(57)【要約】【課題】単結晶半導体基板とハンドル基板の貼り合わせにおいて、貼り合わせる表面に意図的にＳｉＯ２膜を設けなくても、貼り合わせ界面にボイドが極めて少ない複合基板の製造方法を提供する。【解決手段】表面に零または１ｎｍ以下のＳｉＯ２膜を有し内部にイオン注入層を有する単結晶半導体基板のイオン注入した表面と、単結晶半導体基板と貼り合わせるハンドル基板の表面との少なくとも一方に、酸素濃度が８０〜１００ｖｏｌ％である酸素雰囲気下で表面活性化処理を施す工程と、表面活性化処理後の、単結晶半導体基板のイオン注入した表面とハンドル基板の前記表面とを、２００〜４００℃下で貼り合わせる工程と、貼り合わせた基板を２００〜４００℃で熱処理して、接合体を得る工程と、接合体をイオン注入層に沿って剥離し、ハンドル基板上に単結晶半導体薄膜を転写する工程とを少なくとも含む、単結晶半導体薄膜をハンドル基板に備えた複合基板の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
零または１ｎｍ以下のＳｉＯ２膜を有する表面からイオンを注入して内部にイオン注入層を有する単結晶半導体基板の前記イオン注入した表面と、前記単結晶半導体基板と貼り合わせるハンドル基板の表面との少なくとも一方に、酸素濃度が８０〜１００ｖｏｌ％である酸素雰囲気下で表面活性化処理を施す工程と、
前記表面活性化処理後の、前記単結晶半導体基板の前記イオン注入した表面と前記ハンドル基板の前記表面とを、２００〜４００℃下で貼り合わせる工程と、
前記貼り合わせた基板を２００〜４００℃で熱処理して、接合体を得る工程と、
前記接合体を前記イオン注入層に沿って剥離し、前記ハンドル基板上に単結晶半導体薄膜を転写する工程と
を少なくとも含む、単結晶半導体薄膜をハンドル基板に備えた複合基板の製造方法。
【請求項２】
前記表面活性化処理を施す工程の前に、前記単結晶半導体基板の前記イオン注入した表面と、前記単結晶半導体基板と貼り合わせるハンドル基板の表面との少なくとも一方に、非晶質シリコン、アルミナ、窒化ケイ素、炭化珪素、および窒化アルミニウムから選ばれる層を形成する工程をさらに含む、請求項１に記載の複合基板の製造方法。
【請求項３】
前記表面活性化処理が、プラズマ処理またはイオンビーム処理である、請求項１または２に記載の複合基板の製造方法。
【請求項４】
前記ハンドル基板上に単結晶半導体薄膜を転写する工程において、前記剥離が、前記イオン注入層に向けての、機械的衝撃および／または光照射により生じる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合基板の製造方法。
【請求項５】
前記単結晶半導体基板が、シリコン、シリコンーゲルマニウム、炭化ケイ素、ゲルマニウム、窒化ガリウム、およびガリウム砒素から選ばれる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合基板の製造方法。
【請求項６】
前記ハンドル基板が、シリコン、炭化珪素、窒化ケイ素、サファイア、ダイヤモンド、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、および酸化亜鉛から選ばれる、請求項１〜５のいずれか１項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、ハンドル基板上に単結晶シリコン層などの半導体層を備えた複合基板の製造方法に関し、ハンドル基板と半導体層の接合界面にＳｉＯ２層を実質的に有しない複合基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハは、半導体素子において接合容量の低減やリーク電流の抑制、高周波特性などの観点から、パワーデバイスや高周波デバイスなどの用途に用いられている。
【０００３】
ＳＯＩウェーハの代表的な製造方法として、ＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  ＩＭｐｌａｎｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＯＸｙｇｅｎ）法や貼り合わせ法が挙げられる。ＳＩＭＯＸ法では、半導体であるシリコンウェーハに酸素イオンを高濃度で注入した後に高温で熱処理を行い、ウェーハ内に絶縁体となる酸化膜を形成することによってＳＯＩウェーハとする。一方、貼り合わせ法では、半導体であるシリコンウェーハと絶縁体のハンドルウェーハとを貼り合わせ後、シリコンウェーハを薄膜化することによってＳＯＩウェーハとする（特許文献１、非特許文献１）。
【０００４】
貼り合わせ法においてシリコンウェーハを薄膜化する方法としては、貼り合わせようとする面から水素イオンや希ガスイオンを注入して内部にイオン注入層を有するシリコンウェーハと、ハンドルウェーハとを貼り合わせた後に、熱処理を行うことによってイオン注入層を脆化させ剥離させるＳｍａｒｔＣｕｔ法や、貼り合わせようとする面から水素イオンを注入して内部にイオン注入層を有するシリコンウェーハと、ハンドルウェーハとを貼り合わせる前に、これらのウェーハの貼り合わせ面に表面活性化処理を施した後に貼り合わせて、低温（例えば、１００〜３００℃）で熱処理を施して接合強度を高めた後に、常温で機械的に剥離してＳＯＩウェーハを得るＳｉＧｅｎ法等の貼り合わせによる手法が知られている。このような貼り合わせの手法は、シリコンウェーハの代わりに他の単結晶半導体のボンドウェーハを用いたり、ボンドウェーハの材料と異なる材料のハンドルウェーハを用いたりすることができることから、様々なハンドルウェーハ上に膜厚の均一性良好な単結晶半導体薄膜を備えた複合基板を得ることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４０７１２７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｈ．Ｔａｋａｇｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．６８、２２２２−２２２４（１９９６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したような貼り合わせ手法を用いることにより得られる複合基板は、ハンドルウェーハとボンドウェーハの貼り合わせ界面に絶縁体となる埋め込み酸化膜を有する場合がある。例えば、高周波デバイス用途では、絶縁性および誘電損失が小さいことが要求されるため、サファイアや窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどをハンドルウェーハとし、その上に単結晶シリコン層を貼り合わせ法により形成する複合基板も開発されているが、その貼り合わせ面にはＳｉＯ２膜が設けられている。
【０００８】
近年、デバイスの高パワー化や高集積化により、デバイス層からの発熱量が増加し、その放熱が問題となっている。デバイス層の下部に絶縁体層であるＳｉＯ２膜が存在する複合基板において、ＳｉＯ２膜は絶縁性が良好である一方、熱伝導率は１．５Ｗ／ｍ・Ｋ程度と低く、デバイス側で発生した熱を放熱しにくくされている。そのため、放熱性を向上させるためにＳｉＯ２膜を無くすことが望ましい。
【０００９】
しかしながら、ＳｉＯ２膜を薄くすると、貼り合わせ界面でボイドやブリスターが発生し易くなる場合があった。また、ＳｉＯ２膜を介さないで接合を行う方法として、真空下で貼り合わせ面を活性化した後に、貼り合わせを行う常温接合法（非特許文献１）があるが、超高真空の雰囲気下で表面の活性化および貼り合わせを行うため、スループットが低く、生産性が悪い場合があった。さらに、装置が高価であり、複合基板のコストが高くなる場合があった。
このように、ＳｉＯ２膜を介せずに、低コスト且つ貼り合わせ界面の欠陥が極めて少ない複合基板を作製することは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点に対し、本発明者が鋭意検討した結果、水素イオン注入をした単結晶半導体基板とハンドル基板との貼り合わせ面において、意図的にＳｉＯ２膜を設けずに、貼り合わせの前に酸素雰囲気下で表面活性化処理を施し、さらに貼り合わせ時の温度を２００℃以上の温度で行うことによって、貼り合わせ界面のボイドの発生を抑制し、また、ボイドの数を低減させることを見出した。さらに、貼り合わせた基板を、従来熱剥離させる場合に用いられる温度よりも低い温度で熱処理して接合体とした後、機械的エネルギーあるいは光エネルギーを付与して、単結晶半導体基板を剥離させることによって、接合界面（貼り合わせ界面）にボイド欠陥が極めて少ない複合基板を製造することを見出した。
【００１１】
すなわち、本発明の一つの態様では、零または１ｎｍ以下のＳｉＯ２膜を有する表面からイオンを注入して内部にイオン注入層を有する単結晶半導体基板の前記イオン注入した表面と、前記単結晶半導体基板と貼り合わせるハンドル基板の表面との少なくとも一方に、酸素濃度が８０〜１００ｖｏｌ％である酸素雰囲気下で表面活性化処理を施す工程と、前記表面活性化処理後の、前記単結晶半導体基板の前記イオン注入した表面と前記ハンドル基板の前記表面とを、２００〜４００℃下で貼り合わせる工程と、前記貼り合わせた基板を２００〜４００℃で熱処理して、接合体を得る工程と、前記接合体を前記イオン注入層に沿って剥離し、前記ハンドル基板上に単結晶半導体薄膜を転写する工程とを少なくとも含む、単結晶半導体薄膜をハンドル基板に備えた複合基板の製造方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、単結晶半導体基板とハンドル基板との貼り合わせ面において、意図的にＳｉＯ２膜を設けなくても、貼り合わせ界面のボイドの数を低減させることが可能となる。すなわち、表面活性化処理を酸素雰囲気下で施すことで、ボイド欠陥の発生を抑制できるため、接合界面（貼り合わせ界面）にボイド欠陥が極めて少ない複合基板となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明にかかる複合基板の製造工程の一態様を示す模式図である。
【図２】実施例１の（ａ）貼り合わせた基板、および（ｂ）接合体の貼り合わせ界面における超音波顕微鏡画像である。
【図３】比較例１の（ａ）貼り合わせた基板、および（ｂ）接合体の貼り合わせ界面における超音波顕微鏡画像である。
【図４】比較例２の（ａ）貼り合わせた基板、および（ｂ）接合体の貼り合わせ界面における超音波顕微鏡画像である。
【図５】比較例３の（ａ）貼り合わせた基板、および（ｂ）接合体の貼り合わせ界面における超音波顕微鏡画像である。
【図６】比較例４の（ａ）貼り合わせた基板、および（ｂ）接合体の貼り合わせ界面における超音波顕微鏡画像である。
【図７】比較例５の（ａ）貼り合わせた基板、および（ｂ）接合体の貼り合わせ界面における超音波顕微鏡画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための一例である最良の形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこの形態に限定するものではない。
【００１５】
本発明は、一実施の形態によれば、単結晶半導体薄膜をハンドル基板に備えた複合基板の製造方法に関する。すなわち、本発明の一つの態様は、零または１ｎｍ以下のＳｉＯ２膜を有する表面からイオンを注入して内部にイオン注入層を有する単結晶半導体基板のイオン注入した表面と、単結晶半導体基板と貼り合わせるハンドル基板の表面との少なくとも一方に、酸素濃度が８０〜１００ｖｏｌ％である酸素雰囲気下で表面活性化処理を施す工程と、表面活性化処理後の、単結晶半導体基板のイオン注入した表面とハンドル基板の前記表面とを、２００〜４００℃下で貼り合わせる工程と、貼り合わせた基板を２００〜４００℃で熱処理して、接合体を得る工程と、接合体をイオン注入層に沿って剥離し、ハンドル基板上に単結晶半導体薄膜を転写する工程とを少なくとも含む、単結晶半導体薄膜をハンドル基板に備えた複合基板の製造方法である。
【００１６】
本発明のハンドル基板および単結晶半導体基板は、意図的に表面にＳｉＯ２膜を有さないものであり、例えば熱酸化やＣＶＤ法、蒸着やスパッタリングなどのＰＶＤ法等によって、積極的にＳｉＯ２膜を設けていないものである。シリコン基板を用いる場合は、通常、ＨＦなどで処理しなければ１ｎｍ以下の自然酸化膜が形成されているが、そのまま用いても、ＨＦで処理して自然酸化膜のＳｉＯ２膜を除去して用いてもかまわない。
【００１７】
ハンドル基板としては、単結晶半導体薄膜を支持しうるものであれば特に限定されず、
シリコン、炭化珪素、窒化ケイ素、サファイア、ダイヤモンド、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、および酸化亜鉛などの基板が挙げられる。
【００１８】
単結晶半導体基板としては、シリコン、シリコンーゲルマニウム、炭化ケイ素、ゲルマニウム、窒化ガリウム、およびガリウム砒素などの基板が挙げられる。
【００１９】
単結晶半導体基板は、零または１ｎｍ以下のＳｉＯ２膜を有する表面からイオンを注入して内部にイオン注入層を有している。イオン注入層は、単結晶半導体基板の零または１ｎｍ以下のＳｉＯ２膜を有する表面から所望の深さにイオン注入層を形成できるような注入エネルギーで、所定の線量の水素イオン（Ｈ＋）または水素分子イオン（Ｈ２＋）を注入することにより形成される。このときの条件として、例えば注入エネルギーは５０〜１００ｋｅＶとすることができる。注入する水素イオン（Ｈ＋）のドーズ量は、５．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２〜２．０×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ２であることが好ましい。５．０×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ２未満であると、後の工程でイオン注入層の脆化が起こらない場合があり、２．０×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ２を超えると、貼り合わせ後の熱処理中に気泡となり転写不良となる場合がある。注入イオンとして水素分子イオン（Ｈ２＋）を用いる場合、そのドーズ量は、２．５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２〜１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であることが好ましい。２．５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満であると、後の工程でイオン注入層の脆化が起こらない場合があり、１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２を超えると、貼り合わせ後の熱処理中に気泡となり転写不良となる場合がある。
【００２０】
ハンドル基板と単結晶半導体基板との組み合わせは、特に限定されることなく、用途に応じて基板を選択することができる。
【００２１】
ハンドル基板および単結晶半導体基板は、また、単結晶半導体基板のイオン注入した表面と、単結晶半導体基板と貼り合わせるハンドル基板の表面との少なくとも一方に、非晶質シリコン、アルミナ、窒化ケイ素、炭化珪素、および窒化アルミニウムなどの膜を備えていてもよい。これらの膜は、常圧ＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、プラズマＣＶＤなどのＣＶＤ法、スパッタリングや電子ビーム蒸着、イオンビーム蒸着などのＰＶＤ法等によって形成することができる。膜の厚さは、５ｎｍ〜１０μｍが好ましい。５ｎｍより薄いと、膜の付与による平坦性の向上効果が得られにくい。１０μｍより厚いと、膜自体にクラックが生じる恐れがある。形成された膜の表面を、研磨機等で鏡面化を行ってもよい。これらの膜は、ＳｉＯ２膜と異なり、熱伝導性を有することから、所望の放熱性を有する複合基板とすることが可能である。また、これらの膜をハンドル基板と同素材とする場合、例えばハンドル基板に窒化ケイ素基板を用いてその表面に窒化ケイ素を蒸着させる場合、蒸着（および研磨）によって基板表面の平坦性および平滑性を改善することが可能であるだけでなく、窒化ケイ素基板は一般的に金属不純物を含むため、基板表面に膜を形成することによって不純物の拡散を防止することが可能となる。この場合、減圧ＣＶＤ法（ＬＰＣＶＤ）を用いると、基板の一面だけでなく上面、底面および側面についても蒸着させて膜を形成することができるため、底面やエッジからの不純物の拡散についても防止し得る。
【００２２】
上述したハンドル基板および単結晶半導体基板を用いて、まずは、単結晶半導体基板のイオン注入した表面と、単結晶半導体基板と貼り合わせるハンドル基板の表面との少なくとも一方に、酸素雰囲気下で表面活性化処理を施す。表面活性化処理としては、プラズマ活性化処理、イオンビーム照射処理、ＵＶオゾン処理、オゾン水処理などが挙げられ、プラズマ処理またはイオンビーム処理が好ましい。表面活性化処理は、閉鎖系の装置内で酸素雰囲気下として処理する。酸素雰囲気下とすることにより、基板表面を活性化すると同時に、基板表面に物理吸着する水分量を低く抑えられるので、貼り合わせ時の基板界面に捕捉される吸着水量を少なくすることが可能となる。酸素雰囲気での酸素濃度は、８０〜１００ｖｏｌ％である。酸素濃度が１００ｖｏｌ％未満の場合、窒素、アルゴンおよびこれらの混合ガスを含んでいてもよい。８０ｖｏｌ％よりも少ないと、基板表面に物理吸着する水分量が多くなり、貼り合わせた後の接合時の熱処理によって、貼り合わせ界面にボイドが発生し易い。酸素濃度は、例えば酸素供給源から配管等によって閉鎖系の装置内に酸素を供給する導入ラインの中、または、処理室内並びに閉鎖系の装置内を酸素濃度計でモニターすることによって測定することができる。また、雰囲気中に含まれる水分量が多いと、表面活性化処理後の基板表面に物理吸着する水分量が多くなるため、水分を制御することが望ましい。雰囲気中の水分は、例えば高純度の酸素ガスを用いたり、酸素導入ライン中に含まれる水分を除去したりすることにより、調節することができる。酸素雰囲気下且つ雰囲気中に含まれる水分量が低い状態で、貼り合わせ面を活性化処理することにより、水分が物理吸着しにくい表面に改質することができる。このことによって、貼り合わせた後の接合時の熱処理において、貼り合わせ界面でのボイド発生を抑制することが可能となる。
【００２３】
プラズマ処理の場合には、例えば、チャンバー中に単結晶半導体基板および／またはハンドル基板を載置し、プラズマ用ガスとして酸素ガスを減圧下で導入した後、チャンバー中の酸素濃度を８０〜１００ｖｏｌ％として、５０〜５００Ｗ程度の高周波プラズマに５〜１２０秒間さらして、表面を処理する。この処理により単結晶半導体基板および／またはハンドル基板の表面の有機物が酸化して除去され、さらに表面のＯＨ基が増加し、活性化する。
【００２４】
イオンビームで処理する場合、例えば、ガスクラスターイオンビームを備えたチャンバー内に単結晶半導体基板および／またはハンドル基板を載置し、酸素ガスを減圧下で導入した後、チャンバー中の酸素濃度を８０〜１００ｖｏｌ％として、加速電圧を１０Ｖ〜５ｋＶとしてイオンビームを３０秒〜３０分間照射することによって処理することが可能である。
【００２５】
ＵＶオゾンで処理をする場合、例えば、チャンバー内に単結晶半導体基板および／またはハンドル基板を載置し、チャンバー中の酸素濃度を８０〜１００ｖｏｌ％として、低圧水銀灯などＵＶ光を照射することによって処理することが可能である。また、オゾン水で処理する場合、例えば、オゾン発生器（オゾナイザー）で発生させたオゾンを純水と混合してオゾン水とし、オゾン水中に単結晶半導体基板および／またはハンドル基板を浸漬させることによって処理することが可能である。
【００２６】
上記の処理は、単結晶半導体基板のイオン注入した表面、およびハンドル基板の貼り合わせ面の両方について行うのがより好ましいが、いずれか一方だけ行ってもよい。表面活性化の確認には親水性の程度（濡れ性）を見ることで確認が出来る。具体的には、基板表面に水をたらし、その接触角（コンタクトアングル）を測ることで簡便に測定が出来る。
【００２７】
表面活性化処理の後、単結晶半導体基板のイオン注入した表面と、ハンドル基板の単結晶半導体基板と貼り合わせる表面とを、２００〜４００℃下で貼り合わせる。貼り合わせ時の温度は、単結晶半導体基板およびハンドル基板の種類や組み合わせ、および単結晶半導体基板に注入した水素イオンのドーズ量によって異なり、いずれにおいてもイオン注入層を脆化させない温度が好ましく、具体的には、２００〜４００℃である。２００℃より低いと、ボイド発生を抑制することが難しい。４００℃より高いと、単結晶半導体基板とハンドル基板との線膨張係数の差が大きくなり、その後の冷却時に、いずれか一方あるいは両方の基板が割れやすくなる。貼り合わせの際、例えば、単結晶半導体基板とハンドル基板とを、２００〜４００℃のオーブン内で貼り合わせることが好ましく、貼り合わせを行う時間は、貼り合わせることができれば特に限定しないが、例えば１０秒〜１分である。酸素雰囲気下（酸素濃度８０〜１００ｖｏｌ％）で表面活性化処理することで、表面活性化処理前に基板表面に吸着していた物理的な吸着水を除去し表面改質された単結晶半導体基板とハンドル基板とを、２００〜４００℃で貼り合わせることにより、貼り合わせた基板の貼り合わせ界面に捕捉される水分量が極めて少なくなり、貼り合わせ界面でのボイド発生を抑制することが可能となる。
【００２８】
上述したように貼り合わせた基板を、さらに２００〜４００℃で熱処理して接合体を得る。熱処理温度は２００℃より低いと、結合強度が上がらず、４００より高いと、接合体が破損する可能性があるため好ましくない。熱処理は、貼り合わせ界面の接合強度を高めること、および水素イオン注入層の脆化を行うために行われる。このため、熱処理温度は貼り合わせ時の温度よりも高いことが好ましく、例えば、貼り合わせ時の温度より２０〜１００℃高いことが好ましい。また、熱処理温度は、単結晶半導体基板およびハンドル基板の種類や組み合わせによって異なり、いずれにおいても熱剥離に達しない温度が好ましい。熱処理は、温度を分けて２段階以上に分けて行ってもよい。熱処理時間としては、温度にもある程度依存するが、１２時間〜７２時間が好ましい。
【００２９】
熱処理して得られた接合体を、接合体のイオン注入層に沿って剥離し、ハンドル基板上に単結晶半導体薄膜を転写する。剥離を行う方法として、イオン注入層に向けて、機械的衝撃および／または光照射を与えることにより剥離を生じさせることが挙げられる。剥離を行う方法は単独で用いてもよいし、複数組み合わせて用いてもよい。
【００３０】
イオン注入層に衝撃を与えて機械的剥離を行う場合、加熱に伴う熱歪、ひび割れ、貼り合わせた面の剥離等が発生するおそれがない。機械的剥離は、一端部から他端部に向かうへき開によるものが好ましい。へき開用部材として、好ましくは楔状の部材、例えば楔（くさび）をイオン注入層（注入界面）に挿入し、楔による変形でへき開を進行させて剥離する方法であってもよい。この方法の使用に際しては、楔が接触する部分での傷やパーティクルの発生や、楔を打ち込むことにより生じる基板の過大な変形による基板割れの発生を回避するように留意する。イオン注入層に衝撃を与えるためには、例えば、ガスや液体等の流体のジェットを貼り合わせた基板の側面から連続的または断続的に吹き付ければよいが、衝撃による機械的剥離が生じる方法であれば特に限定はされない。
【００３１】
単結晶半導体基板および／またはハンドル基板が透明である場合、透明である基板から光を照射することによってイオン注入層を剥離させることが可能である。この場合、光源は可視光であることが好ましい。単結晶半導体基板の内部に形成されたイオン注入界面近傍がアモルファス化していることによって、可視光の吸収を受けやすく、エネルギーを選択的に受容しやすいという機構によってイオン注入層を脆化させ剥離することが可能である。また、この剥離方法は、機械的剥離よりも簡易であるため好ましい。可視光の光源は、Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｅｒ（ＲＴＡ）、グリーンレーザー光、またはフラッシュランプ光等であることが好ましい。
【００３２】
光照射による剥離においては、光照射に先立ち、接合体の端部、貼り合わせ面近傍に機械的衝撃を与えておき、光照射による熱の衝撃が端部の機械的衝撃の起点部から貼り合わせ基板全面にわたってイオン注入界面に破壊を生ぜしめてもよい。または、光照射の後、イオン注入層の界面に機械的衝撃を加え、イオン注入界面に沿って貼り合わせた基板を剥離してもよい。このようにして、接合体のイオン注入層に沿って剥離し、単結晶半導体薄膜をハンドル基板に備えた複合基板を得ることができる。
【００３３】
本発明にかかる複合基板の製造工程は、特に限定されるものではないが、その一態様を図１に示す。これによれば、単結晶半導体基板１の一つの表面からイオン３を注入してイオン注入層４を形成する（ａ）。イオン注入した表面１ｓとハンドル基板２の貼り合わせ面２ｓに、酸素雰囲気（酸素濃度８０ｖｏｌ％）下でプラズマ５による表面活性化処理を施す（ｂおよびｃ）。次に、２５０℃下で、表面活性化処理した基板の面１ｓ、２ｓを対向して重ね合わせて貼り合わせる（ｄ）。貼り合わせた基板６に、３００℃で熱処理を施し接合体７を得る（ｅ）。次に、接合体７のイオン注入層４に楔状の治具を挿入し、イオン注入層４に沿って単結晶半導体基板１ｂを剥離することにより、ハンドル基板２上に単結晶半導体基板１ａが転写した複合基板８を得ることができる（ｆ）。
【実施例】
【００３４】
以下に実施例および比較例を挙げて本発明にかかる複合基板の製造方法について更に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３５】
＜実施例１＞
単結晶半導体基板として、外径６インチ、厚さ６２５μｍの単結晶Ｓｉウェハを用いた。単結晶Ｓｉウェハの鏡面側から、Ｈ＋イオンをドーズ量７．０×１０１６ ａｔｏｍ／ｃｍ２、加速電圧７０ｋｅＶの条件でイオン注入した。
【００３６】
ハンドル基板として、単結晶Ｓｉウェハと同サイズの窒化ケイ素基板を用いた。窒化ケイ素基板上に、ＬＰ−ＣＶＤ装置（日立国際電気社製）で、ＳｉＮを厚さ１μｍとなるように蒸着した後、研磨を行って鏡面化した。
【００３７】
それぞれの基板に対し、ＳＣ−１洗浄液（ＮＨ４ＯＨ＋Ｈ２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ）に含浸させ、パーティクル除去および親水化処理を行った。その後、単結晶Ｓｉウェハのイオン注入した表面と、単結晶Ｓｉウェハと貼り合わせる窒化ケイ素基板のＳｉＮを蒸着した表面に、酸素雰囲気下で、ガスクラスターイオンビーム（アルバック社製）を備えたチャンバー内でイオンビーム照射を行い、表面活性化処理を実施した。チャンバー内の雰囲気は、供給するガス種の選択によって制御した。すなわち、酸素ガスをチャンバー内に供給して、酸素濃度を１００ｖｏｌ％とした。
【００３８】
次に、表面活性化処理した単結晶Ｓｉウェハのイオン注入した表面と窒化ケイ素基板の表面とを、貼り合わせ装置を用いて２８０℃下で貼り合わせた。
【００３９】
貼り合わせた基板を、１０時間、３００℃で熱処理して接合体を得た。その後、単結晶Ｓｉウェハのイオン注入層に、ブレードを用いて機械的衝撃を与え、単結晶Ｓｉウェハをイオン注入層に沿って剥離し、窒化ケイ素基板上に単結晶Ｓｉウェハを転写した複合基板を得た。
【００４０】
貼り合わせた基板および３００℃熱処理での接合体の貼り合わせ界面の欠陥の有無を、超音波顕微鏡（日立建機ファインテック製  Ｆｉｎｅ  ＳＡＴ  ＦＳ２００II）で評価した。貼り合わせた基板および接合体の超音波顕微鏡画像を、図２（ａ）および（ｂ）に示す。貼り合わせた基板および接合体ともに、貼り合わせ界面に欠陥は観察されなかった。また、得られた複合基板にも欠陥は見られなかった。
【００４１】
＜実施例２＞
表面活性化処理した単結晶Ｓｉウェハのイオン注入した表面と窒化ケイ素基板の表面とを、２００℃下で貼り合わせた以外は、実施例１と同様に行い、窒化ケイ素基板上に単結晶Ｓｉウェハを転写した複合基板を得た。
【００４２】
得られた複合基板は、窒化ケイ素基板全面に単結晶Ｓｉウェハが転写していることを、光学顕微鏡による観察で確認した。貼り合わせた基板および接合体を、超音波顕微鏡で評価したところ、貼り合わせた基板および接合体ともに、貼り合わせ界面に欠陥は観察されなかった。
【００４３】
＜比較例１＞
単結晶Ｓｉウェハのイオン注入した表面と窒化ケイ素基板の表面とに表面活性化処理をせずに、室温（２５℃）で貼り合わせて、１０時間、１５０℃で熱処理した以外は、実施例１と同様に行い、接合体を得た。得られた接合体を、さらに２４時間、３００℃で熱処理して、単結晶Ｓｉウェハのイオン注入層に、ブレードを用いて機械的衝撃を与え、単結晶Ｓｉウェハをイオン注入層に沿って剥離し、窒化ケイ素基板上に単結晶Ｓｉウェハを転写した複合基板を得た。
【００４４】
貼り合わせた基板および１５０℃熱処理での接合体を、超音波顕微鏡で評価した。結果を図３（ａ）および（ｂ）に示す。貼り合わせた基板には、欠陥が見られなかったが、熱処理後の接合体には、貼り合わせ界面全体に多数のブリスター状の欠陥が観察された。また、得られた複合基板には、多数のボイドが見られた。
【００４５】
＜比較例２＞
単結晶Ｓｉウェハのイオン注入した表面と窒化ケイ素基板の表面とを、チャンバー内に供給するガス種を窒素のみとし、実質的に酸素を含まない窒素雰囲気下（酸素濃度０ｖｏｌ％）でイオンビーム照射して表面活性化処理を行い、活性化処理したウェハ同士を室温で貼り合わせて、１０時間、１５０℃で熱処理した以外は、実施例１と同様に行い、接合体を得た。得られた接合体を、さらに、２４時間、３００℃で熱処理して、単結晶Ｓｉウェハのイオン注入層に、ブレードを用いて機械的衝撃を与え、単結晶Ｓｉウェハをイオン注入層に沿って剥離し、窒化ケイ素基板上に単結晶Ｓｉウェハを転写した複合基板を得た。
【００４６】
貼り合わせた基板および１５０℃熱処理での接合体を、超音波顕微鏡で評価した。結果を図４（ａ）および（ｂ）に示す。貼り合わせた基板には、欠陥が見られなかったが、熱処理後の接合体には、貼り合わせ界面全体に多数の欠陥が観察された。また、得られた複合基板には、多数のボイドが見られた。
【００４７】
＜比較例３＞
単結晶Ｓｉウェハのイオン注入した表面と窒化ケイ素基板の表面とを、チャンバー内に供給するガス種を窒素のみとし、実質的に酸素を含まない窒素雰囲気下（酸素濃度０ｖｏｌ％）で、イオンビーム照射を行い、表面活性化処理を実施した後、１００℃下で貼り合わせて、１０時間、１５０℃で熱処理した以外は、実施例１と同様に行い、接合体を得た。得られた接合体を、さらに、２４時間、３００℃で熱処理して、単結晶Ｓｉウェハのイオン注入層に、ブレードを用いて機械的衝撃を与え、単結晶Ｓｉウェハをイオン注入層に沿って剥離し、窒化ケイ素基板上に単結晶Ｓｉウェハを転写した複合基板を得た。
【００４８】
貼り合わせた基板および１５０℃の熱処理での接合体を、超音波顕微鏡で評価した。結果を図５（ａ）および（ｂ）に示す。貼り合わせた基板には欠陥が見られなかったが、熱処理後の接合体には、貼り合わせ界面に直径２．０ｃｍのサイズのボイド欠陥が２個観察された。また、得られた複合基板には、熱処理後の接合体に見られたボイド欠陥と同じ位置に直径２．０ｃｍのボイドが見られた。
【００４９】
＜比較例４＞
単結晶Ｓｉウェハのイオン注入した表面と窒化ケイ素基板の表面とを、チャンバー内に供給するガス種を酸素と窒素とし、酸素と窒素の流量比７０：３０とした酸素雰囲気下（酸素濃度７０ｖｏｌ％）で、イオンビーム照射を行い、表面活性化処理を実施した後、２００℃で貼り合わせて、１０時間、２５０℃で熱処理した以外は、実施例１と同様に行い、接合体を得た。得られた接合体を、さらに、２４時間、３００℃で熱処理して、単結晶Ｓｉウェハのイオン注入層に、ブレードを用いて機械的衝撃を与え、単結晶Ｓｉウェハをイオン注入層に沿って剥離し、窒化ケイ素基板上に単結晶Ｓｉウェハを転写した複合基板を得た。
【００５０】
貼り合わせた基板および２５０℃熱処理での接合体を、超音波顕微鏡で評価した。結果を図６（ａ）および（ｂ）に示す。貼り合わせた基板には欠陥が見られなかったが、熱処理後の接合体には、貼り合わせ界面に直径２．５ｃｍのサイズのボイド欠陥が１個観察された。また、得られた複合基板には、熱処理後の接合体に見られたボイド欠陥と同じ位置に直径２．５ｃｍのボイドが見られた。
【００５１】
＜比較例５＞
表面活性化処理した単結晶Ｓｉウェハのイオン注入した表面と窒化ケイ素基板の表面とを、１００℃下で貼り合わせて、１０時間、２５０℃で熱処理した以外は、実施例１と同様に行い、接合体を得た。得られた接合体を、さらに３００℃で熱処理して、単結晶Ｓｉウェハのイオン注入層に、ブレードを用いて機械的衝撃を与え、単結晶Ｓｉウェハをイオン注入層に沿って剥離し、窒化ケイ素基板上に単結晶Ｓｉウェハを転写した複合基板を得た。
【００５２】
貼り合わせた基板および２５０℃熱処理での接合体を、超音波顕微鏡で評価した。結果を図７（ａ）および（ｂ）に示す。貼り合わせた基板には欠陥が見られなかったが、熱処理後の接合体には、貼り合わせ界面に直径１〜３ｍｍのサイズのボイド欠陥が４個観察された。また、得られた複合基板には、熱処理後の接合体に見られたボイド欠陥と同じ位置に直径１〜３ｍｍのボイドが見られた。
【００５３】
【表１】
2015176899.tif 000002
【００５４】
以上の結果を表１に示す。接合面に意図的にＳｉＯ２膜を形成しないと、比較例１に示すようにかなり低い温度で多数のボイドが発生し、剥離したＳｉ層に欠陥が残存した。転写するＳｉ層の欠陥を無くすには、Ｓｉ層の剥離が可能となる温度までボイドの発生を抑制する必要がある。また、表面活性化処理をＮ２存在下（酸素濃度７０ｖｏｌ％以下）で行った場合には、ボイドが発生した。一方、表面活性化処理の雰囲気をＯ２（酸素濃度８０〜１００ｖｏｌ％）とし、貼り合わせ時の温度を高くすることでボイドのサイズや数を低減でき、また、接合時の温度を２００℃以上とすることで、ボイドをゼロとすることが可能であった。すなわち、本発明によって、貼り合わせ界面に意図的にＳｉＯ２膜を形成せずに、放熱性に優れた複合基板を得ることができた。
【符号の説明】
【００５５】
１  単結晶半導体基板
１ｓ  表面活性化処理した単結晶半導体基板の表面
１ａ  単結晶半導体薄膜
１ｂ  剥離された単結晶半導体基板
２  ハンドル基板
２ｓ  表面活性化処理したハンドル基板の表面
３  イオン
４  イオン注入層
５  プラズマ
６  貼り合わせた基板
７  接合体
８  複合基板
【図１】
2015176899.tif 000003
【図２】
2015176899.tif 000004
【図３】
2015176899.tif 000005
【図４】
2015176899.tif 000006
【図５】
2015176899.tif 000007
【図６】
2015176899.tif 000008
【図７】
2015176899.tif 000009