JP2001298170A - サファイア基板及びこれを用いたデバイス用基板 - Google Patents

サファイア基板及びこれを用いたデバイス用基板

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JP2001298170A
JP2001298170A JP2000112722A JP2000112722A JP2001298170A JP 2001298170 A JP2001298170 A JP 2001298170A JP 2000112722 A JP2000112722 A JP 2000112722A JP 2000112722 A JP2000112722 A JP 2000112722A JP 2001298170 A JP2001298170 A JP 2001298170A
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一司 川端
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Abstract

(57)【要約】 【課題】サファイア基板を用いた薄肉で放熱性に優れた
デバイス用基板を提供する。 【解決手段】0.02〜0.15mmの板厚を有するサ
ファイア基板1上に半導体膜2を被覆してデバイス用基
板を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄肉のサファイア
基板と、このサファイア基板上に半導体膜を設けた薄肉
で放熱性に優れたデバイス用基板に関するものであり、
例えば、トランジスタ素子、ICやLSIメモリ素子、
LED素子、LD素子に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来、トランジスタ素子、ICやLSI
メモリ素子、LED素子、LD素子等を形成するにあた
り、誘電体や半導体から成る基板上に半導体膜を形成し
たデバイス用基板が用いられており、例えば、SiO2
等の酸化膜を有するシリコン基板上に半導体膜としての
Si膜を形成したSOI基板(Si On Insulator)やサ
ファイア基板上に半導体膜としてのSi膜を形成したS
OS基板(Sapphire OnSi)が知られている。
【0003】SOI基板は、直径が4〜12インチで、
板厚が0.6〜0.7mmのものが使用されており、ま
た、SOS基板は、直径が2インチ〜6インチで、板厚
が0.4〜0.7mmのものが使用され、特に直径が4
インチでは、板厚が0.535mmのものが専ら用いら
れていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、近年、素子
の小型化とともに、SOI基板やSOS基板上に形成す
るトランジスタ等からの発熱量の増大により、放熱性に
優れたデバイス用基板が要求されているが、SOI基板
を用いたものでは、ベースとなるシリコン基板上にSi
2等の酸化膜が必要であり、絶縁を保つためにはある
程度の厚みを持った酸化膜を形成する必要があることか
ら、デバイス用基板の厚みを薄くすることができず、そ
の結果、素子を小型化することができないといった課題
があった。
【0005】また、放熱性を高めるためには、基板の板
厚を薄くすれば良いのであるが、ベースのシリコンは、
モース硬度が7程度と小さく脆いため、取り扱い上板厚
を0.5mm未満とすることができず、放熱性を高める
ことができなかった。
【0006】一方、SOS基板を用いたものにおいて
は、ベースとなるサファイア基板が絶縁材料であるた
め、SOI基板のように別に絶縁膜を形成する必要がな
く、薄肉化することができるものの、ベースであるサフ
ァイアの熱伝導率(200℃における熱伝導率:28W
/m・K)は、シリコン基板の熱伝導率(200℃にお
ける熱伝導率:92W/m・K)と比較してかなり小さ
いため、板厚が0.4〜0.7mmのサファイア基板か
らなるSOS基板では放熱性が悪く、また、熱伝導率が
悪すぎるため、これまで板厚を薄くすることが検討され
ていなかった。
【0007】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、基板の板厚が0.02〜0.15mmである
サファイア基板を形成したことを特徴とし、また、本発
明は、上記サファイア基板上に半導体膜を形成してデバ
イス用基板を形成したことを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。
【0009】図1は本発明のサファイア基板を用いたデ
バイス用基板を示す断面図であり、サファイア基板1上
にSi、GaAs、GaN、ZnO等の半導体膜を形成
したもので、上記サファイア基板の板厚を0.02〜
0.15mmとしたことを特徴とする。
【0010】即ち、本件発明者は、これまで検討されて
いなかったサファイア基板の限界板厚と、板厚を薄くし
た時の放熱特性についてそれぞれ鋭意研究を重ねたとこ
ろ、板厚を0.02mmにまで研磨しても破損すること
がなく、これまでの板厚(0.4mm)の1/20にま
で薄肉化できるとともに、サファイアの熱伝導率(20
0℃における熱伝導率:28W/m・K)はシリコンの
熱伝導率(200℃における熱伝導率:92W/m・
K)よりもかなり低いものの、サファイア基板の板厚を
0.15mm以下とすることにより、0.5mmの板厚
を有するシリコン基板と同等又はそれ以上の放熱性が得
られることを見出し、本発明に至った。
【0011】その為、この薄肉のサファイア基板上に半
導体膜を形成してデバイス用基板を構成することによ
り、デバイス用基板全体の板厚を薄くでき、トランジス
タ素子、ICやLSIメモリ素子、LED素子、LD素
子等を製作する場合、素子全体を小型、薄肉化すること
ができるとともに、基板の放熱性を高めることができる
ため、各素子の性能を大幅に向上させることができる。
【0012】また、サファイアは、融点が約2050度
と耐熱性に優れることから、高温での成膜が可能であ
り、良質の単結晶半導体膜を形成することができる。
【0013】ところで、サファイアは、アルミナ(Al
23)の単結晶体で、図2に示すように六方晶系をした
もので、その中心軸がC軸、これに垂直な面がC面(0
001)である。また、C軸から放射状にのびるA軸
(a1,a2,a3)とそれに垂直な面がA面(11−
20)であり、C軸と一定の角度(約32.383°)
を有して存在する面がR面で、これに垂直な軸がR軸で
ある。また、六方晶の側面がM面であり、これに垂直な
軸がM軸である。尚、これらの軸及び面については,X
線回折により分析が可能である。
【0014】そして、半導体膜2を形成する表面として
は、A面,R面、C面、M面のいずれの面であっても構
わない。
【0015】また、半導体膜2を形成する表面の面状態
としては、半導体膜2の成膜精度を高める観点から算術
平均線粗さ(Ra)で10オングストローム以下、好ま
しくは1〜5オングストロームとすることが好ましい。
【0016】この薄肉のサファイア基板1を製造するに
は、EFG法(Edge-defined Film-fed Growth法)を用
いることができる。即ち、高純度のアルミナを不活性雰
囲気中で溶融し、このアルミナ融液と接するように内部
にスリットを備えたリボン状のサファイア単結晶育成用
のモリブデンダイを位置させ、アルミナ融液を毛細管作
用によりモリブデンダイ上端部までアルミナ融液を誘導
し、そこで種結晶(シード)と接触させ、次いでシードを
上方に引き上げることで、熱伝導率が41〜42W/m
・K、ヤング率が4×105MPa以上を有するサファ
イアの育成を行うことができる。このサファイアを引上
育成するに当たっては、シードの主面を育成したい面方
位とし、この成長軸を引き上げ軸としてセットし、引き
上げれば良い。
【0017】このように引き上げることにより、主面の
面方位を容易に狙った面方位、軸方位として精度良く育
成できる。
【0018】なお、サファイアの育成法は、EFG法に
限らず、チョクラルスキー法等他の方法によっても良い
が、特に角形状の結晶を得たい場合には、円柱状の結晶
形状では効率が悪いため、板状の結晶を精度良く得られ
るEFG法が好適である。
【0019】次に、得られたサファイアを、ダイヤモン
ドホイール等により所定の形状に研削加工を施した後、
ダイヤモンド砥粒を用いてラッピング加工を行い、次い
で、粒径50nm以下のSiO2の球状コロイド粒子
(コロイダルシリカ)を分散させた液を研磨液として供
給しながら、40度以上の温度でサファイアと研磨布を
相対的に摺動させて精密研磨(CMP)することによ
り、板厚が0.02〜0.15mmと薄肉のサファイア
基板を得ることができる。このようにして研磨を行うこ
とにより、新たに歪を生じさせずに研削加工やラッピン
グ加工で生じた破壊層を除去することができ、透過性に
優れ、基板として用いる場合でも良好な平滑な面が得ら
れる。
【0020】次に、得られたサファイア基板1の膜形成
面にエピタキシャル成長法により単結晶体膜2を成長さ
せることにより、薄肉のサファイア基板1上に半導体膜
2を形成して成るデバイス用基板を得ることができる。
【0021】なお、本発明は本実施形態だけに限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更
や改良できることは言うまでもない。
【0022】
【実施例】ここで、板厚を異ならせたヤング率が4.7
×105MPaのサファイア基板を用意し、板厚と放熱
特性との関係について調べる実験を行った。
【0023】本実験にあたっては、サファイア基板の外
形状を5mm角の正方形とし、表裏に熱電対を貼りつけ
た後、一方の表面を200℃及び400℃に加熱し、表
裏の温度差から熱伝導性を測定し、基準試料として用意
した板厚が0.5mmのシリコン基板の熱伝導性との比
率から放熱性を評価した。
【0024】結果は図3に示すように、板厚が0.15
mm以下となると、基準試料との比率が1を超え、板厚
が0.12mmでは、基準試料との比率が1.2倍、板
厚が0.09mmでは、基準試料との比率が1.6倍、
板厚が0.05mmでは、基準試料との比率が2.9
倍、板厚が0.02mmでは、基準試料との比率が7.
3倍と大幅に向上することが判る。
【0025】このように、サファイア基板の板厚を0.
15mm以下とすれば、基準試料である板厚0.5mm
のシリコン基板と同等又はそれ以上の放熱特性が得られ
ることが判る。ただし、平面研削加工にて板厚を削った
場合、サファイア基板の板厚が0.02mm未満となる
と破損した。
【0026】この結果、サファイア基板の板厚は0.0
2〜0.15mmとすることにより、放熱性に優れると
ともに、取り扱い時に破損のない基板とできることが判
る。
【0027】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、サファ
イア基板の板厚を0.02〜0.15mmとしたことか
ら、薄肉でかつ板厚が0.5mmのシリコン基板と同等
又はそれ以上の放熱性を得ることができる。また、この
サファイア基板上に半導体膜を形成してデバイス用基板
を形成したことから、この基板を用いて、トランジスタ
素子、ICやLSIメモリ素子、LED素子、LD素子
等を形成すれば、素子を小型、薄肉化することができる
とともに、放熱性に優れることから各素子の性能を大幅
に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のサファイア基板を用いたデバイス用基
板を示す断面図である。
【図2】サファイアの結晶構造を示す図である。
【図3】サファイア基板の板厚と放熱特性との関係を示
すグラフである。
【符号の説明】
1:サファイア基板 2:半導体膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板の板厚を0.02〜0.15mmとし
    て成るサファイア基板。
  2. 【請求項2】請求項1に記載のサファイア基板上に半導
    体膜を形成して成るデバイス用基板。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005064492A (ja) * 2003-07-28 2005-03-10 Kyocera Corp 単結晶サファイア基板とその製造方法及び半導体発光素子
US9154678B2 (en) 2013-12-11 2015-10-06 Apple Inc. Cover glass arrangement for an electronic device
US9221289B2 (en) 2012-07-27 2015-12-29 Apple Inc. Sapphire window
US9225056B2 (en) 2014-02-12 2015-12-29 Apple Inc. Antenna on sapphire structure
US9232672B2 (en) 2013-01-10 2016-01-05 Apple Inc. Ceramic insert control mechanism
US9632537B2 (en) 2013-09-23 2017-04-25 Apple Inc. Electronic component embedded in ceramic material
US9678540B2 (en) 2013-09-23 2017-06-13 Apple Inc. Electronic component embedded in ceramic material
US10052848B2 (en) 2012-03-06 2018-08-21 Apple Inc. Sapphire laminates
US10406634B2 (en) 2015-07-01 2019-09-10 Apple Inc. Enhancing strength in laser cutting of ceramic components

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005064492A (ja) * 2003-07-28 2005-03-10 Kyocera Corp 単結晶サファイア基板とその製造方法及び半導体発光素子
US10052848B2 (en) 2012-03-06 2018-08-21 Apple Inc. Sapphire laminates
US9221289B2 (en) 2012-07-27 2015-12-29 Apple Inc. Sapphire window
US9232672B2 (en) 2013-01-10 2016-01-05 Apple Inc. Ceramic insert control mechanism
US9632537B2 (en) 2013-09-23 2017-04-25 Apple Inc. Electronic component embedded in ceramic material
US9678540B2 (en) 2013-09-23 2017-06-13 Apple Inc. Electronic component embedded in ceramic material
US9154678B2 (en) 2013-12-11 2015-10-06 Apple Inc. Cover glass arrangement for an electronic device
US10324496B2 (en) 2013-12-11 2019-06-18 Apple Inc. Cover glass arrangement for an electronic device
US10386889B2 (en) 2013-12-11 2019-08-20 Apple Inc. Cover glass for an electronic device
US9461357B2 (en) 2014-02-12 2016-10-04 Apple Inc. Antenna on sapphire structure
US9225056B2 (en) 2014-02-12 2015-12-29 Apple Inc. Antenna on sapphire structure
US9692113B2 (en) 2014-02-12 2017-06-27 Apple Inc. Antenna on sapphire structure
US10406634B2 (en) 2015-07-01 2019-09-10 Apple Inc. Enhancing strength in laser cutting of ceramic components

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