(57)【要約】【課題】ＰＢＮ材料表面の金属との濡れ性を改善して使用用途を拡大すること。【解決手段】シリコン基板１０の表面に水素イオンを注入し、シリコン基板１０の表面近傍の所定の深さにイオン注入領域１１を形成し、当該シリコン基板１０の主面に、表面清浄化や表面活性化などを目的としたプラズマ処理やオゾン処理を施す。表面処理が施されたシリコン基板１０とＰＢＮ基板２０の主面同士を、室温で密着させて貼り合わせ、貼り合わされた基板に外部衝撃を付与してシリコン基板のバルク１３からシリコン膜１２を機械的に剥離して転写する。得られたＰＢＮ複合基板３０をダイシングして所望のサイズのチップとし、シリコン膜１２側に高融点金属をメタライズして配線材料を接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の主面から水素イオンを注入する工程Ａと、熱分解性窒化硼素基板と前記シリコン基板の少なくとも一方の主面に活性化処理を施す工程Ｂと、前記熱分解性窒化硼素基板と前記シリコン基板の主面同士を貼り合わせる工程Ｃと、前記シリコン基板からシリコン薄膜を剥離して前記熱分解性窒化硼素基板の主面上にシリコン膜を形成する工程Ｄとを備えている熱分解性窒化硼素複合基板の製造方法。
【請求項２】
前記工程Ｃが１００℃以上３００℃以下の基板加熱を伴って実行される請求項１に記載の熱分解性窒化硼素複合基板の製造方法。
【請求項３】
前記工程Ｂの活性化処理がプラズマ処理又はオゾン処理の少なくとも一方である請求項１又は２に記載の熱分解性窒化硼素複合基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱分解性窒化硼素基板上にシリコン薄膜を有する複合基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱分解性窒化硼素(ＰＢＮ)は、ＣＶＤ法で作製される窒化硼素であり、高純度、高耐熱性、高絶縁性、高耐熱衝撃性、化学的安定性などに優れた特長をもつセラミックス材料である。ＰＢＮのこのような特長を利用して、熱処理炉内の部品やＭＢＥ法で用いるセル等に広く用いられている。しかし、ＰＢＮ材料は、化学的安定性という特長の反面、その表面は高温においても殆ど全ての金属に対して濡れず、また、他の材料との反応性も良くない。さらに、その構造が層状構造であるために層間剥離を生じ易いという欠点をもつ。このため、ＰＢＮ材料の表面にメタライズすることは極めて難しく、使用用途も限定されてしまうという問題がある。
【特許文献１】特許第３０４８２０１号公報
【非特許文献１】A. J. Auberton-Herve et al., “SMART CUT TECHNOLOGY: INDUSTRIAL STATUS of SOI WAFER PRODUCTION and NEW MATERIAL DEVELOPMENTS” (Electrochemical Society Proceedings Volume 99-3 (1999) p.93-106).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＰＢＮ材料表面の金属との濡れ性を改善し、その使用用途を拡大することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このような課題を解決するために、本発明の熱分解性窒化硼素複合基板の製造方法は、シリコン基板の主面から水素イオンを注入する工程Ａと、熱分解性窒化硼素基板とシリコン基板の少なくとも一方の主面に活性化処理を施す工程Ｂと、熱分解性窒化硼素基板とシリコン基板の主面同士を貼り合わせる工程Ｃと、シリコン基板からシリコン薄膜を剥離して熱分解性窒化硼素基板の主面上にシリコン膜を形成する工程Ｄとを備えている。
【０００５】
本発明において、工程Ｃを１００℃以上３００℃以下の基板加熱を伴って実行するようにしてもよい。また、工程Ｂの活性化処理は例えば、プラズマ処理又はオゾン処理である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明では、ＰＢＮ基板の表面にシリコン膜を低温プロセスの貼り合わせ法で形成することとしたので、ＰＢＮ基板表面の濡れ性が向上して各種回路等との接続が容易なＰＢＮ複合基板が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、実施例により、発明の熱分解性窒化硼素複合基板の製造方法について説明する。
【実施例】
【０００８】
図１は、本発明の熱分解性窒化硼素複合基板の製造方法のプロセス例を説明するための図である。
【０００９】
図１（Ａ）に図示されたシリコン基板１０は、面方位（１００）のボロン（Ｂ）をドープしたｐ型（比抵抗は概ね１０Ωｃｍ））の基板であり、熱分解性窒化硼素基板（ＰＢＮ基板）２０は、カーボンサセプタ上にＣＶＤ法で作製されたＰＢＮ基板の表面に研磨を施して平坦化した基板である。なお、これらシリコン基板１０とＰＢＮ基板２０の直径は概ね同一である。
【００１０】
先ず、シリコン基板１０の表面に水素イオンを注入する（図１（Ｂ））。このイオン注入面が後の接合面（貼り合せ面）となる。この水素イオン注入により、シリコン基板１０の表面近傍の所定の深さ（平均イオン注入深さＬ）にイオン注入領域１１が形成される（図１（Ｃ））。このイオン注入領域１１が後工程での剥離領域となる。
【００１１】
水素のイオン注入時のドーズ量は、最終的に得られるＰＢＮ複合基板の仕様等に応じて、例えば１×１０１６〜４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の範囲で適当な値が選択される。また、イオン注入領域１１のシリコン基板１０表面からの深さ（平均イオン注入深さＬ）はイオン注入時の加速電圧により制御され、どの程度の厚さのシリコン膜を剥離させるかに依存して決定されるが、例えば、平均イオン注入深さＬを０．５μｍ以下とし、加速電圧５０〜１００ＫｅＶなどとする。なお、Ｓｉ結晶中へのイオン注入プロセスにおいて注入イオンのチャネリング抑制のために通常行われているように、シリコン基板１０のイオン注入面に予め酸化膜等の絶縁膜を形成させておき、この絶縁膜を通してイオン注入を施すようにしてもよい。
【００１２】
このようにしてイオン注入領域１１を形成したシリコン基板１０の主面に、表面清浄化や表面活性化などを目的としたプラズマ処理やオゾン処理を施す（図１（Ｄ））。このような表面処理は、接合面となる表面の有機物除去や表面上のＯＨ基を増大させて表面活性化を図るなどの目的で行われるものである。なお、このような表面処理は、シリコン基板１０とＰＢＮ基板２０の少なくとも一方の主面に施せばよい。
【００１３】
この表面処理をプラズマ処理により実行する場合には、予めＲＣＡ洗浄等を施した表面清浄なシリコン基板および／またはＰＢＮ基板を真空チャンバ内の試料ステージに載置し、当該真空チャンバ内にプラズマ用ガスを所定の真空度となるように導入する。なお、ここで用いられるプラズマ用ガス種としては、酸素ガス、水素ガス、アルゴンガス、またはこれらの混合ガス、あるいは水素ガスとヘリウムガスの混合ガスなどがある。プラズマ用ガスの導入後、１００Ｗ程度の電力の高周波プラズマを発生させ、プラズマ処理されるシリコン基板および／またはＰＢＮ基板の表面に５〜１０秒程度の処理を施して終了する。
【００１４】
表面処理をオゾン処理で実行する場合には、表面清浄なシリコン基板および／またはＰＢＮ基板を酸素含有の雰囲気とされたチャンバ内の試料ステージに載置し、当該チャンバ内に窒素ガスやアルゴンガスなどのプラズマ用ガスを導入した後に所定の電力の高周波プラズマを発生させ、当該プラズマにより雰囲気中の酸素をオゾンに変換させ、処理されるシリコン基板および／またはＰＢＮ基板の表面に所定の時間の処理が施される。
【００１５】
上述の表面処理が施されたシリコン基板１０とＰＢＮ基板２０の主面同士を、室温で密着させて貼り合わせる（図１（Ｅ））。上述したように、シリコン基板１０とＰＢＮ基板２０の少なくとも一方の表面（接合面）は、プラズマ処理やオゾン処理などにより表面処理が施されて活性化しているために、室温で密着（貼り合せ）した状態でも後工程での機械的剥離や機械研磨に十分耐え得るレベルの接合強度を得ることができる。なお、この貼り合わせの工程において、貼り合わせ強度をより高めるために、１００℃乃至３００℃の基板加熱を行うこととしてもよい。
【００１６】
なお、当該熱処理の温度を１００℃乃至３００℃としたのは、シリコン基板１０とＰＢＮ基板２０との間に生じる熱歪を小さくするためには上限温度は低いほうが好ましい一方、シリコン基板１０とＰＢＮ基板２０上の接合強度を高める効果を確実なものとするためには１００℃程度の加熱が必要なためである。
【００１７】
上述の熱処理温度を３００℃以下に設定している理由は、シリコンとＰＢＮとの熱膨張係数差と当該熱膨張係数差に起因する歪量を考慮したことによる。
【００１８】
シリコン基板１０とＰＢＮ基板２０の厚みが概ね同程度である場合、シリコンの熱膨張係数（２．３３×１０−６／Ｋ）とＰＢＮのｃ方向の熱膨張係数（ａ方向は２．６×１０−６／Ｋでシリコンと概ね同様であるが、ｃ方向は２．２×１０−５／Ｋであって１桁異なる）の間に大きな差異がある。従って、比較的高い温度で熱処理を施した場合には、両基板間に熱歪によるクラックや接合面における剥離などが生じたり、極端な場合にはシリコン基板やＰＢＮ基板が割れてしまうということも生じ得る。このような観点から、熱処理温度の上限を３００℃と選択している。
【００１９】
この点、貼り合わせ基板（ＳＯＩ基板）の製造方法として公知のSOITEC法（SmartCut法）が比較的高温（概ね５００℃以上）の熱処理を必要とする（例えば、特許文献１や非特許文献１を参照）のに対し、低温で貼り合わせ基板が得られる本発明の手法はＰＢＮ複合基板の製造方法として好適である。
【００２０】
このような処理に続いて、貼り合わされた基板に外部衝撃を付与してシリコン基板のバルク１３からシリコン膜１２を機械的に剥離して転写する（図１（Ｆ））。この転写によって、ＰＢＮ基板２０の主面にシリコン膜１２が形成されたＰＢＮ複合基板が得られる（図１（Ｇ））。なお、シリコン薄膜の剥離のための外部からの衝撃付与の手法としては種々のものがあり得るが、本実施例では貼り合わせ基板を加熱をすることなく、イオン注入領域１１近傍にウォータージェットを噴射することで実行している。
【００２１】
このようにして得られたＰＢＮ複合基板３０を、図２（Ａ）に図示したようにダイシングして所望のサイズのチップとし、シリコン膜１２側に高融点金属をメタライズして配線材料を接続する（図２（Ｂ））。
【００２２】
以上説明したように、本発明では、ＰＢＮ基板の表面にシリコン膜を低温プロセスの貼り合わせ法で形成することとしたので、ＰＢＮ基板表面の濡れ性が向上して各種回路等との接続が容易なＰＢＮ複合基板が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、ＰＢＮ材料表面の金属との濡れ性を改善し、その使用用途を拡大する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のＰＢＮ複合基板の製造方法のプロセス例を説明するための図である。
【図２】ＰＢＮ複合基板に配線材料を接続する例を図示した図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  シリコン基板
１１  イオン注入領域
１２  シリコン薄膜
１３  単結晶シリコンのバルク
１４  高融点金属
１５  配線材料
２０  ＰＢＮ基板
３０  ＰＢＮ複合基板
【図１】
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【図２】
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