[发明专利]复合基板的制造方法和复合基板

说明书

技术领域

本发明涉及采用了经由绝缘膜的支持基板与半导体基板的贴合法的复合基板的制造方法和采用该制造方法得到的复合基板。

背景技术

GaN等III-V族半导体、SiC等宽带隙半导体，由于材料自身的物性，对其在发光元件、高耐压器件、RF器件中的应用进行了研究，但实用化时这些半导体中存在的缺陷成为了问题。为了减少材料中的缺陷，与采用异质外延等使薄膜生长相比，使用单晶的块体材料在缺陷数方面有利。但是，这些单晶材料的价格高，因此例如在绝缘体上硅薄膜(SOI)、蓝宝石上硅薄膜(SOS)的制造中采用那样，根据采用如下的离子注入剥离法的制造方法，能够期待转印后的晶片的再利用引起的成本降低：将注入了氢、稀有气体的离子的硅晶片(Si晶片)与硅晶片、蓝宝石晶片的支持基板贴合而接合后，通过进行热处理，在Si晶片的离子注入区域使其脆化后，通过热、机械手段在离子注入区域使其剥离，将Si薄膜转印于支持基板。

但是，该SOI、SOS的贴合中，由于硅晶片、蓝宝石晶片表面平滑，因此没有问题，但将例如GaN晶片、SiC晶片的表面平滑化到能够贴合的水平是非常困难的，平滑化需要成本。此外，不限于GaN晶片、SiC晶片的贴合，例如将多晶材料或将多晶材料在适当的基板表面成膜的基板与和这些不同种的基板贴合的情形下，由于多晶材料表面的凹凸大，因此不能原样地进行贴合。

因此，为了将不平滑的具有凹凸的材料基板用于上述贴合，研究了将SiO₂、无定形Si等的非晶材料在基板表面成膜，采用化学机械研磨(CMP)等将成膜的面平滑化到能够直接接合的水平(O.Moutanabbir等，Journal of Electronic Materials 39(5)，482-488(2010)(非专利文献1))。但是，对于SiO₂、无定形Si的成膜，一般使用了PECVD(等离子体增强化学气相沉积)、LPCVD(低压化学气相沉积)等气相生长法，但为了成膜，使用了价格高的装置，存在花费成本的问题。此外，由于成膜后的表面粗糙度大，因此在进行贴合前必须进行研磨处理，还存在工序增加的问题。

作为不需要成本而成膜的方法，考虑在表面粗糙的面或具有凹凸的面设置玻璃上旋涂(SOG)层的方法。作为玻璃上旋涂层，能够列举例如BPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass)、水玻璃等，但这些由于含有B、P、Na等杂质，因此难以作为SOI、SOS、或者使用了SiC、GaN等的电子器件用途的接合层使用。

作为不含杂质的SOG层的候补，可列举通过涂布聚硅氮烷的溶液，进行热处理(烧成处理)而转化为SiO₂的方法。从聚硅氮烷转化为SiO₂的膜的杂质少，而且对凹凸图案的填埋性良好，因此研究了例如在器件的层间绝缘膜中的应用(特开2005-45230号公报(专利文献1))、在有机TFT的栅极绝缘层的应用(国际公开第2006/019157号(专利文献2))。但是，这些用途中在最高450℃左右的低温下形成SiO₂膜，担心作为电子器件的接合层使用的情形的膜中所含的SiO₂以外的成分、官能团的影响。

作为将聚硅氮烷烧成膜用于基板的贴合的实例，有在具有凹凸图案的面对聚硅氮烷进行狭缝涂布并烧成而SiO₂化、与Si晶片贴合的实例(专利第4728030号公报(专利文献3))。该实例中，使用具有高500nm的台阶高差的基板进行贴合时，在该基板进行狭缝涂布后，通过350℃加热使其转化为SiO₂，用CMP平滑化后，进行与注入了氢离子的Si基板的贴合，通过离子注入区域中的剥离将Si薄膜转印，形成所需的晶片结构。即，将用于平滑化的研磨处理作为必要的工序。