＯ—Ｂ２Ｏ３—ＳｉＯ２系ガラス接着剤で作製された結晶質からなる。【選択図】図２

Description

本発明は、エピタキシャル（以下、エピと称する）成膜用基板に係り、詳しくは、電子デバイスエピ用として用いられるエピ用化合物複合基板に関するものである。

現状、エピ用基板は、基板単体にて各種エピ膜を形成し、その後、デバイスを作製する。また、エピ膜形成後に、エピ膜を形成していない逆の面を研削加工でバックグライディングを行い低背のデバイスを作製するものもある。

一般的に、基板ロッドを厚み０．６〜０．８ｍｍに切断した後、片面ＣＭＰ（化学的鏡面加工）を施してエピ基板として厚み０．５〜０，６７５ｍｍのウェーハとする。その後、高温でエピ膜を形成してデバイスとする。このエピ基板の厚みは、エピ膜形成時にソリ、ワレ等が発生しないことと、エピ膜形成時において基板の平坦度が必要であるとの点から要求される。

近年、エピ用Ｓｉ基板に代えてエピ用ＳｉＣ，ＧａＮ，ＧａＡｓ，ＩｎＰ等の化合物基板を用いた半導体は、その特性が良質なエピ膜生成の点で優れているために多く用いられてきている。しかし、一般的に、エピ用Ｓｉ基板に対し、エピ用ＳｉＣ，ＧａＮ，ＧａＡｓ，ＩｎＰ等の化合物基板は、製造が容易でないこともあり、価格が非常に高い。すなわち、Ｓｉ基板を１とすれば、これらの化合物基板は５〜１０倍の価格となっている。

そこで、本発明は、基板価格を廉価にし、かつ各種エピ膜を形成するためのソリ、ワレ等が発生しない、またエピ膜形成時の重要要素である平坦度を充足したエピ用化合物複合基板を製作することを目的とする。

また、類似の技術として、圧電材料基板にＳｉウェーハを貼り合わせ、その後圧電材料基板を薄化して作製する先行技術が開示されている。

特開２０１８一１１７０３０（〔００２６〕、〔００３３〕、〔００３７−００４０〕、〔図１〕）

エピ用化合物基板（ＳｉＣ，ＧａＮ，ＧａＡｓ，ＩｎＰ）に対して、価格が１／５〜１／１０であるＳｉ基板を貼り合わせた廉価な複合基板を製作するにあたり、得られた複合基板の貼り合わせ面に剥がれ、ワレが発生しないこと、また、エピ面の再ＣＭＰ（化学的鏡面加工）時に貼り合わせ面が剥がれないこと、さらに、エピ結晶成長時の１２００℃の高温領域で剥がれないこと、また、ガスが発生しないことが求められる。

本発明は、上記の課題を解決するために為したものであって、エピ用化合物複合基板を作製するにあたり、エピ用化合物基板とＳｉ基板との貼り合わせ前の前処理、貼り合わせをする接着剤の選定、貼り合わせ及び接着層を生成する方法を確立することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係るエピ用化合物複合基板は、エピ用化合物基板に、Ｓｉウエーハを支持基板として貼り合わせて作成したことを特徴とし、さらに、前記エピ用化合物基板が、ＳｉＣ，ＧａＮ，ＧａＡｓ，ＩｎＰのいずれか一つの基板であることを特徴とする。この構成により、エピ用化合物基板の性能を維持して、エピ膜生成を確実に行うと共に、全体として、廉価なエピ用化合物複合基板が得られて、それを提供することができる。

また、本発明に係るエピ用化合物複合基板は、前記エピ用化合物基板と前記Ｓｉウエーハの支持基板との間に接着層を介在させて貼り合わせたことを特徴とする。この接着層を介在させることにより、常温から１２００℃レベルのエピ化処理において、前記エピ用化合物基板と前記Ｓｉウエーハの支持基板の貼り合わせ面の膨張差を吸収し、また貼り合わせ面の粗さを吸収して、両基板の接着を確実にし、エピ化に伴い両基板の取り囲む雰囲気、温度の変化、外力負荷の変動があっても、貼り合わせ面を含めた複合基板に変質をもたらさないことができる。

また、本発明に係るエピ用化合物複合基板は、前記接着層の熱膨張率が前記エピ用化合物基板及び前記Ｓｉウエーハの膨張係数のどちらか低いものより０．１〜１．５×１０^−６／℃低目であることを特徴とし、さらに、その接着層が軟化温度Ｔｓ８００℃又は結晶化温度Ｔｃ８５０℃で生成した結晶質での接着であることを特徴とし、さらに、前記接着層が無機系のＺｎＯ―Ｂ_２Ｏ_３―ＳｉＯ_２系ガラス接着剤から作製されたものであることを特徴とする。このＺｎＯ―Ｂ_２Ｏ_３―ＳｉＯ_２系ガラス接着剤から作製された複合基板の接着層は、エピ膜形成時に１２００℃近辺の高温に曝されても、熱膨張の差で接着が剥がれるなどの異常も起こらず、また軟化、溶融やガス発生も起こらず正常に複合基板にエピ処理を施すことができる。

また、本発明に係るエピ用化合物複合基板の製造方法は、前記エピ用化合物基板に、前記Ｓｉウエーハの支持基板を貼り合わせてエピ用化合物複合基板を製作する方法であって、０．２５〜０．３５ｍｍ厚に薄化して、かつ表面をラッピングされたエピ用化合物基板の背面と、０．２５〜０．３５ｍｍ厚に薄化して、かつ片面ラッピング加工したＳｉウエーハ支持基板の背面と、を貼り合わせ面として、無機系接着剤を用いて貼り合わせた後、９００から１１００℃の温度下で加熱溶融により接着してエピ用化合物複合基板を作製することを特徴とする。

一般的に、エピ用基板は、基板用ロッドを厚み０．６〜０．８ｍｍに切断した後、片面ＣＭＰ（化学的鏡面加工）を施してエピ基板として厚み０．５〜０.６７５ｍｍのウェーハとする。これに対して、本発明方法では、基板用ロッドから厚み０．２５〜０．３５ｍｍに薄化して切断し、表面をラッピング加工されたエピ用化合物基板の背面と、Ｓｉロッドから厚み０．２５〜０．３５ｍｍに薄化して切断し、片面ラッピング加工したＳｉウエーハ支持基板の背面と、を貼り合わせ面として、この貼り合せ面に無機系接着剤を塗付して貼り合わせた後、９００〜１１００℃の温度下で加熱して該無機系接着剤を溶融して結晶化することにより該両基板を接着し、後冷却してエピ用化合物複合基板を製造する。

また、本発明方法では、前記接着前の貼り合わせ面が、ソリを１０μ以下、面粗度を鏡面（ＣＭＰ）でなく、梨地に加工されていることを特徴とする。これにより、貼り合わせ面と接着剤との濡れ親和が確実になって両基板の相対位置を維持し、次いで加熱した場合に貼り合わせ面に強固な接着層を構成することができる。

また、本発明方法では、前記無機系接着剤が、その接着層の熱膨張係数が前記エピ用化合物基板及び前記Ｓｉウエーハ基板の熱膨張係数のどちらか低いものより０．１〜１．５×１０^−６／℃低目であることを特徴とする。これにより該無機系接着層が被接着基板から引張り力でなく圧縮力を受けることになり、接着層が破断され難くなる。これにより１２００℃近辺の高温のエピ時においてもエピ用化合物複合基板の品質が安定維持できる。

また、本発明方法では、前記無機系接着剤が、軟化温度Ｔｓ８００℃又は結晶化温度Ｔｃ８５０℃以上での結晶質での接着層を形成することを特徴とする。これにより、非晶質の接着層に比し、本発明の結晶質の接着層は、常温から１２００℃の温度範囲で寸法精度が高く安定しており、また、エピ膜形成時の１２００℃近辺の高温処理においても、剥れやガス発生がなく、エピ用化合物複合基板の品質が安定して維持できる。

また、本発明方法では、前記無機系接着剤がＺｎＯ―Ｂ_２Ｏ_３―ＳｉＯ_２系ガラス接着剤であり、前述の接着層の熱膨張係数を適正に維持し、かつ軟化温度Ｔｓ８００℃又は結晶化温度Ｔｃ８５０℃以上での結晶質での接着層を形成することが可能で、接着を確実にする接着剤であって、総合的に品質の良いエピ用化合物複合基板を製造できる。

本発明に係る請求項１から１１に記載のエピ用化合物複合基板およびその製造方法によれば、エピ用化合物基板とＳｉウエハ支持基板とを接着剤による接着で、安定したエピ膜生成用化合物複合基板を製作できる。本発明のエピ用化合物複合基板を用いたエピタキシャル膜の成長作成も従来同様に問題無く可能である。本発明のエピ用化合物複合基板は、高価なエピ用化合物基板を約半分にし、残りを汎用の廉価なＳｉウエハ支持基板で構成することができ、総合的に、従来のエピ用化合物基板に比べて廉価であり、ひいてはデバイスのコストダウンに繋げることができる。

また、本発明の接着層は、電気絶縁性を持たせることが可能で、複合基板内に電気絶縁層を形成して、エピ用化合物基板の高集積化、高信頼性、高速化、低消費電力化を実現することができる。

図１は、本発明に係るエピ用化合物複合基板の模式的斜視図である。図２は、本発明に係るエピ用化合物複合基板の模式的製作フロー図である。

一般に、エピ成膜用基板は、１２００℃の成膜用ガスの雰囲気中で、エピ結晶を積層して作成する。エピ用化合物基板としては、ＳｉＣ，ＧａＮ，ＧａＡｓ，ＩｎＰのいずれか一つを選択して用いることができる。この化合物基板上に、エピタキシャル成長により電子デバイス用の結晶角膜が製作される。この場合、基板表面の形状に倣って結晶化が進むので、基板表面は鏡面加工され、しかも高温で変形しないよう要求される。通常、そのサイズは直径２００ｍｍ前後、厚み０．５〜０．６７５ｍｍである。この化合物基板１は、製作が容易でない分、価格がＳｉ基板と比べ、５〜１０倍程高価である。

本発明に係るエピ用化合物複合基板１について、図１を用いて説明すると、エピ用複合基板１はエピ用化合物基板１とＳｉ支持基板２と接着層３とから構成され、このエピ用化合物基板１上に、エピタキシャル成長により電子デバイス用の結晶角膜が製作される。このように、本発明は、エピ用化合物基板１に、エピ用化合物基板１より安価なＳｉ基板２を接着層３を介して両基板１、２を貼り合せて、従来のエピ用化合物基板１としての性能を維持しつつ、価格的に低廉なエピ用化合物複合基板１を製作する。

図１に示すように、接着後のエピ用化合物複合基板１は、直径２００ｍｍ前後、厚み０．２５〜０．３５ｍｍの円板形状であり、表面ラッピング面からＣＭＰ加工され、平行度１μｍ以下、平坦度２０μｍ以下の表面と接着面である裏面を有するエピ用化合物基板１と、直径２００ｍｍ前後、厚み０．２５〜０．３５ｍｍの円板形状であり、表面ラッピング加工された片面と反対側の接着面を有するＳｉ基板２とを、接着層３を介して貼り合わせて接着した薄厚の円板形状を有する。

接着層３は、無機系のＺｎＯ―Ｂ_２Ｏ_３―ＳｉＯ_２系ガラス接着剤から作製し、９００〜１１００℃まで加熱することにより、被接着の両基板の貼り合わせ面を濡らして浸潤し、８５０℃以上で生成する結晶質から構成される。この貼り合わせ後のエピ用化合物複合基板１の結晶質の接着層３は、複合基板１のエピ面のラッピング面をCMP加工する時において、貼り合わせ面が剥がれず、また、１２００℃高温のエピ成膜時においても、貼り合わせが剥がれることなく、また、ガス発生も無く、エピ結晶成長を阻害しないものである。

本発明のエピ用化合物複合基板の製造方法を図２で説明すると、（ａ）において、直径２００ｍｍ前後のエピ用化合物基板１と、エピ用化合物基板１と同径のＳｉ支持基板２を準備し、（ｂ）でエピ用化合物基板１のエピ面１−１をラッピング加工し、また、貼り合わせ面となる裏面１−２を粗研磨して、梨地加工して、顔が映らない程度の粗研磨面１−２とする。

一方、Ｓｉ支持基板２は、（ａ）で貼り合わせ面２−１を粗研磨で、梨地加工して、顔が映らない程度の粗研磨面２−１とする。Ｓｉ支持基板２のもう一方の片面は図示していないが、ラッピング加工を行う。（ｂ−２）では、貼り合わせ面２−１上に接着層３を構成する接着剤３−１を載置する。接着剤３−１は、無機質のＺｎＯ―Ｂ_２Ｏ_３―ＳｉＯ_２系ガラス接着剤であり、Ｄ５０粒径４．５μｍの微粉末で構成されているから、貼り合わせ面２−１上に揮発性の溶剤と混合して塗布するのが、塗布層の層厚を均一に仕上げる点で好適である。上述の無機質のＺｎＯ―Ｂ_２Ｏ_３―ＳｉＯ_２系ガラス接着剤は、例えばＡＧＣ製耐熱用粉末ガラス品名ＨＨＲ０７０６を用いることができる。

（ｃ）では、（ｂ−２）の接着剤３−１を塗布したＳｉ支持基板２の上に、（ｂ）のエピ用化合物基板１を重ねて貼り合わした後、エピ用化合物基板１の粗研磨した貼り合わせ面１−２とＳｉ支持基板２の粗研磨した貼り合わせ面２−２との間に位置する接着剤３−１に平均して荷重が掛かるよう加圧して狭着し、次いで９００〜１１００℃の温度域に全体を加熱して接着剤３−１を溶融して結晶質を晶出させて接着層３を形成して、エピ用化合物基板１とＳｉ支持基板２を貼り合せて一体とし、エピ用化合物複合基板１を作製する。

（ｄ）では、エピ用化合物基板１とＳｉ支持基板２との間に、接着層３が形成されたエピ用化合物複合基板１を示し、この場合、エピ用化合物基板１とＳｉ支持基板２との貼り合わせは、加圧荷重の下で９００〜１１００℃の温度域に昇温して結晶質３を形成することが重要である。この結晶質３の晶出は、複合基板１のエピ面の再CMP時において、貼り合わせ面が剥がれず、また、１２００℃高温のエピ成膜時においても、貼り合わせが剥がれることなく、また、ガス発生も無く、エピ結晶成長を阻害しない点で好適である。この接着層の厚みは、０．１から０．５ｍｍの範囲である。

（ｅ）では、エピ用化合物複合基板１のエピ用化合物基板１のラッピング面１−１にＣＭＰ加工を施して、ＣＭＰ加工面１−３を形成し、エピ用化合物複合基板１を完成させる。

本発明は、ＳｉＣ基板上に形成するＧａＮ形窒化物半導体デバイスに利用できる。

１：エピ用化合物複合基板１：エピ用化合物基板
１−１：ラッピング加工面１−２：粗研磨面１−３：ＣＭＰ加工面
２：Ｓｉ支持基板２−１：粗研磨面
３：接着層３−１：接着剤
ａ）基板調製ｂ）貼り合わせ面調整作業ｂ−２）接着剤塗布作業
ｃ）貼り合せ作業ｄ）接着作業ｅ）複合基板エピ面調整作業

Claims

エピ用化合物基板に、Ｓｉウエーハを支持基板として貼り合わせて作成したエピ用化合物複合基板。
前記エピ用化合物基板が、ＳｉＣ，ＧａＮ，ＧａＡｓ，ＩｎＰのいずれか一つの基板であることを特徴とする請求項１に記載のエピ用化合物複合基板。
前記エピ用化合物基板と前記Ｓｉウエーハの支持基板との間に接着層を介在させて貼り合わせたことを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載のエピ用化合物複合基板。
前記接着層が、その熱膨張係数が前記エピ用化合物基板及び前記Ｓｉウエーハの熱膨張係数のどちらか低いものより０．１〜１．５×１０^−６／℃低目であることを特徴とする請求項３に記載のエピ用化合物複合基板。
前記接着層が、軟化温度Ｔｓ８００℃又は結晶化温度Ｔｃ８５０℃以上で生成した結晶質での接着であることを特徴とする請求項３又は４に記載のエピ用化合物複合基板。
前記接着層が、無機系のＺｎＯ―Ｂ_２Ｏ_３―ＳｉＯ_２系ガラス接着剤から作製された接着層であることを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載のエピ用化合物複合基板。
前記エピ用化合物基板に、前記Ｓｉウエーハの支持基板を貼り合わせてエピ用化合物複合基板を製作する方法であって、０．２５〜０．３５ｍｍ厚に薄化して、かつ表面をラッピングされた平行度１μ以下、平坦度２０μ以下のエピ用化合物基板の背面と、０．２５〜０．３５ｍｍ厚に薄化して、かつ片面ラッピング加工したＳｉウエーハ支持基板の背面と、を貼り合わせ面として、無機系接着剤を用いて貼り合わせた後、９００〜１１００℃の温度下で加熱溶融により接着してエピ用化合物複合基板を作製することを特徴とするエピ用化合物複合基板の製造方法。
前記接着前の貼り合わせ面が、ソリを１０μ以下、面粗度を鏡面（ＣＭＰ）でなく、梨地に加工されていることを特徴とする請求項７に記載のエピ用化合物複合基板の製造方法。
前記無機系接着剤が、その接着層の熱膨張係数が前記エピ用化合物基板及び前記Ｓｉウエーハの熱膨張係数のどちらか低いものより０．１〜１．５×１０^−６／℃低目であることを特徴とする請求項７又は８に記載のエピ用化合物複合基板。
前記無機系接着剤が、軟化温度Ｔｓ８００℃又は結晶化温度Ｔｃ８５０℃以上での結晶質での接着層を形成することを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載のエピ用化合物複合基板の製造方法。
前記無機系接着剤がＺｎＯ―Ｂ_２Ｏ_３―ＳｉＯ_２系ガラス接着剤であることを特徴とする請求項７，９，１０のいずれかに記載のエピ用化合物複合基板の製造方法。