JP5628530B2

JP5628530B2 - 貼り合わせ基板用支持基板およびその製造方法

Info

Publication number: JP5628530B2
Application number: JP2010027871A
Authority: JP
Inventors: 和人長谷; 和宏牛田
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2030-02-10
Also published as: JP2011165958A

Description

本発明は、貼り合わせ基板用支持基板およびその製造方法に関する。

従来から、次世代のＬＥＤデバイス、パワーデバイス、高周波デバイス等の半導体デバイス用基板として、単結晶からなる単結晶ウエハが広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。この単結晶ウエハは、優れた特性を有する一方で、製造方法が複雑で高コストであるという問題があったため、近年は、薄膜状の単結晶ウエハと支持基板とを貼り合わせることによって構成される、貼り合わせ基板が開発されている。前記支持基板には、例えば、ホットプレスによって成形された炭化ケイ素焼結体を用いられる。

特開２００５−８４７２号公報

しかしながら、前記ホットプレスによって成形された炭化ケイ素焼結体には、表面に凹部が形成され、内部には表面に繋がる空洞が形成されているため、前記炭化ケイ素焼結体の表面をいくら研磨しても前記凹部や空洞は消失せず、平滑面が得られない。従って、この炭化ケイ素焼結体を支持基板とし、炭化ケイ素焼結体の表面を単結晶ウエハに接合しても、これらの炭化ケイ素焼結体の表面と単結晶ウエハとの間には、隙間が生じるため、両者の接合強度が十分にならないおそれがあった。

また、単結晶ウエハと支持基板との貼り合わせ方法には、接着材を使用せずに貼り合わせる方法がある。具体的には、加熱加圧接合法、貼り合わせ面へのイオンビーム照射による表面活性化接合法、親水化処理による親水基を介した接合法が挙げられる。このような接着材を使用しない貼り合わせ法では、原子間の引力を利用するため、貼り合わせ面どうしが原子サイズレベル（１ｎｍ）まで接近する必要があった。

そこで、本発明の目的は、貼り合わせ基板を構成する支持基板における接合面の平滑度が高く、単結晶ウエハとの接合強度を向上させた貼り合わせ基板用支持基板およびその製造方法を提供することにある。

前述した課題を解決するため、本発明は次のような特徴を有している。本発明に係る支持基板の製造方法は、単結晶からなる単結晶ウエハに貼り合わされる支持基板の製造方法であって、密度が２．３〜３．０ｇ／ｃｍ ^３である多孔質な炭化ケイ素焼結体中の複数の連通した空隙に溶融シリコンを含浸させるステップと、前記溶融シリコンを冷却固化させるステップと、前記炭化ケイ素焼結体の表面を化学機械研磨によって、算術平均粗さが１ｎｍ以下にまで研磨して前記単結晶ウエハとの接合面を形成するステップと、を含むことを要旨とする。
また、本発明に係る支持基板は、複数の連通した空隙を有する炭化ケイ素焼結体と、前記空隙に充填されたシリコンとを備え、前記単結晶ウエハに貼り合わされる接合面が平滑である支持基板であって、前記請求項１に記載の支持基板の製造方法により製造され、炭化ケイ素焼結体の密度が２．３〜３．０ｇ／ｃｍ ^３であり、かつ、前記単結晶ウエハに貼り合わされる接合面の算術平均粗さが１ｎｍ以下であることを要旨とする。

本発明によれば、支持基板は、複数の連通した空隙を有する炭化ケイ素焼結体と、空隙に充填されたシリコンとを備え、単結晶ウエハに張り合わされる支持基板の接合面は、平滑である。炭化ケイ素焼結体の空隙は、シリコンによって充填されて隙間がない状態になっているため、単結晶ウエハとの接合面を、凹凸や空洞等の空隙のない平滑な面に形成することができる。従って、通常の炭化珪素焼結体からなる支持基板と比べて、本発明の支持基板の接合面は、平滑であるため、炭化ケイ素焼結体と単結晶ウエハとの接合強度を高くすることができる。

本発明に係る貼り合わせ基板用支持基板によれば、単結晶ウエハとの接合面の平滑度が向上するため、単結晶ウエハと支持基板との接合強度を高くすることができる。

本発明の実施形態に係る貼り合わせ基板を示す斜視図である。図１の支持基板を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る支持基板の製造工程を示す断面図であり、（ａ）は処理前における炭化ケイ素焼結体の断面図、（ｂ）は空隙に溶融Ｓｉを含浸させた炭化ケイ素焼結体の断面図、（ｃ）は表面を研磨して接合面を形成した支持基板の断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る貼り合わせ基板用支持基板の詳細を図面に基づいて説明する。具体的には、（１）貼り合わせ基板の全体構成、（２）貼り合わせ基板用支持基板の製造工程、（３）作用効果、について説明する。図面は模式的なものであり、各材料層の厚みやその比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。

（１）貼り合わせ基板の全体構成
まず、貼り合わせ基板１の全体構成について図１，２を用いて説明する。図１は本発明の実施形態に係る貼り合わせ基板１の斜視図、図２は図１の支持基板３を示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態に係る貼り合わせ基板１は略円盤状に形成されており、下側に配置された支持基板３と、該支持基板３の上面に貼りあわされた単結晶ウエハ５とから構成されている。

単結晶ウエハ５は、単結晶からなる単結晶ウエハである。具体的には、Ｓｉ，ＳｉＣ，ＧａＮ，ＡｌＮなどの単結晶からなる。この単結晶ウエハ５は、支持基板３とは別途に作製したのち、接着剤等によって支持基板５に貼り合わせることによって、貼り合わせ基板１が形成される。

支持基板３は、図２に示すように、円盤状に形成されている。支持基板３は、上面側に形成された単結晶ウエハ５との接合面６と、接合面６の反対側に位置する裏面９と、接合面６と裏面９とをつなぐ側面１１とからなる。側面１１は、支持基板３の側面である。また、支持基板３は、複数の連通した空隙である凹部２３や空洞２５を有する炭化ケイ素焼結体２１と、空隙に充填されたシリコン２７とを備える。この接合面６は、単結晶ウエハ５に接着剤等によって接合される面であり、研磨によって算術平均粗さＲａが１ｎｍ以下の平滑面３１，３３（図３参照）に形成される。単結晶ウエハ５と支持基板３とを貼りあわすことによって要求される厚みや強度を確保することができる。

（２）貼り合わせ基板用支持基板３の製造工程
次いで、貼り合わせ基板用支持基板３の製造工程について図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施形態に係る支持基板の製造工程を示す断面図であり、（ａ）は処理前における炭化ケイ素焼結体の断面図、（ｂ）は空隙に溶融Ｓｉを含浸させた炭化ケイ素焼結体の断面図、（ｃ）は表面を研磨して接合面を形成した支持基板の断面図である。

（２−１）炭化ケイ素焼結体の構造
図３（ａ）に示すように、炭化ケイ素焼結体２１には、表面７に凹部２３や内部に空洞２５などの空隙（気孔）が多数形成されており、この表面７が後述する研磨工程を経て、図２で示した接合面６となる。表面７自体は、研磨されていないため、微細な凹凸が形成されている。前記空洞２５は、図示しない別の部位で表面７に繋がっている。このように、炭化ケイ素焼結体２１は、複数の空隙を有する多孔質体に形成されている。炭化ケイ素焼結体２１は、ホットプレス等を用いて製造される。

（２−２）製造工程
図３（ｂ）に示すように、まず、高純度のＳｉＣ粉末によって炭化ケイ素焼結体２１を作製し、炭化ケイ素焼結体２１を溶融シリコン中に漬浸させて、凹部２３や空洞２５等の空隙に溶融シリコンを毛細管現象を利用して含浸させる。前述したように、空洞２５は表面７に繋がっているため、空洞２５にも表面７から溶融シリコンが含浸される。これによって、炭化ケイ素焼結体２１中に形成された空隙の全ては、溶融シリコンによって充填されて隙間がなくなる。こののち、溶融シリコンを冷却固化させると、この固化したシリコン２７が前記空隙に充填されると共にシリコン２７の一部が表面７から外側に突出して突出部２９が形成される。なお、これにより、本実施形態に係る支持基板３は、空隙にシリコン２７が完全に充填された炭化ケイ素を母材としたＳｉＣ−Ｓｉ複合構造となる。

次いで、図３（ｃ）に示すように、固化したシリコン２７が充填された炭化ケイ素焼結体２１の表面７を研磨すると、平滑な鏡面となり、この平滑面３１，３３が単結晶ウエハ５との接合面６になる。なお、平滑面３１は、シリコン２７の突出部２９を研磨した後の面であり、平滑面３３は、炭化ケイ素焼結体２１自体の表面７を研磨した後の面である。この研磨方法として、機械研磨、化学研磨または化学機械研磨（ＣＭＰ）等を広く用いることができる。機械研磨は、ＧＣ砥石や、ダイヤモンド等の砥粒を担持した研磨パッドを被加工物と擦り合わせる操作によって機械的に被加工物表面を鏡面状に仕上げる方法である。化学研磨は、研磨液として、被加工物の表面凹凸を除去する化学薬品を用い、被加工物と工具面を擦り合わせる操作によって化学的に被加工物表面を鏡面状に仕上げる方法である。化学機械研磨は、前記機械研磨と化学研磨との相乗効果を持たせることによって効率を向上させた研磨方法である。このようにして、複数の空隙である凹部２３や空洞２５を有する炭化ケイ素焼結体２１と、前記空隙に充填されたシリコン２７と、を備えた支持基板３が得られる。

接合面６に接着剤を塗布する等して、単結晶ウエハ５を接合させると、本実施形態に係る貼り合わせ基板１が形成される。

密度の差異による表面研磨について説明する。密度が１．９ｇ／ｃｍ^３の炭化ケイ素焼結体２１の場合は、含浸後のＳｉ比率が高く、研磨されやすいＳｉの影響によって研磨後の表面粗さＲａは５ｎｍしかならない。密度が２．３〜３．０ｇ／ｃｍ^３の場合は、含浸後のＳｉ比率が低く、研磨後の表面粗さＲａは１ｎｍ以下になる。密度が３．０ｇ／ｃｍ^３よりも高い場合は、Ｓｉの含浸ができない。従って、本実施形態に係る炭化ケイ素焼結体２１の密度は、２．３〜３．０ｇ／ｃｍ^３が好ましい。

（３）作用効果
次いで、本実施形態による作用効果を説明する。

本発明の実施形態による貼り合わせ基板用支持基板３は、単結晶からなる単結晶ウエハ５に貼り合わされる支持基板３であって、支持基板３は、複数の空隙である凹部２３や空洞２５を有する炭化ケイ素焼結体２１と、空隙に充填されたシリコン２７と、を備え、単結晶ウエハ５に張り合わされる支持基板３の接合面６は、平滑である。このため、通常の炭化珪素焼結体からなる支持基板と比べて、炭化ケイ素焼結体と単結晶ウエハとの接合強度を高くすることができる。

本発明の実施形態の接合面６における算術平均粗さは、１ｎｍ以下であるため、単結晶ウエハ５に接合される場合に、単結晶ウエハ５と基板用支持基板３との間に隙間が生じにくくなり、接合強度が向上する。

前記炭化ケイ素焼結体２１の密度は、２．３〜３．０ｇ／ｃｍ^３である。密度が２．３ｇ／ｃｍ^３未満の場合は、従来からの機械研磨および化学研磨では平滑度を向上させることが困難であった。即ち、機械研磨では、低密度のＳｉと、ＳｉＣと、には大きな硬度差があるため、Ｓｉがより研磨されやすい。よって、ＳｉＣが山状でＳｉが谷状の凹凸面に研磨され、Ｒａが５ｎｍ程度にしかできない。また、化学研磨の場合も、薬品による除去レート差が生じ、ＳｉＣが山状でＳｉが谷状の凹凸面に研磨され、Ｒａが５ｎｍ程度にしかできない。一方、密度が３．０ｇ／ｃｍ^３よりも大きい場合は、空隙の数が減少するため、含浸しにくくなる。従って、２．３〜３．０ｇ／ｃｍ^３の場合は、間隙の大きさとＳｉの含浸しやすさの観点から最も好ましい。

本発明の実施形態による貼り合わせ基板用支持基板３の製造方法は、単結晶からなる単結晶ウエハ５に貼り合わされる支持基板３の製造方法であって、多孔質な炭化ケイ素焼結体２１中の複数の空隙である凹部２３や空洞２５に溶融シリコンを含浸させるステップと、この溶融シリコンを冷却固化させるステップと、前記炭化ケイ素焼結体２１の表面７を研磨して単結晶ウエハ５との接合面６を形成するステップと、を含む。

このように、炭化ケイ素焼結体２１の空隙は、シリコン２７が充填されて隙間がない状態になるため、表面７を研磨することにより、単結晶ウエハ５との接合面６を、凹凸や空洞等の空隙のない平滑な面に形成することができる。

即ち、炭化ケイ素焼結体２１には、表面７に微細な凹凸が形成されており、内部に気孔による空洞２５などが形成されている。このように、炭化ケイ素焼結体２１には、凹凸や空洞２５などからなる多数の空隙が形成されている。従って、そのまま炭化ケイ素焼結体２１の表面７を研磨しても表層に前記空隙が現れるため、いくら研磨しても表面７が平滑にならない。そこで、本実施形態のように、炭化ケイ素焼結体２１の空隙にシリコン２７を充填して空隙がない状態にしたのちに表面７を研磨すると、平滑な接合面６である平滑面３１，３３が形成される。このため、支持基板３の接合面６と単結晶ウエハ５とを接合させるとき、両者の間に隙間が生じにくくなり、支持基板３と単結晶ウエハ５との接合強度を向上させることができる。ＳｉはＳｉＣよりも研磨しやすい材質であるため、研磨作業が容易となる。

本発明の実施形態による支持基板３の製造方法においては、前記炭化ケイ素焼結体２１の密度が、２．３〜３．０ｇ／ｃｍ^３であると共に、前記接合面６を形成するステップでは、化学機械研磨によって前記炭化ケイ素焼結体２１の表面７を研磨する。化学機械研磨は、機械研磨および化学研磨の長所を兼ね備えた研磨方法であるため、機械研磨および化学研磨よりも表面７を平滑化する効果が高い。

また、前記炭化ケイ素焼結体２１の密度が、２．３〜３．０ｇ／ｃｍ^３であるため、接合面６における算術平均粗さＲａは、１ｎｍ以下にすることができる。すなわち、密度が２．３未満の低密度においては、ＳｉとＳｉＣとには大きな硬度差があるため、Ｓｉがより研磨されやすく、Ｒａが１ｎｍよりも大きくなる。一方、密度が３．０ｇ／ｃｍ^３よりも大きい場合は、空隙の数が減少するため、溶融シリコンが含浸しにくくなる。従って、２．３〜３．０ｇ／ｃｍ^３の場合は、間隙の大きさとＳｉの含浸しやすさの観点から最も好ましく、接合面６におけるＲａを、１ｎｍ以下にすることができる。接着剤を使用しない方法によって、貼り合わせ基板１を形成する場合には、原子間の引力を利用するため、貼り合わせ面どうしが１ｎｍ以下にまで接近する必要がある。本実施形態に係る支持基板３であれば、接着剤を使用しない方法によっても、支持基板３と単結晶ウエハ５とを好適に接合できる。すなわち、接着剤を使用しない方法であっても、充分な接合強度を持つ貼り合わせ基板１を形成できる。

なお、前述した実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１貼り合わせ基板
３貼り合わせ基板用支持基板
５単結晶ウエハ
６接合面
７表面
２３凹部（空隙）
２５空洞（空隙）
２７シリコン
３１，３３平滑面

Claims

単結晶からなる単結晶ウエハに貼り合わされる支持基板の製造方法であって、
密度が２．３〜３．０ｇ／ｃｍ ^３である多孔質な炭化ケイ素焼結体中の複数の連通した空隙に溶融シリコンを含浸させるステップと、
前記溶融シリコンを冷却固化させるステップと、
前記炭化ケイ素焼結体の表面を化学機械研磨によって、算術平均粗さが１ｎｍ以下にまで研磨して前記単結晶ウエハとの接合面を形成するステップと、
を含む支持基板の製造方法。
複数の連通した空隙を有する炭化ケイ素焼結体と、前記空隙に充填されたシリコンとを備え、前記単結晶ウエハに貼り合わされる接合面が平滑である支持基板であって、
前記請求項１に記載の支持基板の製造方法により製造され、炭化ケイ素焼結体の密度が２．３〜３．０ｇ／ｃｍ ^３であり、かつ、前記単結晶ウエハに貼り合わされる接合面の算術平均粗さが１ｎｍ以下である支持基板。