(57)【要約】      （修正有）【課題】炭化ケイ素焼結体の密度が比較的高い場合であっても、炭化ケイ素焼結体の内部にシリコンを十分に含浸させることができる貼り合わせ基板用支持基板の製造方法を提供する。【解決手段】貼り合わせ基板用支持基板（支持基板）の製造方法は、ケイ素を含浸させるための含浸導入部を炭化ケイ素焼結体に設けるステップＳ１と、少なくとも炭化ケイ素を含むスラリー層を炭化ケイ素焼結体の外面に形成するステップＳ２と、スラリー層を形成した炭化ケイ素焼結体に溶融シリコンを含浸させるステップＳ３と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶体からなる単結晶ウエハと貼り合わせされることによって貼り合わせ基板となる、貼り合わせ基板用支持基板の製造方法であって、
ケイ素を含浸させるための含浸導入部を炭化ケイ素焼結体に設けるステップと、
少なくとも炭化ケイ素を含むスラリー層を前記炭化ケイ素焼結体の外面に形成するステップと、
前記スラリー層を形成した炭化ケイ素焼結体に溶融シリコンを含浸させるステップと、を備える、貼り合わせ基板用支持基板の製造方法。
【請求項２】
前記スラリー層を前記炭化ケイ素焼結体の外面に形成するステップの前に、粉体の炭化ケイ素、水、分散剤、可塑剤及び固着剤を混合することによってスラリーを生成するステップを備える、請求項１に記載の貼り合わせ基板用支持基板の製造方法。
【請求項３】
前記炭化ケイ素焼結体に溶融シリコンを含浸させるステップの後に、
前記溶融シリコンを冷却固化するステップと、
前記炭化ケイ素の表面を研磨して前記単結晶ウエハとの接合面を形成するステップと、を備える、請求項１又は請求項２に記載の貼り合わせ基板用支持基板の製造方法。
【請求項４】
単結晶からなる単結晶ウエハに貼り合わされる支持基板であって、
前記支持基板は、複数の空隙を有する炭化ケイ素焼結体と、前記空隙に充填されたシリコンと、を備え、
前記炭化ケイ素焼結体の密度は、２．６ｇ／ｃｍ３以上３．０ｇ／ｃｍ３以下である、貼り合わせ基板用支持基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶体からなる単結晶ウエハと貼り合わせされることによって貼り合わせ基板となる、貼り合わせ基板用支持基板の製造方法及び、貼り合わせ基板用支持基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、次世代のＬＥＤデバイス、パワーデバイス、高周波デバイス等の半導体デバイス用基板として、単結晶からなる単結晶ウエハが広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。この単結晶ウエハは、優れた特性を有する一方で、製造方法が複雑で高コストであるという問題があったため、近年は、薄膜状の単結晶ウエハと支持基板とを貼り合わせることによって構成される貼り合わせ基板が開発されている。支持基板としては、例えば、ホットプレスによって成形された炭化ケイ素焼結体が用いられる。
【０００３】
しかしながら、ホットプレスによって成形された炭化ケイ素焼結体には、ポア・ボイドなどの欠陥が必ず含まれる。このポア・ボイドなどは、炭化ケイ素焼結体の表面に形成された凹部やその内部に形成された空洞であり、炭化ケイ素焼結体の表面を研磨しても凹部や空洞が完全に消失せず、平滑面が得られないことがある。このような問題に鑑みて、炭化ケイ素焼結体にシリコンを含浸させることによって、炭化ケイ素焼結体の表面を滑らかにすることが行われている（例えば、特許文献２参照）。更に、炭化ケイ素焼結体へのシリコンの含浸を促進するために、炭化ケイ素焼結体の表面に炭素繊維を貼付し、この炭化ケイ素焼結体にシリコンを含浸させることによって、ポア・ボイドなどを低減することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−８４７２号公報
【特許文献２】特開２００７−２８３４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の方法においては、炭化ケイ素焼結体の密度が比較的低い場合（例えば、密度２．６ｇ／ｃｍ３未満）にはシリコンが含浸するが、比較的場合（例えば、密度２．６ｇ／ｃｍ３以上）には十分にシリコンが含浸しないことがあった。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、炭化ケイ素焼結体の密度が比較的高い場合（例えば、密度２．６ｇ／ｃｍ３以上）であっても、炭化ケイ素焼結体の内部にシリコンを十分に含浸させることができる貼り合わせ基板用支持基板の製造方法、及び貼り合わせ基板用支持基板を提供することを例示的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の例示的な側面としての貼り合わせ基板用支持基板（支持基板３）の製造方法は、単結晶体からなる単結晶ウエハ（単結晶ウエハ５）と貼り合わせされることによって貼り合わせ基板となる、貼り合わせ基板用支持基板の製造方法であって、ケイ素（シリコン２７）を含浸させるための含浸導入部（炭素繊維２８）を炭化ケイ素焼結体（炭化ケイ素結晶体２１）に設けるステップ（Ｓ１）と、少なくとも炭化ケイ素を含むスラリー層（スラリー層３０）を炭化ケイ素焼結体の外面に形成するステップ（Ｓ２）と、スラリー層を形成した炭化ケイ素焼結体に溶融シリコンを含浸させるステップ（Ｓ３）と、を備える。
【０００８】
また、本発明に係る貼り合わせ基板用支持基板の製造方法は、少なくとも炭化ケイ素を含むスラリー層を炭化ケイ素焼結体の外面に形成するステップの前に、粉体の炭化ケイ素、水、分散剤、可塑剤及び固着剤を混合することによってスラリーを生成するステップを備えるように構成してもよい。
【０００９】
本発明に係る貼り合わせ基板用支持基板の製造方法は、炭化ケイ素焼結体に溶融シリコンを含浸させるステップの後に、溶融シリコンを冷却固化するステップと、炭化ケイ素の表面を研磨して単結晶ウエハとの接合面を形成するステップと、を備えるように構成してもよい。
【００１０】
また、本発明の他の例示的側面としての貼り合わせ基板用支持基板は、単結晶からなる単結晶ウエハに貼り合わされる支持基板であって、支持基板は、複数の空隙を有する炭化ケイ素焼結体と、空隙に充填されたシリコンと、を備え、炭化ケイ素焼結体の密度は、２．６ｇ／ｃｍ３以上３．０ｇ／ｃｍ３以下である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、炭化ケイ素焼結体の密度が比較的高い場合（例えば、密度２．６ｇ／ｃｍ３以上）であっても、炭化ケイ素焼結体の内部にシリコンを十分に含浸させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態に係る貼り合わせ基板の斜視図である。
【図２】本実施の形態に係る貼り合わせ基板用支持基板の斜視図である。
【図３】本実施の形態に係る貼り合わせ基板用支持基板の製造工程を模式的に示す断面図である。
【図４】本実施の形態に係る支持基板の製造工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態に係る、貼り合わせ基板用支持基板の詳細を図面に基づいて説明する。具体的には、（１）貼り合わせ基板の全体構成、（２）貼り合わせ基板用支持基板の製造工程、（３）作用効果、について説明する。図面は模式的なものであり、各材料層の厚みやその比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００１４】
（１）貼り合わせ基板の全体構成
まず、貼り合わせ基板１の全体構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は、貼り合わせ基板１の斜視図であり、図２は図１に示す支持基板３の斜視図である。貼り合わせ基板１は、略円盤状に形成されており、下側に配置された支持基板３と、支持基板３の上面に貼り合わされた単結晶ウエハ５と、を有する。
【００１５】
単結晶ウエハ５は、単結晶からなる単結晶ウエハである。具体的には、Ｓｉ，ＳｉＣ，ＧａＮ，ＡｌＮなどの単結晶からなる。この単結晶ウエハ５は、支持基板３とは別途に作製される。この単結晶ウエハ５と支持基板３とを接着剤等によって貼り合わせることにより、貼り合わせ基板１が形成される。
【００１６】
支持基板３は、図２に示すように、円盤状に形成されている。支持基板３は、上面側に形成された単結晶ウエハ５との接合面６と、接合面６の反対側に位置する裏面９と、接合面６と裏面９とをつなぐ側面１１とからなる。また、支持基板３は、複数の連通した空隙である凹部２３や空洞２５を有する炭化ケイ素焼結体２１と、空隙に充填されたシリコン２７とを備える。この接合面６は、単結晶ウエハ５に接着剤等によって接合される面であり、研磨によって算術平均粗さＲａが１ｎｍ以下の平滑面３１（図３参照）に形成される。単結晶ウエハ５と支持基板３とを貼りあわすことによって要求される厚みや強度を確保することができる。
【００１７】
（２）支持基板３の製造工程
次いで、支持基板３の製造工程について図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施形態に係る支持基板３の製造工程を示す断面図であり、（ａ）は処理前における炭化ケイ素焼結体の断面図、（ｂ）は含浸導入部を設けた状態の炭化ケイ素焼結体の断面図、（ｃ）はシリコン層を形成した状態の炭化ケイ素焼結体の断面図、（ｄ）は炭化ケイ素焼結体２１の空隙に溶融シリコンを含浸させた状態の炭化ケイ素焼結体の断面図、（ｅ）は表面を研磨して接合面を形成した状態の支持基板の断面図である。図４は、支持基板の製造工程を示すフローチャートである。
【００１８】
（２−１）炭化ケイ素焼結体の構造
図３（ａ）に示すように、炭化ケイ素焼結体２１には、表面７に凹部２３や内部に空洞２５などの空隙（ポア・ボイドなど）が多数形成されており、この表面７が後述する研磨工程を経て、図２で示した接合面６となる。表面７自体は、研磨されていないため、微細な凹凸が形成されている。前記空洞２５は、図示しない別の部位で表面７に繋がっている。このように、炭化ケイ素焼結体２１は、複数の空隙を有する多孔質体である。炭化ケイ素焼結体２１は、ホットプレス等を用いて製造される。
【００１９】
（２−２）製造工程
まず、炭化ケイ素焼結体に含浸導入部を形成する（ステップ１）。具体的には、炭化ケイ素焼結体２１の表面７に炭素繊維２８を貼付する。図３（ｂ）は、炭素繊維２８を貼付した状態の炭化ケイ素焼結体２１の断面図である。炭素繊維２８は、炭化ケイ素焼結体２１の外面全体（表面７、裏面９及び側面１１）に貼付するのではなく、局所的に貼付する。炭素繊維２８を炭化ケイ素焼結体２１の表面７に貼付することにより、後述する含浸処理の際に溶融シリコンが炭化ケイ素焼結体２１の表面に十分に供給され、シリコン２７の含浸を促進することが可能となる。次いで、炭化ケイ素パウダーを含むスラリー層３０を形成する（ステップ２）。図３（ｃ）は、スラリー層３０を形成した状態の炭化ケイ素焼結体２１である。スラリーは、水を分散媒として、粉体の炭化ケイ素、分解剤、バインダー、可塑剤を添加して製造する。こうして製造したスラリーを炭化ケイ素焼結体２１の表面、裏面及び側面に塗布して、スラリー層３０を形成する。
【００２０】
次いで、炭化ケイ素焼結体２１に貼付した炭素繊維２８を溶融シリコン中に漬浸させて、毛細血管現象を利用して、凹部２３や空洞２５等の隙間に溶融シリコンを含浸させる（ステップ３）。本実施の形態では、黒鉛製の坩堝（図示せず）内にシリコン２７を収容し、坩堝を高温加熱することによって、シリコンを溶融させる。そして、約１４００℃の溶融シリコン内に炭化ケイ素焼結体２１を浸す。炭化ケイ素焼結体２１内の空洞２５は表面７に繋がっているため、空洞２５にも表面７から溶融シリコンが含浸される。これによって、炭化ケイ素焼結体２１中に形成された全ての空隙は、溶融シリコンによって充填される。
【００２１】
次いで、溶融シリコンを冷却固化させる（ステップ４）。溶融シリコンが冷却固化すると、図３（ｄ）に示すように、固化したシリコン２７が空洞２５内に充填すると共に、シリコン２７の一部が表面７から外側に突出して突出部２９が形成される。なお、これにより、本実施形態に係る支持基板３は、空隙にシリコン２７が完全に充填された炭化ケイ素を母材としたＳｉＣ−Ｓｉ複合構造となる。
【００２２】
次いで、図３（ｅ）に示すように、固化したシリコン２７が充填された炭化ケイ素焼結体２１の表面７を研磨すると、平滑な鏡面となり、この平滑面３１が単結晶ウエハ５との接合面６になる。なお、平滑面３１は、シリコン２７の突出部２９を研磨した後の面であり、平滑面３１は、炭化ケイ素焼結体２１自体の表面７を研磨した後の面である。
【００２３】
この研磨方法として、機械研磨、化学研磨または化学機械研磨（ＣＭＰ）等を広く用いることができる。機械研磨は、ＧＣ砥石や、ダイヤモンド等の砥粒を担持した研磨パッドを被加工物と擦り合わせる操作によって機械的に被加工物表面を鏡面状に仕上げる方法である。化学研磨は、研磨液として、被加工物の表面凹凸を除去する化学薬品を用い、被加工物と工具面を擦り合わせる操作によって化学的に被加工物表面を鏡面状に仕上げる方法である。化学機械研磨は、機械研磨と化学研磨との相乗効果を持たせることによって効率を向上させた研磨方法である。このようにして、複数の空隙である凹部２３や空洞２５を有する炭化ケイ素焼結体２１と、空隙に充填されたシリコン２７と、を備えた支持基板３が得られる。
【００２４】
そして、接合面６に接着剤を塗布する等して、支持基板３と単結晶ウエハ５を接合させると、本実施形態に係る、貼り合わせ基板１が形成される。
【００２５】
（３）作用効果
次いで、本実施形態による作用効果を説明する。
本発明の実施形態による支持基板３は、炭化ケイ素焼結体２１に含浸導入部を形成し、かつ炭化ケイ素パウダーを含むスラリー層３０を形成した後に、炭化ケイ素焼結体２１にシリコン２７を含浸させるため、炭化ケイ素焼結体２１へのシリコンの含浸を促進することができ、炭化ケイ素焼結体２１の空隙を十分にシリコンによって充填することができる。炭化ケイ素焼結体２１に含浸導入部を設け、かつスラリー層３０を設けることにより、炭化ケイ素焼結体２１に含浸導入部を設けた後にシリコン２７を含浸する構成と比較して、より深い部分までシリコン２７が充填しやすくなり、従来の炭化ケイ素焼結体よりも大きなサイズであっても、空隙にシリコンを充填することが可能となる。
【００２６】
また、水を分散媒として、粉体の炭化ケイ素、分解剤、バインダー、可塑剤を添加してスラリーを生成することにより、粉体の炭化ケイ素を均一に分散させ、且つ一定の粘性をもつスラリーを生成することができる。このように得られたスラリーを用いることにより、炭化ケイ素焼結体２１の外面や開いたポア・ボイドにスラリー層３０を形成することができる。また、スラリー層３０を構成する粉体の炭化ケイ素の一部は、溶融シリコンに炭化ケイ素焼結体２１を浸した際に溶融シリコン内で流動し、炭化ケイ素が溶融シリコンと共に空隙内に充填される。
【００２７】
更に、炭化ケイ素焼結体２１の溶融シリコンを冷却固化させ、その後に炭化ケイ素焼結体２１の表面７を研磨することにより、単結晶ウエハ５と貼り合わされる接合面６を設ける。このようにして得られる支持基板３は、シリコン２７が充填されて隙間がない状態になるため、表面７を研磨することにより、単結晶ウエハ５との接合面６を、凹凸や空洞等の空隙のない平滑な面に形成することができる。例えば、その表面の算術平均粗さが１ｎｍ以下であると、単結晶ウエハ５に接合される場合に、単結晶ウエハ５と支持基板３との間に隙間が生じにくくなり、接合強度が向上する。更に、その表面の算術平均粗さが１ｎｍ以下であると、例えば、原子間の引力を利用する方法によって、支持基板３と単結晶ウエハ５とを好適に接合できる。すなわち、接着剤を使用しない方法であっても、充分な接合強度を持つ貼り合わせ基板１を形成できる。
【００２８】
また、このような製造方法によれば、炭化ケイ素焼結体の密度が２．６ｇ／ｃｍ３以上３．０ｇ／ｃｍ３以下の場合であっても、シリコンを十分に充填した支持基板３を提供することができる。また、このように密度が比較的高い炭化ケイ素焼結体を用いることにより、シリコンよりも熱伝導率の高い炭化ケイ素の比率を高くすることができるため、支持基板３の熱伝導率を高めることが可能となる。
【００２９】
なお、実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。例えば、本実施の形態では、含浸導入部を形成した後であって、かつスラリー層を形成する前において、スラリーを生成しているが、この構成に限られず、含浸導入部を形成する前にスラリーを生成するように構成してもよい。
【００３０】
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められる。
【符号の説明】
【００３１】
１…貼り合わせ基板、  ３…貼り合わせ基板用支持基板、  ５…単結晶ウエハ層、  ６…接合面、  ９…裏面、  １１…側面、  ２１…炭化ケイ素焼結体、  ２３…凹部、  ２５…空洞、  ２７…シリコン  、２８…炭素繊維、２９…突出部、  ３０…スラリー層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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