JP4728030B2 - Ｓｏｉウエーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＳＯＩウエーハの製造方法及びＳＯＩウエーハに関するものであり、特にパターニング処理された遮光膜を備える透明絶縁性基板上にＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）層を形成するＳＯＩウエーハの製造方法及びＳＯＩウエーハに関するものである。

一般に、アクティブマトリクス駆動方式の液晶装置等の電気光学装置は、電気光学装置用基板と対向基板と間に液晶等の電気光学物質を封入して形成される。この電気光学装置用基板には、マトリクス状に配列された複数の画素電極にそれぞれ、画素電極のスイッチング用に薄膜トランジスター（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）が設けられている。そして、各ＴＦＴは、そのゲート電極に走査信号が印加される度に、オン状態になりＴＦＴへの画像信号が画素電極に書き込まれる。この場合、高性能なＴＦＴを作り込むことで、画像信号の高速動作が期待できる。高性能化への取り組みとして、単結晶シリコンウエーハを石英基板等の透明絶縁性基板と貼り合わせ、その後薄膜化することにより、結晶性に優れ、キャリア移動度の高い単結晶シリコン層（ＳＯＩ層）を透明絶縁性基板上に形成したＳＯＩウエーハを応用して電気光学装置用基板としたものがある（特許文献１参照）。このＳＯＩウエーハを応用した電気光学装置用基板では、ＴＦＴに迷光が入射すると、光電効果により光リーク電流が発生し、そのトランジスター特性が変化すると言った課題が指摘されている。このため、対向基板のＴＦＴに対向する領域に遮光膜を設けるか、ＴＦＴが備えられた電気光学装置用基板自体に遮光膜を形成することで、ＴＦＴに対する遮光を行っている。

電気光学装置用基板自体に形成する遮光膜については、その後の電気光学装置用基板形成プロセスで適用される加熱工程前後での劣化を避ける目的で、高融点金属等の材料が選ばれる。しかし、このような高融点金属、例えばＭｏＳｉ、ＴａＳｉ、ＷＳｉではＴＦＴを形成する工程中における不純物の発生源となる。そのため、このような高融点金属からなる遮光膜を酸化ケイ素等の絶縁性被膜で覆ってから、これに単結晶シリコンウエーハを用いてＳＯＩウエーハ化がなされる必要がある。

しかし、このような酸化ケイ素等の絶縁性被膜をプラズマＣＶＤ法或いは熱ＣＶＤ法等で堆積した場合、遮光膜には所望のパターニング処理が施されているため、形成した絶縁性被膜表面が遮光膜の有無に追随した段差状の起伏をなし、単結晶シリコンウエーハとの貼り合せのために絶縁性被膜表面をＣＭＰ法等により研磨する工程を要していた。しかしながら、不規則な遮光膜パターンを有する場合には、それらに追随或いはそれらに影響された絶縁性被膜表面の段差は同様に複雑な形状を有しており、ＣＭＰ法等の研磨で段差のない平坦な平滑面を得ることは困難であった。そして、このように絶縁性被膜表面に段差が存在すると、単結晶シリコンウエーハと貼り合わせる際の貼り合わせ不良の原因となっていた。

また、このような電気光学装置用基板に用いるＳＯＩウエーハは、ＳＯＩ層の厚さを例えば０．５μｍ以下程度に薄くしなければならない。従って、例えば石英基板とＳＯＩ層との接合は、このような厚さまでＳＯＩ層を薄膜化するための研削、研磨や、デバイス作製時にＳＯＩ層に掛かる熱的、機械的応力に耐えるように強固に接合している必要があり、そのため、高温熱処理により結合力を高めることが必要であった。

しかし、石英基板とＳＯＩ層では熱膨張係数が相違するため、接合するための加熱処理中、あるいは接合後の冷却中または研削、研磨中に熱歪による応力が生じ、石英基板やＳＯＩ層にひび割れが発生したり、これらが剥離して破損することがあった。このような問題は絶縁性透明基板が石英基板の場合に限らず、単結晶シリコンウエーハを熱膨張係数が異なる基板と接合する場合に必然的に生じる問題である。

この問題を解決するため、水素イオン注入剥離法を用いるＳＯＩウエーハの製造方法において、結合熱処理工程と薄膜化工程とを交互に段階的に行い、熱処理時に発生する熱応力の影響を緩和する技術が開示されている（例えば特許文献２参照）。

特開２００３−６６４２７号公報 特開平１１−１４５４３８号公報

本発明は、遮光膜を備える透明絶縁性基板上にＳＯＩ層を形成するＳＯＩウエーハの製造方法において、透明絶縁性基板とＳＯＩ層との熱膨張係数の差異に起因する熱歪、剥離、ひび割れ等の発生や絶縁性被膜表面の段差に起因する貼り合わせ不良の発生を簡易な工程で防止できるＳＯＩウエーハの製造方法及びＳＯＩウエーハを提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明は、単結晶シリコンウエーハとパターニング処理された遮光膜を備える透明絶縁性基板とを接合後、前記単結晶シリコンウエーハを薄膜化することにより前記透明絶縁性基板上にＳＯＩ層を形成してＳＯＩウエーハを製造する方法において、少なくとも、
単結晶シリコンウエーハの表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一方を注入し、ウエーハ中にイオン注入層を形成する工程、
透明絶縁性基板上に遮光膜を形成し、該遮光膜をパターニング処理する工程、
該透明絶縁性基板上にシラザン構造を有する化合物を含有する塗布性組成物を塗布して塗布膜を形成する工程、
該塗布膜を焼成処理して絶縁性被膜を形成する工程、
該透明絶縁性基板の絶縁性被膜の表面を研磨処理により平坦化する工程、
前記単結晶シリコンウエーハのイオン注入面及び／又は前記透明絶縁性基板の研磨した表面を、プラズマ及び／又はオゾンで処理する工程、
前記単結晶シリコンウエーハのイオン注入面と前記透明絶縁性基板の研磨した表面とを、室温で密着させて接合する工程、
前記イオン注入層に衝撃を与えて単結晶シリコンウエーハを機械的に剥離し、前記透明絶縁性基板上にＳＯＩ層を形成する工程、
を行なうことを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法を提供する（請求項１）。

このように、透明絶縁性基板上に遮光膜を形成、パターニング処理し、透明絶縁性基板上にシラザン構造を有する化合物を含有する塗布性組成物を塗布して塗布膜を形成し、該塗布膜を焼成処理して絶縁性被膜を形成し、該絶縁性被膜の表面を研磨処理により平坦化すれば、絶縁性被膜表面の遮光膜パターンに起因する段差が極めて低くなり、後工程でこれを単結晶シリコンウェーハと接合させる際に、表面全体を極めて均一に密着、接合させることができ、貼り合わせ不良を防止できる。

また、単結晶シリコンウエーハのイオン注入面及び／又は透明絶縁性基板の研磨した表面をプラズマ及び／又はオゾンで処理すれば、ウエーハのイオン注入面及び／又は基板の研磨した表面にはＯＨ基が増加して活性化する。従って、このような状態で単結晶シリコンウエーハのイオン注入面と透明絶縁性基板の研磨した表面とを室温で密着させ接合すれば、密着させた面が水素結合により強固に接合するので、その後結合力を高める高温熱処理を施さなくても十分に強固な接合となる。そして、このように接合面が強固に接合しているので、その後イオン注入層に衝撃を与えて単結晶シリコンウエーハを機械的に剥離し、透明絶縁性基板上に薄いＳＯＩ層を形成することができるので、剥離のための熱処理を行なわなくても薄膜化ができる。従って、透明絶縁性基板と単結晶シリコンウエーハとの熱膨張係数の差異に起因する熱歪、剥離、ひび割れ等が発生しない。

このようにして、透明絶縁性基板と単結晶シリコンウエーハとの熱膨張係数の差異に起因する熱歪、剥離、ひび割れ等が発生せず、また絶縁性被膜表面の段差に起因する貼り合わせ不良も発生せずにＳＯＩウエーハを製造することができる。また、水素イオン注入剥離法を用いるので、薄くて良好な膜厚均一性を有し、結晶性に優れたＳＯＩ層を有するＳＯＩウエーハを製造することができる。

この場合、前記塗布性組成物を、スリットダイコート法により塗布することが好ましい（請求項２）。
このように、塗布性組成物をスリットダイコート法により塗布すれば、塗布面に段差があっても塗布性組成物を無駄なく均一に塗布でき、埋め込み性に優れるものとできる。

また、前記シラザン構造を有する化合物として、ポリシラザンを用いることが好ましい（請求項３）。
このように、シラザン構造を有する化合物としてポリシラザンを用いれば、焼成処理による硬化時にクラックが確実に発生せず、また緻密な絶縁性被膜とできる。

また、前記剥離工程により得られたＳＯＩウエーハのＳＯＩ層表面に鏡面研磨を施すことが好ましい（請求項４）。
このように、剥離工程により得られたＳＯＩウエーハのＳＯＩ層表面に鏡面研磨を施せば、剥離工程で生じたＳＯＩ層の表面粗れやイオン注入工程で発生した結晶欠陥等を除去でき、表面が鏡面研磨された平滑なＳＯＩ層を有するＳＯＩウエーハを製造できる。

また、前記透明絶縁性基板を、石英基板、サファイヤ（アルミナ）基板、ガラス基板、のいずれかとすることが好ましい（請求項５）。
このように、透明絶縁性基板を石英基板、サファイヤ（アルミナ）基板、ガラス基板、のいずれかとすれば、これらは光学的特性が良好な透明絶縁性基板であるから、電気光学装置用基板作製に好適なＳＯＩウエーハを製造できる。
ここで、ガラス基板としては、一般的な青板ガラスのほか、白板ガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、結晶化ガラスなどを用いることができる。また、青板ガラスなどの様にアルカリ金属を含むガラス基板を用いる場合には、表面からのアルカリ金属の拡散を防止するため、遮光膜の形成の前に、ガラス基板の表面にスピンオンガラスによる拡散防止膜を形成することが好ましい。

また、本発明は、上記のいずれかの製造方法により製造されたことを特徴とするＳＯＩウエーハを提供する。
このように、上記のいずれかの製造方法により製造されたＳＯＩウエーハであれば、製造の際に熱歪、剥離、ひび割れ、貼り合わせ不良等が発生しておらず、また、各種デバイス作製に有用な、薄くて良好な膜厚均一性を有し、結晶性に優れ、キャリア移動度の高い透明絶縁性基板上にＳＯＩ層を持つＳＯＩウエーハとなる。

本発明に従うＳＯＩウエーハの製造方法であれば、透明絶縁性基板と単結晶シリコンとの熱膨張係数の差異に起因する熱歪、剥離、ひび割れ等が発生せず、また絶縁性被膜表面の段差に起因する貼り合わせ不良も発生せずにＳＯＩウエーハを製造することができる。

また、本発明のＳＯＩウエーハは、製造の際に熱歪、剥離、ひび割れ、貼り合わせ不良等が発生しておらず、また、各種デバイス作製に有用な、薄くて良好な膜厚均一性を有し、結晶性に優れ、キャリア移動度の高い透明絶縁性基板上にＳＯＩ層を持つＳＯＩウエーハとなる。

本発明者らは、透明絶縁性被膜上に形成した遮光膜パターンの上に絶縁性被膜をプラズマＣＶＤ法等で堆積した場合に絶縁性被膜表面に生じる段差状の起伏と、それによる貼り合わせ不良の発生を解消する方法について検討した。そして、透明絶縁性基板上にシラザン構造を有する化合物を含有する塗布性組成物を塗布して塗布膜を形成すれば、塗布膜の流動性により段差は埋め込まれ、その後塗布膜を焼成処理して酸化ケイ素の絶縁性被膜を形成し、絶縁性被膜の表面を研磨処理により平坦化すれば、絶縁性被膜表面の遮光膜パターンに起因する段差を極めて低くできることに想到した。

さらに本発明者らは、透明絶縁性基板とＳＯＩ層との熱膨張係数の差異に起因する熱歪、剥離、ひび割れ等の発生を解決するために、水素イオン注入剥離法を用いるＳＯＩウエーハの製造方法において、接合する面に予めプラズマ及び／又はオゾン処理を行なうことで熱処理をしなくても接合強度を高くし、また剥離の際にも機械的剥離を行なうことで高温の熱処理をせずに剥離することに想到した。
本発明者らは上記の発想に基づき諸条件を精査し、本発明を完成させた。

以下、本発明の実施の形態について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明に係るＳＯＩウエーハの製造方法の一例を示す工程図である。

まず、単結晶シリコンウエーハ１及び透明絶縁性基板２を用意する（工程Ａ）。
単結晶シリコンウエーハとしては特に限定されず、例えばチョクラルスキー法により育成された単結晶をスライスして得られたもので、例えば直径が１００〜３００ｍｍ、導電型がＰ型またはＮ型、抵抗率が１０Ω・ｃｍ程度のものを用いることができる。
また、透明絶縁性基板も特に限定されないが、これを石英基板、サファイヤ（アルミナ）基板、ガラス基板、のいずれかとすれば、これらは光学的特性が良好な透明絶縁性基板であるから、電気光学装置用基板作製に好適なＳＯＩウエーハを製造できる。

次に、単結晶シリコンウエーハ１の表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一方を注入し、ウエーハ中にイオン注入層３を形成する（工程Ｂ）。
例えば、単結晶シリコンウエーハの温度を２５０〜４５０℃とし、その表面から所望のＳＯＩ層の厚さに対応する深さ、例えば０．５μｍ以下の深さにイオン注入層を形成できるような注入エネルギーで、所定の線量の水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一方を注入する。このときの条件として、例えば注入エネルギーは５０〜１００ｋｅＶ、注入線量は１×１０^１６〜１×１０^１７／ｃｍ^２とできる。また、単結晶シリコンウエーハの表面にあらかじめ薄いシリコン酸化膜などの絶縁膜を形成しておき、それを通してイオン注入を行なえば、注入イオンのチャネリングを抑制する効果が得られる。

一方、透明絶縁性基板２上に遮光膜４を形成し、これをパターニング処理する（工程Ｃ）。
遮光膜は、遮光性を有する例えばＭｏＳｉ、ＴａＳｉ、ＷＳｉ等の高融点金属等を材料としてマグネトロンスパッタリング法等の常法により透明絶縁性基板上に例えば０．１〜１μｍ程度の所望の膜厚で形成する。そしてこれを従来のフォトリソグラフィとエッチングによりパターニング処理する。この際、後工程でＳＯＩ層に作製するＴＦＴを遮光し、迷光の入射が防止できるようにパターニング処理を行う。

次に、パターニングされた遮光膜を有する透明絶縁性基板２上にシラザン構造を有する化合物を含有する塗布性組成物を塗布して塗布膜５を形成する（工程Ｄ）。
塗布法によれば、ＣＶＤ法のような堆積法と異なり、確実にパターンの段差部を埋めることができるとともに、表面を平坦にすることができる。
シラザン構造を有する化合物とは、分子中にＳｉ−Ｎ結合を有する化合物である。ここでは、シラザン構造を有する化合物として、下記一般式［１］で表される繰り返し単位を有するポリシラザンを用いることが好ましい。

（式中、Ｒ^１、Ｒ^２及びＲ^３は互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、炭素１〜８のアルキル基、アリール基またはアルコキシ基であり、ｎは２以上の整数である。）

本発明で使用する塗布性組成物は、上記のような被膜形成成分となるシラザン構造を有する化合物の固形分濃度が５〜５０重量％、好ましくは７〜３０重量％であり、溶剤は有機溶媒が好ましい。有機溶剤は、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＧＭＥ）等のエーテルアセテートやエーテルがより好ましいが、上記の被膜形成成分を分散または溶解し、塗布液として流動性が付与できるものであれば特に制限はない。

また、塗布性組成物は、従来のスプレー法、スピンナー法、ディッピング法、ロールコート法、スクリーン印刷法、スリットダイコート法等により塗布することができるが、特にスリットダイコート法により塗布すれば、塗布面に段差があっても塗布性組成物を無駄なく均一に塗布でき、埋め込み性に優れるものとできる。
このように塗布性組成物を例えば１〜１０μｍの所望の厚さに塗布した後、５０℃以上に加熱して乾燥する。

次に、塗布膜５を焼成処理して絶縁性被膜６を形成する（工程Ｅ）。
焼成処理においては、例えば１５０℃〜２００℃の温度で２時間の平坦化のための焼成を行い、その後３５０℃で１時間の最終焼結のための熱処理を行う。これにより塗布膜は酸化ケイ素膜となり、特にシラザン構造を有する化合物としてポリシラザンを用いれば、焼成処理による硬化時にクラックが確実に発生せず、また緻密な絶縁性被膜とできる。このように形成された絶縁性被膜６は、遮光膜の段差が塗布液の流動性により埋め込まれ、表面の段差が極めて低いものとなっている。

次に、透明絶縁性基板２の絶縁性被膜６の表面を研磨処理により平坦化する（工程Ｆ）。
研磨処理は、常法に従いＣＭＰ研磨により行うことができる。前述のように絶縁性被膜の表面の段差は極めて低いものとなっているので、これを研磨することにより段差を除去することができる。

次に、この単結晶シリコンウエーハ１のイオン注入面及び／又は透明絶縁性基板２の研磨した絶縁性被膜の表面をプラズマ及び／又はオゾンで処理する（工程Ｇ）。
プラズマで処理をする場合、真空チャンバ中にＲＣＡ洗浄等の洗浄をした単結晶シリコンウエーハ及び／又は透明絶縁性基板を載置し、プラズマ用ガスを導入した後、１００Ｗ程度の高周波プラズマに５〜１０秒程度さらし、表面をプラズマ処理する。プラズマ用ガスとしては、単結晶シリコンウエーハを処理する場合、表面を酸化する場合には酸素ガスのプラズマ、酸化しない場合には水素ガス、アルゴンガス、又はこれらの混合ガスあるいは水素ガスとヘリウムガスの混合ガスを用いることができる。透明絶縁性基板を処理する場合はいずれのガスでもよい。

オゾンで処理をする場合は、大気を導入したチャンバ中にＲＣＡ洗浄等の洗浄をした単結晶シリコンウエーハ及び／又は透明絶縁性基板を載置し、窒素ガス、アルゴンガス等のプラズマ用ガスを導入した後、高周波プラズマを発生させ、大気中の酸素をオゾンに変換することで、表面をオゾン処理する。プラズマ処理とオゾン処理とはどちらか一方又は両方行なうことができる。

このプラズマ及び／又はオゾンで処理することにより、単結晶シリコンウエーハ１及び／又は透明絶縁性基板２の研磨した絶縁性被膜の表面の有機物が酸化して除去され、さらに表面のＯＨ基が増加し、活性化する。処理は単結晶シリコンウエーハ、透明絶縁性基板の両方ともに行なうのがより好ましいが、いずれか一方だけ行なってもよい。

次に、この単結晶シリコンウエーハ１のイオン注入面と透明絶縁性基板２の研磨した表面（絶縁性被膜の表面）とを、プラズマ及び／又はオゾンで処理をした表面を接合面として室温で密着させて接合する（工程Ｈ）。
工程Ｇにおいて、単結晶シリコンウエーハのイオン注入面または透明絶縁性基板の研磨した表面の少なくとも一方がプラズマ処理及び／又はオゾン処理されているので、これらを例えば減圧または常圧下、一般的な室温程度の温度下で密着させるだけで後工程での機械的剥離に耐え得る強度で強く接合できる。従って、１２００℃以上といった高温の結合熱処理が必要でなく、加熱により問題になる熱膨張係数の差異による熱歪、ひび割れ、剥離等が発生するおそれがなくなる。
また、透明絶縁性基板の研磨した表面、すなわち絶縁性被膜６の表面は遮光膜パターンに起因する段差がほとんどなく、貼り合わせ不良の発生が防止される。

なお、工程Ｈの接合工程の後に、接合したウエーハを１００〜３００℃の低温で熱処理して結合力を高める工程を行なってもよい。
例えば透明絶縁性基板が石英の場合、熱膨張係数はシリコンに比べて小さく（Ｓｉ：２．３３×１０^−６、石英：０．６×１０^−６）、同程度の厚さのシリコンウエーハと貼り合わせて加熱すると、３００℃を超えるとシリコンウエーハが割れてしまう。しかし、１００〜３００℃のような比較的低温の熱処理であれば、熱膨張係数の差異による熱歪、ひび割れ、剥離等が発生するおそれがなく好ましい。なお、この熱処理工程において、バッチ処理方式の熱処理炉を用いる場合、熱処理時間は０．５〜２４時間程度であれば十分な効果が得られる。

次に、イオン注入層３に衝撃を与えて単結晶シリコンウエーハ１を機械的に剥離し、透明絶縁性基板２上にＳＯＩ層７を形成する（工程Ｉ）。
水素イオン注入剥離法においては、従来は接合ウエーハを不活性ガス雰囲気下５００℃程度で熱処理を行ない、結晶の再配列効果と注入した水素の気泡の凝集効果により熱剥離を行なうという方法であるが、本発明においてはイオン注入層に衝撃を与えて機械的剥離を行なうので、加熱に伴う熱歪、ひび割れ、剥離等が発生するおそれがない。
イオン注入層に衝撃をあたえるためには、例えばガスや液体等の流体のジェットを接合したウエーハの側面から連続的または断続的に吹き付ければよいが、衝撃により機械的剥離が生じる方法であれば特に限定はされない。

こうして、剥離工程により透明絶縁性基板２上にＳＯＩ層７が形成されたＳＯＩウエーハが得られるが、このように得られたＳＯＩウエーハのＳＯＩ層表面に鏡面研磨を施すことが好ましい（工程Ｊ）。
この鏡面研磨によって、剥離工程で発生したヘイズと呼ばれる表面粗れを除去したり、イオン注入により生じたＳＯＩ層表面近傍の結晶欠陥を除去できる。この鏡面研磨として、例えばタッチポリッシュと呼ばれる研磨代が５〜４００ｎｍと極めて少ない研磨を用いることができる。

そして、工程Ａ〜Ｊにより製造されたＳＯＩウエーハは、製造の際に熱歪、剥離、ひび割れ、貼り合わせ不良等が発生しておらず、また、各種デバイス作製に有用な、薄くて良好な膜厚均一性を有し、結晶性に優れ、キャリア移動度の高い透明絶縁性基板上にＳＯＩ層を持つＳＯＩウエーハとできる。
また、このようなＳＯＩウエーハは、透明絶縁性基板の上にＳＯＩ層が形成されているものであるから、液晶装置等の電気光学装置用基板の作製用に特に適する。

以下に本発明の実施例及び比較例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
直径２００ｍｍの合成石英ウエーハ上に、ＭｏＳｉをターゲットとしたマグネトロンスパッタ法により厚さ０．５μｍの遮光膜を形成し、この遮光膜をフォトリソグラフィとエッチングによりパターニング処理し、所定のパターンを有する遮光膜を形成した。次に、ウエーハ上に、３０重量％のポリシラザンを含む塗布液（溶媒：ＰＧＭＥＡ）を、市販のスリットダイコート装置を用いて塗布した。その後、５０℃以上に加熱乾燥し、２００℃で２時間の平坦化のための焼成を行い、最後に３５０℃で１時間の最終焼成のための熱処理を行なった。こうして、最終焼成後の膜厚が約３μｍの酸化ケイ素の絶縁性被膜を形成したところ、表面の段差が０．１〜０．２μｍであった。次に、この絶縁性被膜の表面を、常法に従いＣＭＰ研磨装置により研磨処理したところ、表面の段差を０．０５μｍ以下、表面ラフネスを０．２ｎｍ以下とすることができた。

一方、直径２００ｍｍの単結晶シリコンウエーハを用意し、この表面から水素イオンを注入エネルギー３５ｋｅＶ、注入線量７×１０^１６／ｃｍ^２で注入してウエーハ内にイオン注入層を形成した後、イオン注入面をプラズマ処理した。そして、この単結晶シリコンウエーハのイオン注入面と合成石英ウエーハの研磨した表面とを、室温で密着させて接合した。その後イオン注入層にガス流により衝撃を与えて単結晶シリコンウエーハを機械的に剥離し、ＳＯＩ層を形成し、ＳＯＩウエーハを作製した。このＳＯＩウエーハの接合面に剥離、ひび割れ、貼り合わせ不良は発生しなかった。

（比較例１）
直径２００ｍｍの合成石英ウエーハ上に、実施例１と同様に厚さ０．５μｍの遮光膜を形成し、これをパターニング処理し、実施例１と同じパターンを有する遮光膜を形成した。次に、ウエーハ上に酸化ケイ素の絶縁性被膜を形成した。この絶縁性被膜は、熱ＣＶＤ法により、ウエーハの加熱温度を６００℃とし、酸化ケイ素のプレカーサーとしてテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を原料として形成した。こうして、膜厚が約３μｍの酸化ケイ素の絶縁性被膜を形成したところ、表面の段差が０．４〜０．５μｍであった。次に、この絶縁性被膜の表面を、常法に従いＣＭＰ研磨装置により研磨処理したところ、表面の段差は０．３μｍとなったが、それ以上段差を低くすることはできなかった。

一方、直径２００ｍｍの単結晶シリコンウエーハを用意し、この表面から水素イオンを注入エネルギー３５ｋｅＶ、注入線量７×１０^１６／ｃｍ^２で注入してウエーハ内にイオン注入層を形成した後、イオン注入面をプラズマ処理した。そして、この単結晶シリコンウエーハのイオン注入面と合成石英ウエーハの研磨した表面とを、室温で密着させて接合した。その後イオン注入層にガス流により衝撃を与えて単結晶シリコンウエーハを機械的に剥離し、ＳＯＩ層を形成し、ＳＯＩウエーハを作製した。このＳＯＩウエーハは熱処理により剥離していないので熱膨張係数の相違に基づく割れ等は発生しなかったが、接合面の一部には貼り合わせ不良が発生した。

尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、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思想に包含される。

例えば、上記実施形態において、工程Ａ〜ＩあるいはＪまでが終了したＳＯＩウエーハのＳＯＩ層はすでに十分に薄膜化されているので、目的に応じ更に結合強度を高めるための高温熱処理（５００℃以上〜シリコンの融点未満）を加えてもよい。
同様に、工程Ｊにおける鏡面研磨の代替として、あるいは、鏡面研磨と併用する形で１１００〜１３００℃程度の高温熱処理を用いれば、表面粗れや結晶欠陥の除去と同時に結合強度を高めることができる。

本発明に係るＳＯＩウエーハの製造方法の一例を示す工程図である。

符号の説明

１…シリコン単結晶ウェーハ、 ２…透明絶縁性基板、 ３…イオン注入層、
４…遮光膜、 ５…塗布膜、 ６…絶縁性被膜、 ７…ＳＯＩ層。

Claims (5)

1. 単結晶シリコンウエーハとパターニング処理された遮光膜を備える透明絶縁性基板とを接合後、前記単結晶シリコンウエーハを薄膜化することにより前記透明絶縁性基板上にＳＯＩ層を形成してＳＯＩウエーハを製造する方法において、少なくとも、
   単結晶シリコンウエーハの表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一方を注入し、ウエーハ中にイオン注入層を形成する工程、
   透明絶縁性基板上に遮光膜を形成し、該遮光膜をパターニング処理する工程、
   該透明絶縁性基板上にシラザン構造を有する化合物を含有する塗布性組成物を塗布して塗布膜を形成する工程、
   該塗布膜を焼成処理して絶縁性被膜を形成する工程、
   該透明絶縁性基板の絶縁性被膜の表面を研磨処理により平坦化する工程、
   前記単結晶シリコンウエーハのイオン注入面及び／又は前記透明絶縁性基板の研磨した表面を、プラズマ及び／又はオゾンで処理する工程、
   前記単結晶シリコンウエーハのイオン注入面と前記透明絶縁性基板の研磨した表面とを、室温で密着させて接合する工程、
   前記イオン注入層に衝撃を与えて単結晶シリコンウエーハを機械的に剥離し、前記透明絶縁性基板上にＳＯＩ層を形成する工程、
   を行なうことを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。
2. 請求項１に記載したＳＯＩウエーハの製造方法において、前記塗布性組成物を、スリットダイコート法により塗布することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載したＳＯＩウエーハの製造方法において、前記シラザン構造を有する化合物として、ポリシラザンを用いることを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載したＳＯＩウエーハの製造方法において、前記剥離工程により得られたＳＯＩウエーハのＳＯＩ層表面に鏡面研磨を施すことを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載したＳＯＩウエーハの製造方法において、前記透明絶縁性基板を、石英基板、サファイヤ（アルミナ）基板、ガラス基板、のいずれかとすることを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。

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