JP2005252244A - 半導体基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＳＯＩ層とガラス基板を強固に結合するために、８００℃を超える高温での熱処理を必要とせず、ガラス基板の構成材料として融点の低いものを用いることができ、これにより、半導体基板の製造コストを下げることができる半導体基板の製造方法を提供する。
【解決手段】 半導体ウエハ１と透明な絶縁基板２を用いて、半導体薄膜層を有する半導体基板を製造する半導体基板の製造方法。半導体ウエハに半導体薄膜層を形成する薄膜形成工程Ｓ１と、半導体ウエハと絶縁基板の表面を洗浄し、基板の一面を貼り合わせる貼合わせ工程Ｓ２と、熱処理により貼合わせ面の接合強度を高める熱処理工程Ｓ３と、半導体薄膜層を絶縁基板上に剥離工程Ｓ４と、絶縁基板に、レーザ光を半導体薄膜層側または透明な絶縁基板側から照射して半導体薄膜層の結晶品質を改善するとともに、半導体薄膜層と透明な絶縁基板を強固に結合させるレーザ光照射工程Ｓ５とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウエハと透明な絶縁基板を用いて、半導体薄膜層を有する半導体基板を製造する方法に関する。

近年、ＬＳＩ（大規模集積回路）デバイスの微細化が進む中で、より完全な素子間分離、動作速度の高速化、高性能化が追求されており、これらの要求を満たす材料として絶縁基板上にシリコンを形成したＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハが注目されている。また、このＳＯＩウエハの製造方法として、イオン注入剥離法又はスマートカット（登録商標）法と呼ばれる方法が、例えば非特許文献１に開示されている。

非特許文献１の製造方法は、図９に模式的に示すように、酸化工程（ステップ１）、注入工程（ステップ２）、接合工程（ステップ３）、熱処理工程（ステップ４）、界面安定化工程（ステップ５）、及び最終ポリッシング工程（ステップ６）からなる。

酸化工程（ステップ１）では、ウエハＡ（シリコンウエハ）の表面を酸化し、ＳＯＩ構造における酸化膜を形成する。注入工程（ステップ２）では、水素イオンを注入して酸化膜の下にシリコン層の厚さを決める剥離層（微小気泡層）を形成する。接合工程（ステップ３）では、表面のクリーン度の高い別のウエハＢを水素結合により接合する。熱処理工程（ステップ４）では、熱処理により接合界面を強化すると共に、ウエハＢを剥離層（微小気泡層）をへき開面として剥離する。界面安定化工程（ステップ５）では、更に高い温度で熱処理し接合界面を安定化させる。最終ポリッシング工程（ステップ６）では、表面をポリッシングして表面粗さを低減し、ＳＯＩウエハが完成する。
このように形成したＳＯＩウエハは、へき開面が良好な鏡面であり、ＳＯＩ層の膜厚の均一性の高いＳＯＩウエハが比較的容易に得られる特徴がある。

一方、シリコン基板同士の結合ではなく、絶縁基板とシリコン基板を結合して作製するＳＯＩウエハの製造方法として、特許文献１が開示されている。

特許文献１の「ＳＯＩウエーハの製造方法ならびにこの方法で製造されるＳＯＩウエーハ」は、単結晶シリコンウエハを絶縁基板に密着させ、シリコン層を剥離してＳＯＩ層を形成することによりＳＯＩウエハを製造する方法において、図１０に示す下記の工程順に水素イオン注入、多段熱処理、薄膜化処理及び剥離処理をすることを特徴とするものである。

（１）単結晶シリコンウエハのＳＯＩ層となる側の面から水素イオンまたは希ガスをＩ／Ｉで注入する（イオン注入工程）。
（２）単結晶シリコンウエハのイオン注入面と絶縁基板を室温で密着させる（密着工程）。
（３）１００〜３００℃で熱処理して仮接合させる（仮接合工程）。
（４）単結晶シリコン層をアルカリエッチングで厚さ１００〜２５０μｍにする（エッチング工程）。
（５）３５０〜４５０℃で熱処理して本接合させる（本接合工程）。
（６）単結晶シリコン層を研削，研磨して５０μｍ以下の厚さにする（研削・研磨工程）。
（７）５００℃以上に加熱してイオン注入層をへき界面として剥離し、単結晶シリコン層の厚さを０．５μｍ以下のＳＯＩ層にする（剥離工程）。
（８）ＳＯＩ層表面を鏡面研磨する（鏡面研磨工程）。
（９）８００℃以上の熱処理を加えて結合強度を高める（熱処理工程）。
特許文献１の方法によるＳＯＩウエハは、絶縁基板上に単結晶シリコンウエハを結合したものであるため、基板が完全な絶縁体であり、キャリアの移動度が基板に影響されず、極めて高くなる特徴を有する。

また、関連するＳＯＩウエハの製造方法として、特許文献２が開示されている。
特許文献２の「半導体ウエハ及びその製作法」は、図１１に示すように、半導体層２４ａ，２４ｂと絶縁層２０ｂとが交互に２周期以上周期的に積層された積層構造を有する半導体ウエハであって、前記絶縁層の少なくとも１層がイオン注入された酸素により形成されたものであることを特徴とするものである。なおこの図で、２０ａは酸素イオン注入層、２２ａは水素イオン注入層（微小気泡層）、２６は貼り合わせウエハ、２８はＳＯＩウエハである。

Ｌ．Ｄｉ Ｃｉｏｃｃｉｏ， "Ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂｙ ｔｈｅ Ｓｍａｒｔ-ｃｕｔ ｐｒｏｃｅｓｓ"， Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｂ４６ （１９９７） ３４９-３５６．

特開平１１−１４５４３８号公報、「ＳＯＩウエーハの製造方法ならびにこの方法で製造されるＳＯＩウエーハ」 特開２００１−２１０８１０号公報、「半導体ウエハ及びその製作法」

上述した特許文献１の方法において、絶縁基板として透明なガラス基板を用いる場合、ＳＯＩ層とガラス基板を強固に結合するためには、ＳＯＩ層及びガラス基板を炉内において８００℃以上で熱処理する必要がある。そのため、ガラス基板の構成材料として融点の低いものを用いることができず、ガラス基板の構成材料は例えば石英等のように８００℃よりも高い融点を有するものに限られ、さまざまな構成材料からなる絶縁基板を半導体基板の製造に用いることができないとともに、半導体基板の製造コストが高くなる問題点があった。
言い換えれば、従来の半導体基板の製造方法は、半導体薄膜と透明絶縁基板との接合強度を高めるため、通常１０００℃以上の熱処理が必要であった。そのため、石英ガラスなどの高融点絶縁基板を用いる必要があり、製造コストが高くなっていた。

また、上述した従来の方法において、ＳＯＩ層とガラス基板における構成材料の線膨張係数差によって、ＳＯＩ層とガラス基板を強固に結合する際にＳＯＩ層に割れが生じないように、ＳＯＩウエハを薄膜化している。しかし、従来の方法では、微小気泡層をへき開面としてＳｉウエハを薄膜状に剥離する前に、仮接合工程とエッチング工程が必要となる。そのため、半導体基板の製造のための工程が増え、半導体基板の製造作業が煩雑化して、作業時間が長くなる問題点があった。

本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の第１の目的は、ＳＯＩ層とガラス基板を強固に結合するために、８００℃を超える高温での熱処理を必要とせず、ガラス基板の構成材料として融点の低いものを用いることができ、これにより、半導体基板の製造コストを下げることができる半導体基板の製造方法を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、微小気泡層をへき開面としてＳｉウエハを薄膜状に剥離する前の、仮接合工程とエッチング工程が不要であり、これにより半導体基板の製造工程を減らし、半導体基板の製造作業を簡略化して、作業時間を短縮化できる半導体基板の製造方法を提供することにある。

本発明によれば、半導体ウエハと透明な絶縁基板を用いて、半導体薄膜層を有する半導体基板を製造する半導体基板の製造方法において、
前記半導体ウエハに半導体薄膜層を形成する薄膜形成工程と、
前記薄膜形成工程後に、前記半導体ウエハと前記絶縁基板の表面を洗浄し、基板の一面を貼り合わせる貼合わせ工程と、
前記貼合わせ工程後に、熱処理により前記貼合わせ面の接合強度を高める熱処理工程と、
前記熱処理工程後に、前記半導体薄膜層を絶縁基板上に剥離させる剥離工程と、
前記剥離工程後に、絶縁基板に、レーザ光を前記半導体薄膜層側または前記透明な絶縁基板側から照射して前記半導体薄膜層の結晶品質を改善するとともに、前記半導体薄膜層と前記透明な絶縁基板を強固に結合させるレーザ光照射工程と、を備えていることを特徴とする半導体基板の製造方法が提供される。

上記本発明の方法によれば、レーザ光照射工程でレーザ光を照射して半導体薄膜層の結晶品質を改善するので、８００℃を超える高温での熱処理を必要とせず、ガラス基板の構成材料として融点の低いものを用いることができる。またこのレーザ光照射工程において、レーザ光を前記半導体薄膜層側または前記透明な絶縁基板側から照射するので、半導体薄膜層又は透明な絶縁基板で吸収されずに透過したレーザ光で薄膜層を選択的に加熱できるので、絶縁基板上に半導体薄膜層を強固に結合させることができる。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記薄膜形成工程は、前記半導体ウエハの表面に親水性の酸化膜を形成し、その後、水素イオン、水素分子イオン、希ガスイオンまたはこれらの複合イオンを１Ｅ１６／ｃｍ^２〜１Ｅ１７／ｃｍ^２の範囲のドープ量で注入する。なお、半導体薄膜層の厚さは、このドープの際の加速電圧を変化させることにより、任意に設定することができる。

また、前記薄膜形成工程は、前記半導体ウエハの表面に多孔質構造を形成し、その上に前記半導体ウエハと同種のエピタキシャル層を成長させ、さらに、エピタキシャル層の表面に親水性の酸化膜を形成してもよい。

前記貼合わせ工程は、室温で貼り合わせた前記半導体ウエハと絶縁基板を５００℃以下の温度で加熱し、かつ前記半導体ウエハに正電圧、前記透明な絶縁基板に負電圧を印加して半導体ウエハと絶縁基板とを強固に貼り合わせるのが好ましい。

また、前記熱処理工程において、前記半導体ウエハの温度が４００℃を超えない温度で熱処理することで、半導体ウエハと絶縁基板の界面の存在するＯＨ基が一部除去され、半導体ウエハと絶縁基板との接合を強化することができる。

前記剥離工程において、前記半導体ウエハと絶縁基板を６００℃以下の温度で熱処理して行うことで、注入されたイオンが拡散、凝集そして膨張することで半導体薄膜層が絶縁基板上に形成させる。

前記剥離工程において、ウォータージェットを前記半導体ウエハの表面の多孔質構造に吹き付けることで、半導体薄膜層が絶縁基板上に形成させる。

前記レーザ光、前記レーザ光の光エネルギーが前記半導体ウエハおよび薄膜に十分に吸収されるように、予め前記レーザ光の波長を選択するのがよい。

前記半導体ウエハは、Ｓｉウエハ、ＧａＮウエハ、ＧａＡｓウエハ、ＳｉＣウエハ、ＩｎＰウエハ、ＧａＰのいずれかの半導体ウエハであるのがよい。

前記透明な絶縁基板は、前記半導体ウエハと熱膨張係数が同じまたは同程度の絶縁基板であるのがよい。

前記透明な絶縁基板は、表面に親水性の酸化膜が形成されている、ことが好ましい。
前記レーザ光がパルスレーザの場合、前記半導体ウエハの融点を超える温度で加熱し、前記半導体薄膜を結晶化させる、ことが好ましい。

前記半導体ウエハの融点での蒸気圧が大気圧を超え、前記レーザ光を照射して溶融させて結晶化させる場合において、前記蒸気圧を超える圧力の不活性ガス雰囲気にて行うことにより、半導体薄膜層の分解を抑制しかつ半導体薄膜層の結晶品質を改善するとともに、半導体薄膜層と前記透明な絶縁基板を強固に結合させることができる。

前記レーザ照射工程は、前記半導体薄膜層が転写された絶縁基板を６００℃以下の温度に加熱することで、半導体薄膜層の吸収係数が上昇するため、レーザ光の出力を下げることができる。

融点における蒸気圧が大気圧を超える前記半導体ウエハにおいて、前記レーザ光照射前に前記レーザ光を透過する薄膜を形成することが好ましい。

上述した本発明の方法によれば、半導体ウエハと絶縁基板の熱膨張係数が同等かそれに近い特性のものであるため、貼り合せ工程後の熱処理により、半導体ウエハが割れることなく、半導体薄膜層を形成することができる。
また、レーザ光は薄膜層のみを吸収し、絶縁基板を透過するため、絶縁基板の直接加熱に寄与するものではなく、また、薄膜層と絶縁基板を強固に結合するまでの加熱時間を極めて短くできるため、絶縁基板の構成材料が例えば石英等の高い融点を有する高価なものに限られず、融点の低い安価なものも絶縁基板として用いることができるとともに、半導体基板の製造コストの低下を図ることができる。

従って本発明は、ＳＯＩ層とガラス基板を強固に結合するために、８００℃を超える高温での熱処理を必要とせず、ガラス基板の構成材料として融点の低いものを用いることができ、これにより、半導体基板の製造コストを下げることができ、かつ微小気泡層をへき開面としてＳｉウエハを薄膜状に剥離する前の、仮接合工程とエッチング工程が不要であり、これにより半導体基板の製造工程を減らし、半導体基板の製造作業を簡略化して、作業時間を短縮化できる、等の優れた効果を有する。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明による半導体基板の製造方法のフロー図である。
図１に示すように、本発明の半導体基板の製造方法は、半導体ウエハ１と透明な絶縁基板２を用いて、絶縁基板２上に半導体ウエハの半導体薄膜層３を有する半導体基板４を製造する方法である。
この例において、半導体ウエハ１はＳｉウエハであり、透明な絶縁基板２はガラス基板である。また以下、半導体ウエハの半導体薄膜層３をＳＯＩ薄膜層、半導体基板４をＳＯＩ薄膜層ウエハと呼ぶ。
図１に示すように、本発明の半導体基板の製造方法は、薄膜形成工程Ｓ１、貼合わせ工程Ｓ２、熱処理工程Ｓ３、剥離工程Ｓ４、及びレーザ光照射工程Ｓ５を備えている。

薄膜形成工程Ｓ１では、半導体ウエハ１にイオンを注入して半導体薄膜層を形成する。すなわち、この例において、Ｓｉウエハ１に表面１ａから水素イオン５（或いは水素分子イオン、希ガスイオンまたはこれらの複合イオン）を注入することにより、Ｓｉウエハ１の内部に表面１ａに対して平行な微小気泡層６を形成する。ここで、イオン注入の加速電圧を制御することにより、Ｓｉウエハ表面１ａから所定の深さ位置に微小気泡層６（剥離層）を形成することができる。

貼合わせ工程Ｓ２では、薄膜形成工程Ｓ１の後に、半導体ウエハ１と絶縁基板２の表面を洗浄し、基板の一面を貼り合わせる。すなわち、上述した薄膜形成工程が終了した後に、Ｓｉウエハ１とガラス基板２を洗浄する。洗浄後、Ｓｉウエハの表面１ａとガラス基板２の一面２ａを貼り合わせる。

熱処理工程Ｓ３では、貼合わせ工程Ｓ２の後に、熱処理により貼合わせ面の接合強度を高める。すなわち、この例において、貼合わせ工程Ｓ２が終了した後に、３００℃以上、４００℃以下（例えば３００℃、１時間）の温度条件で貼り合わせ処理したＳｉウエハ１とガラス基板２に熱処理を行う。Ｓｉウエハ１とガラス基板２の熱膨張係数は、同等がそれに近い特性であるため、熱膨張差によりＳｉウエハ１が割れることはない。例えば、２９３Ｋにおいて石英の熱膨張係数が約０．５×１０^-６に対し、シリコンは約３．６５×１０^-６、パイレックス（登録商標）ガラスは約２．８×１０^-６である。

剥離工程Ｓ４では、熱処理工程Ｓ３の後に、半導体薄膜層を絶縁基板上に剥離させる。すなわち、この例において、低温熱処理工程Ｓ３が終了した後に、４００℃以上、６００℃以下（例えば、５５０℃、１時間）の条件で貼り合わせ処理したＳｉウエハ１とガラス基板２に熱処理を行う。これによって、微小気泡層６をへき開面としてＳｉウエハ１を薄膜状に剥離する。

なお、上述した薄膜形成工程の代わりに、半導体ウエハの表面に多孔質構造を形成し、その上に半導体ウエハと同種のエピタキシャル層を成長させ、さらに、エピタキシャル層の表面に親水性の酸化膜を形成する工程としてもよい。
またこの場合、剥離工程を、ウォータージェットを半導体ウエハの表面の多孔質構造に吹き付けて、半導体薄膜を得るのがよい。

レーザ光照射工程Ｓ５では、剥離工程Ｓ４の後に、絶縁基板に、レーザ光を半導体薄膜層側または透明な絶縁基板側から照射して前記半導体薄膜層の結晶品質を改善するとともに、前記半導体薄膜層と前記透明な絶縁基板を強固に結合させる。
すなわち、この例において、剥離工程Ｓ４が終了した後に、レーザ照射装置（図示省略）によってレーザ光（例えば、ＹＡＧレーザの２倍波）７をＳＯＩ薄膜層３側またはガラス基板２側から照射する。これによって、ＳＯＩ薄膜層３とガラス基板を強固に結合する。なお、レーザ光７はＳＯＩ薄膜層全面に照射するように行う。

ここで、レーザ光７を外側からガラス基板２に向かって照射することによって、ＳＯＩ薄膜層３およびガラス基板２の界面のみを局部的に加熱でき、また、ＳＯＩ薄膜層３とガラス基板２を強固に結合するまでの加熱時間（レーザ光７の照射時間）を極めて短くできる。例えば、本発明の実施形態では、加熱時間は数百ナノ秒である。一方、レーザ光７を外側から透明なガラス基板２に向かって照射しても、大部分のレーザ光７はガラス基板２を透過して、ガラス基板２の直接加熱に寄与するものではない。

以下にシリコン単結晶薄膜の実施例を説明する。
（１）試料準備
Ｓｉウエハは４インチ径、厚さ５２５μｍ、ｐ型、面方位（１００）、抵抗値０．５〜４０Ωで１００ｎｍ厚の熱酸化膜付きのものを用いた。ガラスウエハは、ＨＯＹＡ製ＮＡ３５の無アルカリガラスを用い、４インチ径、厚さ０．７ｍｍにものを作製し、５００ｎｍのＳｉＯ_２膜をスパッタ成膜した。
（２）薄膜形成処理
酸化膜付Ｓｉウエハに水素イオン（Ｈ^＋）を加速電圧１００ｋＶ、注入量５Ｅ１６ｃｍ^-２、入射角度０°（ウエハ表面に対して直交方向）で注入した。
（３）貼り合わせ処理
Ｓｉウエハおよびガラスウエハに対してＳＣＩおよびＳＣ２レベルのＲＣＡ洗浄を実施し、洗浄後、大気中、室温で貼り合わせた。
（４）Ｓｉ薄膜の剥離処理および剥離後熱処理
Ｓｉ薄膜の剥離は、Ｓｉウエハ同士を貼り合わせた試料に対して５５０℃、１時間の熱処理で、Ｓｉウエハとガラスウエハを貼り合わせた試料に対しては５００℃、１時間の熱処理で行った。
Ｓｉ薄膜の剥離後、窒素雰囲気で５５０℃、４時間の熱処理を実施し、レーザ照射用試料とした。
（５）レーザ照射工程
ＹＬＦレーザ（最大出力２０Ｗ、波長５２７ｎｍ、繰り返し周波数１ｋＨｚ）を光源として用い、試料をステージに載せ、搬送しながら照射した。
照射条件は、レーザ出力：４〜１５Ｗ、ステージ搬送速度：３ｍｍ／秒、試料温度：室温で実施した。

図２は、レーザ出力とラマンの半値幅との関係図である。比較のため、市販のＳＯＩウエハと比較した。その結果、レーザ出力１０Ｗ以上で処理されたガラス基板上の薄膜が４．１６ｃｍ^-１を示し、市販のＳＯＩウエハ３．９５ｃｍ^-１に近いレベルまで結晶品質を高めることができた。なお、現在、ガラス基板上に形成できる多結晶シリコンのラマンの半値幅は、５．１〜６ ｃｍ^-１程度である。

図３は、レーザ出力と薄膜表面の最高到達温度との関係図であり、熱解析により求めたものである。その結果、薄膜のラマンの半値幅が４．１６ｃｍ^-１になるレーザ出力では、シリコンの融点以上であり、シリコンがレーザにより溶融、再結晶化していることが判明した。
本試験のように、パルスレーザを用い、半導体ウエハの融点を超える温度で加熱し、半導体薄膜を結晶化させることにより、半導体ウエハを溶融し、再結晶化することで、結晶品質を高めることができる。

図４は、剥離工程Ｓ４により、無アルカリガラス基板上へ剥離させたＳｉ薄膜のラマン分光の測定結果を示す。この図において、横軸は波数、縦軸はラマン強度（相対強度）である。また、図中の実線は本発明の方法による半導体基板、破線は比較のための、単結晶シリコンウエハの結果である。
この図から、本発明の方法による半導体基板（無アルカリガラス基板上のＳｉ薄膜）のラマン半値幅は、４．９ｃｍ^−１、単結晶シリコンウエハのラマン半値幅は、４．６ｃｍ^−１であり、無アルカリガラス基板上のＳｉ薄膜の結晶品質がほぼ単結晶シリコンウエハの品質を保持していることがわかった。

図５は、レーザ光の波長とガラスにおけるレーザ光の透過率との関係を示す図であり、図６は、レーザ光の波長とシリコンにおけるレーザ光の吸収係数との関係を示す図である。
レーザ光７がガラス基板２を十分に透過し、かつレーザ光７の光エネルギーがＳｉウエハ１に十分に吸収されるように、予めレーザ光７の波長を選択することが望ましい。すなわち、図５に示すようにレーザ光７の波長が３８０ｎｍ以上で２２００ｎｍ以下の場合には、ガラスにおけるレーザ光７の透過率が９０％になって、レーザ光７がガラス基板２を十分に透過することが判明している。
また、Ｓｉのバンドギャップを光の波長に変換すると、１１００ｎｍ程度であることもあって、図６に示すようにレーザ光７の波長が７８０ｎｍ以下の場合であっても、レーザ光７の光ＳｉウエハがＳｉウエハ１に十分吸収される。従って、３８０ｎｍ以上で２２００ｎｍ以下のレーザ光７の波長を予め選択することよって、レーザ光７がガラス基板２を十分に透過しかつレーザ光７の光ＳｉウエハがＳｉウエハ１に十分に吸収されることを確保できる。

また、前記絶縁基板と半導体ウエハの熱膨張係数は同等かそれに近い特性のものであることが望ましい。また、レーザ光７の発振は、パルスまたは連続発振のいずれでも差し支えない。また、レーザ光は、ＳＯＩ薄膜側からでもガラス基板側からでも照射しても差し支えない。
なお、レーザ照射工程が終了した後に、薄膜層３の表面３ａを鏡面研磨することが望ましい。

図７は、ＩｎＰの温度と蒸気圧力の関係図である。この図において、横軸は１０００／Ｔ（Ｔは温度Ｋ）、縦軸は蒸気圧力（ａｔｍ）であり、図中の２本の曲線は、異なる分子構造を示している。
ＩｎＰの融点は１３３３Ｋであり、この図の横軸０．７５に相当し、蒸気圧力は、おおよそ２〜１０ａｔｍとなる。
このような場合、本発明では、半導体ウエハの融点での蒸気圧が大気圧を超え、前記レーザ光を照射して溶融させて結晶化させる場合において、前記蒸気圧を超える圧力の不活性ガス雰囲気にて行うことにより、半導体薄膜層の分解を抑制しかつ半導体薄膜層の結晶品質を改善するとともに、半導体薄膜層と前記透明な絶縁基板を強固に結合させることができる。

図８は、単結晶シリコンの温度と吸収係数の関係図である。この図において、常温（３００Ｋ）に対して６００Ｋにおける吸収係数は約２倍となる。
本発明では、前記レーザ照射工程は、前記半導体薄膜層が転写された絶縁基板を６００℃以下の温度に加熱することで、半導体薄膜層の吸収係数が上昇するため、レーザ光の出力を下げることができる。

以上のごとき、本発明の実施の形態によれば、レーザ光７は、ＳＯＩ薄膜層３に吸収する以外は、透明なガラス基板２を透過するため、ガラス基板２の直接加熱に関与するものではなく、また、ＳＯＩ薄膜層３とガラス基板２を強固に結合するまでの加熱時間を極めて短くできるため、ＳＯＩ薄膜層３を接合する基板は、例えば石英等の高い融点を有する高価なものに限られず、融点の低い安価なものも用いることができる。そのため、さまざまな構成材料からなるガラス基板２をＳＯＩ薄膜層ウエハ４の製造コストの低下を図ることができる。

また、本発明は、前述の発明の実施形態の説明に限るものではなく、例えば、半導体ウエハとして、Ｓｉウエハ、ＧａＮウエハ、ＧａＡｓウエハ、ＳｉＣウエハ、ＩｎＰウエハ、ＧａＰなどの半導体ウエハのいずれかを用いたり、透明なガラス基板２の代わりに透明なプラスチック基板を用いる等、適宜の変更を行うことにより、その他さまざまな形態で実施可能である。

なお、本発明は上述した実施例及び実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

本発明による半導体基板の製造方法のフロー図である。 レーザ出力とラマンの半値幅との関係図である。 レーザ出力と薄膜表面の最高到達温度との関係図である。 本発明の方法により無アルカリガラス基板上へ剥離させたＳｉ薄膜のラマン分光の測定結果を示す図である。 レーザ光の波長とガラスにおけるレーザ光の透過率との関係を示す図である。 レーザ光の波長とシリコンにおけるレーザ光の吸収係数との関係を示す図である。 ＩｎＰの温度と蒸気圧力の関係図である。 単結晶シリコンの温度と吸収係数の関係図である。 非特許文献１の製造方法を示す模式図である。 特許文献１の製造方法を示すフロー図である。 特許文献２の製造方法を示すフロー図である。

符号の説明

１ 半導体ウエハ（Ｓｉウエハ）、１ａ 表面、
２ 透明な絶縁基板（ガラス基板）、２ａ 一面、
３ 半導体薄膜層（ＳＯＩ薄膜層）、４ 半導体基板（ＳＯＩ薄膜層ウエハ）、
５ 水素イオン（或いは水素分子イオン、希ガスイオンまたはこれらの複合イオン）、
６ 微小気泡層（剥離層）、７ レーザ光（ＹＡＧレーザの２倍波）

Claims (15)

1. 半導体ウエハと透明な絶縁基板を用いて、半導体薄膜層を有する半導体基板を製造する半導体基板の製造方法において、
   前記半導体ウエハに半導体薄膜層を形成する薄膜形成工程と、
   前記薄膜形成工程後に、前記半導体ウエハと前記絶縁基板の表面を洗浄し、基板の一面を貼り合わせる貼合わせ工程と、
   前記貼合わせ工程後に、熱処理により前記貼合わせ面の接合強度を高める熱処理工程と、
   前記熱処理工程後に、前記半導体薄膜層を絶縁基板上に剥離させる剥離工程と、
   前記剥離工程後に、絶縁基板に、レーザ光を前記半導体薄膜層側または前記透明な絶縁基板側から照射して前記半導体薄膜層の結晶品質を改善するとともに、前記半導体薄膜層と前記透明な絶縁基板を強固に結合させるレーザ光照射工程と、を備えていることを特徴とする半導体基板の製造方法。
2. 前記薄膜形成工程は、前記半導体ウエハの表面に親水性の酸化膜を形成し、その後、水素イオン、水素分子イオン、希ガスイオンまたはこれらの複合イオンを１Ｅ１６／ｃｍ^２〜１Ｅ１７／ｃｍ^２の範囲のドープ量で注入する、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
3. 前記薄膜形成工程は、前記半導体ウエハの表面に多孔質構造を形成し、その上に前記半導体ウエハと同種のエピタキシャル層を成長させ、さらに、エピタキシャル層の表面に親水性の酸化膜を形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
4. 前記貼合わせ工程は、室温で貼り合わせた前記半導体ウエハと絶縁基板を５００℃以下の温度で加熱し、かつ前記半導体ウエハに正電圧、前記透明な絶縁基板に負電圧を印加して半導体ウエハと絶縁基板とを強固に貼り合わせる、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
5. 前記熱処理工程は、前記半導体ウエハの温度が４００℃を超えない温度で熱処理する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体基板の製造方法。
6. 前記剥離工程は、前記半導体ウエハと絶縁基板を６００℃以下の温度で熱処理して行う、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体基板の製造方法。
7. 前記剥離工程は、ウォータージェットを前記半導体ウエハの表面の多孔質構造に吹き付けて、前記半導体薄膜を得る、ことを特徴とする請求項１又は３に記載の半導体基板の製造方法。
8. 前記レーザ光は、前記レーザ光の光エネルギーが前記半導体ウエハおよび薄膜に十分に吸収されるように、予め前記レーザ光の波長を選択する、ことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の半導体基板の製造方法。
9. 前記半導体ウエハは、Ｓｉウエハ、ＧａＮウエハ、ＧａＡｓウエハ、ＳｉＣウエハ、ＩｎＰウエハ、ＧａＰのいずれかの半導体ウエハである、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
10. 前記透明な絶縁基板は、前記半導体ウエハと熱膨張係数が同じまたは同程度の絶縁基板である、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
11. 前記透明な絶縁基板は、表面に親水性の酸化膜が形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
12. 前記レーザ光がパルスレーザの場合、前記半導体ウエハの融点を超える温度で加熱し、前記半導体薄膜を結晶化させる、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
13. 前記半導体ウエハの融点での蒸気圧が大気圧を超え、前記レーザ光を照射して溶融させて結晶化させる場合において、前記蒸気圧を超える圧力の不活性ガス雰囲気にて前記半導体薄膜層の結晶品質を改善するとともに、前記半導体薄膜層と前記透明な絶縁基板を強固に結合させる、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
14. 前記レーザ照射工程は、前記薄膜層が転写された絶縁基板を６００℃以下の温度に加熱して行われる、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
15. 融点における蒸気圧が大気圧を超える前記半導体ウエハにおいて、前記レーザ光照射前に前記レーザ光を透過する薄膜を形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
    

Images