JP3257624B2 - 半導体部材の製造方法 - Google Patents
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や、太陽電池、半導体レーザー、発光ダイオード等の半
導体素子を形成する為の半導体部材の製造方法に関し、
特に半導体層を別の基体上に移設(transfer)
する工程を含む半導体部材の製造方法に関する。
板、半導体装置等の名称で知られており、その半導体領
域を利用して半導体素子が形成されているものや、半導
体素子が形成される前の状態のものを含むものとする。
上に半導体層を有するものもある。
シリコン オン インシュレーター(SOI)技術とし
て広く知られ、通常のSi集積回路を作製するバルクS
i基板では到達しえない数々の優位点をSOI技術を利
用したデバイスが有することから多くの研究が成されて
きた。すなわち、SOI技術を利用することで、 1.誘電体分離が容易で高集積化が可能、 2.対放射線耐性に優れている、 3.浮遊容量が低減され高速化が可能、 4.ウエル工程が省略できる、 5.ラッチアップを防止できる、 6.薄膜化による完全空乏型電界効果トランジスタが可
能、 等の優位点が得られる。これらは例えば以下の文献に詳
しい。SpecialIssue:“Single−c
rystal silicon on non−sin
gle−crystal insulators”;e
dited by G.W.Cullen,Journ
al of Crystal Growth,volu
me 63,no 3,pp429〜590(198
3)。
OSFETの高速化、低消費電力化を実現する基板とし
て多くの報告がなされている(IEEE SOI co
nference 1994)。また、SOI構造を用
いると素子の下部に絶縁層があるので、バルクSiウエ
ハ上に素子を形成する場合と比べて、素子分離プロセス
が単純化できる結果、デバイスプロセス工程が短縮され
る。すなわち、高性能化と合わせて、バルクSi上のM
OSFET、ICに比べて、ウエハコスト、プロセスコ
ストのトータルでの低価格化が期待されている。
の向上による高速化、低消費電力化が期待されている。
MOSFETの閾値電圧(Vth)は一般的にはチャネル
部の不純物濃度により決定されるが、SOIを用いた完
全空乏型(FD;FullyDepleted)MOS
FETの場合には空乏層厚がSOIの膜厚の影響を受け
ることになる。したがって、大規模集積回路を歩留まり
よくつくるためには、SOI膜厚の均一性が強く望まれ
ていた。
は得られない高い性能、たとえば、高速、発光などを持
っている。現在は、これらのデバイスはほとんどGaA
s等の化合物半導体基板上にエピタキシャル成長をして
その中に作り込まれている。しかし、化合物半導体基板
は、高価で、機械的強度が低く、大面積ウエハは作製が
困難などの問題点がある。
も高く、大面積ウエハが作製できるSiウエハ上に、化
合物半導体をヘテロエピタキシャル成長させる試みがな
されている。
年代頃から盛んであった。初期には、絶縁物であるサフ
ァイア基板の上に単結晶Siをヘテロエピタキシャル成
長する方法(SOS:Sapphire on Sil
icon)や、多孔質Siの酸化による誘電体分離によ
りSOI構造を形成する方法(FIPOS:Fully
Isolation by Porous Oxid
ized Silicon)、酸素イオン注入法がよく
研究された。
にN型Si層をプロトンイオン注入、(イマイ他、J.
Crystal Growth,vol 63,547
(1983))、もしくは、エピタキシャル成長とパタ
ーニングによって島状に形成し、表面よりSi島を囲む
ようにHF溶液中の陽極化成法によりP型Si基板のみ
を多孔質化したのち、増速酸化によりN型Si島を誘電
体分離する方法である。本方法では、分離されているS
i領域は、デバイス工程のまえに決定されており、デバ
イス設計の自由度を制限する場合があるという問題点が
ある。
って初めて報告されたSIMOXと呼ばれる方法であ
る。Siウエハに酸素イオンを1017〜1018/cm2
程度注入したのち、アルゴン・酸素雰囲気中で1320
度程度の高温でアニールする。その結果、イオン注入の
投影飛程(Rp)に相当する深さを中心に注入された酸
素イオンがSiと結合して酸化Si層が形成される。そ
の際、酸化Si層の上部の酸素イオン注入によりアモル
ファス化したSi層も再結晶化して、単結晶Si層とな
る。表面のSi層中に含まれる欠陥は従来105 /cm
2 と多かったが、酸素の打ち込み量を4×1017/cm
2 付近にすることで、〜102 /cm2 まで低減するこ
とに成功している。しかしながら、酸化Si層の膜質、
表面Si層の結晶性等を維持できるような注入エネルギ
ー、注入量の範囲が狭いために、表面Si層、埋め込み
酸化Si層(BOX;Burried Oxide)の
膜厚は特定の値に制限されていた。所望の膜厚の表面S
i層を得るためには、犠牲酸化、ないしは、エピタキシ
ャル成長することが必要であった。その場合、膜厚の分
布には、これらプロセスによる劣化分が重畳される結
果、膜厚均一性が劣化するという問題点がある。
Siの形成不良領域が存在することが報告されている。
この原因のひとつとしては、注入時のダスト等の異物が
考えられている。パイプの存在する部分では活性層と支
持基板の間のリークによりデバイス特性の劣化が生じて
しまう。
常の半導体プロセスで使用するイオン注入と比べ注入量
が多いため、専用の装置が開発されてもなお、注入時間
は長い。イオン注入は所定の電流量のイオンビームをラ
スタースキャンして、あるいは、ビームを拡げて行われ
るため、ウエハの大面積化に伴い、注入時間の増大が想
定される。また、大面積ウエハの高温熱処理では、ウエ
ハ内の温度分布によるスリップの発生などの問題がより
シビアになることが指摘されている。SIMOXでは1
320℃というSi半導体プロセスでは通常使用しない
高温での熱処理が必要であることから、装置開発を含め
て、この問題の重要性がさらに大きくなることが懸念さ
れている。
法とは別に、近年、Si単結晶基板を、熱酸化した別の
Si単結晶基板に、熱処理又は接着剤を用いて貼り合
せ、SOI構造を形成する方法が注目を浴びている。こ
の方法は、デバイスのための活性層を均一に薄膜化する
必要がある。すなわち、数百μmもの厚さのSi単結晶
基板をμmオーダーかそれ以下に薄膜化する必要があ
る。この薄膜化には以下のように3種類の方法がある。 (1).研磨による薄膜化 (2).局所プラズマエッチングによる薄膜化 (3).選択エッチングによる薄膜化 (1)の研磨では均一に薄膜化することが困難である。
特にサブμmの薄膜化は、ばらつきが数十%にもなって
しまい、この均一化は大きな問題となっている。さらに
ウエハの大口径化が進めばその困難度は増すばかりであ
る。
で1〜3μm程度まで(1)の研磨による方法で薄膜化
したのち、膜厚分布を全面で多点測定する。このあとこ
の膜厚分布にもとづいて、直径数mmのSF6 などを用
いたプラズマをスキャンさせることにより膜厚分布を補
正しながらエッチングして、所望の膜厚まで薄膜化す
る。この方法では膜厚分布を±10mm程度にできるこ
とが報告されている。しかし、プラズマエッチングの際
に基板上異物(パーティクル)があるとこの異物がエッ
チングマスクとなるために基板上に突起が形成されてし
まう。
るために、プラズマエッチング終了後にタッチポリッシ
ングが必要であるが、ポリッシング量の制御は時間管理
によって行われるので、最終膜厚の制御、および、ポリ
ッシングによる膜厚分布の劣化が指摘されている。さら
に研磨ではコロイダルシリカ等の研磨剤が直接に活性層
になる表面を擦るので、研磨による破砕層の形成、加工
歪みの導入も懸念されている。さらにウエハが大面積化
された場合にはウエハ面積の増大に比例して、プラズマ
エッチング時間が増大するため、スループットの著しい
低下も懸念される。
板に選択エッチング可能な膜構成をつくり込んでおく方
法である。例えば、P型基板上にボロンを1019/cm
3 以上の濃度に含んだP+ −Siの薄層とP型Siの薄
層をエピタキシャル成長などの方法で積層し、第1の基
板とする。これを酸化膜等の絶縁層を介して、第2の基
板と貼り合わせたのち、第1の基板の裏面を、研削、研
磨で予め薄くしておく。その後、P型層の選択エッチン
グで、P+ 層を露出、さらにP+ 層の選択エッチングで
P型層を露出させ、SOI構造を完成させるものであ
る。この方法はMaszaraの報告に詳しい(W.
P.Maszara,J.Electrochem.S
oc.,vol.138,341(1991))。
れているが、 ・せいぜい102 と選択比が十分でない。
チング後にタッチポリッシュが必要となる。しかし、そ
の結果、膜厚が減少するとともに、膜厚均一性も劣化し
やすい。特にポリッシングは時間によって研磨量を管理
するが、研磨速度のばらつきが大きいため、研磨量の制
御が困難である。したがって、100nmというような
極薄SOI層の形成において、特に問題となる。
エピタキシャル成長あるいはヘテロエピタキシャル成長
を用いているためSOI層の結晶性が悪い。また、被貼
り合わせ面の表面性も通常のSiウエハより劣る。 等の問題点がある(C.Harendt,et.a
l.,J.Elect.Mater.Vol.20,2
67(1991)、H.Baumgart,et.a
l.Extended Abstract of EC
S 1st International Sympo
sium of Wafer Bonding,pp−
733(1991)、C.E.Hunt,Extend
ed Abstract of ECS 1st In
ternational Symposium of
Wafer Bonding,pp−696(199
1))。また、選択エッチングの選択性はボロン等の不
純物の濃度差とその深さ方向プロファイルの急峻性に大
きく依存している。したがって、貼り合わせ強度を高め
るための高温のボンディングアニールや結晶性を向上さ
せるために高温のエピタキシャル成長を行ったりする
と、不純物濃度の深さ方向分布が拡がり、エッチングの
選択性が劣化してしまう。すなわち、エッチングの選択
比の向上の結晶性は貼り合わせ強度の向上の両立は困難
であった。
−21338号公報において、新規な半導体部材の製造
方法を提案した。当該公報に開示された方法は、次のと
おりのものである。即ち、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、前記
非多孔質単結晶半導体領域の表面に、表面が絶縁性物質
で構成された部材の表面を貼り合わせた後、前記多孔質
単結晶半導体領域をエッチングにより除去することを特
徴とする半導体部材の製造方法である。
均一性や結晶性に優れ、バッチ処理が可能な貼り合わせ
SOIを報告した(T.Yonehara et.a
l.,Appl.Phys.Lett.vol.64,
2108(1994))。以下、この貼り合わせSOI
の作製方法について図4(a)〜(c)を用いて説明す
る。
42を選択エッチングを行う材料として用いる。多孔質
層42の上に非多孔質単結晶Si層43をエピタキシャ
ル成長した後、酸化Si層45を介して第2の基板44
と貼り合わせる(図4(a))。第1の基板を裏面より
研磨等の方法で薄層化し、基板全面において多孔質Si
を露出させる(図4(b))。露出させた多孔質Siは
KOH、HF+H2 O 2 などの選択エッチング液により
エッチングして除去する(図4(c))。このとき、多
孔質SiのバルクSi(非多孔質単結晶Si)に対する
エッチングの選択比を10万倍と十分に高くできるの
で、あらかじめ多孔質上に成長した非多孔質単結晶Si
層を膜厚を殆ど減じることなく、第2の基板の上に移設
(transfer)し、SOI基板を形成することが
できる。したがって、SOIの膜厚均一性はエピタキシ
ャル成長時にほぼ決定づけられる。エピタキシャル成長
は通常半導体プロセスで使用されるCVD装置が使用で
きるので、佐藤らの報告(SSDM95)によれば、そ
の均一性は例えば100nm±2%以内が実現されてい
る。また、エピタキシャルSi層の結晶性も良好で3.
5×102 /cm2 が報告された。
物濃度の差とその深さ方向のプロファイルによっていた
ため、濃度分布を拡げてしまう熱処理の温度(貼り合わ
せ、エピタキシャル成長、酸化等)は概ね800℃以下
と大きく制約されていた。一方、この方法におけるエッ
チングは多孔質とバルクという構造の差がエッチングの
速度を決めているため、熱処理温度の制約は小さく、1
180℃程度の熱処理が可能であることが報告されてい
る。例えば貼り合わせ後の熱処理は、ウエハ同士の接着
強度を高め、貼り合わせ界面に生じる空隙(void)
の数、大きさを減少させることが知られている。また、
斯様な構造差にもとづくエッチングでは多孔質Si上に
付着したパーティクルがあっても、膜厚均一性に影響を
及ぼさない。
基板は、必ず2枚のウエハを必要とし、そのうち1枚は
ほとんど大部分が研磨・エッチング等により無駄に除去
され捨てられており、限りある地球の資源が無駄となっ
ている。したがって、貼り合わせによるSOIにおいて
は、その制御性、均一性の他低コスト化、経済性の向上
が望まれているところである。
く作製するとともに、同時にウエハの再使用等による省
資源、コストダウンを実現する方法が望まれていた。
板を貼り合わせた後、貼り合わされた基板を多孔質層に
おいて分離し、分離後の一方の基板から残留多孔質を除
去して、この基板を再利用する半導体基板の製造方法を
特開平7−302889号公報で提案した。当該公報に
開示された方法の1例を以下に図5(a)〜(c)を用
いて説明する。
て多孔質層52を形成したのち、その上に単結晶Si層
53を形成し、この単結晶Si層と第1のSi基体とは
別の第2のSi基板54の主面とを絶縁層55を介して
貼り合わせる(図5(a))。この後、多孔質層で貼り
合わせたウエハを分割し(図5(b))、第2のSi基
体側の表面に露出した多孔質Si層を選択的に除去する
ことにより、SOI基板を形成する(図5(c))。第
1の基板41は、残留した多孔質層を除去して再利用す
ることができる。
明は、多孔質シリコン層の構造が、非多孔質シリコンに
比べて脆弱である点を利用して基板を分離するものであ
り、一度半導体基板の作製工程に使用した基板を再度、
半導体基板の作製工程に利用できるので半導体基板の低
コスト化を図る上で非常に有用なものである。
号公報には、多孔質シリコン層上に太陽電池の光電変換
部を構成する半導体層を形成した後、該半導体層を多孔
質層から分離することが開示されており、やはり、ここ
でも多孔質シリコン層が形成されていた基板を再利用す
ることが示されている。
て、基体を分離するものの他に、このような多孔質シリ
コン層を用いずに基体を分離する技術が特開平5−21
1128号公報に開示されている。この公報に開示され
ているのは、シリコン基板中にイオン注入によりバブル
層を作り、該バブル層に熱処理による結晶再配列と気泡
の凝集とを生じさせて、シリコン基板の最表面側の領域
(この公報では「薄い半導体材料フィルム」と呼ばれて
いる)を、バブル層を境にして剥がす方法である。ここ
でいう薄い半導体材料フィルムとは、要するにバルクS
i最表面の注入イオンが存在しないか、存在量が極めて
少ない領域のことである。しかしながら、バルクのSi
ウエハには、フローパターンディフェクト(FPD;F
low Pattern Defect)(T.Ab
e,Extended Abst.Electroch
em.Soc.Spring Meeting vo
l.95−1,pp.596,(May,1995))
やCOP(Crystal Originated P
articles)(山本秀和、「大口径シリコンウエ
ハへの要求課題」、第23回ウルトラクリーンテクノロ
ジーカレッジ、(Aug.1996))等、それに特有
の欠陥が存在していることが明らかになってきている。
従って、この薄い半導体材料フィルムには、フローパタ
ーンディフェクトやCOPが存在することとなる。
も、このようなフローパターンディフェクトやCOPが
存在しない形で半導体材料フィルムをシリコン基板から
分離することができれば、前述した所謂多孔質シリコン
を用いる方法とは別に、実用的な半導体部材を低コスト
で供給できる可能性がある。そこで、本発明者らは、こ
の点に鑑みて、検討を行い、この発明を完成するに至っ
た。
体を貼り合わせる工程を有する半導体部材の製造方法で
あって、該基体の1部を該半導体部材の原材料として再
利用し得る半導体部材の製造方法を提供することにあ
る。
造方法は、シリコン基板と該シリコン基板上に配された
エピタキシャル半導体層と該シリコン基板あるいは該エ
ピタキシャル半導体層の少なくともいずれか一方に形成
されたイオン注入層とを有する第1の基体を用意する工
程、該第1の基体と第2の基体とを該エピタキシャル半
導体層が内側に位置する多層構造体が得られるように貼
り合わせる工程、該イオン注入層において該多層構造体
を分離する分離工程、及び該分離工程後該第2の基体側
に残ったイオン注入層を除去する工程を含むことを特徴
とする該第2の基体上に該エピタキシャル半導体層を有
する半導体部材の製造方法であって、 (1)該多層構造
体の端部で該イオン注入層を酸化して該イオン注入層に
おいて該多層構造体を分離する、(2)該イオン注入層
に電流を流し該多層構造体を部分的に加熱し、該イオン
注入層において該多層構造体を分離する、(3)該シリ
コン基板と該エピタキシャル半導体層との界面を含み形
成されたイオン注入層を有する第1の基体を用意する、
(4)該第2の基体に移設された該エピタキシャル半導
体層上には該第1の基体を構成する該シリコン基板は残
留していない、(5)該イオン注入層におけるイオン注
入量の最も高い濃度分布領域は、該エピタキシャル半導
体層内部、あるいは該シリコン基板と該エピタキシャル
半導体層の界面にある第1の基体を用意する、(6)該
エピタキシャル半導体層内部、あるいは該シリコン基板
と該エピタキシャル半導体層の界面に形成されたイオン
注入層を有する第1の基体を用意する、のいずれかの要
件を備える半導体部材の製造方法である。
ピタキシャル半導体層を備えたシリコン基板に、該エピ
タキシャル半導体層側からイオンを打ち込み形成された
イオン注入層を有する第1の基体を用意する工程、該第
1の基体と第2の基体とを該エピタキシャル半導体層が
内側に位置する多層構造体が得られるように貼り合わせ
る工程、該イオン注入層において該多層構造体を分離す
る分離工程、及び該分離工程後該第2の基体側に残った
イオン注入層を除去する工程を含むことを特徴とする該
第2の基体上に該エピタキシャル半導体層を有する半導
体部材の製造方法であって、 (1)該多層構造体の端部
で該イオン注入層を酸化して該イオン注入層において該
多層構造体を分離する、(2)該イオン注入層に電流を
流し該多層構造体を部分的に加熱し、該イオン注入層に
おいて該多層構造体を分離する、(3)該シリコン基板
と該エピタキシャル半導体層との界面を含み形成された
イオン注入層を有する第1の基体を用意する、(4)該
第2の基体に移設された該エピタキシャル半導体層上に
は該第1の基体を構成する該シリコン基板は残留してい
ない、(5)該イオン注入層におけるイオン注入量の最
も高い濃度分布領域は、該エピタキシャル半導体層内
部、あるいは該シリコン基板と該エピタキシャル半導体
層の界面にある第1の基体を用意する、(6)該エピタ
キシャル半導体層内部、あるいは該シリコン基板と該エ
ピタキシャル半導体層の界面に形成されたイオン注入層
を有する第1の基体を用意する、のいずれかの要件を備
える半導体部材の製造方法である。
リコン基板と該シリコン基板上に配されたエピタキシャ
ル半導体層と該シリコン基板あるいは該エピタキシャル
半導体層の少なくともいずれか一方に形成されたイオン
注入層とを有する第1の基体を用意する工程、該第1の
基体と第2の基体とを該エピタキシャル半導体層が内側
に位置する多層構造体が得られるように貼り合わせる工
程、該イオン注入層において該多層構造体を分離する分
離工程、及び該分離工程後、該第2の基体側に移設され
た該エピタキシャル半導体層を水素アニールする工程を
有することを特徴とする半導体部材の製造方法であっ
て、 (1)該エピタキシャル半導体層内部、あるいは該
シリコン基板と該エピタキシャル半導体層との界面に形
成されたイオン注入層を有する第1の基体を用意する、
(2)該第2の基体に移設された該エピタキシャル半導
体層上には該第1の基体を構成する該シリコン基板は残
留していない、(3)該イオン注入層におけるイオン注
入量の最も高い濃度分布領域は、該エピタキシャル半導
体層内部、あるいは該シリコン基板と該エピタキシャル
半導体層の界面にある第1の基体を用意する、のいずれ
かの要件を備える半導体部材の製造方法である。また本
発明の半導体部材の製造方法は、シリコン基板と該シリ
コン基板上に配されたエピタキシャル半導体層と該シリ
コン基板あるいは該エピタキシャル半導体層の少なくと
もいずれか一方に形成されたイオン注入層とを有する第
1の基体を用意する工程、該第1の基体と第2の基体と
を該エピタキシャル半導体層が内側に位置する多層構造
体が得られるように貼り合わせる工程、該イオン注入層
において該多層構造体を分離する分離工程、及び該分離
工程後、該第2の基体側に移設された該エピタキシャル
半導体層表面を研磨する工程を有することを特徴とする
半導体部材の製造方法であって、 (1)該エピタキシャ
ル半導体層内部、あるいは該シリコン基板と該エピタキ
シャル半導体層との界面に形成されたイオン注入層を有
する第1の基体を用意する、(2)該第2の基体に移設
された該エピタキシャル半導体層上には該第1の基体を
構成する該シリコン基板は残留していない、(3)該イ
オン注入層におけるイオン注入量の最も高い濃度分布領
域は、該エピタキシャル半導体層内部、あ るいは該シリ
コン基板と該エピタキシャル半導体層の界面にある第1
の基体を用意する、のいずれかの要件を備える半導体部
材の製造方法である。
おいては、シリコン基板上に配された非多孔質半導体層
を用いて貼り合わせ基体用の第1の基体を構成する。非
多孔質半導体層は、好適にはエピタキシャル半導体層で
構成し得るものであり、この場合、前述のシリコンウエ
ハに特有のフローパターンディフェクトやCOP(Cr
ystal Originated Particle
s)の影響を受けないことから高品質な半導体部材を提
供することができる。
や、不純物濃度を容易に制御し得ることから、本発明の
半導体部材の製造方法は、多種の要求を満足し得るもの
となり、応用性が高い。
せて得られる多層構造体を、イオン注入層で分離した
後、第1の基体側に残ったシリコン基板は、第1の基体
あるいは第2の基体の構成部材として再利用することが
できるので省資源、低コスト化という点でも利点があ
る。
る第2の基体上に結晶性に優れた単結晶半導体層を得る
うえで、生産性、均一性、制御性、コストの面において
優れた半導体部材の製造方法を提供することができる。
について述べるが、本発明はこれらの実施態様例に限定
されるものではなく、本発明の目的が達成されるもので
あれば良い。
リウムや水素をイオン注入すると、イオン注入された領
域に直径数nm〜数十nmの微小な空洞(micro−
cavity)が〜1016〜1017/cm2 もの密度で
形成し得、該シリコン基板は、あたかも内部に多孔質層
を形成したような構造となる。本発明において使用可能
なイオンは、希ガス、水素及び窒素から選ばれる元素か
らなるものである。本発明において、イオン注入層は、
シリコン基板あるいは該シリコン基板上に配された非多
孔質半導体層の少なくともいずれか一方に形成されれば
良く、両者の界面に形成することもできるし、2層以上
形成することもできる。本発明で形成されるイオン注入
層のイオン注入量は、第1の基体と第2の基体を貼り合
わせて得られる多層構造体の分離を考慮すると1016〜
1017/cm2 の範囲が好ましい。イオン注入層の層厚
は、加速電圧によって変化するが、一般的には500Å
以下、多層構造体を分離して得られる第2の基体上の非
多孔質半導体層の層厚を均一にすることを考慮する場
合、好ましくは200Å以下とするのが良い。イオン注
入層は、層厚方向に濃度分布を持っており、多層構造体
の分離の際にはイオン注入量の濃度分布が最も高い面で
分離される傾向がある。
孔質半導体層としては、好適には、単結晶Si、多結晶
Si、非晶質Siの他、GaAs,InP,GaAs
P,GaAlAs,InAs,AlGaSb,InGa
As,ZnS,CdSe,CdTe,SiGe等の化合
物半導体等を用いることができる。そして非多孔質半導
体層は、FET(Field Efect Trans
istor)等の半導体素子を既に作り込んだものであ
っても良い。
体とはシリコン基板と、このシリコン基板上に配された
非多孔質半導体層と、シリコン基板あるいは非多孔質半
導体層の少なくともいずれか一方に形成されたイオン注
入層を有する基体をいう。従って、第1の基体は、イオ
ン注入層が内部に形成されたシリコン基板上に非多孔質
半導体層を形成した基板は、もち論のこと、この非多孔
質半導体層上に窒化膜や酸化膜等の絶縁膜を形成したも
の、あるいは、シリコン基板上にエピタキシャル半導体
層及び絶縁層を形成した後、シリコン基板にイオン注入
してイオン注入層を形成した基板、更には、シリコン基
板上に形成された非多孔質半導体層中にイオン注入層を
形成したもの等を包含する。
するには、減圧CVD、プラズマCVD、光CVD、M
OCVD(Metal−Organic CVD)等の
CVD法の他、スパッター法(バイアススパッター法を
含む)、分子線エピタキシャル成長法、液相成長法等を
採用することができる。
(transfer)される第2の基体としては、例え
ば単結晶シリコン基板のような半導体基板、半導体基板
表面に酸化膜(熱酸化膜を含む)や窒化膜等の絶縁膜を
設けたもの、石英基板(Silica glass)や
ガラス基板のような光透過性基板、あるいは、金属基
板、アルミナ等の絶縁性基板などがあげられる。このよ
うな第2の基体は、半導体部材の用途に応じて適宜選択
される。
においては、上述の第1の基体を、上述の第2の基体
と、貼り合わせ(非多孔質半導体層が内側に位置するよ
うに)て、多層構造体を得る。本発明において、非多孔
質半導体層が内側に位置する多層構造体とは、第1の基
体を構成する非多孔質半導体層が直接第2の基体に貼り
合わされた構造体はもち論のこと、非多孔質半導体層の
表面に形成された酸化膜や窒化膜等の絶縁膜、あるいは
これ以外の膜等が第2の基体に貼り合わされた構造体を
も包含する。即ち、非多孔質半導体層が多孔質シリコン
層に比べて多層構造体の内側に位置する構造体を非多孔
質半導体層が内側に位置する多層構造体という。
の基体の貼り合わせ面を平坦なものとしておくことによ
り、両者を例えば室温で密着させることにより行うこと
ができる。この他、貼り合わせ強度を増すために、陽極
接合、加圧熱処理等を施すこともできる。
多層構造体を、イオン注入層で分離する。イオン注入層
は微小な空洞(Micro−cavity)あるいは気
泡(bubble)が生じたような構造であり、多層構
造体の他の領域に比べて脆弱である。従ってその脆弱性
を利用して分離を効果的に行うことができる。分離の具
体的な方法としては、イオン注入層に外力を加える方法
の他、例えば下述する方法がある。
この層が増速酸化することを利用して、ウエハの周辺か
らイオン注入層の酸化を行う事によりイオン注入層を体
積膨張させてその力による方法がある。
多孔質層に覆われており、貼合わせ後あるいはその前に
外周部あるいは単面を表出させておく必要がある。この
貼合わせ基体を酸化すると多孔質の膨大な表面積により
増速酸化がイオン注入層の外周部から始まる。SiがS
iO2 になるときには2.27倍に体積が膨張するの
で、porosityが56%以下の時は、酸化イオン
注入層も体積膨張することになる。酸化はウエハの中心
に行くにしたがって程度は小さくなるので、ウエハの外
周部の酸化イオン注入層の体積膨張が大きくなる。これ
はまさしくウエハの端面からイオン注入層にくさびを打
ち込んだのと同様な状況で、イオン注入層にのみ内圧が
かかり、イオン注入層中で分割するように力がはたら
く。しかも酸化はウエハ周辺で均一に進むので、ウエハ
の周囲から均等に貼合わせウエハを剥がすことになる。
結果として、多層構造体は分割されることとなる。
たこの方法を利用すると、通常のSi−ICプロセスの
一工程を利用して制御良くウエハを分割することができ
る。
発生させ、脆弱なイオン注入多孔質層で多層構造体を分
離させることもできる。
層構造体全体を加熱せずに、ある特定の層にのみエネル
ギーを吸収させ加熱できる。イオン注入多孔質層、ある
いはイオン注入多孔質近傍の層にのみ吸収する波長のレ
ーザーを用いることにより局所加熱が行え、これにより
分離を行うことができる。
イオン注入多孔質近傍に流すことにより、イオン注入多
孔質層を急激に加熱できる。
体を貼り合わせて得られる多層構造体をイオン注入層に
おいて分離した後、分離された基体に残留するイオン注
入層は、該イオン注入層の機械的強度が低いことと、表
面積が大きいことを利用して、選択的に除去することが
できる。選択的な除去方法としては、研削や研磨を用い
た機械的な方法の他、エッチング液を用いた化学エッチ
ングやイオンエッチング(例えば反応性イオンエッチン
グ:Reactive Ion Etching)等の方法を採用することが
できる。
多孔質薄膜が単結晶Siの場合には通常のSiのエッチ
ング液、あるいは弗酸、あるいは弗酸にアルコールおよ
び過酸化水素水の少なくともどちらか一方を添加した混
合液、あるいは、バッファード弗酸あるいはバッファー
ド弗酸にアルコールおよび過酸化水素水の少なくともど
ちらか一方を添加した混合液の少なくとも1種類を用い
て、イオン注入層をエッチング除去できる。非多孔質半
導体層が化合物半導体で構成されている場合には、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
グ液を用いてイオン注入層をエッチング除去できる。
用いて説明する。
を示す模式断面図である。
て、主表面上に少なくとも1層の非多孔質層12を形成
する(図1(a))。Si単結晶基板11は、出来上が
るSOI基体の特性は、非多孔質層12で決められるた
め、抵抗無指定ウエハや一般の再生ウエハ等を用いて構
わない。さらに、最表面層にSiO2 13を形成するこ
ともできる。この場合、貼合わせ界面を活性層から離す
ことが出来るという意味でもよい。
素、および、窒素のうち少なくとも1種の元素をイオン
注入する(図1(b))。イオン注入溜り14は、第1
のSi単結晶基板11と非多孔質層12との界面付近あ
るいは非多孔質層12内部になることが好ましい。
板15と第1の基板の表面とを例えば室温で密着させ
る。
iの表面には熱酸化等の方法で酸化Siを形成したのち
貼り合わせることが好ましい。図1は第2の基体と第1
の基体とは絶縁層13を介して貼り合わせた様子を示し
てあるが、非多孔質薄膜12がSiでない場合、あるい
は第2の基板がSiでない場合には絶縁層13はなくて
もよい。
み3枚重ねで貼り合わせることも可能である。
る(図1(d))。分離する方法としては、加圧、引っ
張り、せん断、楔、等の外圧をかける方法、熱をかける
方法、酸化により多孔質Siを周辺から膨張させ多孔質
Si内に内圧をかける方法、パルス状に加熱し、熱応力
をかける、あるいは軟化させる方法等があるがこの方法
に限定されるものではない。
り14を前述した方法を用いて選択的に除去する。
基部材が示されている。第2の基体15上に非多孔質薄
膜、例えば単結晶Si薄膜12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の基体と第1の基体とを絶縁層13を介して貼り合わ
せれば、こうして得られた半導体部材は、絶縁分離され
た電子素子作製という点から見ても好適に使用すること
ができる。
層14を除去して、表面平坦性が許容できないほど荒れ
ている場合には表面平坦化を行った後、再度第1のSi
単結晶基板11、あるいは次の第2の基体15として使
用できる。
る場合には、分離層厚さと表面処理で減じた厚さ分をエ
ピタキシャル層で補うことにより、ウエハ厚減少によ
り、使用できなくなることはなくなり、半永久的に再利
用可能となる。
様例2の工程を示す模式断面図である。第1のSi単結
晶基板21を用意して、第1基板の主表面から希ガス、
水素、および、窒素のうち少なくとも1種の元素をイオ
ン注入し、内部にイオン注入溜り22を形成する(図2
(a))。最表面層にSiO2 23を形成しておいた方
が、イオン注入による表面荒れが防げる。SiO2 23
を除去した後、主表面上に少なくとも1層の非多孔質層
24を形成する(図2(b))。
板26と第1の基板の表面とを例えば室温で密着させ
る。
iの表面には熱酸化等の方法で酸化Siを形成したのち
貼り合わせることが好ましい。図1は第2の基板と第1
の基板とは絶縁層25を介して貼り合わせた様子を示し
てあるが、非多孔質薄膜24がSiでない場合、あるい
は第2の基板がSiでない場合には絶縁層25はなくて
もよい。
み、3枚重ねで貼り合わせることも可能である。
る(図2(d))。
去する。
部材が示される。第2の基体26上に非多孔質薄膜、例
えば単結晶Si薄膜24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
体と第1の基体とを絶縁層25を介して貼り合わせれ
ば、こうして得られた半導体部材は、絶縁分離された電
子素子作製という点から見ても好適に使用することがで
きる。
層22を除去して、表面平坦性が許容できないほど荒れ
ている場合には表面平坦化を行った後、再度第1のSi
単結晶基板21、あるいは次の第2の基体26として使
用できる。
様例3の工程を説明するための模式断面図である。
び2に示した工程を第2の基体を2枚用いることにより
第1の基体の両面に処理を施し、半導体基板を同時に2
枚作製する。
35は多孔質層、33,36は非多孔質薄膜、34,3
7はSiO2 層、38,39は第2の基体であり、図3
(a)は、実施態様例1で示した工程を、第1の基板3
1の両面に施した後、その両面に第2の基体38,39
をそれぞれ貼り合わせた状態を示す図であり、図3
(b)は、実施態様例1と同様に、多孔質層32,35
で分離した状態を示し、図3(c)は、多孔質層32,
35を除去した状態を示す図である。
入溜り層を除去して、表面平坦性が許容できないほど荒
れている場合には表面平坦化を行った後、再度第1のS
i単結晶基板31、あるいは次の第2の基体38(又は
39)として使用できる。
い。また、非多孔質薄膜33,36は、両面が同一でな
くてもよい。また、絶縁層34,37はなくてもよい。
明する。
VD(Chemical Vapor Deposit
ion)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。
200nmのSiO2層を形成した後、表面のSiO2
を通してH+ を40keVで5×1016cm-2イオン注
入した。
板(第2の基体)の表面と、を重ね合わせ、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枚に分離された。イオン注入層は多孔質状
になっているため、分離したところ、イオン注入の投影
飛程付近で2枚に分離された。分離された基体の表面は
荒れていた。第2の基体側の表面は、49%弗酸と30
%過酸化水素水との混合液で撹はんしながら選択エッチ
ングした。単結晶Siはエッチングされずに残り、単結
晶Siをエッチ・ストップの材料として、イオン注入層
は選択エッチングされ、完全に除去された。
するエッチング速度は、極めて低く、そのエッチング量
(数十オングストローム程度)は実用上無視できる膜厚
減少であった。
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±6nmであっ
た。
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、50μm角の領域で
の平均2乗粗さはおよそ0.2nmで通常市販されてい
るSiウエハと同等であった。
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。
もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液
で撹はんしながら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の基体としてあるいは第2の基体として投入すること
ができた。
ウエハ厚減少分をエピタキシャル層で補うことにより、
半永久的に再利用可能となった。すなわち、繰り返しの
2回目以降はエピタキシャル膜厚は、0.30μmでな
くウエハ厚減少分となり、イオン注入層はエピタキシャ
ル層の内部に形成される。
VD(Chemical Vapor Deposit
ion)法により単結晶Siを0.50μmエピタキシ
ャル成長した。成長条件は以下の通りである。
×1016cm-2イオン注入した。
500nmのSiO2 層を形成したSi基板(第2の基
体)の表面と、を重ね合わせ、接触させた後、550℃
でアニールしたところ、イオン注入の投影飛程付近で2
枚に分離された。分離された基体の表面は荒れていた。
第2の基体側の表面は、49%弗酸と30%過酸化水素
水との混合液で撹はんしながら選択エッチングした。単
結晶Siはエッチングされずに残り、単結晶Siをエッ
チ・ストップの材料として、イオン注入層は選択エッチ
ングされ、完全に除去された。
するエッチング速度は、極めて低く、そのエッチング量
(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。
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498nm±15nmであっ
た。
ろ、50μm角の領域での平均2乗粗さはおよそ0.2
nmで通常市販されているSiウエハと同等であった。
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。
もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液
で撹はんしながら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の基体としてあるいは第2の基体として投入すること
ができた。
ウエハ厚減少分をエピタキシャル層で補うことにより、
半永久的に再利用可能となった。すなわち、繰り返しの
2回目以降はエピタキシャル膜厚は、0.50μmでな
くウエハ厚減少分となり、イオン注入層はエピタキシャ
ル層の内部に形成される。
VD(Chemical Vapor Deposit
ion)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。
200nmのSiO2層を形成した。次いで、表面のS
iO2 層を通してH+ を40keVで5×10 16cm-2
イオンを注入した。
nmのSiO2 層を形成したSi基板(第2の基体)の
表面とを重ね合わせ、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
された。第2の基板側に残ったイオン注入層を49%弗
酸と30%過酸化水素水との混合液で撹はんしながら選
択エッチングした。単結晶Siはエッチングされずに残
り、単結晶Siをエッチ・ストップの材料として、イオ
ン注入層は選択エッチングされ、完全に除去された。
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±6nmであった。
間施した。表面粗さを原子間力顕微鏡で評価したとこ
ろ、50μm角の領域での平均2乗粗さはおよそ0.2
nmで通常市販されているSiウエハと同等であった。
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。
もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液
で撹はんしながら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の基体としてあるいは第2の基体として投入すること
ができた。
VD(Chemical Vapor Deposit
ion)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。
200nmのSiO2層を形成した。表面のSiO2 層
を通してH+ を40keVで5×1016cm-2イオンを
注入した。
英基板(第2の基体)の表面と、をプラズマ処理し、水
洗した後、重ね合わせ、接触させた。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
された。イオン注入層は多孔質状になっているため、分
離した表面は荒れている。第2の基体側の表面は、49
%弗酸と30%過酸化水素水との混合液で撹はんしなが
ら選択エッチングした。単結晶Siはエッチングされず
に残り、単結晶Siをエッチ・ストップの材料として、
イオン注入層は選択エッチングされ、完全に除去され
た。
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±6nmであっ
た。
施した。表面粗さを原子間力顕微鏡で評価したところ、
50μm角の領域での平均2乗粗さはおよそ0.2nm
で通常市販されているSiウエハと同等であった。
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。
もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液
で撹はんしながら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の基体として投入することができた。
VD(Chemical Vapor Deposit
ion)法により単結晶Siを0.50μmエピタキシ
ャル成長した。成長条件は以下の通りである。
200nmのSiO2層を形成した。次いで表面のSi
O2 層を通してH+ を60keVで5×1016cm-2イ
オン注入した。
イア基板(第2の基体)の表面と、をプラズマ処理し、
水洗した後、重ね合わせ、接触させた。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
離された。第2の基板側の表面は、49%弗酸と30%
過酸化水素水との混合液で撹はんしながら選択エッチン
グした。単結晶Siはエッチングされずに残り、単結晶
Siをエッチ・ストップの材料として、イオン注入層は
選択エッチングされ、完全に除去された。
4μm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402nm±12n
mであった。
ろ、50μm角の領域での平均2乗粗さはおよそ0.2
nmで通常市販されているSiウエハと同等であった。
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。
もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液
で撹はんしながら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の基体として投入することができた。
VD(Chemical Vapor Deposit
ion)法により単結晶Siを0.60μmエピタキシ
ャル成長した。成長条件は以下の通りである。
200nmのSiO2層を形成した。次に、表面のSi
O2 層を通してH+ を70keVで5×1016cm-2イ
オン注入した。
基板(第2の基板)の表面と、をプラズマ処理し、水洗
した後、重ね合わせ、接触させた。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
れた。第2の基体側の表面を、49%弗酸と30%過酸
化水素水との混合液で撹はんしながら選択エッチングし
た。単結晶Siはエッチングされずに残り、単結晶Si
をエッチ・ストップの材料として、イオン注入層は選択
エッチングされ、完全に除去された。
m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501nm±15nmで
あった。
ろ、50μm角の領域での平均2乗粗さはおよそ0.2
nmで通常市販されているSiウエハと同等であった。
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。
もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液
で撹はんしながら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の基体として投入することができた。
OCVD(Metal Organic Chemic
al Vapor Deposition)法により単
結晶GaAsを0.5μmエピタキシャル成長した。成
長条件は以下の通りである。
形成した。次いで表面のSiO2 層を通してH+ を60
keVで5×1016cm-2イオン注入した。
板(第2の基体)の表面と、を重ね合わせ、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枚に分離された。イオン注入層は多孔質状
になっているため、分離した表面は荒れていた。第2の
基板側の表面は、 エチレンジアミン+ピロカテコール+水(17ml:3
g:8mlの比率)110℃ でエッチングした。
り、単結晶GaAsをエッチ・ストップの材料として、
イオン注入層および第1のSi基板の残りは選択エッチ
ングされ、完全に除去された。
を持った単結晶GaAs層が形成できた。形成された単
結晶GaAs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504nm±16nmで
あった。
ろ、50μm角の領域での平均2乗粗さはおよそ0.3
nmで通常市販されているGaAsウエハと同等であっ
た。
aAs層には、エピタキシャル成長時以降新たな結晶欠
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。
もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液
で撹はんしながら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の基体としてあるいは第2の基体として投入すること
ができた。(実施例8)第1の単結晶Si基板上にMO
CVD(Metal Organic Chemica
l Vapor Deposition)法により単結
晶InPを0.7μmエピタキシャル成長した。
iO2 層を形成した。表面のSiO 2 層を通してH+ を
80keVで5×1016cm-2イオン注入した。
板(第2の基板)の表面と、を重ね合わせ、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枚に分離された。イオン注入層は多孔質状
になっているため、分離した表面は荒れている。第2の
基板側の表面は、49%弗酸と30%過酸化水素水との
混合液で撹はんしながら選択エッチングした。
単結晶InPをエッチ・ストップの材料として、イオン
注入層および第1のSi基板の残りは選択エッチングさ
れ、完全に除去された。
を持った単結晶InP層が形成できた。形成された単結
晶InP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704nm±23nmであっ
た。
ろ、50μm角の領域での平均2乗粗さはおよそ0.3
nmで通常市販されているInPウエハと同等であっ
た。
nP層には、エピタキシャル成長時以降新たな結晶欠陥
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。
もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液
で撹はんしながら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の基体としてあるいは第2の基体として投入すること
ができた。
VD(Chemical Vapor Deposit
ion)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。
200nmのSiO2層を形成した。次いで表面のSi
O2 層を通してHe+ を80keVで5×10 16cm-2
イオン注入した。
板(第2の基板)の表面と、を重ね合わせ、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枚に分離された。第2の基体側の表面は、
49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液で撹はんし
ながら選択エッチングする。単結晶Siはエッチングさ
れずに残り、単結晶Siをエッチ・ストップの材料とし
て、イオン注入層は選択エッチングされ、完全に除去さ
れた。
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±6nmであった。
間施した。表面粗さを原子間力顕微鏡で評価したとこ
ろ、50μm角の領域での平均2乗粗さはおよそ0.2
nmで通常市販されているSiウエハと同等であった。
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。
もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液
で撹はんしながら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の基体としてあるいは第2の基体として投入すること
ができた。
CVD(Chemical Vapor Deposi
tion)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。
200nmのSiO2層を形成した。表面のSiO2 層
を通してH+ を40keVで5×1016cm-2イオン注
入した。
板(第2の基板)の表面と、を重ね合わせ、接触させ
た。
1の基板側からCO2 レーザーをウエハ全面に照射し
た。CO2 レーザーは、貼合せ界面の200nmのSi
O2 層に吸収され、その近傍の温度が急激に上昇し、イ
オン注入層中の急激な熱応力によりイオン注入の投影飛
程付近で2枚に分離された。レーザーは連続でもパルス
でも構わない。
%過酸化水素水との混合液で撹はんしながら選択エッチ
ングした。単結晶Siはエッチングされずに残り、単結
晶Siをエッチ・ストップの材料として、イオン注入層
は選択エッチングされ、完全に除去された。
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±6nmであった。
間施した。表面荒さを原子間力顕微鏡で評価したとこ
ろ、50μm角の領域での平均2乗粗さはおよそ0.2
nmで通常市販されているSiウエハと同等であった。
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。
もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液
で撹はんしながら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の基体としてあるいは第2の基体として投入すること
ができた。
CVD(Chemical Vapor Deposi
tion)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。
200nmのSiO2層を形成した。次いで表面のSi
O2 層を通してH+ を40keVで5×1016cm-2イ
オン注入した。
板(第2の基板)の表面と、を重ね合わせ、接触させた
後、貼合せウエハ端面のSiO2 層およびエピタキシャ
ルSi層をエッチングにより剥離したところ、イオン注
入層端が現れた。
したところ、10時間でイオン注入層中で2枚の基板が
完全に分離した。剥離した面を観察したところ、ウエハ
外周部のイオン注入層はSiO2 に変化しているが、中
央部はほぼ元のままであった。
層を49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液で撹は
んしながら選択エッチングした。単結晶Siはエッチン
グされずに残り、単結晶Siをエッチ・ストップの材料
として、イオン注入層は選択エッチングされ、完全に除
去された。
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±6nmであった。
間施した。表面粗さを原子間力顕微鏡で評価したとこ
ろ、50μm角の領域での平均2乗粗さはおよそ0.2
nmで通常市販されているSiウエハと同等であった。
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。
もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液
で撹はんしながら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の基体としてあるいは第2の基体として投入すること
ができた。
CVD(Chemical Vapor Deposi
tion)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。
200nmのSiO2層を形成した。表面のSiO2 層
を通してH+ を40keVで5×1016cm-2イオン注
入した。
板(第2の基体)の表面をプラズマ処理し、水洗した
後、重ね合わせ、接触させた。300℃−1時間の熱処
理を行い、貼り合わせ強度を高めた。貼り合わせ基板の
周囲から楔をいれるとイオン注入の投影飛程付近で2枚
に分離された。イオン注入層は多孔質状になっているた
め、分離した表面は荒れている。第2の基体側の表面
は、49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液で撹は
んしながら選択エッチングする。単結晶Siはエッチン
グされずに残り、単結晶Siをエッチ・ストップの材料
として、イオン注入層は選択エッチングされ、完全に除
去された。
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±6nmであった。
間施した。表面粗さを原子間力顕微鏡で評価したとこ
ろ、50μm角の領域での平均2乗粗さはおよそ0.2
nmで通常市販されているSiウエハと同等であった。
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。
もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液
で撹はんしながら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の基体としてあるいは第2の基体として投入すること
ができた。
CVD(Chemical Vapor Deposi
tion)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。
200nmのSiO2層を形成した。次に表面のSiO
2 層を通してH+ を40keVで5×1016cm-2イオ
ン注入した。
板(第2の基板)の表面と、をプラズマ処理し、水洗し
た後、重ね合わせ、接触させた。300℃−1時間の熱
処理を行い、貼り合わせ強度を高めた。貼り合わせ基板
にせん断力をかけるとイオン注入の投影飛程付近で2枚
に分離された。第2の基板側の表面は、49%弗酸と3
0%過酸化水素水との混合液で撹はんしながら選択エッ
チングした。単結晶Siはエッチングされずに残り、単
結晶Siをエッチ・ストップの材料として、イオン注入
層は選択エッチングされ、完全に除去された。
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±6nmであった。
間施した。表面粗さを原子間力顕微鏡で評価したとこ
ろ、50μm角の領域での平均2乗粗さはおよそ0.2
nmで通常市販されているSiウエハと同等であった。
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。
もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液
で撹はんしながら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の基体としてあるいは第2の基体として投入すること
ができた。
ウエハ厚減少分をエピタキシャル層で補うことにより、
半永久的に再利用可能となった。すなわち、繰り返しの
2回目以降はエピタキシャル膜厚は、0.30μmでな
くウエハ厚減少分となり、イオン注入層はエピタキシャ
ル層の内部に形成される。
主表面にH+ を10keVで5×1016cm-2イオン注
入した。次いでCVD(Chemical Vapor
Deposition)法により単結晶Siを0.3
0μmエピタキシャル成長した。成長条件は以下の通り
である。
SiO2 層を形成した。
板(第2の基板)の表面と、を重ね合わせ、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枚に分離された。イオン注入層は多孔質状
になっているため、分離した表面は荒れている。第2の
基板側の表面は、49%弗酸と30%過酸化水素水との
混合液で撹はんしながら選択エッチングした。単結晶S
iはエッチングされずに残り、単結晶Siをエッチ・ス
トップの材料として、イオン注入層は選択エッチングさ
れ、完全に除去された。
基板の残りをエッチングで除去した。
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±7nmであった。
間施した。表面荒さを原子間力顕微鏡で評価したとこ
ろ、50μm角の領域での平均2乗粗さはおよそ0.2
nmで通常市販されているSiウエハと同等であった。
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。
もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液
で撹はんしながら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の基体としてあるいは第2の基体として投入すること
ができた。
CVD(Chemical Vapor Deposi
tion)法により単結晶Siを0.50μmエピタキ
シャル成長した。成長条件は以下の通りである。
i/Si基板構造とした。
熱酸化により200nmのSiO2層を形成した。次い
で表面のSiO2 層を通してH+ を40keVで5×1
016cm-2イオン注入した。
板(第2の基板)の表面と、を重ね合わせ、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枚に分離された。第2の基板側の表面を、
49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液で撹はんし
ながら選択エッチングした。単結晶Siはエッチングさ
れずに残り、単結晶Siをエッチ・ストップの材料とし
て、イオン注入層は選択エッチングされ、完全に除去さ
れた。
みを持ったn+ 埋め込み層を持つ単結晶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201n
m±6nmであった。
間施した。表面粗さを原子間力顕微鏡で評価したとこ
ろ、50μm角の領域での平均2乗粗さはおよそ0.2
nmで通常市販されているSiウエハと同等であった。
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。
もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液
で撹はんしながら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の基体としてあるいは第2の基体として投入すること
ができた。
CVD(Chemical Vapor Deposi
tion)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。
i/Si基板構造とした。
熱酸化により50nmのSiO2 層を形成した。表面の
SiO2 層を通してH+ を40keVで5×1016cm
-2イオン注入した。
nmのSiO2 層を形成したSi基板(第2の基体)の
表面と、を重ね合わせ、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
離された。第2の基体側の表面は、49%弗酸と30%
過酸化水素水との混合液で撹はんしながら選択エッチン
グした。単結晶Siはエッチングされずに残り、単結晶
Siをエッチ・ストップの材料として、イオン注入層は
選択エッチングされ、完全に除去された。
厚みを持ったn+ 埋め込み層を持つ単結晶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291
nm±9nmであった。
間施した。表面粗さを原子間力顕微鏡で評価したとこ
ろ、50μm角の領域での平均2乗粗さはおよそ0.2
nmで通常市販されているSiウエハと同等であった。
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。
もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液
で撹はんしながら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の基体としてあるいは第2の基体として投入すること
ができた。
いて、第1基体の両面に同様の処理を行い半導体部材を
得た。
部材の製造方法においては、シリコン基板上に配された
非多孔質半導体層を用いて貼り合わせ基体用の第1の基
体を構成する。非多孔質半導体層は、好適にはエピタキ
シャル半導体層で構成し得るものであり、この場合、前
述のシリコンウエハに特有のフローパターンディフェク
トやCOP(Crystal Originated
Particles)の影響を受けないことから高品質
な半導体部材を提供することができる。
や、不純物濃度を容易に制御し得ることから、本発明の
半導体部材の製造方法は、多種の要求を満足し得るもの
となり、応用性が高い。
せて得られる多層構造体を、イオン注入層で分離した
後、第1の基体側に残ったシリコン基板は、第1の基体
あるいは第2の基体の構成部材として再利用することが
できるので省資源、低コスト化という点でも利点があ
る。
で構成できる第2の基体上に結晶性に優れた単結晶半導
体層を得るうえで、生産性、均一性、制御性、コストの
面において優れた半導体部材の製造方法を提供すること
ができる。
模式的断面図である。
模式的断面図である。
模式的断面図である。
面図である。
面図である。
Claims (18)
- 【請求項1】 シリコン基板と該シリコン基板上に配さ
れたエピタキシャル半導体層と該シリコン基板あるいは
該エピタキシャル半導体層の少なくともいずれか一方に
形成されたイオン注入層とを有する第1の基体を用意す
る工程、該第1の基体と第2の基体とを該エピタキシャ
ル半導体層が内側に位置する多層構造体が得られるよう
に貼り合わせる工程、該多層構造体の端部で該イオン注
入層を酸化して該イオン注入層において該多層構造体を
分離する分離工程、及び該分離工程後該第2の基体側に
残ったイオン注入層を除去する工程を含むことを特徴と
する該第2の基体上に該エピタキシャル半導体層を有す
る半導体部材の製造方法。 - 【請求項2】 エピタキシャル半導体層を備えたシリコ
ン基板に、該エピタキシャル半導体層側からイオンを打
ち込み形成されたイオン注入層を有する第1の基体を用
意する工程、該第1の基体と第2の基体とを該エピタキ
シャル半導体層が内側に位置する多層構造体が得られる
ように貼り合わせる工程、該多層構造体の端部で該イオ
ン注入層を酸化して該イオン注入層において該多層構造
体を分離する分離工程、及び該分離工程後該第2の基体
側に残ったイオン注入層を除去する工程を含むことを特
徴とする該第2の基体上に該エピタキシャル半導体層を
有する半導体部材の製造方法。 - 【請求項3】 シリコン基板と該シリコン基板上に配さ
れたエピタキシャル半導体層と該シリコン基板あるいは
該エピタキシャル半導体層の少なくともいずれか一方に
形成されたイオン注入層とを有する第1の基体を用意す
る工程、該第1の基体と第2の基体とを該エピタキシャ
ル半導体層が内側に位置する多層構造体が得られるよう
に貼り合わせる工程、該イオン注入層に電流を流し該多
層構造体を部分的に加熱し、該イオン注入層において該
多層構造体を分離する分離工程、及び該分離工程後該第
2の基体側に残ったイオン注入層を除去する工程を含む
ことを特徴とする該第2の基体上に該エピタキシャル半
導体層を有する半導体部材の製造方法。 - 【請求項4】 エピタキシャル半導体層を備えたシリコ
ン基板に、該エピタキシャル半導体層側からイオンを打
ち込み形成されたイオン注入層を有する第1の基体を用
意する工程、該第1の基体と第2の基体とを該エピタキ
シャル半導体層が内側に位置する多層構造体が得られる
ように貼り合わせる工程、該イオン注入層に電流を流し
該多層構造体を部分的に加熱し、該イオン注入層におい
て該多層構造体を分離する分離工程、及び該分離工程後
該第2の基体側に残ったイオン注入層を除去する工程を
含むことを特徴とする該第2の基体上に該エピタキシャ
ル半導体層を有する半導体部材の製造方法。 - 【請求項5】 シリコン基板と、該シリコン基板上に配
されたエピタキシャル半導体層と、該シリコン基板と該
エピタキシャル半導体層との界面を含み形成されたイオ
ン注入層とを有する第1の基体を用意する工程、該第1
の基体と第2の基体とを該エピタキシャル半導体層が内
側に位置する多層構造体が得られるように貼り合わせる
工程、該イオン注入層において該多層構造体を分離する
分離工程、及び該分離工程後該第2の基体側に残ったイ
オン注入層を除去する工程を含むことを特徴とする該第
2の基体上に該エピタキシャル半導体層を有する半導体
部材の製造方法。 - 【請求項6】 エピタキシャル半導体層を備えたシリコ
ン基板に、該エピタキシャル半導体層側からイオンを打
ち込み、該シリコン基板と該エピタキシャル半導体層と
の界面を含み形成されたイオン注入層を有する第1の基
体を用意する工程、該第1の基体と第2の基体とを該エ
ピタキシャル半導体層が内側に位置する多層構造体が得
られるように貼り合わせる工程、該イオン注入層におい
て該多層構造体を分離する分離工程、及び該分離工程後
該第2の基体側に残ったイオン注入層を除去する工程を
含むことを特徴とする該第2の基体上に該エピタキシャ
ル半導体層を有する半導体部材の製造方法。 - 【請求項7】 シリコン基板と該シリコン基板上に配さ
れたエピタキシャル半導体層と該シリコン基板あるいは
該エピタキシャル半導体層の少なくともいずれか一方に
形成されたイオン注入層とを有する第1の基体を用意す
る工程、該第1の基体と第2の基体とを該エピタキシャ
ル半導体層が内側に位置する多層構造体が得られるよう
に貼り合わせる工程、該イオン注入層において該多層構
造体を分離する分離工程、及び該分離工程後該第2の基
体側に残ったイオン注入層を除去する工程を含み、該第
2の基体に移設された該エピタキシャル半導体層上 には
該第1の基体を構成する該シリコン基板は残留していな
いことを特徴とする該第2の基体上に該エピタキシャル
半導体層を有する半導体部材の製造方法。 - 【請求項8】 エピタキシャル半導体層を備えたシリコ
ン基板に、該エピタキシャル半導体層側からイオンを打
ち込み形成されたイオン注入層を有する第1の基体を用
意する工程、該第1の基体と第2の基体とを該エピタキ
シャル半導体層が内側に位置する多層構造体が得られる
ように貼り合わせる工程、該イオン注入層において該多
層構造体を分離する分離工程、及び該分離工程後該第2
の基体側に残ったイオン注入層を除去する工程を含み、
該第2の基体に移設された該エピタキシャル半導体層上
には該第1の基体を構成する該シリコン基板は残留して
いないことを特徴とする該第2の基体上に該エピタキシ
ャル半導体層を有する半導体部材の製造方法。 - 【請求項9】 シリコン基板と、該シリコン基板上に配
されたエピタキシャル半導体層と、該エピタキシャル半
導体層内部、あるいは該シリコン基板と該エピタキシャ
ル半導体層との界面に形成されたイオン注入層とを有す
る第1の基体を用意する工程、該第1の基体と第2の基
体とを該エピタキシャル半導体層が内側に位置する多層
構造体が得られるように貼り合わせる工程、該イオン注
入層において該多層構造体を分離する分離工程、及び該
分離工程後、該第2の基体側に移設された該エピタキシ
ャル半導体層を水素アニールする工程を有することを特
徴とする半導体部材の製造方法。 - 【請求項10】 シリコン基板と、該シリコン基板上に
配されたエピタキシャル半導体層と、該エピタキシャル
半導体層内部、あるいは該シリコン基板と該エピタキシ
ャル半導体層との界面に形成されたイオン注入層とを有
する第1の基体を用意する工程、該第1の基体と第2の
基体とを該エピタキシャル半導体層が内側に位置する多
層構造体が得られるように貼り合わせる工程、該イオン
注入層において該多層構造体を分離する分離工程、及び
該分離工程後、該第2の基体側に移設された該エピタキ
シャル半導体層表面を研磨する工程を有することを特徴
とする半導体部材の製造方法。 - 【請求項11】 シリコン基板と該シリコン基板上に配
されたエピタキシャル半導体層と該シリコン基板あるい
は該エピタキシャル半導体層の少なくと もいずれか一方
に形成されたイオン注入層とを有する第1の基体を用意
する工程、該第1の基体と第2の基体とを該エピタキシ
ャル半導体層が内側に位置する多層構造体が得られるよ
うに貼り合わせる工程、該イオン注入層において該多層
構造体を分離する分離工程、及び該分離工程後、該第2
の基体側に移設された該エピタキシャル半導体層を水素
アニールする工程を有し、該2の基体に移設された該エ
ピタキシャル半導体層上には該第1の基体を構成する該
シリコン基板は残留していないことを特徴とする半導体
部材の製造方法。 - 【請求項12】 シリコン基板と該シリコン基板上に配
されたエピタキシャル半導体層と該シリコン基板あるい
は該エピタキシャル半導体層の少なくともいずれか一方
に形成されたイオン注入層とを有する第1の基体を用意
する工程、該第1の基体と第2の基体とを該エピタキシ
ャル半導体層が内側に位置する多層構造体が得られるよ
うに貼り合わせる工程、該イオン注入層において該多層
構造体を分離する分離工程、及び該分離工程後、該第2
の基体側に移設された該エピタキシャル半導体層表面を
研磨する工程を有し、該2の基体に移設された該エピタ
キシャル半導体層上には該第1の基体を構成する該シリ
コン基板は残留していないことを特徴とする半導体部材
の製造方法。 - 【請求項13】 シリコン基板と該シリコン基板上に配
されたエピタキシャル半導体層とイオン注入層とを有
し、該イオン注入層におけるイオン注入量の最も高い濃
度分布領域は、該エピタキシャル半導体層内部、あるい
は該シリコン基板と該エピタキシャル半導体層の界面に
ある第1の基体を用意する工程、該第1の基体と第2の
基体とを該エピタキシャル半導体層が内側に位置する多
層構造体が得られるように貼り合わせる工程、該イオン
注入層において該多層構造体を分離する分離工程、及び
該分離工程後該第2の基体側に残ったイオン注入層を除
去する工程を含むことを特徴とする該第2の基体上に該
エピタキシャル半導体層を有する半導体部材の製造方
法。 - 【請求項14】 エピタキシャル半導体層を備えたシリ
コン基板に、該エピタキシャル半導体層側からイオンを
打ち込み形成されたイオン注入層を有し、該イオン注入
層におけるイオン注入量の最も高い濃度分布領域は、該
エピタキシャル半導体層内部、あるいは該シリコン基板
と該エピタキシャル半導体層の界 面にある第1の基体を
用意する工程、該第1の基体と第2の基体とを該エピタ
キシャル半導体層が内側に位置する多層構造体が得られ
るように貼り合わせる工程、該イオン注入層において該
多層構造体を分離する分離工程、及び該分離工程後該第
2の基体側に残ったイオン注入層を除去する工程を含む
ことを特徴とする該第2の基体上に該エピタキシャル半
導体層を有する半導体部材の製造方法。 - 【請求項15】 シリコン基板と該シリコン基板上に配
されたエピタキシャル半導体層とイオン注入層とを有
し、該イオン注入層におけるイオン注入量の最も高い濃
度分布領域は、該エピタキシャル半導体層内部、あるい
は該シリコン基板と該エピタキシャル半導体層の界面に
ある第1の基体を用意する工程、該第1の基体と第2の
基体とを該エピタキシャル半導体層が内側に位置する多
層構造体が得られるように貼り合わせる工程、該イオン
注入層において該多層構造体を分離する分離工程、及び
該分離工程後、該第2の基体側に移設された該エピタキ
シャル半導体層を水素アニールする工程を有することを
特徴とする半導体部材の製造方法。 - 【請求項16】 シリコン基板と該シリコン基板上に配
されたエピタキシャル半導体層とイオン注入層とを有
し、該イオン注入層におけるイオン注入量の最も高い濃
度分布領域は、該エピタキシャル半導体層内部、あるい
は該シリコン基板と該エピタキシャル半導体層の界面に
ある第1の基体を用意する工程、該第1の基体と第2の
基体とを該エピタキシャル半導体層が内側に位置する多
層構造体が得られるように貼り合わせる工程、該イオン
注入層において該多層構造体を分離する分離工程、及び
該分離工程後、該第2の基体側に移設された該エピタキ
シャル半導体層表面を研磨する工程を有することを特徴
とする半導体部材の製造方法。 - 【請求項17】 シリコン基板と、該シリコン基板上に
配されたエピタキシャル半導体層と、該エピタキシャル
半導体層内部、あるいは該シリコン基板と該エピタキシ
ャル半導体層の界面に形成されたイオン注入層とを有す
る第1の基体を用意する工程、該第1の基体と第2の基
体とを該エピタキシャル半導体層が内側に位置する多層
構造体が得られるように貼り合わせる工程、該イオン注
入層において該多層構造体を分離する分離工程、及び該
分離工程後該第2の基体側 に残ったイオン注入層を除去
する工程を含むことを特徴とする該第2の基体上に該エ
ピタキシャル半導体層を有する半導体部材の製造方法。 - 【請求項18】 エピタキシャル半導体層を備えたシリ
コン基板に、該エピタキシャル半導体層側からイオンを
打ち込み、該エピタキシャル半導体層内部、あるいは該
シリコン基板と該エピタキシャル半導体層の界面に形成
されたイオン注入層を有する第1の基体を用意する工
程、該第1の基体と第2の基体とを該エピタキシャル半
導体層が内側に位置する多層構造体が得られるように貼
り合わせる工程、該イオン注入層において該多層構造体
を分離する分離工程、及び該分離工程後該第2の基体側
に残ったイオン注入層を除去する工程を含むことを特徴
とする該第2の基体上に該エピタキシャル半導体層を有
する半導体部材の製造方法。
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