JPWO2020138202A1 - グラファイト薄膜/シリコン基板積層体、及びその製造方法、高排熱型電子デバイス用基板 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)従来のいずれの報告も、グラファイト薄膜とシリコン基板の積層には中間層や接着剤を介するものであり、直接に積層した例はない。中間層や接着剤はシリコン基板中で発生した熱が排熱材料であるグラファイト薄膜へ移送されるのを阻害する。したがって中間層や接着剤のない直接の積層であることが望ましい。
(2)上記(1)の問題点は、グラファイト薄膜の優れた熱特性をシリコンデバイスの熱問題解決あるいは緩和のための高排熱型電子デバイス用途に向けた積層体として展開することの大きな妨げとなっている。
<1>グラファイト薄膜とシリコン基板とを中間層や接着剤を用いることなく積層して形成したグラファイト薄膜/シリコン基板積層体。
<2>グラファイト薄膜/シリコン基板積層体からグラファイト薄膜を剥離した部分のシリコン基板表面にグラファイト薄膜が残存する<1>に記載のグラファイト薄膜/シリコン基板積層体。
<3>グラファイト薄膜/シリコン基板積層体からグラファイト薄膜を剥離した部分のシリコン基板表面をラマン分光測定してグラファイトに起因するラマンスペクトルが観測されることによりグラファイト薄膜が残存することを確認することができる<1>に記載のグラファイト薄膜/シリコン基板積層体。
<4>グラファイト薄膜とシリコン基板とを中間層や接着剤を用いることなく積層し、その積層界面に炭化ケイ素が形成されていない<1>に記載のグラファイト薄膜/シリコン基板積層体。
<5>グラファイト薄膜とシリコン基板とを中間層や接着剤を用いることなく積層して形成したシリコン基板/グラファイト薄膜/シリコン基板積層体。
<6>シリコン基板/グラファイト薄膜/シリコン基板積層体から剥離によりそれぞれの層に分離した際のシリコン基板表面にグラファイト薄膜が残存する<5>に記載のシリコン基板/グラファイト薄膜/シリコン基板積層体。
<7>シリコン基板/グラファイト薄膜/シリコン基板積層体から剥離によりそれぞれの層に分離した際のシリコン基板表面をラマン分光測定してグラファイトに起因するラマンスペクトルが観測されることによりグラファイト薄膜が残存することを確認することができる<5>に記載のシリコン基板/グラファイト薄膜/シリコン基板積層体。
<8>グラファイト薄膜とシリコン基板と酸化膜付シリコン基板とを中間層や接着剤を用いることなく積層して形成したシリコン基板/グラファイト薄膜/酸化膜付シリコン基板積層体。
<9>シリコン基板/グラファイト薄膜/酸化膜付シリコン基板積層体から剥離によりそれぞれの層に分離した際のシリコン基板表面および酸化膜付シリコン基板表面にグラファイト薄膜が残存する<8>に記載のシリコン基板/グラファイト薄膜/シリコン基板積層体。
<10>シリコン基板/グラファイト薄膜/酸化膜付シリコン基板積層体から剥離によりそれぞれの層に分離した際のシリコン基板表面および酸化膜付シリコン基板表面をラマン分光測定してグラファイトに起因するラマンスペクトルが観測されることによりグラファイト薄膜が残存することを確認することができる<8>に記載のシリコン基板/グラファイト薄膜/シリコン基板積層体。
<11>グラファイト薄膜とシリコン基板とを中間層や接着剤を用いることなく積層して形成する<1>〜<4>のいずれか1項に記載のグラファイト薄膜/シリコン基板積層体の製造方法。
<12>グラファイト薄膜とシリコン基板とを中間層や接着剤を用いることなく積層して形成する請求項<5>〜<7>のいずれか1項に記載のシリコン基板/グラファイト薄膜/シリコン基板積層体の製造方法。
<13>グラファイト薄膜とシリコン基板と酸化膜付シリコン基板とを中間層や接着剤を用いることなく積層して形成する<8>〜<10>のいずれか1項に記載のシリコン基板/グラファイト薄膜/酸化膜付シリコン基板積層体の製造方法。
以下、各製造方法について順次説明する。
グラファイト薄膜/シリコン基板積層体11は、化学機械研磨(CMP)により表面を平滑に加工したグラファイト薄膜を、常温接合装置を用いてシリコン基板に直接接合により積層する工程によって得られる。この工程の詳細を以下に記す。
形成したグラファイト薄膜/シリコン基板積層体の厚さ測定を行った。測定にはマイクロメータを使用した。まず接合前のシリコン基板の厚さは624μmであった。また接合前のグラファイト薄膜の厚さは100μmであった。その後グラファイト薄膜のCMPによる研磨および直接接合による積層工程を経て形成したグラファイト薄膜/シリコン基板積層体の厚さは643μmであった。シリコン基板の研磨は行っていないので厚さは接合前後で同じであるので、グラファイト薄膜の厚さは19μmであることがわかった。したがって本実施例においてグラファイト薄膜の研磨量は81μmであったことがわかった。形成したグラファイト薄膜/シリコン基板積層体でグラファイト薄膜層の厚さは19μmであり、シリコン基板の厚さは624μmであった。
本発明のグラファイト薄膜/シリコン基板積層体の接合強度(密着性)を確認するため、下記のような実験を行った。直径150mmのグラファイト薄膜/シリコン基板積層体を、ダイシング装置を用いて20mm角の小片に切り出した。この小片の角において、ピンセットによりグラファイト薄膜をつまんで、角から5mm程度の部分をシリコン基板から剥離した。グラファイト薄膜を剥離したシリコン基板の表面に対してラマン分光測定を行った。使用した励起用レーザーの波長は638nm、レーザー光のスポット径は1μmである。測定は図4に示すようにグラファイト薄膜を剥離した部分で基板の最も端(角)の場所(1)、および角からおよそ2mmの部分(2)である。またグラファイト薄膜を剥離していない部分で(3)に示す場所においてグラファイト薄膜表面のラマン分光測定も行った。図5に(1)、(2)、(3)の3か所で測定したラマン分光スペクトルを示す。まずグラファイト薄膜をはがしていない部分(3)で測定したスペクトルでは、1579cm−1と2687cm−1に顕著なピークを持つことがわかる。1579cm−1のピークはグラファイトのGバンド、また2687cm−1のピークは2Dバンドであり、高品質グラファイトから得られる典型的なラマンスペクトルである。また1321cm−1付近に欠陥を示すDバンドが観測された。次にグラファイト薄膜を剥離した(1)および(2)のラマンスペクトルでは、(3)と同様にGバンドと2Dバンドのピークが明瞭に観測された。この結果は形成したグラファイト薄膜/シリコン基板積層体からピンセットでグラファイト薄膜を剥離した部分のシリコン基板表面にグラファイト薄膜が残っていることを示している。すなわちピンセットでグラファイト薄膜を剥離する作業ではグラファイト薄膜とシリコン基板の接合界面が剥離したのではなく、グラファイト薄膜の層間で剥離が生じたことが明らかとなった。このように形成したグラファイト薄膜/シリコン基板積層体のグラファイトとシリコン基板表面の接合強度はグラファイト薄膜の層間の接合強度よりも強固であることが明らかとなった。したがって本発明のグラファイト薄膜/シリコン基板積層体の接合強度は十分に強固であると言える。
本発明のグラファイト薄膜/シリコン基板積層体の直接接合による積層界面に炭化ケイ素SiCが形成されているかどうかを確認した。3C−SiCのLOモードのラマンピークは969cm−1、TOモードのラマンピークは793cm−1に、また4H−SiCのLOモードのラマンピークは969cm−1、TOモードのラマンピークは793cm−1に観測される。一方図5のグラファイト薄膜を剥離した(1)および(2)のラマンスペクトルでは、これらのラマンピークは観測されなかった。したがって本発明のグラファイト薄膜/シリコン基板積層体の直接接合による積層界面に炭化ケイ素SiCは形成されていないことがわかった。
形成したグラファイト薄膜/シリコン基板積層体の熱拡散率を周期加熱法で測定した。周期加熱法は、強度を周期的に変調させた熱流エネルギーを測定試料に与え、加熱領域からある距離だけ離れた位置における温度応答の振幅または位相差から熱拡散率を求める方法である。熱流エネルギーとして、レーザー光やヒーターのジュール熱を利用し、これを周期的に変調して試料に与える。本測定ではレーザー光照射による加熱を用いた。また温度応答の検出には、温度センサ(熱電対など)やサーモリフレクタンス法などが利用されているが、本測定では放射温度計を用いた非接触による温度検出を行った。周期加熱法による熱拡散率測定の詳細については、文献(H.Kato, T.Baba, M.Okaji, “Anisotropic thermal-diffusivity measurements by a new laser-spot-heating technique”, Meas Sci Technol 12(2001)2074-2080)を参照のこと。
測定したグラファイト薄膜/シリコン基板積層体の大きさは20mm角、グラファイト薄膜の厚さは19μm、シリコン基板の厚さは624μmであった。図6に測定結果を示す。横軸は加熱点(レーザー光の照射位置)からの距離L、縦軸は温度応答の位相差θである。加熱用のレーザーはグラファイト薄膜/シリコン基板積層体のシリコン基板側の表面の中心部分に照射した。加熱周波数fは10Hzである。熱拡散率αと位相差θとは下記式(I)の関係がある。この関係を使い、Lの正および負の領域それぞれから熱拡散率αを求める。これにより得た熱拡散率αは9.7×10−5m2/sであった。グラファイト薄膜のないシリコン基板単体の熱拡散率は8.8×10−5m2/sであったので、本実施例のグラファイト薄膜/シリコン基板積層体の熱拡散率はシリコン基板単体の10%程度高いことが明らかとなった。
シリコン基板/グラファイト薄膜/シリコン基板積層体は、化学機械研磨(CMP)により表面を平滑に加工したグラファイト薄膜を、常温接合装置を用いてシリコン基板に直接接合により積層し、次に直接接合により積層したグラファイト薄膜の表面を化学機械研磨(CMP)により平滑に加工し、さらに常温接合装置を用いてシリコン基板に直接接合により積層する工程によって得られる。この工程の詳細を以下に記す。
形成したシリコン基板/グラファイト薄膜/シリコン基板積層体の厚さ測定を行った。測定にはマイクロメータを使用した。まず接合前のシリコン基板の厚さは524μmであった。また接合前のグラファイト薄膜の厚さは100μmであった。その後グラファイト薄膜のCMPによる研磨および直接接合による積層工程を経て形成したグラファイト薄膜/シリコン基板積層体の厚さは1115μmであった。シリコン基板の研磨は行っていないので厚さは直接接合による積層前後で同じであるので、グラファイト薄膜の厚さは67μmであることがわかった。したがって本実施例においてグラファイト薄膜の研磨量は33μmであったことがわかった。形成したシリコン基板/グラファイト薄膜/シリコン基板積層体でグラファイト薄膜層の厚さは67μmであり、シリコン基板の厚さは524μmであった。
シリコン基板/グラファイト薄膜/酸化膜シリコン基板積層体は、化学機械研磨(CMP)により表面を平滑に加工したグラファイト薄膜を、常温接合装置を用いてシリコン基板に直接接合により積層し、次に接合したグラファイト薄膜の表面を化学機械研磨(CMP)により平滑に加工し、さらに常温接合装置を用いて酸化膜シリコン基板に直接接合により積層する工程によって得られる。この工程の詳細を以下に記す。
形成したシリコン基板/グラファイト薄膜/酸化膜付シリコン基板積層体の厚さ測定を行った。測定にはマイクロメータを使用した。まず接合前のシリコン基板の厚さは524μm、酸化膜付シリコン基板の厚さは524μmであった。また接合前のグラファイト薄膜の厚さは100μmであった。その後グラファイト薄膜のCMPによる研磨および接合工程を経て形成したシリコン基板/グラファイト薄膜/酸化膜付シリコン基板積層体の厚さは1115μmであった。シリコン基板および酸化膜付シリコン基板の研磨は行っていないので厚さは接合前後で同じであるので、グラファイト薄膜の厚さは67μmであることがわかった。したがって本実施例においてグラファイト薄膜の研磨量は33μmであったことがわかった。形成したシリコン基板/グラファイト薄膜/酸化膜付シリコン基板積層体でグラファイト薄膜層の厚さは67μmであり、シリコン基板の厚さは524μmであった。
上記したグラファイト薄膜/シリコン基板積層体をヒーターで加熱したときのその温度分布を測定した。ここで、積層体の直径は150mm、シリコン基板の厚さは625μm、グラファイト薄膜はパナソニック社製PGSグラファイトシートで厚さ19μmである。なお、積層前のグラファイトフィルムの元厚は100μm、熱伝導率は700W/mKである。
20:シリコン基板
11:グラファイト薄膜/シリコン基板積層体
12:シリコン基板/グラファイト薄膜/シリコン基板積層体
30:酸化膜付シリコン基板
13:シリコン基板/グラファイト薄膜/酸化膜付シリコン基板積層体
Claims (10)
- シリコン基板の上にグラファイト薄膜を与えた積層体の製造方法であって、
脱気下で、平滑化された前記グラファイト薄膜及び前記シリコン基板のそれぞれの表面をクリーニングして活性化させ、前記表面を互いに接近させて自発的に接合させることを特徴とするグラファイト薄膜/シリコン基板積層体の製造方法。 - 脱気に先立って、化学機械研磨(CMP)により前記グラファイト薄膜の前記表面を平滑加工することを特徴とする請求項1記載のグラファイト薄膜/シリコン基板積層体の製造方法。
- 前記グラファイト薄膜の前記表面を平均粗さRaで1nm以下に平滑加工することを特徴とする請求項2記載のグラファイト薄膜/シリコン基板積層体の製造方法。
- 前記グラファイト薄膜の前記表面と反対側の主面には、支持基板を着脱自在に取り付けられていることを特徴とする請求項2記載のグラファイト薄膜/シリコン基板積層体の製造方法。
- 非加熱下でのプラズマクリーニングによりクリーニングを行うことを特徴とする請求項1乃至4のうちの1つに記載のグラファイト薄膜/シリコン基板積層体の製造方法。
- 前記プラズマクリーニングはアルゴンプラズマであることを特徴とする請求項5記載のグラファイト薄膜/シリコン基板積層体の製造方法。
- 前記シリコン基板は酸化膜付きシリコンからなり、前記クリーニングより酸化膜を除去されることを特徴とする請求項1乃至6のうちの1つに記載のグラファイト薄膜/シリコン基板積層体の製造方法。
- シリコン基板の上にグラファイト薄膜を与えた積層体であって、
前記シリコン基板と前記グラファイト薄膜とが直接界面を挟んで接することを特徴とするグラファイト薄膜/シリコン基板積層体。 - 前記シリコン基板と前記グラファイト薄膜とがファンデルワールス力により接合されていることを特徴とするグラファイト薄膜/シリコン基板積層体。
- シリコン基板の上にグラファイト薄膜を与えた積層体からなる高排熱型電子デバイス用基板であって、
前記シリコン基板と前記グラファイト薄膜とが直接界面を挟んで接することを特徴とする高排熱型電子デバイス用基板。
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Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1092702A (ja) * | 1996-09-18 | 1998-04-10 | Agency Of Ind Science & Technol | シリコンウェハーの常温接合法 |
WO2008078679A1 (ja) * | 2006-12-22 | 2008-07-03 | Toyo Tanso Co., Ltd. | 黒鉛材料及びその製造方法 |
JP2008294110A (ja) * | 2007-05-23 | 2008-12-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電子デバイス用基板およびその製造方法 |
JP2009200177A (ja) * | 2008-02-20 | 2009-09-03 | Denso Corp | グラフェン基板及びその製造方法 |
JP2011009268A (ja) * | 2009-06-23 | 2011-01-13 | Oki Data Corp | 窒化物半導体層の剥離方法、半導体装置の製造方法、及び半導体装置 |
JP2011006265A (ja) * | 2009-06-23 | 2011-01-13 | Oki Data Corp | グラフェン層の剥離方法、グラフェンウエハの製造方法、グラフェンウエハ、及び、グラフェン素子の製造方法 |
JP2014011301A (ja) * | 2012-06-29 | 2014-01-20 | Toyota Industries Corp | 半導体装置の製造方法 |
WO2018016350A1 (ja) * | 2016-07-19 | 2018-01-25 | 三菱電機株式会社 | 半導体基板及びその製造方法 |
JP2018163816A (ja) * | 2017-03-27 | 2018-10-18 | 日本碍子株式会社 | 蛍光体素子および照明装置 |
WO2019172023A1 (ja) * | 2018-03-09 | 2019-09-12 | 株式会社カネカ | 配線回路、その製造方法 |
JP2019210162A (ja) * | 2018-05-31 | 2019-12-12 | ローム株式会社 | 半導体基板構造体及びパワー半導体装置 |
JP2019210161A (ja) * | 2018-05-31 | 2019-12-12 | ローム株式会社 | 半導体基板構造体及びパワー半導体装置 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3176086B2 (ja) * | 1991-06-21 | 2001-06-11 | キヤノン株式会社 | ダイヤモンド結晶及びダイヤモンド形成用基体 |
JP3874208B2 (ja) * | 1996-05-30 | 2007-01-31 | 株式会社小松製作所 | グラファイト薄膜、グラファイト薄膜の製造方法およびこれを用いた二次電池およびコンデンサ |
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SG11201703377SA (en) * | 2014-12-05 | 2017-05-30 | Shinetsu Chemical Co | Composite substrate manufacturing method and composite substrate |
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Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1092702A (ja) * | 1996-09-18 | 1998-04-10 | Agency Of Ind Science & Technol | シリコンウェハーの常温接合法 |
WO2008078679A1 (ja) * | 2006-12-22 | 2008-07-03 | Toyo Tanso Co., Ltd. | 黒鉛材料及びその製造方法 |
JP2008294110A (ja) * | 2007-05-23 | 2008-12-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電子デバイス用基板およびその製造方法 |
JP2009200177A (ja) * | 2008-02-20 | 2009-09-03 | Denso Corp | グラフェン基板及びその製造方法 |
JP2011009268A (ja) * | 2009-06-23 | 2011-01-13 | Oki Data Corp | 窒化物半導体層の剥離方法、半導体装置の製造方法、及び半導体装置 |
JP2011006265A (ja) * | 2009-06-23 | 2011-01-13 | Oki Data Corp | グラフェン層の剥離方法、グラフェンウエハの製造方法、グラフェンウエハ、及び、グラフェン素子の製造方法 |
JP2014011301A (ja) * | 2012-06-29 | 2014-01-20 | Toyota Industries Corp | 半導体装置の製造方法 |
WO2018016350A1 (ja) * | 2016-07-19 | 2018-01-25 | 三菱電機株式会社 | 半導体基板及びその製造方法 |
JP2018163816A (ja) * | 2017-03-27 | 2018-10-18 | 日本碍子株式会社 | 蛍光体素子および照明装置 |
WO2019172023A1 (ja) * | 2018-03-09 | 2019-09-12 | 株式会社カネカ | 配線回路、その製造方法 |
JP2019210162A (ja) * | 2018-05-31 | 2019-12-12 | ローム株式会社 | 半導体基板構造体及びパワー半導体装置 |
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