JP5128761B2 - 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）。

このような薄膜化は、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）により行われるが、ＳＯＩ層の厚さが薄くなってくると、ＣＭＰによりＳＯＩ層の厚さ均一性が低下するという問題があった。

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）。
しかしこの方法は結合熱処理工程と薄膜化工程とを何度も行う必要があるため、工程数が多く、煩雑である。

特開２００３−６６４２７号公報 特開平１１−１４５４３８号公報

本発明は、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、ひび割れ等の発生を簡易な工程で防止でき、さらにＳＯＩ層の膜厚均一性を高くできる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、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上に、同一のエッチング液によるエッチング速度が単結晶シリコンとは異なる第一の単結晶薄膜層を形成する工程、
該第一の単結晶薄膜層上にエピタキシャル法により単結晶シリコン薄膜を形成する工程、
該単結晶シリコン薄膜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、イオン注入層を形成する工程、
該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表面とを、前記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、
前記イオン注入層に衝撃を与えて前記接合ウエーハを機械的に剥離する工程、
前記単結晶シリコン薄膜が露出するまで前記剥離面をエッチングする工程、
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。

このように、単結晶シリコンウエーハ上に、同一のエッチング液によるエッチング速度が単結晶シリコンとは異なる第一の単結晶薄膜層を形成し、該第一の単結晶薄膜層上にエピタキシャル法により結晶性に優れた単結晶シリコン薄膜を形成するので、その後イオン注入、透明絶縁性基板との接合、剥離を行ってから、単結晶シリコン薄膜が露出するまで剥離面をエッチングすれば、エッチング速度の差異により単結晶シリコン薄膜表面でエッチストップが起こり、膜厚均一性に優れた単結晶シリコン薄膜（ＳＯＩ層）を、透明絶縁性基板上に形成できる。

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できるので、剥離のための熱処理を行なわなくてもよい。

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とエッチストップ法とを用いるので、薄くて良好な膜厚均一性を有し、結晶性に優れたＳＯＩ層が透明絶縁性基板上に形成されたＳＯＩウエーハを製造することができる。

この場合、前記第一の単結晶薄膜層を、単結晶シリコンにボロンを５×１０^１９／ｃｍ^３以上添加したＰ^＋＋層とすることができる。
このように、第一の単結晶薄膜層を、単結晶シリコンにボロンを５×１０^１９／ｃｍ^３以上添加したＰ^＋＋層とすれば、その上に良質の単結晶シリコン薄膜をエピタキシャル成長でき、かつ所定のエッチング液を用いて単結晶シリコンとのエッチング速度差を十分なものとできる。

また、前記第一の単結晶薄膜層を、ＳｉＧｅ層とすることができる。
このように、第一の単結晶薄膜層をＳｉＧｅ層としても、その上に良質の単結晶シリコン薄膜をエピタキシャル成長でき、かつ所定のエッチング液を用いて単結晶シリコンとのエッチング速度差を十分なものとできる。

また、前記接合工程を行なった後、該接合ウエーハを３５０℃以下の温度で熱処理して結合力を高める工程を行ない、その後前記剥離工程を行なうことが好ましい。
このように、接合工程を行なった後、該接合ウエーハを熱歪が発生しないような３５０℃以下の低い温度で熱処理してより結合力を高める工程を行い、その後剥離工程を行えば、機械的応力による接合面の剥離、ひび割れ等の発生をより確実に防止できる。

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。
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、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、前記イオン注入層を、前記第一の単結晶薄膜層中に形成することができる。
このように、イオン注入層を第一の単結晶薄膜層中に形成すれば、シングルエッチストップ法により剥離した第一の単結晶薄膜層を選択エッチングし、膜厚均一性に優れた単結晶シリコン薄膜を露出できる。

あるいは、前記イオン注入層を、前記単結晶シリコンウエーハ中に形成することができる。
このように、イオン注入層を単結晶シリコンウエーハ中に形成すれば、ダブルエッチストップ法により剥離した単結晶シリコン層及び第一の単結晶薄膜層を選択エッチングし、膜厚均一性に優れた単結晶シリコン薄膜を露出できる。

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とエッチストップ法とを用いるので、薄くて良好な膜厚均一性を有し、結晶性に優れたＳＯＩ層が透明絶縁性基板上に形成された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。

以下、本発明について詳述する。
前述のように、電気光学装置用基板等に用いるＳＯＩウエーハは、ＳＯＩ層の厚さが薄い必要があり、また、良好な膜厚均一性が要求される。
本発明者らは、薄くて良好な膜厚均一性を有する結晶性の優れたＳＯＩ層を透明絶縁性基板上に形成する方法について鋭意検討した結果、単結晶シリコンウエーハ上に同一のエッチング液によるエッチング速度が単結晶シリコンとは異なる第一の単結晶薄膜層を形成し、該第一の単結晶薄膜層上にエピタキシャル法により結晶性に優れた単結晶シリコン薄膜を形成することに想到した。このようにすれば、その後イオン注入、透明絶縁性基板との接合、剥離を行ってから、単結晶シリコン薄膜が露出するまで剥離面をエッチングすることにより、エッチング速度の差異により単結晶シリコン薄膜表面でエッチストップが起こり、膜厚均一性に優れた単結晶シリコン薄膜（ＳＯＩ層）を、透明絶縁性基板上に形成できる。また、このようなエッチングによりイオン注入剥離により生じる剥離面の面粗れを除去できるので、例えばタッチポリッシュ等の鏡面研磨が不要になる。従って従来研磨により生じていた同一のＳＯＩウエーハのＳＯＩ層内での膜厚のばらつきや、異なるＳＯＩウエーハ間でのＳＯＩ層の膜厚のばらつきを低減できる。

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の上に、同一のエッチング液によるエッチング速度が単結晶シリコンとは異なる第一の単結晶薄膜層３を、例えばエピタキシャル法により形成する（工程Ｂ）。
形成する第一の単結晶薄膜層の厚さは特に限定されないが、例えば１０〜５００ｎｍとできる。また、形成する第一の単結晶薄膜層の材質は、このように同一のエッチング液によるエッチング速度が単結晶シリコンとは異なるものであれば特に限定されないが、好ましくは単結晶シリコンに対する選択比が１００倍以上、特に好ましくは数１００倍〜１０００倍となるようなものとする。例えば、第一の単結晶薄膜層を単結晶シリコンにボロンを５×１０^１９／ｃｍ^３以上添加したＰ^＋＋層とすることができ、あるいはＳｉＧｅ層とすることができる。なお、Ｐ^＋＋層とする場合は、単結晶シリコンウエーハの表面にボロンイオンをイオン注入し、その表層を第一の単結晶薄膜層としてもよい。また、ＳｉＧｅ層のＧｅの組成比は特に限定されないが、Ｇｅの組成比が大きいほど選択比を高くできるので好ましい。このような第一の単結晶薄膜層とすれば、その上に良質の単結晶シリコン薄膜をエピタキシャル成長でき、かつ所定のエッチング液を用いて単結晶シリコンとのエッチング速度差を十分なものとできる。

次に、第一の単結晶薄膜層３の上にエピタキシャル法により単結晶シリコン薄膜４を形成する（工程Ｃ）。
形成する単結晶シリコン薄膜の厚さは所望の厚さのＳＯＩ層を形成するために適宜選択されるが、例えば１０〜５００ｎｍとできる。

第一の単結晶薄膜層３や単結晶シリコン薄膜４の形成は、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学蒸着）法やＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：分子線エピタキシー）法などにより行うことができる。ＣＶＤ法の場合は、例えば、原料ガスとしてＳｉＨ_４又はＳｉＨ_２Ｃｌ_２、あるいはこれとＧｅＨ_４との混合ガスを用いることができる。キャリアガスとしてはＨ_２が用いられる。成長条件としては、例えば温度４００〜１，０００℃、圧力１００Ｔｏｒｒ（１．３３×１０^４Ｐａ）以下とすればよい。第一の単結晶薄膜層３にボロンを添加する場合は、従来のイオン注入法や拡散法等を用いればよい。

次に、単結晶シリコン薄膜４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５を形成する（工程Ｄ）。
本実施形態では、イオン注入層５を単結晶シリコンウエーハ１中に形成する。
この際、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。

次に、この単結晶シリコンウエーハ１のイオン注入面である単結晶シリコン薄膜４の表面及び／又は透明絶縁性基板２の表面をプラズマ及び／又はオゾンで処理する（工程Ｅ）。
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エピタキシャル層を形成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エピタキシャル層を形成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のイオン注入面である単結晶シリコン薄膜４の表面と透明絶縁性基板２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Ｆ）。
工程Ｅ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、接合面での剥離等が発生するおそれがなく好ましい。

なお、工程Ｆの接合工程の後に、接合したウエーハを３５０℃以下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）、同程度の厚さの単結晶シリコンウエーハと接合した接合ウエーハを３５０℃を超える温度で熱処理すると熱歪が発生してウエーハが割れてしまうおそれがある。しかし、こ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５に衝撃を与えて接合ウエーハを機械的に剥離する（工程Ｇ）。
水素イオン注入剥離法においては、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、接合面の剥離等が発生するおそれがない。
イオン注入層に衝撃を与えるためには、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。

なお、このようにイオン注入層で剥離を行った後、さらに結合力を高める熱処理を行なってもよい。
この場合、すでに単結晶シリコンウエーハは剥離により薄膜となっているので、熱処理をある程度高温で行なってもよいが、第一の単結晶薄膜層にＢ（ボロン）やＧｅが含まれている場合には、これらの拡散を抑制するため、バッチ処理方式の熱処理炉を用いる場合は８００℃以下の温度で１時間以下の熱処理を行うことが好ましい。一方、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置として知られるランプ加熱器等の加熱方式を用いた急速加熱・急速冷却装置を用いる場合には、１０００℃以上１２５０℃程度以下の温度で１２０秒以下の熱処理を行なっても、ＢやＧｅの拡散を抑制した上で結合力を高めることができる。

次に、単結晶シリコン薄膜４が露出するまで剥離面をエッチングする（工程Ｈ、Ｉ）。
すなわち、まず所定の選択エッチング液を用いて剥離面の単結晶シリコン層６をエッチストップ法によりエッチング除去し、その後別の所定の選択エッチング液を用いて第一の単結晶薄膜層３をエッチストップ法によりエッチング除去して、単結晶シリコン薄膜４を露出させる。このようなダブルエッチストップ法により単結晶シリコン薄膜４を膜厚均一性の高いＳＯＩ層として透明絶縁性基板２の上に形成できる。また、このようなエッチングによりイオン注入剥離により生じる剥離面の面粗れを除去できるので、例えばタッチポリッシュ等の鏡面研磨が不要になる。従って従来研磨により生じていた同一のＳＯＩウエーハのＳＯＩ層内での膜厚のばらつきや、異なるＳＯＩウエーハ間でのＳＯＩ層の膜厚のばらつきを低減できる。

第一の単結晶薄膜層を単結晶シリコンにボロンを５×１０^１９／ｃｍ^３以上添加したＰ^＋＋層とする場合は、剥離面の単結晶シリコン層６をエッチング除去する選択エッチング液として、ＫＯＨ液や、ＥＰＷ（エチレンジアミンピロカテコール水）液等を用いることができる。これらのエッチング液は、シリコンに含まれる不純物濃度が高いほどエッチング速度が遅くなり、この不純物濃度が５×１０^１９／ｃｍ^３以上であればほとんどエッチングされず、単結晶シリコンとのエッチング速度差を十分なものとでき、Ｐ^＋＋層の表面でエッチストップが起こる。

そして、Ｐ^＋＋層をエッチング除去する選択エッチング液として、ＫＯＨ液やＥＰＷ液とは逆にシリコンに含まれる不純物濃度が高いほどエッチング速度が速くなるようなエッチング液、例えばＨＦ：ＨＮＯ_３：ＣＨ_３ＣＯＯＨ＝１：３：８の混酸を用いることができる。このようなエッチング液を用いれば、Ｐ^＋＋層の単結晶シリコンとのエッチング速度差を十分なものとでき、単結晶シリコン薄膜４の表面でエッチストップが起こり、表面が平滑な単結晶シリコン薄膜４を膜厚均一性高く露出させることができる。

一方、第一の単結晶薄膜層をＳｉＧｅ層とする場合は、剥離面の単結晶シリコン層６をエッチング除去する選択エッチング液として、ＮＨ_４ＯＨとＮＨ_４ＮＯ_３との混合水溶液、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）、又はＮＨ_４ＯＨ水溶液等を用いることができる。これらのエッチング液は、ＳｉＧｅ層に対するエッチング速度が遅く、ＳｉＧｅ層の単結晶シリコンとのエッチング速度差を十分なものとでき、ＳｉＧｅ層の表面でエッチストップが起こる。

そして、ＳｉＧｅ層をエッチング除去する選択エッチング液として、ＨＦとＨ_２Ｏ_２とＣＨ_３ＣＯＯＨとの混合水溶液、ＮＨ_４ＯＨとＨ_２Ｏ_２との混合水溶液、又はＨＦとＨＮＯ_３との混合水溶液を用いることができる。これらのエッチング液は、ＳｉＧｅ層に対するエッチング速度が速く、ＳｉＧｅ層の単結晶シリコンとのエッチング速度差を十分なものとでき、単結晶シリコン薄膜４の表面でエッチストップが起こり、表面が平滑な単結晶シリコン薄膜４を膜厚均一性高く露出させることができる。

このようにして製造された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。
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。

図２は、本発明に係るＳＯＩウエーハの製造方法の別の一例を示す工程図である。
工程Ａ’〜工程Ｇ’までは図１の工程Ａ〜工程Ｇとほぼ同様に行うことができるが、本実施形態では、工程Ｄ’においてイオン注入層５’を第一の単結晶薄膜層３’中に形成する点が異なる。従って、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際の注入エネルギーを、注入深さが第一の単結晶薄膜層３’中となるようなものとする。

そして、工程Ａ’〜工程Ｇ’を行い、必要に応じて前述の結合力を高める熱処理を行なった後、単結晶シリコン薄膜４’が露出するまで剥離面をエッチングする（工程Ｈ’）。
この場合、所定の選択エッチング液を用いて剥離面の第一の単結晶薄膜層６’をエッチストップ法によりエッチング除去して、単結晶シリコン薄膜４’を露出させる。このようなシングルエッチストップ法により単結晶シリコン薄膜４’を膜厚均一性の高いＳＯＩ層として透明絶縁性基板２’の上に形成できる。また、前述と同様にこのようなエッチングにより鏡面研磨が不要になるので、同一のＳＯＩウエーハのＳＯＩ層内での膜厚のばらつきや、異なるＳＯＩウエーハ間でのＳＯＩ層の膜厚のばらつきを低減できる。

第一の単結晶薄膜層を単結晶シリコンにボロンを５×１０^１９／ｃｍ^３以上添加したＰ^＋＋層とする場合は、剥離面の第一の単結晶薄膜層６’をエッチング除去する選択エッチング液として、例えば前述のようなＨＦ：ＨＮＯ_３：ＣＨ_３ＣＯＯＨ＝１：３：８の混酸を用いることができる。このようなエッチング液を用いれば、Ｐ^＋＋層の単結晶シリコンとのエッチング速度差を十分なものとでき、単結晶シリコン薄膜４’の表面でエッチストップが起こり、表面が平滑な単結晶シリコン薄膜４’を膜厚均一性高く露出させることができる。

一方、第一の単結晶薄膜層をＳｉＧｅ層とする場合は、剥離面の第一の単結晶薄膜層６’をエッチング除去する選択エッチング液として、例えば前述のようなＨＦとＨ_２Ｏ_２とＣＨ_３ＣＯＯＨとの混合水溶液、ＮＨ_４ＯＨとＨ_２Ｏ_２との混合水溶液、又はＨＦとＨＮＯ_３との混合水溶液を用いることができる。このようなエッチング液を用いれば、ＳｉＧｅ層の単結晶シリコンとのエッチング速度差を十分なものとでき、単結晶シリコン薄膜４’の表面でエッチストップが起こり、表面が平滑な単結晶シリコン薄膜４’を膜厚均一性高く露出させることができる。

このようにして製造されたＳＯＩウエーハであれば、製造の際に熱歪、接合面の剥離、ひび割れ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。
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、本発明の実施例により本発明を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）
図１に示す工程に従い、ＳＯＩウエーハを作製した。第一の単結晶薄膜層を単結晶シリコンにボロンイオンをイオン注入したＰ^＋＋層（Ｐ^＋＋Ｓｉ層）とした。その作製条件を表１に示す。

このように作製したＳＯＩウエーハのＳＯＩ層には、剥離やひび割れは発生していなかった。また、ＳＯＩ層の膜厚を光学式膜厚計により測定したところ、ＳＯＩ層内での膜厚のバラつきは標準偏差値σにて１ｎｍ以下であり、優れた膜厚均一性を有することが確認された。

（実施例２）
図２に示す工程に従い、ＳＯＩウエーハを作製した。第一の単結晶薄膜層をＳｉＧｅ層とした。その作製条件を表２に示す。

このように作製したＳＯＩウエーハのＳＯＩ層には、剥離やひび割れは発生していなかった。また、ＳＯＩ層の膜厚を光学式膜厚計により測定したところ、ＳＯＩ層内での膜厚のバラつきは標準偏差値σにて１ｎｍ以下であり、優れた膜厚均一性を有することが確認された。

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。

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。 本発明に係るＳＯＩウエーハの製造方法の別の一例を示す工程図である。

符号の説明

１、１’…単結晶シリコンウエーハ、 ２、２’…透明絶縁性基板、
３、３’…第一の単結晶薄膜層、 ４、４’…単結晶シリコン薄膜、
５、５’…イオン注入層、 ６…剥離面の単結晶シリコン層、
６’…剥離面の第一の単結晶薄膜層。

Claims (1)

1. 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の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上に、同一のエッチング液によるエッチング速度が単結晶シリコンとは異なる第一の単結晶薄膜層として、単結晶シリコンにボロンを５×１０^１９／ｃｍ^３以上添加したＰ^＋＋層をイオン注入で形成する工程、
   該第一の単結晶薄膜層上にエピタキシャル法により単結晶シリコン薄膜を形成する工程、
   該単結晶シリコン薄膜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、前記第一の単結晶薄膜層中にイオン注入層を形成する工程、
   該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表面とを、前記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、
   前記接合ウエーハを３５０℃以下の温度で熱処理して結合力を高める工程、
   前記イオン注入層に衝撃を与えて前記接合ウエーハを機械的に剥離する工程、
   前記単結晶シリコン薄膜が露出するまで前記剥離面をエッチングする工程、
   を行なうことを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。
   
   

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