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を提供する。
【解決手段】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、硝酸、硝酸によって酸化された半導体基板を構成する半導体材料を溶解する物質、半導体材料の酸化速度及び酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質、及び亜硝酸を含み、亜硝酸の濃度が１０ｍｇ／ｌ以上１０００ｍｇ／ｌ以下である混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して損傷半導体領域を選択的に除去するエッチング処理と、を行うことで半導体基板を再生する。
【解決手段】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、硝酸、硝酸によって酸化された半導体基板を構成する半導体材料を溶解する物質、半導体材料の酸化速度及び酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質、及び亜硝酸を含み、亜硝酸の濃度が１０ｍｇ／ｌ以上１０００ｍｇ／ｌ以下である混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して損傷半導体領域を選択的に除去するエッチング処理と、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】
開示する発明は、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基板を用い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の特徴を活かすことで、集積回路中のトランジスタ同士を完全に分離して形成することができる。また、トランジスタを完全空乏型とすることができるため、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】
ＳＯＩ基板の作製方法として水素イオン注入剥離法を用いる場合には、一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低減することが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】
水素イオン注入剥離法に用いられるボンド基板は、ＳＯＩ基板の作製段階における化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）処理に起因して、周縁部にエッジロールオフ（Ｅｄｇｅ Ｒｏｌｌ Ｏｆｆ：Ｅ．Ｒ．Ｏ．）と呼ばれる領域を有する。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、また、ボンド基板の中央領域と比較して、厚みが小さくなっている。
【０００７】
イオン注入剥離法を用いてＳＯＩ基板を作製する場合、ボンド基板とベース基板とを貼り合わせることになるが、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から、貼り合わせ表面には所定の平坦性が求められる。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、当然に、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】
上記問題に鑑み、本明細書で開示する発明の一態様は、半導体基板の再生に適した方法を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様では、半導体基板の再生に適した方法を用いて再生半導体基板を作製することを目的の一とする。または、本発明の一態様では、当該再生半導体基板を用いてＳＯＩ基板を作製することを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様では、イオンの添加等により損傷した半導体領域（以下、損傷半導体領域とも表記する）を優先的、言い換えると、該領域を選択的に除去することが可能な方法を用いて単結晶シリコン層領域及び絶縁層よりなる凸部を除去する。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。具体的には、以下の方法を適用することができる。
【００１１】
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、硝酸、硝酸によって酸化された半導体基板を構成する半導体材料を溶解する物質、半導体材料の酸化速度及び酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質、及び亜硝酸を含み、亜硝酸の濃度が１０ｍｇ／ｌ以上１０００ｍｇ／ｌ以下である混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して損傷半導体領域を選択的に除去するエッチング処理と、を行う半導体基板の再生方法である。
【００１２】
また、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を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、硝酸、硝酸によって酸化された半導体基板を構成する半導体材料を溶解する物質、半導体材料の酸化速度及び酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質、及び亜硝酸を含み、亜硝酸の濃度が１０ｍｇ／ｌ以上１０００ｍｇ／ｌ以下である混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して損傷半導体領域を選択的に除去するエッチング処理と、を行う半導体基板の再生方法である。
【００１３】
上記において、イオンの照射は、質量分離を行わずになされたものであるのが好ましい。また、イオンは、Ｈ３＋を含むのが好ましい。
【００１４】
また、上記の半導体基板の再生方法において、硝酸によって酸化された半導体基板を構成する半導体材料を溶解する物質としてフッ酸を用い、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のが好ましい。
【００１５】
また、上記に記載の半導体基板の再生方法のいずれか一を用いて、半導体基板から再生半導体基板を作製する再生半導体基板の作製方法も本発明の一態様に含まれる。
【００１６】
また、本発明の他の一態様は、上記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、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ＳＯＩ基板の作製方法である。
【００１７】
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を含む。
【００１８】
なお、本明細書において損傷半導体領域とは、単結晶半導体領域が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ものであるのに対し、イオン等の打ち込みに起因して、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、本明細書において未損傷半導体領域とは、単結晶半導体領域が結晶を構成している原子が空間的に規則的に配列しているものをいい、イオン等が打ち込まれていない単結晶半導体領域と同等の領域のことをいう。
【発明の効果】
【００１９】
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選択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。
【００２０】
また、上記半導体基板の再生方法を用いて再生半導体基板を作製することで、再生処理における半導体基板の生産性を向上させることができる。そのため、再生半導体基板の作製にかかるコストを低減することができる。
【００２１】
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】
【００２２】
【図１】ＳＯＩ基板の作製方法を示す断面図である。
【図２】半導体基板の再生処理方法を示す断面図である。
【図３】ＳＯＩ基板の作製方法を示す断面図である。
【図４】ＳＯＩ基板の作製方法を示す断面図である。
【図５】ＳＯＩ基板の作製工程を示す図である。
【図６】ＳＯＩ基板を用いた半導体装置を示す断面図である。
【図７】半導体基板の魔鏡評価システムによる観察像及び光学顕微鏡写真を示す図である。
【図８】半導体基板の魔鏡評価システムによる観察像及び光学顕微鏡写真を示す図である。
【図９】実施例のエッチング量とエッチング時間の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（実施の形態１）
本実施の形態では、ＳＯＩ基板の作製方法の一例と、当該ＳＯＩ基板の作製に用いた半導体基板の再生方法の一例について、図１及び図２を用いて説明する。
【００２４】
＜ＳＯＩ基板の作製工程＞
ＳＯＩ基板の作製工程について図１を参照して説明する。まず、ベース基板１２０とボンド基板とを準備する（図１（Ａ）、図１（Ｂ）参照）。
【００２５】
ベース基板１２０としては、絶縁体でなる基板を用いることができる。例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような電子工業用に使われる各種ガラス基板、石英基板、セラミック基板、サファイア基板が挙げられる。なお、上記ガラス基板においては、一般に、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を多く有させることでガラスの耐熱性が向上するが、酸化ホウ素と比較して酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含ませることで、より実用的な耐熱ガラスが得られる。このため、Ｂ２Ｏ３よりＢａＯを多く含むガラス基板を用いると良い。また、ベース基板として耐熱性の高い基板を用いてもよい。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、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。なお、本実施の形態では、ベース基板１２０としてガラス基板を用いる場合について説明する。ベース基板１２０として大面積化が可能で安価なガラス基板を用いることにより、低コスト化を実現できる。
【００２６】
ボンド基板としては、半導体基板１００を用いることができる。例えば、単結晶シリコン基板、単結晶ゲルマニウム基板、単結晶シリコンゲルマニウム基板など、第１４族元素でなる単結晶半導体基板を用いることができる。また、ガリウムヒ素やガリウムヒ素リン、インジウムガリウムヒ素等の化合物半導体基板を用いることもできる。市販のシリコン基板としては、直径５インチ（１２５ｍｍ）、直径６インチ（１５０ｍｍ）、直径８インチ（２００ｍｍ）、直径１２インチ（３００ｍｍ）、直径１６インチ（４００ｍｍ）サイズの円形のものが代表的である。なお、半導体基板１００の形状は円形に限られず、例えば、矩形等に加工して用いることも可能である。また、半導体基板１００は、ＣＺ（チョクラルスキー）法やＦＺ（フローティングゾーン）法を用いて作製することができる。
【００２７】
次に、半導体基板１００の表面から所定の深さに脆化領域１０４を形成する。そして、絶縁層１２２、１２３を介してベース基板１２０と半導体基板１００とを貼り合わせる（図１（Ｃ）参照）。
【００２８】
上記において、脆化領域１０４は、半導体基板１００に形成された絶縁層１２３に、例えば、水素イオンビームを照射することにより、半導体基板１００中に水素イオンを打ち込むことで形成することができる。
【００２９】
また、絶縁層１２２、１２３は、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等の絶縁層を単層で、または積層させて形成することができる。これらの膜は、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等を用いて形成することができる。
【００３０】
なお、本明細書等において、酸化窒化物とは、その組成において、窒素よりも酸素の含有量（原子数）が多いものを示し、例えば、酸化窒化シリコンとは、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。また、窒化酸化物とは、その組成において、酸素よりも窒素の含有量（原子数）が多いものを示し、例えば、窒化酸化シリコンとは、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、上記範囲は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）や、水素前方散乱分析法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて測定した場合のものである。また、構成元素の含有比率の合計は、１００原子％を超えない。
【００３１】
次に、熱処理などによって、脆化領域１０４にて半導体基板１００を半導体層１２４と分離後の半導体基板１２１とに分離することにより、ベース基板１２０上に半導体層１２４を形成する（図１（Ｄ）参照）。分離後の半導体基板１２１は、後述する半導体基板の再生方法によって再生半導体基板となり、再度ＳＯＩ基板の作製に用いることができる。なお、図１では図示しないが、分離後の半導体基板１２１の周縁部には凸部が存在している。
【００３２】
熱処理を行う場合、当該熱処理によって脆化領域１０４に形成されている微小な孔にはイオンビームを照射することにより打ち込まれた原子が析出し、微小な孔の内部の圧力が上昇する。圧力の上昇により、脆化領域１０４には亀裂が生じるため、脆化領域１０４において半導体基板１００が分離することになる。絶縁層１２２と絶縁層１２３とは接合しているため、ベース基板１２０上には絶縁層１２２と絶縁層１２３を介して半導体基板１００から分離された半導体層１２４が残存する。
【００３３】
その後、半導体層１２４の表面処理等を行うことによって、平坦な半導体層１２４を形成する。表面処理としては、例えば、レーザビームの照射処理や、エッチング処理、ＣＭＰなどの研磨処理がある。
【００３４】
以上の工程により、ベース基板１２０上に絶縁層１２２、１２３を介して半導体層１２４が設けられたＳＯＩ基板を得ることができる。
【００３５】
＜再生ボンド基板の形成工程＞
次に、分離後の半導体基板１２１の再生工程について図２を参照して説明する。
【００３６】
半導体基板１２１の周縁部には凸部１２６が存在する（図２（Ａ）参照）。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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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及びイオンが添加された半導体領域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及びイオンが添加された半導体領域１２７と同様に、損傷半導体領域と呼ぶことができる。
【００４０】
図２（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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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のエッチング処理と呼ぶ）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。
【００４４】
はじめに、第１のエッチング処理について図２（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。
【００４５】
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。または、５％フッ酸溶液を用いてもよい。当該ウェットエッチング処理は、１８０秒間から３００秒間程度行うことが好ましい。
【００４６】
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し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。
【００４７】
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よい。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よい。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。
【００４８】
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を選択的に除去する。
【００４９】
より具体的には、半導体材料を酸化する物質である硝酸と、硝酸によって酸化された半導体材料を溶解する物質と、半導体材料の酸化速度及び酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質と、自己触媒として機能する亜硝酸と、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。混合液に含まれる亜硝酸濃度は、１０ｍｇ／ｌ以上１０００ｍｇ／ｌ以下とするのが好ましく、５０ｍｇ／ｌ以上３００ｍｇ／ｌ以下とするのがより好ましい。
【００５０】
第２のエッチング処理は、３０秒間以上１２０秒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１：２：１０の混合液を用いる場合は、４５秒間以上１０５秒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４０℃以下程度とすることが好ましく、例えば、３０℃とすることが好適である。
【００５１】
ここで、硝酸によって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、半導体材料の酸化速度及び酸化された半導体材料の溶解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。
【００５２】
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％）、酢酸（濃度：９７．７重量％）、及び亜硝酸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１：２：１０（亜硝酸濃度１０ｍｇ／ｌ以上１０００ｍｇ／ｌ以下）とすることが好ましい。
【００５３】
上述したように、混合液に含まれる硝酸は、半導体基板を構成する材料の酸化を行う。例えば、半導体基板としてシリコンウエハを用いる場合、硝酸はシリコンの酸化を行い、その化学反応式は、次の式（１）のように表せる。
３Ｓｉ＋４ＨＮＯ３ → ３ＳｉＯ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ＮＯ （１）
【００５４】
ここで、式（１）は、以下の式（２）及び式（３）で表される素反応を含む。
ＨＮＯ２＋ＨＮＯ３＋Ｈ２Ｏ → ２ＨＮＯ２＋２ＯＨ−＋２ｈ＋ （２）
Ｓｉ＋４ｈ＋＋２Ｈ２Ｏ → ＳｉＯ２＋４Ｈ＋ （３）
【００５５】
上記式（２）において、ＨＮＯ２は、自己の合成を促進する自己触媒として機能しており、反応が進むたびにＨＮＯ２が増加する。また、ＨＮＯ２の増加に伴いシリコンの酸化速度も増加する。シリコンウエハのエッチングは、酸化されたシリコン（ＳｉＯ２）を溶解することによって反応が起こるため、シリコンの酸化速度が増加することでエッチングレートも増大することとなる。
【００５６】
なお、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。
【００５７】
例えば、混合液中に含まれる亜硝酸が低濃度である場合、初期状態においては上記式（２）の反応の確率が低いため、エッチング時間に対するエッチング量の変化も僅かであるが、ＨＮＯ２の濃度がある程度以上になると、式（２）の反応速度がＨＮＯ２濃度に比例して加速度的に大きくなる。したがって、一定時間を経過した混合液においては、エッチングレートが初期状態と異なるため、連続的に基板を処理する場合に安定したエッチングレートを得ることが困難となる。
【００５８】
一方、本実施の形態で示す混合液は、混合液中に含まれる亜硝酸が高濃度（例えば、１０ｍｇ／ｌ以上、好ましくは５０ｍｇ／ｌ以上）であるため、初期状態においても式（２）の反応が安定的に行われる。よって、エッチング時間に対するエッチング量の増加を線形的に得ることができ、エッチングレートの安定化を実現することができる。よって、連続的に基板を処理することが可能となるため、生産性を向上させることができる。また、本実施の形態で示す混合液は、エッチングレートが大きいため、当該混合液を用いて再生処理を行うことで処理時間の短縮化を図ることができる。
【００５９】
なお、混合液中に含まれる亜硝酸を高濃度とするには、例えば、硝酸と、硝酸によって酸化された半導体材料を溶解する物質と、半導体材料の酸化速度及び酸化された半導体材料の溶解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ダミー基板をウェットエッチング処理すればよい。
【００６０】
また、混合液中の亜硝酸濃度を高くしすぎると、硝酸によって酸化された半導体材料を溶解する物質による半導体材料の溶解がウェットエッチングの律速となるため、亜硝酸濃度は１０００ｍｇ／ｌ以下好ましくは３００ｍｇ／ｌ以下とする。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
なお、本明細書等において、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。
【００６４】
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１．７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１．７以上になる。
【００６５】
このように、半導体材料を酸化する物質として硝酸と、硝酸によって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、自己触媒として機能する亜硝酸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、損傷半導体領域を選択的に除去することができる。
【００６６】
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。
【００６７】
また、本実施の形態で示す半導体基板の再生方法に用いられるエッチャントは、亜硝酸を自己触媒として含むことで、亜硝酸を含まない、または低濃度含む混合液と比較してエッチングレートを増大させることができるため、エッチング処理をごく短時間で行うことが可能である。また、亜硝酸を高濃度（例えば、１０ｍｇ／ｌ以上）含むことで、安定したエッチングレートで基板の再生処理を行うことができる。よって、再生半導体基板のバラツキを抑制することができる。さらには、安定したエッチングレートを有するため、基板を連続的に処理することも可能である。したがって、再生半導体基板の生産性を向上させることができる。
【００６８】
なお、凸部１２６における損傷半導体領域（半導体領域１２５及びイオンが添加された半導体領域１２７）の厚さと、それ以外の領域における損傷半導体領域（イオンが添加された半導体領域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。
【００６９】
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（イオンが添加された半導体領域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１．７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、イオンが添加された半導体領域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。
【００７０】
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１．２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。
【００７１】
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。
【００７２】
以上により半導体基板１２１が再生され、図２（Ｄ）に示すように再生半導体基板１３２が完成する。
【００７３】
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、またはレーザ光の照射処理などがある。
【００７４】
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。
【００７５】
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である硝酸と、硝酸によって酸化された半導体材料を溶解する物質と、半導体材料の酸化速度及び酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質と、自己触媒として機能する亜硝酸と、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選択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。
【００７６】
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。
【００７７】
（実施の形態２）
本実施の形態に係るＳＯＩ基板の製造方法では、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。そして、半導体層が分離され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、図３乃至図５のＳＯＩ基板作製工程図を参照して、本実施の形態に係るＳＯＩ基板の製造方法の一例について説明する。
【００７８】
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５の工程Ａに相当する。
【００７９】
まず、半導体基板１００を準備する（図３（Ａ）および図５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（１２５ｍｍ）、直径６インチ（１５０ｍｍ）、直径８インチ（２００ｍｍ）、直径１２インチ（３００ｍｍ）、直径１６インチ（４００ｍｍ）サイズの円形のものが代表的である。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。
【００８０】
なお、半導体基板１００の表面は、硫酸過酸化水素水混合溶液（ＳＰＭ）、アンモニア過酸化水素水混合溶液（ＡＰＭ）、塩酸過酸化水素水混合溶液（ＨＰＭ）、希フッ酸（ＤＨＦ）、オゾン水などを用いて適宜洗浄しておくのが好ましい。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。
【００８１】
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１２３を形成する（図３（Ｂ）および、図５の工程（Ａ−２）参照）。絶縁層１２３は、単層であっても、複数の絶縁膜を積層して用いたものであっても良い。絶縁層１２３は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、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１２３として用いる場合について説明する。
【００８２】
酸化シリコンを絶縁層１２３として用いる場合、絶縁層１２３はシランと酸素、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）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１２３の表面を酸素プラズマ処理で緻密化しても良い。
【００８３】
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１２３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：化学式Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ：化学式Ｓｉ（ＣＨ３）４）、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（ＳｉＨ（ＯＣ２Ｈ５）３）、トリスジメチルアミノシラン（ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ３）２）３）等のシリコン含有化合物を用いることができる。
【００８４】
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１２３を形成することもできる。上記酸化膜を形成するための熱酸化処理には、ドライ酸化を用いても良いが、酸化雰囲気中にハロゲンを含むガスを添加しても良い。ハロゲンを含むガスとしては、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＦ３、ＨＢｒ、Ｃｌ２、ＣｌＦ３、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。なお、図３（Ｂ）では、半導体基板１００を覆うように絶縁層１２３が形成されているが、本発明の一態様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１２３を設ける場合、半導体基板１００の一方の面にのみ絶縁層１２３が形成されていてもよい。
【００８５】
熱酸化膜の形成条件の一例としては、酸素に対しＨＣｌを０．５〜１０体積％（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０．１〜６時間、好ましくは０．５〜１時間とすればよい。形成される酸化膜の膜厚は、１０ｎｍ〜１１００ｎｍ（好ましくは５０ｎｍ〜１５０ｎｍ）、例えば１００ｎｍとすることができる。
【００８６】
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／ｃｍ３〜１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３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）を酸化膜が捕集するので、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。
【００８７】
また、絶縁層１２３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。具体的には、絶縁層１２３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１２３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こととなる。それにより絶縁層１２３中に捕集した当該不純物を固定して半導体基板１００の汚染を防ぐことができる。また、絶縁層１２３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しうる。
【００８８】
特に、ハロゲンを含む雰囲気下における熱処理により、絶縁層１２３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。
【００８９】
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。
【００９０】
また、絶縁層１２３中に含まれるハロゲン元素は、絶縁層１２３に歪みを形成する。その結果、絶縁層１２３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１２３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１２３中に素早く吸収し、拡散させることができる。
【００９１】
また、ベース基板として、アルカリ金属若しく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ようなガラス基板を用いる場合、上記不純物がベース基板からＳＯＩ基板の半導体層に拡散することを防止できるような膜を、少なくとも１層以上、絶縁層１２３が含んでいることが好ましい。このような膜には、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜などがある。このような膜を絶縁層１２３が有することで、絶縁層１２３をバリア膜（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。
【００９２】
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の混合ガス、またはシランと一酸化二窒素の混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ等の気相成長法によって形成することができる。
【００９３】
例えば、絶縁層１２３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、窒化酸化シリコン膜で形成することができる。
【００９４】
絶縁層１２３を、バリア膜として機能する２層構造とする場合は、上層は、バリア機能の高い絶縁膜で構成する。上層の絶縁膜は、例えば厚さ１５ｎｍ〜３００ｎｍの窒化シリコン膜、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および半導体基板１００を熱酸化して形成した熱酸化膜などがある。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。
【００９５】
例えば、絶縁層１２３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、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１２３を形成すると良い。
【００９６】
次に、半導体基板１００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１２３を介して照射し、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）および、図５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。また、加速エネルギーは加速電圧などにより調節できる。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、例えば１００ｎｍ程度である。なお、本実施の形態では、イオンビームの照射を絶縁層１２３の形成後に行っているが、これに限られず、絶縁層１２３の形成前にイオンビームの照射を行っても良い。
【００９７】
脆化領域１０４の形成は、イオンドーピング処理で行うことができる。イオンドーピング処理には、イオンドーピング装置を用いて行うことができる。イオンドーピング装置の代表的な例としては、プロセスガスをプラズマ励起して生成された全てのイオン種をチャンバー内に配置された被処理体に照射する非質量分離型の装置がある。非質量分離型の装置では、プラズマ中のイオン種を質量分離しないで、全てのイオン種を含むイオンビームを被処理体に照射する。
【００９８】
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、およびイオンを加速し、照射するための加速機構である。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、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。加速機構は、引出電極、加速電極、減速電極、接地電極等の電極など、および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。
【００９９】
本実施の形態では、イオンドーピング装置を用い、プラズマソースガスをプラズマ励起して生成された全てのイオン種を含むイオンビームを半導体基板１００に照射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、水素を含むガス、例えば、Ｈ２を供給する。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に打ち込む。
【０１００】
上記イオンビームの照射処理においては、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、そのＨ３＋の割合を８０％以上とする。プラズマ中のＨ３＋の割合を高くすることで、水素イオンを効率よく、半導体基板１００に打ち込むことができるためである。なお、Ｈ３＋はＨ＋の３倍の質量を持つことから、同じ深さに水素原子を１つ打ち込む場合、Ｈ３＋の加速電圧は、Ｈ＋の加速電圧の３倍にすることが可能である。これにより、イオンビーム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打ち込むことで、半導体基板１００の同じ深さに集中させてイオンを打ち込むことができる。
【０１０１】
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、半導体特性の向上、大面積化、低コスト化、生産性向上などの顕著な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、重金属も同時に導入されるおそれがあるが、塩素原子を含有する絶縁層１２３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。
【０１０２】
脆化領域１０４の形成は、イオン注入装置を用いたイオン注入処理で行ってもよい。イオン注入装置は、チャンバー内に配置された被処理体に、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、特定のイオン種を含むイオンビームを被処理体に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＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋を質量分離して、これらのいずれかを半導体基板１００に打ち込む。
【０１０３】
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のイオンビーム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打ち込むことができる。このため、打ち込まれるイオンの深さ方向のプロファイルにおいて、ピークをシャープにすることが可能であり、分離される半導体層の表面平坦性を高めることが容易である。また、その電極構造から、重金属による汚染が比較的小さく、半導体層の特性悪化を抑制することができるため好適である。
【０１０４】
次に、絶縁層１２３が形成された半導体基板１００を洗浄する。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ことができる。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）を用いることが望ましい。上述の超音波洗浄や２流体ジェット洗浄の後、半導体基板１００をオゾン水で洗浄してもよい。オゾン水で洗浄することで、有機物の除去と、絶縁層１２３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。
【０１０５】
絶縁層１２３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５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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
酸素を含む雰囲気下で、２００ｎｍ未満の波長を含む光および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）
【０１０８】
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。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。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。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。
【０１０９】
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）
【０１１０】
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。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。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と酸素が生成される。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。
【０１１１】
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などの化学結合を切断し、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およ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。
【０１１２】
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。オゾンおよび一重項酸素は、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。
【０１１３】
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５の工程Ｂに相当する。
【０１１４】
まず、ベース基板１２０を準備する（図５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、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。他にも、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。
【０１１５】
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適である。マザーガラスには、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ＩＣ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ので、生産性を飛躍的に向上させることができる。
【０１１６】
また、ベース基板１２０上には絶縁層１２２を形成しておくのが望ましい（図５の工程（Ｂ−２）参照）。もちろん、ベース基板１２０上の絶縁層１２２は必須の構成ではないが、例えば、ベース基板１２０上に絶縁層１２２として、バリア膜として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で、ベース基板１２０から半導体基板１００に、アルカリ金属やアルカリ土類金属などの不純物が入り込むのを防ぐことができる。
【０１１７】
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ことができる。
【０１１８】
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ことができる。また、絶縁層１２３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５の工程（Ｂ−３）参照）。
【０１１９】
次に、半導体基板１００とベース基板１２０とを貼り合わせ、半導体基板１００を、半導体層１２４と半導体基板１２１とに分離する工程について説明する。当該工程は、図５の工程Ｃに相当する。
【０１２０】
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）および、図５の工程（Ｃ−１）参照）。ここでは、絶縁層１２３および絶縁層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。
【０１２１】
貼り合わせは、ベース基板１２０の端の一箇所に０．１Ｎ／ｃｍ２〜５００Ｎ／ｃｍ２、好ましくは１Ｎ／ｃｍ２〜２０Ｎ／ｃｍ２程度の圧力を加えることで実現される。ベース基板１２０の圧力をかけた部分から半導体基板１００とベース基板１２０とが接合し始め、自発的に接合が全面におよび、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その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うる。
【０１２２】
なお、半導体基板１００の周縁部にはエッジロールオフ領域と呼ばれる領域が存在し、当該領域では、半導体基板１００（絶縁層１２３）とベース基板１２０（絶縁層１２２）とは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、ベース基板１２０と半導体基板１００とは接触しない。
【０１２３】
半導体基板１００の作製に用いられるＣＭＰ法では、その原理から、半導体基板周縁部の研磨が中央部より早く進む傾向にあり、これによって、半導体基板１００の周縁部には、半導体基板１００の中央部より厚みが小さい領域（エッジロールオフ領域）が形成される。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と貼り合わせられないことがある。
【０１２４】
一のベース基板１２０に複数の半導体基板１００を貼り合わせる場合には、各半導体基板１００に圧力をかけるようにすることが望ましい。半導体基板１００の厚さの違いにより、ベース基板１２０と接触しない半導体基板１００が生じうるためである。なお、半導体基板１００の厚さが多少異なる場合であっても、ベース基板１２０のたわみなどによって半導体基板１００とベース基板１２０とを密着させることができる場合には、貼り合わせを良好に行うことができるため、この限りでない。
【０１２５】
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望ましい（図５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適である。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、同様の効果を得ることができる。なお、上述の熱処理は、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望ましい。熱処理前の基板の搬送による基板の剥離を防止できるためである。
【０１２６】
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、付着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望ましい。さらに、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。
【０１２７】
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を形成すると共に、半導体基板１２１を形成する（図４（Ｂ）および、図５の工程（Ｃ−３）参照）。上述のエッジロールオフ領域およ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。
【０１２８】
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、マイクロ波加熱装置などを用いて行うことができる。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、処理時間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、処理時間２時間以上４時間以内とすることができる。
【０１２９】
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、５〜３０分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。
【０１３０】
半導体層１２４および、半導体基板１２１の分離に係る界面には、イオンビームの照射処理などによって損傷した半導体領域１２９、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であったものである。このため、半導体領域１２９および半導体領域１３３は多くの水素を含み、多くの結晶欠陥やボイドを含んでいる。
【０１３１】
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および面取部に対応する領域）には、凸部１２６が存在する。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、および絶縁層１２３によって構成されている。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から、多くの水素を含み、多くの結晶欠陥やボイドを含んでいる。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、イオン等の打ち込みに起因する結晶欠陥が形成されている。
【０１３２】
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５の工程Ｄに相当する。
【０１３３】
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では、脆化領域１０４の形成および脆化領域１０４における半導体基板１００の分離によって、結晶欠陥が形成され、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）および、図５の工程（Ｄ−１）参照）。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法または液体ジェット研磨法などにより、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も研磨され、半導体層１２４が薄膜化されることもある。
【０１３４】
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。
【０１３５】
また、上記研磨およ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共に、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。
【０１３６】
また、結晶欠陥の低減および平坦性向上のために、半導体領域１３３および半導体層１２４にレーザビームを照射しても良い（図５の工程（Ｄ−２）参照）。
【０１３７】
なお、レーザビームを照射する前に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、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。しかし、上記レーザビームの照射により、このような欠陥を補修することが可能である。
【０１３８】
レーザビームの照射工程では、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。当該レーザビームの照射によって、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望ましい。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の結晶性が低下するからである。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。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１２３との界面まで溶融され、液体状態になることをいう。他方、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。
【０１３９】
レーザビームを照射した後には、半導体層１２４の表面をエッチングしても良い。なお、この場合には、レーザビームの照射を行う前に半導体領域１３３をエッチングしても良いし、しなくとも良い。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共に、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。
【０１４０】
レーザビームを照射した後には、半導体層１２４に５００℃以上６５０℃以下の熱処理を行うことが望ましい（図５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。熱処理には、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）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。ＲＴＡ装置には、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）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。
【０１４１】
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５の工程Ｆ参照）。
【０１４２】
＜半導体基板の再生処理＞
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５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。
【０１４３】
以上により、半導体基板１２１は再生半導体基板１３２へと再生される。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。
【０１４４】
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低減することができる。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、損傷半導体領域を選択的に除去することができる。また、半導体基板の再生処理において除去される半導体基板の量を十分に抑制することができる。
【０１４５】
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。
【０１４６】
（実施の形態３）
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。
【０１４７】
ボンド基板として用いられる半導体基板に、絶縁層および脆化領域を形成する（図５の工程Ａに相当）。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、これらに関しては、先の実施の形態の記載を参酌すればよい。
【０１４８】
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（図５の工程Ｂに相当）。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、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。
【０１４９】
単結晶シリコン基板としては、直径５インチ（１２５ｍｍ）、直径６インチ（１５０ｍｍ）、直径８インチ（２００ｍｍ）、直径１２インチ（３００ｍｍ）、直径１６インチ（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、異ならせても良い。
【０１５０】
ベース基板の表面は、硫酸過酸化水素水混合溶液（ＳＰＭ）、アンモニア過酸化水素水混合溶液（ＡＰＭ）、塩酸過酸化水素水混合溶液（ＨＰＭ）、希フッ酸（ＤＨＦ）、オゾン水などを用いて適宜洗浄しておくのが望ましい。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。
【０１５１】
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、単数の絶縁膜を用いたものであっても、複数の絶縁膜を積層して用いたものであっても良い。絶縁層は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、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。
【０１５２】
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適であるが、酸化雰囲気中にハロゲンを含むガスを添加しても良い。ハロゲンを含むガスとしては、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＦ３、ＨＢｒ、Ｃｌ２、ＣｌＦ３、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。
【０１５３】
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、オゾン水による洗浄などを用いて行うことができる。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。
【０１５４】
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（図５の工程Ｃに相当）。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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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（図５の工程Ｄに相当）。
【０１５８】
ベース基板に密着された半導体層には、脆化領域の形成および脆化領域における半導体基板の分離に伴い結晶欠陥が形成され、また、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共に、表面の平坦性を向上させるのが好適である。上記熱処理は、８００℃〜１３００℃、代表的には、８５０℃〜１２００℃の温度条件で行うことが望ましい。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、結晶欠陥を十分に低減し、表面の平坦性を向上させることが可能である。
【０１５９】
熱処理には、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）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℃〜１１５０℃で１分〜４時間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。
【０１６０】
熱処理前または熱処理後において、半導体層にレーザビームを照射しても良い。レーザビーム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。レーザビーム照射の詳細については、先の実施の形態を参酌できる。
【０１６１】
また、熱処理前または熱処理後には、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、化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）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。
【０１６２】
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（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平坦化してもよい。
【０１６３】
また、上記研磨およ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共に、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。
【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。
【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（図５の工程Ｅに相当）。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。
【０１６６】
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低減することができる。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、ボンド基板にごくわず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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
（実施の形態４）
先の実施の形態において作製されたＳＯＩ基板を用いた半導体装置の一例を、図６に示す。
【０１６９】
図６は、ｎチャネル型薄膜トランジスタであるトランジスタ２８０、およびｐチャネル型薄膜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、トランジスタ２８１は、絶縁層１２３および絶縁層１２２を介してベース基板１２０上に形成されている。このような複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）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６に示す半導体装置の作製方法について説明する。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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、半導体層２５２を形成する。半導体層２５１はｎチャネル型のＴＦＴを構成し、半導体層２５２はｐチャネル型のＴＦＴを構成する。
【０１７２】
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。
【０１７３】
なお、半導体層には、ＴＦＴ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添加しておくことが望ましい。例えば、ｎチャネル型ＴＦＴ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ＴＦＴ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。
【０１７４】
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ＴＦＴ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。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ＴＦＴ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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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およ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。
【０１７７】
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、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、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。
【０１７８】
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 Ｓｉｌｉｃａｔｅ 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。バリアメタル膜は、モリブデン、クロム、チタンなどを用いて形成することができる。
【０１７９】
以上の工程により、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴ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低減することが可能である。
【０１８０】
なお、本実施の形態では、図６に係る半導体装置およ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、ＴＦＴ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。
【０１８１】
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】
【０１８２】
本実施例では、ＳＯＩ基板の作製で副生される分離後の半導体基板（ボンド基板）に対して、本発明の一態様の半導体基板の再生方法によって、残存した絶縁膜を除去した後、ウェットエッチング処理を行い、再生処理を行った。以下にその結果を示す。
【０１８３】
まず、本実施例で用いた半導体基板について説明する。
【０１８４】
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雰囲気下で熱酸化し、基板表面に１００ｎｍの厚さの熱酸化膜を形成した。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。
【０１８５】
次に、熱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ビームを照射した。本実施例では、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に打ち込むことで、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、ドーズ量を２．７×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２とした。
【０１８６】
そして、半導体基板を、熱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、さらに、６００℃で１２０分の熱処理を行って、脆化領域において半導体基板から薄膜の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共に、周縁部に凸部を有する半導体基板が作製された。
【０１８７】
次に、上述の半導体基板に対する処理について説明する。
【０１８８】
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５％フッ酸溶液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１８０秒とした。
【０１８９】
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、１：２：１０の体積比で混合した混合液をエッチャントとして用いてウェットエッチング処理を行った。なお、本実施例で用いたエッチャントの亜硝酸濃度を半定量イオン試験紙（ＱＵＡＮＴＯＦＩＸ Ｎｉｔｒｉｔｅ及びＮｉｔｒｉｔｅ３０００）によって評価したところ、８０ｍｇ／ｌ〜１００ｍｇ／ｌであった。また、本実施例で用いたエッチャントにおいて、フッ酸は濃度が５０重量％のもの（ステラケミファ社製）、硝酸は濃度が７０重量％のもの（和光純薬株式会社製）、酢酸は、濃度が９７．７重量％のもの（キシダ化学株式会社製）を用いた。また、エッチャントの液温は３０℃とし、エッチング時間は１５秒、３０秒、４５秒、６０秒、７５秒、９０秒、１０５秒、１２０秒、１３５秒または１８０秒のいずれかとした。
【０１９０】
以上の方法により作製された１０種類の再生半導体基板について、魔鏡評価システムによる観察と、光学顕微鏡による観察を行った。
【０１９１】
本実施例において、魔鏡評価システムは、コベルコ科研製魔鏡システムＭＩＳ−２０００Ｚを用いて測定し、観察像を撮影した。魔鏡評価システムは、近くからでは容易に分からない程度の微細な凹凸を鏡の表面に刻み、光を反射させて結像させる距離を数メートルほど長くすることで光の焦点がずれ始め文様となって見える魔鏡の原理を応用して、表面の微細な凹凸を検出する装置である。魔鏡の原理により、鏡面加工された試料表面の目に見えない凹凸を、凸部は暗い像にて、凹部は明るい像にて表示することができる。この装置を利用することにより基板表面上のマクロなレベルでのわずかな面荒れ、突起、凹み、研磨痕、研磨ムラ、クラック、サーマルスリップなどを観察することができる。
【０１９２】
また、光学顕微鏡による観察は、オリンパス株式会社製光学顕微鏡ＭＸ６１Ｌを用いて基板周辺部の写真撮影を行った。なお、光学顕微鏡写真は、倍率５０倍のノマルスキー像で撮影した。
【０１９３】
魔鏡評価システムによる、再生半導体基板の観察像を図７（Ａ１）乃至（Ｅ１）および図８（Ａ１）乃至（Ｅ１）に示す。また、光学顕微鏡写真を図７（Ａ２）乃至（Ｅ２）および図８（Ａ２）乃至（Ｅ２）に示す。図７（Ａ）乃至（Ｅ）はそれぞれ順にエッチング時間を１５秒、３０秒、４５秒、６０秒、または７５秒とした再生半導体基板の観察像であり、図８（Ａ）乃至（Ｅ）は、それぞれ順にエッチング時間を９０秒、１０５秒、１２０秒、１３５秒または１８０秒とした再生半導体基板の観察像である。すなわち、図７（Ａ１）は、エッチング時間１５秒における魔鏡評価システムによる観察像であり、図７（Ａ２）は、その光学顕微鏡による観察像である。また、図８（Ａ１）は、エッチング時間９０秒における魔鏡評価システムによる観察像であり、図８（Ａ２）は、その光学顕微鏡による観察像である。
【０１９４】
図７（Ａ１）乃至（Ｅ１）および図８（Ａ１）乃至（Ｅ１）より、本実施例で作製した再生半導体基板は、エッチング時間を１３５秒又は１８０秒とした場合には、点線の丸で囲んだ領域において暗い像が観察され、再生半導体基板の表面に凹凸が確認されるものの、エッチング時間が１５秒乃至１２０秒の条件においては、半導体基板表面の凹凸が少なく、平坦性が良好であることが分かる。
【０１９５】
また、図７（Ａ２）乃至（Ｅ２）および図８（Ａ２）乃至（Ｅ２）において、右側が基板周辺部を示している。本実施例で作製した再生半導体基板は、エッチング時間を１５秒とした場合には、多少の段差残りが観察されるものの、エッチング時間を３０秒以上とすることで欠陥などを有する残存した単結晶シリコン層に起因する段差が除去されていることが確認される。
【０１９６】
また、本実施例において、エッチング時間を１５秒、３０秒、４５秒、６０秒、７５秒、９０秒、１０５秒、１２０秒、１３５秒または１８０秒とした場合におけるシリコンウエハのエッチング量を測定した。図９に、シリコンウエハのエッチング量とエッチング時間の関係を図示する。図９において、縦軸はシリコン基板のエッチング量（μｍ）、横軸は処理時間（秒）を示す。
【０１９７】
図９より、本実施例で用いたエッチャントは、エッチング時間に対するエッチング量が線形に増加していることが確認された。よって、本実施例のエッチャントを用いることで、安定したエッチングレートを得ることができることが示された。
【符号の説明】
【０１９８】
１００ 半導体基板
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
１３２ 再生半導体基板
１３３ 半導体領域
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】
開示する発明は、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基板を用い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の特徴を活かすことで、集積回路中のトランジスタ同士を完全に分離して形成することができる。また、トランジスタを完全空乏型とすることができるため、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】
ＳＯＩ基板の作製方法として水素イオン注入剥離法を用いる場合には、一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低減することが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】
水素イオン注入剥離法に用いられるボンド基板は、ＳＯＩ基板の作製段階における化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）処理に起因して、周縁部にエッジロールオフ（Ｅｄｇｅ Ｒｏｌｌ Ｏｆｆ：Ｅ．Ｒ．Ｏ．）と呼ばれる領域を有する。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、また、ボンド基板の中央領域と比較して、厚みが小さくなっている。
【０００７】
イオン注入剥離法を用いてＳＯＩ基板を作製する場合、ボンド基板とベース基板とを貼り合わせることになるが、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から、貼り合わせ表面には所定の平坦性が求められる。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、当然に、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】
上記問題に鑑み、本明細書で開示する発明の一態様は、半導体基板の再生に適した方法を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様では、半導体基板の再生に適した方法を用いて再生半導体基板を作製することを目的の一とする。または、本発明の一態様では、当該再生半導体基板を用いてＳＯＩ基板を作製することを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様では、イオンの添加等により損傷した半導体領域（以下、損傷半導体領域とも表記する）を優先的、言い換えると、該領域を選択的に除去することが可能な方法を用いて単結晶シリコン層領域及び絶縁層よりなる凸部を除去する。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。具体的には、以下の方法を適用することができる。
【００１１】
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、硝酸、硝酸によって酸化された半導体基板を構成する半導体材料を溶解する物質、半導体材料の酸化速度及び酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質、及び亜硝酸を含み、亜硝酸の濃度が１０ｍｇ／ｌ以上１０００ｍｇ／ｌ以下である混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して損傷半導体領域を選択的に除去するエッチング処理と、を行う半導体基板の再生方法である。
【００１２】
また、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を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、硝酸、硝酸によって酸化された半導体基板を構成する半導体材料を溶解する物質、半導体材料の酸化速度及び酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質、及び亜硝酸を含み、亜硝酸の濃度が１０ｍｇ／ｌ以上１０００ｍｇ／ｌ以下である混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して損傷半導体領域を選択的に除去するエッチング処理と、を行う半導体基板の再生方法である。
【００１３】
上記において、イオンの照射は、質量分離を行わずになされたものであるのが好ましい。また、イオンは、Ｈ３＋を含むのが好ましい。
【００１４】
また、上記の半導体基板の再生方法において、硝酸によって酸化された半導体基板を構成する半導体材料を溶解する物質としてフッ酸を用い、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のが好ましい。
【００１５】
また、上記に記載の半導体基板の再生方法のいずれか一を用いて、半導体基板から再生半導体基板を作製する再生半導体基板の作製方法も本発明の一態様に含まれる。
【００１６】
また、本発明の他の一態様は、上記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、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ＳＯＩ基板の作製方法である。
【００１７】
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を含む。
【００１８】
なお、本明細書において損傷半導体領域とは、単結晶半導体領域が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ものであるのに対し、イオン等の打ち込みに起因して、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、本明細書において未損傷半導体領域とは、単結晶半導体領域が結晶を構成している原子が空間的に規則的に配列しているものをいい、イオン等が打ち込まれていない単結晶半導体領域と同等の領域のことをいう。
【発明の効果】
【００１９】
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選択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。
【００２０】
また、上記半導体基板の再生方法を用いて再生半導体基板を作製することで、再生処理における半導体基板の生産性を向上させることができる。そのため、再生半導体基板の作製にかかるコストを低減することができる。
【００２１】
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】
【００２２】
【図１】ＳＯＩ基板の作製方法を示す断面図である。
【図２】半導体基板の再生処理方法を示す断面図である。
【図３】ＳＯＩ基板の作製方法を示す断面図である。
【図４】ＳＯＩ基板の作製方法を示す断面図である。
【図５】ＳＯＩ基板の作製工程を示す図である。
【図６】ＳＯＩ基板を用いた半導体装置を示す断面図である。
【図７】半導体基板の魔鏡評価システムによる観察像及び光学顕微鏡写真を示す図である。
【図８】半導体基板の魔鏡評価システムによる観察像及び光学顕微鏡写真を示す図である。
【図９】実施例のエッチング量とエッチング時間の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（実施の形態１）
本実施の形態では、ＳＯＩ基板の作製方法の一例と、当該ＳＯＩ基板の作製に用いた半導体基板の再生方法の一例について、図１及び図２を用いて説明する。
【００２４】
＜ＳＯＩ基板の作製工程＞
ＳＯＩ基板の作製工程について図１を参照して説明する。まず、ベース基板１２０とボンド基板とを準備する（図１（Ａ）、図１（Ｂ）参照）。
【００２５】
ベース基板１２０としては、絶縁体でなる基板を用いることができる。例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような電子工業用に使われる各種ガラス基板、石英基板、セラミック基板、サファイア基板が挙げられる。なお、上記ガラス基板においては、一般に、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）を多く有させることでガラスの耐熱性が向上するが、酸化ホウ素と比較して酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含ませることで、より実用的な耐熱ガラスが得られる。このため、Ｂ２Ｏ３よりＢａＯを多く含むガラス基板を用いると良い。また、ベース基板として耐熱性の高い基板を用いてもよい。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、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。なお、本実施の形態では、ベース基板１２０としてガラス基板を用いる場合について説明する。ベース基板１２０として大面積化が可能で安価なガラス基板を用いることにより、低コスト化を実現できる。
【００２６】
ボンド基板としては、半導体基板１００を用いることができる。例えば、単結晶シリコン基板、単結晶ゲルマニウム基板、単結晶シリコンゲルマニウム基板など、第１４族元素でなる単結晶半導体基板を用いることができる。また、ガリウムヒ素やガリウムヒ素リン、インジウムガリウムヒ素等の化合物半導体基板を用いることもできる。市販のシリコン基板としては、直径５インチ（１２５ｍｍ）、直径６インチ（１５０ｍｍ）、直径８インチ（２００ｍｍ）、直径１２インチ（３００ｍｍ）、直径１６インチ（４００ｍｍ）サイズの円形のものが代表的である。なお、半導体基板１００の形状は円形に限られず、例えば、矩形等に加工して用いることも可能である。また、半導体基板１００は、ＣＺ（チョクラルスキー）法やＦＺ（フローティングゾーン）法を用いて作製することができる。
【００２７】
次に、半導体基板１００の表面から所定の深さに脆化領域１０４を形成する。そして、絶縁層１２２、１２３を介してベース基板１２０と半導体基板１００とを貼り合わせる（図１（Ｃ）参照）。
【００２８】
上記において、脆化領域１０４は、半導体基板１００に形成された絶縁層１２３に、例えば、水素イオンビームを照射することにより、半導体基板１００中に水素イオンを打ち込むことで形成することができる。
【００２９】
また、絶縁層１２２、１２３は、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等の絶縁層を単層で、または積層させて形成することができる。これらの膜は、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等を用いて形成することができる。
【００３０】
なお、本明細書等において、酸化窒化物とは、その組成において、窒素よりも酸素の含有量（原子数）が多いものを示し、例えば、酸化窒化シリコンとは、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。また、窒化酸化物とは、その組成において、酸素よりも窒素の含有量（原子数）が多いものを示し、例えば、窒化酸化シリコンとは、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、上記範囲は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）や、水素前方散乱分析法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて測定した場合のものである。また、構成元素の含有比率の合計は、１００原子％を超えない。
【００３１】
次に、熱処理などによって、脆化領域１０４にて半導体基板１００を半導体層１２４と分離後の半導体基板１２１とに分離することにより、ベース基板１２０上に半導体層１２４を形成する（図１（Ｄ）参照）。分離後の半導体基板１２１は、後述する半導体基板の再生方法によって再生半導体基板となり、再度ＳＯＩ基板の作製に用いることができる。なお、図１では図示しないが、分離後の半導体基板１２１の周縁部には凸部が存在している。
【００３２】
熱処理を行う場合、当該熱処理によって脆化領域１０４に形成されている微小な孔にはイオンビームを照射することにより打ち込まれた原子が析出し、微小な孔の内部の圧力が上昇する。圧力の上昇により、脆化領域１０４には亀裂が生じるため、脆化領域１０４において半導体基板１００が分離することになる。絶縁層１２２と絶縁層１２３とは接合しているため、ベース基板１２０上には絶縁層１２２と絶縁層１２３を介して半導体基板１００から分離された半導体層１２４が残存する。
【００３３】
その後、半導体層１２４の表面処理等を行うことによって、平坦な半導体層１２４を形成する。表面処理としては、例えば、レーザビームの照射処理や、エッチング処理、ＣＭＰなどの研磨処理がある。
【００３４】
以上の工程により、ベース基板１２０上に絶縁層１２２、１２３を介して半導体層１２４が設けられたＳＯＩ基板を得ることができる。
【００３５】
＜再生ボンド基板の形成工程＞
次に、分離後の半導体基板１２１の再生工程について図２を参照して説明する。
【００３６】
半導体基板１２１の周縁部には凸部１２６が存在する（図２（Ａ）参照）。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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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及びイオンが添加された半導体領域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及びイオンが添加された半導体領域１２７と同様に、損傷半導体領域と呼ぶことができる。
【００４０】
図２（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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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のエッチング処理と呼ぶ）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。
【００４４】
はじめに、第１のエッチング処理について図２（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。
【００４５】
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。または、５％フッ酸溶液を用いてもよい。当該ウェットエッチング処理は、１８０秒間から３００秒間程度行うことが好ましい。
【００４６】
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し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。
【００４７】
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よい。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よい。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。
【００４８】
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を選択的に除去する。
【００４９】
より具体的には、半導体材料を酸化する物質である硝酸と、硝酸によって酸化された半導体材料を溶解する物質と、半導体材料の酸化速度及び酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質と、自己触媒として機能する亜硝酸と、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。混合液に含まれる亜硝酸濃度は、１０ｍｇ／ｌ以上１０００ｍｇ／ｌ以下とするのが好ましく、５０ｍｇ／ｌ以上３００ｍｇ／ｌ以下とするのがより好ましい。
【００５０】
第２のエッチング処理は、３０秒間以上１２０秒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１：２：１０の混合液を用いる場合は、４５秒間以上１０５秒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４０℃以下程度とすることが好ましく、例えば、３０℃とすることが好適である。
【００５１】
ここで、硝酸によって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、半導体材料の酸化速度及び酸化された半導体材料の溶解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。
【００５２】
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％）、酢酸（濃度：９７．７重量％）、及び亜硝酸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１：２：１０（亜硝酸濃度１０ｍｇ／ｌ以上１０００ｍｇ／ｌ以下）とすることが好ましい。
【００５３】
上述したように、混合液に含まれる硝酸は、半導体基板を構成する材料の酸化を行う。例えば、半導体基板としてシリコンウエハを用いる場合、硝酸はシリコンの酸化を行い、その化学反応式は、次の式（１）のように表せる。
３Ｓｉ＋４ＨＮＯ３ → ３ＳｉＯ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ＮＯ （１）
【００５４】
ここで、式（１）は、以下の式（２）及び式（３）で表される素反応を含む。
ＨＮＯ２＋ＨＮＯ３＋Ｈ２Ｏ → ２ＨＮＯ２＋２ＯＨ−＋２ｈ＋ （２）
Ｓｉ＋４ｈ＋＋２Ｈ２Ｏ → ＳｉＯ２＋４Ｈ＋ （３）
【００５５】
上記式（２）において、ＨＮＯ２は、自己の合成を促進する自己触媒として機能しており、反応が進むたびにＨＮＯ２が増加する。また、ＨＮＯ２の増加に伴いシリコンの酸化速度も増加する。シリコンウエハのエッチングは、酸化されたシリコン（ＳｉＯ２）を溶解することによって反応が起こるため、シリコンの酸化速度が増加することでエッチングレートも増大することとなる。
【００５６】
なお、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。
【００５７】
例えば、混合液中に含まれる亜硝酸が低濃度である場合、初期状態においては上記式（２）の反応の確率が低いため、エッチング時間に対するエッチング量の変化も僅かであるが、ＨＮＯ２の濃度がある程度以上になると、式（２）の反応速度がＨＮＯ２濃度に比例して加速度的に大きくなる。したがって、一定時間を経過した混合液においては、エッチングレートが初期状態と異なるため、連続的に基板を処理する場合に安定したエッチングレートを得ることが困難となる。
【００５８】
一方、本実施の形態で示す混合液は、混合液中に含まれる亜硝酸が高濃度（例えば、１０ｍｇ／ｌ以上、好ましくは５０ｍｇ／ｌ以上）であるため、初期状態においても式（２）の反応が安定的に行われる。よって、エッチング時間に対するエッチング量の増加を線形的に得ることができ、エッチングレートの安定化を実現することができる。よって、連続的に基板を処理することが可能となるため、生産性を向上させることができる。また、本実施の形態で示す混合液は、エッチングレートが大きいため、当該混合液を用いて再生処理を行うことで処理時間の短縮化を図ることができる。
【００５９】
なお、混合液中に含まれる亜硝酸を高濃度とするには、例えば、硝酸と、硝酸によって酸化された半導体材料を溶解する物質と、半導体材料の酸化速度及び酸化された半導体材料の溶解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ダミー基板をウェットエッチング処理すればよい。
【００６０】
また、混合液中の亜硝酸濃度を高くしすぎると、硝酸によって酸化された半導体材料を溶解する物質による半導体材料の溶解がウェットエッチングの律速となるため、亜硝酸濃度は１０００ｍｇ／ｌ以下好ましくは３００ｍｇ／ｌ以下とする。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
なお、本明細書等において、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。
【００６４】
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１．７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１．７以上になる。
【００６５】
このように、半導体材料を酸化する物質として硝酸と、硝酸によって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、自己触媒として機能する亜硝酸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、損傷半導体領域を選択的に除去することができる。
【００６６】
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。
【００６７】
また、本実施の形態で示す半導体基板の再生方法に用いられるエッチャントは、亜硝酸を自己触媒として含むことで、亜硝酸を含まない、または低濃度含む混合液と比較してエッチングレートを増大させることができるため、エッチング処理をごく短時間で行うことが可能である。また、亜硝酸を高濃度（例えば、１０ｍｇ／ｌ以上）含むことで、安定したエッチングレートで基板の再生処理を行うことができる。よって、再生半導体基板のバラツキを抑制することができる。さらには、安定したエッチングレートを有するため、基板を連続的に処理することも可能である。したがって、再生半導体基板の生産性を向上させることができる。
【００６８】
なお、凸部１２６における損傷半導体領域（半導体領域１２５及びイオンが添加された半導体領域１２７）の厚さと、それ以外の領域における損傷半導体領域（イオンが添加された半導体領域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。
【００６９】
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（イオンが添加された半導体領域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１．７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、イオンが添加された半導体領域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。
【００７０】
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１．２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。
【００７１】
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。
【００７２】
以上により半導体基板１２１が再生され、図２（Ｄ）に示すように再生半導体基板１３２が完成する。
【００７３】
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、またはレーザ光の照射処理などがある。
【００７４】
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。
【００７５】
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である硝酸と、硝酸によって酸化された半導体材料を溶解する物質と、半導体材料の酸化速度及び酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質と、自己触媒として機能する亜硝酸と、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選択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。
【００７６】
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。
【００７７】
（実施の形態２）
本実施の形態に係るＳＯＩ基板の製造方法では、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。そして、半導体層が分離され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、図３乃至図５のＳＯＩ基板作製工程図を参照して、本実施の形態に係るＳＯＩ基板の製造方法の一例について説明する。
【００７８】
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５の工程Ａに相当する。
【００７９】
まず、半導体基板１００を準備する（図３（Ａ）および図５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（１２５ｍｍ）、直径６インチ（１５０ｍｍ）、直径８インチ（２００ｍｍ）、直径１２インチ（３００ｍｍ）、直径１６インチ（４００ｍｍ）サイズの円形のものが代表的である。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。
【００８０】
なお、半導体基板１００の表面は、硫酸過酸化水素水混合溶液（ＳＰＭ）、アンモニア過酸化水素水混合溶液（ＡＰＭ）、塩酸過酸化水素水混合溶液（ＨＰＭ）、希フッ酸（ＤＨＦ）、オゾン水などを用いて適宜洗浄しておくのが好ましい。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。
【００８１】
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１２３を形成する（図３（Ｂ）および、図５の工程（Ａ−２）参照）。絶縁層１２３は、単層であっても、複数の絶縁膜を積層して用いたものであっても良い。絶縁層１２３は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、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１２３として用いる場合について説明する。
【００８２】
酸化シリコンを絶縁層１２３として用いる場合、絶縁層１２３はシランと酸素、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）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１２３の表面を酸素プラズマ処理で緻密化しても良い。
【００８３】
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１２３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：化学式Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ：化学式Ｓｉ（ＣＨ３）４）、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（ＳｉＨ（ＯＣ２Ｈ５）３）、トリスジメチルアミノシラン（ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ３）２）３）等のシリコン含有化合物を用いることができる。
【００８４】
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１２３を形成することもできる。上記酸化膜を形成するための熱酸化処理には、ドライ酸化を用いても良いが、酸化雰囲気中にハロゲンを含むガスを添加しても良い。ハロゲンを含むガスとしては、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＦ３、ＨＢｒ、Ｃｌ２、ＣｌＦ３、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。なお、図３（Ｂ）では、半導体基板１００を覆うように絶縁層１２３が形成されているが、本発明の一態様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１２３を設ける場合、半導体基板１００の一方の面にのみ絶縁層１２３が形成されていてもよい。
【００８５】
熱酸化膜の形成条件の一例としては、酸素に対しＨＣｌを０．５〜１０体積％（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０．１〜６時間、好ましくは０．５〜１時間とすればよい。形成される酸化膜の膜厚は、１０ｎｍ〜１１００ｎｍ（好ましくは５０ｎｍ〜１５０ｎｍ）、例えば１００ｎｍとすることができる。
【００８６】
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／ｃｍ３〜１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３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）を酸化膜が捕集するので、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。
【００８７】
また、絶縁層１２３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。具体的には、絶縁層１２３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１２３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こととなる。それにより絶縁層１２３中に捕集した当該不純物を固定して半導体基板１００の汚染を防ぐことができる。また、絶縁層１２３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しうる。
【００８８】
特に、ハロゲンを含む雰囲気下における熱処理により、絶縁層１２３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。
【００８９】
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。
【００９０】
また、絶縁層１２３中に含まれるハロゲン元素は、絶縁層１２３に歪みを形成する。その結果、絶縁層１２３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１２３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１２３中に素早く吸収し、拡散させることができる。
【００９１】
また、ベース基板として、アルカリ金属若しく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ようなガラス基板を用いる場合、上記不純物がベース基板からＳＯＩ基板の半導体層に拡散することを防止できるような膜を、少なくとも１層以上、絶縁層１２３が含んでいることが好ましい。このような膜には、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜などがある。このような膜を絶縁層１２３が有することで、絶縁層１２３をバリア膜（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。
【００９２】
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の混合ガス、またはシランと一酸化二窒素の混合ガスを用い、プラズマＣＶＤ等の気相成長法によって形成することができる。
【００９３】
例えば、絶縁層１２３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、窒化酸化シリコン膜で形成することができる。
【００９４】
絶縁層１２３を、バリア膜として機能する２層構造とする場合は、上層は、バリア機能の高い絶縁膜で構成する。上層の絶縁膜は、例えば厚さ１５ｎｍ〜３００ｎｍの窒化シリコン膜、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および半導体基板１００を熱酸化して形成した熱酸化膜などがある。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。
【００９５】
例えば、絶縁層１２３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、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１２３を形成すると良い。
【００９６】
次に、半導体基板１００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１２３を介して照射し、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）および、図５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。また、加速エネルギーは加速電圧などにより調節できる。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、例えば１００ｎｍ程度である。なお、本実施の形態では、イオンビームの照射を絶縁層１２３の形成後に行っているが、これに限られず、絶縁層１２３の形成前にイオンビームの照射を行っても良い。
【００９７】
脆化領域１０４の形成は、イオンドーピング処理で行うことができる。イオンドーピング処理には、イオンドーピング装置を用いて行うことができる。イオンドーピング装置の代表的な例としては、プロセスガスをプラズマ励起して生成された全てのイオン種をチャンバー内に配置された被処理体に照射する非質量分離型の装置がある。非質量分離型の装置では、プラズマ中のイオン種を質量分離しないで、全てのイオン種を含むイオンビームを被処理体に照射する。
【００９８】
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、およびイオンを加速し、照射するための加速機構である。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、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。加速機構は、引出電極、加速電極、減速電極、接地電極等の電極など、および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。
【００９９】
本実施の形態では、イオンドーピング装置を用い、プラズマソースガスをプラズマ励起して生成された全てのイオン種を含むイオンビームを半導体基板１００に照射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、水素を含むガス、例えば、Ｈ２を供給する。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に打ち込む。
【０１００】
上記イオンビームの照射処理においては、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、そのＨ３＋の割合を８０％以上とする。プラズマ中のＨ３＋の割合を高くすることで、水素イオンを効率よく、半導体基板１００に打ち込むことができるためである。なお、Ｈ３＋はＨ＋の３倍の質量を持つことから、同じ深さに水素原子を１つ打ち込む場合、Ｈ３＋の加速電圧は、Ｈ＋の加速電圧の３倍にすることが可能である。これにより、イオンビーム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打ち込むことで、半導体基板１００の同じ深さに集中させてイオンを打ち込むことができる。
【０１０１】
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、半導体特性の向上、大面積化、低コスト化、生産性向上などの顕著な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、重金属も同時に導入されるおそれがあるが、塩素原子を含有する絶縁層１２３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。
【０１０２】
脆化領域１０４の形成は、イオン注入装置を用いたイオン注入処理で行ってもよい。イオン注入装置は、チャンバー内に配置された被処理体に、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、特定のイオン種を含むイオンビームを被処理体に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＋、Ｈ２＋、Ｈ３＋を質量分離して、これらのいずれかを半導体基板１００に打ち込む。
【０１０３】
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のイオンビーム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打ち込むことができる。このため、打ち込まれるイオンの深さ方向のプロファイルにおいて、ピークをシャープにすることが可能であり、分離される半導体層の表面平坦性を高めることが容易である。また、その電極構造から、重金属による汚染が比較的小さく、半導体層の特性悪化を抑制することができるため好適である。
【０１０４】
次に、絶縁層１２３が形成された半導体基板１００を洗浄する。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ことができる。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）を用いることが望ましい。上述の超音波洗浄や２流体ジェット洗浄の後、半導体基板１００をオゾン水で洗浄してもよい。オゾン水で洗浄することで、有機物の除去と、絶縁層１２３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。
【０１０５】
絶縁層１２３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５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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
酸素を含む雰囲気下で、２００ｎｍ未満の波長を含む光および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）
【０１０８】
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。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。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。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。
【０１０９】
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）
【０１１０】
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。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。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と酸素が生成される。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。
【０１１１】
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などの化学結合を切断し、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およ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。
【０１１２】
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。オゾンおよび一重項酸素は、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。
【０１１３】
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５の工程Ｂに相当する。
【０１１４】
まず、ベース基板１２０を準備する（図５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、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。他にも、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。
【０１１５】
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適である。マザーガラスには、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ＩＣ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ので、生産性を飛躍的に向上させることができる。
【０１１６】
また、ベース基板１２０上には絶縁層１２２を形成しておくのが望ましい（図５の工程（Ｂ−２）参照）。もちろん、ベース基板１２０上の絶縁層１２２は必須の構成ではないが、例えば、ベース基板１２０上に絶縁層１２２として、バリア膜として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で、ベース基板１２０から半導体基板１００に、アルカリ金属やアルカリ土類金属などの不純物が入り込むのを防ぐことができる。
【０１１７】
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ことができる。
【０１１８】
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ことができる。また、絶縁層１２３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５の工程（Ｂ−３）参照）。
【０１１９】
次に、半導体基板１００とベース基板１２０とを貼り合わせ、半導体基板１００を、半導体層１２４と半導体基板１２１とに分離する工程について説明する。当該工程は、図５の工程Ｃに相当する。
【０１２０】
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）および、図５の工程（Ｃ−１）参照）。ここでは、絶縁層１２３および絶縁層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。
【０１２１】
貼り合わせは、ベース基板１２０の端の一箇所に０．１Ｎ／ｃｍ２〜５００Ｎ／ｃｍ２、好ましくは１Ｎ／ｃｍ２〜２０Ｎ／ｃｍ２程度の圧力を加えることで実現される。ベース基板１２０の圧力をかけた部分から半導体基板１００とベース基板１２０とが接合し始め、自発的に接合が全面におよび、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その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うる。
【０１２２】
なお、半導体基板１００の周縁部にはエッジロールオフ領域と呼ばれる領域が存在し、当該領域では、半導体基板１００（絶縁層１２３）とベース基板１２０（絶縁層１２２）とは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、ベース基板１２０と半導体基板１００とは接触しない。
【０１２３】
半導体基板１００の作製に用いられるＣＭＰ法では、その原理から、半導体基板周縁部の研磨が中央部より早く進む傾向にあり、これによって、半導体基板１００の周縁部には、半導体基板１００の中央部より厚みが小さい領域（エッジロールオフ領域）が形成される。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と貼り合わせられないことがある。
【０１２４】
一のベース基板１２０に複数の半導体基板１００を貼り合わせる場合には、各半導体基板１００に圧力をかけるようにすることが望ましい。半導体基板１００の厚さの違いにより、ベース基板１２０と接触しない半導体基板１００が生じうるためである。なお、半導体基板１００の厚さが多少異なる場合であっても、ベース基板１２０のたわみなどによって半導体基板１００とベース基板１２０とを密着させることができる場合には、貼り合わせを良好に行うことができるため、この限りでない。
【０１２５】
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望ましい（図５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適である。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、同様の効果を得ることができる。なお、上述の熱処理は、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望ましい。熱処理前の基板の搬送による基板の剥離を防止できるためである。
【０１２６】
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、付着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望ましい。さらに、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。
【０１２７】
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を形成すると共に、半導体基板１２１を形成する（図４（Ｂ）および、図５の工程（Ｃ−３）参照）。上述のエッジロールオフ領域およ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。
【０１２８】
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、マイクロ波加熱装置などを用いて行うことができる。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、処理時間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、処理時間２時間以上４時間以内とすることができる。
【０１２９】
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、５〜３０分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。
【０１３０】
半導体層１２４および、半導体基板１２１の分離に係る界面には、イオンビームの照射処理などによって損傷した半導体領域１２９、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であったものである。このため、半導体領域１２９および半導体領域１３３は多くの水素を含み、多くの結晶欠陥やボイドを含んでいる。
【０１３１】
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および面取部に対応する領域）には、凸部１２６が存在する。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、および絶縁層１２３によって構成されている。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から、多くの水素を含み、多くの結晶欠陥やボイドを含んでいる。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、イオン等の打ち込みに起因する結晶欠陥が形成されている。
【０１３２】
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５の工程Ｄに相当する。
【０１３３】
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では、脆化領域１０４の形成および脆化領域１０４における半導体基板１００の分離によって、結晶欠陥が形成され、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）および、図５の工程（Ｄ−１）参照）。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法または液体ジェット研磨法などにより、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も研磨され、半導体層１２４が薄膜化されることもある。
【０１３４】
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。
【０１３５】
また、上記研磨およ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共に、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。
【０１３６】
また、結晶欠陥の低減および平坦性向上のために、半導体領域１３３および半導体層１２４にレーザビームを照射しても良い（図５の工程（Ｄ−２）参照）。
【０１３７】
なお、レーザビームを照射する前に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、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。しかし、上記レーザビームの照射により、このような欠陥を補修することが可能である。
【０１３８】
レーザビームの照射工程では、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。当該レーザビームの照射によって、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望ましい。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の結晶性が低下するからである。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。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１２３との界面まで溶融され、液体状態になることをいう。他方、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。
【０１３９】
レーザビームを照射した後には、半導体層１２４の表面をエッチングしても良い。なお、この場合には、レーザビームの照射を行う前に半導体領域１３３をエッチングしても良いし、しなくとも良い。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共に、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。
【０１４０】
レーザビームを照射した後には、半導体層１２４に５００℃以上６５０℃以下の熱処理を行うことが望ましい（図５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。熱処理には、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）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。ＲＴＡ装置には、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）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。
【０１４１】
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５の工程Ｆ参照）。
【０１４２】
＜半導体基板の再生処理＞
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５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。
【０１４３】
以上により、半導体基板１２１は再生半導体基板１３２へと再生される。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。
【０１４４】
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低減することができる。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、損傷半導体領域を選択的に除去することができる。また、半導体基板の再生処理において除去される半導体基板の量を十分に抑制することができる。
【０１４５】
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。
【０１４６】
（実施の形態３）
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。
【０１４７】
ボンド基板として用いられる半導体基板に、絶縁層および脆化領域を形成する（図５の工程Ａに相当）。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、これらに関しては、先の実施の形態の記載を参酌すればよい。
【０１４８】
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（図５の工程Ｂに相当）。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、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。
【０１４９】
単結晶シリコン基板としては、直径５インチ（１２５ｍｍ）、直径６インチ（１５０ｍｍ）、直径８インチ（２００ｍｍ）、直径１２インチ（３００ｍｍ）、直径１６インチ（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、異ならせても良い。
【０１５０】
ベース基板の表面は、硫酸過酸化水素水混合溶液（ＳＰＭ）、アンモニア過酸化水素水混合溶液（ＡＰＭ）、塩酸過酸化水素水混合溶液（ＨＰＭ）、希フッ酸（ＤＨＦ）、オゾン水などを用いて適宜洗浄しておくのが望ましい。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。
【０１５１】
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、単数の絶縁膜を用いたものであっても、複数の絶縁膜を積層して用いたものであっても良い。絶縁層は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、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。
【０１５２】
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適であるが、酸化雰囲気中にハロゲンを含むガスを添加しても良い。ハロゲンを含むガスとしては、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＦ３、ＨＢｒ、Ｃｌ２、ＣｌＦ３、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。
【０１５３】
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、オゾン水による洗浄などを用いて行うことができる。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。
【０１５４】
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（図５の工程Ｃに相当）。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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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（図５の工程Ｄに相当）。
【０１５８】
ベース基板に密着された半導体層には、脆化領域の形成および脆化領域における半導体基板の分離に伴い結晶欠陥が形成され、また、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共に、表面の平坦性を向上させるのが好適である。上記熱処理は、８００℃〜１３００℃、代表的には、８５０℃〜１２００℃の温度条件で行うことが望ましい。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、結晶欠陥を十分に低減し、表面の平坦性を向上させることが可能である。
【０１５９】
熱処理には、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）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℃〜１１５０℃で１分〜４時間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。
【０１６０】
熱処理前または熱処理後において、半導体層にレーザビームを照射しても良い。レーザビーム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。レーザビーム照射の詳細については、先の実施の形態を参酌できる。
【０１６１】
また、熱処理前または熱処理後には、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、化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）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。
【０１６２】
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（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平坦化してもよい。
【０１６３】
また、上記研磨およ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共に、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。
【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。
【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（図５の工程Ｅに相当）。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。
【０１６６】
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低減することができる。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、ボンド基板にごくわず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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
（実施の形態４）
先の実施の形態において作製されたＳＯＩ基板を用いた半導体装置の一例を、図６に示す。
【０１６９】
図６は、ｎチャネル型薄膜トランジスタであるトランジスタ２８０、およびｐチャネル型薄膜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、トランジスタ２８１は、絶縁層１２３および絶縁層１２２を介してベース基板１２０上に形成されている。このような複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）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６に示す半導体装置の作製方法について説明する。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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、半導体層２５２を形成する。半導体層２５１はｎチャネル型のＴＦＴを構成し、半導体層２５２はｐチャネル型のＴＦＴを構成する。
【０１７２】
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。
【０１７３】
なお、半導体層には、ＴＦＴ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添加しておくことが望ましい。例えば、ｎチャネル型ＴＦＴ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ＴＦＴ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。
【０１７４】
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ＴＦＴ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。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ＴＦＴ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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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およ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。
【０１７７】
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、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、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。
【０１７８】
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 Ｓｉｌｉｃａｔｅ 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。バリアメタル膜は、モリブデン、クロム、チタンなどを用いて形成することができる。
【０１７９】
以上の工程により、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴ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低減することが可能である。
【０１８０】
なお、本実施の形態では、図６に係る半導体装置およ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、ＴＦＴ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。
【０１８１】
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】
【０１８２】
本実施例では、ＳＯＩ基板の作製で副生される分離後の半導体基板（ボンド基板）に対して、本発明の一態様の半導体基板の再生方法によって、残存した絶縁膜を除去した後、ウェットエッチング処理を行い、再生処理を行った。以下にその結果を示す。
【０１８３】
まず、本実施例で用いた半導体基板について説明する。
【０１８４】
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雰囲気下で熱酸化し、基板表面に１００ｎｍの厚さの熱酸化膜を形成した。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。
【０１８５】
次に、熱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ビームを照射した。本実施例では、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に打ち込むことで、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、ドーズ量を２．７×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２とした。
【０１８６】
そして、半導体基板を、熱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、さらに、６００℃で１２０分の熱処理を行って、脆化領域において半導体基板から薄膜の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共に、周縁部に凸部を有する半導体基板が作製された。
【０１８７】
次に、上述の半導体基板に対する処理について説明する。
【０１８８】
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５％フッ酸溶液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１８０秒とした。
【０１８９】
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、１：２：１０の体積比で混合した混合液をエッチャントとして用いてウェットエッチング処理を行った。なお、本実施例で用いたエッチャントの亜硝酸濃度を半定量イオン試験紙（ＱＵＡＮＴＯＦＩＸ Ｎｉｔｒｉｔｅ及びＮｉｔｒｉｔｅ３０００）によって評価したところ、８０ｍｇ／ｌ〜１００ｍｇ／ｌであった。また、本実施例で用いたエッチャントにおいて、フッ酸は濃度が５０重量％のもの（ステラケミファ社製）、硝酸は濃度が７０重量％のもの（和光純薬株式会社製）、酢酸は、濃度が９７．７重量％のもの（キシダ化学株式会社製）を用いた。また、エッチャントの液温は３０℃とし、エッチング時間は１５秒、３０秒、４５秒、６０秒、７５秒、９０秒、１０５秒、１２０秒、１３５秒または１８０秒のいずれかとした。
【０１９０】
以上の方法により作製された１０種類の再生半導体基板について、魔鏡評価システムによる観察と、光学顕微鏡による観察を行った。
【０１９１】
本実施例において、魔鏡評価システムは、コベルコ科研製魔鏡システムＭＩＳ−２０００Ｚを用いて測定し、観察像を撮影した。魔鏡評価システムは、近くからでは容易に分からない程度の微細な凹凸を鏡の表面に刻み、光を反射させて結像させる距離を数メートルほど長くすることで光の焦点がずれ始め文様となって見える魔鏡の原理を応用して、表面の微細な凹凸を検出する装置である。魔鏡の原理により、鏡面加工された試料表面の目に見えない凹凸を、凸部は暗い像にて、凹部は明るい像にて表示することができる。この装置を利用することにより基板表面上のマクロなレベルでのわずかな面荒れ、突起、凹み、研磨痕、研磨ムラ、クラック、サーマルスリップなどを観察することができる。
【０１９２】
また、光学顕微鏡による観察は、オリンパス株式会社製光学顕微鏡ＭＸ６１Ｌを用いて基板周辺部の写真撮影を行った。なお、光学顕微鏡写真は、倍率５０倍のノマルスキー像で撮影した。
【０１９３】
魔鏡評価システムによる、再生半導体基板の観察像を図７（Ａ１）乃至（Ｅ１）および図８（Ａ１）乃至（Ｅ１）に示す。また、光学顕微鏡写真を図７（Ａ２）乃至（Ｅ２）および図８（Ａ２）乃至（Ｅ２）に示す。図７（Ａ）乃至（Ｅ）はそれぞれ順にエッチング時間を１５秒、３０秒、４５秒、６０秒、または７５秒とした再生半導体基板の観察像であり、図８（Ａ）乃至（Ｅ）は、それぞれ順にエッチング時間を９０秒、１０５秒、１２０秒、１３５秒または１８０秒とした再生半導体基板の観察像である。すなわち、図７（Ａ１）は、エッチング時間１５秒における魔鏡評価システムによる観察像であり、図７（Ａ２）は、その光学顕微鏡による観察像である。また、図８（Ａ１）は、エッチング時間９０秒における魔鏡評価システムによる観察像であり、図８（Ａ２）は、その光学顕微鏡による観察像である。
【０１９４】
図７（Ａ１）乃至（Ｅ１）および図８（Ａ１）乃至（Ｅ１）より、本実施例で作製した再生半導体基板は、エッチング時間を１３５秒又は１８０秒とした場合には、点線の丸で囲んだ領域において暗い像が観察され、再生半導体基板の表面に凹凸が確認されるものの、エッチング時間が１５秒乃至１２０秒の条件においては、半導体基板表面の凹凸が少なく、平坦性が良好であることが分かる。
【０１９５】
また、図７（Ａ２）乃至（Ｅ２）および図８（Ａ２）乃至（Ｅ２）において、右側が基板周辺部を示している。本実施例で作製した再生半導体基板は、エッチング時間を１５秒とした場合には、多少の段差残りが観察されるものの、エッチング時間を３０秒以上とすることで欠陥などを有する残存した単結晶シリコン層に起因する段差が除去されていることが確認される。
【０１９６】
また、本実施例において、エッチング時間を１５秒、３０秒、４５秒、６０秒、７５秒、９０秒、１０５秒、１２０秒、１３５秒または１８０秒とした場合におけるシリコンウエハのエッチング量を測定した。図９に、シリコンウエハのエッチング量とエッチング時間の関係を図示する。図９において、縦軸はシリコン基板のエッチング量（μｍ）、横軸は処理時間（秒）を示す。
【０１９７】
図９より、本実施例で用いたエッチャントは、エッチング時間に対するエッチング量が線形に増加していることが確認された。よって、本実施例のエッチャントを用いることで、安定したエッチングレートを得ることができることが示された。
【符号の説明】
【０１９８】
１００ 半導体基板
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
１３２ 再生半導体基板
１３３ 半導体領域
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、
硝酸、前記硝酸によって酸化された前記半導体基板を構成する半導体材料を溶解する物質、前記半導体材料の酸化速度及び前記酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質、及び亜硝酸を含み、前記亜硝酸の濃度が１０ｍｇ／ｌ以上１０００ｍｇ／ｌ以下である混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して前記損傷半導体領域を選択的に除去するエッチング処理と、を行う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を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、
硝酸、前記硝酸によって酸化された前記半導体基板を構成する半導体材料を溶解する物質、前記半導体材料の酸化速度及び前記酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質、及び亜硝酸を含み、前記亜硝酸の濃度が１０ｍｇ／ｌ以上１０００ｍｇ／ｌ以下である混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して前記損傷半導体領域を選択的に除去するエッチング処理と、を行う半導体基板の再生方法。
【請求項３】
前記イオンの照射は、質量分離を行わずになされたものである請求項２に記載の半導体基板の再生方法。
【請求項４】
前記イオンは、Ｈ３＋を含む請求項２または請求項３に記載の半導体基板の再生方法。
【請求項５】
前記硝酸によって酸化された前記半導体基板を構成する半導体材料を溶解する物質としてフッ酸を用い、
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請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の半導体基板の再生方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一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再生半導体基板の作製方法。
【請求項７】
請求項６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、
硝酸、前記硝酸によって酸化された前記半導体基板を構成する半導体材料を溶解する物質、前記半導体材料の酸化速度及び前記酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質、及び亜硝酸を含み、前記亜硝酸の濃度が１０ｍｇ／ｌ以上１０００ｍｇ／ｌ以下である混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して前記損傷半導体領域を選択的に除去するエッチング処理と、を行う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を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、
硝酸、前記硝酸によって酸化された前記半導体基板を構成する半導体材料を溶解する物質、前記半導体材料の酸化速度及び前記酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質、及び亜硝酸を含み、前記亜硝酸の濃度が１０ｍｇ／ｌ以上１０００ｍｇ／ｌ以下である混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して前記損傷半導体領域を選択的に除去するエッチング処理と、を行う半導体基板の再生方法。
【請求項３】
前記イオンの照射は、質量分離を行わずになされたものである請求項２に記載の半導体基板の再生方法。
【請求項４】
前記イオンは、Ｈ３＋を含む請求項２または請求項３に記載の半導体基板の再生方法。
【請求項５】
前記硝酸によって酸化された前記半導体基板を構成する半導体材料を溶解する物質としてフッ酸を用い、
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請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の半導体基板の再生方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一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再生半導体基板の作製方法。
【請求項７】
請求項６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ＳＯＩ基板の作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−３０７６４（Ｐ２０１３−３０７６４Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１３８４２７（Ｐ２０１２−１３８４２７）
【出願日】平成２４年６月２０日（２０１２．６．２０）
【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２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月２０日（２０１２．６．２０）
【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）】
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