JP2005311199A - 基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板に含まれる金属不純物を低減すること。
【解決手段】
基板の製造方法は、少なくとも表面に絶縁体２を有する第１の基板１に第２の基板３を結合した結合基板５を準備する工程と、結合基板５の表面に金属不純物を捕獲するためのゲッタリング層４を形成し複合基板５’を作製する工程と、複合基板５’を熱処理する工程と、複合基板５’からゲッタリング層４を除去する工程と、を含むことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板の製造方法に関し、特に、絶縁層上に単結晶シリコン層を形成した基板の製造方法に関する。

以前から、ＳＯＩ基板を作製するための研究が行われているが、近年においては、ＳＩＭＯＸと呼ばれる酸素イオン注入法と基板結合法とが、主なＳＯＩ半導体基板の作成法として知られている。

酸素イオン注入法は、シリコン単結晶基板中に酸素イオンをイオン注入することによって、酸化シリコン層を形成するために１３００度以上の高温熱処理を行うことによりＳＯＩ構造を形成する方法である。イオン注入される酸素イオンは１×１０^１８ ions/cm^２以上であり、その後、酸化シリコン層を形成するために１３００度以上の高温熱処理を行うことが必要となる。

基板結合法は、半導体基板と絶縁体を有する半導体基板とを結合して結合基板を形成した後、この結合基板を熱処理することによって、ＳＯＩ構造を形成する方法である。結合時の熱処理は３００℃〜１０００℃近辺もしくはそれ以上の温度域で行われる。さらに、デバイス形成領域を薄膜化するために、半導体基板を所望の厚さに加工する必要があり、そのためには、研磨、研削、選択エッチング、イオン注入層での分離又はウォータージェット法による薄膜化が必要となる。半導体基板を所望の厚さに加工した後、場合によっては、再度、３００℃〜１２００℃程度の熱処理が行われる。

また、薄膜化の際の加工により、半導体基板表面の表面粗さは、従来用いられている半導体基板のものと比較して大きくなりがちである。そのため、研磨又は特許文献１に記載されているような熱処理による平坦化が行われている。
特開平５−２１８０５３号公報 特開平８−１１６０３８号公報 特開平８−２９３５８９号公報 特開平６−１６３８６２号公報 特開平８−３１６４４２号公報

従来のＳＯＩ基板作製方法では、１回もしくは複数回の高温熱処理を行う必要がある。高温での熱処理では、使用する雰囲気ガス、熱処理炉の構成部材等からの金属汚染が問題となる。そのために、熱処理中の金属汚染を低減することは困難であり、また、金属汚染の低減が可能であったとしても、使用する雰囲気ガスを高純度に保つために、高価な精製装置を用いるか、或いは、高価な高純度石英材料若しくは高純度炭化珪素材料等を多く用いなければならず、半導体基板を安価に作製することが困難であるという問題がある。

通常、シリコン単結晶基板中の金属不純物を低減する方法として、基板中にゲッタリングサイトを形成して金属不純物を捕獲する方法が用いられる。ゲッタリングする手法として、そのゲッタリングする部位により、エクストリンシックゲッタリング（ＥＧ）法とイントリンシックゲッタリング（ＩＧ）法とに大別される。ＥＧ法は、シリコン単結晶基板の裏面に多結晶シリコン膜をＣＶＤ法等により形成したり、リン等の不純物の高濃度層をを拡散若しくはイオン注入によって形成したりすることにより、ゲッタリング層を作製する方法である。一方、ＩＧ法は、シリコン単結晶基板中に存在する酸素を、所定の温度で熱処理を行うことにより、シリコン単結晶基板中に酸素を析出させ、この析出に伴い酸素析出物もしくは積層欠陥等の微少欠陥を導入することにより、シリコン単結晶基板内部にゲッタリング層を作製する方法である。一般に、ＩＧ法はＥＧ法に比べて、金属不純物のゲッタリング効果が高いと言われている。

また、ＳＯＩ半導体基板においても、シリコン単結晶基板と同様にして、ＩＧ法及びＥＧ法の適応例がある。ＥＧ法の一例としては、ＳＯＩ半導体基板裏面に高濃度リン拡散層を形成する方法（特許文献２を参照）、ＩＧ法の一例としては、ＳＯＩ半導体基板内部に酸素析出物と転位を導入する方法（特許文献３を参照）が挙げられる。また、ＳＯＩ半導体基板に特有の金属不純物のゲッタリング法としては、ＳＯＩ半導体基板の活性層と絶縁層との界面にゲッタリング層を形成する方法（特許文献４を参照）又は絶縁層と支持基板の界面にゲッタリング層を形成する方法（特許文献５を参照）等の方法が開示されている。

しかし、結合ＳＯＩ半導体基板の製造工程において、金属不純物のゲッタリング層を形成すると、その製造過程での金属汚染がゲッタリング層にゲッタリングされたままの状態で、半導体デバイス製造工程へと持ち込まれることになる。また、半導体デバイス製造における熱処理工程において、その熱処理の温度によっては、ゲッタリング層にゲッタリングされた金属汚染が、再度ＳＯＩ半導体基板中に拡散して、ＳＯＩ半導体基板を逆汚染し、半導体デバイス製造歩留まりを低下させる原因となりうる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、基板に含まれる金属不純物を低減することを目的とする。

本発明の第１の側面は、基板の製造方法に係り、少なくとも表面に絶縁体を有する第１の基板に第２の基板を結合した結合基板を準備する工程と、前記結合基板の表面に金属不純物を捕獲するためのゲッタリング層を形成し複合基板を作製する工程と、前記複合基板を熱処理する工程と、前記複合基板から前記ゲッタリング層を除去する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の第２の側面は、基板の製造方法に係り、少なくとも表面に絶縁体を有する第１の基板と表面に金属不純物を捕獲するためのゲッタリング層が形成された第２の基板とを準備する工程と、その表面に前記ゲッタリング層が配置されるように前記第１の基板と前記第２の基板とを結合して複合基板を作製する工程と、前記複合基板を熱処理する工程と、前記複合基板から前記ゲッタリング層を除去する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、基板に含まれる金属不純物を低減することができる。

[第１の実施形態]
図１は、本発明の好適な第１の実施形態に係る基板の製造方法を示す図である。

以下、本発明の好適な第１の実施形態に係る基板の製造方法として、ＳＯＩ基板等の基板の製造方法を例示的に説明する。図１は、本発明の好適な実施の形態に係る基板の製造方法を説明する図である。

まず、図１（ａ）に示す工程では、第１の半導体基板（支持基板）１を準備する。第１の半導体基板１としては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、Ｃ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ及びＩｎＡｓＳｉ等を含む基板、これらの基板上に絶縁体を形成した基板、石英等の光透過性の基板並びにサファイヤ等が好適である。

次いで、図１（ｂ）に示す工程では、第１の半導体基板（支持基板）１の上に絶縁層２を形成する。絶縁層２の絶縁体材料としては、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化スカンジウム、酸化イットリウム、酸化ガドリニウム、酸化ランタン、酸化ジルコニウム、及びこれらの混合物ガラス等が好適である。絶縁層２は、例えば、第１の半導体基板１の表面を酸化させたり、ＣＶＤ法又はＰＶＤ法により絶縁体物質を堆積させたりすることにより形成され得る。なお、第１の半導体基板１又は第２の半導体基板３が表面に絶縁体を含む場合には、図１（ｂ）に示す工程を省略してもよい。

次いで、図１（ｃ）に示す工程では、第２の半導体基板３を準備する。第２の半導体基板３としては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、Ｃ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ及びＩｎＡｓ等を含む基板又はこれらの基板上に絶縁体を形成した基板が好適である。しかし、第２の半導体基板３は、貼り合わせ（結合）に供される面が十分に平坦であれば十分であり、他の種類の基板であってもよい。

次いで、図１（ｄ）に示す工程では、第１の半導体基板１と第２の半導体基板３とを、第２の半導体基板３と絶縁層２とが面するように室温で密着させて結合基板５を作成する。なお、絶縁層２は、上記のように第１の半導体基板１に形成しても良いし、第２の半導体基板３上に形成しても良く、両者に形成しても良く、結果として、第１の半導体基板１と第２の半導体基板３を密着させた際に、図１（ｄ）に示す状態になれば良い。また、第１の半導体基板１と第２の半導体基板２とが完全に密着した後、両者の結合を強固にする処理を実施することが好ましい。この処理に加えて、或いは、この処理に代えて、陽極接合処理、加圧処理及び接着剤による接合処理の少なくとも１つを実施してもよい。

次いで、図１（ｅ）に示す工程では、活性層となる第２の半導体基板３側の露出面に、その内部の金属不純物を捕獲するゲッタリングサイトを含むゲッタリング層４を形成し複合基板５’を作製する。ゲッタリング層４は、例えば、（１）半導体基板の表面に多結晶シリコン膜、非晶質シリコン膜、窒化シリコン膜又はこれらの組み合わせをＣＶＤ（化学気相成長）法等を用いて形成すること、（２）半導体基板内にＰ、Ｂ、Ａｓ等の不純物を熱拡散させること、（３）半導体基板にＰ、Ｂ、Ａｓ、Ｃ、Ｓｉ、Ｏ、Ａｒ等をイオン注入すること、（４）半導体基板の表面にレーザ照射を行うこと、等によって形成されうる。さらに、ゲッタリング層４を形成した複合基板５’に対して、結合を強固にする熱処理を行う。この熱処理温度は、３００℃以上前記半導体基板の融点以下であればよい。また、この熱処理によって、複合基板５’中の金属不純物が拡散して、ゲッタリング層４のゲッタリングサイトに金属不純物が捕獲される。ゲッタリング層４に金属不純物が拡散させるために行われる熱処理は、好適には、上記の結合を強固にする熱処理と実質的に同一の工程で行われることが望ましく、更に好適には、この熱処理を同一装置で行うことが望ましい。

次いで、図１（ｆ）に示す工程では、複合基板５’の第２の半導体基板３側の露出面に形成されたゲッタリング層４を除去し、更に活性層となる第２の半導体基板３を所望の厚さまで除去する。この除去工程としては、例えば、フッ酸を含む混酸若しくはアルカリ溶液によるウエットエッチング加工、ドライエッチング加工、遊離砥粒を用いたメカノケミカル研磨加工、固定砥粒を用いた研削加工、イオン注入により形成されたイオン注入層での分離加工若しくは特開平１１−００５０６４号に示されるウォータージェット法による分離加工等が挙げられる。これによって、図１（ｅ）に示す工程において熱処理で使用される雰囲気ガスや熱処理炉の構成部材等から複合基板５’に付着した若しくは混入した金属不純物を取り除くことができる。その結果、この後の半導体デバイス製造工程における熱処理によって、ゲッタリング層に捕獲された金属不純物が、再度ＳＯＩ半導体基板中に拡散し、ＳＯＩ半導体基板を逆汚染することを防止することができる。

次いで、図１（ｇ）に示す工程では、複合基板５’の表面を平滑化する。この平滑化は、例えば、還元性雰囲気、不活性ガス雰囲気又は両者の混合ガス雰囲気中で、高温熱処理を行うことによって実現される。このような雰囲気としては、例えば、還元性雰囲気としては水素ガスを含む雰囲気を、不活性ガス雰囲気としては水素ガス含む雰囲気を用いることができる。この高温熱処理の温度は、８００℃〜１３００℃の範囲内であることが望ましい。

なお、本実施形態では、結合基板５を形成した後にゲッタリング層４を形成したが、これに限定されず、結合基板５を形成する前にゲッタリング層４を形成してもよい。この場合、予め第２の半導体基板３にゲッタリング層を形成しておくことも可能である。

以上のように、本実施形態によれば、ゲッタリング層とその下層の半導体基板とを続けて除去することによって、本来の半導体基板の除去工程に新たな工程を付加することなく、結合工程及び結合基板の熱処理までに半導体基板に付着又は混入した金属不純物を効果的に除去することができる。
[第２の実施形態]
図２は、本発明の好適な第２の実施形態に係る基板の製造方法を示す図である。

以下、本発明の好適な第２の実施形態に係る基板の製造方法として、ＳＯＩ基板等の基板の製造方法を例示的に説明する。図１は、本発明の好適な実施の形態に係る基板の製造方法を説明する図である。図２において、図１と同様の構成要素には、同じ参照番号を付している。

まず、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示す工程は、第１の実施形態に係る基板の製造方法における図１（ａ）〜図１（ｄ）に示す工程と同様である。

次いで、図２（ｅ）に示す工程では、支持基板である第１の半導体基板１側の露出面に、その内部の金属不純物を捕獲するゲッタリングサイトを有するゲッタリング層４を形成し複合基板５’’を作製する。本実施形態は、複合基板５’’の第１の半導体基板１側の露出面にゲッタリング層４を形成する点で、第２の半導体基板３側の露出面にゲッタリング層４を形成する第１の実施形態とは相違する。その他のゲッタリング層４の材料及び形成方法については、第１の実施形態で示したものと同様である。次いで、第１の実施形態と同様に、ゲッタリング層４を形成した複合基板５’’に対して、結合を強固とする熱処理を行う。この熱処理温度は、３００℃以上前記半導体基板の融点以下であればよい。また、この熱処理によって、複合基板５’’中の金属不純物が拡散して、ゲッタリング層４のゲッタリングサイトに金属不純物が捕獲される。

次いで、図２（ｆ）に示す工程では、活性層となる第２の半導体基板３を所望の厚さまで除去する。この除去工程については、図１（ｆ）で示したものと同様にして実現され得る。

次いで、図２（ｇ）に示す工程では、第１の半導体基板１側の露出面に形成されたゲッタリング層４を除去する。この除去工程については、図２（ｆ）と同様にして実現され得る。

これによって、図２（ｅ）に示す工程において熱処理で使用される雰囲気ガスや熱処理炉の構成部材等から複合基板５’’に付着した若しくは混入した金属不純物を取り除くことができる。したがって、この後の半導体デバイス製造工程における熱処理によって、ゲッタリング層に捕獲された金属不純物が、再度ＳＯＩ半導体基板中に拡散し、ＳＯＩ半導体基板を逆汚染することを防止することができる。

次いで、図２（ｈ）に示す工程では、複合基板５’’の第１の半導体基板３側の表面を平滑化する。この平滑化については、図１（ｇ）で示したものと同様にして実現され得る。

以上のように、本実施形態によれば、活性層となる第２の半導体基板を除去した後にゲッタリング層を除去することによって、第２の半導体基板の除去工程までに半導体基板に付着又は混入した金属不純物を効果的に除去することができる。
[第３の実施形態]
図３は、本発明の好適な第３の実施形態に係る基板の製造方法を示す図である。

以下、本発明の好適な第３の実施形態に係る基板の製造方法として、ＳＯＩ基板等の基板の製造方法を例示的に説明する。図３は、本発明の好適な実施の形態に係る基板の製造方法を説明する図である。図３において、図１、図２と同様の構成要素には、同じ参照番号を付している。

まず、図３（ａ）〜図３（ｄ）に示す工程は、第１の実施形態に係る基板の製造方法における図１（ａ）〜図１（ｄ）に示す工程と同様である。

次いで、図３（ｅ）に示す工程では、活性層となる第２の半導体基板３側の表面及び支持基板である第１の半導体基板１側の露出面に、その内部の金属不純物を捕獲するゲッタリングサイトを有するゲッタリング層４、４’をそれぞれ形成し複合基板５’’’を作製する。本実施形態は、第１の半導体基板１及び第２の半導体基板３の各々の表面にゲッタリング層４、４’を形成する点で、第２の半導体基板３側の露出面にゲッタリング層４を形成する第１の実施形態及び第１の半導体基板１側の露出面にゲッタリング層４を形成する第２の実施形態とは相違する。その他のゲッタリング層４、４’の材料及び形成方法は、第１、第２の実施形態と同様である。この後、第１、第２の実施形態と同様に、ゲッタリング層４、４’を形成した複合基板５’’’に対して、結合を強固とする熱処理を行う。この熱処理温度は、３００℃以上前記半導体基板の融点以下であればよい。また、この熱処理によって、複合基板５’’’中の金属不純物が拡散して、ゲッタリング層４、４’のゲッタリングサイトに金属不純物が捕獲される。本実施形態では、複合基板５’’’の表面の両側にゲッタリング層４、４’が形成されているため、より多くの金属不純物を捕獲することができる。

次いで、図３（ｆ）に示す工程では、複合基板５’’’の第２の半導体基板３側の露出面に形成されたゲッタリング層４を除去し、更に活性層となる第２の半導体基板３を所望の厚さまで除去する。この除去工程については、図１（ｆ）で示したものと同様にして実現され得る。

次いで、図３（ｇ）に示す工程では、上記ゲッタリング層４と同様にして、複合基板５’’’の第１の半導体基板１側の露出面に形成されたゲッタリング層４’を除去する。

このように図３（ｆ）及び図３（ｇ）に示す工程でゲッタリング層４、４’を除去することによって、図３（ｅ）に示す工程において熱処理で使用される雰囲気ガスや熱処理炉の構成部材等から複合基板５’’’に付着した若しくは混入した金属不純物を取り除くことができる。したがって、この後の半導体デバイス製造工程における熱処理によって、ゲッタリング層に捕獲された金属不純物が、再度ＳＯＩ半導体基板中に拡散し、ＳＯＩ半導体基板を逆汚染することを防止することができる。また、本実施形態では、複合基板５’’’の表面の両側にゲッタリング層４、４’が形成されることによって、より多くの金属不純物がゲッタリング層４、４’で捕獲されているため、ゲッタリング層４、４’の両方を除去することによって、より多くの金属不純物を取り除くことができる。

次いで、図３（ｈ）に示す工程では、複合基板５’’’の第１の半導体基板３側の表面を平滑化する。この平滑化については、図１（ｇ）で示したものと同様にして実現され得る。

以上のように、本実施形態によれば、結合基板の両側の表面にゲッタリング層を形成することによって、金属不純物の除去能力を向上させることができる。
[第４の実施形態]
図４は、本発明の好適な第４の実施形態に係る基板の製造方法を示す図である。

以下、本発明の好適な第４の実施形態に係る基板の製造方法として、ＳＯＩ基板等の基板の製造方法を例示的に説明する。図４は、本発明の好適な実施の形態に係る基板の製造方法を説明する図である。図４において、図１〜図３と同様の構成要素には、同じ参照番号を付している。

まず、図４（ａ）〜図４（ｄ）に示す工程は、第１の実施形態に係る基板の製造方法における図１（ａ）〜図１（ｄ）に示す工程と同様である。

次いで、図４（ｅ）に示す工程では、結合基板５に対して、結合を強固とする熱処理を行う。この熱処理温度は、３００℃以上前記半導体基板の融点以下であればよい。

次いで、図４（ｆ）に示す工程では、活性層となる第２の半導体基板３を所望の厚さまで除去する。この除去工程については、図１（ｆ）で示したものと同様にして実現され得る。

次いで、図４（ｇ）に示す工程では、支持基板である第１の半導体基板１側の露出面に、その内部の金属不純物を捕獲するゲッタリングサイトを有するゲッタリング層４を形成し複合基板５’’’’を作製する。本実施形態は、第２の半導体基板３を所望の厚さまで除去した後にゲッタリング層４を形成する点で、第１〜第３の実施形態とは相違する。その他のゲッタリング層４の材料及び形成方法については、第１〜第３の実施形態と同様である。

次いで、図４（ｈ）に示す工程では、複合基板５’’’’に熱処理を施す。この熱処理によって、複合基板５’’’’の第１の半導体基板３側の表面が平滑化される。この平滑化については、図１（ｇ）で示したものと同様にして実現され得る。また、この熱処理によって、再度ＳＯＩ半導体基板中の金属不純物が拡散し、ゲッタリング層４のゲッタリングサイトに金属不純物が捕獲される。

次いで、図４（ｉ）に示す工程では、複合基板５’’’’の第１の半導体基板１側の露出面に形成されたゲッタリング層４を除去する。ゲッタリング層４の除去方法は、第１〜第３の実施形態に示したものと同様である。

これによって、図４（ｈ）に示す工程において熱処理で使用される雰囲気ガスや熱処理炉の構成部材等から結合基板５に付着した若しくは混入した金属不純物を取り除くことができる。したがって、この後の半導体デバイス製造工程における熱処理によってゲッタリング層に捕獲された金属不純物が、再度ＳＯＩ半導体基板中に拡散し、ＳＯＩ半導体基板を逆汚染することを防止することができる。

以上のように、本実施形態によれば、支持基板となる第１の半導体基板の表面を平滑化した後にゲッタリング層を除去することによって、第１の半導体基板の表面を平滑化するまでに半導体基板に付着又は混入した金属不純物を効果的に除去することができる。

したがって、第１〜第４の実施形態によれば、高温での熱処理工程での雰囲気ガス及び熱処理炉の構成部材等からの金属汚染を低減することができる。その結果、使用する雰囲気ガスを高純度に保つために高価な精製装置、高価な高純度石英材料及び高純度炭化珪素材料等を多く用いることなく、半導体基板を安価に作製し、提供することができる。
[応用例]
次に、本発明の好適な第１〜第４の実施形態に係る基板製造方法を利用した結合ＳＯＩ基板の製造プロセスを応用例として説明する。

図５は、本発明の好適な第１〜第４の実施形態に係る基板製造方法を利用した結合ＳＯＩ基板の製造プロセスを示す図である。図５において、図１と同様の構成要素には、同じ参照番号を付している。

まず、図５（ａ）に示す工程では、第１の基板（seed wafer）１０を形成するための単結晶Ｓｉ基板１１を用意して、上記の陽極化成装置を利用して、その主表面上に分離層としての多孔質Ｓｉ層１２を形成する。多孔質Ｓｉ層１２は、例えば、電解液（化成液）中で単結晶Ｓｉ基板１１に陽極化成処理（陽極処理）を施すことによって形成することができる。

ここで、電解液としては、例えば、弗化水素を含む溶液、弗化水素及びエタノールを含む溶液、弗化水素及びイソプロピルアルコールを含む溶液等が好適である。より具体的な例を挙げると、電解液としては、例えば、ＨＦ水溶液（ＨＦ濃度＝４９ｗｔ％）とエタノールを体積比２：１で混合した混合液が好適である。

また、多孔質Ｓｉ層１２を互いに多孔度の異なる２層以上の層からなる多層構造としてもよい。ここで、多層構造の多孔質Ｓｉ層１２は、表面側に第１の多孔度を有する第１の多孔質Ｓｉ層、その下に、第１の多孔度より大きい第２の多孔度を有する第２の多孔質Ｓｉ層を含むことが好ましい。このような多層構造を採用することにより、後の非多孔質層１３の形成工程において、第１の多孔質Ｓｉ層上に、欠陥等の少ない非多孔質層１３を形成することができると共に、後の分離工程において、所望の位置で結合基板を分離することができる。ここで、第１の多孔度としては、１０％〜３０％が好ましく、１５％〜２５％が更に好ましい。また、第２の多孔度としては、３５％〜７０％が好ましく、４０％〜６０％が更に好ましい。

電解質溶液として上記の混合液（ＨＦ濃度が４９ｗｔ％の弗化水素酸：エタノール＝２：１）を利用する場合は、例えば、電流密度８ｍＡ／ｃｍ^２、処理時間５〜１１ｍｉｎの条件で第１層（表面側）を生成し、次いで、電流密度２３〜３３ｍＡ／ｃｍ^２、処理時間８０ｓｅｃ〜２ｍｉｎの条件で第２層（内部側）を生成することが好ましい。

次いで、図５（ｂ）に示す工程の第１段階では、多孔質Ｓｉ層１２上に第１の非多孔質層１３を形成する。第１の非多孔質層１３としては、単結晶Ｓｉ層、多結晶Ｓｉ層、非晶質Ｓｉ層等のＳｉ層、Ｇｅ層、ＳｉＧｅ層、ＳｉＣ層、Ｃ層、ＧａＡｓ層、ＧａＮ層、ＡｌＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓ層、ＩｎＰ層、ＩｎＡｓ層等が好適である。

次いで、図５（ｂ）に示す工程の第２段階では、第１の非多孔質層１３の上に第２の非多孔質層としてＳｉＯ_２層（絶縁層）１４を形成する。これにより第１の基板１０が得られる。ＳｉＯ_２層１４は、例えば、Ｏ_２／Ｈ_２雰囲気、１１００℃、１０〜３３ｍｉｎの条件で生成され得る。

次いで、図５（ｃ）に示す工程の第１段階では、第２の基板（handle wafer）２０を準備し、第１の基板１０と第２の基板２０とを、第２の基板２０と絶縁層１４とが面するように室温で密着させて結合基板３０を作成する。

なお、絶縁層１４は、上記のように単結晶Ｓｉ層１３側に形成しても良いし、第２の基板２０上に形成しても良く、両者に形成しても良く、結果として、第１の基板と第２の基板を密着させた際に、図５（ｃ）に示す状態になれば良い。しかしながら、上記のように、絶縁層１４を活性層となる第１の非多孔質層（例えば、単結晶Ｓｉ層）１３側に形成することにより、第１の基板１０と第２の基板２０との結合の界面を活性層から遠ざけることができるため、より高品位のＳＯＩ基板等の半導体基板を得ることができる。

第２の基板２０としては、Ｓｉ基板、Ｓｉ基板上にＳｉＯ_２層を形成した基板、石英等の光透過性の基板、サファイヤ等が好適である。しかし、第２の基板２０は、結合に供される面が十分に平坦であれば十分であり、他の種類の基板であってもよい。

次いで、図５（ｃ）に示す工程の第２段階では、結合基板３０の第２の基板３側の露出面に、その内部の金属不純物を捕獲するゲッタリングサイトを有するゲッタリング層４’’’を形成し複合基板５０を作製する。ゲッタリング層４’’’の形成工程については、図１（ｅ）と同様にして実現され得る。

さらに、基板１０、２０が完全に密着した後、両者の結合を強固にする処理を実施することが好ましい。この熱処理温度は、３００℃以上前記半導体基板の融点以下であればよい。この処理の一例としては、例えば、１）Ｎ_２雰囲気、１１００℃、１０ｍｉｎの条件で熱処理を実施し、２）Ｏ_２／Ｈ_２雰囲気、１１００℃、５０〜１００ｍｉｎの条件で熱処理（酸化処理）を実施する処理が好適である。この処理に加えて、或いは、この処理に代えて、陽極接合処理及び／又は加圧処理を実施してもよい。この熱処理によって、結合基板３０中の金属不純物が拡散して、ゲッタリング層４’’’のゲッタリングサイトに金属不純物が捕獲される。このゲッタリング層４’’’を形成する際に行われる熱処理は、好適には、基板１０、２０の結合を強固にする処理と実質的に同一の工程で行われることが望ましく、更に好適には、この熱処理を同一装置で行うことが望ましい。
次いで、図５（ｄ）に示す工程の第１段階では、複合基板５０を機械的強度が脆弱な多孔質層１２の部分で分離する。この分離方法としては、各種の方法を採用しうるが、例えば、流体を多孔質層１２に打ち込む方法、或いは、流体により多孔質層１２に静圧を印加する方法など、流体を利用する方法が好ましい。

この分離工程により、第１の基板１０の移設層（非多孔質層１３、絶縁層１４）が第２の基板２０上に移設される。なお、第１の基板１０の多孔質層１２上に非多孔質層１３のみを形成する場合の移設層は、非多孔質層１３のみである。

次いで、図５（ｄ）に示す工程の第２段階では、ゲッタリング層４’’’を除去する。この除去工程としては、例えば、フッ酸を含む混酸若しくはアルカリ溶液によるウエットエッチング加工、ドライエッチング加工、遊離砥粒を用いたメカノケミカル研磨加工、固定砥粒を用いた研削加工、イオン注入により形成されたイオン注入層での分離加工若しくは特開平１１−００５０６４号に示されるウォータージェット法による分離加工等が挙げられる。

これによって、図５（ｃ）に示す工程において熱処理で使用される雰囲気ガスや熱処理炉の構成部材等から結合基板３０又は複合基板５０に付着した若しくは混入した金属不純物を取り除くことができる。したがって、この後の半導体デバイス製造工程における熱処理によって、ゲッタリング層に捕獲された金属不純物が、再度ＳＯＩ半導体基板中に拡散し、ＳＯＩ半導体基板を逆汚染することを防止することができる。

図５（ｅ）に示す工程では、分離後の第２の基板２０上の多孔質層１２”をエッチング等により選択的に除去する。これにより、絶縁層１４上に非多孔質層１３を有する基板が得られる。例えば、非多孔質層１３が半導体層である場合、このような半導体層は、ＳＯＩ層（SemiconductorOn Insulator 又は Silicon On Insulator）と呼ばれ、また、このようなＳＯＩ層を有する基板は、ＳＯＩ基板と呼ばれる。

更に、分離後の第１の基板１０’の単結晶Ｓｉ基板１１上の多孔質層１２’をエッチング等により選択的に除去する。このようにして得られる単結晶Ｓｉ基板１１は、再び第１の基板１０を形成するための基板又は第２の基板２０として利用され得る。

なお、本応用例では、ゲッタリング層４’’’を第２の基板２０側に形成したが、これに限定されず、第１の基板１０側に形成してもよいし、第１、第２の基板１０、２０の両方の表面に形成してもよい。また、ゲッタリング層４’’’を形成する工程及び除去する工程は、本応用例で示したものに限定されず、これらの工程の様々な変更や修正が可能である。

以下に本発明を実施例に基づき説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。

図１は、第１の実施例を示す図である。第１の半導体基板（支持基板）１として、直径８インチ、結晶方位（１００）、厚さ７２５μmの単結晶シリコンウェーハを準備し（図１（ａ）に対応）、１０００℃の温度で４５分の熱酸化をして、第１の半導体基板１の表面に２００ｎｍのＳｉＯ_２層２を形成した（図１（ｂ）に対応）。次いで、第２の半導体基板３として、結晶方位（１００）、厚さ７２５μｍの単結晶シリコンウェーハ３を準備し（図１（ｃ）に対応）、第１の半導体基板１と結合して（図１（ｄ）に対応）、結合用の熱処理炉に導入し、第２の半導体基板３の裏面に１×１０^２０atoms/cm^３の濃度のリンをガス拡散させた後、１１００℃の温度で１時間の熱処理を行うと同時にリン高濃度拡散層４を得た（図１（ｅ）に対応）。その後、第２の半導体基板３の裏面側から、研削により、結合した２枚の半導体基板の厚さを７３０μmまで薄くし（図１（ｆ）に対応）、さらに、水素ガスを含む雰囲気中において、１１００℃の温度で、１時間の熱処理を行った（図１（ｇ）に対応）。実施例１によれば、半導体基板中の金属不純物を効果的に除去することができた。

図２は第２の実施例を示す図である。第１の半導体基板（支持基板）１として、直径８インチ、結晶方位（１００）、厚さ７２５μmの単結晶シリコンウェーハ１を準備し（図２（ａ）に対応）、１０００℃の温度で４５分の熱酸化をして、第１の半導体基板１の表面に２００ｎｍのＳｉＯ_２層２を形成した（図２（ｂ）に対応）。次いで、第２の半導体基板３として、結晶方位（１００）、厚さ７２５μｍの単結晶シリコンウェーハ３を準備し（図２（ｃ）に対応）、第１の半導体基板１と結合して（図２（ｄ）に対応）、結合用の熱処理炉に導入し、第１の半導体基板１の裏面に１×１０^１５atoms/cmの濃度のリンをイオン注入した後、１１００℃の温度で１時間の熱処理を行うと同時にリン高濃度拡散層４を得た（図２（ｅ）に対応）。その後、第２の半導体基板３の裏面側から、研削により、結合した２枚の半導体基板の厚さを７３０μmまで薄くし（図２（ｆ）に対応）、第１の半導体基板１の裏面に形成したリン高濃度拡散層をＫＯＨ溶液を用いて除去し（図２（ｇ）に対応）、さらに、水素ガスを含む雰囲気中において、１１００℃の温度で、１時間の熱処理を行った（図２（ｈ）に対応）。実施例２によれば、第２の半導体基板３の裏面側から研削するまでの半導体基板中の金属不純物を効果的に除去することができた。

図３は第３の実施例を示す図である。第１の半導体基板（支持基板）１として、直径８インチ、結晶方位（１００）、厚さ７２５μmの単結晶シリコンウェーハ１を準備し（図３（ａ）に対応）、１０００℃の温度で４５分の熱酸化をして、第１の半導体基板１の表面に２００ｎｍのＳｉＯ_２層２を形成した（図３（ｂ）に対応）。次いで、第２の半導体基板３として、結晶方位（１００）、厚さ７２５μｍの単結晶シリコンウェーハ３を準備し（図３（ｃ）に対応）、第１の半導体基板１と結合して（図３（ｄ）に対応）、結合用の熱処理炉に導入し、第１の半導体基板１及び第２の半導体基板３の裏面に１×１０^２０atoms/cm３の濃度のリンをガス拡散させた後、１１００℃の温度で１時間の熱処理を行うと同時にリン高濃度拡散層４、４’を得た（図２（ｅ）に対応）。その後、第２の半導体基板３の裏面側から、研削により、結合した２枚の半導体基板の厚さを７３０μmまで薄くし（図２（ｆ）に対応）、さらに、第１の半導体基板１の裏面に形成したリン高濃度拡散層４’をＫＯＨ溶液を用いて除去した（図２（ｇ）に対応）。次いで、水素ガスを含む雰囲気中において、１１００℃の温度で、１時間の熱処理を行った（図２（ｈ）に対応）。実施例３によれば、基板の両側から金属不純物を更に効果的に除去することができた。

図４は第４の実施例を示す図である。第１の半導体基板（支持基板）１として、直径８インチ、結晶方位（１００）、厚さ７２５μmの単結晶シリコンウェーハ１を準備し（図４（ａ）に対応）、１０００℃の温度で４５分の熱酸化をして、第１の半導体基板１の表面に２００ｎｍのＳｉＯ_２層２を形成した（図４（ｂ）に対応）。次いで、第２の半導体基板３として、結晶方位（１００）、厚さ７２５μｍの単結晶シリコンウェーハ３を準備し（図４（ｃ）に対応）、第１の半導体基板１と結合して（図４（ｄ）に対応）、結合用の熱処理炉に導入し、１１００℃の温度で１時間の熱処理を行った（図４（ｅ）に対応）。その後、第２の半導体基板３の裏面側から、研削により、結合した２枚の半導体基板の厚さを７３０μmまで薄くし（図４（ｆ）に対応）、第１の半導体基板１の裏面に１×１０^１５atoms/cmの濃度のリンをイオン注入し、１０００℃の温度で１時間の熱処理を行ってリン高濃度拡散層４を得た（図４（ｇ）に対応）。さらに、水素ガスを含む雰囲気中において、１１００℃の温度で、１時間の熱処理を行った後（図４（ｈ）に対応）、第１の半導体基板１の裏面に形成したリン高濃度拡散層をＫＯＨ溶液を用いて除去した（図４（ｉ）に対応）。実施例４によれば、水素ガスを含む雰囲気中で熱処理を行うまでの半導体基中の金属不純物を効果的に除去することができた。

本発明の好適な第１の実施形態に係る基板の製造方法を示す図である。 本発明の好適な第２の実施形態に係る基板の製造方法を示す図である。 本発明の好適な第３の実施形態に係る基板の製造方法を示す図である。 本発明の好適な第４の実施形態に係る基板の製造方法を示す図である。 第１〜４の実施形態に係る基板の製造方法の応用例を示す図である。

符号の説明

１ 第１の半導体基板
２ 絶縁層
３ 第２の半導体基板
４ ゲッタリング層
５ 結合基板
５’ 複合基板

Claims (15)

1. 少なくとも表面に絶縁体を有する第１の基板に第２の基板を結合した結合基板を準備する工程と、
   前記結合基板の表面に金属不純物を捕獲するためのゲッタリング層を形成し複合基板を作製する工程と、
   前記複合基板を熱処理する工程と、
   前記複合基板から前記ゲッタリング層を除去する工程と、
   を含むことを特徴とする基板の製造方法。
2. 前記ゲッタリング層を形成する工程では、前記結合基板の前記第２の基板側の露出面に前記ゲッタリング層を形成することを特徴とする請求項１に記載の基板の製造方法。
3. 前記ゲッタリング層を除去する工程の後に、前記第２の基板を所望の厚さまで除去する工程を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の基板の製造方法。
4. 前記ゲッタリング層を形成する工程では、前記結合基板の前記第１の基板側の露出面に前記ゲッタリング層を形成することを特徴とする請求項１に記載の基板の製造方法。
5. 前記ゲッタリング層を形成する工程では、前記結合基板の前記第１、第２の基板側の露出面にそれぞれ前記ゲッタリング層を形成することを特徴とする請求項１に記載の基板の製造方法。
6. 前記ゲッタリング層を除去する工程では、前記複合基板の前記第２の基板側の露出面に形成された前記ゲッタリング層を除去することを特徴とする請求項５に記載の基板の製造方法。
7. 前記ゲッタリング層を除去する工程の後に、前記第２の基板を所望の厚さまで除去する工程を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の基板の製造方法。
8. 前記第２の基板を所望の厚さまで除去する工程の後に、前記複合基板の前記第１の基板側の露出面に形成された前記ゲッタリング層を除去する工程を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の基板の製造方法。
9. 前記ゲッタリング層を除去する工程の後に、さらに、還元性雰囲気、不活性ガス雰囲気又は両者の混合ガス雰囲気中で、前記複合基板に熱処理を施す工程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の基板の製造方法。
10. 前記結合基板を準備する工程の後で且つ前記ゲッタリング層を形成する工程の前に、該結合基板に熱処理を施す工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の基板の製造方法。
11. 前記熱処理を施す工程の後で且つ前記ゲッタリング層を形成する工程の前に、さらに、前記結合基板に含まれる前記第２の基板の表面を所望の厚さまで除去する工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載の基板の製造方法。
12. 前記ゲッタリング層を形成する工程の後で且つ前記前記ゲッタリング層を除去する工程の前に、還元性雰囲気、不活性ガス雰囲気又は両者の混合ガス雰囲気中で、前記複合基板に熱処理を施す工程を含むことを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の基板の製造方法。
13. 前記結合基板を準備する工程では、前記第１の基板に多孔質層を形成し、更に前記多孔質層の上に移設層を形成し、これにより第１の基板を作製し、該第１の基板と第２の基板とを結合して、結合基板を作製し、
    当該製造方法は、前記熱処理する工程の後に、さらに、前記複合基板を前記多孔質層の部分で分離する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の基板の製造方法。
14. 少なくとも表面に絶縁体を有する第１の基板と表面に金属不純物を捕獲するためのゲッタリング層が形成された第２の基板とを準備する工程と、
    その表面に前記ゲッタリング層が配置されるように前記第１の基板と前記第２の基板とを結合して複合基板を作製する工程と、
    前記複合基板を熱処理する工程と、
    前記複合基板から前記ゲッタリング層を除去する工程と、
    を含むことを特徴とする基板の製造方法。
15. 前記準備する工程では、前記第１の基板に多孔質層を形成し、更に前記多孔質層の上に移設層を形成し、これにより第１の基板を作製し、
    当該製造方法は、前記熱処理する工程の後に、さらに、前記複合基板を前記多孔質層の部分で分離する工程を含むことを特徴とする請求項１４に記載の基板の製造方法。

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