半導(dǎo)體用復(fù)合基板的操作基板的制作方法
【專利摘要】半導(dǎo)體用復(fù)合基板包括操作基板(11)、以及在操作基板(11)的表面直接或介由接合層鍵合的施主基板。操作基板(11)由絕緣性多晶材料形成，操作基板(11)的表面(15)的微觀表面的中心線平均粗糙度Ra為5nm以下，操作基板的表面形成有凹部(6)。
【專利說明】半導(dǎo)體用復(fù)合基板的操作基板

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體用復(fù)合基板的操作基板。

【背景技術(shù)】
[0002] 以往，將被稱為石英上硅（SOQ)、玻璃上硅（SOG)、藍(lán)寶石上硅（SOS)的操作基板、 由透明?絕緣基板構(gòu)成的S0I，或GaN、ZnO、金剛石、AlN等的透明寬能隙半導(dǎo)體鍵合至硅等 的施主基板中，得到貼合晶片是已知的。從操作基板的絕緣性?透明性，期待將SOQ、S0G、 SOS等應(yīng)用于投影機(jī)、高頻裝置等中。且期待將寬能隙半導(dǎo)體薄膜與操作基板復(fù)合化得到的 貼合晶片應(yīng)用于高性能激光和功率器件等中。
[0003] 這樣的半導(dǎo)體集成電路用復(fù)合基板由操作基板、施主基板構(gòu)成，一般操作基板和 施主基板由單晶材料構(gòu)成。以往，在底座基板上通過外延生長形成硅層的方法是主流，但近 年來已研發(fā)出直接鍵合形成的方法，從而改善半導(dǎo)體裝置的性能。（專利文獻(xiàn)1、2、3)S卩，這 樣的操作基板和施主基板介由接合層和粘合層鍵合，或直接鍵合。此外，隨著鍵合技術(shù)的進(jìn) 步，也提出了石英、玻璃、氧化鋁的藍(lán)寶石以外的各種材質(zhì)構(gòu)成的操作基板。（專利文獻(xiàn)4、 5、6、7)。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005](專利文獻(xiàn)1)日本專利特開平08-512432
[0006](專利文獻(xiàn)2)日本專利特開2003-224042
[0007](專利文獻(xiàn)3)日本專利特開2010-278341
[0008](專利文獻(xiàn) 4)W0 2〇10/128666Al
[0009](專利文獻(xiàn)5)日本專利特開平05-160240
[0010](專利文獻(xiàn)6)日本專利特開平05-160240
[0011](專利文獻(xiàn)7)日本專利特開2008-288556


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 為了盡可能使與施主基板鍵合用的操作基板的分子間力所產(chǎn)生的鍵合力最大化， 通過CMP等進(jìn)行高精度研磨，使其Ra值為5nm以下是最好的。
[0013] 然而，完成該操作后的復(fù)合基板在各種半導(dǎo)體工藝的過程中，有時(shí)會(huì)被暴露于近 l〇〇〇°C的溫度環(huán)境下。因此，當(dāng)功能層和支撐基板以及接合層為不同的材料時(shí)，會(huì)由于各種 材料的熱膨脹差而產(chǎn)生基板剝離等的問題。為此，為使分子間力所產(chǎn)生的鍵合力最大化、最 好是保持操作基板表面的Ra值低的同時(shí)，能夠承受鍵合后的高溫工藝的熱應(yīng)力。
[0014] 本發(fā)明的課題在于提供一種可以與施主基板鍵合、且對(duì)鍵合后的高溫工藝的熱應(yīng) 力具有高耐久性的半導(dǎo)體用復(fù)合基板的操作基板。
[0015] 本發(fā)明的半導(dǎo)體用復(fù)合基板的操作基板，操作基板由絕緣性多晶材料形成，操作 基板表面的微觀表面的中心線平均粗糙度Ra為5nm以下，操作基板表面形成有凹部。
[0016] 此外，本發(fā)明的半導(dǎo)體用復(fù)合基板的操作基板，含所述操作基板以及與操作基板 的所述表面直接鍵合或介由接合層鍵合的施主基板。
[0017] 操作基板為藍(lán)寶石基板時(shí)，其表面可以是非常平滑的，但鍵合后的復(fù)合基板經(jīng)過 高溫處理后，由于操作基板與施主基板之間的熱膨脹差異，容易產(chǎn)生裂紋和剝離。
[0018] 因此，本發(fā)明人的操作基板由多晶材料形成。這里，多晶材料具有多個(gè)微細(xì)顆粒粘 結(jié)而成的微細(xì)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明人在這樣的多晶材料成型后，在其表面通過適當(dāng)?shù)木苎心ゼ?工，使Ra足夠小的同時(shí)，通過在表面相鄰的晶粒之間，使微細(xì)晶粒的脫落或積極利用結(jié)晶 內(nèi)部存在的氣泡，得到殘留微細(xì)凹部的結(jié)構(gòu)。
[0019] 這樣，通過使晶粒的表面在微觀觀察時(shí)是光滑的，從而可以與施主基板鍵合。與此 同時(shí)，通過在操作基板表面形成微細(xì)凹部相鄰的晶粒間殘留的微細(xì)結(jié)構(gòu)，在該凹部中填充 接合層和粘合層，可預(yù)期有很強(qiáng)的錨定效應(yīng)，可以防止由于熱膨脹差產(chǎn)生的裂紋和剝離。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖I(a)為多晶材料的加工工序示意圖，圖I(b)為本發(fā)明的操作基板的表面狀態(tài) 的示意圖。
[0021] 圖2為本發(fā)明的操作基板的表面的照片。
[0022] 圖3 (a)表不多晶材料組成的空白基板12,圖3 (b)表不對(duì)空白基板12進(jìn)行精密研 磨加工得到的基材1，圖3(C)表示進(jìn)一步研磨加工基材1得到的操作基板11，圖3(d)表示 操作基板11上介由接合層16鍵合施主基板17得到的復(fù)合基板20A，圖3 (e)表示在操作基 板11上直接鍵合施主基板17得到的復(fù)合基板20B。
[0023] 圖4(a)表示在操作基板11上介由接合層16鍵合施主基板17得到的復(fù)合基板 20A的微細(xì)結(jié)構(gòu)的示意圖，圖4(b)表示操作基板11上直接鍵合施主基板17得到的復(fù)合基 板20B微細(xì)結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0024] 圖5(a)、（b)、（C)分別表示凹部的平面形狀的示例圖。
[0025] 圖6表示操作基板的表面形成的凹部的深度的分布圖。
[0026] 圖7表示操作基板的表面形成的凹部的直徑的分布圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 本發(fā)明的實(shí)施方式
[0028] 以下，適當(dāng)參照附圖，進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。
[0029] 首先，如圖3(a)所示，準(zhǔn)備多晶材料構(gòu)成的空白基板12?？瞻谆?2的表面12a、 12b可以是磨削面，也可以是燒制面（燒制后未加工面）。
[0030] 多晶材料具有多個(gè)微細(xì)顆粒粘結(jié)而成的微細(xì)結(jié)構(gòu)。多晶材料如圖I(a)所示，由晶 粒3無規(guī)則排列構(gòu)成。通過對(duì)空白基片12的表面12a進(jìn)行精密研磨加工，各晶粒3沿著平 面切削，分別具有平坦面的、研磨后的晶粒2露出表面。這種研磨后的晶粒2的表面平滑。
[0031] 此處，基材1的表面5殘留的晶粒2之間殘留凹部，此時(shí)，在凹部中殘留大部分被 研磨消失的微細(xì)顆粒4。然后，對(duì)該基材1的表面5進(jìn)一步精密研磨，當(dāng)晶粒2的露出面的 表面中心線平均粗糙度Ra進(jìn)一步增加時(shí)，殘留在這些晶界的微細(xì)顆粒4脫落，成功殘留凹 部6 (圖I(b)、圖3 (c))。基材1的表面5上殘存的各個(gè)晶體的邊緣部分，由于顆粒4小，與 其它晶粒的密合性弱，通過進(jìn)一步研磨能夠容易地除去。這樣不進(jìn)行圖案化等處理能夠形 成大量表面凹部。此外通過使材料的晶粒尺寸為15μm以上，晶體內(nèi)部容易產(chǎn)生氣泡，可以 在研磨加工后的表面形成凹部。
[0032]S卩，通過除去殘留晶粒形成凹部時(shí)，晶粒間的晶界上可以形成凹部。此外，由控制 晶粒尺寸產(chǎn)生的氣泡形成凹部時(shí)，由于晶粒內(nèi)部存在氣泡，可以在研磨后的表面上于晶粒 內(nèi)形成凹部。
[0033] 這樣得到的操作基板11中，表面15的微觀表面的中心線平均粗糙度Ra為5nm以 下，由操作基板表面的晶粒4的脫落引起的凹部6沿著相鄰的晶粒2的晶界形成。
[0034] 圖1(b)的示意圖所示的表面用圖2的照片表示。圖2的照片中，暗的部分是顆粒 2的露出面2a，細(xì)長的亮線表示晶界，圓凹痕表示凹部6。
[0035] 得到操作基板11之后，可以在操作基板11的表面15鍵合施主基板17。圖3(d) 和圖4(a)的例子中，在操作基板11的表面15上介由接合層16鍵合施主基板17。此時(shí)，由 于操作基板11的表面微觀觀察為平滑，可以提高與施主基板的鍵合強(qiáng)度。此外，還知道了 由于接合層16的材質(zhì)如16a那樣進(jìn)入凹部6內(nèi)，可以起到一種錨定效應(yīng)，從而能夠抑制由 于操作基板和施主基板之間的熱膨脹差異引起的剝離。
[0036] 此外，圖3(e)和圖4(b)的例子中，操作基板11的表面15上直接鍵合施主基板17。 此時(shí)，由于操作基板11的表面微觀觀察為平滑，可以提高其與施主基板的鍵合強(qiáng)度。另外， 還知道了由于施主基板的材質(zhì)如17a那樣進(jìn)入凹部6內(nèi)，可以起到一種錨定效應(yīng)，從而能夠 抑制由于操作基板和施主基板之間的熱膨脹差異引起的剝離。
[0037] 以下，對(duì)本發(fā)明的各個(gè)結(jié)構(gòu)要素作進(jìn)一步說明。
[0038](半導(dǎo)體用復(fù)合基板）
[0039] 本發(fā)明的復(fù)合基板可以用于投影機(jī)、高頻器件、高性能激光、功率器件等的半導(dǎo)體 中，特別是半導(dǎo)體回路基板中。
[0040] 復(fù)合基板包括本發(fā)明的操作基板和施主基板。
[0041] 對(duì)施主基板的材質(zhì)無特別限定，優(yōu)選從硅、氮化鋁、氮化鎵、氮化鋅以及金剛石組 成的群組中選擇，對(duì)施主基板的厚度無特別限定，通常的SEMI/JEIDA標(biāo)準(zhǔn)附近的厚度從操 作的關(guān)系來說處理簡單。
[0042] 施主基板具有上述材質(zhì)，其表面也可以具有氧化膜。通過氧化膜進(jìn)行離子注入時(shí)， 可以得到抑制注入離子的溝道效應(yīng)的效果。氧化膜的厚度優(yōu)選為50?500nm。具有氧化膜 的施主基板也屬于施主基板，沒有特別區(qū)分時(shí)，稱為施主基板。
[0043](操作基板）
[0044] 對(duì)操作基板的厚度無特別限定，通常的SEMI/JEIDA標(biāo)準(zhǔn)附近的厚度從操作的關(guān) 系來說處理簡單。
[0045] 操作基板的材質(zhì)為多晶材料。對(duì)多晶材料無特別限定。優(yōu)選從氧化硅、氧化鋁、氮 化鋁、碳化硅、氮化硅、賽隆和氮化鎵組成的群組中選擇。
[0046] 多晶材料的晶體粒徑優(yōu)選5μm以上，這樣，容易抑制晶粒的脫落現(xiàn)象。晶體粒徑 過小時(shí)，脫粒顯著，凹部數(shù)變多，容易影響后面形成的半導(dǎo)體的特性。從這點(diǎn)來說，多晶材料 的晶體粒徑進(jìn)一步優(yōu)選15μm以上。
[0047] 此外，多晶材料的晶體粒徑優(yōu)選200μm以下，這樣可以抑制凹部的直徑過大。
[0048] 另外，構(gòu)成操作基板的多晶材料的相對(duì)密度從相對(duì)半導(dǎo)體的后處理的耐久性和防 止污染的觀點(diǎn)，優(yōu)選98 %以上，進(jìn)一步優(yōu)選99 %以上。
[0049](透光性氧化鋁陶瓷）
[0050] 作為多晶材料，特別優(yōu)選使用透光性氧化鋁陶瓷。理由在于為得到非常致密的燒 結(jié)體，即使凹部形成部分產(chǎn)生應(yīng)力集中，操作基板的開裂和裂紋也難以出現(xiàn)。
[0051] 對(duì)透光性氧化鋁基板的成型方法無特別限定，可以為刮刀法、擠出法、凝膠澆鑄法 等任意的方法。特別優(yōu)選基板通過凝膠澆鑄法制造。優(yōu)選的實(shí)施方式中，澆注含陶瓷粉末、 分散介質(zhì)以及膠凝劑的漿液，該漿液通過凝膠化得到成型體，并燒制該成型體。
[0052] 特別優(yōu)選在純度99. 9%以上（優(yōu)選99. 95%以上）的高純度氧化鋁粉末中添加 150?IOOOppm的助劑作為原料使用。作為這種高純度氧化鋁粉末，可以示例大明化學(xué)工業(yè) 株式會(huì)社制造的高純度氧化鋁粉末。
[0053] 作為所述助劑，優(yōu)選氧化鎂，也可以示例ZrO2、Y2O3、La2O3、Sc2O3。
[0054] 優(yōu)選的實(shí)施方式中，透光性氧化鋁基板中氧化鋁以外的雜質(zhì)含量為0. 2質(zhì)量％以 下，這樣可以抑制半導(dǎo)體污染，本發(fā)明是特別有效的。
[0055] 對(duì)原料粉末的平均粒徑（一次粒徑）沒有特別的限制，考慮低溫?zé)频闹旅芑?，?yōu) 選0. 5μm以下，進(jìn)一步優(yōu)選0. 4μm以下，更進(jìn)一步優(yōu)選0. 4μm以下。進(jìn)一步優(yōu)選原料粉 末的平均粒徑為〇.3μπι以下。對(duì)該平均粒徑的下限沒有特別的限定。原料粉末的平均粒 徑可以通過利用SEM(掃描電子顯微鏡）直接觀察原料粉末來測(cè)定。
[0056] 此外，此處的平均粒徑是指SEM照片（倍率：Χ30000。任意的兩個(gè)視場(chǎng)）上不包括 二次凝集粒子的一次粒子的（最長軸線長度+最短軸線長度）/2的值的η= 500平均值。
[0057] 凝膠澆鑄法，可以示例以下方法。
[0058] (1)將無機(jī)粉末連同凝膠劑聚乙烯醇、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等的預(yù)聚物與分散劑同 時(shí)分散在分散介質(zhì)中，制成漿料，澆注后，通過交聯(lián)劑進(jìn)行三維交聯(lián)凝膠化，從而固化漿料。
[0059] (2)通過使具有反應(yīng)性官能團(tuán)的有機(jī)分散介質(zhì)與膠凝劑化學(xué)鍵合，固化漿料。
[0060] (操作基板表面的微細(xì)結(jié)構(gòu)）
[0061] 本發(fā)明中，操作基板的表面的微觀表面的中心線平均粗糙度Ra為5nm以下。大于 該值時(shí)，由于分子間力，施主基板的鍵合強(qiáng)度降低。從本發(fā)明的觀點(diǎn)，進(jìn)一步優(yōu)選3nm以下， 最優(yōu)選Inm以下。此外，其為通過原子力電子顯微鏡拍攝表面的各個(gè)晶粒2 (參照?qǐng)DI(b)) 的露出面2a，通過后述的方法計(jì)算得到的數(shù)值。
[0062] 本發(fā)明中，由操作基板表面的晶粒脫落形成凹部。在形成多晶材料的晶粒2露出 表面的露出面2a間露出晶界，凹部6在該晶界生成。因此，凹部6不受微觀表面的中心線 平均粗糙度Ra的直接影響。
[0063] 操作基板表面凹部6的直徑，優(yōu)選95 %以上數(shù)量的凹部分布在10μm以下，進(jìn)一步 優(yōu)選分布在8μm以下。凹部的數(shù)量的5%以上分布在直徑大于10μm時(shí)，表面的Ra值顯著 惡化，為導(dǎo)致分子間力鍵合強(qiáng)度降低的主要原因。
[0064] 且操作基板的接合面中凹部直徑的分布通過1000倍的激光顯微鏡進(jìn)行測(cè)定。具 體的，以能將凹部整體包括在內(nèi)的最小圓的直徑為凹部直徑。測(cè)定視場(chǎng)為200μmX200μm， 通過測(cè)定該視場(chǎng)中含有的凹部直徑判斷。單個(gè)視場(chǎng)中含有的凹部的數(shù)量少時(shí)，觀察多個(gè)視 場(chǎng)，測(cè)定凹部的總數(shù)為100以上。
[0065] 另外，操作基板的接合面中凹部直徑的平均值優(yōu)選為5μπι以下，進(jìn)一步優(yōu)選3μπι 以下。但操作基板的接合面中的凹部直徑的平均值通過上述方法測(cè)定其分布之后，算出其 直徑的平均值。
[0066] 如上，通過減小操作基板的接合面的凹部直徑，可以抑制施主基板的放熱特性和 操作基板的絕緣性產(chǎn)生的影響。
[0067] 此外，操作基板的接合面中的凹部直徑，優(yōu)選凹部數(shù)量的95%以上分布在0. 5μm 以上。
[0068] 另外，操作基板的接合面中的凹部直徑的平均值優(yōu)選LOym以上，進(jìn)一步優(yōu)選 1. 5μm以上。
[0069] 這樣，通過增大操作基板表面的凹部直徑，所述抑制由于熱膨脹差異產(chǎn)生剝離的 效果更顯著。進(jìn)一步凹部直徑小于0. 5μm時(shí)，由于粘合層難以進(jìn)入凹部，難以獲得錨定效 應(yīng)。
[0070] 從這個(gè)觀點(diǎn)來說，從通過錨定效應(yīng)增加粘合力的觀點(diǎn)，直徑0. 5μm以上的凹部的 密度優(yōu)選為每Icm2的表面面積為50個(gè)以上，進(jìn)一步優(yōu)選為200個(gè)以上。此外，從抑制凹部 太多導(dǎo)致熱傳導(dǎo)惡化等對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)生影響的觀點(diǎn)，直徑〇. 5μm以上的凹部的密度優(yōu)選為 每Icm2的表面面積為4500個(gè)以下，進(jìn)一步優(yōu)選為2000個(gè)以下。
[0071] 另外，操作基板表面的凹部的深度優(yōu)選凹部數(shù)量的95%以上分布在Ιμπι以下。進(jìn) 一步優(yōu)選0. 6μm以下。凹部數(shù)量的5%以上分布在深度大于1μm時(shí)，粘合層難以進(jìn)入凹部 內(nèi)部，可能會(huì)導(dǎo)致熱傳導(dǎo)性能惡化。
[0072] 操作基板的接合面的凹部的深度分布通過干涉儀（ZYG0社制NewView7100、物 鏡X50、變焦鏡XI)進(jìn)行測(cè)定。具體的，觀察到的凹部的最深的值為該凹部的深度。觀察 視場(chǎng)為140μmX110μm，該視場(chǎng)中含有的凹部深度通過Rt值（PV值測(cè)定）測(cè)定判斷。單一 視場(chǎng)中含有的凹部數(shù)量少時(shí)，觀察多個(gè)視場(chǎng)，測(cè)定的凹部的總數(shù)為100以上。
[0073] 此外，操作基板的接合面的凹部深度的平均值優(yōu)選0.8μπι以下，進(jìn)一步優(yōu)選 0· 5μm以下。
[0074] 如此，通過減小操作基板表面凹部的深度，可以抑制凹部周邊的應(yīng)力集中導(dǎo)致的 操作基板的強(qiáng)度惡化。
[0075] 另，操作基板表面的凹部的深度優(yōu)選凹部數(shù)量95%以上在0.05μm以下。
[0076] 另，操作基板的接合面的凹部的深度的平均值優(yōu)選0.Iym以上，進(jìn)一步優(yōu)選 0· 2μm以上。
[0077] 這樣，通過增大操作基板表面的凹部的深度，本發(fā)明的效果更為顯著。
[0078] 俯視觀察時(shí)，操作基板的接合面的凹部的輪廓形狀相比帶角形狀，優(yōu)選曲線為主 體的形狀。即，俯視觀察時(shí)，操作基板的接合面的凹部的輪廓形狀優(yōu)選平滑曲線，優(yōu)選無角 部。
[0079] 此處，"平滑的曲線"是數(shù)學(xué)上的定義。即，雖然連續(xù)曲線通常含有尖銳點(diǎn)（尖銳）， 不含這樣的尖銳點(diǎn)，整個(gè)長度可以進(jìn)行微積分的連續(xù)曲線稱為"平滑曲線"。換言之，連續(xù)曲 線上的任意點(diǎn)可以進(jìn)行微積分的曲線稱為"可微分曲線"或"平滑曲線"。
[0080] 凹部的輪廓含角部時(shí)，角部的應(yīng)力集中容易產(chǎn)生裂紋等，可能導(dǎo)致基板強(qiáng)度惡化， 而凹部的輪廓為平滑的曲線時(shí)，可以抑制這種裂紋。
[0081] 作為這種平滑曲線的舉例，特別優(yōu)選圓形和橢圓形。
[0082] 例如，圖5(a)例中，表面15形成的凹部6的輪廓6a為圓形或橢圓形。此夕卜，圖 5(b)例中，表面15形成的凹部6A的輪廓6a雖為平滑的曲線，但是異形。
[0083] 圖5 (c)例中，表面15形成的凹部6B的輪廓6a為多邊形，例如長方形，具有角部 6b〇
[0084] 具有上述光滑曲線形狀的輪廓的凹部可以通過對(duì)研磨加工時(shí)形成的脫粒面進(jìn)行 CMP加工得到。
[0085] (操作基板的表面處理）
[0086] 通過研磨加工空白基板12,可以得到本發(fā)明的操作基板表面。作為這樣的研磨加 工，可以示例如下。
[0087] 首先，對(duì)空白基板的表面通過GC(綠色碳）進(jìn)行研磨加工，得到基礎(chǔ)加工面。然后， 使用粒徑大的金剛石磨粒進(jìn)行研磨加工。此時(shí)，金剛石研磨加工時(shí)，用粒徑1?6μm的粒 徑的金剛石磨粒進(jìn)行中間加工，可以任意形成凹部。對(duì)這樣形成的中間加工面，使用膠體二 氧化硅等進(jìn)行精加工，可以得到微觀面粗糙度5nm以下，且表面有效地形成凹部。
[0088](鍵合方式）
[0089] 此外，對(duì)鍵合時(shí)使用的技術(shù)無特別限定，例如可以通過表面活化直接鍵合，使用粘 合層的基板鍵合技術(shù)。
[0090] 直接鍵合中，優(yōu)選使用通過界面活化低溫鍵合技術(shù)?？梢栽诩sKT6Pa的真空狀態(tài) 下通入Ar氣進(jìn)行表面活化后，在常溫下使Si等單晶材料介由SiO2等的粘合層與多晶材料 鍵合。
[0091] 作為粘合層的舉例，除通過樹脂粘合以外，可以使用Si02、Al203、SiN。操作基板為 高純度氧化鋁時(shí)，優(yōu)選將Al2O3的非晶膜作為其粘合膜。即，通過非晶層和多晶層的熱膨脹 系數(shù)的差異，可以期待提高操作基板上形成的非晶膜的錨定效應(yīng)，以提高粘著強(qiáng)度。進(jìn)一 步，非晶膜的表面通過CMP加工得到Ra<Inm左右的面，故可以期待通過與高平坦度基板 的分子間力來提高鍵合強(qiáng)度。這樣的非晶膜可以通過蒸鍍法、離子鍍法、CVD法這些公知的 成膜法形成。
[0092] 實(shí)施例
[0093] 為確認(rèn)本發(fā)明的效果，制作使用透光性氧化鋁陶瓷的操作基板11。
[0094] 首先，制作透光性氧化鋁陶瓷制的空白基板12。
[0095] 具體的，混合以下成分，配制漿料。
[0096] (原料粉末）
[0097] ?比表面積3. 5?4. 5m2/g、平均一次粒徑0. 35?0. 45μm的α-氧化鋁粉末1〇〇 重量份
[0098] ·MgO(氧化鎂）0· 025重量份
[0099] ·ZrO2 (氧化鋯）0· 040重量份
[0100] ·Υ2〇3(三氧化二釔）0.0015重量份
[0101] (分散介質(zhì)）
[0102] ?戊二酸二甲酯27重量份
[0103] ?乙二醇0.3重量份
[0104] (膠凝劑）
[0105] MDI樹脂4重量份
[0106] (分散劑）
[0107] 高分子表面活性劑3重量份
[0108] (催化劑）
[0109] N,N-二甲基氨基己醇0· 1重量份
[0110] 將上述的混合物組成的楽料在錯(cuò)合金制的t旲具中，在室溫下鑄造成型之后，在室 溫下放置1小時(shí)。然后在40°C下放置30分鐘，進(jìn)行固化后脫模。進(jìn)一步，在室溫、然后在 90°C下分別放置2小時(shí)，得到板狀的粉末成型體。
[0111] 將得到的粉末成型體在大氣中，ll〇〇°C下預(yù)燒（初步燒制）后，在氫氣3 :氮?dú)?的 氣氛下，在1700?1800°C下進(jìn)行燒制，然后在同樣條件下進(jìn)行退火處理，得到多晶材料構(gòu) 成的空白基板12。當(dāng)希望氣泡顯著時(shí)，通過在燒制溫度1500?1700°C的條件下，1400°C? 燒制溫度之間進(jìn)行迅速升溫（l〇〇(TC/小時(shí)以上），氣泡的排出差，可以使氣泡大量地滯留 在空白材料內(nèi)部。
[0112] 制作的空白基板12進(jìn)行高精度研磨加工。首先，通過綠色碳進(jìn)行雙面研磨加工調(diào) 整形狀之后，通過金剛石漿料對(duì)表面12a進(jìn)行單面研磨加工。金剛石的粒徑為3μm時(shí)，可 以容易地形成微細(xì)晶粒4和凹部6。為得到最終的面粗糙度，使用膠體二氧化硅進(jìn)行CMP研 磨加工。這樣，得到具有圖1(b)以及圖2所示的表面形狀的操作基板11。
[0113] 對(duì)于得到的操作基板，對(duì)表面15的各個(gè)晶粒表面進(jìn)行微觀觀察時(shí)的表面中心線 平均粗糙度的測(cè)定，結(jié)果是不足lnm。且測(cè)定通過以下方法進(jìn)行。
[0114]各個(gè)晶粒表面的面粗糙度通過微觀觀察時(shí)，使用AFM(AtomicForceMicroscope： 原子力顯微鏡）在10μm視場(chǎng)范圍觀察表面形狀。
[0115] 另一方面，測(cè)定表面的脫?；驓馀莓a(chǎn)生的表面凹凸形狀時(shí)，使用通過AEM廣視場(chǎng) (>70μm視場(chǎng)范圍）測(cè)定表面形狀測(cè)定的RT值計(jì)量（PV值測(cè)量）。
[0116] 此外，對(duì)得到的操作基板，測(cè)定表面存在的直徑0. 5μm以上凹部的密度為500個(gè) /cm2，且測(cè)定按照以下進(jìn)行。
[0117] 測(cè)定表面存在的凹部的密度時(shí)，使用微分干涉光學(xué)顯微鏡（500倍）與光纖燈從基 板的側(cè)面照射觀察。觀察視場(chǎng)為500μmX500μm，基板平面等間隔分為3X3的9點(diǎn)，各個(gè) 點(diǎn)為1個(gè)視場(chǎng)，算出測(cè)定結(jié)果的平均值。通過光纖燈照射基板側(cè)面能有效地清楚觀察表面 上形成的微細(xì)凹部。
[0118] 且基板表面的凹凸密度可以通過中間加工使用的金剛石漿料的粒徑的變化進(jìn)行 控制。例如金剛石漿料的粒徑為1μm時(shí)，能夠確認(rèn)顯著生成凹部密度為1000個(gè)/cm2。
[0119] 此外，測(cè)定得到的操作基板的接合面中存在的凹部的深度時(shí)，在IOOnm左右存在 峰值。且測(cè)定使用干涉儀（140μmX110μm視場(chǎng)）測(cè)定RT值計(jì)量（PV值測(cè)定）。
[0120] 該凹部深度的分布如圖6所示。其結(jié)果是，凹部數(shù)量的95%的深度分布在0. 05μm 以上，或分布在1. 〇μm以下。另外，凹部深度的平均值為0. 3μm。
[0121] 另外，這些凹部的外形輪廓為圓形或橢圓形。其凹部的直徑分布如圖7所示。其 結(jié)果是，凹部數(shù)量的95%的直徑分布在0. 5μm以上，或分布在10μm以下。此外，凹部直徑 的平均值為2. 5μm。
[0122] 在得到的操作基板表面上形成作為與Si薄板（施主基板）的粘合層的SiO2層。 制膜方法使用等離子CVD法，制膜后進(jìn)行CMP研磨（化學(xué)機(jī)械研磨），最終的SiO2層的膜 厚為100nm。其后，通過等離子體活化法將Si薄板（施主基板）和SiO2層直接鍵合，制作 Si-SiO2-操作基板構(gòu)成的復(fù)合基板。其后，通過對(duì)Si層研磨加工進(jìn)行薄板加工，使Si層的 厚度為500nm。
[0123] 對(duì)得到的復(fù)合基板在1000°C下進(jìn)行30分鐘的熱處理的結(jié)果，確認(rèn)鍵合狀態(tài)未發(fā) 生改變，裂紋、剝離等少，形成的微細(xì)孔能產(chǎn)生充分的錨定效應(yīng)。
[0124] (實(shí)施例2?10)
[0125] 制作與實(shí)施例1同樣的凹部大小、深度、密度的復(fù)合基板，進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果如表1、 表2所示。
[0126] (比較例）
[0127] 為了比較無凹凸基板的貼合強(qiáng)度，作為操作基板，在Si基板上直接鍵合作為功能 層的LT(鉭酸鋰）制作復(fù)合基板。LT表面Ra:0. 5nm、PV值：2nm、得到無物理高低差的表 面。將該操作基板直接與Si構(gòu)成的施主基板通過表面活化法鍵合貼合，通過研磨加工使其 膜厚為20μπι。得到的基板使用金剛石刀片切割加工，可以觀察到部分鍵合界面的剝離現(xiàn) 象。裂紋、剝離發(fā)生率如表2所示。
[0128] 表 1
[0129]

【權(quán)利要求】
1. 一種半導(dǎo)體用復(fù)合基板的操作基板，其特征在于，所述操作基板由絕緣性多晶材料 形成，所述操作基板表面的微觀表面的中心線平均粗糙度Ra為5nm以下，所述表面形成有 凹部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的操作基板，其特征在于，直徑0. 5 y m以上的凹部的密度為每 lcm2所述表面中50個(gè)以上、4500個(gè)以下。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的操作基板，其特征在于，所述凹部的深度的平均值為 0. lym 以上、0. 8iim 以下。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的操作基板，其特征在于，俯視所述操作基板的所述 表面時(shí)，所述凹部的外側(cè)輪廓為圓形或橢圓形。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1?4任一項(xiàng)所述的操作基板，其特征在于，所述凹部的直徑的平均值 為1 y m以上、5 u m以下。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1?5任一項(xiàng)所述的操作基板，其特征在于，所述絕緣性多晶材料由氧 化鋁、碳化硅、氮化鋁或氮化硅構(gòu)成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的操作基板，其特征在于，所述絕緣性多晶材料為透光性氧化 鋁陶瓷。
8. -種半導(dǎo)體用復(fù)合基板，其特征在于，包括權(quán)利要求1?7任一項(xiàng)所述的操作基板， 以及在所述操作基板的所述表面直接或介由接合層鍵合的施主基板。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體用復(fù)合基板，其特征在于，所述接合層由A1203構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK104364905SQ201480001476
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月27日
【發(fā)明者】井出晃啟, 巖崎康范, 宮澤杉夫 申請(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社