特許 5697813 半導体用複合基板のハンドル基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5697813

(24)【登録日】2015年2月20日

(45)【発行日】2015年4月8日

(54)【発明の名称】半導体用複合基板のハンドル基板

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20150319BHJP

   C04B 35/115 20060101ALI20150319BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/02 B

   C04B35/10 C

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-557911(P2014-557911)

(86)(22)【出願日】2014年7月10日

(86)【国際出願番号】JP2014068473

【審査請求日】2014年12月3日

(31)【優先権主張番号】特願2013-149500(P2013-149500)

(32)【優先日】2013年7月18日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100097490

【弁理士】

【氏名又は名称】細田 益稔

(74)【代理人】

【識別番号】100097504

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 純雄

(72)【発明者】

【氏名】岩崎 康範

(72)【発明者】

【氏名】井出 晃啓

(72)【発明者】

【氏名】宮澤 杉夫

【審査官】 樫本 剛

(56)【参考文献】

【文献】 特開平７−２４９７１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−１６０２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１５６７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−９０６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１２８６６６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

Ｈ０１Ｌ ２７／１２

Ｃ０４Ｂ ３５／１１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体用複合基板のハンドル基板であって、
前記ハンドル基板が透光性セラミックからなり、前記ハンドル基板の接合面側の表面領域に含まれる大きさ０．５〜３．０μｍの気孔の平均密度が５０個／ｍｍ^２以下であり、前記ハンドル基板内に大きさ０．５〜３．０μｍの気孔の平均密度が１００個／ｍｍ^２以上の領域が形成されており、前記透光性セラミックの平均粒径が５〜６０μｍであることを特徴とする、ハンドル基板。

【請求項2】

前記ハンドル基板内における大きさ０．５〜３．０μｍの気孔の平均密度が１０００個／ｍｍ^２以下である、請求項１記載のハンドル基板。

【請求項3】

前記接合面側の前記表面領域における前記気孔の平均密度と、前記基板の厚さ方向の中心線が通る領域における前記気孔の平均密度との比率が、１：２〜１：４０であることを特徴とする、請求項１または２記載のハンドル基板。

【請求項4】

前記透光性セラミックが多結晶アルミナであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載のハンドル基板。

【請求項5】

前記ハンドル基板の接合面の微視的な中心線平均表面粗さＲａが３．０ｎｍ以下であり、波長６５０ｎｍの光の直線透過率が６０％以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載のハンドル基板。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載のハンドル基板、および前記ハンドル基板の前記接合面に対して直接または接合領域を介して接合されているドナー基板を有することを特徴とする、半導体用複合基板。

【請求項7】

前記ドナー基板が単結晶シリコンからなることを特徴とする、請求項６記載の複合基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体用複合基板のハンドル基板に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｑｕａｒｔｚ（ＳＯＱ）、Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ（ＳＯＧ）、Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｓａｐｐｈｉｒｅ （ＳＯＳ）と呼ばれるハンドル基板を、透明・絶縁基板で構成されるＳＯＩや、ＧａＮ、ＺｎＯ、ダイアモンド、ＡｌＮ等の透明ワイドギャップ半導体をシリコン等のドナー基板に接合することで、貼り合わせウェーハを得ることが知られている。ＳＯＱ、ＳＯＧ、ＳＯＳなどは、ハンドル基板の絶縁性・透明性などからプロジェクター、高周波デバイスなどへの応用が期待されている。またワイドギャップ半導体の薄膜をハンドル基板に複合化した貼り合わせウェーハは、高性能レーザーやパワーデバイスなどへの応用が期待される。

【0003】

高絶縁性、低誘電損失、高熱伝導といった特徴を持つサファイアをベース基板とし、その表面に半導体デバイスを構成するためのシリコン薄膜を形成した貼り合せ基板が高周波スイッチＩＣ等に用いられている。以前はベース基板上にシリコン領域をエピタキシャル成長により形成する方法が主流であったが、近年直接接合により形成する方法が開発され、半導体デバイスの性能改善に寄与している（特許文献１、２、３）。

【0004】

しかし、サファイアは高価であることから、コストダウンのためには、サファイア以外の材料の基板をハンドル基板として用いることが望まれる。上述した接合技術の進歩に伴い、石英、ガラス、アルミナといったサファイア以外の材質からなるハンドル基板も各種提案されている。

【0005】

中でも高輝度放電灯用の発光管や半導体製造装置のダミーウエハとして使われてきた多結晶透光性アルミナは、高純度の原料を用い、高温の還元雰囲気で緻密に焼成することにより、サファイアと同等の高絶縁性、低誘電損失、高熱伝導といった優れた特性を持ちながら、高コストな結晶育成工程が不要といった利点がある（特許文献４、５、６）。

【0006】

透光性のベース基板を用いる場合、半導体製造装置内の光学センサーで上手く検知できず、装置内でのトラブルの原因となる。これを防止するためベース基板の裏面をサンドブラスト処理や、リソグラフィー、レーザー加工により粗面化する方法（同７、８、９、１０、１１、１２）が提案されている。また、多結晶の透光性基板を低密度化することで透光性を下げる方法も提案されている（特許文献１２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開H08-512432

【特許文献2】特開2003-224042

【特許文献3】特開2010-278341

【特許文献4】WO2010/128666

【特許文献5】特開平05-160240

【特許文献6】特開平05-160240

【特許文献7】特開2008-288556

【特許文献8】特開2009-246320

【特許文献9】特開2009-246321

【特許文献10】特開2009-246323

【特許文献11】特開2009-252755

【特許文献12】特開平11-026339

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、特許文献７〜１１記載の方法は、いずれも、追加加工により粗面化する方法であり、加工による主面側の汚染や、ウエハの破損・変形の原因となり、かつ工程の追加が必要となる。また、特許文献１２記載のように、ハンドル基板を低密度化すると、基板内の微細な気孔が増えるため、貼り合せ面を研磨した際の面粗度が悪化し、シリコン領域と上手く接合できなくなる。

【0009】

本発明の課題は、半導体用複合基板のハンドル基板において、ハンドル基板を光学センサーで容易に検知できるようにし、かつ、ドナー基板との接合強度の低下を防止することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、半導体用複合基板のハンドル基板であって、
ハンドル基板が透光性セラミックからなり、ハンドル基板の接合面側の表面領域に含まれる大きさ０．５〜３．０μｍの気孔の平均密度が５０個／ｍｍ^２以下であり、ハンドル基板内に大きさ０．５〜３．０μｍの気孔の平均密度が１００個／ｍｍ^２以上の領域が形成されており、透光性セラミックの平均粒径が５〜６０μｍであることを特徴とする。

【0011】

また、本発明は、前記ハンドル基板、およびハンドル基板の接合面に対して直接または接合領域を介して接合されているドナー基板を有することを特徴とする、半導体用複合基板に係るものである。

【発明の効果】

【0012】

本発明者は、ハンドル基板を多結晶セラミックによって形成することを検討し、試作していた。多結晶セラミックは、多数の微細粒子が結着された微構造を有する。本発明者は、こうした多結晶セラミックにおいて、その接合側の主表面において気孔を少なくするとともに、ハンドル基板内部に気孔の多い領域を残した構造を採用することを想到した。

【0013】

ハンドル基板内部に気孔の多い領域を残した構造を採用することで、ハンドル基板を光学センサーで容易に検知できる。これとともに、接合側の主表面において気孔を少なくする構造によって、加工後の接合面におけるＲａを極めて小さくでき、ドナー基板との接合強度の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】（ａ）は、本発明の実施形態に係るハンドル基板１を示す模式図であり、（ｂ）は、ハンドル基板１上にドナー基板５を接合領域４を介して接合して得られた複合基板６を示す模式図であり、（ｃ）は、ハンドル基板１上にドナー基板５を直接接合して得られた複合基板６Ａを示す模式図である。

【図2】（ａ）は、ハンドル基板１に厚さ方向の中心線Ｌを引いた図であり、（ｂ）は、他の実施形態に係るハンドル基板１Ａを示す図である。

【図3】平均粒径の算出方式例を示す模式図である。

【図4】結晶粒子および気孔の算定法を説明するための写真である。

【図5】結晶粒子および気孔の算定法を説明するための写真である。

【図6】結晶粒子および気孔の算定法を説明するための写真である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を更に説明する。
（ハンドル基板）
本発明のハンドル基板は、透光性セラミックからなる。これは、特に限定されないが、好ましくは、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、サイアロン及び窒化ガリウムからなる群から選択される。

【0016】

ハンドル基板の材質は、透光性アルミナ焼結体が特に好適に用いられる。これは非常に緻密な焼結体が得られる為に、ハンドル基板の割れやクラックが発生しにくい。

【0017】

透光性アルミナ焼結体を製造する際には、好ましくは純度９９．９％以上（好ましくは９９．９５％以上）の高純度アルミナ粉末に対して、１００ｐｐｍ以上、１０００ｐｐｍ以下の酸化マグネシウム粉末を添加する。このような高純度アルミナ粉末としては、大明化学工業株式会社製の高純度アルミナ粉体を例示できる。また、この酸化マグネシウム粉末の純度は９９．９％以上が好ましく、平均粒径は０．６μｍ以下が好ましい。

【0018】

図１（ａ）、図２（ａ）は、本発明の実施形態に係るハンドル基板１を示すものであり、図２（ｂ）は、他の実施形態に係るハンドル基板1Ａを示すものである。

【0019】

ハンドル基板１、１Ａの接合面１ａ側の表面領域２Ａに含まれる大きさ０．５〜３．０μｍの気孔の平均密度が５０個／ｍｍ^２以下である。これによって、加工後のハンドル基板の接合面１ａのＲａを３．０ｎｍ以下とし、ドナー基板との接合を強化することが可能である。この観点からは、接合面１ａ側の表面領域２Ａに含まれる大きさ０．５〜３．０μｍの気孔の平均密度が２０個／ｍｍ^２以下であることが更に好ましく、１０個以下であることが更に好ましい。この下限は特になく、０個／ｍｍ^２であってもよい。

【0020】

ハンドル基板１、１Ａの底面１ｂ側の表面領域２Ｂに含まれる大きさ０．５〜３．０μｍの気孔の平均密度は、５０個／ｍｍ^２以下である必要はない。ただし、この気孔が多くなり過ぎると、汚染や脱粒が生じやすくなるので、ハンドル基板１、１Ａの底面１ｂ側の表面領域２Ｂに含まれる大きさ０．５〜３．０μｍの気孔の平均密度は、１００個／ｍｍ^２以下であることが好ましく、５０個／ｍｍ^２以下であることが更に好ましい。

【0021】

また、ハンドル基板１中には、大きさ０．５〜３．０μｍの気孔の平均密度が１００個／ｍｍ^２以上の領域３が形成されている。領域３は、図２（ｂ）に示すように、表面領域２Ａ、２Ｂ以外の全体に広がっていて良い。あるいは、図１（ａ）に示すように、領域３は、表面領域２Ａ、２Ｂを除く領域の一部のみを占めていても良い。

【0022】

ハンドル基板１中に、大きさ０．５〜３．０μｍの気孔の平均密度が１００個／ｍｍ^２以上の領域３を形成することによって、光学センサーなどでハンドル基板を容易に検出可能になる。この領域における気孔の平均密度の上限は特にないが、気孔が多過ぎると強度低下や脱粒の原因となる傾向がある。こうした観点からは、平均密度が１０００個／ｍｍ^２以下であることが好ましく、４００個／ｍｍ^２以下であることが更に好ましい。

【0023】

また、領域３と表面領域２Ａとの間には、大きさ０．５〜３．０μｍの気孔の平均密度が１００個／ｍｍ^２未満である領域７Ａが設けられていて良い。この場合、領域７Ａの気孔の前記平均密度の下限は特にない。また、領域７Ａにおいて、気孔の前記平均密度が５０個／ｍｍ^２以下の領域と、５０個／ｍｍ^２を超える領域とが混在していてもよい。

【0024】

また、領域３と表面領域２Ｂとの間には、大きさ０．５〜３．０μｍの気孔の平均密度が１００個／ｍｍ^２未満である領域７Ｂが設けられていて良い。この場合、領域７Ｂの気孔の前記平均密度の下限は特にない。また、領域７Ｂにおいて、気孔の前記平均密度が５０個／ｍｍ^２以下の領域と、５０個／ｍｍ^２を超える領域とが混在していてもよい。

【0025】

また、本発明の観点からは、接合面側の表面領域における気孔の平均密度をＮｃとし、基板の厚さ方向の中心線Ｌが通る領域における気孔の平均密度Ｎｓとしたとき、比率（Ｎｃ：Ｎｓ）は、１：２〜１：４０であることが好ましい。比率が小さいと所望の効果が得られないし、大きすぎると焼結の際、偏った応力が発生し、クラックを引き起こすためである。この観点より、比率（Ｎｃ：Ｎｓ）は、１：８〜１：４０が更に好ましく、１：１２〜１：４０が更に好ましい。

【0026】

本発明においては、以下のようにして気孔の前記平均密度を決定する。
すなわち、ハンドル基板の断面（接合面に対して垂直な断面）を鏡面研磨、サーマルエッチングし、結晶粒界を際立たせた後、光学顕微鏡写真（２００倍）を撮影する。そして、ハンドル基板の厚さ方向（接合面に垂直な方向）に０．１ｍｍ、接合面に水平な方向に１．０ｍｍの層状の視野を設定する。この視野を図４、５、６に例示する。そして、各視野について、大きさ０．５〜３．０μｍの気孔の数を数える。得られた気孔数を単位ｍｍ^２当たりの気孔数に換算し、平均密度とする。

【0027】

例えば、図4の実施例１では、接合層側(上側)の表面領域の視野では気孔数が1であり、厚さ方向に見た中心線を通る領域の視野では気孔数が１２であり、底面側の表面領域の視野では気孔数が1である。気孔の平均密度は、それぞれ、１０個／ｍｍ^２、１２０個／ｍｍ^２、１０個／ｍｍ^２となる。

【0028】

同様に、図５の実施例２では、接合層側(上側)の表面領域の視野では気孔数が５であり、厚さ方向に見た中心線を通る領域の視野では気孔数が１７であり、底面側の表面領域の視野では気孔数が４である。気孔の平均密度は、それぞれ、５０個／ｍｍ^２、１７０個／ｍｍ^２、４０個／ｍｍ^２となる。

【0029】

図６の実施例３では、接合層側(上側)の表面領域の視野では気孔数が２であり、厚さ方向に見た中心線を通る領域の視野では気孔数が１５であり、底面側の表面領域の視野では気孔数が１６である。気孔の平均密度は、それぞれ、２０個／ｍｍ^２、１５０個／ｍｍ^２、１６０個／ｍｍ^２となる。

【0030】

また、本発明において前記の気孔の平均密度を算定する際には、ハンドル基板を、接合面から底面へと向かって、層状の領域に分割する。各領域の厚さはそれぞれ０．１ｍｍとする。そして、各領域内に上述のような厚さ０．１ｍｍ×長さ１．０ｍｍの測定視野を設定するのである。

【0031】

そして、大きさ０．５〜３．０μｍの気孔の平均密度が１００個／ｍｍ^２以上である領域３は、厚さ０．１ｍｍの単一層を含むが、厚さ０．１ｍｍ以上の領域を複数（たとえば２領域、３領域など）含んでいることが、本発明の観点からはより好ましい。

【0032】

ここで、大きさ０．５μｍ未満の気孔を除外するのは、視野に比べて細か過ぎるために計数が難しく、また精密研磨時の表面状態への影響が小さいからである。また、大きさ３．０μｍを超える気孔を除外したのは、気孔が粗大過ぎるため、単なる凹みとなるためであり、またハンドル基板に使用する緻密なセラミックスでは通常このサイズの気孔が見られないためである。断面を鏡面研磨する際、脱粒等が発生し気孔との区別がつきにくい場合、断面加工にＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）加工を用いることでこれらの影響を排除することができる。

【0033】

また、気孔の大きさは以下のようにして決定する。すなわち、ハンドル基板の前記断面写真において、接合面に水平な直線を引き、気孔を横断させる。このとき複数の直線を引くことができるが、気孔上を通過する直線の最大長さを気孔の大きさとする。

【0034】

本発明においては、接合面の微視的な中心線平均表面粗さＲａが３．０ｎｍ以下であり、これによってドナー基板への接合力を高めることができる。この観点からは、接合面の微視的な中心線平均表面粗さＲａが１．０ｎｍ以下であることが更に好ましい。

【0035】

なお、これは、表面に表れる各結晶粒子の露出面についてAFM（Atomic Force Microscope：原子間力顕微鏡）によって撮像し、ＪＩＳ Ｂ０６０１に従い算出する数値のことである。各結晶粒表面の面粗さを微視的に観察する場合には、原子間力顕微鏡による10um視野範囲での表面形状観察が用いられる。

【0036】

好適な実施形態においては、透光性セラミックの平均粒径が５〜６０μｍ、好ましくは１５μｍ〜５５μｍである。平均粒径が小さいと研磨時に脱粒が置き易く、面粗さが悪くなる。また大きいと焼結の際のマイクロクラックが発生し、面粗さが悪くなる。平均粒径を上記の範囲に設定することによって微視的な中心線平均表面粗さＲａを小さくして、分子間力によるドナー基板の接合強度を良好にし易い。

【0037】

なお、結晶粒子の平均粒径は以下のようにして測定するものである。
（１） 焼結体の断面を鏡面研磨、サーマルエッチングして粒界を際立たせた後、顕微鏡写真（１００〜２００倍）を撮影し、単位長さの直線が横切る粒子の数を数える。これを異なる３箇所について実施する。なお、単位長さは５００μｍ〜１０００μｍの範囲とする。
（２） 実施した３箇所の粒子の個数の平均をとる。
（３） 下記の式により、平均粒径を算出する。
［算出式］
Ｄ＝（４／π）×（Ｌ／ｎ）
［Ｄ：平均粒径、Ｌ：直線の単位長さ、ｎ：３箇所の粒子の個数の平均］
平均粒径の算出例を図３に示す。異なる３箇所の位置において、それぞれ単位長さ（例えば５００μｍ）の直線が横切る粒子の個数が２２、２３、１９としたとき、平均粒径Ｄは、上記算出式により、
Ｄ＝（４／π）×［５００／｛（２２＋２３＋１９）／３｝］＝２９．９μｍ
となる。

【0038】

本発明の観点からは、ハンドル基板の波長６５０ｎｍの光の直線透過率が６０％以下であることが好ましい。

【0039】

また、ハンドル基板の大きさ、厚さは、特に限定されないが、通常のＳＥＭＩ／ＪＥＩＴＡ規格近傍のものがハンドリングの関係から扱いやすい。また、ハンドル基板の厚さは、０．３ｍｍ以上が好ましく、１．５ｍｍ以下が好ましい。

【0040】

ハンドル基板を構成する多結晶セラミックの相対密度は、半導体の後処理に対する耐久性および汚染防止の観点から、９８％以上とすることが好ましく、９９％以上とすることが更に好ましい。

【0041】

（ハンドル基板の製造）
原料粉末の平均粒径（一次粒子径）は特に限定されないが、低温焼結での緻密化という観点からは、０．６μｍ以下が好ましく、０．４μｍ以下が更に好ましい。一領域好ましくは、原料粉末の平均粒子径は０．３μｍ以下である。この平均粒径の下限は特に限定されない。原料粉末の平均粒子径は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）による原料粉末の直接観察によって決定できる。
なお、ここでいう平均粒径とはＳＥＭ写真(倍率：Ｘ３００００。任意の２視野)上における２次凝集粒子を除く１次粒子の（最長軸長＋最短軸長）／２の値のｎ＝５００平均値のことである。

【0042】

ハンドル基板の成形方法は特に限定されず、ドクターブレード法、押し出し法、ゲルキャスト法など任意の方法であってよい。特に好ましくは、基板を、以下のようなドクターブレード法を用いて製造する。
（１） セラミック粉体とともに、結合剤となるポリビニルブチラール樹脂（ＰＶＢ樹脂）、または、アクリル樹脂を、可塑剤、分散剤と共に分散媒中に分散してスラリーを調製し、ドクターブレード法にて、テープ状に成形した後、分散媒を乾燥させてスラリーを固化させる。
（２） 得られたテープを複数枚積み重ね、プレス積層またはＣＩＰ積層することで所望の厚みの基板形状の成形体を得る。

【0043】

本発明のハンドル基板を得るには、焼結温度は、焼結体の緻密化という観点から、１７００〜１９００℃が好ましく、１７５０〜１８５０℃が更に好ましい。

【0044】

また、焼成時に十分に緻密な焼結体を生成させた後に、更に追加でアニール処理を実施することが好ましい。このアニール温度は、本発明のように表面領域の気孔を選択的に減らすために、焼成時の最高温度＋５０℃〜最高温度−５０℃とすることが好ましく、焼成時の最高温度〜最高温度＋５０℃とすることが更に好ましい。また、アニール時間は、１〜６時間であることが好ましい。

【0045】

また、上記焼成の際は、モリブデン等の高融点金属からなる平坦な板の上に基板を置くが、その際、基板の上側には５〜１０ｍｍの隙間を空けることが焼結助剤の排出を促し、粒成長を置き易くするとの観点より好ましい。粒成長に伴う粒界移動で気孔の排出を進めることができるためである。一方で焼結助剤の排出が進みすぎると異常粒成長が置き易く、クラックの原因となるため、アニールの際は基板の上にモリブデン等の板を載せ、基板を上下から挟み込む形で行うことが更に好ましい。

【0046】

上記のように成形、焼結を行い、セラミック焼結体からなるブランク基板を得る。

【0047】

また、焼結助剤の多いセラミック成形体と焼結助剤の少ないセラミック成形体とを一体化してから焼結することによって、表面領域の気孔数が低減されたブランク基板を得ることも可能である。このような作製方法を採用することで、各層の気孔率をコントロールし易くなるため、Ｎｃ：Ｎｓの比率を大きくすることができる。

【0048】

焼結体は、多数の微細なセラミック粒子が結着された微構造を有する。ブランク基板の表面を精密研磨加工することによって、各結晶粒子が平面に沿って削られ、それぞれ平坦面を有する、研磨された結晶粒子が表面に露出することになる。この研磨された結晶粒子の表面は平滑となっている。

【0049】

ブランク基板を精密研磨加工することによって、各結晶粒子の表面の微視的な中心線平均表面粗さＲａを小さくする。こうした研磨加工としては、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）加工が一般的であり。これに使われる研磨スラリーとして、アルカリまたは中性の溶液に３０ｎｍ〜２００ｎｍの粒径を持つ砥粒を分散させたものが使われる。砥粒材質としては、シリカ、アルミナ、ダイヤ、ジルコニア、セリアを例示でき、これらを単独または組み合わせて使用する。また、研磨パッドには、硬質ウレタンパッド、不織布パッド、スエードパッドを例示できる。

【0050】

また、最終的な精密研磨加工を実施する前の粗研磨加工を実施した後にアニール処理を行うことが望ましい。アニール処理の雰囲気ガスは大気、水素、窒素、アルゴン、真空を例示できる。アニール温度は１２００〜１６００℃、アニール時間は２〜１２時間であることが好ましい。これにより、表面の平滑を損ねることなく、焼結助剤の排出を促進することができる。

【0051】

ハンドル基板が透光性アルミナからなる場合には、ハンドル基板を製造する際の原料中への酸化マグネシウムの添加量を１００ｐｐｍ以上とすることによって、ハンドル基板の緻密化を促進し、その接合面近傍のクラックや気孔等によるドナー基板の接合強度低下を抑制できる。この観点からは、酸化マグネシウムの添加量を１５０ｐｐｍ以上とすることが好ましい。また、酸化マグネシウムの添加量を１０００ｐｐｍ以下とすることによって、ハンドル基板からドナー基板へのマグネシウムの拡散を抑制しやすくなる。

【0052】

（半導体用複合基板）
本発明の複合基板は、プロジェクター用発光素子、高周波デバイス、高性能レーザー、パワーデバイス、ロジックＩＣなどに利用できる。

【0053】

複合基板は、本発明のハンドル基板と、ドナー基板とを含む。
ドナー基板の材質は、特に限定されないが、好ましくは、シリコン、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、酸化亜鉛及びダイアモンドからなる群から選択される。ドナー基板の厚さは、特に限定されないが、通常のＳＥＭＩ／ＪＥＩＴＡ規格近傍のものがハンドリングの関係から扱いやすい。

【0054】

ドナー基板は、上述の材質を有し、表面に酸化膜を有していてもよい。酸化膜を通してイオン注入を行えば、注入イオンのチャネリングを抑制する効果が得られるからである。酸化膜は、好ましくは５０〜５００ｎｍの厚さを有する。酸化膜を有するドナー基板もドナー基板に含まれ、特に区別しない限り、ドナー基板と称する。

【0055】

例えば図１（ｂ）の複合基板６においては、ハンドル基板１を得た後、ハンドル基板１の接合面１ａ上に接合領域４を介してドナー基板５が接合されている。図１（ｃ）の複合基板６Ａにおいては、ハンドル基板１の接合面１ａ上にドナー基板５が直接接合されている。これらの場合、ハンドル基板１の接合面１ａが微視的に見て平滑であることから、ドナー基板との接合強度を高くすることができる。

【0056】

（接合形態）
接合に用いられる技術としては、特に限定される訳ではないが、例えば表面活性化による直接接合や、接着領域を用いた基板接合技術が用いられる。

【0057】

直接接合には界面活性化による低温接合技術が好適に用いられる。１０^−６Ｐａ程度の真空状態にてArガスによる表面活性化を実施後、常温にてＳｉ等の単結晶材料がＳｉＯ_２等の接着領域を介して多結晶材料と接合されることができる。

【0058】

接着領域の例としては、樹脂による接着の他に、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＮが用いられる。

【実施例】

【0059】

（実施例１）
本発明の効果を確認するために、透光性アルミナ焼結体を用いたハンドル基板１を試作した。
まず、透光性アルミナ焼結体製のブランク基板を作成した。具体的には、以下の成分を混合したスラリーを調製した。

【0060】

（原料粉末）
・比表面積３．５〜４．５ｍ^２／ｇ、平均一次粒子径０．３５〜０．４５μｍのα−アルミナ粉末 １００重量部
・ＭｇＯ（マグネシア） ０．０２５重量部
・ＺｒＯ_２（ジルコニア） ０．０４０重量部
・Ｙ_２Ｏ_３（イットリア） ０．００１５重量部
（分散媒）
・２-エチルヘキサノール ４５重量部
（結合剤）
・ＰＶＢ樹脂 ４重量部
（分散剤）
・高分子界面活性剤 ３重量部
（可塑剤）
・ＤＯＰ ０．１重量部

【0061】

このスラリーを、ドクターブレード法を用いて焼成後の厚さに換算して０．２５ｍｍとなるようテープ状に成形した。これを４層重ねプレス積層し、焼成後の厚さが１ｍｍとなる基板状の粉末成形体を得た。

【0062】

得られた粉末成形体を、大気中１１００℃で仮焼（予備焼成）の後、水素３：窒素１の雰囲気中１７５０℃で３時間焼成を行い、その後、１７００℃で３時間アニール処理を実施した。

【0063】

作成したブランク基板に高精度研磨加工を実施した。まずグリーンカーボンによる両面ラップ加工により形状を整えた後、ダイヤモンドスラリーによって表面に片面ラップ加工を実施した。これを、大気雰囲気、１３００℃で６時間アニール処理を実施した後、最終的な面粗さを得るべく、コロイダルシリカを用いたCMP研磨加工を実施した。この際、全体の加工量が深さ方向で４００μm、アニール後の加工量は１０μｍとなるよう調整した。更に、加工後の基板を、過酸化アンモニア、過酸化塩酸、硫酸、フッ酸、王水、と純水にそれぞれ交互に浸漬して洗浄し、ハンドル基板１を作製した。

【0064】

得られたハンドル基板について、大きさ０．５〜３．０μｍの気孔の平均密度が１００個／ｍｍ^２以上である領域の厚さ、接合面側の表面領域における大きさ０．５〜３．０μｍの気孔の平均密度、接合面側の表面領域における気孔の平均密度（Ｎｃ）と基板の厚さ方向の中心線が通る領域における気孔の平均密度（Ｎｓ）との比率（Ｎｃ：Ｎｓ）、結晶の平均粒径、光学センサーでの検知の可否、接合面のＲａを測定した。結果を表１に示す。

【0065】

【表1】

【0066】

（実施例２〜８）
実施例１と同様にしてハンドル基板を作製した。ただし、焼成温度、焼成後のアニール温度、アルール時間、ラップ後のアニール温度、ラップ後のアニール時間を変更した。得られた各測定結果を表１に示す。
（実施例９、１０、１１）
実施例１と同様にしてハンドル基板を作製した。ただし、テープ成形層４層の内、表面側の２層と中央側の２層の酸化マグネシウムの量を変更した。得られた測定結果を表１に示す。なお、実施例１１は１０枚作成した内の１枚において、アニール処理後クラックが発生した。

【0067】

（比較例１〜４）
実施例１と同様にしてハンドル基板を作製した。ただし、ただし、焼成温度、焼成後のアニール温度、アルール時間、ラップ後のアニール温度、ラップ後のアニール時間を変更した。得られた各測定結果を表２に示す。

【0068】

【表2】

【0069】

（接合試験）
実施例１〜１１で得られた各ハンドル基板の表面に、シリコン薄板との接着領域として、ＳｉＯ_２領域を形成した。ただし、実施例１１についてはクラックの発生していないもののみ用いた。成膜方法はプラズマＣＶＤを用い、製膜後にＣＭＰ研磨（化学機械研磨）を実施することで、最終的なＳｉＯ_２領域の膜厚を１００ｎｍとした。その後、プラズマ活性化法によりＳｉ基板とＳｉＯ_２領域を直接接合し、Ｓｉ―ＳｉＯ_２―ハンドル基板からなる複合基板を試作した。この結果、良好な接合状態が得られ、クラック、剥離、割れはみられなかった。また、得られた複合基板を１０００℃で３０分間の間熱処理した結果、接合状態は変わらず、クラック、剥離等の発生は見られなかった。

【0070】

一方、比較例２，４の各ハンドル基板の表面に、上述のようにしてシリコン基板を接合した。得られた各複合基板を１０００℃で３０分間の間熱処理した結果、部分的に剥離が見られた。なお、比較例１のハンドル基板は光学センサーでの検知ができず、比較例３のハンドル基板はクラックが見られることから、接合試験を行わなかった。

【要約】

ハンドル基板１は、透光性セラミックからなる。ハンドル基板１の接合面１ａ側の表面領域２Ａに含まれる大きさ０．５〜３．０μｍの気孔の平均密度が５０個／ｍｍ^２以下である。ハンドル基板１内に大きさ０．５〜３．０μｍの気孔の平均密度が１００個／ｍｍ^２以上の領域３が形成されている。透光性セラミックの平均粒径が５〜６０μｍである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】