復合基板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及復合基板，是在熱導率為5W/m·K以上并且體積電阻率為1×108Ω·cm以上的無機絕緣性燒結體基板11的至少表面具有單晶半導體薄膜13的復合基板，其中，在上述無機絕緣性燒結體基板11和單晶半導體薄膜13之間具有由多晶硅或非晶硅構成的硅被覆層12。根據(jù)本發(fā)明，即使是在對于可見光為不透明、導熱性良好、而且高頻區(qū)域中的損失小、并且價格低的陶瓷燒結體上設置了單晶硅薄膜的復合基板，也可以抑制來自燒結體的金屬雜質污染，使特性提高。
【專利說明】
復合基板
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及在導熱性高的氮化硅、氮化鋁這樣的燒結體基板的表面形成了硅薄膜的主要高頻用的半導體器件制造用的復合基板。
【背景技術】
[0002]近年來，對于硅系半導體器件，隨著設計規(guī)則的微細化，其性能日益提高。因此，從各個晶體管、將晶體管之間連接的金屬配線的放熱成為了問題。為了應對該問題，也出現(xiàn)了在器件的制作后使硅基板的背面變薄到百微米?數(shù)百微米左右、在芯片上安裝巨大的風扇、促進放熱的方案、使水冷管圍繞的方案。
[0003]但是，實際上即使使硅變薄，制作器件的區(qū)域也是從表面到數(shù)微米左右的厚度，其以外的區(qū)域作為熱積存處發(fā)揮作用，因此從放熱的觀點出發(fā)，效率變差。另外，近年來，高性能處理器等中使用的SOI晶片等在器件活性層的正下方具有夾持由S12構成的絕緣層的結構，但Si02的熱導率低達1.38ff/m.k，從放熱的觀點出發(fā)，極成問題。進而，硅基板由于介電特性的關系，在高頻區(qū)域中的損失大，其使用存在限度。
[0004]另外，由于導熱性良好并且高頻區(qū)域中的損失小，因此使用了藍寶石基板的藍寶石上硅(SOS)受到了關注，但存在以下的問題。即，藍寶石基板由于在可見光區(qū)域中為透明，因此存在在器件制造工藝中對于在基板的有無確認、晶片的位置確定中使用的光傳感器無反應的問題。另外，存在藍寶石基板的成本高的問題。進而，也存在與硅的熱膨脹率差也大，復合基板的熱處理、成膜時容易發(fā)生翹曲、難以大口徑化的問題。
[0005]另外，作為對于可見光為不透明、導熱性良好、并且價格低的基板，可以列舉出氮化硅、氮化鋁等的陶瓷燒結體。但是，由于這些是用燒結助劑使氮化硅、氮化鋁的粉末堅固的產物，因此粉末中所含的Fe、Al等金屬雜質、或者氧化鋁等燒結助劑自身成為器件制造工藝中的污染原因，存在其使用困難的問題。
[0006]應予說明，作為與本發(fā)明關聯(lián)的現(xiàn)有技術，可列舉出國際公開第2013/094665號(專利文獻I)。
[0007]現(xiàn)有技術文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:國際公開第2013/094665號

【發(fā)明內容】

[0010]發(fā)明要解決的課題
[0011 ]本發(fā)明鑒于上述實際情況而完成，其目的在于提供復合基板，其為在對于可見光為不透明、導熱性良好、進而高頻區(qū)域中的損失小、并且價格低的陶瓷燒結體上設置了單晶硅薄膜的復合基板，可以抑制來自燒結體的金屬雜質污染，使特性提高。
[0012]用于解決課題的手段
[0013]本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了:通過在熱導率為5W/m.K以上并且體積電阻率為I XlO8 Ω.cm以上的無機絕緣性燒結體基板的至少表面具有單晶半導體薄膜的復合基板中使用在上述無機絕緣性燒結體基板與單晶半導體薄膜之間介入有由多晶硅或非晶硅構成的硅被覆層的復合基板，從而有效地實現(xiàn)上述目的。
[0014]即，本發(fā)明提供下述的復合基板。
[0015][I]復合基板，是在熱導率為5W/m.K以上并且體積電阻率為1Χ108Ω.cm以上的無機絕緣性燒結體基板的至少表面具有單晶半導體薄膜的復合基板，其特征在于，在上述無機絕緣性燒結體基板與單晶半導體薄膜之間具有由多晶硅或非晶硅構成的硅被覆層。
[0016][ 2] [ I ]所述的復合基板，其特征在于，上述硅被覆層覆蓋了上述無機絕緣性燒結體基板的整體。
[0017][3][1]或[2]所述的復合基板，其特征在于，上述硅被覆層為采用濺射法、電子束蒸鍍法、化學氣相生長法或外延生長法形成的高純度硅層。
[0018][4][1]?[3]的任一項所述的復合基板，其特征在于，上述無機絕緣性燒結體基板以氮化硅、氮化鋁或SIALON作為主成分。
[0019][5][1]?[4]的任一項所述的復合基板，其特征在于，上述單晶半導體薄膜為單晶娃。
[0020][6][1]?[5]的任一項所述的復合基板，其特征在于，在上述無機絕緣性燒結體基板與硅被覆層之間還具有采用化學氣相生長法形成的氮化硅被覆層。
[0021][7][1]?[6]的任一項所述的復合基板，其特征在于，在上述硅被覆層與單晶半導體薄膜之間具有至少一層由選自氧化硅、氮化硅、氮化鋁和SIALON中的材料構成的中間絕緣層。
[0022]發(fā)明的效果
[0023]根據(jù)本發(fā)明，使用對可見光為不透明、導熱性良好、而且高頻區(qū)域中的損失小、價格低的無機絕緣性燒結體，能夠提供金屬雜質污染得到了抑制的價格低的復合基板。
【附圖說明】
[0024]圖1為表示本發(fā)明涉及的復合基板的構成例的剖面圖。
【具體實施方式】
[0025]以下對本發(fā)明涉及的復合基板的一實施方式中的構成進行說明。
[0026]本發(fā)明涉及的復合基板是在熱導率為5W/m.K以上并且體積電阻率為I XlO8Q.cm以上的無機絕緣性燒結體基板的至少表面具有單晶半導體薄膜的復合基板，其特征在于，在上述無機絕緣性燒結體基板與單晶半導體薄膜之間具有由多晶硅或非晶硅構成的硅被覆層。
[0027]其中，作為基板使用的無機絕緣性燒結體，其熱導率優(yōu)選比S12的熱導率1.5W/m.k高，更優(yōu)選為5W/m.k以上，進一步優(yōu)選為10W/m.k以上。對其上限并無特別限制，通常為2，500W/m.K以下，特別地為2，000W/m.K以下。
[0028]另外，為了抑制介電特性引起的電力損失，希望基板的體積電阻率盡可能高，優(yōu)選至少為I XlO8 Ω.cm以上，更優(yōu)選為I X 1iq Ω.cm以上。對其上限并無特別限制，通常為IX 118 Ω.cm以下，特別地為I X 116 Ω.cm以下。
[0029]作為滿足這些條件的無機絕緣性燒結體，可以列舉出以氮化硅、氮化鋁、賽隆(SIALON=Si3N4.Al2O3)等作為主成分的燒結體。其中，從器件制造工藝中使用的藥液耐性高，而且基板成本低出發(fā)，最優(yōu)選氮化硅。應予說明，所謂“主成分”，意味著以氮化硅、氮化鋁、SIALON作為主原料，這以外還包含燒結助劑等副原料，包含優(yōu)選地全體的50質量％以上、更優(yōu)選地80質量％以上、特別優(yōu)選地90質量％以上的氮化硅、氮化鋁或SIALON。
[0030]再有，上述基板的厚度優(yōu)選設為100?2，000μπι，特別優(yōu)選設為200?Ι,ΟΟΟμπι。
[0031]有時在上述燒結體中大量含有Fe、Al等金屬元素、特別是Al，由于它們在器件制造工藝中溶出或擴散等，有可能產生不良影響。
[0032]這種情況下，采用ICP-MS法(電感耦合等離子體質譜分析法)評價基板中的雜質濃度時，F(xiàn)e為I X 117原子/cm3以下、Al為I X 117原子/cm3以下的情形下，能夠在基板表面直接形成單晶半導體膜，但在Fe超過上述濃度且I XlO2t3原子/cm3以下，Al超過上述濃度且I X102()原子/cm3以下的情形下，為了防止這些雜質的溶出，優(yōu)選用由多晶硅或非晶硅構成的硅被覆層覆蓋基板整體。當然，在Fe為I X 117原子/cm3以下，Al為I X 117原子/cm3以下的情形下，也推薦形成上述硅被覆層。通過經由上述硅被覆層設置形成元件的單晶半導體膜、具體地單晶硅膜，能夠得到所期望的復合基板。再有，上述硅被覆層優(yōu)選不僅在基板的表面，而且在背面和側面也設置而將基板整體覆蓋。
[0033]上述硅被覆層的目的是防止基板中的金屬雜質的溶出或擴散，該硅被覆層必須為高純度。為了實現(xiàn)這點，作為設置硅被覆層的手段，優(yōu)選采用濺射法、電子束蒸鍍法、化學氣相生長法或外延生長法。通過采用這樣的手段，能夠使硅被覆層的膜中的Al和Fe的各自的濃度為燒結體中的濃度以下、典型地I X 117原子/cm3以下、優(yōu)選地I X 116原子/cm3以下、更優(yōu)選地I X 115原子/cm3以下，能夠抑制來自基板的金屬雜質污染。構成硅被覆層的多晶硅、非晶硅是一般經常使用的膜，因此可以低價且容易地形成。
[0034]另外，利用硅被覆層，在單晶半導體薄膜與基板之間容易獲得良好的密合性，或者設置后述的中間絕緣層的情況下在隔著該中間絕緣層的單晶半導體薄膜與基板之間容易獲得良好的密合性。
[0035]再有，硅被覆層的厚度優(yōu)選設為0.01?50μπι，特別優(yōu)選設為0.1?20μπι。如果厚度不到0.Ο?μπι，抑制來自基板的金屬雜質污染有可能變得困難，如果超過50μηι，有時在成本方面變得不利。
[0036]作為隔著上述硅被覆層形成的單晶半導體薄膜，如果制成單晶硅膜，則可以在通常的使用塊體的硅基板的CMOS工序中形成器件而優(yōu)選。另外，作為單晶半導體薄膜的厚度，通常優(yōu)選設為0.01?100?，特別優(yōu)選設為0.05?Ιμπι。這種情況下，作為單晶半導體薄膜的形成方法，可列舉下述的方法等:將智能切割法那樣的將氫、稀有氣體離子進行了離子注入的單晶半導體基板貼合后，從進行了離子注入的層剝離并轉印的方法(將該方法稱為貼合法)；將S1、S0I等的半導體層接合后，采用機械的和/或化學的手段進行薄化。
[0037]另外，如果用采用化學氣相生長法形成的氮化硅被覆上述無機絕緣性燒結體基板，在其上設置硅被覆層，則能夠進一步地抑制金屬雜質污染。
[0038]該氮化娃的被覆層的厚度優(yōu)選設為0.01?50μηι，特別優(yōu)選設為0.1?20μηι。
[0039]如果在上述硅被覆層與單晶半導體薄膜之間進一步設置至少一層由選自氧化硅、氮化硅、氮化鋁和SIALON中的材料制成的中間絕緣層，則將硅被覆層與單晶半導體薄膜之間絕緣，制作的器件特性變得良好，因此更為優(yōu)選。應予說明，作為設置中間絕緣層的手段，優(yōu)選采用濺射、電子束蒸鍍或化學氣相生長法。另外，該中間絕緣層的厚度優(yōu)選設為0.0l?50μηι，特別優(yōu)選設為0.1?20μηι。
[0040]作為這種情形的復合基板的制造步驟，可在上述硅被覆層上形成了該中間絕緣層后，采用上述貼合法形成單晶半導體薄膜。此時，將基板整個面被覆的硅被覆層整個面用中間絕緣層進一步被覆為宜。或者，作為復合基板的另外的制造步驟，可以在貼合法中的單晶半導體基板的表面形成該中間絕緣層，進行了離子注入后，進行貼合以使中間絕緣層與硅被覆層相接，從進行了離子注入的層剝離，進行轉印。此時，中間絕緣層只在硅被覆層與單晶半導體薄膜之間作為夾層存在。
[0041]本發(fā)明的復合基板主要用于放熱大的功率器件、使用高頻的RF器件等。
[0042]實施例
[0043]以下列舉實施例和比較例，對本發(fā)明更具體地說明，但本發(fā)明并不限定于下述的實施例。
[0044][實施例1]
[0045]將本實施例中制作的復合基板的構成示于圖1。
[0046]首先，作為無機絕緣性燒結體基板11，制作了外徑200mm、厚725μπι的Si3N4燒結體。采用4端針法測定了該基板的體積電阻率，結果為IX 1014Ω.cm。另外，采用激光閃光法測定了基板的熱導率，結果為15W/m.ko
[0047]在該基板11的整個面采用CVD法形成了厚2μπι的多晶硅膜作為硅被覆層12。該硅被覆層12的膜中所含的金屬雜質濃度通過連同形成了硅被覆層12的基板11一起在HF水溶液中浸漬，將硅被覆層12的自然氧化膜溶解于HF水溶液，采用ICM-MS法進行分析而進行。其結果，娃被覆層中的金屬雜質的Fe最多，為1.2Χ 115原子/cm3。其次多的金屬雜質為Al，其濃度為1.0X 114原子/cm3。其他金屬雜質為檢測極限(7X 113原子/cm3)以下，是在器件制造工藝中沒有問題的濃度。
[0048]接下來，在該基板的一面的硅被覆層12上采用貼合法作成了厚0.3μπι的單晶硅薄膜作為單晶半導體薄膜13。
[0049]如以上那樣，使用熱導率高、價格低的燒結體基板，能夠制作金屬污染的擔心小的復合基板。
[0050][實施例2]
[0051 ]將本實施例中制作的復合基板的構成示于圖1。
[0052]首先，作為無機絕緣性燒結體基板11，制作了外徑150mm、厚625μπι的Si3N4燒結體。采用4端針法測定了該基板的體積電阻率，結果為IX 1014Ω.cm。另外，采用激光閃光法測定了基板的熱導率，結果為50W/m.ko
[0053]在該基板11的整個面采用濺射法形成了厚Ιμπι的非晶硅膜作為硅被覆層12。該硅被覆層12的膜中所含的金屬雜質濃度通過連同形成了硅被覆層12的基板11 一起在HF水溶液中浸漬，將硅被覆層12的自然氧化膜溶解于HF水溶液，采用ICM-MS法進行分析而進行。其結果，娃被覆層中的金屬雜質的Fe最多，為1.5 X 115原子/cm3。其次多的金屬雜質為Al，其濃度為1.5 X 114原子/cm3。其他金屬雜質為檢測極限(7 X 113原子/cm3)以下，是在器件制造工藝中沒有問題的濃度。
[0054]接下來，在該基板的一面的硅被覆層12上采用貼合法作成了厚0.3μπι的單晶硅薄膜作為單晶半導體薄膜13。
[0055]如以上那樣，使用熱導率高、價格低的燒結體基板，能夠制作金屬污染的擔心小的復合基板。
[0056][實施例3]
[0057]本實施例中制作的復合基板，是對于圖1中所示的復合基板進一步在硅被覆層12與單晶半導體薄膜13之間形成了中間絕緣層的產物。
[0058]首先，作為無機絕緣性燒結體基板11，制作了外徑200mm、厚725μπι的Si3N4燒結體。采用4端針法測定了該基板的體積電阻率，結果為IX 1014Ω.cm。另外，采用激光閃光法測定了基板的熱導率，結果為15W/m.ko
[0059]在該基板11的整個面采用濺射法形成了厚Ιμπι的非晶硅膜作為硅被覆層12。該硅被覆層12的膜中所含的金屬雜質濃度通過連同形成了硅被覆層12的基板11 一起在HF水溶液中浸漬，將硅被覆層12的自然氧化膜溶解于HF水溶液，采用ICM-MS法進行分析而進行。其結果，娃被覆層中的金屬雜質的Fe最多，為1.5 X 115原子/cm3。其次多的金屬雜質為Al，其濃度為1.5 X 114原子/cm3。其他金屬雜質為檢測極限(7 X 113原子/cm3)以下，是在器件制造工藝中沒有問題的濃度。
[0060]接下來，在該基板整個面的硅被覆層12上采用化學氣相生長法(CVD法)形成了厚2μπι的氧化硅膜作為中間絕緣層。該氧化硅膜中所含的金屬雜質濃度通過將該膜溶解于HF水溶液，采用ICM-MS法進行分析而進行。其結果，膜中的金屬雜質為檢測極限(7Χ 113原子/cm3)以下，是在器件制造工藝中沒有問題的濃度。
[0061]最后，在該基板的一面的中間絕緣層上采用貼合法制作厚0.3μπι的單晶硅薄膜作為單晶半導體薄膜13。
[0062]如以上那樣，使用熱導率高、價格低的燒結體基板，能夠制作金屬污染的擔心小的復合基板。
[0063][比較例I]
[0064]制作了體積電阻率和熱導率與實施例1相同的Si3N4燒結體基板。將該基板浸漬于HF水溶液中溶解，采用ICP-MS法評價了金屬雜質濃度，結果Fe為I X 119原子/cm3，Al為5 X118原子/cm3，與實施例1的硅被覆層中的金屬雜質濃度相比顯著地高。雖然體積電阻率、熱導率沒有問題，但在器件制造工藝中使用時為制造線的污染成為問題的濃度水平，如果是這樣的形態(tài)就不能使用。
[0065]應予說明，目前為止用附圖中所示的實施方式對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明并不限定于附圖中所示的實施方式，其他的實施方式、追加、改變、刪除等可以在本領域技術人員能夠想到的范圍內進行改變，只要所有的方案都產生本發(fā)明的作用效果，則都包含在本發(fā)明的范圍內。
[0066]附圖標記的說明
[0067]11無機絕緣性燒結體基板
[0068]12硅被覆層
[0069]13單晶半導體薄膜
【主權項】
1.復合基板，是在熱導率為5W/m.K以上并且體積電阻率為I XlO8 Ω.cm以上的無機絕緣性燒結體基板的至少表面具有單晶半導體薄膜的復合基板，其特征在于，在上述無機絕緣性燒結體基板與單晶半導體薄膜之間具有由多晶硅或非晶硅構成的硅被覆層。2.根據(jù)權利要求1所述的復合基板，其特征在于，上述硅被覆層覆蓋了上述無機絕緣性燒結體基板的整體。3.根據(jù)權利要求1或2所述的復合基板，其特征在于，上述硅被覆層為采用濺射法、電子束蒸鍍法、化學氣相生長法或外延生長法形成的高純度硅層。4.根據(jù)權利要求1?3的任一項所述的復合基板，其特征在于，上述無機絕緣性燒結體基板以氮化硅、氮化鋁或SIALON作為主成分。5.根據(jù)權利要求1?4的任一項所述的復合基板，其特征在于，上述單晶半導體薄膜為單晶硅。6.根據(jù)權利要求1?5的任一項所述的復合基板，其特征在于，在上述無機絕緣性燒結體基板與硅被覆層之間還具有采用化學氣相生長法形成的氮化硅被覆層。7.根據(jù)權利要求1?6的任一項所述的復合基板，其特征在于，在上述硅被覆層與單晶半導體薄膜之間具有至少一層由選自氧化硅、氮化硅、氮化鋁和SIALON中的材料構成的中間絕緣層。
【文檔編號】H01L27/12GK106062922SQ201580009375
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年2月16日
【發(fā)明人】川合信, 小西繁
【申請人】信越化學工業(yè)株式會社