JPH03250666A - 半導体膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電子回路を形成するために、絶縁下地上に単結
晶シリコン膜をもつ、いわゆる５ＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ
　Ｏｎ　Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ）構造と称される単結晶シ
リコン膜の製造方法に関するものである。

本発明方法により製造される単結晶シリコン膜は、アク
ティブマトリックス型液晶デイスプレィ装置、高集積Ｌ
ＳＩ、高耐圧デバイス、耐放射線デバイス、三次元集積
回路など多くの分野に利用することができる。

（従来の技術） ＳＯＩ構造形成技術にはいくつかの方法があり、全般的
な説明は「Ｓ○■構造形成技術」　（産業図書株式会社
発行、昭和６２年）に詳しく述べられているが、その中
の１つにシリコンウェハ直接接合技術がある。

シリコンウェハ直接接合技術では１表面に酸化膜が形成
された単結晶シリコン基板同士を酸化膜同士が互いに接
触するように密着させ、酸化雰囲気中で約７００℃で熱
処理することによって酸化膜同士を直接接合させる。そ
の後、一方のシリコン基板をエッチバック法を用いて所
定の膜厚になるまでエツチングすることによりＳＯＩ基
板を形成する。

（発明が解決しようとする課題） 上記のシリコンウェハ直接接合技術では、一方のシリコ
ン基板を希望のデバイス特性が得られる薄さまでエッチ
バックする必要があるが、その際、次のような問題が生
しる。

（１）ドライエツチング法によりエッチバックする場合
には、シリコンのエッチレートはマグネトロンＲ，Ｉ　
Ｅで通常８０００Ａ／分程度であり、シリコン基板の厚
さはその強度の点から５００μｍ程度が必要であるとす
ると、エッチバックにかかる時間は数時間〜十数時間と
なり、極めてスループットが悪くなる。

（２）ドライエツチング法によりエッチバックする場合
に、後に素子形成面となるシリコン基板にダメージを与
える。そのダメージを取り除くために後でウェット表面
処理や犠牲酸化などの余分な処理工程が必要となる。

（３）ウェットエツチング法によりエッチバックする場
合は、エツチングの均一性が悪く、大口径化が進むにつ
れて深刻な問題となる。

（４）ウェットエツチング法にてエッチバックする場合
、支持基板となる一方のシリコン基板の露出している表
面及び側面をマスクする必要があり、余分な工程が必要
となる。

本発明は従来の方法にみられるエッチバック工程をなく
シ、量産に適したスループットで、大口径化に対応でき
る面内均一性をもち、しかも素子形成面にダメージを与
えないプロセスによってＳＯＩ基板を製造することを目
的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明では、サファイア基板上に単結晶シリコン膜をエ
ピタキシャル成長させた第１の基板と。

少なくとも表面が絶縁体である第２の基板とを。

第１の基板の単結晶シリコン膜と第２の基板の絶縁表面
が接触するように両部板を密着させ、加熱して単結晶シ
リコン膜と第２の基板の絶縁表面とを接合させた後、サ
ファイア基板を引き離す。

少なくとも表面が絶縁体である第２の基板は。

単結晶シリコン基板の表面に熱酸化膜を形成したもの、
さらにその上にシリコン窒化膜を形成したもの、ガラス
基板の表面にシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を形成し
たものなどである。シリコン基板上に絶縁膜を形成した
第２の基板の場合は、そのシリコン基板は半導体素子が
形成されていないものでもよく、又はすでに半導体素子
が形成されているものであってもよい。

（実施例） 第１図により一実施例を説明する。

（Ａ）サファイア基板１上にＳ　ｉ　Ｈ４の熱分解など
、よく知られた方法で単結晶シリコン膜２を数１０００
人の厚さにエピタキシャル成長させる。

一方、単結晶シリコン基板３上に熱酸化法によりシリコ
ン酸化膜４を約１００００〜１５０００人の厚さに形成
する。

（Ｂ）単結晶シリコン膜２とシリコン酸化膜４が接触す
るように１両基板を張り合わせる。この状態で加熱炉に
入れて９００〜１０００℃で３０〜６０分の熱処理を施
す。

（Ｃ）シリコン基板３からサファイア基板１を引き離す
。このとき、サファイア基板１と単結晶シリコン膜２と
の間の密着力よりも、シリコン酸化膜４と単結晶シリコ
ン膜２との間の密着力の方が強いため、サファイア基板
１のみが引き離され。

シリコン基板３上のシリコン酸化膜４上に単結晶シリコ
ン膜２が残ったＳＯＩ構造となる。

第２図は他の実施例を表わす。

サファイア基板上上にマスク材として例えばシリコン酸
化膜５を形成し、後にＳＯＩ基板で活性領域となるべき
ところのサファイア基板１が露出するようにシリコン酸
化膜５を写真製版とエツチングによりパターン化する。

露出したサファイア基板上に単結晶シリコン膜２をエピ
タキシャル成長させる。単結晶シリコン膜２はシリコン
酸化膜５と同じ厚さとし、又は後に第３図で説明するよ
うにシリコン酸化膜５より薄く形成したときはシリコン
酸化膜５をエツチングして単結晶シリコン膜２を突出さ
せる。単結晶シリコン膜２の膜厚は、後のサファイア基
板剥離工程及びその後の活性領域の深さなどを考慮して
適当な値に定める。単結晶シリコン膜２の膜厚を例えば
約３０００人とする。

一方、シリコン基板３上には第１図と同様にシリコン酸
化膜４を形成する。

単結晶シリコン膜２とシリコン酸化膜４が接触するよう
に両基板を張り合わせ、その状態で加熱炉に入れて９０
０〜１０００℃で３０〜６０分の熱処理を施す。

シリコン基板３からサファイア基板１を引き離すと、シ
リコン基板３上のシリコン酸化膜４上に単結晶シリコン
膜２が部分的に残ったＳＯＩ構造となる。このＳＯＩ構
造では単結晶シリコン膜２がパターン化されており、活
性領域の素子分離がなされた状態でＳ○■基板が形成さ
れる。したがって素子分離工程を省略することができる
。

サファイア基板２に単結晶シリコン膜２を選択的に成長
させる場合、第３図（Ａ）に示されるように、単結晶シ
リコン膜２の膜厚をシリコン酸化膜５の膜厚よりも薄く
形成し、（Ｂ）に示されるようにシリコン酸化膜５をエ
ツチングして単結晶シリコン膜２が突呂するようにすれ
ば、単結晶シリコン膜２がシリコン酸化膜４と密着し、
しかも横方向の寸法精度もよくなる。第３図（Ｂ）の状
態にしたときは、シリコン酸化膜５と第２の基板表面と
の間に空洞ができ、そこに封止された気体が膨張する恐
れもあるので、その場合は真空中で両基板を密着させる
ようにすればよい。

単結晶シリコン膜２とシリコン酸化膜４の間を接合させ
るための熱処理としては、加熱炉に入れるのに代えて、
サファイア基板１側からレーザビームを照射して走査さ
せたり、サファイア基板１側又はシリコン基板３側から
熱線を照射して走査させるなど、他の加熱手段を用いて
もよい。

（発明の効果） 本発明ではサファイア基板上にエピタキシャル成長させ
た単結晶シリコン膜を第２の基板の絶縁表面に密着させ
、加熱して接合させた後、サファイア基板を単結晶シリ
コン膜から引き離すことによりＳＯＩ構造を得るので、
エッチバック工程がいらず、容易に、しかも高いスルー
プットでＳ○Ｉ構造を実現することができる。

素子が形成される単結晶シリコン膜はエピタキシャル成
長により形成されたものであり、エッチバック工程がな
いため、その膜厚の面内均一性にも優れ、所望の膜厚に
することが容易であり、また、素子形成面のダメージも
ない。

サファイア基板はシリコン基板に比べて高価である。し
かし、サファイア基板上に即結晶シリコン膜を形成した
ものを１例えばシリコン基板上に形成したシリコン酸化
膜上に密着させ、加熱して単結晶シリコン膜とシリコン
酸化膜とを接合させると、サファイア基板上の単結晶シ
リコン膜はなくなるので、サファイア基板表面を清浄に
した後。

再びエピタキシャル成長させることにより単結晶シリコ
ン膜を再生して使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例を示す工程断面図、第２図は他の実施
例を示す途中工程の断面図、第３図はサファイア基板に
単結晶シリコン膜を選択的に形成する一方法を示す工程
断面図である。 ■・・・・・・サファイア基板、２・・・・・・単結晶
シリコン膜、３・・・・・・シリコン基板、４・・・・
・・シリコン酸化膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）サファイア基板上に単結晶シリコン膜をエピタキ
   シャル成長させた第１の基板と、少なくとも表面が絶縁
   体である第２の基板とを、第１の基板の単結晶シリコン
   膜と第２の基板の絶縁表面が接触するように両基板を密
   着させ、加熱して単結晶シリコン膜と第２の基板の絶縁
   表面とを接合させた後、サファイア基板を引き離す半導
   体膜の製造方法。