JP2006196614A - 半導体基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 結合基板の結合界面に存在する余剰水分をより多く吸収すること。
【解決手段】 半導体基板の製造方法において、第１の基板１１に多孔質半導体層１２を形し（図２（ａ））、多孔質半導体層１２上に非多孔質半導体層１３を形成した後に、非多孔質半導体層１３表面及び第２の基板２０表面の少なくとも一方にＯＨ基密度が１.０×１０^１４ａｔｏｍ／ｃｍ^２未満である絶縁層を形成し（図２（ｂ））、第１の基板１１と第２の基板２０とを結合して結合基板５０を作製し（図２（ｃ））、結合基板５０を多孔質半導体層１２の部分で分離して（図２（ｄ））、ＳＯＩ基板を作製する（図２（ｅ））。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体基板の作製方法に関し、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、シリコン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。

従来、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板等の基板の製造工程等では、結合（貼り合わせ）法によりＳＯＩ基板を製造する方法が知られている。

例えば、多孔質単結晶半導体領域上に非多孔質単結晶半導体領域を配した部材を形成し、非多孔質単結晶半導体領域の表面又は他の部材の表面に絶縁膜を形成し両部材を結合した後、多孔質単結晶半導体領域をエッチングにより除去する半導体部材の製造方法を含むＥＬＴＲＡＮ（登録商標）と呼ばれる技術がある（特許文献１を参照）。

また、シリコン基板表面に熱酸化膜（３００ｎｍ、４００ｎｍ及び１０００ｎｍ）を形成し、他の基板と貼り合わせた後に、貼り合わせ基板にアニール処理を施すＳＯＩ基板の製造方法がある（特許文献２を参照）。貼り合わせ基板の貼り合わせ界面に存在するマイクロボイドを低減する為に、アニール処理時の熱酸化膜の粘度が２．０×１０^１４Ｐｏｉｓｅｓ以下に制御されている。これは、熱酸化膜の粘度を下げることにより、貼り合わせ界面の接合面の追従性を改善し、貼り合わせ基板の接合強度を強めるためである。

また、シリコン基板表面に酸化膜（１５０ｎｍ）を形成し、この基板及び他の基板をＳＣ−１洗浄し（ＮＨ_４ＯＨ／Ｈ_２Ｏ_２／Ｈ_２Ｏの混合溶液による洗浄）、洗浄後の２枚の基板を乾燥させた後に、両者を貼り合わせ、貼り合わせた基板の一方を薄膜化してＳＯＩ基板を作製する方法がある（特許文献３を参照）。貼り合わせ基板の貼り合わせ界面でのブリスターの発生を抑える為に、ＳＣ−１洗浄時の洗浄液の温度が２５℃以上６０℃以下に制御されている。これは、貼り合せ面を必要以上に荒らすことなく、パーティクルや有機物を除去可能な温度に設定するためである。

また、結合（貼り合わせ）法の他に、イオン注入法を利用してＳＯＩ基板を製造する方法が知られている。

例えば、ＳＯＩ基板の製造方法において、Ｈ^＋イオン注入により微小気泡層を形成し、熱処理によって結晶再配列と気泡の凝集とを生じさせた後に、酸化膜が形成された材料と貼り合せ、微小気泡層で分離する方法がある（特許文献４を参照）。
特開平５−２１３３８号公報 特開２００３−３７２５３号公報 特開２００３−３０９１０１号公報 特開平５−２１１１２８号公報

しかしながら、特許文献１〜４に記載された方法によって結合ＳＯＩ基板を製造する方法では、５０ｎｍよりも薄い埋め込み絶縁層（ＢＯＸ層）の膜厚を含む結合（貼り合わせ）ＳＯＩ基板を製造する場合には、結合（貼り合わせ）界面に存在する余剰水分が結合（貼り合わせ）領域の弱い箇所に集まり、ボイド不良が生じやすいという課題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、結合基板の結合界面に存在する余剰水分をより多く吸収することを目的とする。

本発明の第１の側面は、半導体基板の製造方法に係り、第１の基板に多孔質半導体層を形成する工程と、前記多孔質半導体層上に非多孔質半導体層を形成する工程と、前記非多孔質半導体層表面及び第２の基板表面の少なくとも一方にＯＨ基密度が１.０×１０^１４ａｔｏｍ／ｃｍ^２未満である絶縁層を形成する工程と、前記第１の基板と前記第２の基板とを結合して結合基板を作製する工程と、前記結合基板を前記多孔質半導体層の部分で分離する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の第２の側面は、半導体基板の製造方法に係り、第１の基板表面及び第２の基板表面の少なくとも一方にＯＨ基密度が１.０×１０^１４ａｔｏｍ／ｃｍ^２未満である絶縁層を形成する工程と、前記第１の基板中にイオンを注入してイオン注入層を形成する工程と、前記第１の基板と前記第２の基板とを結合して結合基板を作製する工程と、前記結合基板を前記イオン注入層の部分で分離する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、結合基板の結合界面に存在する余剰水分をより多く吸収することができる。

本発明は、特に、ＢＯＸ層が５０ｎｍよりも薄い膜厚の結合（貼り合わせ）ＳＯＩウェーハを製造しようとする際に課題となる結合（貼り合わせ）界面に存在する余剰水分を起因とするボイド不良に対して、余剰水分をより吸収し易くするために、水分量の少ない絶縁層を用いることによって、ＢＯＸ膜厚の薄い結合（貼り合わせ）ＳＯＩで生じるボイド不良発生を低減するものである。以下、本発明の原理について説明する。

一般的な絶縁層の形成方法としては、ドライ酸化法とウェット酸化法が挙げられる。ドライ酸化法は、水分のない純粋な酸素を酸化種として用いる方法である。ウェット酸化法は、水分又は水分を含んだ酸素を酸化種として用いる方法である。

図１は、シリコンの熱酸化におけるドライ酸化とウェット酸化における酸化膜厚の成長速度を示す図である（B.E.Deal and A.S.Grove, J.Appl.Phys,36,3770(1965)）。

ドライ酸化よりもウェット酸化の方が酸化膜厚の成長速度が大きいことが分かる。ウェット酸化の方がドライ酸化よりも酸化膜厚の成長速度が大きいのは、酸素（Ｏ_２）よりも水（Ｈ_２Ｏ）の方が酸化膜中で固溶できる量が多いためである。そのため、生産性向上のために膜厚成長速度の高いウェット酸化が一般的に用いられている。

しかしながら、ウェット酸化は、成長速度が早い反面、膜中の水分量が多く、薄い膜厚を制御するには不向きである。実際の酸化膜中の水分量を比較してみると、APIMSにより測定されるウェット酸化のＯＨ基密度は、１.１０×１０^１４ａｔｏｍ／ｃｍ^２であるのに対し、ドライ酸化のＯＨ基密度は、８.０１×１０^１３ａｔｏｍ／ｃｍ^２とウェット酸化のＯＨ基密度よりも低い値を示している。

そこで、本発明の好適な実施の形態では、絶縁層中の水分含有量を低減するために、水分量の少ない絶縁層を用いる。膜厚の制御性についても、薄い絶縁層を形成する場合には、成長速度の低い方が制御性が高いため、水分量の少ない絶縁層を用いる方が有利である。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。

[第１の実施形態]
図２は、本発明の好適な第１の実施形態に係る基板の製造方法を説明する図である。

まず、図２（ａ）に示す工程では、第１の基板（seed wafer）１０を形成するための単結晶基板１１を用意して、例えば、陽極化成装置を利用して、その主表面を多孔質化して分離層としての多孔質層１２を形成する。多孔質層１２は、例えば、電解液（化成液）中で単結晶基板１１に陽極化成処理（陽極処理）を施すことによって形成することができる。

ここで、電解液としては、例えば、弗化水素を含む溶液、弗化水素及びエタノールを含む溶液、弗化水素及びイソプロピルアルコールを含む溶液等が好適である。より具体的な例を挙げると、電解液としては、例えば、ＨＦ水溶液（ＨＦ濃度＝４９ｗｔ％）とエタノールを体積比２：１で混合した混合液が好適である。

また、多孔質層１２を互いに多孔度の異なる２層以上の層からなる多層構造としてもよい。ここで、多層構造の多孔質層１２は、表面側に第１の多孔度を有する第１の多孔質層、その下に、第１の多孔度より大きい第２の多孔度を有する第２の多孔質層を含むことが好ましい。このような多層構造を採用することにより、後の非多孔質層１３の形成工程において、第１の多孔質層上に、欠陥等の少ない非多孔質層１３を形成することができると共に、後の分離工程において、所望の位置で結合基板を分離することができる。ここで、第１の多孔度としては、１０％〜３０％が好ましく、１５％〜２５％が更に好ましい。また、第２の多孔度としては、３５％〜７０％が好ましく、４０％〜６０％が更に好ましい。

電解質溶液として上記の混合液（ＨＦ濃度が４９ｗｔ％の弗化水素酸：エタノール＝２：１）を利用する場合は、例えば、電流密度８ｍＡ／ｃｍ^２、処理時間５〜１１ｍｉｎの条件で第１層（表面側）を生成し、次いで、電流密度２３〜３３ｍＡ／ｃｍ^２、処理時間８０ｓｅｃ〜２ｍｉｎの条件で第２層（内部側）を生成することが好ましい。

次いで、図２（ｂ）に示す工程の第１段階では、多孔質層１２上に第１の非多孔質層１３を形成する。第１の非多孔質層１３としては、単結晶シリコン層、多結晶シリコン層、非晶質シリコン層等のシリコン層、Ｇｅ層、ＳｉＧｅ層、ＳｉＣ層、Ｃ層、ＧａＡｓ層、ＧａＮ層、ＡｌＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓ層、ＩｎＰ層、ＩｎＡｓ層等が好適である。

次いで、図２（ｂ）に示す工程の第２段階では、第１の非多孔質層１３の上に第２の非多孔質層として絶縁層１４を形成する。これにより第１の基板１０が得られる。

なお、絶縁層１４は、結合を行う前に第２の基板２０の表面に形成されてもよいし、絶縁層１４を非多孔質層１３及び第２の基板２０の上に形成し、非多孔質層１３と第２の基板２０の上に形成された絶縁層１４を介して接合してもよい。

絶縁層１４の形成方法としては、熱酸化法（ドライ酸化、ウェット酸化）、ＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ）等を用いることができるが、本発明の好適な実施の形態では、結合界面（絶縁層１４と第２の基板２０の界面）で結合に必要とされる水分量以上の余剰水分の水分量よりも、絶縁層１４が吸収可能な水分量が大きくなればよい。特に、絶縁層１４の膜厚を薄くした場合には、絶縁層１４の含有水分量を少なくすることが望ましい。

従って、絶縁層１４のＯＨ基密度を下げて、絶縁層１４のＯＨ基密度を１.０×１０^１４ａｔｏｍ／ｃｍ^２未満とすることが望ましく、絶縁層１４のＯＨ基密度を９.０×１０^１３ａｔｏｍ／ｃｍ^２未満とすることが更に望ましく、ドライ酸化法を用いて絶縁層１４のＯＨ基密度を約８.０×１０^１３ａｔｏｍ／ｃｍ^２とすることが最も望ましい。

次いで、図２（ｃ）に示す工程では、第２の基板（handle wafer）２０を準備し、第１の基板１０と第２の基板２０とを、第２の基板２０と絶縁層１４とが面するように室温で密着させて両者を結合し、結合基板５０を作成する。

なお、絶縁層１４は、上記のように単結晶層１３側に形成しても良いし、第２の基板２０上に形成しても良いし、両者に形成しても良く、結果として、第１の基板と第２の基板を密着させた際に、図２（ｃ）に示す状態になれば良い。しかしながら、上記のように、絶縁層１４を活性層となる第１の非多孔質層（例えば、単結晶層）１３側に形成することにより、第１の基板１０と第２の基板２０との結合の界面を活性層から遠ざけることができるため、より高品位のＳＯＩ基板等の半導体基板を得ることができる。

基板１０、２０が完全に密着した後、両者の結合を強固にする処理を実施することが好ましい。この処理の一例としては、例えば、１）Ｎ_２雰囲気、１１００℃、１０ｍｉｎの条件で熱処理を実施し、２）Ｏ_２／Ｈ_２雰囲気、１１００℃、５０〜１００ｍｉｎの条件で熱処理（酸化処理）を実施する処理が好適である。この処理に加えて、或いは、この処理に代えて、陽極接合処理及び／又は加圧処理を実施してもよいし、これらの処理を組み合わせて実施してもよい。

第２の基板２０としては、シリコン基板、シリコン基板上にＳｉＯ_２層を形成した基板、石英等の光透過性の基板、サファイヤ等が好適である。しかし、第２の基板２０は、結合に供される面が十分に平坦であれば十分であり、他の種類の基板であってもよい。

次いで、図２（ｄ）に示す工程では、結合基板５０を機械的強度が脆弱な多孔質層１２の部分で分離する。この分離方法としては、各種の方法を採用しうるが、例えば、流体を多孔質層１２に打ち込む方法、或いは、流体により多孔質層１２に静圧を印加する方法など、流体を利用する方法が好ましいが、楔等を用いてもよい。

この分離工程により、第１の基板１０の移設層（非多孔質層１３、絶縁層１４）が第２の基板２０上に移設される。なお、第１の基板１０の多孔質層１２上に非多孔質層１３のみを形成する場合の移設層は、非多孔質層１３のみである。

図２（ｅ）に示す工程では、分離後の第２の基板２０上の多孔質層１２”をエッチング等により選択的に除去する。これにより、絶縁層１４上に非多孔質層１３を有する基板が得られる。例えば、非多孔質層１３が半導体層である場合、このような半導体層は、ＳＯＩ層（Semiconductor On Insulator 又は Silicon On Insulator）と呼ばれ、また、このようなＳＯＩ層を有する基板は、ＳＯＩ基板と呼ばれる。

更に、分離後の第１の基板１０’の単結晶基板１１上の多孔質層１２’をエッチング等により選択的に除去する。このようにして得られる単結晶基板１１は、再び第１の基板１０を形成するための基板、又は第２の基板２０として利用され得る。

[第２の実施形態]
図３は、本発明の好適な第２の実施形態に係る基板の製造方法を説明する図である。

まず、図３（ａ）に示す工程では、第１の基板（seed wafer）２１を形成するための単結晶基板２１を用意する。

次いで、単結晶基板２１表面に絶縁層２２を形成する。絶縁層２２の形成方法としては、熱酸化法（ドライ酸化、ウェット酸化）、ＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ）等を用いることができるが、本発明の好適な実施の形態では、結合界面（絶縁層２２と第２の基板２４の界面）における結合に必要とされる水分量以上の余剰水分の水分量よりも、絶縁層２２が吸収可能な水分量が大きくなればよい。特に、絶縁層２２の膜厚を薄くした場合には、絶縁層２２の含有水分量を少なくすることが望ましい。

従って、絶縁層２２のＯＨ基密度を下げて、絶縁層２２のＯＨ基密度を１.０×１０^１４ａｔｏｍ／ｃｍ^２未満とすることが望ましく、絶縁層２２のＯＨ基密度を９.０×１０^１３ａｔｏｍ／ｃｍ^２未満とすることが更に望ましく、ドライ酸化法を用いて絶縁層２２のＯＨ基密度を約８.０×１０^１３ａｔｏｍ／ｃｍ^２とすることが最も望ましい。

次いで、図３（ｃ）に示す工程では、単結晶基板２１の主面から希ガス、水素及び窒素のうち少なくとも１種の元素をイオン注入し、単結晶基板２１内部にイオン注入層２３を形成すると共に、単結晶基板２１の領域がイオン注入層２３により分割された単結晶領域２１’を形成する。

次いで、図３（ｄ）に示す工程では、第２の基板（handle wafer）２４を準備し、第１の基板２１と第２の基板２４とを、第２の基板２４と絶縁層２２とが面するように室温で密着させて両者を結合し、結合基板を作成する。

次いで、図３（ｅ）に示す工程では、アニール処理を施してイオン注入層２３で結合基板を分離すると共に、分割されたイオン注入層２３’、２３’’を形成する。分離方法としては、加圧、引っ張り、せん断、楔、等の外圧をかける方法、加熱する方法、熱応力をかける方法又は軟化させる方法等があるが、これらの方法に限定されるものではない。

なお、第１の基板２１として、シリコン単結晶上にエピタキシャル層を積層させた基板を用いてもよい。また、絶縁層２２は、上記のように第１の基板２１側に形成しても良いし、第２の基板２４側に形成しても良いし、両者に形成しても良い。

このように、本発明の好適な実施の形態では、イオン注入時エネルギー及びイオン注入を行う前に第１の基板に予め形成した絶縁層の膜厚に依存することなく、薄いＢＯＸ層を含むＳＯＩ基板を作製することができる。

以下、本発明を実施例に基づき説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。

本発明の実施例に係る基板の製造方法を図２に示す。図２は、第１の実施形態に係る基板の製造方法に対応する。

７２５μｍの厚みを持った比抵抗０.０１Ω・ｃｍのＰ型プライム（prime）若しくはダミーグレード（dummy grade）の基板、又は比抵抗１〜１００Ω・ｃｍのＰ型プライム基板を用意した。この基板の表面にＨＦ溶液を用いて陽極化成を行った。陽極化成条件は以下の通りであった。

＜第１段階の陽極化成条件＞
電流密度 ：７（ｍＡ／ｃｍ^２）
陽極化成溶液 ：ＨＦ：Ｈ_２Ｏ：Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ＝１：１：１
処理時間 ：５（ｍｉｎ）
多孔質シリコン厚 ：４．５（μｍ）
＜第２段階の陽極化成条件＞
電流密度 ：３０（ｍＡ／ｃｍ^２）
陽極化成溶液 ：ＨＦ：Ｈ_２Ｏ：Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ＝１：１：１
処理時間 ：１０（ｓｅｃ）
多孔質シリコン厚 ：０．２（μｍ）
本実施例では、多孔質層１２を２層構造として、第１段階で低電流で形成した表面側の多孔質層１２を高品質のエピタキシャルシリコン層１３を形成するために用い、第２段階で高電流で形成した下層の多孔質層１２を分離層として用いた。なお、第１段階の陽極化成処理で形成する多孔質層１２の厚さは、上記の例に限定されず、例えば、数百μｍ〜０．１μｍが好適である。また、第２段階の陽極化成処理で形成する多孔質層１２の厚さに関しても、上記の例に限定されず、以降の分離工程の条件等に応じて適宜変更し得る。また、多孔質層１２は、１層構造でもよいし、３層以上の構造としてもよい。

この基板を酸素雰囲気中４００℃で１時間酸化した。この酸化処理によって、エピタキシャルシリコン表面に形成された多孔質シリコンの孔の内壁は熱酸化膜で覆われた。その後、０.７.ｗｔ％ＨＦ溶液に３０秒浸けた後、よく水洗し、よく乾燥させてエピタキシャル装置に設置して、多孔質シリコン上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により単結晶シリコン１３を９４ｎｍエピタキシャル成長した。更に、このエピタキシャルシリコン層１３表面にドライ酸化により２５ｎｍのＳｉＯ_２層１４を形成した。ドライ酸化の酸化条件は次の通りである。
酸化温度：１０００℃
酸素ガス：Ｏ_２、２０ＳＬＭ
保持時間：２２分
上記ＳｉＯ_２層１４表面と別に用意したシリコン基板２０の表面とを重ね合わせ、接触させた後、１０００℃、３時間の熱処理をし、結合を行った。

次いで、結合基板５０を噴射ノズルに対向させた状態で、処理装置にセットし、直径０．１ｍｍの噴射ノズルから５００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力の流体（例えば、水）を数秒間にわたって突出部に向けて噴射して、結合基板５０に分離開始部を形成した。

更に、分離開始部に流体が打ち込まれている状態で、噴射ノズルから噴射する流体の圧力を４００ｋｇｆ／ｃｍ^２に低下させると共に、結合基板５０を回転させながら結合基板５０を多孔質層１２の部分で完全に分離を行った。その結果、多孔質シリコン１２が破壊し基板は多孔質シリコン中で２分割され、多孔質シリコン１２’、１２’’が表出した。

その後、多孔質層１２’’を４９％フッ酸と３０％過酸化水素水との混合液（混合比１：５）で撹拌しながら選択エッチングした。単結晶シリコン１３はエッチングされずに残り、単結晶シリコン１３をエッチストップの材料として多孔質シリコン１２’’はエッチングされ、完全に除去された。

非多孔質シリコン１３の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１２’’のエッチング速度との選択比は１０^５以上にも達し、非多孔質層１３のエッチング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。

すなわち、絶縁層１４上に７５ｎｍの厚みを持った単結晶シリコン１３が形成できた。多孔質シリコン１２’’の選択エッチングによっても単結晶シリコン層１３には何ら変化はなかった。

透過電子顕微鏡による断面観察の結果、薄膜シリコン層１３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。また、レーザーによる光の散乱を利用した異物測定器における測定の結果、ＢＯＸ層の形成で膜中水分量の少ないドライ酸化を用いることにより、ＢＯＸ膜厚を２５ｎｍと薄くした際にボイド不良は見られなった。

表１は、酸化手法の違いによるＢＯＸ膜厚とボイド個数の関係を示す図である。表１には、ドライ酸化とウェット酸化のそれぞれの方法での同一の酸化膜厚を形成し、その後、同じプロセスにてＳＯＩ構造を形成した際のボイド発生状況が示される。表１より、ドライ酸化においてはＢＯＸ膜厚５０ｎｍ以下でもボイド不良の増加は見られないが、ウェット酸化において作製したＳＯＩ基板ではＢＯＸ膜厚５０ｎｍ以下でボイド不良の増加が見られた。

また、上記基板を、ＨＦ溶液に１５分浸けた後に、光学顕微鏡で基板全面を確認したところＨＦにより埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）に穴が空いている個所は、一個所と極めて少なかった。
水素アニール処理では、表面エネルギーを下げるべく表面原子のマイグレーションが生じるため選択エッチングによる表面荒れを平坦・平滑化することができる。原子間力顕微鏡での評価において、５０μｍ角の領域での平均２乗粗さが０.２ｎｍと、通常市販されている研磨仕上げのシリコン基板と同等以上にすることができた。

本発明の実施例に係る基板の製造方法を図２に示す。図２は、第１の実施形態に係る基板の製造方法に対応する。

７２５μｍの厚みを持った比抵抗０.０１Ω・ｃｍのＰ型プライム若しくはダミーグレード、又は比抵抗１〜１００Ω・ｃｍのＰ型プライム基板を用意した。この基板の表面にＨＦ溶液を用いて陽極化成を行った。陽極化成条件は以下の通りであった。

＜第１段階の陽極化成条件＞
電流密度 ：３２.５（ｍＡ／ｃｍ^２）
陽極化成溶液 ：ＨＦ：ＩＰＡ＝１：０.２
処理時間 ：２.５（ｍｉｎ）
多孔質シリコン厚 ：６（μｍ）
＜第２段階の陽極化成条件＞
電流密度 ：９７.５（ｍＡ／ｃｍ^２）
陽極化成溶液 ：ＨＦ：ＩＰＡ＝１：０.２
処理時間 ：３０（ｓｅｃ）
多孔質シリコン厚 ：３（μｍ）
本実施例では、多孔質層１２を２層構造として、第１段階で低電流で形成した表面側の多孔質層１２を高品質のエピタキシャルシリコン層１３を形成するために用い、第２段階で高電流で形成した下層の多孔質層１２を分離層として用いた。なお、第１段階の陽極化成処理で形成する多孔質層１２の厚さは、上記の例に限定されず、例えば、数百μｍ〜０．１μｍが好適である。また、第２段階の陽極化成処理で形成する多孔質層１２の厚さに関しても、上記の例に限定されず、以降の分離工程の条件等に応じて適宜変更し得る。また、多孔質層１２は、１層構造でもよいし、３層以上の構造としてもよい。

この基板を酸素雰囲気中４００℃で１時間酸化した。この酸化によりエピタキシャルシリコン表面に形成された多孔質シリコンの孔の内壁は熱酸化膜で覆われた。その後、０.７.ｗｔ％ＨＦ溶液に３０秒浸けた後、よく水洗し、よく乾燥させてエピタキシャル装置に設置して、多孔質シリコン上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により単結晶シリコン１３を７５ｎｍエピタキシャル成長した。別に用意したシリコン基板表面にドライ酸化により５ｎｍのＳｉＯ_２層を形成した。ドライ酸化の酸化条件は次の通りである。
酸化温度：８００℃
酸素ガス：Ｏ_２、２０ＳＬＭ
保持時間：１０分
上記２枚の基板表面を重ね合わせ、接触させた後、９００℃、４時間の熱処理をし、結合を行った。

次いで、結合基板５０を噴射ノズルに対向させた状態で、処理装置にセットし、直径０．３ｍｍの噴射ノズルから３００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力の流体（例えば、水）を数秒間にわたって突出部に向けて噴射して、結合基板５０に分離開始部を形成した。

更に、分離開始部に流体が打ち込まれている状態で、噴射ノズルから噴射する流体の圧力を４００ｋｇｆ／ｃｍ^２に低下させると共に、結合基板５０を回転させながら結合基板５０を多孔質層１２の部分で完全に分離を行った。その結果、多孔質シリコン１２が破壊し基板は多孔質シリコン中で２分割され、多孔質シリコン１２’、１２’’が表出した。

その後、多孔質層１２’’を４９％フッ酸と３０％過酸化水素水との混合液（混合比１：５）で撹拌しながら選択エッチングした。単結晶シリコン１３はエッチングされずに残り、単結晶シリコン１３をエッチストップの材料として多孔質シリコン１２’’はエッチングされ、完全に除去された。

非多孔質シリコン１３の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１２’’のエッチング速度との選択比は１０^５以上にも達し、非多孔質層１３のエッチング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。

すなわち、シリコン単結晶１４上に７５ｎｍの厚みを持った単結晶シリコン１３が形成できた。多孔質シリコン１２’’の選択エッチングによっても単結晶シリコン層１３には何ら変化はなかった。

透過電子顕微鏡による断面観察の結果、薄膜シリコン層１３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。また、レーザーによる光の散乱を利用した異物測定器における測定の結果、ＢＯＸ層の形成で膜中水分量の少ないドライ酸化を用いることにより、ＢＯＸ膜厚を２５ｎｍと薄くした際にボイド不良は見られなった。

上記基板を、ＨＦ溶液に１５分浸けた後に、光学顕微鏡で基板全面を確認したところＨＦにより埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）に穴が空いている個所は、一個所と極めて少なかった。

水素アニール処理では、表面エネルギーを下げるべく表面原子のマイグレーションが生じるため選択エッチングによる表面荒れを平坦・平滑化することができる。原子間力顕微鏡での評価において５０μｍ角の領域での平均２乗粗さが０.２ｎｍと、通常市販されている研磨仕上げのシリコン基板と同等以上にすることができた。

本発明の実施例に係る基板の製造方法を図２に示す。図２は、第１の実施形態に係る基板の製造方法に対応する。

７２５μｍの厚みを持った比抵抗０.０１Ω・ｃｍのＰ型プライム若しくはダミーグレード、又は比抵抗１〜１００Ω・ｃｍのＰ型プライム基板を用意した。この基板の表面にＨＦ溶液を用いて陽極化成を行った。陽極化成条件は以下の通りであった。

＜第１段階の陽極化成条件＞
電流密度 ：３２.５（ｍＡ／ｃｍ^２）
陽極化成溶液 ：ＨＦ：ＩＰＡ＝１：０.２
処理時間 ：１.０（ｍｉｎ）
多孔質シリコン厚 ：２.０（μｍ）
＜第２段階の陽極化成条件＞
電流密度 ：９７.５（ｍＡ／ｃｍ^２）
陽極化成溶液 ：ＨＦ：ＩＰＡ＝１：０.２
処理時間 ：１０（ｓｅｃ）
多孔質シリコン厚 ：１（μｍ）
本実施例では、多孔質層１２を２層構造として、第１段階で低電流で形成した表面側の多孔質層１２を高品質のエピタキシャルシリコン層１３を形成するために用い、第２段階で高電流で形成した下層の多孔質層１２を分離層として用いた。なお、第１段階の陽極化成処理で形成する多孔質層１２の厚さは、上記の例に限定されず、例えば、数百μｍ〜０．１μｍが好適である。また、第２段階の陽極化成処理で形成する多孔質層１２の厚さに関しても、上記の例に限定されず、以降の分離工程の条件等に応じて適宜変更し得る。また、多孔質層１２は、１層構造でもよいし、３層以上の構造としてもよい。

この基板を酸素雰囲気中４００℃で１時間酸化した。この酸化によりエピタキシャルシリコン表面に形成された多孔質シリコンの孔の内壁は熱酸化膜で覆われた。その後、０.７.ｗｔ％ＨＦ溶液に３０秒浸けた後、よく水洗し、よく乾燥させてエピタキシャル装置に設置して、多孔質シリコン上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により単結晶シリコン１３を５５ｎｍエピタキシャル成長した。更に、このエピタキシャルシリコン層１３表面にドライ酸化により５ｎｍのＳｉＯ_２層を形成した。酸化条件は次の通りである。
酸化温度：８００℃
酸素ガス：Ｏ_２、２０ＳＬＭ
保持時間：１０分
別に用意したシリコン基板表面にドライ酸化により５ｎｍのＳｉＯ_２層を形成した。酸化条件は次の通りである。
酸化温度：８００℃
酸素ガス：Ｏ_２、２０ＳＬＭ
保持時間：１０分
上記２枚の基板表面を重ね合わせ、接触させた後、１１００℃、２時間の熱処理をし、結合を行った。

次いで、結合基板５０を噴射ノズルに対向させた状態で、処理装置にセットし、直径０．３ｍｍの噴射ノズルから３００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力の流体（例えば、水）を数秒間にわたって突出部に向けて噴射して、結合基板５０に分離開始部を形成した。

更に、分離開始部に流体が打ち込まれている状態で、噴射ノズルから噴射する流体の圧力を４００ｋｇｆ／ｃｍ^２に低下させると共に、結合基板５０を回転させながら結合基板５０を多孔質層１２の部分で完全に分離を行った。その結果、多孔質シリコン１２が破壊し基板は多孔質シリコン中で２分割され、多孔質シリコン１２’、１２’’が表出した。

その後、多孔質層１２’’を４９％フッ酸と３０％過酸化水素水との混合液（混合比１：５）で撹拌しながら選択エッチングした。単結晶シリコン１３はエッチングされずに残り、単結晶シリコン１３をエッチストップの材料として多孔質シリコン１２’’はエッチングされ、完全に除去された。

非多孔質シリコン１３の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１２’’のエッチング速度との選択比は１０^５乗以上にも達し、非多孔質層１３のエッチング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。

すなわち、絶縁層１４上に５０ｎｍの厚みを持った単結晶シリコンが形成できた。多孔質シリコン１２’’の選択エッチングによっても単結晶シリコン層１３には何ら変化はなかった。

透過電子顕微鏡による断面観察の結果、薄膜シリコン層１３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。また、レーザーによる光の散乱を利用した異物測定器における測定の結果、ＢＯＸ層の形成で膜中水分量の少ないドライ酸化を用いることにより、ＢＯＸ膜厚を１０ｎｍと薄くした際にボイド不良は見られなった。

上記基板を、ＨＦ溶液に１５分浸けた後に、光学顕微鏡で基板全面を確認したところＨＦにより埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）に穴が空いている個所は、一個所と極めて少なかった。

水素アニール処理では、表面エネルギーを下げるべく表面原子のマイグレーションが生じるため選択エッチングによる表面荒れを平坦・平滑化することができる。原子間力顕微鏡での評価において、５０μｍ角の領域での平均２乗粗さが０.２ｎｍと、通常市販されている研磨仕上げのシリコン基板と同等以上にすることができた。

本発明の実施例に係る基板の製造方法を図３に示す。図３は、第２の実施形態に係る基板の製造方法に対応する。

第１の単結晶シリコン基板２１上に熱酸化により２０ｎｍのＳｉＯ_２膜２２を形成した。形成条件は次のとおりである。
酸化温度：９００℃
酸素ガス：Ｏ_２、２０ＳＬＭ
保持時間：２５分
表面のＳｉＯ_２膜２２を通してＨ^＋を１００ｋｅＶで５×１０^１６ｃｍ^−２イオン注入した。別に用意したシリコン基板（第２の基板）２４の表面と重ね合わせ、接触させた後、６００℃でアニールしたところ、イオン注入の投影飛程付近で２枚に分離され、第２の基板２４上には、２０ｎｍのＳｉＯ_２膜、その上に表面の荒れた約８５０ｎｍの単結晶膜を有したＳＯＩ基板が得られた。この基板の結合強度を向上させるために、１０００℃、４時間の熱処理を行った。更に、分離した単結晶シリコンの荒れの平坦化および、ＳＯＩ層を任意の膜厚にするために、ＣＭＰにより表面単結晶シリコン膜を７５０ｎｍ研削研磨した。ここでのシリコン表面の平坦化は、ＣＭＰに代えて水素アニールを行ってもよいし、ＣＭＰを行った後に水素アニールを行ってもよい。また、ＳＯＩ層の薄膜化手法としては、犠牲酸化を利用してエッチングする手法を用いてもよい。

こうして、シリコン基板上に２０ｎｍの厚みを持った酸化膜、更にその上に１００ｎｍの厚さを有した単結晶シリコン層が形成できた。また、レーザーによる光の散乱を利用した異物測定器における測定の結果、ＢＯＸ層の形成で膜中水分量の少ないドライ酸化を用いることにより、ＢＯＸ膜厚を２０ｎｍと薄くした際にボイド不良は見られなった。

上記基板を、ＨＦ溶液に１５分浸けた後に、光学顕微鏡で基板全面を確認したところＨＦにより埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）に穴が空いている個所は一個所と極めて少なかった。

本発明の実施例に係る基板の製造方法を図３に示す。図３は、第２の実施形態に係る基板の製造方法に対応する。

第１の単結晶シリコン基板２１上に熱酸化により１０ｎｍのＳｉＯ_２膜２２を形成した。形成条件は次のとおりである。
酸化温度：９００℃
酸素ガス：Ｏ_２、２０ＳＬＭ
保持時間：１８分
表面のＳｉＯ_２膜２２を通してＨ^＋を５０ｋｅＶで８×１０^１６ｃｍ^−２イオン注入した。別に用意したシリコン基板２４の表面にドライ酸化により５ｎｍのＳｉＯ_２層を形成した。酸化条件は次の通りである。
酸化温度：８００℃
酸素ガス：Ｏ_２、２０ＳＬＭ
保持時間：１０分
これら２枚のウェーハを重ね合わせ、接触させた後、５００℃でアニールしたところ、イオン注入の投影飛程付近で２枚に分離され、第２の基板上２４には、１５ｎｍのＳｉＯ_２膜、その上に表面の荒れた約５５０ｎｍの単結晶膜を有したＳＯＩ基板が得られた。この基板の結合強度を向上させると共に、分離したＳＯＩ層を任意の膜厚にするために、１１００℃、４時間の熱処理を行い、単結晶シリコン層に２００ｎｍ酸化層を形成した。その後、２００ｎｍの酸化膜をＢＨＦ（バッファードフッ化水素）により除去することによって、シリコン基板上に１５ｎｍの厚みを持った酸化膜、更にその上に３５０ｎｍの厚さを有した単結晶シリコン層が形成できた。

また、レーザーによる光の散乱を利用した異物測定器における測定の結果、ＢＯＸ層の形成で膜中水分量の少ないドライ酸化を用いることにより、ＢＯＸ膜厚を１５ｎｍと薄くした際にボイド不良は見られなった。

上記基板を、ＨＦ溶液に１５分浸けた後に、光学顕微鏡で基板全面を確認したところＨＦにより埋め込み酸化膜（ＢＯＸ層）に穴が空いている個所は見られなかった。

ドライ酸化とウェット酸化における酸化膜厚の成長速度を示す図である。 本発明の好適な第１の実施形態に係る基板の製造方法を説明する図である。 本発明の好適な第２の実施形態に係る基板の製造方法を説明する図である。

Claims (5)

1. 第１の基板に多孔質半導体層を形成する工程と、
   前記多孔質半導体層上に非多孔質半導体層を形成する工程と、
   前記非多孔質半導体層表面及び第２の基板表面の少なくとも一方にＯＨ基密度が１.０×１０^１４ａｔｏｍ／ｃｍ^２未満である絶縁層を形成する工程と、
   前記第１の基板と前記第２の基板とを結合して結合基板を作製する工程と、
   前記結合基板を前記多孔質半導体層の部分で分離する工程と、
   を含むことを特徴とする半導体基板の製造方法。
2. 第１の基板表面及び第２の基板表面の少なくとも一方にＯＨ基密度が１.０×１０^１４ａｔｏｍ／ｃｍ^２未満である絶縁層を形成する工程と、
   前記第１の基板中にイオンを注入してイオン注入層を形成する工程と、
   前記第１の基板と前記第２の基板とを結合して結合基板を作製する工程と、
   前記結合基板を前記イオン注入層の部分で分離する工程と、
   を含むことを特徴とする半導体基板の製造方法。
3. 前記絶縁層のＯＨ基密度は、９.０×１０^１３ａｔｏｍ／ｃｍ^２未満であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体基板の製造方法。
4. 前記絶縁層は、ドライ酸化によって形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体基板の製造方法。
5. 前記第１の基板に形成される絶縁層の膜厚、前記第２の基板に形成される絶縁層の膜厚、又は前記第１の基板及び前記第２の基板の両方に形成される絶縁層の膜厚の合計は、５０ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体基板の製造方法。

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