JP2012238712A - 基板の一部に絶縁層を有する貼り合わせ基板の製造方法 - Google Patents

基板の一部に絶縁層を有する貼り合わせ基板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ポーラスシリコン技術を用いて、基板の一部に絶縁層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】基板の一部に絶縁層を有する貼り合わせ基板の製造方法であって、ベース基板の貼り合わせ面に、部分的に又は厚さが部分的に異なる多孔質層を形成する多孔質層形成工程と、多孔質層が形成されたベース基板に熱処理を行い、多孔質層を絶縁層に変化させることによって、ベース基板の貼り合わせ面に部分的に厚さの異なる絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、厚さの異なる絶縁層の、厚さの薄い部分に相当する厚さ分をエッチングして除去する絶縁層除去工程と、ベース基板の、エッチングされずに残った絶縁層が露出された貼り合わせ面とボンド基板を貼り合わせる貼り合わせ工程と、貼り合わせられたボンド基板を薄膜化して薄膜層を形成する薄膜化工程とを有する貼り合わせ基板の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばロジック回路、ＤＲＡＭ混載デバイスのような多機能化デバイスの作製に用いられる、基板の一部に絶縁層を有する貼り合わせ基板の製造方法に関する。
ＬＳＩのシステム性能の向上を行う方法として、ロジック回路とＤＲＡＭを同一半導体チップに集積する技術が従来から検討されている。一方、ＭＯＳＦＥＴを中心に構成するロジック回路単体では高性能化のため、従来のバルクシリコン基板ではなく、薄膜ＳＯＩ基板が用いられたＳＯＩ−ＭＯＳＦＥＴが検討され、既に一部の高性能ロジックデバイス用途として製品化が行われて、その優位性が証明されている。このような中で、更なる高性能化を考えれば、ＳＯＩ基板にロジック回路を搭載させた高性能ロジックチップにＤＲＡＭを混載させたＬＳＩを開発すればよいと考えられる。
しかし、このロジック回路とＤＲＡＭの混載に当たっては以下のような問題点があると考えられている。
ＳＯＩ−ＭＯＳＦＥＴは、チャネルが形成されるボディ領域の電位がＢＯＸ膜の存在により浮いているため、基板浮遊効果により、回路動作に伴うリーク電流や閾値などの特性変動を生じる可能性がある。このため、ＤＲＡＭのセルトランジスタやセンスアンプ回路などのように、リーク電流レベル，閾値ばらつき等に対する要求が厳しい回路への適用には不向きと考えられている。
この基板浮遊効果の問題を解決するために、ＭＯＳＦＥＴパターンに対しボディ部からの引き出し素子領域とコンタクトを設けてボディ電位を制御する必要があるが、そのためにはセル面積やセンスアンプ部の面積などが大幅に増大してしまい、ＤＲＡＭの最大の特徴である高集積化を損なってしまう問題があった。
この問題の対応として、ＳＯＩ基板上に非ＳＯＩ領域を設けること（部分ＳＯＩともいう）により、基板浮遊効果と相性の悪い回路部を非ＳＯＩ領域に形成する方法が種々提案されている。
例えば、ＳＯＩ基板のＳＯＩ層と埋め込み絶縁層（ＢＯＸ層）を部分的にエッチング除去し、該エッチング領域にシリコンを選択エピタキシャル成長させ、研磨平坦化して非ＳＯＩ領域を形成する方法がある（例えば、特許文献１参照）。また、バルク領域を絶縁性スペーサ及び導電性スペーサで取り囲んだ非ＳＯＩ領域を形成し、基板浮遊効果を克服し、且つＳＯＩ領域を非ＳＯＩ領域から電気的に分離する方法もある（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、何れの方法においても、ＳＯＩ基板の構造及びＳＯＩ領域のＢＯＸ層の構造に関する詳細な記述はなく、より簡単に部分ＳＯＩ基板を製造する方法が望まれていた。
特開平８−１７６９４号公報 特開平１１−１７００１号公報 特開２００５−２２９０６２号公報 特開２００６−１００４７９号公報
「ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ」、 Ｖｏｌ．８０−Ｃ，Ｎｏ．３（１９９７）ｐｐ．３７８−３８７
これらを踏まえて本発明者らは、（１）ポーラスシリコンの酸化速度が通常の単結晶シリコンと比べて速いこと、（２）ポーラスシリコン作製時にパターン形成を行うことで任意の個所に任意の厚さでポーラスシリコン層を形成できること、この２つの技術を基本にした方法を考案した。
ポーラスシリコン自体については多数の特許文献などに報告されている。その利用法は、ＳＯＩウェーハを作製する方法についてであり、非特許文献１にあるように古くから報告されているＥＬＴＲＡＮ（登録商標）基板以外に、特許文献３、４のようにＳＯＩウェーハ作製法も提案されている。一般的なポーラスシリコン作製方法は陽極酸化法であり、概ね以下の通りである。まずＨＦ（フッ化水素）を含む水溶液を準備、これにシリコンウェーハを入れる。そして対向電極との間に直流電圧を印加する。この際、シリコン基板側を陽極とする。ＨＦ水溶液濃度や基板抵抗率、印加電流密度、時間などのパラメータによりポーラスシリコンの出来具合（多孔度）が変化する。この多孔度に影響するパラメータは例えば、非特許文献１などにも詳しく紹介されている。
このようなポーラスシリコンを使ったＳＯＩ基板の製造方法としては、（１）ＥＬＴＲＡＮ：ポーラスシリコン層の上にエピタキシャル成長を行い、酸化膜付きウェーハと貼り合わせ、ポーラス層で剥離する方法（非特許文献１）、（２）ポーラス層の上にＥＰ成長後、酸化雰囲気でアニールを行ってポーラス層を酸化し、これをＢＯＸ膜とする方法（ポーラス層の内部酸化、特許文献３）、（３）多孔度を徐々に下げてポーラスシリコンを形成し、アニールすることで表面はマイグレーションにより単結晶化し、内部の多孔度の高いところはＢＯＸ層とする方法（特許文献４）等が従来考案されていた。
しかしこれらの方法で製造されたＳＯＩ基板は、いずれもポーラス層（多孔質層）及びＢＯＸ層は基板面内全域に均一に形成されていたため、基板浮遊効果の問題を解決できなかった。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、ポーラスシリコン技術を用いて、ロジック回路とＤＲＡＭを同一半導体チップに集積するため等に用いられる部分ＳＯＩ基板のような、基板の一部に絶縁層を有する貼り合わせ基板を容易に製造する方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明では、ベース基板とボンド基板を貼り合わせることによって形成され、基板の一部に絶縁層を有する貼り合わせ基板の製造方法であって、少なくとも、前記ベース基板の貼り合わせ面に、部分的に又は厚さが部分的に異なる多孔質層を形成する多孔質層形成工程と、該多孔質層が形成されたベース基板に熱処理を行い、前記多孔質層を前記絶縁層に変化させることによって、前記ベース基板の貼り合わせ面に部分的に厚さの異なる前記絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、該厚さの異なる絶縁層の、厚さの薄い部分に相当する厚さ分をエッチングして除去し、前記ベース基板の貼り合わせ面上の一部に、エッチングされずに残った前記絶縁層を露出させる絶縁層除去工程と、前記ベース基板の、前記エッチングされずに残った絶縁層が露出された貼り合わせ面と前記ボンド基板を貼り合わせる貼り合わせ工程と、該貼り合わせられたボンド基板を薄膜化して薄膜層を形成する薄膜化工程と、を有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。
このような工程を有する貼り合わせ基板の製造方法であれば、ベース基板の多孔質層が形成された部分と多孔質層が形成されていない部分に対する絶縁層の形成速度の差を利用することにより、部分的に厚さの異なる絶縁層を熱処理によって形成し、該厚さの異なる絶縁層の厚さの薄い部分に相当する厚さ分をエッチングした後にベース基板とボンド基板を貼り合わせることによって、容易に且つ低コストで基板の一部に絶縁層を有する貼り合わせ基板を製造することができる。
また、部分的に形成した多孔質層又は厚さを部分的に厚く形成した多孔質層の位置に結果として絶縁層が形成され、さらに多孔質層の厚さに応じて形成される絶縁層の厚さも決定されるため、その後形成される素子の形状や大きさ、性質等に合わせて、製造する基板の任意の個所に最適な厚さの絶縁層を確実に形成することができる。
さらに、このようにして製造された貼り合わせ基板は、同一基板上にロジック回路、ＤＲＡＭ等を混載した多機能化デバイスを作製するにあたり、基板上の、最適な膜厚を有する絶縁層の個所に素子を形成することができるので、作製工程を減らしながらも高機能で多機能な素子を作製可能な貼り合わせ基板となる。
またこのとき、前記多孔質層形成工程において、前記ベース基板の貼り合わせ面に厚さが部分的に異なる前記多孔質層を形成する場合に、少なくとも、前記ベース基板の貼り合わせ面に保護膜を形成し、該保護膜上にレジストマスクを形成し、前記保護膜を前記レジストマスクの形状にパターン成形し、前記レジストマスクを除去し、前記パターン成形された保護膜を有する前記貼り合わせ面に前記多孔質層を形成することで、前記ベース基板の貼り合わせ面の全体に、厚さが部分的に異なる前記多孔質層を形成することができる。
このような多孔質層形成工程であれば、ベース基板上の保護膜がない個所は深く多孔質層が形成され、保護膜がある個所は浅く多孔質層が形成されるため、ベース基板の貼り合わせ面の全体に、厚さが部分的に異なる多孔質層を形成することがより容易となるため好ましい。
またこのとき、前記多孔質層形成工程において、前記ベース基板の貼り合わせ面に部分的に前記多孔質層を形成する場合に、少なくとも、前記ベース基板の貼り合わせ面にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを形成した貼り合わせ面に多孔質層を形成した後に、前記レジストマスクを除去することで、前記ベース基板の貼り合わせ面に、部分的に前記多孔質層を形成することができる。
このような多孔質層形成工程であれば、ベース基板上のレジストマスクが形成された部分には多孔質層が形成されないため、ベース基板の貼り合わせ面に部分的に前記多孔質層を形成することがより容易となるため好ましい。
またこのとき、前記多孔質層形成工程において、前記ベース基板の貼り合わせ面を陽極酸化することで、該貼り合わせ面に部分的に又は厚さが部分的に異なる前記多孔質層を形成することができる。
このような陽極酸化法によれば多孔質層をより容易に形成でき、かつ多孔質層の厚さ、多孔度、孔径を基板の用途に応じて容易に制御できるため好ましい。
またこのとき、前記多孔質層形成工程において、前記ベース基板の貼り合わせ面に、厚さが部分的に異なる前記多孔質層を形成する場合に、前記パターン成形した保護膜を形成した前記ベース基板の貼り合わせ面を陽極酸化すると供に、該保護膜を除去することが好ましい。
このような多孔質層形成工程であれば、保護膜がない個所は深く多孔質層が形成され、保護膜がある個所は、陽極酸化により保護膜が除去されるまでのあいだ多孔質層の形成が行われないので、より浅く多孔質層が形成される。これによって、ベース基板の貼り合わせ面の全体に、より容易に厚さが部分的に異なる多孔質層を形成することができる。
またこのとき、前記ベース基板及び／又はボンド基板としてシリコン基板を用いることによって、基板の一部に絶縁層を有する部分ＳＯＩ基板を製造することができる。
このように、ベース基板にシリコン基板を用いることで、多孔質層形成工程において多孔質層を形成することが容易となり、また絶縁層形成工程において絶縁層として酸化膜を形成することが容易となるため好ましい。また、ボンド基板にシリコン基板を用いることで、薄膜化工程において形成される薄膜層はいわゆるＳＯＩ層となり、ロジック回路、ＤＲＡＭ等が混載された種々の多機能化デバイス製造が容易となるため好ましい。
さらに、前記ベース基板及び前記ボンド基板共にシリコン基板を用いることで、構造自体も複雑なものではなく、従来の製造工程を応用でき、低コストで歩留り良く製造することができる貼り合わせ基板の製造方法となるため好ましい。
またこのとき、前記絶縁層形成工程において、前記多孔質層が形成されたベース基板に熱酸化処理を行い、前記多孔質層を酸化膜に変化させることによって、前記部分的に厚さの異なる絶縁層を形成することが好ましい。
このように熱酸化処理によって絶縁層として酸化膜を形成することにより、ベース基板の貼り合わせ面に部分的に厚さの異なる絶縁層をより容易に形成することができる。また、酸化膜は優れた絶縁性を有するため絶縁層として好ましい。
以上説明したように本発明によれば、容易に且つ低コストで、基板の一部に絶縁層を有する貼り合わせ基板の製造方法を提供することができる。
また、基板製造後に形成される素子の形状や大きさ、性質等に合わせて、製造する基板の任意の個所に最適な厚さの絶縁層を確実に形成することができる。
さらに、同一基板上にロジック回路、ＤＲＡＭ等を混載したデバイスを作製するにあたり、基板上の、最適な膜厚を有する絶縁層の個所に素子を形成することができるので、作製工程を減らしながらも高機能で多機能な素子を作製可能な貼り合わせ基板となる。
本発明の貼り合わせ基板の製造工程の第一の態様を示すフロー図である。 本発明の貼り合わせ基板の製造工程の第二の態様を示すフロー図である。 本発明の貼り合わせ基板の製造工程の第一の態様において、絶縁層が形成されたベース基板の断面写真である。
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
前述のような基板浮遊効果の問題を解決するために、ＭＯＳＦＥＴパターンに対しボディ部からの引き出し素子領域とコンタクトを設けてボディ電位を制御する必要があるが、そのためにはセル面積やセンスアンプ部の面積などが大幅に増大してしまい、ＤＲＡＭの最大の特徴である高集積化を損なってしまう問題があった。
この問題の対応として、ＳＯＩ基板上に非ＳＯＩ領域を設けることにより、基板浮遊効果と相性の悪い回路部を非ＳＯＩ領域に形成する方法として、例えば特許文献１や特許文献２の方法が提案されていた。
しかしながら、何れの方法においても、ＳＯＩ基板の構造及びＳＯＩ領域のＢＯＸ層の構造に関する詳細な記述はなく、より簡単に部分ＳＯＩ基板を製造する方法が望まれていた。
本発明者らは、ベース基板の多孔質層が形成された部分と多孔質層が形成されていない部分に対する絶縁層の形成速度の差を利用することにより、部分的に厚さの異なる絶縁層を熱処理によって形成し、該厚さの異なる絶縁層の厚さの薄い部分に相当する厚さ分をエッチングした後にベース基板とボンド基板を貼り合わせることによって、容易に且つ低コストで基板の一部に絶縁層を有する貼り合わせ基板を製造することができることを見出して、本発明を完成させた。
以下、本発明について実施の形態を図１及び図２を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１及び図２は、本発明の貼り合わせ基板の製造工程の第一の態様と第二の態様とを示すフロー図である。
［多孔質層形成工程］
本発明の多孔質層形成工程では、ベース基板１の貼り合わせ面に部分的に又は厚さが部分的に異なる多孔質層５を形成する（図１（ａ）〜（ｇ）、図２（ａ）〜（ｅ））。この多孔質層形成工程を行うことで、ベース基板の多孔質層が形成された部分と多孔質層が形成されていない部分に対する絶縁層の形成速度の差を利用することが可能となるため、後述する絶縁層形成工程において部分的に厚さの異なる絶縁層を形成することができる。
本発明にかかるベース基板１としては、特に制限されないが、シリコン基板、特にシリコン単結晶基板であることが好ましい。ベース基板１がシリコン基板、特にシリコン単結晶基板であれば、取り扱いが容易であり、さらに、下記に説明するように、多孔質層としてポーラスシリコンを容易に形成できる。もちろん、化合物半導体等の他の半導体基板、石英基板などを用いることもできる。
以下、多孔質層形成工程の第一と第二の態様を例示するが、本発明にかかる多孔質層形成工程はこれに限られるものではない。
多孔質層形成工程の第一の態様として、ベース基板の貼り合わせ面に厚さが部分的に異なる多孔質層を形成する場合に、少なくとも、前記ベース基板１の貼り合わせ面に保護膜２を形成し、該保護膜２上にレジスト膜３を塗布し、フォトリソグラフィーによりレジストマスク４を形成し、前記保護膜２を前記レジストマスク４の形状にパターン成形し、前記レジストマスク４を除去し、前記パターン成形された保護膜２’を有する前記ベース基板１の貼り合わせ面に前記多孔質層５を形成することで、前記ベース基板１の貼り合わせ面の全体に厚さが部分的に異なる前記多孔質層５を形成することができる（図１（ａ）〜（ｇ）参照）。
このような多孔質層形成工程であれば、保護膜がない個所は深く多孔質層が形成され、保護膜がある個所は浅く多孔質層が形成されるため、ベース基板の貼り合わせ面の全体に、厚さが部分的に異なる多孔質層を形成することが容易となるため好ましい。以下、図１を用いて説明する。
図１に示すようにまず、準備したベース基板１上に保護膜２を形成する（図１（ａ）、（ｂ））。この保護膜の膜厚はベース基板１上に形成される絶縁層６の膜厚に関係するが、具体的な厚さは多孔質層５の形成方法、例えば後述の陽極酸化法の条件とも関係して決定される。すなわち、陽極酸化法により多孔質層５を形成する場合は、その条件、特にＨＦ濃度によって、保護膜２がエッチングされる速度に違いが生じるため、保護膜２の膜厚は、あとの陽極酸化条件に大きく依存することになる。このとき、保護膜２を酸化膜とすることが好ましい。
その後、保護膜２上にレジスト膜３を塗布し（図１（ｃ））、フォトリソグラフィーによりレジストマスク４を形成する（図１（ｄ））。次いで、エッチング等により保護膜２をレジストマスク４の形状にパターン成形して、パターン成形された保護膜２’とし（図１（ｅ））、レジストマスク４を除去する（図１（ｆ））。このようなパターン形成のためのフォトリソグラフィーは、一般的な方法を用いて行うことができる。
この場合、図１（ｄ）において形成されるレジストマスク４のパターンは絶縁層６の厚さを変化させたい個所に対応させる。パターン成形された保護膜２’は多孔質層５の形成を妨げるように働くため、パターン成形された保護膜２’で覆われた個所には浅く多孔質層５が形成され、覆われていない個所には深く多孔質層５が形成されることとなる。そのため、絶縁層形成工程後には、パターン成形された保護膜２’で覆われた個所は絶縁層６が薄い個所になり、パターン成形された保護膜２’で覆われていない個所は絶縁層６が厚い個所になる。尚、このときパターン成形された保護膜２’で覆われておらず、絶縁層６が厚く形成された個所は、後に製造される貼り合わせ基板１０において、エッチングされずに残った絶縁層６’が形成される個所となる。
その後、パターン成形された保護膜２’を有するベース基板１の貼り合わせ面に多孔質層５を形成する（図１（ｇ））。このようにパターン成形された保護膜２’を有するベース基板１に対して多孔質層５を形成すると、パターン成形された保護膜２’に覆われた個所は覆われていない個所に比べて多孔質層５の形成に遅延が生じ、結果的に厚さが部分的に異なる多孔質層５が形成される。特に、後述する陽極酸化法等の、多孔質層５の形成が基板内部に向かって進む方法を用いた場合には、表面に段差がない、すなわち、表面が平坦なベース基板１となる。このように、多孔質層５を形成した後のベース基板１の貼り合わせ面が平坦であれば、貼り合わせが容易であるため好ましい。
また、多孔質層形成工程の第二の態様として、ベース基板の貼り合わせ面に部分的に多孔質層を形成する場合に、少なくとも、前記ベース基板１の貼り合わせ面にレジスト膜３を塗布し、フォトリソグラフィーによってレジストマスク４を形成し、該ベース基板１の貼り合わせ面に多孔質層５を形成した後に、前記レジストマスク４を除去することで、前記ベース基板１の貼り合わせ面に部分的に前記多孔質層５を形成することが好ましい（図２（ａ）〜（ｅ）参照）。
このような多孔質層形成工程であれば、ベース基板の貼り合わせ面に部分的に多孔質層を形成することが容易となるため好ましい。以下、図２を用いて説明する。
図２に示すようにまず、準備したベース基板１上にレジスト膜３を塗布し（図２（ａ）、（ｂ））、フォトリソグラフィーによりレジストマスク４を形成する（図２（ｃ））。このようなパターン成形のためのフォトリソグラフィーは、一般的な方法を用いて行うことができる。このパターンは絶縁層６の膜厚を厚くしたい個所に対応させる。この場合、絶縁層形成工程後には、レジストマスク４で覆われた個所は絶縁層６が薄い個所になり、レジストマスク４で覆われていない個所は絶縁層６が厚い個所になる。尚、このときレジストマスク４で覆われておらず、絶縁層６が厚く形成された個所は、後に製造される貼り合わせ基板１０において、エッチングされずに残った絶縁層６’が形成される個所となる。
その後、レジストマスク４を有するベース基板１の貼り合わせ面に多孔質層５を形成し（図２（ｄ））、レジストマスク４を除去する（図２（ｅ））。このようにレジストマスク４を有するベース基板１に対して多孔質層５を形成すると、レジストマスク４に覆われた個所は多孔質層５の形成が進まないため、ベース基板１の貼り合わせ面に部分的に多孔質層５を形成することができる。特に、後述する陽極酸化法等の、多孔質層５の形成が基板内部に向かって進む方法を用いた場合には、表面に段差がない、すなわち、表面が平坦なベース基板１となる。このように、多孔質層５を形成した後のベース基板１の貼り合わせ面が平坦であれば、貼り合わせが容易であるため好ましい。
また、上記の第一、第二の態様における多孔質層形成工程において、ベース基板の貼り合わせ面を陽極酸化することで、ベース基板の貼り合わせ面に部分的に又は厚さが部分的に異なる多孔質層を形成することが好ましい。このような陽極酸化法によれば多孔質層を容易に形成でき、かつ多孔質層の厚さ、多孔度、孔径を基板の用途に応じて容易に制御できるため好ましい。以下、この陽極酸化法を用いた方法について説明する。
例えばＨＦ（フッ化水素）含有液等の陽極酸化液中でシリコン単結晶基板等のベース基板１を陽極として電流を流すことにより、ベース基板１の表面に、数ｎｍの径の微細孔を有する多孔質層５（多孔質体）を形成する（図１（ｇ）、図２（ｄ）参照）。ここで、ＨＦ含有液等の陽極酸化液の組成やイオン濃度、電流値を変更することで、多孔質層５の多孔度、厚さ、及び孔径等を調整することができる。例えば、ＨＦ濃度が３０％、電流印加時間が８秒である場合には、多孔質層５の厚さが約２００ｎｍ、多孔度が約４０％になりうる。この陽極酸化法の条件に依存する多孔質層５の多孔度、厚さ、及び孔径等は、要求される絶縁層の膜厚等を勘案して決定することができる。
さらに、多孔質層形成工程において、ベース基板１の貼り合わせ面に厚さが部分的に異なる多孔質層５を形成する場合に（図１（ａ）〜（ｇ）参照）、ベース基板１の貼り合わせ面を陽極酸化すると供に、パターン成形された保護膜２’が除去されることが好ましい。この場合、パターン成形された保護膜２’に覆われていない個所は深く多孔質層５が形成され、パターン成形された保護膜２’に覆われている個所は保護膜２’がＨＦにより除去されるまでの間は多孔質層５の形成が行われないので、形成される多孔質層５は浅くなる。そのため、ベース基板１の貼り合わせ面の全体に、厚さが部分的に異なる多孔質層５を形成することが容易となる。
なお、多孔質層５は、陽極酸化法以外の方法によって形成されてもよい。例えば、多数の微細開口を有するマスクを通してベース基板１をドライエッチング又はウエットエッチングすることによっても多孔質層５を形成することができる。
また、図１（ａ）、（ｊ）及び図２（ａ）、（ｈ）において準備するベース基板１及び／又はボンド基板７としては、シリコン基板、特にシリコン単結晶基板を用いることが好ましい。このように、ベース基板１としてシリコン基板を用いることで、前述の多孔質層形成工程において多孔質層５を形成することが容易となり、上記陽極酸化法により、多孔質層５としてのポーラスシリコンを形成することが容易となるため好ましい。また後述する絶縁層形成工程において、ベース基板１に絶縁層６を形成することが容易となるため好ましい。また、ボンド基板７としてシリコン基板を用いることで、薄膜化工程において形成される薄膜層８はいわゆるＳＯＩ層となり、ロジック回路、ＤＲＡＭ等を混載した種々の多機能化デバイス製造に適用できる、基板の一部に絶縁層を有する部分ＳＯＩ基板となるため好ましい。さらに、ベース基板１及びボンド基板７の両方とも、シリコン基板を用いることで、反りの発生が抑制され、構造自体も複雑なものではなく、従来の工程を応用でき、低コストで歩留り良く製造することができる貼り合わせ基板の製造方法となるため好ましい。
［絶縁層形成工程］
本発明の絶縁層形成工程では、ベース基板１に熱処理を行うことによって多孔質層５を絶縁層６に変化させることで、ベース基板１の貼り合わせ面に部分的に厚さの異なる絶縁層６を形成する（図１（ｈ）、図２（ｆ））。この場合、絶縁層形成工程において、多孔質層５が形成されたベース基板１に熱酸化処理を行い、多孔質層５を酸化膜に変化させることで、ベース基板１の貼り合わせ面に部分的に厚さの異なる絶縁層６を形成することが好ましい。このように、酸化膜を形成することで、ベース基板１の貼り合わせ面に部分的に厚さの異なる絶縁層６をより容易に形成することができる。このときの酸化条件、酸化方法は、製造される貼り合わせ基板１０が基板の一部に有する絶縁層６’の膜厚等によって適宜決定する。
多孔質層５は通常のベース基板１の表面と比べて絶縁層６が形成される速度が速いことを本発明者らは見出した。例えば、ベース基板１としてシリコン単結晶基板を用いた場合には、多孔質層５としてのポーラスシリコン層はそれ以外のシリコン単結晶基板と比べて酸化速度が１．５倍程度大きい。この形成速度の違いにより、多孔質層５を選択的に早く形成して絶縁層６を形成することが可能である。その結果として、多孔質層５の厚さに応じた絶縁層６としての酸化膜を形成することが可能になる。このときの酸化条件としては、多機能化デバイス等の先端デバイス用途を考えれば１μｍ未満の比較的薄い酸化膜が必要とされることから、１０００℃以下の比較的低温が好まれるが、もちろん厚い酸化膜を形成することも可能であり、この場合は、１１００℃等の高温で、水蒸気酸化など酸化速度が速い方法が好まれる。
［絶縁層除去工程］
本発明の絶縁層除去工程では、厚さの異なる絶縁層６の、厚さの薄い部分に相当する厚さ分をエッチングして除去し、ベース基板１の貼り合わせ面上の一部に、エッチングされずに残った絶縁層６’を露出させる（図１（ｉ）、図２（ｇ））。このようにして、絶縁層６の厚さの薄い部分はエッチングにより除去し、厚さの厚い部分は、厚さの薄い部分に相当する厚さ分だけ薄くすることによって、ベース基板１の貼り合わせ面上に絶縁層のある個所と無い個所を形成する。このときのエッチング方法としては、特には限定されないが、例えばＨＦ処理とすることができる。尚、絶縁層形成工程において、ベース基板１及びボンド基板７の貼り合わせ面の両方に絶縁層６を形成した場合は、両基板上に形成された絶縁層６それぞれに対してエッチングを行い、厚さの薄い部分に相当する厚さ分だけ薄くすることによって、両基板の貼り合わせ面上に絶縁層のある個所と無い個所を形成する。
［貼り合わせ工程］
本発明の貼り合わせ工程では、ベース基板１の、エッチングされずに残った絶縁層６’が露出された貼り合わせ面とボンド基板７を貼り合わせる（図１（ｋ）、図２（ｉ））。また、本発明の貼り合わせ工程では、貼り合わせ後に結合強度を上げるために結合熱処理を行うこともできる。この貼り合わせ工程の条件は特に限定されず、通常の貼り合わせ基板を作製する条件のいずれをも適用することができる。
［薄膜化工程］
本発明の薄膜化工程では、貼り合わせ工程後に、貼り合わせられたボンド基板７を薄膜化して薄膜層８を形成する（図１（ｌ）、図２（ｊ））。この場合の薄膜化方法としては、一般に用いられる方法で行うことができ、エッチングや研磨による方法も可能であるし、貼り合わせ前にボンド基板７に水素イオンを注入してイオン注入層を形成し、その後熱処理して該イオン注入層で剥離、薄膜化する方法等でも良い。
ここで、ボンド基板７としては、特に制限されないが、シリコン、特にシリコン単結晶からなるものとし、すなわち薄膜層８をＳＯＩ層とすることが好ましい。薄膜層８がシリコンであれば、取り扱いが容易であり、ロジック回路、ＤＲＡＭ等を混載した種々の多機能化デバイス製造が容易となるため好ましい。もちろん、薄膜層は、化合物半導体等、他の半導体であっても良い。
薄膜化工程後に、薄膜層８の表面改質のため、熱処理や仕上げの研磨、さらにはエピタキシャル成長を行うことも可能である。これらの表面改質等の処理としては、実際のデバイス設計で求められる表面品質に合わせた処理を適宜選択することが出来る。こうして、本発明にかかる、基板の一部に絶縁層を有する貼り合わせ基板１０を製造することができる。このようにして製造された貼り合わせ基板１０には、各種回路それぞれの回路特性に応じた絶縁層が形成されており、該基板上に、例えばロジック回路、ＤＲＡＭ等を混載することによって、多機能化デバイスを作製することが可能である。
このように、本発明においては、基板面内において任意の個所に絶縁層を形成することが可能であり、また回路特性に応じた絶縁層を選択することによって、デバイスの高機能化が達成できる。
以下、実施例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
抵抗率０．０５Ω・ｃｍのボロンをドープした直径１５０ｍｍのシリコン単結晶基板をベース基板として、まずこれを温度１０００℃、Ｐｙｒｏ雰囲気で９０分の熱処理を行い、保護膜として２００ｎｍの酸化膜を形成した。この後、基板上にレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィーによってレジストマスクを形成した。このときレジスト膜として、ネガレジストを選択した。貼り合わせ基板としたときに絶縁層になる個所は、１ｍｍ角の開口部とした。このレジストマスク付き基板において、バッファードＨＦ溶液にて保護膜をエッチングし、硫酸過酸化水素混合液にてレジストマスクを除去後、ＲＣＡ洗浄を実施することで、保護膜をレジストマスクの形状にパターン成形した。このベース基板に対してＨＦ濃度が２５％ 、電流印加時間が５０秒で陽極酸化を行い、厚さが約１００ｎｍ、多孔度が約４０％の多孔質層を形成した。保護膜のある個所は、この保護膜がＨＦにてエッチングされるまでの間多孔質層が形成されないため、結果として、ベース基板の貼り合わせ面に厚さが部分的に異なる多孔質層が形成された。陽極酸化後に、ベース基板をＰｙｒｏ雰囲気、温度１０００℃で１時間熱酸化処理を行い、多孔質層を酸化膜に変化させることで、ベース基板の貼り合わせ面に部分的に厚さの異なる絶縁層を形成した。この場合、保護膜のなかった多孔質層は０．１５μｍの酸化膜に、保護膜のあった多孔質層は、０．０９μｍの酸化膜となった。絶縁層が形成されたベース基板の断面写真を図３に示す。図３に示すように、ベース基板の貼り合わせ面に部分的に厚さの異なる絶縁層が形成されていることが分かった。
このような絶縁層が形成されたベース基板を１％ＨＦに１０分浸漬し、絶縁層の厚さの薄い部分に相当する厚さ分、すなわち０．０９μｍ分だけエッチングによって除去した。これにより、エッチングされずに基板上に残った酸化膜の厚さは、０．０６μｍとなった。このようにして貼り合わせ面上の一部に絶縁層である酸化膜が露出されたベース基板に、ボンド基板として抵抗率０．０５Ω・ｃｍのボロンをドープした直径１５０ｍｍのシリコン基板を貼り合わせ、１１５０℃で結合熱処理を行った。その後、ボンド基板を研磨して薄膜化することで、シリコン層厚１０μｍのＳＯＩ基板とした。以上のようにして、基板の一部に厚さ０．０６μｍの酸化膜を持った部分ＳＯＩ基板を作製した。
（実施例２）
抵抗率０．０５Ω・ｃｍのボロンをドープした直径１５０ｍｍのシリコン単結晶基板をベース基板として、まず基板上にレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィーによってレジストマスクを形成した。このときレジスト膜として、ネガレジストを選択した。貼り合わせ基板としたときに絶縁層になる個所は、１ｍｍ角の開口部とした。このベース基板に対してＨＦ濃度が２５％ 、電流印加時間が５０秒で陽極酸化を行い、厚さが約１００ｎｍ、多孔度が約４０％の多孔質層を形成した。レジストマスクのある個所は陽極酸化されないため陽極酸化された個所、されない個所がベース基板上に形成され、結果として、ベース基板の貼り合わせ面に部分的に多孔質層を形成することができた。陽極酸化後にレジストマスク除去後、ベース基板をＰｙｒｏ雰囲気、温度１０００℃で１時間熱酸化処理を行い、多孔質層を酸化膜に変化させることで、ベース基板の貼り合わせ面に部分的に厚さの異なる絶縁層を形成した。この場合、レジストマスクのなかった個所（多孔質層）は０．１５μｍの酸化膜に、レジストマスクのあった個所（非多孔質層）は、０．０９μｍの酸化膜となった。絶縁層が形成されたベース基板の断面を確認したところ、図３と同じく、ベース基板の貼り合わせ面に部分的に厚さの異なる絶縁層が形成されていることが分かった。
このような絶縁層が形成されたベース基板を１％ＨＦに１０分浸漬し、絶縁層の厚さの薄い部分に相当する厚さ分、すなわち０．０９μｍ分だけエッチングによって除去した。これにより、エッチングされずに基板上に残った酸化膜の厚さは、０．０６μｍとなった。このようにして貼り合わせ面上の一部に絶縁層である酸化膜が露出されたベース基板に、ボンド基板として抵抗率０．０５Ω・ｃｍのボロンをドープした直径１５０ｍｍのシリコン基板を貼り合わせ、１１５０℃で結合熱処理を行った。その後、ボンド基板を研磨して薄膜化することで、シリコン層厚１０μｍのＳＯＩ基板とした。以上のようにして、基板の一部に厚さ０．０６μｍの酸化膜を持った部分ＳＯＩ基板を作製した。
このように、本発明の貼り合わせ基板の製造方法であれば、ベース基板の貼り合わせ面に部分的に又は厚さが部分的に異なる多孔質層を形成し、多孔質層を熱酸化により酸化膜に変化させることで、ベース基板の貼り合わせ面に部分的に厚さの異なる絶縁層を形成することができる。そしてこの絶縁層の厚さの薄い部分に相当する厚さ分だけエッチングにより除去し、このベース基板とボンド基板を貼り合わせることによって、基板の一部に絶縁層を有する貼り合わせ基板を容易に製造することができる。
また、本発明の貼り合わせ基板には、絶縁層がある個所と無い個所が存在するが、貼り合わせ界面は平坦であることから、絶縁層及びベース基板と薄膜層との界面は平坦である。従って、通常通りにフォトリソグラフィー工程を行うことによりデバイスを作製できる。よって、同一基板上にロジック回路、ＤＲＡＭ等を混載した多機能化デバイスを作製するにあたり、基板上の、最適な膜厚を有する絶縁層の位置に素子を形成することができるので、作製工程を減らしながらも高機能で多機能な素子を作製可能な貼り合わせ基板となる。
なお、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。
１…ベース基板、 ２…保護膜、 ２’…パターン成形された保護膜、
３…レジスト膜、 ４…レジストマスク、 ５…多孔質層、 ６…絶縁層、
６’…エッチングされずに残った絶縁層、 ７…ボンド基板、 ８…薄膜層、
１０…貼り合わせ基板。

Claims (7)

  1. ベース基板とボンド基板を貼り合わせることによって形成され、基板の一部に絶縁層を有する貼り合わせ基板の製造方法であって、少なくとも、
    前記ベース基板の貼り合わせ面に、部分的に又は厚さが部分的に異なる多孔質層を形成する多孔質層形成工程と、
    該多孔質層が形成されたベース基板に熱処理を行い、前記多孔質層を前記絶縁層に変化させることによって、前記ベース基板の貼り合わせ面に部分的に厚さの異なる前記絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
    該厚さの異なる絶縁層の、厚さの薄い部分に相当する厚さ分をエッチングして除去し、前記ベース基板の貼り合わせ面上の一部に、エッチングされずに残った前記絶縁層を露出させる絶縁層除去工程と、
    前記ベース基板の、前記エッチングされずに残った絶縁層が露出された貼り合わせ面と前記ボンド基板を貼り合わせる貼り合わせ工程と、
    該貼り合わせられたボンド基板を薄膜化して薄膜層を形成する薄膜化工程と、
    を有することを特徴とする貼り合わせ基板の製造方法。
  2. 前記多孔質層形成工程において、前記ベース基板の貼り合わせ面に厚さが部分的に異なる前記多孔質層を形成する場合に、少なくとも、
    前記ベース基板の貼り合わせ面に保護膜を形成し、該保護膜上にレジストマスクを形成し、前記保護膜を前記レジストマスクの形状にパターン成形し、前記レジストマスクを除去し、前記パターン成形された保護膜を有する前記貼り合わせ面に前記多孔質層を形成することで、前記ベース基板の貼り合わせ面の全体に、厚さが部分的に異なる前記多孔質層を形成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. 前記多孔質層形成工程において、前記ベース基板の貼り合わせ面に部分的に前記多孔質層を形成する場合に、少なくとも、
    前記ベース基板の貼り合わせ面にレジストマスクを形成し、該レジストマスクを形成した貼り合わせ面に多孔質層を形成した後に、前記レジストマスクを除去することで、前記ベース基板の貼り合わせ面に、部分的に前記多孔質層を形成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。
  4. 前記多孔質層形成工程において、前記ベース基板の貼り合わせ面を陽極酸化することで、該貼り合わせ面に部分的に又は厚さが部分的に異なる前記多孔質層を形成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１項に記載の貼り合わせ基板の製造方法。
  5. 前記多孔質層形成工程において、前記ベース基板の貼り合わせ面に、厚さが部分的に異なる前記多孔質層を形成する場合に、
    前記パターン成形した保護膜を形成した前記ベース基板の貼り合わせ面を陽極酸化すると供に、該保護膜を除去することを特徴とする請求項２に記載の貼り合わせ基板の製造方法。
  6. 前記ベース基板及び／又はボンド基板としてシリコン基板を用いることによって、基板の一部に絶縁層を有する部分ＳＯＩ基板を製造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１項に記載の貼り合わせ基板の製造方法。
  7. 前記絶縁層形成工程において、前記多孔質層が形成されたベース基板に熱酸化処理を行い、前記多孔質層を酸化膜に変化させることによって、前記部分的に厚さの異なる絶縁層を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の貼り合わせ基板の製造方法。
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