JP5989559B2 - 複合基板 - Google Patents
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Description
第1基板10は、機能層となる第2基板20を支持するためのものであり、セラミックス等の多結晶体からなる。言い換えると、複数の結晶粒11の集合体からなる。このような第1基板10を構成する材料としては、複合基板10の用途に合わせて種々の材料を選択することができるが、例えば窒化アルミニウム(AlN),窒化ケイ素(SiNx),炭化ケイ素(SiC),酸化アルミニウム(AlOx;アルミナセラミックス)等の絶縁性セラミック材料が例示できる。ここでは、アルミナセラミックスを用いる。すなわち、結晶粒11はアルミナを主成分とし、この結晶粒11間の粒界には酸化イットリウム,酸化マグネシウム,酸化鉄等々の不純物を結晶粒11に比べて多く含む構成となっている。
LNG:Maximum Length)が1.5μm以下であるとさらに好ましい。
さらに、各結晶粒11間の粒界深さ(高さ)15nm以下、より好ましくは10nm以下とする。
ー効果によって接合強度を強めることができる。
第2基板20は、半導体素子や電子部品等として、電気的、光学的、音響波的に機能する機能層となるものである。例えば、半導体素子として機能させるためには、Si,GaN,GaAs,AlAs等の半導体結晶性材料を用い、光学素子として用いる場合には、水晶等を用い、音響波素子として用いる場合には、LT基板等の圧電性を有する単結晶材料を用いる。また、第2基板20は、厚み方向にドーパント濃度が分布を有するものであってもよいし、複数の半導体層を積層した積層体であってもよい。
中間層30は、第1基板10と第2基板20との間に位置し、第1基板10の第1主面10aに接合された第1接合面30aと、第2基板20の第3主面20aに接合された第
2接合面30bとを有する。すなわち、中間層30は図1に示す図において、下方の面を第1基板10に、上方の面を第2基板20にそれぞれ接合させている。
カバー層40は、第1基板10の結晶粒の粒界に存在する不純物が外部に拡散することを防止するために必要となるものであり、第1基板10の中間層30との接合する第1主面10aを除く外周面を被覆するように形成される。より好ましくは、中間層30との接合面以外の外周を被覆するように形成される。この例では、中間層30との接合面を除く外周を被覆するとともに、中間層30の側面も被覆して形成されている。
上述のような複合基板100によれば、従来はその表面粗さ及び不純物の多さから直接接合不可能とされていたセラミック基板を第1基板10として用いることができる。すなわち、第1基板10の第1主面10aにおける個々の結晶粒11上の二乗平均平方根粗さ,結晶粒11間の厚み方向における高さ位置,結晶粒11の大きさ,粒界深さを制御することにより、中間層30の第2接合面30b全体の二乗平均平方根粗さをコントロールすることができ、これにより、各構成要素を構成する材料等に制限なく第2基板20と直接接合可能とすることができる。
ク基板を第1基板10として用いることができなかった。しかしながら、セラミミック基板の接合面,外周にそれぞれ内部に欠陥を有する中間層30,カバー層40を形成していることから、セラミック基板である第1基板10からの不純物の拡散を中間層30,カバー層40により抑制することができる。これにより、不純物の雰囲気中への外方拡散,機能層である第2基板20側への拡散を抑制することができ、機能層の性能を安定させることができる。
第1基板10としてアルミナセラミックスを用い,第2基板20としてGaAs基板にGaAs系半導体層を積層したGaAs系積層体を用い、中間層30として非晶質(アモルファス)のAlOxを用い、カバー層40としてポリシリコンを用いて構成してもよい。
中間層30は多層構造としてもよい。例えば、第1基板10側に不純物のゲッタリング効果の高い第1中間層を形成し、その上にキャップ層となる第2中間層を形成してもよい。第1基板10から離れるにつれて結晶性が高くなるような中間層としてもよい。
第1基板10が、主成分を除く不純物としてFeを有し、カバー層40が不純物としてFeを有することが好ましい。第1基板10とカバー層40とが同一の不純物を有することで、両者の接合強度を高めることができる。
第2基板20と中間層30とを接合した後に第2基板20を薄層化する工程を追加してもよい。薄層化工程後の第2基板20残部を機能層21とする。
な化学的手法を用いることができる。
20・・・第2基板
30・・・中間層
40・・・カバー層
Claims (4)
- 第1主面と第2主面とを有し、複数の結晶粒を含む多結晶体からなる第1基板と、
二乗平均平方根粗さが1nm以下の第3主面を有する第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に位置し、前記第1基板の前記第1主面に接合される第1接合面と、前記第2基板の前記第3主面に接合される第2接合面とを有する非晶質体の中間層と、
前記第1基板の前記第1主面を除く外周面を被覆する、前記第1基板に比べて単位体積あたりの欠陥数の多い多結晶体または非晶質体からなるカバー層と、を有し、
前記第1基板は、気孔率が2%以下のセラミック材料からなり、前記複数の結晶粒のうち前記第1主面に露出する複数の露出結晶粒のそれぞれの露出面の二乗平均平方根粗さが1nm以下であり、前記露出結晶粒それぞれの粒径が1.5μm以下であり、かつ、粒界の厚み方向における深さが10nm以下であり、複数の前記露出結晶粒の前記露出面は厚み方向における位置が互いに異なるものがあり、その位置の差が1nm以下の範囲に存在する前記露出結晶粒の割合が全ての前記露出結晶粒の90%以上である、
複合基板。 - 前記第1基板は、アルミナセラミックスであり、
前記中間層は、アルミナを主成分とする、請求項1に記載の複合基板。 - 前記第2基板は、シリコン単結晶基板であり、
前記カバー層は、ポリシリコンからなり、前記第1基板の前記中間層に覆われていない部分と、前記中間層の側面とを覆う、請求項1または2に記載の複合基板。 - 第1主面と第2主面とを有し、複数の結晶粒を含む多結晶体からなり、気孔率が2%以下のセラミック材料からなり、前記複数の結晶粒のうち前記第1主面に露出する複数の露出結晶粒のそれぞれの露出面の二乗平均平方根粗さが1nm以下であり、前記露出結晶粒それぞれの粒径が1.5μm以下であり、かつ、粒界の厚み方向における深さが10nm以下であり、複数の前記露出結晶粒の前記露出面の厚み方向における位置が異なるものがあり、その位置の差が1nm以下の範囲に存在する結晶粒の割合が90%以上である、第1基板を準備する工程と、
二乗平均平方根粗さが1nm以下の第3主面を有する第2基板を準備する工程と、
前記第1基板の前記第1主面上に原子層堆積法により、前記第1主面と接合する第1接合面を有する非晶質体の中間層を形成する工程と、
前記第2基板の前記第3主面と、前記中間層の前記第1接合面と反対側の第2接合面と
を活性化して両者を接触させることで接合する工程と、
前記第1基板のうち前記中間層に覆われていない部分を被覆する、前記第1基板に比べて単位体積あたりの欠陥数の多い多結晶体または非晶質体からなるカバー層を形成する工程と、
を含む、複合基板の製造方法。
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