JP3697106B2 - 半導体基板の作製方法及び半導体薄膜の作製方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板、半導体薄膜の作製方法および多層構造体に関し、更に詳しくは、絶縁層上に単結晶半導体層を有する半導体基板、Si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、集積回路に適する多層構造体とその作製方法および多層構造体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
絶縁物上の単結晶Si半導体層の形成は、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Si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。Special Issue:“Single-crystal silicon on non-single-crystal insulators";edited by G.W.Cullen,Journal of Crystal Growth,volume 63,no 3,pp 429〜590(1983)。
【0003】
さらにここ数年においては、SOIが、MOSFET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 conference 1994)。
【0004】
また、支持基板上に絶縁層を介してSOI層が存在する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。
【0005】
すなわち、高性能化と合わせて、バルクSi上のMOSFET、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。
【0006】
なかでも、完全空乏型MOSFETは、駆動力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;Fully Depleted)MOSFETの場合には空乏層厚がSOIの膜厚及び膜質の影響も受けることになる。
【0007】
したがって、大規模集積回路を歩留まり良くつくるためには、SOI膜厚の均一性、並びに膜質の向上が強く望まれていた。
【0008】
SOI基板の形成に関する研究は1970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 Silicon)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 Oxidized Silicon)、酸素イオン注入法がよく研究されていた。
【0009】
また、近年になって、上記のようなSOI基板の形成方法とは別に、「貼り合わせ法」と呼ばれるSOI基板の形成方法が確立されつつある。
【0010】
貼り合わせ法の一つが、M.Bruel, Electronics Letters, 31(1995)p.1201、特開平5−211128号公報、米国特許第5,374,564号に記載されている。
【0011】
Smart Cutプロセス(登録商標)と呼ばれる方法であり、主として5つの工程から成り立っており、以下図を用いて説明する。
【0012】
(第1のステップ)図24に示すように、表面に酸化膜43を有する第1のシリコン基板(バルクウエハ)41を用意する。
【0013】
(第2のステップ)当該第1のシリコン基板41に、酸化膜43側から水素イオンを注入する(図25)。水素イオンは、後の工程で基板を分離しようとする所望の深さに注入する。この水素イオンが注入された領域には、マイクロバブルあるいはマイクロブリスタとよばれる微小気泡層44が形成されている。
【0014】
(第3のステップ)支持基板となる第2の基板46と前述の第1のシリコン基板41を、前記酸化膜43が内側に位置するように貼り合わせる(図26)。
【0015】
(第4のステップ)貼り合せ後、400℃から600℃程度の低温熱処理を行うことで、図27に示すように第2の基板46上に貼り合わせられた第1の基板41は、微小気泡層44を境に分離する。熱処理を行なうことで、微小気泡層44の結晶の再配列とともに、マイクロバブルの凝集により、マクロな気泡が生成する。そして、この気泡内の圧力作用の為、微小気泡領域付近は高い応力を受け分離する。
【0016】
(第5のステップ)その後、貼り合わせ界面の安定化、貼り合わせ強度の増強のため高温の熱処理工程を行なった後、SOI層42上に残存する微小気泡層44を研磨して除去する。
【0017】
上記の工程を経ることで、第1のシリコン基板(バルクウエハ)の一部を第2の基板上に転写し、SOI基板を得ることが可能となる(図28)。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように水素等のイオン注入を利用してSOI層を形成する場合、イオン注入域が実質的にSOI層の層厚を規定することになる為、いかに制御性良く、所望の注入域(SOI層の層厚)を形成するかが重要である。
【0019】
また、SOI層自体は、バルクウエハを元に形成されている為、OSF(Oxidation Induced Stacking Fault)やCOP(Crystal Originated Particle)、FPD(Flow Pattern Defect)、といったバルクウエハに特有の欠陥が内在している。
【0020】
そして、OSF等の欠陥は、ウエハ表面付近の素子動作領域に存在するとリーク電流の増大の原因等になるため、OSF等の無い、あるいはより低減されたSOI基板の作製方法の確立が望まれていた。
【0021】
なお、OSF、COP(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)))、FPD(T.Abe,Extended Abst.Electrochem.Soc.Spring Meeting vol.95-1,pp.596,(May,1995))については、後述する。
【0022】
本発明の目的は、欠陥の少ない、また膜厚均一性に優れた半導体薄膜の作製方法を提供することにある。
【0023】
本発明の別の目的は、SOI層の膜厚均一性に優れたSOI基板の作製方法を提供することにある。
【0024】
本発明の別の目的は、OSF、COP、FPDといったバルクシリコンウエハ特有の欠陥を含まない、あるいはより低減された半導体薄膜の作製方法を提供することにある。
【0025】
本発明のさらに別の目的は、貼り合わせ法によりSOI基板を作製するにあたり、基板を再利用し、より経済性の向上したSOI基板の作製方法を提供することにある。
【0026】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水素アニール処理されている表層部を有する第1の基板を用意する工程、該第1の基板に、該表層部側から水素、窒素、及び希ガスの中から選択される少なくとも1種の元素をイオン注入し分離層を形成する分離層形成工程、該第1の基板と第2の基板とを、該表層部が内側に位置するよう貼り合わせて多層構造体を形成する貼り合わせ工程、及び該多層構造体を該分離層で分離し、該第2の基板上に該表層部の少なくとも一部を移設する移設工程、を有し、該移設工程は、該多層構造体側面に、流体を吹き付けることにより行われることを特徴とする。
また、本発明は、該水素アニール処理とは、単結晶シリコン基板を水素を含む還元性雰囲気下で熱処理することである。
また、本発明は、該分離層形成工程は、該表層部上に絶縁層を形成した後、イオン注入することにより行なわれる。
また、本発明は、該流体が、水あるいは空気、窒素ガス、炭酸ガス、あるいは希ガスである。
また、本発明は、該移設工程後、該第2の基板上の該表層部上に残留する該分離層を除去する工程を有する。
また、本発明は、該移設工程後、該第2の基板上に移設された該第1の基板の該表層部を、水素を含む還元性雰囲気下で熱処理する工程を有する。
また、本発明は、水素アニール処理されている表層部を有する第1のシリコン基板を用意する工程、該第1のシリコン基板に、該表層部側から水素、窒素、及び希ガスの中から選択される少なくとも1種をイオン注入し分離層を形成する分離層形成工程、該表層部の少なくとも一部を該分離層で分離する分離工程、を有し、該分離工程は、該分離層に流体を吹き付けることにより行われることを特徴とする。
また、本発明は、シリコン基板を水素を含む還元性雰囲気で熱処理する工程、該シリコン基板に、水素、窒素、及び希ガスの中から選択される少なくとも1種の元素をイオン注入し分離層を形成する工程、該シリコン基板と第2の基板とを貼り合わせて多層構造体を形成する工程、及び該多層構造体を該分離層で分離し、該第2の基板上に該表層部の少なくとも一部を移設する移設工程、を有し、該移設工程は、該多層構造体側面に、流体を吹き付けることにより行われることを特徴とする。
また、本発明は、水素アニールされた単結晶シリコン基板を用意する工程、該単結晶シリコン基板にイオンを注入してイオン注入層を形成する工程、該単結晶シリコン基板と別の基板とを貼り合わせて多層構造体を形成する工程、及び該多層構造体を該イオン注入層で分離し、該別の基板上に該単結晶シリコン基板の少なくとも一部を移設する移設工程、を有し、該移設工程は、該多層構造体側面に、流体による力を加えることにより行われることを特徴とする。
【0027】
本発明の半導体基板の作製方法は、該第2の基板上に移設された該第1の基板の表層部においては、該表層部の外側の表面からの深さが深くなるに連れて、単位ウエハ当たりのCOPの数が小さくなることを特徴とする。
【0028】
本発明の半導体基板の作製方法は、該移設工程後、該第2の基板上に移設された該第1の基板の該表層部を、水素を含む還元性雰囲気下で熱処理する工程を特徴とする。
【0029】
本発明の半導体基板の作製方法は、水素アニール処理されている表層部を有する第1のシリコン基板を用意する工程、該第1のシリコン基板に、該表層部側から水素、窒素、及び希ガスの中から選択される少なくとも1種をイオン注入し分離層を形成する分離層形成工程、該第1の基板と第2の基板とを貼り合わせ多層構造体を形成する工程、該多層構造体を形成する途中、あるいは該多層構造体を形成後に第1の温度で熱処理する工程、該多層構造体を該分離層で分離し、第2の基板上に該表層部の少なくとも一部を移設する移設工程、及び該第1の熱処理温度よりも高い第2の熱処理温度で該第2の基板上に移設された該表層部を熱処理する工程を有することを特徴とする。
【0030】
本発明の半導体薄膜の作製方法は、水素アニール処理されている表層部を有する第1のシリコン基板を用意する工程、該第1のシリコン基板に、該表層部側から水素、窒素、及び希ガスの中から選択される少なくとも1種をイオン注入し分離層を形成する分離層形成工程、該表層部の少なくとも一部を該分離層で分離する分離工程を有することを特徴とする。
【0031】
本発明における多層構造体は、水素、窒素、及び希ガスの中から選択される少なくとも1種をイオン注入することにより形成された分離層を内部に有する第1のシリコン基板と、第2の基板とが貼り合わされた多層構造体であって、該第1のシリコン基板は、表面に水素アニール処理により形成された表層部を有することを特徴とする。
【0032】
本発明における半導体薄膜の剥離方法は、表面に水素アニール処理された表層部を有する第1のシリコン基板を用意する工程、水素、窒素、及び希ガスの中から選択される少なくとも1種を該表層部側からイオン注入することにより分離層を形成する工程、及び、該分離層を利用して該表層部の少なくとも一部を剥離することを特徴とする。
【0033】
本発明における半導体基板の作製方法は、シリコン基板を水素を含む還元性雰囲気で熱処理する工程、該シリコン基板に、該表層部側から水素、窒素、及び希ガスの中から選択される少なくとも1種の元素をイオン注入し分離層を形成する工程、該シリコン基板と第2の基板とを貼り合わせて多層構造体を形成する工程、及び該多層構造体を該分離層で分離し、該第2の基板上に該表層部の少なくとも一部を移設する移設工程、を有することを特徴とする。
【0034】
本発明における多層構造体は、水素、窒素、及び希ガスの中から選択される少なくとも1種をイオン注入することにより形成された分離層を内部に有する第1のシリコン基板と、第2の基板とが貼り合わされた多層構造体であって、該第1のシリコン基板は、表面に水素アニール処理により形成された表層部を有することを特徴とする。
【0035】
なお、本発明において、SOI基板というときは、絶縁層上に単結晶シリコン層(SOI層)を有する基板のみならず、支持基板上にGaAs、InP等の化合物半導体層を有する場合をも含むものとする。
【0036】
まず、半導体基板の作製方法のフローチャートを示す図1を用いて本発明を説明する。
【0037】
少なくとも一主表面に水素アニールされた表層部を有する第1の基板を用意する(S1)。
【0038】
次に、前記第1の基板内部に水素等のイオン注入を行ない、第1の基板内部の所望の位置に分離層を形成する(S2)。
【0039】
そして、前記第1の基板と第2の基板とを前記一主表面が内側に位置するよう貼り合わせ、多層構造体を形成する(S3)。その後、前記多層構造体を前記分離層を利用して分離する(S4)。
【0040】
このような工程を経ることにより、均一な膜厚でかつ、OSF、COP等の欠陥の非常に少ない薄膜(SOI層)を有するSOI基板を作製することができる(S5)。
【0041】
図2から図6を用いて、本発明をより具体的に説明する。
【0042】
まず、図2に示すように、一主表面に水素アニール処理された表層部12を有する第1の基板10を用意する。表層部12は、シードとなるバルクウエハを水素を含む還元性雰囲気中で熱処理(以下、「水素アニール」という。)することにより形成することができる。本発明にいう「表層部」とは、OSF、COP、FPDといったバルクウエハであることに起因する欠陥の数が低減された層(低欠陥層)を意味する(以下、「表層部」を「低欠陥層」と記述する場合もある。)。
【0043】
11は、水素アニールによるOSF、COP等の欠陥の低減の効果が低い領域である。もちろん、第1の基板10全体が、低欠陥層12となっていてもよい。なお、図2においては、低欠陥層12と領域11がある境界をもって急峻に分かれているように図示してあるが、実際には厳密な境界はなく、徐々に変化している。また、第1の基板10の表面及び裏面が低欠陥層となっていてもよい。
【0044】
また、低欠陥層12中にMOSFET等の素子構造を形成した後に以降の工程をおこなってもよい。
【0045】
次に、図3に示すように、前記第1の基板10に、水素等のイオン注入を行ない、分離層14を形成する。
【0046】
分離層14は、前記低欠陥層12内部あるいは、領域11と低欠陥層12との界面に形成することが望ましい。低欠陥層12の内部に分離層14を形成した場合、低欠陥層12は、分離層14の上部に位置する層16(以下、「SOI層」という。)と、下部に位置する層17に分かれる。また、分離層14を領域11の内部に形成しても良い。
【0047】
なお、イオン注入を行なう前後に、必要に応じて絶縁層13を形成してもよい。絶縁層13により貼り合わせ界面の界面準位を活性層から離すことができ、特に、イオン注入工程前に絶縁層13を形成しておけば、イオン注入による低欠陥層12の表面荒れを防止するという点でも効果的である。
【0048】
特に、低欠陥層12表面を酸化することで絶縁層を形成しておけば、絶縁層13はこのまま貼り合わせてSOIウエハの埋め込み酸化膜として使用可能である。
【0049】
次に、前記第1の基板10を第2の基板15と低欠陥層12が内側に位置するように貼り合わせ、多層構造体18を形成する(図4)。
【0050】
その後、図5に示すように、多層構造体18を分離層14を利用して分離する。分離は、分離層14の内部であっても、分離層14の領域11側の界面であっても、若しくは分離層14の第2の基板15側の界面であってもよい。また、一部は分離層14内部で分離され、他の一部は界面で分離されてもよい。
【0051】
こうして図5に示すように第2の基板15上にSOI層16が移設された半導体基板が完成する。このSOI層は、低欠陥層12を元に形成されているため、OSF、COP等のバルクウエハに特有の欠陥の無い、あるいは非常に低減されたSOI層となる。
【0052】
分離層14を領域11の内部に形成した場合には、移設工程後に、SOI層16(低欠陥層12)が表出するまで、領域11等の不要な部分を研磨、エッチング液を用いたエッチング、あるいは水素アニールによるエッチングにより除去してもよい。
【0053】
本発明において、特に低欠陥層12内部に分離層14を形成した場合には、分離の際に注入されるイオンがOSFやCOP等の欠陥によって散乱されることが少なくなる。従って、COP等の欠陥の多い領域に分離層を形成する場合に比べて、より均一な厚さの分離層14を形成することが可能となる。換言すれば、SOI層16の厚さの均一性の向上を図ることが可能となる。
【0054】
また、分離後に、SOI層16上に分離層14の一部及び/又は領域11の一部が残存する場合には、それらを除去することにより本発明の意図する半導体基板が完成する。
【0055】
なお、分離後に得られる第1の基板10(とりわけ領域11)は、再び上述の半導体基板の作製工程に再利用することもできる。この場合、領域11上に分離層14の一部が残存する場合にはそれらを除去した後、更に表面の平坦性が許容できないほどに荒れている場合には、表面の平坦化処理を行なった後に、前記第1の基板として利用することができる。もちろん、第2の基板15としても利用することができる。
【0056】
低欠陥層12を前もって厚く形成し、分離後にも、領域11上に低欠陥層17が残るようにしておけば、次の再使用の際に、水素アニールを行わずに再投入出来る。
【0057】
(第1の基板)
第1の基板としては、バルクシリコンウエハ、特にCZシリコンウエハを用い、これを水素アニールすることによりCOP等の欠陥の少ない表層部12を有する基板を用いることが好適である。
【0058】
CZシリコンウエハとは、引き上げ法(チョクラルスキー法)により作製されるシリコン基板である。このCZウエハにはOSF、COP、FPDといったバルクウエハ特有の欠陥を多数内在させている。
【0059】
ここで、OSF(酸化誘起積層欠陥)とは、結晶ウエハの成長時にその核となる微小欠陥が導入され、酸化工程により顕在化するものである。例えば、ウエハ表面をウエット酸化することによってリング状のOSFが観察される場合がある。
【0060】
また、熱処理をしないで観察できるCOP、FPDは、同一の原因による欠陥(Grown−in欠陥)と考えられており、両者に厳密な定義規定はないものの、凡そCOPとは、RCA洗浄液の要素液の一つであるSC−1(NH4 OH/H2 O2 )液にウエハを浸潤した後、光散乱を利用した微粒子検出器や異物検査装置で検出できるエッチピットを指し、後者は、Secco液(K2 Cr2 O7 /HF/H2 O)に30分程度浸漬した後、光学顕微鏡で観察されるエッチピットをいうものとされている。
【0061】
なお、OSF、COP、FPDといった欠陥について、その原因の厳密な解明はなされていないが、いずれもウエハ中に含まれる酸素濃度との相関が強く、酸素濃度が高いとOSF等の欠陥が発生しやすいことが報告されている(例えば、シリコン結晶・ウエハ技術の課題(リアライズ社)p.55)。
【0062】
次に、水素アニールによる低欠陥層12について説明する。
【0063】
通常CZシリコンウエハには、1018atoms/cm3 程度の酸素が含まれるが、これを水素アニールすると、ウエハ中の酸素は外方拡散し、ウエハ表面及びその近傍の酸素濃度は低減する。
【0064】
OSFは、析出核に酸素が集まってきて酸素析出が生じそれを基点にして欠陥(積層欠陥:Stacking Fault)が成長するが、この酸素濃度の低減により、ウエハ表層部の改質が進み、COP、OSF等の欠陥が低減された低欠陥層を形成することができる。
【0065】
また、COPに関しては、CZシリコンウエハには、105 〜107 /cm3 の密度で、COPが存在し、例えば8インチのCZウエハの場合、表面近傍には、単位ウエハ当たり400〜500個程度のCOPが存在する。しかしながら、このCZシリコンウエハを水素アニールすると、COPの数は激減し、表面近傍でのその数は、10個程度になる。すなわち実質的に無欠陥の層(DZ層;Denuded Zone)が形成される。なお、本発明にいう「単位ウエハ当たり」とは、一枚のウエハが占める表面積当たりのCOP等の数を意味する。例えば、8インチウエハの場合、凡そ324cm2 当たりのCOPの数である。
【0066】
このように水素アニール処理されたCZシリコンウエハを用いることで、第2の基板15上へ移設されるSOI層16に内在するCOP等の欠陥を無くす、あるいは低減することができるとともに膜厚の均一性を向上することが可能となる。
【0067】
水素アニールにより形成される低欠陥層12の厚さは、第2の基板15上に移設しようとするSOI層16の厚さにもよるが、500〜5000nm程度の厚さがあることが好ましい。
【0068】
低欠陥層12における酸素濃度は、5×1017atoms/cm3 以下、好ましくは1×1017atoms/cm3 以下、更に好ましくは5×1016atoms/cm3 以下である。
【0069】
更に、イオンを注入して形成する分離層14における酸素濃度が、上記規定範囲に含まれることが望ましいものである。
【0070】
低欠陥層12におけるCOPの密度が、単位体積あたりでは、0個/cm3 以上5×106 個/cm3 以下、好ましくは0個/cm3 以上1×106 個/cm3 以下、更に好ましくは、0個/cm3 以上1×105 個/cm3 以下であることが望ましい。特に、表層部12の最表面からイオン打ち込みの投影飛程までの深さ領域におけるCOPの密度が上記規定値内であることが望ましい。
【0071】
また、単位ウエハ当たりでは、8インチウエハの場合、低欠陥層12におけるCOP個数が、0個以上、500個以下、好ましくは0個以上100個以下、より好ましくは0個以上、50個以下、更に好ましくは0個以上10個以下であることが望ましい。なお、ウエハ表面でのCOPの分布は、ウエハ中心から約6cm以内の中心付近に集中する傾向が強いので、ウエハ単位あたりのCOPの個数は、12インチウエハ、あるいはそれ以上のウエハであっても8インチウエハの場合と同程度であることが望まれる。
【0072】
また、ウエハ表面の単位面積あたりでは、0個/cm2 以上1.6個/cm2 以下、より好ましくは0個/cm2 以上0.5個/cm2 以下、更に好ましくは0個/cm2 以上0.05個/cm2 以下であることが望ましい。
【0073】
さらに、分離層14における単位体積(あるいは、単位面積)あたりのCOPの密度が上記の範囲に含まれることが望ましい。
【0074】
また、低欠陥層12におけるFPDの単位面積当たりの数は、0個/cm2 以上、5×102 /cm2 以下、より好ましくは0個/cm2 以上、1×102 /cm2 以下である。
【0075】
また、低欠陥層12をOSFで規定する場合には、単位面積当たりのOSFの密度が、0個/cm2 以上100個/cm2 以下、より好ましくは0個/cm2 以上50個/cm2 以下、更に好ましくは0個/cm2 以上10個/cm2 以下であることが望ましい。
【0076】
低欠陥層12を形成するには、水素を含む還元性雰囲気で熱処理することにより行われるが、その雰囲気は、100%水素ガス、あるいは水素と希ガス(Ar、He、Ne、Xe、Kr等)の混合ガスで行なうことができる。
【0077】
水素アニール時の温度は、500℃以上、第1の基板の融点以下、好ましくは800℃以上、第1の基板の融点以下、より好ましくは1000℃以上、第1の基板の融点以下で行なうことが望ましい。
【0078】
第1の基板がシリコン基板(シリコンの融点は約1412℃)である場合には、酸素の拡散速度及び熱処理炉に与える負担を考慮し、800℃以上1350℃以下であることが好ましい。さらに好ましくは900℃以上1250℃以下である。
【0079】
水素アニール時の水素を含む雰囲気圧力は、大気圧、減圧、加圧のいずれの雰囲気でも構わないが、大気圧若しくは大気圧(1×105 Pa)以下、1×104 Pa以上で行なうことが好適である。また大気圧に対して−100mmH2 O程度の微減圧下で行なうこともより好適である。特に、熱処理する際の炉の構成にもよるが、減圧化で行なえば、酸素等の外方拡散によるCOP等の欠陥の低減をより効果的に行なうことができる。
【0080】
水素アニールに用いる炉としては、通常用いられる縦型熱処理炉や、横形熱処理炉を用いることができる。ヒーターとしては、抵抗加熱器や高周波加熱器等を用いることができる。
【0081】
あるいはRTA(Rapid Thermal Annealing)に用いられる熱放射を利用するランプ加熱により行なうこともできる。この場合のラピッドアニール装置としては、ハロゲンランプ、アークランプなどによる赤外線アニール装置、キセノンフラッシュランプなどによるフラッシュランプアニール装置などが用いられる。特にランプ加熱による場合は、短時間で水素アニールが可能となる。
【0082】
水素アニールに要する時間としては、数秒〜数十時間、より好ましくは数秒から数時間で行なうことができる。
【0083】
なお、CZシリコンウエハを水素アニール処理して低欠陥層12を形成した場合、図2で示す低欠陥層12については、単位ウエハ当たりの欠陥の数(例えば、COP)は、表面で最も少なく、ウエハの内部にいくにつれてその数は多くなる。貼り合わせ法によりSOI基板を作製する場合、図6に示すSOI層16では、絶縁層13とSOI層16との界面で最もCOPの数は少なく、SOI層の最表面で最も多くなる。
【0084】
従って、SOI層16の最表面におけるCOPの数をより低減させるためには、分離工程後、SOI層16が表出した後においても、水素アニールを行なうことが好ましい。この場合、両面が水素アニール処理されているSOI層16を得ることができる。特に、数秒〜3時間程度の時間で、CZシリコンウエハを水素アニール処理して低欠陥層12を形成した場合には、低欠陥層12の両面を水素アニール処理することがより望ましい。
【0085】
また、第1の基板として、水素アニールされる被処理基板としては、CZシリコンウエハのみならず、MCZ法(Magnetic Field Applied Czochralski Method)により作製したシリコンウエハ(以下、「MCZシリコンウエハ」という。)を用いることもまた好ましいものである。MCZシリコンウエハは、CZシリコンウエハに比べ、シリコン中に含まれるCOPのサイズの増大を抑制することが報告されており(電子材料6月号(1998), p.22)、水素アニールを施すと、CZシリコンウエハ以上により高品質な低欠陥層12を形成することができる。
【0086】
また、第1の基板としてシリコンを用いる場合には、比抵抗0.1〜100Ω・cm、より好適には0.5〜50Ω・cmのp型あるいはn型のCZウエハを用いることができる。
【0087】
水素アニールによりシリコン内部からボロンあるいはリン等の不純物元素が外方拡散することを考慮すると、水素アニールされる被処理基板のCZシリコンウエハは、前述の比抵抗よりも低い比抵抗であってもかまわないが、低欠陥層12自体の比抵抗は、0.1〜100Ω・cm、より好適には0.5〜50Ω・cmのp型あるいはn型を示すものであることが好ましい。
【0088】
もちろん、所望のSOI層16がえられるのであれば、濃度無指定ウエハや再生ウエハを用いることもできる。SOIウエハのSOI層の仕様として上記範囲外の比抵抗を必要とする場合には、その仕様通りの比抵抗のウエハを用いることが好ましい。
【0089】
更にまた、第1の基板には、CZあるいはMCZの単結晶シリコン基板に限らず、Ge基板、SiC基板、SiGe基板、GaAs基板、InP基板等を用いることもできる。
【0090】
また、第1の基板がシリコン基板である場合には、基板表面を酸化して酸化シリコン層を絶縁層13として用いることができる。また、窒化することにより窒化シリコン層を形成したり、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を低欠陥層12上に、CVDにより堆積させることにより絶縁層13としてもよい。
【0091】
絶縁層の厚さ13としては、数nm〜数μm程度が好ましい。
【0092】
もちろん、第1の基板上の絶縁層13を形成しなくても、あるいは、第1の基板10及び第2の基板15上に形成しておいてもよい。
【0093】
(イオン注入)
分離層14形成の為にイオン注入される元素としては、水素または、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンのような希ガスのイオン、あるいは窒素を単独であるいは、これらを組合わせてイオン注入することができる。同一元素であっても、H+ 、H2 +のように質量の異なるイオンを打ち込むことで、分離しやすくすることもできる。イオン注入工程は、同一元素を1回、あるいは複数回、同一の投影飛程を持つよう行なう場合のみならず、注入イオン種、注入エネルギー、注入線量(ドーズ量)等を段階的に変え、分離層14を工夫して形成することもまた好ましいものである。特に、支持基板である第2の基板15に移設されるSOI層16に近づくにつれ機械的強度が弱く、あるいは強くなるように分離層14を形成し、所望の分離工程を行なうこともまた好ましいものである。一般的には、注入量を多くすれば、微小気泡層は多くなり、注入域における機械的強度は弱くなる。
【0094】
加速電圧の1KeVから10MeVの範囲で行なうことができるが、加速電圧によりイオン注入層の厚さが変化するため、所望の条件を満たすよう数10KeVから500KeV程度で行なうことが好ましい。
【0095】
いずれにしても、イオン注入により形成される分離層で分離しやすいように行なうことが重要である。
【0096】
本発明において、低欠陥層12内部に、イオン注入の投影飛程Rp (注入深さ)があるようイオン注入を行なうことが、均一な注入深さを得るという点でも好ましいものである。SOI層16の厚さは、一般的には、数nm〜5μmである。
【0097】
イオン注入により形成される分離層14の層厚は、一般的には0.5ミクロン以下、特に第2の基板15上に移設される薄膜12を均質な厚さに形成するためにも数千Å以下であることがより好ましい。分離層14は、その一例としてイオン注入の投影飛程を含むものである。
【0098】
注入線量は、1.0×1015/cm2 〜1.0×1018/cm2 の間で、より好ましくは1.0×1016/cm2 〜2.0×1017/cm2 行なうことが可能である。
【0099】
イオン注入時の温度は、−200℃から600℃の間で行なうことが好ましく、より好適には500℃以下で、更に好ましくは400℃以下で行なうことが望まれる。これは、凡そ500℃を超えると、投影飛程付近に溜まった注入イオン種が急速に拡散し、第1の基板10から放出されるため、分離層(マイクロバブル層)14が形成されないからである。
【0100】
また、分離層を形成する別の方法として、プラズマを利用して水素イオン等を所望の領域に浸透させるプラズマイオン注入法がある。プラズマを利用することで、通常のイオン注入による場合よりも短時間で、また均質な厚さのイオン注入層(分離層14)を形成することができる。
【0101】
(貼り合わせ)
第1の基板10と貼り合わせる第2の基板15としては、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、非晶質シリコン基板、サファイア基板、あるいは石英基板やガラス基板のような光透過性基板、Al等の金属基板、アルミナなどのセラミックス基板、GaAsやInPなどの化合物半導体基板が挙げられる。第2の基板は、用途に合わせて適宜選択される。適当な平坦性を有していれば、プラスチック等の基板に貼り合わせることも可能である。
【0102】
第2の基板15の貼り合わせ表面に絶縁層を形成しておくこともまた好ましい。貼り合わせに際しては、絶縁性の薄板を挟み、3枚重ねで貼り合わせることも可能である。
【0103】
第2の基板に光透過性基板を用いると、光受光素子であるコンタクトセンサーや、投影型液晶画像表示装置を構成することができ、そして、センサーや表示装置の画素(絵素)をより一層、高密度化、高解像度化、高精細化するにたる、高性能な駆動素子を形成できる。
【0104】
多層構造体18の形成は、第1の基板10と第2の基板15を室温で貼り合わせることにより行なう。
【0105】
室温で重ね合せる前に、窒素や酸素プラズマで表面を活性化処理して、水洗、乾燥を行うと、次工程の貼り合わせ強度を強める熱処理をより低温化出来る。
【0106】
貼り合わせ強度を高め、第1の基板と第2の基板を密着させたい場合には、貼り合わせる途中、あるいは貼り合わせ後に熱処理(以下、「第1の熱処理」という。)を行なうこともまた好ましいものである。この熱処理は、室温以上500℃以下で、より好ましくは室温以上400℃以下で行なう低温熱処理であることが望まれる。
【0107】
また、熱処理に加え、あるいは単独で、多層構造体18を加圧したり、陽極接合により貼り合わせることもまた好ましいものである。
【0108】
また、貼り合わせの際の雰囲気は、接触させる時は、大気中、酸素中、窒素中、真空中等いずれでも良い。
【0109】
熱処理の雰囲気は、N2 、O2 、酸化性雰囲気、あるいはこれらの組み合せでもよい。
【0110】
なお、直接支持基板となる第2の基板15と貼り合わせずに、一旦、別の基板に貼り合わせた後に、所望の支持基板に貼り合わせることもできる。
【0111】
(分離)
多層構造体18の分離は、熱処理することにより行なうことができる。具体的には、400℃以上、1350℃以下、より好ましくは400℃以上、1000℃以下、さらに好ましくは400℃以上、600℃以下である。
【0112】
上述のような熱処理を行なうと、分離層14において、結晶の再配列作用とともにマイクロバブル層の凝集により分離層14内に圧力がかかり、低欠陥層12の一部あるいは全部である薄膜12が剥離する。
【0113】
また分離層14が増速酸化することを利用して分離することも可能である。
【0114】
多層構造体18の周辺からイオン注入層(分離層14)の酸化を行なう事により、周辺にいくに従ってイオン注入層の体積膨張が大きくなり、あたかも周辺から一様にイオン注入層にくさびをいれたのとおなじ効果があり、イオン注入層にのみ内圧がかかり、ウエハ全面にわたりイオン注入層中、あるいはその界面で分割される。
【0115】
なお、イオン注入層は、通常外周部においても非多孔質層に覆われており、貼り合わせ後あるいはその前に外周部あるいは端面を表出させておくこともまた好ましいものである。この多層構造体18を酸化するとイオン注入層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。
【0116】
SiがSiO2 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。このような現象は、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多層構造体18を剥離することになる。
【0117】
本発明によれば、酸化という均一性に優れた通常のSi−ICプロセスの一工程を利用し、イオン注入多孔質層の高速酸化性、イオン注入多孔質層の体積膨張、およびイオン注入多孔質層の脆弱性を複合し、イオン注入多孔質層にのみ内圧をかけることができ、それによりイオン注入多孔質層中で制御良くウエハを分割することができる。
【0118】
また、貼り合わせウエハが多層構造であることと、イオン注入多孔質が構造的に脆弱であることを利用し、貼り合わせ基体全体を加熱することにより熱応力を発生させ、脆弱なイオン注入多孔質層で貼合せ基体を分離させることもできる。この場合の熱処理温度としては、例えば、1150℃、30秒の熱処理により行なうことができる。
【0119】
本発明は、イオン注入多孔質が構造的に脆弱であることを利用し、イオン注入多孔質を、あるいはその近傍までも加熱し、そのときの熱応力、あるいは軟化等によりイオン注入多孔質層を介して多層構造体18を分離させることもできる。
【0120】
特に、レーザーを使用することにより、貼合せ基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る。レーザーとしては、500〜1000W程度の出力のCO2 レーザーを用いることができる。
【0121】
電流をイオン注入多孔質層あるいはイオン注入多孔質近傍にウエハ面内に通電することにより、多孔質層を急激に加熱できる。また、パルス状に通電し加熱することもできる。
【0122】
多層構造体18の分離方法として、高水圧等のジェット流を利用することもまた好ましいものである。
【0123】
イオン注入層(分離層14)での分離を行なうために、高圧の水流をノズルから噴射するいわゆるウォーター・ジェット法を用いてもよい。また水を使用せずアルコールなどの有機溶媒やふっ酸、硝酸などの酸あるいは水酸化カリウム等のアルカリその他の分離領域を選択的にエッチングする作用のある液体なども使用可能である。さらに流体として空気、窒素ガス、炭酸ガス、希ガスなどの気体を用いても良い。あるいは、低温の流体、超低温の液体を用いてもよい。
【0124】
分離領域に対してエッチング作用を持つガスやプラズマ、あるいは電子ビームを用いても良い。
【0125】
多層構造体18の側面の貼り合わせ目に合わせて分離領域にウォータージェットを噴射する事により側面から除去する事が可能である。この場合、先ず貼り合わせ基体の側面に露出している前記分離領域及びその周辺の第1の基体と第2の基体の一部に直接ウォータージェットを噴射する。するとそれぞれの基体は損傷を受けずに機械強度が脆弱な分離領域のみがウォータージェットにより除去されて二枚の基体が分離される。また何らかの理由で前記分離領域が予め露出していなくて何か薄い層でその部分が覆われている場合でも、ウォータージェットでまず分離領域を覆う層を除去し、そのまま続けて露出した分離領域を除去すればよい。また従来は余り利用されて来なかった効果ではあるが、貼り合わせウエハの貼り合わせ基体周囲の側面の狭い隙間にウォータージェットを噴射することにより、貼り合わせウエハを構造が脆弱な前記分離領域を押し拡げて破壊して分離する事も出来る。この場合切断や除去が目的でないため分離領域の切断くずがほとんど発生しないし、分離領域が素材としてはウォータージェットそのものでは除去できないものであっても研磨材を使用する事なく、また分離の表面にダメージを与えること無く分離することが可能である。この様にこの効果は切断とか研磨といった効果ではなく、流体による一種の楔の効果と考えることも出来る。従ってこの効果は貼り合わせ基体の側面に凹型の狭い隙間があってウォータージェットを噴射することにより分離領域を引き剥がす方向に力が掛かる場合には大いに効果が期待できる。この効果を充分に発揮させようとするならば上記貼り合わせ基体の側面の形状が凸型ではなく凹型である方が好ましい。
【0126】
なお、ジェット流で分離する場合には、多層構造体18の温度は、−200℃から450℃の範囲内で行なう。好ましくは、室温以上350℃以下である。
【0127】
また、多層構造体18の分離には、貼り合わせたウエハに、面内に対して、
・垂直方向にさらに面内に均一に十分な引っ張り力、ないし、圧力を加える;
・超音波等の波動エネルギーを印加する;
・ウエハ端面の分離層へ剃刀の刃のようなもの(例えば、テフロン樹脂の楔)を挿入する;
・ウエハ端面に分離層を表出させ、多孔質Siをある程度エッチングし、そこへ剃刀の刃のようなものを挿入する;
・ウエハ端面に多孔質層を表出させ、多孔質Siに水等の液体をしみ込ませた後、貼り合わせウエハ全体を加熱あるいは冷却し液体の膨張をさせるなど;
・あるいは、第1(あるいは第2)の基板に対して第2(あるいは第1)の基板に水平方向に力(剪断力、あるいは回転力)を加える;
等の方法により、分離層を破壊することもできる。
【0128】
また、多層構造体18を、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に、浸潤させることによって、前記イオン注入層(分離層14)のみを選択的に無電解湿式化学エッチングして分割することも可能である。
【0129】
(第2の基板上の残存物除去)
多層構造体18を分離層14を利用して分離した場合、SOI層16上に分離層14が残存する場合には、これらを除去することが好ましい。もちろん、分離層14における分離が、SOI層16と分離層の界面で起きる場合には、この除去工程は、不要となる。
【0130】
残存物の除去には、研磨、研削、とくに化学的機械的研磨(CMP)を行なうことも好ましいものである。その際の、研磨剤としては、シリカガラス(borosilicate glass)、二酸化チタン、窒化チタン、酸化アルミニウム、硝酸鉄(iron nitrate)、酸化セリウム、コロイダルシリカ、窒化シリコン、炭化シリコン、グラファイト、ダイアモンドなどの研磨粒、あるいはこれら研磨粒とH2 O2 やKIO3 などの酸化剤やNaOH、KOH等のアルカリ溶液を混合した砥粒液を用いることができる。
【0131】
本発明の分離層の除去は、その機械的強度の低さと膨大な表面積を有することから、単結晶層を研磨ストッパーとして選択研磨により行うことも可能となる。
【0132】
また、エッチングにより除去することも好ましいものである。
【0133】
エッチング液としては、ふっ硝酸系、エチレンジアミン系、KOH系、ヒドラジン系を用いることができる。また、フッ酸、あるいはフッ酸に過酸化水素及びアルコールの少なくとも一方を添加した混合液や、バッファードフッ酸、あるいはバッファードフッ酸に過酸化水素及びアルコールの少なくとも一方を添加した混合液を用いることができる。
【0134】
分離層14の残存物が薄い場合や、実質的にSOI層16と分離層14の界面で分離する場合には、分離後に水素アニールを行なうことで、SOI層表面の平滑化ができる。
【0135】
水素アニールは、水素を含む還元性雰囲気で熱処理することにより行われるが、その雰囲気は、100%水素ガス、あるいは水素と希ガス(Ar等)の混合ガスで行なうことができる。
【0136】
水素アニール時の温度は、800℃以上1350℃以下、より好ましくは850℃以上1250℃以下で行なうことが望ましい。
【0137】
水素アニール時の水素を含む雰囲気圧力は、大気圧、減圧のいずれの雰囲気でも構わないが、大気圧若しくは大気圧(1×105 Pa)以下、1×104 Pa以上で行なうことが好適である。また大気圧に対して−100mmH2 O程度の微減圧下で行なうこともより好適である。
【0138】
分離層14の残存物を、水素アニールで除去する場合には、分離層14を酸化シリコンと対向させるようにして、アニールすることが望ましい。
【0139】
酸化シリコンと対向させて熱処理を行なうと、雰囲気を介して酸化シリコンと分離層14を構成するシリコンとが、
Si+SiO2 → 2SiO
と反応するので、イオン注入溜り層を効率良く除去することが可能である。しかも、同時にSiのマイグレーションが表面エネルギーを下げるべく進行する結果、表面が平滑化される。
【0140】
こうすることで、単結晶シリコン膜を表面に有する半導体基材の単結晶シリコン膜の研磨で導入されるような加工歪み層等の結晶欠陥を導入することなく、単結晶シリコン膜表面を単結晶ウエハ並に平坦化し、膜厚を制御して減じることができる。すなわち、SOI基板等の表面平滑化、ボロン濃度の低減と、シリコンのエッチングを同時に、ウエハ内、ウエハ間の膜厚均一性を損ねずに実施できる。
【0141】
また、研磨やエッチングにより分離層14をある程度若しくは全部除去した後に水素アニールを行なうことも好ましいものである。
【0142】
なお、イオン注入による分離層を領域11の内部に形成した場合には、残存する分離層14とともに領域11の一部の除去を上記方法を用いて行なう。
【0143】
(第1の基板上の残存物除去)
分離後に得られる第1の基板の一部(例えば、低欠陥層12の内部に分離層を形成した場合には領域11及び低欠陥層17)上に、分離層14の一部が残存する場合には、上記の研磨、研削、エッチング等により残存物を除去した後、表面平坦性が不十分であれば表面平坦化処理を行うことにより再び第1の基板、あるいは次の第2の基板として、再利用することが可能である。表面平坦化処理は通常半導体プロセスで使用される研磨、エッチング等の方法でもよいが、水素を含む還元性雰囲気での熱処理によって行なうこともできる。この熱処理は条件を選ぶことにより、局所的には原子ステップが表出するほど平坦にすることができる。
【0144】
特に、低欠陥層12の内部に分離層14を形成している場合には、分離後にも領域11上に低欠陥層17を有しているので、この低欠陥層17内部に再度分離層14を形成し、一連のSOI基板の作製プロセスを行なうことができる。
【0145】
貼り合わせ法を用いてSOI基板を作製する場合には、2枚のウエハを用いて、1枚のSOI基板が作製されるが、分離後の第1の基板を再利用することで、より経済的なSOI基板の作製が可能となる。
【0146】
(分離後アニール)
なお、本発明においては、多層構造体18を分離層14を利用して分離した後、第2の基板15上に配されたSOI層16と支持基板との接着強度を上げるため、熱処理(以下、「第2の熱処理」という。)を行なうことも好ましい。
【0147】
この第2の熱処理の温度は、第1の熱処理(貼り合わせ途中、あるいは直後に行なう低温熱処理)の温度よりも高温で行なう。第2の熱処理の温度は、600℃以上1350℃以下、より好ましくは800℃以上1200℃以下である。
【0148】
水素等のイオン注入によりバルクシリコンの内部にマイクロバブル層(分離層14)を形成した後の工程では、熱処理により分離する場合を除き、熱処理を行なわないか、行なったとしても低温で熱処理することが望まれる。これは、凡そ500℃を超えるとマイクロバブル層の凝集が起こるため、本来意図しない分離が起きてしまうおそれがあるからである。従って、貼合せ後に接着強度を上げる場合では、500℃以下の低温熱処理(第1の熱処理)を行なうことが好ましい。
【0149】
そして、所望の方法で分離した後に、第1の熱処理温度よりも高い第2の熱処理(例えば、900℃程度)を行ないSOI層16と第2の基板との密着強度を上げるとともに、貼り合わせ界面の安定化を図ることが望まれる。
【0150】
このように、500℃以下の低温熱処理(第1の熱処理)を行なった後に、800℃以上1350℃以下の高温の熱処理(第2の熱処理)を行なうと、酸素の析出現象が増速され、酸素の析出密度に依存するOSF等の欠陥が増えることがある(“シリコン”阿部孝夫著(培風館)p.194)。しかしながら、本発明においては、低欠陥層12における酸素濃度が十分に低いため、低温熱処理後の高温熱処理による欠陥の増大を防止することができる。
【0151】
本発明によれば、水素を含む雰囲気中で熱処理したウエハの表面層をイオン注入層を利用して分離し、別の基板に移設することができる。この熱処理により主面近傍層のバルクSiに特有の欠陥(COP、Grow−in欠陥等)を排除することができるため、デバイスの歩留まりを向上させることが可能となる。
【0152】
例えば、COPのサイズに対して充分なマージンをもって製造される16M DRAMの作製プロセスにおいては、COPが存在してもあまり問題にならないが、64M DRAMに移行すると、COPのサイズと同程度のサイズでデバイスが設計されるため、COPによる歩留まりが顕著になると考えられる。本発明によれば、SOI層16に含まれるCOPが非常に少ないSOI基板が提供できるので非常に有効である。
【0153】
水素を含む雰囲気中で熱処理したウエハは、コスト的に有利で量産性に優れているとしてエピタキシャル膜付きウエハに代わるウエハとして期待される。今後ウエハの大口径化が進み、高品質結晶の引き上げが難しくなると言われており、バルクウエハの品質は落ちる可能性があることからも、水素を含む雰囲気中で熱処理した低欠陥層を有するウエハを利用してSOI基板を作製することは非常に有用である。
【0154】
次に、分離層14の除去を水素アニールを含む工程で行なう場合に、熱処理炉内で被処理基板に対向する対向材料の違い、及び被処理基板と対向面との距離の違いにより水素アニールによる効果に差がある点について説明する。
【0155】
水素アニール(水素を含む還元性雰囲気での熱処理)により、被処理基板の表面(SOI層)はエッチングされる場合があるが、そのエッチング量は、SOI層表面に対向する材料の違いにより異なる。以下具体的に説明する。
【0156】
<対向材料の違いによるエッチング量の差に関する知見>
図15に示すような縦形のバッチ式ウエハ熱処理炉において、単結晶シリコン層(SOI層)のエッチング速度は、該単結晶シリコン表面と向かい合う面(対向面)の材質によって大きく変化する。なお、図15において、1は複数枚のウエハ、2は石英からなる炉心管、3はヒータ、4は処理用のガスの流れである。
【0157】
図16は、対向面材料によるエッチング速度の温度依存性を示す図であり、下側の横軸は温度Tの逆数をエレクトロンボルト(eV)の逆数で示している。上側の横軸は1/Tに対応する温度を表示している。縦軸は、エッチングレート(nm/分)を対数プロットしてある。SOI基板を用いると市販の光反射式の膜厚計を用いて、比較的容易にSOI層、すなわち、埋込絶縁層上の単結晶シリコン層の膜厚を測定することができる。熱処理時間を変えて、熱処理前後の膜厚の変化量を測定し、そのエッチング時間に対する傾きを求めれば、エッチング速度が得られる。
【0158】
図中データAは、SiO2 基材をSi対向面に対向させて各温度でのエッチングレートを示すグラフであり、この際、これらプロットの最小二乗法による近似直線の傾きより活性化エネルギーEaを求めたところ、約4.3eVであった。なお、図中の各データに対するカッコ書の中は、対向面の材料を示している。
【0159】
またデータBは、Si基材をSiO2 対向面に対向させて熱処理した場合を示す。
【0160】
またデータCは、Si基材をSi対向面に対向させて熱処理した場合であり、この際、活性化エネルギーEaは、約4.1eVであった。
【0161】
またデータDは、SiO2 基材をSiO2 対向面に対向させて熱処理した場合であり、この際、活性化エネルギーEaは、約5.9eVであった。
【0162】
図16に示す如く、水素を含む還元性雰囲気の熱処理では、シリコンのエッチング速度は対向面の材質をシリコンから酸化シリコンに変えることによって、図中のBとCのエッチング速度の差に示されるように、温度によらず、およそ9倍に増速されることが明らかになった。
【0163】
単結晶シリコン同士が向かい合っている場合、エッチング速度は1200℃で概ね0.045nm/min以下と極めて小さい(図中データC)。60分の熱処理でのエッチング量は、3nm以下である。一方、シリコンの対向面を酸化シリコンとした場合、エッチング速度は1200℃でおよそ0.36nm/minであり(図中データB)、1時間のエッチング量は21.6nmに達してしまう。このエッチング量はタッチポリッシュの場合に近い。
【0164】
図17は、Si基材とSiO2 対向面が、あるいはSiO2 基材とSi対向面とが対向する場合のエッチング量を示す図であり、横軸はエッチング時間(分)であり、縦軸はエッチング厚(nm)であり、温度Tは1200℃として、白丸は、SiO2 をSiを対向面として熱処理した場合であり、黒丸は、SiをSiO2 を対向面として熱処理した場合を示す。
【0165】
図17に示すように、同一時間では、白丸に示すSiO2 をSiを対向面として熱処理した場合の方が、黒丸に示すSiをSiO2 を対向面としてエッチングした場合に比べて、エッチング量は大きくなっている。つまり、SiO2 とSiとを対向させて熱処理した場合、SiO2 の方が厚くエッチングされる。
【0166】
図18は、対向面をSiとしたSiO2 基材のエッチングと、対向面をSiO2 としたSi基材のエッチングにおいて、Si面とSiO2 面のそれぞれの面がエッチングされることにより除去されるSi原子数を、図17より計算して図示したものであり、横軸はエッチング時間、縦軸は除去されたSiの原子数(atoms/cm2 )であり、図中、白色の丸、三角、四角は、SiO2 面を示し、黒色の丸、三角、四角は、Si面を示す。
【0167】
図18に示すように、図17に示した酸化シリコン面と単結晶シリコン面のエッチング量をシリコン原子数に換算したところ、図18に示すように概ね一致して結果が得られた。SiとSiO2 を対向させて熱処理した場合、両表面からは、同量のSi原子が失われることが示されている。
【0168】
すなわち、シリコンエッチングは対向する酸化シリコン面との相互作用により増速され、反応式は包括的には下記の如くで、シリコンと酸化シリコンが1:1に反応する。
【0169】
Si+SiO2 →2SiO
また、かかるSiのエッチング速度は対向する面との距離の影響も受ける。シリコンを対向面に配置した場合には、面間距離を狭めるほどエッチング速度は抑制されるが、酸化シリコンを対向面として配置した場合には、面間距離を近づけるほどエッチング速度が増速された。
【0170】
また、雰囲気ガスに水素に代表される還元性ガスが含まれない場合のエッチング速度は水素を含む場合に比べると著しく小さかった。すなわち、水素アニールの際のエッチングが増速される要因の一つには水素に代表される還元性ガスの存在が寄与している。シリコンと酸化シリコンが対向する場合、エッチングはいずれかの表面材料が水素に代表される還元性ガスとの反応を介して他方の表面にたどり着いて反応することによって、両表面がエッチングされる。例えば、Si+H2 →SiH2 、SiH2 +SiO2 →2SiO+H2 という反応がある。Si表面から解離したSi原子が気相中を輸送され、酸化シリコン表面でSiO2 と反応して飽和蒸気圧の高いSiOに転化される。SiH2 は随時消費されるのでSi表面でのエッチングも促進される。Si同士が対向する場合には、Si表面から解離したSi原子は気相中で飽和濃度に到達すると、以後の反応は気相中の拡散によって律速されるが、解離したSiの飽和濃度は高くないためにエッチング速度はそれほど高まらない。
【0171】
一方、SiにSiO2 を対向させた場合、Si表面より解離したSi原子は酸化膜表面において、消費されるため、反応はさらに進行する。SiO2 表面側で生成されるSiOは蒸気圧が高いため、Si同士が対向する場合に比べ、反応は律速されにくい。
【0172】
また、単結晶シリコン膜に対向する面の材料をSiCとした場合の単結晶シリコン膜のエッチング量は対向面をシリコンとした場合とほぼ同等であった。また、対向する面の材料を窒化シリコンとした場合も同様に単結晶シリコン膜のエッチング量は対向面をシリコンとした場合と同様に抑制された。
【0173】
すなわち、単結晶シリコン膜を水素を含む雰囲気中で熱処理する際に、単結晶シリコン膜に対向する面をシリコン、ないしは、シリコンと炭素を主成分に含み、かつ、酸素を主成分としない材料で構成する場合に比べ、対向面を酸化シリコンとすれば、単結晶シリコン膜のエッチング量は、およそ10倍となる。
【0174】
また、対向面との距離は半導体基材の単結晶シリコン膜のある面の大きさに依存するが、直径100mm以上の半導体基材においては、概ね20mm以下、より好ましくは10mm以下であれば、対向面材料との相互作用によるエッチングの増速効果が得られる。
【0175】
また、水素を含む還元性雰囲気中での熱処理工程における半導体基材の主面の単結晶シリコンのエッチング速度は雰囲気ガス中に含まれる水分、酸素分等の酸化性不純物の存在により増速されるので、これらの供給を抑制するために主面近傍の雰囲気ガスの流速を小さくすることにより、これら不純物ガスによるエッチング分は低下するので、本発明の対向面との相互効果によるエッチング制御性を高める。特に図19に示すように、炉心管50に設置した半導体基材51の表面に絶縁物52を介して単結晶シリコン膜53を有する主面をガス流54に対して直交するように配置した上で、酸化シリコンで構成される対向面55を配置すれば、前記主面上の雰囲気ガスの流速56を実質的に0とすることができ、対向する酸化シリコンによるエッチング効果を十分に引き出すことができる。
【0176】
また、対向させる酸化シリコン膜をシリコン、ないしは、シリコンと炭素を主成分に含み、かつ、酸素を主成分としない、すなわち、シリコンと気相を介して反応しない材料の上に形成してエッチングを行うと酸化シリコン膜がエッチングによって膜厚を減じ、消失した時点でエッチング速度は1/10程度に低下するので、予め酸化シリコン膜の厚みをエッチングして除去したいシリコン厚みに含まれるSi原子量と同数のSi原子が含まれる厚みに設定しておけば、Siの除去量を制御できる。通常半導体プロセスで用いられる熱酸化法による酸化シリコン膜であれば、酸化シリコンの厚みは除去したいシリコン膜厚のおよそ2.22倍に設定すればよい。
【0177】
表面ラフネスの平滑化について、対向面の影響を評価したところ、顕著な差は認められなかった。
【0178】
図20は、残留分離層をエッチングにより除去した直後の表面が、水素アニールにより平滑化されるようすを側面から見た模式的断面図である。図20に示すラフな表面は、還元性雰囲気中で熱処理することにより、図21に示すが如く市販のシリコンウエハ並みに平滑化された。W3、W4は、SOI基板を示す。
【0179】
数nmから数十nmの高さh、数nmから数百nmの周期Pの凹凸が観察される単結晶シリコン表面(図20)を、還元性雰囲気中で熱処理(水素アニール)することにより、少なくとも高低差が数nm以下、条件を整えれば、2nm以下の単結晶シリコンウエハ並に平坦な表面(図21)が得られることがわかった。
【0180】
さらに、SOI層に対向する対向面材料を適宜選択することで、水素アニールによるエッチング量が制御できることが分かった。
【0181】
この現象は、エッチングというよりは、むしろ表面の再構成であると考えられる。即ち、荒れた表面では、表面エネルギーの高い稜状の部分が無数に存在し、結晶層の面方位に比して高次の面方位の面が多く表面に露出しているが、これらの領域の表面エネルギーは、単結晶表面の面方位に依存する表面エネルギーにくらべて高い。水素を含む還元性雰囲気の熱処理では、例えば水素の還元作用により表面の自然酸化膜が除去され、かつ、熱処理中は還元作用の結果、自然酸化膜が生成されない。そのため、表面Si原子の移動のエネルギー障壁は下がり、熱エネルギーにより励起されたSi原子が移動し、表面エネルギーの低い、平坦な表面を構成していくと考えられる。単結晶表面の面方位は低指数であるほど、本発明による平坦化は促進される。
【0182】
上述のように、水素アニールの際に被処理表面(SOI層)に対向する材料を酸化シリコンとすることにより、シリコンのエッチング速度を早めることができる。従って、本発明においてイオン注入により形成した分離層が、分離工程後にSOI層表面に残存する場合であっても、水素アニールにより効率的にSOI層表面の残存物を除去できる。
【0183】
水素を含む雰囲気中では、窒素雰囲気や、希ガス雰囲気では、表面が平滑化しないような1200℃以下の温度でも、十分に平滑化がなされる。本発明による平滑化とエッチングの温度は、ガスの組成、圧力等によるが、概ね300℃以上融点以下の熱処理、より好ましくは、500℃以上、さらに好ましくは800℃以上、特に、1200℃以下で有効に作用する。また、平滑化の進行が遅い場合には、熱処理時間を延ばすことで同様に平滑な面を得ることができる。対向する面の構成材料の影響は、圧力を低くすることによって同じ面間隔であっても、対向面との相互作用によるエッチングを効率化できる。これは、ガス分子の拡散長が圧力の低下に伴い、長くなるためである。
【0184】
雰囲気内の残留酸素、水分は昇温時にはシリコン表面を酸化して被膜として表面の平滑化を阻害するので、低く抑制することが必要である。また、高温においては、酸化+エッチングにより予期しないシリコン膜厚の減少を引き起こすので、やはり、低く抑制することが必要である。露点で言えば、−92℃以下に制御することが望ましい。
【0185】
本現象は表面が清浄な状態で熱処理することでその進行が開始するので、表面に厚く自然酸化膜が形成されているような場合には、熱処理に先立って、これを希弗酸などによるエッチングで除去しておくことにより、表面の平滑化の開始が早まる。
【0186】
こうして得られた平滑な単結晶表面は、半導体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。
【0187】
H2 を含む雰囲気での熱処理によるボロンのSi層からの外方拡散による対向面材料による顕著な差は認められなかった。単結晶シリコン中のボロン量がシリコンに対して、概ね100分の1以下であり、気相中に放出されるボロン量がシリコンのエッチングによって放出される量に比べ格段に小さく飽和しないためと考えられる。
【0188】
本発明者の一人である、米原らは、膜厚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基板の作製方法を報告している(T.Yonehara et.al.,Appl.Phys.Lett.vol.64,2108(1994),米国特許第5371037号,)。
【0189】
この方法の一例を、図29〜31の模式断面工程図に示す。まず、Si基板61上の多孔質層62を選択エッチングの材料として用いる。多孔質層の上に非多孔質結晶Si層63をエピタキシャル成長した後、酸化Si層65を介して第2の基板64と貼り合わせる(図29)。次に、第1の基板を裏面より研削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30)。次に、露出させた多孔質Si層62は、KOHやHF+H2 O2 の混合液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31)。こうして、SOI基板が得られるが、この場合にもSOI層表面のより一層の平坦性、平滑化を図るため、エッチング量を制御して水素アニールすることが望ましい。
【0190】
このとき、多孔質Si層62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62上に成長した非多孔質単結晶Si層63を膜厚を殆ど減じることなく、第2の基板64の上に残し、SOI基板を形成することができる。
【0191】
また、更に、本発明者の一人である坂口らは、図29における多孔質層62が、他の領域に比べ、機械的強度が弱いこと等に鑑み、該多孔質層62を利用して、貼り合わせ基板(図29)を分離できることを開示している(特開平7−302889号公報)。
【0192】
[実施形態例1]
図2〜図6を用いて、本発明の第1の実施形態について説明する。
【0193】
図2において、まず、第1のSi単結晶基板10を用意して、少なくとも主表面側を水素を含む還元性雰囲気中で熱処理し、表面にバルクに起因する欠陥を減じた表層部(低欠陥層)12を形成する。ここでは、領域11と低欠陥層12がある境界をもって急峻に分かれている様に図示してあるが実際は除々に変化していくようになっている。
【0194】
その後、表面層にSiO2 13を形成し、貼合わせ界面の界面準位を活性層から離しておく。
【0195】
次に、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、分離層(イオン注入溜り)14を形成する(図3)。分離層14は、低欠陥層12内部に形成する。低欠陥層12内部に打ち込むため、分離層14の位置を厳密にかつ均一に規定できる。
【0196】
次に、図4に示すように、第2の基板15と第1の基板10とを前記絶縁層13が内側に位置するよう室温で貼り合わせる。
【0197】
図3は第2の基板15と第1の基板10とを絶縁層13を介して貼り合わせた様子を示してあるが、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。
【0198】
次に、分離層14で基板を分離する(図5)。分離は、400℃から600℃で熱処理することにより行う。
【0199】
分離後に、第2の基板15上に残留する分離層14には微小孔が転位等の欠陥が残留していることがあるので、分離層14を選択的に除去する。選択的な除去は、所望のエッチング液を用いて行う。残留する部分が非常に少ない場合は、水素アニールにより行うこともできる。あるいは、SOI層16を研磨ストッパーとしてイオン注入溜り層14を選択研磨で除去する。また選択研磨でなく通常の研磨でも可能である。
【0200】
また、貼り合わされた基板の分離をSOI層16と分離層14の界面で行う場合には、残留する分離層14の除去工程は省略できる。
【0201】
図6には、本発明で得られる半導体基板が示される。第2の基板15上にSOI層、例えば単結晶Si薄膜16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の基板と第1の基板とを絶縁層13を介して貼り合わせれば、こうして得られた半導体基板は、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。
【0202】
第1のSi単結晶基板11は残留イオン注入溜り層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。
【0203】
第1の基板側のイオン注入溜り14も上記したように水素を含む雰囲気での熱処理等の表面平坦化処理のみでも再使用できる。
【0204】
[実施形態例2]
図7〜図11を用いて、本発明の第2の実施形態について説明する。
【0205】
図7において、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(分離層)24を形成する。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を形成した場合には、それを除去した後、少なくとも主表面側を水素を含む還元性雰囲気中で熱処理し、表面にバルクに起因する欠陥を減じた層(低欠陥層)22を形成する(図8)。本実施形態においては、水素アニールは、500℃以下の低温で行うか数秒から数十秒の短時間で行うことが望まれる。層22中にMOSFET等の素子構造を形成してしまっても構わない。さらに、低欠陥層22の表面層にSiO2 25を形成しておいた方が、貼合わせ界面の界面準位を活性層から離すことが出来るという意味でもよい。図9に示すように、第2の基板26と第1の基板の表面とを室温で貼り合わせる。
【0206】
貼り合わせ強度が十分でない場合は、400℃程度の熱処理をしたり、加圧したりする。
【0207】
次に、分離層24で基板を分離する(図10)。分離する方法としては、貼り合わせられた基板側面に、水等の液体あるいは、窒素ガス等の気体など流体をふきつけることにより行う。もちろん、これに限らずくさびを打ち込むことや引っぱり力を加えることを加えてもよい。
【0208】
第2の基板26上に残留する分離層24には微小孔が転位等の欠陥が残留していることがあるので、分離層24を選択的に除去する。
【0209】
残存する分離層24の選択的な除去は、エッチング液を用いて除去したり、あるいは、SOI層22を研磨ストッパーとして選択研磨により分離層24を除去することができる。また、残留する部分24が非常に薄い場合や、少ない場合は、水素アニールにより選択的な除去を行うことができる。この場合、水素アニールによるエッチング速度を増加させるため、残留分離層24に対向する材料として酸化シリコン(SiO2 )を表面に有する基板と対向させることが望ましい。
【0210】
また、エッチング液による除去、研磨による除去、水素アニールによる除去方法の中から2種あるいは3種適宜組み合わせて用いてもよい。
【0211】
図11には、本発明で得られる半導体基板が示される。第2の基板26上に単結晶Si薄膜22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の基板と第1の基板とを絶縁層25を介して貼り合わせれば、こうして得られた半導体基板は、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。
【0212】
本実施形態においては、分離層24を形成した後に、低欠陥層22を形成するので、分離層形成のためのイオン注入により発生する欠陥をも排除された、SOI層22を得ることができる。
【0213】
なお、分離層24における分離を、SOI層22と分離層24の界面で行う場合には、残留分離層の除去工程は省略したり、あるいは、水素アニールによる表面の若干量のエッチングを行う。
【0214】
第1のSi単結晶基板21は残留分離層24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の基板26として使用できる。もちろん、分離層24における分離を、第2の基板26と分離層24との界面で行うことにより、残留分離層24の除去工程を省略することもできる。
【0215】
第1の基板側の分離層24も上記したように水素を含む雰囲気での熱処理等の表面平坦化処理のみでも再使用できる。
【0216】
水素を含む還元性雰囲気での熱処理においては、前記基板の分離層24の残留している面を酸化シリコンと対向させて熱処理を行なうと雰囲気を介して酸化シリコンとシリコンが、
Si+SiO2 → 2SiO
と反応するので、イオン注入溜り層を効率良く除去することが可能である。しかも、同時にSiのマイグレーションが表面エネルギーを下げるべく進行する結果、表面が平滑化される。
【0217】
[実施形態例3]
図12〜図14を用いて、本発明の第3の実施形態を説明する。
【0218】
図12に示すように、前述の実施態様例1あるいは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の基体の両面に施し、半導体基板を同時に2枚作製する。
【0219】
図12において、31は第1の基板、32,35はイオン注入層(分離層)、33,36は低欠陥層、34,37はSiO2 層、38,39は第2の基板であり、図12は、実施態様例1で示した工程を、第1の基板31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13は、実施態様例1と同様に、分離層32,35で分離した状態を示し、図14は、分離層32,35を除去した状態を示す図である。もちろん、分離層32,35と低欠陥層33あるいは36との界面で分離を行えば、残留分離層の除去は省略できる。
【0220】
第1のSi単結晶基板31は残留イオン注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Si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。
【0221】
第1の基板側のイオン注入溜りも上記したように水素を含む雰囲気での熱処理等の表面平坦化処理のみでも再使用できる。
【0222】
支持基板38,39は同一でなくても良い。また、絶縁層34,37はなくてもよい。
【0223】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。
【0224】
(実施例1)
CZ法により作製された第1の単結晶Si基板を2枚(8インチ)用意し、以下に示す条件下でそれぞれ水素アニール処理を行い表面層の高品質化、すなわち、基板表面に低欠陥層を形成した。条件は、H2 ガス100%中で、1200℃で1時間行った。
【0225】
前述の2枚のCZシリコンウエハのうちの1枚をSC−1洗浄液で洗浄した後、異物検査装置で表面のCOPの数を検出したところ、単位ウエハあたりで8個であった。すなわち、COPの密度は、およそ0.02個/cm2 であった。なお、COPは、0.1μ程度以上のサイズのものを検出した。
【0226】
なお、以下、単位ウエハあたりのCOPの数は、「x個/w」と記載する。
【0227】
基板表面に熱酸化により200nmのSiO2 層を形成した。表面のSiO2 を通してH+ を40keVで5×1016cm-2イオン注入した。投影飛程は、低欠陥層内に位置するよう調整して行った。こうして、分離層上に単結晶シリコン層(SOI層)を有する基板が用意された。
【0228】
基板のSiO2 層側の表面と別に用意したSi基板(第2の基板)の表面とを重ね合わせ、接触させた後、600℃で熱処理したところ、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(分離層)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の基板側の表面を、49%弗酸と30%過酸化水素水と水との混合液で撹はんしながら選択エッチングして、第2の基板上に残存する分離層を除去した。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。非多孔質Si単結晶の該エッチング液に対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。
【0229】
イオン注入層は、この選択エッチングの他に非選択エッチングや研磨(タッチポリッシュやCMPなど)によっても除去できる。これは他の実施例においても同様である。研磨の場合、水素中での熱処理による平坦化は行なわなくてもよい。ただし、研磨ダメージが残る場合は熱処理や表面層除去した方が好ましい。
【0230】
すなわち、Si酸化膜上に0.2μm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。このように非常にSOI層の厚さの均一性に優れたSOI基板ができた。SOI層表面のCOP欠陥の数は、65個/wであった。通常のCZウエハ表面のCOPの数は、400個/w程度であるので、本発明により低欠陥層のSOI層が得られていることが分かる。
【0231】
さらに水素中で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(Rrms)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。COPの数は8個/Wとなった。
【0232】
なお、分離工程後、SOI層を水素アニールするとSOI層の最表面のCOPの数をさらに減らすことができるとともに、SOI層内部における欠陥の均一化を図ることができる。具体的に図を用いて説明する。
【0233】
図23は、CZシリコンウエハ、およびCZシリコンウエハを水素アニール処理したウエハ(8インチ)について、ウエハ表面からの深さとウエハ単位当たりのCOPの数を示したものである(NIKKEI MICRODEVICE,2月号(1998)、p.31)。水素アニールの際の条件によっても異なるが、CZシリコンウエハを水素アニールしたウエハは、グラフから明らかなようにウエハ表面付近でもっともCOPの数は少なく、表面からの深さが深くなるにつれてその数は多くなる。
【0234】
例えば、水素アニール処理を行なったCZシリコンウエハの表面から400nm付近にイオンの投影飛程(分離層)を設定し、第2の基板と当該ウエハを貼り合わせ、その後分離層にて分離してSOI基板を形成した場合には、SOI層の最表面でCOPの数は最も多くなり、SOI層と絶縁層との界面に近くなるにつれCOPの数は減少する。従って、SOI層表面近傍のCOPの数を更に減らす必要がある場合には、分離工程後にも水素アニールを施すことがより好ましい。この場合、SOI層の両面が水素アニール処理により低欠陥化されていることになる。
【0235】
なお、SOI層表面のCOPの数(密度)は、検出しやすくするためSOI基板をSC−1洗浄液(NH4 OH 濃度1.0wt%と、H2 O2 濃度6.0wt%と水の混合液)で10分間処理している。そして、表面パーティクル検査機(たとえば、KLAテンコール社製、SP−1)を用いて行った。
【0236】
イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
【0237】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Si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。
【0238】
同時に第1の基板側に残ったイオン注入層もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水と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の基板としてあるいは第2の基板として投入することができた。
【0239】
イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
【0240】
なお、イオン注入領域には、ゲッタリング効果もあるため、金属不純物が存在した場合にも、イオン注入領域に不純物をゲッタリングしたのちに貼り合わせた2枚の基板を分離し、イオン注入領域は除去できるので、不純物汚染に対しても有効である。
【0241】
(実施例2)
CZ法により作製した第1の単結晶Si基板を2枚(8インチ)用意し、以下に示す条件下でそれぞれ熱処理を行い表面層の高品質化を行った。なお、1枚は分析用である。
【0242】
H2 ガス100%雰囲気中で、1200℃、2時間の熱処理(水素アニール)を行い、表面に低欠陥層を形成した。2枚のうち1枚を用いて表面層のCOPの数を異物検査装置で調べたところ約5個/wであった。
【0243】
さらに、それぞれの基板にH+ を50keVで6×1016cm-2イオン注入した。基板表面からおよそ600nm付近に投影飛程を有していた。
【0244】
各基板表面と別に用意した500nmのSiO2 層を形成したSi基板(第2の基板)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。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。非多孔質Si単結晶の該エッチング液に対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。
【0245】
イオン注入層は、この選択エッチングの他に非選択エッチングやタッチポリッシュやCMPなどの研磨によっても除去できる。研磨の場合、水素中での熱処理による平坦化は行なわなくてもよい。ただし、研磨ダメージが残る場合は熱処理や表面層除去した方が好ましい。
【0246】
その後、極表面のみを研磨で平坦化した。
【0247】
すなわち、Si酸化膜上に0.5μmの厚みを持った単結晶Si層(SOI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。SOI層表面のCOPの数は、50個/w程度であった。このように、SOI層の外側表面でCOP50個/wで、SOI層内部のSi酸化膜側のCOP5個/wであることから、SOI層外側表面から内部にいくにつれCOPの密度が小さくなることが分かる。通常のCZウエハのCOPの数は、400個/wであるので、本発明により、SOI層が低欠陥化されていることが分かる。
【0248】
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Rrms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。
【0249】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Si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。
【0250】
なお、本実施例により、得られるSOI基板をさらに水素アニールすることで、SOI層表面のCOPの数を減らし、SOI層とSi酸化膜付近のCOPの数(5個/w)に近づけるとともに、より低減することが可能となる。
【0251】
このように、Si酸化膜上のSOI層である単結晶シリコン層の両方の表面を水素アニールすることにより、SOI層内のCOP等のバルクウエハ特有の欠陥を低減し、なおかつ、欠陥が残っていたとしても、その分布をSOI層内で実質的に均一にすることができる。
【0252】
同時に第1の基板側に残ったイオン注入層もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水と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の基板としてあるいは第2の基板として投入することができた。
【0253】
イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
【0254】
(実施例3)
CZ法により作製した第1の単結晶Si基板(8インチ)を用意し、次の条件下で熱処理を行い表面層の高品質化を行った。
【0255】
H2 ガス100%で、1200℃、4時間の水素アニールを行った。
【0256】
さらに、基板表面に熱酸化により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。
【0257】
基板のSiO2 層表面と別に用意した500nmのSiO2 層を形成したSi基板(第2の基板)の表面とを重ね合わせ、室温で接触させた後、300℃でアニールし貼り合わせ力を強めた。その後、貼り合わせられた基板側面から高水圧(約200kgf/cm2 )のウォータージェットにより、分離層にて、分離した。このとき、両基板は、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%過酸化水素水と水との混合液で撹はんしながら選択エッチングし、残留する分離層を除去した。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。非多孔質Si単結晶の該エッチング液に対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。
【0258】
イオン注入層は、この選択エッチングの他に非選択エッチングや研磨によっても除去できる。研磨の場合、水素中での熱処理による平坦化は行なわなくてもよい。ただし、研磨ダメージが残る場合は熱処理や表面層除去した方が好ましい。
【0259】
すなわち、Si酸化膜上に0.2μm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。
【0260】
さらに水素中で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。SiO2 層上の単結晶シリコン層表面をSC−1洗浄液で洗浄後、異物検査装置によりCOPの数を測定したところ、3個/wであった。
【0261】
なお、イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
【0262】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Si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。
【0263】
同時に第1の基板側に残ったイオン注入層もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水と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の基板としてあるいは第2の基板として投入することができた。
【0264】
イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
【0265】
なお、本実施例においては、ウォータージェットにより分離したが、これに限らず、窒素ガス等の気体を高圧力で吹きつけることにより分離することもできる。
【0266】
(実施例4)
CZ法により作製した第1の単結晶Si基板(8インチ)を用意し、以下に示す条件下で熱処理を行い表面層の高品質化を行った。
【0267】
H2 ガス100%で、1100℃、4時間水素アニールを行った。
【0268】
さらに、基板表面に熱酸化により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。
【0269】
各基板のSiO2 層表面と別に用意した溶融石英基板(第2の基板)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。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。非多孔質Si単結晶の該エッチング液に対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。
【0270】
イオン注入層は、この選択エッチングの他に非選択エッチングや研磨によっても除去できる。研磨の場合、水素中での熱処理による平坦化は行なわなくてもよい。ただし、研磨ダメージが残る場合は熱処理や表面層除去した方が好ましい。
【0271】
すなわち、透明な石英基板上に0.2μm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。単結晶Si層表面のCOPの数を測定したところ、およそ80個/wであった。
【0272】
さらに水素中で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(Rrms)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。
【0273】
イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
【0274】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Si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。
【0275】
同時に第1の基板側に残ったイオン注入層もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水と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の基板としてあるいは第2の基板として投入することができた。
【0276】
イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
【0277】
(実施例5)
CZ法により作製した第1の単結晶Si基板を2枚(8インチ)用意し、以下に示す条件下でそれぞれ熱処理を行い表面層の高品質化を行った。
【0278】
H2 ガス4%、Arガス96%の混合雰囲気中で、1100℃、4時間の熱処理を行い、低欠陥層を形成した。2枚のうちの1枚の表面層のCOPを測定したところ30個/wであった。
【0279】
次に、もう一枚の基板表面に熱酸化により200nmのSiO2 層を形成した。表面のSiO2 層を通してH+ を60keVで5×1016cm-2イオン注入した。
【0280】
基板のSiO2 層表面と別に用意したサファイア基板(第2の基板)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。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%過酸化水素水と水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。非多孔質Si単結晶の該エッチング液に対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。
【0281】
イオン注入層は、この選択エッチングの他に非選択エッチングや研磨によっても除去できる。研磨の場合、水素中での熱処理による平坦化は行なわなくてもよい。ただし、研磨ダメージが残る場合は熱処理や表面層除去した方が好ましい。
【0282】
その後、極表面のみを研磨で平坦化した。
【0283】
すなわち、透明なサファイア基板上に0.4μm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±12nmであった。単結晶Si層表面のCOPを測定したところ、120個/wであった。
【0284】
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(Rrms)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。
【0285】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Si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。
【0286】
同時に第1の基板側に残ったイオン注入層もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水と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の基板としてあるいは第2の基板として投入することができた。
【0287】
イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
【0288】
(実施例6)
CZ法により作製した第1の単結晶Si基板を用意し、以下に示す条件下で熱処理を行い表面層の高品質化を行った。
【0289】
H2 ガス100%中で、1150℃、10分の水素アニールを行った。
【0290】
さらに、それぞれの基板表面に熱酸化により200nmのSiO2 層を形成した。表面のSiO2 層を通してH+ を70keVで5×1016cm-2イオン注入した。
【0291】
各基板のSiO2 層表面と別に用意したガラス基板(第2の基板)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。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。非多孔質Si単結晶の該エッチング液に対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。
【0292】
イオン注入層は、この選択エッチングの他に非選択エッチングや研磨によっても除去できる。研磨の場合、水素中での熱処理による平坦化は行なわなくてもよい。ただし、研磨ダメージが残る場合は熱処理や表面層除去した方が好ましい。
【0293】
その後、極表面のみを研磨で平坦化した。
【0294】
すなわち、透明なガラス基板上に0.5μm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。単結晶Si層表面のCOPの数を測定したところ、100個/wであった。通常のCZシリコンウエハ表面のCOPが400個/wなので、本発明により、低欠陥のSOI層が得られたことが分かる。
【0295】
また、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。
【0296】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Si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。
【0297】
同時に第1の基板側に残ったイオン注入層もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水と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の基板としてあるいは第2の基板として投入することができた。
【0298】
イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
【0299】
(実施例7)
CZ法により作製した第1の単結晶Si基板(8インチ)を用意し、基板表面に酸化シリコン膜200nmを熱酸化により形成した後、表面のSiO2 層を通して、He+ を80keVで5×1016cm-2イオン注入した。その後、200nmの酸化シリコン膜をHF液によりエッチング除去した。その後以下に示す条件下で熱処理を行い表面層の高品質化を行った。
【0300】
H2 ガス100%で、1200℃、1時間の水素アニールを行った。このとき、基板表面のCOPの数は、8個/wであった。
【0301】
再度、200nmの酸化膜(SiO2 )を熱酸化により形成した。そして基板のSiO2 層表面と別に用意したSi基板(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。非多孔質Si単結晶の該エッチング液に対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。
【0302】
イオン注入層は、この選択エッチングの他に非選択エッチングや研磨によっても除去できる。研磨の場合、水素中での熱処理による平坦化は行なわなくてもよい。ただし、研磨ダメージが残る場合は熱処理や表面層除去した方が好ましい。
【0303】
すなわち、Si酸化膜上に0.2μm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。
【0304】
さらに水素中で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。単結晶Si層表面のCOPの数を測定したところ、8個/wであった。
【0305】
イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
【0306】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Si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。
【0307】
同時に第1の基板側に残ったイオン注入層もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水と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の基板としてあるいは第2の基板として投入することができた。
【0308】
イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
(実施例8)
CZ法により作製した第1の単結晶Si基板を用意し、以下に示す条件下で熱処理を行い表面層の高品質化を行った。
【0309】
H2 ガス100%で、1200℃、3時間の水素アニールを行った。
【0310】
さらに、基板表面に熱酸化により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。
【0311】
各基板のSiO2 層表面と別に用意したSi基板(第2の基板)の表面とを重ね合わせ、接触させた。
【0312】
第1の基板の裏面酸化膜を除去した後、第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SiO2 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。
【0313】
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。非多孔質Si単結晶の該エッチング液に対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。
【0314】
イオン注入層は、この選択エッチングの他に非選択エッチングや研磨によっても除去できる。研磨の場合、水素中での熱処理による平坦化は行なわなくてもよい。ただし、研磨ダメージが残る場合は熱処理や表面層除去した方が好ましい。
【0315】
すなわち、Si酸化膜上に0.2μm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。
【0316】
さらに水素中で1100℃で熱処理を1時間施した。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0.2nmで通常市販されているSiウエハと同等であった。単結晶Si層の表面のCOPを測定したところ、3個/wであった。
【0317】
なお、イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
【0318】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Si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。
【0319】
同時に第1の基板側に残ったイオン注入層もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水と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の基板としてあるいは第2の基板として投入することができた。
【0320】
イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
【0321】
(実施例9)
CZ法により作製した第1の単結晶Si基板(8インチ)を用意し、以下に示す条件下で熱処理を行い表面層の高品質化を行った。
【0322】
H2 ガス100%で、1200℃、1時間の水素アニールをおこない低欠陥層を形成した。
【0323】
基板表面に熱酸化により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。
【0324】
基板のSiO2 層表面と別に用意したSi基板(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 層および単結晶Si層をエッチングしたところ、イオン注入層の端が現れた。
【0325】
貼合せウエハを1000℃のパイロジェニック酸化をしたところ、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。
【0326】
その後、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。非多孔質Si単結晶の該エッチング液に対するエッチング速度は、極めて低く、イオン注入層のエッチング速度との選択比は十の五乗以上にも達し、非多孔質層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膜厚減少である。
【0327】
イオン注入層は、この選択エッチングの他に非選択エッチングや研磨によっても除去できる。研磨の場合、水素中での熱処理による平坦化は行なわなくてもよい。ただし、研磨ダメージが残る場合は熱処理や表面層除去した方が好ましい。
【0328】
すなわち、Si酸化膜上に0.2μm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。
【0329】
さらに水素中で1100℃で熱処理を2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。単結晶Si層の表面のCOPの数を測定したところ8個/wであった。
【0330】
イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
【0331】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Si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。
【0332】
同時に第1の基板側に残ったイオン注入層もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水と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の基板としてあるいは第2の基板として投入することができた。
【0333】
イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
【0334】
(実施例10)
CZ法により作製した第1の単結晶Si基板(8インチ)を用意し、以下に示す条件下で熱処理を行い表面層の高品質化(低欠陥化)を行った。
【0335】
H2 ガス100%中で、1200℃、1時間の水素アニールを行った。
【0336】
さらに、基板表面に熱酸化により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。
【0337】
各基板のSiO2 層表面と別に用意したSi基板(第2の基板)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の基板側の表面は、49%弗酸と30%過酸化水素水と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。非多孔質Si単結晶の該エッチング液に対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。
【0338】
イオン注入層は、この選択エッチングの他に非選択エッチングや研磨によっても除去できる。研磨の場合、水素中での熱処理による平坦化は行なわなくてもよい。ただし、研磨ダメージが残る場合は熱処理や表面層除去した方が好ましい。
【0339】
すなわち、Si酸化膜上に0.2μm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。
【0340】
さらに水素中で1100℃で熱処理を2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。単結晶Si層表面のCOPを測定したところ8個/wであった。なお、COPの測定は、SC−1洗浄液で洗浄後、0.1μ程度以上のものを異物検査装置で検出した。
【0341】
イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
【0342】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Si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。
【0343】
同時に第1の基板側に残ったイオン注入層もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水と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の基板としてあるいは第2の基板として投入することができた。
【0344】
イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
【0345】
(実施例11)
CZ法により作製した第1の単結晶Si基板(8インチ)を用意し、以下に示す条件下で熱処理を行い表面層の高品質化を行った。
【0346】
H2 ガス100%で、1200℃、2時間の水素アニールを行った。
【0347】
さらに、それぞれの基板表面に熱酸化により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。
【0348】
各基板のSiO2 層表面と別に用意したSi基板(第2の基板)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。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。非多孔質Si単結晶の該エッチング液に対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。
【0349】
イオン注入層は、この選択エッチングの他に非選択エッチングや研磨によっても除去できる。研磨の場合、水素中での熱処理による平坦化は行なわなくてもよい。ただし、研磨ダメージが残る場合は熱処理や表面層除去した方が好ましい。
【0350】
すなわち、Si酸化膜上に0.2μm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。単結晶Si層の表面のCOPを測定したところ50個/wであった。
【0351】
さらに水素中で1100℃で熱処理を2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。なお、この2時間の熱処理後に、単結晶Si層の表面のCOPを測定したところ、6個/wであった。
【0352】
イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
【0353】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Si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。
【0354】
同時に第1の基板側に残ったイオン注入層もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水と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の基板としてあるいは第2の基板として投入することができた。
【0355】
イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
【0356】
(実施例12)
CZ法により作製した第1の単結晶Si基板(8インチ)を用意し、以下に示す条件下で熱処理を行い表面層の高品質化を行った。
【0357】
H2 ガス100%で、1200℃、1時間の水素アニールを行った。
【0358】
さらに、それぞれの基板表面に200nmのSiO2 層を形成した。表面のSiO2 層を通して水素イオンを40keVでPlasma Immersion Ion implantation法により5×1016cm-2イオン注入した。
【0359】
各基板のSiO2 層表面と別に用意したSi基板(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。非多孔質Si単結晶の該エッチング液に対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。
【0360】
イオン注入層は、この選択エッチングの他に非選択エッチングや研磨によっても除去できる。研磨の場合、水素中での熱処理による平坦化は行なわなくてもよい。ただし、研磨ダメージが残る場合は熱処理や表面層除去した方が好ましい。
【0361】
さらに、イオン注入深さに相当する第1の基板の残りを「酸化+剥離」、あるいは「エッチング」で除去する。
【0362】
すなわち、Si酸化膜上に0.2μm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±7nmであった。
【0363】
さらに水素中で1100℃で熱処理を1時間施した。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0.2nmで通常市販されているSiウエハと同等であった。単結晶Si層の表面のCOPを測定したところ、10個/wであった。
【0364】
イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
【0365】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Si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。
【0366】
同時に第1の基板側に残ったイオン注入層もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水と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の基板としてあるいは第2の基板として投入することができた。
【0367】
イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
【0368】
(実施例13)
実施例1〜12に対して、両面研磨第1基板の両面に同様の工程を行った。
【0369】
上記した実施例において、イオン注入層の選択エッチング液も49%弗酸と30%過酸化水素水と水との混合液に限らず、
HF,
HF+アルコール,
HF+H2 O2 +アルコール,
バッファードHF+H2 O2 ,
バッファードHF+アルコール,
バッファードHF+H2 O2 +アルコール,
バッファードHF,
など、あるいは弗酸・硝酸・酢酸の混合液のようなものでも、イオン注入によれば膨大な表面積となるため、選択エッチングできる。
【0370】
他の工程についても、ここの実施例に限られた条件だけでなく、さまざまな条件で実施できる。
【0371】
(実施例14)
CZ法により作製した、比抵抗が10Ωcmのボロンドープ8インチ(100)Siウエハを1200℃,1時間、水素100%雰囲気中で熱処理したのち、表面を250nm酸化し、さらに、水素をイオン注入した。注入条件は、50keV、4×1016/cm2 である。このようにして形成されたウエハを第1のシリコンウエハとする。
【0372】
第1のシリコンウエハと第2のシリコンウエハをそれぞれ一般的にシリコンデバイスプロセス等で用いられるウェット洗浄を施して、清浄な表面を形成したのち、250nmの酸化膜が内側に位置するよう貼り合わせた。貼り合わせたシリコンウエハ組を熱処理炉に設置し、600度10時間の熱処理を施し、貼り合わせ面の接着強度を高めた。熱処理の雰囲気は酸素とした。この熱処理中にシリコンウエハ組はイオン注入の投影飛程に相当する深さで分離した。単結晶シリコン膜は酸化シリコン膜と共に第2のシリコンウエハ上に移設され、SOIウエハが作製された。
【0373】
移設された単結晶シリコンの膜厚を面内10mmの格子点でそれぞれ測定したところ、膜厚の平均は280nmで、ばらつきは±10nmであった。また、表面粗さを原子間力顕微鏡で1μm角、50μm角の範囲について256×256の測定ポイントで測定したところ、表面粗さは平均二乗粗さRrmsでそれぞれ9.4nm、8.5nmであった。
【0374】
石英製の炉心管からなる縦形熱処理炉にこれらSOIウエハを裏面の酸化シリコン膜をつけたまま設置した。ガスは炉上部より下方へと流れる。ウエハは図12の如く、水平に、かつ、1枚のSOIウエハの裏面の酸化シリコンが別のSOIウエハのSOI層表面とおよそ6mm間隔で向かい合うように、かつ、ウエハの中心と炉心管の中心線が一致するようにして、石英製のボート上に設置し、一番上のSOIウエハの上には表面に酸化シリコン膜を形成した市販のシリコンウエハと同じ間隔で配置した。炉内の雰囲気を水素に置換したのち、温度を1180℃まで昇温し、2時間保持したのち、再び降温し、ウエハを取出し、SOI層の膜厚を再び測定した。SOIウエハの膜厚減少量は平均で80.3nmで、SOI層は199.6nmになった。このとき、SOI層のCOPの数を測定すると、9個/w程度であった。
【0375】
また、熱処理後の単結晶シリコン膜の表面粗さを原子間力顕微鏡で測定したところ、平均二乗粗さRrmsは1μm角で0.11nm、50μm角で0.35nmと市販シリコンウエハ並みに平滑化されていた。単結晶シリコン膜中のボロン濃度についても、熱処理後に二次イオン質量分析(SIMS)で測定したところ、いずれも5×1015/cm3 以下に低減されデバイス作製が十分に可能なレベルであった。
【0376】
また、断面TEMで水素雰囲気中の熱処理前後の様子を観察したところ、熱処理前にSOI層表面近傍に観察された転位群が熱処理後には観察されなかった。熱処理によるエッチングで除去された領域に含まれていた転位がエッチングでSOI層ごと除去されたためと考えられる。
【0377】
(実施例15)
CZ法により作製した第1の単結晶Si基板を用意し、以下に示す条件下で熱処理を行い表面層の高品質化を行った。
【0378】
H2 ガス100%で、1200℃、1時間の水素アニールを行った。
【0379】
さらに、それぞれの基板表面に熱酸化により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。
【0380】
各基板のSiO2 層表面と別に用意したSi基板(第2の基板)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。貼合せウエハのベベリングの隙間へ0.2mm径のウォータージェットを噴射したところ、貼り合わせウエハはイオン注入層を介して2枚のウエハに分離された。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。非多孔質Si単結晶の該エッチング液に対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。
【0381】
イオン注入層は、この選択エッチングの他に非選択エッチングや研磨によっても除去できる。研磨の場合、水素中での熱処理による平坦化は行なわなくてもよい。ただし、研磨ダメージが残る場合は熱処理や表面層除去した方が好ましい。
【0382】
すなわち、Si酸化膜上に0.2μm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。
【0383】
さらに水素中で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。単結晶Si層の表面のCOPの数を測定したところ7個/wであった。
【0384】
イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
【0385】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Si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。
【0386】
同時に第1の基板側に残ったイオン注入層もその後、49%弗酸と30%過酸化水素水と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の基板としてあるいは第2の基板として投入することができた。
【0387】
イオン注入層の除去を行なわず、そのまま水素中で熱処理してもSiのマイグレーションにより微小孔や欠陥の排除と平坦化が同時に起こり結果としてイオン注入層が消滅する。
【0388】
(実施例16)
CZ−Siウエハを用いて、以下の工程でSOI基板を作製した。
(1)まずCZ−Siウエハを用意して、H2 ガス100%で、1200℃、1時間熱処理し、低欠陥層を形成する。なお、比較例として、この工程を通さない(水素中で熱処理を行わない)CZ−Siウエハも用意した。
(2)Siウエハを熱酸化して、200nmのSiO2 の酸化層を形成した。
(3)ドーズ量5×1016/cm2 、加速電圧40keVの条件で、H+ イオンを注入し、分離層を形成した。
(4)Siウエハと第2の基板(ここではSi基板)とを前記酸化層を内側にして貼り合わせた。
(5)600℃で熱処理し、イオン注入層で分離した。
(6)第2の基板上に残留するイオン注入層をHF、H2 O2 と水の混合液で選択エッチングする。このようにして形成されたSOI基板の半導体層(SOI層)の膜厚は200nm±6nmであった。
(7)水素中で1100℃、4時間熱処理した。
(8)49%HF中に15分、貼り合わせ基材を浸漬した。そして、光学顕微鏡で観察した。
【0389】
SOI層が、工程(1)の水素アニールにより形成された低欠陥層であるSOI基板では、SOI層表面の領域20cm2 を観察したところ、埋込酸化膜がエッチングされた箇所は見つからなかった。すなわち、0.05個/cm2 以下であった。一方、低欠陥層を形成しなかった比較例のSiウエハを用いたSOI基板では、およそ100μmφの大きさで埋込酸化膜がエッチングされた箇所は3.2個/cm2 の密度で観察された。これらは、水素熱処理を行わなかった比較例のSiウエハにおいて検出されるCOPがSOI層にも引きつがれ、この部分よりHF液が浸入して埋め込み酸化膜をエッチングした結果である。これらのエッチングされた部位ではSiが存在しないのであってデバイスを作製しても不良となってしまうことになる。
【0390】
さらに、Secco Etching により欠陥を顕在化したのち、光学顕微鏡により観察したところ、水素熱処理を行ったSiウエハを用いた貼り合わせ基材では、FPD、COP、OSFなどの欠陥であるエッチピット密度が102 /cm2 であった。一方、水素熱処理を行わなかった比較例のSiウエハを用いた貼り合わせ基材では、エッチピット密度が104 であった。
【0391】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ウエハを水素を含む雰囲気で熱処理し、COP等を減じた層をイオン注入層により分離し、別の基板に移設することができる。水素を含む還元性雰囲気でのアニールにより、上記したようなバルクSiに特有の欠陥をSOI基板上のSOI層から排除あるいは低減することができるため、デバイスの歩留まりを向上させることが可能となる。
【0392】
さらに、低欠陥層にイオン注入し分離層を形成することによりSOI層の膜厚均一性も向上する。
【0393】
また、本発明によれば、SOI構造の大規模集積回路を作製する際にも、高価なSOSや、SIMOXの代替足り得る半導体基板の作製方法を提案することができる。
【0394】
さらに本発明によれば、単結晶シリコン膜を表面に有する半導体基材を複数枚一括して処理する場合にも単結晶シリコン膜の膜厚除去量を制御して、シリコンをエッチングすることができるので、SOI基板に適用すれば、膜厚均一性を維持したまま、表面平滑化、ボロン濃度の低減とシリコンのエッチングを同時に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体基板の作製方法の一例を示すフローチャートである。
【図2】本発明の半導体基板の作製方法の一例を示す模式的断面図である。
【図3】本発明の半導体基板の作製方法の一例を示す模式的断面図である。
【図4】本発明の半導体基板の作製方法の一例を示す模式的断面図である。
【図5】本発明の半導体基板の作製方法の一例を示す模式的断面図である。
【図6】本発明の半導体基板の作製方法の一例を示す模式的断面図である。
【図7】本発明の半導体基板の作製方法の別の例を示す模式的断面図である。
【図8】本発明の半導体基板の作製方法の別の例を示す模式的断面図である。
【図9】本発明の半導体基板の作製方法の別の例を示す模式的断面図である。
【図10】本発明の半導体基板の作製方法の別の例を示す模式的断面図である。
【図11】本発明の半導体基板の作製方法の別の例を示す模式的断面図である。
【図12】本発明の半導体基板の作製方法の別の例を示す模式的断面図である。
【図13】本発明の半導体基板の作製方法の別の例を示す模式的断面図である。
【図14】本発明の半導体基板の作製方法の別の例を示す模式的断面図である。
【図15】本発明において、縦型のバッチ式ウエハ熱処理炉を用いて水素アニールを行なう場合の模式的断面図である。
【図16】本発明において、基板に対向する対向面材料とエッチング速度の温度依存性を示すグラフである。
【図17】本発明において、シリコンと酸化シリコンが対向する場合の水素アニールによるエッチング量を示すグラフである。
【図18】本発明において、シリコンと酸化シリコンが対向する場合の水素アニールによる除去されるシリコンの原子数を示すグラフである。
【図19】本発明において、対向面部材を酸化シリコンにする場合の配置の一例を示す模式的断面図である。
【図20】本発明のエッチング方法による作用を説明するための模式図である。
【図21】本発明のエッチング方法による作用を説明するための模式図である。
【図22】本発明における縦型炉内の半導体基板の配置を示す模式的断面図である。
【図23】ウエハ表面からの深さとウエハ単位当たりのCOPの数の関係を示すグラフである。
【図24】従来のSOI基板の作製方法を示す模式的断面図である。
【図25】従来のSOI基板の作製方法を示す模式的断面図である。
【図26】従来のSOI基板の作製方法を示す模式的断面図である。
【図27】従来のSOI基板の作製方法を示す模式的断面図である。
【図28】従来のSOI基板の作製方法を示す模式的断面図である。
【図29】SOI基板の作製方法の一例を示す模式的断面図である。
【図30】SOI基板の作製方法の一例を示す模式的断面図である。
【図31】SOI基板の作製方法の一例を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
10 第1の基板
11 欠陥低減効果が低い領域
12 表層部(低欠陥層)
13 絶縁層
14 分離層
15 第2の基板
16 分離層の上部に位置する層(SOI層)
17 分離層の下部に位置する層
18 多層構造体
Claims (9)
- 水素アニール処理されている表層部を有する第1の基板を用意する工程、
該第1の基板に、該表層部側から水素、窒素、及び希ガスの中から選択される少なくとも1種の元素をイオン注入し分離層を形成する分離層形成工程、
該第1の基板と第2の基板とを、該表層部が内側に位置するよう貼り合わせて多層構造体を形成する貼り合わせ工程、
及び該多層構造体を該分離層で分離し、該第2の基板上に該表層部の少なくとも一部を移設する移設工程、
を有し、該移設工程は、該多層構造体側面に、流体を吹き付けることにより行われることを特徴とする半導体基板の作製方法。 - 該水素アニール処理とは、単結晶シリコン基板を水素を含む還元性雰囲気下で熱処理することである請求項1記載の半導体基板の作製方法。
- 該分離層形成工程は、該表層部上に絶縁層を形成した後、イオン注入することにより行なわれる請求項1記載の半導体基板の作製方法。
- 該流体が、水あるいは空気、窒素ガス、炭酸ガス、あるいは希ガスである請求項1記載の半導体基板の作製方法。
- 該移設工程後、該第2の基板上の該表層部上に残留する該分離層を除去する工程を有する請求項1記載の半導体基板の作製方法。
- 該移設工程後、該第2の基板上に移設された該第1の基板の該表層部を、水素を含む還元性雰囲気下で熱処理する工程を有する請求項1記載の半導体基板の作製方法。
- 水素アニール処理されている表層部を有する第1のシリコン基板を用意する工程、
該第1のシリコン基板に、該表層部側から水素、窒素、及び希ガスの中から選択される少なくとも1種をイオン注入し分離層を形成する分離層形成工程、
該表層部の少なくとも一部を該分離層で分離する分離工程、
を有し、該分離工程は、該分離層に流体を吹き付けることにより行われることを特徴とする半導体薄膜の作製方法。 - シリコン基板を水素を含む還元性雰囲気で熱処理する工程、
該シリコン基板に、水素、窒素、及び希ガスの中から選択される少なくとも1種の元素をイオン注入し分離層を形成する工程、
該シリコン基板と第2の基板とを貼り合わせて多層構造体を形成する工程、
及び該多層構造体を該分離層で分離し、該第2の基板上に該表層部の少なくとも一部を移設する移設工程、
を有し、該移設工程は、該多層構造体側面に、流体を吹き付けることにより行われることを特徴とする半導体基板の作製方法。 - 水素アニールされた単結晶シリコン基板を用意する工程、
該単結晶シリコン基板にイオンを注入してイオン注入層を形成する工程、
該単結晶シリコン基板と別の基板とを貼り合わせて多層構造体を形成する工程、
及び該多層構造体を該イオン注入層で分離し、該別の基板上に該単結晶シリコン基板の少なくとも一部を移設する移設工程、
を有し、該移設工程は、該多層構造体側面に、流体による力を加えることにより行われることを特徴とする半導体基板の作製方法。
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