(57)【要約】  【課題】  格子欠陥の少ないシリコン基板を有する複合基板の製造方法を提供する。  【解決手段】  シリコン基板１０を準備する工程と、シリコン基板１０の厚み方向にドーパントをイオン注入して厚み方向の途中に第１深さ位置ｄ１を中心としてドープ領域１０ｘを形成する工程と、シリコン基板１０を加熱して、ドープ領域１０ｘの厚み方向の両側にドーパントを拡散させて拡散領域１０ｙを形成する工程と、シリコン基板１０の一方主面１０ａと絶縁性基板２０の一方主面とを接合する工程と、次いで、シリコン基板１０を他方主面１０ｂ側から第１深さ位置ｄ１まで除去して薄層化する工程と、薄層化したシリコン基板１０を、除去した側からエッチャントを用いて厚みの途中まで選択エッチングする工程とを備える。【選択図】  図３
2013251340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板を準備する工程と、
前記シリコン基板の厚み方向にドーパントをイオン注入して厚み方向の途中に第１深さ位置を中心としてドープ領域を形成する工程と、
前記シリコン基板を加熱して、前記ドープ領域の厚み方向の両側に前記ドーパントを拡散させて拡散領域を形成する工程と、
前記シリコン基板の一方主面と絶縁性基板の一方主面とを接合する工程と、
次いで、前記シリコン基板を他方主面側から前記第１深さ位置まで除去して薄層化する工程と、
薄層化した前記シリコン基板を、除去した側からエッチャントを用いて厚みの途中まで選択エッチングする工程とを備えており、
前記エッチャントに、前記ドーパント領域のドーパント濃度よりも低いドーパント濃度である閾値のドーパント濃度においてシリコンに対するエッチングレートが一定値以上低下するものを用いるとともに、
前記シリコン基板を準備する工程において、前記シリコン基板として前記閾値以下のドーパント濃度を有するシリコン基板を準備し、
前記拡散領域を形成する工程において、前記ドープ領域から前記ドーパントを拡散させて、前記拡散領域に、前記ドープ領域から離れるにつれてドーパント濃度が前記閾値まで低下する第１領域を厚み方向に有するように形成する、複合基板の製造方法。
【請求項２】
前記ドープ領域を形成する工程において、前記シリコン基板の前記一方主面側から前記ドーパントを注入する、請求項１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、シリコン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に開示された技術がある。
【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に開示された技術では、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】
このため、格子欠陥の少ないシリコン層を有する複合基板が求められていた。
【０００６】
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、格子欠陥の少ないシリコン層を有する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】
【０００７】
本発明の実施形態の複合基板の製造方法は、シリコン基板を準備する工程と、前記シリコン基板の厚み方向にドーパントをイオン注入して厚み方向の途中に第１深さ位置を中心としてドープ領域を形成する工程と、前記シリコン基板を加熱して、前記ドープ領域の厚み方向の両側に前記ドーパントを拡散させて拡散領域を形成する工程と、前記シリコン基板の一方主面と絶縁性基板の一方主面とを接合する工程と、次いで、前記シリコン基板を他方主面側から前記第１深さ位置まで除去して薄層化する工程と、薄層化した前記シリコン基板を、除去した側からエッチャントを用いて厚みの途中まで選択エッチングする工程とを備えており、前記エッチャントに、前記ドーパント領域のドーパント濃度よりも低いドーパント濃度である閾値のドーパント濃度においてシリコンに対するエッチングレートが一定値以上低下するものを用いるとともに、前記シリコン基板を準備する工程において、前記シリコン基板として前記閾値以下のドーパント濃度を有するシリコン基板を準備し、前記拡散領域を形成する工程において、前記ドープ領域から前記ドーパントを拡散させて、前記拡散領域に、前記第１深さ位置から離れるにつれてドーパント濃度が前記閾値まで低下する第１領域を厚み方向に有するように形成するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、格子欠陥の少ないシリコン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】
【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を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）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。
【００１１】
まず、図１（ａ）に示したように、ドーパントを有する第１シリコン（Ｓｉ）で形成されたシリコン基板１０を準備する。このシリコン基板１０の第１シリコンとしては、後述の閾値以下のドーパント濃度を有するものとする。具体的には、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つが採用される。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。本実施形態の第１基板１０は、ｐ型のシリコンを採用し、ドーパント濃度がｐ−となるように形成する。なお、「ｐ」および「ｎ」の右上に記載している「−」の記載は、シリコンの抵抗値を基準とするものである。
【００１２】
次に、シリコン基板の厚み方向にドーパントをイオン注入して、図１（ｂ）に示すように、厚み方向の途中に第１深さ位置ｄ１を中心としてドープ領域１０ｘを形成する。この例では、シリコン基板１０の一方主面１０ａ側からイオン注入を行なう。イオン注入により打込むドーパントは、シリコン基板１０の第１シリコンとしてｐ型を用いているので、この例ではｐ型のものを用いる。例えば、ボロンをイオン注入する。ドープ領域１０ｘのドーパント濃度としては、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１×１０１８〔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＋＋のものを第１基板として採用する。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。
【００１３】
そして、ドープ領域１０ｘを一方主面１０ａから第１深さ位置ｄ１離間した位置を中心として形成する。深さ位置ｄ１としては、例えば、一方主面から１０００ｎｍの深さに注入すればよい。このようなドープ領域１０ｘを形成する深さ位置は、イオン注入時のエネルギーを適宜調整することにより制御することができる。例えば、イオン注入装置を用いて１００Ｋ〜２００ＫｅＶのエネルギーでイオン注入を行なうことにより、第１深さ位置ｄ１を５００〜１０００ｎｍとすることができる。
【００１４】
次に、シリコン基板１０を加熱して、ドープ領域１０ｘの厚み方向の両側にドーパントを拡散させて、図１（ｃ）に示すように、拡散領域１０ｙを形成する。言い換えると、ドープ領域１０ｘは、第１深さ位置ｄ１において最もドーパント濃度が高く、この第１深さ位置ｄ１を中心として厚み方向の両側に、第１深さ位置ｄ１から離れるにつれて徐々にドーパント濃度が低下するような拡散領域１０ｙに変化する。
【００１５】
ここで、拡散領域１０ｙは、シリコン基板１０の両主面１０ａ，１０ｂのうち、第１深さ位置ｄ１からの距離が長い側の主面におけるドーパント濃度よりも多いドーパントを含む領域をさすものとする。この例では、シリコン基板１０の他方主面１０ｂにおけるドーパント濃度よりも高いドーパント濃度となっている領域を拡散領域とする。
【００１６】
そして、シリコン基板１０の両主面１０ａ，１０ｂのうち、第１深さ位置ｄ１からの距離が短い側の主面（この例では一方主面ｎ１０ａ）におけるドーパント濃度は、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〕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。
【００１７】
拡散領域１０ｙの厚み方向における幅（厚み）は、例えば、例えば、後述の絶縁性基板２０の接合面側のうねりと同程度とすればよい。
【００１８】
拡散領域１０ｙの厚み及び、拡散領域１０ｙにおける第１深さ位置ｄ１の両側に向かって生じるドーパント濃度の勾配は、加熱温度および加熱時間により制御することができる。例えば、１１００℃で１０分加熱することで、拡散領域１０ｙの厚み方向における幅を５００〜１０００ｎｍとすることができる。
【００１９】
この拡散領域１０ｙおよび拡散領域１０ｙから一方主面１０ａまでの領域は、単結晶のシリコン基板からなるので、サファイア基板の上にエピタキシャル成長させた場合に比べて格子欠陥を少なくすることができる。
【００２０】
このような、イオン注入および拡散の工程は、２段階・３段階に分けて繰り返し行うことで、ドープ領域１０ｘ及び拡散領域１０ｙを広げたり、ドープ量を増やしたりしてもよい。
【００２１】
このように拡散領域１０ｙを構成することにより、シリコン基板１０は、その厚み方向においてドーパント濃度の分布を持つこととなる。言い換えると、シリコン基板１０は、少なくとも、厚み方向において第１深さ位置ｄ１から一方主面１０ａ側に向かって第１領域１０ｚを有するように形成されている。この第１領域１０ｚは、第１深さ位置ｄ１から離れるにつれてドーパント濃度が後述の閾値まで低下するように形成されている。本実施形態では、第１領域１０ｚから離れるにつれ、一方主面１０ａまでドーパント濃度は閾値からも低下し続けるものとなる。
【００２２】
次に、図１（ｄ）に示したように、絶縁性基板２０を準備する。この絶縁性基板２０の形成材料としては、酸化アルミニウム単結晶（サファイア）、炭化シリコンなどを用いることができる。本実施形態では、絶縁性基板３０としてサファイアを採用する。
【００２３】
次に、図２（ａ）に示したように、絶縁性基板２０の一方主面と、シリコン基板１０の一方主面１０ａとを接合する。貼り合わせ（接合）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。この接合を常温下で行なってもよい。ここで、常温とは、室温程度をさすが、一般的な基板接合技術における加熱温度よりも低い範囲も含むものとし、例えば、２００℃以下とすることができる。
【００２４】
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、シリコン基板１０の一方
主面１０ａと絶縁性基板２０とが直接的に接合される。この直接的な接合に際しては、シリコン基板１０と絶縁性基板２０との間に混成層が形成される場合もある。この固相接合によって接合する場合には、一方主面１０ａおよび絶縁性基板２０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。この面粗さＲａの範囲としては、１０ｎｍ未満が挙げられる。平均面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。
【００２５】
ここまでの工程を経ることによって、シリコン基板１０と絶縁性基板２０とが直接接合された中間製造物ができる。
【００２６】
次に、中間製造物をシリコン基板１０の他方主面１０ｂ側から加工して、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板１０の厚みを薄くする。具体的には、他方主面１０ｂ側から拡散領域１０ｙの厚みの途中である第１深さ位置ｄ１までシリコン基板１０の一部を除去する。この厚みを薄くする加工方法としては、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。ここでは、厚みが薄くなった（薄層化した）シリコン基板１０を、シリコン薄基板１１とする。シリコン薄基板１１のうち、絶縁性基板２０と反対側の主面１１ａは、拡散領域１０ｙの中でドーパント濃度が高い領域であり、具体的には後述の閾値以上のドーパント濃度となっている。
【００２７】
言い換えると、主面１１ａは、第１深さ位置ｄ１における面であることが好ましいが、後述の閾値以上のドーパント濃度を有する領域であれば、第１深さ位置ｄ１から変動した深さ位置であってもよい。
【００２８】
さらに、シリコン薄基板１１の一方主面１１ａを露出させた後にエッチング液でエッチングし、図２（ｃ）に示したようにシリコン薄基板１１の厚みを薄くする。具体的には、シリコン薄基板１１の除去した側の面１１ａからエッチャントを用いて厚みの途中まで選択エッチングする。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、選択性のエッチャント（エッチング液）を採用することで所望の厚みを残して薄層化することが可能となる。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。そしてこのエッチャントは、ドーパント領域１０ｘ、およびシリコン薄基板１１の一方主面（露出面）１１ａのドーパント濃度よりも低いドーパント濃度である閾値のドーパント濃度において、シリコンに対するエッチングレートが一定値以上低下するように調整されている。ここで、「エッチングレートが一定値以上低下する」とは、エッチングレートとドーパント濃度との関係を示すグラフを作成したときに、変曲点となるような場合や、閾値においてエッチングレートが１／１０以上低下するような場合を指す。この例では、このエッチング液は、ｐ型シリコンを採用している本実施形態において、閾値となるドーパント濃度が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。例えばフッ酸、硝酸および水の混合比を１：３：８としたときには、閾値を境にしてエッチングレートが１／１０００以上に変化する。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、あるいはＫＯＨ溶液でのパルス電極陽極酸化法などが挙げられる。このシリコン薄基板１１は、第１領域１０ｚがエッチングされることとなる。なお、第１領域１０ｚと同様の濃度分布を有する領域は、第１深さ位置ｄ１を挟んで厚みの両側にそれぞれ存在していたが、先の、シリコン薄基板１１を形成するためのシリコン基板１０を薄層化する工程において、他方主面１０ｂ側に存在した領域は除去されている。そして、一方主面１０ａ側に存在し、絶縁性基板２０側に近づくにつれてドーパント濃度が低下するような第１領域１０ｚのみがシリコン薄基板１１の一方主面１１ａから連続して存在している。ここでは、選択エッチングによって厚みが薄くなった、シリコン薄基板１１の残部を機能層１２とする。この機能層１２の厚みとしては、例えば数百ｎｍから２μｍ程度の範囲が挙げられる。
【００２９】
ここまでの工程を経ることによって、図３に示したような、絶縁性の基板２０の上面に、半導体層１２が積層された複合基板３０を製造することができる。言い換えると、この複合基板３０は、基板２０の上面に半導体層１２の一方主面が接合されている。この半導体層１２のドーパント濃度は、他方主面側に比べて接合側（一方主面側、基板２０側）が低くなっている。また、ドーパント濃度を電気抵抗の大きさとして考えた場合には、この半導体層２１の電気抵抗は、表面側（他方主面側）から接合側（一方主面側、基板２０側）に近づくにつれて小さくなっている。図３において、絶縁性の基板２０は、上述の製造方法を経た絶縁性基板２０を指し、半導体層２１は、上述の製造方法を経て、シリコン基板１０が薄層化された機能層１２を指すものである。
【００３０】
上述の製造方法では、絶縁性基板２０に接合する前に、当該絶縁性基板２０に接合する側の面（１０ａ）に機能層１２となるシリコン基板１０のドーパント濃度の勾配を形成している。このように接合前に勾配を形成することによって、接合後に勾配を形成する場合に比べて、絶縁性基板２０の上面に形成する機能層１２の厚みのバラツキを低減することができる。接合後に勾配を形成すると、シリコン基板１０の他方主面１０ｂ側から加工することになる。言い換えると、シリコン基板１０の絶縁性基板２０と反対側の主面が薄層化のための基準面となる。このため、当該シリコン基板１０の厚みのバラツキによる影響を受けたり、絶縁性基板２０の反りによる影響を受けたりするからである。
【００３１】
シリコン基板１０の厚みのバラツキ量および絶縁性基板２０の反り量の少なくとも一方よりも厚みの薄い機能層を形成する場合は、特に有効になる。このような厚みの機能層を形成する場合には、シリコン基板１０の絶縁性基板２０と反対側の主面を基準に薄層化すると、機能層の厚みのバラつきもシリコン基板１０の厚みのバラツキ量および絶縁性基板２０の反り量やうねり量を引き継ぎ、機能層を連続膜とすることが困難となる。これに対して、本実施形態の製造方法によれば、第１領域１０ｚのうち絶縁性基板２０と反対側の主面を基準として薄層化が行なわれる。この面は、絶縁性基板２０と接する側の主面から一定の距離となっている。このため、第１基板１０の厚みのバラつき及び絶縁性基板２０の反り量やうねり量の影響は排除できる。すなわち、例え、シリコン基板１０が絶縁性基板２０との接合の影響を受けて、絶縁性基板２０のうねりに沿うように変形しても、絶縁性基板２０のうねりに沿って、一様な膜厚を有する機能層１２を得ることができる。なお、シリコンウエハは、一般的に±数μｍの厚みバラツキがあるといわれ、サファイア基板は、一般的に±１０〔μｍ〕の厚みバラツキがと言われている。この厚みバラツキや反りは、ＳＯＳ基板のシリコンに求められている厚みである、数十ｎｍから数百ｎｍのサブミクロンの値に比べてとても大きい。
【００３２】
上述の工程では、機能層１２のうち、絶縁性基板２０側においてもっともドーパント濃度が低く電気抵抗が高いものとなっている。このような構成により、複合基板３０の機能層１２に半導体素子機能部を形成したときに寄生容量やノイズの少ない優れた特性を実現することができる。
【００３３】
複合基板３０の製造後に、当該複合基板３０を精密研磨してもよい。この精密研磨によって、機能層１２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素材２０Ｘ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。
【００３４】
上述の工程では、シリコン基板１０の一方主面１０ａ側からドーパントをイオン注入してドープ領域１０ｘを形成したが、他方主面１０ｂ側から注入してもよい。機能層１２の厚みに応じて、適した側から注入すればよい。
【００３５】
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。
【符号の説明】
【００３６】
１０・・・シリコン基板
１０ｘ・・・ドープ領域
１０ｙ・・・拡散領域
１０ｚ・・・第１領域
１１・・・第１薄基板
１２・・・機能層
２０・・・絶縁性基板
３０・・・複合基板
【図１】
2013251340.tif 000003
【図２】
2013251340.tif 000004
【図３】
2013251340.tif 000005