半導體用復合基板的處理基板的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明設及半導體用復合基板的處理基板。
【背景技術(shù)】
[0002] 一直W來，已知有被稱為Siliconon如artz(SOQ)、SilicononGlass(SOG)、 SilicononSap地ire(S0巧的、處理基板由透明的絕緣基板構(gòu)成的SOI,W及GaN、化0、金 剛石、AIN等透明寬帶隙半導體與娃等供體基板接合而得到的貼合晶片。S0Q、S0G、SOS等 由于處理基板的絕緣性?透明性等，在投影儀、高頻設備等上的應用受到期待。此外，寬帶 隙半導體的薄膜在處理基板上復合化而成的貼合晶片在高性能激光或功率器件等上的應 用受到期待。
[0003] 將具有高絕緣性、低介電損耗、高熱傳導等特征的藍寶石作為基底基板，在其表面 形成用于構(gòu)成半導體元件的娃薄膜而得到的貼合基板被用于高頻開關IC等。W往，在基底 基板上通過外延生長形成娃區(qū)域的方法較為主流，但近年來，開發(fā)了通過直接接合形成的 方法，有助于半導體元件的性能改善（專利文獻1、2、3)。
[0004] 但是，由于藍寶石價格較高，為了縮減成本，期望將藍寶石W外的材料的基板作為 處理基板使用。伴隨著上述接合技術(shù)的進步，提出了各種由石英、玻璃、氧化侶等藍寶石W 外的材質(zhì)所構(gòu)成的處理基板的方案。
[0005] 其中，作為高亮度放電燈用的發(fā)光管或半導體制造裝置的虛擬晶圓使用的多晶透 光性氧化侶，通過使用高純度的原料，在高溫的還原氣氛中致密性燒成，具有與藍寶石等同 的高絕緣性、低介電損耗、高熱導率等優(yōu)異的特性，同時具有不需要高成本的結(jié)晶成長工序 等優(yōu)點（專利文獻4、5、6)。 現(xiàn)有技術(shù)文獻 專利文獻
[0006] 專利文獻1日本專利特開冊8-512432 專利文獻2日本專利特開2003-224042 專利文獻3日本專利特開2010-278341 專利文獻 4W02010/128666 專利文獻5日本專利特開平05-160240 專利文獻6日本專利特開平11-026339

【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明要解決的課題
[0007] 處理基板與娃層直接接合的情況下，其接合面需要W原子水平貼緊，因此需要表 面粗糖度Ra小。典型性地，要求接合面的表面粗糖度Ra在3皿W下。該要求雖然可W通 過CMP加工等精密研磨達成，但作為處理基板的材料使用透光性多晶氧化侶時，晶粒之間 含有氣孔，因此研磨后的表面氣孔露出，形成凹坑。在使用多晶材料的基底基板上含有一定 量（實用中0.01%w上）W上的該氣孔是不可避免的，已知運是表面粗糖度惡化引起的結(jié) 合強度不足的原因。
[0008] 本發(fā)明的課題是，在通過多晶氧化侶制作半導體用復合基板的處理基板的情況 下，抑制由接合面的精密研磨加工后表面露出的凹坑引起的接合強度下降，改善與供體基 板的接合強度。 用于解決課題的手段
[0009] 本發(fā)明是半導體用復合基板的處理基板， 其特征在于，所述處理基板由多晶氧化侶形成，多晶氧化侶的氣孔率為0.OlW上、 0. 1 %W下，處理基板的接合面?zhèn)鹊谋砻鎱^(qū)域所含的大小為0. 5ymW上的氣孔數(shù)量為表面 區(qū)域所含的大小為0. 1ymW上、0. 3ymW下的氣孔數(shù)量的0. 5倍W下。
[0010] 此外，本發(fā)明設及半導體用復合基板，其特征在于，具有上述處理基板、W及直接 或通過接合區(qū)域與上述處理基板的接合面接合的供體基板。 發(fā)明的效果
[0011] 本發(fā)明人研究并嘗試通過多晶氧化侶形成處理基板。多晶氧化侶具有由許多微粒 粘合而得的微結(jié)構(gòu)。在此發(fā)現(xiàn)，精密研磨加工處理基板后的表面上氣孔露出，形成凹坑，成 為與供體基板剝離的原因。當然，若能完全消滅多晶氧化侶中的氣孔，則無法產(chǎn)生凹坑，但 是事實上不可能使運樣的燒結(jié)體的氣孔完全消失，或者不能說是實用性的。多晶氧化侶的 氣孔率在實用中為0.Ol%W上。
[0012] 因此，本發(fā)明人進一步調(diào)查氣孔的大小與精密研磨加工后在接合面上殘留的微細 凹坑的關系。作為其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，W將多晶氧化侶的氣孔率減低至0. 1%W下為前提，即使該 氣孔率殘留0. 01%W上，只要能減低大小為0. 5ymW上的氣孔的比例，就能抑制凹坑引起 的接合強度的下降，從而達到本發(fā)明。
【附圖說明】
[0013] [圖1] (a)是表示本發(fā)明的實施方式設及的處理基板1的示意圖，化）是表示在處 理基板1上通過接合區(qū)域4接合供體基板5而得到的復合基板6的示意圖，（C)是表示在 處理基板1上直接接合供體基板5而得到的復合基板6A的示意圖。
[圖2]是表示平均粒徑的算出方式例的示意圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面，適當參考附圖，進一步說明本發(fā)明。 (處理基板） 本發(fā)明的處理基板由多晶氧化侶形成。多晶氧化侶由于能夠得到非常致密的燒結(jié)體， 因此不易產(chǎn)生處理基板的裂紋或裂縫。
[0015] 在適宜的實施方式中，多晶氧化侶的氧化侶純度為99. 9 %W上。 多晶氧化侶的氧化侶純度，通過用硫酸進行加壓酸分解來溶解氧化侶粉末，再用ICP發(fā)射光譜分析法分析該溶解液來確定。
[0016] 本發(fā)明中，構(gòu)成處理基板的多晶氧化侶的氣孔率為0.01%W上、0. 1%W下。用通 常方法難W將該氣孔率降至不足0.Ol%，實用中為0.Ol%W上。此外，多晶氧化侶的氣孔 率超過0.I%時，即使大小為0. 5ymW上的氣孔數(shù)量的比例維持較低，還是容易由處理基 板的接合面的凹坑導致產(chǎn)生剝離。從該觀點考慮，多晶氧化侶的氣孔率在0. 1 %W下，進一 步優(yōu)選在0. 05%W下，特別優(yōu)選為0. 01%。
[0017] 構(gòu)成處理基板的多晶氧化侶的氣孔率的測定方法是，通過CMP加工研磨基板表面 后，用1200倍的激光顯微鏡進行觀察，測定研磨面中的氣孔的數(shù)量、面積。然后，根據(jù)[氣 孔的面積的總和/觀察的面積]算出。觀察視野為0. 2mmX0. 2mm，9個視野觀察同一基板。
[0018] 本發(fā)明中，通過使處理基板的接合面?zhèn)鹊谋砻鎱^(qū)域中所含的大小為0.5ymW上 的氣孔數(shù)量為該表面區(qū)域所含的大小為0. 1ymW上、0. 3ymW下的氣孔數(shù)量的0. 5倍W 下，能夠抑制精密研磨加工后的凹坑引起的供體基板的剝離。從該觀點考慮，優(yōu)選處理基板 的接合面?zhèn)鹊谋砻鎱^(qū)域中所含的大小為0. 5ymW上的氣孔數(shù)量為該表面區(qū)域中所含的大 小為0. 1ymW上、0. 3ymW下的氣孔數(shù)量的0. 3倍W下，進一步優(yōu)選0. 1倍W下。
[0019] 此外，處理基板的接合面?zhèn)鹊谋砻鎱^(qū)域中所含的大小為0. 5ymW上的氣孔數(shù)量/ 表面區(qū)域中所含的大小為0. 1ymW上、0. 3ymW下的氣孔數(shù)量的比例的下限沒有特別限 定，可W是0. 0倍，但多為0. 05倍W上。
[0020] 處理基板的接合面?zhèn)鹊谋砻鎱^(qū)域中所含的氣孔的大小、氣孔數(shù)量的測定方法是， 通過CMP加工研磨基板表面后，用1200倍的激光顯微鏡進行觀察、測定。觀察視野為 0. 2mmXO. 2mm，9個視野觀察同一基板。 并且，計算觀察視野中的大小為0. 5ymW上的氣孔的數(shù)量，和大小為0. 1~0. 3ym的 氣孔的數(shù)量。然后，算出運些氣孔數(shù)量的比例。
[0021] 此處，將大小不足0.1ym的氣孔的計數(shù)排除是因為與視野相比過小，難W計數(shù)， 另外對表面狀態(tài)的影響可W忽略。
[0022] 如上所述鏡面研磨處理基板的截面時，產(chǎn)生脫粒，難W與氣孔區(qū)別的情況下，通過 在截面加工中使用FIB(聚焦離子束）加工可W排除運些影響。
[0023] 此外，氣孔的大小通過如下所示的方法確定。旨P，在處理基板通過上述激光顯微鏡 得到的上述觀察圖像中繪制直線，橫穿氣孔。此時，雖然可W繪制多條直線，但是按照通過 氣孔上的直線的長度最大的方式繪制直線，將該最大長度作為氣孔的大小。
[0024] 此外，優(yōu)選處理基板的接合面?zhèn)鹊纳鲜霰砻鎱^(qū)域中所含的大小為0. 5ymW上的 氣孔的平均密度為500個/mm2W下，進一步優(yōu)選240個/mm2?下。
[00巧]要測定該密度時，通過CMP加工研磨基板表面后，用1200倍的激光顯微鏡進行觀 察，測定研磨面中的氣孔的數(shù)量、大小，將單位換算為個/mm2。
[0026] 適宜的實施方式中，接合面的微觀表面粗糖度Ra在3.OnmW下，由此能夠進一步 提高與供體基板的接合能力。從該觀點考慮，進一步優(yōu)選接合面的微觀中屯、線平均表面粗 糖度Ra在1.OnmW下。
[0027] 另夕F，Ra是對表面出現(xiàn)的各晶粒的露出面用AFM(Atomic化rceMicroscope:原子 力顯微鏡）拍攝，按照JISB0601所計算出的數(shù)值。
[002引在適宜的實施方式中，構(gòu)成處理基板的多晶氧化侶的平均粒徑為1~35ym。如果 該平均粒徑小，利用研磨機進行厚度加工時的加工速度變慢，同時之后研磨時易產(chǎn)生脫粒， 表面粗糖度變差。此外，如果該平均粒徑大，會產(chǎn)生燒結(jié)時的微裂紋，表面粗糖度變差。通 過將平均粒徑設定在上述范圍內(nèi)，表面粗糖度Ra減小，容易使基于分子間力的供體基板的 接合強度變得良好。
[0029] 此外，晶粒的平均粒徑如W下方式進行測定。 (1) 將處理基板的截面進行鏡面研磨，熱蝕刻，使晶界突出后，拍攝顯微鏡照片（100~ 400倍），對單位長度的直線穿過的粒子數(shù)進行計數(shù)。在3個不同的地方實施該操作。另外， 單位長度設為500ym~1000ym的范圍。 (2) 對實施的3個地方的粒子的個數(shù)取平均。 (3) 根據(jù)下述式，算出平均粒徑。
[計算式] D= (4/JT)X(X/n) 扣：平均粒徑、L:直線的單位長度、n:3個地方的粒子個數(shù)的平均] 平均粒徑的計算例如圖2所示。假設不同的3個地方的位置上單位長度（例如500ym) 的直線穿過的粒子個數(shù)分別為22、23、19時，平均粒徑D根據(jù)上述計算式為： D= (4/JT)X[500/ {(2化23+19) /3} ] = 29. 9ym
[0030] 此外，處理基板的大小、厚度沒有特別限定，但通常的沈MIAJEITA規(guī)格左右的產(chǎn) 品從操作的原因來看便于處理。此外，處理基板的厚度優(yōu)選0. 3mmW上，優(yōu)選1. 5mmW下。
[0031] (處理基板的制造） 制造由多晶氧化侶形成的半成品基板時，對純度99.9%W上（優(yōu)選99.95%?上）的 高純度氧化侶粉末添加規(guī)定的燒結(jié)助劑，燒結(jié)時W及退火處理時使燒結(jié)助劑排出。作為運 樣的高純度氧化侶粉末，可舉例大明化學工業(yè)株式會社制的高純度氧化侶粉體。
[0032] 在適宜的實施方式中，構(gòu)成處理基板的多晶氧化侶為透光性多晶氧化侶。此處，透 光性多晶氧化侶是指可見光區(qū)域的光的前方總透光率在15%W上。
[0033] 原料粉末的平均粒徑（一次粒徑）沒有特別限定，但從低溫燒結(jié)中的致密化的觀 點考慮，優(yōu)選0. 6ymW下，進一步優(yōu)選0. 4ymW下。優(yōu)選原料粉末的平均粒徑為0. 3ym W