JPH11145438A

JPH11145438A - Ｓｏｉウエーハの製造方法ならびにこの方法で製造されるｓｏｉウエーハ

Info

Publication number: JPH11145438A
Application number: JP32950797A
Authority: JP
Inventors: Takao Abe; 孝夫阿部; Yasuaki Nakazato; 泰章中里; Atsuo Uchiyama; 敦雄内山; Katsuo Yoshizawa; 克夫吉沢
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd; Nagano Electronics Industrial Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd; Nagano Electronics Industrial Co Ltd
Priority date: 1997-11-13
Filing date: 1997-11-13
Publication date: 1999-05-28

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】単結晶シリコンウエーハと絶縁基板とを結合する際
に、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、各種テ゛ハ゛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SOI 層（活性シリコン層）を持つSOIウエーハとその製造方
法を提供する。【解決手段】下記工程順に水素イオン注入、多段熱処
理、薄膜化及び剥離処理してなるSOIウエーハの製造方法。
(1) 単結晶シリコンウエーハの SOI層側から水素イオンを注入。
(2) 単結晶シリコンウエーハのSOI 層側の面と絶縁基板を室温で
密着。(3)100〜300 ℃で熱処理して仮接合。(4) 単結晶
シリコン層をアルカリエッチンク゛で厚さ 100〜250 μｍにする。(5)
350〜 450℃で熱処理して本接合。(6) 単結晶シリコン層を
研削、研磨して50μｍ以下の厚さにする。(7)500℃以上
に加熱して水素イオン注入層を劈開面として剥離し、単結
晶シリコン層の厚さを 0.5μｍ以下のSOI 層にする。(8) SO
I 層表面を鏡面研磨。(9)800℃以上の熱処理を加えて結
合強度を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウエーハ結合法に
よるＳＯＩウエーハの製造方法において、特に酸化膜を
介したシリコン基板同士の結合ではなく、絶縁基板とシ
リコン基板を結合して作製するＳＯＩウエーハの製造方
法並びにこの方法で作製されるＳＯＩウエーハに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＳＯＩ構造のウエーハの作製法と
しては、酸素イオンをシリコン単結晶に高濃度で打ち込
んだ後に、高温で熱処理を行い酸化膜を形成するＳＩＭ
ＯＸ（separation by implanted oxygen）法によるもの
と、２枚の鏡面研磨したシリコンウエーハを接着剤を用
いることなく結合し、片方のウエーハを薄膜化する結合
法が注目されている技術である。

【０００３】ＳＩＭＯＸ法は、デバイス活性領域となる
ＳＯＩ層の膜厚を、酸素イオン打ち込み時の加速電圧で
決定、制御できるために、薄層でかつ膜厚均一性の高い
ＳＯＩ層を容易に得る事ができる利点があるが、埋め込
み酸化膜の信頼性や、ＳＯＩ層の結晶性、１３００℃以
上の温度での熱処理が必要である等問題が多い。

【０００４】また、ウエーハ結合法は、単結晶のシリコ
ン鏡面ウエーハ２枚のうち少なくとも一方に酸化膜を形
成し、接着剤を用いずに貼り合わせ、次いで熱処理（通
常は１０００℃〜１２００℃）を加えることで結合を強
化し、その後片方のウエーハを研削や湿式エッチングに
より薄膜化した後、薄膜の表面を鏡面研磨してＳＯＩ層
を形成するものであるので、埋め込み酸化膜の信頼性が
高くＳＯＩ層の結晶性も良好であるという利点がある
が、機械的な加工により薄膜化しているために、得られ
るＳＯＩ層の膜厚およびその均一性に限界がある。

【０００５】最近、ＳＯＩウエーハの製造方法として、
イオン注入したウエーハを結合及び分離してＳＯＩウエ
ーハを製造する方法（水素イオン剥離法、スマートカッ
ト法と呼ばれる技術）が新たに注目され始めている。こ
の方法は、二枚のシリコンウエーハのうち、少なくとも
一方に酸化膜を形成すると共に、一方のシリコンウエー
ハの上面から水素イオンまたは希ガスイオンを注入し、
該ウエーハ内部に微小気泡層（封入層）を形成させた
後、該イオンを注入した方の面を酸化膜を介して他方の
シリコンウエーハと密着させ、その後熱処理を加えて微
小気泡層を劈開面として一方のウエーハを薄膜状に分離
し、さらに熱処理を加えて強固に結合してＳＯＩウエー
ハとする技術（特開平５−２１１１２８号参照）であ
る。そして、該劈開面は良好な鏡面であり、ＳＯＩ層の
膜厚の均一性も高いＳＯＩウエーハが比較的容易に得ら
れている。

【０００６】一方、ＳＯＩウエーハは、より高密度化し
た集積回路を形成する上で有利であり、近年、ＨＤテレ
ビ対応のＴＦＴ−ＬＣＤ（Thin Film Transistor-Liqui
d Crystal Display 、薄層トランジスタ液晶ディスプレ
イ）に使用され、超高周波移動電話デバイスにも使われ
はじめている。しかし、従来この種の液晶画面は、ガラ
ス基板上にアモルファスシリコン膜を蒸着等で形成する
か、合成石英基板上に多結晶シリコンの薄膜をＣＶＤ法
等で形成しており、高速化と高精彩化の指標である電子
の移動度は、アモルファスで５０ｃｍ² ／Ｖ・ｓｅｃ、
多結晶では２００ｃｍ² ／Ｖ・ｓｅｃが最高値であっ
て、現状では今後の高度化する要求には応じられない。
また、ＴＦＴと同一画面上に駆動回路が形成できないた
め、配線に限界があり、高密度の駆動ができないという
問題がある。

【０００７】そこで、前記アモルファスシリコン膜や多
結晶シリコン膜ではなく、絶縁基板上に単結晶シリコン
ウエーハを結合したものを用いた場合には、基板が完全
な絶縁体であるからキャリアの移動度が基板に影響され
ず、極めて高くなり、特に高周波で駆動した場合の効果
が著しい。しかも、この場合には、ＴＦＴ領域の周辺に
駆動回路を一体に形成することもでき、前記実装問題も
解決することになる。しかし、ＴＦＴ−ＬＣＤ用の基板
としては、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ず、このような厚さまでの薄膜化
のための研削、研磨処理に耐えるように、高温熱処理を
施し、熱膨張係数の異なる合成石英基板とシリコン基板
を強力に接合しなければならない。また、半導体デバイ
ス製造工程で、さらに熱または機械的な応力を受けるの
で、両基板の結合力が十分に高いことが望まれている。

【０００８】この異種基板の接合には、両者の熱膨張係
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、研磨中に一方のウエーハ
にひびが入ったり剥離が生じて破損することがある。こ
の問題は、上記単結晶シリコンウエーハ／合成石英基板
の場合だけでなく、シリコンウエーハと熱膨張係数が異
なる基板と接合する場合に、必然的に生じる問題であ
り、半導体デバイスの目的に応じて、上記シリコンウエ
ーハ同士を接合した埋め込み酸化膜の絶縁耐力以上の絶
縁性、透明性等が要望される場合には、単結晶シリコン
ウエーハとＡｌ₂ Ｏ₃ （サファイヤ）、窒化アルミニウ
ム、炭化けい素、窒化けい素等の絶縁性ウエーハとを直
接結合してＳＯＩ層を形成する場合もあり、その解決が
望まれている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明はこの
ような問題点に鑑みなされたもので、単結晶シリコンウ
エーハと絶縁基板とを結合する際に、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、
この方法で作製したＳＯＩ層に各種集積回路やＴＦＴ−
ＬＣＤ等が形成し得るだけの、薄くて良好な膜厚均一性
を有すると共に、結晶性に優れ、キャリア移動度の高い
ＳＯＩ層（活性シリコン層）を持つＳＯＩウエーハとそ
の製造方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の請求項１に記載した発明は、単結晶シリコンウ
エーハを絶縁基板に密着させ、シリコン層を剥離してＳ
ＯＩ層を形成することによりＳＯＩウエーハを製造する
方法において、下記工程順に水素イオン注入処理、多段
熱処理、薄膜化処理及び剥離処理をすることを特徴とす
るＳＯＩウエーハの製造方法である。（１）単結晶シリコンウエーハのＳＯＩ層となる側の面
から水素イオンまたは希ガスイオンをＩ／Ｉで注入す
る。（２）単結晶シリコンウエーハのイオン注入面と絶縁基
板を室温で密着させる。（３）１００〜３００℃で熱処理して仮接合させる。（４）単結晶シリコン層をアルカリエッチングで厚さ１
００〜２５０μｍにする。（５）３５０〜４５０℃で熱処理して本接合させる。（６）単結晶シリコン層を研削、研磨して５０μｍ以下
の厚さにする。（７）５００℃以上に加熱してイオン注入層を劈開面と
して剥離し、単結晶シリコン層の厚さを０．５μｍ以下
のＳＯＩ層にする。（８）ＳＯＩ層表面を鏡面研磨する。（９）８００℃以上の熱処理を加えて結合強度を高め
る。

【００１１】このように、先ず水素イオン剥離法により
単結晶シリコンウエーハに所定の厚さのＳＯＩ層を得る
ような加速電圧で水素イオンまたは希ガスイオンを注入
し、該ウエーハ内部に微小気泡層（封入層）を形成させ
た後、該イオンを注入した方の面と絶縁基板を室温で密
着させる。次いで熱膨張係数の相違する両基板を、密着
した状態で室温から特定の温度域まで昇温して熱処理を
加え、次いで薄膜化する工程を段階的に繰り返して行け
ば、熱応力は緩和され、僅かに弾性変形した状態で十分
に接合するようになる。そして本接合処理後は、結合力
が強化されるので平面研削が可能となり薄膜化できる。
最終的には水素イオン剥離法による剥離処理でＳＯＩ層
の厚さを０．５μｍ以下にすることができ、この状態で
高温熱処理をするので、剥離、クラック等の発生を防止
することができると共に、デバイス工程にも耐える結合
強度を確保することができる。また作製されたＳＯＩウ
エーハは、膜厚の均一性、ＳＯＩ層の結晶性及びキャリ
ア移動度にも優れたものとなる。

【００１２】本発明の請求項２に記載した発明は、単結
晶シリコンウエーハを絶縁基板に密着させ、シリコン層
を剥離してＳＯＩ層を形成することによりＳＯＩウエー
ハを製造する方法において、下記工程順に水素イオン注
入処理、多段熱処理、薄膜化処理及び剥離処理をするこ
とを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法である。（１１）単結晶シリコンウエーハのＳＯＩ層となる側の
面から水素イオンまたは希ガスイオンをＩ／Ｉで注入す
る。（１２）単結晶シリコンウエーハのイオン注入面と絶縁
基板を室温で密着させる。（１３）１００〜３００℃で熱処理して仮接合させる。（１４）単結晶シリコン層をアルカリエッチングで厚さ
５０μｍ以下にする。（１５）５００℃以上に加熱してイオン注入層で剥離さ
せ、単結晶シリコン層の厚さを０．５μｍ以下のＳＯＩ
層にする。（１６）ＳＯＩ層表面を鏡面研磨する。（１７）８００℃以上の熱処理を加えて結合強度を高め
る。

【００１３】この製造方法は、前記請求項１記載の製造
方法の（１）〜（９）からなる工程の内、（５）の３５
０〜４５０℃で熱処理して本接合させる工程と、（６）
単結晶シリコン層を研削、研磨して約５０μｍ厚さにす
る工程との二工程を省略したもので、工程（４）で単結
晶シリコン層の厚さをアルカリエッチングにより５０μ
ｍ以下とした後、直ちに工程（７）の剥離熱処理を行う
方法で、その後の工程は、同一で、作用、効果もほぼ同
じである。

【００１４】そして、本発明の製造方法の場合、請求項
３に記載したように、用いる単結晶シリコンウエーハを
両面研磨品とするのがよく、片面は水素イオン注入深さ
を全面均一に制御することが可能となり、しかも絶縁基
板との密着接合がより均一で強力なものとなると共に、
もう一面はアルカリエッチングにより均一にエッチング
されて、厚さを均一にするためには、背面も鏡面研磨さ
れていることが望ましい。また、請求項４に記載したよ
うに、用いる単結晶シリコンウエーハは、表面に熱酸化
膜を形成させたものとすることができる。これは、シリ
コンウエーハ表面に酸化膜があれば、結合界面に存在す
る不純物からＳＯＩ層が汚染されることを防止できるか
らである。

【００１５】さらに請求項５では、前記絶縁基板を、前
記単結晶シリコンウエーハと熱膨張係数を異にする、石
英基板、サファイヤ（アルミナ）基板、ガラス基板、窒
化けい素基板、窒化アルミニウム基板または炭化けい素
基板であることとした。これらの基板は、単結晶シリコ
ンウエーハと熱膨張係数を異にするが、前記接合熱処理
と薄膜化により接合強度は実用強度以上に達し、絶縁耐
力に優れたＳＯＩウエーハを得ることができる。

【００１６】そして、本発明の請求項６に記載した発明
は、前記請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載
した製造方法により作製されたＳＯＩウエーハである。
このものは絶縁性の高いバルク状絶縁基板上に、極低欠
陥で膜厚均一性の良好な薄膜ＳＯＩ層を形成したＳＯＩ
ウエーハであり、キャリアの移動度にも優れている。中
でも合成石英基板上に形成された厚さが０．５μｍ以下
で、キャリアの移動度がＮ型で２５０ｃｍ² ／Ｖ・ｓｅ
ｃ以上、Ｐ型で１５０ｃｍ² ／Ｖ・ｓｅｃ以上のＳＯＩ
層を有するＳＯＩウエーハにより、優れた性能を有する
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が作製できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明するが、本発明はこれらに限定され
るものではない。ここで、図１は単結晶シリコンウエー
ハと絶縁基板を接合してＳＯＩウエーハを製造する方法
の製造工程の一例を示すフロー図である。図２は、別の
製造工程を示すフロー図である。

【００１８】以下、本発明を１枚のシリコンウエーハと
１枚の絶縁基板として合成石英ガラス基板を接合する場
合を中心に説明する。図１は水素イオン剥離法による水
素イオン注入処理、多段熱処理、薄膜化処理、および鏡
面研磨工程を含むＳＯＩウエーハを製造する方法の工程
を示す工程図である。

【００１９】工程（１）では、水素イオン剥離法によ
り、１枚の単結晶シリコンウエーハのＳＯＩ層となる側
の面から、所定の厚さのＳＯＩ層を得るような加速電圧
で水素イオンまたは希ガスイオンを注入し、イオンの平
均進入深さにおいて表面に平行な微小気泡層（封入層）
を形成させる。本発明では、平均進入深さを０．５μｍ
以下とする。この注入温度は２５〜４５０℃が好まし
い。工程（２）は、単結晶シリコンウエーハのイオン注
入面と絶縁基板である合成石英基板を室温で密着させる
工程であり、常温の清浄な雰囲気下で２枚のウエーハの
表面同士を接触させることにより、接着剤等を用いるこ
となくウエーハ同士が接着する。

【００２０】工程（３）では、密着している両基板を１
００〜３００℃で熱処理（低温熱処理）して仮接合す
る。この場合、合成石英の熱膨張係数はシリコンのそれ
に較べて小さく（Ｓｉ：２．３３×１０^-6、石英：０．
６×１０^-6）、同じ厚さのシリコンウエーハと貼り合わ
せて加熱すると３００℃付近でシリコンウエーハが割れ
てしまう。そこでシリコンウエーハの厚さを約３００μ
ｍに薄くして３００℃で熱処理するか、薄くせずに厚い
まま３００℃未満、例えば約２００℃で熱処理して仮接
合してもよい。尚、熱処理が１００℃未満であると、次
工程のアルカリエッチングにおける仮接合界面の耐浸食
性が不充分である。工程（４）では、単結晶シリコン層
の厚さをアルカリエッチングにより１００〜２５０μｍ
にする。このようにウエーハが仮結合されていれば、あ
る程度の結合力と密着気密性をもっているので、エッチ
ングによりシリコンウエーハを薄膜化することが可能と
なる。この場合、１００μｍ未満までエッチングする
と、エッチング時間が長くなるため、ウエーハ周辺部に
おいて仮接合界面へのエッチング液の浸食量が増え、素
子を形成することが可能な面積が少なくなる。一方、２
５０μｍ以上シリコン層を残すと、次工程の熱処理で割
れ易くなる。

【００２１】工程（５）では、３５０〜４５０℃で熱処
理（中温熱処理）して両基板を本接合させる。このよう
に、工程４でシリコン層が１００〜２５０μｍに薄くな
っているので、割れを発生させることなく、中温熱処理
を施すことができ、結合強度を高めることができる。そ
して、工程（４）と工程（５）を経て、両基板の結合強
度は研削するのに十分なものとなり、その後の平面研削
あるいは鏡面研磨による薄膜化にも耐えられる強度とな
る。

【００２２】次に、工程（６）では、単結晶シリコン層
を研削、研磨して厚さを５０μｍ以下にする。この場合
の研削は、平面研削がよく、研磨は、通常の鏡面研磨ウ
エーハ製造工程と同様の鏡面研磨が好ましい。そして、
工程（７）は、水素イオン剥離法のイオン注入層を境界
として上部シリコンと下部ＳＯＩウエーハ（ＳＯＩ層＋
絶縁基板）に分離する剥離熱処理工程で、不活性ガス雰
囲気下約５００℃以上の温度で熱処理を加えれば、結晶
の再配列と気泡の凝集とによって上部シリコンと下部Ｓ
ＯＩウエーハに分離される。分離された上部シリコンは
取り除いておく。ここでは単結晶シリコン層の厚さを
０．５μｍ以下にまで薄膜化すると共に、薄膜の厚さを
均一化してＳＯＩ層に仕上げる工程である。

【００２３】工程（８）は、ＳＯＩ層表面をタッチポリ
ッシュと呼ばれる研磨代の極めて少ない鏡面研磨の工程
である。これは工程７の剥離処理で入った表面のヘイズ
と呼ばれる表面粗さの除去、およびイオン注入により生
じたＳＯＩ層表面近傍の結晶欠陥の除去を目的とするも
ので、研磨の取り代が５ｎｍ〜４００ｎｍ程度の鏡面研
磨工程を行う。

【００２４】工程（９）は、８００℃以上の熱処理、特
には１０００℃以上の熱処理（高温熱処理）を加えて両
基板の接合強度をさらに増強させることができ、これに
よってデバイス工程でも使用可能な結合強度を得ること
ができる。この高温熱処理は、工程（７）で単結晶シリ
コン層の厚さを０．５μｍ以下に薄膜化したことによっ
て処理が可能となったもので、シリコン層は合成石英ガ
ラスの収縮に合せて弾性変形して追随していると考えら
れ、クラック、割れ、剥離等の発生は殆どなくなった。

【００２５】また、この０．５μｍ以下といった薄膜化
されたＳＯＩ層に８００℃以上、特に１０００℃以上と
いった高温熱処理を加えることによって、用いた単結晶
シリコンウエーハ起因の結晶欠陥を除去することがで
き、ＳＯＩ層の品質を一層向上せしめることも可能とな
った。以上の工程を経て結晶欠陥がなく、薄膜で膜厚均
一性が高く、キャリア移動度の高いＳＯＩ層を有する高
品質のＳＯＩウエーハを製造することができる。

【００２６】別の製造方法として、図２に、工程（１
１）〜（１７）からなるフロー図を示した。この方法
は、前記（１）〜（９）からなる工程の内、（５）の３
５０〜４５０℃で熱処理して本接合させる工程と、
（６）単結晶シリコン層を研削、研磨して５０μｍ以下
の厚さにする工程との二工程を省略したもので、工程
（４）で単結晶シリコン層の厚さをアルカリエッチング
により５０μｍ以下とした後、直ちに工程（７）の剥離
熱処理を行うもので、その後の工程は、同一で、作用、
効果もほぼ同じである。

【００２７】そして、この製造方法の場合には、特に用
いる単結晶シリコンウエーハを両面研磨品とするのがよ
い。これは片面はイオン注入深さを全面均一に制御する
ことが可能となり、しかも絶縁基板との密着接合がより
均一で強力なものとなると共に、もう一面はアルカリエ
ッチングの選択性により、厚さが不均一にエッチングさ
れることを防止するため、背面側も鏡面研磨されている
ことが望ましいからである。本発明のようにアルカリエ
ッチングにより薄膜化する場合には、このようなことが
あるので、前記図１に示した工程においても、同様に両
面研磨をしたものを用いるのが望ましい。

【００２８】本発明で使用する絶縁基板は、ＳＯＩ層と
なる単結晶シリコンウエーハとは熱膨張係数を異にす
る、石英基板、サファイヤ（アルミナ）基板、ガラス基
板、窒化けい素基板、窒化アルミニウム基板または炭化
けい素基板等から半導体デバイスの目的に応じて選択さ
れる。特にＴＦＴ−ＬＣＤの場合は、透明性を要するの
で石英基板が用いられる。

【００２９】上記製造方法で作製されたＳＯＩウエーハ
の内、石英絶縁基板上に形成された厚さが０．５μｍ以
下の単結晶ＳＯＩ層を有するＳＯＩウエーハを使用して
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成した場合、キャリア
の移動度がＮ型で２５０ｃｍ² ／Ｖ・ｓｅｃ以上、Ｐ型
で１５０ｃｍ² ／Ｖ・ｓｅｃ以上のものが得られた。こ
れにより今後のＴＦＴ−ＬＣＤの高速化と高精彩化に対
応することが可能となる。さらに、高速のパソコンとも
互換性があり、駆動回路も一体となり、インテリジェン
トな性能が得られる。また、絶縁基板上に形成されたＳ
ＯＩ構造であるため、通常より高周波で使用されても、
信号伝播速度の遅れ等の問題が発生せず、超高周波デバ
イス、例えば、５ＧＨｚを満足するので超高周波移動電
話デバイスとしての用途が開けることになる。さらに、
ＵＬＳＩのデバイスプロセスがそのまま利用できる利点
もある。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。（実施例）導電型がＰ型で抵抗率が１０Ω・ｃｍ、直径
１００ｍｍ、厚さ３００μｍで、表面に４００ｎｍの熱
酸化膜を形成したシリコン鏡面ウエーハと直径が１００
ｍｍで厚さ５５０μｍの合成石英ガラスを用い、図１に
示した工程に従ってＳＯＩ層の厚さが０．１μｍで、厚
さのバラツキが面内±０．０１μｍ以下のＳＯＩウエー
ハを作製した。別に導電型がＮ型のＳＯＩウエーハ（導
電型以外の仕様はＰ型と同じ）も同様にして作製した。

【００３１】水素イオン注入処理、多段熱処理、薄膜化
処理および剥離熱処理してＳＯＩウエーハを製造する方
法における主な処理条件は次の通りである。ａ）工程（１）の水素注入条件：Ｈ⁺ イオン、注入エネ
ルギー：６５ｋｅＶ、注入線量：６×１０¹⁶／ｃｍ² 。ｂ）工程（３）の仮接合条件：３００℃、１２０分熱処
理。ｃ）工程（４）のアルカリエッチング：５０％ＫＯＨ水
溶液、単結晶Ｓｉ層厚：１３５μｍ。ｄ）工程（５）の本接合条件：４００℃、１２０分熱処
理。ｅ）工程（６）の研削、研磨後の単結晶Ｓｉ層厚：５０
μｍ。ｆ）工程（７）の剥離熱処理条件：５００℃、３０分、剥離後の単結晶Ｓｉ層厚：０．２６μｍ。ｇ）工程（８）の鏡面研磨後の単結晶Ｓｉ層厚：０．１
０μｍ。ｈ）工程（９）の熱処理条件：１１００℃、１２０分熱
処理。

【００３２】（ＴＦＴ−ＬＣＤの作製と性能評価）この
ようにして得られた上記２種類のＳＯＱ（Silicone On
Quartz）ウエーハを使用して、ゲート酸化膜の形成、ソ
ース・ドレイン領域の拡散等を行い、ＴＦＴ−ＬＣＤを
作製し、その性能を評価し、表１に示した。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１から明らかなように、Ｐ型のキャリア
移動度は、μ_FE＝２７７ｃｍ² ／Ｖ・ｓｅｃで、Ｎ型の
キャリア移動度は、μ_FE＝６００ｃｍ² ／Ｖ・ｓｅｃと
非常に高い値が得られた。従来、Ｐ型で１００ｃｍ² ／
Ｖ・ｓｅｃ、Ｎ型で２００ｃｍ² ／Ｖ・ｓｅｃ程度が実
用レベルでは最高であったことから、格段の進歩を達成
することができた。

【００３５】なお、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、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範囲に包含される。

【００３６】例えば、本発明で結合される絶縁基板とし
ては、前記請求項４に列記されたものに限られるもので
はなく、絶縁基板であり、半導体工程で不純物の問題を
発生させないものであれば、原則としてどのような材質
であってもよい。例えば、他の材質の基板、あるいは前
記列記した基板表面に酸化膜等の絶縁膜を被覆したもの
であってもよい。

【００３７】また、本発明で絶縁基板と結合される単結
晶シリコンウエーハについても、特にその仕様につき限
定されるものではなく、表面の酸化膜についてもその有
無を問わない。なぜならば、絶縁基板との結合であるか
らシリコンウエーハの表面が絶縁性となっていても一向
に構わないし、むしろ、シリコンウエーハ表面に酸化膜
（自然酸化膜、熱酸化膜）を有すると、前述のように、
ＳＯＩ層が結合界面に存在する不純物（特に雰囲気中の
ボロン）からの汚染が防止されるし、絶縁基板との密着
性が良くなることもあるからである。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱膨張係数の異なる単結晶シリコンウエーハと絶縁基板
を割れ、ひび、剥離等の欠陥なしに接合でき、極薄膜で
膜厚の均一性が良く、極低欠陥で結晶性とキャリア移動
度に優れたＳＯＩ層を有するＳＯＩウエーハを比較的簡
単に低コストで製造することができる。特に、ＳＯＱウ
エーハのキャリア移動度は高く、今後のＴＦＴ−ＬＣＤ
の高速化と高精彩化に寄与すること大である。さらに、
完全なＳＯＩ構造であるため超高周波（５ＧＨｚ）移動
電話デバイス用等として期待されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＳＯＩウエーハの製造工程の一例を示
すフロー図である。

【図２】本発明のＳＯＩウエーハの別の製造工程を示す
フロー図である。

【符号の説明】

１、１１…単結晶シリコンウエーハに水素イオンを注入
する工程、２、１２…単結晶シリコンウエーハを絶縁基板に密着さ
せる工程、３、１３…低温熱処理で仮接合する工程、４、１４…Ｓｉ層をアルカリエッチングする工程、５…中温熱処理で本接合する工程、６…Ｓｉ層を研削、研磨する工程、７、１５…熱処理で剥離し、薄膜ＳＯＩ層を形成する工
程、８、１６…タッチポリッシュ工程、９、１７…熱処理で結合強度を増強する工程。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内山敦雄長野県更埴市大字屋代1393番地長野電子工業株式会社内 (72)発明者吉沢克夫長野県更埴市大字屋代1393番地長野電子工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単結晶シリコンウエーハを絶縁基板に密
着させ、シリコン層を剥離してＳＯＩ層を形成すること
によりＳＯＩウエーハを製造する方法において、下記工
程順に水素イオン注入処理、多段熱処理、薄膜化処理及
び剥離処理をすることを特徴とするＳＯＩウエーハの製
造方法。（１）単結晶シリコンウエーハのＳＯＩ層となる側の面
から水素イオンまたは希ガスイオンをＩ／Ｉで注入す
る。（２）単結晶シリコンウエーハのイオン注入面と絶縁基
板を室温で密着させる。（３）１００〜３００℃で熱処理して仮接合させる。（４）単結晶シリコン層をアルカリエッチングで厚さ１
００〜２５０μｍにする。（５）３５０〜４５０℃で熱処理して本接合させる。（６）単結晶シリコン層を研削、研磨して５０μｍ以下
の厚さにする。（７）５００℃以上に加熱してイオン注入層を劈開面と
して剥離し、単結晶シリコン層の厚さを０．５μｍ以下
のＳＯＩ層にする。（８）ＳＯＩ層表面を鏡面研磨する。（９）８００℃以上の熱処理を加えて結合強度を高め
る。
【請求項２】単結晶シリコンウエーハを絶縁基板に密
着させ、シリコン層を剥離してＳＯＩ層を形成すること
によりＳＯＩウエーハを製造する方法において、下記工
程順に水素イオン注入処理、多段熱処理、薄膜化処理及
び剥離処理をすることを特徴とするＳＯＩウエーハの製
造方法。（１１）単結晶シリコンウエーハのＳＯＩ層となる側の
面から水素イオンまたは希ガスイオンをＩ／Ｉで注入す
る。（１２）単結晶シリコンウエーハのイオン注入面と絶縁
基板を室温で密着させる。（１３）１００〜３００℃で熱処理して仮接合させる。（１４）単結晶シリコン層をアルカリエッチングで厚さ
５０μｍ以下にする。（１５）５００℃以上に加熱してイオン注入層で剥離さ
せ、単結晶シリコン層の厚さを０．５μｍ以下のＳＯＩ
層にする。（１６）ＳＯＩ層表面を鏡面研磨する。（１７）８００℃以上の熱処理を加えて結合強度を高め
る。
【請求項３】前記請求項１または請求項２に記載の製
造方法において、用いる単結晶シリコンウエーハを両面
研磨品とすることを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方
法。
【請求項４】前記請求項１ないし請求項３のいずれか
１項に記載の製造方法において、用いる単結晶シリコン
ウエーハは、表面に熱酸化膜を形成させたものであるこ
とを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項５】前記絶縁基板が、前記単結晶シリコンウ
エーハと熱膨張係数を異にする、石英基板、サファイヤ
（アルミナ）基板、ガラス基板、窒化けい素基板、窒化
アルミニウム基板または炭化けい素基板であることを特
徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載
したＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項６】前記請求項１ないし請求項５のいずれか
１項に記載した製造方法により作製されたことを特徴と
するＳＯＩウエーハ。