專利名稱：半導(dǎo)體元件形成用金屬積層基板的制造方法及半導(dǎo)體元件形成用金屬積層基板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件形成的磊晶成長膜形成用金屬積層基板的制造方法、 及半導(dǎo)體元件形成的磊晶成長膜形成用金屬積層基板。
背景技術(shù)：
為了獲得優(yōu)異的半導(dǎo)體元件，而必須在基板上形成配向性高的磊晶成長膜。因此，以前，磊晶成長膜用基板是使用結(jié)晶配向性優(yōu)異的單晶硅(Si)、單晶砷化鎵 (GaAs)、單晶藍(lán)寶石(Al2O3)等單晶晶圓。但是，這些單晶晶圓的尺寸較大也為300πιπιΦ左右的砧板，無法通過象卷到卷方式的連續(xù)的生產(chǎn)方式進(jìn)行成膜。另外，Si等也無強(qiáng)度，在制造步驟的搬送過程中，不容易操作而需要特別注意。除了所述單晶晶圓以外，形成磊晶成長膜的基板已知有將Ni、Cu、Ag或這些的合金以大于等于90%的壓下率進(jìn)行冷延，對材料整體賦予均勻的應(yīng)變后，通過熱處理進(jìn)行再結(jié)晶，而形成高度雙軸結(jié)晶配向性的金屬基板。其中，經(jīng)結(jié)晶配向的Ni或Ni-W合金的基板雖可以用作氧化物超電導(dǎo)用等的基板， 但以4mm IOmm寬度程度的窄寬度的結(jié)晶配向金屬帶的形式提供，并非以寬幅、長條、且高度結(jié)晶配向的基板的形式提供。另外也存在以下問題等，所述Ni-W合金并非通常所普及的材料而價(jià)格高，加工性也差，難以制造寬幅的基板。并且，金屬基板象專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2、專利文獻(xiàn)3所示一樣，提出通過冷牽引或冷延法將金屬核心層與Ni合金層貼合的包層材料(專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2、專利文獻(xiàn)3) 等作為解決確保強(qiáng)度的問題的材料。專利文獻(xiàn)1 日本專利特開2006-286212號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本專利特開2007-200831號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本專利特開2001-110255號(hào)公報(bào)但是，在通過冷延法將不同種類金屬彼此密接性佳地積層時(shí)，預(yù)處理是將不同種類金屬彼此擴(kuò)散接合(擴(kuò)散熱處理)，然后實(shí)施冷延。并且已知，為了在擴(kuò)散熱處理后，使 Ni層高度地結(jié)晶配向，而需要大于等于90%的加工率，在將不同種類金屬彼此接合的狀態(tài)下進(jìn)行強(qiáng)壓延時(shí)，由于兩種材料的機(jī)械特性差異，而在材料間延伸產(chǎn)生差異而產(chǎn)生較大的翹曲。因此，不容易制造寬幅且長條的材料。另外，在所述的包層材料中，接合材料彼此在接合界面相互約束，而引起不均勻的變形并且被壓延，因此在厚度方向?qū)氩涣司鶆虻膽?yīng)變。另外，接合界面的粗度也粗糙，因此結(jié)晶配向的M層的厚度也變得不均勻，在接合后的熱處理中，難以穩(wěn)定制造在長度方向具有均勻、高度結(jié)晶配向的基板。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用來形成金屬基板的表面具有高度的雙軸結(jié)晶配向性的半導(dǎo)體元件的磊晶成長膜形成用金屬積層基板的制造方法。另外，本發(fā)明的其他目的是提供一種具有半導(dǎo)體化合物的磊晶成長膜形成用雙軸結(jié)晶配向金屬箔的金屬積層基板。(1)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件形成用金屬積層基板的制造方法的特征在于包括將金屬板的至少一個(gè)表面活化的步驟；將以壓下率大于等于90%進(jìn)行冷延的包含Cu或Cu合金的金屬箔的至少一個(gè)表面活化的步驟；使所述金屬板的活化表面與所述金屬箔的活化表面相對向積層并冷延的步驟；通過熱處理使所述金屬箔雙軸結(jié)晶配向的步驟。(2)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件形成用金屬積層基板的制造方法根據(jù)所述(1)所述，其特征在于所述活化是通過濺鍍蝕刻來進(jìn)行。(3)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件形成用金屬積層基板的制造方法根據(jù)所述(1)或(2)所述，其特征在于所述積層時(shí)的冷延為壓下率小于等于10%。(4)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件形成用金屬積層基板的制造方法根據(jù)所述(1)至(3)中任一項(xiàng)所述，其特征在于所述Cu或Cu合金的厚度為大于等于7 μ m且小于等于50 μ m。(5)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件形成用金屬積層基板的制造方法根據(jù)所述(1)至中任一項(xiàng)所述，其特征在于所述Cu合金的金屬箔含有總計(jì)為大于等于0. 01 %且小于等于
的 Ag、Sn、Zn、Zr、0、N。(6)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件形成用金屬積層基板的制造方法根據(jù)所述(1)至(5)中任一項(xiàng)所述，其特征在于所述積層后的熱處理在大于等于150°C且小于等于KKKTC下實(shí)施。(7)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件形成用金屬積層基板的制造方法根據(jù)所述(1)至(6)中任一項(xiàng)所述，其特征在于在所述熱處理前，將金屬箔側(cè)表面的表面粗度Ra研磨處理為大于等于Inm且小于等于40nm。(8)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件形成用金屬積層基板的制造方法根據(jù)所述(1)至(7)中任一項(xiàng)所述，其特征在于在通過所述金屬積層基板的制造方法而制造的金屬積層基板上， 進(jìn)一步形成厚度大于等于Inm且小于等于10 μ m的保護(hù)膜。(9)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件形成用金屬積層基板的特征在于其是根據(jù)所述(1)至 (8)中任一項(xiàng)所述的制造方法而制造。發(fā)明的效果本發(fā)明的半導(dǎo)體元件形成用金屬積層基板的制造方法可以分別使事先厚度精度佳地制造的金屬板、與用來獲得金屬結(jié)晶配向面的高壓下壓延Cu合金箔，以低壓下精度佳地平滑地貼合界面。根據(jù)該制造方法而制造的半導(dǎo)體元件形成用金屬積層基板可以在基板表面表現(xiàn)高精度的雙軸結(jié)晶配向性，因此可以在基板上使半導(dǎo)體元件精度佳地磊晶成長。


圖1是表示通過本發(fā)明的制造方法的實(shí)施而獲得的金屬積層基板5A的構(gòu)成的概略截面圖。
圖2是表示在本發(fā)明的金屬積層基板上形成磊晶成長膜T3的狀態(tài)IOA的構(gòu)成的概略截面圖。圖3是表示在金屬板Tl上通過表面活化接合積層Cu合金箔T2，在熱處理后賦予保護(hù)層T4后，形成目標(biāo)磊晶成長膜T3的積層狀態(tài)IOB的構(gòu)成的概略截面圖。圖4是表示本發(fā)明中所使用的表面活化接合裝置Dl的概略圖。主要組件符號(hào)說明Tl金屬板T2 Cu箔或Cu合金箔T3磊晶成長膜T4保護(hù)層5A金屬積層基板IOA表示在金屬積層基板上形成磊晶成長膜T3的狀態(tài)的截面圖。IOB表示在金屬積層基板上形成保護(hù)層T4后，形成磊晶成長膜T3的狀態(tài)的截面圖。Dl表面活化接合裝置Ll金屬板L2金屬箔Sl卷取部S2卷取部S3 電極 AS4 電極 BS5壓接輥步驟S6卷繞步驟
具體實(shí)施例方式圖1是表示通過本發(fā)明的制造方法而獲得的具有經(jīng)雙軸結(jié)晶配向的金屬箔的金屬積層基板5A的構(gòu)成的概略截面圖。如圖1所示，通過本發(fā)明的制造方法而獲得的金屬積層基板5A具備金屬板Tl、 積層在金屬板Tl上的金屬箔T2。金屬板Tl根據(jù)使用目的而選擇，在使太陽電池用多晶硅膜磊晶成長時(shí)，從金屬板 Tl具有適度強(qiáng)度的必要性來看，可以列舉 ^、Α1、Ν 、0、Αβ、αι、Ι、或這些金屬的合金等(例如不銹鋼)的薄板。金屬板Tl的厚度優(yōu)選大于等于0. 05mm且小于等于0. 2mm。設(shè)定為大于等于0.05mm的理由是為了確保金屬板Tl的強(qiáng)度，設(shè)定為小于等于 0. 2mm的理由是為了確保加工性。金屬箔T2可以列舉Cu或Cu合金(本說明書中有時(shí)將這兩種一并稱為Cu合金) 箔，在成為金屬積層基板的狀態(tài)下必需高度的結(jié)晶配向性。因此，Cu合金箔在與金屬板Tl的接合前后，以壓下率大于等于90%進(jìn)行強(qiáng)加工而形成壓延集合組織，通過表面活化接合后的熱處理而對Cu合金箔賦予結(jié)晶配向性。
原因是如果壓下率小于90%，則在之后進(jìn)行的熱處理中，Cu有可能不配向。以這種壓下率大于等于90%進(jìn)行強(qiáng)加工而形成壓延集合組織的高壓下壓延Cu合金箔，在軟性安裝基板用途中由于具有高彎曲性而得到開發(fā)并普及，從而可以容易獲得。例如可以列舉Nikko Materials股份有限公司制造的高壓下壓延Cu箔(HA箔(商品名))或日立電線股份有限公司制造的高壓下壓延Cu箔(HX箔(商品名))等。本發(fā)明中，象所述的市售品的高壓下壓延Cu合金箔由于結(jié)晶配向性優(yōu)異，因而期望得到使用。厚度較理想的是大于等于7 μ m且小于等于50 μ m。更優(yōu)選為12 μ m 18 μ m。設(shè)定厚度大于等于7 μ m的理由是為了確保金屬箔T2的強(qiáng)度，設(shè)定厚度小于等于50 μ m的理由是為了確保金屬箔T2的加工性。所述Cu合金箔中如果有能通過熱處理容易以(200)面結(jié)晶配向率大于等于99% 進(jìn)行配向的元素，則可為任意添加元素，可以添加微量Ag、Sn、Zn、Zr、0、N,但總計(jì)含量小于
等于1%。將添加元素總計(jì)設(shè)定為小于等于的理由是雖然添加元素與Cu會(huì)形成固溶體， 但如果添加元素總計(jì)超過1 %，則會(huì)導(dǎo)致固溶體以外的氧化物等雜質(zhì)增加，而有可能影響配向。因此，優(yōu)選總計(jì)為大于等于0.01%且小于等于0. 1%。所述說明的金屬板與以壓下率大于等于90%進(jìn)行冷延的Cu合金箔是通過表面活化接合法而貼合。所謂表面活化接合，是指通過利用濺鍍蝕刻等方法而去除表面的氧化物或污垢等而積層的基板或金屬箔的表面的活化，使經(jīng)活化的表面與其他積層物抵接而進(jìn)行冷延。可以在基板的表面通過濺鍍而設(shè)置中間層。所述表面活化接合法例如可以列舉圖4所示的真空表面活化接合裝置D1。如圖4所示，以寬度150mm 600mm的長條線圈的形態(tài)，準(zhǔn)備金屬板Ll及成為Cu 合金箔的金屬箔L2，分別設(shè)置在表面活化接合裝置Dl的卷取部Si、S2。從卷取部Si、S2搬送的金屬板Ll及金屬箔L2被連續(xù)地搬送到表面活化處理步驟，于此將將接合的2個(gè)面事先進(jìn)行活化處理，然后進(jìn)行冷壓接。表面活化處理步驟通過以下方式進(jìn)行，在10 lX10_2Pa的極低壓惰性氣體環(huán)境中，將具有接合面的金屬板Ll與金屬箔L2分別設(shè)為地線接地的一電極A(S3)，在電極 A(S3)與經(jīng)絕緣支持的另一電極B(S4)之間施加IMHz 50MHz的交流電而產(chǎn)生輝光放電， 且以通過輝光放電而產(chǎn)生的等離子體中所露出的電極的面積小于等于電極B面積的1/3的方式進(jìn)行濺鍍蝕刻處理。惰性氣體可以使用氬氣、氖氣、氙氣、氪氣等、或包含至少一種這些氣體的混合氣體。在濺鍍蝕刻處理中，利用惰性氣體將金屬板Ll及金屬箔L2接合的面進(jìn)行濺鍍，從而去除表面吸附層及表面氧化膜，而使接合的面活化。該濺鍍蝕刻處理中，電極A (S； )采用冷卻輥的形態(tài)，防止各搬送材料的溫度上升。然后，連續(xù)地搬送到壓接輥步驟(S5)，將經(jīng)活化的面彼此壓接。壓接下的環(huán)境氣體如果存在A氣體等，則搬送中經(jīng)活化處理的面會(huì)再次被氧化，而對密接造成影響。因此，較理想的是在小于等于1 χιο_3!^的高真空下進(jìn)行。另外，壓下率越低則厚度精度越優(yōu)異，且不會(huì)破壞金屬箔的狀態(tài)，因此壓下率優(yōu)選小于等于10%。壓下率更優(yōu)選小于等于2%。通過所述壓接步驟而密接的積層體被搬送到卷繞步驟(S6)，于此進(jìn)行卷繞。接著，通過表面活化接合法貼合后，為使高壓下壓延Cu合金箔高度結(jié)晶配向，而實(shí)施熱處理。為了使再結(jié)晶完全結(jié)束，熱處理溫度必須為大于等于150°C的溫度。均熱時(shí)間為3分鐘 5分鐘。在連續(xù)退火爐中進(jìn)行時(shí)為10秒左右。如果熱處理溫度過高，則容易引起壓延Cu合金箔的2次再結(jié)晶，結(jié)晶配向性惡化， 因此在大于等于150°C且小于等于1000°C下進(jìn)行。這樣，熱處理后可以完成高度雙軸結(jié)晶配向的金屬積層基板。如圖2所示，在該金屬積層基板上使半導(dǎo)體化合物、例如太陽電池用多晶硅(Si) 膜、發(fā)光二極管用氮化鎵(GaN)膜、可以期待光催化劑·光電效果的T^2膜等各種磊晶成長膜T3成長，從而制成半導(dǎo)體元件。另外，在磊晶成長膜的成長步驟中存在以下情況，根據(jù)成膜條件，Cu合金箔與成膜氣體反應(yīng)，而無法在Cu合金箔上形成密接性優(yōu)異的磊晶成長膜，或者不進(jìn)行磊晶成長。此種情況下，如圖3所示，可以在金屬積層基板的Cu合金箔T2上形成保護(hù)膜T4 來改善。保護(hù)膜T4為金屬時(shí)，可以列舉高溫耐蝕性優(yōu)異的Ni或Mo，為氧化物時(shí)，可以列舉 MgO或ZnO等絕緣物，另外可以列舉AlN或InGaN等氮化物等。至于保護(hù)膜T4的厚度，為了防止底層的Cu的擴(kuò)散，優(yōu)選為大于等于0. 5μπι。另外，為了使其他目的之膜在所述保護(hù)膜上磊晶成長，而必須亦使保護(hù)膜磊晶成長，保護(hù)膜Τ4 的厚度優(yōu)選小于等于 ο μ m。原因是如果厚度大于10 μ m，則結(jié)晶配向性降低。例如，在藍(lán)色發(fā)光二極管用途時(shí)，制造形成GaN作為磊晶成長膜T3的半導(dǎo)體元件時(shí)，可以將InGaN層或ZnO層在Cu合金箔T2上形成為保護(hù)膜T4，再于保護(hù)膜T4上形成GaN 膜。磊晶成長膜T3的形成方法可以使用電解鍍敷法、無電解鍍敷法、真空蒸鍍法、濺鍍成膜法等公知的方法。磊晶成長膜T3的膜厚必須達(dá)到磊晶成長的膜，較理想的是大于等于Inm且小于等于 10 μ m。在磊晶成長膜T3的膜厚小于Inm時(shí)，無法賦予作為半導(dǎo)體元件的功能，在磊晶成長膜T3的膜厚超過10 μ m時(shí)，厚度會(huì)變得過厚。接著，對金屬積層基板上的結(jié)晶配向化的金屬箔(Cu合金箔)的表面粗度進(jìn)行說明。金屬箔的表面粗度(稱為平均表面粗度)Ra越低則結(jié)晶配向性越佳，因此在表面粗度Ra為大于等于IOOnm的金屬箔時(shí)，表面活化接合后，進(jìn)行將表面粗度Ra調(diào)整為小于等于40nm的處理。降低表面粗度的方法認(rèn)為有利用壓延輥的壓下、拋光研磨、電解研磨或電解研磨粒研磨等，可為任一種方法。表面粗度較理想的是鏡面，但考慮到現(xiàn)狀的方法及經(jīng)濟(jì)性，較理想的是Ra為大于等于Inm且小于等于10nm。通過調(diào)整為象所述一樣的表面粗度，而可以形成更優(yōu)異的磊晶成長膜用金屬積層基板，并在此基板上形成高性能的功能性膜。通過以所述方式利用表面活化接合而制造磊晶成長膜用金屬積層基板，而可以一直保持Cu金屬箔的以高壓下率進(jìn)行冷延的狀態(tài)并以界面平滑的狀態(tài)積層在金屬基板上。 然后進(jìn)行加熱使金屬雙軸結(jié)晶配向時(shí)，如果未保持Cu金屬箔的以高壓下率進(jìn)行冷延的狀態(tài)，則表現(xiàn)不出必需的雙軸結(jié)晶配向。另外，如果界面不平滑則會(huì)導(dǎo)致雙軸結(jié)晶配向破壞。而且，可以通過使用表面活化接合而進(jìn)行密接性佳地積層。一般認(rèn)為使用粘結(jié)劑進(jìn)行密接性佳地積層，但粘結(jié)劑會(huì)因積層后的加熱而劣化、變形，從而有可能使雙軸結(jié)晶配向破壞。實(shí)施例1以下，揭示本發(fā)明的實(shí)施例，對所得的金屬積層基板的特性進(jìn)行說明。分別將 200mm寬的18 μ m厚的高壓下壓延Cu箔(金屬箔)與100 μ m厚的SUS316L板(金屬板) 通過常溫表面活化接合法接合后，而獲得在200°C 1000°C下進(jìn)行5分鐘熱處理的金屬積層基板。表1表示此時(shí)的Cu (200)面與Cu箔表面平行的比例、即結(jié)晶配向率(通過X射線衍射而測定的Θ/2Θ衍射波峰的(200)面的衍射波峰強(qiáng)度率=Itoltl)/Σ I(hkl)X100(%)), 及表示(200)面與長度方向<001>平行，即作為雙軸結(jié)晶配向性指標(biāo)的Δ Φ° (X射線衍射所得Ni(Ill)極點(diǎn)圖中獲得的Φ掃描波峰(α =35°的4條波峰的半值寬度的平均值))。比較例是表示在130°C及1050°C下進(jìn)行熱處理時(shí)，及將30 μ m厚的高壓下壓延Ni 箔代替Cu箔而通過所述常溫活化接合法接合后，在1000°C下進(jìn)行1小時(shí)熱處理時(shí)的波峰強(qiáng)度。根據(jù)表1可知，在高壓下壓延Cu箔中，熱處理溫度為130°C X5分鐘時(shí)，結(jié)晶配向率為93%，仍然說不上充分，在200°C 1000°C的范圍下保持5分鐘，則(200)面結(jié)晶配向率大于等于99%。如果熱處理溫度超過1000°C，則由于2次再結(jié)晶而(200)面的單軸配向性破壞，強(qiáng)度率降低為70%。比較例所示的Ni箔的再結(jié)晶溫度為700°C左右，即便在認(rèn)為最佳的1000°C下的熱處理時(shí)，強(qiáng)度率也為98%，而達(dá)不到99%，另外，Δ Φ也為15. 4°。另外，所述測定值是在200mm的寬度方向上測定板的兩端附近與中央的計(jì)3處的平均值，其值幾乎未見到差異。[表1]
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體元件形成用金屬積層基板的制造方法，其特征在于包括將金屬板的至少一個(gè)表面活化的步驟；將以壓下率大于等于90%進(jìn)行冷延的包含Cu或Cu合金的金屬箔的至少一個(gè)表面活化的步驟；使所述金屬板的活化表面與所述金屬箔的活化表面相對向進(jìn)行積層并冷延的步驟；以及通過熱處理使所述金屬箔雙軸結(jié)晶配向的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件形成用金屬積層基板的制造方法，其特征在于 所述活化是通過濺鍍蝕刻來進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體元件形成用金屬積層基板的制造方法，其特征在于所述積層時(shí)的冷延是壓下率小于等于10%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件形成用金屬積層基板的制造方法， 其特征在于所述Cu或Cu合金的厚度為大于等于7 μ m且小于等于50 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件形成用金屬積層基板的制造方法， 其特征在于所述Cu合金的金屬箔含有總計(jì)為大于等于0.01%且小于等于的Ag、Sn、 Zn、Zr、0、N。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件形成用金屬積層基板的制造方法， 其特征在于所述積層后的熱處理是在大于等于150°C且小于等于KKKTC下實(shí)施。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件形成用金屬積層基板的制造方法， 其特征在于在所述熱處理前，將金屬箔側(cè)表面的表面粗度Ra研磨處理為大于等于Inm且小于等于40nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件形成用金屬積層基板的制造方法， 其特征在于在通過所述金屬積層基板的制造方法而制造的金屬積層基板上，進(jìn)一步形成厚度為大于等于Inm且小于等于10 μ m的保護(hù)膜。
9.一種半導(dǎo)體元件形成用金屬積層基板，其特征在于其是通過根據(jù)權(quán)利要求1至8 中任一項(xiàng)所述的制造方法而制造。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用來形成金屬基板的表面具有高度雙軸結(jié)晶配向性的半導(dǎo)體元件的磊晶成長膜形成用金屬積層基板。所述半導(dǎo)體元件的磊晶成長膜形成用金屬積層基板的制造方法，包括通過濺鍍蝕刻等將金屬板T1的至少一個(gè)表面活化的步驟；將以壓下率大于等于90％進(jìn)行冷延的包含Cu或Cu合金的金屬箔T2的至少一個(gè)表面活化的步驟；使金屬板的活化表面與金屬箔的活化表面相對向進(jìn)行積層，并以例如壓下率小于等于10％進(jìn)行冷延的步驟；通過在大于等于150℃且小于等于1000℃下進(jìn)行熱處理而使金屬箔雙軸結(jié)晶配向的步驟。
文檔編號(hào)C22F1/08GK102210009SQ20098014434
公開日2011年10月5日 申請日期2009年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者岡山浩直, 南部光司, 金子彰 申請人:東洋鋼鈑株式會(huì)社