JPH01189943A - 半導体基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序に従って本発明を説明する。

Ａ、産業上の利用分野 Ｂ０発明の概要 Ｃ０従来技術［第２図、第３図］ Ｄ１発明が解決しようとする問題点 註０問題点を解決するための手段 Ｆ１作用 Ｇ、実施例［第１図］ Ｈ６発明の効果 （Ａ、産業上の利用分野） 本発明は半導体基板の製造方法、特にＳＯＩ基板を２枚
の半導体基板の貼り合せにより形成する製造方法に関す
る。

（Ｂ、発明の概要） 本発明は、ＳＯＩ基板を２枚の半導体基板の貼り合せに
より形成する半導体基板の製造方法において、 ２枚の半導体基板を確実に貼り合せると共に素子を形成
する絶縁層の結晶性を良好し、且つ貼り合せ後の半導体
基板研磨によって薄い半導体層を均一な厚さで残るよう
にするため、 一方の半導体基板には表面にストッパとなる絶縁層を選
択的に形成しその上に半導体層を形成しておき、それに
他方の半導体基板を重ね、加熱により半導体層を単結晶
化すると共に半導体基板どうしの固着を行うものである
。

（Ｃ，従来技＃Ｔ）［第２図、第３図コＳｏｌ基板の表
面の半導体層にＭｉｓトランジスタ等の素子を形成する
Ｓｏｌ技術は電気的特性の優れた回路を形成することが
できる等種々の利点を有しており、Ｓｏｌ技術の開発、
研究が盛んに行われている。Ｓｏｌ基板は一般に第２図
（Ａ）、（Ｂ）に示すようにシリコン半導体基板８表面
にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）ｂを選択的に形成し、［
同図（Ａ）参照］、その後、半導体基板ａの露出部Ｃを
種として半導体層ｄをエピタキシャル成長させる［同図
（Ｂ）参照］方法で製造される。

しかし、このような製造方法では良好で均質の単結晶半
導体層ｄを形成することが難しく、実用性が低いという
問題がある。

そこで、最近有望視されてきたのが２枚の半導体ウェハ
を貼り合せるＳｏｌ基板の製造方法である。勿論、チッ
プどうしを貼り合せる半導体装置の製造方法は特公昭４
１−８１７３号公報、特公昭３９−１７８６９号公報に
よって紹介されているように古くから知られているが、
２枚の半導体ウェハを貼り合せて１枚のＳＯＩ基板を製
造する技術は比較的最近開発された技術である。第３図
（Ａ）乃至（Ｃ）はかかるＳｏｌ基板の製造方法の従来
例を工程順に示すものである。この製造方法は、同図（
Ａ）に示すように、半導体基板ｅの表面にシリコン酸化
膜ｆを形成した第１の半導体基板と、同じく半導体基板
ｇの表面にシリコン酸化Ｍｈを形成した第２の半導体基
板を用意し、同図（Ｂ）に示すようにそれ等２つの半導
体基板どうしを絶縁層ｆ、ｈにて熱圧着して貼り合せ、
その後、同図（Ｃ）に示すように一方の半導体基板例え
ば第１の半導体基板ｅを裏面から研磨し、薄い第１の半
導体基板ｅ′が半導体層として残存するようにするもの
である。ｅ″は研磨により除去された部分である。そし
て、その半導体層ｅ′に薄膜トランジスタが形成される
のである。

このような方法によれば、Ｓ　ｉ　Ｏ２からなる絶縁層
り、ｆの表面に存在するＯＨ基によって５ｉｎ２が水素
結合し、絶縁層り、ｆどうしが密着し、２枚のウェハ状
の半導体基板を一枚のウェハ状半導体基板にすることが
できる。そして、この貼り合せ法と、半導体基板ｅの裏
面からの研磨という簡単な方法との組み合せによって特
性の優れた薄膜トランジスタを形成することのできるＳ
ｏｌ基板を得ることができる。その点で、第３図に示し
た製造方法は画期的であるといえる。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）ところが、第３
図に示す製造方法には下記の点で問題があった。先ず、
２枚の半導体基板をその絶縁層にて確実に貼り合せるこ
とができない場合があり、特に半導体基板間に気泡が発
生する虞れが少からずあった。

次に、研磨により薄いシリコン半導体層を均一に残すこ
とが難しいという問題があった。というのは、残存させ
る半導体層ｅ′は薄膜トランジスタの形成に適するよう
に０．１μｍというようにきわめて薄く形成する必要が
ある。しかも、半導体層ｅ′の厚さにムラがあってはな
らない。このように、きわめて薄くしかも厚さムラのな
い半導体層ｅ′を研磨により所定通りの厚さに精度良く
形成することは至難の技である。これが、第２の問題点
であった。

本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもので
あり、２枚の半導体基板を確実に貼り合せせると共に素
子を形成する絶縁層の結晶性を良好にし、且つ貼り合せ
後半導体基板を薄い半導体層が均一で所定通りの厚さで
残るようにすることを目的とする。

（Ｅ、問題点を解決するための手段） 本発明半導体基板の製造方法は上記問題点を解決するた
め、一方の半導体基板には表面にストッパとなる絶縁層
を選択的に形成しそのうえに半導体層を形成しておき、
それに表面に絶縁層が形成された他方の半導体基板を重
ね、例えばＣＯ２レーザ光等の照射により半導体層を単
結晶化すると共に半導体基板どうしの固着を行うことを
特徴とする。

（Ｆ、作用） 本発明半導体基板の製造方法によれば、２つの半導体基
板を重ねた後例えばＣＯ２レーザ等の照射により絶縁層
を加熱することにより２つの半導体基板の絶縁層及び半
導体層を強固に固着することができると共に、半導体層
を溶融再結晶化させて単結晶半導体層にすることができ
る。従って、２枚の半導体基板の貼り合せを強固に且つ
確実に行うことができると共に結晶性の良好な半導体層
が得られる。

そして、第１の半導体基板の表面には絶縁層を選択的に
形成した後半導体層を形成しであるので、第１の半導体
基板を裏面から研磨するときその絶縁層がその硬さによ
りストッパーとなる。

従って、その選択的に形成された絶縁層は、研磨により
第２の半導体基板の絶縁層上に所定の厚さの半導体層が
残存する状態になった後研磨がそれ以上進行するのを阻
む。依って、薄くて均一な厚さを有する半導体層が基板
の絶縁層とに形成されるようにすることができるのであ
る。

（Ｇ、実施例）［第１図コ 以下、本発明半導体基板の製造方法を図示実施例に従っ
て詳細に説明する。

第１図（Ａ）乃至（Ｇ）は本発明半導体基板の製造方法
の一つの実施例を工程順に示す断面図である。

（Ａ）同図（Ａ）に示すように、第１の半導体基板１の
表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ，）２を選択的に形成す
る。該シリコン酸化膜２は例えば１００人程変度きわめ
て薄くする （Ｂ）次に、同図（Ｂ）に示すように、第１の半導体基
板１の表面に多結晶シリコンからなる半導体層４を気相
成長により形成する。この半導体層４の厚さは例えば０
．１μｍにする。５は半導体層４表面の凹部である。

（Ｃ）一方、同図（Ｃ）に示すように第１の半導体基板
１とは別の第２の半導体基板６を用意し、該第２の半導
体基板６の表面にシリコン酸化膜７を全面的に形成する
。

（Ｄ）次に、同図（Ｄ）に示すように第１の半導体基板
ｌと第２の半導体基板６とを表面どうしを密着させて貼
り合せる。

（Ｅ）次に、同図（Ｅ）に示すようにＣ０２レーザ光の
照射により絶縁層７．２を加熱し、それによって半導体
層４を溶融させることにより第１の半導体基板１と第２
の半導体基板６とを緊密に固着する。すると、それと共
に多結晶の半導体層４が単結晶化する。即ち、レーザ光
を吸収して高温になる絶縁層７．２によって半導体層４
が加熱されると、半導体層４は溶融して第１の半導体基
板１と第２の半導体基板６とを固着する接着剤として役
割を果すが、それと共に第１の半導体基板１の窓３が種
となって第１の半導体基板１の方位関係がそのまま多結
晶半導体層４の中に拡がって行き、半導体層４が単結晶
化し、単結晶半導体層４が形成されることになる。

（Ｆ）次に、同図（Ｆ）に示すように第１の半導体基板
１を裏面から研磨する。この研磨は機械的な研磨である
。

（Ｇ）研磨が進んで同図（Ｇ）に示すように第１の半導
体基板１表面に選択的に形成したシリコン酸化膜２の表
面が露出したときシリコン酸化膜２が硬く研削できない
のでそれ以上の研磨が進まなくなる。そこで研磨工程を
終える。

その後は、必要があれば選択的に形成したシリコン酸化
膜２を除去すれば良い。

このような半導体基板の製造方法によれば、第１の半導
体基板１と第２の半導体基板６を貼り合せた後シリコン
酸化膜によって吸収される波長の光線例えばＣＯ２レー
ザ光を照射することにより直接的には絶縁層２．６を加
熱し、加熱された絶縁層２．６を介して半導体層４を加
熱することにより半導体層４を溶融させて第１の半導体
基板１と第２の半導体基板６とを強固に固着することが
できる。そして、半導体層４はその溶融によって再結晶
化され、結晶性の良好な単結晶半導体層４を得ることが
できるのである。

また、研磨される第１の半導体基板１上には半導体層４
が選択的に形成された絶縁層２を介して形成されており
、第１の半導体基板１を裏面から研磨して半導体層４を
露出させる際にその絶縁層２がストッパになるので、半
導体層４を均一な厚さで残存させることが可能になる。

即ち、エッチグ等における終点検出の如き役割を絶縁層
に担わせることができるのである。そして、半導体層４
の厚さはこれを第１の半導体基板１に気相成長等により
形成したときの厚さで決まり、それは非常に高精度に制
御でき、研磨の停止タイミングのずれによって半導体層
４の厚さが大きくバラツクような虞れはない。

尚、第１図に示した実施例によれば、同図（Ｂ）に示し
た工程で半導体層４表面に生じた凹部５が空間として残
ったままである。若しこのような空間５が残ることが好
ましくない場合には、同図（Ｂ）に示す半導体層４を形
成する工程が終ると直ちに半導体層４の表面を平坦化し
て凹凸をなくし、そのうえで第２の半導体基板６の表面
の貼り合せるようにしても良い。

（Ｈ，発明の効果） 以上に述べたように、本発明半導体基板の製造方法は、
表面に選択的に絶縁層を形成し、その絶縁層を形成した
表面上に半導体層を形成して第１の半導体基板をつくり
、上記第１の半導体基板の表面に、表面に絶縁層を全面
的に形成した第２の半導体基板を、これの絶縁層表面に
て重ね合せ、その後、絶縁層及び半導体層を加熱して第
１と第２の半導体基板どうしの固着と、半導体層の単結
晶化とを行い、しかる後、第１の半導体基板をその裏面
から上記の選択的に形成された絶縁層が露出するまで研
磨することを特徴とするものである。

従って、本発明半導体基板の製造方法によれば、２つの
半導体基板を重ねた後、絶縁層及び半導体層を加熱する
ことにより絶縁層及び半導体層を強固に接着することが
できると共に、半導体層を溶融再結晶化させて単結晶半
導体層にすることができる。従って、２枚の半導体基板
の貼り合せを強固に且つ確実に行うことができると共に
結晶性の良好な半導体層を得ることができる。

そして、第１の半導体基板の表面には絶縁層が選択的に
形成された後半導体層が形成されているので、第１の半
導体基板を裏面から研磨するときその絶縁層がその硬さ
によりストッパーとなる。

従って、その選択的に形成された絶縁層は、研磨により
第２の半導体基板の絶縁層上に所定の厚さの半導体層が
残存する状態になった後研磨がそれ以上進行するのを阻
む。依って、薄くて均一で所定の厚さを有する半導体層
が基板の絶縁層上に形成されるようにすることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）乃至（Ｇ）は本発明半導体基板の製造方法
の一つの実施例を工程順に示す断面図、第２図（Ａ）、
（Ｂ）は半導体基板の製造方法の一つの従来例を工程順
に示す断面図、第３図（Ａ）乃至（Ｃ）は別の従来例を
工程順に示す断面図である。 符号の説明 １・・・第１の半導体基板、 ２・・・絶縁層、４・・・半導体層、 ６・・・第２の半導体基板、 ７・・・絶縁層。 出　願　人　　ソニー株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面に選択的に絶縁層を形成し、その絶縁層を形
   成した表面上に半導体層を形成して第１の半導体基板を
   つくり、 上記第１の半導体基板の表面に、表面に絶縁層を全面的
   に形成した第２の半導体基板を、これの絶縁層表面にて
   重ね合せ、 その後、絶縁層及び半導体層を加熱して第１と第２の半
   導体基板どうしの固着と、半導体層の単結晶化とを行い
   、 しかる後、第１の半導体基板をその裏面から上記の選択
   的に形成された絶縁層が露出するまで研磨する ことを特徴とする半導体基板の製造方法