(57)【要約】  【課題】  結晶性の高い半導体層を有する複合基板の製造方法を提供する。  【解決手段】  絶縁性材料からなる基体１０Ｘの上面１０Ｘａの中央に半導体材料からなる半導体基板２０Ｘを接合する接合工程と、基体１０Ｘの周縁に、半導体基板２０Ｘが接合されている上面に比べて算術平均粗さの大きい上面を有する周縁部を形成して、基体１０Ｘを周縁部１２および周縁部１２の内側に位置して半導体基板２０Ｘが接合されている主部１１を有する支持基板１０に加工する加工工程と、半導体基板２０Ｘを上面からウェットエッチングして薄層化することによって半導体層２０とする薄層化工程とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性材料からなる基体の上面の中央に半導体材料からなる半導体基板を接合する接合工程と、
前記基体の周縁に、前記半導体基板が接合されている上面に比べて算術平均粗さの大きい上面を有する周縁部を形成して、前記基体を前記周縁部および該周縁部の内側に位置して前記半導体基板が接合されている主部を有する支持基板に加工する加工工程と、
前記半導体基板を上面からウェットエッチングして薄層化することによって半導体層とする薄層化工程とを有する複合基板の製造方法。
【請求項２】
前記加工工程において、前記支持基板の前記周縁部の上面を前記主部の上面よりも下側に位置させて、前記周縁部の厚みを前記主部の厚みに比べて薄くする請求項１記載の複合基板の製造方法。
【請求項３】
前記加工工程において、前記主部と前記周縁部との間における前記主部の側面の算術平均粗さを前記主部の上面の算術平均粗さに比べて大きくする請求項２記載の複合基板の製造方法。
【請求項４】
前記加工工程において、前記周縁部を前記主部の周囲の全体を囲むように形成する請求項１記載の複合基板の製造方法。
【請求項５】
前記薄層化工程において、ウェットエッチングをスピンエッチングにより行なう請求項１記載の複合基板の製造方法。
【請求項６】
前記基体の前記絶縁性材料として親水性材料を用いる請求項１記載の複合基板の製造方法。
【請求項７】
前記加工工程において、前記主部と前記周縁部との間における前記主部の側面を傾斜面とする請求項２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、半導体素子の製造に用いられる、半導体層を有する複合基板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構造を形成する方法として、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】特開平１０−１２５４７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、シリコンとサファイアとの格子構造の違いによって、シリコンに格子欠陥が生じてしまっていた。
【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、格子欠陥の少ない半導体層を有する複合基板の製造方法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】
本発明の複合基板の製造方法は、絶縁性材料からなる基体の上面の中央に半導体材料からなる半導体基板を接合する接合工程と、前記基体の周縁に、前記半導体基板が接合されている上面に比べて算術平均粗さの大きい上面を有する周縁部を形成して、前記基体を前記周縁部および該周縁部の内側に位置して前記半導体基板が接合されている主部を有する支持基板に加工する加工工程と、前記半導体基板を上面からウェットエッチングして薄層化することによって半導体層とする薄層化工程とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、格子欠陥の少ない半導体層を有する複合基板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の１つの実施形態に係る製造方法の製造工程を示す断面図である。
【図２】図１（ｂ）に示す加工工程の変形例を示す断面図である。
【図３】図１（ｂ）に示す加工工程の変形例を示す平面図である。
【図４】図１（ｃ）に示す複合基板１の変形例の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の複合基板の製造方法の実施形態の一例について、図面を参照しつつ、説明する。
【００１０】
＜接合工程＞
まず、図１（ａ）に示すように、絶縁性材料からなる基体１０Ｘの上面１０Ｘａの中央に、半導体材料からなる半導体基板２０Ｘを接合する。「中央」とは、基体１０Ｘの周縁
に対する相対的な位置関係を示し、必ずしも「中心」である必要はない。また、この例では、基体１０Ｘの上面１０Ｘａの全てを被覆するように半導体基板２０Ｘが接合されている。
【００１１】
基体１０Ｘを構成する絶縁性材料は、絶縁性を有する材料であれば特に限定はされないが、例えば酸化アルミニウム単結晶（サファイア）、炭化シリコン等を用いることができる。本実施形態では、基体１０Ｘとしてサファイアを用いる。
【００１２】
基体１０Ｘの厚みとしては、半導体基板２０Ｘを支持できれば特に限定はされないが、例えば、６００〜６５０μｍ程度とすればよい。
【００１３】
半導体基板２０Ｘを構成する半導体材料は、ガリウム砒素，窒化ガリウム等種々の半導体材料を用いることができるが、この例では、シリコン（Ｓｉ）の単結晶基板を用いている。半導体基板２０Ｘのシリコンとしては、ｐ型，ｎ型またはノンドープのいずれかのシリコンが採用できる。ｐ型のドーパント濃度としては、１×１０１６〔ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〕未満の範囲が挙げられる。ｎ型のドーパント濃度としては、５×１０１５〔ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〕未満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。
【００１４】
半導体基板２０Ｘの厚みとしては、特に限定されないが、数μｍ以上の厚みのものが用いられる。
【００１５】
このような基体１０Ｘと半導体基板２０Ｘとを貼り合せて接合する。貼り合わせの方法としては、貼り合わせる面の表面を活性化して接合する方法、および静電気力を利用して接合する方法が挙げられる。表面の活性化する方法としては、例えば真空中でイオン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。この接合を常温下で行ってもよい。
【００１６】
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、基体１０Ｘと半導体基板
２０Ｘ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、基体１０Ｘおよび半導体基板２０Ｘは、接合する面の面粗さが小さいことが好ましい。この面荒さは、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。特に、Ｒａを１ｎｍ以下とすることによって、極めて小さい加圧で接合することができる。
【００１７】
＜加工工程＞
次に、基体１０Ｘの周縁に、半導体基板２０Ｘが接合されている上面に比べて算術平均粗さの大きい周縁部１２を形成して、図１（ｂ）に示すように、基体１１Ｘを、周縁部１２および周縁部１２の内側に位置して半導体基板２０Ｘが接合されている主部１１を有する支持基板１０に加工する。この例では、主部１１の周囲を囲うように周縁部１２を形成している。
【００１８】
具体的には、半導体基板２０Ｘの周縁を除去することにより、基体１０の周縁部１２を露出させるとともに、露出した表面（周縁部１２の上面１２ａ）の算術平均粗さを大きくする。基体１０の周縁部１２を半導体基板２０Ｘから露出させるためには、例えば、化学的，物理的なエッチングや機械的手法により、半導体基板２０Ｘの周縁を部分的に除去すればよい。エッチングとしては、化学的な方法、およびイオンビームなどの物理的な方法
が挙げられる。そして、半導体基板２０Ｘの支持基体１０Ｘと接合されていない側の主面（以下、上面２０Ｘａという）にフォトマスクを形成してエッチングを行なう。マスクとしては、例えばメタルマスクおよびフォトマスクなどがあり、エッチングの方法に応じて適宜選択される。
【００１９】
主部１１と周縁部１２とで上面（１１ａ，１２ａ）の算術平均粗さを変えるためには、例えば、周縁部１２の上面１２ａにおいてスパッタリングを行なったり、ブラスト加工のように機械的な加工を加えたりすればよい。支持基体を加工して周縁部１２を形成する際にエッチング等の条件を適宜調整して、周縁部１２の形成と同時にその表面１２ａを荒らすように加工してもよい。
【００２０】
ここで、主部１１の上面１１ａは、支持基板１０と半導体基板２０Ｘとを接合する観点からもその算術平均粗さは小さいことが好ましく、前述の通り、例えば、算術平均粗さを１０ｎｍ未満とすることが好ましい。これに対して、周縁部１２の上面１２ａは、その算術平均粗さを主部１１の上面１１ａに比べ大きくすればよい。具体的には、例えば、主部１１の上面１１ａの算術平均粗さを１ｎｍ未満としたときに、５ｎｍ以上とすればよい。
【００２１】
＜薄層化工程＞
次に、図１（ｃ）に示すように、半導体基板２０Ｘの上面２０Ｘａからウェットエッチングして薄層化することにより、半導体基板２０Ｘを半導体層２０とする。
【００２２】
エッチング液は、半導体材料を選択的に除去するものが好ましく、例えば、半導体材料がシリコンで、絶縁性材料がサファイアである場合には、フッ酸，硝酸，酢酸，ＫＯＨおよびこれらの混合液等を用いることができる。
【００２３】
このようなエッチング液を用いて、半導体基板２０Ｘを上面２０Ｘａ側から所望の厚みとなるまでエッチングする。半導体層２０の厚みとしては、例えば、５０ｎｍ程度から２μｍ程度の範囲が挙げられる。
【００２４】
ここで、半導体材料は一般的に疎水性である。本例のシリコンも疎水性である。このような疎水性材料からなる半導体基板２０Ｘの上面２０Ｘａにエッチング液を保持する必要がある。これに対して、支持基板１０の周縁部１２の上面１２ａの算術平均粗さが大きいことから、周縁部１２の上面１２ａにおける濡れ性を高めることができる。これにより、周縁部１２の上面１２ａにおいてエッチング液を保持し、平面視で周縁部１２の内側に位置する半導体基板２０Ｘにエッチング液を留めることができる。言い換えると、半導体基板２０Ｘの周囲に、周縁部１２により保持されたエッチング液の「壁」を形成することができる。これにより、半導体基板２０Ｘとして疎水性材料を用いた場合であってもエッチングを行なうことができる。
【００２５】
このようなエッチングを、スピンエッチングにより行なうことが好ましい。スピンエッチングを行なうことより、エッチングによる膜厚分布を抑えることができる。通常、スピンエッチングを行なうと、疎水性材料からなる半導体基板２０Ｘ上にエッチング液を保持することが困難となるが、この例では、上面１２ａの濡れ性の高めた周縁部１２によりエッチング液を保持することができる。
【００２６】
特に、この例では、絶縁性材料として親水性材料のサファイアを用いている。このため、周縁部１２の上面１２ａの濡れ性を更に高めることができるため、より確実にエッチングを行なうことができる。
【００２７】
ここまでの工程を経ることにより、図１（ｃ）に示すような、支持基板１０上に半導体
層２０が配置された複合基板１を製造することができる。
【００２８】
このようにして製造した複合基板１は、半導体層２０として高い結晶性を有するシリコン単結晶を用いることができるので、支持基板１０上に格子定数の異なる半導体層を成長させる場合に比べ、半導体層２０の品質を高めることができる。また、基体１０Ｘと半導体基板２０Ｘとを直接貼り合わせることにより、支持基板１０と半導体層２０との間において不純物の介在を抑制することができ、高品質な複合基板１とすることができる。また、半導体層２０に熱伝導率の高いサファイアからなる支持基板１０が直接接合されていることにより、放熱性の高い複合基板１とすることができる。
【００２９】
また、複合基板１を用いて半導体素子を製造する場合には、求められる半導体層２０の厚みは、半導体基板２０Ｘとして用いられる一般的なシリコン単結晶基板の厚みに比べて非常に薄い。このため、厚い半導体基板２０Ｘにダメージを与えることなく、均一な薄い半導体層２０へと加工する必要がある。これに対して、本例によれば、周縁部１２においてエッチング液を保持することで、安定して半導体基板２０Ｘとエッチング液とを接触させることができる。これにより、半導体基板２０Ｘを、厚みの面内分布が少ない、所望の厚みを有する半導体層２０へと加工することができる。このように、周縁部１２を設け、ウェットエッチングを行なうことで始めて、所望の厚みを有する、欠陥の少ない高品質の半導体層２０を有する複合基板１を提供することができる。
【００３０】
なお、複合基板１の製造後に、当該複合基板１を精密研磨してもよい。この精密研磨によって、半導体層２０の厚みの均一性を向上させることができる。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。また、メカノケミカル研磨や砥粒研磨等の機械的研磨を行なってもよい。
【００３１】
また、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。特に、純水や水溶液を用いた洗浄を行なう場合には、周縁部１２により洗浄液を保持することができる。
【００３２】
＜変形例１：加工工程＞
上述の例では、支板基板１０は平板状であり、主部１１と周縁部１２とで厚みに差異はないものを例に説明したが、図２に示すように、主部１１Ａと周縁部１２Ａとを有する支持基板１０Ａとしてもよい。具体的には、周縁部１２Ａにおける支持基板１０Ａの厚みｄ２は、主部１１Ａにおける厚みｄ１に比べて薄くなっている。そして、周縁部１２Ａの上面１２Ａａは、主部１１Ａの上面１１Ａａよりも下側に位置している。この例では、主部１１Ａの下面１１Ａｂと周縁部１２Ａの下面１２Ａｂとは揃えて配置され、同一平面に位置している。なお、支持基板１０Ａは欠けを防ぐために外周部が面取りされていることがある。その場合には、周縁部１２Ａの厚みｄ２としては、互いに平行な上面１２Ａａと下面１２Ａｂとの間で測定するものとする。
【００３３】
このように、主部１１Ａと周縁部１２Ａとで厚みを変えるには、例えば、周縁部１２Ａ
を半導体基板２０ＸＡから露出させる際に、半導体基板２０ＸＡの外周部分の除去に続き、基体１０ＸＡの厚み方向における一部を除去すればよい。
【００３４】
支持基板１０Ａによれば、薄層化工程において、周縁部１２Ａの上面１２Ａａに加え、主部１１Ａの側面１１ｙにおいてもエッチング液を保持することができる。
【００３５】
特に、主部１１Ａの側面１１ｙの算術平均粗さを主部１１Ａの上面１１Ａａに比べ大きくする場合には、側面１１ｙにおける濡れ性をさらに高めることができるので、より安定してエッチング液を保持することができる。
【００３６】
側面１１ｙの算術平均粗さを大きくするには、化学的または物理的なエッチングを行ったり、ブラスト加工、砥粒研磨，ダイシング等の機械的な加工を施したりすればよい。
【００３７】
＜変形例２：加工工程＞
図２に示す例では、主部１１Ａの側面１１ｙが上面１１Ａａ，下面１１Ａｂに対して垂直な面となっているが、傾斜面してもよい。具体的には、主部１１Ａの側面１１ｙと下面１１Ａｂとで成す角を鋭角としてもよい。このような構成とすることにより、より安定してエッチング液を保持することができる。
【００３８】
＜変形例３：接合工程＞
図１（ａ）に示す例では、平面視で基体１０Ｘと半導体基板２０Ｘとの大きさがほぼ同じものを用いた場合について説明したが、半導体基板２０Ｘとして、基体１０Ｘよりも小さい形状のものを用いて、基体１０Ｘの中央に接合してもよい。
【００３９】
このような構成とすることにより、基体１０Ｘの上面１０Ｘａにおいて、予め半導体基板２０Ｘから露出する領域を設けることができる。これにより、接合工程に続いて実施される加工工程を簡易なものとすることができる。
【００４０】
＜変形例４：加工工程〜薄層化工程＞
上述の例では半導体基板２０Ｘとして均一なドーパント濃度を有するものを用いたが、厚み方向によりドーパント濃度が異なる半導体基板２０ＸＢを用いてもよい。このような半導体基板２０ＸＢとしては、例えば、第１層と第２層との積層構造として、支持基板１０に接合される側の主面側に位置する層（第１層）に比べ、基体１０ＸＢに接合されない側の主面（上面）側に位置する層（第２層）のドーパント濃度を高くすればよい。
【００４１】
具体的には、第１層として、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〕未満の範囲が挙げられる。ｎ−のドーパント濃度としては、５×１０１５〔ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〕未満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。
【００４２】
また、第２層として、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＋のものが採用できる。ｐ＋＋のドーパント濃度としては、１×１０１８以上１×１０２１〔ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〕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_! (B×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。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。
【００４３】
このような半導体基板２０ＸＢを用い、薄層化工程において、第２層側からエッチングして、半導体基板２０ＸＢの厚みを薄くする。このエッチングでは、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は、ドーパント濃度が所定の値を上回ったり、下回ったりするとエッチングの速度が著しく低下するように調整される。このような選択的なエッチング液としては、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。例えば、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、例えば、ｐ型シリコンを採用した場合には、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。なお、選択性のエッチングをする他の法としては、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。このようなエッチング液を用いることにより、第１層に到達するとエッチング速度が低下し、ドーパント濃度の低い第１層部分が残ることとなる。この第１層部分を半導体層２０とすればよい。
【００４４】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【００４５】
例えば、図２において支持基板１０Ａは、主部１１Ａと周縁部１２Ａの下面が揃っており、段差のない状態となっているが、下面が揃っていなくてもよい。すなわち、主部１１Ａの厚み方向における中心と、周縁部１２Ａの厚み方向における中心とを揃えるように配置されていてもよい。
【００４６】
また、図１，図２において支持基板（１０，１０Ａ）は、周縁部（１２，１２Ａ）は主部（１１，１１Ａ）を囲うように配置されているが、図３に示すように、主部１１Ｃの周縁領域の一部分に周縁部１２Ｃを配置してもよい。
【００４７】
さらに、図１，図２において支持基板（１０，１０Ａ）は、平面視で周縁部（１２，１２Ａ）と主部（１１，１１Ａ）とが間を開けずに配置されているが、図４に示すように、同様に、平面視で周縁部１２Ｄと主部１１ＣＤの間に、半導体層２０Ｄから露出するとともに主部１１Ｄの上面１１Ｄａと同等の算術平均粗さを有する露出領域１１ｘを設けても良い。
【００４８】
なお、上述の例では、基体１０Ｘに直接半導体基板２０Ｘを貼り合わせた例について説明したが、酸化物層等を介して接合してもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１，１Ｃ・・・複合基板
１０Ｘ・・・基体
１０Ｘａ・・・基体の上面
１０，１０Ａ〜１０Ｄ・・・支持基板
１１，１１Ａ〜１１Ｄ・・・主部
１１ａ，１１Ａａ・・・主部の上面
１１ｂ，１１Ａｂ・・・主部の下面
１１ｘ・・・露出領域
１１ｙ・・・側面
１２，１２Ａ〜１２Ｄ・・・周縁部
２０Ｘ，２０ＸＡ，２０ＸＢ・・・半導体基板
２０，２０Ａ，２０Ｄ・・・半導体層
【図１】
2012234911.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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