(57)【要約】【課題】耐薬液性（アルカリ性および酸性のスラリー）を向上させたＳｉＣ焼結体の接合体を提供する。【解決手段】本ＳｉＣ焼結体の接合体は、Ｂ系焼結助剤を用いたＳｉＣ焼結体同士が、Ｓｉからなる接合部を介して接合され、接合部中のＢ濃度が１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（５００ｐｐｍ）以上、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。【選択図】  図１
2008069059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｂ系焼結助剤を用いたＳｉＣ焼結体同士が、Ｓｉからなる接合部を介して接合され、この接合部中のＢ濃度が１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（または、５００ｐｐｍ）以上、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを特徴とするＳｉＣ焼結体の接合体。
【請求項２】
前記接合部中のＢ濃度は、ＳｉＣ焼結体とＳｉ層界面に近接するＳｉ層中で高く、Ｓｉ層界面から離れるにつれて低下することを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣ焼結体の接合体。
【請求項３】
前記接合部から得られたＳｉのラマンスペクトルの非対称性αが０．５５≦α＜１．０であることを特徴とする請求項１または２に記載のＳｉＣ焼結体の接合体。
【請求項４】
さらに、耐薬液性の高い領域としては、前記接合部から得られたＳｉのラマンスペクトルの非対称性αが０．６０≦α＜１．０であることを特徴とする請求項１または２に記載のＳｉＣ焼結体の接合体。
【請求項５】
接合されるＢ系焼結助剤を用いたＳｉＣ焼結体の接合面に接合材としてのＳｉを介在させ、真空雰囲気あるいは非酸化雰囲気において熱処理し、ＳｉＣ焼結体同士をＳｉ接合し、このＳｉ接合処理中に、ＳｉＣ焼結体中のＢをＳｉ接合部中に拡散、濃縮し、Ｓｉ接合部中のＢ濃度を１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（または、５００ｐｐｍ）以上、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３までの濃度に高めることを特徴とするＳｉＣ焼結体の接合体の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＳｉＣ焼結体の接合体、ＳｉＣ焼結体の接合体の接合方法に係り、特に耐薬液性を向上させたＳｉＣ焼結体の接合体、ＳｉＣ焼結体の接合体の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のＳｉＣ焼結体の接合体として、接合される反応焼結ＳｉＣ焼結体同士間に接合材としてのＳｉを介在させて、Ｓｉの溶融温度以上に加熱し、ＳｉＣ焼結体同士を接合するものが知られている。
【０００３】
このようなＳｉＣ焼結体の接合体の用途の一つとして、ＣＭＰ（Chemical and Mechanical Polishing）装置用の定盤への使用がある。この定盤の内部は水冷構造のため、２枚の円盤状ＳｉＣをＳｉ接合しており、接合された定盤の側面がＳｉ接合部（数μｍ〜数十μｍ）になっている。このＣＭＰ装置用定盤の使用環境下では、シリコンウェーハをエッチングするために、薬液（アルカリ性や酸性のスラリー）が用いられており、この薬液によるＳｉ接合部への影響がある。
【０００４】
Ｓｉを接着材として用いて、ＳｉＣ焼結体同士を接着する接合体及び接合体の接合方法として、特許文献１−３に記載のものが提案されている。しかしながら、特許文献１−３に記載のものは、いずれも薬液によるＳｉ接合部への影響低減がなされていない。
【０００５】
なお、技術文献１及び技術文献２には、図５に示すように、Ｓｉに対するアルカリエッチングの特徴の一つとして、溶解速度に結晶ドープ剤のＢ濃度依存が挙げられている。具体的には、Ｓｉ結晶の溶解速度はＢ濃度が１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上で低下し始め、ほぼＢ濃度の４乗に逆比例して急減し、その濃度が１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超えると、溶解速度は１０００分の１程度に減少すると記載されている。
【特許文献１】特開２００１−１６３６８０号公報
【特許文献２】特開２００１−２６１４５９号公報
【特許文献３】特開２００２−１１６５３号公報
【非特許文献１】「超精密ウェーハ表面制御技術」第１８３頁、２．４不純物濃度依存
【非特許文献２】H.Seidel,L,Csepregi,A,Heuberger,H,Baumgartel:J.Electorochem.133,3626(1990).Page3627,Fig.1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、耐薬液性（アルカリ性および酸性のスラリー）を向上させたＳｉＣ焼結体の接合体を提供することを目的とする。
【０００７】
また、耐薬液性（アルカリ性および酸性のスラリー）を向上させたＳｉＣ焼結体の接合体、ＳｉＣ焼結体の接合体の接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記目的実現のために、Ｓｉ接合部に対するアルカリエッチングは、Ｓｉ接合部中のＢ濃度が１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超えると、その溶解速度は１０００分の１程度に減少することに着目し、Ｓｉ接合部中のＢ濃度を１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３までの濃度に高めることで、耐薬液性（アルカリ性および酸性のスラリー）を向上させ、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち、本発明に係るＳｉＣ焼結体の接合体は、Ｂ系焼結助剤を用いたＳｉＣ焼結体同士が、Ｓｉからなる接合部を介して接合され、この接合部中のＢ濃度が１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（５００ｐｐｍ）以上、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るＳｉＣ焼結体の接合体の接合方法は、接合されるＢ系焼結助剤を用いたＳｉＣ焼結体の接合面に接合材としてのＳｉを介在させ、真空雰囲気あるいは非酸化雰囲気において熱処理し、ＳｉＣ焼結体同士をＳｉ接合し、このＳｉ接合処理中に、ＳｉＣ焼結体中のＢをＳｉ接合部中に拡散、濃縮し、Ｓｉ接合部中のＢ濃度を１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（または、５００ｐｐｍ）以上、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３までの濃度に高めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るＳｉＣ焼結体の接合体によれば、耐薬液性を向上させたＳｉＣ焼結体の接合体を提供することができる。
【００１２】
また、本発明に係るＳｉＣ焼結体の接合体の接合方法によれば、耐薬液性を向上させたＳｉＣ焼結体の接合体の接合方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係るＳｉＣ焼結体の接合体の接合方法の一実施形態について説明する。
【００１４】
本発明に係るＳｉＣ焼結体の接合体の接合方法は、接合されるＢ系焼結助剤を用いたＳｉＣ焼結体の接合面に接合材としてのＳｉを介在させ、真空雰囲気あるいは非酸化雰囲気において熱処理し、ＳｉＣ焼結体同士をＳｉ接合し、このＳｉ接合処理中に、ＳｉＣ焼結体中のＢをＳｉ接合部（接合層）中に拡散、濃縮し、Ｓｉ接合部中のＢ濃度を１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（５００ｐｐｍ）以上、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３までの濃度に高める。
【００１５】
Ｓｉ接合部にＢが濃縮されるようにするため、ＳｉＣ焼結体はＢ系の焼結助剤を使用して作製したＳｉＣ焼結体を用いる。
【００１６】
接合されるＳｉＣ焼結体として、例えば、自焼結ＳｉＣを用いる。
【００１７】
自焼結ＳｉＣとは、ＳｉＣ粉末に焼結助剤を添加して焼結することによって得られる緻密なＳｉＣ焼結体である。すなわち、焼結体と同様の材質であるＳｉＣ粉末自体の焼結体である。ＳｉＣ粉末、カーボンブラック、炭化ホウ素粉末、バインダ、分散媒を含有するスラリーを成形した後、乾燥し、不活性ガス雰囲気中または真空下、２０００℃以上２３００℃以下で焼成する。
【００１８】
焼結助剤としてカーボンブラック、炭化ホウ素粉末が用いられる。バインダとしては、例えば、アクリル系バインダ、セルロース系バインダ等を用いることができる。分散剤としては、例えば、アミン化合物、ポリカルボン酸等を用いることができる。
【００１９】
なお、自焼結ＳｉＣの場合は、接合材が自焼結ＳｉＣの気孔中に吸収され、接合部の強度が低下するのを防止するため、嵩密度が３．１０ｇ／ｃｍ３以上であるのが好ましい。
【００２０】
上記のようにＳｉＣ焼結体をＳｉ接合することで、接合処理中にＳｉＣ焼結体中のＢがＳｉ接合部中に拡散、濃縮され、Ｓｉ接合部中のＢ濃度を１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（５００ｐｐｍ）以上、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３までの高濃度に高めることが可能である。
【００２１】
Ｓｉ接合処理は、真空雰囲気あるいは非酸化雰囲気において、シリコンの融点以上の温度で加熱することで行う。真空雰囲気としては、１Ｐａ以下の真空が用いられ、非酸化雰囲気としては、アルゴンガスや窒素ガス、ヘリウム等が用いられる。
【００２２】
接合材としてのＳｉとしては、板状、粒状又は粉状のものが用いられる。板状のＳｉは、厚み０．１〜０．５ｍｍのものが好ましく、より好ましくは、０．２〜０．３ｍｍである。粒状のＳｉは、粒径０．０５〜０．２ｍｍのものが好ましく、より好ましくは、０．０５〜０．１ｍｍであり、エタノールと混合してペースト状として用いる。粉状のＳｉは、粒径０．１〜１０μｍのものが好ましく、より好ましくは、１〜５μｍであり、エタノールと混合してスラリー状として用いる。
【００２３】
なお、板状のＳｉとしては、Ｂドープ品であるｐ型シリコンウェーハが好ましい（ドーパント濃度は問わない）が、ポリシリコン、ＦＺシリコンウェーハ、ｎ型シリコンウェーハ等でもよい。
【００２４】
図１に示すように、本発明のＳｉＣ焼結体の接合体の接合方法により製造されたＳｉＣ焼結体の接合体１は、Ｂ系焼結助剤を用いたＳｉＣ焼結体２、２同士がＳｉからなる接合部３を介して接合されている。
【００２５】
ＳｉＣ焼結体の接合体１は、Ｓｉ接合ＳｉＣ焼結体のＳｉ接合部内のＢ濃度を１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（５００ｐｐｍ）以上、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３まで高め、高濃度であり、薬液に対する耐食性が大きく向上する。
【００２６】
Ｓｉ接合部中のＢ濃度は、ＳｉＣ焼結体とＳｉ層界面に近接するＳｉ層中で高く、Ｓｉ層界面から離れるにつれて低下するのが好ましい。これにより、境界部であってもＢ濃度がなだらかに変化するので、薬液に対する耐食性が保たれる。
【００２７】
また、Ｓｉ接合部から得られたＳｉのラマンスペクトルの半価幅ｘに対するピーク高さの１／２の位置とピークトップの波数位置が交差したところから高波数側の幅ｙとの比より求めた非対称性α（図４）が０．５５≦α＜１．０であるのが好ましい。これにより、Ｂ濃度が１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３になり、薬液に対する耐食性が向上する。さらに、Ｓｉ接合部から得られたＳｉのラマンスペクトルの非対称性αが０．６０≦α＜１．０であるのが好ましい。これにより、Ｂ濃度が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３までになり、薬液に対する耐食性がさらに向上する。
【００２８】
本実施形態に係るＳｉＣ焼結体の接合体の接合方法により製造されたＳｉＣ焼結体の接合体によれば、Ｂ系の焼結助剤を用いたＳｉＣ焼結体同士をＳｉ接合することで、接合時にＳｉＣ中のＢがＳｉ接合部内に拡散、濃縮され、Ｓｉ接合部内のＢ濃度を１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（５００ｐｐｍ）以上、１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３までの高濃度にでき、薬液に対する耐食性が大きく向上する。
【実施例】
【００２９】
まず、Ｂ濃度が１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３と１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の２種類のｐ型シリコンウェーハと、自焼結ＳｉＣ同士をＳｉを介して接合したＳｉ接合部中のＢ濃度が１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超えて１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３までの高濃度になっていると思われるＳｉ接合ＳｉＣ焼結体のＳｉ接合部中（Ｓｉ）のラマンスペクトルを比較した。
【００３０】
結果は図３に示すように、Ｂ濃度が１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３では、左右対称のラマンスペクトルであったが、Ｂ濃度が１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３になるとラマンスペクトルが左右非対称になり、Ｂ濃度が１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超えて１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３までの高濃度になると思われるＳｉ接合部は、さらに大きく左右非対称になっていた。このＳｉ接合部中（Ｓｉ）から得られたラマンスペクトルの半価幅ｘに対するピーク高さの１／２の位置とピークトップの波数位置が交差したところから高波数側の幅ｙとの比から求めた非対称性α（図４）からＢ濃度の推測が可能であり、Ｂ濃度が１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下ではα＝０．５であるが、Ｂ濃度が１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３では０．５５≦α＜１．０、Ｂ濃度が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３では０．６０≦α＜１．０となることから、自焼結ＳｉＣ同士をＳｉを介して接合したＳｉ接合部中のＢ濃度は、ほぼ１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが確認できた。
【００３１】
次に、Ｂ濃度によるＳｉの溶解挙動を確認するため、アルカリ水溶液による浸漬試験を行った（１Ｎ−ＫＯＨ、ｐＨ１４、４００ｍｌ、２０℃）。
【００３２】
試験片は、前記のＢ濃度が１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３と１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の２種類のｐ型シリコンウェーハと、Ｓｉ接合部中のＢ濃度がほぼ１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３までの高濃度になっているＳｉ接合ＳｉＣ焼結体（Ｌ４０×Ｗ４×ｔ３ｍｍ、Ｓｉ接合部は長さ方向の中心部において垂直に位置する。Ｓｉ接合部厚さ＝３４μｍ）である。
【００３３】
浸漬試験の結果（図２）、Ｓｉ中のＢ濃度によって明らかに溶解の程度（単位面積当りの重量減少率、小数点以下５桁まで測定）が異なっており、Ｂ濃度が１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３では、約２５９ｈまでに１００％溶解されたが、Ｂ濃度が１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３では僅か１０％程度しか溶解されず、さらにＢ濃度がほぼ１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のＳｉ接合部中の溶解は殆ど見られなかった。残った２種類については、さらに浸漬試験を行い、約９３７ｈでの溶解の程度を確認した結果、１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３では約４０％の溶解が見られたが、ほぼ１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のＳｉ接合部中の溶解は殆ど見られなかった。よって、Ｓｉ接合ＳｉＣ焼結体のＳｉ接合部中のＢ濃度を１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超えて１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３まで高濃度にすることにより、薬液に対する耐食性が大きく向上することを確認した。なお、今回の実験では、ｐＨ１４のアルカリ水溶液を使用したが、実際のＣＭＰ装置で使用するスラリーはｐＨ１１前後と思われるため、Ｓｉ接合ＳｉＣのＳｉ接合部の耐食性は、さらに向上すると考えられる。
【００３４】
また、実施例ではアルカリ水溶液に対する耐蝕性（耐薬品性）について記したが、ｐＨ２．２の酸性研磨液（株式会社フジミインコーポレーテッド製ＰＬＡＮＥＲＬＩＴＥ−５１０７）に浸漬して調査した結果、アルカリと同様にＢ濃度が１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３では、９００時間浸漬後も全く侵食されていないことが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係るＳｉＣ焼結体の接合体の概念図。
【図２】本発明の一実施形態に係るＳｉＣ焼結体の接合体の溶解試験結果図。
【図３】本発明の一実施形態に係るＳｉＣ焼結体の接合体のＢ濃度による接合部（Ｓｉ）のラマンスペクトル図。
【図４】本発明の一実施形態に係るＳｉＣ焼結体の接合体のラマンスペクトルの非対称性αの算出方法図。
【図５】Ｂ濃度とＳｉのエッチングレートの相関図。
【符号の説明】
【００３６】
１  ＳｉＣ焼結体の接合体
２  ＳｉＣ焼結体
３  接合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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