特許 5756888 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(B2)

(11)【特許番号】5756888

(24)【登録日】2015年6月5日

(45)【発行日】2015年7月29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 20060101AFI20150709BHJP

   H01L 27/12 20060101ALI20150709BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/02 B

   H01L27/12 H

   H01L27/12 B

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-545018(P2014-545018)

(86)(22)【出願日】2014年3月26日

(86)【国際出願番号】JP2014059696

(87)【国際公開番号】WO2014157734

(87)【国際公開日】20141002

【審査請求日】2014年12月12日

(31)【優先権主張番号】特願2013-66951(P2013-66951)

(32)【優先日】2013年3月27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】井出 晃啓

(72)【発明者】

【氏名】岩崎 康範

(72)【発明者】

【氏名】宮澤 杉夫

【審査官】 堀江 義隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１５４６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３２６２５（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

(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絶縁性多結晶材料により形成されており、前記ハンドル基板の研磨面の微視的な中心線平均表面粗さＲａが５ｎｍ以下であり、前記研磨面に凹部が形成されており、前記凹部が、前記絶縁性多結晶材料の粒子の脱落によって粒界に生じる凹部または前記絶縁性多結晶材料の内部の気泡に起因して前記研磨面に現れる凹部であり、前記ハンドル基板の前記研磨面を平面的に見たときに、前記凹部の外側輪郭が円形または楕円形であることを特徴とする、ハンドル基板。

【請求項2】

直径０．５μｍ以上の凹部の密度が、前記研磨面１ｃｍ^２あたり５０個以上、４５００個以下であることを特徴とする、請求項１記載のハンドル基板。

【請求項3】

前記凹部の深さの平均値が０．１μｍ以上、０．８μｍ以下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】

前記凹部の直径の平均値が１μｍ以上、５μｍ以下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】

前記絶縁性多結晶材料が、アルミナ、炭化珪素、窒化アルミニウムまたは窒化珪素からな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】

前記絶縁性多結晶材料が透光性アルミナセラミックであることを特徴とする、請求項５記載のハンドル基板。

【請求項7】

請求項１〜６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研磨面に対して直接または接合層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8】

前記接合層がＡｌ_２Ｏ_３からなることを特徴とする、請求項７記載の半導体用複合基板。

【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】

こうした半導体集積回路用の複合基板は、ハンドル基板とドナー基板とからなっており、一般的にハンドル基板やドナー基板は単結晶材料からなる。従来は、ベース基板上にシリコン層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）。すなわち、こうしたハンドル基板とドナー基板とは、接合層や接着層を介して接合されるか、あるいは直接接合される。また、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（特許文献４、５、６、７）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平08-512432

【特許文献2】特開2003-224042

【特許文献3】特開2010-278341

【特許文献4】WO 2010/128666 A1

【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

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ドナー基板との接合に用いられるハンドル基板は、分子間力による接合力を最大化するべく、CMP等により高精度研磨が施され、そのＲａ値を５ｎｍ以下とすることが望ましい。しかし、こうして完成した複合基板は、各種半導体プロセスの過程において、時に1000℃近くの温度雰囲気にさらされる。そのため、機能層と支持基板および接合層が異なる材料である場合、それぞれの材料の熱膨張差に起因した基板剥離の問題が生じることがある。このために、分子間力による接合力を最大化するためにハンドル基板表面のＲａ値を低く保持しつつ、同時に接合後の高温プロセスによる熱応力に耐えることが望まれる。

【0006】

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、ドナー基板と接合でき、かつ接合後の高温プロセスによる熱応力に対する耐久性を高くできるようにすることである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、半導体用複合基板のハンドル基板であって、
ハンドル基板が絶縁性多結晶材料により形成されており、ハンドル基板の表面の微視的な中心線平均表面粗さＲａが５ｎｍ以下であり、ハンドル基板研磨面に凹部が形成されており、凹部が、絶縁性多結晶材料の粒子の脱落によって粒界に生じる凹部または絶縁性多結晶材料の内部の気泡に起因して研磨面に現れる凹部であり、ハンドル基板の研磨面を平面的に見たときに、凹部の外側輪郭が円形または楕円形であることを特徴とする。

【0008】

また、本発明は、前記ハンドル基板、およびハンドル基板の前記研磨面に対して直接または接合層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】

【0009】

ハンドル基板がサファイア基板であると、その表面をきわめて平滑にすることができるが、しかし、接合後の複合基板を高温プロセスに供すると、ハンドル基板とドナー基板との間の熱膨張差によって、クラックや剥離が生じやすくなる。

【0010】

このため、本発明者は、ハンドル基板を多結晶材料によって形成した。ここで、多結晶材料は、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、こうした多結晶材料を成形した後、その表面を適宜精密研磨加工することによってＲａを十分に小さくするのと同時に、表面において隣接する結晶粒子の間で微細な結晶粒を脱落させることや結晶内部に存在する気泡を積極的に活用することで微細な凹部を残した構造を得た。

【0011】

このように、結晶粒子の表面を微視的に見て平滑とすることによって、ドナー基板との接合が可能であった。これと同時に、微細な凹部が隣接する結晶粒子間に残留した微構造をハンドル基板表面に形成することで、この凹部に接合層や接着剤が充填され、強力なアンカー効果が期待でき、熱膨張差によるクラックや剥離を防止することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１（ａ）は、多結晶材料の加工プロセスを示す図であり、図１（ｂ）は、本発明のハンドル基板の表面状態を示す模式図である。

【図2】図２は、本発明のハンドル基板の表面を示す写真である。

【図3】図３（ａ）は、多結晶材料からなるブランク基板１２を示し、図３（ｂ）は、ブランク基板１２を精密研磨加工して得られた基材１を示し、図３（ｃ）は、基材１を更に研磨加工して得られたハンドル基板１１を示し、図３（ｄ）は、ハンドル基板１１上にドナー基板１７を接合層１６を介して接合して得られた複合基板２０Ａを示し、図３（ｅ）は、ハンドル基板１１上にドナー基板１７を直接接合して得られた複合基板２０Ｂを示す。

【図4】図４（ａ）は、ハンドル基板１１上にドナー基板１７を接合層１６を介して接合して得られた複合基板２０Ａの微構造を示す模式図であり、図４（ｂ）は、ハンドル基板１１上にドナー基板１７を直接接合して得られた複合基板２０Ｂの微構造を示す模式図である。

【図5】図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、凹部の平面的形状を例示する図である。

【図6】図６は、ハンドル基板の表面に形成されている凹部の深さの分布を示すグラフである。

【図7】図７は、ハンドル基板の表面に形成されている凹部の径の分布を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を更に説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、多結晶材料からなるブランク基板１２を準備する。ブランク基板１２の表面１２ａ、底面１２ｂは、研削面であってよく、また焼成面（アズファイアー面）であってよい。

【0014】

多結晶材料は、多数の微細粒子が結着された微構造を有する。多結晶材料は、図１（ａ）に示すように、結晶粒子３がランダムに配置されることで構成されている。ブランク基板１２の表面１２ａを精密研磨加工することによって、各結晶粒子３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２が表面に露出することになる。この研磨された結晶粒子２の表面は平滑となっている。

【0015】

ここで、基材１の表面５に残る結晶粒子２の間には凹みが残るが、この際、凹みには、ほとんどの部分が研磨されて消失した微細粒子４が残留することになる。次いで、この基材１の表面５を追加で精密研磨し、結晶粒子２の露出面の中心線平均表面粗さＲａをいっそう向上させるとき、これらの粒界に残留する微細粒子４を脱落させ、凹部６を残留させることに成功した（図１（ｂ）、図３（ｃ））。基材１の表面５に残存する各結晶のエッジ部分は、粒子４が小さく他の結晶粒との密着力が弱くなる為、追加研磨により容易に除去することが出来る。これによりパタニング等のプロセスを実施することなく、表面凹部を多数形成可能である。また素材の結晶粒径を１５μｍ以上とすることで、結晶内部に気泡を発生させやすくし、研磨加工後の表面に凹部を形成させることが可能である。

【0016】

すなわち、残留結晶粒の除去により凹部を形成した場合は、結晶粒間の粒界上に凹部を形成することができる。また、結晶粒径の制御による気泡に由来した凹部を形成する場合には、結晶粒内部に気泡があることから、研磨後の表面においては結晶粒子内に凹部を形成することが出来る。

【0017】

こうして得られたハンドル基板１１においては、表面１５の微視的な中心線平均表面粗さＲａが５ｎｍ以下であり、ハンドル基板表面からの結晶粒子４の脱落による凹部６が、隣接する結晶粒子２の粒界に沿って形成されている。

【0018】

図１（ｂ）の模式図に示す表面を図２に写真として示した。図２の写真において、暗い部分は粒子２の露出面２ａであり、明るく細長い線は粒界を示し、丸い凹みは凹部６を示す。

【0019】

ハンドル基板１１を得た後、ハンドル基板１１の表面１５に対してドナー基板１７を接合できる。図３（ｄ）および図４（ａ）の例では、ハンドル基板１１の表面１５上に接合層１６を介してドナー基板１７が接合されている。この場合、ハンドル基板１１の表面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。また、接合層１６の材質が凹部６内に１６ａのように入り込み、一種のアンカー効果を奏することから、ハンドル基板とドナー基板との間の熱膨張差による剥離を抑制できることがわかった。

【0020】

また、図３（ｅ）および図４（ｂ）の例では、ハンドル基板１１の表面１５上にドナー基板１７が直接接合されている。この場合、ハンドル基板１１の表面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。また、ドナー基板の材質が凹部６内に１７ａのように入り込み、一種のアンカー効果を奏することから、ハンドル基板とドナー基板との間の熱膨張差による剥離を抑制できることがわかった。

【0021】

以下、本発明の各構成要素を更に説明する。
（半導体用複合基板）
本発明の複合基板は、プロジェクター、高周波デバイス、高性能レーザー、パワーデバイスなどの半導体、特に半導体回路基板に利用できる。

【0022】

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／ＪＥＩＤＡ規格近傍のものがハンドリングの関係から扱いやすい。

【0023】

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。

【0024】

（ハンドル基板）
ハンドル基板の厚さは、特に限定されないが、通常のＳＥＭＩ／ＪＥＩＤＡ規格近傍のものがハンドリングの関係から扱いやすい。
ハンドル基板の材質は、多結晶材料である。多結晶材料は、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。

【0025】

多結晶材料の結晶粒径は、５μｍ以上とすることが好ましく、これにより、結晶粒子の脱落現象を制御し易くなる。結晶粒径が小さ過ぎると、脱粒が顕著となり、凹部数が多くなり、後に形成される半導体の特性に影響し易くなる。この点から、多結晶材料の結晶粒径は、１５μｍ以上とすることが更に好ましい。

【0026】

また、多結晶材料の結晶粒径は、２００μｍ以下とすることが好ましく、これによって凹部の直径が大きくなり過ぎるのを抑制できる。

【0027】

また、ハンドル基板を構成する多結晶材料の相対密度は、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。

【0028】

（透光性アルミナセラミックス）
多結晶材料としては、透光性アルミナセラミックが特に好適に用いられる。理由として、非常に緻密な焼結体が得られる為に、凹部形成部分に応力集中が発生しても、ハンドル基板の割れやクラックが発生しにくい。

【0029】

透光性アルミナ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、基板をゲルキャスト法を用いて製造する。好適な実施形態においては、セラミック粉末、分散媒およびゲル化剤を含むスラリーを注型し、このスラリーをゲル化させることによって成形体を得、この成形体を焼結させる。

【0030】

特に好ましくは、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、１５０〜１０００ｐｐｍの助剤を添加した原料を用いる。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。
前述した助剤としては、酸化マグネシウムが好ましいが、ZrO2, Y2O3,La2O3, Sc2O3も例示できる。

【0031】

好適な実施形態においては、透光性アルミナ基板におけるアルミナ以外の不純物量が０．２質量％以下であり、これによって半導性汚染を抑制できるので、本発明が特に有効である。

【0032】

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、０．５μｍ以下が好ましく、０．４μｍ以下が更に好ましい。一層好ましくは、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。

【0033】

なお、ここでいう平均粒子径とは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。

【0034】

ゲルキャスト法は、以下の方法を例示できる。
（１） 無機物粉体とともに、ゲル化剤となるポリビニルアルコール、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のプレポリマーを、分散剤と共に分散媒中に分散してスラリーを調製し、注型後、架橋剤により三次元的に架橋してゲル化させることにより、スラリーを固化させる。
（２） 反応性官能基を有する有機分散媒とゲル化剤とを化学結合させることにより、スラリーを固化させる。

【0035】

（ハンドル基板の表面の微構造）
本発明においては、ハンドル基板の表面の微視的な中心線平均表面粗さＲａが５ｎｍ以下である。これが大きいと、分子間力によって、ドナー基板の接合強度を低減させる。これは、本発明の観点からは、３ｎｍ以下が更に好ましく、１ｎｍ以下が最も好ましい。なお、これは、表面に表れる各結晶粒子２（図１（ｂ）参照）の露出面２ａについて原子間力電子顕微鏡によって撮像し、後述のようにして算出する数値のことである。

【0036】

本発明では、ハンドル基板表面からの結晶粒子の脱落による凹部が形成されている。多結晶材料を形成する結晶粒子２が表面に露出する露出面２ａの間に粒界が露出しており、凹部６はこの粒界に生成している。このため、凹部６は、微視的な中心線平均表面粗さＲａに対しては直接影響しない。

【0037】

ハンドル基板表面にある凹部６の直径は、凹部の個数の９５％以上が１０μｍ以下に分布していることが好ましく、８μｍ以下に分布していることが更に好ましい。凹部の個数の５％以上が、直径１０umより大きく分布する場合、表面のRa値の悪化が顕著となり、分子間力による接合の強度低下を招く要因となることがある。

【0038】

ただし、ハンドル基板の接合面における凹部の直径の分布は、1000倍のレーザ顕微鏡により行う。具体的には、凹部全体を内包可能な最小円の直径を凹部直径とする。測定視野は200um×200umとし、その視野中に含まれる凹部の直径を測定し判定する。単一の視野に含まれる凹部の数が少ない場合、複数視野を観察し、測定する凹部の総数が100以上となるようにする。

【0039】

また、ハンドル基板の接合面における凹部の直径の平均値は、５μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以下であることが更に好ましい。ただし、ハンドル基板の接合面における凹部の直径の平均値は、まずその分布を上述のようにして測定した後、その直径の平均値を算出するものとする。

【0040】

上述のように、ハンドル基板の接合面における凹部の直径を小さくすることによって、ドナー基板の放熱特性やハンドル基板の絶縁性に影響を及ぼすことを抑制できる。

【0041】

また、ハンドル基板の接合面にある凹部の直径は、凹部の個数の９５％以上が０．５μｍ以上に分布していることが好ましい。
また、ハンドル基板の接合面にある凹部の直径の平均値は、１．０μｍ以上が好ましく、１．５μｍ以上が一層好ましい。

【0042】

このように、ハンドル基板表面にある凹部の直径を大きくすることによって、前述した熱膨張差による剥離抑制という効果が一層顕著となる。さらには凹部直径が０．５umより小さくなると、接着層が凹部に入り込みにくくなるために、アンカー効果を期待することが難しくなる。

【0043】

こうした観点から、直径０．５μｍ以上の凹部の密度は、アンカー効果による密着力増大の観点からは、表面の面積１ｃｍ^２当たり、５０個以上とすることが好ましく、２００個以上とすることが更に好ましい。また、凹部が多くなりすぎることによる熱伝導の悪化等半導体への影響を抑制するという観点からは、直径０．５μｍ以上の凹部の密度は、表面の面積１ｃｍ^２当たり、４５００個以下とすることが好ましく、２０００個以下とすることが更に好ましい。

【0044】

また、ハンドル基板表面の凹部の深さは、凹部の個数の９５％が１μｍ以下に分布していることが好ましく、０．６μｍ以下に分布していることが更に好ましい。凹部の個数の５％以上が深さ１μｍよりも深く分布している場合、接着層が凹部内部まで入り込むことが難しくなり、そのために熱伝導特性の悪化を招く恐れがある。

【0045】

ただし、ハンドル基板の接合面における凹部の深さの分布は、干渉計（ZYGO社製 NewView 7100、対物×50、ズーム×1）により行う。具体的には、観察された凹部の最も深い値をその凹部の深さとする。測定視野は140um×110umとし、その視野中に含まれる凹部の深さをRt値測定（PV値測定）し判定する。単一の視野に含まれる凹部の数が少ない場合、複数視野を観察し、測定する凹部の総数が100以上となるようにする。

【0046】

また、ハンドル基板の接合面の凹部の深さの平均値は、０．８μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以下であることが更に好ましい。

【0047】

このようにハンドル基板表面の凹部の深さを小さくすることで、凹部周辺での応力集中によるハンドル基板の強度劣化を抑制できる。
また、ハンドル基板表面の凹部の深さは、凹部の個数の９５％以上が０．０５μｍ以上であることが好ましい。

【0048】

また、ハンドル基板の接合面の凹部の深さの平均値は、０．１μｍ以上であることが好ましく、０．２μｍ以上であることが更に好ましい。

【0049】

このようにハンドル基板表面の凹部の深さを大きくすることで、本発明の効果が一層顕著となる。

【0050】

ハンドル基板の接合面の凹部を平面的に見たときの輪郭形状は、角張った形状よりも、曲線を主体とした形状である方が良い。すなわち、ハンドル基板の接合面の凹部を平面的に見たときの輪郭形状は、滑らかな曲線からなっていることが好ましく、角部がないことが好ましい。

【0051】

ここで、「滑らかな曲線」とは、数学的に定義されるものである。すなわち、連続曲線は通常は尖った点（カスプ）を有することがあるが、こうした尖った点を有しない、全長にわたって微分可能な連続曲線を「滑らかな曲線」と呼ぶ。言い換えると、連続曲線上の任意の点で微分可能な曲線を「可微分曲線」あるいは「滑らかな曲線」と呼ぶ。

【0052】

凹部の輪郭が角部を含む場合、角部への応力集中によるクラック等の発生が容易となり、基板強度の劣化につながるおそれがあるが、凹部の輪郭が滑らかな曲線であれば、こうしたクラックを抑制できる。

【0053】

こうした滑らかな曲線として、表面に形成された凹部の輪郭を円形や楕円形とする。 例えば、図５（ａ）の例では、表面１５に形成された凹部６の輪郭６ａは円形ないし楕円形をしている。また、図５（ｂ）の参考例では、表面１５に形成された凹部６Ａの輪郭６ａは、滑らかな曲線であるが、異形となっている。 図５（ｃ）の参考例では、表面１５に形成された凹部６Ｂの輪郭６ａは多角形、例えば長方形であり、角部６ｂを有している。

【0054】

上述のような滑らかな曲線形状の輪郭を有する凹部は、ラップ加工時に形成した脱粒面をＣＭＰ加工することで得ることができる。

【0055】

（ハンドル基板の表面処理）
ブランク基板１２を研磨加工することによって、本発明のハンドル基板表面を得ることができる。こうした研磨加工としては、以下を例示できる。

【0056】

まず、ブランク基板の表面を、GC（グリーンカーボン）によりラップ加工を施すことで、下地加工面を得る。次いで、粒径の大きいダイヤモンド砥粒によるラップ加工を実施する。この際、ダイヤモンドラップ加工時に粒径１〜６μｍの粒径のダイヤモンド砥粒にて中間仕上げを実施することで、凹部を任意に形成することができる。こうして形成した中間仕上げ面に対して、コロイダルシリカなどを用いた仕上げ加工を施すことで微視的な面粗さを５ｎｍ以下としつつ表面に凹部を効果的に形成することが可能となる。

【0057】

（接合形態）
また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、接着層を用いた基板接合技術が用いられる。

【0058】

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等の接着層を介して多結晶材料と接合されることができる。

【0059】

接着層の例としては、樹脂による接着の他に、SiO2、Al2O3、SiNが用いられる。ハンドル基板が高純度アルミナの場合、Al2O3のアモルファス膜がその接着層として好適に用いられる。すなわち、アモルファス層と多結晶層の熱膨張係数の相違により、ハンドル基板上に形成したアモルファス膜はアンカー効果による密着強度の向上が期待できる。さらにアモルファス層の表面は、CMP加工によりRa<1nm程度の面が得られる為に、平坦性の高い基板との分子間力による接合強度の向上が期待できる。このようなアモルファス膜は、蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、といった公知の成膜法により形成することができる。

【実施例】

【0060】

本発明の効果を確認するために透光性アルミナセラミックを用いたハンドル基板１１を試作した。

【0061】

まず、透光性アルミナセラミック製のブランク基板１２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。
（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）
・グルタル酸ジメチル ２７重量部
・エチレングリコール ０．３重量部
（ゲル化剤）
・ＭＤＩ樹脂 ４重量部
（分散剤）
・高分子界面活性剤 ３重量部
（触媒）
・Ｎ，Ｎ-ジメチルアミノヘキサノール ０．１重量部

【0062】

上記の混合物からなるスラリーを、アルミニウム合金製の型に室温で注型の後、室温で１時間放置した。次いで４０℃で３０分放置し、固化を進めてから、離型した。さらに、室温、次いで９０℃の各々にて２時間放置して、板状の粉末成形体を得た。

【0063】

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１７００〜１８００℃で焼成を行い、その後、同条件でアニール処理を実施し、多結晶材料からなるブランク基板１２とした。また気泡を顕著としたい場合には、焼成温度を１５００〜１７００℃とし、１４００℃〜焼成温度までの昇温を急速（１０００℃／時以上）に行うことによって、気泡の抜けを悪くし、ブランク材内部に気泡を多く滞留させることが出来る。

【0064】

作成したブランク基板１２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１２ａに片面ラップ加工を実施した。ダイヤモンドの粒径を３μｍとすることで、微細結晶粒子４および凹部６の形成を容易にすることが可能となった。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。これにより、図１（ｂ）および図２に示すような表面形状を有するハンドル基板１１を得た。

【0065】

得られたハンドル基板について、表面１５の各結晶粒表面を微視的に見たときの中心線平均表面粗さＲａを測定した結果、１ｎｍ未満であった。ただし、測定は、以下のようにして行う。

【0066】

各結晶粒表面の面粗さを微視的に観察する場合には、AFM（Atomic Force Microscope：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。

【0067】

一方、表面の脱粒や気泡に由来する表面凹凸形状を測定する場合には、AFMによる広視野（>70um視野範囲）表面形状測定によるRt値測定（PV値測定）が用いられる。

【0068】

また、得られたハンドル基板について、表面に存在する直径０．５μｍ以上の凹部の密度を測定したところ、５００個／ｃｍ^２であった。ただし、測定は、以下のようにして行う。

【0069】

表面に存在する凹部の密度を測定する場合には、微分干渉型光学顕微鏡（500倍）とファイバライトによる基板側面からの照明による観察が用いられる。観察視野は500um×500umとし、基板平面を等間隔に３×３の９サイトに分け、各サイト毎に1視野づつ測定した結果を平均して算出する。ファイバライトによる基板側面の照明は基板表面に形成された微細な凹部を際立たせることに有効である。

【0070】

また基板表面の凹部密度は中間仕上げで用いるダイヤモンドスラリの粒径を変更することでも制御が可能である。例えばダイヤスラリの粒径を１μｍとすることで凹部の密度を１０００個／ｃｍ^２と顕著に発生させることが出来ることを確認した。

【0071】

また、得られたハンドル基板について、接合面に存在する凹部の深さを測定したところ、１００ｎｍ程度にピークが存在していた。ただし、測定は、干渉計（140um×110um視野）によるRt値測定（PV値測定）が用いられる。

【0072】

この凹部の深さの分布を図６に示す。この結果、凹部の個数の９５％の深さが0.05μｍ以上に分布し、また1.0μｍ以下に分布していた。また、凹部の深さの平均値は、0.3μｍであった。

【0073】

また、これらの凹部の外形輪郭は円形または楕円形であった。この凹部の径の分布を図７に示す。この結果、凹部の個数の９５％の直径が0.5μｍ以上に分布し、また10μｍ以下に分布していた。また、凹部の直径の平均値は、2.5μｍであった。

【0074】

得られたハンドル基板の表面に、Ｓｉ薄板（ドナー基板）との接着層として、ＳｉＯ_２層を形成した。製膜方法はプラズマ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層の膜厚を１００ｎｍとした。その後、プラズマ活性化法によりＳｉ薄板（ドナー基板）とＳｉＯ_２層を直接接合し、Ｓｉ―ＳｉＯ_２―ハンドル基板からなる複合基板を試作した。その後、Ｓｉ層を研磨加工することにより薄板加工し、Ｓｉ層の厚みを５００ｎｍとした。

【0075】

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、剥離等の発生は少なく、形成した微細な穴による十分なアンカー効果が得られることを確認した。

【0076】

（実施例２〜１０）
実施例１と同様に凹部の大きさ、深さ、密度を調整した複合基板を作成し、評価した。結果を表１、表２に示す

【0077】

（比較例）
凹凸が無い基板の貼り合わせ強度を比較するために、ハンドル基板として、Ｓｉ基板上に機能層としてLT（リチウムタンタレート）を直接接合した複合基板を作成した。LT表面はRa：0.5nm、PV値：2nm、物理的な段差の無い表面とした。このハンドル基板を、Ｓｉからなるドナー基板に、表面活性化法による直接接合により貼り合せ、研磨加工により20umの膜厚とした。完成した基板をダイヤモンドブレードにて切断加工したところ、接合界面からの剥離現象が部分的に観察された。クラック、剥離発生率を表２に示す。

【0078】

【表1】

【0079】

【表2】

【図1】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図2】