特開 2022-141171 炭化ケイ素を備える複合体とその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022141171

(43)【公開日】2022-09-29

(54)【発明の名称】炭化ケイ素を備える複合体とその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20220921BHJP

【ＦＩ】

H01L21/02 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021041360

(22)【出願日】2021-03-15

(71)【出願人】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(72)【発明者】

【氏名】松前 貴司

(72)【発明者】

【氏名】高木 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】梅沢 仁

(72)【発明者】

【氏名】倉島 優一

(72)【発明者】

【氏名】日暮 栄治

(57)【要約】

【課題】接合基材間の効率的な熱伝導および電気伝導が期待できる炭化ケイ素複合体を提供する。
【解決手段】炭化ケイ素複合体は、ケイ素の酸化物層ＳｉＯ_ｘが表面に形成された炭化ケイ素を備える第一基材と、空気中で酸化物が形成される金属（アルカリ金属およびアルカリ土類金属を除く）、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓｂ、およびダイヤモンド中のＣの一種以上である元素Ｍの酸化物層ＭＯ_ｙを表面に備え、ＳｉＯ_ｘ側にＭＯ_ｙ側が面するように第一基材と接合している第二基材とを有し、炭化ケイ素の一部以上のＣがＣ－Ｏ－Ｍ結合することによって、および／または炭化ケイ素の一部以上のＳｉがＳｉ－Ｏ－Ｍ結合することによって、第二基材が第一基材に接合している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上面の少なくとも一部に炭化ケイ素を備える第一基材と、
アルカリ金属およびアルカリ土類金属を除く金属元素、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓｂ、ダイヤモンド中のＣ、ならびに炭化ケイ素中のＣの一種以上である元素Ｍを下面の少なくとも一部に備える第二基材と、
を有し、
前記第一基材の前記上面の炭化ケイ素の一部以上のＣと、前記第二基材の前記下面のＭの一部以上が、Ｃ－Ｏ－Ｍ結合することによって、前記第一基材の前記上面と前記第二基材の前記下面が接合している炭化ケイ素複合体。

【請求項2】

上面の少なくとも一部に炭化ケイ素を備える第一基材と、
アルカリ金属およびアルカリ土類金属を除く金属元素、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓｂ、ダイヤモンド中のＣ、ならびに炭化ケイ素中のＣの一種以上である元素Ｍを下面の少なくとも一部に備える第二基材と、
を有し、
前記第一基材の前記上面の炭化ケイ素の一部以上のＳｉと、前記第二基材の前記下面のＭの一部以上が、Ｓｉ－Ｏ－Ｍ結合することによって、前記第一基材の前記上面と前記第二基材の前記下面が接合している炭化ケイ素複合体。

【請求項3】

上面の少なくとも一部に炭化ケイ素を備える第一基材と、
炭化ケイ素の酸化物から構成され、厚さが２．６ｎｍ以下である中間層と、
アルカリ金属およびアルカリ土類金属を除く金属元素、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓｂ、ダイヤモンド中のＣ、ならびに炭化ケイ素中のＣの一種以上である元素Ｍを下面の少なくとも一部に備える第二基材と、
を有し、
前記中間層を介して、前記第一基材の前記上面と前記第二基材の前記下面が接合している炭化ケイ素複合体。

【請求項4】

請求項３において、
中間層の厚さが１．３ｎｍ以下である炭化ケイ素複合体。

【請求項5】

請求項３または４において、
前記中間層の厚さが０．６ｎｍ以上である炭化ケイ素複合体。

【請求項6】

請求項３から５のいずれかにおいて、
前記第一基材の前記上面の炭化ケイ素が多結晶炭化ケイ素である炭化ケイ素複合体。

【請求項7】

請求項１から６のいずれかにおいて、
前記第一基材と前記第二基材の間のせん断強度が０．１ＭＰａ以上である炭化ケイ素複合体。

【請求項8】

表面に酸化物が形成された炭化ケイ素を上面の少なくとも一部に備える一方の基材の前記酸化物を還元処理して、前記上面にＯＨを導入するヒドロキシ化工程と、
アルカリ金属およびアルカリ土類金属を除く金属元素、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓｂ、ダイヤモンド中のＣ、ならびに炭化ケイ素中のＣの一種以上である元素Ｍのヒドロキシ化物Ｍ－ＯＨを下面の少なくとも一部に備える他方の基材の前記下面と、前記ヒドロキシ化工程でＯＨが導入された前記上面とを接触させた状態で、この接触部に脱水化エネルギーを与えて脱水反応させ、前記一方の基材と前記他方の基材を接合する接合工程と、
を有する炭化ケイ素複合体の製造方法。

【請求項9】

請求項８において、
前記還元処理がＨＦでの処理である炭化ケイ素複合体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、炭化ケイ素を備える基材を含む複数の基材が接合された複合体とその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの放熱用または絶縁用の基板として炭化ケイ素基板が用いられている。炭化ケイ素基板は、他の炭化ケイ素基板またはシリコン基板などの他の基板と接合されて用いられることも多い。酸化処理を用いて、大気中でシリコン基板と炭化ケイ素基板を比較的低温で接合する方法が知られている（非特許文献１）。この方法では、酸素プラズマ処理などの酸化処理によって、シリコン基板の表面酸化層と炭化ケイ素基板の表面酸化層をＯＨ修飾し、ＯＨ修飾された面同士を重ね合わせ、２００℃程度に加熱して脱水反応を生じさせ、シリコン基板と炭化ケイ素基板を接合する。

【0003】

この方法によれば、特別な接合荷重を付与せずに、大気中でシリコン基板と炭化ケイ素基板が接合できる。また、接合温度が２００℃程度と比較的低温なので、炭化ケイ素基板と、炭化ケイ素の熱膨張率と近い熱膨張率を有する異種基板が直接接合できる。しかしながら、この方法で得られたシリコン－炭化ケイ素接合基板の接合界面には、厚さ４ｎｍ～９ｎｍ程度のシリコン酸化物層が存在する。このシリコン酸化物層は、接合基板間の熱伝導率および電気伝導率の低下を招く。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】Xu, J., Wang, C., Li, D., Cheng, J., Wang, Y., Hang, C., & Tian, Y.、Fabrication of SiC/Si, SiC/SiO2, and SiC/glass heterostructures via VUV/O3 activated direct bonding at low temperature、Ceramics International、2019、45(3)、p.4094-4098

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本願の課題は、接合基材間の効率的な熱伝導および電気伝導が期待できる複合体と、この複合体が簡易に製造できる方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本願のある態様の炭化ケイ素複合体は、上面の少なくとも一部に炭化ケイ素を備える第一基材と、アルカリ金属およびアルカリ土類金属を除く金属元素、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓｂ、ダイヤモンド中のＣ、ならびに炭化ケイ素中のＣの一種以上である元素Ｍを下面の少なくとも一部に備える第二基材とを有し、第一基材の上面の炭化ケイ素の一部以上のＣと、第二基材の下面のＭの一部以上が、Ｃ－Ｏ－Ｍ結合することによって、第一基材の上面と第二基材の下面が接合している。

【0007】

本願の他の態様の炭化ケイ素複合体は、上面の少なくとも一部に炭化ケイ素を備える第一基材と、アルカリ金属およびアルカリ土類金属を除く金属元素、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓｂ、ダイヤモンド中のＣ、ならびに炭化ケイ素中のＣの一種以上である元素Ｍを下面の少なくとも一部に備える第二基材とを有し、第一基材の上面の炭化ケイ素の一部以上のＳｉと、第二基材の下面のＭの一部以上が、Ｓｉ－Ｏ－Ｍ結合することによって、第一基材の上面と第二基材の下面が接合している。

【0008】

本願の他の態様の炭化ケイ素複合体は、上面の少なくとも一部に炭化ケイ素を備える第一基材と、炭化ケイ素の酸化物から構成され、厚さが２．６ｎｍ以下である中間層と、アルカリ金属およびアルカリ土類金属を除く金属元素、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓｂ、ダイヤモンド中のＣ、ならびに炭化ケイ素中のＣの一種以上である元素Ｍを下面の少なくとも一部に備える第二基材とを有し、中間層を介して、第一基材の上面と第二基材の下面が接合している。

【0009】

本願の炭化ケイ素複合体の製造方法は、表面に酸化物が形成された炭化ケイ素を上面の少なくとも一部に備える一方の基材の酸化物を還元処理して、上面にＯＨを導入するヒドロキシ化工程と、アルカリ金属およびアルカリ土類金属を除く金属元素、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓｂ、ダイヤモンド中のＣ、ならびに炭化ケイ素中のＣの一種以上である元素Ｍのヒドロキシ化物Ｍ－ＯＨを下面の少なくとも一部に備える他方の基材の下面と、ヒドロキシ化工程でＯＨが導入された上面とを接触させた状態で、この接触部に脱水化エネルギーを与えて脱水反応させ、一方の基材と他方の基材を接合する接合工程とを有する。

【発明の効果】

【0010】

本願の炭化ケイ素複合体によれば、接合基材間の効率的な熱伝導および電気伝導が期待できる。また、本願の炭化ケイ素複合体の製造方法によれば、接合基材間の効率的な熱伝導および電気伝導が期待できる炭化ケイ素複合体が簡易に得られる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施例１の炭化ケイ素複合体の製造工程を示す概念図。

【図2】実施例１で得られた炭化ケイ素複合体の平面画像。

【図3】実施例２の炭化ケイ素複合体の製造工程を示す概念図。

【図4】実施例２で得られた炭化ケイ素複合体の平面画像。

【図5】実施例２で得られた炭化ケイ素複合体の中央部をダイシングソーによって切断したときの上方からの平面画像。

【図6】実施例３の炭化ケイ素複合体の製造工程を示す概念図。

【図7】実施例３で得られた炭化ケイ素複合体の平面画像。

【図8】実施例４の炭化ケイ素複合体の製造工程を示す概念図。

【図9】実施例４で得られた炭化ケイ素複合体の平面画像。

【図10】実施例４で得られた炭化ケイ素複合体の界面の透過型電子顕微鏡像。

【図11】実施例４で得られた炭化ケイ素複合体の界面のエネルギー分散型Ｘ線分光スペクトル。

【図12】実施例５の炭化ケイ素複合体の製造工程を示す概念図。

【図13】実施例５で得られた炭化ケイ素複合体の斜め上方からの画像。

【図14】実施例５で得られた炭化ケイ素複合体の界面の超音波顕微鏡像。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本願の第一実施形態の炭化ケイ素複合体は、第一基材と第二基材を備えている。第一基材および第二基材としては、例えば、薄い平板形状を備える基板、および基板よりは厚い形状を備える固形物が挙げられる。第一基材は、上面の少なくとも一部に炭化ケイ素を備えている。本願における「上面」は、鉛直方向における上側の表面とは限らない。すなわち、任意の回転軸で基材を適宜回転した結果、鉛直方向における上側となり得る基材の表面が、本願における基材の「上面」である。したがって、第一基材の上面は、第二基材と接合する面を示しているに過ぎない。

【0013】

第一基材は、炭化ケイ素から構成されていてもよいし、上面の少なくとも一部が炭化ケイ素であれば、炭化ケイ素以外の物質が含まれていてもよい。また、第一基材の上面の炭化ケイ素は、自然酸化膜などの表面酸化膜の少なくとも一部が除去された炭化ケイ素であってもよい。第一基材の上面の炭化ケイ素は、単結晶炭化ケイ素であってもよいし、多結晶炭化ケイ素であってもよい。実施例で後述するように、第一基材の上面が多結晶炭化ケイ素の場合でも、炭化ケイ素複合体が作製できた。多結晶炭化ケイ素を利用することで、炭化ケイ素複合体のコストダウンが図れる。

【0014】

第二基材は、所定の元素Ｍを下面の少なくとも一部に備えている。本願における「下面」は、鉛直方向における下側の表面とは限らない。すなわち、任意の回転軸で基材を適宜回転した結果、鉛直方向における下側となり得る基材の表面が、本願における基材の「下面」である。したがって、第二基材の下面は、第一基材と接合する面を示しているに過ぎない。

【0015】

所定の元素Ｍとは、アルカリ金属およびアルカリ土類金属を除く金属元素、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓｂ、ダイヤモンド中のＣ、ならびに炭化ケイ素中のＣの一種以上である。アルカリ金属およびアルカリ土類金属を除く金属元素とは、Ａｌ、原子番号２１のＳｃから原子番号３１のＧａまで、原子番号３９のＹから原子番号５０のＳｎまで、および原子番号５７のＬａから原子番号８２のＰｂまでである。

【0016】

第二基材は、ダイヤモンドから構成されていてもよいし、下面の少なくとも一部がダイヤモンドであれば、ダイヤモンド以外の物質が含まれていてもよい。また、第二基材は、炭化ケイ素から構成されていてもよいし、下面の少なくとも一部が炭化ケイ素であれば、炭化ケイ素以外の物質が含まれていてもよい。第二基材の下面の炭化ケイ素は、熱酸化膜または自然酸化膜などの表面酸化膜の少なくとも一部が除去された炭化ケイ素であってもよい。

【0017】

さらに、第二基材は、アルカリ金属およびアルカリ土類金属を除く金属元素、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、ならびにＳｂの一種以上の元素から構成されていてもよいし、これらの元素を含む化合物から構成されていてもよいし、下面の少なくとも一部がこれらの元素またはこれらの元素を含む化合物であれば、他の物質が含まれていてもよい。なお、第二基材の下面がこれらの元素の化合物であっても、下面の一部にはこれらの元素自体が存在する。したがって、第二基材の下面がこれらの元素の化合物である場合は、“下面の少なくとも一部にこれらの元素を備える第二基材”に該当する。

【0018】

また、下面の熱酸化膜または自然酸化膜などの表面酸化膜の少なくとも一部を除去して、“下面の少なくとも一部にこれらの元素を備える第二基材”としてもよい。第二基材としては、ダイヤモンド基材、Ｓｉ基材、ＳｉＣ基材、ＳｉＮ基材、Ｇｅ基材、ＧａＡｓ基材、ＧａＮ基材、ＩｎＰ基材、Ｃｕ基材、Ａｌ基材、ＡｌＮ基材、Ｔｉ基材、ＴｉＮ基材、ＳｉＯ_２基材、Ｇａ_２Ｏ_３基材、Ａｌ_２Ｏ_３基材、ＣｕＯ基材、ＺｎＯ基材、ＴｉＯ_２基材、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２基材、ＬｉＮｂＯ_３基材、ＬｉＴａＯ_３基材、およびＣＨ_３ＮＨ_３ＰｂＩ_３基材などが例示できる。

【0019】

第一実施形態の炭化ケイ素複合体では、第一基材の上面の炭化ケイ素の一部以上のＣと、第二基材の下面のＭの一部以上が、Ｃ－Ｏ－Ｍ結合することによって、第一基材の上面と第二基材の下面が接合している。これに代えて、またはこれと併せて、第一基材の上面の炭化ケイ素の一部以上のＳｉと、第二基材の下面のＭの一部以上が、Ｓｉ－Ｏ－Ｍ結合することによって、第一基材の上面と第二基材の下面が接合していてもよい。Ｃ－Ｏ－Ｍ結合およびＳｉ－Ｏ－Ｍ結合が形成されていることは、例えばＦＴ－ＩＲによって確認できる。

【0020】

Ｃ－Ｏ－Ｍ結合とＳｉ－Ｏ－Ｍ結合のどちらになるかは、第一基材の上面の炭化ケイ素の表面の結晶面に依存する。例えば、炭化ケイ素の表面が（０００－１）面のときはＣ－Ｏ－Ｍ結合となり、炭化ケイ素の表面が（０００１）面のときはＳｉ－Ｏ－Ｍ結合となる。第一基材の上面の炭化ケイ素が多結晶構造のときは、Ｃ－Ｏ－Ｍ結合とＳｉ－Ｏ－Ｍ結合の双方となる。Ｃ－Ｏ－Ｍ結合および／またはＳｉ－Ｏ－Ｍ結合によって、第二基材が第一基材と強固に接合されるので、第一実施形態の炭化ケイ素複合体は、基材間で効率的に熱伝導および電気伝導が行われる。

【0021】

本願の第二実施形態の炭化ケイ素複合体は、第一基材と、中間層と、第二基材を備えている。第二実施形態の炭化ケイ素複合体の第一基材および第二基材は、第一実施形態の炭化ケイ素複合体の第一基材および第二基材と同じなので、説明を省略する。中間層は炭化ケイ素の酸化物から構成されている。炭化ケイ素の酸化物は、Ｓｉ、Ｃ、およびＯから構成され、Ｃ－Ｓｉ－Ｏ結合またはＳｉ－Ｃ－Ｏ結合を備える物質である。第二実施形態の炭化ケイ素複合体では、中間層を介して、第一基材の上面と第二基材の下面が接合している。

【0022】

すなわち、中間層は、第一基材と第二基材を接合する介在層として機能する。中間層の厚さは２．６ｎｍ以下である。中間層の厚さが２．６ｎｍ以下であるため、シリコン基板と炭化ケイ素基板の間に厚さ４ｎｍ～９ｎｍ程度のシリコン酸化物層が介在する非特許文献１のシリコン－炭化ケイ素接合基板と比べて、第二実施形態の炭化ケイ素複合体は、基材間の熱伝導性および電気伝導性に優れている。

【0023】

また、炭化ケイ素の表面に形成される自然酸化膜の厚さは約１．３ｎｍで、アルカリ金属およびアルカリ土類金属を除く金属元素、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、ならびにＳｂの表面に形成される自然酸化膜の厚さも約１．３ｎｍである。このため、例えば、炭化ケイ素基材とシリコン基材の自然酸化膜が形成された面同士を密着させた積層体と比べて、第一基材が炭化ケイ素基材、第二基材がシリコン基材、中間層の厚さが２．６ｎｍ以下である第二実施形態の炭化ケイ素複合体は、基材間の熱伝導性および電気伝導性が同等かそれ以上となる。

【0024】

さらに、一方の基材表面のみに自然酸化膜が形成された二つの基材、例えばＧａ_２Ｏ_３基材と表面に自然酸化膜が形成された炭化ケイ素基材を、この自然酸化膜を挟んで密着させた積層体と比べて、第一基材が炭化ケイ素基材、第二基材がＧａ_２Ｏ_３基材、中間層の厚さが１．３ｎｍ以下である第二実施形態の炭化ケイ素複合体は、基材間の熱伝導性および電気伝導性が同等かそれ以上となる。

【0025】

したがって、中間層の厚さは１．３ｎｍ以下であることが好ましい。なお、基材間の熱伝導性および電気伝導性の低下を抑えるためには、中間層は薄ければ薄いほど好ましい。また、各実施形態の炭化ケイ素複合体では、第一基材と第二基材が剥離せずに利用できるように、第一基材と第二基材の間のせん断強度が０．１ＭＰａ以上であることが好ましい。せん断強度はダイシェアテスト（ＪＥＩＴＡ ＥＤ－４７０３）によって測定する。

【0026】

本願の実施形態の炭化ケイ素複合体の製造方法は、ヒドロキシ化工程と、接合工程を備えている。ヒドロキシ化工程では、一方の基材の酸化物を還元処理して、上面にＯＨを導入する。この一方の基材は、この酸化物が表面に形成された炭化ケイ素を、上面の少なくとも一部に備えている。この酸化物は、炭化ケイ素の自然酸化物であってもよい。なお、炭化ケイ素の酸化物は、Ｓｉ、Ｃ、およびＯから構成され、Ｃ－Ｓｉ－Ｏ結合またはＳｉ－Ｃ－Ｏ結合を備える物質である。この還元処理によって、例えば、Ｃ－Ｓｉ－Ｏおよび／またはＳｉ－Ｃ－Ｏが、それぞれＣ－Ｓｉ－ＯＨおよび／またはＳｉ－Ｃ－ＯＨとなる。還元処理としてはＨＦでの処理が挙げられる。

【0027】

接合工程では、所定の元素Ｍのヒドロキシ化物Ｍ－ＯＨを下面の少なくとも一部に備える他方の基材の下面と、ヒドロキシ化工程でＯＨが導入された一方の基材の上面とを接触させた状態で、この接触部に脱水化エネルギーを与えて脱水反応させ、一方の基材と他方の基材を接合して炭化ケイ素複合体を得る。なお、所定の元素Ｍは、アルカリ金属およびアルカリ土類金属を除く金属元素、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｓｂ、ダイヤモンド中のＣ、ならびに炭化ケイ素中のＣの一種以上である。

【0028】

他方の基材に存在するＭにＯＨを導入して、下面の少なくとも一部にＭ－ＯＨを形成する方法としては、例えば、ＮＨ_３とＨ_２Ｏ_２の混合液、Ｈ_２ＳＯ_４とＨ_２Ｏ_２の混合液、もしくはＨＦ液で、または酸素プラズマを照射することによって、他方の基材の下面を処理する還元処理または酸化処理が挙げられる。接合工程では、他方の基材の下面と一方の基材の上面の接触が大気中で行える。このため、炭化ケイ素複合体が簡易に製造できる。

【0029】

脱水化エネルギーとしては、熱エネルギー、光エネルギー、電気エネルギー、または化学エネルギーなどが挙げられる。本実施形態では、温度約２００℃で、一方の基材と他方の基材の接触部を加熱する。この脱水反応によって、Ｃ－Ｏ－Ｍ結合および／またはＳｉ－Ｏ－Ｍ結合が形成されて、一方の基材と他方の基材が接合される。この接合部分は十分なせん断強度がある。

【実施例0030】

（実施例１）
図１は、実施例１の炭化ケイ素複合体の製造工程を概念的に示している。直径１００ｍｍ、厚さ０．４ｍｍで表面が（１００）面の円板状のＳｉ基板（松崎製作所社、Ｔ４ＡＰＸ）（第二基材の原料）を５ｍｍ角に切断した。切断して得られたＳｉ基板の凹凸がある切断端部から中心に向かって１ｍｍの領域を、深さ１００μｍ程度となるように、水酸化テトラメチルアンモニウムを用いて化学的にエッチング除去した。２８％アンモニア水１０ｍＬ、３５％過酸化水素水１０ｍＬ、および純水５０ｍＬの常温の混合液に、このＳｉ基板を１０分間浸漬した。その後、純水によりこのＳｉ基板を５分間リンスした。このＳｉ基板の表面にＯＨが導入され、Ｓｉ－ＯＨが形成された。

【0031】

一方、４９％フッ化水素酸５０ｍＬと純水１５０ｍＬの常温の混合液に、直径７５ｍｍ、厚さ０．３５０ｍｍで表面が（０００１）面の円板状のＳｉＣ基板（クリー社、Ｗ４ＮＲＥ４Ｃ－Ｖ２００）（第一基材の原料）を５分間浸漬した。その後、純水によりこのＳｉＣ基板を５分間リンスした。その結果、このＳｉＣ基板の表面酸化膜が除去されるとともに表面にＯＨが導入され、Ｓｉ－ＯＨが形成された。上記で得られたＳｉ基板のＳｉ－ＯＨ側の表面とＳｉＣ基板のＳｉ－ＯＨ側の表面を大気中で接触させ、密閉容器内で乾燥剤とともに３日間保管した。その後、温度２００℃で５時間加熱して脱水反応させた。Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ結合することでＳｉＣ基板とＳｉ基板が接合している炭化ケイ素複合体が得られた。

【0032】

図２は、実施例１で得られた炭化ケイ素複合体の上方からの、すなわち透明なＳｉＣ基板を透してＳｉ基板を観察したときの平面画像である。Ｓｉ基板の端部から中心に向かって１ｍｍの領域は、化学的に除去されているため、ＳｉＣ基板と接合していない。これに対して、Ｓｉ基板の中央部３ｍｍ角の領域には、非接合部に由来するニュートンリングが観察されておらず、良好に接合できていることがわかった。図２の左側のＳｉ基板には６．６ＭＰａ、図２の右側のＳｉ基板には５．１ＭＰａのせん断応力をそれぞれ付加したとき、両者ともＳｉ基板内およびＳｉＣ基板との接合界面から剥離した。このように、第一基材と第二基材の間のせん断強度が５ＭＰａ以上である炭化ケイ素複合体が得られた。

【0033】

（実施例２）
図３は、実施例２の炭化ケイ素複合体の製造工程を概念的に示している。直径１００ｍｍ、厚さ０．３５０ｍｍで表面が（０００－１）面の円板状のＳｉＣ基板（ツーシックス社）（第一基材および第二基材の原料）を縦１０ｍｍ、横１１ｍｍの長方形板状に切断した。４９％フッ化水素酸５０ｍＬと純水１５０ｍＬの常温の混合液に、このＳｉＣ基板を５分間浸漬した。その後、純水によりこのＳｉＣ基板を５分間リンスした。その結果、このＳｉＣ基板の表面酸化膜が除去されるとともに表面にＯＨが導入され、Ｃ－ＯＨが形成された。得られた２枚のＳｉＣ基板のＣ－ＯＨ側の表面同士を大気中で接触させ、密閉容器内で乾燥剤とともに３日間保管した。その後、温度２００℃で５時間加熱して脱水反応させた。Ｃ－Ｏ－Ｃ結合することでＳｉＣ基板とＳｉＣ基板が接合している、すなわち２枚のＳｉＣ基板が重なって接合されている炭化ケイ素複合体が得られた。

【0034】

図４は、実施例２で得られた炭化ケイ素複合体の上方からの平面画像である。図４に示すように、実施例２の炭化ケイ素複合体の上側のＳｉＣ基板の右上が欠けており、この欠落部のすぐ左下付近は明るい。ＳｉＣ基板の切断に由来する凹凸により、２枚のＳｉＣ基板が接合できなかったためだと考えられる。これに対して、炭化ケイ素複合体の中央は比較的暗かった。炭化ケイ素複合体の中央部は、２枚のＳｉＣ基板が接合されていると考えられる。ダイシングソーによって中央部を切断した炭化ケイ素複合体の上方からの平面画像を図５に示す。図５に示すように、切断プロセスを経ても、炭化ケイ素複合体の２枚のＳｉＣ基板は剥離しなかった。

【0035】

（実施例３）
図６は、実施例３の炭化ケイ素複合体の製造工程を概念的に示している。縦２３ｍｍ、横２５ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの長方形板状の単結晶β－Ｇａ_２Ｏ_３基板（ノベルクリスタル社、Ｔ０１０ＦＥ２５２５）（第二基材の原料）の表面を、圧力６０Ｐａ、出力２００Ｗの高純度酸素プラズマで１分間処理した。その結果、表面にＧａ－ＯＨが形成されたβ－Ｇａ_２Ｏ_３基板が得られた。

【0036】

一方、縦２８ｍｍ、横３０ｍｍの長方形板状に切断した点を除いて、実施例２と同様にして表面にＣ－ＯＨが形成されたＳｉＣ基板を作製した。上記で得られたβ－Ｇａ_２Ｏ_３基板のＧａ－ＯＨ側の表面とＳｉＣ基板のＣ－ＯＨ側の表面を大気中で接触させ、密閉容器内で乾燥剤とともに３日間保管した。その後、温度２００℃で１２時間加熱して脱水反応させた。Ｃ－Ｏ－Ｇａ結合することでＳｉＣ基板とβ－Ｇａ_２Ｏ_３基板が接合している炭化ケイ素複合体が得られた。

【0037】

図７は、実施例３で得られた炭化ケイ素複合体の上方からの、すなわち透明なβ－Ｇａ_２Ｏ_３基板を透してＳｉＣ基板を観察したときの平面画像である。図７に示すように、観察されたニュートンリングより、β－Ｇａ_２Ｏ_３基板の端部から中心に向かって２ｍｍ程度の領域では、β－Ｇａ_２Ｏ_３基板とＳｉＣ基板が接合していなかった。β－Ｇａ_２Ｏ_３基板のこの領域は、表面が凸形状であり、ＳｉＣ基板と密着できなかったからだと考えられる。また、β－Ｇａ_２Ｏ_３基板の中央下部では、β－Ｇａ_２Ｏ_３基板とＳｉＣ基板の間に異物が挟まったため接合できなかった。一方、ニュートンリングが見られない領域では、β－Ｇａ_２Ｏ_３基板とＳｉＣ基板が接合していた。

【0038】

（実施例４）
図８は、実施例４の炭化ケイ素複合体の製造工程を概念的に示している。単結晶β－Ｇａ_２Ｏ_３基板（ノベルクリスタル社、ＮｖＤ－１９０６－０２９）から劈開法にて作製した縦２０ｍｍ、横１５ｍｍ、厚さ１ｍｍの長方形板状のβ－Ｇａ_２Ｏ_３薄板（第二基材の原料）の表面を、圧力６０Ｐａ、出力２００Ｗの高純度酸素プラズマで１分間処理した。その結果、表面にＧａ－ＯＨが形成されたβ－Ｇａ_２Ｏ_３薄板が得られた。

【0039】

一方、実施例３と同様にして表面にＣ－ＯＨが形成されたＳｉＣ基板を作製した。上記で得られたβ－Ｇａ_２Ｏ_３薄板のＧａ－ＯＨ側の表面とＳｉＣ基板のＣ－ＯＨ側の表面を大気中で接触させ、密閉容器内で乾燥剤とともに３日間保管した。その後、温度２５０℃で２４時間加熱して脱水反応させた。Ｃ－Ｏ－Ｇａ結合することでＳｉＣ基板とβ－Ｇａ_２Ｏ_３薄板が接合している炭化ケイ素複合体が得られた。

【0040】

図９は、実施例４で得られた炭化ケイ素複合体の上方からの、すなわち透明なβ－Ｇａ_２Ｏ_３薄板を透してＳｉＣ基板を観察したときの平面画像である。β－Ｇａ_２Ｏ_３薄板とＳｉＣ基板が接合できなかった領域は、β－Ｇａ_２Ｏ_３薄板とＳｉＣ基板の界面に存在する白い気泡が観察された。これらの白い気泡は、β－Ｇａ_２Ｏ_３薄板の表面汚染または結晶の劈開によるものと考えられる。一方、気泡が観察されなかった領域では、β－Ｇａ_２Ｏ_３薄板とＳｉＣ基板が接合していた。

【0041】

実施例４で得られた炭化ケイ素複合体の界面の透過型電子顕微鏡像を図１０に示す。β－Ｇａ_２Ｏ_３薄板とＳｉＣ基板の接合界面に０．６ｎｍ程度の中間層が観察された。非特許文献１のシリコン－炭化ケイ素接合基板では、表面が酸化処理されたシリコン基板および炭化ケイ素基板の間に、Ｓ、Ｏ、およびＣから構成され、厚さ４ｎｍ～９ｎｍ程度のアモルファス層が観察されていた。しかしながら、本実施例のように、炭化ケイ素の表面に形成された酸化物を還元処理することによって、基材の接合界面の中間層の厚さを、炭化ケイ素の表面酸化膜の厚さの０．６ｎｍ～１．３ｎｍ程度に抑えることができた。このため、本願の炭化ケイ素複合体は、接合界面を介した効果的な熱伝導および電気伝導が期待できる。

【0042】

なお、基材の接合界面の中間層の厚さは、Ｓｉ－Ｏ－ＳｉおよびＳｉ－Ｏ－ＣなどのＳｉ－Ｏ－Ｍの結合長の０．３ｎｍまで小さくできると考えられる。実施例４で得られた炭化ケイ素複合体の界面のエネルギー分散型Ｘ線分光スペクトルを図１１に示す。この炭化ケイ素複合体の接合界面からは、β－Ｇａ_２Ｏ_３薄板由来のＧａとＯ、およびＳｉＣ基板由来のＳｉとＣが主に検出された。また、微量のＣｌが検出された。これは、炭化ケイ素複合体の表面の汚染に由来すると考えられる。

【0043】

（実施例５）
図１２は、実施例５の炭化ケイ素複合体の製造工程を概念的に示している。実施例１で用いた円板状のＳｉ基板（第二基材の原料）の表面を、圧力６０Ｐａ、出力２００Ｗの高純度酸素プラズマで１分間処理した。その結果、表面にＳｉ－ＯＨが形成されたＳｉ基板が得られた。一方、４９％フッ化水素酸５０ｍＬと純水１５０ｍＬの常温の混合液に、直径１００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍの円板状の多結晶ＳｉＣ基板（東海ファインカーボン社）（第一基材の原料）を５分間浸漬した。その後、純水によりこの多結晶ＳｉＣ基板を５分間リンスした。その結果、この多結晶ＳｉＣ基板の表面にＯＨが導入されて、Ｃ－ＯＨおよびＳｉ－ＯＨが形成された。

【0044】

上記で得られたＳｉ基板のＳｉ－ＯＨ側の表面と多結晶ＳｉＣ基板のＣ－ＯＨおよびＳｉ－ＯＨ側の表面を大気中で接触させ、密閉容器内で乾燥剤とともに３日間保管した。その後、温度２００℃で５時間加熱して脱水反応させた。Ｃ－Ｏ－Ｓｉ結合およびＳｉ－Ｏ－Ｓｉ結合することで、多結晶ＳｉＣ基板とＳｉ基板が接合している炭化ケイ素複合体が得られた。図１３は、実施例５で得られた炭化ケイ素複合体の斜め上方からの画像である。図１３に示すように、この炭化ケイ素複合体では、多結晶ＳｉＣ基板とＳｉ基板が接合されていることが確認できた。図１４は、実施例５で得られた炭化ケイ素複合体の超音波顕微鏡像である。接合できなかった部位が明るく見える。図１４に示すように、この炭化ケイ素複合体では、表面付着物により接合できなかった箇所が見られたが、全体の９５％程度が接合されていることが確認できた。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】