半導體用復合基板的操作基板的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及半導體用復合基板的操作基板。
【背景技術】
[0002]以往已知的是，通過將被稱為 Silicon on Quartz (SOQ)、Silicon on Glass (SOG)、Silicon on Sapphire(SOS)的操作基板、透明?絕緣基板構成的SOI和GaN、ZnO、金 剛石、AlN等透明寬帶隙半導體與硅等施主基板鍵合，可以得到貼合晶片。由于S0Q、S0G、 SOS等操作基板的絕緣性?透明性等，被期待應用于投影儀、高頻器件等。此外，寬帶隙半導 體的薄膜與操作基板的復合化貼合晶片，被期待應用于高性能激光器和功率器件等。
[0003] 以具備高絕緣性、低介質損耗、高熱傳導等特征的藍寶石為襯底基板、其表面形成 有用于構成半導體器件的硅薄膜的貼合基板，被用于高頻開關IC等。以前，在襯底基板上 通過外延生長形成硅區域的方法是主流，但近年來，開發了直接鍵合形成的方法，對半導體 器件的性能改善有所幫助（專利文獻1、2、3)。
[0004] 但是，由于藍寶石很昂貴，為了降低成本，希望能將藍寶石以外的材料基板用作操 作基板。伴隨上述鍵合技術的進步，也提出了由石英、玻璃、氧化鋁等藍寶石以外的材質構 成的操作基板的各種提案。
[0005] 其中，以往用作高亮度放電燈用的發光管和半導體制造裝置的擋片的多晶透光性 氧化鋁，通過使用高純度原料、在高溫的還原氣氛下致密燒成，具有與藍寶石同等的高絕緣 性、低介質損耗、高熱傳導等良好特性，同時具有無需高成本的結晶培養工序的優點（專利 文獻 4、5、6)。
[0006] 使用透光性的襯底基板時，無法很好地通過半導體制造裝置內的光學傳感器進行 檢測，會造成裝置內出現問題。為防止這一問題，有提案提出，在襯底基板的背面通過噴砂 處理或微影蝕刻、激光加工實施粗面化的方法（同7、8、9、10、11、12)。此外，也有提案提出， 通過將多晶的透光性基板進行低密度化而降低透光性的方法（專利文獻12)。 現有技術文獻 專利文獻
[0007] 【專利文獻1】日本專利特開H08-512432 【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4】W02010/12866 6 【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05-160240 【專利文獻7】日本專利特開2008-288556 【專利文獻8】日本專利特開2009-246320 【專利文獻9】日本專利特開2009-246321 【專利文獻10】日本專利特開2009-246323 【專利文獻11】日本專利特開2009-252755 【專利文獻12】日本專利特開平11-026339
【發明內容】
[0008] 但是，專利文獻7~11記載的方法，都是通過追加加工實施粗面化的方法，加工會 造成主面一側污染和晶片破損?變形，并且必須增加工序。此外，如專利文獻12所記載，將 操作基板低密度化的話，基板內的微細氣孔會增加，因此研磨貼合面時的面粗糙度會惡化， 無法很好地鍵合硅區域。
[0009] 本發明的課題是，半導體用復合基板的操作基板中，可以容易的通過光學傳感器 檢測操作基板，并且防止與施主基板的鍵合強度下降。
[0010] 本發明是一種半導體用復合基板的操作基板，其特征在于， 操作基板由透光性陶瓷構成，所述操作基板的接合面一側的表面區域包含大小0. 5~ 3. 0 μL?的氣孔，所述接合面一側的表面區域所含的大小0. 5~3. 0 μL?的氣孔的平均密度在 50個/mm2以下，操作基板內形成有大小0. 5~3. 0 μπι的氣孔的平均密度在100個/mm2以 上的區域，透光性陶瓷的平均粒徑為5~60 μm。
[0011] 此外，本發明涉及半導體用復合基板，其特征在于，具有所述操作基板，以及直接 或通過接合區域鍵合在操作基板的接合面的施主基板。
[0012] 本發明人研宄了通過多晶陶瓷形成操作基板，進行了試制。多晶陶瓷具有黏附有 許多微細顆粒的微結構。本發明人想到，在此種多晶陶瓷中，采用減少其鍵合一側的主表面 上的氣孔、同時在操作基板內部保留多氣孔區域的結構。
[0013] 通過采用在操作基板內部保留多氣孔區域的結構，可以容易地通過光學傳感器檢 測操作基板。與此同時，通過減少鍵合一側的主表面上的氣孔的結構，可以使得加工后的接 合面的Ra極小，可以防止與施主基板的鍵合強度下降。
【附圖說明】
[0014] 【圖l】(a)是顯示本發明的實施方式涉及的操作基板1的模式圖，（b)是顯示在操 作基板1上通過接合區域4鍵合施主基板5而得到的復合基板6的模式圖，（c)是顯示在 操作基板1上直接鍵合施主基板5而得到的復合基板6A的模式圖。 【圖2】(a)是在操作基板1上引出的厚度方向的中心線L的圖，（b)是顯示其他實施方 式涉及的操作基板IA的圖。 【圖3】顯示平均粒徑的計算方式例的模式圖。 【圖4】用于說明晶粒以及氣孔的計算法的照片。 【圖5】用于說明晶粒以及氣孔的計算法的照片。 【圖6】用于說明晶粒以及氣孔的計算法的照片。
【具體實施方式】
[0015] 以下適當參照附圖進一步說明本發明。 (操作基板） 本發明的操作基板由透光性陶瓷構成。其并無特別限定，但優選從氧化硅、氧化鋁、氮 化鋁、碳化硅、氮化硅、硅鋁氧氮陶瓷（Sialon)及氮化鎵構成的群中選擇。
[0016] 操作基板的材質特別適宜使用透光性氧化鋁燒結體。由于可以得到非常致密的燒 結體，操作基板難以產生碎裂或裂紋。
[0017] 制造透光性氧化鋁燒結體時，優選對于純度99. 9%以上（優選99. 95%以上）的 高純度氧化鋁粉末，添加 IOOppm以上、1000 ppm以下的氧化鎂粉末。作為此種高純度氧化鋁 粉末，可例示有，大明化學工業株式會社制造的高純度氧化鋁粉體。此外，優選該氧化鎂粉 末的純度在99. 9%以上，優選平均粒徑在0. 6 μπι以下。
[0018] 圖1(a)、圖2(a)顯示的是本發明的實施方式涉及的操作基板1，圖2(b)顯示的是 其他實施方式涉及的操作基板1Α。
[0019] 操作基板1、1Α的接合面Ia -側的表面區域2Α所含的大小0. 5~3. 0 μπι的氣孔 的平均密度在50個/mm2以下。由此，加工后的操作基板的接合面Ia的Ra可以在3. Onm以 下，與施主基板的鍵合可以得到強化。基于此觀點，接合面Ia -側的表面區域2A所含的大 小0. 5~3. 0 μπι的氣孔的平均密度更優選在20個/mm2以下，進一步優選10個以下。并 無特別下限，也可以是〇個/mm 2。
[0020] 操作基板1、1A的底面Ib -側的表面區域2B所含的大小0. 5~3. 0 μL?的氣孔的 平均密度不一定要在50個/mm2以下。但是，該氣孔過多的話，容易出現污染和脫粒，因此 操作基板1、1A的底面Ib -側的表面區域2B所含的大小0. 5~3. 0 ym的氣孔的平均密度 優選在100個/_2以下，更優選50個/mm2以下。
[0021] 此外，操作基板1中，形成有大小0. 5~3. 0 μπι的氣孔的平均密度在100個/mm2 以上的區域3。區域3如圖2(b)所示，可以向表面區域2A、2B以外的整體擴展。或者，如圖 I (a)所示，區域3也可以僅占表面區域2A、2B以外的區域的一部分。
[0022] 通過在操作基板1中形成大小0. 5~3. 0 μ m的氣孔的平均密度在100個/mm2以 上的區域3,可以容易地通過光學傳感器等檢測操作基板。該區域內的氣孔的平均密度的上 限并無特別要求，但氣孔過多的話會出現強度下降和產生脫粒的趨勢。基于此種觀點，平均 密度優選在1000個/mm 2以下，更優選400個/mm2以下。
[0023] 此外，在區域3和表面區域2A之間，也可設置大小0. 5~3. 0 μπι的氣孔的平均密 度不足100個/mm2的區域7Α。此時，區域7Α的氣孔的所述平均密度的下限并無特別要求。 此外，區域7A中，也可混合存在氣孔的所述平均密度在50個/mm 2以下的區域和超過50個 /mm2的區域。
[0024] 此外，在區域3和表面區域2B之間，也可設置大小0. 5~3. 0 μπι的氣孔的平均密 度不足100個/mm2的區域7Β。此時，區域7Β的氣孔的所述平均密度的下限并無特別要求。 此外，區域7B中，也可混合存在氣孔的所述平均密度在50個/mm 2以下的區域和超過50個 /mm2的區域。
[0025] 此外，基于本發明的觀點，接合面一側的表面區域內的氣孔的平均密度設為Nc，基 板的厚度方向的中心線L通過區域內的氣孔的平均密度設為Ns時，比率（Ne :Ns)優選為1 : 2~1 :40。這是由于比率小的話無法得到期望的效果，過大的話燒結時會產生偏移應力而 引起裂紋。基于該觀點，比率（Ne :Ns)更優選1 :8~1 :40,進一步優選1 :12~1 :40。
[0026] 本發明中，如下決定氣孔的所述平均密度。 即，將操作基板的截面（相對于接合面的垂直截面）鏡面研磨、熱蝕刻，使得結晶晶界 明顯后，拍攝光學顯微鏡照片（200倍）。之后，設定操作基板的厚度方向（與接合面垂直的 方向）0. 1mm、與接合面水平方向LOmm的層狀視野。該視野如圖4、5、6例示。之后，對各視 野的大小0. 5~3. 0 μ m的氣孔數進行計數。將得到的氣孔數換算為每單位mm2的氣孔數， 作為平均密度。
[0027] 例如，圖4的實施例1中，接合層一側（上側）的表面區域的視野中的氣孔數為1， 厚度方向看到的中心線通過區域的視野中的氣孔數為12,底面一側的表面區域的視野中的 氣孔數為1。氣孔的平均密度分別為10個/mm 2、120個/mm2、10個/mm2。
[0028] 同樣的，圖5的實施例2中，接合層一側（上側）的表面區域的視野中的氣孔數為 5,厚度方向看到的中心線通過區域的視野中的氣孔數為17,底面一側的表面區域的視野中 的氣孔數為4。氣孔的平均密度分別為50個/mm 2、170個/mm2、40個/mm2。
[0029] 圖6的實施例3中，接合層一側（上側）的表面區域的視野中的氣孔數為2,厚度 方向看到的中心線通過區域的視野中的氣孔數為15,底面一側的表面區域的視野中的氣孔 數為16。氣孔的平均密度分別為20個/mm 2、150個/mm2、160個/mm2。
[0030] 此外，計算本發明中的所述的氣孔的平均密度時，從接合面向著底面，將操作基 板分割為層狀的區域。各區域的厚度分別為o.lmm。之后，在各區域內設定上述的厚度 0· ImmX長度1.0 mm的測定視野。
[0031] 此外，大小0. 5~3.0 μπι的氣孔的平均密度在100個/mm2以上的區域3,包含厚 度0· Imm的單一層，但是，基于本發明的觀點，更優選含有多個厚度0· Imm以上的區域（例 如2個區域、3個區域等）。
[0032] 在這里，將大小不足0.5 μπι的氣孔除外是因為，