[发明专利]半导体用复合基板的操作基板

说明书

技术领域

本发明涉及半导体用复合基板的操作基板。

背景技术

以往，将被称为石英上硅(SOQ)、玻璃上硅(SOG)、蓝宝石上硅(SOS)的操作基板、由透明·绝缘基板构成的SOI，或GaN、ZnO、金刚石、AlN等的透明宽能隙半导体键合至硅等的施主基板中，得到贴合晶片是已知的。从操作基板的绝缘性·透明性，期待将SOQ、SOG、SOS等应用于投影机、高频装置等中。且期待将宽能隙半导体薄膜与操作基板复合化得到的贴合晶片应用于高性能激光和功率器件等中。

这样的半导体集成电路用复合基板由操作基板、施主基板构成，一般操作基板和施主基板由单晶材料构成。以往，在底座基板上通过外延生长形成硅层的方法是主流，但近年来已研发出直接键合形成的方法，从而改善半导体装置的性能。(专利文献1、2、3)即，这样的操作基板和施主基板介由接合层和粘合层键合，或直接键合。此外，随着键合技术的进步，也提出了石英、玻璃、氧化铝的蓝宝石以外的各种材质构成的操作基板。(专利文献4、5、6、7)。

现有技术文献

(专利文献1)日本专利特开平08-512432

(专利文献2)日本专利特开2003-224042

(专利文献3)日本专利特开2010-278341

(专利文献4)WO 2010/128666 A1

(专利文献5)日本专利特开平05-160240

(专利文献6)日本专利特开平05-160240

(专利文献7)日本专利特开2008-288556

发明内容

为了尽可能使与施主基板键合用的操作基板的分子间力所产生的键合力最大化，通过CMP等进行高精度研磨，使其Ra值为5nm以下是最好的。

然而，完成该操作后的复合基板在各种半导体工艺的过程中，有时会被暴露于近1000℃的温度环境下。因此，当功能层和支撑基板以及接合层为不同的材料时，会由于各种材料的热膨胀差而产生基板剥离等的问题。为此，为使分子间力所产生的键合力最大化、最好是保持操作基板表面的Ra值低的同时，能够承受键合后的高温工艺的热应力。

本发明的课题在于提供一种可以与施主基板键合、且对键合后的高温工艺的热应力具有高耐久性的半导体用复合基板的操作基板。

本发明的半导体用复合基板的操作基板，操作基板由绝缘性多晶材料形成，操作基板表面的微观表面的中心线平均粗糙度Ra为5nm以下，操作基板表面形成有凹部。

此外，本发明的半导体用复合基板的操作基板，含所述操作基板以及与操作基板的所述表面直接键合或介由接合层键合的施主基板。

操作基板为蓝宝石基板时，其表面可以是非常平滑的，但键合后的复合基板经过高温处理后，由于操作基板与施主基板之间的热膨胀差异，容易产生裂纹和剥离。

因此，本发明人的操作基板由多晶材料形成。这里，多晶材料具有多个微细颗粒粘结而成的微细结构。本发明人在这样的多晶材料成型后，在其表面通过适当的精密研磨加工，使Ra足够小的同时，通过在表面相邻的晶粒之间，使微细晶粒的脱落或积极利用结晶内部存在的气泡，得到残留微细凹部的结构。

这样，通过使晶粒的表面在微观观察时是光滑的，从而可以与施主基板键合。与此同时，通过在操作基板表面形成微细凹部相邻的晶粒间残留的微细结构，在该凹部中填充接合层和粘合层，可预期有很强的锚定效应，可以防止由于热膨胀差产生的裂纹和剥离。

附图说明

图1(a)为多晶材料的加工工序示意图，图1(b)为本发明的操作基板的表面状态的示意图。

图2为本发明的操作基板的表面的照片。

图3(a)表示多晶材料组成的空白基板12，图3(b)表示对空白基板12进行精密研磨加工得到的基材1，图3(c)表示进一步研磨加工基材1得到的操作基板11，图3(d)表示操作基板11上介由接合层16键合施主基板17得到的复合基板20A，图3(e)表示在操作基板11上直接键合施主基板17得到的复合基板20B。

图4(a)表示在操作基板11上介由接合层16键合施主基板17得到的复合基板20A的微细结构的示意图，图4(b)表示操作基板11上直接键合施主基板17得到的复合基板20B微细结构的示意图。

图5(a)、(b)、(c)分别表示凹部的平面形状的示例图。

图6表示操作基板的表面形成的凹部的深度的分布图。

图7表示操作基板的表面形成的凹部的直径的分布图。

具体实施方式

本发明的实施方式