JP2004090102A

JP2004090102A - 絶縁基板上への半導体薄膜の形成方法

Info

Publication number: JP2004090102A
Application number: JP2002250815A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Ogura; 小倉　勉
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】均一な膜厚と良質な結晶性を有する半導体薄膜の絶縁基板上への形成方法を提供する。
【解決手段】半導体基板１２、および、この半導体基板１２の表面に位置し、少なくとも前記半導体基板１２の表面とは反対側に半導体薄膜層１８を含む転写層１５を備える転写基板１０を前記半導体薄膜層１８側にて絶縁基板２２に接合する工程と、前記絶縁基板２２に接合された前記転写基板１０の前記半導体基板１２側を前記半導体薄膜層１８まで除去する工程とを備えることを特徴とする絶縁基板上への半導体薄膜の形成方法。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体薄膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍ）は、基板上に酸化膜層を介して半導体その他の材料からなる構造体を有している。例えばアクチュエータとしては、酸化膜層上に形成されたシリコンからなる対向する櫛形状の電極を備え、電極間に電圧を印加することによって電極間の距離を変化させるタイプのものが知られている。そして、このような電極等の構造体は可動部であることから、直接には樹脂モールドされていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この櫛形状の電極のように、半導体材料からなる微小な構造体若しくは回路がモールドされずに環境雰囲気に晒された場合、印加される電圧が比較的大きいことや、酸化膜層が薄くかつ基板自体が半導体材料からなることから、絶縁不良が起こりやすいという問題がある。
【０００４】
また、構造体を外部と電気的に接続するための配線は、構造体が形成されている側の基板表面ではなく、基板に穿孔されたスルーホールを通して構造体とは反対側の基板表面から引き出される。しかしながら、半導体材料からなる基板の場合、スルーホール間での絶縁性が十分に確保されないという問題がある。
そこで絶縁性を確保するために、基板材料として、例えば、ガラスからなる絶縁基板を使用することが好適であるが、その場合には、絶縁基板の表面に良質な結晶性を有する薄膜をエピタキシャル成長させることができない。また成長させることができた場合でも、絶縁基板の反りやうねりに起因し、均一な膜厚を有する薄膜を基板上に形成することが困難であるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記した問題を解決し、均一な膜厚と良質な結晶性を有する半導体薄膜の絶縁基板上への形成方法の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、半導体基板、および、この半導体基板の表面に位置し、少なくとも前記半導体基板の表面とは反対側に半導体薄膜層を含む転写層を備える転写基板を前記半導体薄膜層側にて絶縁基板に接合する工程と、前記絶縁基板に接合された前記転写基板の前記半導体基板側を前記半導体薄膜層まで除去する工程とを備えることを特徴とする絶縁基板上への半導体薄膜の形成方法が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の絶縁基板上への半導体薄膜の製造方法は、例えば、環境雰囲気に晒される構造体もしくは回路が絶縁基板上に形成される、アクチュエータ、モータ等のマイクロマシン、温度、圧力、加速度センサ等の半導体センサ、湿度、ＣＯ_２センサ等のガスセンサ等の製造工程において用いられる。
【０００８】
以下、本発明に係る絶縁基板上への半導体薄膜の製造方法（以下、単に製造方法Ａという）を図面に基づいて説明する。
製造方法Ａにおいては、まず、図１（ａ）に示した転写基板１０と、絶縁基板とを用意する。転写基板１０は、半導体基板１２を備え、この半導体基板１２の一方の表面には、転写層１４が形成されている。転写層１４は、犠牲層１６及び結晶性を有する単結晶若しくは多結晶の半導体薄膜層１８を含んでいる。犠牲層１６は転写層１４の半導体基板１２側に位置している。また、半導体薄膜層１８は、転写層１４の半導体基板１２とは反対側に位置し、転写基板１０の一方の側にて表出している。
【０００９】
半導体基板１２は、例えば厚みが１００〜１０００μｍ程度であって、その材料としては、シリコン、ＧａＡｓ、ＧａＮ、およびＩｎＰ等を挙げることができる。
犠牲層１６は、後述するように、半導体薄膜層１８に対しては不活性であるエッチング処理によって除去される材料からなる。このような材料は、半導体薄膜層１８の材料に応じて適宜選択することができるが、例えば、酸化シリコンを挙げることができる。
【００１０】
半導体薄膜層１８は、エピタキシャル成長された単結晶若しくは多結晶膜であって、例えば、厚みが０．０１〜２０μｍ程度、面内方向での厚みの標準偏差が０．００１〜０．０１μｍ程度である。そして、半導体薄膜層１８の材料としては、シリコン、ＧａＡｓ、ＧａＮ、およびＩｎＰ等を挙げることができ、これら半導体材料は真性半導体又はＰ型半導体若しくはＮ型等の不純物半導体のいずれであっても良い。
【００１１】
なお、半導体薄膜層１８は、それ自体が多層構造を有していても良い。例えば、半導体薄膜層１８の絶縁基板に接合される表面には、絶縁基板の線膨張係数に近い線膨張係数を有する材料からなるバッファ層を設けても良い。これにより、絶縁基板とその上に形成された半導体薄膜との間の密着性を高めることができる。
【００１２】
また、半導体基板１２及び半導体薄膜層１８の両者がシリコンからなり、半導体薄膜層１８のみが高濃度の不純物を含む場合、転写層１４は、犠牲層１６を含まなくとも良い。なぜならば、高濃度に不純物を含むシリコンと含まないシリコンとでは、互いにエッチングレートが大きく異なり、半導体薄膜層１８をほとんど除去することなく、半導体基板１２のみを選択的に除去できるからである。
【００１３】
絶縁基板は、例えば厚みが１００〜１０００μｍ程度であって、その材料としては、ガラス、石英、サファイア、窒化アルミ（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）ジルコニア、およびサイアロン等を挙げることができる。
次に、用意した転写基板１０と絶縁基板とを接合して中間製品２０を作成する。具体的には、図１（ｂ）に示したように、転写基板１０の半導体薄膜層１８側の表面を絶縁基板２２の一方の表面に接合する。
【００１４】
ここで、基板１０，２２同士の接合方法としては、これら基板間に電圧を印可する陽極酸化法、または、直接接合法等の公知の方法を用いることができる。
そして、得られた中間製品２０から、転写基板１０の半導体基板１２側を半導体薄膜層１８まで除去する。換言すれば、転写基板１０の半導体薄膜層１８以外の部分、すなわち半導体基板１２及び犠牲層１６を除去する。これによって、絶縁基板２２上に半導体薄膜層１８が転写され、絶縁基板２２上に半導体薄膜が形成される（図１（ｃ）、（ｄ）参照）。
【００１５】
これら半導体基板１２及び犠牲層１６を除去する方法としては、公知の方法を用いることができる。例えば、半導体基板１２を除去するにあたっては、研磨及びエッチング処理等を用いることができ、犠牲層１６を除去するにあたっては、エッチング処理を用いることができる。
この製造方法Ａによれば、絶縁基板２２上の半導体薄膜の結晶性、膜厚およびその標準偏差は、転写基板１０における半導体薄膜層１８のそれら物性に直接依存する一方、絶縁基板には無依存である。したがって、製造方法Ａによれば、良質な結晶性を有し、均一な膜厚を有する半導体薄膜を絶縁基板上に容易に形成することができる。
【００１６】
【実施例】
実施例１
転写基板１０として、市販されている信越半導体（株）製のＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を、また絶縁基板２２として旭ガラス（株）製のガラス基板を使用して、製造方法Ａにより絶縁基板上に半導体薄膜を形成した。
【００１７】
なお、ＳＯＩ基板は、半導体基板１２としてのＳｉ基板上に犠牲層１６として酸化シリコンからなるボックス層を有し、ボックス層のＳｉ基板とは反対側に、単結晶の半導体薄膜層１８としてＳｉ層を有している。このＳｉ層は、厚みが５μｍであって、膜厚の誤差は±０．５μｍ以内に収められている。
用意したＳＯＩ基板とガラス基板との間の接合には、陽極酸化法を使用した。その際、基板間には、３００Ｖの電圧を印加した。
【００１８】
そして、ＳＯＩ基板とガラス基板とが接合された中間製品のＳＯＩ基板側を研磨して、Ｓｉ基板の厚みが１００μｍ以下となるまで研磨した後、ＫＯＨ水溶液にてエッチング処理してＳｉ基板を全て除去した。その後、ボックス層をフッ酸を用いてエッチング処理して、ガラス基板上に単結晶Ｓｉ薄膜を形成した。
実施例２
製造方法Ａを使用して静電容量型の湿度センサを製造した。
【００１９】
転写基板１０として、市販されている信越半導体（株）製のＳＯＩ基板（図２（ａ）参照）を、また絶縁基板２２として旭ガラス（株）製のガラス基板（図２（ｂ）参照）を使用した。ここで、ガラス基板には、厚み方向に貫通して基板の両面にて開口するスルーホールが基板の面内方向にみて所定の間隔を置いて形成されている。
【００２０】
用意したＳＯＩ基板とガラス基板との間の接合には、陽極酸化法を使用した。その際、基板間には、３００Ｖの電圧を印加した（図２（ｃ）参照）。
そして、ＳＯＩ基板とガラス基板とが接合された中間製品のＳＯＩ基板側を研磨して、Ｓｉ基板の厚みが１００μｍ以下となるまで研磨した後、ＫＯＨ水溶液にてエッチング処理してＳｉ基板を全て除去した（図２（ｄ）参照）。その後、ボックス層をフッ酸水溶液を用いてエッチング処理して、ガラス基板上に単結晶Ｓｉ薄膜を形成した（図２（ｅ）参照）。
【００２１】
このＳｉ薄膜上に、ＳｉＮ膜をＣＶＤ法により成膜してからその上に所定パターンを有するレジスト膜を作成し、ＲＩＥによりレジスト膜を介してＳｉＮ膜を所定パターンにした。そして、レジスト膜を除去してからＳｉ薄膜をＫＯＨ水溶液にてエッチング処理して所望パターンにした後、ＳｉＮ膜を除去した（図２（ｆ）参照）。
【００２２】
その後に、このＳｉ薄膜のパターンを架橋ポリイミドからなる感湿膜２６で被い（図２（ｇ）参照）、ガラス基板とともにダイシング処理して複数の素子に分離し、ガラス基板のスルーホール２４に導電性接着剤を充填して配線２８を形成した（図２（ｈ）参照）。
このようにして製造された、一つのガラス基板から製造された同一ロットの３０個の湿度センサを恒温恒湿度槽内に配置して、各湿度センサが示した静電容量の標準偏差を求めた。その結果、標準偏差は非常に小さく、ガラス基板上に形成されたＳｉ薄膜が均一な膜厚を有することがわかった。また、各湿度センサのスルーホール間の抵抗値についても調べたところ、これら湿度センサは十分な絶縁性を有していることがわかった。
【００２３】
なお、本発明は上記した実施例に限定されることはなく、種々変形が可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の絶縁基板上への半導体薄膜の形成方法によれば、均一な膜厚及び良好な結晶性を有する半導体薄膜を絶縁基板上に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る絶縁基板上への半導体薄膜の形成方法の概略工程図である。
【図２】図１の方法を適用した湿度センサの製造方法の概略工程図である。
【符号の説明】
１０　転写基板
１２　半導体基板
１４　転写層
１８　半導体薄膜層
２２　絶縁基板

Claims

半導体基板、および、この半導体基板の表面に位置し、少なくとも前記半導体基板の表面とは反対側に半導体薄膜層を含む転写層を備える転写基板を前記半導体薄膜層側にて絶縁基板に接合する工程と、
前記絶縁基板に接合された前記転写基板の前記半導体基板側を前記半導体薄膜層まで除去する工程と
を備えることを特徴とする絶縁基板上への半導体薄膜の形成方法。
前記転写基板はＳＯＩ基板であって、前記半導体基板及び前記半導体薄膜層はいずれもＳｉからなり、前記半導体基板と前記半導体薄膜層との間には酸化シリコン膜が位置している請求項１の絶縁基板上への半導体薄膜の形成方法。
前記絶縁基板は、ガラス、石英、サファイア、窒化アルミ、窒化ホウ素、窒化珪素、ジルコニアおよびサイアロンよりなる群から選択される請求項１または２の絶縁基板上への半導体薄膜の形成方法。