半導体基板の再生方法、再生半導体基板の作製方法、及びＳＯＩ基板の作製方法
【課題】半導体基板の再生に適した方法、半導体基板の再生に適した方法を用いた再生半導体基板の作製方法、及び当該再生半導体基板を用いたＳＯＩ基板の作製方法の提供を目的とする。
【解決手段】損傷した半導体領域と絶縁層とを含む凸部が周縁部に存在する半導体基板に対し、絶縁層が除去されるエッチング処理と、半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質、酸化された半導体材料を溶解する物質、及び、半導体材料の酸化の速度及び酸化された半導体材料の溶解の速度を制御する物質、を含む混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して損傷半導体領域が優先的に除去されるエッチング処理と、レーザ光照射工程と、を行うことで半導体基板を再生する。
【解決手段】損傷した半導体領域と絶縁層とを含む凸部が周縁部に存在する半導体基板に対し、絶縁層が除去されるエッチング処理と、半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質、酸化された半導体材料を溶解する物質、及び、半導体材料の酸化の速度及び酸化された半導体材料の溶解の速度を制御する物質、を含む混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して損傷半導体領域が優先的に除去されるエッチング処理と、レーザ光照射工程と、を行うことで半導体基板を再生する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、半導体基板の再生方法に関する。または、半導体基板の再生方法を利用した再生半導体基板の作製方法、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バルク状のシリコンウエハに代わり、絶縁表面に薄い単結晶シリコン層が設けられたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を使った集積回路が開発されている。絶縁表面上に形成された薄い単結晶シリコン層を用いれば、集積回路を構成する各トランジスタを容易に分離できることに加え、完全空乏型とすることができる。従って、高集積、高速駆動、低消費電力など、付加価値の高い半導体集積回路を実現することができる。
【０００３】
ＳＯＩ基板を作製する方法の一つとして、水素イオン注入剥離法が知られている。水素イオン注入剥離法は、水素イオンを注入した単結晶シリコン基板（ボンド基板）を絶縁層を介して別の基板（ベース基板）に貼り合わせ、その後の熱処理によって単結晶シリコン基板（ボンド基板）をイオン注入領域において分離することで、単結晶シリコン層を得る方法である。上記水素イオン注入剥離法を用いることで、ガラス基板等の絶縁基板上に単結晶シリコン層を有するＳＯＩ基板を作製することが可能である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−８７６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水素イオン注入剥離法を用いるＳＯＩ基板の作製方法では、一つのボンド基板から複数のＳＯＩ基板を作製できるため、ＳＯＩ基板の作製に占めるボンド基板のコストを圧縮できるというメリットがある。単結晶シリコン層が分離された後のボンド基板に対して再生処理を施すことで、使用後のボンド基板を再度ＳＯＩ基板の作製に用いることができるためである。
【０００６】
ここで、上記水素イオン注入剥離法に用いられるボンド基板の周縁部には、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理に起因したエッジロールオフ（Ｅ．Ｒ．Ｏ．：Ｅｄｇｅ Ｒｏｌｌ Ｏｆｆ）と呼ばれる領域（エッジロールオフ領域ともいう）が存在する。当該領域は、研磨布によってボンド基板のエッジが研磨されることにより形成されるものである。ボンド基板のエッジロールオフ領域では、その表面が曲面状になっており、ボンド基板の中央部よりも板厚が薄くなっている。
【０００７】
水素イオン注入剥離法を用いたＳＯＩ基板の作製方法では、ボンド基板とベース基板の貼り合わせを行う。当該貼り合わせは、分子間力やファン・デル・ワールス力をメカニズムとするものであるため、貼り合わせ表面には所定の平坦性が求められる。従って、表面の平坦性が確保できないエッジロールオフ領域では、ボンド基板とベース基板との貼り合わせは行われない。
【０００８】
このため、単結晶シリコン層を分離した後のボンド基板において、上記エッジロールオフ領域が存在する半導体基板周縁部には、単結晶シリコン層領域及び絶縁層が凸部として残存することになる。そして、当該凸部は、ボンド基板の再生処理の段階において問題となる。当該凸部と、それ以外の領域（貼り合わせが適切になされた領域）との高低差は、僅か数百ｎｍ程度である。しかしながら、ＣＭＰ処理による表面研磨により当該凸部を除去して新たなボンド基板として再生するには、基板を板厚方向に１０μｍ前後除去しなければならず、ボンド基板の再生回数、使用回数を十分に確保できないという問題を有している。
【０００９】
従って、本明細書で開示する本発明の一態様は、上記課題の解決に関し、半導体基板の再生に適した方法、半導体基板の再生に適した方法を用いた再生半導体基板の作製方法、及び当該再生半導体基板を用いたＳＯＩ基板の作製方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本明細書で開示する本発明の一態様は、イオンの添加等により損傷した半導体領域を優先的、言い換えると選択的に除去することが可能な方法を用いて凸部を除去する。または、上記方法を用いて再生半導体基板を作製し、当該再生半導体基板を用いてＳＯＩ基板を作製することに関する。
【００１１】
本明細書で開示する本発明の一態様は、損傷半導体領域と絶縁層とを含む凸部が周縁部に存在する半導体基板に対し、絶縁層を除去するエッチング処理と、半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質、酸化された半導体材料を溶解する物質、及び、半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質、を含む混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理と、損傷半導体領域が優先的に除去された面側から半導体基板にレーザ光を照射するレーザ光照射処理と、を有することを特徴とする半導体基板の再生方法である。
【００１２】
また、本明細書で開示する本発明の他の一態様は、イオンの照射及び熱処理を経て一部が半導体層として分離することにより、周縁部に損傷半導体領域と絶縁層とを含む凸部が残存した半導体基板に対し、絶縁層を除去するエッチング処理と、半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質、酸化された半導体材料を溶解する物質、及び、半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質、を含む混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理と、損傷半導体領域が優先的に除去された面側から半導体基板にレーザ光を照射するレーザ光照射処理と、を有することを特徴とする半導体基板の再生方法である。
【００１３】
また、本明細書で開示する本発明の他の一態様は、イオンの照射及び熱処理を経て一部が半導体層として分離することにより、周縁部に損傷半導体領域と絶縁層とを含む凸部が残存し、それ以外の領域にも損傷半導体領域が残存する半導体基板に対し、絶縁層を除去するエッチング処理と、半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質、酸化された半導体材料を溶解する物質、及び、半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質、を含む混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理と、損傷半導体領域が優先的に除去された面側から半導体基板にレーザ光を照射するレーザ光照射処理と、を有することを特徴とする半導体基板の再生方法である。
【００１４】
上記イオンの照射は、質量分離を行わないイオンドーピング法で行うことが好ましい。イオンドーピング装置は廉価で、大面積処理に優れている。また、イオンドーピング装置を用いてＨ３＋を照射することで、水素イオンを効率よく、半導体基板に添加することができる。
【００１５】
また、損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理では、未損傷の半導体領域に対する損傷半導体領域のエッチング選択比が２以上で処理することが好ましい。また、未損傷の半導体領域に対する上記凸部のエッチング選択比が２未満に低下した後でエッチング処理を停止させることが好ましい。
【００１６】
また、損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理によって、凸部の接平面と半導体基板の裏面とのなす角が０．５°以下の領域を少なくとも除去することが好ましい。更に、その後に半導体基板の表面を研磨しても良い。
【００１７】
また、半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質としては硝酸が好ましく、酸化された半導体材料を溶解する物質としてはフッ酸が好ましく、半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質としては酢酸が好ましい。
【００１８】
また、レーザ光照射処理には、パルス発振のレーザだけでなく、連続発振のレーザを用いることもできる。
【００１９】
以上の方法を用いて、再生半導体基板を作製することができる。また、該方法で作製された再生半導体基板中にイオンを添加して脆化領域を形成し、絶縁層を介して、再生半導体基板とベース基板を貼り合わせ、熱処理によって再生半導体基板を分離して、ベース基板上に半導体層を形成することにより、ＳＯＩ基板を作製することができる。
【００２０】
なお、本明細書等において、ＳＯＩ基板とは、絶縁表面上に半導体層が形成された基板を指し、絶縁層上にシリコン層が設けられた構成には限定されない。例えば、ガラス基板上に直接シリコン層が形成された構成や、絶縁層上に炭化シリコン層が形成されたものなども含む。
【発明の効果】
【００２１】
本明細書で開示する発明の一態様では、損傷していない半導体領域または損傷度合いが小さい半導体領域に対して、損傷した半導体領域を優先的に除去することができる。そのため、半導体基板の再生処理において研磨等で除去されていた損失分を抑制することができ、半導体基板の再生回数、使用回数を増加させることができる。
【００２２】
また、上記再生半導体基板を用いてＳＯＩ基板を作製することで、ＳＯＩ基板の作製に掛かるコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】半導体基板の再生処理方法を説明する断面図。
【図２】半導体基板の再生処理方法を説明する断面図。
【図３】ＳＯＩ基板の作製方法を説明する断面図。
【図４】ＳＯＩ基板の作製方法を説明する断面図。
【図５】ＳＯＩ基板の作製方法を説明する断面図。
【図６】ＳＯＩ基板の作製工程を説明する図。
【図７】ＳＯＩ基板を用いた半導体装置を示す断面図。
【図８】半導体基板の光学顕微鏡写真を示す図。
【図９】半導体基板の段差を示すグラフ。
【図１０】半導体基板の光学顕微鏡写真を示す図。
【図１１】半導体基板の光学顕微鏡写真を示す図。
【図１２】半導体基板の段差を示すグラフ。
【図１３】半導体基板の段差を示すグラフ。
【図１４】半導体基板の段差を示すグラフ。
【図１５】半導体基板の段差を示すグラフ。
【図１６】半導体基板の段差を示すグラフ。
【図１７】半導体基板の段差を示すグラフ。
【図１８】エッチング時間とエッチング量の関係を示す図。
【図１９】半導体基板の光学顕微鏡写真を示す図。
【図２０】半導体基板の段差を示すグラフ。
【図２１】半導体基板の断面ＴＥＭ写真を示す図。
【図２２】半導体基板の光学顕微鏡写真を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、その趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。従って、発明は、実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本明細書等において、同一または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その説明は省略する場合がある。
【００２５】
（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体基板の再生方法について、図１を用いて説明する。
【００２６】
図１（Ａ）に再生処理前の半導体基板１２１（半導体層が分離された後の半導体基板）の構成の一例を示す。
【００２７】
半導体基板１２１の周縁部には凸部１２６が存在する。当該凸部１２６は、絶縁層１２３、未分離の半導体領域１２５、イオンが添加された半導体領域１２７を含む。なお、未分離の半導体領域１２５及びイオンが添加された半導体領域１２７は、ＳＯＩ基板の作製工程におけるイオンの添加処理などによって、いずれも損傷し、結晶欠陥やボイドなどを多く含んでいる。このため、未分離の半導体領域１２５及びイオンが添加された半導体領域１２７をまとめて、損傷半導体領域と呼ぶことができる。
【００２８】
なお、例えば単結晶半導体基板の場合、損傷半導体領域とは、結晶を構成している原子が空間的に規則的に配列されている単結晶半導体領域に対し、イオン等の添加に起因して、結晶を構成している原子の配列（結晶構造）の乱れ、結晶欠陥、または結晶格子の歪み等を一部に含む領域のことをいう。また、未損傷半導体領域とは、イオン等の添加のない単結晶半導体領域と同等の領域のことをいう。
【００２９】
上述の凸部１２６は、半導体基板のエッジロールオフ領域を含んでいる。エッジロールオフ領域は、半導体基板の表面処理（ＣＭＰ処理）に起因して生じるものである。ＣＭＰ処理とは、被処理物の表面を化学的・機械的な複合作用により平坦化する処理である。当該エッジロールオフ領域近傍の板厚は、半導体層が分離される前の半導体基板の中央部の板厚と比べて薄くなっており、当該エッジロールオフ領域は、ＳＯＩ基板の作製の際に貼り合わせが行われない領域となる。その結果、半導体基板１２１のエッジロールオフ領域には、上記凸部１２６が残存することになる。
【００３０】
なお、半導体基板１２１の凸部１２６以外の領域（特に、上記エッジロールオフ領域に囲まれる領域）には、イオンが添加された半導体領域１２９が存在している。イオンが添加された半導体領域１２９は、ＳＯＩ基板の作製工程において形成されるイオンが添加された領域が、半導体層が分離された後の半導体基板１２１に残存することで形成されるものである。
【００３１】
ここで、イオンが添加された半導体領域１２９は、凸部１２６における半導体領域（半導体領域１２５及び半導体領域１２７）と比較して十分に薄い。また、イオンが添加された半導体領域１２９は、イオンによる損傷で発生した結晶欠陥等を多く含んでいる。このため、イオンが添加された半導体領域１２９も、半導体領域１２５及び半導体領域１２７と同様に、損傷半導体領域と呼ぶことができる。
【００３２】
図１（Ｂ）に凸部１２６を拡大した模式図を示す。凸部１２６は、上記エッジロールオフ領域に対応する領域と面取部に対応する領域とを含む。本実施の形態では、エッジロールオフ領域を、上記凸部１２６の表面における接平面と、基準面とのなす角θが０．５°以下となる点が集合した領域をいうものとする。ここで、基準面としては、半導体基板の表面または裏面に平行な平面が採用される。
【００３３】
また、面取部を基板の端からの距離が０．２ｍｍ未満の領域とし、エッジロールオフ領域をこれより内側の貼り合わせが行われなかった領域と規定することもできる。具体的には、基板の端からの距離が０．２ｍｍ以上０．９ｍｍ以下の領域をエッジロールオフ領域と呼ぶことができる。
【００３４】
なお、面取部はベース基板とボンド基板との貼り合わせには関与しないため、面取部の平坦性は基板の再生処理において問題とならない。一方で、エッジロールオフ領域の近傍はベース基板とボンド基板との貼り合わせに関与する。よって、エッジロールオフ領域の平坦性次第では、再生半導体基板をＳＯＩ基板の作製工程に用いることができないこともある。このような理由から、半導体基板の再生処理において、エッジロールオフ領域における凸部１２６を除去し、平坦性を向上させることが極めて重要となる。
【００３５】
半導体基板の再生処理は、少なくとも、絶縁層１２３を除去するエッチング処理（以下、第１のエッチング処理と呼ぶ）及び、損傷半導体領域を除去するエッチング処理（以下、第２のエッチング処理）の二つのエッチング処理を含む。以下、これらについて詳述する。
【００３６】
はじめに、第１のエッチング処理について図１（Ｃ）を参照して説明する。第１のエッチング処理は、上述のように、半導体基板１２１の絶縁層１２３を除去するエッチング処理である。
【００３７】
ここで、絶縁層１２３は、フッ酸を含む溶液をエッチャントとするウェットエッチング処理によって除去することができる。フッ酸を含む溶液としては、フッ酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤を含む混合溶液（例えば、ステラケミファ社製、商品名：ＬＡＬ５００）などを用いることが好ましい。当該ウェットエッチング処理は、１２０秒間から１２００秒間程度行うことが好ましく、例えば、６００秒間程度行うことが好適である。
【００３８】
なお、ウェットエッチング処理は、半導体基板１２１を処理槽内の溶液に浸漬することによって行うことができるため、複数の半導体基板１２１を一括処理することが可能である。このため、再生処理の効率化を図ることができる。
【００３９】
また、第１のエッチング処理として、ドライエッチング処理を行っても良い。また、ウェットエッチング処理とドライエッチング処理とを組み合わせて用いても良い。ドライエッチング処理としては、平行平板型ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法や、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法などを用いることができる。
【００４０】
次に、第２のエッチング処理について説明する。第２のエッチング処理では、損傷半導体領域、すなわち、凸部１２６を構成する未分離の半導体領域１２５、イオンが添加された半導体領域１２７、及び、イオンが添加された半導体領域１２９を優先的、言い換えると選択的に除去する。
【００４１】
より具体的には、半導体材料を酸化する物質と、酸化された半導体材料を溶解する物質と、半導体材料の酸化の速度及び酸化された半導体材料の溶解の速度を制御する物質を含む混合液をエッチャントとしたウェットエッチング処理を行う。当該エッチング処理は、１分間以上１０分間以下程度行うことが好ましく、例えば、後述するフッ酸と硝酸と酢酸の体積比が１：３：１０の混合液を用いる場合は、２分間以上４分間以下程度行うことが好適である。また、混合液の温度は、１０℃以上３０℃以下程度とすることが好ましく、例えば、２５℃とすることが好適である。
【００４２】
ここで、半導体材料を酸化する物質としては、硝酸を用いることが好ましい。また、酸化された半導体材料を溶解する物質としては、フッ酸を用いることが好ましい。また、半導体材料の酸化の速度及び酸化された半導体材料の溶解の速度を制御する物質としては、酢酸を用いることが好ましい。
【００４３】
上記エッチャントとして、硝酸（濃度：７０重量％）、フッ酸（濃度：５０重量％）及び酢酸（濃度：９７．７重量％）の混合液を用いる場合、硝酸の体積は、酢酸の体積の０．０１倍より大きく１倍未満とし、かつ、フッ酸の体積の０．１倍より大きく１００倍未満とし、フッ酸の体積は、酢酸の体積の０．０１倍より大きく０．５倍未満とすることが好ましい。例えば、フッ酸と硝酸と酢酸の体積比を１：３：１０とすることが好ましい。当該構成を、構成分子のモル比で表現すると、ＨＦ：ＨＮＯ３：ＣＨ３ＣＯＯＨ：Ｈ２Ｏ＝２．１：３．３：１２：７．５となる。なお、他の分子の構成については、特に限定する必要はない。
【００４４】
損傷半導体領域には、イオンの添加に伴って形成された結晶欠陥やボイドなどが存在しており、エッチャントが浸透しやすい。このため、損傷半導体領域では、表面のみでなく、内部からもエッチングが進行することになる。
【００４５】
具体的には、エッチングは基板平面に垂直な方向に深い縦穴を形成するように進行し、その縦穴を拡大するように行われる傾向にある。つまり、損傷半導体領域では、低損傷の半導体領域または未損傷の半導体領域と比較して大きなエッチングレートでエッチング処理が進行することになる。
【００４６】
具体的には、上記エッチャントを用いた場合の損傷半導体領域のエッチングレートは、未損傷の半導体領域（または低損傷の半導体領域）のエッチングレートの２倍以上となる。すなわち、未損傷の半導体領域（または低損傷の半導体領域）に対する損傷半導体領域のエッチング選択比は２以上になる。
【００４７】
ここで、「エッチングレート」とは、単位時間あたりのエッチング量（被エッチング量）をいう。つまり、「エッチングレートが大きい」とは、よりエッチングされやすいことを意味し、「エッチングレートが小さい」とは、よりエッチングされにくいことを意味する。また、「エッチング選択比がとれる」とは、例えば、Ａ層とＢ層をエッチングする場合に、Ａ層のエッチングレートとＢ層のエッチングレートに十分な差が存在する条件を意味する。また、低損傷の半導体領域とは、未分離の半導体領域１２５やイオンが添加された半導体領域１２７、イオンが添加された半導体領域１２９等と比較して、相対的に損傷の程度が小さい半導体領域をいう。
【００４８】
このように、半導体材料を酸化する物質と、酸化された半導体材料を溶解する物質と、半導体材料の酸化の速度及び酸化された半導体材料の溶解の速度を制御する物質と、を含む混合液をエッチャントとしてウェットエッチング処理を行うことにより、損傷半導体領域を優先的、言い換えると選択的に除去することができる。
【００４９】
故に、基板の再生処理において、これまで研磨等により除去されていた損失分を大幅に低減することができ、再生使用回数を増加させることができる。また、ウェットエッチング処理を用いることで、複数の半導体基板１２１を一括処理することが可能になるため、基板の再生処理の効率化を図ることができる。更に、第２のエッチング処理はＣＭＰ処理などに比べて短時間で行うことが可能であり、この点においても基板の再生処理の効率化が達成される。
【００５０】
なお、凸部１２６における損傷半導体領域（半導体領域１２５及び半導体領域１２７）の厚さと、それ以外の領域における損傷半導体領域（半導体領域１２９）の厚さは、大きく異なっている。このため、凸部１２６（周縁部）と、それ以外の領域（中央部）とのエッチング選択比は、第２のエッチング処理の間において一定ではない。
【００５１】
具体的には、次の通りである。まず、第２のエッチング処理を開始した直後は、凸部１２６及びそれ以外の領域において、いずれも損傷半導体領域がエッチングされることになり、エッチング選択比は１前後となる。そして、凸部１２６以外の損傷半導体領域（半導体領域１２９）が除去された後には、当該領域に低損傷の半導体領域または未損傷の半導体領域が現れることになる。そのため、凸部１２６の損傷半導体領域が優先的に除去されることになり、エッチング選択比は２以上となる。そして、凸部１２６の損傷半導体領域（半導体領域１２５、半導体領域１２７）が除去されると、当該領域にも低損傷の半導体領域または未損傷の半導体領域が表れることになるため、エッチング選択比は再び１前後となる。
【００５２】
このように、第２のエッチング処理の間でエッチング選択比は変動するため、この選択比の変化をエッチング終了時の目安とすることが可能である。例えば、エッチング選択比が２未満に低下した段階で、エッチング処理を停止させることで、第２のエッチング処理における不必要なオーバーエッチングを抑制しつつ、損傷半導体領域を除去することができる。
【００５３】
なお、エッチング選択比は、所定時間（例えば、３０秒、１分など）における凸部１２６（周縁部）と、それ以外の領域（中央部）のそれぞれの膜厚の減少量を比較して求めたもの（差分値）であっても良いし、瞬間の膜厚の減少量を比較して求めたもの（微分値）であっても良い。
【００５４】
次に、半導体基板の表面を平坦化させるレーザ光照射処理について図１（Ｄ）を参照して説明する。レーザ光照射処理では、第２のエッチング処理が行われた後に損傷半導体領域が優先的に除去された面側から半導体基板にレーザ光１３４を照射する。
【００５５】
イオン照射によって形成された損傷半導体領域は、深さ方向に一様に形成されていないため、第２のエッチングが終了した段階では、半導体基板の表面平坦性が失われている状態である。
【００５６】
表面平坦性が失われている状態では、ボンド基板としての再利用に不具合を生じるため、表面を平坦化させるレーザ光照射処理を行う。
【００５７】
レーザ光１３４としては、例えばパルスレーザを用いることができる。また、擬似ＣＷレーザを用いても良く、例えば、エキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＫＧＷレーザ、ＫＹＷレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、色素レーザ、半導体レーザ等を用いることができる。なお、疑似ＣＷレーザは、ＣＷレーザと同様にレーザ光が照射されている部分を完全溶融状態に保つことができる。
【００５８】
レーザ光１３４を照射することにより、半導体基板が部分溶融する。なお、部分溶融とは、溶融している部分と、固体の部分がある状態をいう。部分溶融させることによって、溶融領域下部の固体部分が種となり、表面は単結晶に再結晶化する。このとき、製造過程に生じた結晶欠陥は減少し、かつ半導体基板表面は平坦化する。
【００５９】
以上により半導体基板１２１が再生され、図１（Ｅ）に示すように再生半導体基板１３２が完成する。
【００６０】
なお、上記第２のエッチング処理によって、イオンが添加された半導体領域１２９の大部分は除去されることになるが、その一部が残存する場合もある。このような場合には、第２のエッチング処理後に別の表面処理を行ってイオンが添加された半導体領域１２９を完全に除去することが好ましい。上記表面処理としては、ＣＭＰ処理を代表とする研磨処理などがある。
【００６１】
また、研磨処理やレーザ光の照射処理は、複数回行っても良い。処理工程の順序も限定されず適宜選択することができる。レーザ光の照射に代えて、ランプ光の照射処理を行っても良い。
【００６２】
本実施の形態で示したように、第１のエッチング処理で絶縁層を除去した後、半導体材料を酸化する物質と、酸化された半導体材料を溶解する物質と、半導体材料の酸化の速度及び酸化された半導体材料の溶解の速度を制御する物質を含む混合液を用いて第２のエッチング処理を行うことにより、半導体基板の周縁部に残存する損傷半導体領域を優先的に除去することができる。従って、これまで研磨等により除去されていた基板の損失分を大幅に低減することができ、半導体基板の再生回数、使用回数を増加させることができる。
【００６３】
また、本実施の形態で示したように、レーザ光照射処理を行うことにより、第１のエッチング処理及び第２のエッチング処理後の半導体基板の表面の平坦性を向上させることができる。
【００６４】
また、レーザ光照射処理を行うことにより、半導体基板が部分溶融するため、製造過程に生じた欠陥が減少し、半導体基板の表面の結晶性を向上させることができる。
【００６５】
なお、最終の表面処理に研磨処理を行っても良い。該研磨処理の前にレーザ光照射処理を行うことにより、研磨処理による研磨量を低減することができ、レーザ光照射処理を行わない場合と比較して製造コストを低減することができる。
【００６６】
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【００６７】
（実施の形態２）
本実施の形態では、半導体基板の再生処理方法の別の一例について、図２を用いて説明する。
【００６８】
まず、半導体基板１２１に、第１のエッチング処理を行う（図２（Ａ）参照）。詳細については実施の形態１を参酌すればよい。これによって、半導体基板１２１の表面に存在する絶縁層が除去される。
【００６９】
次に、半導体基板１２１に第２のエッチング処理を行う（図２（Ｂ）参照）。第２のエッチング処理の詳細についても実施の形態１を参酌できる。これによって、半導体領域１２５、半導体領域１２７及び半導体領域１２９が除去された半導体基板１３０が形成される。
【００７０】
本実施の形態では、第２のエッチング処理の後の半導体基板１３０に平坦化処理を行い、再生半導体基板１３２を作製する（図２（Ｃ）参照）。これは、図２（Ｂ）に示す場合のように、第２のエッチング処理後の半導体基板１３０表面の平坦性が十分でない場合には、当該半導体基板をＳＯＩ基板の作製工程に用いることができないためである。
【００７１】
なお、本実施の形態では、第２のエッチング処理で半導体領域１２９が完全に除去される場合を示しているが、第２のエッチング処理で半導体領域１２９を十分に除去することができなかった場合には、以下に示す平坦化処理によって残存した半導体領域１２９を併せて除去すると良い。
【００７２】
本実施の形態においては、平坦化処理に研磨処理を用いる手段を説明する。もちろん、実施の形態１で説明したレーザ光照射処理を行っても良い。また、これらの処理を組み合わせても良く、処理の順序や回数も限定されない。また、レーザ光の照射処理に代えてランプ光の照射処理を行うこともできる。
【００７３】
半導体基板１３０の研磨処理としては、ＣＭＰ処理を用いることが好ましい。
【００７４】
例えば、研磨ステージの上に研磨布を貼り付け、被処理物と研磨布との間にスラリー（研磨剤）を供給しながら、研磨ステージと被処理物を各々回転または揺動させることにより行われる。これによって、スラリーと被処理物表面との間の化学反応、及び、研磨布による被処理物の機械的研磨の作用によって、被処理物の表面が研磨される。
【００７５】
ＣＭＰ処理を用いた研磨処理の回数は、１回であっても良いし、複数回としても良い。研磨処理を複数回行う場合には、例えば、高い研磨レートの一次研磨を行った後に、低い研磨レートの仕上げ研磨を行うことが好ましい。一次研磨には、ポリウレタン研磨布を用いることが好ましく、スラリーの粒径は１２０ｎｍ以上１８０ｎｍ以下とし、例えば、１５０ｎｍ程度とすることが好ましい。仕上げ研磨には、スウェード地の研磨布を用いることが好ましく、スラリーの粒径は４５ｎｍ以上７５ｎｍ以下とし、例えば、６０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００７６】
このように、上述の再生方法に加えて、半導体基板１３０にＣＭＰ処理を用いた研磨処理を行うことによって、平均表面粗さ０．２ｎｍ以上０．５ｎｍ以下程度に平坦化された再生半導体基板１３２を形成することができる。また、研磨レートの異なる複数回の研磨処理を行うことによって、短時間での半導体基板１３０の平坦化が実現できる。
【００７７】
以上の通り、第１のエッチング処理及び第２のエッチング処理で半導体領域１２５、半導体領域１２７、及び、半導体領域１２９を除去した後、ＣＭＰ処理による表面の研磨処理を行うことで、より平坦性の良好な再生半導体基板１３２を得ることができる。
【００７８】
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【００７９】
（実施の形態３）
本実施の形態に係るＳＯＩ基板の製造方法は、ボンド基板である半導体基板から分離させた半導体層をベース基板に接合してＳＯＩ基板を製造するものである。そして、半導体層を分離した後の半導体基板に再生処理を施して、ボンド基板として再利用する。以下、本形態に係るＳＯＩ基板の製造方法の一例について説明する。
【００８０】
はじめに、半導体基板１００に脆化領域１０４を形成し、ベース基板１２０との貼り合わせの準備を行う工程について説明する。当該工程は、半導体基板１００に対する処理に関するものであり、図６に示すＳＯＩ基板作製工程図の工程Ａに相当する。
【００８１】
まず、半導体基板１００を準備する（図３（Ａ）、及び図６の工程（Ａ−１）参照）。半導体基板１００としては、例えば、シリコンなどの単結晶半導体基板または多結晶半導体基板を用いることができる。市販のシリコン基板としては、直径５インチ（約１２５ｍｍ）、直径６インチ（約１５０ｍｍ）、直径８インチ（約２００ｍｍ）、直径１２インチ（約３００ｍｍ）、及び直径１６インチ（約４００ｍｍ）サイズの円形のものが代表的である。
【００８２】
また、シリコン基板の周縁部には、図３（Ａ）に示すような、欠けやひび割れを防ぐための面取り部が存在する。なお、形状は円形に限られず矩形状等に加工したシリコン基板を用いることも可能である。以下の説明では、半導体基板１００として、矩形状の単結晶シリコン基板を用いる場合について示す。
【００８３】
なお、半導体基板１００の表面は、硫酸過水（ＳＰＭともいう）、アンモニア過水（ＡＰＭともいう）、塩酸過水（ＨＰＭともいう）、希フッ酸（ＤＨＦともいう）などを用いて適宜洗浄しておくことが好ましい。また、希フッ酸とオゾン水を交互に吐出して半導体基板１００の表面を洗浄してもよい。
【００８４】
次に、半導体基板１００の表面を洗浄した後、半導体基板１００上に絶縁層１０２を形成する（図３（Ｂ）及び、図６の工程（Ａ−２）参照）。絶縁層１０２は、単層だけでなく、複数の絶縁膜の積層でも良い。絶縁層１０２は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜などのシリコンを組成に含む絶縁膜を用いて形成することができる。本実施の形態では、一例として、酸化シリコンを絶縁層１０２として用いる場合について説明する。
【００８５】
なお、本明細書等において、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素原子よりも酸素原子の数が多く、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）及び水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５０原子％以上７０原子％以下、窒素が０．５原子％以上１５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。
【００８６】
また、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素原子より窒素原子の数が多く、ＲＢＳ及びＨＦＳを用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５原子％以上３０原子％以下、窒素が２０原子％以上５５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が１０原子％以上３０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。但し、酸化窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を１００原子％としたとき、窒素、酸素、シリコン、及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。
【００８７】
酸化シリコンを絶縁層１０２として用いる場合、絶縁層１０２はシランと酸素、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）と酸素等の混合ガスを用い、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、常圧ＣＶＤ、バイアスＥＣＲＣＶＤ等の化学気相成長法によって形成することができる。この場合、絶縁層１０２の表面を酸素プラズマ処理で緻密化しても良い。
【００８８】
また、有機シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化シリコンを絶縁層１０２として用いても良い。有機シランガスとしては、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、トリエトキシシラン（ＴＲＩＥＳ）、トリスジメチルアミノシラン（ＴＤＭＡＳ）等のシリコン含有化合物を用いることができる。
【００８９】
また、半導体基板１００を酸化することで得られる酸化膜で、絶縁層１０２を形成することもできる。該酸化膜は熱酸化処理で形成することができ、このとき、酸化雰囲気中にハロゲンまたはハロゲンを含むガスを添加しても良い。ハロゲンまたはハロゲンを含むガスとしては、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＦ３、ＨＢｒ、Ｃｌ２、ＣｌＦ、ＢＣｌ３、Ｆ２、Ｂｒ２などから選ばれた一種または複数種のガスを用いることができる。
【００９０】
なお、図３（Ｂ）では、半導体基板１００を覆うように絶縁層１０２が形成されているが、本実施の形態はこれに限定されない。半導体基板１００にＣＶＤ法等を用いて絶縁層１０２を設ける場合は、半導体基板１００の一方の面のみに絶縁層１０２が形成されていても良い。
【００９１】
上記酸化膜の形成条件の一例としては、酸素に対しＨＣｌを０．５体積％以上１０体積％以下（好ましくは３体積％）の割合で含む雰囲気中で、７００℃以上１１００℃以下（代表的には、９５０℃程度）で熱処理を行うというものがある。処理時間は０．１時間以上６時間以下、好ましくは０．５時間以上１時間以下とすればよい。形成される酸化膜の膜厚は、１０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下（好ましくは５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下）であり、例えば１００ｎｍとすることができる。
【００９２】
このような、ハロゲン元素を含む雰囲気での熱酸化処理により、酸化膜にハロゲン元素を含ませることができる。ハロゲン元素を１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の濃度で酸化膜に含ませることにより、外因性の不純物である重金属（例えば、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ等）が酸化膜中に捕獲されるため、後に形成される半導体層の汚染を防止することができる。
【００９３】
また、絶縁層１０２中に塩素等のハロゲン元素を含ませることにより、半導体基板１００に悪影響を与える不純物（例えば、Ｎａ等の可動イオン）をゲッタリングすることができる。
【００９４】
具体的には、絶縁層１０２を形成した後に行われる熱処理により、半導体基板１００に含まれる不純物が絶縁層１０２中に析出し、ハロゲン原子（例えば塩素原子）と反応して捕獲される。そのため、当該不純物は絶縁層１０２中に固定され、半導体基板１００の汚染を防ぐことができる。また、絶縁層１０２はガラス基板と貼り合わせた場合に、ガラスに含まれるＮａ等の不純物を固定する膜としても機能する。
【００９５】
特に、上記プロセスにおいて絶縁層１０２中に塩素等のハロゲンを含ませることは、半導体基板１００の洗浄が不十分である場合や、繰り返し再生処理を施して用いられる半導体基板の汚染除去において有効である。
【００９６】
また、酸化処理雰囲気に含まれるハロゲン元素により、半導体基板１００の表面の欠陥が終端されるため、酸化膜と半導体基板１００との界面の局在準位密度を低減することができる。
【００９７】
また、絶縁層１０２中に含まれるハロゲン元素は、絶縁層１０２に歪みを形成する。その結果、絶縁層１０２の水分に対する吸収率が向上し、水分の拡散速度が増加する。つまり、絶縁層１０２の表面に水分が存在する場合に、当該表面に存在する水分を絶縁層１０２中に素早く吸収し、拡散させることができる。
【００９８】
また、ベース基板として、アルカリ金属またはアルカリ土類金属などの半導体装置の信頼性を低下させる不純物を含むガラス基板を用いる場合は、絶縁層１０２に該不純物の半導体層への拡散を防止できる絶縁膜を１層以上含むことが好ましい。このような絶縁膜には、窒化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜などがある。該絶縁膜を有する絶縁層１０２は、バリア膜（ブロッキング膜とも呼ぶ）として機能させることができる。
【００９９】
窒化シリコン膜は、例えば、シランとアンモニアの混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ等の化学気相成長法によって形成することができる。また、窒化酸化シリコン膜は、例えば、シランとアンモニアと一酸化二窒素の混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ等の化学気相成長法によって形成することができる。
【０１００】
例えば、絶縁層１０２を単層構造のバリア膜として形成する場合、厚さ１５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜で形成することができる。
【０１０１】
絶縁層１０２を２層構造のバリア膜として形成する場合、上層にはバリア機能の高い絶縁膜を用いる。上層の絶縁膜は、例えば厚さ１５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜で形成することができる。これらの膜は、不純物の拡散を防止するブロッキング効果が高いが、内部応力が高い。そのため、半導体基板１００と接する下層の絶縁膜には、上層の絶縁膜の応力を緩和する効果のある膜を選択することが好ましい。上層の絶縁膜の応力を緩和する効果のある絶縁膜として、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜及び半導体基板１００を熱酸化して形成した酸化膜などがある。下層の絶縁膜の厚さは５ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。
【０１０２】
例えば、絶縁層１０２をバリア膜として機能させるために、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜と窒化シリコン膜、酸化シリコン膜と窒化酸化シリコン膜、または酸化窒化シリコン膜と窒化酸化シリコン膜などの組み合わせで絶縁層１０２を形成すると良い。
【０１０３】
次に、電界で加速されたイオンでなるイオンビームを矢印で示すように絶縁層１０２を介して半導体基板１００に照射し、半導体基板１００の表面から所望の深さの領域に脆化領域１０４を形成する（図３（Ｃ）及び、図６の工程（Ａ−３）参照）。脆化領域１０４が形成される深さは、イオンの平均侵入深さとほぼ同じ深さであり、これは、イオンビームの加速エネルギーとイオンビームの入射角によって調節することができる。イオンビームの加速エネルギーは、加速電圧やドーズ量などにより調節できる。
【０１０４】
脆化領域１０４が形成される深さによって、後に半導体基板１００から分離される半導体層１２４の厚さが決定される。脆化領域１０４が形成される深さは、例えば半導体基板１００の表面から１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることができ、好ましい深さの範囲は、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、例えば１００ｎｍ程度である。なお、本実施の形態では、イオンの照射を絶縁層１０２の形成後に行っているが、これに限られず、絶縁層１０２の形成前にイオンの照射を行っても良い。
【０１０５】
脆化領域１０４の形成は、イオンドーピング装置を用いたイオンドーピング法で行うことができる。イオンドーピング装置の代表的な例としては、プラズマ中のイオン種を質量分離せず、全てのイオン種を被処理体に照射する非質量分離型の装置が知られている。
【０１０６】
イオンドーピング装置の主要な構成は、被処理物を配置するチャンバー、所望のイオンを発生させるイオン源、及びイオンを加速し照射するための加速機構である。
【０１０７】
イオン源は、所望のイオン種を生成するためのソースガスを供給するガス供給装置、ソースガスを励起してプラズマを生成させるための電極などで構成される。プラズマを形成するための電極としては、フィラメント型の電極や容量結合高周波放電用の電極などが用いられる。
【０１０８】
加速機構は、引出電極、加速電極、減速電極、及び接地電極などの電極と、これらの電極に電力を供給するための電源などで構成される。加速機構を構成する電極には複数の開口やスリットが設けられており、イオン源で生成されたイオンは、電極に設けられた開口やスリットを通過して加速される。なお、イオンドーピング装置の構成は上述したものに限定されず、必要に応じてその構成を変更することができる。
【０１０９】
本実施の形態では、イオンドーピング装置を用い、水素ガスから生成されるイオンを半導体基板１００に添加する場合について説明する。プラズマソースガスとしては、水素または水素を含むガスを供給する。例えば、水素ガスを励起してプラズマを生成し、質量分離せずに、プラズマ中に含まれるイオンを加速し、加速されたイオンを半導体基板１００に照射する。
【０１１０】
上記イオンの添加処理においては、水素ガスから生成されるイオン種（Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋）の総量に対してＨ３＋の割合を５０％以上とする。より好ましくは、Ｈ３＋の割合を８０％以上とする。プラズマ中のＨ３＋イオンの割合を高くすることで、半導体基板１００に水素イオンを効率良く添加することができる。
【０１１１】
なお、Ｈ３＋イオンはＨ＋イオンの３倍の質量を持つことから、同じ深さに水素原子を１つ添加する場合、Ｈ３＋イオンの加速電圧は、Ｈ＋イオンの加速電圧の３倍にすることが可能である。これにより、イオンの照射工程のタクトタイムを短縮することが可能となり、生産性やスループットの向上を図ることができる。また、同じ質量のイオンを照射することで、半導体基板１００の同じ深さに集中させてイオンを添加することができる。
【０１１２】
イオンドーピング装置は比較的廉価であり、大面積処理に優れているため、イオンドーピング装置を用いてＨ３＋を照射することで低コスト化、及び生産性向上などの効果を得ることができる。また、イオンドーピング装置を用いた場合には、重金属も同時に半導体基板に添加される場合もあるが、前述したハロゲンを含有する絶縁層１０２を介してイオンの照射を行うことによって、重金属による半導体基板１００の汚染を防ぐことができる。
【０１１３】
また、脆化領域１０４の形成は、イオン注入装置を用いて行っても良い。イオン注入装置は、ソースガスをプラズマ励起して生成された複数のイオン種を質量分離し、チャンバー内に配置された被処理体に特定のイオン種を照射する質量分離型の装置である。イオン注入装置を用いる場合には、水素ガスやＰＨ３を励起して生成されたＨ＋イオン、Ｈ２＋イオン、Ｈ３＋イオンを質量分離して、これらのいずれかを半導体基板１００に照射する。
【０１１４】
イオン注入装置では、半導体基板１００に対して単一のイオンを照射することが可能であり、半導体基板１００の同じ深さに集中させてイオンを添加することができる。このため、半導体基板１００に添加されるイオンのデプスプロファイルはシャープとなり、分離される半導体層の表面平坦性が比較的良好となる。また、その電極構造から、半導体層の重金属による汚染は比較的少ないという特徴を持つ。
【０１１５】
次に、絶縁層１０２が形成された半導体基板１００を洗浄する工程を行う。この洗浄工程は、純水による超音波洗浄や、純水と窒素による２流体ジェット洗浄などで行うと良い。超音波洗浄としては、メガヘルツ超音波洗浄（メガソニック洗浄）を用いることが好ましい。半導体基板１００は、超音波洗浄や２流体ジェット洗浄の後にオゾン水で洗浄しても良い。オゾン水で洗浄することで、有機物の除去と、絶縁層１０２表面の親水性を向上させる表面の活性化処理を行うことができる。
【０１１６】
絶縁層１０２の表面の活性化処理は、オゾン水による洗浄の他、原子ビームまたはイオンビームの照射処理、紫外線処理、オゾン処理、プラズマ処理、バイアス印加プラズマ処理またはラジカル処理で行うことができる（図６の工程（Ａ−４）参照）。原子ビームまたはイオンビームを利用する場合には、アルゴン等の不活性ガス中性原子ビームまたは不活性ガスイオンビームを用いることができる。
【０１１７】
ここで、オゾン処理の一例を説明する。例えば、酸素を含む雰囲気下で紫外線（ＵＶ）を照射することにより、被処理体表面にオゾン処理を行うことができる。酸素を含む雰囲気下で紫外線を照射するオゾン処理は、ＵＶオゾン処理または紫外線オゾン処理などとも呼ばれる。酸素を含む雰囲気下において、紫外線のうち２００ｎｍ未満の波長を含む光と２００ｎｍ以上の波長を含む光を照射することにより、オゾンを生成させるとともに、オゾンから一重項酸素を生成させることができる。また、紫外線のうち１８０ｎｍ未満の波長を含む光を照射することにより、オゾンを生成させるとともに、オゾンから一重項酸素を生成させることもできる。
【０１１８】
酸素を含む雰囲気下で、２００ｎｍ未満の波長を含む光及び２００ｎｍ以上の波長を含む光を照射することにより起きる反応例を以下に示す。
Ｏ２＋ｈν１（λ１ｎｍ）→Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ（３Ｐ） （１）
Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ２→Ｏ３ （２）
Ｏ３＋ｈν２（λ２ｎｍ）→Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ２ （３）
【０１１９】
上記反応式（１）において、酸素（Ｏ２）を含む雰囲気下で２００ｎｍ未満の波長（λ１ｎｍ）を含む光（ｈν１）を照射することにより基底状態の酸素原子（Ｏ（３Ｐ））が生成される。
【０１２０】
次に、反応式（２）において、基底状態の酸素原子（Ｏ（３Ｐ））と酸素（Ｏ２）とが反応してオゾン（Ｏ３）が生成される。
【０１２１】
そして、反応式（３）において、生成されたオゾン（Ｏ３）を含む雰囲気下で２００ｎｍ以上の波長（λ２ｎｍ）を含む光（ｈν２）が照射されることにより、励起状態の一重項酸素Ｏ（１Ｄ）が生成される。
【０１２２】
酸素を含む雰囲気下において、紫外線のうち２００ｎｍ未満の波長を含む光を照射することによりオゾンを生成させるとともに、２００ｎｍ以上の波長を含む光を照射することによりオゾンを分解して一重項酸素を生成する。上記のようなオゾン処理は、例えば、酸素を含む雰囲気下での低圧水銀ランプの照射（λ１＝１８５ｎｍ、λ２＝２５４ｎｍ）により行うことができる。
【０１２３】
また、酸素を含む雰囲気下で、１８０ｎｍ未満の波長を含む光を照射することにより起きる反応例を示す。
Ｏ２＋ｈν３（λ３ｎｍ）→Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ（３Ｐ） （４）
Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ２→Ｏ３ （５）
Ｏ３＋ｈν３（λ３ｎｍ）→Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ２ （６）
【０１２４】
上記反応式（４）において、酸素（Ｏ２）を含む雰囲気下で１８０ｎｍ未満の波長（λ３ｎｍ）を含む光（ｈν３）を照射することにより、励起状態の一重項酸素（Ｏ（１Ｄ））と基底状態の酸素原子（Ｏ（３Ｐ））が生成する。
【０１２５】
次に、反応式（５）において、基底状態の酸素原子（Ｏ（３Ｐ））と酸素（Ｏ２）とが反応してオゾン（Ｏ３）が生成する。
【０１２６】
反応式（６）において、生成されたオゾン（Ｏ３）を含む雰囲気下で１８０ｎｍ未満の波長（λ３ｎｍ）を含む光（ｈν３）が照射されることにより、励起状態の一重項酸素（Ｏ（１Ｄ））と酸素（Ｏ２）が生成される。
【０１２７】
酸素を含む雰囲気下において、紫外線のうち１８０ｎｍ未満の波長を含む光を照射することによりオゾンを生成させるとともに、オゾンまたは酸素を分解して一重項酸素を生成する。上記のようなオゾン処理は、例えば、酸素を含む雰囲気下でのＸｅエキシマＵＶランプの照射（λ３＝１７２ｎｍ）により行うことができる。
【０１２８】
上記２００ｎｍ未満の波長を含む光を照射することにより、被処理体表面に付着する有機物の化学結合は切断される。そして、オゾンまたはオゾンから生成された一重項酸素により被処理体表面に付着する有機物、または化学結合を切断した有機物などを酸化分解して除去することができる。上記のようなオゾン処理を行うことで、被処理体表面の親水性及び清浄性を高めることができ、接合を良好に行うことができる。
【０１２９】
酸素を含む雰囲気下で紫外線を照射することによりオゾンが生成される。オゾンは、被処理体表面に付着する有機物の除去に効果を奏する。また、一重項酸素もオゾンと同等またはそれ以上に、被処理体表面に付着する有機物の除去に効果を奏する。オゾン及び一重項酸素は、活性状態にある酸素の例であり、総称して活性酸素とも言われる。上記反応式等で説明したとおり、一重項酸素を生成する際にオゾンが生じる、またはオゾンから一重項酸素を生成する反応もあるため、ここでは一重項酸素が寄与する反応も含めて、便宜的にオゾン処理と称する。
【０１３０】
次に、ベース基板１２０に対し、半導体基板１００との貼り合わせの準備を行う工程について説明する。当該工程は、ベース基板１２０に対する処理に関するものであり、図６の工程Ｂに相当する。
【０１３１】
まず、ベース基板１２０を準備する（図６の工程（Ｂ−１）参照）。ベース基板１２０としては、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの電子工業用に使われる各種ガラス基板の他、石英基板、セラミック基板、サファイア基板などを用いることができる。更に、ベース基板１２０として単結晶半導体基板（例えば、単結晶シリコン基板）や多結晶半導体基板（例えば、多結晶シリコン基板）を用いてもよい。例えば、多結晶シリコン基板は、単結晶シリコン基板より安価であり、ガラス基板より耐熱性が高いという利点を有している。
【０１３２】
ベース基板１２０としてガラス基板を用いる場合には、例えば、液晶パネルの製造用に開発されたマザーガラス基板を用いることが好ましい。マザーガラスとしては、第３世代（５５０ｍｍ×６５０ｍｍ）、第３．５世代（６００ｍｍ×７２０ｍｍ）、第４世代（６８０ｍｍ×８８０ｍｍまたは、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）、第５世代（１１００ｍｍ×１３００ｍｍ）、第６世代（１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ）、第１０世代（２８５０ｍｍ×３０５０ｍｍ）などのサイズのものが知られている。大面積のマザーガラス基板をベース基板１２０として用いてＳＯＩ基板を製造することで、ＳＯＩ基板の大面積化が実現できる。ＳＯＩ基板の大面積化が実現すれば、一度に複数の半導体装置を製造することができ、１枚の基板から製造される半導体装置の取り数が増加するため、生産性を飛躍的に向上させることができる。
【０１３３】
また、ベース基板１２０上には、絶縁層１２２を形成しておくことが好ましい（図６の工程（Ｂ−２）参照）。ここで、ベース基板１２０上に形成する絶縁層１２２は必須の構成ではないが、バリア膜としても機能する窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、または窒化酸化アルミニウム膜などを形成しておくことが好ましい。バリア膜は、ベース基板１２０から半導体基板１００への不純物の拡散を防ぐことができる。
【０１３４】
また、絶縁層１２２は接合層として用いるため、接合不良を抑制するためには絶縁層１２２の表面を平滑とすることが好ましい。具体的には、絶縁層１２２の表面の平均面粗さ（Ｒａ）を０．５０ｎｍ以下、自乗平均粗さ（Ｒｍｓ）を０．６０ｎｍ以下、より好ましくは、平均面粗さを０．３５ｎｍ以下、自乗平均粗さを０．４５ｎｍ以下となるように絶縁層１２２を形成する。膜厚は、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲で適宜設定する。
【０１３５】
貼り合わせを行う前に、ベース基板１２０の表面を洗浄する。ベース基板１２０の表面の洗浄は、塩酸と過酸化水素水を用いた洗浄や、メガヘルツ超音波洗浄、２流体ジェット洗浄、オゾン水による洗浄などを用いて行うと良い。また、絶縁層１０２と同様に、絶縁層１２２の表面に、原子ビームまたはイオンビームの照射処理、紫外線処理、オゾン処理、プラズマ処理、バイアス印加プラズマ処理またはラジカル処理などの表面活性化処理を行ってから貼り合わせを行うと良い（図６の工程（Ｂ−３）参照）。
【０１３６】
次に、半導体基板１００とベース基板１２０を貼り合わせ、半導体基板１００を半導体層１２４と半導体基板１２１に分離する工程について説明する。当該工程は、図６の工程Ｃに相当する。
【０１３７】
まず、上述の工程を経た半導体基板１００とベース基板１２０を貼り合わせる（図４（Ａ）及び、図６の工程（Ｃ−１）参照）。ここでは、絶縁層１０２及び絶縁層１２２を介して、半導体基板１００とベース基板１２０を貼り合わせるが、絶縁層が形成されていない場合はこの限りでない。
【０１３８】
貼り合わせは、ベース基板１２０の端の一箇所に０．１Ｎ／ｃｍ２以上５００Ｎ／ｃｍ２以下、好ましくは１Ｎ／ｃｍ２以上２０Ｎ／ｃｍ２以下程度の圧力を加えることで実現される。ベース基板１２０の一部に圧力をかけると、その部分から半導体基板１００との接合が始まり、更に自発的に接合が全面に広がってベース基板１２０と半導体基板１００との貼り合わせが完了する。当該貼り合わせは、ファン・デル・ワールス力などを原理とするものであり、室温でも強固な接合状態が形成される。
【０１３９】
なお、半導体基板１００の周縁部にはエッジロールオフ領域が存在し、当該領域では、半導体基板１００上に形成された絶縁層１０２とベース基板１２０上に形成された絶縁層１２２が接触しないことがある。また、エッジロールオフ領域より外側（半導体基板１００の端寄り）に存在する面取部でも同様である。
【０１４０】
半導体基板１００の作製に用いられるＣＭＰ処理では、原理的に半導体基板周縁部の研磨が中央部より早く進む傾向がある。そのため、半導体基板１００の周縁部には、半導体基板１００の中央部より板厚が薄く、平坦性の低い領域が形成される。当該領域がエッジロールオフ領域である。半導体基板１００の端部が面取加工されていない場合であっても、このようなエッジロールオフ領域では、ベース基板１２０との貼り合わせができないことがある。
【０１４１】
また、一つのベース基板に複数の半導体基板を貼り合わせる場合には、半導体基板毎に個別の圧力がかかるような機構を用いることが好ましい。この機構を用いることで、半導体基板の厚さが異なっていたとしても、ベース基板と複数の半導体基板を良好に貼り合わせることができる。なお、複数の半導体基板の厚さが異なる場合でも、単一の機構で複数の半導体基板とベース基板とを密着させることができる場合には、この限りでない。
【０１４２】
ベース基板１２０に半導体基板１００を貼り合わせた後には、接合を強化するための熱処理を行うことが好ましい（図６の工程（Ｃ−２）参照）。当該熱処理の温度は、脆化領域１０４に亀裂を発生させない温度、例えば、２００℃以上４５０℃以下とすることが好ましい。
【０１４３】
また、この温度範囲で加熱した状態でベース基板１２０に半導体基板１００を貼り合わせることでも同様に接合を強化することができる。なお、上述の熱処理は、搬送等の振動による基板の剥離を防止するため、貼り合わせを行った装置または場所において連続的に行うことが好ましい。
【０１４４】
なお、半導体基板１００とベース基板１２０とを貼り合わせる際に、接合面にパーティクルなどが付着すると、その部分では貼り合わせが行われない。パーティクルの付着を防ぐためには、半導体基板１００とベース基板１２０との貼り合わせは、気密性が確保された処理室内で行うことが好ましい。更に、半導体基板１００とベース基板１２０とを貼り合わせる際に、処理室内を減圧状態（例えば、５．０×１０−３Ｐａ程度）とし、貼り合わせ処理の雰囲気を清浄にするようにしても良い。
【０１４５】
次いで、熱処理を行うことで、脆化領域１０４において半導体基板１００を分離し、ベース基板１２０上に半導体層１２４を形成するとともに、半導体基板１２１を形成する（図４（Ｂ）及び、図６の工程（Ｃ−３）参照）。上述のエッジロールオフ領域及び面取部以外の領域では、半導体基板１００とベース基板１２０とは接合されているため、ベース基板１２０上には、半導体基板１００から分離された半導体層１２４が固定されることになる。
【０１４６】
ここで、半導体層１２４を分離するための熱処理の温度は、ベース基板１２０の歪み点を越えない温度とする。当該熱処理は、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、抵抗加熱炉、またはマイクロ波加熱装置などを用いて行うことができる。
【０１４７】
ＲＴＡ装置には、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置などがある。ＧＲＴＡ装置を用いる場合には、温度５５０℃以上６５０℃以下で、処理時間を０．５分以上６０分以内とすることができる。抵抗加熱炉を用いる場合は、温度２００℃以上６５０℃以下で、処理時間を２時間以上４時間以内とすることができる。
【０１４８】
また、上記熱処理は、マイクロ波などの照射によって行っても良い。具体的には、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を９００Ｗ、５分以上３０分以下程度で照射することにより、半導体基板１００を分離させることができる。
【０１４９】
半導体層１２４と半導体基板１２１には、それぞれイオンが添加された領域である半導体領域１２９と半導体領域１３３が残存する。当該領域は、分離前の脆化領域１０４に対応する。このため、半導体領域１２９及び半導体領域１３３は、多くの水素を含み、多くの結晶欠陥が存在する。
【０１５０】
また、半導体基板１２１の貼り合わせが行われなかった領域（具体的には、半導体基板１００のエッジロールオフ領域及び面取部に対応する領域）は、凸部１２６になる。凸部１２６は、イオンが添加された半導体領域１２７、未分離の半導体領域１２５、及び絶縁層１２３で構成されている。半導体領域１２７は、半導体領域１２９などと同様に脆化領域１０４の一部であったものであるため多くの水素を含み、多くの結晶欠陥を有する。また、半導体領域１２５は、半導体領域１２７などと比較して水素の含有量は小さいが、イオンの添加などで生成した結晶欠陥を含んでいる。
【０１５１】
次に、ベース基板１２０に貼り合わせられた半導体層１２４の表面を平坦化し、結晶性を回復する工程について説明する。当該工程は、図６の工程Ｄに相当する。
【０１５２】
ベース基板１２０に密着された半導体層１２４上の半導体領域１３３は、結晶欠陥を含む脆化領域１０４の一部であったものであり、平坦性が損なわれている。よって、半導体領域１３３を研磨などによって除去し、半導体層１２４の表面を平坦化しても良い（図４（Ｃ）及び、図６の工程（Ｄ−１）参照）。
【０１５３】
平坦化は必須ではないが、平坦化を行うことで、半導体層と、後に半導体層表面に形成される層（例えば、絶縁層）との界面の特性を向上させることができる。具体的に研磨は、ＣＭＰ処理または液体ジェット研磨などにより行うことができる。ここで、半導体領域１３３を除去する際に半導体層１２４の一部も研磨され、半導体層１２４が薄膜化されることもある。
【０１５４】
また、半導体領域１３３をエッチングによって除去し、半導体層１２４を平坦化することもできる。上記エッチングには、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチング法、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）エッチング法、平行平板型（容量結合型）エッチング法、マグネトロンプラズマエッチング法、２周波プラズマエッチング法またはヘリコン波プラズマエッチング法等のドライエッチング法を用いることができる。なお、上記研磨と上記エッチングの両方を用いて、半導体領域１３３を除去し、半導体層１２４の表面を平坦化してもよい。
【０１５５】
また、上記研磨及び上記エッチングにより、半導体層１２４の表面を平坦化するとともに、後に形成される半導体素子にとって最適な厚さまで半導体層１２４を薄膜化することができる。
【０１５６】
また、結晶欠陥の低減及び平坦性向上のために、半導体領域１３３及び半導体層１２４にレーザ光を照射しても良い（図６の工程（Ｄ−２）参照）。
【０１５７】
なお、ドライエッチングにより半導体領域１３３を除去し、半導体層１２４の表面を平坦化している場合は、半導体層１２４の表面付近では欠陥が生じていることがある。このような場合には、上記レーザ光の照射により、該欠陥を補修することが可能である。
【０１５８】
レーザ光の照射工程では、ベース基板１２０の温度上昇を小さくできるため、耐熱性の低い基板をベース基板１２０として用いることが可能になる。当該レーザ光の照射によって、半導体領域１３３を完全溶融し、半導体層１２４は部分溶融させることが好ましい。
【０１５９】
半導体層１２４を完全溶融させると、液相となった半導体層１２４での無秩序な核発生によって半導体層１２４が再結晶化することとなり、半導体層１２４の結晶性が低下してしまう。半導体層１２４を部分溶融させることで、溶融されていない固相部分から結晶成長が進行し、半導体層１２４の結晶欠陥が減少され、結晶性が回復する。
【０１６０】
なお、半導体層１２４が完全溶融するとは、半導体層１２４が絶縁層１０２との界面まで溶融され、液体状態になることをいう。一方、半導体層１２４が部分溶融するとは、半導体層１２４の一部（ここでは上層）が溶融して液相となり、別の一部（ここでは下層）が固相を維持することをいう。
【０１６１】
ここで、レーザ光を照射する工程の前後のどちらかで半導体層１２４の表面をエッチングしても良い。当該エッチングにより、半導体層１２４の表面を平坦化するとともに、後に形成される半導体素子にとって最適な厚さまで半導体層１２４を薄膜化することができる。
【０１６２】
レーザ光を照射した後には、半導体層１２４に５００℃以上６５０℃以下の熱処理を行うことが好ましい（図６の工程（Ｄ−３）参照）。この熱処理によって、半導体層１２４の欠陥をさらに低減させ、また、半導体層１２４の歪みを緩和させることができる。
【０１６３】
熱処理には、ＲＴＡ装置、抵抗加熱炉、またはマイクロ波加熱装置などを用いることができる。ＲＴＡ装置には、ＧＲＴＡ装置やＬＲＴＡ装置などがある。例えば、抵抗加熱炉を用いる場合には、６００℃で４時間程度の熱処理を行えばよい。
【０１６４】
上述の工程により得られたＳＯＩ基板を、その後の半導体装置の製造工程に用いて、各種の半導体装置を作製することができる（図６参照）。
【０１６５】
次に、半導体基板１２１に再生処理を施し、再生半導体基板を製造する工程について説明する。当該工程は、図６の工程Ｅに相当する。なお、当該工程の詳細については、実施の形態１を参酌することができるため、ここでは当該工程の概略を説明する。
【０１６６】
半導体基板１２１の周縁部には凸部１２６が形成されている（図５（Ａ）参照）。当該凸部１２６は、イオンが添加された半導体領域１２７、未分離の半導体領域１２５、絶縁層１２３によって構成されている。半導体領域１２５及び半導体領域１２７は、上述のイオン照射により結晶欠陥が形成されている。また、半導体基板１２１の半導体領域１２９にも結晶欠陥が形成されており、その平坦性は損なわれている。このため、半導体領域１２５、半導体領域１２７、及び半導体領域１２９をまとめて損傷半導体領域と呼ぶことができる。
【０１６７】
上記半導体基板１２１に対して、第１のエッチング処理を行って、半導体基板１２１の絶縁層１２３を除去する（図５（Ｂ）及び、図６の工程（Ｅ−１）参照）。当該工程の詳細については実施の形態１を参酌することができる。
【０１６８】
次に、第２のエッチング処理を行って、半導体基板１２１の凸部１２６を形成する半導体領域１２５及び半導体領域１２７を優先的に除去し、再生半導体基板１３２を形成する（図５（Ｂ）及び、図６の工程（Ｅ−２）参照）。また、このとき同時に半導体領域１２９の除去も行われる。当該工程の詳細についても、実施の形態１を参酌することができる。
【０１６９】
ここで、第２のエッチング処理後の半導体基板１２１の平坦性が十分でない場合には、半導体基板１２１を研磨して平坦化することができる（図６の工程（Ｅ−３）参照）。詳細については実施の形態１を参酌することができる。
【０１７０】
このように、第１のエッチング処理及び第２のエッチング処理で半導体基板１２１の凸部１２６を除去した後、研磨処理を行うことによって、平坦性の高い再生半導体基板１３２を得ることができる。
【０１７１】
以上により、半導体基板１２１は再生半導体基板１３２へと再生する。得られた再生半導体基板１３２は工程Ａにおいて半導体基板１００として再度利用することができる。
【０１７２】
本実施の形態で示したように、再生処理工程を経た半導体基板を繰り返し使用することによって、ＳＯＩ基板の製造コストを抑制することができる。特に、本実施の形態等において説明する方法を用いる場合には、損傷半導体領域を優先的に除去することができるため、これまで研磨等で除去されていた基板の損失分を抑制することができ、半導体基板の再生回数、使用回数を増加させることができる。
【０１７３】
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【０１７４】
（実施の形態４）
本実施の形態では、耐熱性の高いシリコン基板等をベース基板として用いてＳＯＩ基板を作製する場合について説明する。なお、本実施の形態において示す方法は、多くの部分で先の実施の形態と共通している。よって、本実施の形態では、主に相違点について説明することとする。図面については、先の実施の形態と共通であるため、ここでは特に示さない。
【０１７５】
ボンド基板として用いられる半導体基板に絶縁層及び脆化領域を形成する。絶縁層、脆化領域の形成を含む半導体基板に対する処理等については、先の実施の形態に示したものと同様である。よって、これらの詳細に関しては、先の実施の形態の記載を参酌できる。
【０１７６】
本実施の形態では、ベース基板として耐熱性の高い基板を用いる。耐熱性の高い基板の例としては、石英基板、サファイア基板、または半導体基板（例えば、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板）などがある。本実施の形態では、ベース基板として単結晶シリコン基板を用いる場合について説明する。
【０１７７】
単結晶シリコン基板としては、直径５インチ（約１２５ｍｍ）、直径６インチ（約１５０ｍｍ）、直径８インチ（約２００ｍｍ）、直径１２インチ（約３００ｍｍ）、直径１６インチ（約４００ｍｍ）サイズの円形のものが代表的である。なお、形状は円形に限られず矩形状等に加工したシリコン基板を用いることも可能である。以下の説明では、ベース基板として、矩形状の単結晶シリコン基板を用いる場合について説明する。なお、ベース基板とボンド基板の大きさは、同程度としても良いし、異なっていても良い。
【０１７８】
ベース基板の表面は、硫酸過水、アンモニア過水、塩酸過水、希フッ酸などを用いて適宜洗浄しておくことが好ましい。また、希フッ酸とオゾン水を交互に吐出してベース基板の表面を洗浄してもよい。
【０１７９】
ベース基板上には、絶縁層を形成しても良い。ベース基板上に絶縁層を形成する場合には、ボンド基板側の絶縁層を省略した構成とすることもできる。絶縁層は、単層だけでなく、複数の絶縁膜の積層でも良い。絶縁層には、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜などのシリコンを組成に含む絶縁膜を用いることができる。
【０１８０】
一例として、上記絶縁層を熱酸化処理によって形成することができる。熱酸化処理としては、ドライ酸化を用いることが好ましく、酸化雰囲気中にハロゲンまたはハロゲンを含むガスを添加しても良い。ハロゲンまたはハロゲンを含むガスとしては、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＦ３、ＨＢｒ、Ｃｌ２、ＣｌＦ、ＢＣｌ３、Ｆ２、Ｂｒ２などから選ばれた一種または複数種のガスを用いることができる。
【０１８１】
貼り合わせを行う前には、ベース基板の表面を洗浄する。ベース基板の表面の洗浄は、塩酸と過酸化水素水を用いた洗浄や、メガヘルツ超音波洗浄、２流体ジェット洗浄、またはオゾン水による洗浄などを用いて行うと良い。また、表面に、原子ビームまたはイオンビームの照射処理、紫外線処理、オゾン処理、プラズマ処理、バイアス印加プラズマ処理またはラジカル処理などの表面活性化処理を行ってから貼り合わせを行っても良い。
【０１８２】
次に、半導体基板（ボンド基板）とベース基板とを貼り合わせ、半導体基板を分離する。これにより、ベース基板上には、半導体層が形成されることになる。当該工程の詳細については、先の実施の形態を参酌できる。
【０１８３】
本実施の形態では、ベース基板として耐熱性の高い単結晶シリコン基板を用いている。このため、各種熱処理温度の上限を、単結晶シリコン基板の融点付近まで引き上げることが可能である。
【０１８４】
例えば、半導体基板を分離するための熱処理温度の上限を１２００℃程度とすることができる。また、当該熱処理の温度を７００℃以上とすることにより、ベース基板との接合が一層強化される。
【０１８５】
次に、ベース基板に貼り合わせられた半導体層の表面を平坦化し、結晶性を回復させる。
【０１８６】
ベース基板に密着された半導体層の表面は、結晶欠陥を含む脆化領域の一部であったものであり、その平坦性は損なわれている。よって、熱処理を行って、結晶欠陥を低減させるとともに、表面の平坦性を向上させることが好ましい。
【０１８７】
上記熱処理は、８００℃以上１３００℃以下、代表的には、８５０℃以上１２００℃以下の温度条件で行うことが好ましい。このような比較的高温の条件での熱処理を行うことにより、結晶欠陥を低減し、表面の平坦性を向上させることが可能である。
【０１８８】
熱処理には、ＲＴＡ装置、抵抗加熱炉、マイクロ波加熱装置などを用いることができる。例えば、抵抗加熱炉を用いる場合には、９５０℃以上１１５０℃以下で１分以上４時間以下程度の熱処理を行えばよい。なお、半導体基板を分離させる際の熱処理を高温で行って、当該熱処理に代えることもできる。
【０１８９】
熱処理前または熱処理後において、半導体層にレーザ光を照射しても良い。レーザ光を照射することによって、熱処理では修復しきれない結晶欠陥をも修復することが可能である。レーザ光照射の詳細については、先の実施の形態を参酌できる。
【０１９０】
また、熱処理の前後を問わず、半導体層上方の半導体領域を研磨等によって除去し、表面を平坦化しても良い。当該平坦化処理によって、半導体層表面を一層平坦にすることができる。具体的に研磨は、ＣＭＰ処理または液体ジェット研磨などにより、行うことができる。なお、当該処理によって、半導体層が薄膜化されることもある。
【０１９１】
また、半導体層上方の半導体領域をエッチングによって除去し、平坦化することもできる。上記エッチングには、例えば、反応性イオンエッチング法、ＩＣＰエッチング法、ＥＣＲエッチング法、平行平板型エッチング法、マグネトロンプラズマエッチング法、２周波プラズマエッチング法またはヘリコン波プラズマエッチング法等のドライエッチング法を用いることができる。なお、上記研磨と上記エッチングの両方を用いて平坦化してもよい。
【０１９２】
また、上記研磨及び上記エッチングにより、半導体層の表面を平坦化するとともに、後に形成される半導体素子にとって最適な厚さまで半導体層を薄膜化することができる。
【０１９３】
上述の工程により得られたＳＯＩ基板を、その後の半導体装置の製造工程に用いて、各種の半導体装置を作製することができる。
【０１９４】
再生処理の詳細については、先の実施の形態を参酌することができる。
【０１９５】
本実施の形態で示したように、再生処理工程を経た半導体基板を繰り返し使用することによって、ＳＯＩ基板の製造コストを抑制することができる。特に、本実施の形態等において示すような高温での熱処理を用いる場合には、ボンド基板に極僅かな欠陥が残存する場合であっても、良好な特性を有するＳＯＩ基板を製造することが可能である。
【０１９６】
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【０１９７】
（実施の形態５）
本実施の形態では、先の実施の形態において作製されたＳＯＩ基板を用いて形成した半導体装置の一例を説明する。
【０１９８】
図７は、ｎチャネル型トランジスタであるトランジスタ２８０、及びｐチャネル型トランジスタであるトランジスタ２８１を有する半導体装置の一例である。トランジスタ２８０及びトランジスタ２８１は、絶縁層１０２及び絶縁層１２２を介してベース基板１２０上に形成されている。このような複数のトランジスタを組み合わせることで、各種の半導体装置を形成することができる。以下、図７に示す半導体装置の作製方法について説明する。
【０１９９】
はじめに、ＳＯＩ基板を用意する。ＳＯＩ基板としては、先の実施の形態で作製したＳＯＩ基板を用いることができる。
【０２００】
次に、エッチングにより、半導体層を分離して島状の半導体層２５１、及び半導体層２５２を形成する。半導体層２５１はｎチャネル型のトランジスタを構成し、半導体層２５２はｐチャネル型のトランジスタを構成する。
【０２０１】
半導体層２５１、半導体層２５２上に絶縁層２５４を形成した後、絶縁層２５４を介して、半導体層２５１上にゲート電極２５５を形成し、半導体層２５２上にゲート電極２５６を形成する。
【０２０２】
なお、半導体層には、トランジスタのしきい値電圧を制御するために、ホウ素、アルミニウム、ガリウムなどのアクセプタとなる不純物元素、またはリン、ヒ素などのドナーとなる不純物元素を適量添加しておくことが好ましい。例えば、ｎチャネル型トランジスタが形成される領域にアクセプタとなる不純物元素を添加し、ｐチャネル型トランジスタが形成される領域にドナーとなる不純物元素を添加する。
【０２０３】
次に、半導体層２５１にｎ型の低濃度不純物領域２５７を形成し、半導体層２５２にｐ型の高濃度不純物領域２５９を形成する。具体的には、まず、ｐチャネル型トランジスタとなる半導体層２５２をレジストマスクで覆い、不純物元素を半導体層２５１に添加して、半導体層２５１にｎ型の低濃度不純物領域２５７を形成する。添加する不純物元素としては、リンまたはヒ素を用いればよい。ゲート電極２５５がマスクとなることにより、半導体層２５１に自己整合的にｎ型の低濃度不純物領域２５７が形成される。また、半導体層２５１のゲート電極２５５と重なる領域はチャネル形成領域２５８となる。
【０２０４】
次に、半導体層２５２を覆うマスクを除去した後、ｎチャネル型トランジスタとなる半導体層２５１をレジストマスクで覆う。そして、不純物元素を半導体層２５２に添加する。添加する不純物元素としては、ホウ素、アルミニウム、ガリウム等を用いればよい。ここでは、ゲート電極２５６がマスクとして機能して、半導体層２５２に自己整合的にｐ型の高濃度不純物領域２５９が形成される。半導体層２５２のゲート電極２５６と重なる領域はチャネル形成領域２６０となる。なお、ここでは、ｎ型の低濃度不純物領域２５７を形成した後、ｐ型の高濃度不純物領域２５９を形成する方法を説明したが、先にｐ型の高濃度不純物領域２５９を形成することもできる。
【０２０５】
次に、半導体層２５１を覆うレジストマスクを除去した後、プラズマＣＶＤ法等によって、窒化シリコン等の窒化物や酸化シリコン等の酸化物を含む単層構造または積層構造の絶縁層を形成する。そして、当該絶縁層に垂直方向の異方性エッチングを適用することで、ゲート電極２５５、ゲート電極２５６の側面に接するサイドウォール絶縁層２６１、サイドウォール絶縁層２６２を形成する。なお、上記異方性エッチングにより、絶縁層２５４もエッチングされる。
【０２０６】
次に、半導体層２５２をレジストマスクで覆い、半導体層２５１に高ドーズ量で不純物元素を添加する。これにより、ゲート電極２５５及びサイドウォール絶縁層２６１がマスクとなり、ｎ型の高濃度不純物領域２６７が形成される。
【０２０７】
不純物元素の活性化処理（熱処理）の後、水素を含む絶縁層２６８を形成する。絶縁層２６８を形成後、３５０℃以上４５０℃以下の温度による熱処理を行い、絶縁層２６８中に含まれる水素を半導体層２５１、及び半導体層２５２中に拡散させる。絶縁層２６８は、プロセス温度が３５０℃以下のプラズマＣＶＤ法により窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを堆積することで形成できる。半導体層２５１、及び半導体層２５２に水素を供給することで、半導体層２５１や半導体層２５２中、またはこれらと絶縁層２５４との界面での捕獲中心となるような欠陥を効果的に補償することができる。
【０２０８】
その後、層間絶縁層２６９を形成する。層間絶縁層２６９は、酸化シリコン、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｇｌａｓｓ）などの無機材料を含む絶縁膜、または、ポリイミド、アクリルなどの有機材料を含む絶縁膜、を用いた単層構造または積層構造とすることができる。層間絶縁層２６９にコンタクトホールを形成した後、配線２７０を形成する。配線２７０の形成には、例えば、アルミニウム膜またはアルミニウム合金膜などの低抵抗金属膜をバリアメタル膜で挟んだ３層構造の導電膜を用いることができる。バリアメタル膜には、モリブデン、クロム、チタンなどを用いることができる。
【０２０９】
以上の工程により、ｎチャネル型トランジスタとｐチャネル型トランジスタを有する半導体装置を作製することができる。本実施の形態の半導体装置に用いるＳＯＩ基板は、先の実施の形態で示したように、非常に低コストに製造される。このため、半導体装置の製造に係るコストを抑制することが可能である。
【０２１０】
なお、本実施の形態では、図７に係る半導体装置及びその作製方法について説明したが、本発明の一態様に係る半導体装置の構成はこれに限定されない。半導体装置は、トランジスタの他、容量素子、抵抗素子、光電変換素子、発光素子などを有していても良い。
【０２１１】
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例１】
【０２１２】
本実施例では、ＳＯＩ基板の作製で生じる半導体基板に対して、絶縁層の除去、及び各種エッチャントを用いるウェットエッチングを行った。以下に、その結果を示す。
【０２１３】
まず、本実施例で用いた半導体基板について説明する。
【０２１４】
本実施例では、半導体基板として５インチ角の矩形状単結晶シリコン基板を用いた。まず、半導体基板をＨＣｌを含む雰囲気下で熱酸化し、基板表面に１００ｎｍの厚さの酸化膜を形成した。熱酸化の条件は、９５０℃で４時間であり、熱酸化の雰囲気は、ＨＣｌが酸素に対して３体積％の割合で含まれるものとした。
【０２１５】
次に、酸化膜の表面からイオンドーピング装置を用いて半導体基板にイオンを添加した。本実施例では、水素をイオン化して照射することで、半導体基板に脆化領域を形成した。イオンドーピングの条件は、加速電圧を４０ｋＶ、ドーズを２．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２とした。
【０２１６】
そして、半導体基板を、酸化膜を介してガラス基板に貼り合わせた。その後、２００℃で１２０分の熱処理を行い、更に、６００℃で１２０分の熱処理を行って、脆化領域を境に半導体基板から単結晶シリコン層を分離した。これにより、ＳＯＩ基板が作製されるとともに、周縁部に凸部を有する半導体基板が作製された。
【０２１７】
次に、上述の半導体基板に対する処理について説明する。
【０２１８】
まず、半導体基板を覆うように形成されている絶縁層を除去するために、半導体基板にフッ酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤を含む混合液（ステラケミファ社製、商品名：ＬＡＬ５００）を用いたウェットエッチング処理を施した。このとき、液温は室温、エッチング時間は５分とした。
【０２１９】
次に、絶縁層を除去した半導体基板に対して、フッ酸と硝酸と酢酸とを１：３：１０の体積比で混合した混合液（以下、混合液Ａ）、フッ酸と硝酸と酢酸とを１：１００：１００の体積比で混合した混合液（以下、混合液Ｂ）、フッ酸と硝酸と酢酸とを１：０．１：１０の体積比で混合した混合液（以下、混合液Ｃ）、フッ酸と硝酸と酢酸とを１：１０：１０の体積比で混合した混合液（以下、混合液Ｄ）、フッ酸と過酸化水素水とを１：５の体積比で混合した混合液（以下、混合液Ｅ）、ＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａ Ｍｅｔｈｙｌ Ａｍｍｏｎｉｕｍ Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）を２．３８重量％含む水溶液（ＴＭＡＨ水溶液ともいう）のいずれかをエッチャントとして用いてウェットエッチングを行った。
【０２２０】
上記混合液の作製においては、濃度５０重量％のフッ酸（ステラケミファ社製）、濃度７０重量％の硝酸（和光純薬株式会社製）、濃度９７．７重量％の酢酸（キシダ化学株式会社製）、濃度３１重量％の過酸化水素水（三菱ガス化学株式会社製）を用いた。また、エッチャントの液温は室温とし、エッチング時間は３０秒、１分、２分、４分、６分、８分のいずれかとした。上記エッチャントの詳細を表１に示す。
【０２２１】
【表１】
【０２２２】
上述の６種類のエッチャントを用いてそれぞれの時間でウェットエッチングを行った半導体基板に、半導体基板周縁部の段差測定（小坂研究所株式会社製サーフコーダー（段差測定装置）ＥＴ４１００を使用）、及び、半導体基板中央部のエッチング量測定（ラップマスターＳＦＴ株式会社製Ｓｏｒｔｅｒ１０００及びキーエンス社製ＬＫ−Ｇ３０を使用）を行った。また、混合液Ａを用いてエッチングを行った基板に対しては、半導体基板周縁部の写真撮影（オリンパス株式会社製光学顕微鏡ＭＸ６１Ｌを使用、ノマルスキー像）を行った。ここで、半導体基板中央部とは段差の形成された半導体基板周縁部を除く領域を指すものとする。
【０２２３】
図８（Ａ）に半導体基板が分離した直後の周縁部の光学顕微鏡写真、図８（Ｂ）に絶縁層を除去した後の光学顕微鏡写真を示す。また、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）には、それぞれ図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に対応する半導体基板周縁部の段差測定の結果を示す。ここで、段差測定結果のグラフは、縦軸が半導体基板中央部を０（基準）としたときの段差（μｍ）を示し、横軸が半導体基板の幅（ｍｍ）を示す。これは、以降の段差測定のグラフについても同様である。
【０２２４】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）では、写真左側が基板周縁の凸部、右側が単結晶シリコン層を分離した分離部、それらの境界が段差部分に対応する。図８（Ａ）では、残存した絶縁層が観察され、図８（Ｂ）では、除去された絶縁層の下層に残存したシリコンが観察されている。また、半導体基板周縁部では、微小ボイドによる凹凸が形成されており、平坦性が低いことがわかる。写真右側では、半導体基板中央部に続くシリコンが観察される。
【０２２５】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）の段差測定のグラフからも同様のことが言える。図９（Ａ）では、半導体基板周縁部と半導体基板中央部の段差が０．２μｍ程度あるのに対し、図９（Ｂ）では、絶縁層を除去しているため、半導体基板周縁部と半導体基板中央部の段差が０．１μｍ程度となっている。
【０２２６】
次に、混合液Ａを用いてウェットエッチングを行った半導体基板の周縁部の光学顕微鏡写真を図１０及び図１１に示す。ここで、それぞれの光学顕微鏡写真とエッチング時間は次のように対応する。図１０（Ａ１）及び図１０（Ａ２）は３０秒、図１０（Ｂ１）及び図１０（Ｂ２）は１分、図１０（Ｃ１）及び図１０（Ｃ２）は２分、図１１（Ａ１）及び図１１（Ａ２）は４分、図１１（Ｂ１）及び図１１（Ｂ２）は６分、図１１（Ｃ１）及び図１１（Ｃ２）は８分である。また、図１０及び図１１において、（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）は倍率５０倍、（Ａ２）、（Ｂ２）、（Ｃ２）は倍率５００倍である。
【０２２７】
図１２には、混合液Ａを用いてウェットエッチングを行った半導体基板周縁部の段差測定の結果を示す。それぞれの図とエッチング時間は次のように対応する。図１２（Ａ）は３０秒、図１２（Ｂ）は１分、図１２（Ｃ）は２分、図１２（Ｄ）は４分、図１２（Ｅ）は６分、図１２（Ｆ）は８分である。
【０２２８】
更に、図１３乃至図１７には、混合液Ｂ、混合液Ｃ、混合液Ｄ、混合液Ｅ、ＴＭＡＨ水溶液のいずれかを用いて、３０秒、１分、２分、４分、６分、８分のウェットエッチングを行った半導体基板周縁部の段差測定の結果を示す。それぞれの図とエッチャントは次のように対応する。図１３は混合液Ｂ、図１４は混合液Ｃ、図１５は混合液Ｄ、図１６は混合液Ｅ、図１７はＴＭＡＨ水溶液を用いた場合の結果である。また、図１３乃至図１７の各図とエッチング時間は次のように対応する。（Ａ）は３０秒、（Ｂ）は１分、（Ｃ）は２分、（Ｄ）は４分、（Ｅ）は６分、（Ｆ）は８分である。
【０２２９】
また、図１８に、混合液Ａと混合液Ｄを用いてウェットエッチングを行った場合の、半導体基板中央部のエッチング量測定の結果を示す。図１８において、黒丸は混合液Ａを用いた場合の、白丸は混合液Ｄを用いた場合の結果である。図１８に示すグラフの縦軸は、半導体基板中央部における半導体基板のエッチング量（μｍ）を示し、横軸は、エッチング時間（分）を示している。
【０２３０】
ここで、半導体基板中央部のエッチング量の測定は、エッチング前後における半導体基板中央部の基板厚みの変化から算出している。また、基板厚みは、測定ステージ（ラップマスターＳＦＴ株式会社製Ｓｏｒｔｅｒ１０００）の上下に設けたレーザ変位計（キーエンス社製ＬＫ−Ｇ３０）の差分により求めた。基板厚みの測定は、半導体基板中央部の１０７ｍｍ角の領域において、測定点数を１０点×１０点として行った。また、それらの平均値の比較により半導体基板中央部のエッチング量を求めた。レーザ変位計の繰り返し精度は±０．０５μｍであり、基板厚みの繰り返し精度は±０．５μｍである。
【０２３１】
図１０及び図１１に示す光学顕微鏡写真の比較から、写真左側の凸部による段差が、エッチング時間が増えるにつれて低減されている様子が分かる。例えば、図１１（Ａ）に示すエッチング時間が４分の場合には、段差はほとんど存在しない。図１２に示す段差測定のグラフからも同様のことが言える。
【０２３２】
また、図１２より、混合液Ａを用いたウェットエッチングでは、まず、半導体基板周縁部の段差に、基板平面に対して垂直な方向に縦穴が形成され、その縦穴を拡大するようにエッチングが進行することがわかる。これは、半導体基板周縁部の段差を形成する半導体領域（結晶欠陥や微小ボイドを有する損傷半導体領域）に混合液Ａが浸透し、当該半導体領域の内部から段差が除去されることを示している。このような混合液Ａによるウェットエッチングの様子は、後述する他のエッチャントの場合とは異なる傾向にある。
【０２３３】
また、図１８に示す半導体基板中央部の半導体基板のエッチング量のグラフから、少なくともエッチング時間６分までは、半導体基板のエッチング量は十分に小さく、基板厚み測定における誤差の範囲内にある。
【０２３４】
表２には、エッチング時間と、半導体基板中央部のエッチング量（μｍ）、半導体基板周縁部のエッチング量（μｍ）、との関係を示す。また、半導体基板中央部のエッチング量と半導体基板周縁部のエッチング量とから求めたエッチング選択比（選択比１）と、差分の選択比（選択比２）を合わせて示す。
【０２３５】
【表２】
【０２３６】
ここで、選択比１は、半導体基板周縁部の段差（幅０．１ｍｍの領域）におけるエッチング量の平均値を半導体基板中央部のエッチング量の平均値で割ったものである。また、差分の選択比（選択比２）は、それぞれ、０分から１分の間におけるエッチング量、１分から２分の間におけるエッチング量、２分から４分の間におけるエッチング量、４分から６分の間におけるエッチング量から求めた選択比である。例えば、１分から２分の間における半導体基板中央部のエッチング量は、０．１４−０．０９６＝０．０４４（μｍ）であり、半導体基板周縁部のエッチング量は、０．２２５−０．１０１＝０．１２４（μｍ）であるから、この場合の選択比２は、０．１２４／０．０４４＝２．８１８となる。
【０２３７】
表２より、差分の選択比（選択比２）は、エッチング時間とともに変動することが分かる。具体的には、エッチング開始から間もない時点では１程度であった選択比が、２以上となり、再び１程度に戻る。これは、次の理由によるものと考察される。
【０２３８】
まず、エッチング開始時には、半導体基板周縁部の損傷半導体領域が除去されるとともに、半導体基板中央部に残存する損傷半導体領域が除去されることになるため、半導体基板周縁部と半導体基板中央部では、エッチングレートは大きく異ならない。つまり、選択比は１程度となる。半導体基板中央部の損傷半導体領域が除去された後には、半導体基板中央部ではエッチングレートが低下するのに対して、半導体基板周縁部では未だ損傷半導体領域が残存しており、エッチングレートは低下しない。このため、選択比は大きくなる（具体的には、２以上となる）。その後、半導体基板周縁部における損傷半導体領域が除去されることにより、半導体基板周縁部と半導体基板中央部のエッチングレートが同程度となる。つまり、選択比は１程度に戻る。このような選択比の変動を伴い、損傷半導体領域が優先的に除去されるといえる。
【０２３９】
また、エッチング時間２分及び４分の選択比１はそれぞれ、１．６０７、１．７４８と高い。そして、１分から２分、２分から４分の選択比２についても、それぞれ、２．８１８、２．６０９と高い。このように、エッチャントとして混合液Ａ（フッ酸と硝酸と酢酸とを１：３：１０の体積比で混合した混合液）を用いることにより、短時間で半導体基板周縁部の段差（凸部）を優先的に除去できる。
【０２４０】
混合液Ｂを用いたエッチングでは、エッチングの進行が遅く、エッチング時間を８分としても段差は除去されない（図１３参照）。また、混合液Ａの場合と異なり、半導体基板周縁部の段差は表面から徐々にエッチングされ、深い縦穴は形成されない。このように、混合液Ｂを用いて半導体基板をエッチングしても、半導体基板周縁部の段差は除去されない、または、段差の除去に長時間を要することが分かった。
【０２４１】
混合液Ｃを用いたエッチングでは、半導体基板周縁部の段差は除去されない（図１４参照）。このように、混合液Ｃを用いて半導体基板をエッチングしても、半導体基板のエッチングはほとんど進行しないことが分かった。
【０２４２】
混合液Ｄを用いたエッチングでは、図１８に示すように半導体基板中央部のエッチング量はエッチング時間に比例して増加するが、半導体基板周縁部の段差は、維持されたままである（図１５参照）。このように、混合液Ｄをエッチング液として用いても、半導体基板全体が一様にエッチングされ、半導体基板周縁部の段差を優先的に除去することができないことが分かった。
【０２４３】
混合液Ｅを用いたエッチングでは、混合液Ｃを用いた場合と同様に、半導体基板周縁部の段差は除去されない（図１６参照）。このように、混合液Ｅを用いて半導体基板をエッチングしても、半導体基板のエッチングはほとんど進行しないことが分かった。
【０２４４】
ＴＭＡＨ水溶液を用いたエッチングでは、エッチングの進行が遅く、エッチング時間を８分としても段差が除去されていない（図１７参照）。このように、ＴＭＡＨ水溶液を用いて半導体基板をエッチングしても、半導体基板周縁部の段差は除去されない、または、段差の除去に長時間を要することが分かった。
【０２４５】
ここで、混合液Ａ、混合液Ｂ、混合液Ｃ、混合液Ｄは、フッ酸、硝酸、酢酸からなる３元系の混合液であり、各要素の役割及び反応は次の通りである。
【０２４６】
硝酸はシリコンを酸化する。当該反応は、式（１）のように表される。
３Ｓｉ＋４ＨＮＯ３ → ３ＳｉＯ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ＮＯ （１）
【０２４７】
フッ酸は、酸化シリコンを溶解する。当該反応は、式（２）のように表される。
ＳｉＯ２＋６ＨＦ → ２Ｈ＋＋〔ＳｉＦ６〕２−＋２Ｈ２Ｏ （２）
【０２４８】
酢酸は混合液の安定化を行うとともに、急激なエッチングを抑制する。
【０２４９】
このように、フッ酸、硝酸、酢酸からなる３元系の混合液は、式（１）に示すシリコンの酸化と、式（２）に示す酸化シリコンの溶解を繰り返すことにより、シリコンをエッチングする機能を有する。つまり、フッ酸、硝酸、酢酸からなる３元系の混合液において、フッ酸の量が多い場合には、式（１）に示す硝酸によるシリコンの酸化が律速となり、硝酸の量が多い場合には、式（２）に示すフッ酸による酸化シリコンの溶解が律速となる。
【０２５０】
このことから、混合液Ｃでは、硝酸の量が少ないためにシリコンの酸化が律速となり、ウェットエッチングが進行しなかったと考察される。これは、過酸化水素がシリコンを酸化する混合液Ｅについても同様である。混合液Ｅでは過酸化水素の酸化力が小さいために、ウェットエッチングが進行しなかったと考察される。
【０２５１】
また、混合液Ｄでは、フッ酸及び硝酸の量が多いために、式（１）及び式（２）の反応が急速に進行し、結果として、半導体基板周縁部と半導体基板中央部との選択比がとれず、基板全体で一様にウェットエッチングされたものと考察される。
【０２５２】
また、混合液Ｂでは、フッ酸の量が少ないために酸化シリコンの溶解が律速となり、ウェットエッチングが進行しなかったと考察される。フッ酸の量が少なくなると、結晶欠陥や微小ボイドに起因する損傷半導体領域内部からのエッチングが起こりにくく、損傷半導体領域表面からのエッチングが優先的に進行するためである。
【０２５３】
一方で、混合液Ａでは、フッ酸、硝酸、酢酸のバランスが良いため、式（１）または式（２）のいずれかの反応が律速となることがない。また、酢酸によるエッチング抑制の効果が得られるため、基板全体が一様にエッチングされることもない。
【０２５４】
このように、混合液Ａ（フッ酸、硝酸、酢酸の体積比が１：３：１０の混合液）を用いて半導体基板周縁部の段差をエッチングすることによって、半導体基板周縁部と半導体基板中央部の選択比をとりながら、半導体基板周縁部に存在する凸部を短時間で除去することができる。このため、半導体基板の再生処理を確実に、かつ、効率的に行うことが可能である。
【０２５５】
なお、本実施例に示す構成は、他の実施の形態や他の実施例に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例２】
【０２５６】
本実施例では、再生処理として、フッ酸と硝酸と酢酸の混合液を用いたウェットエッチング処理とＣＭＰ処理とを組み合わせて用いた場合と、前述のウェットエッチング処理を用いず、主にＣＭＰ処理を用いた場合について、比較した結果を示す。
【０２５７】
ＣＭＰ処理としては、研磨レートの高い処理の後に、研磨レートの低い処理（仕上げ研磨）を用いた。なお、上述のウェットエッチング処理を用いない場合においては、ウェットエッチング処理を用いる場合と同等の再生処理を実現するために、ＣＭＰ処理の時間を長時間にした。
【０２５８】
再生処理の対象となる半導体基板は、先の実施例と同様にして作製した。詳細については先の実施例を参酌できる。
【０２５９】
上述のウェットエッチング処理と研磨時間の短いＣＭＰ処理を用いた再生半導体基板（以下、基板Ａ）は、以下のように作製した。
【０２６０】
まず、半導体基板を覆うように形成されている絶縁層を除去するために、半導体基板にフッ酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤を含む混合液（ステラケミファ社製、商品名：ＬＡＬ５００）を用いたウェットエッチング処理を施した。このとき、液温は室温、エッチング時間は３００秒とした。
【０２６１】
次に、絶縁層を除去した半導体基板に対して、フッ酸と硝酸と酢酸とを１：３：１０の体積比で混合した混合液（先の実施例における、混合液Ａに相当）を用いたウェットエッチング処理を施した。このとき、液温は室温、エッチング時間は２分とした。なお、上記混合液の作製においては、濃度５０重量％のフッ酸（ステラケミファ社製）、濃度７０重量％の硝酸（和光純薬株式会社製）、濃度９７．７重量％の酢酸（キシダ化学株式会社製）を用いた。
【０２６２】
次に、半導体基板に高い研磨レートのＣＭＰ処理を行った。当該ＣＭＰ処理では、ポリウレタン地の研磨布、及び、シリカ系スラリー液（ニッタ・ハース株式会社製ＩＬＤ１３００、粒径１５０ｎｍ、２０倍希釈）を用いた。また、スラリー流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ、研磨圧を０．０２ＭＰａ、スピンドル回転数を３０ｒｐｍ、テーブル回転数を３０ｒｐｍ、処理時間を３分とした。
【０２６３】
その後、半導体基板に低い研磨レートのＣＭＰ処理を行った。当該ＣＭＰ処理では、スウェード地の研磨布（ニッタ・ハース株式会社製ｓｕｐｒｅｍｅ）、及び、シリカ系スラリー液（ニッタ・ハース株式会社製ＮＰ８０２０、粒径６０ｎｍ、２０倍希釈）を用いた。また、スラリー流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ、研磨圧を０．０１ＭＰａ、スピンドル回転数を３０ｒｐｍ、テーブル回転数を３０ｒｐｍ、処理時間を３分とした。
【０２６４】
一方で、上述のウェットエッチング処理を用いない再生半導体基板（以下、基板Ｂ）は、以下のように作製される。
【０２６５】
まず、半導体基板を覆うように形成されている絶縁層を除去するために、半導体基板にフッ酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤を含む混合液（ステラケミファ社製、商品名：ＬＡＬ５００）を用いたウェットエッチング処理を施した。このとき、液温は室温、エッチング時間は３００秒とした。
【０２６６】
次に、半導体基板に高い研磨レートのＣＭＰ処理を行った。当該ＣＭＰ処理では、ポリウレタン地の研磨布、及び、シリカ系スラリー液（ニッタ・ハース株式会社製ＩＬＤ１３００、粒径１５０ｎｍ、２０倍希釈）を用いた。また、スラリー流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ、研磨圧を０．０２ＭＰａ、スピンドル回転数を３０ｒｐｍ、テーブル回転数を３０ｒｐｍ、処理時間を１２分とした。
【０２６７】
その後、半導体基板に低い研磨レートのＣＭＰ処理を行った。当該ＣＭＰ処理では、スウェード地の研磨布（ニッタ・ハース株式会社製ｓｕｐｒｅｍｅ）、及び、シリカ系スラリー液（ニッタ・ハース株式会社製ＮＰ８０２０、粒径６０ｎｍ、２０倍希釈）を用いた。また、スラリー流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ、研磨圧を０．０１ＭＰａ、スピンドル回転数を３０ｒｐｍ、テーブル回転数を３０ｒｐｍ、処理時間を１０分とした。
【０２６８】
上述の方法により作製された２種類の再生半導体基板につき、光学顕微鏡による観察と、段差測定装置による段差測定（小坂研究所株式会社製サーフコーダーを使用）、走査型プローブ顕微鏡による平坦性の評価（エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製ＳＰＡ−５００及びエスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製ＳＰＩ３８００Ｎを使用）、及び再生処理における半導体基板の厚さの減少量の測定（ラップマスターＳＦＴ株式会社製Ｓｏｒｔｅｒ１０００を使用）を行った。
【０２６９】
図１９（Ａ）に再生処理前の半導体基板周縁部、図１９（Ｂ）に上述のウェットエッチング処理後の半導体基板周縁部の光学顕微鏡写真（倍率５０倍のノマルスキー像）を示す。また、同様に、段差測定の結果を図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）に示す。
【０２７０】
図１９（Ａ）に示すように、再生処理を行う前の半導体基板は、周縁部に段差（凸部）が存在しており、周縁部の表層には絶縁層が、中央側の表層にはシリコンが観察される。図２０（Ａ）からも、再生処理の前には、半導体基板の周縁部には０．２μｍ程度の段差が存在していることが分かる。
【０２７１】
一方で、図１９（Ｂ）に示す半導体基板では、周縁部に存在した段差（凸部）が消失し、全面においてシリコンが観察されている。なお、図１９（Ｂ）の左側に縦に走る白い線は、半導体基板の端を表している。図２０（Ｂ）からも、段差が消失していることが確認できる。
【０２７２】
次に、走査型プローブ顕微鏡を用いて２種の再生半導体基板の平坦性評価を行った結果を示す。走査型プローブ顕微鏡による測定条件は、走査速度を１．０Ｈｚ、測定面積を１μｍ×１μｍ、測定点数を２点とした。また、当該測定には、ダイナミックフォースモード（ＤＦＭ：ｄｙｎａｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｏｄｅ）を用いた。ここで、ダイナミックフォースモードとは、カンチレバーを共振させた状態で、レバーの振動振幅が一定になるように探針と試料との間の距離を制御しながら、表面形状を測定する方法である。
【０２７３】
再生半導体基板の平坦性は、平均面粗さ（Ｒａ）及び最大高低差（Ｐ−Ｖ）によって評価した。ここで、平均面粗さ（Ｒａ）は、ＪＩＳＢ０６０１：２００１（ＩＳＯ４２８７：１９９７）で定義されている中心線平均粗さＲａを、測定面に対して適用できるよう三次元に拡張したものであり、基準面から指定面までの偏差の絶対値を平均した値で表現される。また、最大高低差（Ｐ−Ｖ）は、指定面において、最も高い山頂の標高と最も低い谷底の標高の差で表現される。山頂と谷底は、ＪＩＳＢ６０１：２００１（ＩＳＯ４２８７：１９９７）で定義されている「山頂」「谷底」を三次元に拡張したものであり、山頂とは指定面の山において最も標高の高い点を、谷底とは指定面において最も標高の低い点をいう。
【０２７４】
走査型プローブ顕微鏡による再生半導体基板の平坦性の評価結果を表３に示す。
【０２７５】
【表３】
【０２７６】
基板Ａ、基板Ｂ、いずれに関しても中央部と周縁部の段差はなくなっており、中央部と周縁部の平坦性もほぼ同程度である。基板Ａと基板Ｂとを比較すると、基板Ａでは周縁部においてＲａが０．０５ｎｍ、Ｐ−Ｖが０．３９３ｎｍであるのに対して、基板Ｂでは、周縁部においてＲａが０．０６ｎｍ、Ｐ−Ｖが０．４７ｎｍである。このことから、基板Ａの方が平坦性は良好であるといえる。
【０２７７】
次に、再生処理における半導体基板の厚さの減少量を測定した結果について示す。ここでは、再生処理工程の前後における厚みの変化から、半導体基板中央部の減少量（半導体の除去量）を測定した。基板Ａ及び基板Ｂの作製における減少量（除去量）を表４に示す。
【０２７８】
【表４】
【０２７９】
基板Ａの作製において、半導体基板の厚さの減少量は１．３８μｍであった。一方、基板Ｂの作製において、半導体基板の厚さの減少量は６．９６μｍであった。このことから、基板Ａの作製における減少量は、基板Ｂの作製における減少量の約４分の１であることが分かる。特に、基板Ａの作製におけるエッチングでの減少量は、わずか０．４１μｍであった。
【０２８０】
以上より、上記エッチング処理とＣＭＰ処理を組み合わせた再生処理を行うことによって、再生半導体基板の平坦性を同等に保ちつつ、再生処理における半導体基板の減少を抑制することができる。
【０２８１】
なお、本実施例に示す構成は、他の実施の形態や他の実施例に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例３】
【０２８２】
本実施例では、半導体基板に酸化膜を形成した後、水素イオンを照射して、該半導体基板の断面を観察した結果を示す。
【０２８３】
本実施例では、半導体基板として５インチ角の矩形状単結晶シリコン基板を用いた。まず、半導体基板を、ＨＣｌを含む雰囲気下で熱酸化し、基板表面に１００ｎｍの厚さの酸化膜を形成した。熱酸化の条件は、９５０℃で４時間であり、熱酸化の雰囲気は、ＨＣｌが酸素に対して３体積％の割合で含まれるものとした。
【０２８４】
次に、酸化膜の表面からイオンドーピング装置を用いて半導体基板に水素を添加した。本実施例では、水素をイオン化して照射することで、半導体基板に脆化領域を形成した。イオンドーピングの条件は、加速電圧を５０ｋＶ、ドーズを２．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２とした。これにより、酸化膜の表面から約２５０ｎｍ前後の深さに脆化領域が形成された。
【０２８５】
図２１（Ａ）には、上述の処理を施した半導体基板の断面ＴＥＭ像を示す。また、図２１（Ｂ）には、該半導体基板に熱処理を施して、脆化領域で分離した後の断面ＴＥＭ像を示す。
【０２８６】
図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）から、単結晶基板表面付近には、多くの結晶欠陥が形成されていることが分かる。また、図２１（Ｂ）から、半導体基板は、その表面から深さ約１３９ｎｍの位置で分離していることが分かる。
【０２８７】
ここで、上述の分離後の半導体基板の周縁部には、ベース基板との貼り合わせがなされないことに起因して凸部が形成される。そして、凸部を構成する残存した半導体層（損傷半導体領域）は、分離された半導体層と同様に結晶欠陥や微小ボイドを有する。このため、先の実施例で示したようなフッ酸、硝酸、酢酸を含む混合液を用いてエッチングを行うことにより、分離後の半導体基板の周縁部に形成される凸部を優先的に除去しやすくなる。
【０２８８】
なお、本実施例に示す構成は、他の実施の形態や他の実施例に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例４】
【０２８９】
本実施例では、フッ酸と硝酸と酢酸とを１：３：１０の体積比で混合した混合液（混合液Ａ）と、フッ酸と硝酸と酢酸とを１：２：１０の体積比で混合した混合液（以下、混合液Ａ＋）をエッチャントとして用いる場合の調査結果について示す。
【０２９０】
なお、本実施例で用いた半導体基板は、実施例１において用いたものと同様であり、その詳細については省略する。
【０２９１】
上述の半導体基板に対する処理は、次の通りである。
【０２９２】
まず、半導体基板を覆うように形成されている絶縁層を除去するために、半導体基板にフッ酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤を含む混合液（ステラケミファ社製、商品名：ＬＡＬ５００）を用いたウェットエッチング処理を施した。このとき、液温は室温、エッチング時間は３００秒とした。
【０２９３】
次に、絶縁層を除去した半導体基板に対して、フッ酸と硝酸と酢酸とを１：３：１０の体積比で混合した混合液（混合液Ａ）、または、フッ酸と硝酸と酢酸とを１：２：１０の体積比で混合した混合液（混合液Ａ＋）をエッチャントとして用いてウェットエッチングを行った。混合液Ａ及び混合液Ａ＋の作製においては、濃度５０重量％のフッ酸（ステラケミファ社製）、濃度７０重量％の硝酸（和光純薬株式会社製）、濃度９７．７重量％の酢酸（キシダ化学株式会社製）を用いた。
【０２９４】
図２２（Ａ）には、混合液Ａ＋を用いたウェットエッチング後の半導体基板周縁部の様子を観察した光学顕微鏡写真（倍率５０倍のノマルスキー像）を示す。また、図２２（Ｂ）には、倍率を５００倍とした光学顕微鏡写真（ノマルスキー像）を示す。図２２から分かるように、混合液Ａ＋を用いたウェットエッチングの場合、混合液Ａを用いたウェットエッチングにおいてエッチング残渣が生じうる条件であっても、残渣は確認されなかった。硝酸に対するフッ酸の割合を、１：３（フッ酸：硝酸）から僅かに高めることで、形成される酸化膜を素早く除去し、残渣の発生を抑制しているものと考察される。
【０２９５】
このように、混合液Ａ＋（フッ酸、硝酸、酢酸の体積比が１：２：１０の混合液）を用いて半導体基板周縁部の段差をエッチングする場合には、混合液Ａ（フッ酸、硝酸、酢酸の体積比が１：３：１０の混合液）を用いる場合と比較して残渣の発生を抑制できることが分かった。これは、フッ酸、硝酸、酢酸の体積比が１．５：３：１０の混合液を用いる場合においても同様である。一方で、フッ酸、硝酸、酢酸の体積比が１：１：１０の混合液のように、フッ酸、硝酸、酢酸の体積比が１：３：１０の混合液と比較して硝酸に対するフッ酸の割合を高めすぎた場合には、表面荒れ、段差の残存などが確認された。
【０２９６】
本実施例により、硝酸に対するフッ酸の割合を１：３（フッ酸：硝酸）から僅かに高めることで、半導体基板の再生処理をより確実に、より効率的に行うことが可能であることが理解される。
【０２９７】
なお、本実施例に示す構成は、他の実施の形態や他の実施例に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【符号の説明】
【０２９８】
１００ 半導体基板
１０２ 絶縁層
１０４ 脆化領域
１２０ ベース基板
１２１ 半導体基板
１２２ 絶縁層
１２３ 絶縁層
１２４ 半導体層
１２５ 半導体領域
１２６ 凸部
１２７ 半導体領域
１２９ 半導体領域
１３０ 半導体基板
１３２ 再生半導体基板
１３３ 半導体領域
１３４ レーザ光
２５１ 半導体層
２５２ 半導体層
２５４ 絶縁層
２５５ ゲート電極
２５６ ゲート電極
２５７ 低濃度不純物領域
２５８ チャネル形成領域
２５９ 高濃度不純物領域
２６０ チャネル形成領域
２６１ サイドウォール絶縁層
２６２ サイドウォール絶縁層
２６７ 高濃度不純物領域
２６８ 絶縁層
２６９ 層間絶縁層
２７０ 配線
２８０ トランジスタ
２８１ トランジスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、半導体基板の再生方法に関する。または、半導体基板の再生方法を利用した再生半導体基板の作製方法、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バルク状のシリコンウエハに代わり、絶縁表面に薄い単結晶シリコン層が設けられたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を使った集積回路が開発されている。絶縁表面上に形成された薄い単結晶シリコン層を用いれば、集積回路を構成する各トランジスタを容易に分離できることに加え、完全空乏型とすることができる。従って、高集積、高速駆動、低消費電力など、付加価値の高い半導体集積回路を実現することができる。
【０００３】
ＳＯＩ基板を作製する方法の一つとして、水素イオン注入剥離法が知られている。水素イオン注入剥離法は、水素イオンを注入した単結晶シリコン基板（ボンド基板）を絶縁層を介して別の基板（ベース基板）に貼り合わせ、その後の熱処理によって単結晶シリコン基板（ボンド基板）をイオン注入領域において分離することで、単結晶シリコン層を得る方法である。上記水素イオン注入剥離法を用いることで、ガラス基板等の絶縁基板上に単結晶シリコン層を有するＳＯＩ基板を作製することが可能である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−８７６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水素イオン注入剥離法を用いるＳＯＩ基板の作製方法では、一つのボンド基板から複数のＳＯＩ基板を作製できるため、ＳＯＩ基板の作製に占めるボンド基板のコストを圧縮できるというメリットがある。単結晶シリコン層が分離された後のボンド基板に対して再生処理を施すことで、使用後のボンド基板を再度ＳＯＩ基板の作製に用いることができるためである。
【０００６】
ここで、上記水素イオン注入剥離法に用いられるボンド基板の周縁部には、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理に起因したエッジロールオフ（Ｅ．Ｒ．Ｏ．：Ｅｄｇｅ Ｒｏｌｌ Ｏｆｆ）と呼ばれる領域（エッジロールオフ領域ともいう）が存在する。当該領域は、研磨布によってボンド基板のエッジが研磨されることにより形成されるものである。ボンド基板のエッジロールオフ領域では、その表面が曲面状になっており、ボンド基板の中央部よりも板厚が薄くなっている。
【０００７】
水素イオン注入剥離法を用いたＳＯＩ基板の作製方法では、ボンド基板とベース基板の貼り合わせを行う。当該貼り合わせは、分子間力やファン・デル・ワールス力をメカニズムとするものであるため、貼り合わせ表面には所定の平坦性が求められる。従って、表面の平坦性が確保できないエッジロールオフ領域では、ボンド基板とベース基板との貼り合わせは行われない。
【０００８】
このため、単結晶シリコン層を分離した後のボンド基板において、上記エッジロールオフ領域が存在する半導体基板周縁部には、単結晶シリコン層領域及び絶縁層が凸部として残存することになる。そして、当該凸部は、ボンド基板の再生処理の段階において問題となる。当該凸部と、それ以外の領域（貼り合わせが適切になされた領域）との高低差は、僅か数百ｎｍ程度である。しかしながら、ＣＭＰ処理による表面研磨により当該凸部を除去して新たなボンド基板として再生するには、基板を板厚方向に１０μｍ前後除去しなければならず、ボンド基板の再生回数、使用回数を十分に確保できないという問題を有している。
【０００９】
従って、本明細書で開示する本発明の一態様は、上記課題の解決に関し、半導体基板の再生に適した方法、半導体基板の再生に適した方法を用いた再生半導体基板の作製方法、及び当該再生半導体基板を用いたＳＯＩ基板の作製方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本明細書で開示する本発明の一態様は、イオンの添加等により損傷した半導体領域を優先的、言い換えると選択的に除去することが可能な方法を用いて凸部を除去する。または、上記方法を用いて再生半導体基板を作製し、当該再生半導体基板を用いてＳＯＩ基板を作製することに関する。
【００１１】
本明細書で開示する本発明の一態様は、損傷半導体領域と絶縁層とを含む凸部が周縁部に存在する半導体基板に対し、絶縁層を除去するエッチング処理と、半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質、酸化された半導体材料を溶解する物質、及び、半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質、を含む混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理と、損傷半導体領域が優先的に除去された面側から半導体基板にレーザ光を照射するレーザ光照射処理と、を有することを特徴とする半導体基板の再生方法である。
【００１２】
また、本明細書で開示する本発明の他の一態様は、イオンの照射及び熱処理を経て一部が半導体層として分離することにより、周縁部に損傷半導体領域と絶縁層とを含む凸部が残存した半導体基板に対し、絶縁層を除去するエッチング処理と、半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質、酸化された半導体材料を溶解する物質、及び、半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質、を含む混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理と、損傷半導体領域が優先的に除去された面側から半導体基板にレーザ光を照射するレーザ光照射処理と、を有することを特徴とする半導体基板の再生方法である。
【００１３】
また、本明細書で開示する本発明の他の一態様は、イオンの照射及び熱処理を経て一部が半導体層として分離することにより、周縁部に損傷半導体領域と絶縁層とを含む凸部が残存し、それ以外の領域にも損傷半導体領域が残存する半導体基板に対し、絶縁層を除去するエッチング処理と、半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質、酸化された半導体材料を溶解する物質、及び、半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質、を含む混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理と、損傷半導体領域が優先的に除去された面側から半導体基板にレーザ光を照射するレーザ光照射処理と、を有することを特徴とする半導体基板の再生方法である。
【００１４】
上記イオンの照射は、質量分離を行わないイオンドーピング法で行うことが好ましい。イオンドーピング装置は廉価で、大面積処理に優れている。また、イオンドーピング装置を用いてＨ３＋を照射することで、水素イオンを効率よく、半導体基板に添加することができる。
【００１５】
また、損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理では、未損傷の半導体領域に対する損傷半導体領域のエッチング選択比が２以上で処理することが好ましい。また、未損傷の半導体領域に対する上記凸部のエッチング選択比が２未満に低下した後でエッチング処理を停止させることが好ましい。
【００１６】
また、損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理によって、凸部の接平面と半導体基板の裏面とのなす角が０．５°以下の領域を少なくとも除去することが好ましい。更に、その後に半導体基板の表面を研磨しても良い。
【００１７】
また、半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質としては硝酸が好ましく、酸化された半導体材料を溶解する物質としてはフッ酸が好ましく、半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質としては酢酸が好ましい。
【００１８】
また、レーザ光照射処理には、パルス発振のレーザだけでなく、連続発振のレーザを用いることもできる。
【００１９】
以上の方法を用いて、再生半導体基板を作製することができる。また、該方法で作製された再生半導体基板中にイオンを添加して脆化領域を形成し、絶縁層を介して、再生半導体基板とベース基板を貼り合わせ、熱処理によって再生半導体基板を分離して、ベース基板上に半導体層を形成することにより、ＳＯＩ基板を作製することができる。
【００２０】
なお、本明細書等において、ＳＯＩ基板とは、絶縁表面上に半導体層が形成された基板を指し、絶縁層上にシリコン層が設けられた構成には限定されない。例えば、ガラス基板上に直接シリコン層が形成された構成や、絶縁層上に炭化シリコン層が形成されたものなども含む。
【発明の効果】
【００２１】
本明細書で開示する発明の一態様では、損傷していない半導体領域または損傷度合いが小さい半導体領域に対して、損傷した半導体領域を優先的に除去することができる。そのため、半導体基板の再生処理において研磨等で除去されていた損失分を抑制することができ、半導体基板の再生回数、使用回数を増加させることができる。
【００２２】
また、上記再生半導体基板を用いてＳＯＩ基板を作製することで、ＳＯＩ基板の作製に掛かるコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】半導体基板の再生処理方法を説明する断面図。
【図２】半導体基板の再生処理方法を説明する断面図。
【図３】ＳＯＩ基板の作製方法を説明する断面図。
【図４】ＳＯＩ基板の作製方法を説明する断面図。
【図５】ＳＯＩ基板の作製方法を説明する断面図。
【図６】ＳＯＩ基板の作製工程を説明する図。
【図７】ＳＯＩ基板を用いた半導体装置を示す断面図。
【図８】半導体基板の光学顕微鏡写真を示す図。
【図９】半導体基板の段差を示すグラフ。
【図１０】半導体基板の光学顕微鏡写真を示す図。
【図１１】半導体基板の光学顕微鏡写真を示す図。
【図１２】半導体基板の段差を示すグラフ。
【図１３】半導体基板の段差を示すグラフ。
【図１４】半導体基板の段差を示すグラフ。
【図１５】半導体基板の段差を示すグラフ。
【図１６】半導体基板の段差を示すグラフ。
【図１７】半導体基板の段差を示すグラフ。
【図１８】エッチング時間とエッチング量の関係を示す図。
【図１９】半導体基板の光学顕微鏡写真を示す図。
【図２０】半導体基板の段差を示すグラフ。
【図２１】半導体基板の断面ＴＥＭ写真を示す図。
【図２２】半導体基板の光学顕微鏡写真を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、その趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。従って、発明は、実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本明細書等において、同一または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その説明は省略する場合がある。
【００２５】
（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体基板の再生方法について、図１を用いて説明する。
【００２６】
図１（Ａ）に再生処理前の半導体基板１２１（半導体層が分離された後の半導体基板）の構成の一例を示す。
【００２７】
半導体基板１２１の周縁部には凸部１２６が存在する。当該凸部１２６は、絶縁層１２３、未分離の半導体領域１２５、イオンが添加された半導体領域１２７を含む。なお、未分離の半導体領域１２５及びイオンが添加された半導体領域１２７は、ＳＯＩ基板の作製工程におけるイオンの添加処理などによって、いずれも損傷し、結晶欠陥やボイドなどを多く含んでいる。このため、未分離の半導体領域１２５及びイオンが添加された半導体領域１２７をまとめて、損傷半導体領域と呼ぶことができる。
【００２８】
なお、例えば単結晶半導体基板の場合、損傷半導体領域とは、結晶を構成している原子が空間的に規則的に配列されている単結晶半導体領域に対し、イオン等の添加に起因して、結晶を構成している原子の配列（結晶構造）の乱れ、結晶欠陥、または結晶格子の歪み等を一部に含む領域のことをいう。また、未損傷半導体領域とは、イオン等の添加のない単結晶半導体領域と同等の領域のことをいう。
【００２９】
上述の凸部１２６は、半導体基板のエッジロールオフ領域を含んでいる。エッジロールオフ領域は、半導体基板の表面処理（ＣＭＰ処理）に起因して生じるものである。ＣＭＰ処理とは、被処理物の表面を化学的・機械的な複合作用により平坦化する処理である。当該エッジロールオフ領域近傍の板厚は、半導体層が分離される前の半導体基板の中央部の板厚と比べて薄くなっており、当該エッジロールオフ領域は、ＳＯＩ基板の作製の際に貼り合わせが行われない領域となる。その結果、半導体基板１２１のエッジロールオフ領域には、上記凸部１２６が残存することになる。
【００３０】
なお、半導体基板１２１の凸部１２６以外の領域（特に、上記エッジロールオフ領域に囲まれる領域）には、イオンが添加された半導体領域１２９が存在している。イオンが添加された半導体領域１２９は、ＳＯＩ基板の作製工程において形成されるイオンが添加された領域が、半導体層が分離された後の半導体基板１２１に残存することで形成されるものである。
【００３１】
ここで、イオンが添加された半導体領域１２９は、凸部１２６における半導体領域（半導体領域１２５及び半導体領域１２７）と比較して十分に薄い。また、イオンが添加された半導体領域１２９は、イオンによる損傷で発生した結晶欠陥等を多く含んでいる。このため、イオンが添加された半導体領域１２９も、半導体領域１２５及び半導体領域１２７と同様に、損傷半導体領域と呼ぶことができる。
【００３２】
図１（Ｂ）に凸部１２６を拡大した模式図を示す。凸部１２６は、上記エッジロールオフ領域に対応する領域と面取部に対応する領域とを含む。本実施の形態では、エッジロールオフ領域を、上記凸部１２６の表面における接平面と、基準面とのなす角θが０．５°以下となる点が集合した領域をいうものとする。ここで、基準面としては、半導体基板の表面または裏面に平行な平面が採用される。
【００３３】
また、面取部を基板の端からの距離が０．２ｍｍ未満の領域とし、エッジロールオフ領域をこれより内側の貼り合わせが行われなかった領域と規定することもできる。具体的には、基板の端からの距離が０．２ｍｍ以上０．９ｍｍ以下の領域をエッジロールオフ領域と呼ぶことができる。
【００３４】
なお、面取部はベース基板とボンド基板との貼り合わせには関与しないため、面取部の平坦性は基板の再生処理において問題とならない。一方で、エッジロールオフ領域の近傍はベース基板とボンド基板との貼り合わせに関与する。よって、エッジロールオフ領域の平坦性次第では、再生半導体基板をＳＯＩ基板の作製工程に用いることができないこともある。このような理由から、半導体基板の再生処理において、エッジロールオフ領域における凸部１２６を除去し、平坦性を向上させることが極めて重要となる。
【００３５】
半導体基板の再生処理は、少なくとも、絶縁層１２３を除去するエッチング処理（以下、第１のエッチング処理と呼ぶ）及び、損傷半導体領域を除去するエッチング処理（以下、第２のエッチング処理）の二つのエッチング処理を含む。以下、これらについて詳述する。
【００３６】
はじめに、第１のエッチング処理について図１（Ｃ）を参照して説明する。第１のエッチング処理は、上述のように、半導体基板１２１の絶縁層１２３を除去するエッチング処理である。
【００３７】
ここで、絶縁層１２３は、フッ酸を含む溶液をエッチャントとするウェットエッチング処理によって除去することができる。フッ酸を含む溶液としては、フッ酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤を含む混合溶液（例えば、ステラケミファ社製、商品名：ＬＡＬ５００）などを用いることが好ましい。当該ウェットエッチング処理は、１２０秒間から１２００秒間程度行うことが好ましく、例えば、６００秒間程度行うことが好適である。
【００３８】
なお、ウェットエッチング処理は、半導体基板１２１を処理槽内の溶液に浸漬することによって行うことができるため、複数の半導体基板１２１を一括処理することが可能である。このため、再生処理の効率化を図ることができる。
【００３９】
また、第１のエッチング処理として、ドライエッチング処理を行っても良い。また、ウェットエッチング処理とドライエッチング処理とを組み合わせて用いても良い。ドライエッチング処理としては、平行平板型ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法や、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法などを用いることができる。
【００４０】
次に、第２のエッチング処理について説明する。第２のエッチング処理では、損傷半導体領域、すなわち、凸部１２６を構成する未分離の半導体領域１２５、イオンが添加された半導体領域１２７、及び、イオンが添加された半導体領域１２９を優先的、言い換えると選択的に除去する。
【００４１】
より具体的には、半導体材料を酸化する物質と、酸化された半導体材料を溶解する物質と、半導体材料の酸化の速度及び酸化された半導体材料の溶解の速度を制御する物質を含む混合液をエッチャントとしたウェットエッチング処理を行う。当該エッチング処理は、１分間以上１０分間以下程度行うことが好ましく、例えば、後述するフッ酸と硝酸と酢酸の体積比が１：３：１０の混合液を用いる場合は、２分間以上４分間以下程度行うことが好適である。また、混合液の温度は、１０℃以上３０℃以下程度とすることが好ましく、例えば、２５℃とすることが好適である。
【００４２】
ここで、半導体材料を酸化する物質としては、硝酸を用いることが好ましい。また、酸化された半導体材料を溶解する物質としては、フッ酸を用いることが好ましい。また、半導体材料の酸化の速度及び酸化された半導体材料の溶解の速度を制御する物質としては、酢酸を用いることが好ましい。
【００４３】
上記エッチャントとして、硝酸（濃度：７０重量％）、フッ酸（濃度：５０重量％）及び酢酸（濃度：９７．７重量％）の混合液を用いる場合、硝酸の体積は、酢酸の体積の０．０１倍より大きく１倍未満とし、かつ、フッ酸の体積の０．１倍より大きく１００倍未満とし、フッ酸の体積は、酢酸の体積の０．０１倍より大きく０．５倍未満とすることが好ましい。例えば、フッ酸と硝酸と酢酸の体積比を１：３：１０とすることが好ましい。当該構成を、構成分子のモル比で表現すると、ＨＦ：ＨＮＯ３：ＣＨ３ＣＯＯＨ：Ｈ２Ｏ＝２．１：３．３：１２：７．５となる。なお、他の分子の構成については、特に限定する必要はない。
【００４４】
損傷半導体領域には、イオンの添加に伴って形成された結晶欠陥やボイドなどが存在しており、エッチャントが浸透しやすい。このため、損傷半導体領域では、表面のみでなく、内部からもエッチングが進行することになる。
【００４５】
具体的には、エッチングは基板平面に垂直な方向に深い縦穴を形成するように進行し、その縦穴を拡大するように行われる傾向にある。つまり、損傷半導体領域では、低損傷の半導体領域または未損傷の半導体領域と比較して大きなエッチングレートでエッチング処理が進行することになる。
【００４６】
具体的には、上記エッチャントを用いた場合の損傷半導体領域のエッチングレートは、未損傷の半導体領域（または低損傷の半導体領域）のエッチングレートの２倍以上となる。すなわち、未損傷の半導体領域（または低損傷の半導体領域）に対する損傷半導体領域のエッチング選択比は２以上になる。
【００４７】
ここで、「エッチングレート」とは、単位時間あたりのエッチング量（被エッチング量）をいう。つまり、「エッチングレートが大きい」とは、よりエッチングされやすいことを意味し、「エッチングレートが小さい」とは、よりエッチングされにくいことを意味する。また、「エッチング選択比がとれる」とは、例えば、Ａ層とＢ層をエッチングする場合に、Ａ層のエッチングレートとＢ層のエッチングレートに十分な差が存在する条件を意味する。また、低損傷の半導体領域とは、未分離の半導体領域１２５やイオンが添加された半導体領域１２７、イオンが添加された半導体領域１２９等と比較して、相対的に損傷の程度が小さい半導体領域をいう。
【００４８】
このように、半導体材料を酸化する物質と、酸化された半導体材料を溶解する物質と、半導体材料の酸化の速度及び酸化された半導体材料の溶解の速度を制御する物質と、を含む混合液をエッチャントとしてウェットエッチング処理を行うことにより、損傷半導体領域を優先的、言い換えると選択的に除去することができる。
【００４９】
故に、基板の再生処理において、これまで研磨等により除去されていた損失分を大幅に低減することができ、再生使用回数を増加させることができる。また、ウェットエッチング処理を用いることで、複数の半導体基板１２１を一括処理することが可能になるため、基板の再生処理の効率化を図ることができる。更に、第２のエッチング処理はＣＭＰ処理などに比べて短時間で行うことが可能であり、この点においても基板の再生処理の効率化が達成される。
【００５０】
なお、凸部１２６における損傷半導体領域（半導体領域１２５及び半導体領域１２７）の厚さと、それ以外の領域における損傷半導体領域（半導体領域１２９）の厚さは、大きく異なっている。このため、凸部１２６（周縁部）と、それ以外の領域（中央部）とのエッチング選択比は、第２のエッチング処理の間において一定ではない。
【００５１】
具体的には、次の通りである。まず、第２のエッチング処理を開始した直後は、凸部１２６及びそれ以外の領域において、いずれも損傷半導体領域がエッチングされることになり、エッチング選択比は１前後となる。そして、凸部１２６以外の損傷半導体領域（半導体領域１２９）が除去された後には、当該領域に低損傷の半導体領域または未損傷の半導体領域が現れることになる。そのため、凸部１２６の損傷半導体領域が優先的に除去されることになり、エッチング選択比は２以上となる。そして、凸部１２６の損傷半導体領域（半導体領域１２５、半導体領域１２７）が除去されると、当該領域にも低損傷の半導体領域または未損傷の半導体領域が表れることになるため、エッチング選択比は再び１前後となる。
【００５２】
このように、第２のエッチング処理の間でエッチング選択比は変動するため、この選択比の変化をエッチング終了時の目安とすることが可能である。例えば、エッチング選択比が２未満に低下した段階で、エッチング処理を停止させることで、第２のエッチング処理における不必要なオーバーエッチングを抑制しつつ、損傷半導体領域を除去することができる。
【００５３】
なお、エッチング選択比は、所定時間（例えば、３０秒、１分など）における凸部１２６（周縁部）と、それ以外の領域（中央部）のそれぞれの膜厚の減少量を比較して求めたもの（差分値）であっても良いし、瞬間の膜厚の減少量を比較して求めたもの（微分値）であっても良い。
【００５４】
次に、半導体基板の表面を平坦化させるレーザ光照射処理について図１（Ｄ）を参照して説明する。レーザ光照射処理では、第２のエッチング処理が行われた後に損傷半導体領域が優先的に除去された面側から半導体基板にレーザ光１３４を照射する。
【００５５】
イオン照射によって形成された損傷半導体領域は、深さ方向に一様に形成されていないため、第２のエッチングが終了した段階では、半導体基板の表面平坦性が失われている状態である。
【００５６】
表面平坦性が失われている状態では、ボンド基板としての再利用に不具合を生じるため、表面を平坦化させるレーザ光照射処理を行う。
【００５７】
レーザ光１３４としては、例えばパルスレーザを用いることができる。また、擬似ＣＷレーザを用いても良く、例えば、エキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＫＧＷレーザ、ＫＹＷレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、色素レーザ、半導体レーザ等を用いることができる。なお、疑似ＣＷレーザは、ＣＷレーザと同様にレーザ光が照射されている部分を完全溶融状態に保つことができる。
【００５８】
レーザ光１３４を照射することにより、半導体基板が部分溶融する。なお、部分溶融とは、溶融している部分と、固体の部分がある状態をいう。部分溶融させることによって、溶融領域下部の固体部分が種となり、表面は単結晶に再結晶化する。このとき、製造過程に生じた結晶欠陥は減少し、かつ半導体基板表面は平坦化する。
【００５９】
以上により半導体基板１２１が再生され、図１（Ｅ）に示すように再生半導体基板１３２が完成する。
【００６０】
なお、上記第２のエッチング処理によって、イオンが添加された半導体領域１２９の大部分は除去されることになるが、その一部が残存する場合もある。このような場合には、第２のエッチング処理後に別の表面処理を行ってイオンが添加された半導体領域１２９を完全に除去することが好ましい。上記表面処理としては、ＣＭＰ処理を代表とする研磨処理などがある。
【００６１】
また、研磨処理やレーザ光の照射処理は、複数回行っても良い。処理工程の順序も限定されず適宜選択することができる。レーザ光の照射に代えて、ランプ光の照射処理を行っても良い。
【００６２】
本実施の形態で示したように、第１のエッチング処理で絶縁層を除去した後、半導体材料を酸化する物質と、酸化された半導体材料を溶解する物質と、半導体材料の酸化の速度及び酸化された半導体材料の溶解の速度を制御する物質を含む混合液を用いて第２のエッチング処理を行うことにより、半導体基板の周縁部に残存する損傷半導体領域を優先的に除去することができる。従って、これまで研磨等により除去されていた基板の損失分を大幅に低減することができ、半導体基板の再生回数、使用回数を増加させることができる。
【００６３】
また、本実施の形態で示したように、レーザ光照射処理を行うことにより、第１のエッチング処理及び第２のエッチング処理後の半導体基板の表面の平坦性を向上させることができる。
【００６４】
また、レーザ光照射処理を行うことにより、半導体基板が部分溶融するため、製造過程に生じた欠陥が減少し、半導体基板の表面の結晶性を向上させることができる。
【００６５】
なお、最終の表面処理に研磨処理を行っても良い。該研磨処理の前にレーザ光照射処理を行うことにより、研磨処理による研磨量を低減することができ、レーザ光照射処理を行わない場合と比較して製造コストを低減することができる。
【００６６】
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【００６７】
（実施の形態２）
本実施の形態では、半導体基板の再生処理方法の別の一例について、図２を用いて説明する。
【００６８】
まず、半導体基板１２１に、第１のエッチング処理を行う（図２（Ａ）参照）。詳細については実施の形態１を参酌すればよい。これによって、半導体基板１２１の表面に存在する絶縁層が除去される。
【００６９】
次に、半導体基板１２１に第２のエッチング処理を行う（図２（Ｂ）参照）。第２のエッチング処理の詳細についても実施の形態１を参酌できる。これによって、半導体領域１２５、半導体領域１２７及び半導体領域１２９が除去された半導体基板１３０が形成される。
【００７０】
本実施の形態では、第２のエッチング処理の後の半導体基板１３０に平坦化処理を行い、再生半導体基板１３２を作製する（図２（Ｃ）参照）。これは、図２（Ｂ）に示す場合のように、第２のエッチング処理後の半導体基板１３０表面の平坦性が十分でない場合には、当該半導体基板をＳＯＩ基板の作製工程に用いることができないためである。
【００７１】
なお、本実施の形態では、第２のエッチング処理で半導体領域１２９が完全に除去される場合を示しているが、第２のエッチング処理で半導体領域１２９を十分に除去することができなかった場合には、以下に示す平坦化処理によって残存した半導体領域１２９を併せて除去すると良い。
【００７２】
本実施の形態においては、平坦化処理に研磨処理を用いる手段を説明する。もちろん、実施の形態１で説明したレーザ光照射処理を行っても良い。また、これらの処理を組み合わせても良く、処理の順序や回数も限定されない。また、レーザ光の照射処理に代えてランプ光の照射処理を行うこともできる。
【００７３】
半導体基板１３０の研磨処理としては、ＣＭＰ処理を用いることが好ましい。
【００７４】
例えば、研磨ステージの上に研磨布を貼り付け、被処理物と研磨布との間にスラリー（研磨剤）を供給しながら、研磨ステージと被処理物を各々回転または揺動させることにより行われる。これによって、スラリーと被処理物表面との間の化学反応、及び、研磨布による被処理物の機械的研磨の作用によって、被処理物の表面が研磨される。
【００７５】
ＣＭＰ処理を用いた研磨処理の回数は、１回であっても良いし、複数回としても良い。研磨処理を複数回行う場合には、例えば、高い研磨レートの一次研磨を行った後に、低い研磨レートの仕上げ研磨を行うことが好ましい。一次研磨には、ポリウレタン研磨布を用いることが好ましく、スラリーの粒径は１２０ｎｍ以上１８０ｎｍ以下とし、例えば、１５０ｎｍ程度とすることが好ましい。仕上げ研磨には、スウェード地の研磨布を用いることが好ましく、スラリーの粒径は４５ｎｍ以上７５ｎｍ以下とし、例えば、６０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００７６】
このように、上述の再生方法に加えて、半導体基板１３０にＣＭＰ処理を用いた研磨処理を行うことによって、平均表面粗さ０．２ｎｍ以上０．５ｎｍ以下程度に平坦化された再生半導体基板１３２を形成することができる。また、研磨レートの異なる複数回の研磨処理を行うことによって、短時間での半導体基板１３０の平坦化が実現できる。
【００７７】
以上の通り、第１のエッチング処理及び第２のエッチング処理で半導体領域１２５、半導体領域１２７、及び、半導体領域１２９を除去した後、ＣＭＰ処理による表面の研磨処理を行うことで、より平坦性の良好な再生半導体基板１３２を得ることができる。
【００７８】
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【００７９】
（実施の形態３）
本実施の形態に係るＳＯＩ基板の製造方法は、ボンド基板である半導体基板から分離させた半導体層をベース基板に接合してＳＯＩ基板を製造するものである。そして、半導体層を分離した後の半導体基板に再生処理を施して、ボンド基板として再利用する。以下、本形態に係るＳＯＩ基板の製造方法の一例について説明する。
【００８０】
はじめに、半導体基板１００に脆化領域１０４を形成し、ベース基板１２０との貼り合わせの準備を行う工程について説明する。当該工程は、半導体基板１００に対する処理に関するものであり、図６に示すＳＯＩ基板作製工程図の工程Ａに相当する。
【００８１】
まず、半導体基板１００を準備する（図３（Ａ）、及び図６の工程（Ａ−１）参照）。半導体基板１００としては、例えば、シリコンなどの単結晶半導体基板または多結晶半導体基板を用いることができる。市販のシリコン基板としては、直径５インチ（約１２５ｍｍ）、直径６インチ（約１５０ｍｍ）、直径８インチ（約２００ｍｍ）、直径１２インチ（約３００ｍｍ）、及び直径１６インチ（約４００ｍｍ）サイズの円形のものが代表的である。
【００８２】
また、シリコン基板の周縁部には、図３（Ａ）に示すような、欠けやひび割れを防ぐための面取り部が存在する。なお、形状は円形に限られず矩形状等に加工したシリコン基板を用いることも可能である。以下の説明では、半導体基板１００として、矩形状の単結晶シリコン基板を用いる場合について示す。
【００８３】
なお、半導体基板１００の表面は、硫酸過水（ＳＰＭともいう）、アンモニア過水（ＡＰＭともいう）、塩酸過水（ＨＰＭともいう）、希フッ酸（ＤＨＦともいう）などを用いて適宜洗浄しておくことが好ましい。また、希フッ酸とオゾン水を交互に吐出して半導体基板１００の表面を洗浄してもよい。
【００８４】
次に、半導体基板１００の表面を洗浄した後、半導体基板１００上に絶縁層１０２を形成する（図３（Ｂ）及び、図６の工程（Ａ−２）参照）。絶縁層１０２は、単層だけでなく、複数の絶縁膜の積層でも良い。絶縁層１０２は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜などのシリコンを組成に含む絶縁膜を用いて形成することができる。本実施の形態では、一例として、酸化シリコンを絶縁層１０２として用いる場合について説明する。
【００８５】
なお、本明細書等において、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素原子よりも酸素原子の数が多く、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）及び水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５０原子％以上７０原子％以下、窒素が０．５原子％以上１５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。
【００８６】
また、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素原子より窒素原子の数が多く、ＲＢＳ及びＨＦＳを用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５原子％以上３０原子％以下、窒素が２０原子％以上５５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が１０原子％以上３０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。但し、酸化窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を１００原子％としたとき、窒素、酸素、シリコン、及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。
【００８７】
酸化シリコンを絶縁層１０２として用いる場合、絶縁層１０２はシランと酸素、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）と酸素等の混合ガスを用い、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、常圧ＣＶＤ、バイアスＥＣＲＣＶＤ等の化学気相成長法によって形成することができる。この場合、絶縁層１０２の表面を酸素プラズマ処理で緻密化しても良い。
【００８８】
また、有機シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化シリコンを絶縁層１０２として用いても良い。有機シランガスとしては、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、トリエトキシシラン（ＴＲＩＥＳ）、トリスジメチルアミノシラン（ＴＤＭＡＳ）等のシリコン含有化合物を用いることができる。
【００８９】
また、半導体基板１００を酸化することで得られる酸化膜で、絶縁層１０２を形成することもできる。該酸化膜は熱酸化処理で形成することができ、このとき、酸化雰囲気中にハロゲンまたはハロゲンを含むガスを添加しても良い。ハロゲンまたはハロゲンを含むガスとしては、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＦ３、ＨＢｒ、Ｃｌ２、ＣｌＦ、ＢＣｌ３、Ｆ２、Ｂｒ２などから選ばれた一種または複数種のガスを用いることができる。
【００９０】
なお、図３（Ｂ）では、半導体基板１００を覆うように絶縁層１０２が形成されているが、本実施の形態はこれに限定されない。半導体基板１００にＣＶＤ法等を用いて絶縁層１０２を設ける場合は、半導体基板１００の一方の面のみに絶縁層１０２が形成されていても良い。
【００９１】
上記酸化膜の形成条件の一例としては、酸素に対しＨＣｌを０．５体積％以上１０体積％以下（好ましくは３体積％）の割合で含む雰囲気中で、７００℃以上１１００℃以下（代表的には、９５０℃程度）で熱処理を行うというものがある。処理時間は０．１時間以上６時間以下、好ましくは０．５時間以上１時間以下とすればよい。形成される酸化膜の膜厚は、１０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下（好ましくは５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下）であり、例えば１００ｎｍとすることができる。
【００９２】
このような、ハロゲン元素を含む雰囲気での熱酸化処理により、酸化膜にハロゲン元素を含ませることができる。ハロゲン元素を１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の濃度で酸化膜に含ませることにより、外因性の不純物である重金属（例えば、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ等）が酸化膜中に捕獲されるため、後に形成される半導体層の汚染を防止することができる。
【００９３】
また、絶縁層１０２中に塩素等のハロゲン元素を含ませることにより、半導体基板１００に悪影響を与える不純物（例えば、Ｎａ等の可動イオン）をゲッタリングすることができる。
【００９４】
具体的には、絶縁層１０２を形成した後に行われる熱処理により、半導体基板１００に含まれる不純物が絶縁層１０２中に析出し、ハロゲン原子（例えば塩素原子）と反応して捕獲される。そのため、当該不純物は絶縁層１０２中に固定され、半導体基板１００の汚染を防ぐことができる。また、絶縁層１０２はガラス基板と貼り合わせた場合に、ガラスに含まれるＮａ等の不純物を固定する膜としても機能する。
【００９５】
特に、上記プロセスにおいて絶縁層１０２中に塩素等のハロゲンを含ませることは、半導体基板１００の洗浄が不十分である場合や、繰り返し再生処理を施して用いられる半導体基板の汚染除去において有効である。
【００９６】
また、酸化処理雰囲気に含まれるハロゲン元素により、半導体基板１００の表面の欠陥が終端されるため、酸化膜と半導体基板１００との界面の局在準位密度を低減することができる。
【００９７】
また、絶縁層１０２中に含まれるハロゲン元素は、絶縁層１０２に歪みを形成する。その結果、絶縁層１０２の水分に対する吸収率が向上し、水分の拡散速度が増加する。つまり、絶縁層１０２の表面に水分が存在する場合に、当該表面に存在する水分を絶縁層１０２中に素早く吸収し、拡散させることができる。
【００９８】
また、ベース基板として、アルカリ金属またはアルカリ土類金属などの半導体装置の信頼性を低下させる不純物を含むガラス基板を用いる場合は、絶縁層１０２に該不純物の半導体層への拡散を防止できる絶縁膜を１層以上含むことが好ましい。このような絶縁膜には、窒化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜などがある。該絶縁膜を有する絶縁層１０２は、バリア膜（ブロッキング膜とも呼ぶ）として機能させることができる。
【００９９】
窒化シリコン膜は、例えば、シランとアンモニアの混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ等の化学気相成長法によって形成することができる。また、窒化酸化シリコン膜は、例えば、シランとアンモニアと一酸化二窒素の混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ等の化学気相成長法によって形成することができる。
【０１００】
例えば、絶縁層１０２を単層構造のバリア膜として形成する場合、厚さ１５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜で形成することができる。
【０１０１】
絶縁層１０２を２層構造のバリア膜として形成する場合、上層にはバリア機能の高い絶縁膜を用いる。上層の絶縁膜は、例えば厚さ１５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜で形成することができる。これらの膜は、不純物の拡散を防止するブロッキング効果が高いが、内部応力が高い。そのため、半導体基板１００と接する下層の絶縁膜には、上層の絶縁膜の応力を緩和する効果のある膜を選択することが好ましい。上層の絶縁膜の応力を緩和する効果のある絶縁膜として、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜及び半導体基板１００を熱酸化して形成した酸化膜などがある。下層の絶縁膜の厚さは５ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。
【０１０２】
例えば、絶縁層１０２をバリア膜として機能させるために、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜と窒化シリコン膜、酸化シリコン膜と窒化酸化シリコン膜、または酸化窒化シリコン膜と窒化酸化シリコン膜などの組み合わせで絶縁層１０２を形成すると良い。
【０１０３】
次に、電界で加速されたイオンでなるイオンビームを矢印で示すように絶縁層１０２を介して半導体基板１００に照射し、半導体基板１００の表面から所望の深さの領域に脆化領域１０４を形成する（図３（Ｃ）及び、図６の工程（Ａ−３）参照）。脆化領域１０４が形成される深さは、イオンの平均侵入深さとほぼ同じ深さであり、これは、イオンビームの加速エネルギーとイオンビームの入射角によって調節することができる。イオンビームの加速エネルギーは、加速電圧やドーズ量などにより調節できる。
【０１０４】
脆化領域１０４が形成される深さによって、後に半導体基板１００から分離される半導体層１２４の厚さが決定される。脆化領域１０４が形成される深さは、例えば半導体基板１００の表面から１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることができ、好ましい深さの範囲は、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、例えば１００ｎｍ程度である。なお、本実施の形態では、イオンの照射を絶縁層１０２の形成後に行っているが、これに限られず、絶縁層１０２の形成前にイオンの照射を行っても良い。
【０１０５】
脆化領域１０４の形成は、イオンドーピング装置を用いたイオンドーピング法で行うことができる。イオンドーピング装置の代表的な例としては、プラズマ中のイオン種を質量分離せず、全てのイオン種を被処理体に照射する非質量分離型の装置が知られている。
【０１０６】
イオンドーピング装置の主要な構成は、被処理物を配置するチャンバー、所望のイオンを発生させるイオン源、及びイオンを加速し照射するための加速機構である。
【０１０７】
イオン源は、所望のイオン種を生成するためのソースガスを供給するガス供給装置、ソースガスを励起してプラズマを生成させるための電極などで構成される。プラズマを形成するための電極としては、フィラメント型の電極や容量結合高周波放電用の電極などが用いられる。
【０１０８】
加速機構は、引出電極、加速電極、減速電極、及び接地電極などの電極と、これらの電極に電力を供給するための電源などで構成される。加速機構を構成する電極には複数の開口やスリットが設けられており、イオン源で生成されたイオンは、電極に設けられた開口やスリットを通過して加速される。なお、イオンドーピング装置の構成は上述したものに限定されず、必要に応じてその構成を変更することができる。
【０１０９】
本実施の形態では、イオンドーピング装置を用い、水素ガスから生成されるイオンを半導体基板１００に添加する場合について説明する。プラズマソースガスとしては、水素または水素を含むガスを供給する。例えば、水素ガスを励起してプラズマを生成し、質量分離せずに、プラズマ中に含まれるイオンを加速し、加速されたイオンを半導体基板１００に照射する。
【０１１０】
上記イオンの添加処理においては、水素ガスから生成されるイオン種（Ｈ＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋）の総量に対してＨ３＋の割合を５０％以上とする。より好ましくは、Ｈ３＋の割合を８０％以上とする。プラズマ中のＨ３＋イオンの割合を高くすることで、半導体基板１００に水素イオンを効率良く添加することができる。
【０１１１】
なお、Ｈ３＋イオンはＨ＋イオンの３倍の質量を持つことから、同じ深さに水素原子を１つ添加する場合、Ｈ３＋イオンの加速電圧は、Ｈ＋イオンの加速電圧の３倍にすることが可能である。これにより、イオンの照射工程のタクトタイムを短縮することが可能となり、生産性やスループットの向上を図ることができる。また、同じ質量のイオンを照射することで、半導体基板１００の同じ深さに集中させてイオンを添加することができる。
【０１１２】
イオンドーピング装置は比較的廉価であり、大面積処理に優れているため、イオンドーピング装置を用いてＨ３＋を照射することで低コスト化、及び生産性向上などの効果を得ることができる。また、イオンドーピング装置を用いた場合には、重金属も同時に半導体基板に添加される場合もあるが、前述したハロゲンを含有する絶縁層１０２を介してイオンの照射を行うことによって、重金属による半導体基板１００の汚染を防ぐことができる。
【０１１３】
また、脆化領域１０４の形成は、イオン注入装置を用いて行っても良い。イオン注入装置は、ソースガスをプラズマ励起して生成された複数のイオン種を質量分離し、チャンバー内に配置された被処理体に特定のイオン種を照射する質量分離型の装置である。イオン注入装置を用いる場合には、水素ガスやＰＨ３を励起して生成されたＨ＋イオン、Ｈ２＋イオン、Ｈ３＋イオンを質量分離して、これらのいずれかを半導体基板１００に照射する。
【０１１４】
イオン注入装置では、半導体基板１００に対して単一のイオンを照射することが可能であり、半導体基板１００の同じ深さに集中させてイオンを添加することができる。このため、半導体基板１００に添加されるイオンのデプスプロファイルはシャープとなり、分離される半導体層の表面平坦性が比較的良好となる。また、その電極構造から、半導体層の重金属による汚染は比較的少ないという特徴を持つ。
【０１１５】
次に、絶縁層１０２が形成された半導体基板１００を洗浄する工程を行う。この洗浄工程は、純水による超音波洗浄や、純水と窒素による２流体ジェット洗浄などで行うと良い。超音波洗浄としては、メガヘルツ超音波洗浄（メガソニック洗浄）を用いることが好ましい。半導体基板１００は、超音波洗浄や２流体ジェット洗浄の後にオゾン水で洗浄しても良い。オゾン水で洗浄することで、有機物の除去と、絶縁層１０２表面の親水性を向上させる表面の活性化処理を行うことができる。
【０１１６】
絶縁層１０２の表面の活性化処理は、オゾン水による洗浄の他、原子ビームまたはイオンビームの照射処理、紫外線処理、オゾン処理、プラズマ処理、バイアス印加プラズマ処理またはラジカル処理で行うことができる（図６の工程（Ａ−４）参照）。原子ビームまたはイオンビームを利用する場合には、アルゴン等の不活性ガス中性原子ビームまたは不活性ガスイオンビームを用いることができる。
【０１１７】
ここで、オゾン処理の一例を説明する。例えば、酸素を含む雰囲気下で紫外線（ＵＶ）を照射することにより、被処理体表面にオゾン処理を行うことができる。酸素を含む雰囲気下で紫外線を照射するオゾン処理は、ＵＶオゾン処理または紫外線オゾン処理などとも呼ばれる。酸素を含む雰囲気下において、紫外線のうち２００ｎｍ未満の波長を含む光と２００ｎｍ以上の波長を含む光を照射することにより、オゾンを生成させるとともに、オゾンから一重項酸素を生成させることができる。また、紫外線のうち１８０ｎｍ未満の波長を含む光を照射することにより、オゾンを生成させるとともに、オゾンから一重項酸素を生成させることもできる。
【０１１８】
酸素を含む雰囲気下で、２００ｎｍ未満の波長を含む光及び２００ｎｍ以上の波長を含む光を照射することにより起きる反応例を以下に示す。
Ｏ２＋ｈν１（λ１ｎｍ）→Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ（３Ｐ） （１）
Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ２→Ｏ３ （２）
Ｏ３＋ｈν２（λ２ｎｍ）→Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ２ （３）
【０１１９】
上記反応式（１）において、酸素（Ｏ２）を含む雰囲気下で２００ｎｍ未満の波長（λ１ｎｍ）を含む光（ｈν１）を照射することにより基底状態の酸素原子（Ｏ（３Ｐ））が生成される。
【０１２０】
次に、反応式（２）において、基底状態の酸素原子（Ｏ（３Ｐ））と酸素（Ｏ２）とが反応してオゾン（Ｏ３）が生成される。
【０１２１】
そして、反応式（３）において、生成されたオゾン（Ｏ３）を含む雰囲気下で２００ｎｍ以上の波長（λ２ｎｍ）を含む光（ｈν２）が照射されることにより、励起状態の一重項酸素Ｏ（１Ｄ）が生成される。
【０１２２】
酸素を含む雰囲気下において、紫外線のうち２００ｎｍ未満の波長を含む光を照射することによりオゾンを生成させるとともに、２００ｎｍ以上の波長を含む光を照射することによりオゾンを分解して一重項酸素を生成する。上記のようなオゾン処理は、例えば、酸素を含む雰囲気下での低圧水銀ランプの照射（λ１＝１８５ｎｍ、λ２＝２５４ｎｍ）により行うことができる。
【０１２３】
また、酸素を含む雰囲気下で、１８０ｎｍ未満の波長を含む光を照射することにより起きる反応例を示す。
Ｏ２＋ｈν３（λ３ｎｍ）→Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ（３Ｐ） （４）
Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ２→Ｏ３ （５）
Ｏ３＋ｈν３（λ３ｎｍ）→Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ２ （６）
【０１２４】
上記反応式（４）において、酸素（Ｏ２）を含む雰囲気下で１８０ｎｍ未満の波長（λ３ｎｍ）を含む光（ｈν３）を照射することにより、励起状態の一重項酸素（Ｏ（１Ｄ））と基底状態の酸素原子（Ｏ（３Ｐ））が生成する。
【０１２５】
次に、反応式（５）において、基底状態の酸素原子（Ｏ（３Ｐ））と酸素（Ｏ２）とが反応してオゾン（Ｏ３）が生成する。
【０１２６】
反応式（６）において、生成されたオゾン（Ｏ３）を含む雰囲気下で１８０ｎｍ未満の波長（λ３ｎｍ）を含む光（ｈν３）が照射されることにより、励起状態の一重項酸素（Ｏ（１Ｄ））と酸素（Ｏ２）が生成される。
【０１２７】
酸素を含む雰囲気下において、紫外線のうち１８０ｎｍ未満の波長を含む光を照射することによりオゾンを生成させるとともに、オゾンまたは酸素を分解して一重項酸素を生成する。上記のようなオゾン処理は、例えば、酸素を含む雰囲気下でのＸｅエキシマＵＶランプの照射（λ３＝１７２ｎｍ）により行うことができる。
【０１２８】
上記２００ｎｍ未満の波長を含む光を照射することにより、被処理体表面に付着する有機物の化学結合は切断される。そして、オゾンまたはオゾンから生成された一重項酸素により被処理体表面に付着する有機物、または化学結合を切断した有機物などを酸化分解して除去することができる。上記のようなオゾン処理を行うことで、被処理体表面の親水性及び清浄性を高めることができ、接合を良好に行うことができる。
【０１２９】
酸素を含む雰囲気下で紫外線を照射することによりオゾンが生成される。オゾンは、被処理体表面に付着する有機物の除去に効果を奏する。また、一重項酸素もオゾンと同等またはそれ以上に、被処理体表面に付着する有機物の除去に効果を奏する。オゾン及び一重項酸素は、活性状態にある酸素の例であり、総称して活性酸素とも言われる。上記反応式等で説明したとおり、一重項酸素を生成する際にオゾンが生じる、またはオゾンから一重項酸素を生成する反応もあるため、ここでは一重項酸素が寄与する反応も含めて、便宜的にオゾン処理と称する。
【０１３０】
次に、ベース基板１２０に対し、半導体基板１００との貼り合わせの準備を行う工程について説明する。当該工程は、ベース基板１２０に対する処理に関するものであり、図６の工程Ｂに相当する。
【０１３１】
まず、ベース基板１２０を準備する（図６の工程（Ｂ−１）参照）。ベース基板１２０としては、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの電子工業用に使われる各種ガラス基板の他、石英基板、セラミック基板、サファイア基板などを用いることができる。更に、ベース基板１２０として単結晶半導体基板（例えば、単結晶シリコン基板）や多結晶半導体基板（例えば、多結晶シリコン基板）を用いてもよい。例えば、多結晶シリコン基板は、単結晶シリコン基板より安価であり、ガラス基板より耐熱性が高いという利点を有している。
【０１３２】
ベース基板１２０としてガラス基板を用いる場合には、例えば、液晶パネルの製造用に開発されたマザーガラス基板を用いることが好ましい。マザーガラスとしては、第３世代（５５０ｍｍ×６５０ｍｍ）、第３．５世代（６００ｍｍ×７２０ｍｍ）、第４世代（６８０ｍｍ×８８０ｍｍまたは、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）、第５世代（１１００ｍｍ×１３００ｍｍ）、第６世代（１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ）、第１０世代（２８５０ｍｍ×３０５０ｍｍ）などのサイズのものが知られている。大面積のマザーガラス基板をベース基板１２０として用いてＳＯＩ基板を製造することで、ＳＯＩ基板の大面積化が実現できる。ＳＯＩ基板の大面積化が実現すれば、一度に複数の半導体装置を製造することができ、１枚の基板から製造される半導体装置の取り数が増加するため、生産性を飛躍的に向上させることができる。
【０１３３】
また、ベース基板１２０上には、絶縁層１２２を形成しておくことが好ましい（図６の工程（Ｂ−２）参照）。ここで、ベース基板１２０上に形成する絶縁層１２２は必須の構成ではないが、バリア膜としても機能する窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、または窒化酸化アルミニウム膜などを形成しておくことが好ましい。バリア膜は、ベース基板１２０から半導体基板１００への不純物の拡散を防ぐことができる。
【０１３４】
また、絶縁層１２２は接合層として用いるため、接合不良を抑制するためには絶縁層１２２の表面を平滑とすることが好ましい。具体的には、絶縁層１２２の表面の平均面粗さ（Ｒａ）を０．５０ｎｍ以下、自乗平均粗さ（Ｒｍｓ）を０．６０ｎｍ以下、より好ましくは、平均面粗さを０．３５ｎｍ以下、自乗平均粗さを０．４５ｎｍ以下となるように絶縁層１２２を形成する。膜厚は、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲で適宜設定する。
【０１３５】
貼り合わせを行う前に、ベース基板１２０の表面を洗浄する。ベース基板１２０の表面の洗浄は、塩酸と過酸化水素水を用いた洗浄や、メガヘルツ超音波洗浄、２流体ジェット洗浄、オゾン水による洗浄などを用いて行うと良い。また、絶縁層１０２と同様に、絶縁層１２２の表面に、原子ビームまたはイオンビームの照射処理、紫外線処理、オゾン処理、プラズマ処理、バイアス印加プラズマ処理またはラジカル処理などの表面活性化処理を行ってから貼り合わせを行うと良い（図６の工程（Ｂ−３）参照）。
【０１３６】
次に、半導体基板１００とベース基板１２０を貼り合わせ、半導体基板１００を半導体層１２４と半導体基板１２１に分離する工程について説明する。当該工程は、図６の工程Ｃに相当する。
【０１３７】
まず、上述の工程を経た半導体基板１００とベース基板１２０を貼り合わせる（図４（Ａ）及び、図６の工程（Ｃ−１）参照）。ここでは、絶縁層１０２及び絶縁層１２２を介して、半導体基板１００とベース基板１２０を貼り合わせるが、絶縁層が形成されていない場合はこの限りでない。
【０１３８】
貼り合わせは、ベース基板１２０の端の一箇所に０．１Ｎ／ｃｍ２以上５００Ｎ／ｃｍ２以下、好ましくは１Ｎ／ｃｍ２以上２０Ｎ／ｃｍ２以下程度の圧力を加えることで実現される。ベース基板１２０の一部に圧力をかけると、その部分から半導体基板１００との接合が始まり、更に自発的に接合が全面に広がってベース基板１２０と半導体基板１００との貼り合わせが完了する。当該貼り合わせは、ファン・デル・ワールス力などを原理とするものであり、室温でも強固な接合状態が形成される。
【０１３９】
なお、半導体基板１００の周縁部にはエッジロールオフ領域が存在し、当該領域では、半導体基板１００上に形成された絶縁層１０２とベース基板１２０上に形成された絶縁層１２２が接触しないことがある。また、エッジロールオフ領域より外側（半導体基板１００の端寄り）に存在する面取部でも同様である。
【０１４０】
半導体基板１００の作製に用いられるＣＭＰ処理では、原理的に半導体基板周縁部の研磨が中央部より早く進む傾向がある。そのため、半導体基板１００の周縁部には、半導体基板１００の中央部より板厚が薄く、平坦性の低い領域が形成される。当該領域がエッジロールオフ領域である。半導体基板１００の端部が面取加工されていない場合であっても、このようなエッジロールオフ領域では、ベース基板１２０との貼り合わせができないことがある。
【０１４１】
また、一つのベース基板に複数の半導体基板を貼り合わせる場合には、半導体基板毎に個別の圧力がかかるような機構を用いることが好ましい。この機構を用いることで、半導体基板の厚さが異なっていたとしても、ベース基板と複数の半導体基板を良好に貼り合わせることができる。なお、複数の半導体基板の厚さが異なる場合でも、単一の機構で複数の半導体基板とベース基板とを密着させることができる場合には、この限りでない。
【０１４２】
ベース基板１２０に半導体基板１００を貼り合わせた後には、接合を強化するための熱処理を行うことが好ましい（図６の工程（Ｃ−２）参照）。当該熱処理の温度は、脆化領域１０４に亀裂を発生させない温度、例えば、２００℃以上４５０℃以下とすることが好ましい。
【０１４３】
また、この温度範囲で加熱した状態でベース基板１２０に半導体基板１００を貼り合わせることでも同様に接合を強化することができる。なお、上述の熱処理は、搬送等の振動による基板の剥離を防止するため、貼り合わせを行った装置または場所において連続的に行うことが好ましい。
【０１４４】
なお、半導体基板１００とベース基板１２０とを貼り合わせる際に、接合面にパーティクルなどが付着すると、その部分では貼り合わせが行われない。パーティクルの付着を防ぐためには、半導体基板１００とベース基板１２０との貼り合わせは、気密性が確保された処理室内で行うことが好ましい。更に、半導体基板１００とベース基板１２０とを貼り合わせる際に、処理室内を減圧状態（例えば、５．０×１０−３Ｐａ程度）とし、貼り合わせ処理の雰囲気を清浄にするようにしても良い。
【０１４５】
次いで、熱処理を行うことで、脆化領域１０４において半導体基板１００を分離し、ベース基板１２０上に半導体層１２４を形成するとともに、半導体基板１２１を形成する（図４（Ｂ）及び、図６の工程（Ｃ−３）参照）。上述のエッジロールオフ領域及び面取部以外の領域では、半導体基板１００とベース基板１２０とは接合されているため、ベース基板１２０上には、半導体基板１００から分離された半導体層１２４が固定されることになる。
【０１４６】
ここで、半導体層１２４を分離するための熱処理の温度は、ベース基板１２０の歪み点を越えない温度とする。当該熱処理は、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、抵抗加熱炉、またはマイクロ波加熱装置などを用いて行うことができる。
【０１４７】
ＲＴＡ装置には、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置などがある。ＧＲＴＡ装置を用いる場合には、温度５５０℃以上６５０℃以下で、処理時間を０．５分以上６０分以内とすることができる。抵抗加熱炉を用いる場合は、温度２００℃以上６５０℃以下で、処理時間を２時間以上４時間以内とすることができる。
【０１４８】
また、上記熱処理は、マイクロ波などの照射によって行っても良い。具体的には、例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を９００Ｗ、５分以上３０分以下程度で照射することにより、半導体基板１００を分離させることができる。
【０１４９】
半導体層１２４と半導体基板１２１には、それぞれイオンが添加された領域である半導体領域１２９と半導体領域１３３が残存する。当該領域は、分離前の脆化領域１０４に対応する。このため、半導体領域１２９及び半導体領域１３３は、多くの水素を含み、多くの結晶欠陥が存在する。
【０１５０】
また、半導体基板１２１の貼り合わせが行われなかった領域（具体的には、半導体基板１００のエッジロールオフ領域及び面取部に対応する領域）は、凸部１２６になる。凸部１２６は、イオンが添加された半導体領域１２７、未分離の半導体領域１２５、及び絶縁層１２３で構成されている。半導体領域１２７は、半導体領域１２９などと同様に脆化領域１０４の一部であったものであるため多くの水素を含み、多くの結晶欠陥を有する。また、半導体領域１２５は、半導体領域１２７などと比較して水素の含有量は小さいが、イオンの添加などで生成した結晶欠陥を含んでいる。
【０１５１】
次に、ベース基板１２０に貼り合わせられた半導体層１２４の表面を平坦化し、結晶性を回復する工程について説明する。当該工程は、図６の工程Ｄに相当する。
【０１５２】
ベース基板１２０に密着された半導体層１２４上の半導体領域１３３は、結晶欠陥を含む脆化領域１０４の一部であったものであり、平坦性が損なわれている。よって、半導体領域１３３を研磨などによって除去し、半導体層１２４の表面を平坦化しても良い（図４（Ｃ）及び、図６の工程（Ｄ−１）参照）。
【０１５３】
平坦化は必須ではないが、平坦化を行うことで、半導体層と、後に半導体層表面に形成される層（例えば、絶縁層）との界面の特性を向上させることができる。具体的に研磨は、ＣＭＰ処理または液体ジェット研磨などにより行うことができる。ここで、半導体領域１３３を除去する際に半導体層１２４の一部も研磨され、半導体層１２４が薄膜化されることもある。
【０１５４】
また、半導体領域１３３をエッチングによって除去し、半導体層１２４を平坦化することもできる。上記エッチングには、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチング法、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）エッチング法、平行平板型（容量結合型）エッチング法、マグネトロンプラズマエッチング法、２周波プラズマエッチング法またはヘリコン波プラズマエッチング法等のドライエッチング法を用いることができる。なお、上記研磨と上記エッチングの両方を用いて、半導体領域１３３を除去し、半導体層１２４の表面を平坦化してもよい。
【０１５５】
また、上記研磨及び上記エッチングにより、半導体層１２４の表面を平坦化するとともに、後に形成される半導体素子にとって最適な厚さまで半導体層１２４を薄膜化することができる。
【０１５６】
また、結晶欠陥の低減及び平坦性向上のために、半導体領域１３３及び半導体層１２４にレーザ光を照射しても良い（図６の工程（Ｄ−２）参照）。
【０１５７】
なお、ドライエッチングにより半導体領域１３３を除去し、半導体層１２４の表面を平坦化している場合は、半導体層１２４の表面付近では欠陥が生じていることがある。このような場合には、上記レーザ光の照射により、該欠陥を補修することが可能である。
【０１５８】
レーザ光の照射工程では、ベース基板１２０の温度上昇を小さくできるため、耐熱性の低い基板をベース基板１２０として用いることが可能になる。当該レーザ光の照射によって、半導体領域１３３を完全溶融し、半導体層１２４は部分溶融させることが好ましい。
【０１５９】
半導体層１２４を完全溶融させると、液相となった半導体層１２４での無秩序な核発生によって半導体層１２４が再結晶化することとなり、半導体層１２４の結晶性が低下してしまう。半導体層１２４を部分溶融させることで、溶融されていない固相部分から結晶成長が進行し、半導体層１２４の結晶欠陥が減少され、結晶性が回復する。
【０１６０】
なお、半導体層１２４が完全溶融するとは、半導体層１２４が絶縁層１０２との界面まで溶融され、液体状態になることをいう。一方、半導体層１２４が部分溶融するとは、半導体層１２４の一部（ここでは上層）が溶融して液相となり、別の一部（ここでは下層）が固相を維持することをいう。
【０１６１】
ここで、レーザ光を照射する工程の前後のどちらかで半導体層１２４の表面をエッチングしても良い。当該エッチングにより、半導体層１２４の表面を平坦化するとともに、後に形成される半導体素子にとって最適な厚さまで半導体層１２４を薄膜化することができる。
【０１６２】
レーザ光を照射した後には、半導体層１２４に５００℃以上６５０℃以下の熱処理を行うことが好ましい（図６の工程（Ｄ−３）参照）。この熱処理によって、半導体層１２４の欠陥をさらに低減させ、また、半導体層１２４の歪みを緩和させることができる。
【０１６３】
熱処理には、ＲＴＡ装置、抵抗加熱炉、またはマイクロ波加熱装置などを用いることができる。ＲＴＡ装置には、ＧＲＴＡ装置やＬＲＴＡ装置などがある。例えば、抵抗加熱炉を用いる場合には、６００℃で４時間程度の熱処理を行えばよい。
【０１６４】
上述の工程により得られたＳＯＩ基板を、その後の半導体装置の製造工程に用いて、各種の半導体装置を作製することができる（図６参照）。
【０１６５】
次に、半導体基板１２１に再生処理を施し、再生半導体基板を製造する工程について説明する。当該工程は、図６の工程Ｅに相当する。なお、当該工程の詳細については、実施の形態１を参酌することができるため、ここでは当該工程の概略を説明する。
【０１６６】
半導体基板１２１の周縁部には凸部１２６が形成されている（図５（Ａ）参照）。当該凸部１２６は、イオンが添加された半導体領域１２７、未分離の半導体領域１２５、絶縁層１２３によって構成されている。半導体領域１２５及び半導体領域１２７は、上述のイオン照射により結晶欠陥が形成されている。また、半導体基板１２１の半導体領域１２９にも結晶欠陥が形成されており、その平坦性は損なわれている。このため、半導体領域１２５、半導体領域１２７、及び半導体領域１２９をまとめて損傷半導体領域と呼ぶことができる。
【０１６７】
上記半導体基板１２１に対して、第１のエッチング処理を行って、半導体基板１２１の絶縁層１２３を除去する（図５（Ｂ）及び、図６の工程（Ｅ−１）参照）。当該工程の詳細については実施の形態１を参酌することができる。
【０１６８】
次に、第２のエッチング処理を行って、半導体基板１２１の凸部１２６を形成する半導体領域１２５及び半導体領域１２７を優先的に除去し、再生半導体基板１３２を形成する（図５（Ｂ）及び、図６の工程（Ｅ−２）参照）。また、このとき同時に半導体領域１２９の除去も行われる。当該工程の詳細についても、実施の形態１を参酌することができる。
【０１６９】
ここで、第２のエッチング処理後の半導体基板１２１の平坦性が十分でない場合には、半導体基板１２１を研磨して平坦化することができる（図６の工程（Ｅ−３）参照）。詳細については実施の形態１を参酌することができる。
【０１７０】
このように、第１のエッチング処理及び第２のエッチング処理で半導体基板１２１の凸部１２６を除去した後、研磨処理を行うことによって、平坦性の高い再生半導体基板１３２を得ることができる。
【０１７１】
以上により、半導体基板１２１は再生半導体基板１３２へと再生する。得られた再生半導体基板１３２は工程Ａにおいて半導体基板１００として再度利用することができる。
【０１７２】
本実施の形態で示したように、再生処理工程を経た半導体基板を繰り返し使用することによって、ＳＯＩ基板の製造コストを抑制することができる。特に、本実施の形態等において説明する方法を用いる場合には、損傷半導体領域を優先的に除去することができるため、これまで研磨等で除去されていた基板の損失分を抑制することができ、半導体基板の再生回数、使用回数を増加させることができる。
【０１７３】
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【０１７４】
（実施の形態４）
本実施の形態では、耐熱性の高いシリコン基板等をベース基板として用いてＳＯＩ基板を作製する場合について説明する。なお、本実施の形態において示す方法は、多くの部分で先の実施の形態と共通している。よって、本実施の形態では、主に相違点について説明することとする。図面については、先の実施の形態と共通であるため、ここでは特に示さない。
【０１７５】
ボンド基板として用いられる半導体基板に絶縁層及び脆化領域を形成する。絶縁層、脆化領域の形成を含む半導体基板に対する処理等については、先の実施の形態に示したものと同様である。よって、これらの詳細に関しては、先の実施の形態の記載を参酌できる。
【０１７６】
本実施の形態では、ベース基板として耐熱性の高い基板を用いる。耐熱性の高い基板の例としては、石英基板、サファイア基板、または半導体基板（例えば、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板）などがある。本実施の形態では、ベース基板として単結晶シリコン基板を用いる場合について説明する。
【０１７７】
単結晶シリコン基板としては、直径５インチ（約１２５ｍｍ）、直径６インチ（約１５０ｍｍ）、直径８インチ（約２００ｍｍ）、直径１２インチ（約３００ｍｍ）、直径１６インチ（約４００ｍｍ）サイズの円形のものが代表的である。なお、形状は円形に限られず矩形状等に加工したシリコン基板を用いることも可能である。以下の説明では、ベース基板として、矩形状の単結晶シリコン基板を用いる場合について説明する。なお、ベース基板とボンド基板の大きさは、同程度としても良いし、異なっていても良い。
【０１７８】
ベース基板の表面は、硫酸過水、アンモニア過水、塩酸過水、希フッ酸などを用いて適宜洗浄しておくことが好ましい。また、希フッ酸とオゾン水を交互に吐出してベース基板の表面を洗浄してもよい。
【０１７９】
ベース基板上には、絶縁層を形成しても良い。ベース基板上に絶縁層を形成する場合には、ボンド基板側の絶縁層を省略した構成とすることもできる。絶縁層は、単層だけでなく、複数の絶縁膜の積層でも良い。絶縁層には、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜などのシリコンを組成に含む絶縁膜を用いることができる。
【０１８０】
一例として、上記絶縁層を熱酸化処理によって形成することができる。熱酸化処理としては、ドライ酸化を用いることが好ましく、酸化雰囲気中にハロゲンまたはハロゲンを含むガスを添加しても良い。ハロゲンまたはハロゲンを含むガスとしては、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＦ３、ＨＢｒ、Ｃｌ２、ＣｌＦ、ＢＣｌ３、Ｆ２、Ｂｒ２などから選ばれた一種または複数種のガスを用いることができる。
【０１８１】
貼り合わせを行う前には、ベース基板の表面を洗浄する。ベース基板の表面の洗浄は、塩酸と過酸化水素水を用いた洗浄や、メガヘルツ超音波洗浄、２流体ジェット洗浄、またはオゾン水による洗浄などを用いて行うと良い。また、表面に、原子ビームまたはイオンビームの照射処理、紫外線処理、オゾン処理、プラズマ処理、バイアス印加プラズマ処理またはラジカル処理などの表面活性化処理を行ってから貼り合わせを行っても良い。
【０１８２】
次に、半導体基板（ボンド基板）とベース基板とを貼り合わせ、半導体基板を分離する。これにより、ベース基板上には、半導体層が形成されることになる。当該工程の詳細については、先の実施の形態を参酌できる。
【０１８３】
本実施の形態では、ベース基板として耐熱性の高い単結晶シリコン基板を用いている。このため、各種熱処理温度の上限を、単結晶シリコン基板の融点付近まで引き上げることが可能である。
【０１８４】
例えば、半導体基板を分離するための熱処理温度の上限を１２００℃程度とすることができる。また、当該熱処理の温度を７００℃以上とすることにより、ベース基板との接合が一層強化される。
【０１８５】
次に、ベース基板に貼り合わせられた半導体層の表面を平坦化し、結晶性を回復させる。
【０１８６】
ベース基板に密着された半導体層の表面は、結晶欠陥を含む脆化領域の一部であったものであり、その平坦性は損なわれている。よって、熱処理を行って、結晶欠陥を低減させるとともに、表面の平坦性を向上させることが好ましい。
【０１８７】
上記熱処理は、８００℃以上１３００℃以下、代表的には、８５０℃以上１２００℃以下の温度条件で行うことが好ましい。このような比較的高温の条件での熱処理を行うことにより、結晶欠陥を低減し、表面の平坦性を向上させることが可能である。
【０１８８】
熱処理には、ＲＴＡ装置、抵抗加熱炉、マイクロ波加熱装置などを用いることができる。例えば、抵抗加熱炉を用いる場合には、９５０℃以上１１５０℃以下で１分以上４時間以下程度の熱処理を行えばよい。なお、半導体基板を分離させる際の熱処理を高温で行って、当該熱処理に代えることもできる。
【０１８９】
熱処理前または熱処理後において、半導体層にレーザ光を照射しても良い。レーザ光を照射することによって、熱処理では修復しきれない結晶欠陥をも修復することが可能である。レーザ光照射の詳細については、先の実施の形態を参酌できる。
【０１９０】
また、熱処理の前後を問わず、半導体層上方の半導体領域を研磨等によって除去し、表面を平坦化しても良い。当該平坦化処理によって、半導体層表面を一層平坦にすることができる。具体的に研磨は、ＣＭＰ処理または液体ジェット研磨などにより、行うことができる。なお、当該処理によって、半導体層が薄膜化されることもある。
【０１９１】
また、半導体層上方の半導体領域をエッチングによって除去し、平坦化することもできる。上記エッチングには、例えば、反応性イオンエッチング法、ＩＣＰエッチング法、ＥＣＲエッチング法、平行平板型エッチング法、マグネトロンプラズマエッチング法、２周波プラズマエッチング法またはヘリコン波プラズマエッチング法等のドライエッチング法を用いることができる。なお、上記研磨と上記エッチングの両方を用いて平坦化してもよい。
【０１９２】
また、上記研磨及び上記エッチングにより、半導体層の表面を平坦化するとともに、後に形成される半導体素子にとって最適な厚さまで半導体層を薄膜化することができる。
【０１９３】
上述の工程により得られたＳＯＩ基板を、その後の半導体装置の製造工程に用いて、各種の半導体装置を作製することができる。
【０１９４】
再生処理の詳細については、先の実施の形態を参酌することができる。
【０１９５】
本実施の形態で示したように、再生処理工程を経た半導体基板を繰り返し使用することによって、ＳＯＩ基板の製造コストを抑制することができる。特に、本実施の形態等において示すような高温での熱処理を用いる場合には、ボンド基板に極僅かな欠陥が残存する場合であっても、良好な特性を有するＳＯＩ基板を製造することが可能である。
【０１９６】
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【０１９７】
（実施の形態５）
本実施の形態では、先の実施の形態において作製されたＳＯＩ基板を用いて形成した半導体装置の一例を説明する。
【０１９８】
図７は、ｎチャネル型トランジスタであるトランジスタ２８０、及びｐチャネル型トランジスタであるトランジスタ２８１を有する半導体装置の一例である。トランジスタ２８０及びトランジスタ２８１は、絶縁層１０２及び絶縁層１２２を介してベース基板１２０上に形成されている。このような複数のトランジスタを組み合わせることで、各種の半導体装置を形成することができる。以下、図７に示す半導体装置の作製方法について説明する。
【０１９９】
はじめに、ＳＯＩ基板を用意する。ＳＯＩ基板としては、先の実施の形態で作製したＳＯＩ基板を用いることができる。
【０２００】
次に、エッチングにより、半導体層を分離して島状の半導体層２５１、及び半導体層２５２を形成する。半導体層２５１はｎチャネル型のトランジスタを構成し、半導体層２５２はｐチャネル型のトランジスタを構成する。
【０２０１】
半導体層２５１、半導体層２５２上に絶縁層２５４を形成した後、絶縁層２５４を介して、半導体層２５１上にゲート電極２５５を形成し、半導体層２５２上にゲート電極２５６を形成する。
【０２０２】
なお、半導体層には、トランジスタのしきい値電圧を制御するために、ホウ素、アルミニウム、ガリウムなどのアクセプタとなる不純物元素、またはリン、ヒ素などのドナーとなる不純物元素を適量添加しておくことが好ましい。例えば、ｎチャネル型トランジスタが形成される領域にアクセプタとなる不純物元素を添加し、ｐチャネル型トランジスタが形成される領域にドナーとなる不純物元素を添加する。
【０２０３】
次に、半導体層２５１にｎ型の低濃度不純物領域２５７を形成し、半導体層２５２にｐ型の高濃度不純物領域２５９を形成する。具体的には、まず、ｐチャネル型トランジスタとなる半導体層２５２をレジストマスクで覆い、不純物元素を半導体層２５１に添加して、半導体層２５１にｎ型の低濃度不純物領域２５７を形成する。添加する不純物元素としては、リンまたはヒ素を用いればよい。ゲート電極２５５がマスクとなることにより、半導体層２５１に自己整合的にｎ型の低濃度不純物領域２５７が形成される。また、半導体層２５１のゲート電極２５５と重なる領域はチャネル形成領域２５８となる。
【０２０４】
次に、半導体層２５２を覆うマスクを除去した後、ｎチャネル型トランジスタとなる半導体層２５１をレジストマスクで覆う。そして、不純物元素を半導体層２５２に添加する。添加する不純物元素としては、ホウ素、アルミニウム、ガリウム等を用いればよい。ここでは、ゲート電極２５６がマスクとして機能して、半導体層２５２に自己整合的にｐ型の高濃度不純物領域２５９が形成される。半導体層２５２のゲート電極２５６と重なる領域はチャネル形成領域２６０となる。なお、ここでは、ｎ型の低濃度不純物領域２５７を形成した後、ｐ型の高濃度不純物領域２５９を形成する方法を説明したが、先にｐ型の高濃度不純物領域２５９を形成することもできる。
【０２０５】
次に、半導体層２５１を覆うレジストマスクを除去した後、プラズマＣＶＤ法等によって、窒化シリコン等の窒化物や酸化シリコン等の酸化物を含む単層構造または積層構造の絶縁層を形成する。そして、当該絶縁層に垂直方向の異方性エッチングを適用することで、ゲート電極２５５、ゲート電極２５６の側面に接するサイドウォール絶縁層２６１、サイドウォール絶縁層２６２を形成する。なお、上記異方性エッチングにより、絶縁層２５４もエッチングされる。
【０２０６】
次に、半導体層２５２をレジストマスクで覆い、半導体層２５１に高ドーズ量で不純物元素を添加する。これにより、ゲート電極２５５及びサイドウォール絶縁層２６１がマスクとなり、ｎ型の高濃度不純物領域２６７が形成される。
【０２０７】
不純物元素の活性化処理（熱処理）の後、水素を含む絶縁層２６８を形成する。絶縁層２６８を形成後、３５０℃以上４５０℃以下の温度による熱処理を行い、絶縁層２６８中に含まれる水素を半導体層２５１、及び半導体層２５２中に拡散させる。絶縁層２６８は、プロセス温度が３５０℃以下のプラズマＣＶＤ法により窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを堆積することで形成できる。半導体層２５１、及び半導体層２５２に水素を供給することで、半導体層２５１や半導体層２５２中、またはこれらと絶縁層２５４との界面での捕獲中心となるような欠陥を効果的に補償することができる。
【０２０８】
その後、層間絶縁層２６９を形成する。層間絶縁層２６９は、酸化シリコン、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｇｌａｓｓ）などの無機材料を含む絶縁膜、または、ポリイミド、アクリルなどの有機材料を含む絶縁膜、を用いた単層構造または積層構造とすることができる。層間絶縁層２６９にコンタクトホールを形成した後、配線２７０を形成する。配線２７０の形成には、例えば、アルミニウム膜またはアルミニウム合金膜などの低抵抗金属膜をバリアメタル膜で挟んだ３層構造の導電膜を用いることができる。バリアメタル膜には、モリブデン、クロム、チタンなどを用いることができる。
【０２０９】
以上の工程により、ｎチャネル型トランジスタとｐチャネル型トランジスタを有する半導体装置を作製することができる。本実施の形態の半導体装置に用いるＳＯＩ基板は、先の実施の形態で示したように、非常に低コストに製造される。このため、半導体装置の製造に係るコストを抑制することが可能である。
【０２１０】
なお、本実施の形態では、図７に係る半導体装置及びその作製方法について説明したが、本発明の一態様に係る半導体装置の構成はこれに限定されない。半導体装置は、トランジスタの他、容量素子、抵抗素子、光電変換素子、発光素子などを有していても良い。
【０２１１】
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例１】
【０２１２】
本実施例では、ＳＯＩ基板の作製で生じる半導体基板に対して、絶縁層の除去、及び各種エッチャントを用いるウェットエッチングを行った。以下に、その結果を示す。
【０２１３】
まず、本実施例で用いた半導体基板について説明する。
【０２１４】
本実施例では、半導体基板として５インチ角の矩形状単結晶シリコン基板を用いた。まず、半導体基板をＨＣｌを含む雰囲気下で熱酸化し、基板表面に１００ｎｍの厚さの酸化膜を形成した。熱酸化の条件は、９５０℃で４時間であり、熱酸化の雰囲気は、ＨＣｌが酸素に対して３体積％の割合で含まれるものとした。
【０２１５】
次に、酸化膜の表面からイオンドーピング装置を用いて半導体基板にイオンを添加した。本実施例では、水素をイオン化して照射することで、半導体基板に脆化領域を形成した。イオンドーピングの条件は、加速電圧を４０ｋＶ、ドーズを２．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２とした。
【０２１６】
そして、半導体基板を、酸化膜を介してガラス基板に貼り合わせた。その後、２００℃で１２０分の熱処理を行い、更に、６００℃で１２０分の熱処理を行って、脆化領域を境に半導体基板から単結晶シリコン層を分離した。これにより、ＳＯＩ基板が作製されるとともに、周縁部に凸部を有する半導体基板が作製された。
【０２１７】
次に、上述の半導体基板に対する処理について説明する。
【０２１８】
まず、半導体基板を覆うように形成されている絶縁層を除去するために、半導体基板にフッ酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤を含む混合液（ステラケミファ社製、商品名：ＬＡＬ５００）を用いたウェットエッチング処理を施した。このとき、液温は室温、エッチング時間は５分とした。
【０２１９】
次に、絶縁層を除去した半導体基板に対して、フッ酸と硝酸と酢酸とを１：３：１０の体積比で混合した混合液（以下、混合液Ａ）、フッ酸と硝酸と酢酸とを１：１００：１００の体積比で混合した混合液（以下、混合液Ｂ）、フッ酸と硝酸と酢酸とを１：０．１：１０の体積比で混合した混合液（以下、混合液Ｃ）、フッ酸と硝酸と酢酸とを１：１０：１０の体積比で混合した混合液（以下、混合液Ｄ）、フッ酸と過酸化水素水とを１：５の体積比で混合した混合液（以下、混合液Ｅ）、ＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａ Ｍｅｔｈｙｌ Ａｍｍｏｎｉｕｍ Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）を２．３８重量％含む水溶液（ＴＭＡＨ水溶液ともいう）のいずれかをエッチャントとして用いてウェットエッチングを行った。
【０２２０】
上記混合液の作製においては、濃度５０重量％のフッ酸（ステラケミファ社製）、濃度７０重量％の硝酸（和光純薬株式会社製）、濃度９７．７重量％の酢酸（キシダ化学株式会社製）、濃度３１重量％の過酸化水素水（三菱ガス化学株式会社製）を用いた。また、エッチャントの液温は室温とし、エッチング時間は３０秒、１分、２分、４分、６分、８分のいずれかとした。上記エッチャントの詳細を表１に示す。
【０２２１】
【表１】
【０２２２】
上述の６種類のエッチャントを用いてそれぞれの時間でウェットエッチングを行った半導体基板に、半導体基板周縁部の段差測定（小坂研究所株式会社製サーフコーダー（段差測定装置）ＥＴ４１００を使用）、及び、半導体基板中央部のエッチング量測定（ラップマスターＳＦＴ株式会社製Ｓｏｒｔｅｒ１０００及びキーエンス社製ＬＫ−Ｇ３０を使用）を行った。また、混合液Ａを用いてエッチングを行った基板に対しては、半導体基板周縁部の写真撮影（オリンパス株式会社製光学顕微鏡ＭＸ６１Ｌを使用、ノマルスキー像）を行った。ここで、半導体基板中央部とは段差の形成された半導体基板周縁部を除く領域を指すものとする。
【０２２３】
図８（Ａ）に半導体基板が分離した直後の周縁部の光学顕微鏡写真、図８（Ｂ）に絶縁層を除去した後の光学顕微鏡写真を示す。また、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）には、それぞれ図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に対応する半導体基板周縁部の段差測定の結果を示す。ここで、段差測定結果のグラフは、縦軸が半導体基板中央部を０（基準）としたときの段差（μｍ）を示し、横軸が半導体基板の幅（ｍｍ）を示す。これは、以降の段差測定のグラフについても同様である。
【０２２４】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）では、写真左側が基板周縁の凸部、右側が単結晶シリコン層を分離した分離部、それらの境界が段差部分に対応する。図８（Ａ）では、残存した絶縁層が観察され、図８（Ｂ）では、除去された絶縁層の下層に残存したシリコンが観察されている。また、半導体基板周縁部では、微小ボイドによる凹凸が形成されており、平坦性が低いことがわかる。写真右側では、半導体基板中央部に続くシリコンが観察される。
【０２２５】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）の段差測定のグラフからも同様のことが言える。図９（Ａ）では、半導体基板周縁部と半導体基板中央部の段差が０．２μｍ程度あるのに対し、図９（Ｂ）では、絶縁層を除去しているため、半導体基板周縁部と半導体基板中央部の段差が０．１μｍ程度となっている。
【０２２６】
次に、混合液Ａを用いてウェットエッチングを行った半導体基板の周縁部の光学顕微鏡写真を図１０及び図１１に示す。ここで、それぞれの光学顕微鏡写真とエッチング時間は次のように対応する。図１０（Ａ１）及び図１０（Ａ２）は３０秒、図１０（Ｂ１）及び図１０（Ｂ２）は１分、図１０（Ｃ１）及び図１０（Ｃ２）は２分、図１１（Ａ１）及び図１１（Ａ２）は４分、図１１（Ｂ１）及び図１１（Ｂ２）は６分、図１１（Ｃ１）及び図１１（Ｃ２）は８分である。また、図１０及び図１１において、（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）は倍率５０倍、（Ａ２）、（Ｂ２）、（Ｃ２）は倍率５００倍である。
【０２２７】
図１２には、混合液Ａを用いてウェットエッチングを行った半導体基板周縁部の段差測定の結果を示す。それぞれの図とエッチング時間は次のように対応する。図１２（Ａ）は３０秒、図１２（Ｂ）は１分、図１２（Ｃ）は２分、図１２（Ｄ）は４分、図１２（Ｅ）は６分、図１２（Ｆ）は８分である。
【０２２８】
更に、図１３乃至図１７には、混合液Ｂ、混合液Ｃ、混合液Ｄ、混合液Ｅ、ＴＭＡＨ水溶液のいずれかを用いて、３０秒、１分、２分、４分、６分、８分のウェットエッチングを行った半導体基板周縁部の段差測定の結果を示す。それぞれの図とエッチャントは次のように対応する。図１３は混合液Ｂ、図１４は混合液Ｃ、図１５は混合液Ｄ、図１６は混合液Ｅ、図１７はＴＭＡＨ水溶液を用いた場合の結果である。また、図１３乃至図１７の各図とエッチング時間は次のように対応する。（Ａ）は３０秒、（Ｂ）は１分、（Ｃ）は２分、（Ｄ）は４分、（Ｅ）は６分、（Ｆ）は８分である。
【０２２９】
また、図１８に、混合液Ａと混合液Ｄを用いてウェットエッチングを行った場合の、半導体基板中央部のエッチング量測定の結果を示す。図１８において、黒丸は混合液Ａを用いた場合の、白丸は混合液Ｄを用いた場合の結果である。図１８に示すグラフの縦軸は、半導体基板中央部における半導体基板のエッチング量（μｍ）を示し、横軸は、エッチング時間（分）を示している。
【０２３０】
ここで、半導体基板中央部のエッチング量の測定は、エッチング前後における半導体基板中央部の基板厚みの変化から算出している。また、基板厚みは、測定ステージ（ラップマスターＳＦＴ株式会社製Ｓｏｒｔｅｒ１０００）の上下に設けたレーザ変位計（キーエンス社製ＬＫ−Ｇ３０）の差分により求めた。基板厚みの測定は、半導体基板中央部の１０７ｍｍ角の領域において、測定点数を１０点×１０点として行った。また、それらの平均値の比較により半導体基板中央部のエッチング量を求めた。レーザ変位計の繰り返し精度は±０．０５μｍであり、基板厚みの繰り返し精度は±０．５μｍである。
【０２３１】
図１０及び図１１に示す光学顕微鏡写真の比較から、写真左側の凸部による段差が、エッチング時間が増えるにつれて低減されている様子が分かる。例えば、図１１（Ａ）に示すエッチング時間が４分の場合には、段差はほとんど存在しない。図１２に示す段差測定のグラフからも同様のことが言える。
【０２３２】
また、図１２より、混合液Ａを用いたウェットエッチングでは、まず、半導体基板周縁部の段差に、基板平面に対して垂直な方向に縦穴が形成され、その縦穴を拡大するようにエッチングが進行することがわかる。これは、半導体基板周縁部の段差を形成する半導体領域（結晶欠陥や微小ボイドを有する損傷半導体領域）に混合液Ａが浸透し、当該半導体領域の内部から段差が除去されることを示している。このような混合液Ａによるウェットエッチングの様子は、後述する他のエッチャントの場合とは異なる傾向にある。
【０２３３】
また、図１８に示す半導体基板中央部の半導体基板のエッチング量のグラフから、少なくともエッチング時間６分までは、半導体基板のエッチング量は十分に小さく、基板厚み測定における誤差の範囲内にある。
【０２３４】
表２には、エッチング時間と、半導体基板中央部のエッチング量（μｍ）、半導体基板周縁部のエッチング量（μｍ）、との関係を示す。また、半導体基板中央部のエッチング量と半導体基板周縁部のエッチング量とから求めたエッチング選択比（選択比１）と、差分の選択比（選択比２）を合わせて示す。
【０２３５】
【表２】
【０２３６】
ここで、選択比１は、半導体基板周縁部の段差（幅０．１ｍｍの領域）におけるエッチング量の平均値を半導体基板中央部のエッチング量の平均値で割ったものである。また、差分の選択比（選択比２）は、それぞれ、０分から１分の間におけるエッチング量、１分から２分の間におけるエッチング量、２分から４分の間におけるエッチング量、４分から６分の間におけるエッチング量から求めた選択比である。例えば、１分から２分の間における半導体基板中央部のエッチング量は、０．１４−０．０９６＝０．０４４（μｍ）であり、半導体基板周縁部のエッチング量は、０．２２５−０．１０１＝０．１２４（μｍ）であるから、この場合の選択比２は、０．１２４／０．０４４＝２．８１８となる。
【０２３７】
表２より、差分の選択比（選択比２）は、エッチング時間とともに変動することが分かる。具体的には、エッチング開始から間もない時点では１程度であった選択比が、２以上となり、再び１程度に戻る。これは、次の理由によるものと考察される。
【０２３８】
まず、エッチング開始時には、半導体基板周縁部の損傷半導体領域が除去されるとともに、半導体基板中央部に残存する損傷半導体領域が除去されることになるため、半導体基板周縁部と半導体基板中央部では、エッチングレートは大きく異ならない。つまり、選択比は１程度となる。半導体基板中央部の損傷半導体領域が除去された後には、半導体基板中央部ではエッチングレートが低下するのに対して、半導体基板周縁部では未だ損傷半導体領域が残存しており、エッチングレートは低下しない。このため、選択比は大きくなる（具体的には、２以上となる）。その後、半導体基板周縁部における損傷半導体領域が除去されることにより、半導体基板周縁部と半導体基板中央部のエッチングレートが同程度となる。つまり、選択比は１程度に戻る。このような選択比の変動を伴い、損傷半導体領域が優先的に除去されるといえる。
【０２３９】
また、エッチング時間２分及び４分の選択比１はそれぞれ、１．６０７、１．７４８と高い。そして、１分から２分、２分から４分の選択比２についても、それぞれ、２．８１８、２．６０９と高い。このように、エッチャントとして混合液Ａ（フッ酸と硝酸と酢酸とを１：３：１０の体積比で混合した混合液）を用いることにより、短時間で半導体基板周縁部の段差（凸部）を優先的に除去できる。
【０２４０】
混合液Ｂを用いたエッチングでは、エッチングの進行が遅く、エッチング時間を８分としても段差は除去されない（図１３参照）。また、混合液Ａの場合と異なり、半導体基板周縁部の段差は表面から徐々にエッチングされ、深い縦穴は形成されない。このように、混合液Ｂを用いて半導体基板をエッチングしても、半導体基板周縁部の段差は除去されない、または、段差の除去に長時間を要することが分かった。
【０２４１】
混合液Ｃを用いたエッチングでは、半導体基板周縁部の段差は除去されない（図１４参照）。このように、混合液Ｃを用いて半導体基板をエッチングしても、半導体基板のエッチングはほとんど進行しないことが分かった。
【０２４２】
混合液Ｄを用いたエッチングでは、図１８に示すように半導体基板中央部のエッチング量はエッチング時間に比例して増加するが、半導体基板周縁部の段差は、維持されたままである（図１５参照）。このように、混合液Ｄをエッチング液として用いても、半導体基板全体が一様にエッチングされ、半導体基板周縁部の段差を優先的に除去することができないことが分かった。
【０２４３】
混合液Ｅを用いたエッチングでは、混合液Ｃを用いた場合と同様に、半導体基板周縁部の段差は除去されない（図１６参照）。このように、混合液Ｅを用いて半導体基板をエッチングしても、半導体基板のエッチングはほとんど進行しないことが分かった。
【０２４４】
ＴＭＡＨ水溶液を用いたエッチングでは、エッチングの進行が遅く、エッチング時間を８分としても段差が除去されていない（図１７参照）。このように、ＴＭＡＨ水溶液を用いて半導体基板をエッチングしても、半導体基板周縁部の段差は除去されない、または、段差の除去に長時間を要することが分かった。
【０２４５】
ここで、混合液Ａ、混合液Ｂ、混合液Ｃ、混合液Ｄは、フッ酸、硝酸、酢酸からなる３元系の混合液であり、各要素の役割及び反応は次の通りである。
【０２４６】
硝酸はシリコンを酸化する。当該反応は、式（１）のように表される。
３Ｓｉ＋４ＨＮＯ３ → ３ＳｉＯ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ＮＯ （１）
【０２４７】
フッ酸は、酸化シリコンを溶解する。当該反応は、式（２）のように表される。
ＳｉＯ２＋６ＨＦ → ２Ｈ＋＋〔ＳｉＦ６〕２−＋２Ｈ２Ｏ （２）
【０２４８】
酢酸は混合液の安定化を行うとともに、急激なエッチングを抑制する。
【０２４９】
このように、フッ酸、硝酸、酢酸からなる３元系の混合液は、式（１）に示すシリコンの酸化と、式（２）に示す酸化シリコンの溶解を繰り返すことにより、シリコンをエッチングする機能を有する。つまり、フッ酸、硝酸、酢酸からなる３元系の混合液において、フッ酸の量が多い場合には、式（１）に示す硝酸によるシリコンの酸化が律速となり、硝酸の量が多い場合には、式（２）に示すフッ酸による酸化シリコンの溶解が律速となる。
【０２５０】
このことから、混合液Ｃでは、硝酸の量が少ないためにシリコンの酸化が律速となり、ウェットエッチングが進行しなかったと考察される。これは、過酸化水素がシリコンを酸化する混合液Ｅについても同様である。混合液Ｅでは過酸化水素の酸化力が小さいために、ウェットエッチングが進行しなかったと考察される。
【０２５１】
また、混合液Ｄでは、フッ酸及び硝酸の量が多いために、式（１）及び式（２）の反応が急速に進行し、結果として、半導体基板周縁部と半導体基板中央部との選択比がとれず、基板全体で一様にウェットエッチングされたものと考察される。
【０２５２】
また、混合液Ｂでは、フッ酸の量が少ないために酸化シリコンの溶解が律速となり、ウェットエッチングが進行しなかったと考察される。フッ酸の量が少なくなると、結晶欠陥や微小ボイドに起因する損傷半導体領域内部からのエッチングが起こりにくく、損傷半導体領域表面からのエッチングが優先的に進行するためである。
【０２５３】
一方で、混合液Ａでは、フッ酸、硝酸、酢酸のバランスが良いため、式（１）または式（２）のいずれかの反応が律速となることがない。また、酢酸によるエッチング抑制の効果が得られるため、基板全体が一様にエッチングされることもない。
【０２５４】
このように、混合液Ａ（フッ酸、硝酸、酢酸の体積比が１：３：１０の混合液）を用いて半導体基板周縁部の段差をエッチングすることによって、半導体基板周縁部と半導体基板中央部の選択比をとりながら、半導体基板周縁部に存在する凸部を短時間で除去することができる。このため、半導体基板の再生処理を確実に、かつ、効率的に行うことが可能である。
【０２５５】
なお、本実施例に示す構成は、他の実施の形態や他の実施例に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例２】
【０２５６】
本実施例では、再生処理として、フッ酸と硝酸と酢酸の混合液を用いたウェットエッチング処理とＣＭＰ処理とを組み合わせて用いた場合と、前述のウェットエッチング処理を用いず、主にＣＭＰ処理を用いた場合について、比較した結果を示す。
【０２５７】
ＣＭＰ処理としては、研磨レートの高い処理の後に、研磨レートの低い処理（仕上げ研磨）を用いた。なお、上述のウェットエッチング処理を用いない場合においては、ウェットエッチング処理を用いる場合と同等の再生処理を実現するために、ＣＭＰ処理の時間を長時間にした。
【０２５８】
再生処理の対象となる半導体基板は、先の実施例と同様にして作製した。詳細については先の実施例を参酌できる。
【０２５９】
上述のウェットエッチング処理と研磨時間の短いＣＭＰ処理を用いた再生半導体基板（以下、基板Ａ）は、以下のように作製した。
【０２６０】
まず、半導体基板を覆うように形成されている絶縁層を除去するために、半導体基板にフッ酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤を含む混合液（ステラケミファ社製、商品名：ＬＡＬ５００）を用いたウェットエッチング処理を施した。このとき、液温は室温、エッチング時間は３００秒とした。
【０２６１】
次に、絶縁層を除去した半導体基板に対して、フッ酸と硝酸と酢酸とを１：３：１０の体積比で混合した混合液（先の実施例における、混合液Ａに相当）を用いたウェットエッチング処理を施した。このとき、液温は室温、エッチング時間は２分とした。なお、上記混合液の作製においては、濃度５０重量％のフッ酸（ステラケミファ社製）、濃度７０重量％の硝酸（和光純薬株式会社製）、濃度９７．７重量％の酢酸（キシダ化学株式会社製）を用いた。
【０２６２】
次に、半導体基板に高い研磨レートのＣＭＰ処理を行った。当該ＣＭＰ処理では、ポリウレタン地の研磨布、及び、シリカ系スラリー液（ニッタ・ハース株式会社製ＩＬＤ１３００、粒径１５０ｎｍ、２０倍希釈）を用いた。また、スラリー流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ、研磨圧を０．０２ＭＰａ、スピンドル回転数を３０ｒｐｍ、テーブル回転数を３０ｒｐｍ、処理時間を３分とした。
【０２６３】
その後、半導体基板に低い研磨レートのＣＭＰ処理を行った。当該ＣＭＰ処理では、スウェード地の研磨布（ニッタ・ハース株式会社製ｓｕｐｒｅｍｅ）、及び、シリカ系スラリー液（ニッタ・ハース株式会社製ＮＰ８０２０、粒径６０ｎｍ、２０倍希釈）を用いた。また、スラリー流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ、研磨圧を０．０１ＭＰａ、スピンドル回転数を３０ｒｐｍ、テーブル回転数を３０ｒｐｍ、処理時間を３分とした。
【０２６４】
一方で、上述のウェットエッチング処理を用いない再生半導体基板（以下、基板Ｂ）は、以下のように作製される。
【０２６５】
まず、半導体基板を覆うように形成されている絶縁層を除去するために、半導体基板にフッ酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤を含む混合液（ステラケミファ社製、商品名：ＬＡＬ５００）を用いたウェットエッチング処理を施した。このとき、液温は室温、エッチング時間は３００秒とした。
【０２６６】
次に、半導体基板に高い研磨レートのＣＭＰ処理を行った。当該ＣＭＰ処理では、ポリウレタン地の研磨布、及び、シリカ系スラリー液（ニッタ・ハース株式会社製ＩＬＤ１３００、粒径１５０ｎｍ、２０倍希釈）を用いた。また、スラリー流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ、研磨圧を０．０２ＭＰａ、スピンドル回転数を３０ｒｐｍ、テーブル回転数を３０ｒｐｍ、処理時間を１２分とした。
【０２６７】
その後、半導体基板に低い研磨レートのＣＭＰ処理を行った。当該ＣＭＰ処理では、スウェード地の研磨布（ニッタ・ハース株式会社製ｓｕｐｒｅｍｅ）、及び、シリカ系スラリー液（ニッタ・ハース株式会社製ＮＰ８０２０、粒径６０ｎｍ、２０倍希釈）を用いた。また、スラリー流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ、研磨圧を０．０１ＭＰａ、スピンドル回転数を３０ｒｐｍ、テーブル回転数を３０ｒｐｍ、処理時間を１０分とした。
【０２６８】
上述の方法により作製された２種類の再生半導体基板につき、光学顕微鏡による観察と、段差測定装置による段差測定（小坂研究所株式会社製サーフコーダーを使用）、走査型プローブ顕微鏡による平坦性の評価（エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製ＳＰＡ−５００及びエスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製ＳＰＩ３８００Ｎを使用）、及び再生処理における半導体基板の厚さの減少量の測定（ラップマスターＳＦＴ株式会社製Ｓｏｒｔｅｒ１０００を使用）を行った。
【０２６９】
図１９（Ａ）に再生処理前の半導体基板周縁部、図１９（Ｂ）に上述のウェットエッチング処理後の半導体基板周縁部の光学顕微鏡写真（倍率５０倍のノマルスキー像）を示す。また、同様に、段差測定の結果を図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）に示す。
【０２７０】
図１９（Ａ）に示すように、再生処理を行う前の半導体基板は、周縁部に段差（凸部）が存在しており、周縁部の表層には絶縁層が、中央側の表層にはシリコンが観察される。図２０（Ａ）からも、再生処理の前には、半導体基板の周縁部には０．２μｍ程度の段差が存在していることが分かる。
【０２７１】
一方で、図１９（Ｂ）に示す半導体基板では、周縁部に存在した段差（凸部）が消失し、全面においてシリコンが観察されている。なお、図１９（Ｂ）の左側に縦に走る白い線は、半導体基板の端を表している。図２０（Ｂ）からも、段差が消失していることが確認できる。
【０２７２】
次に、走査型プローブ顕微鏡を用いて２種の再生半導体基板の平坦性評価を行った結果を示す。走査型プローブ顕微鏡による測定条件は、走査速度を１．０Ｈｚ、測定面積を１μｍ×１μｍ、測定点数を２点とした。また、当該測定には、ダイナミックフォースモード（ＤＦＭ：ｄｙｎａｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｏｄｅ）を用いた。ここで、ダイナミックフォースモードとは、カンチレバーを共振させた状態で、レバーの振動振幅が一定になるように探針と試料との間の距離を制御しながら、表面形状を測定する方法である。
【０２７３】
再生半導体基板の平坦性は、平均面粗さ（Ｒａ）及び最大高低差（Ｐ−Ｖ）によって評価した。ここで、平均面粗さ（Ｒａ）は、ＪＩＳＢ０６０１：２００１（ＩＳＯ４２８７：１９９７）で定義されている中心線平均粗さＲａを、測定面に対して適用できるよう三次元に拡張したものであり、基準面から指定面までの偏差の絶対値を平均した値で表現される。また、最大高低差（Ｐ−Ｖ）は、指定面において、最も高い山頂の標高と最も低い谷底の標高の差で表現される。山頂と谷底は、ＪＩＳＢ６０１：２００１（ＩＳＯ４２８７：１９９７）で定義されている「山頂」「谷底」を三次元に拡張したものであり、山頂とは指定面の山において最も標高の高い点を、谷底とは指定面において最も標高の低い点をいう。
【０２７４】
走査型プローブ顕微鏡による再生半導体基板の平坦性の評価結果を表３に示す。
【０２７５】
【表３】
【０２７６】
基板Ａ、基板Ｂ、いずれに関しても中央部と周縁部の段差はなくなっており、中央部と周縁部の平坦性もほぼ同程度である。基板Ａと基板Ｂとを比較すると、基板Ａでは周縁部においてＲａが０．０５ｎｍ、Ｐ−Ｖが０．３９３ｎｍであるのに対して、基板Ｂでは、周縁部においてＲａが０．０６ｎｍ、Ｐ−Ｖが０．４７ｎｍである。このことから、基板Ａの方が平坦性は良好であるといえる。
【０２７７】
次に、再生処理における半導体基板の厚さの減少量を測定した結果について示す。ここでは、再生処理工程の前後における厚みの変化から、半導体基板中央部の減少量（半導体の除去量）を測定した。基板Ａ及び基板Ｂの作製における減少量（除去量）を表４に示す。
【０２７８】
【表４】
【０２７９】
基板Ａの作製において、半導体基板の厚さの減少量は１．３８μｍであった。一方、基板Ｂの作製において、半導体基板の厚さの減少量は６．９６μｍであった。このことから、基板Ａの作製における減少量は、基板Ｂの作製における減少量の約４分の１であることが分かる。特に、基板Ａの作製におけるエッチングでの減少量は、わずか０．４１μｍであった。
【０２８０】
以上より、上記エッチング処理とＣＭＰ処理を組み合わせた再生処理を行うことによって、再生半導体基板の平坦性を同等に保ちつつ、再生処理における半導体基板の減少を抑制することができる。
【０２８１】
なお、本実施例に示す構成は、他の実施の形態や他の実施例に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例３】
【０２８２】
本実施例では、半導体基板に酸化膜を形成した後、水素イオンを照射して、該半導体基板の断面を観察した結果を示す。
【０２８３】
本実施例では、半導体基板として５インチ角の矩形状単結晶シリコン基板を用いた。まず、半導体基板を、ＨＣｌを含む雰囲気下で熱酸化し、基板表面に１００ｎｍの厚さの酸化膜を形成した。熱酸化の条件は、９５０℃で４時間であり、熱酸化の雰囲気は、ＨＣｌが酸素に対して３体積％の割合で含まれるものとした。
【０２８４】
次に、酸化膜の表面からイオンドーピング装置を用いて半導体基板に水素を添加した。本実施例では、水素をイオン化して照射することで、半導体基板に脆化領域を形成した。イオンドーピングの条件は、加速電圧を５０ｋＶ、ドーズを２．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２とした。これにより、酸化膜の表面から約２５０ｎｍ前後の深さに脆化領域が形成された。
【０２８５】
図２１（Ａ）には、上述の処理を施した半導体基板の断面ＴＥＭ像を示す。また、図２１（Ｂ）には、該半導体基板に熱処理を施して、脆化領域で分離した後の断面ＴＥＭ像を示す。
【０２８６】
図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）から、単結晶基板表面付近には、多くの結晶欠陥が形成されていることが分かる。また、図２１（Ｂ）から、半導体基板は、その表面から深さ約１３９ｎｍの位置で分離していることが分かる。
【０２８７】
ここで、上述の分離後の半導体基板の周縁部には、ベース基板との貼り合わせがなされないことに起因して凸部が形成される。そして、凸部を構成する残存した半導体層（損傷半導体領域）は、分離された半導体層と同様に結晶欠陥や微小ボイドを有する。このため、先の実施例で示したようなフッ酸、硝酸、酢酸を含む混合液を用いてエッチングを行うことにより、分離後の半導体基板の周縁部に形成される凸部を優先的に除去しやすくなる。
【０２８８】
なお、本実施例に示す構成は、他の実施の形態や他の実施例に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例４】
【０２８９】
本実施例では、フッ酸と硝酸と酢酸とを１：３：１０の体積比で混合した混合液（混合液Ａ）と、フッ酸と硝酸と酢酸とを１：２：１０の体積比で混合した混合液（以下、混合液Ａ＋）をエッチャントとして用いる場合の調査結果について示す。
【０２９０】
なお、本実施例で用いた半導体基板は、実施例１において用いたものと同様であり、その詳細については省略する。
【０２９１】
上述の半導体基板に対する処理は、次の通りである。
【０２９２】
まず、半導体基板を覆うように形成されている絶縁層を除去するために、半導体基板にフッ酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤を含む混合液（ステラケミファ社製、商品名：ＬＡＬ５００）を用いたウェットエッチング処理を施した。このとき、液温は室温、エッチング時間は３００秒とした。
【０２９３】
次に、絶縁層を除去した半導体基板に対して、フッ酸と硝酸と酢酸とを１：３：１０の体積比で混合した混合液（混合液Ａ）、または、フッ酸と硝酸と酢酸とを１：２：１０の体積比で混合した混合液（混合液Ａ＋）をエッチャントとして用いてウェットエッチングを行った。混合液Ａ及び混合液Ａ＋の作製においては、濃度５０重量％のフッ酸（ステラケミファ社製）、濃度７０重量％の硝酸（和光純薬株式会社製）、濃度９７．７重量％の酢酸（キシダ化学株式会社製）を用いた。
【０２９４】
図２２（Ａ）には、混合液Ａ＋を用いたウェットエッチング後の半導体基板周縁部の様子を観察した光学顕微鏡写真（倍率５０倍のノマルスキー像）を示す。また、図２２（Ｂ）には、倍率を５００倍とした光学顕微鏡写真（ノマルスキー像）を示す。図２２から分かるように、混合液Ａ＋を用いたウェットエッチングの場合、混合液Ａを用いたウェットエッチングにおいてエッチング残渣が生じうる条件であっても、残渣は確認されなかった。硝酸に対するフッ酸の割合を、１：３（フッ酸：硝酸）から僅かに高めることで、形成される酸化膜を素早く除去し、残渣の発生を抑制しているものと考察される。
【０２９５】
このように、混合液Ａ＋（フッ酸、硝酸、酢酸の体積比が１：２：１０の混合液）を用いて半導体基板周縁部の段差をエッチングする場合には、混合液Ａ（フッ酸、硝酸、酢酸の体積比が１：３：１０の混合液）を用いる場合と比較して残渣の発生を抑制できることが分かった。これは、フッ酸、硝酸、酢酸の体積比が１．５：３：１０の混合液を用いる場合においても同様である。一方で、フッ酸、硝酸、酢酸の体積比が１：１：１０の混合液のように、フッ酸、硝酸、酢酸の体積比が１：３：１０の混合液と比較して硝酸に対するフッ酸の割合を高めすぎた場合には、表面荒れ、段差の残存などが確認された。
【０２９６】
本実施例により、硝酸に対するフッ酸の割合を１：３（フッ酸：硝酸）から僅かに高めることで、半導体基板の再生処理をより確実に、より効率的に行うことが可能であることが理解される。
【０２９７】
なお、本実施例に示す構成は、他の実施の形態や他の実施例に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【符号の説明】
【０２９８】
１００ 半導体基板
１０２ 絶縁層
１０４ 脆化領域
１２０ ベース基板
１２１ 半導体基板
１２２ 絶縁層
１２３ 絶縁層
１２４ 半導体層
１２５ 半導体領域
１２６ 凸部
１２７ 半導体領域
１２９ 半導体領域
１３０ 半導体基板
１３２ 再生半導体基板
１３３ 半導体領域
１３４ レーザ光
２５１ 半導体層
２５２ 半導体層
２５４ 絶縁層
２５５ ゲート電極
２５６ ゲート電極
２５７ 低濃度不純物領域
２５８ チャネル形成領域
２５９ 高濃度不純物領域
２６０ チャネル形成領域
２６１ サイドウォール絶縁層
２６２ サイドウォール絶縁層
２６７ 高濃度不純物領域
２６８ 絶縁層
２６９ 層間絶縁層
２７０ 配線
２８０ トランジスタ
２８１ トランジスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
損傷半導体領域と絶縁層とを含む凸部が周縁部に存在する半導体基板に対し、
前記絶縁層を除去するエッチング処理と、
前記半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質、前記酸化された半導体材料を溶解する物質、及び、前記半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質、を含む混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して前記損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理と、
前記損傷半導体領域が優先的に除去された面側から前記半導体基板にレーザ光を照射するレーザ光照射処理と、
を有することを特徴とする半導体基板の再生方法。
【請求項２】
イオンの照射及び熱処理を経て一部が半導体層として分離することにより、周縁部に損傷半導体領域と絶縁層とを含む凸部が残存した半導体基板に対し、
前記絶縁層を除去するエッチング処理と、
前記半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質、前記酸化された半導体材料を溶解する物質、及び、前記半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質、を含む混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して前記損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理と、
前記損傷半導体領域が優先的に除去された面側から前記半導体基板にレーザ光を照射するレーザ光照射処理と、
を有することを特徴とする半導体基板の再生方法。
【請求項３】
イオンの照射及び熱処理を経て一部が半導体層として分離することにより、周縁部に損傷半導体領域と絶縁層とを含む凸部が残存し、それ以外の領域にも損傷半導体領域が残存する半導体基板に対し、
前記絶縁層を除去するエッチング処理と、
前記半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質、前記酸化された半導体材料を溶解する物質、及び、前記半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質、を含む混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して前記損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理と、
前記損傷半導体領域が優先的に除去された面側から前記半導体基板にレーザ光を照射するレーザ光照射処理と、
を有することを特徴とする半導体基板の再生方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、前記イオンの照射は、イオンドーピング法を用いて行うことを特徴とする半導体基板の再生方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項において、前記イオンは、Ｈ３＋を含むことを特徴とする半導体基板の再生方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項において、前記損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理は、前記未損傷の半導体領域に対する前記損傷半導体領域のエッチング選択比が２以上であることを特徴とする半導体基板の再生方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項において、前記損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理を、前記未損傷の半導体領域に対する前記凸部のエッチング選択比が２未満に低下した後に停止させることを特徴とする半導体基板の再生方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項において、前記損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理によって、前記凸部の接平面と前記半導体基板の裏面とのなす角が０．５°以下の領域を少なくとも除去することを特徴とする半導体基板の再生方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項において、前記損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理の後に、前記半導体基板の表面を研磨することを特徴とする半導体基板の再生方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項において、前記半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質として硝酸を、
前記酸化された半導体材料を溶解する物質としてフッ酸を、
前記半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質として酢酸を、
用いることを特徴とする半導体基板の再生方法。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の方法を用いて、前記半導体基板から再生半導体基板を作製することを特徴とする再生半導体基板の作製方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法で作製された再生半導体基板中にイオンを添加して脆化領域を形成し、
絶縁層を介して、前記再生半導体基板とベース基板を貼り合わせ、
熱処理によって前記再生半導体基板を分離して、前記ベース基板上に半導体層を形成することを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【請求項１】
損傷半導体領域と絶縁層とを含む凸部が周縁部に存在する半導体基板に対し、
前記絶縁層を除去するエッチング処理と、
前記半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質、前記酸化された半導体材料を溶解する物質、及び、前記半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質、を含む混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して前記損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理と、
前記損傷半導体領域が優先的に除去された面側から前記半導体基板にレーザ光を照射するレーザ光照射処理と、
を有することを特徴とする半導体基板の再生方法。
【請求項２】
イオンの照射及び熱処理を経て一部が半導体層として分離することにより、周縁部に損傷半導体領域と絶縁層とを含む凸部が残存した半導体基板に対し、
前記絶縁層を除去するエッチング処理と、
前記半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質、前記酸化された半導体材料を溶解する物質、及び、前記半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質、を含む混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して前記損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理と、
前記損傷半導体領域が優先的に除去された面側から前記半導体基板にレーザ光を照射するレーザ光照射処理と、
を有することを特徴とする半導体基板の再生方法。
【請求項３】
イオンの照射及び熱処理を経て一部が半導体層として分離することにより、周縁部に損傷半導体領域と絶縁層とを含む凸部が残存し、それ以外の領域にも損傷半導体領域が残存する半導体基板に対し、
前記絶縁層を除去するエッチング処理と、
前記半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質、前記酸化された半導体材料を溶解する物質、及び、前記半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質、を含む混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して前記損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理と、
前記損傷半導体領域が優先的に除去された面側から前記半導体基板にレーザ光を照射するレーザ光照射処理と、
を有することを特徴とする半導体基板の再生方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、前記イオンの照射は、イオンドーピング法を用いて行うことを特徴とする半導体基板の再生方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項において、前記イオンは、Ｈ３＋を含むことを特徴とする半導体基板の再生方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項において、前記損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理は、前記未損傷の半導体領域に対する前記損傷半導体領域のエッチング選択比が２以上であることを特徴とする半導体基板の再生方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項において、前記損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理を、前記未損傷の半導体領域に対する前記凸部のエッチング選択比が２未満に低下した後に停止させることを特徴とする半導体基板の再生方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項において、前記損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理によって、前記凸部の接平面と前記半導体基板の裏面とのなす角が０．５°以下の領域を少なくとも除去することを特徴とする半導体基板の再生方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項において、前記損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理の後に、前記半導体基板の表面を研磨することを特徴とする半導体基板の再生方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項において、前記半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質として硝酸を、
前記酸化された半導体材料を溶解する物質としてフッ酸を、
前記半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質として酢酸を、
用いることを特徴とする半導体基板の再生方法。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の方法を用いて、前記半導体基板から再生半導体基板を作製することを特徴とする再生半導体基板の作製方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法で作製された再生半導体基板中にイオンを添加して脆化領域を形成し、
絶縁層を介して、前記再生半導体基板とベース基板を貼り合わせ、
熱処理によって前記再生半導体基板を分離して、前記ベース基板上に半導体層を形成することを特徴とするＳＯＩ基板の作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２０】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１９】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２０】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１９】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１１−２２８６５１（Ｐ２０１１−２２８６５１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６５３７１（Ｐ２０１１−６５３７１）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]