(57)【要約】      （修正有）【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】ドーパントを有する第１シリコンで形成された第１基板１０と、第２シリコンで形成された第２基板２０とを準備する工程と、第１基板１０の主面と第２基板２０の主面とを接合して、第２基板２０に第１基板１０のドーパントを拡散させることで、第２基板２０の第１基板１０に接する側の面に第１領域３０ｘを有するシリコン基体３０を形成する工程と、シリコン基体３０の第２基板２０側の主面３０ａと絶縁性の第３基板４０の主面とを接合する工程と、第１基板１０の側からエッチャントを用いて第２基板２０の厚みの途中まで選択エッチングする工程とを備えている。【選択図】図２
2013251334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドーパントを有する第１シリコンで形成された第１基板と、第２シリコンで形成された第２基板とを準備する工程と、
前記第１基板の主面と前記第２基板の主面とを接合してシリコン基体を形成する工程と、前記シリコン基体の前記第２基板側の主面と絶縁性の第３基板の主面とを接合する工程と、
前記第１基板の側からエッチャントを用いて前記第２基板の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、
前記選択エッチングする工程において、前記エッチャントに、前記第１基板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、前記第２基板に前記閾値よりも低いドーパント濃度を有するものを用い、
前記シリコン基体を形成する工程において、前記第１基板から前記第１シリコンの前記ドーパントを拡散させて、前記第２基板に、前記第１基板に接し、前記第１基板から離れるにつれてドーパント濃度が前記値まで低下する第１領域を厚み方向に形成する、複合基板の製造方法。
【請求項２】
前記シリコン基体を形成する工程に続いて、前記第２基板を、少なくとも前記第１領域を残すように前記第１基板と接する側と反対側の主面から厚みの途中まで除去して薄層化する工程を有する、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】
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】
本発明の実施形態の複合基板の製造方法は、ドーパントを有する第１シリコンで形成された第１基板と、第２シリコンで形成された第２基板とを準備する工程と、前記第１基板の主面と前記第２基板の主面とを接合してシリコン基体を形成する工程と、前記シリコン基体の前記第２基板側の主面と絶縁性の第３基板の主面とを接合する工程と、前記第１基板の側からエッチャントを用いて前記第２基板の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、前記選択エッチングする工程において、前記エッチャントに、前記第１基板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、前記第２基板に前記閾値よりも低いドーパント濃度を有するものを用い、前記シリコン基体を形成する工程において、前記第１基板から前記第１シリコンの前記ドーパントを拡散させて、前記第２基板に、前記第１基板に接し、前記第１基板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領域を厚み方向に形成するものである。
【発明の効果】
【０００７】
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を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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）〜（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】
【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】
（第１の実施形態）
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）で形成された第１基板１０を準備する。この第１基板１０の第１シリコンとしては、ｐ型またはｎ型の単結晶シリコンが採用できる。この第１基板１０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。
【００１１】
次に、図１（ｂ）に示すように、第２シリコンで形成された第２基板２０を準備する。この第２基板２０の第２シリコンとしては、ｐ型またはｎ型の単結晶シリコンで、且つ第１基板１０よりもドーパントが少ないものを採用できる。第１シリコンと第２シリコンとは、同じ導電型でもよいし、異なる導電型でもよい。第２基板２０のドーパント濃度は、後述の閾値よりも低いものを選択する。
【００１２】
次に、図１（ｃ）に示すように、第１基板１０の主面１０ａと、第２基板２０の主面２０ａとを接合してシリコン基体３０を形成する。
【００１３】
第１基板１０と第２基板２０との接合は、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、接合の為に水酸基や、窒化物基を表面に形成する方法やプラズマを照射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。また、加熱しても、圧力を印加して接合してもよい。
【００１４】
そして、この第１基板１０と第２基板２０との両主面１０ａ，２０ａを接合してシリコン基体３０を形成する工程において、第２基板２０に第１基板１０からドーパントを拡散させて所望の濃度勾配を有する第１領域３０ｘを形成する。第１領域３０ｘの厚さは、１０００ｎｍ以下程度とすればよい。第１領域３０ｘは、シリコン基体３０を加熱することにより形成するが、第１基板１０と第２基板２０とを接合するときに加熱することで接合と同時に形成してもよいし、接合した後に別途加熱処理を行って形成してもよい。
【００１５】
ここでは、第１基板１０と第２基板２０とを常温下で接合し、その後に加熱することにより第１領域３０ｘを形成する場合について説明する。
【００１６】
まず、第１基板１０と第２基板２０とを常温下で接合する。ここで、常温とは室温程度であるが、一般的な加熱による接合技術の温度よりも低いものも含むものとし、例えば、２００℃以下とする。次に、接合した第１基板１０及び第２基板２０を６００℃〜１１００℃で１０〜６０分間加熱することで、第１基板１０の第１シリコンに含まれるドーパントを第２基板２０の主面２０ａから厚み方向の内側へ拡散させる。これにより、第２基板２０に、厚み方向において、第２基板２０の第１基板１０側の主面２０ａ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第１領域３０ｘを形成することができる。このときの加熱温度、時間により、第１領域３０ｘの厚み、ドーパント濃度勾配を制御す
ることができる。
【００１７】
この第２基板２０は、第１基板１０側の主面２０ａから他方主面２０ｂ側に向かって、ドーパント濃度が徐々に低くなる。この第２基板２０の第１基板１０と接していない側の主面２０ｂ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つとなるように加熱される。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。本実施形態の半導体層２０は、ｐ型のシリコンを採用し、上面部のドーパント濃度が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。
【００１８】
この第２基板２０は単結晶シリコン基板であり、かつ加熱による応力が発生しない状態で熱拡散によりドーパントを拡散させて第１領域３０ｘを形成しているため、他方主面２０ｂ側の面も、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。
【００１９】
このような工程を経ることにより、シリコン基体３０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、シリコン基体３０は、厚み方向において第１基板１０に接する第１領域３０ｘを有するように形成されている。この第１領域３０ｘは、第１基板１０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３０ｘから離れるにつれ、ドーパント濃度は閾値からも低下し続けるものとなる。
【００２０】
次に、図１（ｄ）に示したように、シリコン基体３０の第２基板２０を、少なくとも第１領域３０ｘを残すように第１基板１０と接する側と反対側の主面２０ｂから厚みの途中まで除去して薄層化する。薄層化は、機械的な研磨や化学的、物理的な研磨等により実現することができる。また、薄層化によりシリコン基体３０に形成される新たな主面３０ａは鏡面加工されることが好ましい。より具体的には、その算術平均粗さを５ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００２１】
このように、主面３０ａから第１領域３０ｘまでの距離（厚み）が所望の値となるように第２基板２０を薄層化することにより、デバイス層として機能する層の厚みを制御することができる。
【００２２】
次に、図２（ａ）に示したように、絶縁性の第３基板４０を準備する。この第３基板４０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、第３基板４０としてサファイアを採用する。
【００２３】
次に、図２（ｂ）に示したように、第３基板４０と、シリコン基体３０の第２基板２０側の面とを接合する。この例では、第３基板４０とシリコン基体３０の主面３０ａとを貼り合わせる。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。この接合を常温下で行なってもよい。この例における常温とは、室温程度を指すが、基板接合技術における一般的な加熱温度よりも低いものも含むものとし、例えば２００℃以下程度とする。
【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、シリコン基体３０と第３
基板４０とが直接的に接合される。この直接的な接合に際しては、この固相接合によって接合する場合には、シリコン基体３０および第３基板３０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、第１基板１０と第３基板４０との間に、第１領域３０ｘを含む薄層化された第２基板２０を有する中間製造物ができる。
【００２６】
次に、中間製造物を第１基板１０側から加工して、図２（ｃ）に示したように、第１基板１０の厚みを薄くする。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、厚みが薄くなった第１基板を、第１薄基板１１とする。
【００２７】
さらに、研磨後にエッチング液でエッチングし、図２（ｄ）に示したように第２基板２０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、第１基板１０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。
【００２８】
この第２基板２０は、第１領域３０ｘがエッチングされることとなる。ここでは、エッチングによって厚みが薄くなった第２基板２０を機能層２１とする。この機能層２１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。なお、第１基板１０または第１薄基板１１が残っている場合は、残っている第１基板１０または第１薄基板１１も合わせてエッチングする。
【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４０の矢印Ｄ２方向側の上面に、半導体層２１が積層された複合基板５０を製造することができる。言い換えると、この複合基板５０は、基板４０の上面に半導体層２１の一方主面が接合されている。この半導体層２１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４０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４０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４０は、上述の製造方法を経た第３基板４０を指し、半導体層２１は、上述の製造方法を経て、第２基板２０が薄層化された機能層２１を指すものである。
【００３０】
上述の製造方法では、第３基板４０に接合する前に、当該第３基板４０に接合する側の面に機能層２１となる第２基板２０のドーパント濃度に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、第３基板４０の上面に形成する機能層２１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、第１基板１０側から加工することになる。言い換えると、第１基板１０の第３基板４０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、当該第１基板１０の厚みのバラツキによる影響を受けたり、第３基板４０の反りやうねりによる影響を受けたりするからである。
【００３１】
第１基板１０の厚みのバラツキ量および第３基板４０の反り量やうねり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、第１基板１０の第３基板４０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第１基板１０の厚みのバラツキ量および第３基板４０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２基板２０の第１基板１０と接する側の主面を基準として薄層化が行なわれるため、第１基板１０の厚みのバラつき及び第３基板４０の反り量やうねり量の影響は排除できる。すなわち、例え、第２基板２０が第３基板４０との接合の影響を受けて、第３基板４０のうねりに沿うように変形しても、第３基板４０のうねりに沿って、一様な膜厚を有する機能層２１を得ることができる。なお、シリコン基板は一般的に±３[μｍ]の厚みのバラつきがあり、サファイア基板は、一般的に±１０〔μｍ〕のうねりがあると言われている。この厚みのバラつきやうねりは、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、第２基板２０のうち、第３基板４０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５０の機能層２１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】
上述の工程では、機能層２１は単結晶シリコン基板を薄層化して得るものとなっている。これにより、格子欠陥が少なく高品質な機能層２１を有する複合基板を提供できる。
【００３４】
複合基板５０の製造後に、当該複合基板５０を精密研磨してもよい。この精密研磨によって、機能層２１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。
【００３５】
上述の工程では、第１基板１０を研磨して厚みを薄くしたが、この研磨工程を省略してもよい。研磨工程を省略した場合は、エッチングなどによって第１基板１０を除去する。
【００３６】
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。
【００３７】
上述の工程では、シリコン基体３０と第３基板４０との接合に先立ち、第２基板２０を薄層化する工程を含んでいるが、この工程は、所望の機能層２１の厚みに応じて設けるものであるため、準備する第２基板２の厚みや、第１領域３０ｘから他方主面２０ｂまでの厚みと所望の機能層２１の厚みとの関係によっては省略してもよい。
【００３８】
上述の例では、第２基板２０は、第１基板１０から離れるにつれて連続的にドーパント濃度が低下し続ける場合を例に説明したが、第１領域３０ｘを有していればよく、この例に限定されない。例えば、第２基板２０のうち、第１領域３０ｘを挟んで第１基板１０と反対側に位置する領域のドーパント濃度は、閾値以上となってもよいし、閾値と同程度の値としてもよいし、厚み方向において段階的に変化するものであってもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０・・・第１基板
１１・・・第１薄基板
２０・・・第２基板
３０・・・シリコン基体
３０ｘ・・・第１領域
２１・・・機能層
４０・・・第３基板
５０・・・複合基板
【図１】
2013251334.tif 000003
【図２】
2013251334.tif 000004
【図３】
2013251334.tif 000005