(57)【要約】【課題】低コストで、安全に製造できる半導体薄膜付基板と、その製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】円形ガラス基板の平坦な表面に高チキソ性接着剤を均一厚さにコートする。接着剤層の上に同径のシリコンウェーハを載置し、接着剤を硬化させてガラス基板にシリコンウェーハを貼り合わせる。このウェーハ表面からバルク中に水素イオンを注入し、その後加熱することによりイオン注入層からこのウェーハの表面側部分を剥離し、一部を残す。ガラス基板上に残ったシリコンウェーハ部分がデバイス層となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が平坦である固定基板の表面に、
半導体材料で形成された平面視してこの固定基板と同じ形状の半導体薄膜材の裏面を、この固定基板の表面全体に厚さが均一に塗布された耐熱性接着剤を介してずれのないように貼り合わせた半導体薄膜付基板。
【請求項２】
上記耐熱性接着剤は高チキソ性セラミック接着剤である請求項１に記載の半導体薄膜付基板。
【請求項３】
上記半導体薄膜材はシリコン薄膜である請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体薄膜付基板。
【請求項４】
表面が平坦な固定基板および平面視してこの固定基板と同じ形状の半導体ウェーハを準備する準備工程と、
この固定基板の表面全体に液状の耐熱性接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、
この固定基板の表面に、この半導体ウェーハの裏面を、この耐熱性接着剤を介してずれのないように貼り合わせる貼り合わせ工程と、
この貼り合わせ工程の後にこの耐熱性接着剤を硬化させる硬化工程と、
この硬化工程の後にこの半導体ウェーハを薄膜化する薄膜化工程とを備えた半導体薄膜付基板の製造方法。
【請求項５】
上記接着剤塗布工程は、上記耐熱性接着剤をコーターで、その厚さを均一に塗布する工程である請求項４に記載の半導体薄膜付基板の製造方法。
【請求項６】
上記薄膜化工程は、上記半導体ウェーハの表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入して半導体ウェーハの内部にイオン注入層を形成し、その後高温での熱処理を行ってこのイオン注入層を境界としてこの半導体ウェーハの一部を剥離させることにより半導体薄膜を形成する工程である請求項４または請求項５のいずれかに記載の半導体薄膜付基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜デバイスに適した半導体薄膜付基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
異種基板上に半導体薄膜を備えた半導体薄膜付基板は、例えばＳＯＩ基板上の半導体素子のように、半導体装置用に好適な基板として知られている。この半導体薄膜付基板を使用することによって回路動作の高速化と高信頼性が期待できるという利点を有している。
この半導体薄膜付基板の製造方法について、特許文献１には、以下の方法が開示されている。すなわち、薄膜形成用シリコン基板の表面にシリコン元素を含む下地層（リンガラス層）を形成し、この下地層の上に結晶シリコン層を形成し、この結晶シリコン層の上に固定基板（ガラス基板）を密着させて貼り合わせる。そして、この後、下地層をＨＦ液などで除去することにより半導体薄膜付基板を形成する。
【特許文献１】特開２００３−２０９２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１の方法によれば、下地層を除去するために毒性の非常に強いフッ化水素酸を用いる必要があり、安全上の問題がある。また、半導体薄膜をＣＶＤ法により形成するため、耐熱性の高い薄膜形成用基板としてシリコン基板を準備する必要がある。さらに、工程数が多いため、低コストな半導体薄膜付基板ではなかった。
そこで、本発明は、低コストで、安全に製造することができる半導体薄膜付基板と、そ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】
【０００４】
請求項１に記載の発明は、表面が平坦である固定基板の表面に、半導体材料で形成された平面視してこの固定基板と同じ形状の半導体薄膜材の裏面を、この固定基板の表面全体に厚さが均一に塗布された耐熱性接着剤を介してずれのないように貼り合わせた半導体薄膜付基板である。
【０００５】
上記固定基板は、ガラス基板、プラスチック基板等であって、薄膜デバイスを搭載する基板として用いる。
上記半導体薄膜材の種類は限定されない。例えば単結晶シリコン薄膜など、劈開面を有する単結晶の薄膜材を採用する。
上記耐熱性接着剤として、チキソ性の高い液状の接着剤を使用することができる。例えばチキソトロピー指数が４以上で、形状保持性が良好な接着剤などである。そして、この接着剤は室温以上で硬化可能な材料で形成されている。さらに、この耐熱性接着剤は、デバイスプロセスにおける高温環境（例えば９００℃程度の環境）に耐えることが可能である。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、上記耐熱性接着剤は、高チキソ性セラミック接着剤である請求項１に記載の半導体薄膜付基板である。
【０００７】
チキソ性とは、外力を与えると液化するが、放置すると再びゲル化する性質をさす。高チキソ性接着剤として、例えば９８０℃まで接着力を保持する「Ｔｈｅｍｅｅｚ７０３０」（商品名）がある。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、上記半導体薄膜材は、シリコン薄膜である請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体薄膜付基板である。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、表面が平坦である固定基板および平面視してこの固定基板と同じ形状の半導体ウェーハを準備する準備工程と、この固定基板の表面全体に液状の耐熱性接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、この固定基板の表面に、この半導体ウェーハの裏面を、この耐熱性接着剤を介してずれのないように貼り合わせる貼り合わせ工程と、この貼り合わせ工程後に耐熱性接着剤を硬化させる硬化工程と、この硬化工程の後にこの半導体ウェーハを薄膜化する薄膜化工程とを備えた半導体薄膜付基板の製造方法である。
【００１０】
半導体ウェーハの薄膜化は、半導体ウェーハの表面からこのウェーハの所定深さ位置にまでイオン注入を行い、その後高温での熱処理（例えば５００℃での加熱）を行うことによって、この半導体ウェーハの大部分を剥離して薄膜層を残して形成する方法が好ましい。または、所望の厚みまでこの半導体ウェーハを研削し、その後この研削面について公知の鏡面研磨を行うことによって固定基板上に所定薄さの半導体薄膜を形成してもよい。また、接着剤の塗布は、その全面にて均一な厚さとなるよう固定基板の上に例えばブラシなどを用いて行うこともできる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、上記接着剤塗布工程は、上記耐熱性接着剤をコーターで、その厚さを均一に固定基板の表面全面に塗布する工程である請求項４に記載の半導体薄膜付基板の製造方法である。
【００１２】
コーターとは、固定基板やウェーハの表面に液体試料を均一な厚さで塗工する塗工機をさす。バーコーターやスピンコーターなどで、上記耐熱性接着剤を固定基板の表面に塗布する。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、上記薄膜化工程は、上記半導体ウェーハの表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入して半導体ウェーハの内部にイオン注入層を形成し、高温での熱処理を行ってこのイオン注入層を境界として半導体ウェーハの一部を剥離させることにより半導体薄膜を形成する工程である請求項４または請求項５のいずれかに記載の半導体薄膜付基板の製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、固定基板に直接半導体ウェーハを貼り合わせて、その後この半導体ウェーハを薄膜化する。このため、下地層（剥離層）を設けること、下地層に単結晶シリコン層を堆積成長させる必要がなく、効率よく半導体薄膜付基板を作製することができる。
また、下地層を除去する工程が必要ないため、フッ化水素酸などの有毒な薬品を使用せずに半導体薄膜付基板を安全に作ることができる。
さらに、請求項６の発明によれば、イオン注入後の剥離により固定基板から分離された半導体ウェーハは、十分な厚さを有しており、これを半導体単結晶ウェーハとして再利用することができる。よって、全体として半導体材料の省資源化を進めることができて全体として半導体薄膜付基板の製造コストをも低く抑えることができ、かつ、製造時に発生する廃棄物を減らすこともできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施の形態は本発明の一例を示すものであり、本発明はこれに限定されるものではない。
本実施例は、半導体薄膜付基板として、シリコン薄膜付ガラス基板１０について説明する。
【００１６】
上記シリコン薄膜付ガラス基板１０は、固定基板としてのガラス基板１と、このガラス基板１に設けられるシリコン薄膜２ａと、このシリコン薄膜２ａをガラス基板１に被着するための耐熱性接着剤層３とから構成されている。
【００１７】
上記ガラス基板１は、例えばその直径が４５０ｍｍ、厚さは１ｍｍの石英ガラス製の円板である。
上記シリコン薄膜２ａは、例えば直径が４５０ｍｍ、厚さが９２５μｍのＣＺ法によるシリコンウェーハを薄膜化した薄膜層とする。この薄膜層の厚さは１０〜５０μｍである。
上記耐熱性接着剤層３は、フィラー（シリカ）と水溶性樹脂を水に分散させた熱硬化性の高チキソ性セラミック接着剤（商品名「Ｔｈｅｒｍｅｅｚ７０３０」）で形成された層である。その厚さは例えば５０μｍ程度である。なお、３００ｍｍのシリコンウェーハを使用する場合のガラス基板の直径は３００ｍｍとする。
【００１８】
上記シリコン薄膜付ガラス基板１０では、上記ガラス基板１の表面全体に、例えば１０μｍの厚さの耐熱性接着剤３が均一に塗布されている。この耐熱性接着剤３の上に、上記シリコン薄膜２ａが固定されている。このガラス基板１と、このシリコン薄膜２ａとは、ずれのないように固定されている。詳しくは、ガラス基板１と、シリコン薄膜２ａとが完全に密着しており、平面視した場合、シリコン薄膜２ａの外周縁とガラス基板１の外周縁とが全周にわたり完全に一致して重なり合う状態で貼り合わされている。
【００１９】
次に、上記の構成を有するシリコン薄膜付ガラス基板１０の製造方法について説明する。
まず、ガラス基板１と、シリコンウェーハ２とを準備する（図１（ａ），図１（ｃ））。
このシリコンウェーハ２はＣＺ法により育成された単結晶シリコンインゴットに、公知の工程であるブロック切断、スライス、面取り、鏡面研磨などを施したものである。このシリコンウェーハ２は、例えば厚さ９２５μｍ、直径４５０ｍｍの表面が鏡面仕上げされた円板である。その後、シリコンウェーハ２は、例えば用途によっては酸素ガス雰囲気での９００℃の熱酸化処理により、シリコンウェーハ２の露出面の全域を、シリコン酸化膜で被覆してあってもよい。また、このシリコンウェーハ２には、ノッチやオリフラを形成してあってもよい。
ガラス基板１は、平面視してシリコンウェーハ２と同じ円形状を有する石英ガラス製の基板である。このガラス基板１の表面は平坦である。例えば、このガラス基板１は、シリコンウェーハ２の鏡面とほぼ同じ平坦度である。本実施例では、直径が４５０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円形の石英ガラス製基板を用いている。
【００２０】
次に、上記ガラス基板１の表面全体に耐熱性接着剤３を塗布する（図１（ｂ））。上述の通り、この耐熱性接着剤３は、フィラー（シリカ）と水溶性樹脂とを水に分散させた熱硬化性の高チキソ性セラミック接着剤である。この耐熱性接着剤３は、この後のデバイスプロセスでの最高温度を超える温度（例えば９８０℃）で接着力を失う耐高温性を有する。このため、デバイスプロセスにおいてはシリコン薄膜付きガラス基板１０でガラス基板１からシリコン薄膜２ａが剥離することがなく、かつ、この後、例えば９８０℃以上に加熱することでこのガラス基板１からシリコン薄膜２ａを容易に分離することができる。本実施例では、この耐熱性接着剤３として「Ｔｈｅｒｍｅｅｚ７０３０（太陽金網株式会社製）」を用いた。
この耐熱性接着剤３はコーターでガラス基板１の表面全体に塗布する。具体的には、円形のガラス基板１の表面の中央に耐熱性接着剤３を少量垂らし、スピンコーターを用いてこのガラス基板１を所定速度で回転させることによりこのガラス基板１の表面全面に均一の厚さで耐熱性接着剤３が塗布されることとなる。または、スピンコーターではなく、バーコーターを使用してこのガラス基板１全面に耐熱性接着剤３を厚さを均一に塗布してもよい。
【００２１】
ガラス基板１の表面全体に、耐熱性接着剤３を塗布した後、シリコンウェーハ２の表面を、ガラス基板１の表面にその円形の外縁同士が完全に一致するよう重ね合わせて貼り合わせる（図１（ｄ））。貼り合わせの際には、ガラス基板１とシリコンウェーハ２とがずれのないように（それらの外周縁同士が平面視して一致するよう）貼り合わせる。貼り合わせは例えば自動貼り合わせ装置を使用して行う。具体的には、自動貼り合わせ装置において、表面に接着剤層が形成されたガラス基板１の裏面を保持台に水平になるように吸着し、シリコンウェーハ２の裏面を例えば吸着押圧具にて吸着する。そして、シリコンウェーハ２を吸着した押圧具が自動制御によりガラス基板１が載置されている位置の直上まで移動する。そして、押圧具を降下させ、シリコンウェーハ２の下面（表面）をガラス基板１の上面（表面）に押し当てる。これにより、ガラス基板１とシリコンウェーハ２とが接着剤３の層を介して重ね合わされる。
なお、この重ね合わせの際にはガラス基板１の表面およびシリコンウェーハ２の裏面が汚染されないようにしなければならない。
【００２２】
この重ね合わせ後に、耐熱性接着剤３を硬化させる。この結果、ガラス基板１にシリコンウェーハ２が貼り合わされることとなる。上述したように、この耐熱性接着剤３は熱により硬化する。そのため、１２０℃〜２００℃の温度で３０〜１時間ほど重ね合わされたガラス基板１とシリコンウェーハ２とを加熱する。硬化とは物理的作用または化学反応により接着剤の成分が固体に変化することを意味している。この硬化を促進するために、耐熱性接着剤３に硬化促進剤を添加しても良い。
硬化は十分に行う必要がある。十分に硬化を行うとは、接着剤をフルキュアさせることをさす。具体的には、物理的作用又は化学反応によって接着剤の構造が変化し、接着特性を発現させるまで硬化を行うことを指す。硬化が不十分であれば、この後の薄膜化工程において、シリコンウェーハ２とガラス基板１とにずれを生ずるからである。
加熱は、通常の乾燥機でも良いが、真空乾燥機が好ましい。汚染を防止することができるからである。
【００２３】
耐熱性接着剤３を硬化させた後、シリコンウェーハ２を薄膜化する。具体的にはシリコンウェーハ１０の鏡面仕上げされた表面から所定深さ位置に、中電流イオン注入装置を使用し、５０ｋｅＶの加速電圧で水素イオンを注入する（図１（ｅ））。このときのドーズ量は、５×１０１６個／ｃｍ２である。図１において、４は水素のイオン注入層を示す。このイオン注入するイオンは水素の他に希ガスの元素であるヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドンなどでも良い。またこれらの単体または化合物でもよい。
この後、ガラス基板１とシリコンウェーハ２との貼り合わせ体を剥離熱処理装置に挿入し、例えば５００℃の炉内温度、窒素ガス（アルゴンガスまたは酸素ガスでもよい）雰囲気で、この貼り合わせ体を３０分間、熱処理する。これにより、イオン注入層４を境界として、シリコン薄膜材２ａを残して、シリコンウェーハ２ｂの大部分が剥離される（図１（ｆ））。
剥離後、ガラス基板１と一体になって残されたシリコン薄膜材２ａの表面に対して所定の鏡面研磨および表面洗浄を行う。このようにして、厚さが５０μｍで表面が鏡面のシリコン薄膜材２ａをガラス基板１上に有するシリコン薄膜付基板１０が形成される。
【００２４】
このようにして製造されたシリコン薄膜付基板１０は、デバイス工程にて、シリコン薄膜２ａ上に所望のデバイスが形成される。デバイス作製後、デバイス工程で付加した温度を超える温度（例えば９８０℃）での熱処理を行う。このときに、耐熱性接着剤３の接着力が失われ、ガラス基板１からシリコン薄膜２ａが剥離される。その後、このデバイス形成後のシリコン薄膜２ａをダイシングなどすることにより、薄膜材による半導体チップが形成される。
このようにシリコン薄膜付基板１０を用いることで、薄型化された半導体チップを作ることが容易になる。
なお、接着剤の種類、薄膜化プロセスについては上記実施例以外の材料・手法を用いることが可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態における半導体薄膜付基板の製造方法を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  ガラス基板（固定基板）、
２  シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）、
２ａ  シリコン薄膜（半導体薄膜材）、
３  耐熱性接着剤、
４  イオン注入層、
１０  シリコン薄膜付基板（半導体薄膜付基板）。
【図１】
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