(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半導体基板(11)の表面に酸化膜(12)を形成する工程と、
前記第１半導体基板(11)の酸化膜(12)上に窒化膜(13)を形成する工程と、
前記第１半導体基板(11)の表面から水素イオンを注入して前記第１半導体基板(11)内部にイオン注入領域(11a)を形成する工程と、
前記窒化膜(13)を前記第１半導体基板(11)から除去する工程と、
前記第１半導体基板(11)を前記酸化膜(12)を介して第２半導体基板(14)に重ね合わせて密着させる工程と、
前記第１半導体基板(11)を第２半導体基板(14)に密着させたまま所定の温度で熱処理して前記第１半導体基板(11)を前記イオン注入した領域(11a)で前記第２半導体基板(14)から分離して前記第２半導体基板(14)の表面に半導体層(11b)を形成する工程と、
表面に半導体層(11b)を有する前記第２半導体基板(14)を更に熱処理する工程と
をこの順に含むＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項２】
第１半導体基板(11)の表面に酸化膜(12)を形成する工程と、
前記第１半導体基板(11)に前記表面から水素イオンを注入して前記第１半導体基板(11)内部にイオン注入領域(11a)を形成する工程と、
前記第１半導体基板(11)の酸化膜(12)を酸素プラズマ処理する工程と、
前記第１半導体基板(11)の前記酸化膜(12)を第２半導体基板(14)の表面に直接重ね合わせて密着させる工程と、
前記第１半導体基板(11)を第２半導体基板(14)に密着させたまま所定の温度で熱処理して前記第１半導体基板(11)を前記イオン注入した領域(11a)で前記第２半導体基板(14)から分離して前記第２半導体基板(14)の表面に半導体層(11b)を形成する工程と、
表面に半導体層(11b)を有する前記第２半導体基板(14)を更に熱処理する工程と
をこの順に含むＳＯＩ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁膜上に半導体層を設けたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のＳＯＩ基板は将来の超高集積回路（ＵＬＳＩ）基板として注目されてきている。このＳＯＩ基板の製造方法には、▲１▼シリコン基板同士を絶縁膜を介して貼り合わせる方法、▲２▼絶縁性基板又は絶縁性薄膜を表面に有する基板の上にシリコン薄膜を堆積させる方法、▲３▼シリコン基板の内部に高濃度の酸素イオンを注入した後、高温でアニール処理してこのシリコン基板表面から所定の深さの領域に埋込みシリコン酸化層を形成し、その表面側のＳｉ層を活性領域とするＳＩＭＯＸ法などがある。
また最近、半導体基板に水素イオン等の注入を行った後に、この半導体基板をイオン注入面を重ね合せ面として支持基板に重ね合せ、この積層体を５００℃を越える温度に昇温して上記半導体基板を上記水素イオン等を注入した領域で支持基板から分離し、支持基板の表面に薄膜を有する薄い半導体材料フィルムの製造方法が提案されている（特開平５−２１１１２８）。この方法では、イオンを半導体基板の内部に表面から均一に注入できれば、均一な厚さの薄膜を有する半導体基板が得られる。また支持基板の表面に予め酸化膜を設けておけば、この方法によりＳＯＩ基板を製造することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記水素イオン注入が行われる半導体基板の酸化膜表面において、水素イオンを注入する前に酸化膜表面に残留した有機物などの汚染物質が水素イオン注入によって変質し通常のウエットエッチングでは除去され難くなり、また酸化膜表面に面荒れが生じる問題がある。その結果、上記汚染物質と面荒れの影響により、上記半導体基板の酸化膜と支持基板との界面の引張り結合強度が減少する不都合がある。
本発明の目的は、半導体層が酸化膜を介して半導体基板上に重ね合わされているＳＯＩ基板において、酸化膜と半導体基板との界面の引張り結合強度を増大させることのできるＳＯＩ基板の製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、第１半導体基板１１の表面に酸化膜１２を形成する工程と、第１半導体基板１１の酸化膜１２上に窒化膜１３を形成する工程と、第１半導体基板１１の表面から水素イオンを注入して第１半導体基板１１内部にイオン注入領域１１ａを形成する工程と、窒化膜１３を第１半導体基板１１から除去する工程と、第１半導体基板１１を酸化膜１２を介して第２半導体基板１４に重ね合わせて密着させる工程と、第１半導体基板１１を第２半導体基板１４に密着させたまま所定の温度で熱処理して第１半導体基板１１を上記イオン注入した領域１１ａで第２半導体基板１４から分離して第２半導体基板１４の表面に半導体層１１ｂを形成する工程と、表面に半導体層１１ｂを有する第２半導体基板１４を更に熱処理する工程とをこの順に含むＳＯＩ基板の製造方法である。
第１半導体基板１１表面の酸化膜１２の上に窒化膜１３を積層し、この上から水素イオンを注入して第１半導体基板１１内部にイオン注入領域１１ａを形成した後、窒化膜１３を除去するようにしたから、有機物などの汚染物質が窒化膜１３表面に残留した場合でも、上汚染物質は窒化膜１３と共に酸化膜１２の表面から除去される。従って、酸化膜１２の面荒れは防止され、酸化膜１２と第２半導体基板１４との界面の引張り結合強度は増大する。
【０００５】
請求項２に係る発明は、図２に示すように、第１半導体基板１１の表面に酸化膜１２を形成する工程と、第１半導体基板１１に上記表面から水素イオンを注入して第１半導体基板１１内部にイオン注入領域１１ａを形成する工程と、第１半導体基板１１の酸化膜１２を酸素プラズマ処理する工程と、第１半導体基板１１の酸化膜１２を第２半導体基板１４の表面に直接重ね合わせて密着させる工程と、第１半導体基板１１を第２半導体基板１４に密着させたまま所定の温度で熱処理して第１半導体基板１１を上記イオン注入した領域１１ａで第２半導体基板１４から分離して第２半導体基板１４の表面に半導体層１１ｂを形成する工程と、表面に半導体層１１ｂを有する第２半導体基板１４を更に熱処理する工程とをこの順に含むＳＯＩ基板の製造方法である。
第１半導体基板１１表面の酸化膜１２の上から水素イオンを注入して第１半導体基板１１内部にイオン注入領域１１ａを形成した後、酸化膜１２の表面を酸素プラズマ処理するようにしたから、酸化膜１２表面に生成された有機物等の汚染物質は酸素プラズマ処理により除去されて、酸化膜１２の表面は清浄化される。従って、酸化膜１２の面荒れは防止され、酸化膜１２と第２半導体基板１４との界面の引張り結合強度は増大する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、請求項１に係る本発明のＳＯＩ基板を製造するには、先ずシリコンウェーハからなる第１半導体基板１１を熱酸化により基板１１表面に絶縁層である酸化膜１２を形成する（図１（ａ））。次いで酸化膜１２上にＣＶＤ法により窒化膜１３を形成する。この窒化膜１３は１〜１００ｎｍ、好ましくは５〜３０ｎｍ程度の厚さになるように形成される。次いで酸化膜１２及び窒化膜１３を含む基板１１の表面から水素イオンを１〜１０×１０１６／ｃｍ２のドーズ量及び１〜６００ｋｅＶの加速エネルギーでイオン注入する。その結果、基板１１内部にイオン注入領域１１ａが酸化膜１２に平行に形成される（図１（ｃ））。
その後、窒化膜１３を熱燐酸を用いたウェットエッチング又はＣＦ４とＯ２ガスを用いたドライエッチングの手段により除去して酸化膜１２を露出させる（図１（ｄ））。この窒化膜１３の除去により、その表面に残留した有機物などの汚染物質が窒化膜１３とともに酸化膜１２の表面から除去されて、酸化膜１２の表面は清浄化され、酸化膜１２の面荒れは防止される。
【０００８】
次いで上記基板１１と同一表面積を有するシリコンウエーハからなる第２半導体基板１４を用意し（図１（ｂ））、第２基板１４上に第１基板１１を酸化膜１２を介して重ね合せて密着させる（図１（ｅ））。第１基板１１を第２基板１４に密着させたまま窒素雰囲気中で５００〜８００℃の範囲に昇温し、５〜３０分保持して薄膜分離熱処理を行う。これにより第１半基板１１が水素イオンの注入ピーク位置に相当するイオン注入領域１１ａのところで割れて上部の厚肉部１１ｃと下部の薄膜１１ｂに分離する（図１（ｆ））。次に温度を下げて厚肉部１１ｃを取除き（図１（ｈ））、酸化膜１２及び薄膜１１ｂを表面に有する第２基板１４を酸素又は窒素雰囲気中において９００〜１２００℃で３０〜１２０分間熱処理して薄膜１１ｂと第２基板１４とを強固に貼り合わせる（図１（ｇ））。更に薄膜１１ｂの分離面及び厚肉部１１ｃの分離面をそれぞれ研磨（タッチポリッシング）して平滑化する（図１（ｉ）及び図１（ｊ））。これにより第２基板１４はＳＯＩ基板となり、厚肉部１１ｃは新たな半導体基板として再びＳＯＩ基板の製造に利用できる。
【０００９】
図２に示すように、請求項２に係る本発明のＳＯＩ基板を製造するには、請求項１の場合と同様に、先ずシリコンウェーハからなる第１半導体基板１１を熱酸化により基板１１表面に絶縁層である酸化膜１２を形成する（図２（ａ））。次いで酸化膜１２を含む基板１１の表面から水素イオンを１〜１０×１０16／ｃｍ2のドーズ量及び１〜６００ｋｅＶの加速エネルギーでイオン注入する。その結果、基板１１内部にイオン注入領域１１ａが酸化膜１２に平行に形成される（図２（ｃ））。
次に酸化膜１２の表面を均一に酸素プラズマ処理する（図２（ｄ））。この酸素プラズマ処理の温度は後述する図２（ｆ）で示す薄膜分離熱処理の温度より低い４００℃以下の温度で行うことが好ましい。これは酸素プラズマ処理が薄膜分離熱処理よりも高い温度で行われた場合には第１基板１１と第２基板１４を重ね合せる前の段階においてイオン注入領域１１ａでシリコンウエーハが割れてしまう恐れがあるためである。その結果、酸化膜１２表面に生成された有機物等の汚染物質は酸化膜１２の表面から除去されて、酸化膜１２の表面は清浄化され、酸化膜１２の面荒れは防止される。
【００１０】
次いで上記基板１１と同一表面積を有するシリコンウエーハからなる第２半導体基板１４を用意し（図２（ｂ））、第２基板１４上に第１基板１１を酸化膜１２を介して重ね合せて密着させる（図２（ｅ））。第１基板１１を第２基板１４に密着させたまま請求項１の場合と同様の条件で薄膜分離熱処理を行う。これにより第１基板１１がイオン注入領域１１ａのところで割れて上部の厚肉部１１ｃと下部の薄膜１１ｂに分離する（図２（ｆ））。次に温度を下げて厚肉部１１ｃを取除き（図２（ｈ））、酸化膜１２及び薄膜１１ｂを表面に有する第２基板１４を請求項１の場合と同様の条件で熱処理して薄膜１１ｂと第２基板１４とを強固に貼り合わせる（図２（ｇ））。更に薄膜１１ｂの分離面及び厚肉部１１ｃの分離面をそれぞれ研磨して平滑化する（図２（ｉ）及び図２（ｊ））。これにより酸化膜１２と薄膜１１ｂを表面に有する第２基板１４からなるＳＯＩ基板を得る。
【００１１】
【実施例】
次に本発明の具体的態様を示すために、本発明の実施例を比較例とともに説明する。
＜実施例１＞
図１（ａ）に示すように、第１シリコン基板１１を熱酸化して表面に厚さ４００ｎｍの酸化膜１２を形成し、続いて酸化膜１２上にＣＶＤ法により厚さ５０ｎｍの窒化膜１３を形成した（図１（ａ））。次いでこの第１基板１１に６０ｋｅＶの電圧を印加して水素イオンを７×１０１６／ｃｍ２のドーズ量でイオン注入して第１基板１１内部にイオン注入領域１１ａを酸化膜１２に平行に形成した（図１（ｃ））。その後、窒化膜１３を１４５〜１５０℃の熱燐酸で除去した（図１（ｄ））。次いで上記基板１１と同一表面積を有する第２シリコン基板１４を用意し（図１（ｂ））、第２基板１４上に第１基板１１を酸化膜１２を介して重ね合せて密着させた（図１（ｅ））。第１基板１１を第２基板１４に密着させたまま窒素雰囲気中で６００℃の温度で３０分間熱処理を行った。その結果、第１基板１１がイオン注入領域１１ａのところで割れて上部の厚肉部１１ｃと下部の薄膜１１ｂに分離した（図１（ｆ））。次に温度を下げて厚肉部１１ｃを取除き（図１（ｈ））、酸化膜１２及び薄膜１１ｂを表面に有する第２基板１４を窒素雰囲気中において１１００℃で１時間熱処理して実施例１のＳＯＩ基板を製造した（図１（ｇ））。
【００１２】
＜実施例２＞
図２（ａ）に示すように、第１シリコン基板１１を熱酸化して表面に厚さ４００ｎｍの酸化膜１２を形成した（図２（ａ））。次いでこの第１基板１１に６０ｋｅＶの電圧を印加して水素イオンを７×１０16／ｃｍ2のドーズ量でイオン注入して第１基板１１内部にイオン注入領域１１ａを酸化膜１２に平行に形成した（図２（ｃ））。次に酸化膜１２の表面を酸素プラズマ処理した（図２（ｄ））。次いで第１基板１１と同一表面積を有する第２シリコン基板１４を用意し（図２（ｂ））、第２基板１４上に第１基板１１を酸化膜１２を介して重ね合せて密着させた（図２（ｅ））。第１基板１１を第２基板１４に密着させたまま窒素雰囲気中で６００℃の温度で３０分間熱処理を行った。その結果、第１基板１１がイオン注入領域１１ａのところで割れて上部の厚肉部１１ｃと下部の薄膜１１ｂに分離した（図２（ｆ））。次に温度を下げて厚肉部１１ｃを取除き（図２（ｈ））、酸化膜１２及び薄膜１１ｂを表面に有する第２基板１４を窒素雰囲気中において１１００℃で１時間熱処理して実施例２のＳＯＩ基板を製造した（図２（ｇ））。
【００１３】
＜比較例１＞
窒化膜１３を酸化膜１２上に形成しなかったことを除いては実質的に実施例１の方法を繰返して比較例１のＳＯＩ基板を製造した。
【００１４】
＜比較評価＞
実施例１、実施例２及び比較例１のそれぞれのＳＯＩ基板について、酸化膜１２と第２シリコン基板１４との界面の引張り強度をセバスチャンＶの試験方法を用いて調べた。その結果を表１に示す。なお、セバスチャンＶの試験方法は平坦な頭部を有する釘状のピンを用意し、接着剤を用いてこの平坦な頭部を薄膜１１ｂに接着し、このピンを引き下げる方法である。この引き下げたときに酸化膜１２と第２シリコン基板１４との界面及び接着界面が剥離するときの強度を引張り強度とする。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
表１から明らかなように、実施例１及び２の引張り強度は比較例１の約２倍と大きいことが判る。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、表面に酸化膜を有する第１半導体基板に水素イオンを注入して第１半導体基板内部にイオン注入領域を形成し、第１半導体基板を上記酸化膜を介して第２半導体基板に重ね合わせて密着させ、熱処理して第１半導体基板を上記イオン注入した領域で第２半導体基板から分離することにより第２半導体基板の表面に上記酸化膜を介して半導体層が形成されたＳＯＩ基板の製造方法において、水素イオンを注入する前に酸化膜の上に窒化膜を形成し、水素イオンの注入後に、窒化膜を除去するか、又は上記イオン注入の後に酸素プラズマ処理することにより上記酸化膜の表面を清浄化することができる。この結果、酸化膜の表面には好ましくない有機物などの汚染物質が蓄積する恐れはなくなり、酸化膜の面荒れは防止され、酸化膜と第２半導体基板との界面の引張り結合強度を増大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の第１のＳＯＩ基板の製造方法を工程順に示す図。
【図２】本発明の実施形態の第２のＳＯＩ基板の製造方法を工程順に示す図。
【図１】
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【図２】
0003582566.tif 000004