JPH11329997A

JPH11329997A - 貼り合わせ基材とその作製方法

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Publication number: JPH11329997A
Application number: JP13391198A
Authority: JP
Inventors: Kiyobumi Sakaguchi; 清文坂口; Nobuhiko Sato; 信彦佐藤; Takao Yonehara; 隆夫米原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 1999-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｓｉウエハが、ＦＰＤ、ＣＯＰ、ＯＳＦ等の
特有の欠陥を含まないようにする。【解決手段】第１の基体１１の表面層１２を別の第２
の基体の表面上に移設して形成された貼り合わせ基材に
おいて、第１の基体１１として少なくともフローティン
グ・ゾーン法により作製されたＳｉ基体を含んで構成さ
れた基体を用意し、第１の基体１１と第２の基体１５と
を貼り合わせる工程と、貼り合わせた基体を、該基体の
第１の基体のＳｉ基体に前もって形成しておいたイオン
注入層１４で分離する工程と、第２の基体側の表面に露
出したイオン注入層１４を除去する工程と、を有する作
製工程により形成されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、貼り合わせ基材と
その作製方法に関し、更に詳しくは、誘電体分離あるい
は、絶縁物上の単結晶半導体、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、集積回路に適する貼り合わせ基材とそ
の作製方法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 no
n-single-crystal insulators";edited by G.W.Cullen,
Journal of Crystal Growth,volume 63,no 3,pp 429〜5
90(1983)。

【０００３】さらにここ数年においては、ＳＯＩが、Ｍ
ＯＳＦＥＴ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 19
94）。

【０００４】また、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。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。

【０００５】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の膜厚の影響も受けること
になる。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膜厚の均一性が強く望まれてい
た。

【０００６】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 PorousOxi
dized Silicon）、酸素イオン注入法がよく研究され
た。

【０００７】ＦＩＰＯＳ法は、Ｐ型Ｓｉ単結晶基板表面
にＮ型Ｓｉ層をプロトンイオン注入（イマイ他、J.Crys
tal Growth,vol.63,547(1983)）、もしくは、エピタキ
シャル成長とパターニングによって島状に形成し、表面
よりＳｉ島を囲むようにＨＦ溶液中の陽極化成法により
Ｐ型Ｓｉ基板のみを多孔質化したのち、増速酸化により
Ｎ型Ｓｉ島を誘電体分離する方法である。本方法では、
分離されているＳｉ領域は、デバイス工程のまえに決定
されており、デバイス設計の自由度を制限する場合があ
るという問題点がある。

【０００８】酸素イオン注入法は、K.Izumiによって始
めて報告されたＳＩＭＯＸと呼ばれる方法である。Ｓｉ
ウエハに酸素イオンを１０¹⁷〜１０¹⁸／ｃｍ²程度注入
したのち、アルゴン・酸素雰囲気中で１３２０℃程度の
高温でアニールする。その結果、イオン注入の投影飛程
（Ｒ_P）に相当する深さを中心に注入された酸素イオン
がＳｉと結合して酸化Ｓｉ層が形成される。その際、酸
化Ｓｉ層の上部の酸素イオン注入によりアモルファス化
したＳｉ層も再結晶化して、単結晶Ｓｉ層となる。表面
のＳｉ層中に含まれる欠陥は従来１０⁵／ｃｍ²と多か
ったが、酸素の打ち込み量を４×１０¹⁷／ｃｍ²付近に
することで、〜１０²／ｃｍ²まで低減することに成功
している。しかしながら、酸化Ｓｉ層の膜質、表面Ｓｉ
層の結晶性等を維持できるような注入エネルギー、注入
量の範囲が狭いために、表面Ｓｉ層、埋め込み酸化Ｓｉ
層（ＢＯＸ；Burried Oxide）の膜厚は特定の値に制限
されていた。所望の膜厚の表面Ｓｉ層を得るためには、
犠牲酸化、ないしは、エピタキシャル成長することが必
要であった。その場合、膜厚の分布には、これらプロセ
スによる劣化分が重畳される結果、膜厚均一性が劣化す
るという問題点がある。

【０００９】また、ＳＩＭＯＸは、パイプと呼ばれる酸
化Ｓｉの形成不良領域が存在することが報告されてい
る。この原因のひとつとしては、注入時のダスト等の異
物が考えられている。パイプの存在する部分では活性層
と支持基板の間のリークによりデバイス特性の劣化が生
じてしまう。

【００１０】ＳＩＭＯＸのイオン注入は前述の通り、通
常の半導体プロセスで使用するイオン注入と比べ注入量
が多いため、専用の装置が開発されてもなお、注入時間
は長い。イオン注入は所定の電流量のイオンビームをラ
スタースキャンして、あるいは、ビームを拡げて行われ
るため、ウエハの大面積化に伴い、注入時間の増大が想
定される。また、大面積ウエハの高温熱処理では、ウエ
ハ内の温度分布によるスリップの発生などの問題がより
シビアになることが指摘されている。ＳＩＭＯＸでは１
３２０℃というＳｉ半導体プロセスでは通常使用しない
高温での熱処理が必須であることから、装置開発を含め
て、この問題の重要性がさらに大きくなることが懸念さ
れている。

【００１１】また、上記のような従来のＳＯＩの形成方
法とは別に、近年、Ｓｉ単結晶基板を、熱酸化した別の
Ｓｉ単結晶基板に、熱処理又は接着剤を用いて貼り合
せ、ＳＯＩ構造を形成する方法が注目を浴びている。こ
の方法は、デバイスのための活性層を均一に薄膜化する
必要がある。すなわち、数百μｍもの厚さのＳｉ単結晶
基板をμｍオーダーがそれ以下に薄膜化する必要があ
る。この薄膜化には以下のように３種類の方法がある。

【００１２】１．研磨による薄膜化２．局所プラズマエッチングによる薄膜化３．選択エッチングによる薄膜化上記１の研磨では均一に薄膜化することが困難である。
特にサブμｍの薄膜化は、ばらつきが数十％にもなって
しまい、この均一化は大きな問題となっている。さらに
ウエハの大口径化が進めばその困難度は増すばかりであ
る。

【００１３】上記２の方法は、あらかじめ１の方法で１
〜３μｍ程度まで１の研磨による方法で薄膜化したの
ち、膜厚分布を全面で多点測定する。このあとこの膜厚
分布にもとづいて、直径数ｍｍのＳＦ₆などを用いたプ
ラズマをスキャンさせることにより膜厚分布を補正しな
がらエッチングして、所望の膜厚まで薄膜化する。この
方法では膜厚分布を±１０ｎｍ程度にできることが報告
されている。しかし、プラズマエッチングの際に基板上
異物（パーティクル）があるとこの異物がエッチングマ
スクとなるために基板上に突起が形成されてしまう。

【００１４】エッチング直後には表面が荒れているため
に、プラズマエッチング終了後にタッチポリッシングが
必要であるが、ポリッシング量の制御は時間管理によっ
て行われるので、最終膜厚の制御、および、ポリッシン
グによる膜厚分布の劣化が指摘されている。さらに研磨
ではコロイダルシリカ等の研磨剤が直接に活性層になる
表面を擦るので、研磨による破砕層の形成、加工歪みの
導入も懸念されている。さらにウエハが大面積化された
場合にはウエハ面積の増大に比例して、プラズマエッチ
ング時間が増大するため、スループットの著しい低下も
懸念される。

【００１５】上記３の方法は、あらかじめ薄膜化する基
板に選択エッチング可能な膜構成をつくり込んでおく方
法である。例えば、Ｐ型基板上にボロンを１０¹⁹／ｃｍ
³以上の濃度に含んだＰ⁺Ｓｉの薄層とＰ型Ｓｉの薄層
をエピタキシャル成長などの方法で積層し、第１の基板
とする。これを酸化膜等の絶縁層を介して、第２の基板
と貼り合わせたのち、第１の基板の裏面を、研削、研磨
で予め薄くしておく。その後、Ｐ型層の選択エッチング
で、Ｐ⁺層を露出、さらにＰ⁺層の選択エッチングでＰ
型層を露出させ、ＳＯＩ構造を完成させるものである。
この方法はＭａｓｚａｒａの報告に詳しい（W.P.Maszar
a,J.Electrochem.Soc.,vol.138,341(1991)）。

【００１６】選択エッチングは均一な薄膜化に有効とさ
れているが、・せいぜい１０²と選択比が十分でない、・エッチング後の表面性が悪いため、エッチング後にタ
ッチポリッシュが必要。しかし、その結果、膜厚が減少
するとともに、膜厚均一性も劣化しやすい。特にポリッ
シングは時間によって研磨量を管理するが、研磨速度の
ばらつきが大きいため、研磨量の制御が困難。したがっ
て、１００ｎｍというような薄膜ＳＯＩ層の形成におい
て、特に問題となる。これは、・イオン注入、高濃度ＢドープＳｉ層上のエピタキシャ
ル成長あるいはヘテロエピタキシャル成長を用いている
ためＳＯＩ層の結晶性が悪い、また、被貼り合わせ面の
表面性も通常のＳｉウエハより劣る、等の問題点がある（C.Harendt,et,al.,J.Elect.Mater.V
ol.20,267(1991)、H.Baumgart,et.al.Extended Abstrac
t of ECS lst International Symposium of Wafer Bond
ing,pp-733(1991)、C.E.Hunt,Extended Abstract of ECS
lst International Symposium of Wafer Bonding,pp-6
96(1991)）。

【００１７】また、選択エッチングの選択性は、ボロン
等の不純物の濃度差とその深さ方向プロファイルの急峻
性に大きく依存している。したがって、貼り合わせ強度
を高めるための高温のボンディングアニールや結晶性を
向上させるために高温のエピタキシャル成長を行ったり
すると、不純物濃度の深さ方向の分布が拡がり、エッチ
ングの選択性が劣化してしまう。すなわち、エッチング
の選択比の向上の結晶性と貼り合わせ強度の向上との両
立は困難であった。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】最近、米原らは、かか
る問題点を解決し、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を報告した（T.Yonehara
et.al.,Appl.Phys.Lett.vol.64,2108(1994)）。

【００１９】この方法は、図４の模式断面工程図に示す
ように、まず、Ｓｉ基板４１上の多孔質層４２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４３をエピタキシャル成長した後、酸化Ｓｉ
層４５を介して第２の基板４４と貼り合わせる（図４
（ａ））。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４（ｂ））。次に、露出させた多孔質Ｓｉ層４２
は、ＫＯＨ、ＨＦ＋Ｈ₂Ｏ₂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４（ｃ））。

【００２０】このとき、多孔質Ｓｉ層４２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４
２上に成長した非多孔質単結晶Ｓｉ層４３を膜厚を殆ど
減じることなく、第２の基板４４の上に残し、ＳＯＩ基
板を形成することができる。

【００２１】したがって、ＳＯＩの膜厚均一性はエピタ
キシャル成長時にほぼ決定づけられる。エピタキシャル
成長は通常半導体プロセスで使用されるＣＶＤ装置が使
用できるので、佐藤らの報告（ＳＳＤＭ９５）によれ
ば、その均一性は例えば１００ｎｍ±２％以内が実現さ
れている。また、エピタキシャルＳｉ層の結晶性も良好
で３．５×１０²／ｃｍ²が報告された。

【００２２】従来の方法では、エッチングの選択性は、
不純物濃度の差とその深さ方向のプロファイルによって
いたため、濃度分布を拡げてしまう熱処理の温度（貼り
合わせ、エピタキシャル成長、酸化等）は、概ね８００
℃以下と大きく制約されていた。

【００２３】一方、この方法におけるエッチングは、多
孔質とバルクという構造の差がエッチングの速度を決め
ているため、熱処理温度の制約は小さく、１１８０℃程
度の熱処理が可能であることが報告されている。例えば
貼り合わせ後の熱処理は、ウエハ同士の接着強度を高
め、貼り合わせ界面に生じる空隙（ｖｏｉｄ）の数、大
きさを減少させることが知られている。また、斯様な斬
新な構造差にもとづくエッチングでは多孔質Ｓｉ上に付
着したパーティクルがあっても、膜厚均一性に影響を及
ぼさない。

【００２４】また、ガラスに代表される光透過性基板上
には、一般には、その結晶構造の無秩序性から、堆積し
た薄膜Ｓｉ層は、基板の無秩序性を反映して、非晶質
か、良くて多結晶層にしかならず、高性能なデバイスは
作製できない。それは、基板の結晶構造が非晶質である
ことによっており、単に、Ｓｉ層を堆積しても、良質な
単結晶層は得られない。

【００２５】しかしながら、貼り合わせを用いた半導体
基板は、必ず２枚のウエハを必要とし、そのうち１枚は
ほとんど大部分が研磨・エッチング等により無駄に除去
され捨てられてしまい、限りある地球の資源を無駄使い
してしまう。

【００２６】したがって、貼り合わせによるＳＯＩにお
いては、現状の方法では、その制御性、均一性さらには
経済性に多くの問題点が存在する。

【００２７】さらに、品質が十分なＳＯＩ基板を再現性
よく作製するとともに、同時にウエハの再使用等による
省資源、コストダウンを実現する方法が望まれていた。

【００２８】貼り合わせ法において消費されてしまう第
１の基板を再利用する方法が、最近坂口らによって報告
された（特願平０７−０４５４４１号）。

【００２９】彼らは、前述した多孔質Ｓｉを用いる貼り
合わせ＋エッチバック法において、第１の基板を裏面よ
り研削、エッチング等の方法で薄層化して多孔質Ｓｉを
露出させる工程に代えて以下のような方法を採用した。

【００３０】図５は、このような方法を説明するための
模式断面図である。図５において、まず、第１のＳｉ基
板５１の表面層を多孔質化５２したのち、その上に単結
晶Ｓｉ層５３を形成し、この単結晶Ｓｉ層と第１のＳｉ
基体とは別の第２のＳｉ基板５４の主面とを絶縁層５５
を界して貼り合わせる（図５（ａ））。

【００３１】この後、多孔質層で貼り合わせたウエハを
分割し（図５（ｂ））、第２のＳｉ基体側の表面に露出
した多孔質Ｓｉ層５２を選択的に除去することにより、
ＳＯＩ基板を形成するのである（図５（ｃ））。

【００３２】貼り合わせたウエハの分割は、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；・ウエハ端面に多孔質層を表出させ、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を加える；等の方法により、多孔質Ｓｉ層を破壊するという方法を
用いている。

【００３３】これらは、いずれも多孔質Ｓｉの機械的強
度がporosityにより異なるが、バルクＳｉよりも十分に
弱いと考えられることに基づく。たとえば、porosityが
５０％であれば機械的強度はバルクの半分と考えて良
い。すなわち、貼り合わせウエハに圧縮、引っ張りある
いは剪断力をかけると、まず多孔質Ｓｉ層が破壊される
ことになる。また、porosityを増加させればより弱い力
で多孔質層を破壊できる。

【００３４】また、特開平８−２１３６４５号公報に多
孔質層で分離する方法が記載されているが、porosityの
層状の構成については記載されていない。しかし、１９
９６秋季応用物理学会予稿集ｐ．６７３にソニー（株）
の田舎中氏らが電流を途中で変化させて多孔質Ｓｉを作
製している。

【００３５】特開平８−２１３６４５号公報の分離方法
は、ウエハ同士を貼り合わせてから、あるいはさらに厚
い台に貼り付けてから剥す方法を取っていた。この方法
では、剛体同士を分離するためウエハの全面を一気に剥
す力が必要となる。したがって、ウエハの大口径化が進
めば、その二乗に比例した外力をかけなければならな
い。

【００３６】また、熱膨張係数の異なる基板に貼り合わ
せる場合には、その応力で貼り合わせ界面から剥がれて
しまうことがある。

【００３７】特開平５−２１１１２８号公報に、イオン
注入によりバブル層を作り、熱処理による結晶再配列と
気泡の凝集とが生じ、バブル層を介して剥がす方法が提
案されているが、このパテントの半導体材料フィルム
は、バルクウエハの表面部を分離して作製している。バ
ルクのＳｉウエハ（ＣＺウエハ；チョクラルスキー（Cz
ochralski）法によるウエハ）には、フローパターンデ
ィフェクト（ＦＰＤ；Flow Pattern Defect）（T.Abe,E
xtended Abst.Electrochem.Soc.Spring Meeting vol.95
-1,pp.596,(May,1995)）やＣＯＰ（Crystal Originated
Particles）（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)）等、それに特有の欠陥が存在して
いる。したがって、上記方法では、これらの欠陥を内在
した半導体材料フィルムが出来上がることになる。

【００３８】現在ウエハといえば、ほぼＣＺウエハをさ
すほどＣＺウエハが主流である。ＦＰＤ，ＣＯＰはＣＺ
−Ｓｉウエハ表面に観察される異常点であり、いずれも
起源は引き上げ時に導入された正八面体形状の微小空洞
である。ＦＰＤ，ＣＯＰは同一のもので、ＣＺウエハ内
の酸素により生成される。酸素を含むということで当然
のことながら、ＯＳＦ（Oxidation Induced Stacking F
ault）を生ずる可能性がある。

【００３９】また、ガラスに代表される光透過性基板上
には、一般には、その結晶構造の無秩序性から、堆積し
た薄膜Ｓｉ層は、基板の無秩序性を反映して、非晶質
か、良くて多結晶層にしかならず、高性能なデバイスは
作製できない。それは、基板の結晶構造が非晶質である
ことによっており、単に、Ｓｉ層を堆積しても、良質な
単結晶層は得られない。

【００４０】ところで、光透過性基板は、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
構成するうえにおいて重要である。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、高精細化するには、高性能な駆動素子が必要とな
る。その結果、光透過性基板上に設けられている素子と
しても優れた結晶性を有する単結晶層を用いて作製され
ることが必要となる。

【００４１】さらに単結晶層を用いれば、画素を駆動す
る周辺回路や画像処理用の回路を画素と同一の基板に組
み込み、チップの小型化・高速化を図ることができる。

【００４２】すなわち、非晶質Ｓｉや多結晶Ｓｉでは、
その欠陥の多い結晶構造ゆえに要求されるあるいは今後
要求されるに十分な性能を持った駆動素子を作製するこ
とが難しい。

【００４３】［発明の目的］本発明の目的は、・従来の貼り合わせによるＳＯＩにおいて、無駄になる
ウエハを出さずに、基板を再利用することにより経済性
を向上させる；・また、ガラスに代表される光透過性基板上に、良質な
単結晶層は形成して、高性能なデバイスを作製する；・また、バルクのＳｉウエハ（ＣＺウエハ）の、フロー
パターンディフェクト（ＦＰＤ；Flow Pattern Defec
t）、ＣＯＰ（Crystal Originated Particles）、さら
には、ＯＳＦ（Oxidation Induced Stacking Fault）等
の特有の欠陥を含まない基板を作製する；ことにある。

【００４４】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の貼り合
わせ基材は、第１の基体の表面層を別の第２の基体の表
面上に移設して形成された貼り合わせ基材において、前
記第１の基体として少なくともフローティング・ゾーン
法により作製されたＳｉ基体を含んで構成された基体を
用意し、前記第１の基体と前記第２の基体とを貼り合わ
せる工程と、貼り合わせた基体を、該基体の前記第１の
基体のＳｉ基体に前もって形成しておいたイオン注入層
で分離する工程と、前記第２の基体側の表面に露出した
前記イオン注入層を除去する工程と、を有する作製工程
により形成されてなることを特徴とする。

【００４５】本発明の貼り合わせ基材は、フローティン
グ・ゾーン法により作製された第１のＳｉ基体に、少な
くとも表面層は単結晶構造を維持した状態で、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、内部にイオン注入層を形成する工程と、前記
第１のＳｉ基体と、該第１のＳｉ基体とは別の第２の基
体とを貼り合わせる工程と、貼り合わせた基体を前記イ
オン注入層で分離する工程と、前記第２の基体側の表面
に露出した前記イオン注入層を除去する工程と、を有す
る作製工程により形成されてなることを特徴とする。

【００４６】本発明の貼り合わせ基材は、フローティン
グ・ゾーン法により作製された第１のＳｉ基体の少なく
とも主面側に絶縁層を形成する工程と、少なくとも前記
絶縁層の直下は単結晶構造を維持した状態で、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、内部にイオン注入層を形成する工程と、前記
絶縁層が貼り合わせ側となるように、前記第１のＳｉ基
体と、該第１のＳｉ基体とは別の第２の基体とを貼り合
わせる工程と、貼り合わせた基体を前記イオン注入層で
分離する工程と、前記第２の基体側の表面に露出した前
記イオン注入層を除去する工程と、を有する作製工程に
より形成されてなることを特徴とする。

【００４７】本発明の貼り合わせ基材は、フローティン
グ・ゾーン法により作製された第１のＳｉ基体の少なく
とも表面層は単結晶構造を維持した状態で、希ガス、水
素、および、窒素のうち少なくとも１種の元素を主表面
からイオン注入し、内部にイオン注入層を形成する工程
と、前記第１のＳｉ基体表面に絶縁層を形成する工程
と、前記絶縁層が貼り合わせ側となるように、前記第１
のＳｉ基体と、該第１のＳｉ基体とは別の第２の基体と
を貼り合わせる工程と、貼り合わせた基体を前記イオン
注入層で分離する工程と、前記第２の基体側の表面に露
出した前記イオン注入層を除去する工程と、を有する作
製工程により形成されてなることを特徴とする。

【００４８】また本発明の貼り合わせ基材は、上記第１
のＳｉ基体の両面に同じく上記工程を行う作製工程によ
り形成されてなることを特徴とする。

【００４９】また本発明の貼り合わせ基材は、前記イオ
ン注入層は、微小気泡の集まりであることを特徴とす
る。

【００５０】また本発明の貼り合わせ基材は、前記分離
工程は、前記貼り合わせ基体に熱をかけることによって
行われることを特徴とする。

【００５１】また本発明の貼り合わせ基材は、前記熱処
理工程は、酸化雰囲気中、希ガスまたは水素または窒素
の雰囲気中で行われることを特徴とする。

【００５２】また本発明の貼り合わせ基材は、前記分離
工程は、前記貼り合わせた基体に、機械的に外力を加え
ることによって行われることを特徴とする。

【００５３】また本発明の貼り合わせ基材は、前記第２
の基体は、Ｓｉ基体、少なくとも貼り合わせる主面に酸
化Ｓｉ膜を形成したＳｉ基体、あるいは光透過性基体で
あることを特徴とする。

【００５４】また本発明の貼り合わせ基材は、前記両面
に貼り合わされる２体の第２の基体は、Ｓｉ基体、少な
くとも貼り合わせる主面に酸化Ｓｉ膜を形成したＳｉ基
体、光透過性基体から任意に選ばれることを特徴とす
る。

【００５５】また本発明の貼り合わせ基材は、前記絶縁
層は、熱酸化層であることを特徴とする。

【００５６】また本発明の貼り合わせ基材は、前記イオ
ン注入層を除去する工程は、引き続いて行う表面平坦化
処理工程も含むことを特徴とする。

【００５７】また本発明の貼り合わせ基材は、前記イオ
ン注入層を除去する工程は、水素を含む還元性雰囲気で
の熱処理により行われることを特徴とする。

【００５８】また本発明の貼り合わせ基材は、前記表面
平坦化処理工程は、水素を含む雰囲気での熱処理である
ことを特徴とする。

【００５９】また本発明の貼り合わせ基材は、前記イオ
ン注入層の除去は、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、前記イオン注入層のみを選択的に無電解湿式化学
エッチングして除去するエッチング工程であることを特
徴とする。

【００６０】なお、イオン注入だまりは、分離後は表面
薄層となるため、研磨、エッチング等を行なわずに、そ
のまま水素を含む雰囲気中での熱処理により、Ｓｉのマ
イグレーションが起こり結果的に、微小孔や欠陥の排除
と表面平坦化が同時に行なわれる。

【００６１】また本発明の貼り合わせ基材は、前記イオ
ン注入層の除去は、前記非多孔質層をストッパーとして
選択的にイオン注入層を研磨することによりなされるこ
とを特徴とする。

【００６２】また本発明の貼り合わせ基材は、前記イオ
ン注入層の除去は、前記イオン注入層を研磨することに
よりなされることを特徴とする。

【００６３】また本発明の貼り合わせ基材は、前記貼り
合わせ工程は、基体を密着させる工程であることを特徴
とする。

【００６４】また本発明の貼り合わせ基材は、前記貼り
合わせ工程は、陽極接合、加圧、熱処理、あるいはこれ
らの組み合わせの中から選ばれた方法により行われるこ
とを特徴とする。

【００６５】また本発明の貼り合わせ基材は、前記分離
した後の第１の基体は、表面に露出したイオン注入に起
因する欠陥、表面荒れあるいはバブル層を除去した後
に、再利用することを特徴とする。

【００６６】また本発明の貼り合わせ基材は、前記イオ
ン注入層を除去する工程は、引き続いて行う表面平坦化
処理工程も含むことを特徴とする。

【００６７】また本発明の貼り合わせ基材は、前記イオ
ン注入層を除去する工程は、水素を含む還元性雰囲気で
の熱処理により行われることを特徴とする。

【００６８】また本発明の貼り合わせ基材は、前記イオ
ン注入層の除去工程は、前記イオン注入層を研磨するこ
とによりなされることを特徴とする。

【００６９】本発明の貼り合わせ基材の作製方法は、前
述した各本発明の貼り合わせ基材の作製に用いられるも
のである。

【００７０】本発明によれば、基本的に酸素を含まない
ＦＺ（Floating Zone；フローティング・ゾーン）ウエ
ハの表面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。ＦＺ−Ｓｉでは、ＣＺ−Ｓｉに特
有の欠陥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。今後ウエハの大口
径化が進み、高品質ＣＺ結晶の引き上げが難しくなると
言われており、ＣＺバルクウエハの品質は落ちる。よっ
て、ＦＺ−Ｓｉの必要性は高まり、貼り合わせＳＯＩで
もＦＺ−Ｓｉの需要は高まる。

【００７１】上記広範な多様な作用は、特開平５−２１
１１２８号公報の様な通常のＳｉウエハであるＣＺ−Ｓ
ｉの表面層をイオン注入で剥がす方法では不可能であ
る。

【００７２】多孔質Ｓｉは、Ｓｉ基板をＨＦ溶液中で陽
極化成（Anodization）することにより形成することが
できる。多孔質層は１０^-1〜１０ｎｍ程度の直径の孔が
１０ ^-1〜１０ｎｍ程度の間隔で並んだスポンジのような
構造をしている。その密度は、単結晶Ｓｉの密度２．３
３ｇ／ｃｍ³に比べて、ＨＦ溶液濃度を５０〜２０％に
変化させたり、電流密度を変化させることで２．１〜
０．６ｇ／ｃｍ³の範囲に変化させることができる。す
なわち、porosityを可変することが可能である。このよ
うに多孔質Ｓｉの密度は単結晶Ｓｉに比べると、半分以
下にできるにもかかわらず、単結晶性は維持されてお
り、多孔質層の上部へ単結晶Ｓｉ層をエピタキシャル成
長させることも可能である。ただし、１０００℃以上で
は、内部の孔の再配列が起こり、増速エッチングの特性
が損なわれる。このため、Ｓｉ層のエピタキシャル成長
には、分子線エピタキシャル成長法、プラズマＣＶＤ
法、減圧ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、バイアス・スパッター
法、液相成長法等の低温成長が好適とされている。しか
し、あらかじめ低温酸化等の方法により多孔質層の孔壁
にあらかじめ保護膜を形成しておけば、高温成長も可能
である。

【００７３】また、多孔質層はその内部に大量の空隙が
形成されている為に、密度が半分以下に減少する。その
結果、体積に比べて表面積が飛躍的に増大するため、そ
の化学エッチング速度は、通常の単結晶層のエッチング
速度に比べて、著しく増速される。

【００７４】多孔質Ｓｉの機械的強度はporosityにより
異なるが、バルクＳｉよりりも弱いと考えられる。たと
えば、porosityが５０％であれば機械的強度はバルクの
半分と考えて良い。すなわち、貼り合わせウエハに圧
縮、引っ張りあるいは剪断力をかけると、まず多孔質Ｓ
ｉ層が破壊されることになる。また、porosityを増加さ
せればより弱い力で多孔質層を破壊できる。

【００７５】バルクＳｉ中にヘリウムや水素をイオン注
入し、熱処理を加えると注入された領域に直径数ｎｍ〜
数十ｎｍの微小な空洞（micro-cavity）が〜１０¹⁶-¹⁷
／ｃｍ³もの密度で形成されることが報告されている
（例えば、A.Van Veen,C.C.Griffioen,and J.H.Evans,M
at.Res.Soc.Symp.Proc.107(1988,Material Res.Soc.Pit
tsburgh,Pennsylvania)p.499.）。最近はこれら微小空
洞群を金属不純物のゲッタリングサイトとして利用する
ことが研究されている。

【００７６】V.RaineriとS.U.Campisanoは、バルクＳｉ
中にヘリウムイオンを注入、熱処理して形成された空洞
群を形成した後、基板に溝を形成して空洞群の側面を露
出し酸化処理を施した。その結果、空洞群は選択的に酸
化されて埋め込み酸化Ｓｉ層を形成した。すなわち、Ｓ
ＯＩ構造を形成できることを報告した（V.Raineri,and
S.U.Canpisano,Appl.Phys.Lett.66(1995)p.3654）。

【００７７】しかしながら、彼らの方法では表面Ｓｉ層
と埋め込み酸化Ｓｉ層の厚みは空洞群の形成と酸化時の
体積膨張により導入されるストレスの緩和の両方を両立
させる点に限定されている上に選択酸化のために溝の形
成が必要であり、基板全面にＳＯＩ構造を形成すること
ができなかった。斯様な空洞群の形成は、金属への軽元
素の注入に伴う現象として、これら空洞群の膨れ、ない
し、剥離現象とともに、核融合炉の第一炉壁に関する研
究の一環として報告されてきた。

【００７８】イオン注入層には、上記のように気泡が生
じることはよく知られており、あたかも多孔質を内部に
形成したような構造となる。したがって、この層は、機
械的にもろく、さらには、陽極化成の多孔質と同様に増
速酸化や増速エッチングが可能となる。

【００７９】本発明は、イオン注入層が多孔質状である
ことから、この層が増速酸化することを利用して、ウエ
ハの周辺からイオン注入層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で分割され
る。これにより、上記したようなさまざまな課題を解決
する半導体基板、および、その形成方法を提供する。

【００８０】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
に外周部あるいは単面を表出させておく必要がある。こ
の貼り合わせ基体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。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
れはまさしく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
の周囲から均等に貼り合わせウエハをはがすことにな
る。結果として、分割される事になる。

【００８１】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。

【００８２】また、本発明は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を特徴としている。熱処理で
は、微小気泡の凝集と結晶の再配列が起こり、それによ
っても分離される。

【００８３】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を介して貼合せ基体を分離
させることを特徴としている。

【００８４】本発明は、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。

【００８５】本発明は、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。

【００８６】さらに本発明の半導体基板の作製方法は、
上記方法で分離された第１のＳｉ基体は残留イオン注入
層を除去した後、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Ｓｉ基板、あるいは
次の第２の基体として、あるいは他の用途の基板として
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、水素を含む雰囲気での熱処理によっても構わ
ない。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。

【００８７】本発明は、大面積にイオン注入層を介して
一括して分割することができるため、第１の基板を除去
しイオン注入層を全面露出するために従来必須であった
研削、研磨、エッチング工程を省略し、工程を短縮する
ことができる。

【００８８】また、繰り返し第１のＳｉ基板として用い
る場合には、この第１のＳｉ基板は強度的に使用不可と
なるまで何度でも再使用することが可能である。

【００８９】さらに本発明は、従来の貼り合わせ基板の
作製は第１のＳｉ基板を研削やエッチングにより片面か
ら順次除去していく方法を用いているため、第１のＳｉ
基板の両面を有効活用し支持基板に貼り合わせることは
不可能であるが、本発明によれば、第１のＳｉ基板はそ
の表面層以外は元のまま保持されているため、第１のＳ
ｉ基板の両面を共に主面とし、その面にそれぞれ支持基
板を貼り合わせることにより、２枚の貼り合わせ基板を
同時に１枚の第１のＳｉ基板から作製することができる
ので、工程を短縮し、生産性を向上することができる。
もちろん、分離された第１のＳｉ基体は再利用すること
が可能である。

【００９０】また、本発明は、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供する。

【００９１】第２の基体としては、例えばＳｉ基板、Ｓ
ｉ基板に酸化Ｓｉ膜を形成したもの、石英基板（Silica
glass）やガラス基板のような光透過性基板、あるい
は、金属基板などがあげられるが特に限定されるもので
はない。

【００９２】第１の基板上の非多孔質薄膜は、例えば非
多孔質単結晶Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどの化合物半導
体の他、金属薄膜、炭素薄膜などが上げられるがこれに
限定されるものではない。また、これらの薄膜は全面に
形成されていることが必須ではなく、パターニング処理
により、部分的にエッチングされていてもよい。

【００９３】すなわち、本発明は、経済性に優れて、大
面積に渡り均一平坦な、極めて優れた結晶性を有するＦ
Ｚ−Ｓｉ単結晶基板を用いて、その片面から該活性層ま
でを取り去り、絶縁物上に欠陥の著しく少ないＳｉ単結
晶層を提供する。

【００９４】また、本発明は、透明基板（光透過性基
板）上に結晶性が単結晶ウエハー並に優れたＳｉを得る
うえで、生産性、均一性、制御性、コストの面において
卓越した半導体基板の作製方法を提供する。

【００９５】さらに、本発明のイオン注入層の除去は、
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。また、研磨の均一性の向上により
選択研磨ではなくても可能である。

【００９６】第２の基体としては、例えばＳｉ基板、Ｓ
ｉ基板に酸化Ｓｉ膜を形成したもの、石英基板（Silica
glass）やガラス基板のような光透過性基板、あるい
は、金属基板などがあげられるが特に限定されるもので
はない。

【００９７】なお、多孔質Ｓｉ層と第１の基体、非多孔
質層との界面、特に多孔質層Ｓｉ層と、第１の基体との
界面において貼り合わせ基体が分割されることもあり、
本発明にはこのような形態も含まれる。

【００９８】イオン注入層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。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を用いても良い。

【００９９】分離領域を貼り合わせ基体の側面の貼り合
わせ目に合わせて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。

【０１００】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。

【０１０１】本発明において、イオン注入層の除去は、
水素を含む還元性雰囲気中での熱処理を含む工程で行わ
れ、該水素を含む還元性雰囲気中での熱処理は前記イオ
ン注入層を酸化シリコンと対向させるようにすることが
望ましい。

【０１０２】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、Ｓ
ＯＩ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。

【０１０３】さらに、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所望の膜
厚の単結晶シリコンを除去し、しかも膜厚減少量のウエ
ハ間、バッチ間ばらつきも小さく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、ボロン濃度の低減を実現できる。

【０１０４】さらに熱処理温度は通常半導体プロセスに
用いられる温度であるので、本発明の熱処理によるエッ
チング装置は既存の半導体熱処理製造装置製造技術を用
いて製造可能である。また、他工程と連続した熱処理と
することも可能である。

【０１０５】また、基体表面に加工された凹みの底のよ
うな研磨では平坦化できないような局所的な単結晶領域
も、平坦化できる。

【０１０６】以下、イオン注入層の除去を、水素を含む
還元性雰囲気中での熱処理を含む工程で行ない、その熱
処理は前記イオン注入層を酸化シリコンと対向させた状
態で行う本発明について、さらに詳細に説明する。

【０１０７】＜対向材料によるエッチング量の差に関す
る知見＞本発明者らは、シリコン単結晶表面の微小な荒
れを除去できる水素を含む還元性雰囲気での熱処理にお
ける単結晶シリコンのエッチング量を検討した結果、図
６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
化することを知見するに至った。なお、図６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。

【０１０８】＜対向材料がＳｉＯ₂ だとシリコンのエッ
チング量は増大＞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、
表面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。

【０１０９】図７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（Å／分）を対数プロットして
ある。

【０１１０】図中グラフＡは、ＳｉＯ₂ をＳｉ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Ｅを求めたところ、約４．３
ｅＶであった。

【０１１１】またグラフＢは、ＳｉをＳｉＯ₂ に対向さ
せて熱処理した場合を示す。

【０１１２】またグラフＣは、ＳｉをＳｉ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Ｅ
は、約４．１ｅＶであった。

【０１１３】またグラフＤは、ＳｉＯ₂ をＳｉＯ₂ 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Ｅは、約５．９ｅＶであった。

【０１１４】図７に示す如く、水素雰囲気の熱処理で
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。

【０１１５】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０．４５Å／ｍ
ｉｎ以下と極めて小さい（図中グラフＣ）。６０分の熱
処理でのエッチング量は、３０Å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３．６Å／ｍｉｎであり（図
中グラフＢ）、１時間のエッチング量は２１６Å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。

【０１１６】図８は、ＳｉとＳｉＯ₂ 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（Å）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ＳｉＯ
₂ を対向面として熱処理した場合を示す。

【０１１７】図８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。

【０１１８】図９は、対向面をＳｉとしたＳｉＯ₂ のエ
ッチングと、対向面をＳｉＯ₂ としたＳｉ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８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／ｃｍ
² ）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。

【０１１９】図９に示すように、図８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９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
が示された。

【０１２０】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。

【０１２１】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。

【０１２２】＜反応メカニズム＞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、係る増速エッチング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 、ＳｉＨ
₂ ＋ＳｉＯ ₂ →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Ｓｉ
Ｏ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。

【０１２３】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。

【０１２４】＜対向面材料の多様性＞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。

【０１２５】＜対向面材料に関するまとめ＞すなわち、
単結晶膜を水素を含む雰囲気中で熱処理する際に対向す
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、すなわち、シリコ
ンと気相を介して反応しない材料で構成するのに比べ、
対向面を酸化シリコンとすれば、単結晶シリコン膜のエ
ッチングは酸化シリコンを対向面とする場合に比して、
およそ１０倍にし膜厚を制御して減じることができる。

【０１２６】＜対向面との面間距離＞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。

【０１２７】＜酸化シリコンと対向する場合のガス流に
ついて＞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１０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５
４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。

【０１２８】＜エッチングの自動停止＞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。

【０１２９】＜表面平坦化への効果＞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。

【０１３０】図１１（ａ）は、多孔質をエッチングによ
り除去した直後の表面を斜め上方から見た電子顕微鏡写
真である。図１１（ａ）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１１（ｂ）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。

【０１３１】数ｎｍから数十ｎｍの高さ、数ｎｍから数
百ｎｍの周期の凹凸が観察される単結晶シリコン表面
（図１１（ａ））を、還元性雰囲気中で熱処理すること
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１１（ｂ））が得られることがわかった。

【０１３２】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。

【０１３３】＜雰囲気依存性＞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。

【０１３４】＜残留酸化性雰囲気分圧＞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。

【０１３５】＜自然酸化膜の影響＞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。

【０１３６】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。

【０１３７】＜ボロン外方拡散効果＞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。

【０１３８】

【発明の実施の形態】［実施態様例１］図１は、本発明
の実施態様例１の工程を示す模式断面図である。

【０１３９】図１において、まず、第１のＦＺ−Ｓｉ単
結晶基板１１を用意する（図１（ａ））。第１のＦＺ−
Ｓｉ単結晶基板１１は、ＭＯＳＦＥＴ等の素子構造を形
成してしまっても構わない。多層構造であれば、埋め込
み層を持ったＳＯＩにもなる。さらに、表面層にＳｉＯ
₂１３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。

【０１４０】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
注入する（図１（ｂ））。イオン注入溜り１４は、第１
のＳｉ単結晶基板１１と非多孔質層１２との界面付近あ
るいは非多孔質層１２内部になることが好ましい。

【０１４１】次に、図１（ｃ）に示すように、第２の基
板１５と第１の基板の表面とを室温で密着させる。

【０１４２】単結晶Ｓｉの表面には熱酸化等の方法で酸
化Ｓｉを形成したのち貼り合わせることが好ましい。ま
た、第２の基板は、Ｓｉ、Ｓｉ基板上に酸化Ｓｉ膜を形
成したもの、石英等の光透過性基板、サファイアなどか
ら選択することができるが、これに限定されるものでは
なく、貼り合わせに供される面が十分に平坦で有れば構
わない。図１は第２の基板と第１の基板とは絶縁層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。

【０１４３】貼り合わせに際しては絶縁性の薄板をはさ
み３枚重ねで貼り合わせることも可能である。

【０１４４】次に、イオン注入溜り１４で基板を分離す
る（図１（ｄ））。分離する方法としては、加圧、引っ
張り、せん断、楔、等の外圧をかける方法、熱をかける
方法、酸化により多孔質Ｓｉを周辺から膨張させ多孔質
Ｓｉ内に内圧をかける方法、パルス状に加熱し、熱応力
をかける、あるいは軟化させる方法等があるがこの方法
に限定されるものではない。

【０１４５】さらに、イオン注入溜り１４を選択的に除
去する。非多孔質薄膜が単結晶Ｓｉの場合には通常のＳ
ｉのエッチング液、あるいは弗酸、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の少なくとも１
種類を用いて、イオン注入溜り１４のみを無電解湿式化
学エッチングして第２の基板上に予め第１の基板の多孔
質上に形成した膜を残存させる。上記詳述したように、
イオン注入溜りは、多孔質となるため、その膨大な表面
積により通常のＳｉのエッチング液でも選択的にエッチ
ングすることが可能である。あるいは、単結晶層１２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。また選択研磨ではなく、通常の研磨でも可
能である。

【０１４６】イオン注入だまり１４は、分離後は表面薄
層となるため、研磨、エッチング等を行なわずに、その
まま水素を含む雰囲気中での熱処理によりＳｉのマイグ
レーションが起こり結果的に、微小孔や欠陥の排除と表
面平坦化が同時に行なわれる。

【０１４７】水素を含む還元性雰囲気での熱処理におい
ては、前記基板のイオン注入溜り１４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。

【０１４８】さらに、非多孔質単結晶薄膜中にボロンが
多く含まれている場合も、前記還元性雰囲気での熱処理
であれば、ボロン濃度を外方拡散により低減することが
できる。

【０１４９】図１（ｅ）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上に非多孔質薄膜、例
えば単結晶Ｓｉ薄膜１２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。

【０１５０】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。

【０１５１】第１の基板側のイオン注入だまり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。

【０１５２】イオン注入だまりは、分離後は表面薄層と
なるため、研磨、エッチング等を行なわずに、そのまま
水素を含む雰囲気中での熱処理によりＳｉのマイグレー
ションが起こり結果的に、微小孔や欠陥の排除と表面平
坦化が同時に行なわれる。

【０１５３】水素を含む還元性雰囲気での熱処理におい
ては、前記基板のイオン注入溜り１４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。

【０１５４】さらに、非多孔質単結晶薄膜中にボロンが
多く含まれている場合も、前記還元性雰囲気での熱処理
であれば、ボロン濃度を外方拡散により低減することが
できる。

【０１５５】［実施態様例２］図２は、本発明の実施態
様例２の工程を示す模式断面図である。図２において、
第１のＦＺ−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
２２を形成する（図２（ａ））。表面層にＳｉＯ₂２３
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。ＭＯＳＦＥＴ等の素子構造を形成してしまっても
構わない。さらに、表面層にＳｉＯ₂２５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２（ｃ）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密着
させる。

【０１５６】単結晶Ｓｉを堆積した場合には、単結晶Ｓ
ｉの表面には熱酸化等の方法で酸化Ｓｉを形成したのち
貼り合わせることが好ましい。また、第２の基板は、Ｓ
ｉ、Ｓｉ基板上に酸化Ｓｉ膜を形成したもの、石英等の
光透過性基板、サファイアなどから選択することができ
るが、これに限定されるものではなく、貼り合わせに供
される面が十分に平坦で有れば構わない。図２は第２の
基板と第１の基板とは絶縁層２５を介して貼り合わせた
様子を示してある。

【０１５７】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。

【０１５８】次に、イオン注入溜り２２で基板を分離す
る（図２（ｄ））。分離する方法としては、加圧、引っ
張り、せん断、楔、等の外圧をかける方法、熱をかける
方法、酸化により多孔質Ｓｉを周辺から膨張させ多孔質
Ｓｉ内に内圧をかける方法、パルス状に加熱し、熱応力
をかける、あるいは軟化させる方法等があるがこの方法
に限定されるものではない。

【０１５９】さらに、イオン注入溜り２２を選択的に除
去する。非多孔質薄膜が単結晶Ｓｉの場合には通常のＳ
ｉのエッチング液、あるいは弗酸、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の少なくとも１
種類を用いて、イオン注入溜り２２のみを無電解湿式化
学エッチングして第２の基板上に予め第１の基板の多孔
質上に形成した膜を残存させる。上記詳述したように、
イオン注入溜りは、多孔質となるため、その膨大な表面
積により通常のＳｉのエッチング液でも選択的にエッチ
ングすることが可能である。あるいは、単結晶層２４を
研磨ストッパーとしてイオン注入溜り層２２を選択研磨
で除去する。また選択研磨ではなく、通常の研磨でも可
能である。

【０１６０】イオン注入だまり２２は、分離後は表面薄
層となるため、研磨、エッチング等を行なわずに、その
まま水素を含む雰囲気中での熱処理によりＳｉのマイグ
レーションが起こり結果的に、微小孔や欠陥の排除と表
面平坦化が同時に行なわれる。

【０１６１】水素を含む還元性雰囲気での熱処理におい
ては、前記基板のイオン注入溜り２２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。

【０１６２】さらに、非多孔質単結晶薄膜中にボロンが
多く含まれている場合も、前記還元性雰囲気での熱処理
であれば、ボロン濃度を外方拡散により低減することが
できる。

【０１６３】図２（ｅ）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上に非多孔質薄膜、例
えば単結晶Ｓｉ薄膜２４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。

【０１６４】第１のＳｉ単結晶基板２１は残留イオン注
入溜り層２２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の基体２６と
して使用できる。

【０１６５】第１の基板側のイオン注入だまり２２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。

【０１６６】イオン注入だまりは、分離後は表面薄層と
なるため、研磨、エッチング等を行なわずに、そのまま
水素を含む雰囲気中での熱処理によりＳｉのマイグレー
ションが起こり結果的に、微小孔や欠陥の排除と表面平
坦化が同時に行なわれる。

【０１６７】水素を含む還元性雰囲気での熱処理におい
ては、前記基板のイオン注入溜り１４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。

【０１６８】さらに、非多孔質単結晶薄膜中にボロンが
多く含まれている場合も、前記還元性雰囲気での熱処理
であれば、ボロン濃度を外方拡散により低減することが
できる。

【０１６９】［実施態様例３］図３は、本発明の実施態
様例３の工程を説明するための模式断面図である。

【０１７０】図３に示すように、上記実施態様例１およ
び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。

【０１７１】図３において、３１は第１の基体、３２，
３５はイオン注入層、３３，３６は単結晶層、３４，３
７はＳｉＯ₂ 層、３８，３９は第２の基体であり、図３
（ａ）は、実施態様例１で示した工程を、第１の基板３
１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３
（ｂ）は、実施態様例１と同様に、イオン注入層３２，
３５で分離した状態を示し、図３（ｃ）は、イオン注入
層３２，３５を除去した状態を示す図である。

【０１７２】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Ｓ
ｉ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。

【０１７３】第１の基板側のイオン注入だまりも上記し
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。

【０１７４】イオン注入だまりは、分離後は表面薄層と
なるため、研磨、エッチング等を行なわずに、そのまま
水素を含む雰囲気中での熱処理によりＳｉのマイグレー
ションが起こり結果的に、微小孔や欠陥の排除と表面平
坦化が同時に行なわれる。

【０１７５】水素を含む還元性雰囲気での熱処理におい
ては、前記基板のイオン注入溜り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。

【０１７６】さらに、非多孔質単結晶薄膜中にボロンが
多く含まれている場合も、前記還元性雰囲気での熱処理
であれば、ボロン濃度を外方拡散により低減することが
できる。

【０１７７】支持基板３８，３９は同一でなくても良
い。また、非多孔質薄膜３３，３６は、両面が同一でな
くてもよい。また、絶縁層３４，３７はなくてもよい。

【０１７８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。

【０１７９】本発明の実施例の説明に先だって、本発明
者らが行った実験例について説明する。

【０１８０】ＦＺウエハ、ＣＺウエハを用いて、それぞ
れ以下の工程で貼り合わせ基材を作製した。（１）Ｓｉウエハを熱酸化して、２００ｎｍのＳｉＯ₂
の酸化層を形成する。（２）ドーズ量５×１０¹⁶／ｃｍ²，４０ｋｅＶの条件
で、Ｈ⁺イオンを注入する。（３）Ｓｉウエハと他の基板（ここではＳｉ基板）とを
貼り合わせる。（４）６００℃でアニールし、イオン注入層で分離す
る。（５）他の基板をＨＦ、Ｈ₂Ｏ₂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
層の膜厚は２００ｎｍ±６ｎｍであった。（６）水素中で１１００℃、４時間熱処理した。（７）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。

【０１８１】ＦＺウエハを用いた貼り合わせ基材では、
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２０ｃｍ²観察したところ見つからなかっ
た。すなわち、０．５個／ｃｍ²以下であった。一方、
ＣＺウエハを用いた貼り合わせ基材では、およそ１００
μｍφ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、ＣＺ
−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。

【０１８２】また、Secco Etching により欠陥を顕在化
したのち、走査型電子顕微鏡により観察したところ、Ｆ
Ｚ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１０²／ｃｍ²であった。一方、ＣＺ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／ｃｍ²
であった。

【０１８３】次に本発明の実施例について具体的に説明
する。

【０１８４】（実施例１）第１の単結晶ＦＺ−Ｓｉ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５×１
０¹⁶ｃｍ^-2イオン注入した。

【０１８５】該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％過酸化水素水との混合
液で攪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。

【０１８６】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。

【０１８７】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。

【０１８８】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。

【０１８９】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０．２
ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。

【０１９０】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。

【０１９１】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓ
ｉ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。

【０１９２】またＳｉ層の酸素濃度は測定限界以下であ
り、ＦＰＤ，ＣＯＰ，ＯＳＦは観察されなかった。な
お、ＣＯＰは前述した実験例と同様にして観察され、Ｆ
ＰＤ，ＯＳＦはSeccoエッチングで欠陥顕在化を行い、
光学顕微鏡や電子顕微鏡で観察した。

【０１９３】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％過酸化水素水との混合液
で攪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。

【０１９４】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。

【０１９５】（実施例２）第１の単結晶ＦＺ−Ｓｉ基板
表面からＨ⁺を５０ｋｅＶで６×１０¹⁶ｃｍ^-2イオン注
入した。

【０１９６】該基板表面と別に用意した５００ｎｍのＳ
ｉＯ₂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％過酸化水素水との混合液で攪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。

【０１９７】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。

【０１９８】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。

【０１９９】その後、極表面のみを研磨で平坦化した。

【０２００】すなわち、Ｓｉ酸化膜上に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４９８ｎｍ±１５ｎｍであっ
た。

【０２０１】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０．２
ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。

【０２０２】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓ
ｉ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。

【０２０３】またＳｉ層の酸素濃度は測定限界以下であ
り、ＦＰＤ，ＣＯＰ，ＯＳＦは観察されなかった。

【０２０４】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％過酸化水素水との混合液
で攪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。

【０２０５】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。

【０２０６】（実施例３）第１の単結晶ＦＺ−Ｓｉ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。

【０２０７】該ＳｉＯ₂層表面と別に用意した５００ｎ
ｍ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、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％過酸化水素水との混合液で攪はんしながら
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。

【０２０８】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。

【０２０９】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。

【０２１０】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。

【０２１１】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０．２
ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。

【０２１２】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。

【０２１３】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓ
ｉ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。

【０２１４】またＳｉ層の酸素濃度は測定限界以下であ
り、ＦＰＤ，ＣＯＰ，ＯＳＦは観察されなかった。

【０２１５】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％過酸化水素水との混合液
で攪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。

【０２１６】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。

【０２１７】（実施例４）第１の単結晶ＦＺ−Ｓｉ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。

【０２１８】該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％過酸化水素水との混合液で攪はんしながら選
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。

【０２１９】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。

【０２２０】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。

【０２２１】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。

【０２２２】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０．２
ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。

【０２２３】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。

【０２２４】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓ
ｉ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。

【０２２５】またＳｉ層の酸素濃度は測定限界以下であ
り、ＦＰＤ，ＣＯＰ，ＯＳＦは観察されなかった。

【０２２６】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％過酸化水素水との混合液
で攪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。

【０２２７】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。

【０２２８】（実施例５）第１の単結晶ＦＺ−Ｓｉ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。

【０２２９】該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％過酸化水素水との混合液で攪はんしながら選
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。

【０２３０】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。

【０２３１】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。

【０２３２】その後、極表面のみを研磨で平坦化した。

【０２３３】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±１２ｎ
ｍであった。

【０２３４】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０．２
ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。

【０２３５】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓ
ｉ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。

【０２３６】またＳｉ層の酸素濃度は測定限界以下であ
り、ＦＰＤ，ＣＯＰ，ＯＳＦは観察されなかった。

【０２３７】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％過酸化水素水との混合液
で攪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。

【０２３８】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。

【０２３９】（実施例６）第１の単結晶ＦＺ−Ｓｉ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。

【０２４０】該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％過酸化水素水との混合液で攪はんしながら選
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。

【０２４１】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。

【０２４２】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。

【０２４３】その後、極表面のみを研磨で平坦化した。

【０２４４】すなわち、透明なガラス基板上に０．５μ
ｍ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。

【０２４５】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０．２
ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。

【０２４６】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓ
ｉ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。

【０２４７】またＳｉ層の酸素濃度は測定限界以下であ
り、ＦＰＤ，ＣＯＰ，ＯＳＦは観察されなかった。

【０２４８】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％過酸化水素水との混合液
で攪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。

【０２４９】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。

【０２５０】（実施例７）第１の単結晶ＦＺ−Ｓｉ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Ｈｅ⁺を８０ｋｅＶで５
×１０¹⁶ｃｍ^-2イオン注入した。

【０２５１】該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％過酸化水素水との混合
液で攪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。

【０２５２】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。

【０２５３】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。

【０２５４】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。

【０２５５】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０．２
ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。

【０２５６】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。

【０２５７】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓ
ｉ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。

【０２５８】またＳｉ層の酸素濃度は測定限界以下であ
り、ＦＰＤ，ＣＯＰ，ＯＳＦは観察されなかった。

【０２５９】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％過酸化水素水との混合液
で攪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。

【０２６０】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。

【０２６１】（実施例８）第１の単結晶ＦＺ−Ｓｉ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。

【０２６２】該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。

【０２６３】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Ｓｉ
Ｏ₂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。

【０２６４】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％過酸化水素水との混合液で攪は
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。

【０２６５】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。

【０２６６】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。

【０２６７】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。

【０２６８】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０．２
ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。

【０２６９】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。

【０２７０】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓ
ｉ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。

【０２７１】またＳｉ層の酸素濃度は測定限界以下であ
り、ＦＰＤ，ＣＯＰ，ＯＳＦは観察されなかった。

【０２７２】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％過酸化水素水との混合液
で攪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。

【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】（実施例９）第１の単結晶ＦＺ−Ｓｉ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。

【０２７５】該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層およびエピタキシャルＳ
ｉ層をエッチングにより剥離したところ、イオン注入層
端が現れた。

【０２７６】貼合せウエハを１０００℃のパイロ酸化を
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。

【０２７７】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％過酸化水素水との混合液で攪は
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。

【０２７８】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。

【０２７９】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。

【０２８０】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。

【０２８１】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０．２
ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。

【０２８２】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。

【０２８３】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓ
ｉ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。

【０２８４】またＳｉ層の酸素濃度は測定限界以下であ
り、ＦＰＤ，ＣＯＰ，ＯＳＦは観察されなかった。

【０２８５】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％過酸化水素水との混合液
で攪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。

【０２８６】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。

【０２８７】（実施例１０）第１の単結晶ＦＺ−Ｓｉ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。

【０２８８】該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、４
９％弗酸と３０％過酸化水素水との混合液で攪はんしな
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。

【０２８９】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。

【０２９０】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。

【０２９１】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。

【０２９２】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０．２
ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。

【０２９３】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。

【０２９４】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓ
ｉ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。

【０２９５】またＳｉ層の酸素濃度は測定限界以下であ
り、ＦＰＤ，ＣＯＰ，ＯＳＦは観察されなかった。

【０２９６】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％過酸化水素水との混合液
で攪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。

【０２９７】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。

【０２９８】（実施例１１）第１の単結晶ＦＺ−Ｓｉ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。

【０２９９】該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％過酸化水素水との混合液で攪はんしなが
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。

【０３００】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。

【０３０１】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】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。

【０３０３】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０．２
ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。

【０３０４】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。

【０３０５】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓ
ｉ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。

【０３０６】またＳｉ層の酸素濃度は測定限界以下であ
り、ＦＰＤ，ＣＯＰ，ＯＳＦは観察されなかった。

【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％過酸化水素水との混合液
で攪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。

【０３０９】（実施例１２）第１の単結晶ＦＺ−Ｓｉ基
板上の主表面にＨ⁺を１０ｋｅＶで５×１０¹⁶ｃｍ ^-2イ
オン注入した。この時表面に、ＳｉＯ₂を形成しておい
た方が、表面荒れを防ぐという観点からは好ましい。Ｓ
ｉＯ₂を形成した場合には、それを除去してから、表面
に２００ｎｍのＳｉＯ₂層を形成した。

【０３１０】該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％過酸化水素水との混合
液で攪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。

【０３１１】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。

【０３１２】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。

【０３１３】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。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。

【０３１４】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０．２
ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。

【０３１５】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。

【０３１６】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓ
ｉ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。

【０３１７】またＳｉ層の酸素濃度は測定限界以下であ
り、ＦＰＤ，ＣＯＰ，ＯＳＦは観察されなかった。

【０３１８】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％過酸化水素水との混合液
で攪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。

【０３１９】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。

【０３２０】（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。

【０３２１】上記した実施例において、イオン注入層の
選択エッチング液は４９％弗酸と３０％過酸化水素水と
の混合液に限らず、ＨＦ，ＨＦ＋アルコール，ＨＦ＋Ｈ
₂ 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。

【０３２２】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。

【０３２３】（実施例１４）比抵抗が１０Ωｃｍのボロ
ンドープ８インチ（１００）ＦＺ−Ｓｉウエハ表面３０
０ｎｍ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 であった。このシ
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、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、８００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、ＳＯ
Ｉウエハが作製された。

【０３２４】移設された単結晶シリコンの膜厚を面内１
０ｍｍの格子点でそれぞれ測定したところ、膜厚の平均
は２８０ｎｍ、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。

【０３２５】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。

【０３２６】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。

【０３２７】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。

【０３２８】（実施例１５）第１の単結晶ＦＺ−Ｓｉ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。

【０３２９】該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％過酸化水素水との混
合液で攪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。

【０３３０】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。

【０３３１】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。

【０３３２】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。

【０３３３】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０．２
ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。

【０３３４】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。

【０３３５】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓ
ｉ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。

【０３３６】またＳｉ層の酸素濃度は測定限界以下であ
り、ＦＰＤ，ＣＯＰ，ＯＳＦは観察されなかった。

【０３３７】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％過酸化水素水との混合液
で攪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。

【０３３８】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。

【０３３９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
上記したような問題点および上記したような要求に答え
得る半導体基板の作製方法を提案することができる。

【０３４０】ＣＺ−Ｓｉウエハには、フローパターンデ
ィフェクト（ＦＰＤ：Flow PattenDefect）（T.Abe,Ext
ended Abst.Electrochem.Soc.Spring Meeting vol.95-
1,pp.596,(May,1995)）やＣＯＰ（Crystal Originated
Particles）（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)）等、それに特有の欠陥が存在して
いる。ＦＰＤ，ＣＯＰは同一のもので、ＣＺウエハ内の
酸素により生成される。酸素を含むということで当然の
ことながら、ＯＳＦ（Oxidation Induced Stacking Fau
lt）を生ずる可能性がある。したがって、上記方法で
は、これらの欠陥を内在した半導体材料フィルムが出来
上がることになる。本発明によれば、ＦＺ−Ｓｉウエハ
の表面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。本発明では上記したようなＣＺバル
クＳｉに特有の欠陥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。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、ＣＺバルクウエハの品質は落ち
る。よって、ますます、ＦＺ−Ｓｉ膜の必要性は高ま
り、貼り合わせＳＯＩでもＦＺ−Ｓｉウエハの需要は高
まる。

【０３４１】イオン注入層には、気泡が生じることはよ
く知られており、あたかも多孔質を内部に形成したよう
な構造となる。したがって、この層は、機械的にもろ
く、さらには、陽極化成の多孔質と同様に増速酸化や増
速エッチングが可能となる。

【０３４２】本発明は、イオン注入層が多孔質状である
ことから、この層が増速酸化することを利用して、ウエ
ハの周辺からイオン注入層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入
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で分割され
る。これにより、上記したようなさまざまな課題を解決
する半導体基板、および、その形成方法を提供する。

【０３４３】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、貼合わせ後あるいはその前に
外周部あるいは単面を表出させておく必要がある。この
貼合わせ基体を酸化すると多孔質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。ＳｉがＳ
ｉＯ₂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。これはまさし
く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
均等に貼合わせウエハをはがすことになる。結果とし
て、分割される事になる。

【０３４４】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。

【０３４５】本発明は、貼り合わせウエハが多層構造で
あることと、イオン注入多孔質層が構造的に脆弱である
ことを利用し、貼り合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わ
せ基体を分離させることを特徴としている。

【０３４６】熱処理により、微小気泡の凝集と結晶の再
配列が起こり、それによっても分離される。

【０３４７】本発明は、イオン注入多孔質層が構造的に
脆弱であることを利用し、イオン注入多孔質層を、ある
いはその近傍までも加熱し、その時の熱応力、あるいは
軟化等によりイオン注入多孔質層を介して貼合せ基体を
分離させることを特徴としている。

【０３４８】本発明は、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。

【０３４９】本発明は、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、イオン注入多孔質層を急激に加熱できる。

【０３５０】さらに本発明の半導体基板の作製方法は、
上記方法で分離された第１のＳｉ基体は残留イオン注入
層を除去した後、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Ｓｉ基板、ある
いは次の第２の基体として、あるいは他の用途の基板と
して再利用することが可能になる。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、水素を含む雰囲気での熱処理によっても
構わない。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。

【０３５１】イオン注入だまりは、分離後は表面薄層と
なるため、研磨、エッチング等を行なわずに、そのまま
水素を含む雰囲気中での熱処理によりＳｉのマイグレー
ションが起こり結果的に、微小孔や欠陥の排除と表面平
坦化が同時に行なわれる。

【０３５２】本発明は、大面積に多孔質層を介して一括
して分離することができるため、第１の基板を除去しイ
オン注入層を全面露出するために従来必須であった研
削、研磨、エッチング工程を省略し、工程を短縮するこ
とができる。

【０３５３】また、繰り返し第１のＳｉ基板として用い
る場合には、この第１のＳｉ基板は強度的に使用不可と
なるまで何度でも再使用することが可能である。

【０３５４】さらに本発明は、従来の貼り合わせ基板の
作製は第１のＳｉ基板を研削やエッチングにより片面か
ら順次除去していく方法を用いているため、第１のＳｉ
基板の両面を有効活用し支持基板に貼り合わせることは
不可能であるが、本発明によれば、第１のＳｉ基板はそ
の表面層以外は元のまま保持されているため、第１のＳ
ｉ基板の両面を共に主面とし、その面にそれぞれ支持基
板を貼り合わせることにより、２枚の貼り合わせ基板を
同時に１枚の第１のＳｉ基板から作製することができる
ので、工程を短縮し、生産性を向上することができる。
もちろん、分離された第１のＳｉ基体は再利用すること
が可能である。

【０３５５】本発明は、大面積にイオン注入層を介して
一括して分離することができるため、第１の基板を除去
し多孔質層を露出するために従来必須であった研削、研
磨、エッチング工程を省略し、工程を短縮することがで
きる。しかも、あらかじめ希ガス、水素、および、窒素
のうち少なくとも１種の元素を該ウエハ内部の決まった
位置に投影飛程をもつようにイオン注入しておくことに
より、分離する位置を限定された深さのところに規定で
きる。

【０３５６】さらに、従来の貼り合わせ基板の作製は第
１のＳｉ基板を研削やエッチングにより片面から順次除
去していく方法を用いているため、第１のＳｉ基板の両
面を有効活用し支持基板に貼り合わせることは不可能で
あるが、本発明によれば、第１のＳｉ基板はその表面層
以外は元のまま保持されているため、第１のＳｉ基板の
両面を共に主面とし、その面にそれぞれ支持基板を貼り
合わせることにより、２枚の貼り合わせ基板を同時に１
枚の第１のＳｉ基板から作製することができ、生産性を
向上することができる。もちろん、分離された第１のＳ
ｉ基体は再利用することが可能である。

【０３５７】しかも本発明は、第１のＳｉ基板を除去す
る際に、大面積にイオン注入層を介して一括して分離す
ることができるため、工程を短縮し、経済性に優れて、
大面積に渡り均一平坦な、極めて優れた結晶性を有する
Ｓｉ単結晶層あるいは化合物半導体単結晶層等の非多孔
質薄膜を第２の基板に歩留まり良く、移設することがで
きる。すなわち、Ｓｉ単結晶が絶縁層上に形成されたＳ
ＯＩ構造を膜厚の均一性良く、しかも、歩留まり良く得
ることができる。

【０３５８】また、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。

【０３５９】さらに、本発明のイオン注入層の除去は、
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。

【０３６０】すなわち、本発明は、経済性に優れて、大
面積に渡り均一平坦な、極めて優れた結晶性を有するＳ
ｉ単結晶基板を用いて、表面に形成されたＳｉあるいは
化合物半導体活性層を残して、その片面から該活性層ま
でを取り去り、絶縁物上に欠陥の著しく少ないＳｉ単結
晶層を提供する。

【０３６１】本発明は、透明基板（光透過性基板）上に
結晶性が単結晶ウエハー並に優れたＳｉを得るうえで、
生産性、均一性、制御性、コストの面において卓越した
半導体基板の作製方法を提供する。

【０３６２】本発明の貼り合わせ基材の作製方法によれ
ば、選択比が抜群に優れている選択エッチングを行うこ
とにより、大面積に渡り均一平坦な、極めて優れた結晶
性を有するＳｉ単結晶を得ることができる。

【０３６３】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、ＳＩＭ
ＯＸ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。

【０３６４】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の単結晶シリコン膜を研磨で導入さ
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、膜厚減少量を制御して、シリコンをエッチングする
ことができた。しかも、単結晶シリコン膜表面を市販の
単結晶シリコンウエハ並に平坦化することができる。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実施できる。

【０３６５】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。

【０３６６】さらに本発明の熱処理温度は通常半導体プ
ロセスに用いられる温度であるので、既存の半導体熱処
理製造装置製造技術を用いて製造可能である。また、他
工程と連続した熱処理とすることも可能である。

【０３６７】また本発明によれば、基体表面に加工され
た凹みの底のような研磨では平坦化できないような局所
的な単結晶領域も、エッチングできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様例１の工程を説明するための
模式的断面図である。

【図２】本発明の実施態様例２の工程を説明するための
模式的断面図である。

【図３】本発明の実施態様例３の工程を説明するための
模式的断面図である。

【図４】第１の従来例の工程を説明するための模式的断
面図である。

【図５】第２の従来例の工程を説明するための模式的断
面図である。

【図６】縦形炉の炉内の断面模式図である。

【図７】対向面材料によるエッチング速度の温度依存性
を示す図である。

【図８】ＳｉとＳｉＯ₂ が対向する場合のエッチング量
を示す図である。

【図９】ＳｉとＳｉＯ₂ が対向する場合の除去されるＳ
ｉ原子量を示す図である。

【図１０】炉内の断面模式図である。

【図１１】本発明における表面荒れの除去を説明する図
である。

【図１２】本発明における縦形炉内の半導体基材の配置
を説明する図である。

【符号の説明】

１１，２１，３１，４１，５１Ｓｉ基板１２，２４，３３，３６単結晶層１３，２５，３４，３７，４５，５５絶縁層１４，２２，３２，３５イオン注入溜り１５，２６，３８，３９第２の基板２３ＳｉＯ₂層４２，５２多孔質Ｓｉ４３，５３単結晶薄膜４４，５４支持基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基体の表面層を別の第２の基体の
表面上に移設して形成された貼り合わせ基材において、前記第１の基体として少なくともフローティング・ゾー
ン法により作製されたＳｉ基体を含んで構成された基体
を用意し、前記第１の基体と前記第２の基体とを貼り合わせる工程
と、貼り合わせた基体を、該基体の前記第１の基体のＳｉ基
体に前もって形成しておいたイオン注入層で分離する工
程と、前記第２の基体側の表面に露出した前記イオン注入層を
除去する工程と、を有する作製工程により形成されてな
ることを特徴とする貼り合わせ基材。
【請求項２】フローティング・ゾーン法により作製さ
れた第１のＳｉ基体に、少なくとも表面層は単結晶構造
を維持した状態で、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
入層を形成する工程と、前記第１のＳｉ基体と、該第１のＳｉ基体とは別の第２
の基体とを貼り合わせる工程と、貼り合わせた基体を前記イオン注入層で分離する工程
と、前記第２の基体側の表面に露出した前記イオン注入層を
除去する工程と、を有する作製工程により形成されてな
ることを特徴とする貼り合わせ基材。
【請求項３】フローティング・ゾーン法により作製さ
れた第１のＳｉ基体の少なくとも主面側に絶縁層を形成
する工程と、少なくとも前記絶縁層の直下は単結晶構造を維持した状
態で、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、内部にイオン注入層を形成す
る工程と、前記絶縁層が貼り合わせ側となるように、前記第１のＳ
ｉ基体と、該第１のＳｉ基体とは別の第２の基体とを貼
り合わせる工程と、貼り合わせた基体を前記イオン注入層で分離する工程
と、前記第２の基体側の表面に露出した前記イオン注入層を
除去する工程と、を有する作製工程により形成されてな
ることを特徴とする貼り合わせ基材。
【請求項４】フローティング・ゾーン法により作製さ
れた第１のＳｉ基体の少なくとも表面層は単結晶構造を
維持した状態で、希ガス、水素、および、窒素のうち少
なくとも１種の元素を主表面からイオン注入し、内部に
イオン注入層を形成する工程と、前記第１のＳｉ基体表面に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層が貼り合わせ側となるように、前記第１のＳ
ｉ基体と、該第１のＳｉ基体とは別の第２の基体とを貼
り合わせる工程と、貼り合わせた基体を前記イオン注入層で分離する工程
と、前記第２の基体側の表面に露出した前記イオン注入層を
除去する工程と、を有する作製工程により形成されてな
ることを特徴とする貼り合わせ基材。
【請求項５】上記第１のＳｉ基体の両面に同じく上記
工程を行う作製工程により形成されてなることを特徴と
する請求項１〜４のいずれかに記載の貼り合わせ基材。
【請求項６】前記イオン注入層は、微小気泡の集まり
であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載
の貼り合わせ基材。
【請求項７】前記分離工程は、前記貼り合わせ基体に
熱をかけることによって行われることを特徴とする請求
項１〜５のいずれかに記載の貼り合わせ基材。
【請求項８】前記熱処理工程は、酸化雰囲気中で行わ
れることを特徴とする請求項７に記載の貼り合わせ基
材。
【請求項９】前記熱処理工程は、希ガスまたは水素ま
たは窒素の雰囲気中で行われることを特徴とする請求項
７に記載の貼り合わせ基材。
【請求項１０】前記分離工程は、前記貼り合わせた基
体に、機械的に外力を加えることによって行われること
を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の貼り合わ
せ基材。
【請求項１１】前記第２の基体は、Ｓｉ基体であるこ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の貼り合
わせ基材。
【請求項１２】前記第２の基体は、チョクラルスキー
法によって作製されたＳｉ基体であることを特徴とする
請求項１〜４のいずれかに記載の貼り合わせ基材。
【請求項１３】前記第２の基体は、少なくとも貼り合
わせる主面に酸化Ｓｉ膜を形成したＳｉ基体であること
を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の貼り合わ
せ基材。
【請求項１４】前記第２の基体は、光透過性基体であ
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の貼
り合わせ基材。
【請求項１５】前記両面に貼り合わされる２体の第２
の基体は、Ｓｉ基体、少なくとも貼り合わせる主面に酸
化Ｓｉ膜を形成したＳｉ基体、光透過性基体から任意に
選ばれることを特徴とする請求項５に記載の貼り合わせ
基材。
【請求項１６】前記絶縁層は、熱酸化層であることを
特徴とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに
記載の貼り合わせ基材。
【請求項１７】前記イオン注入層を除去する工程は、
引き続いて行う表面平坦化処理工程も含むことを特徴と
する請求項１〜５のいずれかに記載の貼り合わせ基材。
【請求項１８】前記イオン注入層を除去する工程は、
水素を含む還元性雰囲気での熱処理により行われること
を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の貼り合わ
せ基材。
【請求項１９】前記表面平坦化処理工程は、水素を含
む雰囲気での熱処理であることを特徴とする請求項１７
に記載の貼り合わせ基材。
【請求項２０】前記イオン注入層の除去は、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、前記イオン注入層のみ
を選択的に無電解湿式化学エッチングして除去するエッ
チング工程であることを特徴とする請求項１〜５のいず
れかに記載の貼り合わせ基材。
【請求項２１】前記イオン注入層の除去は、前記非多
孔質層をストッパーとして選択的にイオン注入層を研磨
することによりなされることを特徴とする請求項１〜５
のいずれかに記載の貼り合わせ基材。
【請求項２２】前記イオン注入層の除去は、前記イ
オン注入層を研磨することによりなされることを特徴と
する請求項１〜５のいずれかに記載の貼り合わせ基材。
【請求項２３】前記貼り合わせ工程は、基体を密着さ
せる工程であることを特徴とする請求項１〜５のいずれ
かに記載の貼り合わせ基材。
【請求項２４】前記貼り合わせ工程は、陽極接合、加
圧、熱処理、あるいはこれらの組み合わせの中から選ば
れた方法により行われることを特徴とする請求項１〜５
のいずれかに記載の貼り合わせ基材。
【請求項２５】前記分離した後の第１の基体は、表面
に露出したイオン注入に起因する欠陥、表面荒れあるい
はバブル層を除去した後に、再利用することを特徴とす
る請求項１〜２４のいずれかに記載の貼り合わせ基材。
【請求項２６】前記イオン注入層を除去する工程は、
引き続いて行う表面平坦化処理工程も含むことを特徴と
する請求項２５に記載の貼り合わせ基材。
【請求項２７】前記イオン注入層を除去する工程は、
水素を含む還元性雰囲気での熱処理により行われること
を特徴とする請求項２５のいずれかに記載の貼り合わせ
基材。
【請求項２８】前記イオン注入層の除去工程は、前記
イオン注入層を研磨することによりなされることを特徴
とする請求項２５のいずれかに記載の貼り合わせ基材。
【請求項２９】請求項１８、１９、２７のいずれかの
請求項に記載の貼り合わせ基材において、前記イオン注
入層の除去は、水素を含む還元性雰囲気中での熱処理を
含む工程で行われ、該水素を含む還元性雰囲気中での熱
処理は前記イオン注入層を酸化シリコンと対向させるこ
とで行うことを特徴とする貼り合わせ基材。
【請求項３０】請求項２９に記載の貼り合わせ基材に
おいて、前記水素を含む還元性雰囲気中での熱処理にお
いて、前記イオン注入層を有する面は熱処理容器内の雰
囲気ガスの主たる流れに対して、垂直に配置されている
ことを特徴とする貼り合わせ基材。
【請求項３１】請求項２９に記載の貼り合わせ基材に
おいて、前記イオン注入層を有する面近傍で該面と平行
な方向のガス流速は、前記イオン注入層を有する第１ま
たは第２の基体の外周のガス流速より小さくなるように
該第１または第２の基体を配置する貼り合わせ基材。
【請求項３２】請求項２９〜３１のいずれかの請求項
に記載の貼り合わせ基材において、前記第１または第２
の基体のイオン注入層を有する面近傍のガスの流速が実
質的に０になるように配置することを特徴とする貼り合
わせ基材。
【請求項３３】請求項２９〜３２のいずれかの請求項
に記載の貼り合わせ基材において、前記第１または第２
の基体の熱処理は、複数枚の前記第１または第２の基体
を一括して処理することを特徴とする貼り合わせ基材。
【請求項３４】請求項２９〜３３のいずれかの請求項
に記載の貼り合わせ基材において、前記第１または第２
の基体の熱処理は、該第１または第２の基体のイオン注
入層を有する面上に雰囲気ガスを介して石英基体を配置
して熱処理することを特徴とする貼り合わせ基材。
【請求項３５】請求項２９〜３３のいずれかの請求項
に記載の貼り合わせ基材において、前記第１または第２
の基体の熱処理は、該第１または第２の基体のイオン注
入層を有する面上に雰囲気ガスを介して、シリコンウエ
ハの表面に酸化シリコン膜を形成した基板の該酸化シリ
コン膜を対向して配置して熱処理することを特徴とする
貼り合わせ基材。
【請求項３６】請求項２９〜３５のいずれかの請求項
に記載の貼り合わせ基材において、前記第１または第２
の基体の熱処理は、該第１または第２の基体のイオン注
入層を有する面上に雰囲気ガスを介して、シリコンウエ
ハ上に酸化シリコン膜を形成した基板を配置し、前記イ
オン注入層と酸化シリコン膜が反応して酸化シリコン膜
がエッチングして下地材料面が露出するに十分な時間、
熱処理することを特徴とする貼り合わせ基材。
【請求項３７】請求項３３または請求項３４に記載の
貼り合わせ基材において、前記第１または第２の基体の
熱処理は、前記第１または第２の基体の裏面を酸化シリ
コンにより構成し、かつ、前記第１または第２の基体の
裏面を他の前記第１または第２の基体のイオン注入層表
面と雰囲気ガスを介して対向させることを特徴とする貼
り合わせ基材。
【請求項３８】請求項２９〜３７のいずれかの請求項
に記載の貼り合わせ基材において、前記第１または第２
の基体の熱処理雰囲気は水素、ないしは、水素と不活性
ガスからなることを特徴とする貼り合わせ基材。
【請求項３９】請求項２９〜３８のいずれかの請求項
に記載の貼り合わせ基材において、前記第１または第２
の基体の熱処理において、前記第１または第２の基体を
支持する部材は酸化シリコンを主成分に含み、かつ、酸
素を主成分としない材料により構成されることを特徴と
する貼り合わせ基材。
【請求項４０】第１の基体の表面層を別の第２の基体
の表面上に移設して形成された貼り合わせ基材の作製方
法において、前記第１の基体として少なくともフローティング・ゾー
ン法により作製されたＳｉ基体を含んで構成された基体
を用意し、前記第１の基体と前記第２の基体とを貼り合わせる工程
と、貼り合わせた基体を、該基体の前記第１の基体のＳｉ基
体に前もって形成しておいたイオン注入層で分離する工
程と、前記第２の基体側の表面に露出した前記イオン注入層を
除去する工程と、を有する作製工程により形成されてな
ることを特徴とする貼り合わせ基材の作製方法。
【請求項４１】フローティング・ゾーン法により作製
された第１のＳｉ基体に、少なくとも表面層は単結晶構
造を維持した状態で、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
注入層を形成する工程と、前記第１のＳｉ基体と、該第１のＳｉ基体とは別の第２
の基体とを貼り合わせる工程と、貼り合わせた基体を前記イオン注入層で分離する工程
と、前記第２の基体側の表面に露出した前記イオン注入層を
除去する工程と、を有する作製工程により形成されてな
ることを特徴とする貼り合わせ基材の作製方法。
【請求項４２】フローティング・ゾーン法により作製
された第１のＳｉ基体の少なくとも主面側に絶縁層を形
成する工程と、少なくとも前記絶縁層の直下は単結晶構造を維持した状
態で、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、内部にイオン注入層を形成す
る工程と、前記絶縁層が貼り合わせ側となるように、前記第１のＳ
ｉ基体と、該第１のＳｉ基体とは別の第２の基体とを貼
り合わせる工程と、貼り合わせた基体を前記イオン注入層で分離する工程
と、前記第２の基体側の表面に露出した前記イオン注入層を
除去する工程と、を有する作製工程により形成されてな
ることを特徴とする貼り合わせ基材の作製方法。
【請求項４３】フローティング・ゾーン法により作製
された第１のＳｉ基体の少なくとも表面層は単結晶構造
を維持した状態で、希ガス、水素、および、窒素のうち
少なくとも１種の元素を主表面からイオン注入し、内部
にイオン注入層を形成する工程と、前記第１のＳｉ基体表面に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層が貼り合わせ側となるように、前記第１のＳ
ｉ基体と、該第１のＳｉ基体とは別の第２の基体とを貼
り合わせる工程と、貼り合わせた基体を前記イオン注入層で分離する工程
と、前記第２の基体側の表面に露出した前記イオン注入層を
除去する工程と、を有する作製工程により形成されてな
ることを特徴とする貼り合わせ基材の作製方法。
【請求項４４】上記第１のＳｉ基体の両面に同じく上
記工程を行う作製工程により形成されてなることを特徴
とする請求項４０〜４３のいずれかに記載の貼り合わせ
基材の作製方法。
【請求項４５】前記イオン注入層は、微小気泡の集ま
りであることを特徴とする請求項４０〜４４のいずれか
に記載の貼り合わせ基材の作製方法。
【請求項４６】前記分離工程は、前記貼り合わせ基体
に熱をかけることによって行われることを特徴とする請
求項４０〜４４のいずれかに記載の貼り合わせ基材の作
製方法。
【請求項４７】前記熱処理工程は、酸化雰囲気中で行
われることを特徴とする請求項４６に記載の貼り合わせ
基材の作製方法。
【請求項４８】前記熱処理工程は、希ガスまたは水素
または窒素の雰囲気中で行われることを特徴とする請求
項４６に記載の貼り合わせ基材の作製方法。
【請求項４９】前記分離工程は、前記貼り合わせた基
体に、機械的に外力を加えることによって行われること
を特徴とする請求項４０〜４４のいずれかに記載の貼り
合わせ基材の作製方法。
【請求項５０】前記第２の基体は、Ｓｉ基体であるこ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の貼り合
わせ基材の作製方法。
【請求項５１】前記第２の基体は、チョクラルスキー
法によって作製されたＳｉ基体であることを特徴とする
請求項４０〜４３のいずれかに記載の貼り合わせ基材の
作製方法。
【請求項５２】前記第２の基体は、少なくとも貼り合
わせる主面に酸化Ｓｉ膜を形成したＳｉ基体であること
を特徴とする請求項４０〜４３のいずれかに記載の貼り
合わせ基材の作製方法。
【請求項５３】前記第２の基体は、光透過性基体であ
ることを特徴とする請求項４０〜４３のいずれかに記載
の貼り合わせ基材の作製方法。
【請求項５４】前記両面に貼り合わされる２体の第２
の基体は、Ｓｉ基体、少なくとも貼り合わせる主面に酸
化Ｓｉ膜を形成したＳｉ基体、光透過性基体から任意に
選ばれることを特徴とする請求項４４に記載の貼り合わ
せ基材の作製方法。
【請求項５５】前記絶縁層は、熱酸化層であることを
特徴とすることを特徴とする請求項４０〜４４のいずれ
かに記載の貼り合わせ基材の作製方法。
【請求項５６】前記イオン注入層を除去する工程は、
引き続いて行う表面平坦化処理工程も含むことを特徴と
する請求項４０〜４４のいずれかに記載の貼り合わせ基
材の作製方法。
【請求項５７】前記イオン注入層を除去する工程は、
水素を含む還元性雰囲気での熱処理により行われること
を特徴とする請求項４０〜４４のいずれかに記載の貼り
合わせ基材の作製方法。
【請求項５８】前記表面平坦化処理工程は、水素を含
む雰囲気での熱処理であることを特徴とする請求項５６
に記載の貼り合わせ基材の作製方法。
【請求項５９】前記イオン注入層の除去は、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、前記イオン注入層のみ
を選択的に無電解湿式化学エッチングして除去するエッ
チング工程であることを特徴とする請求項４０〜４４の
いずれかに記載の貼り合わせ基材の作製方法。
【請求項６０】前記イオン注入層の除去は、前記非多
孔質層をストッパーとして選択的にイオン注入層を研磨
することによりなされることを特徴とする請求項４０〜
４４のいずれかに記載の貼り合わせ基材の作製方法。
【請求項６１】前記イオン注入層の除去は、前記イ
オン注入層を研磨することによりなされることを特徴と
する請求項４０〜４４のいずれかに記載の貼り合わせ基
材の作製方法。
【請求項６２】前記貼り合わせ工程は、基体を密着さ
せる工程であることを特徴とする請求項４０〜４４のい
ずれかに記載の貼り合わせ基材の作製方法。
【請求項６３】前記貼り合わせ工程は、陽極接合、加
圧、熱処理、あるいはこれらの組み合わせの中から選ば
れた方法により行われることを特徴とする請求項４０〜
４４のいずれかに記載の貼り合わせ基材の作製方法。
【請求項６４】前記分離した後の第１の基体は、表面
に露出したイオン注入に起因する欠陥、表面荒れあるい
はバブル層を除去した後に、再利用することを特徴とす
る請求項４０〜６３のいずれかに記載の貼り合わせ基材
の作製方法。
【請求項６５】前記イオン注入層を除去する工程は、
引き続いて行う表面平坦化処理工程も含むことを特徴と
する請求項６４に記載の貼り合わせ基材の作製方法。
【請求項６６】前記イオン注入層を除去する工程は、
水素を含む還元性雰囲気での熱処理により行われること
を特徴とする請求項６４のいずれかに記載の貼り合わせ
基材の作製方法。
【請求項６７】前記イオン注入層の除去工程は、前記
イオン注入層を研磨することによりなされることを特徴
とする請求項６４のいずれかに記載の貼り合わせ基材の
作製方法。
【請求項６８】請求項５７、５８、６６のいずれかの
請求項に記載の貼り合わせ基材の作製方法において、前
記イオン注入層の除去は、水素を含む還元性雰囲気中で
の熱処理を含む工程で行われ、該水素を含む還元性雰囲
気中での熱処理は前記イオン注入層を酸化シリコンと対
向させることで行うことを特徴とする貼り合わせ基材の
作製方法。
【請求項６９】請求項６８に記載の貼り合わせ基材の
作製方法において、前記水素を含む還元性雰囲気中での
熱処理において、前記イオン注入層を有する面は熱処理
容器内の雰囲気ガスの主たる流れに対して、垂直に配置
されていることを特徴とする貼り合わせ基材の作製方
法。
【請求項７０】請求項６８に記載の貼り合わせ基材の
作製方法において、前記イオン注入層を有する面近傍で
該面と平行な方向のガス流速は、前記イオン注入層を有
する第１または第２の基体の外周のガス流速より小さく
なるように該第１または第２の基体を配置する貼り合わ
せ基材の作製方法。
【請求項７１】請求項６８〜７０のいずれかの請求項
に記載の貼り合わせ基材の作製方法において、前記第１
または第２の基体のイオン注入層を有する面近傍のガス
の流速が実質的に０になるように配置することを特徴と
する貼り合わせ基材の作製方法。
【請求項７２】請求項６８〜７１のいずれかの請求項
に記載の貼り合わせ基材の作製方法において、前記第１
または第２の基体の熱処理は、複数枚の前記第１または
第２の基体を一括して処理することを特徴とする貼り合
わせ基材の作製方法。
【請求項７３】請求項６８〜７２のいずれかの請求項
に記載の貼り合わせ基材の作製方法において、前記第１
または第２の基体の熱処理は、該第１または第２の基体
のイオン注入層を有する面上に雰囲気ガスを介して石英
基体を配置して熱処理することを特徴とする貼り合わせ
基材の作製方法。
【請求項７４】請求項６８〜７２のいずれかの請求項
に記載の貼り合わせ基材の作製方法において、前記第１
または第２の基体の熱処理は、該第１または第２の基体
のイオン注入層を有する面上に雰囲気ガスを介して、シ
リコンウエハの表面に酸化シリコン膜を形成した基板の
該酸化シリコン膜を対向して配置して熱処理することを
特徴とする貼り合わせ基材の作製方法。
【請求項７５】請求項６８〜７４のいずれかの請求項
に記載の貼り合わせ基材の作製方法において、前記第１
または第２の基体の熱処理は、該第１または第２の基体
のイオン注入層を有する面上に雰囲気ガスを介して、シ
リコンウエハ上に酸化シリコン膜を形成した基板を配置
し、前記イオン注入層と酸化シリコン膜が反応して酸化
シリコン膜がエッチングして下地材料面が露出するに十
分な時間、熱処理することを特徴とする貼り合わせ基材
の作製方法。
【請求項７６】請求項７２または請求項７３に記載の
貼り合わせ基材の作製方法において、前記第１または第
２の基体の熱処理は、前記第１または第２の基体の裏面
を酸化シリコンにより構成し、かつ、前記第１または第
２の基体の裏面を他の前記第１または第２の基体のイオ
ン注入層表面と雰囲気ガスを介して対向させることを特
徴とする貼り合わせ基材の作製方法。
【請求項７７】請求項６８〜７６のいずれかの請求項
に記載の貼り合わせ基材の作製方法において、前記第１
または第２の基体の熱処理雰囲気は水素、ないしは、水
素と不活性ガスからなることを特徴とする貼り合わせ基
材の作製方法。
【請求項７８】請求項６８〜７７のいずれかの請求項
に記載の貼り合わせ基材の作製方法において、前記第１
または第２の基体の熱処理において、前記第１または第
２の基体を支持する部材は酸化シリコンを主成分に含
み、かつ、酸素を主成分としない材料により構成される
ことを特徴とする貼り合わせ基材の作製方法。