【手続補正書】
【提出日】平成17年5月12日(2005.5.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  貼り合わせ基材の作製方法
【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の作製方法。
【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。
【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 non-single-crystal insulators";edited by G.W.Cullen,Journal of Crystal Growth,volume 63,no 3,pp 429〜590(1983)。
【０００３】
さらにここ数年においては、ＳＯＩが、ＭＯＳＦＥＴ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 1994）。
【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 Porous Oxidized 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.Crystal 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（ＲP ）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１３２０℃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／ｃｍ3 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.Maszara,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.Vol.20,267(1991)、H.Baumgart,et.al.Extended Abstract of ECS lst International Symposium of Wafer Bonding,pp-733(1991)、C.E.Hunt,Extended Abstract of ECS lst International Symposium of Wafer Bonding,pp-696(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４２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、１９９６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（Czochralski）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,Extended 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 Fault）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 Defect）、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の作製方法は、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。
【００４５】
また本発明の貼り合わせ基材の作製方法は、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】
また本発明の貼り合わせ基材の作製方法は、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】
また本発明の貼り合わせ基材の作製方法は、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】
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。
【００４９】
上記広範な多様な作用は、特開平５−２１１１２８号公報の様な通常のＳｉウエハであるＣＺ−Ｓｉの表面層をイオン注入で剥がす方法では不可能である。
【００５０】
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２．３３ｇ／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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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,Mat.Res.Soc.Symp.Proc.107(1988,Material Res.Soc.Pittsburgh,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。
【００５４】
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、ＳＯＩ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）。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
第２の基体としては、例えばＳｉ基板、Ｓｉ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。
【００７０】
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。
【００７１】
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ＦＺ−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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
第２の基体としては、例えばＳｉ基板、Ｓｉ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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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、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、ウエハ内、ウエハ間の膜厚均一性を損ねずに実施できる。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
＜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。
【００８６】
＜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。
【００８７】
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。
【００８８】
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４．３ｅＶであった。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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／ｍｉｎ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。
【００９４】
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ＳｉＯ2 を対向面として熱処理した場合を示す。
【００９５】
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。
【００９６】
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／ｃｍ2 ）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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
＜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 、ＳｉＨ2 ＋ＳｉＯ2 →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ＳｉＯ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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
＜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。
【０１０３】
＜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。
【０１０４】
＜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。
【０１０５】
＜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５４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。
【０１０６】
＜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。
【０１０７】
＜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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
＜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。
【０１１２】
＜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。
【０１１３】
＜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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
＜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。
【０１１６】
【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。
【０１１７】
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ＳｉＯ2 １３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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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Ｓｉ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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
［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ＳｉＯ2 ２３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ＳｉＯ2 ２５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。
【０１３４】
単結晶Ｓｉを堆積した場合には、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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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Ｓｉ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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
［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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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、３４，３７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３１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。
【０１５０】
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Ｓｉ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。
【０１５１】
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。
【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】
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。
【０１５６】
【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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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１００μｍφ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。
【０１６０】
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、ＦＺ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。
【０１６１】
次に本発明の実施例について具体的に説明する。
【０１６２】
（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５×１０16ｃｍ-2イオン注入した。
【０１６３】
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撹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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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０．２ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。
【０１６８】
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。
【０１６９】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓｉ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。
【０１７０】
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、ＦＰＤ，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。
【０１７１】
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撹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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
（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。
【０１７４】
該基板表面と別に用意した５００ｎｍ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、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撹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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
その後、極表面のみを研磨で平坦化した。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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０．２ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。
【０１８０】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓｉ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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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撹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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
（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。
【０１８５】
該ＳｉＯ2 層表面と別に用意した５００ｎｍ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撹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０．２ｎｍ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、Ｓｉ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。
【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撹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。
【０１９６】
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撹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】
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。
【０２００】
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０．２ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。
【０２０１】
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。
【０２０２】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓｉ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撹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。
【０２０７】
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撹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】
その後、極表面のみを研磨で平坦化した。
【０２１１】
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±１２ｎｍであった。
【０２１２】
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０．２ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。
【０２１３】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓｉ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撹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。
【０２１８】
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撹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】
その後、極表面のみを研磨で平坦化した。
【０２２２】
すなわち、透明なガラス基板上に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５０１ｎｍ±１５ｎｍであった。
【０２２３】
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０．２ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。
【０２２４】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓｉ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撹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。
【０２２９】
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撹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】
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。
【０２３３】
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０．２ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。
【０２３４】
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。
【０２３５】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓｉ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撹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。
【０２４０】
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。
【０２４１】
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ＳｉＯ2 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。
【０２４２】
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撹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。
【０２４３】
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。
【０２４４】
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。
【０２４５】
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。
【０２４６】
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０．２ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。
【０２４７】
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。
【０２４８】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓｉ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。
【０２４９】
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。
【０２５０】
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撹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。
【０２５１】
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。
【０２５２】
（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。
【０２５３】
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Ｓｉ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。
【０２５４】
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。
【０２５５】
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撹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。
【０２５６】
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。
【０２５７】
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。
【０２５８】
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。
【０２５９】
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０．２ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。
【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】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓｉ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。
【０２６２】
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。
【０２６３】
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撹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。
【０２６４】
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。
【０２６５】
（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。
【０２６６】
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、４９％弗酸と３０％過酸化水素水との混合液で撹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。
【０２６７】
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。
【０２６８】
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。
【０２６９】
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。
【０２７０】
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０．２ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。
【０２７１】
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。
【０２７２】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓｉ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。
【０２７３】
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。
【０２７４】
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撹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。
【０２７５】
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。
【０２７６】
（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。
【０２７７】
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撹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、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。
【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０．２ｎｍ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、Ｓｉ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撹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。ＳｉＯ2 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。
【０２８８】
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撹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】
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。
【０２９２】
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。
【０２９３】
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０．２ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。
【０２９４】
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。
【０２９５】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓｉ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。
【０２９６】
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。
【０２９７】
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撹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。
【０２９８】
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。
【０２９９】
（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。
【０３００】
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＋Ｈ2Ｏ2 ＋アルコール，
バッファードＨＦ＋Ｈ2Ｏ2 ，
バッファードＨＦ＋アルコール，
バッファードＨＦ＋Ｈ2Ｏ2 ＋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。
【０３０１】
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。
【０３０２】
（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３００ｎｍ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、ＳＯＩウエハが作製された。
【０３０３】
移設された単結晶シリコンの膜厚を面内１０ｍｍ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。
【０３０４】
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。
【０３０５】
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。
【０３０６】
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。
【０３０７】
（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。
【０３０８】
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撹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。
【０３０９】
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。
【０３１０】
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。
【０３１１】
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。
【０３１２】
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０．２ｎｍで通常市販されているＳｉウエハと同等であった。
【０３１３】
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。
【０３１４】
透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Ｓｉ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。
【０３１５】
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。
【０３１６】
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撹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。
【０３１７】
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。
【０３１８】
【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。
【０３１９】
ＣＺ−Ｓｉウエハには、フローパターンディフェクト（ＦＰＤ：Flow Patten Defect）（T.Abe,Extended 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 Fault）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。
【０３２０】
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。
【０３２１】
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。
【０３２２】
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。
【０３２３】
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。
【０３２４】
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。
【０３２５】
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。
【０３２６】
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。
【０３２７】
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。
【０３２８】
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。
【０３２９】
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。
【０３３０】
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。
【０３３１】
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。
【０３３２】
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。
【０３３３】
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。
【０３３４】
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。
【０３３５】
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Ｓｉ基体は再利用することが可能である。
【０３３６】
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ＳＯＩ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。
【０３３７】
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。
【０３３８】
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。
【０３３９】
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Ｓｉ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。
【０３４０】
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。
【０３４１】
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。
【０３４２】
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、ＳＩＭＯＸ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。
【０３４３】
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。
【０３４４】
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。
【０３４５】
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。
【０３４６】
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Ｓｉ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】
１１，２１，３１，４１，５１  Ｓｉ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
２３  ＳｉＯ2 層
４２，５２  多孔質Ｓｉ
４３，５３  単結晶薄膜
４４，５４  支持基板