JP2000133558A

JP2000133558A - 半導体基体の作製方法およびそれにより作製された基体

Info

Publication number: JP2000133558A
Application number: JP10300598A
Authority: JP
Inventors: Kiyobumi Sakaguchi; 清文坂口
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-10-22
Filing date: 1998-10-22
Publication date: 2000-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】エッチング液中の反応生成物の気体が気泡と
なって被エッチング基体の表面上に付着することを防止
することにより、エッチング速度の劣化がなく、また、
均一性の劣化もない、半導体基体の作製方法を提供す
る。【解決手段】貼り合わせ基体から多孔質層をエッチン
グすることにより半導体基体を作製する方法において、
主面側に多孔質層４０２、及びその上に非多孔質層４０
３を有する第１の基体を用意する工程（ａ），（ｂ）、
前記第１の基体の主面側と第２の基体４０５とを貼り合
せる工程（ｃ）、前記第２の基体４０５上に表出した多
孔質層４０２をエッチング槽中のエッチング溶液中に浸
して、エッチング中、該エッチング液を脱気しながら、
前記多孔質層４０２をエッチングして除去する工程
（ｄ），（ｅ）、を少なくとも有することを特徴とする
半導体基体の作製方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基体の作製
方法に関し、更に詳しくは、誘電体分離あるいは、絶縁
物上の単結晶半導体、Ｓｉ基板上の単結晶化合物半導体
の作製方法、さらに単結晶半導体層に作成される電子デ
バイス、集積回路に適する半導体基板の作製方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】多孔質Ｓｉのエッチングは、ＳＯＩの作
製方法であるウエハを貼り合わせてエピタキシャル層を
移設する方法における工程の一部として利用されてい
る。

【０００３】この工程は、多孔質Ｓｉ層上にエピタキシ
ャル層を形成し、これを他の基板に貼り合せて、多孔質
Ｓｉを研削により表出させてから多孔質Ｓｉ層を、特開
平６−３４２７８４号公報に開示されているように選択
的にエッチングする。多孔質Ｓｉのエッチングは、特開
平６−３４２７８４号公報に開示されている様に、エッ
チング溶液に浸すのみであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】溶液中の化学反応にお
いて、化学反応の高効率化、高速化、均一化を阻害する
現象として、反応生成物がある。反応に寄与する物質以
外の物質が、その目的の反応によって生成されると、そ
の反応生成物によって化学反応が阻害される。特に、エ
ッチング工程での反応生成気体の場合、非常に厄介であ
る。反応気体がエッチングされる部材の表面で生成され
て、その気体が表面に付着してしまうとエッチングを阻
害して、エッチングの均一性を劣化してしまう。付着し
ないまでも、反応気体が生成した瞬間には反応は多少な
りとも阻害されるわけで、均一性を落とす原因になる。

【０００５】特開平６−３４２７８４号公報に記載され
ているように、反応気体の付着を防止するためには、界
面活性剤としてアルコールを添加したり、撹拌したりす
ることが必要であった。

【０００６】しかしこれでは、多孔質Ｓｉの様に実質の
反応表面がおよそ２００ｍ² ／ｃｍ ³ も有る様な場合に
は、反応生成気体の発生量が尋常ではなく、エッチング
のより均一化の妨げになる。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用】本発明の多孔
質層のエッチング方法は、貼り合わせ基体から多孔質層
をエッチングすることにより半導体基体を作製する方法
において、（ａ）主面側に多孔質層、及びその上に非多
孔質層を有する第１の基体を用意する工程、（ｂ）前記
第１の基体の主面側と第２の基体とを貼り合せる工程、
（ｃ）前記第２の基体上に表出した多孔質層をエッチン
グ槽中のエッチング溶液中に浸して、エッチング中、該
エッチング液を脱気しながら、前記多孔質層をエッチン
グして除去する工程、を少なくとも有することを特徴と
する。

【０００８】本発明によれば、好ましくは、溶解してい
る気体の濃度を夫々飽和溶解度より低い値、具体的に
は、その１／１０以下に制御できる。

【０００９】さらに、絶対値としては、溶解している気
体の濃度を夫々２ｐｐｍ以下に抑制できる。

【００１０】これにより、反応表面近傍において、局所
的に気体となる物質が多量に発生しても、速やかにエッ
チング液に溶け込み、泡として発生し難くなる。

【００１１】反応表面や、液／気体界面付近では、それ
ぞれ反応性気体やその大気から液中へ気体が溶解してそ
の付近は、溶液を脱気しても飽和溶解度に達しやすい。

【００１２】反応生成物は、液中へ溶解できずに気泡と
なり表面に付着することになる。従って、全体を飽和溶
解度からかなり低い状態にしていないと局所的な気体の
溶解を許容できなくなる。

【００１３】また、気体は例えば、ＳｉＦ₄ ，Ｈ₂ ，Ｎ
Ｈ₃ のように化学反応において発生する反応副生物であ
る。

【００１４】また、気体は、エッチング液に元々溶解し
ている気体成分と化学反応において発生する反応副生物
成分とからなる。この場合には、エッチング工程前に予
め脱気して元々溶解している気体を除去しておくことが
望ましい。

【００１５】また、エッチング槽内の反応液を大気から
隔離することが好ましい。これは大気中から溶液への気
体の溶解を防止する。

【００１６】また、多孔質Ｓｉの選択エッチングには、
半導体プロセス上、以下に示すようなエッチング液が好
ましい。

【００１７】エッチング液はふっ酸系反応液であること
を特徴とする。

【００１８】エッチング液中に界面活性剤を添加するこ
とを特徴とする。

【００１９】界面活性剤は、メタノール、エタノール、
イソプロピルアルコールであることを特徴とする。

【００２０】エッチング液は、ふっ酸と過酸化水素水と
の混合液である。

【００２１】エッチング液は、ふっ酸と界面活性剤との
混合液である。

【００２２】エッチング液は、ふっ酸と過酸化水素水と
界面活性剤との混合液である。

【００２３】エッチング液は、ふっ酸と硝酸と界面活性
剤との混合液であってもよい。

【００２４】エッチング液中に、ＰＨを調整し、エッッ
チング速度の変動を抑える為に、緩衝剤を添加すること
を特徴とする。

【００２５】緩衝剤は、弗化アンモニウムであることを
特徴とする。

【００２６】また、エッチング液をエッチング槽外部に
循環させ、循環途中において脱気を行うことが好まし
い。反応生成物は発生と同時に反応表面から除去される
ことが有効である。このためエッチング溶液を循環して
おくことにより、反応生成物をエッチングに作用しない
領域へ効率よく排除することができる。

【００２７】また、脱気は、以下のような方法のどれを
用いても構わない。

【００２８】脱気は、中空糸ガス透過膜によって構成さ
れる脱気モジュールにおいて該中空糸内をポンプにより
減圧状態にすることにより行う。

【００２９】脱気は、中空糸ガス透過膜によって構成さ
れる脱気モジュールにおいて該中空糸内を気体が全く存
在しない超純水で満たすことにより行う。

【００３０】また、エッチング液の温度の揺らぎを±
０．５℃以内に制御することによって、更にエッチング
の均一性や再現性を向上できる。

【００３１】エッチング液の温度のゆらぎは、・面内のエッチングばらつき、・基板間のエッチング時間のばらつき、につながる。

【００３２】市販の温調器により、±０．５℃は、十分
調整範囲内である。

【００３３】本発明によれば、エッチング溶液中に溶解
している気体の濃度をエッチング中、常時飽和溶解度よ
り低い値に制御しながら多孔質Ｓｉのエッチングを行う
ため、反応生成物の気体が気泡となって多孔質表面上に
付着することがなくなるため、エッチング速度の劣化が
なくなり、また、均一性の劣化もなくなる。

【００３４】また、本発明によれば、脱気により、気泡
の発生が無くなり、超音波の伝達効率が向上し、超音波
を有効にウエハに印加できる。また、同じ効力を低パワ
ーの超音波で得ることができるので、超音波の寿命を延
ばしたり、あるいは超音波自体の規模を最初から小さく
できる。

【００３５】

【発明の実施の形態】［実施形態１］図３は、本実施形
態の半導体基体の作製工程を示す模式的断面図である。

【００３６】まず、第１のＳｉ単結晶基板４０１を用意
して、主表面層に多孔質Ｓｉ層４０２を形成する（図３
（ａ））。多孔質Ｓｉ表面に少なくとも１層の非多孔質
層４０３を形成する（図３（ｂ））。非多孔質薄膜４０
３は、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、非晶質Ｓｉ、あるい
は、金属膜、化合物半導体薄膜、超伝導薄膜などの中か
ら任意に選ばれる。あるいは、ＭＯＳＦＥＴ等の素子構
造を形成してしまっても構わない。さらに、最表面層に
ＳｉＯ₂ ４０４を形成しておいた方が、貼合わせ界面の
界面準位を活性層から離すことが出来るという意味でも
よい。こうして、基体を用意する。

【００３７】図３（ｃ）に示すように、第２の基板４０
５とＳｉＯ₂ ４０４の表面とを室温で密着させる。その
後、陽極接合、加圧、あるいは必要に応じて熱処理、あ
るいはこれらの組み合わせにより貼合わせを強固にして
もよい。

【００３８】単結晶Ｓｉを堆積した場合には、単結晶Ｓ
ｉの表面には熱酸化等の方法で酸化Ｓｉを形成したのち
貼り合わせることが好ましい。また、第２の基板は、Ｓ
ｉ、Ｓｉ基板上に酸化Ｓｉ膜を形成したもの、石英等の
光透過性基板、サファイアなどから選択することができ
るが、これに限定されるものではなく、貼り合わせに供
される面が十分に平坦で有れば構わない。図３は絶縁層
４０４を介して貼り合わせた様子を示してあるが、非多
孔質薄膜４０３がＳｉでない場合、あるいは第２の基板
がＳｉでない場合には絶縁層４０４はなくてもよい。

【００３９】貼り合わせに際して絶縁性の薄板をはさみ
３枚重ねで貼り合わせることも可能である。

【００４０】その後、多孔質Ｓｉ層を境にして第１のＳ
ｉ基板４０１の裏面側部分を第２の基板上から除去する
（図３（ｄ））。除去方法は、研削、研磨あるいはエッ
チング等により除去する方法と、多孔質Ｓｉを介して貼
り合わせウエハを分割する方法がある。

【００４１】次に、表出した多孔質Ｓｉ層４０２を選択
的にエッチングして除去する。そのため、多孔質Ｓｉ層
４０２が表出した第２の基板を多孔質Ｓｉのエッチング
液の入ったエッチング槽に入れる。ウエハは完全にエッ
チング液中に沈める。超音波を印加し、多孔質Ｓｉ層を
エッチングする。これは、例えば、後述する図１，２お
よび図３に示すような装置構成でエッチングを行う。

【００４２】エッチング液は、ふっ酸と過酸化水素水と
の混合液、ふっ酸と界面活性剤との混合液、ふっ酸と過
酸化水素水と界面活性剤との混合液、界面活性剤は例え
ば、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール
である。

【００４３】エッチング液中に、緩衝剤を添加してもよ
い。緩衝剤は、例えば弗化アンモニウムである。

【００４４】エッチング中、エッチング表面からの気泡
の発生はほとんど無く、エッチングは効率よく、均一に
行われた。

【００４５】多孔質Ｓｉ層４０２のみをエッチングして
第２の基板上に予め第１の基板の多孔質上に形成した膜
を残存させる。上記詳述したように、多孔質Ｓｉの膨大
な表面積により通常のＳｉのエッチング液でも選択的に
多孔質Ｓｉのみをエッチングすることが可能である。

【００４６】化合物半導体層を多孔質上に形成している
場合には化合物半導体に対してＳｉのエッチング速度の
速いエッチング液を用いて、多孔質Ｓｉ層４０２のみを
化学エッチングして第２の基板４０５上に薄膜化した単
結晶化合物半導体層４０３を残存させ形成する。

【００４７】図３（ｅ）には、本発明で得られる半導体
基板が示される。第２の基板４０５上に非多孔質薄膜、
例えば単結晶Ｓｉ薄膜４０３が平坦に、しかも均一に薄
層化されて、ウエハ全域に、大面積に形成される。第２
の基板４０５として絶縁性基板を用いれば、こうして得
られた半導体基板は、絶縁分離された電子素子作製とい
う点から見ても好適に使用することができる。

【００４８】図１に、本発明で使用される多孔質エッチ
ング装置の全体像を示す。装置構成は、エッチング処理
槽１０１にはエッチング液１１３が満たされており、更
に好ましくは槽の４辺にオーバーフロー槽１０２が設け
られている。また、槽は密閉式のふた１０３で外部の大
気からは隔離されている。ここには図示しないが、もち
ろんウエハ１０４やあるいはウエハ保持具１０５を取出
す際には、密閉のふた１０３は開くことができる。ウエ
ハ保持具１０５と循環供給口１０７とは整流板１０６で
大まかに分離されており、供給されるエッチング液１１
３は、整流板１０６を通って、ウエハ１０４に供給され
る。整流板１０６は多数のウエハ１０４に均一にエッチ
ング液１１３が供給される様に、整流孔が設けられてい
る。

【００４９】エッチング液１１３は、エッチング槽１０
１からオーバーフローしてオーバーフロー槽１０２に流
れ出て、そこから循環用ポンプ１０９で循環ライン１０
８を通って再度供給される。循環ライン１０８の途中に
は、エッチング液の温度調整用の冷熱器１１１があり、
エッチング液温はほぼ一定に保たれ、エッチングの均一
性に寄与する。

【００５０】溶解度、温度を測定し、その温度での飽和
溶解度から現溶解度が決めた設定値（例えば、１／１
０）より低いか高いかをフィードバックし、高ければ脱
気装置を動かし、低ければ止める、という様な自動制御
を行なうことも好ましいものである。

【００５１】さらに、薬液用フィルターによりエッチン
グ液内のパーティクル除去に有効に作用する。

【００５２】エッチング槽１０１は、超音波槽１１４内
に配置されており、超音波槽１１４内の超音波振動子１
１５からの超音波エネルギーを超音波槽１１４内の伝達
媒体１１６（通常は水）を通じてエッチング槽→エッチ
ング液→ウエハへと伝達される。ここには示さないが、
超音波槽内の伝達媒体１１６（通常は水）を脱気してお
くと超音波の伝達効率が向上する。

【００５３】また、ウエハを回転あるいは揺動させる機
構を配していると循環エッチング液のウエハ面内、ウエ
ハ間への供給される程度が均一化されることにもなる。

【００５４】脱気装置１１０は、循環ライン１０８の途
中に配置され、ここで、エッチング液中の溶存ガスを除
去する。

【００５５】多孔質層の表出したウエハは、ウエハ保持
具１０５（一般的には、ウエハキャリア）にセットさ
れ、エッチング液内に沈められ、エッチングが行われ
る。

【００５６】脱気装置１１０の詳細は、図２に示す様で
ある。図２に示すように、エッチング液は入り口３０１
から配水管３０２へ注入され、中央の配水管から外へし
み出し中空糸３０３の隙間を通って集水管３０４に集ま
り、出口３０５から排出される。この間に中空糸内へエ
ッチング液に溶存している気体が移動し、脱気が行われ
る。中空糸内は、真空ポンプで、真空口３０６から真空
に排気されている場合や、気体が全く存在しない超純水
を入口３０７から出口３０６へ通しておく場合がある。

【００５７】また、エッチング槽中のエッチング溶液中
に溶解している気体の濃度は、エッチング中、常時飽和
溶解度より低い値に制御しながら、前記多孔質層をエッ
チングして除去する。このようにすることにより、エッ
チング中に気体が発生しても、溶液中に溶け込むため、
気泡が発生することが少なく、従来のように、被エッチ
ング基体の表面に気泡が付着することにより生じる、エ
ッチングに対する悪影響を防止することができる。

【００５８】また、このように、飽和溶解度以下に制御
する手段として、上述した脱気装置を用いて、エッチン
グ溶液中に溶解している気体を脱気する。

【００５９】また、溶解している気体の濃度は、飽和溶
解度の１／１０以下に制御することが好ましい。１／１
０以下とすることにより、エッチング中に大量の気体が
発生しても、確実に溶液中に溶け込ませる余裕を持たせ
ることができる。

【００６０】また、溶解している気体の濃度は、少なく
ともエッチング表面近傍は、２ｐｐｍ以下に制御するこ
とが好ましい。

【００６１】また、エッチング液の温度の揺らぎを、±
０．５℃以内に制御することを特徴とし、これにより、
溶解度の制御も正確で容易になる。

【００６２】また、このようなエッチングを行なうた
め、上記溶解度、及び温度の測定装置を備え、更に、自
動的に制御するためのコンピュ−タと、この制御ソフト
ウエア、及び、コンピュータで制御される脱気装置の制
御手段を用いると良い。

【００６３】［実施形態２］図４に示すように、貼り合
せた基板を、多孔質４０２を介して、あるいは界面で分
離することにより、多孔質層４０２を表出させる。第２
の基板４０５側は、実施形態１（図１）と同様に処理さ
れる。

【００６４】第１の基板４０１側は、残留多孔質Ｓｉ４
０２があれば、それを除去して（図４（ｄ），
（ｅ））、さらに表面平坦性が許容できないほど荒れて
いる場合には、表面平坦化を行った後、再使用できる。
再使用先は、第１の基板、第２の基板、あるいは、他の
目的の基板が可能である。

【００６５】［実施形態３］図３および図４の（ｂ）の
構造を形成する方法として上記の他に以下のような方法
がある。

【００６６】（手段１）第１の基板の表面を酸化して、
その後、表面には単結晶Ｓｉ層が残存する様な注入条件
で、Ｈ⁺ 、Ｈｅ⁺ 、あるいは不活性ガスをイオン注入
し、内部にバブル層（多孔質層）を形成する。

【００６７】（手段２）第１の基板にまずエピタキシャ
ル層を形成し、その後その表面を酸化して、それから表
面には単結晶Ｓｉ層が残存する様な注入条件で、Ｈ⁺ 、
Ｈｅ⁺ 、あるいは不活性ガスをイオン注入し、内部にバ
ブル層（多孔質層）を形成する。表面に残存する単結晶
Ｓｉ層は、初めに形成したエピタキシャル膜である。

【００６８】（手段３）第１の基板の表面を酸化して、
その後、表面には単結晶Ｓｉ層が残存する様な注入条件
で、Ｈ⁺ 、Ｈｅ⁺ 、あるいは不活性ガスをイオン注入
し、内部にバブル層（多孔質層）を形成する。その後表
面酸化膜を除去してから、エピタキシャル層を形成す
る。再び、表面に酸化膜を形成する。

【００６９】

【実施例】（実施例１）第１の単結晶Ｓｉ基板の表面層
をＨＦ溶液中において陽極化成を行った。

【００７０】陽極化成条件は以下の通りであった。

【００７１】電流密度：７（ｍＡ・ｃｍ^-2）陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ₂ Ｏ：Ｃ₂ Ｈ₅ ＯＨ＝１：１：１時間：１１（ｍｉｎ）多孔質Ｓｉの厚み：１２（μｍ）この基板を酸素雰囲気中４００℃で１時間酸化した。こ
の酸化により多孔質Ｓｉの孔の内壁は熱酸化膜で覆われ
た。多孔質Ｓｉ上にＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏ
ｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により単結晶Ｓｉを０．
３０μｍエピタキシャル成長した。成長条件は以下の通
りである。

【００７２】ソースガス：ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ ／Ｈ₂ ガス流量：０．５／１８０ｌ／ｍｉｎガス圧力：８０Ｔｏｒｒ温度：９５０℃ 成長速度：０．３μｍ／ｍｉｎさらに、このエピタキシャルＳｉ層表面に熱酸化により
２００ｎｍのＳｉＯ₂層を形成した。

【００７３】該ＳｉＯ₂ 層表面と別に用意したＳｉ基板
（第２の基板）の表面とを貼り合わせた。

【００７４】その後、第１の基板を除去して、多孔質Ｓ
ｉをウエハ全面に表出させた。

【００７５】該多孔質Ｓｉが表出したウエハを、図１に
示すような装置に、エッチング液中に完全に沈める様に
セットして、ふっ酸、過酸化水素水、純水の混合液中で
エッチング液の脱気をしながら、ウエハを自転させなが
ら、０．２５ＭＨｚ付近の超音波を印加して、ウエハ表
面の多孔質Ｓｉをエッチングした。

【００７６】これにより、エッチングによる反応生成気
体が気泡にならずに済み、多孔質Ｓｉを均一に、約０．
６７μｍ／分程度のエッチングレートで除去できた。

【００７７】ふっ酸、過酸化水素水、純水の混合液は、
多孔質Ｓｉのエッチング液であるが、脱気することによ
り、エッチング速度を増速でき、上記したような多孔質
Ｓｉの崩壊を面内、ウエハ間で均一に促進でき、±５％
以下に均一化できた。

【００７８】単結晶Ｓｉは、エッチングされずに残り、
単結晶Ｓｉをエッチ・ストップの材料として、多孔質Ｓ
ｉは選択エッチングされ、完全に除去された。

【００７９】非多孔質Ｓｉ単結晶の該エッチング液に対
するエッチング速度は、極めて低く、多孔質層のエッチ
ング速度との選択比は十の五乗以上にも達し、非多孔質
層におけるエッチング量（数十オングストローム程度）
は実用上無視できる膜厚減少である。

【００８０】すなわち、Ｓｉ酸化膜上に０．２μｍの厚
みを持った単結晶Ｓｉ層が形成できた。形成された単結
晶Ｓｉ層の膜厚を面内全面について１００点を測定した
ところ、膜厚の均一性は２０１ｎｍ±４ｎｍであった。

【００８１】さらに水素中で１１００℃で熱処理を１時
間施した。表面粗さを原子間力顕微鏡で評価したとこ
ろ、５μｍ角の領域での平均２乗粗さはおよそ０．２ｎ
ｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。

【００８２】表面平坦化は水素中での熱処理でなくても
研磨によっても可能である。

【００８３】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓ
ｉ層には新たな結晶欠陥は導入されておらず、良好な結
晶性が維持されていることが確認された。

【００８４】酸化膜は、エピタキシャル層表面でなく、
第２の基板表面に形成しても、あるいは、その両者に形
成しても同様の結果が得られた。

【００８５】また、第２の基板として石英等の光透過性
ウエハを用いても、本実施例は、同様に実施できた。た
だし、石英とＳｉ層との熱膨張係数の差により単結晶Ｓ
ｉ層にスリップがはいるため、水素中１１００℃での熱
処理は、温度を１０００℃以下に下げて行った。

【００８６】エッチングの際に脱気しなかった場合は、
エッチングレートが４分の３程度に低下し均一性も低か
った。

【００８７】（実施例２）第１の単結晶Ｓｉ基板の表面
層をＨＦ溶液中において陽極化成を行った。

【００８８】陽極化成条件は以下の通りであった。

【００８９】電流密度：７（ｍＡ・ｃｍ^-2）陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ₂ Ｏ：Ｃ₂ Ｈ₅ ＯＨ＝１：１：１時間：５（ｍｉｎ）多孔質Ｓｉの厚み：５．５（μｍ）さらに電流密度：２１（ｍＡ・ｃｍ^-2）陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ₂ Ｏ：Ｃ₂ Ｈ₅ ＯＨ＝１：１：１時間：２０（ｓｅｃ）多孔質Ｓｉの厚み：０．５（μｍ）多孔質の多層構造は、この条件に限られず、厚さ、電流
値、多孔度、層数、等、さまざまな条件で可能である。

【００９０】この基板を酸素雰囲気中４００℃で１時間
酸化した。この酸化により多孔質Ｓｉの孔の内壁は熱酸
化膜で覆われた。多孔質Ｓｉ上にＣＶＤ法により単結晶
Ｓｉを０．１５μｍエピタキシャル成長した。成長条件
は以下の通りである。

【００９１】ソースガス：ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ ／Ｈ₂ ガス流量：０．５／１８０ｌ／ｍｉｎガス圧力：８０Ｔｏｒｒ温度：９５０℃ 成長速度：０．３μｍ／ｍｉｎさらに、このエピタキシャルＳｉ層表面に熱酸化により
１００ｎｍのＳｉＯ₂層を形成した。

【００９２】該ＳｉＯ₂ 層表面と別に用意したＳｉ基板
（第２の基板）の表面とを貼り合わせた。

【００９３】その後、多孔質Ｓｉ層を介して貼り合わせ
ウエハの側面にウォータージェットを吹き付けてウエハ
を２分割し、第２の基板側に、多孔質Ｓｉをウエハ全面
に表出させた。この条件では、多孔質層の形成時に電流
を変えた境界で分離する。多孔質の形成条件により、分
離位置は変えることが可能である。分割方法は、上述し
た方法以外にも機械的に引っ張る、ねじる、加圧する、
楔をいれる、端面から酸化して剥がす、熱応力を利用す
る、超音波をあてる、高圧流体を挿入する等の中から選
ばれる。

【００９４】該多孔質Ｓｉが表出したウエハを、図１に
示すような装置に、エッチング液中に完全に沈める様に
セットして、ふっ酸、過酸化水素水、純水の混合液中で
エッチング液の脱気をしながら、ウエハを自転させなが
ら、０．２５ＭＨｚ付近の超音波を印加して、ウエハ表
面の多孔質Ｓｉをエッチングする。これにより、エッチ
ングによる反応生成気体が気泡にならずに済み、多孔質
Ｓｉを均一に除去できた。

【００９５】ふっ酸、過酸化水素水、純水の混合液は、
多孔質Ｓｉのエッチング液であるが、脱気することによ
り、エッチング速度を増速でき、上記したような多孔質
Ｓｉの崩壊を面内、ウエハ間で均一に促進でき、±５％
以下に均一化できた。

【００９６】図２の様な装置においても、同様の結果が
得られた。

【００９７】単結晶Ｓｉはエッチングされずに残り、単
結晶Ｓｉをエッチ・ストップの材料として、多孔質Ｓｉ
は選択エッチングされ、完全に除去された。

【００９８】非多孔質Ｓｉ単結晶の該エッチング液に対
するエッチング速度は、極めて低く、多孔質層のエッチ
ング速度との選択比は十の五乗以上にも達し、非多孔質
層におけるエッチング量（数十オングストローム程度）
は実用上無視できる膜厚減少である。

【００９９】すなわち、Ｓｉ酸化膜上に０．１μｍの厚
みを持った単結晶Ｓｉ層が形成できた。形成された単結
晶Ｓｉ層の膜厚を面内全面について１００点を測定した
ところ、膜厚の均一性は１０１ｎｍ±３ｎｍであった。

【０１００】さらに水素中で１１００℃で熱処理を１時
間施した。表面粗さを原子間力顕微鏡で評価したとこ
ろ、５μｍ角の領域での平均２乗粗さはおよそ０．２ｎ
ｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。

【０１０１】表面平坦化は水素中での熱処理でなくても
研磨によっても可能である。

【０１０２】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓ
ｉ層には新たな結晶欠陥は導入されておらず、良好な結
晶性が維持されていることが確認された。

【０１０３】酸化膜は、エピタキシャル層表面でなく、
第２の基板表面に形成しても、あるいは、その両者に形
成しても同様の結果が得られた。

【０１０４】また、第２の基板として石英等の光透過性
ウエハを用いても、本実施例は、同様に実施できた。た
だし、石英とＳｉ層との熱膨張係数の差により単結晶Ｓ
ｉ層にスリップが入るため、水素中１１００℃での熱処
理は、温度を１０００℃以下に下げて行った。

【０１０５】同時に第１の基板側に残った多孔質Ｓｉも
その後、本実施例と同様にして選択エッチングする。そ
の後、水素アニール、あるいは表面研磨等の表面処理を
施して再び第１の基板あるいは第２の基板として再利用
することができた。

【０１０６】（実施例３）第１の基板の表面を酸化し
て、その後、Ｈ⁺ を７０ｋｅＶで５×１０¹⁶ｃｍ^-2イオ
ン注入した。内部にバブル層（多孔質層）が形成され
た。

【０１０７】因に、これ以外の方法でも良い。例えば、
第１の基板にまずエピタキシャル層を形成し、その後そ
の表面を酸化して、それからＨ⁺ を７０ｋｅＶで５×１
０¹⁶ｃｍ^-2イオン注入し、内部にバブル層（多孔質層）
が形成する方法である。この場合、表面に残存する単結
晶Ｓｉ層は、初めに形成したエピタキシャル膜である。

【０１０８】あるいは、第１の基板の表面を酸化して、
その後、Ｈ⁺ を７０ｋｅＶで５×１０¹⁶ｃｍ^-2イオン注
入し、内部にバブル層（多孔質層）が形成し、その後、
表面酸化膜を除去してから、エピタキシャル層を形成
し、再び、表面に酸化膜を形成する方法でも良い。

【０１０９】こうして、第１の基板表面に最表面から、
酸化膜層、単結晶Ｓｉ層、多孔質（バブル）層を形成し
た後、該ＳｉＯ₂ 層表面と別に用意したＳｉ基板（第２
の基板）の表面とを貼り合わせた。

【０１１０】その後、多孔質Ｓｉ層を介して貼り合わせ
ウエハをウォータージェットにより２分割し、第２の基
板側に、多孔質Ｓｉをウエハ全面に表出させた。この条
件では、多孔質層の形成時に電流を変えた境界で分離す
る。多孔質の形成条件により、分離位置は変えることが
可能である。分割方法は、ウォータージェット以外に、
機械的に引っ張る、ねじる、加圧する、楔をいれる、端
面から酸化して剥がす、熱応力を利用する、超音波をあ
てる、高圧流体を挿入する等の中から選べ得る。

【０１１１】該多孔質Ｓｉが表出したウエハを図１に示
すような装置に液中に完全に沈める様にセットして、ふ
っ酸、過酸化水素水、純水の混合液中でエッチング液の
脱気をしながら、ウエハを自転させながら、０．２５Ｍ
Ｈｚ付近の超音波を印加して、ウエハ表面の多孔質Ｓｉ
をエッチングする。これにより、エッチングによる反応
生成気体が気泡にならずに済み、多孔質Ｓｉを均一に除
去できた。

【０１１２】ふっ酸、過酸化水素水、純水の混合液は、
多孔質Ｓｉのエッチング液であるが、脱気することによ
り、エッチング速度を増速でき、上記したような多孔質
Ｓｉの崩壊を面内、ウエハ間で均一に促進でき、±５％
以下に均一化できた。

【０１１３】単結晶Ｓｉはエッチングされずに残り、単
結晶Ｓｉをエッチ・ストップの材料として、多孔質Ｓｉ
は選択エッチングされ、完全に除去された。

【０１１４】非多孔質Ｓｉ単結晶の該エッチング液に対
するエッチング速度は、極めて低く、多孔質層のエッチ
ング速度との選択比は十の五乗以上にも達し、非多孔質
層におけるエッチング量（数十オングストローム程度）
は実用上無視できる膜厚減少である。

【０１１５】すなわち、Ｓｉ酸化膜上に０．５μｍの厚
みを持った単結晶Ｓｉ層が形成できた。形成された単結
晶Ｓｉ層の膜厚を面内全面について１００点を測定した
ところ、膜厚の均一性は５０５ｎｍ±２５ｎｍであっ
た。

【０１１６】さらに水素中で１１００℃で熱処理を１時
間施した。表面粗さを原子間力顕微鏡で評価したとこ
ろ、５μｍ角の領域での平均２乗粗さはおよそ０．２ｎ
ｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。

【０１１７】表面平坦化は水素中での熱処理でなくても
研磨によっても可能である。

【０１１８】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓ
ｉ層には新たな結晶欠陥は導入されておらず、良好な結
晶性が維持されていることが確認された。

【０１１９】酸化膜は、エピタキシャル層表面でなく、
第２の基板表面に形成しても、あるいは、その両者に形
成しても同様の結果が得られた。

【０１２０】また、第２の基板として石英等の光透過性
ウエハを用いても、本実施例は、同様に実施できた。た
だし、石英とＳｉ層との熱膨張係数の差により単結晶Ｓ
ｉ層にスリップがはいるため、水素中１１００℃での熱
処理は、温度を１０００℃以下に下げて行った。

【０１２１】同時に第１の基板側に残った多孔質Ｓｉも
その後、本実施例と同様にして選択エッチングする。そ
の後、水素アニール、あるいは表面研磨等の表面処理を
施して再び第１の基板あるいは第２の基板として再利用
することができた。

【０１２２】上記実施例において、多孔質Ｓｉ上のエピ
タキシャル成長法は、ＣＶＤ法の他、ＭＢＥ法、スパッ
タ法、液相成長法、等多種の方法で実施でき、ＣＶＤ法
に限らない。また、多孔質Ｓｉ上には、ＧａＡｓ，Ｉｎ
Ｐ等の単結晶化合物半導体もエピタキシャル成長でき、
ＧａＡｓｏｎＳｉ、ＧａＡｓｏｎＧｌａｓｓ
（Ｑｕａｒｔｚ）等の高周波デバイス、ＯＥＩＣに適し
た基板を作製することも出来る。

【０１２３】また、多孔質Ｓｉ層の選択エッチング液も
弗酸と過酸化水素水との混合液に限らず、エッチング液
は、ふっ酸と過酸化水素水との混合液、ふっ酸と界面活
性剤との混合液、ふっ酸と過酸化水素水と界面活性剤と
の混合液を、用いることができ、界面活性剤は、例え
ば、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール
である。

【０１２４】また、エッチング液中に、緩衝剤を添加し
てもよい。緩衝剤は、例えば弗化アンモニウムである。
また、弗酸・硝酸・酢酸の混合液のようなものでも、そ
の膨大な表面積のため選択エッチングできる。

【０１２５】他の工程についても、ここの実施例に限ら
れた条件だけでなく、さまざまな条件で実施できる。

【０１２６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
エッチング槽中のエッチング溶液中に溶解している気体
の濃度を、エッチング中、常時飽和溶解度以下に制御し
ながら、前記多孔質層をエッチングすることにより、エ
ッチング中に気体が発生しても溶液中に溶け込むため、
気泡が発生することがなく、従来のように、被エッチン
グ基体の表面に気泡が付着することにより生じる、エッ
チングに対する悪影響を防止することができる。

【０１２７】このように、本発明によれば、多孔質Ｓｉ
のエッチング中の反応生成気体の気泡をほとんど発生さ
せずに除去することが可能になるため、エッチングの効
率化と均一化が可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエッチング装置を説明するための模式
的断面図である。

【図２】本発明の装置に用いる脱気装置を説明するため
の模式的断面図である。

【図３】本発明の工程を説明するための模式的断面図で
ある。

【図４】本発明の工程を説明するための模式的断面図で
ある。

【符号の説明】

１０１エッチング槽１０２オーバーフロー槽１０３密閉のふた１０４多孔質層の表出したウエハ１０５ウエハ保持具（キャリア）１０６整流板１０７循環供給口１０８循環ライン１０９循環用ポンプ１１０脱気装置１１１冷熱器１１２薬液フィルター１１３エッチング液１１４超音波槽１１５超音波振動子１１６超音波伝達媒体２１０脱気用ポンプ３０１エッチング液入口３０２配水管３０３中空糸３０４集水管３０５エッチング液出口３０６真空口／純水出口３０７純水入口４０１第１のＳｉ基板４０２多孔質Ｓｉ層４０３単結晶半導体層４０４絶縁層４０５第２の基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】貼り合わせ基体から多孔質層をエッチン
グすることにより半導体基体を作製する方法において、（ａ）主面側に多孔質層、及びその上に非多孔質層を有
する第１の基体を用意する工程、（ｂ）前記第１の基体の主面側と第２の基体とを貼り合
せる工程、（ｃ）前記第２の基体上に表出した多孔質層をエッチン
グ槽中のエッチング溶液中に浸して、エッチング中、該
エッチング液を脱気しながら、前記多孔質層をエッチン
グして除去する工程、を少なくとも有することを特徴と
する半導体基体の作製方法。
【請求項２】前記エッチング液を、エッチング槽外部
に循環させ、該循環途中において脱気を行うことを特徴
とする請求項１に記載の半導体基体の作製方法。
【請求項３】前記脱気は、中空糸ガス透過膜によって
構成される脱気モジュールにおいて、該中空糸内を減圧
状態にすることにより行うことを特徴とする請求項１に
記載の半導体基体の作製方法。
【請求項４】前記脱気は、中空糸ガス透過膜によって
構成される脱気モジュールにおいて、該中空糸内を気体
が全く存在しない超純水で満たすことにより行うことを
特徴とする請求項１に記載の半導体基体の作製方法。
【請求項５】前記気体は、化学反応において発生する
反応副生物であることを特徴とする請求項１に記載の半
導体基体の作製方法。
【請求項６】前記気体は、エッチング液に元々溶解し
ている気体と、化学反応において発生する反応副生物と、であることを
特徴とする請求項１に記載の半導体基体の作製方法。
【請求項７】前記エッチングは、超音波に代表される
波動エネルギーを印加しながら行うことを特徴とする請
求項１に記載の半導体基体の作製方法。
【請求項８】前記エッチング液の温度の揺らぎを、±
０．５℃以内に制御することを特徴とする請求項１に記
載の半導体基体の作製方法。
【請求項９】前記エッチング液は、ふっ酸系反応液で
あることを特徴とする請求項１に記載の半導体基体の作
製方法。
【請求項１０】前記エッチング液中に界面活性剤を添
加することを特徴とする請求項１に記載の半導体基体の
作製方法。
【請求項１１】前記界面活性剤は、メタノール、エタ
ノール、イソプロピルアルコールであることを特徴とす
る請求項１０に記載の半導体基体の作製方法。
【請求項１２】前記エッチング液は、ふっ酸と過酸化
水素水との混合液であることを特徴とする請求項１に記
載の半導体基体の作製方法。
【請求項１３】前記エッチング液は、ふっ酸と界面活
性剤との混合液であることを特徴とする請求項１に記載
の半導体基体の作製方法。
【請求項１４】前記エッチング液は、ふっ酸と過酸化
水素水と界面活性剤との混合液であることを特徴とする
請求項１に記載の半導体基体の作製方法。
【請求項１５】前記エッチング液中に、緩衝剤を添加
することを特徴とする請求項１に記載の半導体基体の作
製方法。
【請求項１６】前記緩衝剤は、弗化アンモニウムであ
ることを特徴とする請求項１５に記載の半導体基体の作
製方法。
【請求項１７】前記第１の基体は、単結晶Ｓｉである
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体基体の作製方
法。
【請求項１８】前記多孔質層は、陽極化成により形成
されることを特徴とする請求項１に記載の半導体基体の
作製方法。
【請求項１９】前記非多孔質層は、単結晶Ｓｉ層であ
ることを特徴とする請求項１に記載の半導体基体の作製
方法。
【請求項２０】前記非多孔質層は、表面に酸化膜を形
成した単結晶Ｓｉ層であることを特徴とする請求項１に
記載の半導体基体の作製方法。
【請求項２１】前記単結晶Ｓｉ層は、エピタキシャル
成長により形成されることを特徴とする請求項１７に記
載の半導体基体の作製方法。
【請求項２２】前記多孔質層は、希ガス、窒素、水素
をイオン注入することによって、第１の基体内部に形成
されることを特徴とする請求項１に記載の半導体基体の
作製方法。
【請求項２３】前記イオン注入の前又は後に、前記第
１の基体の主面側に単結晶Ｓｉをエピタキシャル成長さ
せ、その表面にＳｉＯ₂ 層を形成する工程を含むことを
特徴とする請求項２２に記載の半導体基体の作製方法。
【請求項２４】前記第２の基体は、単結晶Ｓｉ基体で
あることを特徴とする請求項１に記載の半導体基体の作
製方法。
【請求項２５】前記第２の基体は、単結晶Ｓｉの少な
くとも貼り合わせる面にＳｉＯ₂ 層を形成した基体であ
ることを特徴とする請求項１に記載の半導体基体の作製
方法。
【請求項２６】前記第２の基体は、光透過性基体であ
ることを特徴とする請求項１に記載の半導体基体の作製
方法。
【請求項２７】前記貼り合わせ工程は、前記第１の基
体と第２の基体とを密着させることを特徴とする請求項
１に記載の半導体基体の作製方法。
【請求項２８】前記貼り合わせ工程は、さらに、熱処
理、陽極接合、加圧のうちの少なくとも１つによって、
貼り合わせ強度を高める過程を含むことを特徴とする請
求項２７に記載の半導体基体の作製方法。
【請求項２９】前記多孔質層のエッチング除去後に表
面平坦化工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の
半導体基体の作製方法。
【請求項３０】前記表面平坦化は、研磨である請求項
２９に記載の半導体基体の作製方法。
【請求項３１】前記表面平坦化は、水素を含む還元性
雰囲気中での熱処理によりなされる請求項２９に記載の
半導体基体の作製方法。
【請求項３２】前記第１の基体の裏面側を研削、研
磨、エッチングのいずれかの方法で除去し前記多孔質層
を表出させることを特徴とする請求項１に記載の半導体
基体の作製方法。
【請求項３３】前記多孔質層中、あるいは多孔質層と
非多孔質層との界面、あるいは多孔質層と第１の基体の
裏面側部分との界面において分離することによって前記
多孔質を表出させることを特徴とする請求項１に記載の
半導体基体の作製方法。
【請求項３４】前記分離方法は、加圧、引っ張り、せ
ん断、楔挿入、多孔質層エッジ部の酸化、波動エネルギ
ー印加、加熱、高圧流体の吹き付けの、いずれか、ある
いはその組み合せにより達成されることを特徴とする請
求項３３に記載の半導体基体の作製方法。
【請求項３５】前記分離した第１の基体を、再利用す
る為に表面処理することを特徴とする請求項３３に記載
の半導体基体の作製方法。
【請求項３６】前記表面処理は、少なくとも洗浄工程
を含む工程であることを特徴とする請求項３５に記載の
半導体基体の作製方法。
【請求項３７】前記表面処理は、少なくとも多孔質層
の除去を含む工程であることを特徴とする請求項３５に
記載の半導体基体の作製方法。
【請求項３８】前記表面処理は、少なくとも表面平坦
化を含む工程であることを特徴とする請求項３５に記載
の半導体基体の作製方法。
【請求項３９】前記多孔質層の除去工程は、化学エッ
チングであることを特徴とする請求項３７に記載の半導
体基体の作製方法。
【請求項４０】前記多孔質層の除去工程は、研磨工程
であることを特徴とする請求項３７に記載の半導体基体
の作製方法。
【請求項４１】前記表面平坦化は、研磨であることを
特徴とする請求項３８に記載の半導体基体の作製方法。
【請求項４２】前記表面平坦化は、水素を含む雰囲気
中での熱処理によりなされることを特徴とする請求項３
８に記載の半導体基体の作製方法。
【請求項４３】請求項１〜４２のいずれかに記載の方
法で作製された半導体基体。