JP2000150837A

JP2000150837A - 半導体基体の作製方法

Info

Publication number: JP2000150837A
Application number: JP10323536A
Authority: JP
Inventors: Kiyobumi Sakaguchi; 清文坂口; Hiroshi Isaji; 弘伊佐治
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 1998-11-13
Publication date: 2000-05-30

Abstract

(57)【要約】【課題】エッチング速度を低下させることなく、且つ
均一性を低下させることなく、多孔質体をエッチング
し、半導体基体の製造スループット、歩留まりを上げ
る。【解決手段】エッチング液に接する気体を減圧状態に
維持しながら、表出させた多孔質体をエッチングするこ
とにより、多孔質体に付着した気泡は体積膨張し速やか
に脱離する為、高いエッチング速度で均一な処理ができ
る。そして、多孔質層は除去され新鮮な非多孔質の層表
面が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子デバイス、半
導体集積回路に適する半導体基板体の作製方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】多孔質層を利用して、ＳＯＩ基板（セミ
コンダクターオンインシュレータ）等の各種構造体を作
成する方法が提案されている。具体的には、特開平６−
３４２７８４号公報に多孔質Ｓｉ層上にエピタキシャル
層を形成して、これを他の基板に貼り合せ、多孔質Ｓｉ
を除去することで、他の基板上にエピタキシャル層を移
設する半導体基材の作成方法において、多孔質Ｓｉを除
去するために、多孔質Ｓｉを研削により表出させてから
多孔質Ｓｉ層を選択的にエッチングすることが提案され
ている。

【０００３】そして、主として、多孔質Ｓｉのエッチン
グは、特開平６−３４２７８４号公報に記されているよ
うに多孔質を溶液に浸すことでエッチングが行われてい
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、厄介なものとな
る。すなわち、反応気体がエッチングされる多孔質体の
孔の表面で生成されると、その気体が多孔質体の内外表
面に付着してしまいエッチングを阻害して、エッチング
の均一性が劣化してしまう。

【０００５】反応気体の長時間に亘る付着を防止するに
は、例えば上記特開平６−３４２７８４号公報に記載さ
れているように、エッチング液に界面活性剤としてアル
コールを添加したり、エッチング液を撹拌したりしてい
た。

【０００６】しかし、界面活性剤を添加するとエッチン
グ速度が低下したり、撹拌すると均一性が低下すること
が判明した。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、多孔質層をエ
ッチングする工程を含む半導体基体の作製方法におい
て、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、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、表出させた前記多孔
質層をエッチング液中に浸して、該エッチング液に接す
る気体を減圧状態に維持しながら、前記多孔質層をエッ
チングして除去する工程、を含むことを特徴とする。

【０００８】エッチング液に接する気体を減圧状態に維
持しながら前記エッチングを行えば気体がエッチング液
の液面を押す圧力が減少する。すると、エッチング液中
に発生した気泡に加わる圧力が減少することになり、気
泡は体積膨張し易くなる。

【０００９】多孔質体に付着している気泡は、所定の体
積より大きくなると多孔質体から脱離する。よって、気
泡の膨張速度が速くなると脱離するに十分な体積に直ち
に到達し、多孔質体から脱離始める。

【００１０】こうしてエッチング速度を抑制することな
く、均一なエッチングが進行し、半導体基体の製造スル
ープット、製造歩留まりを向上させ半導体基体を安価に
て提供できるようになる。

【００１１】エッチング液に浸した直後の多孔質体の孔
の内部は、エッチング前はほぼ大気圧と考えられるの
で、孔内に存在していた空気も膨張して孔内から出て行
く。これにより孔内の空気はエッチング液と置換され
る。この置換の速さは減圧しない場合に比べて、約１．
５倍〜２．０倍である。従って、初期のエッチング速度
が高くなる。

【００１２】多孔質体のエッチング速度は、主として上
記置換速度（孔内へのエッチング液の侵入速度）と孔内
壁のエッチングレートとに大きく依存する。よって、置
換速度が１．５〜２．０倍に向上すれば、除去すべき多
孔質体のエッチング速度は約１．２倍〜１．５倍にな
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１に本発明に用いられる多孔質
体のエッチング装置の構成図を示す。図１に示すよう
に、エッチング処理槽１０１には、エッチング液１１３
が満たされ、この中に少なくともその表面に多孔質層を
有する基体（被処理体）、ここでは多孔質層の表出した
Ｓｉウエハ１０４を入れて多孔質Ｓｉのエッチングを行
う。エッチング処理槽１０１の４辺にはオーバーフロー
槽１０２を設けることが好ましい。

【００１４】また、エッチング処理槽１０１内は密閉式
のふた１０３で外部の大気から隔離されている。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１０
７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１１３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。

【００１５】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
れでて、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、
エッチング液温は例えば±０．５℃のほぼ一定に保た
れ、エッチングの均一性を高める。

【００１６】更に、薬液用フィルター１１２によりエッ
チング液内のパーティクルを有効に除去する。

【００１７】エッチング処理槽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
１１５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処理槽１
０１からエッチング液１１３、このエッチング液からウ
エハ１０４へと伝達される。ここには示さないが、超音
波槽１１４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。

【００１８】又、ウエハ１０４を回転あるいは揺動させ
る機構を配していると、ウエハ面内、ウエハ間へのエッ
チング液の供給が均一化されることにもなる。

【００１９】密閉式のふた１０３の上部には排気管を通
じてバルブ２１１と真空ポンプ２１０とを有する減圧手
段が設けられており、真空ポンプ２１０を動かし、バル
ブ２１１を開くことにより、エッチング液１１３に接す
る上部空間内の気体２１２が排気され、基体の圧力を大
気圧より低い減圧状態に維持できる。即ち、上部空間の
圧力を大気圧より低くできる。

【００２０】この時の圧力の上限は、好ましくは１０⁵
Ｐａ以下、より好ましくは、１０^４Ｐａ以下であり、圧
力の下限は好ましくは１００Ｐａ以上である。

【００２１】図１の装置では、大気圧と容器内２１２の
圧力の差によりふた１０３や槽１０１、１０２が変形し
ないような材料及び厚みの部材で壁や底を形成すること
が望ましい。

【００２２】図２は本発明に用いられる別の実施の形態
によるエッチング装置を示す。

【００２３】図１の装置と異なる点は、密閉式のふた１
０３を変更し、超音波槽１１４をも内部に収容するよう
な容器にした点である。これにより、エッチング処理槽
１０１、オーバーフロー槽１０２を薄い壁部材で構成し
ても、圧力差による変形が少なくなる。

【００２４】超音波を印加するにあたりエッチング槽１
０１の壁や底はできるだけ薄くしなければならない。一
方、超音波槽１１４はその厚さに特別な制限はない。

【００２５】超音波槽１１４と密閉容器１０３を兼用さ
せ、一体化させて、密閉容器１０３の底面に超音波振動
子１１５を設置し、水１１６をためても同様の装置とな
り得る。

【００２６】気泡化する気体は、例えばＳｉＦ_４、Ｈ
₂ 、ＮＨ₃ のように化学反応において発生する反応副生
物からなる場合と、エッチング液に元々溶解している気
体成分を含む場合とがある。後者の場合には、エッチン
グ工程前に予め脱気して元々エッチング液に溶解してい
る気体を除去しておくことが望ましい。気泡化したガス
としてはＳｉＦ₄ 、Ｈ₂ 、ＮＨ₃ 、Ｏ₂ 、Ｎ₂ 等が挙げ
られる。

【００２７】そして減圧手段２１０、２１１により脱離
した基体を排気除去する。

【００２８】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。すなわち、エッチング液はふっ酸、ふっ酸と界面活
性剤との混合液、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の混合液、ふっ酸と硝酸と界面活性
剤との混合液、ふっ酸と過酸化水素水と界面活性剤等の
ふっ酸系反応液である。

【００２９】界面活性剤は、例えば、メタノール、エタ
ノール、イソプパノールが挙げられる。界面活性剤を微
量添加すれば、減圧時の圧力をそれ程低くせずにすむ。

【００３０】又エッチング液中には、ＰＨを調整し、エ
ッチング速度の変動を抑える為に、緩衝剤を添加するこ
とが好ましい。緩衝剤は、例えば、弗化アンモニウムが
挙げられる。

【００３１】又エッチング液は、エッチング槽外部に循
環させ、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。そして、エッチング液の
流れを生ぜしめ、気泡の脱離を促進する。

【００３２】又、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。

【００３３】エッチング液の温度の揺らぎは、・面内のエッチングばらつき・基板間のエッチング時間ばらつきにつながる。市販の温調器により±０．５℃は十分調整
できる範囲内である。

【００３４】本実施の形態によれば、多孔質体に付着し
ている気泡を体積膨張させて速やかに除去できるため、
エッチング速度の劣化がなくなり、又、均一性の劣化も
なくなる。

【００３５】又、超音波は気泡の脱離とエッチング液の
孔内浸入を促進する為の補助的な使用を目的とするもの
であったが、気泡が速やかに除去されるので、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
ようになる。又、同じ効力を低パワーの超音波で得るこ
とができるので、超音波振動子の寿命を延ばしたり、あ
るいは超音波振動子自体の規模を小さくできる。

【００３６】（実施形態１）図１、図２に示すエッチン
グ装置を用いた多孔質体のエッチング工程を含む半導体
基体の作製方法について述べる。

【００３７】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。

【００３８】まず、出発物質として単結晶基板４０１を
用意して、主表面層に多孔質層４０２を形成する（図３
（ａ））。多孔質層４０２の表面に少なくとも１層の非
多孔質層４０３を形成する（図３（ｂ））。非多孔質層
４０３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、超電導薄膜などの中
から任意に選ばれる。あるいは、その中にＭＯＳＦＥＴ
等の為の素子構造を形成してしまっても構わない。さら
に、最表面に絶縁膜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、第１の基体を用意する。

【００３９】図３（ｃ）に示すように、別に用意した第
２の基体としての基板４０５と第１の基体の表面とを室
温で密着させる。その後、陽極接合、加圧、熱処理、の
うち少なくともいずれか１つの方法により貼合わせを強
固にしてもよい。

【００４０】非多孔質層４０３として単結晶Ｓｉを堆積
した場合には、単結晶Ｓｉの表面には熱酸化等の方法で
酸化シリコン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、Ｓｉ、Ｓｉ基板上に酸化シリ
コン膜を形成したもの、石英等の光透過性基板、サファ
イア、金属、樹脂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い。図３は絶縁膜４０４を介
して貼り合わせた様子を示してあるが、絶縁膜４０４は
なくてもよい。

【００４１】貼り合わせに際して絶縁性の薄板を第１及
び第２の基体の間にはさみ３枚重ねで貼り合わせること
も可能である。

【００４２】その後、多孔質層を境にして第１の基板４
０１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
の少なくともいずれか１つを用いた除去方法と、多孔質
層及び／又はその界面を境に貼り合わせ基体を分割する
方法がある。

【００４３】次に、表出した多孔質層４０２を選択的に
エッチングして除去する。そのため、多孔質層４０２が
表出した第２の基板を多孔質層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、多孔質層をエッチングす
る。この時例えば、図１，２に示したようなエッチング
装置でエッチングを行う。

【００４４】エッチング中、多孔質層表面に生じた気泡
は直ちに体積膨張し脱離するので、エッチングは効率よ
く、均一に行われる。

【００４５】多孔質層４０２のみを選択的にエッチング
して第２の基体上に予め第１の基体の非多孔質層４０３
を残存させる。多孔質体の膨大な表面積による通常のＳ
ｉ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】ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＳｉＧｅ等の化合物半
導体層を多孔質Ｓｉ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ことができる。

【００４７】図３（ｅ）には、本発明で得られる半導体
基体が示されている。第２の基板４０５上の絶縁膜４０
４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として石英などの絶
縁性基板を用いれば、絶縁膜４０４は不要である。

【００４８】（実施形態２）図４に示すように、本実施
の形態では貼り合せた基体を、多孔質層４０２中、又は
その界面で分離する。

【００４９】分離方法は、加圧力、引っ張り力、せん断
力等の外力を加える方法、具体的には楔を貼り合わせ基
体の端部に挿入する方法である。

【００５０】或いは、ウォータージェット等のような高
圧の液体流又は、気体流を貼り合わせ基体の端部に吹き
付けて機械的強度の弱い多孔質層を破断させる方法であ
ってもよい。

【００５１】更には、多孔質層のエッジ部を酸化させ
て、中央の多孔質層を破断させたり、波動エネルギーを
印加して多孔質層を破断させたり、貼り合わせ基体を加
熱して孔（気泡）を増大させることで多孔質層を破断さ
せることも好ましいものである。

【００５２】この分離によって、表出すべき非多孔質層
４０３上に多孔質層が残留している場合には、実施形態
１と同様に図１，２のエッチング装置を用いて多孔質層
４０２をエッチング除去する。

【００５３】又、第１の基板４０１側に、残留多孔質層
４０２が存在する場合には図１，２の装置を用いてそれ
をエッチング除去する（図４（ｅ））。

【００５４】さらに表面平滑性が許容できないほど荒れ
ている場合には、研磨又は水素含有還元性雰囲気中で８
００℃以上で熱処理（水素アニール）すれば表面が平滑
化され再使用できるようになる。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。

【００５５】（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大別
して３つの方法がある。

【００５６】１つの方法は、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⁺、あるいはＨｅ⁺、Ｎｅ⁺、Ａｒ⁺、Ｋｒ⁺、
Ｘｅ⁺、Ｎ⁺のような不活性ガスをイオン注入し、内部に
多数の気泡を含む気泡層を形成する方法である。

【００５７】別の方法として第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、上
記Ｈ⁺、あるいは不活性ガスをイオン注入し、内部に気
泡を含む層（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。

【００５８】もう１つの方法として第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⁺、あるいは不活性ガスをイオン注入
し、内部に気泡層（多孔質層）を形成する。その後表面
酸化膜を除去してから、低温で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。

【００５９】そして、気泡層を含む第１の基体を第２の
基体に貼り合わせ、分離した後、残留気泡層を図１、図
２の装置を用いてエッチング除去する。

【００６０】貼り合わせ方法や分離方法は上述した方法
をそのまま適用できる。

【００６１】又、エッチング後に表われた面は、水素含
有還元性雰囲気中での熱処理又は研磨により平滑化され
る。

【００６２】分離された第１の基板は、上記エッチング
及び上記平滑化により再利用可能なウエハとなる。

【００６３】

【実施例】（実施例１）Ｐ型の単結晶Ｓｉからなる第１
の基板の表面層をＨＦ溶液中において陽極化成を行っ
た。

【００６４】陽極化成条件は以下の通りであった。

【００６５】電流密度：７（ｍＡ・ｃｍ^-2）陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ₂Ｏ：Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ＝１：１：１時間：１１（ｍｉｎ）多孔質Ｓｉの厚み：１２（μｍ）

【００６６】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（Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）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。

【００６７】ソースガス：ＳｉＨ₂Ｃｌ₂／Ｈ₂ ガス流量：０．５／１８０ｌ／ｍｉｎガス圧力：８０Ｔｏｒｒ温度：９５０℃ 成長速度：０．３μｍ／ｍｉｎ

【００６８】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ＳｉＯ_２層を形成した。

【００６９】該ＳｉＯ_２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。

【００７０】その後、第１の基板の裏面側の非多孔質部
分を研削及びＲＩＥにより除去して、多孔質Ｓｉをウエ
ハ全面に表出させた。

【００７１】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、エタノール、純水
の混合液中でエッチング液上部の空間を１．３×１０⁴
Ｐａに減圧しながら、且つウエハを自転させながら、
０．２５ＭＨｚ付近の超音波を印加して、多孔質Ｓｉ層
をエッチングした。

【００７２】これにより、エッチングにより生じた気泡
は瞬時に大きくなり多孔質Ｓｉ層から脱離して多孔質Ｓ
ｉ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。

【００７３】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、減圧下で行うこと
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。

【００７４】非多孔質の単結晶Ｓｉは、エッチングされ
ずに残り、非多孔質の単結晶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。

【００７５】非多孔質単結晶Ｓｉ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Ｓｉ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Ｓｉ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。

【００７６】すなわち、酸化シリコン膜上に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。

【００７７】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であり、通常市販されているＳｉウエハと同等であっ
た。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】エッチングの際に減圧せず大気圧のまま行
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。

【００８２】（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。

【００８３】陽極化成条件は以下の通りであった。

【００８４】電流密度：７（ｍＡ・ｃｍ^-2）陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ₂Ｏ：Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ＝１：１：１時間：５（ｍｉｎ）第１の多孔質Ｓｉ層の厚み：５．５（μｍ）さらに電流密度：２１（ｍＡ・ｃｍ^-2）陽極化成溶液：ＨＦ：Ｈ₂Ｏ：Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ＝１：１：１時間：２０（ｓｅｃ）第２の多孔質Ｓｉ層の厚み：０．５（μｍ）

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】ソースガス：ＳｉＨ₂Ｃｌ₂／Ｈ₂ ガス流量：０．５／１８０ｌ／ｍｉｎガス圧力：８０Ｔｏｒｒ温度：９５０℃ 成長速度：０．３μｍ／ｍｉｎ

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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貼り合
わせ基板を２分割し、第２の基板側に、多孔質Ｓｉを全
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された。多孔質の形成条件によ
り、分離位置は変わる。

【００９１】分離後第２の基板上に移設された単結晶Ｓ
ｉ層上には多孔質Ｓｉ層が一部残留していたので該多孔
質Ｓｉが表出した基板を、図１に示すような装置にセッ
トした。ふっ酸、過酸化水素水、エタノール、純水の混
合液中に完全に基板を沈めてエッチング液上方の空間を
１．３×１０³Ｐａに減圧しながら、且つウエハを自転
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。これによ
り、エッチングにより発生した気泡は瞬時に巨大化し多
孔質Ｓｉから脱離し多孔質Ｓｉ層を均一に除去できた。

【００９２】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、減圧下で行うこと
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。

【００９３】図２の様な装置においても、同様の結果が
得られた。

【００９４】非多孔質の単結晶Ｓｉはエッチングされず
に残り、非多孔質の単結晶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。

【００９５】非多孔質単結晶Ｓｉ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
Ｓｉ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。

【００９６】すなわち、酸化シリコン膜上に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、膜厚の均一姓は１０１ｎｍ±３ｎｍであっ
た。

【００９７】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角の領域で平均２乗粗さはおよそ０．２ｎｍ
であり、通常市販されているＳｉウエハと同等であっ
た。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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した。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。

【０１０２】（実施例３）Ｓｉウエハからなる第１の基
板の表面を酸化して、その後、内部に気泡層（多孔質
層）が形成すべくＨ⁺を７０ｋｅＶで５×１０¹⁶ｃｍ^-2
イオン注入した。

【０１０３】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、気泡層を形成した後、該Ｓｉ
Ｏ₂層表面と別に用意したＳｉウエハからなる基板（第
２の基板）の表面とを貼り合わせた。

【０１０４】その後、多孔質Ｓｉ層を介して貼り合わせ
基板を５００℃以上に加熱して気泡を増大させて２分割
し、第２の基板側に、単結晶Ｓｉ層を移設させた。

【０１０５】単結晶Ｓｉ層の表面には気泡層の残留が認
められたので基板を図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、エタ
ノール、純水の混合液上部の空間を１．３×１０³Ｐａ
に減圧しながら、且つウエハを自転させながら、０．２
５ＭＨｚ付近の超音波を印加して、基板表面の気泡層の
残留部をエッチングした。これにより、エッチングによ
り発生した気泡は瞬時に大きくなって基板表面から脱離
し均一にエッチング除去できた。

【０１０６】ふっ酸、過酸化水素水、エタノール、純水
の混合液は、多孔質Ｓｉのエッチング液であるが、減圧
下で行うことにより、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。

【０１０７】すなわち、酸化シリコン膜上に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。

【０１０８】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。

【０１０９】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。

【０１１０】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。

【０１１１】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。

【０１１２】同時に第１の基板側の残った多孔質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。

【０１１３】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、ＳｉＧｅや、或
いはＧａＡｓ，ＩｎＰ等の単結晶化合物半導体もエピタ
キシャル成長でき、ＧａＡｓｏｎＳｉ、ＧａＡｓｏ
ｎＧｌａｓｓ（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できる。

【０１１４】以上説明した各実施例において、多孔質物
質としては多孔質Ｓｉを取りあげたが、多孔質構造が可
能な物質であればＳｉＯ₂ 、ＧａＡｓ等他の材料であっ
ても本発明を適用することができる。

【０１１５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
多孔質体のエッチング中の反応生成気体の気泡を速やか
に除去することが可能になり、エッチングの効率化と均
一化が可能になる。こうして、半導体基体の製造スルー
プットや製造歩留まりを向上させ、安価に半導体基体を
提供できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いられる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】本発明に用いられる別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３】本発明の一実施の形態による半導体基体の作製
方法を説明するための模式的断面図である。

【図４】本発明の別の実施の形態による半導体基体の作
製方法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（容器）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真空ポンプ２１１バルブ４０１第１の基体４０２多孔質層４０３半導体層４０４絶縁膜４０５第２の基体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多孔質層をエッチングする工程を含む半
導体基体の作製方法において、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、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、表出させた前記多孔質層をエッチング液中に浸して、該
エッチング液に接する気体を減圧状態に維持しながら前
記多孔質層をエッチングして除去する工程、を含むこと
を特徴とする半導体基体の作製方法。
【請求項２】前記エッチング液及び貼り合わせ基体を
密閉可能な槽内に収容し、前記槽内を排気することを特
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３】前記エッチングは、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４】前記波動エネルギーの印加は超音波の印
加により行うことを特徴とする請求項３に記載の半導体
基体の作製方法。
【請求項５】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６】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７】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８】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６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６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６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、イソプロパノールのいずれかであることを特徴
とする請求項７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１３】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１２に記載の半導体基体の作
製方法。
【請求項１４】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１５】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１６】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１７】前記非多孔質層は、表面に酸化膜が形
成された単結晶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１８】前記非多孔質層は、エピタキシャル成
長により形成された単結晶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１９】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２０】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層をエピタキシャル成長さ
せ、その表面に酸化膜を形成する工程を含むことを特徴
とする請求項１９に記載の半導体基体の作製方法。
【請求項２１】前記第２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２２】前記第２の基体は、少なくとも貼り合
わせる面に絶縁層が形成され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２３】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２４】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２５】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２４に記載の半導体基体の作製方法。
【請求項２６】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２７】前記表面平坦化は、研磨である請求項
２６に記載の半導体基体の作製方法。
【請求項２８】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２６に記載の
半導体基体の作製方法。
【請求項２９】前記第１の基体の裏面側を研削、研
磨、エッチングの少なくともいずれか１つの方法で除去
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３０】前記多孔質層中、あるいは前記多孔質
層と前記非多孔質層との界面、あるいは前記多孔質層と
前記第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３１】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、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行なわれることを特徴とする請求項
３０に記載の半導体基体の作製方法。
【請求項３２】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３３】前記表面処理は、少なくとも表面平滑
化を含む工程であることを特徴とする請求項３２に記載
の半導体基体の作製方法。
【請求項３４】前記表面処理は、化学エッチング及び
／又は研磨工程を含むことを特徴とする請求項３２に記
載の半導体基体の作製方法。
【請求項３５】前記表面処理は、水素を含む雰囲気中
での熱処理工程を含むことを特徴とする請求項３２に記
載の半導体基体の作製方法。
【請求項３６】請求項１〜３６のいずれかに記載の方
法で作製された半導体基体。