TWI798236B - 高熱傳導性之元件基板及其製造方法 - Google Patents

高熱傳導性之元件基板及其製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供散熱性高且高頻的損失小之高熱傳導性之元件基板及其製造方法。 　　本發明之元件基板(1)係可藉由：以暫時接合用接著劑(31)，將由Si基底基板(11)、形成在Si基底基板上之高熱傳導性且為電絕緣體的Box層(12)與形成在Box層上的Si元件層(13)所構成之SOI元件基板(10)的Si元件層側，暫時接合於支持基板(20)，去除經此暫時接合之SOI元件基板的Si基底基板(11)直到Box層露出為止，得到薄化元件晶圓(10a)，以耐熱溫度為150℃以上的轉印用接著劑(32)，藉由加熱、加壓而轉印接合此薄化元件晶圓的Box層側與高熱傳導性且為電絕緣體的轉印基板(40)，然後剝離支持基板(20)而製造。

Description

高熱傳導性之元件基板及其製造方法
本發明關於高熱傳導性之元件基板及其製造方法，更詳細而言，關於散熱性高且高頻的損失小之元件基板及其製造方法，該元件基板係在高熱傳導性且為電絕緣體的轉印基板，例如由AlN、Si3 N4 、Al2 O3 等中的1種以上所構成之陶瓷或單晶的轉印基板之表面上形成有半導體元件層者。
近年來，於矽系半導體元件中，隨著設計規範的微細化，其性能愈來愈升高。然而，來自各個電晶體或連接電晶體間的金屬配線之散熱係成為問題。為了應付此問題，亦出現於元件之製作後，將矽之背面薄化到百～數百mm左右，於晶片上安裝風扇或金屬板而促進散熱者，或繞上水冷管而冷卻者。
然而，即使將矽薄化，也製作元件的區域為從表面起數μm左右，由於其以外的區域係具有熱蓄積的作用，從散熱之觀點來看，不能說是效率良好。又，近年來在高性能處理器或高頻元件等中多使用的SOI(Silicon On Insulator，絕緣體上矽)基板，通常為在矽的基底基板與矽的元件層之間隔著薄膜的SiO2 絕緣層之構造，但此SiO2 的熱傳導率為1.38W/m・K之極低，因此即使為薄膜也此SiO2 絕緣層成為隔熱材，元件的散熱阻力增大，於發熱大的元件中成為大的問題。另一方面，基底基板的矽係由於其介電特性而在高頻區域的損失大，在一定以上的高頻區域之使用中已經開始出現極限。
另一方面，基底基板為藍寶石的SOS(Silicon On Sapphire，藍寶石上矽)基板因為電絕緣性及高頻特性良好，作為高頻區域的損失小之高頻元件基板，受到注目。然而另一方面，相較於SOI基板的矽，藍寶石的熱傳導度為約1/3，因此不適合發熱多的高密度元件或高功率元件的基板。又，藍寶石基板為150mm、200mm或300mm的大口徑之藍寶石基板係成本高，成為大的缺點。
因此，作為基板，陶瓷燒結體由於比較便宜且得到高特性，例如於專利文獻1及專利文獻2中，記載將單晶矽膜直接形成在陶瓷燒結體的基板上之基板。此等陶瓷燒結體係以燒結助劑固定氮化鋁或氮化矽的粉體者。因此，於陶瓷燒結體中作為雜質，包含在粉體中所含有的鐵(Fe)或鋁(Al)等金屬或氧化鋁等燒結助劑。
為了防止此等雜質在元件製程中擴散，於專利文獻1及專利文獻2中，記載設置擴散防止層等。然而，於元件製程中的溫度例如600℃以上的製膜步驟時，金屬雜質係擴散，有影響元件特性及污染製造裝置之掛慮。
又，作為將製作有元件的基板與透明支持基板予以接合之技術，例如專利文獻3中揭示關於背面照射型CMOS晶圓，隔著接著劑接合SOI元件晶圓與透明支持基板，將SOI背面予以薄化之技術。於此接合方法中，接合元件層之表面側與透明基板。即，使原本的SOI晶圓上所形成的元件層反轉而接合。此時，有於轉印元件層後，為了取得電連接，必須配線加工之問題。
另外，於非專利文獻1中，檢討在層合極薄的元件晶圓之際，晶圓之厚度係在去除元件層後薄化到約10μm，設想藉由研削與CMP進行薄化。然而，為了更減低高頻區域的損失，宜完全去除埋入氧化膜層(Box層)下方的Si晶圓部分，但是於加工痕跡殘存的研削或CMP (Chemical Mechanical Polishing；化學機械研磨)的薄化時為不宜。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2013/094665號 　　[專利文獻2]日本特開2016-72450號公報 　　[專利文獻3]日本特開2005-285988號公報 [非專利文獻]
[非專利文獻1]北田等人, 「3次元LSI積體化技術」, FUJITSU. 62(5), p.601-607(2011)
[發明所欲解決的課題]
本發明係鑒於上述情事而完成者，目的在於提供高熱傳導性之元件基板及其製造方法，其不需要金屬雜質的擴散發生之高溫程序，散熱性優異，且對於高頻的損失小，再者於得到薄化元件晶圓時，沒有發生從支持基板的剝落。 [解決課題的手段]
本發明係其一態樣為一種元件基板，其具備：具有至少比SiO2 高的熱傳導率且為電絕緣體的Box層(埋入氧化膜層)，於前述薄膜Box層之一面所形成的Si元件層，與於前述Box層之相反面，隔著耐熱溫度為150℃以上的接著劑而形成的具有至少比SiO2 高的熱傳導率且為電絕緣體的基板。
前述Box層可為選自AlN、Si3 N4 、Al2 O3 及鑽石所成之群組的任1種或此等的組合。
前述基板可為由選自AlN、Si3 N4 及Al2 O3 所成之群組的任1種或此等的組合所構成之陶瓷或單晶。
本發明之元件基板係可於前述Box層與前述基板之間，進一步具備由選自SiO2 、Si3 N4 及氧氮化物(SiOx Ny )所成之群組的任1種或此等的組合所構成之層。
前述接著劑較佳為熱硬化性環氧改質聚矽氧。
前述接著劑之厚度較佳為0.1～5μm以下。
本發明係其一態樣為一種元件基板之製造方法，其包含：將具備Si基底基板、形成在前述Si基底基板上的Box層與形成在前述Box層上的Si元件層之SOI元件基板，以暫時接合用接著劑，將前述SOI元件基板的前述Si元件層側暫時接合於支持基板上之暫時接合步驟，將經前述暫時接合之前述SOI元件基板的前述Si基底基板，以選自研削、研磨及蝕刻所成之群組的任1種或此等的組合，予以去除直到前述Box層露出為止，得到薄化元件晶圓之Si基底基板去除步驟，以耐熱溫度為150℃以上的轉印用接著劑，藉由加熱、加壓而轉印接合前述薄化元件晶圓的前述Box層側與轉印基板之轉印接合步驟，及從前述Si元件層剝離前述支持基板之剝離步驟。
本發明之元件基板之製造方法係可在前述剝離步驟後，進一步包含去除在Si元件層之表面所殘存的暫時接合用接著劑之接著劑去除步驟。又，前述Si基底基板去除步驟係可進一步包含：將前述Si基底基板予以薄化之薄化步驟，將前述Si基底基板之外周部與前述Box層、前述Si元件層及前述暫時接合用接著劑之外周部一起修整之邊緣修整步驟，及藉由酸等蝕刻去除經由此等步驟所殘留的Si基底基板之蝕刻步驟。
作為前述暫時接合用接著劑，較佳為使用耐酸性優異的聚矽氧樹脂。
前述Box層較佳為選自AlN、Si3 N4 、Al2 O3 及鑽石所成之群組的任1種或此等的組合。
本發明之元件基板之製造方法較佳為進一步包含於前述Box層之與前述轉印基板的接合面及/或前述轉印基板之與前述Box層的接合面，形成由選自極薄的SiO2 、Si3 N4 及氧氮化物(SiOx Ny )所成之群組的任1種或此等的組合之層之步驟。
前述轉印基板較佳為由選自AlN、Si3 N4 及Al2 O3 所成之群組的任1種或此等的組合所構成之陶瓷或單晶。 [發明的效果]
依照本發明，元件基板係藉由在具有至少比SiO2 高的熱傳導率且為電絕緣體的Box層之一面上形成Si元件層，在其相反側之面上隔著耐熱溫度為150℃以上的轉印用接著劑，轉印接合具有至少比SiO2 高的熱傳導率且為電絕緣體的轉印基板，可得到高熱傳導性之元件基板，其不需要金屬雜質之擴散發生的高溫程序，散熱性優異，且對於高頻的損失小，再者於得到薄化元件晶圓時，沒有發生從支持基板的剝落。
[實施發明的形態]
以下，說明本發明之元件基板及其製造方法的一實施形態，惟本發明之範圍不受此形態所限定。本實施形態之元件基板之製造方法係主要由以下步驟所構成：以暫時接合用接著劑，將SOI元件基板暫時接合於支持基板之暫時接合步驟，從此暫時接合的SOI元件基板，去除Si基底基板之Si基底基板去除步驟，於已去除Si基底基板的部分，以轉印用接著劑轉印接合轉印基板之轉印接合步驟，剝離支持基板之剝離步驟，及去除殘存的暫時接合用接著劑之接著劑去除步驟。關於各構成物及各步驟，參照附圖之圖1，詳細地說明。
1. 暫時接合步驟 　　說明暫時接合步驟。使用暫時接合用接著劑31，接合已形成有元件的SOI元件基板10與支持基板20(圖1(a))。SOI元件基板10係由Si基底基板11、形成在Si基底基板11上的Box層(埋入氧化膜層)12與形成在Box層12上的Si元件層13所構成。
SOI元件基板10係可使用與高性能處理器或高頻元件等中所一般使用的SOI元件基板同樣之構成及材料。Si基底基板11之厚度較佳為200μm以上，更佳為300μm以上。由於將Si基底基板11之厚度設為200μm以上，可在不發生晶圓的撓曲下進行搬送。厚度之上限係沒有特別的限定，但為了使後述的切削、研磨、蝕刻等成為容易，較佳為1000μm以下。
Box層12係具有至少比SiO2 高的熱傳導率且為電絕緣體。具體而言，熱傳導率較佳為高於1.5W/m・K，更佳為10W/m・K以上，尤佳為100W/m・K以上。作為如此的材料，有AlN、Si3 N4 、Al2 O3 、鑽石等。
Box層12之厚度較佳為50～10000nm之範圍，更佳為500nm以下之範圍。由於厚度為50nm以上，不易受到Si基底基板之影響，於Si基底基板之去除時，可不影響元件層而進行加工。由於厚度為10000nm以下，接合應力變小，不易翹曲。
Si元件層13係厚度通常為4～10μm，但亦可取決所設置的配線數，而適宜變更。由於厚度為4μm以上，可成為多層配線，由於為10μm以下，可確保必要的配線數。Si元件層13之厚度更佳為4～8μm之範圍。又，於Si元件層13之表面，亦可形成焊錫凸塊。
支持基板20亦取決於所使用的暫時接合用接著劑31之硬化方法，但宜使用與Si相同程度的線膨脹係數之基板。具體而言，線膨脹係數較佳為5.0×10-6 /℃以下。若線膨脹係數大於5.0×10-6 /℃，則在暫時接合之際加熱時，由於熱膨脹係數與Si元件層13的矽之差大，有基板全體翹曲之虞。作為如此的材料，可使用Si晶圓、Tempax玻璃、EAGLE-XG等。
暫時接合用接著劑31只要是經接著的2層能剝離之接著劑，則沒有特別的限定，例如可使用丙烯酸或聚矽氧、環氧、熱熔等的接著劑。作為暫時接合用接著劑31，具體而言可使用以3M公司製的WSS(UV硬化丙烯酸系接著劑)或信越化學公司製的TA1070T/TA2570V3/TA4070等熱硬化性改質聚矽氧為主成分之接著劑。特別地，特佳為使用以背面蝕刻時的耐酸/鹼性優異的後者之熱硬化性改質聚矽氧為主成分的接著劑作為暫時接合用接著劑。作為耐酸性優異的接著劑，另外還有氟系樹脂等。
又，為了可容易完成經接著的2層之剝離，亦可在支持基板20上形成不同的暫時接合用接著劑31之複數層。暫時接合用接著劑31之厚度係沒有特別的限定，但較佳為10～200μm之範圍。
2. Si基底基板去除步驟 　　說明Si基底基板去除步驟。Si基底基板去除步驟較佳為進一步包含：將Si基底基板11予以薄化之薄化步驟，將經暫時接合於支持基板20的SOI元件基板10及暫時接合用接著劑31之外周部予以修整之邊緣修整步驟，及蝕刻去除經由此等步驟所殘留的Si基底基板11之蝕刻步驟。
說明Si基底基板去除步驟之薄化步驟。於暫時接合步驟之後，減薄SOI元件基板10的Si基底基板11(圖1(b))。作為薄化之方法，有研削、研磨、蝕刻等，可按照需要而適宜變更。從生產量之觀點來看，較佳為藉由研削的薄化，例如較佳為藉由組合＃600～＃2000的磨石進行加工而薄化。又，視需要於研削後，亦可進行例如CMP或乾拋光等而平滑化。
為了不使加工應變影響到Si元件層13，較佳為殘留10～100μm的Si基底基板11，殘留厚度更佳為20μm以上50μm以下。由於經薄化的Si基底基板11a為10μm以上，加工應變難以影響Si元件層13，而且由於為100μm以下，可縮短藉由其後的蝕刻而去除經薄化的Si基底基板11a之蝕刻時間。
接著，說明Si基底基板去除步驟之邊緣修整步驟。於薄化步驟中充分地薄化Si基底基板11後，進行邊緣修整(圖1(c))。於SOI元件基板10的外周部中，相較於其面內中央部，有暫時接合用接著劑31之層變厚的傾向。因此，為了留下暫時接合用接著劑31之厚度為均勻的部分，去除SOI元件基板10及暫時接合用接著劑31之外周部。邊緣修整量係可以能充分去除暫時接合用接著劑31的殘渣，且不減少元件部分的面積之方式，而適宜決定。具體而言，將從SOI元件基板10之緣(邊緣)朝向面內中央部之2～5mm的部分，與暫時接合用接著劑31一起去除。再者，由在支持基板20上不塗佈暫時接合用接著劑31，可不進行邊緣修整。
作為邊緣修整之方法，有研磨機的研削、使用研磨薄膜的膠帶研磨等。較佳為膠帶研磨。若進行研磨機的研削，則當將改質聚矽氧使用於暫時接合用接著劑31時，由於樹脂柔軟而磨石發生堵塞，發生燒結或基板的剝落。另一方面，藉由以膠帶研磨實施邊緣修整，不發生Si元件層13從支持基板20剝落或破裂等，可良好地修整。
接著，說明Si基底基板去除步驟之蝕刻步驟。於邊緣修整步驟之後，為了完全去除所殘留的Si基底基板11b而進行蝕刻，得到薄化元件晶圓10a(圖1(d))。蝕刻係可藉由酸或鹼而實施，但於蝕刻速度的觀點中，較佳為酸的蝕刻。此係因為於KOH或NH4 OH的鹼之蝕刻中，為了蝕刻20μm的Si基底基板11b，在70℃花費1小時以上，相對而言，於酸之蝕刻中，在室溫下以數分鐘能蝕刻。作為所用的酸，更佳為任意選擇・混合有HF、HNO3 、CH3 COOH、H2 SO4 、H3 PO4 等強酸之酸。再者，完全去除Si基底基板11b時，習用的研削或CMP之薄化係因為加工痕跡殘存而不宜。又，於酸之蝕刻中，在蝕刻速率的速度之點上，更佳為濕蝕刻。如此地藉由完全去除Si基底基板11b，可更減低高頻區域的損失。
再者，蝕刻係藉由浸漬或單面的旋轉蝕刻而實施，但於抑制支持基板20的蝕刻之觀點上，較佳為單面的旋轉蝕刻。於SOI元件基板10之外周部，藉由進行邊緣修整而使暫時接合用接著劑31a之層露出。當所使用的暫時接合用接著劑31對於酸無耐性時，由於暫時接合用接著劑31係從SOI元件基板10的外周部起被蝕刻液所侵蝕，而從Si元件層13的外周部分導入皺紋，發生剝落。例如，當使用對於酸無耐性的3M公司製之WSS(UV硬化丙烯酸系接著劑)作為暫時接合用接著劑31時，會被酸所侵蝕，而從SOI元件基板10的外周部發生剝落，不適合使用於本發明。相對於其，當使用對於酸有耐性的改質聚矽氧系接著劑作為暫時接合用接著劑31時，不發生剝落，可蝕刻直到高熱傳導且電絕緣體之薄膜Box層12露出為止。將此步驟所得之Si基底基板11b經完全去除之基板稱為薄化元件晶圓10a。
3. 轉印接合步驟 　　說明轉印接合步驟。於電絕緣體的轉印基板40側，塗佈轉印用接著劑32(圖1(e))，與薄化元件晶圓10a接合(圖1(f))。
轉印基板40較佳為得到200～300mmφ的晶圓尺寸者。又，較佳為使用藍寶石、氧化鋁、AlN燒結體、Si3 N4 燒結體、鑽石等。此等係具有比SiO2 更高的熱傳導率且為電絕緣體，再者，一般而言從成本之點來看，亦比高價的單晶更合適。具體而言，較佳為熱傳導率比1.5W/m・K高，更佳為10W/m・K以上，尤佳為100W/m・K以上。
從Si元件層13形成後的程序溫度來看，轉印用接著劑32係對於150℃具有耐性，更佳為對於250℃之溫度具有耐性，尤佳為對於300℃之溫度具有耐性，且為了在轉印接合時減小向Si元件層13之應力，較佳為使用聚矽氧樹脂、環氧改質橡膠、環氧改質聚矽氧等。特別地，環氧改質聚矽氧係接著劑強度亦強，硬化時的熱應力小，而且可薄地形成，且從保持接著力之點來看為最佳。具體而言，較佳為信越化學公司製之TA1070T、TA2570V3、TA4070等的熱硬化性改質聚矽氧。
轉印用接著劑32的層之厚度較佳為0.1～5μm。更佳為0.1μm以上2μm以下。尤佳為0.1μm以上1μm以下。若轉印用接著劑32的層之厚度超過5μm，則散熱性與無轉印用接著劑32的情況相比為1/2以下，因此為了提高熱傳導度，較佳為以5μm以下設置。又，由於為0.1μm以上，可維持充分的接合強度，容易面內均勻地塗佈而接合。
又，由於轉印用接著劑32之熱傳導率為1W/m・K左右之小，為了製作熱傳導率高的基板，較佳為儘可能薄地且均勻地形成轉印用接著劑32的層。
再者，於轉印基板40與Box層12a之接合面，在塗佈轉印用接著劑32之前，可形成選自SiO2 、Si3 N4 、氧氮化物(SiOx Ny )所成之群組的任1種或此等的組合所構成之薄膜。藉由形成如此的薄膜，可改善表面粗糙度或潤濕性，提高接合力。此薄膜之厚度較佳為0.05～10μm之範圍。製膜法係沒有特別的限定，例如較佳為電漿製膜法或化學氣相成長法、物理氣相成長法等。代替或除了將此薄膜形成在轉印基板40上以外，亦可形成在薄化元件晶圓10a的Box層12a表面。
如圖1(e)所示，在薄化元件晶圓10a之表面，Box層12a係露出。Box層12a通常為50～1000nm，但若完全去除Si基底基板11b，則因Si元件層13之圖型配線所造成的局部應力，而Box層12a局部地變形，對應於配線圖型，發生高度1～10nm之階差。若有如此的階差，則於直接接合或電漿接合中無法與轉印基板40接合。因此為了將有階差之面接合於轉印基板40，隔著轉印用接著劑32進行接合。
若塗佈轉印用接著劑32，則為了溶劑去除及為了防止因接合時的加溫所致的脫氣，較佳為在100～200℃進行烘烤及半硬化。較佳為120℃以上180℃以下。
此時，若在Box層12a側塗佈轉印用接著劑32及烘烤，則暫時接合用接著劑31a之成分係變形，有發生層狀的凹凸或空隙之情況。因此，轉印用接著劑32較佳為塗佈在轉印基板40側。
作為塗佈轉印用接著劑32之方法，可使用模塗、狹縫塗佈、浸塗、旋轉塗佈等方法，但於能僅在接合面側均勻地塗佈之點上，較佳為旋轉塗佈。
如圖1(f)所示，將Box層12a與塗佈有轉印用接著劑32的轉印基板40予以接合。例如於接合前的加溫之後，使薄化元件晶圓10a與塗佈有轉印用接著劑32的轉印基板40之接合面相向，施加荷重而使其接觸。邊保持該荷重邊加溫，藉由將轉印用接著劑32全硬化而使其接合。所施加的荷重之上限例如為未達20kgf/cm2 ，較佳為10kgf/cm2 以下，更佳為5kgf/cm2 以下。由於未達20kgf/cm2 ，可在Si元件層13尤其焊錫凸塊不發生變形的荷重下接合。又，較佳為施加1kgf/cm2 以上的荷重。由於為1kgf/cm2 以上，可一邊矯正轉印基板40本身所具有的5～50μm之翹曲一邊疊合。再者，基板之翹曲係薄化元件晶圓10a及轉印基板40之兩者可能具有，但藉由在接合時施加荷重，可矯正此翹曲。
接合時加溫的溫度係在不超過轉印用接著劑32的耐熱溫度及焊錫凸塊的熔點之範圍內，較佳為儘可能地高。特別地，接合時加溫的溫度更佳為比所使用的轉印用接著劑32之耐熱溫度及焊錫凸塊的熔點中溫度低的溫度更低15～50℃，更佳為低20～40℃。例如當焊錫凸塊之熔點為250℃時，較佳為升溫至200～245℃，更佳為升溫至220～240℃之溫度範圍。
保持接合時加溫的溫度範圍之時間，係短者在生產量之方面較宜。保持時間為1～60分鐘，較佳為2～30分鐘，更佳為5～10分鐘。
轉印接合係可在大氣或真空之任一環境中實施，但較佳為在1E-1 ～1E-5 Torr，更佳為在1E-2 ～1E-4 Torr之真空下進行接合。藉由1E-5 Torr以上，可以接合界面的氣泡不殘存之方式進行轉印接合。
轉印接合步驟由於是不反轉Si元件層13a而進行轉印之方法，可以在Si元件層13a上形成到焊錫凸塊之狀態下進行轉印，於轉印後不需要形成電配線形成等之形成主動部的程序。
4. 剝離步驟 　　說明剝離步驟。剝離暫時接合的支持基板20(圖1(g))。剝離步驟通常係可單獨或組合物理(包含機械手段)或化學手段而進行。例如，支持基板20係可藉由機械力，例如將楔子插入接合面的一端，而去除支持基板20，容易進行剝離。又，作為化學手段，例如可利用溶劑所致的膨潤、溶解等。另外，作為光化學手段，可利用光硬化等。
5. 接著劑去除步驟 　　說明接著劑去除步驟(圖1(h))。視需要地，可進行洗淨在Si元件層13a之表面所殘留的暫時接合用接著劑31a之殘渣的接著劑去除步驟。暫時接合用接著劑31由於因有機溶劑例如p-薄荷烷而膨潤，藉由將Si元件層13a浸漬於p-薄荷烷中，可容易地去除暫時接合用接著劑31a之殘渣。浸漬時間為1～10分鐘，較佳為3～5分鐘。
以上，藉由所說明的本實施形態之元件基板之製造方法，可得到隔著Si元件層13a、Box層12a與轉印用接著劑32，層合有轉印基板40之元件基板1。如上述，於本實施形態之元件基板之製造方法中，不需要金屬雜質之擴散發生的高溫程序。又，Box層12a及轉印基板40由於高熱傳導且為電絕緣體，而散熱性優異，且對於高頻的損失小。再者，於得到薄化元件晶圓10a之際，由於如上述地在適合去除SOI元件基板10的Si基底基板11之特定條件下實施，亦沒有發生從支持基板20之剝落。 [實施例]
以下舉出實施例及比較例，更具體地說明本發明，惟本發明不受此所限定。
[實施例1] 　　作為形成有元件的SOI元件基板，使用由外形300mmφ、厚度4μm的Si元件層、用AlN之厚度250nm的薄膜Box層與厚度725μm的Si基底基板所構成之晶圓。於元件最表面，以最小間距150μm形成直徑80μm的焊錫凸塊。
於此SOI元件基板之設有Si元件層之面上，藉由旋轉塗佈來層合塗佈信越化學公司製的聚矽氧樹脂接著劑TA1070T/TA2570V3/TA4070作為暫時接合用接著劑。即，首先層合10μm的TA1070T作為元件保護層，於加工後層合10μm的TA2570V3作為當作支持基板的剝離面之層，層合100μm的TA4070作為與支持基板之接著層。使用Si晶圓作為支持基板，使用EV Group公司製的半自動晶圓接合機EVG520IS，於10-4 Torr之真空下，施加1kgf/cm2 之荷重，在140℃保持而接合暫時接合用接著劑與支持基板，然後在190℃於烘箱中處理2小時，而使暫時接合用接著劑硬化。
接著，使用東京精密公司製的拋光研磨機PG300，以#2000的磨石，將位於SOI元件基板的背面之Si基底基板薄化到厚度40μm。於研削後之表面，雖然觀察到鋸痕，但是沒有見到晶圓之剝落或破裂、邊緣碎屑。
接著，使用MIPOX公司製的晶圓邊緣研磨裝置NME-123N，以膠帶研磨來實施邊緣修整。修整寬度為從晶圓最外周起到2mm內側為止。可於不發生破裂或剝落下進行修整。
繼續，使用三益半導體公司製的旋轉蝕刻機MSE2000，藉由酸的旋轉蝕刻而去除在背面側所殘存的40μm厚度之Si基底基板。所使用的酸為HF/HNO3 /H3 PO4 / H2 SO4 之混合酸，以3分鐘的蝕刻時間，完全去除Si基底基板，得到薄化元件晶圓。
接著，作為高熱傳導且電絕緣體的轉印基板，使用外徑300mmφ、厚度725μm、熱傳導率200W/m・K、電阻率5E+15 Ω・cm之AlN燒結體基板。作為轉印用接著劑，以環戊酮稀釋低應力的熱硬化性環氧改質聚矽氧接著劑之TA4070，調製接著劑濃度為0.5wt%之塗佈液。將此旋轉塗佈在作為轉印基板所準備的AlN晶圓上，以面內偏差±5%形成厚度1μm的轉印用接著劑之層。將塗佈有轉印用接著劑的轉印基板在150℃烘烤5分鐘，進行溶劑去除與半硬化。
繼續，使用SussMicroTec公司製的晶圓接合機SB8，接合薄化元件晶圓與轉印基板。將塗佈有轉印用接著劑的轉印基板與薄化元件晶圓在室溫下疊合，施加3kgf/cm2 之荷重，於1E-4 Torr之真空下，在240℃保持10分鐘而接合。然後，於65℃以下之溫度下去除荷重，取出接合完畢的晶圓。
於接合完畢的晶圓之暫時接合界面，插入楔子，藉由機械地剝離支持基板，可隔著Box層，在轉印基板上轉印Si元件層。外觀上，經轉印的Si元件層係沒有剝落。又，以光學顯微鏡觀察面內的元件圖型，結果圖型沒有破裂，亦沒有看到焊錫凸塊之剝落。
藉由將轉印有Si元件層的Box層浸漬於p-薄荷烷中5分鐘，而去除在表面上所殘存的暫時接合用接著劑。於經轉印的Si元件層與Box層之界面，沒有看到剝落，轉印用接著劑沒有因p-薄荷烷而溶出。以光學顯微鏡觀察洗淨後的元件表面，結果沒有看到圖型之破裂或焊錫凸塊之變形。如此能以保持原本的元件圖型形狀之狀態，將Si元件層轉印到Box層。從此轉印基板來分割個別元件後，施加1GHz的高頻，於1小時後測定元件之表面溫度，結果幾乎沒有看到溫度上升。又，訊號與雜訊之隔離為極高、良好。
[實施例2] 　　除了Box層係由甲烷、氫之混合氣體所合成的高熱傳導且電絕緣體之鑽石，使用其厚度為200nm者以外，準備與實施例1相同的SOI元件基板，以與實施例1同樣之程序，經過薄化元件晶圓，製作元件基板。惟，作為轉印基板，使用Si3 N4 基板代替AlN基板，轉印用接著劑之塗佈亦以同樣之程序實施，但將接合時之荷重降低至1kgf/cm2 而實施。
薄化元件晶圓係均勻地接合。剝離支持基板時，可隔著Box層，將Si元件層轉印到轉印基板。以光學顯微鏡觀察洗淨後的Si元件層，但看不到剝落或凸塊之變形。對於此轉印基板，於與實施例1相同之條件下，測定溫度上升，結果從測定前上升約3℃，但其後未見到超出此的溫度上升，略一定而安定。又，隔離為良好。
[實施例3] 　　除了SOI元件基板之Box層係藉由濺鍍法附有的高熱傳導且電絕緣體之Al2 O3 ，膜厚成為150nm以外，準備與實施例1相同形成的SOI元件基板，以與實施例1同樣之程序，經過薄化元件晶圓，製作元件基板。再者，轉印用接著劑向Box層之塗佈亦以同樣之程序實施，但將接合時之荷重升高至10kgf/cm2 而實施。
薄化元件晶圓係良好地接合。剝離支持基板時，可隔著Box層，將Si元件層轉印到轉印基板。以光學顯微鏡觀察洗淨後的Si元件層，但看不到剝落或凸塊之變形。於與實施例1相同之條件下，測定溫度上升，結果看到約5℃之上升，但未上升到其以上。又，隔離亦優異。
[實施例4] 　　準備實施例1中記載的SOI元件基板，以與實施例1同樣之程序，經過薄化元件晶圓，製作元件基板。惟，作為轉印基板，使用Si3 N4 基板代替AlN基板，於與Box層之接合面，事先以電漿成膜法附有約1μm的SiO2 後，研磨而平滑到Ra0.5nm為止。然後，轉印用接著劑之塗佈亦以與實施例1同樣之程序實施，但將接合時之溫度降低至220℃而實施。
薄化元件晶圓係被接合。剝離支持基板時，可隔著Box層，將Si元件層轉印到轉印基板。以光學顯微鏡觀察洗淨後的Si元件層，但看不到剝落或凸塊之變形，維持漂亮的狀況。與實施例1同樣地測定溫度上升，結果約7.5℃，以後為一定。又，隔離係沒有特別的問題。
[實施例5] 　　準備實施例1中記載的SOI元件基板，以與實施例1同樣之程序，經過薄化元件晶圓，製作元件基板。惟，作為轉印基板，使用藍寶石基板代替AlN基板，於轉印用接著劑之塗佈中，調製接著劑濃度0.05wt%之塗佈液，將塗佈後的轉印用接著劑之層厚設為0.1μm。
薄化元件晶圓係被接合。剝離支持基板時，從外周去除10mm的區域，Si元件層係被轉印。由於大部分的轉印係完成，可知以至少0.1μm以上之厚度設置轉印用接著劑之層者，為面全體之轉印所必須。於與實施例1相同之條件下，測定個別元件之溫度上升。雖然看到約11℃的溫度上升，但是其後為一定，沒有發生特別的問題。又，隔離係實用上沒有特別的問題。
[比較例1] 　　除了為通常的φ200mm的SOI元件基板，準備在Si基底基板上形成厚度為100nm的SiO2 之Box層，形成有與實施例1同樣的Si元件層之SOI元件基板，而且使用合成石英的轉印基板代替AlN燒結體的轉印基板以外，以與實施例1同樣之程序，經過薄化元件晶圓，製作元件基板。與實施例1同樣地作為1GHz的高頻元件使用時，元件之溫度上升到60℃，雜訊/信號之隔離係顯著變差，無法使用。
[比較例2] 　　準備與實施例1同樣之SOI元件基板，以與實施例1同樣之程序，經過薄化元件晶圓，製作元件基板。惟，作為轉印用接著劑，使用耐熱溫度為120℃的液狀環氧樹脂，還有不是在由AlN所構成的轉印基板，而是在薄化元件晶圓側，藉由旋轉塗佈進行塗佈，在110℃烘烤。結果，在薄化元件晶圓中導入皺紋，從支持基板剝落。即，不接合，於薄化元件晶圓之厚度為薄的狀態下，無法抑制暫時接合用接著劑之因熱的變形，會導入皺紋。而且，由於轉印用接著劑之耐熱溫度低，轉印基板亦不耐焊熱，轉印基板之元件大部分成為導通不良之元件。
[比較例3]
使用3M公司製的WSS作為暫時接合用接著劑，進行與支持基板之暫時接合。WSS為丙烯酸系的UV硬化接著劑，為設有照射YAG雷射而剝離的層之構成。因此，支持基板必須在UV~近紅外線中為透明，於此，使用Tempax基板作為支持基板。此外，以與實施例1同樣之程序，研削背面，進行邊緣修整，進行酸的蝕刻。修整後的元件晶圓外周部分係剝落，朝向基板之中心發生皺紋。此係因為WSS中所用的紫外線吸收層係被酸所侵蝕，從支持基板剝落。由於已確認酸的侵蝕，使用鹼的50%KOH，在70℃嘗試旋轉蝕刻，但在蝕刻途中於元件晶圓之外周部發生剝落。以WSS保持薄化元件晶圓與支持基板之接合的狀態，無法完全去除晶圓背面之Si基底基板。
再者，雖然上述已說明本實施形態，惟本發明不受此等之例所限定。例如，對於前述之各實施形態，本業者適宜地進行構成要素之追加、刪除、設計變更者，或適宜組合各實施形態之特徵者，亦只要具備本發明之要旨，則含於本發明之範圍中。
1:元件基板
10:SOI元件基板
10a:薄化元件晶圓
11、11a、11b:Si基底基板
12、12a:Box層
13、13a:Si元件層
20:支持基板
31、31a:暫時接合用接著劑
32:轉印用接著劑
40:轉印基板
圖1係顯示本發明之元件基板之製造方法的一實施形態之流程圖。

Claims (12)

  1. 一種元件基板，其具備：具有至少比SiO2高的熱傳導率且為電絕緣體的Box層，於前述Box層之一面所形成的Si元件層，與於前述Box層之相反面，隔著耐熱溫度為150℃以上的接著劑而形成的具有至少比SiO2高的熱傳導率且為電絕緣體的基板；其係前述基板、前述接著劑、前述Box層、前述Si元件層依序層合而成者。
  2. 如請求項1之元件基板，其中前述Box層係由選自AlN、Si3N4、Al2O3及鑽石所成之群組的任1種或此等的組合所構成。
  3. 如請求項1或2之元件基板，其中前述基板係由選自AlN、Si3N4及Al2O3所成之群組所選出的任1種或此等的組合所構成之陶瓷或單晶。
  4. 如請求項1或2之元件基板，其進一步具備於前述Box層與前述基板之間所形成的選自SiO2、Si3N4及氧氮化物所成之群組的任1種或此等的組合所構成之層。
  5. 如請求項1或2之元件基板，其中前述接著劑為熱硬化性環氧改質聚矽氧。
  6. 如請求項1或2之元件基板，其中前述接著劑之厚度為0.1~5μm以下。
  7. 一種元件基板之製造方法，其包含：將具備Si基底基板、形成在前述Si基底基板上的Box層與形成在前述Box層上的Si元件層之SOI元件基板，以暫時接合用接著劑，將前述SOI元件基板的前述Si元件層側暫時接合於支持基板上之暫時接合步驟，將經前述暫時接合之前述SOI元件基板的前述Si基底基板，以選自研削、研磨及蝕刻所成之群組的任1種或此等的組合，予以去除直到前述Box層露出為止，得到薄化元件晶圓之Si基底基板去除步驟，以耐熱溫度為150℃以上的轉印用接著劑，藉由加熱、加壓而轉印接合前述薄化元件晶圓的前述Box層側與轉印基板之轉印接合步驟，與從前述Si元件層剝離前述支持基板之剝離步驟。
  8. 如請求項7之元件基板之製造方法，其中在前述剝離步驟後，進一步具備去除在Si元件層之表面所殘存的暫時接合用接著劑之接著劑去除步驟。
  9. 如請求項7或8之元件基板之製造方法，其中使用耐酸性優異的聚矽氧樹脂作為前述暫時接合用接著劑。
  10. 如請求項7或8之元件基板之製造方法，其中前述Box層係由選自AlN、Si3N4、Al2O3及鑽石所成之群組的任1種或此等的組合所構成。
  11. 如請求項7或8之元件基板之製造方法，其進一步包含於前述Box層之與前述轉印基板的接合面及/或前述轉印基板之與前述Box層的接合面，形成由選自SiO2、Si3N4、氧氮化物所成之群組的任1種或此等的組合所構成之層之步驟。
  12. 如請求項7或8之元件基板之製造方法，其中前述轉印基板係由選自AlN、Si3N4、及Al2O3所成之群組的任1種或此等的組合所構成之陶瓷或單晶。
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