JP6185474B2 - 複合基板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
上記実施形態において、支持基板10として、接合面(一方主面10a)がR面であるサファイア基板を用いることが好ましい。
上記実施形態において、半導体層20の酸素濃度は5×1017〔atoms/cm3〕未満とすることが好ましい。半導体層20中の酸素濃度が高い場合には、金属元素と結合し、界面介在物30を構成する金属原子の移動・拡散を助長する。これに対して、酸素濃度を上述のように制御することにより、半導体層20中に金属が拡散・固溶・析出することを抑制している。特に、金属がFeである場合には、OSF欠陥の発生を抑制することができる。
上記実施形態において、半導体層20の一方主面20b側の面をノンドープとすることが好ましい。このような構成とすることにより、ドーパントの存在による半導体層20の結晶に歪みが生じることを抑制し、キャリアをトラップする原因となる転移の発生や歪みによる意図しない応力の発生による半導体素子の特性劣化を生じる虞が少ない。
上記実施形態において、界面介在物30は金属シリサイドや金属オキサイドを形成していることが好ましい。例えば、SiFeOx、AlFeOx等を例示できる。
図4に示すように、上記実施形態において、半導体層20の第2主面20a側に酸化層40を形成してもよい。このような酸化層40は、半導体層20を熱酸化させることで形成すればよい。このように、半導体層20の一部が酸化されて酸化層40となる場合には、体積変化に伴い、酸化層40側から半導体層20として残る部分にSiが押し出されて、半導体層20の酸化層40側の面は格子間Siが増加し、単位体積当たりのSi原子密度が高まる。
上述の製造方法の説明において、活性化する工程において、支持基板10と半導体層20とを非対向の状態にすることについて説明したが、その具体例について説明する。図8(a)〜(d)は、それぞれ非対向の状態を実現するための常温接合装置100内における第1ステージ103,第2ステージ104,FABガン102の配置例を示すものである。なお、図中において、支持基板10のうち第1ステージ103に接する側とは反対側の主面が一主面10aである。同様に、半導体層20のうち第2ステージ104に接する側とは反対側の主面が一主面20bである。
上述の例では、FABガン102による支持基板10および半導体層20の活性化はそれぞれ1回のみであるが、時間を空けて2回以上行なってもよい。
なお、上述の実施形態およびその変形例の複合基板1に、複数の素子部を形成し、少なくとも1つの素子部を含むように複合基板1を分割して電子部品を形成してもよい。
上述の実施形態に基づき、複合基板1を以下の条件で形成した。
・支持基板10:6インチのサファイア基板
・支持基板10の接合面(一方主面)10a:R面
・半導体層:ノンドープのSiエピタキシャル層を抵抗値0.01〜0.02ΩcmのSi単結晶基板上に2μm成膜した。成膜時の酸素濃度は1018atoms/cm2以下であった。このエピタキシャル層を厚み200nm残して、単結晶基板とともに除去し、残存部を半導体層20とした。半導体層20のドーパント濃度は1×1016atoms/cm2以下となっており、完全空乏層となっていることを確認した。
・接合条件:常温接合装置にて、1×10−5Pa以下の高真空中で支持基板10と半導体層20とにそれぞれFABガンを照射し、接合面を活性化した後に、活性化した両接合面を接触させて接合した。ここで、常温接合装置内部は絶縁性のカバー部材で被覆した。
また、比較例1として、接合条件を下記の通りとする点以外は上記実施例と同一条件で比較サンプルを形成した。
・接合条件:常温接合装置にて、1×10−5Pa以下の高真空中で支持基板10と半導体層20とにそれぞれイオンガンを照射し、接合面を活性化した後に、活性化した両接合面を接触させて接合した。ここで、常温接合装置内部は金属部分が露出した状態とした。
また、比較例2として、接合条件を下記の通りとする点以外は上記実施例と同一条件で比較サンプルを形成した。
・接合条件:常温接合装置にて、1×10−5Pa以下の高真空中で支持基板10と半導体層20とにそれぞれFABガンを照射し、接合面を活性化した後に、活性化した両接合面を接触させて接合した。ここで、常温接合装置内部は絶縁性のカバー部材で被覆したが、実施例に比べて露出量を多くすることで接合界面に存在する金属量を多くした。
また、比較例3として、半導体層20として、単結晶Si基板の表面を熱酸化させて300nmの厚みの酸化膜(SiO2膜)を形成し、この酸化膜を支持基板とを、比較例1と同様の接合条件で接合した。
実施例、比較例1,2の複合基板について、常温接合後、300度を超えるような熱処理を施さない状態で、半導体層と支持基板との接合界面を透過型電子顕微鏡(TEM)で断面観察した。
次に、実施例1,比較例1〜3の複合基板に対して、900℃で30分間、酸素雰囲気で加熱処理を行なった。このような加熱処理を経た実施例1,比較例1〜3の複合基板に対して、以下の測定を行なった。
上述の実施例1、比較例1,2について、界面介在物30の密度を測定した。
次に、上述の実施例1、比較例1,2について、接合強度を測定した。
次に、実施例1の複合基板1の接合界面を観察した。
次に、実施例1,比較例1,比較例2および3の複合基板について、900℃で30分間の熱処理を行ない、その断面を観察した。
図8(d)に示すように、支持基板10の表面と半導体層20の表面とを個別にFABガン102により活性化させる点以外は、実施例1と同様にして複合基板1を得た。
FABガン102の照射を2回行なう点以外は実施例1と同様にして複合基板1を得た。2回のFABガン102照射条件は以下の通りとした。
なお、図2に示す常温接合装置において、支持基板10の表面および半導体層20の表面を活性化した後、真空チャンバー101内において一定時間放置した後に、両者を接触させたところ、両者を接合することはできなかった。このことから、たとえ真空中であっても、活性化後に時間が経過すると所望の接合強度を得ることができないことを確認した。
10・・・支持基板
20・・・半導体層
30・・・界面介在物
40・・・酸化層
101・・真空容器(真空チャンバー)
102・・FABガン
107・・遮蔽板
108・・待機スペース
Claims (15)
- 絶縁材料からなる支持基板と、
前記支持基板上に重ね合わされて直接接合された単結晶半導体からなる半導体層と、
前記支持基板および前記半導体層を構成する元素とは異なる金属元素からなる界面介在物とを含み、
前記半導体層は、厚み方向において、前記支持基板と前記半導体層との接合界面から5nm続く第1領域と、前記第1領域から前記支持基板と接合されていない側の表面まで続く第2領域とを含み、
前記界面介在物は、前記第1領域において前記第2領域に比べ多く含まれており、前記第1領域では
10 12 atoms/cm 2 以下の密度で存在する、
複合基板。
- 前記半導体層は、酸素濃度が1018atoms/cm3以下の未満である、請求項1に記載の複合基板。
- 前記半導体層は、ドーパントを含有しており、ドーパント濃度が、前記半導体層の上面側から前記支持基板側に向けて漸次減少し、前記支持基板側の界面においてノンドープとなるような分布を有している、請求項2に記載の複合基板。
- 前記半導体層は、シリコンからなり、
前記支持基板は、サファイア基板からなり、前記半導体層との接合面がR面である、請求項2に記載の複合基板。 - 前記半導体層上に前記半導体層を構成する材料を主成分とする酸化層を有し、
前記半導体層のうち、前記支持基板側の界面におけるシリコンの密度は、前記酸化層側の界面におけるシリコンの密度に比べて少ない、請求項2に記載の複合基板。 - 前記半導体層は、前記支持基板側の厚み1nm以内において原子配列が乱れた格子不整合部を有している、請求項2に記載の複合基板。
- 絶縁材料からなる支持基板と、前記支持基板上に重ね合わされて接合された単結晶半導体からなる半導体層と、前記支持基板および前記半導体層を構成する元素とは異なる金属元素からなり、前記支持基板と前記半導体層との界面に1012atoms/cm2以下の密度で存在する界面介在物とを含む複合基板の製造方法であって、
真空容器内で前記支持基板の表面と前記半導体層の表面とを互いに対向しない状態を保ってFABガンで活性化する工程と、
前記支持基板の活性化された第1表面と前記半導体層の活性化された第2表面とを接触させることにより、前記支持基板と前記半導体層とを常温で接合する工程とを有する複合基板の製造方法。 - 前記活性化する工程において、前記支持基板の表面および前記半導体層の表面を同じ向きにするとともに、平面視における位置をずらして配置して、FABガンを用いて活性化する、請求項7に記載の複合基板の製造方法。
- 前記活性化する工程において、前記支持基板の表面および前記半導体層の表面を厚み方向に間隔を開けて配置し、かつ前記支持基板の表面および前記半導体層の表面の間に絶縁体からなる遮蔽板を配置する、請求項7に記載の複合基板の製造方法。
- 前記活性化する工程において、前記遮蔽板として前記支持基板または前記半導体層を構成する主成分の元素と同一の元素を含む材料からなるものを用いる、請求項9に記載の複合基板の製造方法。
- 前記活性化する工程において、前記支持基板の表面および前記半導体層の表面を同時に活性化する、請求項7に記載の複合基板の製造方法。
- 前記活性化する工程において、前記支持基板の表面および前記半導体層の表面のうち一方を活性化する間に、他方を前記真空容器のうち前記FABガンが照射される空間から隔離された待機スペースに移動させる、請求項7に記載の複合基板の製造方法。
- 前記活性化する工程において、前記FABガンを複数用い、複数の前記FABガンを互いに対向しない位置に配置する、請求項7に記載の複合基板の製造方法。
- 前記活性化する工程において、前記支持基板の表面および前記半導体層の表面に対して、前記FABガンを時間を空けて2回照射する、請求項7に記載の複合基板の製造方法。
- 前記活性化する工程において、前記FABガンを、1回目の照射に比べて2回目の照射において積算照射エネルギーが小さくなるような条件で照射する、請求項14に記載の複合基板の製造方法。
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