JP4115284B2 - Si積層体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、Si積層体に関する。より詳細には、トランジスタ、ダイオード、太陽電池、サイリスタ、IC(メモリIC、ロジックIC、ディラムIC、バイポーラIC、SラムIC、モスIC、バイン−モスIC等)、フォトカプラ、フォトセンサ、フォトリレー等の半導体デバイス用の素材として有用なSi積層体に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、トランジスタ、ダイオード、太陽電池、サイリスタ、IC(メモリIC、ロジックIC、ディラムIC、バイポーラIC、SラムIC、モスIC、バイン−モスIC等)、フォトカプラ、フォトセンサ、フォトリレー等の半導体デバイスは、Siウエハーをベースとして種々の加工がなされてきた。
【0003】
しかし、このようなSiウエハーは、Siの大きな単結晶をカットし、その後研磨加工が施されて製造されていたため、このカット時や研磨時にかなりの量のロスが生じ歩留りを悪くしていた。また、これらの加工に用いられる加工設備は非常に高価なものであり、しかもこれらの加工に伴ないSiウエハーが割れるなどして破損してしまうこともあり、これらが相俟ってSiウエハーのコストは非常に高いものとなっていた。
【0004】
このため、Siウエハーのコストを低くする種々の試みがなされており、たとえばより大きな面積を有するウエハーを製造したり、個々の製品をより小さくしてウエハーの単位面積当りから作成される製品の個数を増加させる試みがなされているが、抜本的な解決には至っていない。
【0005】
なお、以上本発明についての従来の技術を、出願人の知得した一般的技術情報に基づいて説明したが、出願人の記憶する範囲において、出願前までに先行技術文献情報として開示すべき情報を出願人は有していない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような現状に鑑みなされたものであってその目的とするところは、破損しにくく歩留りも良く、以ってコスト的にも優れたSiウエハー等として有用なSi積層体を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を続けたところ、特定の物性値を有する基体シートを使用し、その表面に高純度のSi層を形成すれば良好な結果が得られるとの知見を得、この知見に基づきさらに研究を続けたところ、ついに本発明を完成するに至ったものである。
【0008】
すなわち、本発明のSi積層体は、厚さが4〜1000μmであり、少なくとも180℃以上の任意の温度における表面粗さRa値が2μm以下であって、かつその任意の温度におけるRa値と25℃におけるRa値との差が5%以内である基体シートに対して、その基体シートのいずれか一方の表面または表裏両面に、厚さが0.0005〜200μmであり、かつ純度が99.999%以上のSiからなるSi層をスパッタリング方法により形成したことを特徴としている。
【0009】
上記Si層は、Si、Si含有化合物、石英、琺瑯およびセラミックからなる群から選ばれた少なくとも1種でそのチャンバーの内部をコートしたスパッタリング装置を用いて、スパッタリング方法により形成されていることを特徴としている。
【0010】
また、上記基体シートは、ポリマーシート、セラミックシートまたは金属シートのいずれかであることが好ましい。
【0011】
また、本発明のSi積層体は、上記基体シートとSi層との間および/またはSi層が基体シート上のいずれか一方の表面に形成されている場合にはそのSi層が形成されていない方の表面に、厚さが0.01〜200μmの金属層を形成したことを特徴としている。
【0012】
上記金属層は、Cu、Al、Ni、Znまたはこれらの金属を少なくとも一種含む合金のいずれかにより構成されることを特徴としている。
【0013】
また、本発明のSi積層体は、ビアホール、スルーホールまたはアライメントホールのいずれか1以上の穴加工がされていることを特徴としている。
【0014】
また、本発明のSi積層体は、Si層上に、N、OまたはFから選ばれた少なくとも一種の元素とSiとが気相反応することにより形成される気相反応層および/または長周期型周期表の第2〜6周期の4A族〜7B族元素の内少なくとも一種の元素とSiとから構成されるSiドープ層が、少なくとも一層以上形成されていることを特徴としている。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明のSi積層体は、所定の物性値で特定される基体シート上にSi層を形成したことを基本構成としている。以下、各構成要素について説明する。
【0016】
<基体シート>
本発明では、厚さが4〜1000μmであり、少なくとも180℃以上の任意の温度における表面粗さRa値が2μm以下であって、かつその任意の温度におけるRa値と25℃におけるRa値との差が5%以内である基体シートを用いることが必要である。厚さが4μm未満の場合には、加工に必要となる充分な強度が得られず、また厚さが1000μmを超える場合には、加工性に劣るとともにコストも高くなるからである。なお、厚さに関するさらに好適な範囲は、使用する素材の組成によって若干異なるため詳細は後述する。
【0017】
一方、少なくとも180℃以上の任意の温度における表面粗さRa値が2μm以下であって、かつその任意の温度におけるRa値と25℃におけるRa値との差が5%以内であることを要するのは、かかる条件を満たさないと、後述のSi層の形成および性状に支障を来すためである。すなわち、180℃以上の温度において表面粗さRa値が2μmを超えると、その基体シートの表面凹凸に依存して平滑なSi層を形成するのが困難となるためであり、また180℃以上というようにその温度を限定しているのはSi層が形成される温度が通常180℃以上となるためである。したがって、この温度は、より好ましくは200℃以上、さらに好ましくは220℃以上とすることが好適である。
【0018】
また、その180℃以上の任意の温度におけるRa値と25℃におけるRa値との差を比較するのは、温度変化に対する性状の安定性を考慮したものであって、一般にその差が小さければ小さいほど温度変化に対して性状が安定していることを示しており、その差が5%を超えるものは特に180℃以上の温度においてその性状が不安定となるためSi層の形成および性状に支障を来すこととなる。
【0019】
ここで、表面粗さRa値とは、表面粗さを表す数値の一種であり、中心線平均値と呼ばれるものであって、表面粗さ測定機(たとえば、測定機名:接触式表面粗さ計SE−40C、(株)小坂研究所製)を用いて、接触子は触針先端半径0.5μmのものを使用し、触針荷重5mg、カットオフ値80μmの条件下で10回測定し、その平均値で表わされるものとする。
【0020】
なお、本発明の基体シートには、その形状として枚葉のいわゆるシート状のものの他、ロール状に薄く巻き取ったものや薄板状の形状をしたものも含まれる。
【0021】
また、本発明の基体シートは、水分の含有量を0.1質量%未満とすることが好ましい。基体シートとSi層とを強固に密着させるとともにSi層の結晶化度が不均一となるのを防止するためである。
【0022】
<基体シートの組成>
本発明で使用する上記基体シートの組成は、上記数値を満たすものである限り特に限定されるものではないが、通常、ポリマーシート、セラミックシートまたは金属シートのいずれかであることが好ましく、完成したSi積層体が用いられる用途に応じてこれらのものから最適なものを選択することが好ましい。
【0023】
<ポリマーシート>
ポリマーシートとしては、たとえば合成樹脂シート、熱可塑性エラストマーシート、ゴムシート等を挙げることができる。合成樹脂シートとしては、たとえばPET、PEN、アクリル、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル、ポリイミド、液晶ポリマ、エポキシ、アラミド等の合成樹脂からなるシートを挙げることができる。
【0024】
熱可塑性エラストマーシートとしては、たとえばスチレン系、塩ビ系、オレフィン系、ウレタン系、エステル系、アミド系等の熱可塑性エラストマーからなるシートを挙げることができるが、前述のように少なくとも180℃以上の温度において性状が安定していることを要するため、硬化剤等によりある程度架橋されているものを用いることが好ましい。
【0025】
また、ゴムフィルムとしては、たとえば天然ゴムの他、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、エチレン−プロピレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム等の合成ゴムからなるフィルムを挙げることができるが、前述のように少なくとも180℃以上の温度において性状が安定していることを要するため、加硫等によりある程度硬化されているものを用いることが好ましい。
【0026】
本発明においては、上述の中でも特に合成樹脂シートを使用することが好ましく、ポリイミド、液晶ポリマ、アラミドまたはエポキシからなるシートを使用することが特に好ましい。また、これらのポリマーシートは、温度変化による性状を安定化させることを目的としてガラス繊維等のフィラー類を添加させることもできる。
【0027】
また、このようなポリマーシートの厚さとしては、好ましくは4〜200μm、より好ましくは20〜120μmとすることが好適である。厚さが4μm未満の場合は、後述のSi層を形成する際の加工に必要とされる充分な強度を有することが困難となる一方、200μmを超える場合は、可撓性に欠けるものとなり特にロール状のものとして加工するのが困難となるため好ましくない。
【0028】
<セラミックシート>
セラミックシートとしては、結晶質セラミックからなるシートであっても非晶質セラミックからなるシートであっても良く、通常、セラミック基板として従来より知られているものであればいずれのものも使用することができる。たとえばアルミナ系、ステアタイト系、ムライト系、ガラスセラミックス系、ケイ酸系、チタン酸系、ジルコン酸系、窒化物系、炭化物系等の薄板形状のセラミックシートを挙げることができる。その厚さとしては、好ましくは100〜1000μm、より好ましくは150〜600μmとすることが好適である。厚さが100μm未満の場合は、後述のSi層を形成する際に破損等を生じる場合がある一方、1000μmを超える場合は、最終的に製品とする場合にカット等を行なう加工が困難となるため好ましくない。
【0029】
<金属シート>
金属シートとしては、たとえばCu、Al、Niまたはこれらの金属を少なくとも一種含む合金のいずれかにより構成されるシートを挙げることができる。このような金属シートは、用途や加工方法の選択により、その形状をロール状に薄く巻き取った形状として用いたり薄い板状のものとして用いたりすることができる。
【0030】
ロール状に薄く巻き取った形状として用いる場合は、その厚さを好ましくは4〜200μm、より好ましくは20〜100μmとすることが好適である。厚さが4μm未満の場合は、後述のSi層を形成する際の加工に必要とされる充分な強度を有することが困難となる一方、200μmを超える場合は、可撓性に欠けるものとなりロール状のものとして加工するのが困難となるため好ましくない。
【0031】
また、薄い板状の形状として用いる場合は、その厚さを好ましくは50〜1000μm、より好ましくは100〜500μmとすることが好適である。厚さが50μm未満の場合は、板状としての加工が困難となる一方、1000μmを超える場合は、最終的に製品とする場合にカット等を行なう加工が困難となり、またコスト的にも高価となるため好ましくない。
【0032】
<基体シートの前処理>
本発明の基体シートは、後述のSi層を形成する前に予め前処理しておくことが好ましい。基体シートとSi層とを強固に密着させ、かつSi層の表面を平滑なものとするためである。このような前処理は、基体シートを構成する素材の組成によって若干異なる。
【0033】
すなわち、基体シートがポリマーシートまたはセラミックシートである場合、まずシート表面を脱脂洗浄し、その汚れを取る。続いて純水による数回の水洗後、0.5%〜10%の酸により酸活性化処理を行ない、酸化物を溶解除去する等してさらに清浄な状態とした後、純水による洗浄を数回行なう。その後、充分に水切りを行なった後乾燥することにより前処理を完了し、後述のSi層を形成する工程へと移ることができる。
【0034】
一方、基体シートが金属シートである場合は、上述と同様の操作を行ない最終的に乾燥させた後、スパッタリング装置を用いてH2ガスを照射してシート表面の酸素分子を還元除去することにより前処理を完了し、後述のSi層を形成する工程へと移ることができる。なお、上記H2ガスの照射に代えて、Cu、Al、Ni等の金属をスパッタリングしても良く、このような金属からなる厚さ0.01〜5μmの保護層を形成させた上に後述のSi層を形成させることもできる。
【0035】
<Si層>
本発明のSi層は、厚さが0.0005〜200μm、好ましくは5〜50μmであり、かつ純度が99.999%以上のSiからなるものをスパッタリング方法により形成したものである。厚さが0.0005μm未満の場合には、基体シートの表面凹凸の影響によりピンホールが生じる場合があり、また厚さが200μmを超えても、Si層の性能に大差なく却ってコスト的に高価となり経済的に不利となるからである。
【0036】
また、Si層を構成するSiの純度(本発明では質量ベースで表わすものとする)が99.999%以上を要するのは、他のSiウエハーの基板と同様、半導体特性に与える影響を最小のものとするためである。したがって、より好ましくは99.999999999%以上、さらに好ましくは99.9999999999%以上であることが好適である。なお、Si層を構成するSiは、非晶質のものであっても良いし、結晶質のものであっても良い。特に、Si積層体の用途をより多様なものとすることができるという観点からすれば、結晶質Siにより構成することが好ましい。
【0037】
また、スパッタリング方法を採用するのは、Si層を平滑なものとするためである。以下、かかるスパッタリングの条件について説明する。
【0038】
まず、ターゲットにセットするSiとしては、一般のSiウエハーに使用されているSi単結晶を用いることができ、特にその純度が99.999%以上、好ましくは99.999999999%以上、さらに好ましくは99.9999999999%以上のものを用いることが好ましい。
【0039】
そして、前述のように好ましくは前処理を行なった基体シートをスパッタリング装置のチャンバー内にセットし、真空ポンプを用いてチャンバーの排気を行ない、その真空度を10-7〜10-2Pa、好ましくは10-6〜10-4Paとする。10-7Pa未満の真空度を得ることは設備費用が高価となり経済的に不利となる一方、10-2Paを超える場合は、不純物の混入が顕著となりしかも結晶化度も不均一なものとなるからである。
【0040】
続いて、チャンバー内の温度も同時に昇温し、30〜250℃の温度にすることにより基体シートの水分の含有量を0.1質量%未満とする。
【0041】
次いで、チャンバー内の温度を再度調節し、Si層を非晶質Siで構成する場合には−20〜180℃、好ましくは−10℃から80℃とし、結晶質Siで構成する場合には180℃以上、好ましくは200〜250℃とする。非晶質Siの場合、−20℃未満としたり180℃を超える場合は設備費用が高価となり経済的に不利となるため好ましくない。また、結晶質Siの場合、180℃未満では結晶質とすることができず、逆に高温側の温度は特に限定されることはないが250℃を超えると設備費用が高価となり経済的な不利を伴なうため避けることが好ましい。
【0042】
次いで、上記のように温度を調節した後、アルゴンガスを注入(ターゲット1cm2当り0.2〜1cc/分、好ましくはターゲット1cm2当り0.4〜0.6cc/分の濃度で注入)し、前記ターゲットに0.004〜1.0A/cm2、好ましくは0.01〜0.03A/cm2の電流を流す。0.004A/cm2未満の場合、Si層を形成するのに長時間を要するとともに特性が不均一なものとなりやすく、一方1.0A/cm2を超える場合にも特性が不均一なものとなりやすいため好ましくない。
【0043】
そして、その後Si層が所望の厚さになると、ターゲットに流していた電流を止め、チャンバー内の温度を室温と同じ温度とした後、アルゴンガスの注入を止め真空度を大気圧と同じにして基体シートをスパッタリング装置から取出すと、基体シート上にSi層を形成したSi積層体を得ることができる。
【0044】
なお、上記で用いるスパッタリング装置は、バッチ式のものであってもロール式のものであってもいずれのものであっても用いることができるが、特に高純度が要求されるSi層を形成する場合には、そのチャンバーの内部(チャンバー内壁および各種ローラを含む)をSi、Si含有化合物、石英、琺瑯およびセラミックからなる群から選ばれた少なくとも1種でコートしたものを用いることが好ましい。これにより、Si層に不純物が混入するのを防止することができるからである。ここで、Si含有化合物とは、たとえば二酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素等を含む。また、セラミックとは、アルミナ系、ステアタイト系、ムライト系、ガラスセラミックス系、ケイ酸系、チタン酸系、ジルコン酸系、窒化物系、炭化物系等の化合物を含む。これらの中でも、SiまたはSi含有化合物でコートすることが好ましく、特にSiでコートすることが好ましい。
【0045】
また、このようにSi等でコートする方法としては、たとえばSi等を直接スパッタリング法や溶射法でコートする方法や、ペーストとして塗布し焼成する方法等を挙げることができる。
【0046】
<金属層>
本発明においては、基体シートとSi層との間および/またはSi層が基体シート上のいずれか一方の表面に形成されている場合にはそのSi層が形成されていない方の表面に、厚さが0.01〜200μm、好ましくは0.1〜80μmの金属層を形成することができる。このような金属層を形成することにより、回路の形成が可能となるとともに放熱効果を得ることができる。厚さが0.01μm未満の場合には、回路の形成や放熱効果を奏することが困難となる場合があり、また厚さが200μmを超えても、金属層の性能に大差なく却って以後の加工に困難を伴なうこととなる場合があるため好ましくない。
【0047】
このような金属層は、Cu、Al、Ni、Znまたはこれらの金属を少なくとも一種含む合金のいずれかにより構成することができる。そして、このような金属層は、スパッタリング法、蒸着法、無電解めっき法、電気めっき法またはこれらの方法を1種以上組合せることにより基体シート上に形成することができる。またあるいは、金属箔を前記基体シートと貼り合わせる方法によっても形成することができる。このように金属層が形成される場合は、前記Si層は、この金属層の上に形成することができる。
【0048】
<気相反応層/Siドープ層>
本発明では、前記Si層上に、N、OまたはFから選ばれた少なくとも一種の元素とSiとが気相反応することにより形成される気相反応層および/または長周期型周期表の第2〜6周期の4A族〜7B族元素の内少なくとも一種の元素とSiとから構成されるSiドープ層が、少なくとも一層以上形成されることにより、種々の半導体デバイスとして使用することができるようになる。
【0049】
このような気相反応層およびSiドープ層は、従来公知の方法により何等限定されることなく形成させることができる。そして、その積層構成も所望される半導体デバイスの種類により任意の積層構成とすることができる。したがって、積層数や積層順序は何等限定されることはない。
【0050】
<穴加工>
本発明のSi積層体は、ビアホール、スルーホールまたはアライメントホールのいずれか1以上の穴加工がされたものとすることができる。これらの穴加工は、プレス、パンチ、CO2レーザ、ヤグ(YAG)レーザ、エキシマレーザ等により行なうことができる。通常、ビアホールとしては、直径10〜200μm、好ましくは20〜50μmとすることができる。10μm未満のビアホールを形成するのは難しく、また200μmを超えると穴埋め加工を施すのが困難となるからである。また、スルーホールとしては、100〜500μm、好ましくは200〜300μmとすることができる。100μm未満では、作用的にビアホールで十分であり、また500μmを超えるとSi積層体全体に占める割合が大きくなり過ぎるからである。また、アライメントホールとしては、直径50〜5000μm、好ましくは100〜200μmとすることができる。50μm未満では、アライメントホールの検出が難しく、また5000μmを超えるとアライメントの精度が悪くなるからである。
【0051】
<Si積層体>
上述のようにして製造されるSi積層体は、トランジスタ、ダイオード、太陽電池、サイリスタ、IC(メモリIC、ロジックIC、ディラムIC、バイポーラIC、SラムIC、モスIC、バイン−モスIC等)、フォトカプラ、フォトセンサ、フォトリレー等の半導体デバイス用の素材(特に基板およびSiウエハー)として有用なものとなる。
【0052】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0053】
<実施例1>
本実施例は、基体シートの一方の表面にSi層を形成したSi積層体に関する。以下、図1に基づいて説明する。
【0054】
まず、基体シート101としては、ポリマーシートである厚さ100μmのポリイミドシートを用いた。このポリイミドシートは、200℃における表面粗さRa値が11nmであり、また25℃におけるRa値は10.8nmであり、両者の差は2%であった。
【0055】
このようなポリイミドシートをまず脱脂洗浄(脱脂剤:エスクリーン30(奥野製薬工業社製)、使用濃度:30g/l、条件:液温40℃で0.5分間)した後、純水にて5回水洗を繰り返した。その後1%の硫酸を充填させた液温28℃の酸活性化槽にこのポリイミドシートを1分間浸漬させた後、純水にて5回水洗を繰り返した。次いで、水切り後高性能フィルター(目の粗さ:0.5μm以下)を通過させた乾燥エアを当てて該ポリイミドシートを乾燥することにより前処理を完了した。
【0056】
続いて、チャンバーの内部がSiによりコートされているスパッタリング装置のターゲットに、純度が99.9999999%以上であるSiの単結晶をセットするとともに、上記ポリイミドシートも同装置内にセットした。そして、真空ポンプを用いてチャンバー内の真空度を10-3Paとした後、ヒータにより温度を110℃にし、ポリイミドシートの水分の含有量を0.1質量%以下とした。
【0057】
続いて、さらに真空ポンプによりチャンバー内の真空度を10-6Paにし、アルゴンガスをターゲット1cm2当り0.45cc/分の量で注入した。その後、チャンバー内の温度を210℃まで昇温させ、前記ターゲットに0.02A/cm2の電流を流し、ポリイミドシート上に厚さ約30μmのSi層102を形成させた。
【0058】
次いで、ターゲットの電流を停止させチャンバー内の温度を室温になるまで冷却し、アルゴンガスの注入を停止させた後スパッタリング装置から取出すことにより、本発明のSi積層体100を得た。
【0059】
このようにして得られたSi積層体100について、そのSi層102の厚みをマイクロメータを用いて測定したところ、その厚さは28μmであった。また、透過型電子顕微鏡を用いてSi層102を観察したところ、結晶質のSiとなっていることが確認された。また、光電子分析器(AXSISウルトラ、(株)島津製作所製)を用いてSi層102の純度を測定したところ、Siの純度は99.9999999%であった。
【0060】
このようなSi積層体100は、種々の半導体デバイス用の素材(特に基板およびSiウエハー)として用いることができるものであった。
【0061】
<実施例2>
実施例1において、基体シートとしてポリイミドシートに代えて、セラミックシートであるアルミナシートを用いることを除き、他は全て実施例1と同様にしてSi積層体を得た。
【0062】
なお、ここで用いたアルミナシートは、その厚さが200μmであり、220℃における表面粗さRa値が0.1μmであり、また25℃におけるRa値は0.1μmであり、両Ra値に差はなかった。
【0063】
また、得られたSi積層体について、そのSi層の厚みをマイクロメータを用いて測定したところ、その厚さは29μmであった。また、透過型電子顕微鏡を用いてSi層を観察したところ、結晶質のSiとなっていることが確認された。また、光電子分析器(AXSISウルトラ、(株)島津製作所製)を用いてSi層の純度を測定したところ、Siの純度は99.9999999%であった。
【0064】
<実施例3>
本実施例は、基体シートとして金属シートを用い、その一方の表面にSi層を形成したSi積層体に関する。以下、図1に基づいて説明する。
【0065】
基体シート101として、金属シートである厚さ100μmの銅箔を用いた。この銅箔は、200℃における表面粗さRa値が0.1μmであり、また25℃におけるRa値は0.1μmであり、両Ra値に差はなかった。
【0066】
このような銅箔をまずA4サイズにカットし脱脂洗浄(脱脂剤:エスクリーン30(奥野製薬工業社製)、使用濃度:50g/l、条件:液温48℃で2分間)した後、純水にて5回水洗を繰り返した。その後2%の硫酸を充填させた液温29℃の酸活性化槽にこの銅箔を1分間浸漬させた後、純水にて5回水洗を繰り返した。次いで、水切り後高性能フィルター(目の粗さ:0.5μm以下)を通過させた乾燥エアを当てて該銅箔を乾燥させた。
【0067】
続いて、チャンバーの内部がSiによりコートされているスパッタリング装置のターゲットに、純度が99.999999999%以上であるSiの単結晶をセットするとともに、上記銅箔も同装置内にセットした。そして、真空ポンプを用いてチャンバー内の真空度を10-3Paとした後、H2ガスを注入することにより銅箔の表面の酸素分子を還元除去することにより銅箔の前処理を完了した。
【0068】
続いて、H2ガスの注入を停止した後、さらに真空ポンプによりチャンバー内の真空度を10-6Paにし、アルゴンガスをターゲット1cm2当り0.56cc/分の量で注入した。その後、チャンバー内の温度を210℃まで昇温させ、前記ターゲットに0.02A/cm2の電流を流し、銅箔上に厚さ約30μmのSi層102を形成させた。
【0069】
次いで、ターゲットの電流を停止させチャンバー内の温度を室温になるまで冷却し、アルゴンガスの注入を停止させた後スパッタリング装置から取出すことにより、本発明のSi積層体100を得た。
【0070】
このようにして得られたSi積層体100について、そのSi層102の厚みをマイクロメータを用いて測定したところ、その厚さは29μmであった。また、透過型電子顕微鏡を用いてSi層102を観察したところ、結晶質のSiとなっていることが確認された。また、光電子分析器(AXSISウルトラ、(株)島津製作所製)を用いてSi層102の純度を測定したところ、Siの純度は99.999999999%であった。
【0071】
このようなSi積層体100は、種々の半導体デバイス用の素材(特に基板およびSiウエハー)として用いることができるものであった。
【0072】
<実施例4>
本実施例は、基体シートの表裏両面にSi層を形成したSi積層体に関する。以下、図2に基づいて説明する。
【0073】
まず、基体シート201としては、実施例1と同じポリイミドシートを用い、基体シートに対する前処理を完了させるところまでは全て実施例1と同様にして処理を行なった。
【0074】
続いて、チャンバーの内部がSiによりコートされているスパッタリング装置のターゲットに、純度が99.9999999%以上であるSiの単結晶をセットするとともに、上記ポリイミドシートも同装置内にセットした。そして、真空ポンプを用いてチャンバー内の真空度を10-3Paとした後、ヒータにより温度を110℃にし、ポリイミドシートの水分の含有量を0.1質量%以下とした。
【0075】
続いて、さらに真空ポンプによりチャンバー内の真空度を10-6Paにし、アルゴンガスをターゲット1cm2当り0.45cc/分の量で注入した。その後、チャンバー内の温度を210℃まで昇温させ、前記ターゲットに0.02A/cm2の電流を流し、ポリイミドシートの一方の表面上に厚さ約30μmのSi層202を形成させた。
【0076】
次いで、ターゲットの電流を停止させチャンバー内の温度を室温になるまで冷却し、アルゴンガスの注入を停止させた後スパッタリング装置からこのように処理されたポリイミドシートを取出した。その後、このポリイミドシートに対してSi層が形成されていない方の表面を再度処理できるように、再度このポリイミドシートを上記スパッタリング装置にセットした。
【0077】
そして、真空ポンプを用いてチャンバー内の真空度を10-3Paとした後、ヒータにより温度を110℃にし、ポリイミドシートの水分の含有量を0.1質量%以下とした。
【0078】
続いて、さらに真空ポンプによりチャンバー内の真空度を10-6Paにし、アルゴンガスをターゲット1cm2当り0.45cc/分の量で注入した。その後、チャンバー内の温度を210℃まで昇温させ、前記ターゲットに0.02A/cm2の電流を流し、ポリイミドシートのもう一方の表面上に厚さ約30μmのSi層202を形成させた。
【0079】
次いで、ターゲットの電流を停止させチャンバー内の温度を室温になるまで冷却し、アルゴンガスの注入を停止させた後スパッタリング装置から取出すことにより、本発明のSi積層体200を得た。
【0080】
このようにして得られたSi積層体200について、その表裏両面のSi層202の厚みをマイクロメータを用いて測定したところ、その厚さはそれぞれ30μmと30μmであった。また、透過型電子顕微鏡を用いて表裏両面のSi層202を観察したところ、結晶質のSiとなっていることが確認された。また、光電子分析器(AXSISウルトラ、(株)島津製作所製)を用いて表裏両面のSi層202の純度を測定したところ、表裏両面ともSiの純度は99.9999999%であった。
【0081】
このようなSi積層体200は、種々の半導体デバイス用の素材(特に基板およびSiウエハー)として用いることができるものであった。
【0082】
<実施例5>
本実施例は、基体シートとSi層との間に金属層を形成したSi積層体に関する。以下、図3に基づいて説明する。
【0083】
まず、基体シート301としては、ポリマーシートである厚さ50μmの液晶ポリマシートを用いた。この液晶ポリマシートは、220℃における表面粗さRa値が20nmであり、また25℃におけるRa値は20nmであり、両Ra値に差はなかった。
【0084】
このような液晶ポリマシートをまず脱脂洗浄(脱脂剤:エスクリーン30(奥野製薬工業社製)、使用濃度:30g/l、条件:液温40℃で0.5分間)した後、純水にて5回水洗を繰り返した。その後1%の硫酸を充填させた液温28℃の酸活性化槽にこの液晶ポリマシートを1分間浸漬させた後、純水にて5回水洗を繰り返した。次いで、水切り後高性能フィルター(目の粗さ:0.5μm以下)を通過させた乾燥エアを当てて該液晶ポリマシートを乾燥することにより前処理を完了した。
【0085】
続いて、チャンバーの内部がSiによりコートされているスパッタリング装置の第1ターゲットにCuを、第2ターゲットに純度が99.999999999%以上であるSiの単結晶をセットするとともに、上記液晶ポリマシートも同装置内にセットした。そして、真空ポンプを用いてチャンバー内の真空度を10-3Paとした後、ヒータにより温度を150℃にし、液晶ポリマシートの水分の含有量を0.1質量%以下とした。
【0086】
続いて、さらに真空ポンプによりチャンバー内の真空度を10-6Paにし、アルゴンガスをターゲット1cm2当り0.45cc/分の量で注入した。その後、チャンバー内の温度を210℃まで昇温させ、前記第1ターゲットに0.03A/cm2、第2ターゲットに0.02A/cm2の電流をそれぞれ流し、液晶ポリマシート上に厚さ約5μmのCuからなる金属層303とその上に厚さ約35μmのSi層302をそれぞれ形成させた。
【0087】
次いで、ターゲットの電流を停止させチャンバー内の温度を室温になるまで冷却し、アルゴンガスの注入を停止させた後スパッタリング装置から取出すことにより、本発明のSi積層体300を得た。
【0088】
このようにして得られたSi積層体300について、その金属層303とSi層302の厚みをそれぞれFIB装置を用いて断面測定したところ、その厚さはそれぞれ4.5μmと34μmであった。また、透過型電子顕微鏡を用いてSi層302を観察したところ、結晶質のSiとなっていることが確認された。また、光電子分析器(AXSISウルトラ、(株)島津製作所製)を用いてSi層302の純度を測定したところ、Siの純度は99.999999999%であった。
【0089】
このようなSi積層体300は、種々の半導体デバイス用の素材(特に基板およびSiウエハー)として用いることができるものであった。
【0090】
<実施例6>
本実施例は、基体シートの一方の表面にSi層を形成し、もう一方の表面に金属層を形成したSi積層体に関する。以下、図4に基づいて説明する。
【0091】
まず、基体シート401としては、実施例1と同じポリイミドシートを用い、基体シートに対する前処理を完了させるところまでは全て実施例1と同様にして処理を行なった。
【0092】
続いて、チャンバーの内部がSiによりコートされているスパッタリング装置のターゲットに、純度が99.9999999%以上であるSiの単結晶をセットするとともに、上記ポリイミドシートも同装置内にセットした。そして、真空ポンプを用いてチャンバー内の真空度を10-3Paとした後、ヒータにより温度を110℃にし、ポリイミドシートの水分の含有量を0.1質量%以下とした。
【0093】
続いて、さらに真空ポンプによりチャンバー内の真空度を10-6Paにし、アルゴンガスをターゲット1cm2当り0.45cc/分の量で注入した。その後、チャンバー内の温度を210℃まで昇温させ、前記ターゲットに0.02A/cm2の電流を流し、ポリイミドシートの一方の表面上に厚さ約30μmのSi層402を形成させた。
【0094】
次いで、ターゲットの電流を停止させチャンバー内の温度を室温になるまで冷却し、アルゴンガスの注入を停止させた後スパッタリング装置からSi層を形成したポリイミドシートを取出した。その後、このポリイミドシートに対してSi層が形成されていない方の表面を再度処理できるように、再度このポリイミドシートを上記スパッタリング装置にセットするとともに、ターゲットにはSiに代えてCuをセットした。
【0095】
そして、真空ポンプを用いてチャンバー内の真空度を10-3Paとした後、ヒータにより温度を110℃にし、ポリイミドシートの水分の含有量を0.1質量%以下とした。
【0096】
続いて、さらに真空ポンプによりチャンバー内の真空度を10-6Paにし、アルゴンガスをターゲット1cm2当り0.56cc/分の量で注入した。その後、チャンバー内の温度を80℃まで昇温させ、Cuをセットした前記ターゲットに0.025A/cm2の電流を流し、ポリイミドシートのもう一方の表面上に厚さ約0.3μmのCuからなる金属層403を形成させた。
【0097】
次いで、ターゲットの電流を停止させチャンバー内の温度を室温になるまで冷却し、アルゴンガスの注入を停止させた後スパッタリング装置から取出すことにより、本発明のSi積層体400を得た。
【0098】
このようにして得られたSi積層体400について、そのSi層402と金属層403の厚みをマイクロメータを用いて測定したところ、その厚さはそれぞれ29μmと0.4μmであった。また、透過型電子顕微鏡を用いてSi層402を観察したところ、結晶質のSiとなっていることが確認された。また、光電子分析器(AXSISウルトラ、(株)島津製作所製)を用いてSi層402の純度を測定したところ、Siの純度は99.9999999%であった。
【0099】
このようなSi積層体400は、種々の半導体デバイス用の素材(特に基板およびSiウエハー)として用いることができるものであり、特に金属層403はエッチング等により任意の回路パターンを容易に形成することができるものであった。
【0100】
<実施例7>
本実施例は、基体シートの表裏両面においてSi層との間に金属層を形成したSi積層体に関する。以下、図5に基づいて説明する。
【0101】
まず、基体シート501としては、実施例1と同じポリイミドシートを用い、基体シートに対する前処理を完了させるところまでは全て実施例1と同様にして処理を行なった。
【0102】
続いて、チャンバーの内部がSiによりコートされているスパッタリング装置の第1ターゲットにNiを、第2ターゲットに純度が99.9999999999%以上であるSiの単結晶をそれぞれセットするとともに、上記ポリイミドシートも同装置内にセットした。そして、真空ポンプを用いてチャンバー内の真空度を10-3Paとした後、ヒータにより温度を110℃にし、ポリイミドシートの水分の含有量を0.1質量%以下とした。
【0103】
続いて、さらに真空ポンプによりチャンバー内の真空度を10-6Paにし、アルゴンガスをターゲット1cm2当り0.45cc/分の量で注入した。その後、チャンバー内の温度を220℃まで昇温させ、前記第1ターゲットに0.03A/cm2、第2ターゲットに0.02A/cm2の電流を流し、ポリイミドシートの一方の表面上に厚さ約0.5μmの金属層503を形成し、その上に厚さ約35μmのSi層502を形成させた。
【0104】
次いで、ターゲットの電流を停止させチャンバー内の温度を室温になるまで冷却し、アルゴンガスの注入を停止させた後スパッタリング装置からこのように処理されたポリイミドシートを取出した。その後、このポリイミドシートに対して金属層503とSi層502が形成されていない方の表面を再度処理できるように、再度このポリイミドシートを上記スパッタリング装置にセットした。
【0105】
そして、真空ポンプを用いてチャンバー内の真空度を10-3Paとした後、ヒータにより温度を110℃にし、ポリイミドシートの水分の含有量を0.1質量%以下とした。
【0106】
続いて、さらに真空ポンプによりチャンバー内の真空度を10-6Paにし、アルゴンガスをターゲット1cm2当り0.45cc/分の量で注入した。その後、チャンバー内の温度を220℃まで昇温させ、前記第1ターゲットに0.03A/cm2、第2ターゲットに0.02A/cm2の電流を流し、ポリイミドシートのもう一方の表面上に厚さ約0.5μmの金属層503を形成し、その上に厚さ約35μmのSi層502を形成させた。
【0107】
次いで、ターゲットの電流を停止させチャンバー内の温度を室温になるまで冷却し、アルゴンガスの注入を停止させた後スパッタリング装置から取出すことにより、本発明のSi積層体500を得た。
【0108】
このようにして得られたSi積層体500について、その表裏両面の金属層503とSi層502の厚みをFIB装置を用いて断面測定したところ、その厚さはそれぞれ金属層503が0.45μmと0.48μm、Si層502が34μmと34.5μmであった。また、透過型電子顕微鏡を用いて表裏両面のSi層502を観察したところ、結晶質のSiとなっていることが確認された。また、光電子分析器(AXSISウルトラ、(株)島津製作所製)を用いて表裏両面のSi層502の純度を測定したところ、表裏両面ともSiの純度は99.9999999999%であった。
【0109】
このようなSi積層体500は、種々の半導体デバイス用の素材(特に基板およびSiウエハー)として用いることができるものであった。
【0110】
<実施例8>
本実施例は、基体シートの一方の表面にSi層を形成し、もう一方の表面に金属層を形成したとともに、その金属層上に基体シートを設け、その基体シート上にSi層を形成させたSi積層体に関する。以下、図6に基づいて説明する。
【0111】
まず、基体シート601としては、ポリマーシートである厚さ25μmのポリイミドシートを用いた。このポリイミドシートは、200℃における表面粗さRa値が15nmであり、また25℃におけるRa値は14.8nmであり、両者の差は1.3%であった。
【0112】
このポリイミドシートを2枚用い、その間に金属層603である厚さ50μmのCu箔を挟み熱によるラミネート加工を施すことにより、2枚の基体シート601で金属層603を挟みこんだ形態のベースを作成した。
【0113】
続いて、このベースを基体シートとして用いることを除き、他は全て実施例4と同様にして、表裏両面の基体シート601上にそれぞれSi層602を形成した。
【0114】
このようにして得られたSi積層体600について、その表裏両面のSi層602の厚みをFIB装置を用いて断面測定したところ、その厚さはそれぞれ31μmと32μmであった。また、透過型電子顕微鏡を用いて表裏両面のSi層602を観察したところ、結晶質のSiとなっていることが確認された。また、光電子分析器(AXSISウルトラ、(株)島津製作所製)を用いて表裏両面のSi層602の純度を測定したところ、表裏両面ともSiの純度は99.9999999%であった。
【0115】
このようなSi積層体600は、種々の半導体デバイス用の素材(特に基板およびSiウエハー)として用いることができるものであった。
【0116】
<実施例9>
本実施例は、基体シートとSi層との間に金属層を形成するとともにSi層上に気相反応層を形成したSi積層体に関する。以下、図7に基づいて説明する。
【0117】
まず、基体シート701としては、実施例5と同じ液晶ポリマシートを用い、基体シートに対する前処理を完了させるところまでは全て実施例5と同様にして処理を行なった。
【0118】
続いて、チャンバーの内部がSiによりコートされているスパッタリング装置の第1ターゲットにCuを、第2ターゲットおよび第3ターゲットに純度が99.999999999%以上であるSiの単結晶をセットするとともに、上記液晶ポリマシートも同装置内にセットした。そして、真空ポンプを用いてチャンバー内の真空度を10-3Paとした後、ヒータにより温度を150℃にし、液晶ポリマシートの水分の含有量を0.1質量%以下とした。
【0119】
続いて、さらに真空ポンプによりチャンバー内の真空度を10-6Paにし、アルゴンガスをターゲット1cm2当り0.45cc/分の量で注入するとともに、第3ターゲットに対してはさらにターゲット1cm2当り0.07cc/分のO2ガスを同時に注入した。その後、チャンバー内の温度を210℃まで昇温させ、前記第1ターゲットに0.03A/cm2、第2ターゲット、第3ターゲットに0.02A/cm2の電流をそれぞれ流し、液晶ポリマシート上に厚さ約5μmのCuからなる金属層703とその上に厚さ約35μmのSi層702、さらにその上にSiO2からなる厚さ約0.5μmの気相反応相704をそれぞれ形成させた。
【0120】
次いで、ターゲットの電流を停止させチャンバー内の温度を室温になるまで冷却し、アルゴンガスの注入を停止させた後スパッタリング装置から取出すことにより、本発明のSi積層体700を得た。
【0121】
このようにして得られたSi積層体700について、その金属層703、Si層702および気相反応層704の厚みをそれぞれFIB装置を用いて断面測定したところ、その厚さはそれぞれ4.7μm、33μmおよび0.5μmであった。また、透過型電子顕微鏡を用いてSi層702を観察したところ、結晶質のSiとなっていることが確認された。また、光電子分析器(AXSISウルトラ、(株)島津製作所製)を用いてSi層702の純度および気相反応層704の組成をそれぞれ測定したところ、Siの純度は99.999999999%であり、気相反応層の組成はSiO2であることが確認できた。
【0122】
このようなSi積層体700は、種々の半導体デバイス用の素材として用いることができるものであった。
【0123】
<実施例10>
本実施例は、基体シートとSi層との間に金属層を形成するとともにSi層上にSiドープ層を形成したSi積層体に関する。以下、図8に基づいて説明する。
【0124】
まず、基体シート801としては、実施例5と同じ液晶ポリマシートを用い、基体シートに対する前処理を完了させるところまでは全て実施例5と同様にして処理を行なった。
【0125】
続いて、チャンバーの内部がSiによりコートされているスパッタリング装置の第1ターゲットにCuを、第2ターゲットに純度が99.999999999%以上であるSiの単結晶を、第3ターゲットにSiとPからなる合金(Si/P比=99.9質量%/0.1質量%)をそれぞれセットするとともに、上記液晶ポリマシートも同装置内にセットした。そして、真空ポンプを用いてチャンバー内の真空度を10-3Paとした後、ヒータにより温度を150℃にし、液晶ポリマシートの水分の含有量を0.1質量%以下とした。
【0126】
続いて、さらに真空ポンプによりチャンバー内の真空度を10-6Paにし、アルゴンガスをターゲット1cm2当り0.45cc/分の量で注入した。その後、チャンバー内の温度を210℃まで昇温させ、前記第1ターゲットに0.03A/cm2、第2ターゲット、第3ターゲットに0.02A/cm2の電流をそれぞれ流し、液晶ポリマシート上に厚さ約5μmのCuからなる金属層803とその上に厚さ約35μmのSi層802、さらにその上にSiとPからなる厚さ約3.5μmのSiドープ層805をそれぞれ形成させた。
【0127】
次いで、ターゲットの電流を停止させチャンバー内の温度を室温になるまで冷却し、アルゴンガスの注入を停止させた後スパッタリング装置から取出すことにより、本発明のSi積層体800を得た。
【0128】
このようにして得られたSi積層体800について、その金属層803、Si層802およびSiドープ層805の厚みをそれぞれFIB装置を用いて断面測定したところ、その厚さはそれぞれ4.8μm、33μmおよび3.5μmであった。また、透過型電子顕微鏡を用いてSi層802を観察したところ、結晶質のSiとなっていることが確認された。また、光電子分析器(AXSISウルトラ、(株)島津製作所製)を用いてSi層802の純度およびSiドープ層805の組成をそれぞれ測定したところ、Siの純度は99.999999999%であり、Siドープ層の組成はSi:99.9質量%、P:0.1質量%であることが確認できた。
【0129】
このようなSi積層体800は、種々の半導体デバイス用の素材として用いることができるものであった。
【0130】
<比較例1>
実施例1において、200℃における表面粗さRa値が1.5μmであり、25℃におけるRa値が1.38μmであり、その差が8%であるポリイミドシートを基体シートとして用いることを除き、他は全て実施例1と同様にしてSi積層体を得た。
【0131】
このようにして得られたSi積層体は、基体シート上にSi層を形成することはできるものの、Si層の形成に伴なう寸法変化が大きく、特に表面平滑性に劣ったものとなるためSi層上に他の半導体層を形成するなど他の加工をすることが困難であり、いずれにせよ実施例1のものに比較して劣っていた。
【0132】
<比較例2>
実施例1において、200℃における表面粗さRa値が2.5μmであり、25℃におけるRa値が2.5μmであり、その差が5%以内であるポリイミドシートを基体シートとして用いることを除き、他は全て実施例1と同様にしてSi積層体を得た。
【0133】
このようにして得られたSi積層体は、基体シート上にSi層を形成することはできるものの、Si層の表面粗さが大きくなり過ぎるためSi層上に他の半導体層を形成するなど他の加工をすることが困難であり、いずれにせよ実施例1のものに比較して劣っていた。
【0134】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0135】
【発明の効果】
本発明のSi積層体は、上記で各説明したような構成を有することにより、加工中において破損しにくく、以って歩留りも良好でコスト的にも優れたものとなるとともに、従来の半導体基板やSiウエハーと同等以上の機能を有するものである。したがって、本発明のSi積層体は、各種の半導体デバイス用の素材(特に基板およびSiウエハー)として極めて有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 基体シートの一方の表面にSi層を形成したSi積層体の概略断面図である。
【図2】 基体シートの表裏両面にSi層を形成したSi積層体の概略断面図である。
【図3】 基体シートとSi層との間に金属層を形成したSi積層体の概略断面図である。
【図4】 基体シートの一方の表面にSi層を形成し、もう一方の表面に金属層を形成したSi積層体の概略断面図である。
【図5】 基体シートの表裏両面においてSi層との間に金属層を形成したSi積層体の概略断面図である。
【図6】 基体シートの一方の表面にSi層を形成し、もう一方の表面に金属層を形成したとともに、その金属層上に基体シートを設け、その基体シート上にSi層を形成させたSi積層体の概略断面図である。
【図7】 基体シートとSi層との間に金属層を形成するとともにSi層上に気相反応層を形成したSi積層体の概略断面図である。
【図8】 基体シートとSi層との間に金属層を形成するとともにSi層上にSiドープ層を形成したSi積層体の概略断面図である。
【符号の説明】
100,200,300,400,500,600,700,800 Si積層体、101,201,301,401,501,601,701,801 基体シート、102,202,302,402,502,602,702,802Si層、103,203,303,403,503,603,703,803金属層、704 気相反応層、805 Siドープ層。
Claims (7)
- 厚さが4〜1000μmであり、180℃以上Si層形成温度以下の任意の温度における表面粗さRa値が2μm以下であって、かつその任意の温度におけるRa値と25℃におけるRa値との差が5%以内である基体シートに対して、その基体シートのいずれか一方の表面または表裏両面に、厚さが0.0005〜200μmであり、かつ純度が99.999%以上のSiからなるSi層をスパッタリング方法により形成したことを特徴とするSi積層体。
- Si層が、Si、Si含有化合物、石英、琺瑯およびセラミックからなる群から選ばれた少なくとも1種でそのチャンバーの内部をコートしたスパッタリング装置を用いて、スパッタリング方法により形成されていることを特徴とする請求項1記載のSi積層体。
- 基体シートが、ポリマーシート、セラミックシートまたは金属シートのいずれかである請求項1または2記載のSi積層体。
- 基体シートとSi層との間および/またはSi層が基体シート上のいずれか一方の表面に形成されている場合にはそのSi層が形成されていない方の表面に、厚さが0.01〜200μmの金属層を形成したことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のSi積層体。
- 金属層が、Cu、Al、Ni、Znまたはこれらの金属を少なくとも一種含む合金のいずれかにより構成されることを特徴とする請求項4記載のSi積層体。
- ビアホール、スルーホールまたはアライメントホールのいずれか1以上の穴加工がされていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のSi積層体。
- Si層上に、N、OまたはFから選ばれた少なくとも一種の元素とSiとが気相反応することにより形成される気相反応層および/または長周期型周期表の第2〜6周期の4A族〜7B族元素の内少なくとも一種の元素とSiとから構成されるSiドープ層が、少なくとも一層以上形成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のSi積層体。
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