JPH07249749A - Ｓｏｉ基板の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 貼り合わせ方式のＳＯＩ基板の貼り合わせ界
面の品質を向上することにより、活性層の膜厚が均一
で、下地ＳｉＯ₂ が十分な厚みを持ち、界面準位が小さ
く、ボイドが少ないといった理想的なＳＯＩ基板の作製
方法を提供する。 【構成】 シリコン単結晶基板１００の表層を陽極化成
により多孔質化１０１する工程（１−１）と、該多孔質
化した表面上にシリコン単結晶薄膜１０２をエピタキシ
ャル成長する工程と、該エピタキシャル層１０２の表面
を酸化１０３することにより得られる第１の基板と、表
面にＳｉＯ₂ １０３’を有する第２の基板１１０とを密
着させて貼り合わせる工程（１−５）の前に、少なくと
も片方の基板の表面をプラズマ雰囲気１０７に晒し、前
記ＳｉＯ₂ 表面１０３，１０３’を活性化する工程（１
−４）を有することを特徴とするＳＯＩ基板の作製方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＳＯＩ基板の作製方法
に関するものであり、特に貼り合わせ方式により作製さ
れるＳＯＩ基板の作製方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】絶縁物上の単結晶シリコン半導体層の形
成は、Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（Ｓ
ＯＩ）技術として広く知られ、通常のシリコン集積回路
を作製するバルクシリコン基板では到達しえない数々の
優位点をこの基板が有することから、多くの研究が成さ
れてきた。

【０００３】最近報告されたＳＯＩ形成法の中で、特に
質的に優れているものとして通称「貼り合わせＳＯＩ」
がある。これは、少なくとも一方が酸化等により絶縁膜
が形成されている２枚のウェハーの鏡面同士を密着さ
せ、熱処理を施して密着界面の結合を強力なものとした
後、どちらか一方側から基板を研磨、或いはエッチング
することによって絶縁膜上に任意の厚みを持ったシリコ
ン単結晶薄膜を残すという技術である。この技術におい
て最も重要なのはシリコン基板を薄膜化する工程であ
る。即ち通常数百μｍもの厚さのシリコン基板を均一に
数μｍ、もしくは１μｍ以下の厚さまで研磨、或いはエ
ッチングしなければならず、その制御性や均一性の面で
技術的に極めて困難である。シリコンの薄膜化の方法に
は大別して２通りある。１つは研磨のみで行なう方法
（ＢＰＳＯＩ：Ｂｏｎｄｉｎｇ ａｎｄＰｏｌｉｓｈｉ
ｎｇ ＳＯＩ）であり、もう１つは残す薄膜の直上（単
体の基板作製時では直下）にエッチングストップ層を設
け、基板エッチングとエッチングストップ層のエッチン
グの２段階で行なう方法（ＢＥＳＯＩ：Ｂｏｎｄ ａｎ
ｄ Ｅｔｃｈｂａｃｋ ＳＯＩ）である。ＢＥＳＯＩは
シリコン活性層は予め形成してあるエッチングストップ
層の上にエピタキシャル成長する場合が多いので、膜厚
の均一性を確保するにはこのＢＥＳＯＩが現在のところ
有利とされている。しかしながらエッチングストップ層
は不純物を高濃度に含んでいる場合が多いので、これに
よって結晶格子の歪みが発生し、結晶欠陥がエピタキシ
ャル層に伝搬するという問題がある。またエピタキシャ
ル層の酸化や貼り合わせ後のアニール時に不純物が拡散
して、エッチング特性を変化させてしまう可能性もあ
る。

【０００４】もう一つ貼り合わせＳＯＩで重要なこと
は、大気中の不純物や基板表面の凹凸のために、貼り合
わせ界面に界面準位が発生しやすいという点にある。界
面準位はデバイスの電流リーク等の特性劣化をもたらす
原因となり易い。そこでこれを避けるためには、活性層
を酸化してから貼り合わせるという方法が考えられる。
これにより活性層の下地界面は貼り合わせ界面でなく、
熱酸化界面となり、界面準位は低く抑えられる。ただし
ＳＯＩの特性を十分に満たす酸化膜厚を得るためには、
活性層をかなり酸化する必要があり、前述したようにＢ
ＥＳＯＩの場合には酸化時の熱のためにエッチングスト
ップ層の不純物プロファイルを変化させてしまいかねな
い。従って活性層は薄く酸化して、他方の基板のシリコ
ン酸化層を厚くしてシリコン酸化膜同士を貼り合わせる
ことになる。しかしここでもまた新たな問題点が生ず
る。即ちシリコンとシリコン酸化膜の貼り合わせに比べ
て、シリコン酸化膜同士の貼り合わせ強度は低く、その
ために「ボイド」と呼ばれる空隙を貼り合わせ界面に多
く発生させてしまうのである。

【０００５】ＳｉＯ₂ とＳｉＯ₂ を従来よりも強い結合
力で貼り合わせた例として、石英基板と表面が酸化され
たシリコン基板を貼り合わせる方法を、Ｇｏｅｔｚらが
報告している（Ｇ．Ｇ．Ｇｏｅｔｚ，Ｅｌｅｃｔｒｏｃ
ｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，Ｂｏｎｄｉｎｇ Ｓ
ｙｍｐｏｓｉｕｍ １９９１，Ｅｘｔｅｎｄｅｄ ａｂ
ｓｔｒａｃｔ，ｐｐ．６５）。これはＳｉＯ₂ の表面を
酸素のＲＦプラズマ中に晒し、プラズマとシリコン基板
の間にＤＣバイアスを印加することで酸素イオンプラズ
マをＳｉＯ₂ 表面に衝突させ、そのエネルギーでＳｉＯ
₂ を活性化させるという方法である。そして活性化した
ＳｉＯ₂ 同士を貼り合わせると、活性化しないで貼り合
わせたものに比べて数倍の結合力が発生し、言い替えれ
ば、同じ結合力を得るのにかなり低温の熱処理で済むと
いうことで、これはＢＥＳＯＩのように高温の熱処理を
嫌うものや、ガラスとシリコンの貼り合わせのように熱
膨張係数の異なる組み合わせの場合に適している。

【０００６】一方ボイドは貼り合わせ強度だけでなく、
貼り合わせ面の凹凸に非常に敏感である。この点では前
述したＢＥＳＯＩは不利な場合が多い。何故ならばエッ
チングストップ層を形成する方法としては、例えばＣＶ
Ｄでヘテロエピタキシャル成長を行なったり、高濃度の
不純物をドーピングしたエピタキシャル成長を行なうの
が通常だが、ＣＶＤの場合、特にヘテロエピタキシャル
成長の場合には、研磨によって得られる平坦面よりも平
坦性が劣ることが多いからである。イオン注入などによ
りエッチングストップ層を形成することもあるが、この
場合も平坦性は悪化してしまう。

【０００７】貼り合わせ面の平坦性が良く、且つＢＥＳ
ＯＩのように活性層の膜厚が均一で、従来のＢＥＳＯＩ
よりもエッチバックの選択性が数桁も良いという例で
は、シリコン基板の表面を陽極化成により多孔質化し、
この上にシリコン活性層をエピタキシャル成長する技術
がある（特開平５−２１３３８号公報参照）。この場
合、多孔質層がＢＥＳＯＩで言うエッチングストップ層
にあたる。但し多孔質シリコンは単結晶シリコンに比べ
て、フッ酸系のエッチング液に対して非常にエッチング
レートが高いので、エッチングストップ層というよりも
高選択エッチング特性を重視している。この技術では多
孔質シリコン層はＣＶＤでなく、平坦な単結晶シリコン
基板表面を陽極化成するので、エッチングストップ層を
ＣＶＤ等で形成するＢＥＳＯＩに比べて、エピタキシャ
ル成長した活性層の平坦性は良くなる。しかしこの技術
においてさえエピタキシャル成長層表面は、バルクの研
磨表面より微妙に平坦性が悪い。このために活性層を酸
化して他方のシリコン酸化膜と貼り合わせる際に、若干
のボイドが発生することがある。

【０００８】

【発明が解決しようとしている課題】以上説明したよう
に、シリコンとシリコン酸化膜の貼り合わせに比べて、
シリコン酸化膜同士の貼り合わせ強度は低く、そのため
に「ボイド」と呼ばれる空隙を貼り合わせ界面に多く発
生させてしまうという問題がある。

【０００９】また、ボイドは貼り合わせ強度だけでな
く、貼り合わせ面の凹凸に非常に敏感であるが、エピタ
キシャル成長層表面は、バルクの研磨表面より微妙に平
坦性が悪い。このために活性層を酸化して他方のシリコ
ン酸化膜と貼り合わせる際に、若干のボイドが発生する
ことがあるという問題がある。

【００１０】即ち、活性層の膜厚が均一で、下地ＳｉＯ
₂ が十分な厚みを持ち、界面準位が小さく、ボイドが少
ないといった理想的なＳＯＩ基板は未だ生産されるに至
っていないという解決すべき課題がある。

【００１１】（発明の目的）本発明の目的は、活性層の
膜厚が均一で、下地ＳｉＯ₂ が十分な厚みを持ち、界面
準位が小さく、ボイドが少ないといった理想的なＳＯＩ
基板の作製方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段および作用】本発明のＳＯ
Ｉ基板の作製方法は、表層が多孔質化されたシリコン基
板の多孔質シリコン面上に単結晶シリコン層をエピタキ
シャル成長し、次いで該成長面表層を酸化して第１の基
板を形成する。同じく表面にＳｉＯ₂ を有する支持基板
（第２の基板）を用意し、これらの両者、もしくはいず
れか一方を酸素等のプラズマ中、或いはＸ線、電子線な
どに晒し、化学的にＳｉＯ₂ 表面を活性化する。そして
２枚の基板を室温でＶａｎ ｄｅｒ Ｗａａｌｓ力のみ
で密着し、熱処理を施した後に（或いは熱処理を行わず
に）まずエピタキシャル成長側のシリコン基板部分を研
削またはエッチングし、続いて多孔質部分を選択的にエ
ッチングして、単結晶シリコン薄膜をＳｉＯ₂ 上に形成
するものである。

【００１３】本発明を実施するにあたって、多孔質シリ
コンが有する重要な物理的効果が二点ある。

【００１４】一つには多孔質シリコンのエッチング特性
である。通常シリコンはフッ酸では殆どエッチングされ
ないが、多孔質化することによってフッ酸でのエッチン
グが可能となる。しかもフッ酸、過酸化水素水の混合エ
ッチング液を用いると、非多孔質と多孔質では約１０の
５乗倍ものエッチング速度比が得られる。従って１μｍ
前後の薄いシリコン層でも均一に制御性よく残す選択エ
ッチングが可能になる。

【００１５】もう一つの効果はエピタキシャル成長特性
である。多孔質シリコンは結晶構造としては単結晶構造
を保っており、表面から内部にわたって数十〜数百オン
グストローム径の孔が高密度に存在するものである。こ
の表面に成長するエピタキシャル層は、非多孔質の単結
晶基板上のエピタキシャル層とほぼ同等の結晶性が得ら
れるという特性を有する。

【００１６】尚、多孔質上のエピタキシャル成長の特徴
として、非常に低密度ではあるが成長界面から積層欠陥
が発生する場合がある。これによってエピタキシャル成
長時に発生した積層欠陥は、貼り合わせにより他方の基
板に転写されるので、できるＳＯＩ基板のシリコン膜中
に観察される積層欠陥は通常と逆向きに見える。

【００１７】以上の物理的特性より、活性層として信頼
性の高い単結晶シリコン基板上のエピタキシャル層と同
等の単結晶薄膜を用いることが可能になり、従来のＳＯ
Ｉ基板に比べて優れた結晶性と優れた膜厚の均一性を有
するＳＯＩ基板が適用できる。

【００１８】また本発明のプロセスでは２枚の基板のＳ
ｉＯ₂ 面同士を貼り合わせるので、活性層であるエピタ
キシャルシリコン膜とＳｉＯ₂ （前記エピタキシャル層
の熱酸化膜）界面の界面準位は十分低く、且つＳｉＯ₂
層の厚みは任意に制御できるので、ＳＯＩの特性を十分
に生かした基板を作製できる。

【００１９】そして貼り合わせ界面のＳｉＯ₂ は、プラ
ズマ処理、又はＸ線照射、又は電子線照射によって表面
が活性化しているので、貼り合わせ強度は十分高めら
れ、ボイドの発生が抑制される。

【００２０】また、前記多孔質シリコン部の選択エッチ
ングは、フッ酸、過酸化水素水の混合エッチング液によ
り行なうことが好ましく、これにより、制御性良くエッ
チングすることができる。

【００２１】また、前記プラズマは、水素、酸素、窒
素、ハロゲンガス、希ガスの単元素系のガス、或いはシ
ラン系を除く化合物ガス、或いはこれらの混合ガスを用
いることが好ましく、これにより、ＳｉＯ₂ 表面をより
効果的に活性化することができる。

【００２２】（実施態様例）本発明の実施態様例を図１
及び図６を用いて説明する。

【００２３】（図１−１）単結晶シリコン基板１００を
陽極化成して多孔質シリコン１０１を形成する。このと
き多孔質化する厚みは、基板の片側表面層数μｍ〜数十
μｍでよい。また基板全体を陽極化成してもかまわな
い。

【００２４】多孔質シリコンの形成方法については、図
６を用いて説明する。まず基板としてＰ型の単結晶シリ
コン基板６００を用意する。Ｎ型でも不可能ではない
が、その場合は低抵抗の基板に限定されるか、または光
を基板表面に照射してホールの生成を促進した状態で行
なわなければならない。基板６００を図６−１に示すよ
うな装置にセッティングする。即ち基板の片側がフッ酸
系の溶液６０４に接していて、溶液側に負の電極６０６
が設けられており、逆側は正の金属電極６０５に接して
いる。

【００２５】また、図６−２に示すように、正電極側６
０５’も溶液６０４’を介して電位をとってもかまわな
い。いずれにせよフッ酸系溶液に接している負の電極側
から多孔質化が起こる。

【００２６】フッ酸系溶液６０４としては、一般的には
濃フッ酸（４９％ＨＦ）を用いる。純水（Ｈ₂ Ｏ）で希
釈していくと、流す電流値にもよるが、ある濃度からエ
ッチングが起こってしまうので好ましくない。また陽極
化成中に基板６００の表面から気泡が発生してしまい、
この気泡を効率よく取り除く目的から、界面活性剤とし
てアルコールを加える場合がある。アルコールとしてメ
タノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノー
ル等が用いられる。また界面活性剤の代わりに撹はん器
を用いて、溶液を撹はんしながら陽極化成を行ってもよ
い。負電極６０６に関しては、フッ酸溶液に対して侵食
されないような材料、例えば金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）
等が用いられる。正側の電極６０５の材質は一般に用い
られる金属材料でかまわないが、陽極化成が基板６００
すべてになされた時点で、フッ酸系溶液６０４が正電極
６０５に達するので、正電極６０５の表面にも耐フッ酸
溶液性の金属膜をコーティングしておくとよい。陽極化
成を行う電流値は最大数百ｍＡ／ｃｍ² であり、最小値
は零でなければよい。この値は多孔質化したシリコンの
表面に良質のエピタキシャル成長ができる範囲内で決定
される。通常電流値が大きいと陽極化成の速度が増すと
同時に、多孔質シリコン層の密度が小さくなる。即ち孔
の占める体積が大きくなる。これによってエピタキシャ
ル成長の条件が変わってくるのである。

【００２７】（図１−２）以上のようにして形成した多
孔質層１０１上に、非多孔質の単結晶シリコン層１０２
をエピタキシャル成長する。エピタキシャル成長は一般
的な熱ＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、分子線エ
ピタキシー、スパッタ法等で行なわれる。成長する膜厚
はＳＯＩ層の設計値と同じくすれば良いが、好ましくは
２μｍ以下の膜厚が良い。これは２μｍ以上の膜厚の単
結晶シリコン膜がＳｉＯ₂ を主成分とする絶縁性基板と
密着している場合、これをデバイスプロセスで熱処理す
ると両材料の熱膨張係数の違いから貼り合わせ界面に大
きな応力が発生し、シリコン膜の破壊、基板の反り、ま
たは界面での剥離等が起こってしまうからである。膜厚
が２μｍ以下であれば応力は比較的小さくてすむので、
膜の破壊、剥離、反り等は起こりにくい。より好ましく
は、０．５μｍ以下である。これは０．５μｍ以上の膜
厚であると、後のアニールの際に剥離、破壊等が起こら
なくても、微小な領域において結晶にスリップラインが
生じやすくなるからである。

【００２８】（図１−３）エピタキシャル層１０２の表
面を酸化（１０３）する。これはエピタキシャル層を次
の工程で直接支持基板と貼り合わせた場合、貼り合わせ
界面には不純物が偏析しやすく、また界面の原子の非結
合手（ダングリングボンド）が多くなり、薄膜デバイス
の特性を不安定化させる要因になるからである。

【００２９】尚酸化膜厚は、貼り合わせ界面に取り込ま
れる大気中からのコンタミネーションの影響を受けない
程度の厚みがあれば良い。

【００３０】（図１−４）上記表面が酸化されたエピタ
キシャル面を有する基板１００と、支持基板となるＳｉ
Ｏ₂ （１０３’）を表面に有する基板１１０を用意す
る。支持基板１１０はシリコン基板表面を酸化したも
の、石英ガラス、結晶化ガラス、任意基板上にＳｉＯ₂
を堆積したものなどが挙げられる。

【００３１】次いでこれらの両基板、もしくは一方をプ
ラズマ雰囲気中、或いはＸ線、電子線に晒して表面のＳ
ｉＯ₂ を活性化する。

【００３２】プラズマ雰囲気中に晒すときに用いるガス
は酸素が好ましいが、その他にも大気（酸素／窒素の混
合）、窒素、水素、またはアルゴン、ヘリウム等の不活
性ガスや、アンモニア等の分子ガスなどが可能である。
基板に照射するエネルギーはＤＣバイアスで数ボルト〜
４００ボルト程度の範囲で制御するのが好ましく、それ
以上のバイアスをかけるとＳｉＯ₂ がかなりの速度でエ
ッチングされ、表面荒れを起こすので好ましくない。ま
た照射エネルギーはＤＣバイアスで制御しなくても、プ
ラズマ自体が持つセルフバイアスを制御することでも十
分行なえる。セルフバイアスは例えばプラズマを作るＲ
Ｆパワーに大きく依存し、その他にもガス種やガスの圧
力などにも依存する。

【００３３】Ｘ線は大気中或いは酸素雰囲気中で使用で
きる。電子線に関しては真空中で行わなければならない
という制限がある。

【００３４】（図１−５）上記用意した両基板を洗浄し
た後に貼り合わせる。洗浄方法は純水でリンスするだけ
が好ましく、他には過酸化水素水を純水で希釈したも
の、塩酸もしくは硫酸を純水で十分に希釈したものも可
能である。

【００３５】貼り合わせた後に基板を全面で加圧する
と、接合の強度を高める効果がある。

【００３６】そして次に貼り合った基板を熱処理する。
熱処理温度は高い方が好ましいが、あまり高すぎると多
孔質層１０１が構造変化をおこしてしまったり、基板に
含まれていた不純物がエピタキシャル層に拡散すること
があるので、これらを起こさない温度と時間を選択する
必要がある。具体的には６００〜１１００℃程度が好ま
しい。また基板によっては高温で熱処理できないものが
ある。例えば支持基板１１０が石英ガラスである場合に
は、シリコンと石英の熱膨張係数の違いから、２００℃
程度以下の温度でしか熱処理できない。この温度を越え
ると貼り合わせた基板が応力で剥がれたり、または割れ
たりしてしまう。ただし熱処理は次の工程で行なうバル
クシリコン１００の研削やエッチングの際の応力に耐え
られれば良い。従って２００℃以下の温度であっても活
性化の表面処理条件を最適化することで、プロセスは行
なえる。

【００３７】（図１−６）次にエピタキシャル成長層１
０２を残してシリコン基板部分１００と多孔質部分１０
１を選択的に除去する。まずシリコン基板部分１００は
表面グラインダー等により研削するか、或いは水酸化カ
リウム、アンモニア水等のアルカリ溶液、或いはトリメ
チルアンモニウム等の有機アルカリ溶液で除去する。エ
ッチングの場合は１００℃以下の温溶液中で行なうのが
効果的である。アルカリ系の溶液はＳｉＯ₂ を殆どエッ
チングしないので、支持基板がガラスかもしくは酸化膜
で覆われたシリコン基板であれば、シリコン基板部分の
みを選択的にエッチングできる。また、フッ酸と硝酸、
もしくはこれに酢酸等を加えた酸混合液でエッチング除
去することも可能である。但しフッ酸硝酸系エッチャン
トは支持基板をも多少エッチングするので、長時間の使
用は避けた方がよい。シリコン基板部分１００をエッチ
ングし、多孔質部分１０１が露出した時点でエッチング
を一旦終了し、後の多孔質部分１０１はフッ酸系溶液中
で選択エッチングを行なう。エピタキシャル成長部分１
０２は多孔質でないので殆どフッ酸と反応せずに薄膜と
して残る。また当然のことながら支持基板１１０は、Ｓ
ｉＯ₂ を主成分とする場合にはフッ酸系溶液に反応し易
いので、長時間フッ酸溶液に浸しておくのは好ましくな
い。しかし多孔質シリコン層が薄ければ、これをエッチ
ングする時間はそれほどかからないので気にすることは
ない。もし支持基板１１０が少しでもエッチングしたく
ない場合には、予め貼り合わせ面と反対面にＣＶＤ等で
シリコン窒化膜や他のフッ酸と反応しにくい物質を堆積
しておくと良い。またはエッチング液に基板を浸す前に
多孔質部分１０１もある程度アルカリ溶液、有機アルカ
リ溶液、またはフッ酸硝酸系溶液で薄くしておけば、エ
ピタキシャル層と多孔質層の選択エッチングに要する時
間が短くてすむので、支持基板もあまり反応させること
なしに済む。

【００３８】エピタキシャル膜１０２と多孔質層１０１
の選択エッチングに用いるフッ酸系溶液というのは、フ
ッ酸に過酸化水素水（Ｈ₂ Ｏ₂ ）を混合したものが用い
られる。フッ酸と硝酸、もしくはこれに酢酸を加えた混
合溶液でも多孔質シリコンの選択エッチングは可能だ
が、この場合あまり選択比がとれないことと、残される
べき単結晶シリコン薄膜も多少エッチングされるという
ことで、精密に時間等の制御をする必要がある。

【００３９】以上の工程を行なうことによって絶縁性基
板上に単結晶シリコン薄膜を得ることができる。

【００４０】

【実施例】

（実施例１）図１及び図６を用いて本発明の第１実施例
の詳細を説明する。

【００４１】（図１−１） ６２５ミクロンの厚みを持
った５インチＰ型（１００）単結晶シリコン基板（０．
１〜０．２Ωｃｍ）を用意し、これを図６−１に示すよ
うな装置にセットして陽極化成を行ない、シリコン基板
１００の表面を２０μｍだけ多孔質シリコン１０１にし
た。この時の溶液６０４は４９％ＨＦ溶液を用い、電流
密度は１００ｍＡ／ｃｍ² であった。そしてこの時の多
孔質化速度は８．４μｍ／ｍｉｎ．であり、２０μｍの
厚みの多孔質層は約２．５分で得られた。

【００４２】（図１−２） 前記多孔質シリコン１０１
上にＣＶＤ方により、単結晶シリコン層１０２を０．５
μｍエピタキシャル成長した。堆積条件は以下のとおり
である。

【００４３】使用ガス：ＳｉＨ₄ ／Ｈ₂ ガス流量：０．６２／１４０（１／ｍｉｎ．） 温度：７５０℃ 圧力：８０Ｔｏｒｒ 成長速度：０．１２μｍ／ｍｉｎ． （図１−３） 上記方法にて作成した基板を水蒸気雰囲
気中９００℃の条件で処理し、０．１μｍの酸化膜１０
３を得た。

【００４４】（図１−４） 上記酸化膜を有する基板１
００と、予め用意しておいた０．５μｍ厚のシリコン酸
化膜を有する支持基板（シリコンウェハー）１１０をプ
ラズマ処理装置内にセットし、酸素プラズマにより各々
の表面を活性化処理した。処理条件は次のとおり。

【００４５】ＲＦ周波数・・・１３．５８ＭＨｚ ＲＦパワー・・・４００Ｗ 酸素流量・・・・３０ｓｃｃｍ 圧力・・・・・・１５ｐａ． 処理時間・・・・５分 尚、プラズマと基板の間では特にバイアスの制御は行な
わず、プラズマのセルフバイアスのみで表面処理をし
た。

【００４６】（図１−５） 上記表面処理した両基板を
純水に５分間浸し、スピン乾燥した後に処理面同士を貼
り合わせた。その後に８００℃、６時間の熱処理を行な
った。

【００４７】（図１−６） 熱処理後にシリコン基板１
００側を表面研削装置で６１０μｍ研削し、多孔質シリ
コン１０２を露出させた。

【００４８】この基板を引き続き選択エッチング溶液中
に浸し、多孔質部分１０１のみを選択的に全てエッチン
グした。このとき選択エッチング溶液の組成と多孔質シ
リコンに対するエッチング速度は、 ＨＦ：Ｈ₂ Ｏ₂ ＝１：５ １．６μｍ／ｍｉｎ． であった。従って２０μｍ弱の多孔質部分は、約１３分
間で全てエッチングされた。ちなみにこのときの単結晶
シリコン層１０２のエッチング速度は０．０００６μｍ
／ｈｏｕｒであり、殆どエッチングされずに残った。

【００４９】この結果０．６μｍのシリコン酸化膜上に
約０．４μｍの単結晶シリコン膜を備えたＳＯＩ基板が
出来上がり、ＳＯＩ膜のボイドの密度は、従来の表面処
理をしないものに比べて約１／４に減少した。

【００５０】（実施例２）図２を用いて本発明の第２実
施例の詳細を説明する。

【００５１】（図２−１） ３００μｍの厚みを持った
抵抗率０．０１Ω・ｃｍの４インチＰ型（１００）シリ
コン基板２００を用意し、その表層を第１実施例と同様
にして２０μｍだけ多孔質シリコン２０１とした。

【００５２】（図２−２） 得られた多孔質面上に第１
実施例と同様にしてエピタキシャル層２０２を０．１５
μｍの厚みに形成した。

【００５３】（図２−３） 上記方法にて作成した基板
を１０００℃の水蒸気中で０．１μｍ酸化した。

【００５４】（図２−４） 上記基板と予め用意してお
いた４インチの合成石英基板２１０を、第１実施例と同
様に表面をプラズマ処理した。

【００５５】（図２−５） 上記シリコン基板２００と
石英基板２１０を純水中に５分間浸した後に、互いの処
理面を貼り合わせた。続いて１８０℃、２４時間の熱処
理を行なった。

【００５６】（図２−６） まず２８０μｍあるシリコ
ン基板部分２００をフッ酸／硝酸／酢酸の１：１０：１
０混合溶液でエッチングした。そして表面に多孔質シリ
コン層２０１が露出したところで、多孔質層２０１をフ
ッ酸／過酸化水素水の１：５混合液で選択的にエッチン
グした。このときフッ酸／硝酸／酢酸の単結晶シリコン
に対するエッチングレートは約２μｍ／分であったので
約１４０分で、またフッ酸／過酸化水素水の多孔質シリ
コンに対するエッチングレートは約１．６μｍ／分であ
ったので約１３分で多孔質層全てがエッチングできた。
石英基板２１０は数μｍエッチングされただけにとどま
った。

【００５７】この結果石英基板上に０．１μｍのシリコ
ン単結晶薄膜を備えたＳＯＩ基板が出来上がり、ＳＯＩ
のボイド密度は従来の表面処理をしない石英基板のタイ
プのものに比べ、約１／５に減少した。

【００５８】（実施例３） （図３−１） ４００μｍの厚みを持った抵抗率０．０
１Ω・ｃｍの５インチＰ型（１００）シリコン基板３０
０を用意し、その表面から２０μｍの厚みだけ多孔質層
３０１を形成した。

【００５９】（図３−２） 得られた基板の多孔質表面
に第１実施例と同様にしてエピタキシャル層３０２を
０．５μｍの厚みに形成した。

【００６０】（図３−３） 上記基板のエピタキシャル
層３０２表面を１０００℃の水蒸気中で０．２μｍ酸化
してＳｉＯ₂ 層３０３を得た。この結果エピタキシャル
層のシリコン単結晶部分が０．４μｍ、酸化膜部分が
０．２μｍの膜厚に各々なった。

【００６１】（図３−４） 上記方法にて作成した基板
３００と予め用意しておいた合成石英基板３１０をプラ
ズマ処理した。処理条件は次のとおり。

【００６２】ＲＦ周波数・・・１３．５６ＭＨｚ ＲＦパワー・・・４５０Ｗ ガス種・・・・・酸素／窒素混合 流量比・・・・・４０ｓｃｃｍ／１６０ｓｃｃｍ 圧力・・・・・・２０ｐａ． 処理時間・・・・８分 （図３−５） 上記処理基板を１０％の過酸化水素水で
洗浄し、更に純水でリンスした後に乾燥させ、互いの基
板を貼り合わせた。次いで貼り合わせた基板に７０トン
の圧力をかけて１０分間置いた。

【００６３】（図３−６） 上記基板を熱処理すること
なしに、そのままシリコン基板側を溶液にてエッチング
した。まずシリコン基板を覆っている熱酸化膜３０３を
希フッ酸で除去した後、徳山曹達製のテトラ・メチル・
アンモニウム・ハイドライドの２．４％水溶液（商品
名：ＳＤ−１）に浸し、９０℃で約５時間処理した。こ
れによりシリコン基板側のバルクシリコン部分３００は
全てエッチングされ、多孔質層３０１が露出した。引き
続いて多孔質部分３０１をフッ酸／過酸化水素水溶液で
選択的にエッチングした。

【００６４】（図３−７） 上記工程により得られた石
英基板３１０上の単結晶シリコン薄膜３０２を、設計さ
れた素子の面積、形状、配置に合わせて島状にパターニ
ングした。パターニング後に素子形成の第１工程とし
て、各々の島状領域を１０００℃の酸素雰囲気中で０．
０５μｍ酸化した。従ってこの酸化工程を熱処理と兼ね
ることとし、結果、透明基板上に厚さ約０．４μｍの単
結晶シリコン薄膜を備えたＳＯＩ基板を得た。

【００６５】（実施例４）図４を用いて本発明の第４実
施例の詳細を説明する。

【００６６】（図４−１） ４００μｍの厚みを持った
抵抗率０．０１Ω・ｃｍの５インチＰ型（１００）シリ
コン基板４００を用意し、その表面から２０μｍの厚み
だけ多孔質層４０１を形成した。

【００６７】（図４−２） 得られた基板の多孔質表面
に第１実施例と同様にしてエピタキシャル層４０２を
０．５μｍの厚みに形成した。

【００６８】（図４−３） 上記基板のエピタキシャル
層４０２表面を９００℃の水蒸気中で０．０５μｍ酸化
してＳｉＯ₂ 層４０３を得た。

【００６９】（図４−４） 上記方法にて作成した基板
４００と予め用意しておいた５インチ径、厚さ６２５μ
ｍの合成石英基板４１０をプラズマ処理した。処理条件
は次のとおり。

【００７０】ＲＦ周波数・・・１３．５６ＭＨｚ ＲＦパワー・・・４５０Ｗ ガス種・・・・・酸素／窒素混合 流量比・・・・・４０ｓｃｃｍ／１６０ｓｃｃｍ 圧力・・・・・・２０ｐａ． 処理時間・・・・３分 （図４−５） 上記処理基板を１０％の過酸化水素水で
洗浄し、更に純水でリンスした後に乾燥させ、互いの基
板を貼り合わせた。次いで貼り合わせた基板に７０トン
の圧力をかけて１０分間置いた。更に同基板を１８０
℃、２４時間の熱処理を行なった。

【００７１】（図４−６） 上記基板のシリコン基板側
から、表面研削装置を用いてシリコン基板を１００μｍ
残すところまで研削した。つまり６２５μｍ厚の石英基
板上に、多孔質層とエピタキシャル層を含めて１００μ
ｍ厚のシリコン基板が貼り合わせた状態になっている。
これを３００℃、２４時間の熱処理を行なった。

【００７２】（図４−７） 残っていたバルクの部分４
００を引き続き表面研削装置で研削し、そして多孔質シ
リコン部分４０１をフッ酸／過酸化水素水混合液でエッ
チングした。この結果石英基板上に約０．４μｍ厚の単
結晶シリコン薄膜４０２を備えたＳＯＩ基板が出来上が
り、ＳＯＩのボイド密度は従来の表面処理をしない石英
基板のタイプのものと比べ、約１／１０に減少した。

【００７３】（実施例５）図５を用いて本発明の第５実
施例の詳細を説明する。

【００７４】（図５−１） ３００μｍの厚みを持った
抵抗率０．０１Ω・ｃｍの４インチＰ型（１００）シリ
コン基板５００を用意し、その表層を第１実施例と同様
にして２０μｍだけ多孔質シリコン５０１とした。

【００７５】（図５−２） 得られた多孔質面上に第１
実施例と同様にしてエピタキシャル層５０２を０．１５
μｍの厚みに形成した。

【００７６】（図５−３） 上記方法にて作成した基板
を１０００℃の水蒸気中で０．１μｍ酸化した。

【００７７】（図５−４） 予め用意しておいた０．７
μｍ厚のシリコン酸化膜を有する４インチのシリコン基
板５１０を第１実施例と同様に表面をプラズマ処理し
た。このとき上記多孔質シリコン上にエピタキシャル成
長した基板については、プラズマ処理を行なわなかっ
た。

【００７８】（図５−５） 上記２枚の基板を１０％の
過酸化水素水で洗浄し、更に純水でリンスした後に乾燥
させ、互いに貼り合わせた。次いで貼り合わせた基板に
７０トンの圧力と、同時に２００℃の温度をかけて１時
間置いた。更に取り出した基板を１０００℃で３０分間
アニールした。

【００７９】（図５−６） 上記基板を第１実施例と同
様に、研削と選択エッチングにより第１基板側のバルク
部分５００及び多孔質シリコン部分５０１を除去した。

【００８０】この結果０．８μｍのシリコン酸化膜上に
０．１μｍの単結晶シリコン膜を備えたＳＯＩ基板が出
来上がり、ＳＯＩ膜のボイドの密度は、従来の表面処理
をしないものに比べて約１／１０に減少した。

【００８１】（実施例６） （図６−１） ４００μｍの厚みを持った抵抗率０．０
１Ω・ｃｍの５インチＰ型（１００）シリコン基板６０
０を用意し、その表面から２０μｍの厚みだけ多孔質層
６０１を形成した。

【００８２】（図６−２） 得られた基板の多孔質表面
に第１実施例と同様にしてエピタキシャル層６０２を
０．５μｍの厚みに形成した。

【００８３】（図６−３） 上記基板のエピタキシャル
層６０２表面を１０００℃の水蒸気中で０．２μｍ酸化
してＳｉＯ₂ 層６０３を得た。この結果エピタキシャル
層のシリコン単結晶部分が０．４μｍ、酸化膜部分が
０．２μｍの膜厚に各々なった。

【００８４】（図６−４） 上記方法にて作成した基板
６００と予め用意しておいた合成石英基板６１０に、大
気中で軟Ｘ線（波長２ｎｍ）を３０秒間照射した。

【００８５】（図６−５） 上記処理基板を１０％の過
酸化水素水で洗浄し、更に純水でリンスした後に乾燥さ
せ、互いの基板を貼り合わせた。次いで貼り合わせた基
板に７０トンの圧力をかけて１０分間置いた。

【００８６】（図６−６） 上記基板を熱処理すること
なしに、そのままシリコン基板側を溶液にてエッチング
した。まずシリコン基板を覆っている熱酸化膜６０３を
希フッ酸で除去した後、徳山曹達製のテトラ・メチル・
アンモニウム・ハイドライドの２．４％水溶液（商品
名：ＳＤ−１）に浸し、９０℃で約５時間処理した。こ
れによりシリコン基板側のバルクシリコン部分６００は
全てエッチングされ、多孔質層６０１が露出した。引き
続いて多孔質部分６０１をフッ酸／過酸化水素水溶液で
選択的にエッチングした。

【００８７】（図６−７） 上記工程により得られた石
英基板６１０上の単結晶シリコン薄膜６０２を、設計さ
れた素子の面積、形状、配置に合わせて島状にパターニ
ングした。パターニング後に素子形成の第１工程とし
て、各々の島状領域を１０００℃の酸素雰囲気中で０．
０５μｍ酸化した。従ってこの酸化工程を熱処理と兼ね
ることとし、結果、透明基板上に厚さ約０．４μｍの単
結晶シリコン薄膜を備えたＳＯＩ基板を得た。

【００８８】（実施例３とほぼ同じ工程） （実施例７） （図７−１） ４００μｍの厚みを持った抵抗率０．０
１Ω・ｃｍの５インチＰ型（１００）シリコン基板７０
０を用意し、その表面から２０μｍの厚みだけ多孔質層
７０１を形成した。

【００８９】（図７−２） 得られた基板の多孔質表面
に第１実施例と同様にしてエピタキシャル層７０２を
０．５μｍの厚みに形成した。

【００９０】（図７−３） 上記基板のエピタキシャル
層７０２表面を９００℃の水蒸気中で０．０５μｍ酸化
してＳｉＯ₂ 層７０３を得た。

【００９１】（図７−４） 上記方法にて作成した基板
７００と予め用意しておいた５インチ径、厚さ６２５μ
ｍの合成石英基板７１０を各々真空装置内にセットし、
０．５ＫｅＶの加速エネルギーで電子線を照射した。

【００９２】（図７−５） 上記処理基板を１０％の過
酸化水素水で洗浄し、更に純水でリンスした後に乾燥さ
せ、互いの基板を貼り合わせた。次いで貼り合わせた基
板に７０トンの圧力をかけて１０分間置いた。更に同基
板を１８０℃、２４時間の熱処理を行なった。

【００９３】（図７−６） 上記基板のシリコン基板側
から、表面研削装置を用いてシリコン基板を１００μｍ
残すところまで研削した。つまり６２５μｍ厚の石英基
板上に、多孔質層とエピタキシャル層を含めて１００μ
ｍ厚のシリコン基板が貼り合わせた状態になっている。
これを３００℃、２４時間の熱処理を行なった。

【００９４】（図７−７） 残っていたバルクの部分７
００を引き続き表面研削装置で研削し、そして多孔質シ
リコン部分７０１をフッ酸／過酸化水素水混合液でエッ
チングした。この結果石英基板上に約０．４μｍ厚の単
結晶シリコン薄膜７０２を備えたＳＯＩ基板が出来上が
り、ＳＯＩのボイド密度は従来の表面処理をしない石英
基板のタイプのものと比べ、約１／１０に減少した。

【００９５】（実施例４とほぼ同じ工程）

【００９６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
シリコン基板の表層を多孔質化、次いで単結晶シリコン
のエピタキシャル成長、次いで該成長層表面の酸化を行
なった基板と、表面にＳｉＯ₂ を有する基板を貼り合わ
せ、シリコン基板側のバルクシリコン部分と多孔質シリ
コン部分を除去することによって得られるＳＯＩ基板の
作製方法に於いて、貼り合わせるＳｉＯ₂ 表面をプラズ
マ処理、或いはＸ線、電子線処理により活性化すること
により、貼り合わせの強度を高め、界面に発生するボイ
ドを数分の１から十分の１に減少させることができるよ
うになった。

【００９７】また貼り合わせ強度が高くなることによっ
て、貼り合わせ後のアニール温度を低く抑えられる効果
も得られるようになった。

【００９８】また、本発明により、活性層の膜厚が均一
で、下地ＳｉＯ₂ が十分な厚みを持ち、界面準位が小さ
く、ボイドが少ないといった理想的なＳＯＩ基板を作製
することができるようになる効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様例及び第１実施例の工程を説
明するための模式的工程図。

【図２】本発明の第２実施例を説明するための模式的工
程図。

【図３】本発明の第３実施例の説明するための模式的工
程図。

【図４】本発明の第４実施例の説明するための模式的工
程図。

【図５】本発明の第５実施例の説明するための模式的工
程図。

【図６】シリコン基板を多孔質化する装置の模式図。

【符号の説明】

１００，２００，３００，４００，５００，６００
単結晶シリコン基板 １０１，２０１，３０１，４０１，５０１ 多孔質化
したシリコン基板 １０２，２０２，３０２，４０２，５０２ エピタキ
シャル成長層 １０３，２０３，３０３，４０３，５０３ エピ酸化
膜 １０３’，５０３’ 支持基板シリコン酸化膜 １１０，２１０，３１０，４１０，５１０ 表面にＳ
ｉＯ₂ 層を有する支持基板 １０７，２０７，３０７，４０７，５０７ プラズマ ６０４，６０４’ エッチング液 ６０５，６０５’ 正電極 ６０６，６０６’ 負電極

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン単結晶基板上に、多孔質層、エ
   ピタキシャル層、シリコン酸化膜を順に形成した第１の
   基板を作製する工程と、 表面にシリコン酸化膜を有する第２の基板を用意し、前
   記第１の基板及び前記第２の基板の少なくとも片方の基
   板の前記シリコン酸化膜表面にＸ線を照射し、該シリコ
   ン酸化膜表面を活性化する工程と、 前記第１の基板と第２の基板を、前記活性化されたシリ
   コン酸化膜を介して貼り合わせる工程と、 前記貼り合わされた基板の前記シリコン単結晶基板と前
   記多孔質層を除去することにより、前記第２の基板上に
   前記シリコン酸化膜を介して前記エピタキシャル層を有
   する基板を形成する工程と、を有することを特徴とする
   ＳＯＩ基板の作製方法。
2. 【請求項２】 前記Ｘ線が、電子線であることを特徴と
   する請求項１に記載のＳＯＩ基板の作製方法。
3. 【請求項３】 前記Ｘ線が、プラズマであることを特徴
   とする請求項１に記載のＳＯＩ基板の作製方法。
4. 【請求項４】 前記多孔質層は、前記シリコン単結晶基
   板の表層を陽極化成により多孔質化して形成することを
   特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＳＯＩ
   基板の作製方法。
5. 【請求項５】 前記貼り合わされた基板の前記シリコン
   単結晶基板と前記多孔質層の除去は、前記密着したシリ
   コン基板側の多孔質化されていない前記シリコン単結晶
   基板部分を研削、或いはエッチングによって除去してか
   ら、引き続き前記多孔質シリコン部分を選択的にエッチ
   ングする工程により行なわれることを特徴とする請求項
   １〜４のいずれか１項に記載のＳＯＩ基板の作製方法。
6. 【請求項６】 前記多孔質シリコン部分の選択的エッチ
   ングは、フッ酸、過酸化水素水の混合エッチング液によ
   り行なうことを特徴とする請求項５に記載のＳＯＩ基板
   の作製方法。
7. 【請求項７】 前記プラズマは、水素、酸素、窒素、ハ
   ロゲンガス、希ガスの単元素系のガス、或いはシラン系
   を除く化合物ガス、或いはこれらの混合ガスを用いるこ
   とを特徴とする請求項３に記載のＳＯＩ基板の作製方
   法。