(57)【要約】  【課題】  高性能な半導体基板を有する複合基板及びその製造方法を提供する。  【解決手段】  絶縁材料からなる支持基板１０と、支持基板１０上に配置された、Ａｌ，Ｔｉ，ＷおよびＺｒのいずれかの化合物である絶縁材料を主成分とする第１中間層３０ｘと、第１中間層３０ｘ上に配置された第２中間層３０ｙと、第２中間層３０ｙ上に配置された単結晶の半導体層２２とを有し、第１中間層３０ｘには、支持基板１０を構成する主成分の元素と、半導体層２２を構成する主成分の元素と、Ａｌ，Ｔｉ，ＷおよびＺｒとを除く金属原子が、厚み方向において支持基板１０と接する側から離れるにつれて濃度が低くなるように分布している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材料からなる支持基板と、
前記支持基板上に配置された、Ａｌ，Ｔｉ，ＷおよびＺｒのいずれかの化合物である絶縁材料を主成分とする第１中間層と、
前記第１中間層上に配置された、前記支持基板および前記第１中間層とは異なる金属元素の化合物である絶縁性材料を主成分とする第２中間層と、
前記第２中間層上に配置された単結晶の半導体層とを有し、
前記第１中間層には、前記支持基板を構成する主成分の元素と、前記半導体層を構成する主成分の元素と、Ａｌ，Ｔｉ，ＷおよびＺｒとを除く金属原子が、厚み方向において前記支持基板と接する側から離れるにつれて濃度が低くなるように分布している複合基板。
【請求項２】
前記第２中間層は、前記半導体層を構成する元素を主成分として含む、請求項１に記載の複合基板。
【請求項３】
前記第１中間層および前記第２中間層は、アモルファスまたは多結晶である、請求項１または２に記載の複合基板。
【請求項４】
前記支持基板は、サファイア基板であり、前記第１中間層は、酸化アルミニウムからなり、前記第２中間層は、酸化シリコンからなり、前記半導体層は、単結晶シリコンからなる、請求項１乃至３のいずれかに記載の複合基板。
【請求項５】
絶縁材料からなる支持基板を準備する工程と、
低抵抗の単結晶半導体基板上に、厚み方向に前記単結晶半導体基板と接する側から離れるにつれてドーパントの濃度が低下するようなドーパント濃度変化領域を有するエピタキシャル膜を形成する工程と、
前記エピタキシャル膜の表面に、前記単結晶半導体基板を構成する主成分との化合物である絶縁性材料を主成分とする第２中間層を形成する工程と、
前記第２中間層の表面に、Ａｌ，Ｔｉ，ＷおよびＺｒのいずれかの化合物からなる絶縁材料を主成分とする第１中間層を形成する工程と、
前記第１中間層の表面および前記支持基板の一主面を常温で活性化する工程と、
活性化した前記第１中間層の前記表面および前記支持基板の前記一主面を、前記支持基板を構成する主成分の元素と、前記エピタキシャル膜を構成する主成分の元素と、Ａｌ，Ｔｉ，ＷおよびＺｒとは異なる金属材料を挟持して接触させることによって両者を接合する工程と、
前記エピタキシャル膜のうち、前記第２中間層側の面から続く一部を半導体層として残すように、前記単結晶半導体基板および前記エピタキシャル膜の前記ドーパント濃度変化領域の少なくとも一部を、ドーパント濃度によってエッチングレートが変わるエッチャントを用いて選択エッチングして除去する工程と、
前記金属材料を構成する金属元素と前記第１中間層を構成する主成分の元素とが凝集開始する温度に比べて高い温度で加熱することにより、前記金属材料を構成する金属原子を、前記第１中間層中において前記支持基板に接する側の面から離れるにつれてその濃度が低下するように移動・固定化させる工程とを有し、
前記第１中間層を形成する工程および前記第２中間層を形成する工程は、それぞれ前記エピタキシャル層の前記ドーパントが飽和しない温度で前記第１中間層または前記第２中間層を形成する、複合基板の製造方法。
【請求項６】
前記第１中間層を形成する工程において、前記第１中間層をＡＬＤ法で形成し、
前記第２中間層を形成する工程において、前記第２中間層をスパッタリング法またはＡＬＤ法で形成する、請求項５記載の複合基板の製造方法。
【請求項７】
前記エピタキシャル膜を形成する工程において、前記ドーパントとしてＢを用いて前記エピタキシャル膜をＳｉで形成する、請求項５または６に記載の複合基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板を有する複合基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の性能向上を図るべく、寄生容量を減らす技術の開発が進められている。この寄生容量を減らす技術として、ＳＯＳ（Silicon On Sapphire）構造がある。こ
のＳＯＳ構造は異種材料からなる基板を接合する必要がある。このような異種材料からなる基板を接合する方法として、例えば特許文献１に記載された技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３４３３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載された技術では、接合面を活性化させるためにイオンビームや中性子ビームを照射した際に、接合装置のチャンバー内に浮遊する金属が接合界面に混入する恐れがある。このため、ＳＯＳ構造を形成する際に特許文献１に記載された技術を適用したとしても、金属が半導体素子の機能層となるシリコン側に拡散し、半導体素子の動作に悪影響を及ぼす恐れがあった。
【０００５】
本発明は、上述の事情のもとで考え出されたものであって、半導体層への金属の混入を抑制した複合基板の製造方法および複合基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の複合基板に係る実施形態では、絶縁材料からなる支持基板と、前記支持基板上に配置された、Ａｌ，Ｔｉ，ＷおよびＺｒのいずれかの化合物である絶縁材料を主成分とする第１中間層と、前記第１中間層上に配置された、前記支持基板および前記第１中間層とは異なる金属元素の化合物である絶縁性材料を主成分とする第２中間層と、前記第２中間層上に配置された単結晶の半導体層とを有し、前記第１中間層には、前記支持基板を構成する主成分の元素と、前記半導体層を構成する主成分の元素と、Ａｌ，Ｔｉ，ＷおよびＺｒとを除く金属原子が、厚み方向において前記支持基板と接する側から離れるにつれて濃度が低くなるように分布しているものである。
【０００７】
本発明の複合基板の製造方法に係る実施形態では、絶縁材料からなる支持基板を準備する工程と、低抵抗の単結晶半導体基板上に、厚み方向に前記単結晶半導体基板と接する側から離れるにつれてドーパントの濃度が低下するようなドーパント濃度変化領域を有するエピタキシャル膜を形成する工程と、前記エピタキシャル膜の表面に、前記単結晶半導体基板を構成する主成分との化合物である絶縁性材料を主成分とする第２中間層を形成する工程と、前記第２中間層の表面に、Ａｌ，Ｔｉ，ＷおよびＺｒのいずれかの化合物からなる絶縁材料を主成分とする第１中間層を形成する工程と、前記第１中間層の表面および前記支持基板の一主面を常温で活性化する工程と、活性化した前記第１中間層の前記表面および前記支持基板の前記一主面を、前記支持基板を構成する主成分の元素と、前記エピタキシャル膜を構成する主成分の元素と、Ａｌ，Ｔｉ，ＷおよびＺｒとは異なる金属材料を挟持して接触させることによって両者を接合する工程と、前記エピタキシャル膜のうち、前記第２中間層側の面から続く一部を半導体層として残すように、前記単結晶半導体基板および前記エピタキシャル膜の前記ドーパント濃度変化領域の少なくとも一部を、ドーパ
ント濃度によってエッチングレートが変わるエッチャントを用いて選択エッチングして除去する工程と、前記金属材料を構成する金属元素と前記第１中間層を構成する主成分の元素とが凝集開始する温度に比べて高い温度で加熱することにより、前記金属材料を構成する金属原子を、前記第１中間層中において前記支持基板に接する側の面から離れるにつれてその濃度が低下するように移動・固定化させる工程とを有し、前記第１中間層を形成する工程および前記第２中間層を形成する工程は、それぞれ前記エピタキシャル層の前記ドーパントが飽和しない温度で前記第１中間層または前記第２中間層を形成するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、金属拡散を抑制した半導体層を有する複合基板およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の１つの実施形態に係る複合基板の製造方法の製造工程の一例を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は図１の後の製造工程を示す断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の１つの実施形態に係る複合基板の製造方法により製造した複合基板の概略構成を示す平面図であり、（ｂ）は複合基板を斜視した部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の複合基板の実施形態の一例について、その製造方法とともに、図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
＜支持基板準備工程＞
まず、図１（ａ）に示すように、支持基板１０を用意する。支持基板１０は絶縁材料からなる。支持基板１０は、後述の工程でその上部に位置することとなる後の半導体層２２を含む構造体を支持するものである。そして、支持基板１０は、半導体層２２を支持できる強度、平坦度を有するものであれば、自由に選択することができる。支持基板１０を構成する材料としては、酸化アルミニウム単結晶（サファイア）、炭化ケイ素基板などの絶縁性を有する単結晶基板を用いることができる。本実施形態では、支持基板１０としてサファイアを採用する。サファイアの結晶面は特に限定されないが、Ｒ面を用いることが好ましい。Ｒ面を用いることにより、後述のエピタキシャル膜２１を構成するＳｉとの格子定数を近付けることができる。
【００１２】
この支持基板１０の厚みとしては、例えば、４００〜８００〔μｍ〕の範囲が挙げられる。
【００１３】
支持基板１０のＤ１方向の上面、すなわち一方主面１０ａは、その算術平均粗さが小さいことが好ましく、具体的には５ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００１４】
＜エピタキシャル膜形成工程＞
次に、図１（ｂ）に示すように、単結晶半導体基板２０（単に半導体基板２０ということもある）を用意する。ここで、半導体基板２０を構成する材料として、例えばシリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）を用いることができる。この例では、Ｓｉで形成された半導体基板２０を準備する。半導体基板２０は、ｐ型またはｎ型のいずれでもよく、その抵抗値も適宜選択できるが、低抵抗な電気特性を有するように、ドーパント濃度として、相対的に高濃度のｐ＋＋およびｎ＋＋、ならびに中濃度のｐ＋およびｎ＋のものを採用する。ｐ＋＋のドーパント濃度としては、１×１０１８以上１×１０２１〔ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ３〕以下の範囲が挙げられる。ｐ＋のドーパント濃度としては、１×１０１６以上１×１０１８〔ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〕未満の範囲が挙げられる。ｎ＋＋のドーパント濃度としては、５×１０１７以上１×１０２１〔ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〕以下の範囲が挙げられる。ｎ＋のドーパント濃度としては、５×１０１５以上５×１０１７〔ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〕未満の範囲が挙げられる。本実施形態では、ｐ型でドーパント濃度がｐ＋＋のものを採用する。なお、「ｐ」および「ｎ」の右上に記載している「＋＋」および「＋」の記載は、シリコンの抵抗値を基準とするものである。
【００１５】
この半導体基板２０の上面（図のＤ２方向）にエピタキシャル膜２１を成長させる。エピタキシャル膜２１も単結晶Ｓｉで形成されている。エピタキシャル成長の方法としては、単結晶半導体基板２０を加熱しながら、当該単結晶半導体基板２０の表面に気体状のシリコン化合物を通過させて熱分解させて成長させる熱化学気相成長法（熱ＣＶＤ法）などの種々の方法を採用できる。このエピタキシャル膜２１は、シリコン基板の上にエピタキシャル成長させているので、サファイア基板の上にエピタキシャル成長させた場合（所謂ヘテロエピ成長の場合）に比べて格子欠陥を少なくすることができる。また、真空中においてエピタキシャル成長させるため、その膜中の酸素含有量をＣＺ法で形成したシリコン基板に比べて極めて低く抑えることができる。具体的にはＣＺ法で形成したシリコン基板では酸素が、１０１８〔ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〕以上存在するのに対して、エピタキシャル膜２１では２×１０１７〔ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〕以下とすることができる。
【００１６】
ここで、エピタキシャル膜２１のドーパント濃度は、単結晶半導体基板２０よりもドーパントが少ないものを採用できる。この例では、エピタキシャル膜２１は、単結晶半導体基板２０と接する面から上面側に向かって、すなわちＤ１方向からＤ２方向に向かって、ドーパント濃度が徐々に低くなるように形成されるドーパント濃度変化領域２１ｘを有する。エピタキシャル膜２１のうちドーパント濃度変化領域２１ｘ以外の領域では、ドーパント濃度変化領域２１ｘ中の最も低いドーパント濃度よりも低い濃度であればよく、ドーパント濃度傾斜はなくてもよいし、ドーパント濃度変化領域２１ｘから続いて上面部まで連続的に減少するようなドーパント濃度傾斜を有していてもよい。
【００１７】
このエピタキシャル膜２１のＤ２方向における上面部は、相対的に低濃度のｐ−およびｎ−のドーパント濃度、ならびにノンドープのいずれか１つとなるように形成される。ｐ−のドーパント濃度としては、１×１０１６〔ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〕以下の範囲が挙げられる。ｎ−のドーパント濃度としては、５×１０１５〔ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〕以下の範囲が挙げられる。ここで「ノンドープのシリコン」としているものは、単に不純物を意図してドープしないシリコンであって、不純物を含まない真性シリコンに限られるものではない。この例ではドーパントとしてボロン（Ｂ）を用いている。
【００１８】
このようなドーパントの濃度分布は、成膜時にドーパント供給量を調整することにより形成してもよいし、半導体基板２０のドーパントを拡散させながら形成してもよい。
【００１９】
また、エピタキシャル膜２１の厚みは、特に限定されないが、例えば２μｍ程度とすればよい。
【００２０】
＜第２中間層形成工程＞
次に、図１（ｃ）に示すように、エピタキシャル膜２１のＤ２方向の上面に、第２中間層３０ｙを形成する。第２中間層３０ｙは、絶縁体であり、支持基板１０を構成する主成分の金属元素を含まず、かつ、後の半導体層２２を含むエピタキシャル膜２１を構成する主成分の元素を主成分として含むものとすることが好ましい。このような構成とすることにより、半導体層２２への不要の不純物の混入を抑制することができる。
【００２１】
このような第２中間層３０ｙとしては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）を用いることができる。成膜方法としては、原子層堆積（Atomic Layer Deposition ：ＡＬＤ）法、スパッタ法等、成膜時に基板を高温で加熱する必要のないものを用いる。具体的な成膜温度の上限値としては、エピタキシャル膜２１におけるドーパント濃度分布を変化させないような温度が好ましく、５００℃以下とする。ＡＬＤ法やスパッタ法により成膜する場合には、基板温度は２００℃〜４００℃程度であるため、エピタキシャル膜２１中のドーパント濃度分布を変化させることがない。特に、ドーパントとしてＢを用いている場合には、他の元素をドーパントとして用いる場合に比べて拡散しにくいため、より確実に成膜によるドーパント濃度分布変化を抑制することができる。
【００２２】
この例ではＡＬＤ法により成膜している。具体的には、シリコンを原料として含むテトラエチルオシロシリケートや四塩化珪素，六塩化珪素，ＴＥＯＳ，アルキルシラン、アルコキシシラン、アミノシラン、フッ化アルコキシシラン、ハロゲンシラン等の金属原料ガスと、酸素を原料として含む水蒸気やオゾンガス等の酸素供給ガスとを交互に基板表面に流し、各ガスの間には、Ａｒ等の不活性ガスでパージすることで第２中間層３０ｙを形成する。
【００２３】
なお、第２中間層３０ｙの結晶性は特に限定されず、多結晶体やアモルファスとして、後の半導体層２２を含むエピタキシャル層２１よりも低い結晶性を有するものとしてもよい。
【００２４】
このような、第２中間層３０ｙの厚みとしては特に限定されず、１００ｎｍ以下の範囲を例示できるが、例えば３０ｎｍとすればよい。
【００２５】
＜第１中間層形成工程＞
次に、図１（ｄ）に示すように、第２中間層３０ｙのＤ２方向の上面（第２中間層３０ｙのうちエピタキシャル膜２１と接する側と反対側の面）に、第１中間層３０ｘを形成する。第１中間層３０ｘは、Ａｌ，Ｔｉ，Ｗ，Ｚｒのいずれかを主成分の１つとする絶縁体からなる。例えば、Ａｌ，Ｔｉ，Ｗ，Ｚｒの酸化物、窒化物等が挙げられる。特に、支持基板１０を構成する主成分を構成する金属元素を含むことが好ましい。このため、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）とすることが好ましい。
【００２６】
このような第１中間層３０ｘは、ＡＬＤ法、スパッタ法等、成膜時に基板を高温で加熱する必要のない方法により成膜する。具体的な成膜温度の上限値としては、エピタキシャル膜２１におけるドーパント濃度分布を変化させないような温度が好ましく、５００℃以下とする。ＡＬＤ法やスパッタ法により成膜する場合には、基板温度は２００℃〜４００℃程度であるため、エピタキシャル膜２１中のドーパント濃度分布を変化させることがない。理由については後述するが、特にＡＬＤ法により成膜することが好ましい。
【００２７】
より具体的には、アルミニウムを原料としたトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）と、Ｈ２Ｏガスまたは酸素ガスから発生させたラジカル酸素とを交互に基板表面に流し、各ガスの間には、Ａｒ等の不活性ガスでパージすることで第１中間層３０ｘを形成する。この成膜は約０．１ｎｍ／一原子層形成サイクルで形成し、１サイクルにかかる時間は数秒程度である。第１中間層３０ｘの厚みは約５０ｎｍとすればよいが、タクトタイムの関係から、１００ｎｍ以下で形成するとよい。
【００２８】
ここで、ＡＬＤ法において第１中間層３０ｘの成膜温度は、通常のＡＬＤ窓と言われる温度範囲内で決定される。ここでＡＬＤ窓(ALD window)とは、均一な膜厚を得ることのできる、ＡＬＤ法で用いられる前駆体（この例であればＴＭＡとＨ２Ｏ）に特有の温度範囲を示す。ＴＭＡとＨ２Ｏを用いる場合には、この温度範囲として２００℃〜３００℃を例
示することができる。このように、第１中間層３０ｘを通常の成膜方法に比べて低温で形成することができるので、エピタキシャル膜２０中のドーパント分布状態を変化させることなく成膜することができる。
【００２９】
このようにして形成した第１中間層３０の結晶性は特に限定されず、多結晶体やアモルファスとして、後の半導体層２２を含むエピタキシャル層２１よりも低い結晶性を有するものとしてもよい。
【００３０】
第１中間層３０ｘの厚みとしては特に限定されず、１００ｎｍ以下の範囲を例示できるが、例えば５０ｎｍとすればよい。
【００３１】
また、第１中間層３０ｘ及び第２中間層３０ｙを併せた中間層は、後の半導体層２２から発生する熱を効率よく放熱するために、また、不要の寄生容量を形成しないためにも薄いことが好ましい。この厚みは、後の工程で第２中間層３０ｙ内に分布させる金属材料４０の絶対量に応じて決定するが、例えば中間層全体で４０ｎｍ以下とし、特に５ｎｍ以下とすることが好ましい。また、第１中間層３０ｘと第２中間層３０ｙとの膜厚は異なっていてもよい。
【００３２】
＜接合工程＞
次に、図２（ａ）に示すように、支持基板１０の一方主面１０ａと、第１中間層３０ｘの上面とを活性化し、この活性化した両表面を対向させるようにして、支持基板１０と、単結晶半導体基板２０上にエピタキシャル膜２１、第２中間層３０ｙ、第１中間層３０ｘを順に積層した積層体とを配置する。表面を活性化する方法としては、例えば真空中でイオンビームや中性子ビームを照射して表面をエッチングして活性化する方法、化学溶液で表面をエッチングして活性化する方法などが挙げられる。
【００３３】
この活性化した両表面に、金属材料４０を供給する。具体的には、金属材料４０は、支持基板１０を構成する主成分の元素と、後の半導体層２２を含むエピタキシャル膜２１を構成する主成分の元素と、第１中間層３０ｘを構成する主成分の元素とを除く金属元素からなる。このような金属元素の材料を、支持基板１０の一方主面１０ａと、第１中間層３０ｘの上面とを活性化する際に同時に活性化し、原子を放出させ、対向配置された持基板１０の一方主面１０ａと、第１中間層３０ｘの上面との間に供給する。
【００３４】
このような金属材料４０を構成する金属元素としては、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ等を例示することができる。金属材料４０は層状に存在させてもよいし、点在させてもよい。
【００３５】
なお、図面においては、金属材料４０の存在を誇張して表示しているが、実際にはごく微量であり、例えば、１×１０１６〔ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〕未満としている。
【００３６】
次に、図２（ｂ）に示すように、活性化した支持基板１０の一方主面１０ａと、第１中間層３０ｘの上面とを接触させることにより、間に金属材料４０を挟持させた状態で、両者を接合する。この接合を常温下で行ってもよい。常温下で接合することにより、エピタキシャル膜２０中のドーパント分布を変化させることなく接合することができる。ここで、「常温」とは、室温程度が好ましいが、一般的な異種材料の基板接合技術において用いられる接合温度よりも低い温度範囲も含むものとする。例えば、３００℃未満を例示できる。
【００３７】
なお、この接合に際しては、樹脂系などの接着剤を使用しない方法が採用され、原子間力などを利用した固相接合（Solid State Bonding）によって、第１中間層３０ｘと支持
基板１０とが直接的に接合される。この固相接合によって接合する場合には、第１中間層３０ｘおよび支持基板１０は、接合する面の面粗さが小さいことが好ましい。この面粗さは、例えば算術平均粗さＲａで表される。この算術平均粗さＲａの範囲としては、１０ｎｍ未満が挙げられる。算術平均粗さを小さくすることによって、互いに接合する際に加える圧力を小さくすることができる。
【００３８】
ここで、金属材料４０は、島状に点在していてもよいし、層を構成していてもよい。層を構成する場合であってもその厚みは５ｎｍ以下とする。この金属材料４０は、支持基板１０の一方主面１０ａと、第１中間層３０ｘの上面とを接合する際に、接合強度を高める働きがある。
【００３９】
ここまでの工程を経ることによって、支持基板１０と単結晶半導体基板２０との間に、第１中間層３０ｘ，第２中間層３０ｙおよびエピタキシャル膜２１を有する中間構造体ができる。
【００４０】
なお、理由は明らかではないが、第１中間層３０ｘをＡＬＤ法以外の他の薄膜形成方法（スパッタリング法等）で作製したときには、表面を活性化して常温で接触させても、第１中間層３０ｘと支持基板１０とを接合することができない。
【００４１】
＜エッチング工程＞
次に図２（ｃ）に示すように、単結晶半導体基板２０及びエピタキシャル膜２１で構成される半導体部分の一部を除去し、所望の厚みに調整する。
【００４２】
具体的には、矢印Ｄ１方向側（単結晶半導体基板２０のうちエピタキシャル膜２１に接していない側の面）から加工して、単結晶半導体基板２０およびエピタキシャル膜２１のドーパント濃度変化領域２１ｘの少なくとも厚み方向の一部を除去する。ここで、単結晶半導体基板２０およびエピタキシャル膜２１の厚み方向の一部を除去する方法としては、例えば砥粒研磨、化学エッチング、イオンビームエッチングなど種々のものが採用でき、複数の方法を組み合わせてもよい。この例では、ドーパント濃度によりエッチングレートが変わるエッチャントを用いて選択エッチングを行なう。
【００４３】
この選択エッチングでは、ドーパント濃度の違いによってエッチングの速度が大きく変化する、選択性のエッチング液を採用することで可能となる。この選択性のエッチング液としては、例えばフッ酸、硝酸、および酢酸の混合液、ならびにフッ酸、硝酸、および水の混合液などが挙げられる。本実施形態では、フッ酸、硝酸、および酢酸の混合液をエッチング液として採用する。このエッチング液は、ｐ型シリコンを採用している本変形例において、ドーパント濃度の減少とともにエッチングレートが低下し、ドーパント濃度が７×１０１７〜２×１０１８［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］を境にしてエッチング速度が著しく低下するように調整されている。このような急激にエッチングレートが変化するドーパント濃度を閾値とする。なお、選択性のエッチングをする他の方法としては、５％程度のフッ化水素溶液内での電界エッチング法、ＫＯＨ溶液でのパルス電極陽極酸化法などが挙げられる。
【００４４】
ここで、半導体基板２０はドーパント濃度が高く、エピタキシャル膜２１は、単結晶半導体基板２０と接する面から離れるに従いドーパント濃度が低下していくドーパント濃度変化領域２１ｘを有する構成となっている。さらに、このドーパント濃度変化領域２１ｘの厚み方向の途中において、ドーパント濃度が閾値となるように設定している。言い換えると、半導体基板２０及びエピタキシャル膜２１のドーパント濃度変化領域２１ｘの内半導体基板２０に接する側の面のドーパント濃度は閾値よりも大きく、エピタキシャル膜２１のドーパント濃度変化領域２１ｘのうち、半導体基板２０と反対側の面のドーパント濃
度は閾値よりも小さくなっている。
【００４５】
このため、単結晶半導体基板２０側から、エピタキシャル膜２１のドーパント濃度変化領域２１ｘの厚み方向の途中まで、選択エッチング液を用いて一工程で除去し、かつ、所望の厚さを残してエッチングを停止することができる。
【００４６】
エピタキシャル膜２１の残存部の上面を精密研磨して、厚みの均一性を向上させてもよい。この精密エッチングに用いるエッチング手段としては、例えばドライエッチングが挙げられる。このドライエッチングには、化学的な反応によるものと、物理的な衝突によるものとが含まれる。化学的な反応を利用するものとしては、反応性の気体（ガス）、イオンおよびイオンビーム、ならびにラジカルを利用するものなどが挙げられる。この反応性イオンに使われるエッチングガスとしては、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、四フッ化炭素（ＣＦ４）などが挙げられる。また、物理的な衝突によるものとしては、イオンビームを利用するものが挙げられる。このイオンビームを利用するものには、ガス・クラスタ・イオンビーム（Gas Cluster Ion Beam；ＧＣＩＢ）を用いた方法が含まれている。これらのエッチング手段を用いて狭い領域をエッチングしながら、可動ステージで基板を走査することで、大面積の素材基板であっても良好に精密エッチングをすることができる。
【００４７】
このような工程を経て、エピタキシャル膜２１のうち残った部分を、機能層として機能する半導体層２２とする。
【００４８】
＜移動・固定化工程＞
次に、図２（ｄ）に示すように、支持基板１０上に第１中間層３０ｘ、第２中間層３０ｙ、半導体層２２が積層されたものを加熱する。加熱温度としては、金属材料４０を構成する金属元素と第１中間層３０ｘを構成する元素とが凝集開始する温度以上の温度とする。第１中間層３０ｘが薄膜であるため、バルク体の物性値とは異なるが、例えば、ＡｌとＦｅとの組み合わせの場合には５５０℃程度と考えられる。このような熱処理を行なうことにより、金属材料４０を構成する金属原子が半導体層２２側へと移動を開始する。ここで、第１中間層３０ｘはＡｌ，Ｔｉ，ＷおよびＺｒのいずれかを含有しており、金属原子のゲッタリング能力が高い。このため、第１中間層３０ｘ中において、金属材料４０を構成する金属原子と第１中間層３０ｘを構成するＡｌ，Ｔｉ，ＷおよびＺｒのいずれかの原子とが反応し、金属原子が固定化される。このようにして、金属材料４０を、第１中間層３０ｘにおいて、支持基板１０と接する側の面から離れるにつれて濃度が低くなるように分布させることができる。
【００４９】
このような工程を経て、図３に示すような、支持基板１０と半導体層２２との間に第１中間層３０ｘ、第２中間層３０ｙを有し、且つ、第１中間層３０ｘ中にのみ、金属元素４０が存在し、その濃度は、厚み方向において支持基板１０から離れるにつれて減少するように分布している、複合基板１００を得ることができる。
【００５０】
なお、上述の工程では、基板等を洗浄する工程を明記していないが、必要に応じて基板の洗浄をしてもよい。基板の洗浄方法としては、超音波を用いた洗浄、有機溶媒を用いた洗浄、化学薬品を用いた洗浄、およびＯ２アッシングを用いた洗浄などの種々の方法が挙げられる。これらの洗浄方法は、組み合わせて採用してもよい。
【００５１】
複合基板１００は、支持基板１０と半導体層２２との間に２種類の中間層３０ｘ、３０ｙを有する。半導体層２２を含む構造体と支持基板１０とを接合するときに、その接合界面に存在し接合強度を確保する金属材料４０は、熱処理により移動・拡散可能である。このような金属材料４０を、金属のゲッタリング効果の高い第１中間層３０ｘにより、固定化し、第１中間層３０ｘ内に留めることができる。そして、半導体層２２に比べ金属材料
４０が凝集・移動・拡散しにくい第２中間層３０ｙにより、確実に半導体層２２への金属元素の拡散を防止するとともに、半導体層２２と構成元素の異なる第１中間層３０ｘの影響を低減することができる。
【００５２】
すなわち、中間層として、中間層の全てを第２中間層３０ｙのみとすると、金属材料４０の拡散を十分に抑制することができなかった。特に、支持基板１０と半導体層２２との間に介在する中間層の厚みは熱伝導性、寄生容量等を考慮すると５０ｎｍ以下であることが望ましい。これに対して、中間層の全てを第２中間層３０ｙで構成し、その厚みを薄くしていくと、金属材料４０の半導体層２２への拡散・凝集を抑制することが困難になってくる。このため、第２中間層３０ｙに比べ金属原子へのゲッタリング効果の高い元素を含む第１中間層３０ｘを追加することにより、薄い膜厚であっても半導体層２２への金属材料４０の拡散・凝集を抑制することができる。特に、第１中間層３０ｘとしてＡｌを主成分の１つとするときには、支持基板１０を構成するサファイアのＡｌ原子との同一金属間の接合となるため、接合強度を確保することができる。
【００５３】
一方、中間層の全てを第１中間層３０ｘのみで構成する場合には、Ａｌ元素等の影響が半導体層２２に及ぶ可能性があるため、中間層を２層に分けることが重要である。
【００５４】
上述より、第２中間層３０ｙの膜厚は、第１中間層３０ｘよりも薄くてもよく、例えば１／５以下とすることができる。これは、第２中間層３０ｙは、第１中間層３０ｘ側から半導体層２２側への金属材料４０を構成する金属原子、及び第１中間層３０ｘを構成する金属原子の影響を抑制するキャップ層としての機能を有するものであるのに対して、第１中間層３０ｘは金属材料４０を固定化するために金属原料４０の量に応じた膜厚が必要であることに起因する。これより、第１中間層３０ｘは金属原料４０の量により厚みが規定され、第２中間層３０ｙは第１中間層３０ｘの厚みに応じて厚みが規定される。なお、本実施形態のような製造工程を経れば、第１中間層３０ｘの厚みは２０ｎｍあれば必要十分以上に機能を奏することを確認している。
【００５５】
このようなメカニズムにより、半導体層２２を含む構造体と支持基板１０とを接合するときにその接合界面に存在し接合強度を確保する金属材料４０の半導体層２２側への拡散を抑制できるものとなる。このため、複合基板１００の半導体層２２に半導体素子を作りこんだときに動作が安定した、信頼性の高いものとすることができる。
【００５６】
また、複合基板１００によれば、半導体層２２はホモエピタキシャル成長させたものであることから、格子欠陥を少なくすることができる。
【００５７】
また、上述の工程を経ることにより、接合時に金属材料４０が混入する恐れのある領域を、第１中間層３０ｘと支持基板１０との界面に限定することができる。このため、第１中間層３０ｘと第２中間層３０ｙとの２段回で確実に金属元素の拡散を抑制することができる。
【００５８】
また、この例では、第１中間層３０ｘと接する半導体層２２は、エピタキシャル成長して形成した膜で構成される。このような半導体層２２は、真空中で形成されるため、ＣＺ法で形成されたシリコン単結晶基板よりも酸素濃度及び不純物濃度が低い。具体的には、半導体層２２の酸素濃度は２×１０１７〔ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〕未満としている。このような構成により、金属と結合しやすい酸素原子が少ないため、半導体層基板２０中に金属が拡散・固溶・析出することを抑制することができる。特に、金属がＦｅである場合には、ＯＳＦ欠陥の発生を抑制することができる。
【００５９】
さらに、この例では、中間層を構成する材料として、支持基板１０を構成する元素また
は半導体層２２を構成する元素と同じ材料を選択している。このような材料を選択することにより、不純物と成り得る支持基板１０および半導体層２２を構成する元素以外の元素の混入を防ぐことができる。
【００６０】
そして、中間層３０ｘ、３０ｙの結晶性を低くすることにより、粒界や欠陥部に金属材料４０をトラップすることができるので好ましい。この観点から、特に第１中間層３０ｘの結晶性を低くすることが好ましい。
【００６１】
（変形例：第１中間層３０ｘ，第２中間層３０ｙの結晶性）
上述の例では、第１中間層３０ｘおよび第２中間層３０ｙの結晶性は共に支持基板１０および半導体層２２に比べ低いものとしたが、同様に単結晶としてもよいし、第１中間層３０ｘと第２中間層３０ｙとで結晶性を変えてもよい。
【００６２】
第１中間層３０ｘに比べ、第２中間層３０ｙの結晶性をよくする場合には、第１中間層３０ｘの金属材料４０に対するトラップ（捕捉）効果を高めると共に、金属の移動拡散が困難な第２中間層３０ｙを金属拡散に対する蓋のように機能させることができる。
【実施例】
【００６３】
上述のような製造方法を経て複合基板１００を形成した。具体的には、支持基板１０としてサファイア単結晶基板を用い、第１中間層３０ｘとしてＡＬＤ法で形成したＡｌＯｘ膜を用い、第２中間層としてＡＬＤ法で形成したＳｉＯｘ膜を用い、半導体層２２としてエピタキシャル成長により形成されたＳｉ単結晶膜を用い、金属材料４０としてはＦｅ，Ｎｉ，Ｃｕを用いた。第１中間層３０ｘ，第２中間層３０ｙの膜厚は共に２０ｎｍとした。接合後の移動・固定化工程における熱処理は、半導体層２２に半導体素子を作りこむときの熱酸化工程で兼ねた。具体的には、１０００℃で酸素雰囲気下で所望の厚みの熱酸化膜が表面に形成できるまで熱処理を行ない、金属材料４０を構成する金属原子を移動・固定化した。
【００６４】
このようにして形成した複合基板１００について、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析計；ＣＡＭＥＣＡ製  ＩＭＳ−７ｆ）により深さ方向の濃度分布を測定した。具体的には、半導体層２２表面側から、一次イオン種としてＯ２＋を用い、一時加速電圧を１０ｋＶと設定し、直径３０μｍの領域についてデプスプロファイルを測定した。
【００６５】
その結果、半導体層２２へ、金属材料４０を構成するＦｅ，Ｎｉ，Ｃｕ、及び第１中間層ｘ，半導体基板１０を構成するＡｌの検出量は検出下限以下となっており、第１中間層３０ｘおよび金属材料４０の拡散を抑制できたことを確認した。
【符号の説明】
【００６６】
１０・・・支持基板
２２・・・半導体層
３０ｘ・・第１中間層
３０ｙ・・第２中間層
４０・・・金属材料
【図１】
2014049581.tif 000003
【図２】
2014049581.tif 000004
【図３】
2014049581.tif 000005