JP5781254B1 - ハンドル基板、半導体用複合基板、半導体回路基板およびその製造方法 - Google Patents
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- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
- H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
- H01L27/1214—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
- H01L27/1259—Multistep manufacturing methods
- H01L27/1262—Multistep manufacturing methods with a particular formation, treatment or coating of the substrate
- H01L27/1266—Multistep manufacturing methods with a particular formation, treatment or coating of the substrate the substrate on which the devices are formed not being the final device substrate, e.g. using a temporary substrate
Abstract
半導体用複合基板のハンドル基板2Aが多結晶透光性アルミナからなり、多結晶透光性アルミナのアルミナ純度が99.9%以上であり、多結晶透光性アルミナの200〜400nmの波長範囲における前方全光線透過率の平均値が60%以上であり、多結晶透光性アルミナの200〜400nmの波長範囲における直線透過率の平均値が15%以下である。【選択図】 図1
Description
本発明は、ハンドル基板、半導体用複合基板、半導体回路基板およびその製造方法に関するものである。
従来、Silicon on Quartz(SOQ)、Silicon on Glass(SOG)、Silicon on Sapphire (SOS)と呼ばれる、ハンドル基板を透明・絶縁基板で構成したSOIや、GaN、ZnO、ダイアモンド、AlN等の透明ワイドギャップ半導体をシリコン等のドナー基板に接合することで得られた貼り合わせウェーハが知られている。SOQ、SOG、SOSなどは、ハンドル基板の絶縁性・透明性などからプロジェクター、高周波デバイスなどへの応用が期待されている。またワイドギャップ半導体の薄膜をハンドル基板に複合化した貼り合わせウェーハは、高性能レーザーやパワーデバイスなどへの応用が期待される。
こうした半導体用の複合基板は、ハンドル基板とドナー基板とからなっており、一般的にハンドル基板やドナー基板は単結晶材料からなる。従来は、ベース基板上にシリコン層をエピタキシャル成長により形成する方法が主流であったが、近年直接接合により形成する方法が開発され、半導体デバイスの性能改善に寄与している。(特許文献1、2、3)。すなわち、こうしたハンドル基板とドナー基板とは、接合層や接着層を介して接合されるか、あるいは直接接合される。
しかし、サファイアは高価であることから、コストダウンのためには、サファイア以外の材料の基板をハンドル基板として用いることが望まれる。上述した接合技術の進歩に伴い、石英、ガラス、アルミナといったサファイア以外の材質からなるハンドル基板も各種提案されている(特許文献4、5、6、7)。
このような半導体デバイスは、搭載させる機器の高機能化や小型化に伴い、低背化が必須となっており、貼り合せによって形成された複合基板の半導体デバイスが構成された側の主面(回路側の主面)の反対側の主面(対向面)を研削、研磨、エッチング等の加工をすることで、薄肉化する。複合基板の厚さが薄くなると、基板の反りが発生し易くなり、ハンドリングに支障をきたす。このたため、複合基板の回路側の主面に別体の支持基板を接着することによって、ハンドリングを可能とする方法が知られている(特許文献8)。
複合基板の回路側の主面に別体の支持基板を接着する際、後から複合基板を支持基板から剥離させることを考慮し、紫外線硬化により粘着性を失うもの、熱硬化により粘着性を失うもの、または、特定の溶剤に溶解可能といった特徴を持つ接着剤が提案されている。しかし、熱や溶剤によってデバイスに与えられるダメージを考慮すると、紫外線硬化接着剤が、熱や溶剤によるダメージなく支持基板をはがすことができるため、望ましい。
複合基板と別体の支持基板との間に紫外線硬化型樹脂を介在させた状態で、紫外線を紫外線硬化型樹脂に対して照射する際には、紫外線を支持基板側から照射してもよく、複合基板側から照射してもよいはずである。
しかし、支持基板側から紫外線を照射する場合、支持基板の材質は紫外線を透過する材料でなければならない。支持基板には、接着後の裏面加工プロセスに応じ、機械的強度、耐薬品性、接着する基板との熱膨張マッチングといった特性が必須であるため、更に紫外線に対する透過性まで必要となった場合、材質の選択の幅が狭まるため、生産性の観点から好ましくない。この観点からは、複合基板側から紫外線を照射することが好ましいと言える。
しかし、本発明者の検討によると、複合基板に対して支持基板を紫外線硬化型樹脂で接着し、ハンドル基板側から紫外線を照射して樹脂を硬化させると、この後に複合基板を支持基板から剥離させるときに、複合基板の割れや剥離不良が生じ、歩留りが低下することがあった。
本発明の課題は、ハンドル基板側から紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂を硬化させ、次いで複合基板を支持基板から剥離させるときに、複合基板の割れや剥離不良を抑制することである。
本発明は、半導体用複合基板のハンドル基板であって、
ハンドル基板が多結晶透光性アルミナからなり、多結晶透光性アルミナのアルミナ純度が99.9%以上であり、多結晶透光性アルミナの200〜400nmの波長範囲における前方全光線透過率の平均値が60%以上であり、多結晶透光性アルミナの200〜400nmの波長範囲における直線透過率の平均値が15%以下であることを特徴とする。
ハンドル基板が多結晶透光性アルミナからなり、多結晶透光性アルミナのアルミナ純度が99.9%以上であり、多結晶透光性アルミナの200〜400nmの波長範囲における前方全光線透過率の平均値が60%以上であり、多結晶透光性アルミナの200〜400nmの波長範囲における直線透過率の平均値が15%以下であることを特徴とする。
また、本発明は、前記ハンドル基板、およびハンドル基板の接合面に対して接合されているドナー基板を有することを特徴とする、半導体用複合基板に係るものである。
また、本発明は、前記半導体用複合基板、および前記ドナー基板上に設けられている回路を有することを特徴とする、半導体回路基板に係るものである。
また、本発明は、ハンドル基板、ハンドル基板の接合面に対して接合されているドナー基板、およびドナー基板上に設けられている回路を有する半導体回路基板を製造する方法であって、
多結晶透光性アルミナからなり、接合面と対向面とを有する基材、この基材の接合面に対して接合されているドナー基板、および前記ドナー基板上に設けられている回路を有する部品を得る工程であって、前記多結晶透光性アルミナのアルミナ純度が99.9%以上であり、前記多結晶透光性アルミナの200〜400nmの波長範囲における前方全光線透過率の平均値が60%以上であり、前記多結晶透光性アルミナの200〜400nmの波長範囲における直線透過率の平均値が15%以下である工程;
前記基材を前記対向面側から加工し、前記基材の厚さを小さくすることによって前記ハンドル基板を形成する工程;および
前記ドナー基板と支持基板との間に紫外線硬化型接着剤を介在させた状態で、200〜400nmの波長範囲の紫外線を前記ハンドル基板側から前記紫外線硬化型樹脂へと照射することによって紫外線硬化型樹脂を硬化させることを特徴とする。
多結晶透光性アルミナからなり、接合面と対向面とを有する基材、この基材の接合面に対して接合されているドナー基板、および前記ドナー基板上に設けられている回路を有する部品を得る工程であって、前記多結晶透光性アルミナのアルミナ純度が99.9%以上であり、前記多結晶透光性アルミナの200〜400nmの波長範囲における前方全光線透過率の平均値が60%以上であり、前記多結晶透光性アルミナの200〜400nmの波長範囲における直線透過率の平均値が15%以下である工程;
前記基材を前記対向面側から加工し、前記基材の厚さを小さくすることによって前記ハンドル基板を形成する工程;および
前記ドナー基板と支持基板との間に紫外線硬化型接着剤を介在させた状態で、200〜400nmの波長範囲の紫外線を前記ハンドル基板側から前記紫外線硬化型樹脂へと照射することによって紫外線硬化型樹脂を硬化させることを特徴とする。
本発明によれば、ハンドル基板側から紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂を硬化させ、次いで複合基板を支持基板から剥離させるときに、複合基板の割れや剥離不良を抑制することができる。
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。
図1(a)に示すように、多結晶透光性アルミナからなる基材2を準備する。基材2の一対の主面のうち一方は接合面2aであり、他方は対向面2bである。基材2の接合面2aにドナー基板3を接合し、ドナー基板3上に回路4を形成する。次いで、ドナー基板3と別体の支持基板6との間に紫外線硬化型樹脂5を介在させることで、両者を粘着させ、部品1を作製する。
図1(a)に示すように、多結晶透光性アルミナからなる基材2を準備する。基材2の一対の主面のうち一方は接合面2aであり、他方は対向面2bである。基材2の接合面2aにドナー基板3を接合し、ドナー基板3上に回路4を形成する。次いで、ドナー基板3と別体の支持基板6との間に紫外線硬化型樹脂5を介在させることで、両者を粘着させ、部品1を作製する。
次いで、図1(b)に示すように、基材2を加工して薄板化し、ハンドル基板2Aを得る。これによって照射前の部品1Aが作製される。なお、図1(b)において、破線の領域8は、基材2から除去された領域を示し、2cは、薄板化加工後の対向面を示す。
次いで、図2(a)に示すように、部品1Aにダイシング溝9を形成し、大寸法の複合基板7Aを多数の複合基板7Bに分割する。ここで、ダイシング溝9は、複合基板7Bを分離するが、更に紫外線硬化型樹脂5まで分割することが好ましい。
次いで、図3(a)に示すように、ハンドル基板2Aの対向面2c側から紫外線を矢印Aのように照射する。紫外線は、ハンドル基板2A、ドナー基板3を透過し、紫外線硬化型樹脂5に照射され、樹脂5を硬化させる。
ここで、従来は、図3(b)に示すように、ハンドル基板12を透過した紫外線は、回路4の隙間16を矢印Bのように直進し、紫外線硬化型樹脂5を硬化させる。一方、回路に対して矢印Aのように入射した紫外線は回路を透過できず、回路の上方には影の領域17が生ずる。この結果、領域17では紫外線硬化型樹脂の硬化が進まず、粘着性が維持される一方、隙間16上の領域では樹脂の硬化が進み、粘着性が喪失する。この状態で複合基板を支持基板から剥離させると、隙間16上の領域では剥離が簡単に生ずるが、影の領域17では粘着性が残っているので、剥離時の応力が複合基板に均等に加わらない。この結果、複合基板を支持基板から剥離させるときに、複合基板の割れや剥離不良が生じやすいものと考えられる。
これに対して、本発明では、ハンドル基板を構成する多結晶透光性アルミナの200〜400nmの波長範囲における前方全光線透過率の平均値を60%以上とすることで、紫外線を効率的に樹脂5へと矢印Bのように照射しつつ、同時にその直線透過率を15%以下と低くすることで、矢印Cのように紫外線をハンドル基板内で散乱させる。ドナー基板3は薄いので、ハンドル基板で散乱した紫外線は、回路4の上方にも効率的に照射され、影が生じにくくなる。この結果、紫外線照射後の樹脂5が均等に硬化するので、複合基板を支持基板から剥離させるときに、複合基板の割れや剥離不良が抑制される。
以下、本発明の各構成要素について更に述べる。
(半導体用複合基板)
本発明の複合基板は、プロジェクター用発光素子、高周波デバイス、高性能レーザー、パワーデバイス、ロジックICなどに利用できる。
(半導体用複合基板)
本発明の複合基板は、プロジェクター用発光素子、高周波デバイス、高性能レーザー、パワーデバイス、ロジックICなどに利用できる。
(ドナー基板)
複合基板は、本発明のハンドル基板と、ドナー基板とを含む。
ドナー基板の材質は、特に限定されないが、好ましくは、シリコン、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、酸化亜鉛及びダイアモンドからなる群から選択される。ドナー基板の厚さは、特に限定されないが、通常のSEMI/JEITA規格近傍のものがハンドリングの関係から扱いやすい。
複合基板は、本発明のハンドル基板と、ドナー基板とを含む。
ドナー基板の材質は、特に限定されないが、好ましくは、シリコン、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、酸化亜鉛及びダイアモンドからなる群から選択される。ドナー基板の厚さは、特に限定されないが、通常のSEMI/JEITA規格近傍のものがハンドリングの関係から扱いやすい。
ドナー基板は、上述の材質を有し、表面に酸化膜を有していてもよい。酸化膜を通してイオン注入を行えば、注入イオンのチャネリングを抑制する効果が得られるからである。酸化膜は、好ましくは50〜500nmの厚さを有する。酸化膜を有するドナー基板もドナー基板に含まれ、特に区別しない限り、ドナー基板と称する。
(ハンドル基板)
ハンドル基板の厚さは、特に限定されないが、通常のSEMI/JEITA規格近傍のものがハンドリングの関係から扱いやすい。具体的には、ハンドル基板の厚さは、直径が100mmのウェハの場合は525μm、直径150mmの場合は625μm、直径200mmの場合は725μm、直径300mmの場合は775μmとすることが好ましい。また、ハンドル基板にはキャビティを設けることもできる。
ハンドル基板の厚さは、特に限定されないが、通常のSEMI/JEITA規格近傍のものがハンドリングの関係から扱いやすい。具体的には、ハンドル基板の厚さは、直径が100mmのウェハの場合は525μm、直径150mmの場合は625μm、直径200mmの場合は725μm、直径300mmの場合は775μmとすることが好ましい。また、ハンドル基板にはキャビティを設けることもできる。
ハンドル基板の材質は、上述の多結晶透光性アルミナであり、多結晶透光性アルミナの200〜400nmの波長範囲における前方全光線透過率の平均値が60%以上である。これによって紫外線硬化型樹脂への照射光量を増大させることができる。この観点からは、多結晶透光性アルミナの200〜400nmの波長範囲における前方全光線透過率の平均値が65%以上であることが更に好ましい。
また、ハンドル基板を構成する多結晶透光性アルミナの200〜400nmの波長範囲における直線透過率の平均値が15%以下である。これによって、ハンドル基板を透過する光を散乱して紫外線硬化型樹脂の硬化を均一にすることができる。この観点からは、前記多結晶透光性アルミナの200〜400nmの波長範囲における直線透過率の平均値が10%以下であることが更に好ましい。
前記前方全光線透過率は、図4の測定装置40によって得られた測定値に基づいて算出する。図4の測定装置は、積分球41の開口部を試料S(厚さ1mm)で塞ぎ、穴44(直径φ3mm)を有するプレート42を試料Sの上面に載置し、その状態で光源46からの光を穴44を通して試料Sへ照射し、積分球41を用いて試料Sを通過してきた光を集め、その光の強度を検出器48により測定するものである。前方全光線透過率は、以下の式により求める。
前方全光線透過率=100×(測定した光の強度)/(光源の強度)
前方全光線透過率=100×(測定した光の強度)/(光源の強度)
前記直線透過率は以下のようにして求めた値である。
基本的には前方全光線透過率と同様に測定する。ただし、図5に示すように、試料Sと積分球41の距離を80mmと離し、積分球41の開口部の寸法をφ10mmとし、試料Sから直線方向に開口部を通過した光のみを集め、その光強度を測定する。
また、本明細書における紫外線は、波長200以上、400nm以下の光線を意味する。
基本的には前方全光線透過率と同様に測定する。ただし、図5に示すように、試料Sと積分球41の距離を80mmと離し、積分球41の開口部の寸法をφ10mmとし、試料Sから直線方向に開口部を通過した光のみを集め、その光強度を測定する。
また、本明細書における紫外線は、波長200以上、400nm以下の光線を意味する。
前記多結晶透光性アルミナのアルミナ純度は99.9%以上である。
また、前記多結晶透光性アルミナの相対密度は、半導体の後処理に対する耐久性および汚染防止の観点から、98%以上とすることが好ましく、99%以上とすることが更に好ましい。
前記多結晶透光性アルミナの平均結晶粒径は、5〜60μmとすることが好ましく、これにより、接合面の平滑性を確保しやすい。この観点からは、前記多結晶透光性アルミナの平均結晶粒径は、10〜50μmとすることが更に好ましい。
なお、結晶粒子の平均粒径は以下のようにして測定するものである。
(1) 焼結体の断面を鏡面研磨、サーマルエッチングして粒界を際立たせた後、顕微鏡写真(100〜200倍)を撮影し、単位長さの直線が横切る粒子の数を数える。これを異なる3箇所について実施する。なお、単位長さは500μm〜1000μmの範囲とする。
(2) 実施した3箇所の粒子の個数の平均をとる。
(3) 下記の式により、平均粒径を算出する。
[算出式]
D=(4/π)×(L/n)
[D:平均粒径、L:直線の単位長さ、n:3箇所の粒子の個数の平均]
平均粒径の算出例を図6に示す。異なる3箇所の位置において、それぞれ単位長さ(例えば500μm)の直線が横切る粒子の個数が22、23、19としたとき、平均粒径Dは、上記算出式により、
D=(4/π)×[500/{(22+23+19)/3}]=29.9μm
となる。
(1) 焼結体の断面を鏡面研磨、サーマルエッチングして粒界を際立たせた後、顕微鏡写真(100〜200倍)を撮影し、単位長さの直線が横切る粒子の数を数える。これを異なる3箇所について実施する。なお、単位長さは500μm〜1000μmの範囲とする。
(2) 実施した3箇所の粒子の個数の平均をとる。
(3) 下記の式により、平均粒径を算出する。
[算出式]
D=(4/π)×(L/n)
[D:平均粒径、L:直線の単位長さ、n:3箇所の粒子の個数の平均]
平均粒径の算出例を図6に示す。異なる3箇所の位置において、それぞれ単位長さ(例えば500μm)の直線が横切る粒子の個数が22、23、19としたとき、平均粒径Dは、上記算出式により、
D=(4/π)×[500/{(22+23+19)/3}]=29.9μm
となる。
ハンドル基板の成形方法は特に限定されず、ドクターブレード法、押し出し法、ゲルキャスト法など任意の方法であってよい。特に好ましくは、基板をドクターブレード法を用いて製造する。好適な実施形態においては、セラミック粉末、分散媒および結合剤を含むスラリーをドクターブレード法によりテープ成形し、このテープを所定の形状に切り出した後、複数枚重ね加圧積層させることによって成形体を得、この成形体を焼結させる。
好ましくは純度99.9%以上(好ましくは99.95%以上)の高純度アルミナ粉末に対して、100ppm以上、300ppm以下の酸化マグネシウム粉末を添加する。このような高純度アルミナ粉末としては、大明化学工業株式会社製の高純度アルミナ粉体を例示できる。また、この酸化マグネシウム粉末の純度は99.9%以上が好ましく、平均粒径は0.3μm以下が好ましい。
原料粉末の平均粒径(一次粒子径)は特に限定されないが、低温焼結での緻密化という観点からは、0.6μm以下が好ましく、0.4μm以下が更に好ましい。一層好ましくは、原料粉末の平均粒子径は0.3μm以下である。この平均粒径の下限は特に限定されない。原料粉末の平均粒子径は、SEM(走査型電子顕微鏡)による原料粉末の直接観察によって決定できる。
なお、ここでいう平均粒径とはSEM写真(倍率:X30000。任意の2視野)上における2次凝集粒子を除く1次粒子の(最長軸長+最短軸長)/2の値のn=500平均値のことである。
なお、ここでいう平均粒径とはSEM写真(倍率:X30000。任意の2視野)上における2次凝集粒子を除く1次粒子の(最長軸長+最短軸長)/2の値のn=500平均値のことである。
ドクターブレード法は、以下の方法を例示できる。
(1) セラミック粉体とともに、結合剤となるポリビニルブチラール樹脂(PVB樹脂)、または、アクリル樹脂を、可塑剤、分散剤と共に分散媒中に分散してスラリーを調製し、ドクターブレード法にて、テープ状に成形した後、分散媒を乾燥させてスラリーを固化させる。
(2) 得られたテープを複数枚積み重ね、プレス積層またはCIP積層することで所望の厚みの基板形状の成形体を得る。
(1) セラミック粉体とともに、結合剤となるポリビニルブチラール樹脂(PVB樹脂)、または、アクリル樹脂を、可塑剤、分散剤と共に分散媒中に分散してスラリーを調製し、ドクターブレード法にて、テープ状に成形した後、分散媒を乾燥させてスラリーを固化させる。
(2) 得られたテープを複数枚積み重ね、プレス積層またはCIP積層することで所望の厚みの基板形状の成形体を得る。
本発明のハンドル基板を得るには、焼結温度は、焼結体の緻密化という観点から、1700〜1900℃が好ましく、1750〜1850℃が更に好ましい。さらに1400〜1600℃の昇温速度を50〜150℃/hrにすることが好ましい。
また、焼成時に十分に緻密な焼結体を生成させた後に、更に追加で焼成温度でアニール処理を実施することで達成される。このアニール温度は、変形や異常粒成長発生を防止しつつ、マグネシアの排出を促進するといった観点から焼成時の最高温度±100℃以内であることが好ましく、最高温度が1900℃以下であることが更に好ましい。また、アニール時間は、1〜6時間であることが好ましい。
更に、アニール温度は焼成時の最高温度+0〜100℃の範囲であることが好ましい。
更に、アニール温度は焼成時の最高温度+0〜100℃の範囲であることが好ましい。
上記のように成形、焼結を行い、アルミナ焼結体からなるブランク基板を得る。
ブランク基板を精密研磨加工することによって、各結晶粒子の表面の微視的な中心線平均表面粗さRaを小さくする。こうした研磨加工としては、CMP(Chemical Mechanical Polishing)加工が一般的であり。これに使われる研磨スラリーとして、アルカリまたは中性の溶液に30nm〜200nmの粒径を持つ砥粒を分散させたものが使われる。砥粒材質としては、シリカ、アルミナ、ダイヤ、ジルコニア、セリアを例示でき、これらを単独または組み合わせて使用する。また、研磨パッドには、硬質ウレタンパッド、不織布パッド、スエードパッドを例示できる。
また、最終的な精密研磨加工を実施する前の粗研磨加工を実施した後にアニール処理を行うことが望ましい。アニール処理の雰囲気ガスは大気、水素、窒素、アルゴン、真空を例示できる。アニール温度は1200〜1600℃、アニール時間は2〜12時間であることが好ましい。これにより、表面の平滑を損ねることなく、マグネシアの排出を促進することができる。
好適な実施形態においては、ハンドル基板の表面の微視的な中心線平均表面粗さRaが5nm以下である。これが大きいと、分子間力によって、ドナー基板の接合強度を低減させる。これは、3nm以下が更に好ましく、1nm以下が最も好ましい。なお、これは、表面に表れる各結晶粒子の露出面について原子間力電子顕微鏡によって撮像し、JIS B0601に従い算出する数値のことである。
各結晶粒表面の面粗さを微視的に観察する場合には、AFM(Atomic Force Microscope:原子間力顕微鏡)による10um視野範囲での表面形状観察が用いられる。
(接合形態)
ハンドル基板とドナー基板との接合に用いられる技術としては、特に限定される訳ではないが、例えば表面活性化による直接接合や、接着層を用いた基板接合技術が用いられる。
ハンドル基板とドナー基板との接合に用いられる技術としては、特に限定される訳ではないが、例えば表面活性化による直接接合や、接着層を用いた基板接合技術が用いられる。
直接接合には界面活性化による低温接合技術が好適に用いられる。10−6Pa程度の真空状態にてArガスによる表面活性化を実施後、常温にてSi等の単結晶材料がSiO2等の接着層を介して多結晶材料と接合されることができる。
接着層の例としては、樹脂による接着の他に、SiO2、Al2O3、SiNが用いられる。
(回路)
ドナー基板上の回路は、通常のフォトリソグラフィー法などによって形成することができる。また、回路は、貴金属の細線の他、はんだバンプや印刷電極などの各種電子素子を含む。
ドナー基板上の回路は、通常のフォトリソグラフィー法などによって形成することができる。また、回路は、貴金属の細線の他、はんだバンプや印刷電極などの各種電子素子を含む。
(支持基板)
支持基板6の材質はシリコン、ガラス、石英、またはアルミナ、SiC、ジルコニア、窒化アルミ等の各種セラミックとすることができるが、平滑加工のし易さ、熱膨張マッチング、コストの観点からシリコン、ガラスが好ましい。
支持基板6の材質はシリコン、ガラス、石英、またはアルミナ、SiC、ジルコニア、窒化アルミ等の各種セラミックとすることができるが、平滑加工のし易さ、熱膨張マッチング、コストの観点からシリコン、ガラスが好ましい。
また、支持基板には、厚み方向に多数の貫通穴を設けても良い。これによって、紫外線硬化型樹脂の一部が貫通穴に入り込み、接合が強固になるとともに、剥離の際に貫通穴から剥離液を供給することができる。
(紫外線硬化型樹脂)
紫外線硬化型樹脂としては、具体的には、(i)アクリル系粘着剤、飽和コポリエステルなどの粘着剤(高分子弾性体)、(ii)紫外線硬化性成分、(iii)光重合開始剤、及び必要に応じて、架橋剤、粘着付与剤、可塑剤、充填剤、老化防止剤、着色剤などの慣用の添加剤を含む組成物が挙げられる。
紫外線硬化型樹脂としては、具体的には、(i)アクリル系粘着剤、飽和コポリエステルなどの粘着剤(高分子弾性体)、(ii)紫外線硬化性成分、(iii)光重合開始剤、及び必要に応じて、架橋剤、粘着付与剤、可塑剤、充填剤、老化防止剤、着色剤などの慣用の添加剤を含む組成物が挙げられる。
前記(i)粘着剤のうち、アクリル系粘着剤としては、通常、(メタ)アクリル酸エステルの単独重合体又は共重合性コモノマーとの共重合体が用いられる。これらの重合体を構成するモノマー又はコモノマーとして、例えば、(メタ)アクリル酸のアルキルエステル(例えば、メチルエステル、エチルエステル、ブチルエステル、2−エチルヘキシルエステル、オクチルエステルなど)、(メタ)アクリル酸のヒドロキシアルキルエステル(例えば、ヒドロキシエチルエステル、ヒドロキシプロピルエステルなど)、(メタ)アクリル酸グリシジルエステル、(メタ)アクリル酸、イタコン酸、無水マレイン酸、(メタ)アクリル酸アミド、(メタ)アクリル酸N−ヒドロキシメチルアミド、(メタ)アクリル酸アルキルアミノアルキルエステル(例えば、ジメチルアミノエチルメタクリレート、t−ブチルアミノエチルメタクリレートなど)、酢酸ビニル、スチレン、アクリロニトリルなどが挙げられる。主モノマーとしては、通常、ホモポリマーのガラス転移点が−50℃以下のアクリル酸アルキルエステルが使用される。
前記飽和コポリエステルとしては、多価アルコールと2種以上の多価カルボン酸との飽和コポリエステルが例示できる。多価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオールなどのグリコール類などが挙げられる。多価カルボン酸には、テレフタル酸、イソフタル酸などの芳香族ジカルボン酸;アジピン酸、セバシン酸などの脂肪族ジカルボン酸などが含まれる。多価カルボン酸として、芳香族ジカルボン酸と脂肪族ジカルボン酸とを併用する場合が多い。
(ii)紫外線硬化性成分としては、分子中に炭素−炭素二重結合を有し、ラジカル重合により硬化可能なモノマー、オリゴマー、ポリマーなどであればよく、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸と多価アルコールとのエステル;エステルアクリレートオリゴマー;2−プロペニル ジ−3−ブテニルシアヌレート、2−ヒドロキシエチル ビス(2−アクリロキシエチル)イソシアヌレート、トリス(2−アクリロキシエチル)イソシアヌレート、トリス(2−メタクリロキシエチル)イソシアヌレートなどのシアヌレート又はイソシアヌレート化合物などが挙げられる。
(iii)光重合開始剤としては、その重合反応の引金となり得る適当な波長の紫外線を照射することにより開裂しラジカルを生成する物質であればよく、例えば、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテルなどのベンゾインアルキルエーテル類;ベンジル、ベンゾイン、ベンゾフェノン、α−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンなどの芳香族ケトン類;ベンジルジメチルケタールなどの芳香族ケタール類;ポリビニルベンゾフェノン;クロロチオキサントン、ドデシルチオキサントン、ジメチルチオキサントン、ジエチルチオキサントンなどのチオキサントン類などが挙げられる。
前記架橋剤には、例えば、ポリイソシアネート化合物、メラミン樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、酸無水物、ポリアミン、カルボキシル基含有ポリマーなどが含まれる。
さらに、こういった接着成分をフィルムに塗布した市販のダイシングシートを用いると接着作業を簡便に行うことができる(例えば、特開2010−258341に開示)。
(実施例1)
以下の成分を混合したスラリーを調製した。
(原料粉末)
・比表面積3.5〜4.5m2/g、平均一次粒子径0.35〜0.45μmのα−アルミナ粉末
100重量部
・MgO(マグネシア) 250pppm
・ZrO2(ジルコニア) 400ppm
・Y2O3(イットリア) 15ppm
(分散媒)
・2-エチルヘキサノール 45重量部
(結合剤)
・PVB樹脂 4重量部
(分散剤)
・高分子界面活性剤 3重量部
(可塑剤)
・DOP 0.1重量部
以下の成分を混合したスラリーを調製した。
(原料粉末)
・比表面積3.5〜4.5m2/g、平均一次粒子径0.35〜0.45μmのα−アルミナ粉末
100重量部
・MgO(マグネシア) 250pppm
・ZrO2(ジルコニア) 400ppm
・Y2O3(イットリア) 15ppm
(分散媒)
・2-エチルヘキサノール 45重量部
(結合剤)
・PVB樹脂 4重量部
(分散剤)
・高分子界面活性剤 3重量部
(可塑剤)
・DOP 0.1重量部
このスラリーを、ドクターブレード法を用いて焼成後の厚さに換算して0.25mmとなるようテープ状に成形した。これを4層重ねプレス積層し、焼成後の厚さが1mmとなる基板状の粉末成形体を得た。
得られた粉末成形体を、大気中1100℃で仮焼(予備焼成)の後、基板をモリブデン製の板に載せ、粒界気孔の十分な排出を行うことを目的に、上側に0.1〜0.5mmのすき間をあけた状態で、水素3:窒素1の雰囲気中で1400℃から1600℃での昇温速度を50℃/hとして、1750℃の温度で焼成を行った。その後、基板をモリブデン製の板に載せ、基板の上にもモリブデン製のおもりを載せた状態で1750℃で3時間アニール処理を行った。出来上がった基板は、外径がφ4インチ、板厚が1mm、表面の平均粒径が20μm、断面観察による気孔率は0.1%以下であった。焼成時に上側にすき間をあけることで、添加物(主にマグネシア等)の排出を行うとともに、重りを載せ(荷重を掛け)焼成と同等温度でアニールすることで、気孔の排出を促進することができる。
得られた透光性アルミナ基板の、波長200〜400nmの前方全光線透過率の平均値を測定したところ、60%であり、直線透過率の平均値は15%であった。ハンドル基板を構成する多結晶透光性アルミナのアルミナ純度が99.9%であった。
続いて、この基板をGC(グリーンカーボン)砥粒、ダイヤモンド砥粒、CMPリキッドを順に用いて0.6mm厚に研磨し、基材2を得た。
次に、直径φ4インチ、厚み250μmの単結晶Si基板を用意した。そして、単結晶Si基板と上述の基材2とを、プラズマ活性化による直接接合により貼り合わせた。接合に用いた両基板は、窒素にてプラズマ処理を実施し、その後水洗処理により表面のパーティクルを除去した。両基板を、端部を押圧して密着させることにより、その押圧した部分が接合されると共に、その接合が全面へと伝播していった。この現象は、両基板がお互いに引きつけ合う力(表面間引力)により自動的に接合が進行していくものであり、非常に平滑に表面が研磨されている場合に観察される。
両基板の接合が終了した後、単結晶Si基板側をグラインダーで厚みが20μmになるまで研削し、次に、1μmのダイヤモンド砥粒と錫定盤を用いて厚みが3μmになるまでラップ加工した。次にコロイダルシリカとウレタンパッドを用いてポリッシュし、厚みを0.2μmとした。このようにSi基板を薄くした後、300℃にてアニール処理を実施し、基材2とドナー基板3との複合基板を得た。
このようにして得られた複合基板のドナー基板3上に、露光機を用いて細線パターン4を形成した。すなわち、まず、ドナー基板板上へレジストを塗布し、線幅0.4μmのパターンが形成されたマスクを用いて露光した後、現像した。露光には、KrFレーザ(λ=248nm)を用いた。
こうして得られた半導体回路基板の回路4側の主面に、単結晶Si基板を支持基板6として紫外線硬化型樹脂で接着した。半導体回路基板の裏面2b側をグラインダーで、半導体回路基板の厚みが120μmになるまで研削した。その後、形成した回路4に応じ、1mm×1mmの大きさとなるように、ダイシング溝9を形成した。
次いで、ハンドル基板2A側から中心波長365nmの紫外線を300mJ/cm2照射し、紫外線硬化型樹脂5を硬化させた。次いで、支持基板6から、各半導体回路基板10の個片を100個剥離させたところ、1個について基板10の割れや剥離不良が見られた。
(実施例2)
実施例1と同様にして複合基板を作製した。ただし、得られた透光性アルミナ基板の波長200〜400nmの前方全光線透過率の平均値を測定したところ、65%であり、直線透過率の平均値は10%であった。ハンドル基板を構成する多結晶透光性アルミナのアルミナ純度が99.9%であった。ただし、前方全光線透過率、直線透過率を変えるために、焼成温度を1710℃とし、アニール温度および時間を1710℃×12hrに変更した。
実施例1と同様にして複合基板を作製した。ただし、得られた透光性アルミナ基板の波長200〜400nmの前方全光線透過率の平均値を測定したところ、65%であり、直線透過率の平均値は10%であった。ハンドル基板を構成する多結晶透光性アルミナのアルミナ純度が99.9%であった。ただし、前方全光線透過率、直線透過率を変えるために、焼成温度を1710℃とし、アニール温度および時間を1710℃×12hrに変更した。
ここで、ハンドル基板2A側から中心波長365nmの紫外線を300mJ/cm2照射し、紫外線硬化型樹脂5を硬化させた。次いで、支持基板6から、各半導体回路基板10の個片を100個剥離させたところ、基板10の割れや剥離不良は観察されなかった。
(比較例1)
実施例1と同様にして半導体回路基板と支持基板とを紫外線硬化型樹脂によって接着し、紫外線硬化型樹脂を硬化させて支持基板から半導体回路基板10を100個剥離させた。ただし、本例においては、ハンドル基板は単結晶サファイアであり、200〜400nmの波長範囲における前方全光線透過率の平均値が85%であり、200〜400nmの波長範囲における直線透過率の平均値が80%である。
実施例1と同様にして半導体回路基板と支持基板とを紫外線硬化型樹脂によって接着し、紫外線硬化型樹脂を硬化させて支持基板から半導体回路基板10を100個剥離させた。ただし、本例においては、ハンドル基板は単結晶サファイアであり、200〜400nmの波長範囲における前方全光線透過率の平均値が85%であり、200〜400nmの波長範囲における直線透過率の平均値が80%である。
そして、ハンドル基板2A側から中心波長365nmの紫外線を300mJ/cm2照射し、紫外線硬化型樹脂5を硬化させ、支持基板6から、切断された各半導体回路基板10の個片を100個剥離させたところ、9個について基板10の割れや剥離不良の発生が見られた。
(比較例2)
実施例1と同様にして半導体回路基板と支持基板とを紫外線硬化型樹脂によって接着し、紫外線硬化型樹脂を硬化させて支持基板から半導体回路基板10を100個剥離させた。ただし、本例においては、ハンドル基板はアルミナ(99.5%純度)であり、200〜400nmの波長範囲における前方全光線透過率の平均値が50%であり、200〜400nmの波長範囲における直線透過率の平均値が1%以下である。
実施例1と同様にして半導体回路基板と支持基板とを紫外線硬化型樹脂によって接着し、紫外線硬化型樹脂を硬化させて支持基板から半導体回路基板10を100個剥離させた。ただし、本例においては、ハンドル基板はアルミナ(99.5%純度)であり、200〜400nmの波長範囲における前方全光線透過率の平均値が50%であり、200〜400nmの波長範囲における直線透過率の平均値が1%以下である。
そして、ハンドル基板2A側から中心波長365nmの紫外線を300mJ/cm2照射したが、紫外線硬化型樹脂5は硬化せず支持基板6から、切断された各半導体回路基板10の個片を剥離することができなかった。
(比較例3)
比較例2において、紫外線の照射時間を延ばした。すなわち、ハンドル基板2A側から中心波長365nmの紫外線を900mJ/cm2照射したが、紫外線硬化型樹脂5は硬化せず支持基板6から、切断された各半導体回路基板10の個片を剥離することができなかった。上記の結果を表1にまとめた。
比較例2において、紫外線の照射時間を延ばした。すなわち、ハンドル基板2A側から中心波長365nmの紫外線を900mJ/cm2照射したが、紫外線硬化型樹脂5は硬化せず支持基板6から、切断された各半導体回路基板10の個片を剥離することができなかった。上記の結果を表1にまとめた。
Claims (7)
- 半導体用複合基板のハンドル基板であって、
前記ハンドル基板が多結晶透光性アルミナからなり、前記多結晶透光性アルミナのアルミナ純度が99.9%以上であり、前記多結晶透光性アルミナの200〜400nmの波長範囲における前方全光線透過率の平均値が60%以上であり、前記多結晶透光性アルミナの200〜400nmの波長範囲における直線透過率の平均値が15%以下であることを特徴とする、ハンドル基板。 - 請求項1記載のハンドル基板、および前記ハンドル基板の接合面に対して接合されているドナー基板を有することを特徴とする、半導体用複合基板。
- 前記ドナー基板が単結晶シリコンからなることを特徴とする、請求項2記載の複合基板。
- 請求項2または3記載の半導体用複合基板、および前記ドナー基板上に設けられている回路を有することを特徴とする、半導体回路基板。
- ハンドル基板、前記ハンドル基板の接合面に対して接合されているドナー基板、および前記ドナー基板上に設けられている回路を有する半導体回路基板を製造する方法であって、
多結晶透光性アルミナからなり、接合面と対向面とを有する基材、この基材の接合面に対して接合されているドナー基板、および前記ドナー基板上に設けられている回路を有する部品を得る工程であって、前記多結晶透光性アルミナのアルミナ純度が99.9%以上であり、前記多結晶透光性アルミナの200〜400nmの波長範囲における前方全光線透過率の平均値が60%以上であり、前記多結晶透光性アルミナの200〜400nmの波長範囲における直線透過率の平均値が15%以下である工程;
前記基材を前記対向面側から加工し、前記基材の厚さを小さくすることによって前記ハンドル基板を形成する工程;および
前記ドナー基板と支持基板との間に紫外線硬化型樹脂を介在させた状態で、200〜400nmの波長範囲の紫外線を前記ハンドル基板側から前記紫外線硬化型樹脂へと照射することによって前記紫外線硬化型樹脂を硬化させることを特徴とする、半導体回路基板の製造方法。 - 前記紫外線硬化型樹脂を硬化させた後、前記支持基板を前記半導体回路基板から剥離させる剥離工程を有することを特徴とする、請求項5記載の方法。
- 前記ドナー基板が単結晶シリコンからなることを特徴とする、請求項5または6記載の方法。
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