JP2012234911A - Method of manufacturing composite substrate - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a composite substrate including a highly crystalline semiconductor layer.SOLUTION: There is provided a method of manufacturing a composite substrate comprising: a joining step of joining a semiconductor substrate 20X formed of a semiconductor material to a center of an upper surface 10Xa of a substrate 10X formed of an insulating material; a processing step of forming, in the periphery of the substrate 10X, a peripheral part including an upper surface having an arithmetic mean roughness greater than that of the upper surface to which the semiconductor substrate 20X is joined, and processing the substrate 10X into a supporting substrate 10 including a peripheral part 12 and a main part 11 which is positioned inside the peripheral part 12 and to which the semiconductor substrate 20X is joined; and a thinning step of making the semiconductor substrate 20X into a semiconductor layer 20 by wet-etching the semiconductor substrate 20X from an upper surface and thinning the semiconductor substrate 20X.

Description

本発明は、半導体素子の製造に用いられる、半導体層を有する複合基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a composite substrate having a semiconductor layer used for manufacturing a semiconductor element.

近年、半導体素子の性能向上を図るべく、寄生容量を減らす技術の開発が進められている。この寄生容量を減らす技術として、SOS(Silicon On Sapphire)構造がある。こ
のSOS構造を形成する方法として、例えば特許文献1に記載された技術がある。
In recent years, in order to improve the performance of semiconductor devices, development of techniques for reducing parasitic capacitance has been promoted. As a technique for reducing this parasitic capacitance, there is an SOS (Silicon On Sapphire) structure. As a method of forming this SOS structure, for example, there is a technique described in Patent Document 1.

特開平10−12547号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-12547

しかし、特許文献1に記載された技術では、シリコンとサファイアとの格子構造の違いによって、シリコンに格子欠陥が生じてしまっていた。   However, in the technique described in Patent Document 1, lattice defects have occurred in silicon due to the difference in the lattice structure between silicon and sapphire.

本発明は、上述の事情のもとで考え出されたものであって、格子欠陥の少ない半導体層を有する複合基板の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been conceived under the above circumstances, and an object thereof is to provide a method for manufacturing a composite substrate having a semiconductor layer with few lattice defects.

本発明の複合基板の製造方法は、絶縁性材料からなる基体の上面の中央に半導体材料からなる半導体基板を接合する接合工程と、前記基体の周縁に、前記半導体基板が接合されている上面に比べて算術平均粗さの大きい上面を有する周縁部を形成して、前記基体を前記周縁部および該周縁部の内側に位置して前記半導体基板が接合されている主部を有する支持基板に加工する加工工程と、前記半導体基板を上面からウェットエッチングして薄層化することによって半導体層とする薄層化工程とを有する。   The method for manufacturing a composite substrate of the present invention includes a bonding step of bonding a semiconductor substrate made of a semiconductor material to the center of the upper surface of a base made of an insulating material, and an upper surface where the semiconductor substrate is bonded to the periphery of the base A peripheral portion having an upper surface having a large arithmetic average roughness is formed, and the base body is processed into a support substrate having the peripheral portion and a main portion to which the semiconductor substrate is bonded inside the peripheral portion. And a thinning step for forming a semiconductor layer by wet etching the semiconductor substrate from above.

本発明によれば、格子欠陥の少ない半導体層を有する複合基板の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the composite substrate which has a semiconductor layer with few lattice defects can be provided.

(a)〜(c)は、それぞれ本発明の1つの実施形態に係る製造方法の製造工程を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the manufacturing process of the manufacturing method which concerns on one embodiment of this invention, respectively. 図1(b)に示す加工工程の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the process shown in FIG.1 (b). 図1(b)に示す加工工程の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the process shown in FIG.1 (b). 図1(c)に示す複合基板1の変形例の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the modification of the composite substrate 1 shown in FIG.1 (c).

本発明の複合基板の製造方法の実施形態の一例について、図面を参照しつつ、説明する。   An example of an embodiment of a method for producing a composite substrate of the present invention will be described with reference to the drawings.

<接合工程>
まず、図1(a)に示すように、絶縁性材料からなる基体10Xの上面10Xaの中央に、半導体材料からなる半導体基板20Xを接合する。「中央」とは、基体10Xの周縁
に対する相対的な位置関係を示し、必ずしも「中心」である必要はない。また、この例では、基体10Xの上面10Xaの全てを被覆するように半導体基板20Xが接合されている。
<Joint process>
First, as shown in FIG. 1A, a semiconductor substrate 20X made of a semiconductor material is bonded to the center of the upper surface 10Xa of the base 10X made of an insulating material. “Center” indicates a relative positional relationship with respect to the peripheral edge of the base body 10X, and does not necessarily need to be “center”. In this example, the semiconductor substrate 20X is bonded so as to cover the entire upper surface 10Xa of the base body 10X.

基体10Xを構成する絶縁性材料は、絶縁性を有する材料であれば特に限定はされないが、例えば酸化アルミニウム単結晶(サファイア)、炭化シリコン等を用いることができる。本実施形態では、基体10Xとしてサファイアを用いる。   The insulating material constituting the base 10X is not particularly limited as long as it is an insulating material, but for example, aluminum oxide single crystal (sapphire), silicon carbide, or the like can be used. In this embodiment, sapphire is used as the substrate 10X.

基体10Xの厚みとしては、半導体基板20Xを支持できれば特に限定はされないが、例えば、600〜650μm程度とすればよい。   The thickness of the base 10X is not particularly limited as long as the semiconductor substrate 20X can be supported, but may be about 600 to 650 μm, for example.

半導体基板20Xを構成する半導体材料は、ガリウム砒素,窒化ガリウム等種々の半導体材料を用いることができるが、この例では、シリコン(Si)の単結晶基板を用いている。半導体基板20Xのシリコンとしては、p型,n型またはノンドープのいずれかのシリコンが採用できる。p型のドーパント濃度としては、1×1016〔atoms/cm〕未満の範囲が挙げられる。n型のドーパント濃度としては、5×1015〔atoms/cm〕未満の範囲が挙げられる。ここで「ノンドープのシリコン」としているものは、単に不純物を意図してドープしないシリコンであって、不純物を含まない真性シリコンに限られるものではない。 As a semiconductor material constituting the semiconductor substrate 20X, various semiconductor materials such as gallium arsenide and gallium nitride can be used. In this example, a single crystal substrate of silicon (Si) is used. As silicon of the semiconductor substrate 20X, p-type, n-type, or non-doped silicon can be employed. Examples of the p-type dopant concentration include a range of less than 1 × 10 16 [atoms / cm 3 ]. Examples of the n-type dopant concentration include a range of less than 5 × 10 15 [atoms / cm 3 ]. What is referred to as “non-doped silicon” herein is silicon that is simply not doped with the intention of impurities, and is not limited to intrinsic silicon that does not contain impurities.

半導体基板20Xの厚みとしては、特に限定されないが、数μm以上の厚みのものが用いられる。   The thickness of the semiconductor substrate 20X is not particularly limited, but a thickness of several μm or more is used.

このような基体10Xと半導体基板20Xとを貼り合せて接合する。貼り合わせの方法としては、貼り合わせる面の表面を活性化して接合する方法、および静電気力を利用して接合する方法が挙げられる。表面の活性化する方法としては、例えば真空中でイオンビームを照射して表面をエッチングして活性化する方法、化学溶液で表面をエッチングして活性化する方法などが挙げられる。この接合を常温下で行ってもよい。   Such a base 10X and the semiconductor substrate 20X are bonded and bonded together. Examples of the bonding method include a method of activating and bonding the surfaces of the surfaces to be bonded, and a method of bonding using electrostatic force. Examples of the method for activating the surface include a method of activating by irradiating an ion beam in vacuum and etching the surface, a method of activating by etching the surface with a chemical solution, and the like. You may perform this joining under normal temperature.

なお、この接合に際しては、樹脂系などの接着剤を使用しない方法が採用され、原子間力などを利用した固相接合(Solid State Bonding)によって、基体10Xと半導体基板
20Xとが直接的に接合される。この固相接合によって接合する場合、基体10Xおよび半導体基板20Xは、接合する面の面粗さが小さいことが好ましい。この面荒さは、例えば算術平均粗さRaで表される。この算術平均粗さRaの範囲としては、10nm未満が挙げられる。算術平均粗さを小さくすることによって、互いに接合する際に加える圧力を小さくすることができる。特に、Raを1nm以下とすることによって、極めて小さい加圧で接合することができる。
In this bonding, a method that does not use an adhesive such as a resin is employed, and the base 10X and the semiconductor substrate 20X are directly bonded by solid state bonding using atomic force or the like. Is done. When joining by this solid phase joining, it is preferable that the base | substrate 10X and the semiconductor substrate 20X have a small surface roughness of the surface to join. This surface roughness is represented by arithmetic mean roughness Ra, for example. Examples of the range of the arithmetic average roughness Ra include less than 10 nm. By reducing the arithmetic average roughness, the pressure applied when joining each other can be reduced. In particular, when Ra is 1 nm or less, bonding can be performed with extremely low pressure.

<加工工程>
次に、基体10Xの周縁に、半導体基板20Xが接合されている上面に比べて算術平均粗さの大きい周縁部12を形成して、図1(b)に示すように、基体11Xを、周縁部12および周縁部12の内側に位置して半導体基板20Xが接合されている主部11を有する支持基板10に加工する。この例では、主部11の周囲を囲うように周縁部12を形成している。
<Processing process>
Next, a peripheral edge portion 12 having a large arithmetic average roughness is formed on the periphery of the base body 10X as compared with the upper surface to which the semiconductor substrate 20X is bonded. As shown in FIG. The support substrate 10 having the main part 11 which is located inside the part 12 and the peripheral part 12 and to which the semiconductor substrate 20X is bonded is processed. In this example, the peripheral edge portion 12 is formed so as to surround the periphery of the main portion 11.

具体的には、半導体基板20Xの周縁を除去することにより、基体10の周縁部12を露出させるとともに、露出した表面(周縁部12の上面12a)の算術平均粗さを大きくする。基体10の周縁部12を半導体基板20Xから露出させるためには、例えば、化学的,物理的なエッチングや機械的手法により、半導体基板20Xの周縁を部分的に除去すればよい。エッチングとしては、化学的な方法、およびイオンビームなどの物理的な方法
が挙げられる。そして、半導体基板20Xの支持基体10Xと接合されていない側の主面(以下、上面20Xaという)にフォトマスクを形成してエッチングを行なう。マスクとしては、例えばメタルマスクおよびフォトマスクなどがあり、エッチングの方法に応じて適宜選択される。
Specifically, by removing the periphery of the semiconductor substrate 20X, the periphery 12 of the base body 10 is exposed, and the arithmetic average roughness of the exposed surface (the upper surface 12a of the periphery 12) is increased. In order to expose the peripheral edge portion 12 of the base 10 from the semiconductor substrate 20X, the peripheral edge of the semiconductor substrate 20X may be partially removed by, for example, chemical or physical etching or a mechanical technique. Etching includes a chemical method and a physical method such as an ion beam. Then, a photomask is formed on the main surface of the semiconductor substrate 20X that is not bonded to the support base 10X (hereinafter referred to as the upper surface 20Xa), and etching is performed. Examples of the mask include a metal mask and a photomask, and are appropriately selected according to the etching method.

主部11と周縁部12とで上面(11a,12a)の算術平均粗さを変えるためには、例えば、周縁部12の上面12aにおいてスパッタリングを行なったり、ブラスト加工のように機械的な加工を加えたりすればよい。支持基体を加工して周縁部12を形成する際にエッチング等の条件を適宜調整して、周縁部12の形成と同時にその表面12aを荒らすように加工してもよい。   In order to change the arithmetic average roughness of the upper surface (11a, 12a) between the main portion 11 and the peripheral portion 12, for example, sputtering is performed on the upper surface 12a of the peripheral portion 12, or mechanical processing such as blast processing is performed. You can add it. When the support base is processed to form the peripheral portion 12, conditions such as etching may be adjusted as appropriate so that the surface 12 a is roughened simultaneously with the formation of the peripheral portion 12.

ここで、主部11の上面11aは、支持基板10と半導体基板20Xとを接合する観点からもその算術平均粗さは小さいことが好ましく、前述の通り、例えば、算術平均粗さを10nm未満とすることが好ましい。これに対して、周縁部12の上面12aは、その算術平均粗さを主部11の上面11aに比べ大きくすればよい。具体的には、例えば、主部11の上面11aの算術平均粗さを1nm未満としたときに、5nm以上とすればよい。   Here, the upper surface 11a of the main portion 11 preferably has a small arithmetic average roughness from the viewpoint of bonding the support substrate 10 and the semiconductor substrate 20X. As described above, for example, the arithmetic average roughness is less than 10 nm. It is preferable to do. On the other hand, the arithmetic average roughness of the upper surface 12 a of the peripheral portion 12 may be larger than that of the upper surface 11 a of the main portion 11. Specifically, for example, when the arithmetic average roughness of the upper surface 11a of the main portion 11 is less than 1 nm, it may be set to 5 nm or more.

<薄層化工程>
次に、図1(c)に示すように、半導体基板20Xの上面20Xaからウェットエッチングして薄層化することにより、半導体基板20Xを半導体層20とする。
<Thinning process>
Next, as shown in FIG. 1C, the semiconductor substrate 20X is made into the semiconductor layer 20 by wet etching from the upper surface 20Xa of the semiconductor substrate 20X to make it thin.

エッチング液は、半導体材料を選択的に除去するものが好ましく、例えば、半導体材料がシリコンで、絶縁性材料がサファイアである場合には、フッ酸,硝酸,酢酸,KOHおよびこれらの混合液等を用いることができる。   The etching solution is preferably one that selectively removes the semiconductor material. For example, when the semiconductor material is silicon and the insulating material is sapphire, hydrofluoric acid, nitric acid, acetic acid, KOH, and a mixed solution thereof are used. Can be used.

このようなエッチング液を用いて、半導体基板20Xを上面20Xa側から所望の厚みとなるまでエッチングする。半導体層20の厚みとしては、例えば、50nm程度から2μm程度の範囲が挙げられる。   Using such an etchant, the semiconductor substrate 20X is etched from the upper surface 20Xa side to a desired thickness. Examples of the thickness of the semiconductor layer 20 include a range of about 50 nm to about 2 μm.

ここで、半導体材料は一般的に疎水性である。本例のシリコンも疎水性である。このような疎水性材料からなる半導体基板20Xの上面20Xaにエッチング液を保持する必要がある。これに対して、支持基板10の周縁部12の上面12aの算術平均粗さが大きいことから、周縁部12の上面12aにおける濡れ性を高めることができる。これにより、周縁部12の上面12aにおいてエッチング液を保持し、平面視で周縁部12の内側に位置する半導体基板20Xにエッチング液を留めることができる。言い換えると、半導体基板20Xの周囲に、周縁部12により保持されたエッチング液の「壁」を形成することができる。これにより、半導体基板20Xとして疎水性材料を用いた場合であってもエッチングを行なうことができる。   Here, the semiconductor material is generally hydrophobic. The silicon in this example is also hydrophobic. It is necessary to hold an etching solution on the upper surface 20Xa of the semiconductor substrate 20X made of such a hydrophobic material. On the other hand, since the arithmetic average roughness of the upper surface 12a of the peripheral portion 12 of the support substrate 10 is large, the wettability of the upper surface 12a of the peripheral portion 12 can be improved. As a result, the etching solution can be held on the upper surface 12a of the peripheral portion 12, and the etching solution can be retained on the semiconductor substrate 20X located inside the peripheral portion 12 in plan view. In other words, the “wall” of the etching solution held by the peripheral edge portion 12 can be formed around the semiconductor substrate 20X. Thereby, even if it is a case where a hydrophobic material is used as the semiconductor substrate 20X, it can etch.

このようなエッチングを、スピンエッチングにより行なうことが好ましい。スピンエッチングを行なうことより、エッチングによる膜厚分布を抑えることができる。通常、スピンエッチングを行なうと、疎水性材料からなる半導体基板20X上にエッチング液を保持することが困難となるが、この例では、上面12aの濡れ性の高めた周縁部12によりエッチング液を保持することができる。   Such etching is preferably performed by spin etching. By performing spin etching, the film thickness distribution due to etching can be suppressed. Usually, when spin etching is performed, it becomes difficult to hold the etching solution on the semiconductor substrate 20X made of a hydrophobic material, but in this example, the etching solution is held by the peripheral portion 12 having improved wettability of the upper surface 12a. can do.

特に、この例では、絶縁性材料として親水性材料のサファイアを用いている。このため、周縁部12の上面12aの濡れ性を更に高めることができるため、より確実にエッチングを行なうことができる。   In particular, in this example, sapphire, which is a hydrophilic material, is used as the insulating material. For this reason, since the wettability of the upper surface 12a of the peripheral part 12 can further be improved, it can etch more reliably.

ここまでの工程を経ることにより、図1(c)に示すような、支持基板10上に半導体
層20が配置された複合基板1を製造することができる。
Through the steps up to here, the composite substrate 1 in which the semiconductor layer 20 is disposed on the support substrate 10 as shown in FIG. 1C can be manufactured.

このようにして製造した複合基板1は、半導体層20として高い結晶性を有するシリコン単結晶を用いることができるので、支持基板10上に格子定数の異なる半導体層を成長させる場合に比べ、半導体層20の品質を高めることができる。また、基体10Xと半導体基板20Xとを直接貼り合わせることにより、支持基板10と半導体層20との間において不純物の介在を抑制することができ、高品質な複合基板1とすることができる。また、半導体層20に熱伝導率の高いサファイアからなる支持基板10が直接接合されていることにより、放熱性の高い複合基板1とすることができる。   Since the composite substrate 1 manufactured in this manner can use a silicon single crystal having high crystallinity as the semiconductor layer 20, the semiconductor layer can be compared with a case where semiconductor layers having different lattice constants are grown on the support substrate 10. 20 quality can be improved. Further, by directly bonding the base body 10X and the semiconductor substrate 20X, the interposition of impurities between the support substrate 10 and the semiconductor layer 20 can be suppressed, and the high-quality composite substrate 1 can be obtained. Further, since the support substrate 10 made of sapphire having high thermal conductivity is directly bonded to the semiconductor layer 20, the composite substrate 1 having high heat dissipation can be obtained.

また、複合基板1を用いて半導体素子を製造する場合には、求められる半導体層20の厚みは、半導体基板20Xとして用いられる一般的なシリコン単結晶基板の厚みに比べて非常に薄い。このため、厚い半導体基板20Xにダメージを与えることなく、均一な薄い半導体層20へと加工する必要がある。これに対して、本例によれば、周縁部12においてエッチング液を保持することで、安定して半導体基板20Xとエッチング液とを接触させることができる。これにより、半導体基板20Xを、厚みの面内分布が少ない、所望の厚みを有する半導体層20へと加工することができる。このように、周縁部12を設け、ウェットエッチングを行なうことで始めて、所望の厚みを有する、欠陥の少ない高品質の半導体層20を有する複合基板1を提供することができる。   Further, when a semiconductor element is manufactured using the composite substrate 1, the required thickness of the semiconductor layer 20 is much thinner than that of a general silicon single crystal substrate used as the semiconductor substrate 20X. For this reason, it is necessary to process the uniform semiconductor layer 20 without damaging the thick semiconductor substrate 20X. On the other hand, according to this example, the semiconductor substrate 20X and the etching solution can be stably brought into contact with each other by holding the etching solution in the peripheral portion 12. Thereby, the semiconductor substrate 20X can be processed into the semiconductor layer 20 having a desired thickness with a small in-plane thickness distribution. Thus, the composite substrate 1 having the desired thickness and the high-quality semiconductor layer 20 with few defects can be provided only by providing the peripheral edge portion 12 and performing wet etching.

なお、複合基板1の製造後に、当該複合基板1を精密研磨してもよい。この精密研磨によって、半導体層20の厚みの均一性を向上させることができる。この精密エッチングに用いるエッチング手段としては、例えばドライエッチングが挙げられる。このドライエッチングには、化学的な反応によるものと、物理的な衝突によるものとが含まれる。化学的な反応を利用するものとしては、反応性の気体(ガス)、イオンおよびイオンビーム、ならびにラジカルを利用するものなどが挙げられる。この反応性イオンに使われるエッチングガスとしては、六フッ化硫黄(SF)、四フッ化炭素(CF)などが挙げられる。また、物理的な衝突によるものとしては、イオンビームを利用するものが挙げられる。このイオンビームを利用するものには、ガス・クラスタ・イオンビーム(Gas Cluster Ion Beam;GCIB)を用いた方法が含まれている。また、メカノケミカル研磨や砥粒研磨等の機械的研磨を行なってもよい。 Note that after the composite substrate 1 is manufactured, the composite substrate 1 may be precisely polished. By this precise polishing, the uniformity of the thickness of the semiconductor layer 20 can be improved. Examples of the etching means used for this precise etching include dry etching. This dry etching includes a chemical reaction and a physical collision. Examples of utilizing chemical reactions include reactive gases (gas), ions and ion beams, and those utilizing radicals. Examples of the etching gas used for the reactive ions include sulfur hexafluoride (SF 6 ) and carbon tetrafluoride (CF 4 ). Moreover, what uses an ion beam is mentioned as a thing by physical collision. One using this ion beam includes a method using a gas cluster ion beam (GCIB). Further, mechanical polishing such as mechanochemical polishing or abrasive polishing may be performed.

また、上述の工程では、基板等を洗浄する工程を明記していないが、必要に応じて基板の洗浄をしてもよい。基板の洗浄方法としては、超音波を用いた洗浄、有機溶媒を用いた洗浄、化学薬品を用いた洗浄、およびOアッシングを用いた洗浄などの種々の方法が挙げられる。これらの洗浄方法は、組み合わせて採用してもよい。特に、純水や水溶液を用いた洗浄を行なう場合には、周縁部12により洗浄液を保持することができる。 Moreover, in the above-mentioned process, although the process of washing | cleaning a board | substrate etc. is not specified, you may wash | clean a board | substrate as needed. Examples of the substrate cleaning method include various methods such as cleaning using ultrasonic waves, cleaning using an organic solvent, cleaning using chemicals, and cleaning using O 2 ashing. These cleaning methods may be employed in combination. In particular, when cleaning is performed using pure water or an aqueous solution, the cleaning liquid can be held by the peripheral edge portion 12.

<変形例1:加工工程>
上述の例では、支板基板10は平板状であり、主部11と周縁部12とで厚みに差異はないものを例に説明したが、図2に示すように、主部11Aと周縁部12Aとを有する支持基板10Aとしてもよい。具体的には、周縁部12Aにおける支持基板10Aの厚みd2は、主部11Aにおける厚みd1に比べて薄くなっている。そして、周縁部12Aの上面12Aaは、主部11Aの上面11Aaよりも下側に位置している。この例では、主部11Aの下面11Abと周縁部12Aの下面12Abとは揃えて配置され、同一平面に位置している。なお、支持基板10Aは欠けを防ぐために外周部が面取りされていることがある。その場合には、周縁部12Aの厚みd2としては、互いに平行な上面12Aaと下面12Abとの間で測定するものとする。
<Modification 1: Processing step>
In the above-described example, the support plate substrate 10 has a flat plate shape, and the main portion 11 and the peripheral portion 12 are described as having no difference in thickness. However, as shown in FIG. It is good also as 10 A of support substrates which have 12A. Specifically, the thickness d2 of the support substrate 10A in the peripheral portion 12A is thinner than the thickness d1 in the main portion 11A. The upper surface 12Aa of the peripheral portion 12A is located below the upper surface 11Aa of the main portion 11A. In this example, the lower surface 11Ab of the main portion 11A and the lower surface 12Ab of the peripheral edge portion 12A are aligned and located on the same plane. Note that the outer peripheral portion of the support substrate 10A may be chamfered to prevent chipping. In this case, the thickness d2 of the peripheral portion 12A is measured between the upper surface 12Aa and the lower surface 12Ab that are parallel to each other.

このように、主部11Aと周縁部12Aとで厚みを変えるには、例えば、周縁部12A
を半導体基板20XAから露出させる際に、半導体基板20XAの外周部分の除去に続き、基体10XAの厚み方向における一部を除去すればよい。
Thus, in order to change the thickness between the main portion 11A and the peripheral portion 12A, for example, the peripheral portion 12A
May be removed from the semiconductor substrate 20XA, after the outer peripheral portion of the semiconductor substrate 20XA is removed, a part of the base body 10XA in the thickness direction may be removed.

支持基板10Aによれば、薄層化工程において、周縁部12Aの上面12Aaに加え、主部11Aの側面11yにおいてもエッチング液を保持することができる。   According to the support substrate 10A, in the thinning step, the etching solution can be held not only on the upper surface 12Aa of the peripheral portion 12A but also on the side surface 11y of the main portion 11A.

特に、主部11Aの側面11yの算術平均粗さを主部11Aの上面11Aaに比べ大きくする場合には、側面11yにおける濡れ性をさらに高めることができるので、より安定してエッチング液を保持することができる。   In particular, when the arithmetic average roughness of the side surface 11y of the main portion 11A is made larger than that of the upper surface 11Aa of the main portion 11A, the wettability on the side surface 11y can be further increased, so that the etching solution can be held more stably. be able to.

側面11yの算術平均粗さを大きくするには、化学的または物理的なエッチングを行ったり、ブラスト加工、砥粒研磨,ダイシング等の機械的な加工を施したりすればよい。   In order to increase the arithmetic average roughness of the side surface 11y, chemical or physical etching may be performed, or mechanical processing such as blasting, abrasive polishing, or dicing may be performed.

<変形例2:加工工程>
図2に示す例では、主部11Aの側面11yが上面11Aa,下面11Abに対して垂直な面となっているが、傾斜面してもよい。具体的には、主部11Aの側面11yと下面11Abとで成す角を鋭角としてもよい。このような構成とすることにより、より安定してエッチング液を保持することができる。
<Modification 2: Processing step>
In the example shown in FIG. 2, the side surface 11y of the main portion 11A is a surface perpendicular to the upper surface 11Aa and the lower surface 11Ab, but may be inclined. Specifically, the angle formed by the side surface 11y and the lower surface 11Ab of the main part 11A may be an acute angle. With such a configuration, the etching solution can be held more stably.

<変形例3:接合工程>
図1(a)に示す例では、平面視で基体10Xと半導体基板20Xとの大きさがほぼ同じものを用いた場合について説明したが、半導体基板20Xとして、基体10Xよりも小さい形状のものを用いて、基体10Xの中央に接合してもよい。
<Modification 3: Joining process>
In the example shown in FIG. 1A, the case where the base 10X and the semiconductor substrate 20X have substantially the same size in plan view has been described. However, the semiconductor substrate 20X has a shape smaller than the base 10X. It may be used and bonded to the center of the substrate 10X.

このような構成とすることにより、基体10Xの上面10Xaにおいて、予め半導体基板20Xから露出する領域を設けることができる。これにより、接合工程に続いて実施される加工工程を簡易なものとすることができる。   With such a configuration, a region exposed from the semiconductor substrate 20X in advance can be provided on the upper surface 10Xa of the base body 10X. Thereby, the process process implemented following a joining process can be simplified.

<変形例4:加工工程〜薄層化工程>
上述の例では半導体基板20Xとして均一なドーパント濃度を有するものを用いたが、厚み方向によりドーパント濃度が異なる半導体基板20XBを用いてもよい。このような半導体基板20XBとしては、例えば、第1層と第2層との積層構造として、支持基板10に接合される側の主面側に位置する層(第1層)に比べ、基体10XBに接合されない側の主面(上面)側に位置する層(第2層)のドーパント濃度を高くすればよい。
<Modification 4: Processing step to thinning step>
In the above example, the semiconductor substrate 20X having a uniform dopant concentration is used, but a semiconductor substrate 20XB having a different dopant concentration depending on the thickness direction may be used. As such a semiconductor substrate 20XB, for example, as a laminated structure of a first layer and a second layer, the base body 10XB is compared with a layer (first layer) located on the main surface side on the side bonded to the support substrate 10. The dopant concentration of the layer (second layer) located on the main surface (upper surface) side that is not bonded to the substrate may be increased.

具体的には、第1層として、相対的に低濃度のpおよびnのドーパント濃度、ならびにノンドープのいずれか1つとなるように形成される。pのドーパント濃度としては、1×1016〔atoms/cm〕未満の範囲が挙げられる。nのドーパント濃度としては、5×1015〔atoms/cm〕未満の範囲が挙げられる。ここで「ノンドープのシリコン」としているものは、単に不純物を意図してドープしないシリコンであって、不純物を含まない真性シリコンに限られるものではない。 Specifically, the first layer is formed to have any one of a relatively low concentration of p and n dopants and non-doped. Examples of the p dopant concentration include a range of less than 1 × 10 16 [atoms / cm 3 ]. Examples of the n dopant concentration include a range of less than 5 × 10 15 [atoms / cm 3 ]. What is referred to as “non-doped silicon” herein is silicon that is simply not doped with the intention of impurities, and is not limited to intrinsic silicon that does not contain impurities.

また、第2層として、相対的に高濃度のp++およびn++、ならびに中濃度のpおよびnのものが採用できる。p++のドーパント濃度としては、1×1018以上1×1021〔atoms/cm〕以下の範囲が挙げられる。pのドーパント濃度としては、1×1016以上1_! (B×1018〔atoms/cm〕未満の範囲が挙げられ
る。n++のドーパント濃度としては、5×1017以上1×1021〔atoms/cm〕以下の範囲が挙げられる。nのドーパント濃度としては、5×1015以上5×1017〔atoms/cm〕未満の範囲が挙げられる。なお、「p」および「n」の右上に記載している「++」および「+」の記載は、シリコンの抵抗値を基準とするもの
である。
As the second layer, a relatively high concentration of p ++ and n ++ , and a medium concentration of p + and n + can be employed. Examples of the p ++ dopant concentration include a range of 1 × 10 18 to 1 × 10 21 [atoms / cm 3 ]. The p + dopant concentration includes a range of 1 × 10 16 or more and less than 1_! (B × 10 18 [atoms / cm 3 ]. The n ++ dopant concentration is 5 × 10 17 or more and 1 × 10 21. [Atoms / cm 3 ] The following ranges can be cited: The n + dopant concentration includes a range of 5 × 10 15 or more and less than 5 × 10 17 [atoms / cm 3 ], where “p” and “ The description of “++” and “+” written in the upper right of “n” is based on the resistance value of silicon.

このような半導体基板20XBを用い、薄層化工程において、第2層側からエッチングして、半導体基板20XBの厚みを薄くする。このエッチングでは、ドーパント濃度の違いによってエッチングの速度が大きく変化する、選択性のエッチング液を採用することで可能となる。この選択性のエッチング液は、ドーパント濃度が所定の値を上回ったり、下回ったりするとエッチングの速度が著しく低下するように調整される。このような選択的なエッチング液としては、フッ酸、硝酸、および酢酸の混合液、ならびにフッ酸、硝酸、および水の混合液などが挙げられる。例えば、フッ酸、硝酸、および酢酸の混合液をエッチング液として採用する。このエッチング液は、例えば、p型シリコンを採用した場合には、ドーパント濃度が7×1017〜2×1018[atoms/cm]を境にしてエッチング速度が著しく低下するように調整されている。なお、選択性のエッチングをする他の法としては、5%程度のフッ化水素溶液内での電界エッチング法、KOH溶液でのパルス電極陽極酸化法などが挙げられる。このようなエッチング液を用いることにより、第1層に到達するとエッチング速度が低下し、ドーパント濃度の低い第1層部分が残ることとなる。この第1層部分を半導体層20とすればよい。 Using such a semiconductor substrate 20XB, the thickness of the semiconductor substrate 20XB is reduced by etching from the second layer side in the thinning step. This etching can be performed by employing a selective etching solution in which the etching rate varies greatly depending on the difference in dopant concentration. This selective etching solution is adjusted so that the etching rate is significantly reduced when the dopant concentration exceeds or falls below a predetermined value. Examples of such a selective etching solution include a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid, and a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid, and water. For example, a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid is used as the etching solution. For example, when p-type silicon is used, this etching solution is adjusted so that the etching rate is remarkably reduced with the dopant concentration being 7 × 10 17 to 2 × 10 18 [atoms / cm 3 ] as a boundary. Yes. Other methods for selective etching include an electric field etching method in a 5% hydrogen fluoride solution, a pulse electrode anodizing method in a KOH solution, and the like. By using such an etchant, when reaching the first layer, the etching rate is reduced, and the first layer portion having a low dopant concentration remains. The first layer portion may be the semiconductor layer 20.

なお、本発明は上記の実施の形態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内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、図2において支持基板10Aは、主部11Aと周縁部12Aの下面が揃っており、段差のない状態となっているが、下面が揃っていなくてもよい。すなわち、主部11Aの厚み方向における中心と、周縁部12Aの厚み方向における中心とを揃えるように配置されていてもよい。   For example, in FIG. 2, the support substrate 10 </ b> A has the bottom surfaces of the main portion 11 </ b> A and the peripheral portion 12 </ b> A aligned and has no step, but the bottom surface may not be aligned. That is, you may arrange | position so that the center in the thickness direction of 11 A of main parts and the center in the thickness direction of 12 A of peripheral parts may be equalized.

また、図1,図2において支持基板(10,10A)は、周縁部(12,12A)は主部(11,11A)を囲うように配置されているが、図3に示すように、主部11Cの周縁領域の一部分に周縁部12Cを配置してもよい。   1 and 2, the support substrate (10, 10A) is arranged so that the peripheral edge portion (12, 12A) surrounds the main portion (11, 11A), but as shown in FIG. You may arrange | position the peripheral part 12C in a part of peripheral area of the part 11C.

さらに、図1,図2において支持基板(10,10A)は、平面視で周縁部(12,12A)と主部(11,11A)とが間を開けずに配置されているが、図4に示すように、同様に、平面視で周縁部12Dと主部11CDの間に、半導体層20Dから露出するとともに主部11Dの上面11Daと同等の算術平均粗さを有する露出領域11xを設けても良い。   Further, in FIGS. 1 and 2, the supporting substrate (10, 10A) is arranged with the peripheral portion (12, 12A) and the main portion (11, 11A) being spaced apart in plan view. Similarly, an exposed region 11x that is exposed from the semiconductor layer 20D and has an arithmetic average roughness equivalent to the upper surface 11Da of the main portion 11D is provided between the peripheral edge portion 12D and the main portion 11CD in plan view. Also good.

なお、上述の例では、基体10Xに直接半導体基板20Xを貼り合わせた例について説明したが、酸化物層等を介して接合してもよい。   In the above example, the example in which the semiconductor substrate 20X is directly bonded to the base body 10X has been described. However, the semiconductor substrate 20X may be bonded via an oxide layer or the like.

1,1C・・・複合基板
10X・・・基体
10Xa・・・基体の上面
10,10A〜10D・・・支持基板
11,11A〜11D・・・主部
11a,11Aa・・・主部の上面
11b,11Ab・・・主部の下面
11x・・・露出領域
11y・・・側面
12,12A〜12D・・・周縁部
20X,20XA,20XB・・・半導体基板
20,20A,20D・・・半導体層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1C ... Composite board | substrate 10X ... Base | substrate 10Xa ... Upper surface 10, 10A-10D ... Support substrate 11, 11A-11D ... Main part 11a, 11Aa ... Upper surface of main part 11b, 11Ab ... lower surface 11x of main part ... exposed region 11y ... side face 12, 12A-12D ... peripheral edge 20X, 20XA, 20XB ... semiconductor substrate 20, 20A, 20D ... semiconductor layer

Claims (7)

絶縁性材料からなる基体の上面の中央に半導体材料からなる半導体基板を接合する接合工程と、
前記基体の周縁に、前記半導体基板が接合されている上面に比べて算術平均粗さの大きい上面を有する周縁部を形成して、前記基体を前記周縁部および該周縁部の内側に位置して前記半導体基板が接合されている主部を有する支持基板に加工する加工工程と、
前記半導体基板を上面からウェットエッチングして薄層化することによって半導体層とする薄層化工程とを有する複合基板の製造方法。
A bonding step of bonding a semiconductor substrate made of a semiconductor material to the center of the upper surface of the base made of an insulating material;
A peripheral portion having an upper surface having a large arithmetic average roughness compared to the upper surface to which the semiconductor substrate is bonded is formed at the peripheral edge of the base, and the base is positioned inside the peripheral portion and the peripheral portion. A processing step of processing into a support substrate having a main part to which the semiconductor substrate is bonded;
A method of manufacturing a composite substrate, comprising a step of thinning a semiconductor layer by wet-etching the semiconductor substrate from above to make it thin.
前記加工工程において、前記支持基板の前記周縁部の上面を前記主部の上面よりも下側に位置させて、前記周縁部の厚みを前記主部の厚みに比べて薄くする請求項1記載の複合基板の製造方法。   The said process step WHEREIN: The upper surface of the said peripheral part of the said support substrate is located below the upper surface of the said main part, and the thickness of the said peripheral part is made thin compared with the thickness of the said main part. A method of manufacturing a composite substrate. 前記加工工程において、前記主部と前記周縁部との間における前記主部の側面の算術平均粗さを前記主部の上面の算術平均粗さに比べて大きくする請求項2記載の複合基板の製造方法。   3. The composite substrate according to claim 2, wherein, in the processing step, the arithmetic average roughness of the side surface of the main portion between the main portion and the peripheral portion is made larger than the arithmetic average roughness of the upper surface of the main portion. Production method. 前記加工工程において、前記周縁部を前記主部の周囲の全体を囲むように形成する請求項1記載の複合基板の製造方法。   The method of manufacturing a composite substrate according to claim 1, wherein in the processing step, the peripheral portion is formed so as to surround the entire periphery of the main portion. 前記薄層化工程において、ウェットエッチングをスピンエッチングにより行なう請求項1記載の複合基板の製造方法。   The method of manufacturing a composite substrate according to claim 1, wherein wet etching is performed by spin etching in the thinning step. 前記基体の前記絶縁性材料として親水性材料を用いる請求項1記載の複合基板の製造方法。   The method for manufacturing a composite substrate according to claim 1, wherein a hydrophilic material is used as the insulating material of the base. 前記加工工程において、前記主部と前記周縁部との間における前記主部の側面を傾斜面とする請求項2記載の複合基板の製造方法。
The method of manufacturing a composite substrate according to claim 2, wherein in the processing step, a side surface of the main portion between the main portion and the peripheral portion is an inclined surface.
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JP2015142065A (en) * 2014-01-30 2015-08-03 京セラ株式会社 etching method

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