KR101531809B1 - 반도체용 복합 기판의 핸들 기판 - Google Patents

반도체용 복합 기판의 핸들 기판 Download PDF

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Abstract

핸들 기판(11, 11A)이, 절연성 다결정 재료에 의해 형성되어 있고, 핸들 기판의 표면(15)의 미시적인 중심선 평균 표면 거칠기 Ra가 5 ㎚ 이하이며, 표면에 노출되는 결정 입자(2)의 노출면(2a) 사이에 단차(3)가 형성되어 있다.

Description

반도체용 복합 기판의 핸들 기판{HANDLE SUBSTRATE FOR COMPOUND SUBSTRATE FOR USE WITH SEMICONDUCTOR}
본 발명은 반도체용 복합 기판의 핸들 기판에 관한 것이다.
종래, Silicon on Quartz(SOQ), Silicon on Glass(SOG), Silicon on Sapphire (SOS)라고 불리는 핸들 기판을, 투명·절연 기판으로 구성되는 SOI나, GaN, ZnO, 다이아몬드, AlN 등의 투명 와이드갭 반도체를 실리콘 등의 도너 기판에 접합함으로써, 접합 웨이퍼를 얻는 것이 알려져 있다. SOQ, SOG, SOS 등은, 핸들 기판의 절연성·투명성 등으로부터 프로젝터, 고주파 디바이스 등에의 응용이 기대되고 있다. 또한 와이드갭 반도체의 박막을 핸들 기판에 복합화한 접합 웨이퍼는, 고성능 레이저나 파워 디바이스 등에의 응용이 기대된다.
이러한 반도체 집적 회로용의 복합 기판은, 핸들 기판과 도너 기판으로 이루어져 있으며, 일반적으로 핸들 기판이나 도너 기판은 단결정 재료로 이루어진다. 종래에는, 베이스 기판 상에 실리콘층을 에피택셜 성장에 의해 형성하는 방법이 주류였으나, 최근 직접 접합에 의해 형성하는 방법이 개발되어, 반도체 디바이스의 성능 개선에 기여하고 있다(특허문헌 1, 2, 3). 즉, 이러한 핸들 기판과 도너 기판은, 접합층이나 접착층을 통해 접합되거나, 또는 직접 접합된다. 또한, 접합 기술의 진보에 따라, 석영, 유리, 알루미나와 같은 사파이어 이외의 재질로 이루어지는 핸들 기판도 각종 제안되어 있다(특허문헌 4, 5, 6, 7).
일본 특허 공개 평성 제08-512432 일본 특허 공개 제2003-224042 일본 특허 공개 제2010-278341 WO 2010/128666 A1 일본 특허 공개 평성 제05-160240 일본 특허 공개 평성 제05-160240 일본 특허 공개 제2008-288556
도너 기판과의 접합에 이용되는 핸들 기판은, 분자간력에 의한 접합력을 최대화하기 위해서, CMP 등에 의해 고정밀도 연마가 실시되어, 그 Ra값을 5 ㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 이렇게 해서 완성된 복합 기판은, 각종 반도체 프로세스의 과정에 있어서, 때때로 1000℃ 부근의 온도 분위기에 노출된다. 그 때문에, 기능층과 지지 기판 및 접합층이 상이한 재료인 경우, 각각의 재료의 열팽창차에 기인한 기판 박리의 문제가 발생하는 경우가 있다. 이 때문에, 분자간력에 의한 접합력을 최대화하기 위해서 핸들 기판 표면의 Ra값을 낮게 유지하면서, 동시에 접합 후의 고온 프로세스에 의한 열응력에 견디는 것이 요망된다.
본 발명의 과제는, 반도체용 복합 기판의 핸들 기판에 있어서, 도너 기판과 접합할 수 있고, 또한 접합 후의 고온 프로세스에 의한 열응력에 대한 내구성을 높게 할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명은, 반도체용 복합 기판의 핸들 기판으로서, 핸들 기판이 절연성 다결정 재료에 의해 형성되어 있고, 핸들 기판의 표면의 미시적인 중심선 평균 표면 거칠기 Ra가 5 ㎚ 이하이며, 표면에 노출되는 결정 입자의 노출면 사이에 3 ㎚ 이상, 100 ㎚ 이하의 단차가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 핸들 기판, 및 핸들 기판의 상기 표면에 대하여 직접 또는 접합층을 통해 접합되어 있는 도너 기판을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체용 복합 기판에 관한 것이다.
핸들 기판이 사파이어 기판이면, 그 표면을 매우 평활하게 할 수 있지만, 그러나, 접합 후의 복합 기판을 고온 프로세스에 제공하면, 핸들 기판과 도너 기판 사이의 열팽창차에 의해, 크랙이나 박리가 발생하기 쉬워진다.
이 때문에, 본 발명자는, 핸들 기판을 다결정 재료에 의해 형성하였다. 여기서, 다결정 재료는, 다수의 미세 입자가 결착된 미세 구조를 갖는다. 본 발명자는, 이러한 다결정 재료를 성형한 후, 그 표면을 적절히 정밀 연마 가공함으로써 Ra를 충분히 작게 함과 동시에, 이러한 열팽창차에 기인하는 기판의 박리를 해결하는 수단으로서, 결정 입자의 결정 방위에 의존한 단차를 표면에 형성하는 것을 상도하였다.
이와 같이, 결정 입자의 표면을 미시적으로 보아 평활하게 함으로써, 도너 기판과의 접합이 가능하였다. 이와 동시에, 이러한 단차 부분 내에 접합층이나 접착재가 충전됨으로써, 앵커 효과에 의해 각 재료의 열팽창차에 의한 크랙이나 박리를 방지하는 것이 가능해졌다.
도 1의 (a)는 본 발명에 따른 핸들 기판(11)의 표면 영역을 도시한 모식도이고, 도 1의 (b)는 본 발명에 따른 핸들 기판(11A)의 표면 영역을 도시한 모식도이다.
도 2의 (a)는 다결정 재료로 이루어지는 블랭크 기판(12)을 도시하고, 도 2의 (b)는 블랭크 기판(12)을 정밀 연마 가공하여 얻어진 기재(1)를 도시하며, 도 2의 (c)는 기재(1)를 더욱 연마 가공하여 얻어진 핸들 기판(11)을 도시하고, 도 2의 (d)는 핸들 기판[11(11A)] 상에 도너 기판(17)을 접합층(16)을 통해 접합하여 얻어진 복합 기판[20A(21A)]을 도시하며, 도 2의 (e)는 핸들 기판[11(11A)] 상에 도너 기판(17)을 직접 접합하여 얻어진 복합 기판[20B(21B)]을 도시한다.
도 3의 (a)는 핸들 기판(11) 상에 도너 기판(17)을 접합층(16)을 통해 접합하여 얻어진 복합 기판(20A)의 미세 구조를 도시한 모식도이고, 도 3의 (b)는 핸들 기판(11) 상에 도너 기판(17)을 직접 접합하여 얻어진 복합 기판(20B)의 미세 구조를 도시한 모식도이다.
도 4의 (a)는 핸들 기판(11A) 상에 도너 기판(17)을 접합층(16)을 통해 접합하여 얻어진 복합 기판(21A)의 미세 구조를 도시한 모식도이고, 도 4의 (b)는 핸들 기판(11A) 상에 도너 기판(17)을 직접 접합하여 얻어진 복합 기판(21B)의 미세 구조를 도시한 모식도이다.
도 5는 본 발명에 따른 핸들 기판의 AFM(Atomic Force Microscope: 원자간력 현미경)에 의한 사진이다.
도 6은 도 5의 사진을 설명하기 위한 모식도이다.
이하, 적절히 도면을 참조하면서, 본 발명을 더 설명한다.
먼저, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 다결정 재료로 이루어지는 블랭크 기판(12)을 준비한다. 블랭크 기판(12)의 표면(12a), 저면(底面; 12b)은, 연삭면이어도 좋고, 또한 소성면(애즈파이어면)이어도 좋다.
다결정 재료는, 다수의 미세 입자가 결착된 미세 구조를 갖는다. 다결정 재료는, 도 1에 도시한 바와 같이, 결정 입자(2, 7)가 랜덤하게 배치됨으로써 구성되어 있다. 블랭크 기판(12)의 표면(12a)을 정밀 연마 가공함으로써, 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 연마면(5)을 갖는 기재(1)를 얻는다. 연마면(5)의 근방에 있어서는, 각 결정 입자(2, 7)가 평면을 따라 깎여져, 각각 평탄면을 갖는, 연마된 결정 입자(2, 7)가 표면에 노출되게 된다. 이 연마된 결정 입자(2, 7)의 각 노출면(2a, 7a)은 평활하게 되어 있다.
이렇게 해서 형성된 고정밀도의 연마면(5)에, 추가의 다듬질 가공으로서, 웨트 에칭이나 CMP(화학 기계 연마)를 실시함으로써, 도 2의 (c) 및 도 1의 (a), 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 기재 표면에, 결정립에 기인한 요철을 형성한다.
즉, 다결정 재료를 구성하는 각 결정 입자(2, 7)의 결정 방위는, 각각 상이하다. 그리고, 고정밀도의 연마 가공을 행한 후에, 연마면에 대하여 에칭 등의 화학 처리를 실시한 경우, 가공 레이트는, 각 결정 입자마다 상이하게 된다. 예컨대, 도 1에 있어서, 각 결정 입자(2, 7)마다 가공 레이트가 상이해진다. 이에 의해, 다듬질 가공 후에는, 인접하는 결정 입자(2, 7) 사이의 각 표면(2a, 7a) 사이에 단차(h)가 형성된다. 이에 의해, 표면에 대하여 패터닝 등의 처치를 하지 않고, 기판의 표면에 랜덤한 미세한 요철을 형성하는 것에 성공하였다.
이렇게 해서 얻어진 핸들 기판(11, 11A)에 있어서는, 표면(15)의 미시적인 중심선 평균 표면 거칠기 Ra가 5 ㎚ 이하이며, 각 결정 입자(2, 7)의 결정 방위의 차이에 기초한 가공 레이트의 차이에 의한 단차(h)가, 인접하는 결정 입자(2, 7)의 입계(3)를 따라 형성되어 있다.
도 1의 (a) 및 도 1의 (b)의 모식도로 나타낸 표면을 도 5에 사진으로서 예시한다. 또한, 도 5의 사진을 모식도로 변환하여, 도 6에 도시한다. 도 5의 좌측의 사진에 있어서, 어두운 부분은 입자(2)의 노출면(2a)이고, 밝고 가늘고 긴 선은 입계(3)를 나타낸다. 도 5의 우측의 사진에 있어서는, 콘트라스트 처리가 실시되어 있는데, 입계(3)가 가늘고 길게 검은 선으로서 표시되어 있다. 그리고, 도 5의 우측 위의 사진은 사시도로 되어 있으며, 인접하는 입자 사이의 입계를 따라 단차(3)가 뚜렷이 보인다.
여기서, 도 1의 (a)의 예에 있어서는, 각 결정 입자(2)의 단차를 형성하는 에지(4)가 뾰족하다. 또한, 도 1의 (b)의 예에 있어서는, 각 결정 입자(7)의 단차를 형성하는 에지(4)가 매끄럽게 되어 있다.
핸들 기판(11, 11A)을 얻은 후, 핸들 기판(11, 11A)의 표면(15)에 대하여 도너 기판(17)을 접합할 수 있다. 도 3의 (a) 및 도 4의 (a)의 예에서는, 핸들 기판(11, 11A)의 표면(15) 상에 접합층(16)을 통해 도너 기판(17)이 접합되어 있다. 이 경우, 핸들 기판(11, 11A)의 표면(15)이 미시적으로 보아 평활하기 때문에, 도너 기판과의 접합 강도를 높게 할 수 있다. 또한, 접합층(16)의 재질이 단차의 내측으로 들어가, 일종의 앵커 효과를 나타내기 때문에, 핸들 기판과 도너 기판 사이의 열팽창차에 의한 박리나 크랙을 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 도 3의 (b) 및 도 4의 (b)의 예에서는, 핸들 기판(11, 11A)의 표면(15) 상에 도너 기판(17)이 직접 접합되어 있다. 이 경우, 핸들 기판(11, 11A)의 표면이 미시적으로 보아 평활하기 때문에, 도너 기판과의 접합 강도를 높게 할 수 있다. 또한, 도너 기판의 재질이 단차의 내측으로 들어가, 일종의 앵커 효과를 나타내기 때문에, 핸들 기판과 도너 기판 사이의 열팽창차에 의한 크랙, 박리를 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.
이하, 본 발명의 각 구성 요소를 더 설명한다.
(반도체용 복합 기판)
본 발명의 복합 기판은, 프로젝터, 고주파 디바이스, 고성능 레이저, 파워 디바이스, 로직 IC 등의 반도체, 특히 반도체 회로 용도에 이용할 수 있다.
복합 기판은, 본 발명의 핸들 기판과, 도너 기판을 포함한다.
도너 기판의 재질은, 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는, 실리콘, 질화알루미늄, 질화갈륨, 산화아연 및 다이아몬드로 이루어지는 군에서 선택된다. 도너 기판의 두께는, 특별히 한정되지 않으나, 통상의 SEMI/JEIDA 규격 근방의 것이 핸들링의 관계로부터 취급하기 쉽다.
도너 기판은, 전술한 재질을 가지며, 표면에 산화막을 갖고 있어도 좋다. 산화막을 통해 이온 주입을 행하면, 주입 이온의 채널링을 억제하는 효과를 얻을 수 있기 때문이다. 산화막은, 바람직하게는 50 ㎚∼500 ㎚의 두께를 갖는다. 산화막을 갖는 도너 기판도 도너 기판에 포함되며, 특별히 구별하지 않는 한, 도너 기판이라고 칭한다.
(핸들 기판)
핸들 기판의 두께는, 특별히 한정되지 않으나, 통상의 SEMI/JEIDA 규격 근방의 것이 핸들링의 관계로부터 취급하기 쉽다.
핸들 기판의 재질은, 다결정 재료이다. 다결정 재료는, 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는, 산화실리콘, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 사이알론 및 질화갈륨으로 이루어지는 군에서 선택된다.
다결정 재료를 구성하는 결정립의 크기는, 1 ㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하며, 이에 의해 미시적인 중심선 평균 표면 거칠기 Ra를 작게 하여, 분자간력에 의한 도너 기판의 접합 강도를 양호하게 하기 쉽다. 이 관점에서는, 다결정 재료의 결정립 직경은, 10 ㎛ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 다결정 재료의 결정립 직경은, 100 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하며, 이에 의해 단차에 의한 효과를 향상시키기 쉬워진다.
또한, 핸들 기판을 구성하는 다결정 재료의 상대 밀도는, 반도체의 후처리에 대한 내구성 및 오염 방지의 관점에서, 98% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 99% 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
(투광성 알루미나 세라믹스)
다결정 재료로서는, 투광성 알루미나 세라믹이 특히 적합하게 이용된다. 이유로서, 매우 치밀한 소결체가 얻어지기 때문에, 오목부 형성 부분에 응력 집중이 발생해도, 핸들 기판의 깨짐이나 크랙이 발생하기 어렵다.
투광성 알루미나 기판의 성형 방법은 특별히 한정되지 않고, 닥터 블레이드법, 압출법, 겔 캐스트법 등 임의의 방법이어도 좋다. 특히 바람직하게는, 기판을 겔 캐스트법을 이용하여 제조한다. 적합한 실시형태에 있어서는, 세라믹 분말, 분산매 및 겔화제를 포함하는 슬러리를 주형(注型)하고, 이 슬러리를 겔화시킴으로써 성형체를 얻으며, 이 성형체를 소결시킨다.
특히 바람직하게는, 순도 99.9% 이상(바람직하게는 99.95% 이상)의 고순도 알루미나 분말에 대하여, 150 ppm∼1000 ppm의 조제를 첨가한 원료를 이용한다. 이러한 고순도 알루미나 분말로서는, 다이메이 가가쿠 고교 가부시키가이샤 제조의 고순도 알루미나 분체를 예시할 수 있다.
전술한 조제로서는, 산화마그네슘이 바람직하지만, ZrO2, Y2O3, La2O3, Sc2O3도 예시할 수 있다.
적합한 실시형태에 있어서는, 투광성 알루미나 기판에 있어서의 알루미나 이외의 불순물량이 0.2 질량% 이하이며, 이에 의해 반도성 오염을 억제할 수 있기 때문에, 본 발명이 특히 유효하다.
원료 분말의 평균 입경(일차 입자 직경)은 특별히 한정되지 않으나, 저온 소결에서의 치밀화라고 하는 관점에서는, 0.5 ㎛ 이하가 바람직하고, 0.4 ㎛ 이하가 더욱 바람직하다. 한층 바람직하게는, 원료 분말의 평균 입자 직경은 0.3 ㎛ 이하이다. 이 평균 입경의 하한은 특별히 한정되지 않는다. 원료 분말의 평균 입자 직경은, SEM(주사형 전자 현미경)에 의한 원료 분말의 직접 관찰에 의해 결정할 수 있다.
한편, 여기서 말하는 평균 입자 직경이란 SEM 사진(배율: X30000. 임의의 2시야) 상에 있어서의 2차 응집 입자를 제외한 1차 입자의 (최장축 길이+최단축 길이)/2의 값의 n=500 평균값을 말한다.
겔 캐스트법은, 이하의 방법을 예시할 수 있다.
(1) 무기물 분체와 함께, 겔화제가 되는 폴리비닐알코올, 에폭시 수지, 페놀 수지 등의 프리폴리머를, 분산제와 함께 분산매 중에 분산하여 슬러리를 조제하고, 주형 후, 가교제에 의해 3차원적으로 가교하여 겔화시킴으로써, 슬러리를 고화시킨다.
(2) 반응성 관능기를 갖는 유기 분산매와 겔화제를 화학 결합시킴으로써, 슬러리를 고화시킨다.
(핸들 기판의 표면의 미세 구조)
본 발명에서는, 핸들 기판의 표면의 미시적인 중심선 평균 표면 거칠기 Ra가 5 ㎚ 이하이다. 이것이 크면, 분자간력에 의해, 도너 기판의 접합 강도를 저감시킨다. 이것은, 본 발명의 관점에서는, 3 ㎚ 이하가 더욱 바람직하고, 1 ㎚ 이하가 가장 바람직하다. 한편, 이것은, 표면에 나타나는 각 결정 입자(2, 7)[도 1의 (a) 및 도 1의 (b) 참조]의 노출면(2a, 7a)에 대해서 원자간력 전자 현미경에 의해 촬상하고, 후술하는 바와 같이 하여 산출하는 수치를 말한다.
본 발명에서는, 핸들 기판의 표면에 노출되는 결정 입자의 노출면에 단차가 형성되어 있다. 다결정 재료를 형성하는 결정 입자(2, 7)가 표면에 노출되는 노출면(2a, 7a) 사이에 입계(3)가 노출되어 있고, 이 입계(3)를 따라 단차가 발생하고 있다. 이 때문에, 단차는, 미시적인 중심선 평균 표면 거칠기 Ra에 대해서는 직접 영향을 미치지 않는다.
이렇게 해서 형성된 단차의 크기(h)는, PV값에 있어서, 3 ㎚ 이상으로 하는 것이 바람직하며, 이에 의해 도너 기판이나 접합층에 대한 앵커 효과를 촉진할 수 있다. 이 관점에서는, 단차의 크기(h)는, PV값에 있어서, 5 ㎚ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 8 ㎚ 이상으로 하는 것이 특히 바람직하다. 또한, 단차의 크기(h)는, PV값에 있어서, 100 ㎚ 이하로 하는 것이 바람직하며, 이에 의해 분자간력에 의한 도너 기판과의 접합에의 영향을 억제할 수 있다. 이 관점에서는, 단차의 크기(h)는, PV값에 있어서, 50 ㎚ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하고, 30 ㎚ 이하로 하는 것이 특히 바람직하다.
입계의 단차에 있어서의 결정 입자의 에지(4)는, 도 1의 (a)와 같이 뾰족해도 좋다. 이 경우에는, 더욱 강한 앵커 효과를 기대할 수 있다. 한편, 도 1의 (b)와 같이, 입계의 단차에 있어서의 결정 입자의 에지(4)가 매끄럽게 되어 있는 경우에는, 응력 집중의 기점이 실질적으로 없기 때문에, 접합층 내부에서의 크랙이나 깨짐을 억제하기 쉽다.
(핸들 기판의 결정 배향도)
본 발명에 있어서의 상기 단차를 형성하는 수단으로서, 핸들 기판을 구성하는 다결정 재료의 결정립을 배향시키는 것이 적합하다. 배향이 동일한 결정 입자의 가공 레이트는 동일하게 되기 때문에, 연마 후에, 어느 일정한 높이의 단차가 동시에 형성되게 된다. 결정이 완전히 배향하고 있지 않으면, 각 결정 입자의 가공 레이트가 각각 상이하기 때문에, 단차의 높이가 동일해지지 않고, 단차의 높이에 변동이 발생한다. 따라서, 핸들 기판을 구성하는 복수의 결정이 동일 방위를 가짐으로써, 접합을 형성시키는 데 유효한 결정 표면적을 늘릴 수 있고, 동시에 상이한 방위를 갖는 결정이 존재함으로써, 앵커 효과를 더욱 유효하게 발휘시키는 것이 가능해진다.
배향성 세라믹스란, 세라믹스를 구성하는 결정 입자가, 소정 방향을 향해 배향하도록 제어된 것이다. 핸들 기판을 구성하는 다결정 재료의 결정 배향도는, 전술한 관점에서는, 30% 이상인 것이 바람직하고, 50% 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 단차의 비율을 유지하기 위해서 핸들 기판을 구성하는 다결정 재료의 결정 배향도의 상한은 95% 이하가 바람직하고, 90% 이하가 보다 바람직하다.
다결정 재료의 결정 배향도는 로트게링법에 의해 측정한다.
구체적으로는 접합면의 XRD 회절 패턴을 측정하여, 다음식에 의해 구한다.
Figure 112014110349322-pct00001
여기서, ΣI(hkl)가 접합면에서 측정된 모든 결정면(hkl)의 X선 회절 강도의 총합, ΣI0(hkl)이 동일 재료이며 무배향인 것에 대해서 측정된 X선 회절 강도의 총합, Σ'I(HKL)가 접합면에서 측정된 특정한 결정면(예컨대 006면)의 X선 회절 강도의 총합, Σ'I0(HKL)이 동일 재료이며 무배향인 것에 대해서 측정된 특정한 결정면(예컨대 006면)의 X선 회절 강도의 총합이다.
결정을 배향시키는 방법은 기지의 각종 방법을 이용할 수 있으나, 배향도를 제어한다고 하는 관점에서 자장(磁場)에 의한 방법이 바람직하다. 구체적으로는 전술한 겔 캐스트법에 있어서 슬러리를 주형한 후, 자장 중에서 고화시킨다. 이때, 사용하는 금형은 유리, 알루미늄 합금, 구리 합금과 같은 자장의 영향을 받지 않는 재질로 한다. 또한, 인가하는 자장 강도는, 지나치게 낮으면 배향시킬 수 없고, 지나치게 높으면 소결 조제가 편석하여, 소성 후에 이상 입자가 발생하기 때문에, 5 T∼12 T의 범위로 하는 것이 바람직하다.
(핸들 기판의 표면 처리)
블랭크 기판(12)을 정밀 연마 가공함으로써, 각 결정 입자의 표면의 미시적인 중심선 평균 표면 거칠기 Ra를 작게 한다. 이러한 연마 가공으로서는, 이하를 예시할 수 있다.
즉, 기판의 면 형성 가공으로서, GC(그린카본)에 의해 랩 가공을 실시한다. 그 후 다이아몬드 지립에 의한 랩 가공에 의해 표면을 경면으로 한다.
또한, 각 결정 입자의 표면의 미시적인 중심선 평균 표면 거칠기 Ra를 작게 한 후에, 또한 추가로 다듬질 가공을 행함으로써, 결정 입자의 중심선 평균 표면 거칠기 Ra를 5 ㎚ 이하로 하고, 결정 입자 사이에 단차를 발생시킨다. 이러한 다듬질 가공으로서는, 화학적 에칭을 포함하는 가공이 바람직하며, 이하가 특히 바람직하다.
즉, 최종적인 콜로이달 실리카에 의한 CMP 가공의 가공 시간을, 통상 적용하는 CMP 조건보다 길게 함으로써, 화학적 에칭에 의한 가공 효과를 크게 할 수 있다. 이에 의해, 결정립 사이의 에치(etch) 레이트차에 의한 단차의 형성을 현저하게 하는 것이 가능해진다.
(접합 형태)
또한 접합에 이용되는 기술로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예컨대 표면 활성화에 의한 직접 접합이나, 접착층을 이용한 기판 접합 기술이 이용된다.
직접 접합에는 계면 활성화에 의한 저온 접합 기술이 적합하게 이용된다. 10-6 ㎩ 정도의 진공 상태에서 Ar 가스에 의한 표면 활성화를 실시 후, 상온에서 Si 등의 단결정 재료가 SiO2 등의 접착층을 통해 다결정 재료와 접합될 수 있다.
접착층의 예로서는, 수지에 의한 접착 외에, SiO2, Al2O3, SiN이 이용된다.
실시예
본 발명의 효과를 확인하기 위해서 투광성 알루미나 세라믹을 이용한 핸들 기판(11)을 시험 제작하였다.
먼저, 투광성 알루미나 세라믹제의 블랭크 기판(12)을 작성하였다.
구체적으로는, 이하의 성분을 혼합한 슬러리를 조제하였다.
(원료 분말)
·비표면적 3.5 ㎡/g∼4.5 ㎡/g, 평균 일차 입자 직경 0.35 ㎛∼0.45 ㎛의 α-알루미나 분말 100 중량부
·MgO(마그네시아) 0.025 중량부
·ZrO2(지르코니아) 0.040 중량부
·Y2O3(이트리아) 0.0015 중량부
(분산매)
·글루타르산디메틸 27 중량부
·에틸렌글리콜 0.3 중량부
(겔화제)
·MDI 수지 4 중량부
(분산제)
·고분자 계면 활성제 3 중량부
(촉매)
·N,N-디메틸아미노헥산올 0.1 중량부
상기한 혼합물로 이루어지는 슬러리를, 알루미늄 합금제의 몰드에 실온에서 주형 후, 실온에서 1시간 방치하였다. 이어서 40℃에서 30분 방치하여, 고화를 진행시키고 나서, 이형(離型)하였다. 또한, 실온, 이어서 90℃의 각각에서 2시간 방치하여, 판 형상의 분말 성형체를 얻었다.
얻어진 분말 성형체를, 대기중 1100℃에서 하소(예비 소성) 후, 수소 3:질소 1의 분위기 중 1700℃∼1800℃에서 소성을 행하고, 그 후, 동일 조건에서 어닐링 처리를 실시하여, 다결정 재료로 이루어지는 블랭크 기판(12)으로 하였다.
제작한 블랭크 기판(12)에 고정밀도 연마 가공을 실시하였다. 먼저 그린카본에 의한 양면 랩 가공에 의해 형상을 갖춘 후, 입경 6 ㎛의 다이아몬드로 편면(片面) 랩 가공을 실시하였다. 최종적인 면 거칠기와 원하는 입계 단차를 얻기 위해서, 콜로이달 실리카를 이용한 CMP 연마 가공을 실시하였다. 이에 의해, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같은 표면 형태를 얻었다.
얻어진 핸들 기판에 대해서, 표면(15)의 각 결정립의 표면 거칠기를 미시적으로 보았을 때의 중심선 평균 표면 거칠기 Ra를 측정한 결과, 1 ㎚ 미만이었다. 단, 측정은, 이하와 같이 하여 행한다.
각 결정립의 표면 거칠기를 미시적으로 관찰하는 경우에는, AFM(Atomic Force Microscope: 원자간력 현미경)에 의한 10 ㎛ 시야 범위에서의 Ra값 측정이 이용된다.
또한, 얻어진 핸들 기판에 대해서, 표면에 존재하는 결정 입자의 단차를 측정한 결과, PV값으로 30 ㎚였다. 단, 측정은, 이하와 같이 하여 행한다.
이러한 결정립 사이의 단차를 포함하는 거시적 범위에서의 면 거칠기 측정에는, 광시야(30 um 시야 이상)에서의 AFM 측정에 의한 Rt값 측정(PV값 측정)이 이용된다.
또한, 핸들 기판을 구성하는 알루미나의 결정 배향도는 70%였다.
얻어진 핸들 기판의 표면에, 실리콘 박판과의 접착층으로서, SiO2층을 형성하였다. 제막 방법은 플라즈마 CVD를 이용하고, 제막 후에 CMP 연마(화학 기계 연마)를 실시함으로써, 최종적인 SiO2층의 막 두께를 100 ㎚로 하였다. 그 후, 플라즈마 활성화법에 의해 Si 기판과 SiO2층을 직접 접합하여, Si-SiO2-핸들 기판으로 이루어지는 복합 기판을 시험 제작하였다. 또한, 형성한 Si층에 연마 가공을 실시함으로써, Si층의 두께를 500 ㎚로 하였다.
얻어진 복합 기판을 1000℃에서 30분간 동안 열처리한 결과, 접합 상태는 변하지 않고, 크랙, 박리 등의 발생은 없으며, 형성한 미세한 구멍에 의한 충분한 앵커 효과가 얻어지는 것을 확인하였다.
(실시예 2∼11)
실시예 1과 마찬가지로 복합 기판을 제작하여, 박리의 유무를 평가하였다. 단, 성형시에 인가하는 자장 강도 및 CMP 연마 가공 조건을 조정하여, 배향도 및 입계 단차의 크기를 조정하였다.
박리 발생률의 결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다.
(비교예 1)
단차가 없는 기판의 접합 강도를 비교하기 위해서, 핸들 기판으로서, Si 기판 상에 기능층으로서 LT(리튬탄탈레이트)를 직접 접합한 복합 기판을 작성하였다. LT 표면은 Ra: 0.5 ㎚, PV값: 2 ㎚, 물리적인 단차가 없는 표면으로 하였다. 이 핸들 기판의 LT 표면을, Si로 이루어지는 도너에 표면 활성화법에 의한 직접 접합에 의해 접합하고, 연마 가공에 의해 20 ㎛의 막 두께로 하였다. 완성된 기판을 다이아몬드 블레이드로 절단 가공한 결과, 접합 계면으로부터의 박리 현상이 부분적으로 관찰되었다.
Figure 112014110349322-pct00002
Figure 112014110349322-pct00003

Claims (6)

  1. 반도체용 복합 기판의 핸들 기판으로서,
    상기 핸들 기판이 절연성 다결정 재료에 의해 형성되어 있고, 상기 절연성 다결정 재료는 투광성 알루미나 세라믹스이며, 상기 핸들 기판의 도너 기판에 접합되어야 할 접합면의 미시적인 중심선 평균 표면 거칠기 Ra가 5 ㎚ 이하이며, 상기 접합면에 노출되는 결정 입자의 노출면 사이에 3 ㎚ 이상, 100 ㎚ 이하의 단차가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 핸들 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 투광성 알루미나 세라믹스는 배향성 세라믹스인 것을 특징으로 하는 핸들 기판.
  3. 제2항에 있어서, 상기 배향성 세라믹스의 배향도는 30% 이상, 95% 이하인 것을 특징으로 하는 핸들 기판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 접합면은 연마면인 것을 특징으로 하는 핸들 기판.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 핸들 기판, 및 상기 핸들 기판의 상기 접합면에 대하여 직접 또는 접합층을 통해 접합되어 있는 도너 기판을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체용 복합 기판.
  6. 삭제
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102251598B1 (ko) * 2014-02-18 2021-05-13 엔지케이 인슐레이터 엘티디 반도체용 복합 기판의 핸들 기판 및 반도체용 복합 기판
CN105006440B (zh) * 2015-06-24 2018-01-09 武汉新芯集成电路制造有限公司 一种真空键合大气加压混合键合方法
WO2017057551A1 (ja) * 2015-09-30 2017-04-06 日本碍子株式会社 アルミナ焼結体及び光学素子用下地基板
WO2017057272A1 (ja) * 2015-09-30 2017-04-06 日本碍子株式会社 エピタキシャル成長用配向アルミナ基板
WO2017057271A1 (ja) * 2015-09-30 2017-04-06 日本碍子株式会社 エピタキシャル成長用配向アルミナ基板
CN105632894B (zh) * 2015-12-30 2020-01-07 昆山成功环保科技有限公司 一种化合物半导体与硅基半导体进行键合的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002193672A (ja) * 2000-10-18 2002-07-10 National Institute For Materials Science 配向性セラミックス焼結体およびその製造方法
JP2002201076A (ja) * 2000-10-26 2002-07-16 Hitachi Metals Ltd 窒化ケイ素基板および回路基板
KR20110021081A (ko) * 2009-08-25 2011-03-04 연세대학교 산학협력단 플렉서블 디바이스 및 그 제조 방법
JP2013033798A (ja) * 2011-08-01 2013-02-14 Ngk Insulators Ltd 透光性配線基板

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3323945B2 (ja) 1991-12-03 2002-09-09 東芝セラミックス株式会社 ダミーウェーハ
US5572040A (en) 1993-07-12 1996-11-05 Peregrine Semiconductor Corporation High-frequency wireless communication system on a single ultrathin silicon on sapphire chip
JP4236292B2 (ja) * 1997-03-06 2009-03-11 日本碍子株式会社 ウエハー吸着装置およびその製造方法
JP3975518B2 (ja) * 1997-08-21 2007-09-12 株式会社豊田中央研究所 圧電セラミックス
FR2834123B1 (fr) 2001-12-21 2005-02-04 Soitec Silicon On Insulator Procede de report de couches minces semi-conductrices et procede d'obtention d'une plaquette donneuse pour un tel procede de report
JP4182236B2 (ja) * 2004-02-23 2008-11-19 キヤノン株式会社 光学部材および光学部材の製造方法
JP5274859B2 (ja) 2007-04-18 2013-08-28 信越化学工業株式会社 貼り合わせ基板の製造方法
CN101468915A (zh) * 2007-12-26 2009-07-01 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种具有择优取向的多晶氧化铝透明陶瓷及其制备方法
CN101521155B (zh) * 2008-02-29 2012-09-12 信越化学工业株式会社 制备具有单晶薄膜的基板的方法
JP5297219B2 (ja) * 2008-02-29 2013-09-25 信越化学工業株式会社 単結晶薄膜を有する基板の製造方法
CN102015961A (zh) * 2008-06-02 2011-04-13 松下电器产业株式会社 半导体发光设备以及使用所述半导体发光设备的光源设备
JP2010232625A (ja) * 2009-03-03 2010-10-14 Sumitomo Electric Ind Ltd 貼り合わせ基板の製造方法
JP5420968B2 (ja) 2009-05-07 2014-02-19 信越化学工業株式会社 貼り合わせウェーハの製造方法
JP2010278341A (ja) 2009-05-29 2010-12-09 Shin-Etsu Chemical Co Ltd 貼り合わせｓｏｓ基板
JP5695394B2 (ja) * 2010-11-17 2015-04-01 日本碍子株式会社 複合基板の製法
US9184228B2 (en) * 2011-03-07 2015-11-10 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Composite base including sintered base and base surface flattening layer, and composite substrate including that composite base and semiconductor crystalline layer
CN102515720A (zh) * 2011-12-08 2012-06-27 西安交通大学 一种透明氧化铝陶瓷的制备方法
TWI602315B (zh) * 2013-03-08 2017-10-11 索泰克公司 具有經組構成效能更佳之低帶隙主動層之感光元件及相關方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002193672A (ja) * 2000-10-18 2002-07-10 National Institute For Materials Science 配向性セラミックス焼結体およびその製造方法
JP2002201076A (ja) * 2000-10-26 2002-07-16 Hitachi Metals Ltd 窒化ケイ素基板および回路基板
KR20110021081A (ko) * 2009-08-25 2011-03-04 연세대학교 산학협력단 플렉서블 디바이스 및 그 제조 방법
JP2013033798A (ja) * 2011-08-01 2013-02-14 Ngk Insulators Ltd 透光性配線基板

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