JP2009253184A - 貼り合わせ基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板全面、特に、貼り合わせ終端部近傍においても良好な薄膜を有する貼り合わせ基板を製造する方法を提供する。
【解決手段】半導体基板である第１の基板１０の表面から水素イオン又は希ガスイオンあるいはこれらの両方を注入してイオン注入層１１を形成する工程と、イオン注入した面１２と第２の基板２０の貼り合わせる面２２の少なくとも一方の面に表面活性化処理を施す工程と、イオン注入した面１２と貼り合わせる面２２との貼り合わせを行う際、第１の基板１０、第２の基板２０の少なくとも一方を加熱して貼り合わせる貼り合わせ工程と、第１の基板１０を前記イオン注入層１１にて離間させ、第１の基板を薄膜化する剥離工程とにより、第２の基板２０の上に薄膜３１を有する貼り合わせ基板を製造する。
【選択図】図６

Description

本発明は、貼り合わせ基板の製造方法に関する。

半導体デバイスの更なる高性能化を図るために、Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＳＯＩ）基板が近年注目を浴びている。また、支持基板（ハンドル基板）がシリコンではない、Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｑｕａｒｔｚ（ＳＯＱ）基板やＳｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｓａｐｐｈｉｒｅ（ＳＯＳ）基板なども、それぞれＴＦＴ−ＬＣＤや高周波（ＲＦ）デバイスなどの分野で用いられている。

貼り合わせＳＯＩ基板の作製方法にはいくつかあるが、代表的なものとしてＳｍａｒｔｃｕｔ法（登録商標）が挙げられる。これは酸化膜を形成した単結晶シリコン基板（ドナー基板（本明細書中では第１の基板と呼ぶ））に水素イオンを注入し、支持基板（ハンドル基板（本明細書中では第２の基板と呼ぶ））に貼り合わせた後に、５００℃近傍まで加熱し、水素イオン注入界面に沿ってシリコン基板を剥離し、単結晶シリコン薄膜をハンドル基板に転写する。このとき水素注入界面にはマイクロキャビティと呼ばれる水素の微小な空洞ができることにより、界面での剥離を可能としている。その後に単結晶シリコン薄膜とハンドル基板との結合強度を高めるために、１０００℃以上の高温で熱処理をした後に、最終表面処理（ＣＭＰ、熱処理等）を行うという方法である（例えば、特許文献１、２や非特許文献１参照）。

一方、ＳｉＧｅｎ法は、貼り合わせ面側に水素イオン等を注入したシリコン基板とシリコン基板あるいは他の材料の基板とを貼り合わせる前に、これらの基板の貼り合わせ面の双方もしくは一方の表面をプラズマ処理し、表面が活性化された状態で両基板を貼り合わせ、例えば３５０℃のような低温で熱処理を施して貼り合わせ強度（接合強度）を高めた後に、常温で機械的に剥離して貼り合わせＳＯＩ基板を得る方法である（例えば、特許文献３〜５参照）。

これら２つの方法の相違点は、主としてシリコン薄膜の剥離プロセスにあり、Ｓｍａｒｔｃｕｔ法はシリコン薄膜の剥離のために高温での処理を必要とするが、ＳｉＧｅｎ法は常温での剥離が可能である。

特に、シリコン基板のような半導体基板と他の材料基板とを貼り合わせて貼り合わせ基板を作製する場合には、異種材料間で熱膨張率や固有の耐熱温度の相違などが生じ、これにより貼り合わせた基板の割れや局所的なクラックなどが生じ易くなることから、可能な限り低温で剥離処理までの工程を実行することが望ましい。このため、低温剥離が可能なＳｉＧｅｎ法は異種材料基板の貼り合わせによる貼り合わせ基板の製造方法として好ましいものと考えられる。

ところで、これらのような、貼り合わせ法による貼り合わせ基板の製造方法では、貼り合わせ界面に入り込んだ異物やガスにより、ボイドと呼ばれるような、半導体層が欠落した欠陥を生じることがある。このようなボイド等の欠陥はデバイス作製時に障害となるものであり、できるだけ少なくすることが求められている。このボイドは、異物等により貼り合わせ面が密着できず、剥離時にその部分の半導体層が転写されず起こるものである。このようなボイドの発生を防止するためには、貼り合わせ前の基板の清浄度と、貼り合わせ環境の清浄度が重要であり、貼り合わせ直前に洗浄したり、貼り合わせを行う雰囲気の清浄度を高レベルに維持するようにされている。

しかしながら、貼り合わせ前の基板の清浄度と、貼り合わせ環境の清浄度を高く保っていても、特に基板の貼り合わせ終端部にボイドが発生しやすいという問題があった。また、この貼り合わせ終端部におけるボイドを防止するためには、さらなる清浄化が必要となるが、そのためにはクリーンルームの一層の高清浄化等が必要であり、莫大なコストや労力が必要となるという問題があった。

特許第３０４８２０１号公報 特開平１１−１４５４３８号公報 米国特許第６２６３９４１号明細書 米国特許第６５１３５６４号明細書 米国特許第６５８２９９９号明細書 Ａ． Ｊ． Ａｕｂｅｒｔｏｎ−Ｈｅｒｖｅ ｅｔ ａｌ．， "ＳＭＡＲＴ ＣＵＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ： ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＳＴＡＴＵＳ ｏｆ ＳＯＩ ＷＡＦＥＲ ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ ａｎｄ ＮＥＷ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴＳ" （Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ Ｖｏｌｕｍｅ ９９−３ （１９９９） ｐ．９３−１０６）．

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、基板全面、特に、貼り合わせ終端部近傍においても良好な薄膜を有する貼り合わせ基板を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、第１の基板と第２の基板を貼り合わせ、前記第１の基板を薄膜化し、前記第２の基板の上に薄膜を有する貼り合わせ基板を製造する方法であって、少なくとも、半導体基板である前記第１の基板の表面から水素イオン又は希ガスイオンあるいはこれらの両方を注入してイオン注入層を形成する工程と、前記第１の基板のイオン注入した面と前記第２の基板の貼り合わせる面の少なくとも一方の面に表面活性化処理を施す工程と、前記第１の基板のイオン注入した面と前記第２の基板の貼り合わせる面との貼り合わせを行う際、前記第１の基板、前記第２の基板の少なくとも一方を加熱して貼り合わせる貼り合わせ工程と、前記第１の基板を前記イオン注入層にて離間させ、前記第１の基板を薄膜化する剥離工程とにより、前記第２の基板の上に薄膜を有する貼り合わせ基板を製造することを特徴とする貼り合わせ基板の製造方法を提供する（請求項１）。

このような工程を含み、第１の基板と第２の基板の貼り合わせを、基板を加熱して貼り合わせる貼り合わせ基板の製造方法であれば、加熱により基板の温度を上げ貼り合わせ面上の相対湿度を低くすることにより、貼り合わせ時の密着部の伝搬速度を遅くすることができる。そのため、貼り合わせ界面に存在するガスや微小の異物を効率的に排出することができる。これにより、貼り合わせ終端部において付着物が濃縮され、閉じこめられることを防止することができるので、貼り合わせ終端部でのボイドの発生を防止して貼り合わせ基板の製造を行うことができる。
また、加熱により基板の貼り合わせ面上の相対湿度を低くするため、装置や作業する部屋といった、貼り合わせ環境全体を低湿度化することにより貼り合わせ面上の湿度を低くするよりも、簡単に実施することができコストを低減できる。

この場合、前記貼り合わせ工程において、前記貼り合わせ前に前記基板を加熱することにより、前記基板の貼り合わせ面上の相対湿度を３０％以下とすることが好ましい（請求項２）。
このように、基板を加熱し貼り合わせ面上の相対湿度を３０％以下とすることにより基板の貼り合わせ時の密着部の伝搬速度をより確実に遅くすることができる。なお、ここで温度２５℃で相対湿度２４％において、水分量が６ｇ／ｍ^３となる。

また、前記貼り合わせ工程において、前記貼り合わせ前に前記基板を３５℃以上に加熱することが好ましい（請求項３）。
このように、基板の温度を３５℃以上に加熱することで、水分量を調整することなく、貼り合わせ面上の相対湿度を常温で貼り合わす場合に比べて低くすることができる。

また、前記基板の加熱をランプ加熱又はホットプレートによる加熱とすることができる。（請求項４）
本発明で行われる基板の加熱は、他の装置又は方法によっても可能であるが、ランプ加熱又はホットプレートによる加熱方法によれば、比較的簡単かつ安価に基板を加熱できる。

また、前記第１の基板を、単結晶シリコン基板、表面に酸化膜を形成した単結晶シリコン基板、化合物半導体基板のいずれかとすることができる（請求項５）。
本発明によれば、近年特に求められている良好なシリコン薄膜を有する高品質の貼り合わせ基板、例えばＳＯＩ基板を製造することができる。
また、本発明によれば、シリコン薄膜だけではなく、ＧａＮなどの化合物半導体からなる良好な薄膜を有する貼り合わせ基板をも、製造することができる。

また、本発明の貼り合わせ基板の製造方法では、前記第２の基板を、石英基板、サファイア（アルミナ）基板、ＳｉＣ基板、ホウ珪酸ガラス基板、結晶化ガラス基板、窒化アルミニウム基板、単結晶シリコン基板、表面に酸化膜を形成した単結晶シリコン基板、ＳｉＧｅ基板のいずれかとすることができる（請求項６）。
本発明の貼り合わせ基板で使用する第２の基板は、作製する半導体デバイスの目的に応じて、これらの中から適宜選択することができる。

また、本発明の貼り合わせ基板の製造方法では、前記貼り合わせ工程の後、該貼り合わされた基板を、１００〜４００℃で熱処理する熱処理工程を行い、その後、前記剥離工程を行うことができる（請求項７）。
このように、第１の基板と第２の基板を貼り合わせた後、貼り合わせた基板を、１００〜４００℃で熱処理することで、第１の基板と第２の基板の貼り合わせ強度をより高めることができる。特に、熱処理温度が、１００〜３００℃であれば、異種材料の基板の貼り合わせでも、熱膨張係数の差異による熱歪、ひび割れ、剥離等が発生する恐れをより低減できる。一方、第１の基板及び第２の基板ともにシリコン基板とする場合のように、同種材料を貼り合わせる場合は、４００℃までの温度で熱処理することができ、貼り合わせ強度をより高めることができる。

また、本発明の貼り合わせ基板の製造方法では、前記表面活性化処理を、プラズマ処理によって行うことが好ましい（請求項８）。
このように、表面活性化処理をプラズマ処理で行えば、基板の表面活性化処理を施した面は、ＯＨ基が増加するなどして活性化する。従って、この状態で、第１の基板のイオン注入した面と第２の基板の貼り合わせる面とを密着させれば、水素結合等により、基板同士をより強固に貼り合わせることができる。
また、本発明の貼り合わせ基板の製造方法では、このように、表面活性化処理としてプラズマ処理を行っても、貼り合わせ終端部でのボイドを抑制することができる。

また、本発明の貼り合わせ基板の製造方法では、前記剥離工程における前記第１の基板の前記イオン注入層における離間を、前記第１の基板の一端部から外部衝撃を付与し、該外部衝撃を付与した一端部から他端部に向かって進む劈開によって行うことが好ましい（請求項９）。
このように、剥離工程における第１の基板のイオン注入層における離間を、第１の基板の一端部から外部衝撃を付与し、該外部衝撃を付与した一端部から他端部に向かって進む劈開によって行えば、劈開が一方向に向かって生じるため、劈開の制御が比較的容易であり、膜厚均一性の高い薄膜を得ることができる。

以上説明したように、本発明の貼り合わせ基板の製造方法によれば、貼り合わせを行う際に基板を加熱して貼り合わせ面上の相対湿度を低くすることができ、それにより貼り合わせ時の密着部の伝搬速度を遅くすることができる。そのため、貼り合わせ界面に存在するガスや微小の異物を効率的に排出することができる。これにより、貼り合わせ終端部において付着物が濃縮され、閉じこめられることを防止することができるので、貼り合わせ終端部でのボイドの発生を防止して貼り合わせ基板の製造を行うことができる。
また、貼り合わせ面を加熱によって低湿度化するため、貼り合わせ環境全体を低湿度化するよりも簡単でありコストを低減できる。

以下、本発明についてより詳細に説明する。
前述のように、従来の貼り合わせ基板の製造方法では、貼り合わせ前の基板の清浄度と、貼り合わせ環境の清浄度を高く保っていても、特に基板の貼り合わせ終端部にボイドが発生しやすいという問題があった。また、この貼り合わせ終端部におけるボイドを防止するためには、さらなる清浄化が必要となるが、そのためには莫大なコストや労力が必要となってしまうなどの問題があった。

本発明者らは、このように特に貼り合わせ終端部にボイドが発生しやすい原因について、以下のように検討を行った。

貼り合わせは、２枚の基板を重ね合わせた状態で一部を密着させて行う。密着された部分の周囲は、基板同士の間隔が狭いことにより、自発的に密着し、その範囲は貼り合わせ開始部から他方へ向かい伝搬（伝播）していく。この貼り合わせ開始部周辺における密着部の伝搬の様子を図２に模式的に示す。密着部の伝搬の先端では、貼り合わせ界面に存在したガスや微小な異物が押し出され、それらを掃き出していく。大きな異物は貼り合わせ時に移動できずにその場に残る。

貼り合わせ前に基板の洗浄を行った場合でも、洗浄後の雰囲気や基板収納部の雰囲気、貼り合わせ雰囲気に存在するガスや微小な異物が基板表面にわずかだが付着する。貼り合わせ前に基板表面を活性化すると、さらにそれらを吸着しやすくなる。このわずかに付着した物質は、貼り合わせ時に密着部の拡大とともに貼り合わせ界面を移動し、濃縮される。この濃縮された付着物は、貼り合わせ終端に無数のボイドとなって現れる。

この貼り合わせ終端部のボイドの発生を軽減するために、本発明者らは、さらに検討及び実験を行った。その結果、貼り合わせ時の基板の貼り合わせ面上の湿度を低くすることにより、貼り合わせ終端部のボイドの発生を軽減できることを見出した。
このことは、貼り合わせ時の雰囲気ガスの水分量を少なくすることで密着部の伝搬速度を遅くし、濃縮された付着物を貼り合わせ界面から効率よく外へ排出すると説明することができる。

本発明者らは、貼り合わせ時の雰囲気ガス中の水分量（湿度）と貼り合わせに要する時間の関係を測定した。温度２０℃で測定したものについて、その結果を図３に示す。
図３からわかるように、雰囲気中の水分量が多い（湿度が高い）ほど貼り合わせ時間が短い。すなわち、貼り合わせ速度が速く、密着部の伝搬も速い。
通常クリーンルームの雰囲気は、基板表面への付着物軽減等を目的として、静電気防止のために、湿度を４５〜６５％程度にコントロールする。また、例えば特開２００７−１４１９４６号公報では、洗浄装置及びクリーンルームの雰囲気について、湿度を２５℃換算で４６〜６０％としている。

貼り合わせ時の雰囲気中の水分量（湿度）により、貼り合わせ終端部付近の密着部の伝搬の様子が異なってくる。
貼り合わせ終端部付近の密着部の伝搬の様子を図１に模式的に示す。図１（ａ）には、水分量が少ない、すなわち、湿度が低い場合、図１（ｂ）には水分量が多い、すなわち、湿度が高い場合（通常の場合）を示している。図１（ｂ）に示したように、従来のように高湿度の場合、密着部の伝搬の速度が速く、外周部にも密着部が伝搬するため、貼り合わせ終端部では外周部からの密着部の伝搬もあり、付着物の掃き出し部分が狭くなり、付着部の閉じ込めが発生する。一方、図１（ａ）に示したように、低湿度の場合は、密着部の伝搬速度が遅く、外周部からの密着部の伝搬の影響がなく、付着物の掃き出し部分が確保でき、濃縮された付着物を効率的に除去できることになる。

このとき、十分に効率的に上記貼り合わせ終端部のボイドを低減するための具体的な数値を、相対湿度が３０％以下、とすればよいことを見出した。

そして本発明者らは、更に検討を進め、上記のような相対湿度を簡単に低減できる方法として、基板を加熱することによって、貼り合わせ面のみを低湿度化することができ、それにより密着部の伝搬速度が遅くなり貼り合わせ終端部のボイドを低減できることを見出し、本発明を完成させた。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図６は、本発明を適用することができる貼り合わせ基板の製造方法である。

まず、図６（ａ）に示すように、半導体基板である第１の基板１０と、第２の基板２０を準備する（工程ａ）。
このとき、第１の基板１０を、単結晶シリコン基板とすることができ、特には、表面に酸化膜を形成した単結晶シリコン基板とすることもできる。第１の基板としてこれらの材料を選択すれば、シリコン薄膜を有する貼り合わせ基板を製造することができる。表面に酸化膜を形成した単結晶シリコン基板を用いれば、ＳＯＩ基板を作製するのに都合が良い。また、シリコン薄膜ではなく、ＧａＮなどの化合物半導体薄膜を有する貼り合わせ基板を製造するため、第１の基板１０を、ＧａＮなどの化合物半導体基板とすることもできる。

また、第２の基板２０を、石英基板、サファイア（アルミナ）基板、ＳｉＣ基板、ホウ珪酸ガラス基板、結晶化ガラス基板、窒化アルミニウム基板のいずれかの絶縁性基板とすることもできるし、あるいは、単結晶シリコン基板、表面に酸化膜を形成した単結晶シリコン基板、ＳｉＧｅ基板のいずれかとすることもできる。第２の基板２０は、作製する半導体デバイスの目的に応じて、これらの中から適宜選択するようにすれば良い。もちろん、これ以外の材料を用いてもよい。

次に、図６（ｂ）に示すように、第１の基板１０の表面（イオン注入面）１２から水素イオンを注入してイオン注入層１１を形成する（工程ｂ）。
このイオン注入層１１の形成には、水素イオンだけではなく、希ガスイオンあるいは水素イオンと希ガスイオンの両方をイオン注入するようにしても良い。注入エネルギー、注入線量、注入温度等その他のイオン注入条件も、所定の厚さの薄膜を得ることができるように適宜選択すれば良い。具体例としては、注入時の基板の温度を２５０〜４００℃とし、イオン注入深さを０．５μｍとし、注入エネルギーを２０〜１００ｋｅＶとし、注入線量を１×１０^１６〜１×１０^１７／ｃｍ^２とすることが挙げられるが、これらに限定されない。
なお、表面に酸化膜を形成した単結晶シリコン基板を用いて、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、イオンの注入深さのバラツキをより抑えることができる。これにより、より膜厚均一性の高い薄膜を形成することができる。

次に、図６（ｃ）に示すように、第１の基板１０のイオン注入した面１２と、第２の基板２０の貼り合わせる面２２に表面活性化処理を施す（工程ｃ）。なお、第２の基板２０の貼り合わせる面２２とは、次の工程ｄの貼り合わせ工程で第１の基板と貼り合わせる面のことである。
もちろん、第１の基板１０のイオン注入した面１２と第２の基板２０の貼り合わせる面２２のいずれか一方の面にのみ表面活性化処理を施すようにしても良い。
この時、表面活性化処理を、プラズマ処理とすることができる。このように、表面活性化処理を、プラズマ処理で行えば、基板の表面活性化処理を施した面は、ＯＨ基が増加するなどして活性化する。従って、この状態で、第１の基板のイオン注入した面１２と第２の基板の貼り合わせる面２２とを密着させれば、水素結合等により、基板をより強固に貼り合わせることができる。また、表面活性化処理はそのほかにオゾン処理等でも行うことができ、複数種の処理を組み合わせてもよい。

プラズマで処理をする場合は、真空チャンバ中にＲＣＡ洗浄等の洗浄をした基板を載置し、プラズマ用ガスを導入した後、１００Ｗ程度の高周波プラズマに５〜３０秒程度さらし、表面をプラズマ処理する。プラズマ用ガスとしては、例えば、表面に酸化膜を形成した単結晶シリコン基板を処理する場合には、酸素ガスのプラズマ、表面に酸化膜を形成しない単結晶シリコン基板を処理する場合には、水素ガス、アルゴンガス、又はこれらの混合ガスあるいは水素ガスとヘリウムガスの混合ガスを用いることができる。また、不活性ガスの窒素ガスを用いても良い。

オゾンで処理をする場合は、大気を導入したチャンバ中にＲＣＡ洗浄等の洗浄をした基板を載置し、窒素ガス、アルゴンガス等のプラズマ用ガスを導入した後、高周波プラズマを発生させ、大気中の酸素をオゾンに変換することで、表面をオゾン処理する。

次に、図６（ｄ）に示すように、第１の基板のイオン注入した面１２と第２の基板の貼り合わせる面２２とを密着させ、貼り合わせる（工程ｄ）。
このように、表面活性化処理をした表面を貼り合わせ面として、例えば減圧又は常圧下、基板を密着させれば、高温処理を施さなくても、両基板を後の機械的剥離に耐え得るほど十分に強固に貼り合わせることができる。
そして、本発明では、この貼り合わせ工程において、貼り合わせを行う際に基板を加熱する。
この際、十分に効率的に貼り合わせ終端部のボイドを低減するために、基板の貼り合わせ面上の相対湿度を３０％以下とする必要がある。
基板の温度が４０℃になるまで加熱し貼り合わせた場合、貼り合わせに要した時間は２９〜３７秒であった（図３参照）。これより、図３に示す、貼り合わせの際に基板を４０℃に加熱し貼り合わせた場合の貼り合わせ時間と、基板の周囲環境の湿度の違いによる貼り合わせ時間のデータから貼り合わせの際の貼り合わせ面上の湿度は約２３％と推定される（図４参照）。以上より、貼り合わせ面上の湿度を本発明の効果が確実に得られる上限３０％以下とするためには、加熱により基板の温度を３５℃以上にすることが望ましい。なお、ここでの「湿度」とは相対湿度、すなわち、その温度での飽和水分量に対する水分量の比のことを指す。

このように、本発明では、図３に示される通り室内湿度は６０％（２３℃において）でありながら、貼り合わせる基板を加熱することによって、貼り合わせ面上の相対湿度を３０％以下にすることができ、それにより本発明の貼り合わせ工程においてボイドが発生することを防止できるとともに、室内全体の湿度を制御する必要がないので、簡単かつ安価で実施することができる。

この場合、基板を加熱する方法としては、特に限定されないが、ランプ加熱又はホットプレートによる加熱による加熱方法が望ましい。このような方法であれば、簡単かつ低コストで、貼り合わせる基板を加熱することができる。また、基板の加熱方法としては、加熱室などの特殊な装置を使用することで貼り合わせる双方の基板を均一に加熱することもできる。ただし、この場合には新たな装置が必要となるため、ランプ加熱又はホットプレートによる加熱と比べ、コスト的に高くなってしまう。

なお、この第１の基板と第２の基板を貼り合わせる工程の後、該貼り合わせた基板を、１００〜４００℃で熱処理する熱処理工程を行うことができる。
このように、第１の基板と第２の基板を貼り合わせた後、該貼り合わせた基板を、１００〜４００℃で熱処理することで、第１の基板と第２の基板の貼り合わせの強度を高めることができる。特に、熱処理温度が、１００〜３００℃であれば、異種材料の基板の貼り合わせでも、熱膨張係数の差異による熱歪、ひび割れ、剥離等が発生する恐れが少ない。貼り合わせ強度を高めれば、剥離工程での不良の発生を減少させることができる。

次に、図６（ｅ）に示すように、第１の基板１０をイオン注入層１１にて離間させ、第１の基板１０を薄膜化する剥離工程を行う（工程ｅ）。
この第１の基板の離間（剥離、薄膜化）は、例えば、機械的な外力を加えることによって行うことができる。特に、第１の基板の一端部から外部衝撃を付与し、該外部衝撃を付与した一端部から他端部に向かって進む劈開によって行えば、劈開が一方向に向かって生じるため、劈開の制御が比較的容易であり、膜厚均一性の高い薄膜を得ることができるので好ましい。なお、この場合、外部衝撃を付与する一端部と、工程ｄの貼り合わせの際の貼り合わせ開始部とは特に関連性はなく、製造工程の都合等によりそれらの位置を決定することができる。

そして、以上の工程（図６（ａ）〜（ｅ））を経ることによって、図６（ｆ）に示すような、第２の基板２０の上に薄膜３１を有する貼り合わせ基板３０を製造する。

本発明では、上記のように、工程ｄの貼り合わせ工程を行う際に、基板を加熱し貼り合わせ面上の湿度を低くすることにより、密着部の伝搬速度を遅くし、貼り合わせ終端部において付着物を効率的に除去し、付着物の閉じ込めを防止することができる。そのため、その後の剥離工程（工程ｅ）等を行い、貼り合わせ終端部にボイドが発生することを防止して製造することができる。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
以下のように、図６に示したような、貼り合わせ法による貼り合わせ基板の製造方法に従って、貼り合わせ基板を製造した。
まず、第１の基板１０として、鏡面研磨された直径２００ｍｍの単結晶シリコン基板を準備した。そして、第１の基板には、その表面に熱酸化によりシリコン酸化膜層を１００ｎｍ形成した。また、第２の基板２０として、直径２００ｍｍの合成石英基板を準備した（工程ａ）。
次に、第１の基板１０に、形成してあるシリコン酸化膜層を通して水素イオンを注入し、イオンの平均進行深さにおいて表面に平行な微小気泡層（イオン注入層）１１を形成した（工程ｂ）。イオン注入条件は、注入エネルギーが３５ｋｅＶ、注入線量が９×１０^１６／ｃｍ^２、注入深さは０．３μｍである。

次に、プラズマ処理装置中にイオン注入した第１の基板１０を載置し、プラズマ用ガスとして窒素を導入した後、２Ｔｏｒｒ（２７０Ｐａ）の減圧条件下で１３．５６ＭＨｚの高周波を直径３００ｍｍの平行平板電極間に高周波パワー５０Ｗの条件で印加することで、高周波プラズマ処理をイオン注入した面に１０秒行った。このようにして、第１の基板１０のイオン注入面１２に表面活性化処理を施した。
一方、第２の基板２０については、プラズマ処理装置中に載置し、狭い電極間にプラズマ用ガスとして窒素ガスを導入した後、電極間に高周波を印加することでプラズマを発生させ、高周波プラズマ処理を１０秒行った。このようにして、第２の基板２０の、次の貼り合わせ工程において貼り合わせる面２２にも表面活性化処理を施した（工程ｃ）。

以上のようにして表面活性化処理を行った第１の基板１０と第２の基板２０を、表面活性化処理を行った面を貼り合わせ面として室温で密着させた後、両基板の裏面を厚さ方向に強く押圧した（工程ｄ）。
この貼り合わせ工程では、周囲環境の温度２３℃、相対湿度６０％の下でＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）製のウェーハ台をランプにより約４５℃に加熱し、第１の基板１０を該ウェーハ台に載せ、第２の基板２０は隙間を空け対面させた位置にセットし、３分間放置した後に貼り合わせを実施した。この際、貼り合わせ時の基板温度は約４０℃、貼り合わせ面上の推定相対湿度は約２３％であり、貼り合わせに要した時間は３７秒であった。
なお、このとき密着部の伝搬の様子を、第２の基板（透明な合成石英基板）側から観察した。貼り合わせ終端部付近では、図１（ａ）に示したような伝搬の様子となっていた。
次に、貼り合わせ強度を高めるため、第１の基板１０と第２の基板２０とを貼り合わせた基板を、３００℃で６時間熱処理した。

次に、劈開の起点を形成するため、紙切りバサミの刃により、第１の基板のイオン注入層１１にその一端部から外部衝撃を付与した。その後、第１の基板１０と第２の基板とを、相対的に離していくことにより、第１の基板１０と第２の基板２０を外部衝撃を付与した一端部から他端部に向かってイオン注入層１１にて順次離間させた（工程ｅ）。

このようにして、第２の基板２０上に薄膜３１を有する貼り合わせ基板３０を製造した。この貼り合わせ基板３０を第２の基板（透明な合成石英基板）側から観察したところ、基板面内にボイドは見られず、また、貼り合わせ終端部においてもボイドは見られなかった（図５参照）。

（比較例）
実施例１と同様に、ただし、貼り合わせ工程（工程ｄ）の貼り合わせの際に基板を加熱しないで、周囲環境の温度２３℃、相対湿度６０％の下で、貼り合わせ基板の製造を行った。この時の貼り合わせに要した時間は１０秒であった。
密着部の伝搬の様子を実施例１の場合と同様に観察したところ、貼り合わせ終端部付近では、図１（ｂ）に示したような伝搬の様子となっていた。
このようにして製造した貼り合わせ基板のボイドの発生状況を実施例１の場合と同様に観察したところ、貼り合わせ終端部に多数のボイドが見られた（図５参照）。

以上の結果より、図３及び図５に示すように、周囲環境の湿度６０％であっても貼り合わせの際に基板を加熱することによって基板周囲の相対湿度を下げた場合、除湿により周囲環境の湿度を３０％とした場合と貼り合わせ時間が同程度になり、貼り合わせ終端部のボイドの発生を防止することができるという本発明の効果が明らかとなった。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

貼り合わせ終端部での密着部の伝搬の様子を模式的に示す説明図であり、（ａ）は本発明に係る低湿度の場合、（ｂ）は従来の高湿度の場合を示すものである。 貼り合わせ開始部での密着部の伝搬の様子を模式的に示す説明図である。 基板周囲環境の水分量及び相対湿度と、貼り合わせ時間との関係を示すグラフであり、さらに本発明に係る貼り合わせ時間のデータを示すものである。 基板周囲環境の水分量及び相対湿度と、貼り合わせ時間との関係を示すグラフであり、さらに本発明に係る貼り合わせ時間のデータを示すものである。 貼り合わせ界面付近の水分量及び相対湿度と、貼り合わせによる欠陥数との関係を示すグラフである。 本発明の貼り合わせ基板の製造方法が適用できる貼り合わせ基板の製造方法の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…第１の基板、 １１…イオン注入層、 １２…イオン注入面、
２０…第２の基板、 ２２…貼り合わせる面、
３０…貼り合わせ基板、 ３１…薄膜。

Claims (9)

1. 第１の基板と第２の基板を貼り合わせ、前記第１の基板を薄膜化し、前記第２の基板の上に薄膜を有する貼り合わせ基板を製造する方法であって、少なくとも、
   半導体基板である前記第１の基板の表面から水素イオン又は希ガスイオンあるいはこれらの両方を注入してイオン注入層を形成する工程と、
   前記第１の基板のイオン注入した面と前記第２の基板の貼り合わせる面の少なくとも一方の面に表面活性化処理を施す工程と、
   前記第１の基板のイオン注入した面と前記第２の基板の貼り合わせる面との貼り合せを行う際、前記第１の基板、前記第２の基板の少なくとも一方を加熱して貼り合わせる貼り合わせ工程と、
   前記第１の基板を前記イオン注入層にて離間させ、前記第１の基板を薄膜化する剥離工程と
   により、前記第２の基板の上に薄膜を有する貼り合わせ基板を製造することを特徴とする貼り合わせ基板の製造方法。
2. 前記貼り合わせ工程において、前記貼り合わせ前に前記基板を加熱することにより、前記基板の貼り合わせ面上の相対湿度を３０％以下とすることを特徴とする請求項１に記載の貼り合わせ基板の製造方法。
3. 前記貼り合わせ工程において、前記貼り合わせ前に前記基板を３５℃以上に加熱することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の貼り合わせ基板の製造方法。
4. 前記基板の加熱をランプ加熱又はホットプレートによる加熱とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の貼り合わせ基板の製造方法。
5. 前記第１の基板を、単結晶シリコン基板、表面に酸化膜を形成した単結晶シリコン基板、化合物半導体基板のいずれかとすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の貼り合わせ基板の製造方法。
6. 前記第２の基板を、石英基板、サファイア（アルミナ）基板、ＳｉＣ基板、ホウ珪酸ガラス基板、結晶化ガラス基板、窒化アルミニウム基板、単結晶シリコン基板、表面に酸化膜を形成した単結晶シリコン基板、ＳｉＧｅ基板のいずれかとすることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の貼り合わせ基板の製造方法。
7. 前記貼り合わせ工程の後、該貼り合わされた基板を、１００〜４００℃で熱処理する熱処理工程を行い、その後、前記剥離工程を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の貼り合わせ基板の製造方法。
8. 前記表面活性化処理を、プラズマ処理によって行うことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の貼り合わせ基板の製造方法。
9. 前記剥離工程における前記第１の基板の前記イオン注入層における離間を、前記第１の基板の一端部から外部衝撃を付与し、該外部衝撃を付与した一端部から他端部に向かって進む劈開によって行うことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の貼り合わせ基板の製造方法。

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