JP6154290B2 - Composite board - Google Patents
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Description
本発明は、機能層を有する複合基板に関する。 The present invention relates to a composite substrate having a functional layer.
近年、異種材料からなる基板が接合された複合基板が開発されている。このような複合基板は、少なくとも一方の基板に機能素子を作りこむことを想定している。 In recent years, composite substrates in which substrates made of different materials are bonded have been developed. Such a composite substrate assumes that a functional element is formed on at least one substrate.
複合基板の一例としてSOS(Silicon On Sapphire)構造がある。このSOS構造を
形成する方法として、例えば特許文献1に記載された技術が知られている。特許文献1に記載された技術によれば、平板サファイア基板の全面にシリコン層をエピタキシャル成長させた複合基板を得ることができる。
An example of the composite substrate is an SOS (Silicon On Sapphire) structure. As a method for forming this SOS structure, for example, a technique described in
しかし、特許文献1に記載されたSOS構造の複合基板は、取扱いの際に外部衝撃を受けて破損しやすく、機能層であるシリコン層に損傷が及び、生産性が低くなる虞があった。また、機能素子を作りこむ際に洗浄液、レジスト等をシリコン層上に均一に保持することができず、歩留まりが低くなる虞があった。
However, the composite substrate having the SOS structure described in
本発明は、上述の事情のもとで考え出されたものであって、生産性および歩留まりの高い複合基板を提供することを目的とする。 The present invention has been conceived under the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a composite substrate having high productivity and high yield.
本発明の複合基板は、中央部と周縁部とを有し、側面視で、前記周縁部は、その上面が前記中央部の上面よりも下側に位置し、その厚みが前記中央部よりも薄くなっているとともに、前記周縁部の上面と前記中央部の側面とのなす角度αが鋭角となっている支持基板と、前記支持基板の前記中央部上に位置する機能層と、を含む。 The composite substrate of the present invention has a central part and a peripheral part, and the peripheral part has an upper surface located below the upper surface of the central part in a side view, and a thickness thereof is larger than that of the central part. And a support substrate that is thin and has an acute angle α formed between the upper surface of the peripheral portion and the side surface of the central portion, and a functional layer positioned on the central portion of the support substrate.
本発明によれば、外部衝撃からの機能層の損傷を抑制することで生産性が高く、かつ、歩留まりの高い複合基板を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a composite substrate with high productivity and high yield by suppressing damage to the functional layer from external impact.
<複合基板の第1の実施形態>
本発明の複合基板の実施形態の一例である複合基板1について図面を参照しつつ、説明する。図1に示した複合基板1は、支持基板10と、機能層20とを含んで構成されている。
<First Embodiment of Composite Substrate>
A
支持基板10は、上部に位置する機能層20を保持することができれば種類は特に限定されず、半導体基板、圧電基板、単結晶基板、樹脂基板、ガラス基板等を用いることができる。本実施形態では、絶縁性材料である単結晶基板を用いた例で説明する。具体的には、酸化アルミニウム単結晶(以下、「サファイア」とする)によって形成されている。
The type of the
支持基板10は、中央に位置する中央部11とその周縁に位置する周縁部12とを有する。そして、周縁部12は中央部11を囲むように配置されている。ここで、「中央」とは、中央部11と周縁部12との相対的な位置関係を示すものであり、支持基板10全体に対する絶対的な位置関係を示すものではない。すなわち、支持基板10の「中心」と中央部11の「中心」とは必ずしも一致する必要はない。
The
周縁部12は、その上面12aが中央部11の上面11aに比べて下側に位置している。この例では、中央部11の下面11bと周縁部12の下面12bとは揃えて配置され、同一平面に位置している。また、周縁部12における支持基板10の厚みd2は、中央部11における厚みd1に比べて薄くなっている。中央部11における厚みd1は、上部に位置する機能層20を支持できれば特に限定はされないが、例えば600μm〜650μm程度とすればよい。周縁部12における厚みd2は、例えばd1−d2>10μm程度とすればよい。なお、支持基板10は欠けを防ぐために外周部が面取りされていることがある。その場合には、周縁部12の厚みd2としては、互いに平行な上面12aと下面12bとの間で測定するものとする。同様に、中央部11の厚みd1は、互いに平行な上面11aと下面11bとの間で測定するものとする。
The
また、支持基板10の中央部11の側面と周縁部12の上面12aとでなす角度αが鋭角となっている。言い換えると、中央部11の下面11bは上面11aよりも面積が広く、中央部11の側面は、上面11aから周縁部12の上面12aに向けて広がるように傾斜面を形成している。なお、図1に示す例では、支持基板10を断面視したときに、中央部11の断面形状を台形としたが、これに限定されない。例えば、中央部11の上面11aの端部11eから周縁部12の上面12aのうち中央部11に近い側の端部12eを結ぶ線は、直線に限定されず、上に凸または下に凸の曲線であってもよい。角度αは鋭角となっていれば特に限定されないが、例えば10°〜45°とすればよい。
Further, an angle α formed between the side surface of the
なお、通常、角度αは、支持基板10を断面視したときに、中央部11の上面11aの端部11eから周縁部12の上面12aの端部12eを結ぶ直線を求め、その直線と、周縁部12の上面12aの延長線とでなす角度を求める。ただし、端部11eから端部12eを結ぶ線が、曲線であったり、屈折部を有する線であったりする場合には、この限りではない。曲線となっている場合には、この曲線の端部12e近傍における接線と、周縁部12の上面12aの延長線とでなす角度を角度αとする。屈折部を有する線の場合には、最も端部12eに近い屈折部と端部12eとを結ぶ線と、周縁部12の上面12aの延長線とでなす角度を角度αとする。
In general, the angle α is a straight line connecting the end portion 11e of the upper surface 11a of the
この支持基板10の中央部11の上面11aには、機能層20が支持されて、貼り合わされている。この例では、機能層20は、中央部11の上面11a全面を被覆するように配置されている。言い換えると、中央部11の上面11aと機能層20の下面とは揃えて配置されている。この機能層20の厚みとしては、例えば50〜300〔nm〕の範囲が挙げられる。
The
機能層20は、例えば半導体素子を作り込むなどして、所望の機能を備えることができ、所望の機能により種々の材料を選択できる。例えば支持基板10と反対の極性の熱膨張係数を有する材料を選択し温度補償膜としてもよいし、誘電体材料や圧電材料を選択して所望の電気特性を有する素子を形成してもよいし、光学特性を調整できる材料を選択し所望の光学特性を有する素子を形成してもよい。この例では、半導体材料を選択し、半導体素子として機能する素子機能部を一部に形成するものである。本例では、機能層20としてシリコン単結晶を採用している。
The
そして、支持基板10と機能層20とを貼り合わせることで、支持基板10上に機能層20を配置させる。支持基板10と機能層20とを貼り合わせる方法としては、貼り合わせる面の表面を活性化して接合する方法、および静電気力を利用して接合する方法が挙げられる。表面を活性化する方法としては、例えば真空中でイオンビームを照射して表面をエッチングして活性化する方法などが挙げられる。この接合は常温で行うことが好ましい。この接合に際しては、樹脂系などの接着剤を使用しない方法が採用され、原子間力などを利用した固相接合(Solid State Bonding)によって接合される。
And the
なお、この貼り合せ工程は、中央部11と周縁部12とを有する支持基板10と機能層20とを貼り合せてもよいし、支持基板10となる平板状の支持基体と機能層20とを貼り合わせた後に、機能層20と接合されている側の主面(上面)の周縁において厚みを薄くすることで、支持基体を中央部11と周縁部12とを有する支持基板10に加工してもよい。
In this bonding step, the
このように、支持基板10と機能層20とを貼り合わせることにより、支持基板10と機能層20との間において不純物の介在を抑制することができ、高品質な複合基板1とすることができる。また、機能層20に熱伝導率の高いサファイアからなる支持基板10が直接接合されていることにより、放熱性の高い複合基板1とすることができる。さらに、機能層20として高い結晶性を有するシリコン単結晶を用いることができるので、支持基板10上に格子定数の異なる機能層をエピタキシャル成長させる場合に比べ、機能層20の品質を高めることができる。
In this manner, by bonding the
支持基体に周縁部12を形成する方法としては、例えば、フォトマスクを利用して部分的に除去したり、マスクを利用して所望の部分をエッチングしたり、機械的に除去したりする方法が挙げられる。エッチングとしては、化学的な方法、およびイオンビームなどの物理的な方法が挙げられる。また、マスクとしては、例えばメタルマスクおよびフォトマスクなどがあり、エッチングの方法に応じて適宜選択される。
As a method of forming the
ここで、角度αは、周縁部12を形成する際に所望の角度となるように調整することができる。例えば、支持基体の機能層20との接合面側からエッチングで周縁部12を形成して支持基板10を形成する場合には、いわゆるレジスト(フォトマスク)後退法といわれる手法を用いて所望の角度αを形成してもよい。この方法は、フォトマスクの端部を特に早くエッチングすることで、マスクの後退現象を利用したテーパー形状の形成が可能である。この場合には、エッチング条件を適宜設定することで所望の角度に調整可能となる。また、フォトマスク自体を予めテーパー形状とし、このフォトマスクのテーパー形状の角度を適宜調整することで、支持基板10の中央部11の側面で形成されるテーパー角度も制御することもできる。
Here, the angle α can be adjusted to a desired angle when the
また、支持基体の機能層20との接合面側から機械的に一部を除去して周縁部12を形成して支持基板10を形成する場合には、研削砥石の加工する角度を調整することで、角度のテーパーの角度(角度α)の調整が可能である。
Also, when forming the
このようにして、支持基板10の中央部11の上面11a上に機能層20が被覆する複合基板1を製造することができる。
In this way, the
上述の複合基板1は、半導体素子として機能する素子機能部が形成される機能層20が配置されている中央部11に比べ、周縁部12の厚みを薄くしている。このような構成により、複合基板1に外部から衝撃が加えられたとしても、周縁部12が衝撃を緩和し、機能層20へ衝撃による応力が加わることを抑制することができ、その結果、生産性の高いものとすることができる。言い換えると、機能層20が配置されている中央部11に比べ、敢えて強度の低い機能層20が配置されていない周縁部12を設けることにより、例え外部からの衝撃により周縁部12が破損したとしても、半導体素子が形成される機能層20を外部衝撃によるダメージから守ることができる。
In the
なお、支持基板10の中央部11の上面11aと機能層20とが直接接合されている。この場合には、支持基板10と機能層20の間に緩衝層が存在しないため、特に外部からの衝撃による応力から機能層20だけでなく支持基板10をも保護する必要性が高まる。このような事情により、周縁部12が重要となる。
The upper surface 11a of the
さらに、中央部11の側面と周縁部12の上面12aとでなす角度αが鋭角となっている。
Furthermore, the angle α formed between the side surface of the
このため、機能層20に機能素子を作りこむために機能層20にレジストをスピンコートにより塗布する際に、周縁部12での表面張力が減少し、レジストの濡れ性が向上して機能層20の外縁部においてレジスト厚みが増大することを抑制することができる。すなわち、均一な厚みのレジストを保持することができる。これらにより、機能層20に精度よく機能素子を作りこむことができるものとなる。
For this reason, when a resist is applied to the
また、レジストを形成したのちにベークを行なうなどして加熱されたときに、レジストの端部において特に強い応力がかかるが、機能層20よりも強度の高い支持基板10の中央部11の側面で応力を段階的に緩和させることで、機能層20に意図せぬ熱応力が加わることを抑制することができる。
Further, when the resist is formed and heated by baking or the like, particularly strong stress is applied to the end portion of the resist, but the side surface of the
さらに、レジストの剥離、機能層20の洗浄等において、支持基板10の中央部11の側面で残渣、パーティクル等を機能層20の外側に導くことができる。
Furthermore, residues, particles, and the like can be guided to the outside of the
また、本例において、支持基板10は親水性材料であるサファイアからなり、機能層20は撥水性材料であるシリコンからなる。このような構成によれば、例えば純水や水溶液で機能層20を洗浄したり、エッチング等の目的により水溶液を機能層20に接触させたりする場合に、周縁部12において純水や水溶液を保持し半導体層20に安定して接触させることができる。
In this example, the
<複合基板の第1の実施形態の変形例>
本発明の複合基板の実施形態の一例である複合基板1の変形例について説明する。
<Modification of First Embodiment of Composite Substrate>
A modification of the
図1に示す複合基板1において、周縁部12の上面12aの算術平均粗さを、中央部11の上面11aの算術平均粗さに比べて大きくすることが好ましい。中央部11の上面11aとは、機能層20が被覆された領域をさすものとする。
In the
このような構成にすることにより、外部からの衝撃による応力を周縁部12の上面12aで緩和することができる。すなわち、周縁部12の上面12aを破壊起点とすることにより、機能層20が被覆する中央部11の上面11aに外部からの衝撃による応力が集中
することを抑制することができ、機能層20を外部衝撃から保護することができる。
By adopting such a configuration, stress due to external impact can be relaxed on the
<複合基板の第2の実施形態>
本発明の複合基板の実施形態の一例である複合基板1Aについて、図2を用いて説明する。複合基板1Aは、中央部11Aおよび周縁部12Aを有する支持基板10Aと機能層20Aとを備える。複合基板1Aは、複合基板1と比べると、機能層20Aの形状が異なる。以下、異なる点についてのみ説明し、重複する説明を省略する。
<Second Embodiment of Composite Substrate>
A composite substrate 1A which is an example of an embodiment of a composite substrate of the present invention will be described with reference to FIG. The composite substrate 1A includes a
機能層20Aは、上面視で中央部11Aの外縁よりも内側に位置している。言い換えると、支持基板10Aの中央部11Aの上面11Aaは、機能層20Aが位置している被覆領域11xと、機能層20Aから露出する露出領域11yとを有する。さらに言い換えると、厚み方向における断面視において、中央部11Aの側面と機能層20Aの側面とをずらして配置している。
The
このように、平面視で被覆領域11xの周囲に露出領域11yを配置することにより、中央部11Aの側面と機能層20Aの側面とをずらして配置できるので、外部からの応力による、中央部11Aの被覆領域11xと機能層20Aとの剥離を抑制することができる。
In this way, by arranging the exposed region 11y around the
このような露出領域11yは、例えば、支持基板10A上に機能層20Aを配置した後に、機能層20Aの外周部を除去して形成してもよいし、予め中央部11Aに比べ小さい機能層20Aを用意して中央部11A上の中央付近に配置することで形成してもよい。
Such an exposed region 11y may be formed by, for example, removing the outer peripheral portion of the
なお、複合基板1Aを形成する様々な工程で機能層20Aの周縁領域(外周部)はダメージを受ける恐れがある。そこで、機能層20Aの外周部を除去することで露出領域11yを形成すれば、ダメージを受けた虞のある領域を除去することができるので、機能層20Aの品質を高めることとなる。
Note that the peripheral region (outer peripheral portion) of the
さらに、外部から応力が加わった場合、中央部11Aの側面と周縁部12Aの上面12Aaとで形成されるテーパー部に応力が集中するため、機能層20をテーパー部から離して配置することによって機能層20Aが支持基板10から剥離することを抑制することができる。特に、本実施形態では露出領域11yを有することから、テーパー部から機能層20Aを隔離することができる。このような構成により、機能層20Aの剥離をさらに抑制することができ、信頼性を高めることができる。
Further, when stress is applied from the outside, the stress is concentrated on the tapered portion formed by the side surface of the
<複合基板1Aの変形例>
次に、複合基板1Aの変形例について説明する。
<Modified example of composite substrate 1A>
Next, a modified example of the composite substrate 1A will be described.
図2に示す複合基板1Aにおいて、周縁部12Aの上面12Aaの算術平均粗さを、中央部11Aの露出領域11yの算術平均粗さに比べて大きくすることが好ましい。
In the composite substrate 1A shown in FIG. 2, it is preferable that the arithmetic average roughness of the upper surface 12Aa of the
このような構成とすることで、外部からの衝撃による応力を周縁部12Aの上面12Aaで緩和することができる。すなわち、周縁部12Aの上面12Aaを破壊起点とすることにより、機能層20Aが被覆する中央部11Aの被覆領域11xに外部からの衝撃による応力が集中することを抑制することができ、機能層20Aを外部衝撃から保護することができる。
With such a configuration, it is possible to relieve stress due to external impact on the upper surface 12Aa of the
なお、このように中央部11Aの露出領域11yと周縁部12Aの上面12Aaとの算術平均粗さを変えるためには、例えば、周縁部12Aの上面12Aaにおいてスパッタリングを行なったり、ブラスト加工のような機械的な加工を加えたりすればよい。その際に
、露出領域11yにマスク等を配置して保護してもよい。また、支持基体を加工して周縁部12Aを形成する場合には、エッチング等の条件を適宜調整して、周縁部12の形成と同時にその表面(上面)12aを荒らすように加工してもよい。
In order to change the arithmetic average roughness between the exposed region 11y of the
<複合基板1,1Aの変形例>
次に、複合基板1,1Aの変形例である複合基板1Bについて図3を用いて説明する。ここでは、複合基板1Aの構成を例に説明する。
<Modified example of
Next, a composite substrate 1B, which is a modification of the
複合基板1Bは、中央部11Bおよび周縁部12Bを有する支持基板10Bと機能層20Bとを備える。支持基板10Bの中央部11Bの上面11Baは、機能層20Bが位置している被覆領域11Bxと、機能層20Bから露出する露出領域11Byとを有する。そして、機能層20Bの側面は傾斜面となっている。ここで、機能層20Bの側面と中央部11Bの上面11Baとのなす角度を角度βとする。
The composite substrate 1B includes a
なお、厚み方向における断面視で、機能層20Bの上端部20Bxと下端部20Byを結ぶ線は、直線に限定されず、上に凸または下に凸の曲線であってもよい。また、屈折部を有する線であってもよい。
In addition, the line connecting the upper end portion 20Bx and the lower end portion 20By of the
なお、通常、角度βは、断面視したときに、上端部20Bxと下端部20Byとを結ぶ直線を求め、その直線と、中央部11の上面11Baとでなす角度を求める。ただし、上端部20Bxと下端部20Byとを結ぶ線が、曲線であったり、屈折部を有する線であったりする場合には、この限りではない。曲線となっている場合には、この曲線の下端部20By近傍における接線と、中央部11の上面11Baとでなす角度を角度βとする。屈折部を有する線の場合には、最も下端部20Byに近い屈折部と下端部20Byとを結ぶ線と、中央部11の上面11Baとでなす角度を角度βとする。
In general, the angle β is a straight line connecting the upper end portion 20Bx and the lower end portion 20By when viewed in cross section, and an angle formed by the straight line and the upper surface 11Ba of the
ここで角度βを鋭角としてもよい。その場合には、機能層20Bの周縁部においてレジストの厚みが厚くなることを抑制することができる。フォトプロセスにおいてスピンコートなどによるレジスト塗布時に、露出領域11By,周縁部12での表面張力が減少し、レジストの濡れ性が向上するからである。これにより正確な加工を容易に行なうことのできる、生産性に優れた複合基板1Bを提供することができる。また、機能層20Bの上面周縁部(上端部20Bx)は他の物体と接触しにくくなるとともに、仮に接触したとしても鈍角となっているため欠けが生じにくい構成とすることができる。
Here, the angle β may be an acute angle. In that case, it can suppress that the resist thickness becomes thick in the peripheral part of the
また、角度βが鋭角であり、かつ、角度αよりも大きい場合には、機能層20Bの外縁(上端部20Bx)から側面を辿り支持基板10Bまで円弧を描くようにスムーズにつながることとなり、機能層20Bから残渣やパーティクル等を複合基板1Bの外部に導くことができる。
Further, when the angle β is an acute angle and larger than the angle α, the
一方、角度βが鋭角であり、かつ、かつ角度αよりも小さい場合には、支持基板10Bよりも膜厚の薄い機能層20Bのテーパーを緩やかにすることにより支持基板10Bに対する端部の密着強度を高め、機能層20Bの剥離を抑制することができる。また、機能層20Bから支持基板10Bに向かって角度を段階的に大きくすることで、レジストや洗浄液の濡れ性が向上し、厚みの均一なレジストの保持や、洗浄液の残渣によるパーティクル発生などを抑制できるものとなる。このような角度βとしては、例えば5°〜40°とすればよい。
On the other hand, when the angle β is an acute angle and smaller than the angle α, the adhesion strength of the end with respect to the
このような角度βを有する機能層20Bのエッジが上面視で、中央部11Bの端部11Beよりも内側に位置していることより、外部から応力が加わった場合に、テーパー部に応力が集中するため、機能層20Bをテーパー部から離して配置することによって機能層
20が支持基板10から剥離することを抑制できる。
Since the edge of the
さらに、機能層20Bの側面の算術平均粗さRaを、支持基板10Bの露出領域11Byの算術平均粗さRaよりも大きく、周縁部12Bの上面の算術平均粗さRaよりも小さくすることが好ましい。
Furthermore, the arithmetic average roughness Ra of the side surface of the
機能層20Bの側面の算術平均粗さRaを露出領域11ByのRaよりも大きくすることで、機能層20Bにレジストを塗布する際に、剥離しやすい端部においてアンカー効果により確実にレジストを保持することができ、正確な加工を容易に行なうことが可能となる。また、機能層20Bの側面の算術平均粗さRaを周縁部12Bの上面のRaよりも小さくすることで、機能層20Bの側面に集まった洗浄液が支持基板10B側へと流れやすくなり、残渣やパーティクルをスムーズに機能層20Bの外側に導くことができる。これにより、洗浄液の残渣によるパーティクルの発生を抑制することができる。特に、支持基板10Bが親水性のサファイアで、機能層20Bが疎水性のシリコンからなる場合には、機能層20Bの加工、洗浄工程において、支持基板10Bで保持した洗浄水等の液体を、機能層20Bの上端部まで液体を接触させることが可能となる。機能層20Bの側面の算術平均粗さRaが小さいので溶液の接触面積を大きくとることができるからである。ここで、角度βを水の接触角よりも小さくすることにより、前述の溶液を機能層20Bの側面において接触させやすくなるので好ましい。
By making the arithmetic average roughness Ra of the side surface of the
更に機能層20Bの側面のRaが周縁部12Bの上面12BaのRaよりも小さいことから、外部からの応力は周縁部12Bに集中するため、機能層20Bへのダメージが少なく、信頼性の高い複合基板1Bを作製することができる。
Further, since the Ra on the side surface of the
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、図1〜3に示す複合基板(1,1A,1B)は、周縁部(12,12A,12B)は中央部(11,11A,11B)を囲うように配置されているが、中央部11の周縁領域の一部分に配置されていてもよい。 For example, the composite substrates (1, 1A, 1B) shown in FIGS. 1 to 3 are arranged so that the peripheral portions (12, 12A, 12B) surround the central portions (11, 11A, 11B). 11 may be arranged in a part of the peripheral region.
同様に、露出領域11yは被覆領域11xを囲うように配置されているが、被覆領域11xの周縁領域の一部分に配置されていてもよい。
Similarly, the exposed region 11y is disposed so as to surround the
また、支持基板(10,10A,10B)に直接半導体基板を貼り合わせ、半導体基板を所望の厚さになるように薄く加工することで機能層(20,20A,20B)としてもよい。薄く加工する方法としては、砥粒研磨、化学エッチング、イオンビームエッチングなど種々のものが採用でき、複数の方法を組み合わせてもよい。 Alternatively, the functional layer (20, 20A, 20B) may be formed by directly bonding a semiconductor substrate to the support substrate (10, 10A, 10B) and processing the semiconductor substrate to a desired thickness. Various methods such as abrasive polishing, chemical etching, and ion beam etching can be adopted as the thinning method, and a plurality of methods may be combined.
薄く加工する場合、併せて、精密エッチングによって、半導体基板の表面を平らにする加工を採用してもよい。この精密エッチングに用いるエッチング手段としては、例えばドライエッチングが挙げられる。このドライエッチングには、化学的な反応によるものと、物理的な衝突によるものとが含まれる。化学的な反応を利用するものとしては、反応性の気体(ガス)、イオンおよびイオンビーム、ならびにラジカルを利用するものなどが挙げられる。この反応性イオンに使われるエッチングガスとしては、六フッ化硫黄(SF6)、四フッ化炭素(CF4)などが挙げられる。また、物理的な衝突によるものとしては、イオンビームを利用するものが挙げられる。このイオンビームを利用するものには、ガス・クラスタ・イオンビーム(Gas Cluster Ion Beam;GCIB)を用いた方法が含まれている。これらのエッチング手段を用いて狭い領域をエッチングしながら、可動ステージで半導体基板を走査することで、大面積の素材基板であっても良好に精密エッチングをすることができる。さらにウェットエッチングや機械的研磨,メカノケミカル研磨を行なってもよい。 When processing thinly, you may employ | adopt simultaneously the process which makes the surface of a semiconductor substrate flat by precision etching. Examples of the etching means used for this precise etching include dry etching. This dry etching includes a chemical reaction and a physical collision. Examples of utilizing chemical reactions include reactive gases (gas), ions and ion beams, and those utilizing radicals. Examples of the etching gas used for the reactive ions include sulfur hexafluoride (SF 6 ) and carbon tetrafluoride (CF 4 ). Moreover, what uses an ion beam is mentioned as a thing by physical collision. One using this ion beam includes a method using a gas cluster ion beam (GCIB). By scanning a semiconductor substrate with a movable stage while etching a narrow region using these etching means, accurate etching can be performed satisfactorily even for a large-area material substrate. Further, wet etching, mechanical polishing, or mechanochemical polishing may be performed.
ここで、半導体基板として少なくとも支持基板に接合される側の一定領域においてドーパントの濃度分布を有するものを用いて、半導体基板を機械研削により薄層化した後に、等方性の鏡面エッチングを行ない、その後に、ドーパント濃度に対して選択性を有するエッチングにより所望の厚みの機能層(20,20A,20B)を得ることが好ましい。選択性を有するエッチングを用いる例としては、以下の工程を例示できる。すなわち、まず、半導体基板として、支持基板と接合される側から反対側の主面に向けてドーパント濃度が増加する領域(以下、第1領域という)を予め形成しておく。そして支持基板との接合後に第1基板を薄層化して機能層とするときに、選択エッチングのエッチャントとして、ドーパントの濃度がある閾値以下となるとエッチング速度が著しく低下するものを用いればよい。このようなエッチャントとして、例えば半導体基板としてSi基板を用い、ドーパントとしてボロン(B)を用いる場合には、フッ酸,硝酸,酢酸の混合液を例示することができる。この半導体基板とエッチャントとを用いることで、半導体基板の厚みの途中で(第1領域の厚みの途中で)選択エッチングによるエッチングレートが低下し、第1領域の一部をエッチングストップ層として機能させることができる。半導体基板中における第1領域の厚み位置、第1領域におけるドーパント濃度分布を適宜調整することで、所望の厚み位置まで薄層化することが可能となる。 Here, using a semiconductor substrate having a dopant concentration distribution at least in a certain region to be bonded to the support substrate, the semiconductor substrate is thinned by mechanical grinding, and then isotropic mirror etching is performed. Thereafter, it is preferable to obtain a functional layer (20, 20A, 20B) having a desired thickness by etching having selectivity with respect to the dopant concentration. The following steps can be exemplified as examples using selective etching. That is, first, as a semiconductor substrate, a region (hereinafter referred to as a first region) in which the dopant concentration increases from the side bonded to the support substrate to the opposite main surface is formed in advance. Then, when the first substrate is thinned to be a functional layer after bonding to the support substrate, an etchant for selective etching whose etching rate is remarkably reduced when the dopant concentration falls below a certain threshold may be used. As such an etchant, for example, when a Si substrate is used as a semiconductor substrate and boron (B) is used as a dopant, a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid can be exemplified. By using the semiconductor substrate and the etchant, the etching rate by selective etching is reduced in the middle of the thickness of the semiconductor substrate (in the middle of the thickness of the first region), and a part of the first region is caused to function as an etching stop layer. be able to. By appropriately adjusting the thickness position of the first region and the dopant concentration distribution in the first region in the semiconductor substrate, it is possible to reduce the thickness to a desired thickness position.
この第1領域に到達するまでの半導体基板の薄層化工程において、機械研削,等方性の鏡面エッチングを行なうことが好ましい。このような順に薄層化を行なうことにより、薄層化にかかる時間およびコストを低減し、生産性を高めるとともに、機能層の上面を平坦なものとすることができる。特に、このように、鏡面エッチング、選択エッチングの順に行なう工程を機能層20Bを形成するときに採用することで、機能層20Bの側面のテーパーを鋭角に、かつ算術平均粗さRaを小さくすることができるとともに、機能層20Bの上面のRaも小さくすることができる。
In the thinning process of the semiconductor substrate until reaching the first region, it is preferable to perform mechanical grinding and isotropic mirror etching. By thinning in this order, the time and cost for thinning can be reduced, productivity can be improved, and the upper surface of the functional layer can be made flat. In particular, by adopting the steps of mirror etching and selective etching in this order when forming the
図4に、鏡面エッチングと選択エッチングとをこの順に行なった場合と、選択エッチングのみを行なった場合との機能層20Bの外周部における形状を触針式表面形状測定器(デックタック)にて測定した結果を示す。図4からも明らかなように、鏡面エッチングと選択エッチングとをこの順に行なことで、マスク等を用いなくても、角度βを鋭角とすることができ、かつ、機能層20Bの側面の算術平均粗さRaを小さくすることができることを確認した。
In FIG. 4, the shape of the outer peripheral portion of the
選択エッチングのみの場合には、機能層20Bの外周部付近においてエッチング液の濃度、エッチング液の流れが不均一となり、その結果外周部付近におけるエッチング速度の制御が困難になることが予想される。具体的には外周部におけるエッチング速度が低下する傾向があった。これに対して、予め鏡面エッチングにより機能層20Bの外周部のエッチングを積極的に進めておくことで、その後の選択エッチングを経ても所望の形状を有する機能層20Bを提供することができることを確認できた。
In the case of only selective etching, it is expected that the concentration of the etching solution and the flow of the etching solution are not uniform near the outer periphery of the
1,1A,1B・・・複合基板
10,10A,10B・・・支持基板
10a・・・上面
11,11A,11B・・・中央部
11x・・・露出領域
11y・・・被覆領域
12,12A,12B・・・周縁部
20,20A,20B・・・機能層
1, 1A, 1B ...
Claims (4)
前記支持基板の前記中央部上に位置する機能層と、を含み、
前記機能層は、上面視で、前記支持基板の前記中央部の上面の外縁よりも内側に位置するとともに、
前記機能層の側面の算術平均粗さは、前記支持基板の前記中央部の上面のうち、前記機能層から露出する領域の算術平均粗さよりも大きく、前記周縁部の上面の算術平均粗さよりもよりも小さい
複合基板。 The peripheral portion has a central portion and a peripheral portion, and in the side view, the peripheral portion is located on the lower side of the upper surface of the central portion, the thickness thereof is thinner than the central portion, A support substrate in which an angle α formed between the upper surface of the peripheral portion and the side surface of the central portion is an acute angle;
See containing and a functional layer disposed on the central portion of the supporting substrate,
The functional layer is located inside the outer edge of the upper surface of the central portion of the support substrate in a top view,
The arithmetic average roughness of the side surface of the functional layer is larger than the arithmetic average roughness of the region exposed from the functional layer in the upper surface of the central portion of the support substrate, and is larger than the arithmetic average roughness of the upper surface of the peripheral portion. Smaller than
Double if the substrate.
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