多層構造ウエハーおよびその製造方法
【課題】シリコン基板上に、γ−Ａｌ２Ｏ３層を島状あるいは網状に形成することにより、一枚のシリコン基板から、高品質なＳＯＩ基板を提供する。
【解決手段】シリコン基板２の上面には、γ−Ａｌ２Ｏ３層４が島状あるいは網状に形成されている。熱処理を行なうことにより、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の間から酸化シリコン層６が成長する。次に、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面より単結晶シリコン層８が上方向に成長し、結晶欠陥の少ないＳＯＩ基板を得ることができる。
【解決手段】シリコン基板２の上面には、γ−Ａｌ２Ｏ３層４が島状あるいは網状に形成されている。熱処理を行なうことにより、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の間から酸化シリコン層６が成長する。次に、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面より単結晶シリコン層８が上方向に成長し、結晶欠陥の少ないＳＯＩ基板を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の構造および製造方法に関するものであり、特に、シリコン単結晶基板上に絶縁膜を形成し、さらに上面に単結晶層を形成する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス技術で用いられる半導体基板には様々なものがあるが、シリコン単結晶基板上に絶縁膜を形成し、さらにその上面に単結晶層を形成したＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板が知られている。上面の単結晶層（例えば、単結晶シリコン層）にデバイスを形成した場合、高速低消費電力の素子を作成することができる。従来より、ＳＯＩ基板の製造方法は様々なものがあり、代表的なものについて以下に記載する。
【０００３】
（ＳＩＭＯＸ法）
ＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ ＩＭｐｌａｔｅｄ ＯＸｙｇｅｎ）法は、単結晶シリコン基板に高濃度の酸素を高加速イオン注入し、熱処理することで、シリコン結晶内部にＳｉＯ２層を形成させるとともに、シリコン表面近傍に再結晶化したシリコン層ができることを利用するにより、ＳＯＩ基板を製造する方法である。
【０００４】
（ＰＡＣＥ法）
ＰＡＣＥ（Ｐｌａｓｍａ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法は、酸化表面を持つウエハー表面ともう一枚のウエハーを対面させて貼り合せ、一方のウエハーを研磨することにより、ＳＯＩ基板を作成するものである。
【０００５】
（Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）法）
Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ法は、シリコン基板表面に酸化膜を形成し、酸化膜を通して水素のイオン注入を行い、これを支持基板と貼り合せた後、熱処理を行なう。熱処理により水素を注入した位置にボイドが発生するが、この部分が機械的に弱くなったことを利用して基板を剥離させ、ＳＯＩ基板を形成する製造方法である。
【０００６】
（ＥＬＴＲＡＮ（登録商標）法）
ＥＬＴＲＡＮ法は、先に述べたＳｍａｒｔ−Ｃｕｔ法とは異なり、水素を注入しない。その代わりに、Ｓｉ基板表面に陽極化成によりポーラスＳｉ層を形成する。ポーラスＳｉ層上に熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍａｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学的気相成長）によってＳｉエピタキシャル層を成長させ、このＳｉ層の表面を、所定厚さのＳｉ層が残るように熱酸化させる。その後、熱酸化膜上に支持基板（Ｓｉ基板）を貼り合せ、ポーラスＳｉ層が弱いことを利用してポーラスＳｉ層部で剥離させ、露出したＳｉ層の表面を水素アニールすることにより、表面を平坦化させてＳＯＩ基板を作成するものである。なお、上述したＳＯＩ基板の製造方法は、以下の文献に記載されている。また、Ｓｉ基板上にアルミナ層を形成させてＳＯＩ基板を製造した文献も以下に示す。
【非特許文献１】貼り合せＳＯＩウエハーの今後の展開：応用物理、第６６巻、第１１号、ｐ．１１２０（１９９７）
【非特許文献２】０．１μｍ時代の高品質ＳＯＩウエハー技術：応用物理、第７１巻、第９号、ｐ．１１０２（２００２）
【非特許文献３】Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｏｆ Ｔｈｅ Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＯ２／Ｓｉ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｕｓｉｎｇ Ｏ２ Ａｎｎｅａｌｅｄ Ａｌ２Ｏ３／Ｓｉ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３９（２０００）ｐｐ．２０７８−２０８２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したＳＯＩ基板の製造方法は、それぞれ以下に述べる問題点があった。すなわち、ＳＩＭＯＸ法は、熱処理時に非単結晶ＳｉＯ２層ができるため、表面近傍にできる再結晶Ｓｉ内に多数の結晶欠陥が存在するという問題があった。また、ＰＡＣＥ法は、ＳＯＩ層の厚さ制御をすべて研磨に頼るものであるため、厚膜ＳＯＩ基板技術として用いられており、薄いＳＯＩ層が要求される場合には適用困難であった。また、ＰＡＣＥ法は、一枚のＳＯＩ基板作成に２枚のウエハーが必要となる欠点もあった。
【０００８】
また、Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ法およびＥＬＴＲＡＮ法では、貼り合せ部でボイド等が発生し易いため、貼り合わせる２枚のウエハー表面の平坦性を厳密に確保する必要がある。また、Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ法およびＥＬＴＲＡＮ法では、製造工程で用いた基板のうち、１枚は再利用できるが、再利用にあたっては研磨などの処理工程が必要となる。また、ＥＬＴＲＡＮ法では、陽極酸化膜の形成を２段階で行なう必要があり、エピタキシャル成長前に熱処理をしてポーラス状態を変化させる必要がある等、高度な製造技術が要求されるものであった。
【０００９】
そこで、本発明は、一枚のウエハーから結晶欠陥の少ないＳＯＩ基板を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１に係る発明は、単結晶層であるシリコン層と、前記シリコン層の上面に形成された非晶質である酸化シリコン層と、前記シリコン層とは離間した状態でかつ、前記酸化シリコン層内に島状あるいは網状に存在する単結晶の酸化アルミニウム層とを備える多層構造ウエハーであって、前記酸化アルミニウム層は、前記酸化シリコン層から上面側に露出していることを特徴とする多層構造ウエハーによって構成される。上記の構成によれば、本発明の多層構造ウエハーは、単結晶の酸化アルミニウム層が酸化シリコン層の上面から露出している構造であるため、酸化アルミニウム層の表面から単結晶層（単結晶シリコンなど）の結晶成長を行なうことができるため、結晶欠陥の少ないＳＯＩ基板を得ることができる。
【００１１】
なお、本発明において、酸化アルミニウム層（Ａｌ２Ｏ３）が、酸化シリコン層内に島状あるいは網状に存在するとは、多層構造ウエハーを上面（表面側）から見た場合、シリコン層の上面に形成されている酸化シリコン層と比較して、酸化アルミニウム層が点在する状態、あるいは線で繋がった網目の状態等を意味する。これは、言い換えると、上面から見た場合、酸化アルミニウム層が一様にシリコン層上に存在する状態ではなく、酸化アルミニウム層に隙間（空間）があり、当該隙間から酸化シリコンがシリコン層の表面と接することにより、絶縁膜を形成するものである。なお、酸化アルミニウム層の厚さは比較的薄いものであり、酸化アルミニウム層が島状あるいは網状に形成されるためには、酸化アルミニウム層の厚さは１ｎｍから５０ｎｍ程度とであり、より望ましくは１ｎｍから３０ｎｍ程度である。なお、最小の厚さである１ｎｍは、ほぼ酸化アルミニウムの一格子分の厚さ（０．８ｎｍ）に相当する値である。このように、酸化アルミニウム層の厚さを１ｎｍから５０ｎｍ程度とすることにより、シリコン層の上面のすべてを覆う状態ではなく、酸化アルミニウム層がシリコン層の上面に島状あるいは網状に形成されることになる。また、酸化アルミニウム層は、酸化シリコン層によりシリコン層から離間されることにより、より絶縁性の高い多層構造ウエハーが形成される。
【００１２】
また、酸化アルミニウム層が酸化シリコン層から上面側に露出しているとは、上面側から見た場合、酸化アルミニウム層が酸化シリコン層に覆われず、酸化アルミニウム層が露出している状態をいう。したがって、この状態において、さらに上面に単結晶層を形成する場合は、単結晶層である酸化アルミニウム層の結晶構造を利用して単結晶層を良好に形成することができるのである。
【００１３】
また、本発明は、前記酸化アルミニウム層及び前記酸化シリコン層の上面に形成された単結晶層をさらに備えることを特徴とする多層構造ウエハーによって構成することもできる。この構成によれば、ＳＯＩ基板の上面に単結晶層が形成されているため、最上面の単結晶層を用いて半導体素子を作成することができる。
【００１４】
また、本発明は、前記酸化アルミニウム層の上面および前記酸化アルミニウムの上面の少なくとも周辺部に形成された単結晶層と、をさらに備えることを特徴とする多層構造ウエハーによって構成することもできる。この構成によれば、ＳＯＩ基板の上面およびその周辺部に単結晶層が形成され、単結晶層以外の部分は非晶質層あるいは多結晶層が形成されるため、単結晶層に素子を形成した場合、非晶質層によって各素子間の絶縁を行なうことができる。
【００１５】
また、本発明は、前記酸化アルミニウム層の上面に形成される単結晶層は、シリコン、シリコンゲルマニウム、ガリウムヒ素のいずれかの層であることを特徴とする多層構造ウエハーによって構成することもできる。この構成によれば、各単結晶層の特性を利用して、所望の半導体素子を作成することができる。
【００１６】
また、本発明は、前記酸化シリコン層と前記酸化アルミニウム層の上面の高さは略同一であることを特徴とする多層構造ウエハーによって構成することもできる。この構成によれば、上面に形成される単結晶層を平坦な層として形成することができるため、配線の形成等を良好に行なうことができる。なお、酸化シリコン層と酸化アルミニウム層の上面の高さが略同一であるとは、酸化シリコン層と酸化アルミニウム層の上面の高さの差が±５ｎｍ程度であることが望ましい。
【００１７】
また、本発明は、単結晶層であるシリコン層の上面に島状あるいは網状に、単結晶層である酸化アルミニウム層を形成する第１の工程と、前記シリコン層の上面側の一部に、非晶質である酸化シリコンを形成し、前記酸化アルミニウム層をシリコン層から離間させる第２の工程と、からなる多層構造ウエハーの製造方法とすることもできる。この方法によれば、酸化アルミニウム層が島状あるいは網状に形成され、シリコン層の上面側の一部に酸化シリコンを形成するものであるため、酸化アルミニウム層は、酸化シリコン層から上面側に露出していることになる。したがって、上面に単結晶層を形成する場合、酸化アルミニウム層上に結晶性良く形成することができる。
【００１８】
また、本発明は、前記酸化アルミニウム層の上面および前記酸化アルミニウム層の上面の少なくとも周辺部に、単結晶層を形成する第３の工程をさらに備える多層構造ウエハーの製造方法とすることもできる。この方法によれば、ＳＯＩ基板の上面に単結晶層は形成されているため、最上面の単結晶層を用いて半導体素子を作成することができる。なお、第３の工程では、酸化アルミニウム層及び酸化シリコン層の全面に単結晶層を形成しても良いし、酸化アルミニウム層および酸化シリコン層の一部の上面に単結晶層を形成しても良い。後者の場合は、単結晶層の間に非晶質層が形成される場合があるが、このように非晶質層を形成した場合は、単結晶層に形成された素子相互間の絶縁を行なうことができるという利点を有している。
【００１９】
また、本発明は、前記第３の工程で形成された単結晶層を残して、前記酸化シリコン層を上面に露出させる第４の工程をさらに備えることを特徴とする多層構造ウエハーの製造方法とすることもできる。この方法によれば、最上面の単結晶層に素子を形成した場合、単結晶層の各素子の絶縁を確実に行なうことができる。
【００２０】
また、本発明は、前記第３の工程で形成される単結晶層は、シリコン、シリコンゲルマニウム、ガリウムヒ素のいずれかの層であることを特徴とする多層構造ウエハーの製造方法とすることもできる。この方法によれば、各単結晶層の特性を利用して、所望の半導体素子を作成することができる。
【００２１】
また、本発明は、前記第２の工程において、前記酸化シリコン層の上面は前記酸化アルミニウム層の上面と略同一であることを特徴とする多層構造ウエハーの製造方法とすることもできる。この方法によれば、上面に形成される単結晶層を平坦な層として形成することができるため、配線の形成等を良好に行なうことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、上記の構成あるいは方法により、一枚の基板から結晶欠陥の少ないＳＯＩウエハーを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の第１の実施形態について説明する。図１は第１の実施形態の製造工程を説明するための図である。図１（ａ）の工程において、単結晶基板であるシリコン基板２の上面に、γ−Ａｌ２Ｏ３層４が形成される。シリコン基板２は配向が（１００）の単結晶基板である。また、γ−Ａｌ２Ｏ３層４は、単結晶層であり、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面から見て、島状あるいは網状に形成されている。本実施形態では、γ−Ａｌ２Ｏ３層４は、シリコン基板２の上面に、γ−Ａｌ２Ｏ３層４を約１０ｎｍ程度積層させたものであり、約１０ｎｍ程度γ−Ａｌ２Ｏ３層４をシリコン基板２上に積層させることで、シリコン基板２の上面をすべて覆う状態になる前の状態とすることができるのである。なお、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の成膜条件は、例えば、ＵＨＶ−ＣＶＤ法を用い、基板温度８８０〜１０００℃、圧力１Ｐａ（ベース圧は、７００℃で１×１０−５Ｐａ）、ガスはＮ２（Ｎ２ ｂｕｂｂｌｅｄ ＴＭＡ）とＯ２とすることができるが、他の成膜方法（ＭＢＥ法など）を用いることもできる。なお、シリコン基板２上にγ−Ａｌ２Ｏ３層４をすべて覆うように形成し、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の一部をエッチング等で除去することにより、γ−Ａｌ２Ｏ３層４をシリコン基板２上に、島状あるいは網状に形成させても良い。
【００２４】
次に、図１（ｂ）に示すように、図１（ａ）の基板を酸素雰囲気中で熱処理することにより、シリコン基板２の一部から酸化シリコン層（ＳｉＯ２）６が形成される。酸化シリコン層６は、シリコン基板２を熱処理することにより形成されるアモルファスであるが、シリコン基板２の表面から酸化シリコン層６が形成され、熱処理が進むにつれて、酸化シリコン層６はγ−Ａｌ２Ｏ３層４の下部にも形成される。この酸化シリコン層６の形成過程について詳説すると、図１（ａ）に示すシリコン基板２の表面が露出した部分では、表面より酸素が供給されて酸化シリコン層６が形成され、この形成された酸化シリコン層６を酸素が拡散してシリコン基板２が酸化され、酸化シリコン層６の膜厚が増加していく。一方、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の下部では、γ−Ａｌ２Ｏ３層４中の酸素の拡散は少なく、シリコン基板２の露出した部分から形成された酸化シリコン層６の膜中を拡散してきた酸素が、シリコン基板２の表面に平行な方向（図の横方向）に拡散し、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の下部に酸化シリコン層６が形成される。したがって、シリコン基板２の表面が露出した部分の酸化シリコン層６の膜厚に比べ、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の下部の酸化シリコン層６の膜厚は薄くなり、図１（ｂ）に示すように、酸化シリコン層６の上面とγ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面のほぼ同じ高さとなるように形成することが可能である。なお、酸化シリコン層６の上面とγ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面の高さは、図１（ｂ）に示すようにほぼ同じものとすることができるが、高さの差を約５ｎｍ以下にすることも可能である。なお、この熱処理は、例えば、酸素雰囲気で１０００℃で１２０分行なわれる。
【００２５】
また、図１（ｂ）の状態において、基板を上面から見た場合、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面は必ず見えている状態（上部に露出する状態）とする必要がある。なお、本実施形態では熱処理により酸化シリコン層６を形成したため、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面を覆う状態まで酸化シリコン層６が形成されることは無いが、別の方法で酸化シリコン層６を形成する場合は、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面が上部に露出するように形成する必要がある。また、図１（ｂ）に示すように、γ−Ａｌ２Ｏ３層４は、酸化シリコン層６を形成することにより、シリコン基板２の上面から離間した状態とされている。
【００２６】
次に、図１（ｃ）の工程では、図１（ｂ）の基板上に単結晶シリコン層８が形成される。単結晶シリコン層８は、単結晶層であるγ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面では当然の如くエピタキシャル成長し、酸化シリコン層６の上面では、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面で成長した単結晶シリコン層８のエピタキシャル成長層が図の横方向に成長する（ＥＬＯ：Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）ことにより、図１（ｃ）に示すように、単結晶シリコン層８の上面が平坦な形状となるように形成される。図１（ｃ）に示す基板はＳＯＩ構造を持ち、単結晶シリコン層８上に既知のプロセスでＭＯＳＦＥＴを作製した結果、市販のＳＯＩ基板を用いて作製した場合に比べても、遜色のない動作を確認することができた。なお、単結晶シリコン層８の成膜条件は、例えば、基板温度１０００℃、圧力４×１０−１Ｐａ（ベース圧力は５５０℃で４×１０−６Ｐａ）、ガスはＳｉ２Ｈ６とすることができる。
【００２７】
したがって、本発明の第１の実施形態においては、一枚のシリコン基板からＳＯＩ基板を作成することができるため、安価にＳＯＩ基板を作成することができる。また、本発明の実施形態では、単結晶のγ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面が上部に露出した面から単結晶シリコン層８が結晶成長するため、高品質な単結晶シリコン層８を持つＳＯＩ基板を作成することができる。
【００２８】
また、本実施形態では、γ−Ａｌ２Ｏ３層４をシリコン基板２の上面に島状あるいは網状に形成しており、比較的小さい面積としたため、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の格子欠陥を少なくすることができる。これにより、格子欠陥の少ないγ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面にエピタキシャル成長させられる単結晶シリコン層８を結晶性良く形成することができる。
【００２９】
また、本実施形態では、γ−Ａｌ２Ｏ３層４が存在する部分においても、絶縁性に優れた非晶質の酸化シリコン層６によって、デバイスの動作する単結晶シリコン層８は、シリコン基板２から確実に絶縁分離された構造とすることができる。
【００３０】
また、本実施形態では、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面と酸化シリコン層６の上面の高さの差を小さくしており、これにより、単結晶シリコン層８をフラットな状態とすることができるため、本実施形態のＳＯＩ基板を用いて集積回路を形成した場合の配線の断線等を少なくすることができる。
【００３１】
なお、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面と酸化シリコン層６の上面の高さの差は、約５ｎｍ以下とすることができるが、この場合、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面が酸化シリコン層６の上面よりも高くなっても良いし、酸化シリコン層６の上面がγ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面よりも高くなっても良い。
【００３２】
また、図１（ｃ）においては、単結晶シリコン層８は、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上部および酸化シリコン層６の上部に形成されているが、図２に示すように、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面に単結晶シリコン層１０が形成され、酸化シリコン層６の上面には非晶質あるいは多結晶シリコン層１２が形成されるＳＯＩ基板も本発明の適用範囲内である。γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上部のシリコン層が単結晶であれば、ＳＯＩ基板として集積回路を作成することができるからである。なお、図２に示すＳＯＩ基板は、図１のＳＯＩ基板に比べ、単結晶シリコン層１０の厚さを薄くすることによって形成したものである。図２のＳＯＩ基板においては、それぞれの単結晶シリコン層１０領域に半導体素子を形成した場合、単結晶シリコン層１０はほとんどγ−Ａｌ２Ｏ３層４の直上に限られ、それ以外の部分は非晶質あるいは多結晶質シリコン層１２が堆積する。この非晶質あるいは多結晶質シリコン層１２は、単結晶シリコン層１０の領域に半導体素子を形成した場合には、各半導体素子間を絶縁分離することに役立つ。
【００３３】
さらに、図２のＳＯＩ基板に比べ、単結晶シリコン層１０の厚さを厚くすることにより、図３に示すＳＯＩ基板を形成することができる。図３のＳＯＩ基板では、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上部に形成された単結晶シリコン層１０が図中横方向に成長し、酸化シリコン層６の上部の一部まで形成されている。このようなＳＯＩ基板においても、単結晶シリコン層１０に半導体素子を作製することができ、また、各半導体素子間の絶縁を非晶質あるいは多結晶シリコン層１２で行なうことができる。
【００３４】
さらに、単結晶シリコン層１０の間の非晶質あるいは多結晶シリコン層１２をエッチング等の方法を用いて除去することも可能である。このように作製したＳＯＩ基板を図４に示す。図４に示すＳＯＩ基板においては、単結晶シリコン層１０が互いに隔離されて形成されているため、単結晶シリコン層に半導体素子を作製した場合、各半導体素子の絶縁を確実に行なうことができる。なお、非晶質あるいは多結晶質シリコン層１２はエッチングで取り除くことが可能であるが、この方法以外にも、例えば、気相成長法などの方法により、γ−Ａｌ２Ｏ３層４とその周辺部以外の部分へ単結晶シリコン層１０を堆積させないことにより、単結晶シリコン層１０を互いに隔離させることも可能である。この場合は、非晶質あるいは多結晶質シリコン層１２をエッチングする工程が不要となるため、製造工程を簡素化することができる。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は第２実施形態の基板の構成を示すものであり、第１実施形態の図１（ｃ）に該当するものである。図５に示すように、シリコン基板２０と離間した位置には、γ−Ａｌ２Ｏ３層２２が形成されている。酸化シリコン層２４はγ−Ａｌ２Ｏ３層２２の下部およびγ−Ａｌ２Ｏ３層２２の間に形成されている。γ−Ａｌ２Ｏ３層２２および酸化シリコン層２４の上部には、単結晶のシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）層２６が形成されている。
【００３６】
本発明の第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、高品質なシリコンゲルマニウム層２６を有するＳＯＩ基板を得ることができる。
【００３７】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図６は第３の実施形態の基板の構成を示すものであり、第１の実施形態の図１（ｃ）に該当するものである。図６に示すように、シリコン基板３０と離間した位置には、γ−Ａｌ２Ｏ３層３２が形成されている。酸化シリコン層３４はγ−Ａｌ２Ｏ３層３２の下部およびγ−Ａｌ２Ｏ３層３２の間に形成されている。γ−Ａｌ２Ｏ３層３２の上面および酸化シリコン層３４の上部には、単結晶の窒化ガリウム（ＧａＮ）層３６が形成されている。
【００３８】
本発明の第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、高品質な窒化ガリウム層３６を有するＳＯＩ基板を得ることができる。
【００３９】
なお、本発明の各実施形態においては、最上部に用いる層を単結晶シリコン層８、シリコンゲルマニウム２６および窒化ガリウム３６としたが、これに限らず、単結晶層であれば他の材料からなる層を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る第１実施形態の製造工程を示す断面図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態の変形例を示す断面図である。
【図３】本発明に係る第１実施形態の変形例を示す断面図である。
【図４】本発明に係る第１実施形態の変形例を示す断面図である。
【図５】本発明に係る第２実施形態の構成を示す断面図である。
【図６】本発明に係る第３実施形態の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
２ シリコン基板
４ γ−Ａｌ２Ｏ３層
６ 酸化シリコン層
８ 単結晶シリコン層
１０ 単結晶シリコン層
１２ 非晶質あるいは多結晶シリコン層
２６ シリコンゲルマニウム層
３６ 窒化ガリウム層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の構造および製造方法に関するものであり、特に、シリコン単結晶基板上に絶縁膜を形成し、さらに上面に単結晶層を形成する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス技術で用いられる半導体基板には様々なものがあるが、シリコン単結晶基板上に絶縁膜を形成し、さらにその上面に単結晶層を形成したＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板が知られている。上面の単結晶層（例えば、単結晶シリコン層）にデバイスを形成した場合、高速低消費電力の素子を作成することができる。従来より、ＳＯＩ基板の製造方法は様々なものがあり、代表的なものについて以下に記載する。
【０００３】
（ＳＩＭＯＸ法）
ＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ ＩＭｐｌａｔｅｄ ＯＸｙｇｅｎ）法は、単結晶シリコン基板に高濃度の酸素を高加速イオン注入し、熱処理することで、シリコン結晶内部にＳｉＯ２層を形成させるとともに、シリコン表面近傍に再結晶化したシリコン層ができることを利用するにより、ＳＯＩ基板を製造する方法である。
【０００４】
（ＰＡＣＥ法）
ＰＡＣＥ（Ｐｌａｓｍａ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法は、酸化表面を持つウエハー表面ともう一枚のウエハーを対面させて貼り合せ、一方のウエハーを研磨することにより、ＳＯＩ基板を作成するものである。
【０００５】
（Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ（登録商標）法）
Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ法は、シリコン基板表面に酸化膜を形成し、酸化膜を通して水素のイオン注入を行い、これを支持基板と貼り合せた後、熱処理を行なう。熱処理により水素を注入した位置にボイドが発生するが、この部分が機械的に弱くなったことを利用して基板を剥離させ、ＳＯＩ基板を形成する製造方法である。
【０００６】
（ＥＬＴＲＡＮ（登録商標）法）
ＥＬＴＲＡＮ法は、先に述べたＳｍａｒｔ−Ｃｕｔ法とは異なり、水素を注入しない。その代わりに、Ｓｉ基板表面に陽極化成によりポーラスＳｉ層を形成する。ポーラスＳｉ層上に熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍａｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学的気相成長）によってＳｉエピタキシャル層を成長させ、このＳｉ層の表面を、所定厚さのＳｉ層が残るように熱酸化させる。その後、熱酸化膜上に支持基板（Ｓｉ基板）を貼り合せ、ポーラスＳｉ層が弱いことを利用してポーラスＳｉ層部で剥離させ、露出したＳｉ層の表面を水素アニールすることにより、表面を平坦化させてＳＯＩ基板を作成するものである。なお、上述したＳＯＩ基板の製造方法は、以下の文献に記載されている。また、Ｓｉ基板上にアルミナ層を形成させてＳＯＩ基板を製造した文献も以下に示す。
【非特許文献１】貼り合せＳＯＩウエハーの今後の展開：応用物理、第６６巻、第１１号、ｐ．１１２０（１９９７）
【非特許文献２】０．１μｍ時代の高品質ＳＯＩウエハー技術：応用物理、第７１巻、第９号、ｐ．１１０２（２００２）
【非特許文献３】Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｏｆ Ｔｈｅ Ｓｉ／Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＯ２／Ｓｉ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｕｓｉｎｇ Ｏ２ Ａｎｎｅａｌｅｄ Ａｌ２Ｏ３／Ｓｉ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３９（２０００）ｐｐ．２０７８−２０８２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したＳＯＩ基板の製造方法は、それぞれ以下に述べる問題点があった。すなわち、ＳＩＭＯＸ法は、熱処理時に非単結晶ＳｉＯ２層ができるため、表面近傍にできる再結晶Ｓｉ内に多数の結晶欠陥が存在するという問題があった。また、ＰＡＣＥ法は、ＳＯＩ層の厚さ制御をすべて研磨に頼るものであるため、厚膜ＳＯＩ基板技術として用いられており、薄いＳＯＩ層が要求される場合には適用困難であった。また、ＰＡＣＥ法は、一枚のＳＯＩ基板作成に２枚のウエハーが必要となる欠点もあった。
【０００８】
また、Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ法およびＥＬＴＲＡＮ法では、貼り合せ部でボイド等が発生し易いため、貼り合わせる２枚のウエハー表面の平坦性を厳密に確保する必要がある。また、Ｓｍａｒｔ−Ｃｕｔ法およびＥＬＴＲＡＮ法では、製造工程で用いた基板のうち、１枚は再利用できるが、再利用にあたっては研磨などの処理工程が必要となる。また、ＥＬＴＲＡＮ法では、陽極酸化膜の形成を２段階で行なう必要があり、エピタキシャル成長前に熱処理をしてポーラス状態を変化させる必要がある等、高度な製造技術が要求されるものであった。
【０００９】
そこで、本発明は、一枚のウエハーから結晶欠陥の少ないＳＯＩ基板を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１に係る発明は、単結晶層であるシリコン層と、前記シリコン層の上面に形成された非晶質である酸化シリコン層と、前記シリコン層とは離間した状態でかつ、前記酸化シリコン層内に島状あるいは網状に存在する単結晶の酸化アルミニウム層とを備える多層構造ウエハーであって、前記酸化アルミニウム層は、前記酸化シリコン層から上面側に露出していることを特徴とする多層構造ウエハーによって構成される。上記の構成によれば、本発明の多層構造ウエハーは、単結晶の酸化アルミニウム層が酸化シリコン層の上面から露出している構造であるため、酸化アルミニウム層の表面から単結晶層（単結晶シリコンなど）の結晶成長を行なうことができるため、結晶欠陥の少ないＳＯＩ基板を得ることができる。
【００１１】
なお、本発明において、酸化アルミニウム層（Ａｌ２Ｏ３）が、酸化シリコン層内に島状あるいは網状に存在するとは、多層構造ウエハーを上面（表面側）から見た場合、シリコン層の上面に形成されている酸化シリコン層と比較して、酸化アルミニウム層が点在する状態、あるいは線で繋がった網目の状態等を意味する。これは、言い換えると、上面から見た場合、酸化アルミニウム層が一様にシリコン層上に存在する状態ではなく、酸化アルミニウム層に隙間（空間）があり、当該隙間から酸化シリコンがシリコン層の表面と接することにより、絶縁膜を形成するものである。なお、酸化アルミニウム層の厚さは比較的薄いものであり、酸化アルミニウム層が島状あるいは網状に形成されるためには、酸化アルミニウム層の厚さは１ｎｍから５０ｎｍ程度とであり、より望ましくは１ｎｍから３０ｎｍ程度である。なお、最小の厚さである１ｎｍは、ほぼ酸化アルミニウムの一格子分の厚さ（０．８ｎｍ）に相当する値である。このように、酸化アルミニウム層の厚さを１ｎｍから５０ｎｍ程度とすることにより、シリコン層の上面のすべてを覆う状態ではなく、酸化アルミニウム層がシリコン層の上面に島状あるいは網状に形成されることになる。また、酸化アルミニウム層は、酸化シリコン層によりシリコン層から離間されることにより、より絶縁性の高い多層構造ウエハーが形成される。
【００１２】
また、酸化アルミニウム層が酸化シリコン層から上面側に露出しているとは、上面側から見た場合、酸化アルミニウム層が酸化シリコン層に覆われず、酸化アルミニウム層が露出している状態をいう。したがって、この状態において、さらに上面に単結晶層を形成する場合は、単結晶層である酸化アルミニウム層の結晶構造を利用して単結晶層を良好に形成することができるのである。
【００１３】
また、本発明は、前記酸化アルミニウム層及び前記酸化シリコン層の上面に形成された単結晶層をさらに備えることを特徴とする多層構造ウエハーによって構成することもできる。この構成によれば、ＳＯＩ基板の上面に単結晶層が形成されているため、最上面の単結晶層を用いて半導体素子を作成することができる。
【００１４】
また、本発明は、前記酸化アルミニウム層の上面および前記酸化アルミニウムの上面の少なくとも周辺部に形成された単結晶層と、をさらに備えることを特徴とする多層構造ウエハーによって構成することもできる。この構成によれば、ＳＯＩ基板の上面およびその周辺部に単結晶層が形成され、単結晶層以外の部分は非晶質層あるいは多結晶層が形成されるため、単結晶層に素子を形成した場合、非晶質層によって各素子間の絶縁を行なうことができる。
【００１５】
また、本発明は、前記酸化アルミニウム層の上面に形成される単結晶層は、シリコン、シリコンゲルマニウム、ガリウムヒ素のいずれかの層であることを特徴とする多層構造ウエハーによって構成することもできる。この構成によれば、各単結晶層の特性を利用して、所望の半導体素子を作成することができる。
【００１６】
また、本発明は、前記酸化シリコン層と前記酸化アルミニウム層の上面の高さは略同一であることを特徴とする多層構造ウエハーによって構成することもできる。この構成によれば、上面に形成される単結晶層を平坦な層として形成することができるため、配線の形成等を良好に行なうことができる。なお、酸化シリコン層と酸化アルミニウム層の上面の高さが略同一であるとは、酸化シリコン層と酸化アルミニウム層の上面の高さの差が±５ｎｍ程度であることが望ましい。
【００１７】
また、本発明は、単結晶層であるシリコン層の上面に島状あるいは網状に、単結晶層である酸化アルミニウム層を形成する第１の工程と、前記シリコン層の上面側の一部に、非晶質である酸化シリコンを形成し、前記酸化アルミニウム層をシリコン層から離間させる第２の工程と、からなる多層構造ウエハーの製造方法とすることもできる。この方法によれば、酸化アルミニウム層が島状あるいは網状に形成され、シリコン層の上面側の一部に酸化シリコンを形成するものであるため、酸化アルミニウム層は、酸化シリコン層から上面側に露出していることになる。したがって、上面に単結晶層を形成する場合、酸化アルミニウム層上に結晶性良く形成することができる。
【００１８】
また、本発明は、前記酸化アルミニウム層の上面および前記酸化アルミニウム層の上面の少なくとも周辺部に、単結晶層を形成する第３の工程をさらに備える多層構造ウエハーの製造方法とすることもできる。この方法によれば、ＳＯＩ基板の上面に単結晶層は形成されているため、最上面の単結晶層を用いて半導体素子を作成することができる。なお、第３の工程では、酸化アルミニウム層及び酸化シリコン層の全面に単結晶層を形成しても良いし、酸化アルミニウム層および酸化シリコン層の一部の上面に単結晶層を形成しても良い。後者の場合は、単結晶層の間に非晶質層が形成される場合があるが、このように非晶質層を形成した場合は、単結晶層に形成された素子相互間の絶縁を行なうことができるという利点を有している。
【００１９】
また、本発明は、前記第３の工程で形成された単結晶層を残して、前記酸化シリコン層を上面に露出させる第４の工程をさらに備えることを特徴とする多層構造ウエハーの製造方法とすることもできる。この方法によれば、最上面の単結晶層に素子を形成した場合、単結晶層の各素子の絶縁を確実に行なうことができる。
【００２０】
また、本発明は、前記第３の工程で形成される単結晶層は、シリコン、シリコンゲルマニウム、ガリウムヒ素のいずれかの層であることを特徴とする多層構造ウエハーの製造方法とすることもできる。この方法によれば、各単結晶層の特性を利用して、所望の半導体素子を作成することができる。
【００２１】
また、本発明は、前記第２の工程において、前記酸化シリコン層の上面は前記酸化アルミニウム層の上面と略同一であることを特徴とする多層構造ウエハーの製造方法とすることもできる。この方法によれば、上面に形成される単結晶層を平坦な層として形成することができるため、配線の形成等を良好に行なうことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、上記の構成あるいは方法により、一枚の基板から結晶欠陥の少ないＳＯＩウエハーを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の第１の実施形態について説明する。図１は第１の実施形態の製造工程を説明するための図である。図１（ａ）の工程において、単結晶基板であるシリコン基板２の上面に、γ−Ａｌ２Ｏ３層４が形成される。シリコン基板２は配向が（１００）の単結晶基板である。また、γ−Ａｌ２Ｏ３層４は、単結晶層であり、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面から見て、島状あるいは網状に形成されている。本実施形態では、γ−Ａｌ２Ｏ３層４は、シリコン基板２の上面に、γ−Ａｌ２Ｏ３層４を約１０ｎｍ程度積層させたものであり、約１０ｎｍ程度γ−Ａｌ２Ｏ３層４をシリコン基板２上に積層させることで、シリコン基板２の上面をすべて覆う状態になる前の状態とすることができるのである。なお、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の成膜条件は、例えば、ＵＨＶ−ＣＶＤ法を用い、基板温度８８０〜１０００℃、圧力１Ｐａ（ベース圧は、７００℃で１×１０−５Ｐａ）、ガスはＮ２（Ｎ２ ｂｕｂｂｌｅｄ ＴＭＡ）とＯ２とすることができるが、他の成膜方法（ＭＢＥ法など）を用いることもできる。なお、シリコン基板２上にγ−Ａｌ２Ｏ３層４をすべて覆うように形成し、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の一部をエッチング等で除去することにより、γ−Ａｌ２Ｏ３層４をシリコン基板２上に、島状あるいは網状に形成させても良い。
【００２４】
次に、図１（ｂ）に示すように、図１（ａ）の基板を酸素雰囲気中で熱処理することにより、シリコン基板２の一部から酸化シリコン層（ＳｉＯ２）６が形成される。酸化シリコン層６は、シリコン基板２を熱処理することにより形成されるアモルファスであるが、シリコン基板２の表面から酸化シリコン層６が形成され、熱処理が進むにつれて、酸化シリコン層６はγ−Ａｌ２Ｏ３層４の下部にも形成される。この酸化シリコン層６の形成過程について詳説すると、図１（ａ）に示すシリコン基板２の表面が露出した部分では、表面より酸素が供給されて酸化シリコン層６が形成され、この形成された酸化シリコン層６を酸素が拡散してシリコン基板２が酸化され、酸化シリコン層６の膜厚が増加していく。一方、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の下部では、γ−Ａｌ２Ｏ３層４中の酸素の拡散は少なく、シリコン基板２の露出した部分から形成された酸化シリコン層６の膜中を拡散してきた酸素が、シリコン基板２の表面に平行な方向（図の横方向）に拡散し、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の下部に酸化シリコン層６が形成される。したがって、シリコン基板２の表面が露出した部分の酸化シリコン層６の膜厚に比べ、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の下部の酸化シリコン層６の膜厚は薄くなり、図１（ｂ）に示すように、酸化シリコン層６の上面とγ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面のほぼ同じ高さとなるように形成することが可能である。なお、酸化シリコン層６の上面とγ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面の高さは、図１（ｂ）に示すようにほぼ同じものとすることができるが、高さの差を約５ｎｍ以下にすることも可能である。なお、この熱処理は、例えば、酸素雰囲気で１０００℃で１２０分行なわれる。
【００２５】
また、図１（ｂ）の状態において、基板を上面から見た場合、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面は必ず見えている状態（上部に露出する状態）とする必要がある。なお、本実施形態では熱処理により酸化シリコン層６を形成したため、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面を覆う状態まで酸化シリコン層６が形成されることは無いが、別の方法で酸化シリコン層６を形成する場合は、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面が上部に露出するように形成する必要がある。また、図１（ｂ）に示すように、γ−Ａｌ２Ｏ３層４は、酸化シリコン層６を形成することにより、シリコン基板２の上面から離間した状態とされている。
【００２６】
次に、図１（ｃ）の工程では、図１（ｂ）の基板上に単結晶シリコン層８が形成される。単結晶シリコン層８は、単結晶層であるγ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面では当然の如くエピタキシャル成長し、酸化シリコン層６の上面では、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面で成長した単結晶シリコン層８のエピタキシャル成長層が図の横方向に成長する（ＥＬＯ：Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）ことにより、図１（ｃ）に示すように、単結晶シリコン層８の上面が平坦な形状となるように形成される。図１（ｃ）に示す基板はＳＯＩ構造を持ち、単結晶シリコン層８上に既知のプロセスでＭＯＳＦＥＴを作製した結果、市販のＳＯＩ基板を用いて作製した場合に比べても、遜色のない動作を確認することができた。なお、単結晶シリコン層８の成膜条件は、例えば、基板温度１０００℃、圧力４×１０−１Ｐａ（ベース圧力は５５０℃で４×１０−６Ｐａ）、ガスはＳｉ２Ｈ６とすることができる。
【００２７】
したがって、本発明の第１の実施形態においては、一枚のシリコン基板からＳＯＩ基板を作成することができるため、安価にＳＯＩ基板を作成することができる。また、本発明の実施形態では、単結晶のγ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面が上部に露出した面から単結晶シリコン層８が結晶成長するため、高品質な単結晶シリコン層８を持つＳＯＩ基板を作成することができる。
【００２８】
また、本実施形態では、γ−Ａｌ２Ｏ３層４をシリコン基板２の上面に島状あるいは網状に形成しており、比較的小さい面積としたため、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の格子欠陥を少なくすることができる。これにより、格子欠陥の少ないγ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面にエピタキシャル成長させられる単結晶シリコン層８を結晶性良く形成することができる。
【００２９】
また、本実施形態では、γ−Ａｌ２Ｏ３層４が存在する部分においても、絶縁性に優れた非晶質の酸化シリコン層６によって、デバイスの動作する単結晶シリコン層８は、シリコン基板２から確実に絶縁分離された構造とすることができる。
【００３０】
また、本実施形態では、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面と酸化シリコン層６の上面の高さの差を小さくしており、これにより、単結晶シリコン層８をフラットな状態とすることができるため、本実施形態のＳＯＩ基板を用いて集積回路を形成した場合の配線の断線等を少なくすることができる。
【００３１】
なお、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面と酸化シリコン層６の上面の高さの差は、約５ｎｍ以下とすることができるが、この場合、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面が酸化シリコン層６の上面よりも高くなっても良いし、酸化シリコン層６の上面がγ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面よりも高くなっても良い。
【００３２】
また、図１（ｃ）においては、単結晶シリコン層８は、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上部および酸化シリコン層６の上部に形成されているが、図２に示すように、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上面に単結晶シリコン層１０が形成され、酸化シリコン層６の上面には非晶質あるいは多結晶シリコン層１２が形成されるＳＯＩ基板も本発明の適用範囲内である。γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上部のシリコン層が単結晶であれば、ＳＯＩ基板として集積回路を作成することができるからである。なお、図２に示すＳＯＩ基板は、図１のＳＯＩ基板に比べ、単結晶シリコン層１０の厚さを薄くすることによって形成したものである。図２のＳＯＩ基板においては、それぞれの単結晶シリコン層１０領域に半導体素子を形成した場合、単結晶シリコン層１０はほとんどγ−Ａｌ２Ｏ３層４の直上に限られ、それ以外の部分は非晶質あるいは多結晶質シリコン層１２が堆積する。この非晶質あるいは多結晶質シリコン層１２は、単結晶シリコン層１０の領域に半導体素子を形成した場合には、各半導体素子間を絶縁分離することに役立つ。
【００３３】
さらに、図２のＳＯＩ基板に比べ、単結晶シリコン層１０の厚さを厚くすることにより、図３に示すＳＯＩ基板を形成することができる。図３のＳＯＩ基板では、γ−Ａｌ２Ｏ３層４の上部に形成された単結晶シリコン層１０が図中横方向に成長し、酸化シリコン層６の上部の一部まで形成されている。このようなＳＯＩ基板においても、単結晶シリコン層１０に半導体素子を作製することができ、また、各半導体素子間の絶縁を非晶質あるいは多結晶シリコン層１２で行なうことができる。
【００３４】
さらに、単結晶シリコン層１０の間の非晶質あるいは多結晶シリコン層１２をエッチング等の方法を用いて除去することも可能である。このように作製したＳＯＩ基板を図４に示す。図４に示すＳＯＩ基板においては、単結晶シリコン層１０が互いに隔離されて形成されているため、単結晶シリコン層に半導体素子を作製した場合、各半導体素子の絶縁を確実に行なうことができる。なお、非晶質あるいは多結晶質シリコン層１２はエッチングで取り除くことが可能であるが、この方法以外にも、例えば、気相成長法などの方法により、γ−Ａｌ２Ｏ３層４とその周辺部以外の部分へ単結晶シリコン層１０を堆積させないことにより、単結晶シリコン層１０を互いに隔離させることも可能である。この場合は、非晶質あるいは多結晶質シリコン層１２をエッチングする工程が不要となるため、製造工程を簡素化することができる。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は第２実施形態の基板の構成を示すものであり、第１実施形態の図１（ｃ）に該当するものである。図５に示すように、シリコン基板２０と離間した位置には、γ−Ａｌ２Ｏ３層２２が形成されている。酸化シリコン層２４はγ−Ａｌ２Ｏ３層２２の下部およびγ−Ａｌ２Ｏ３層２２の間に形成されている。γ−Ａｌ２Ｏ３層２２および酸化シリコン層２４の上部には、単結晶のシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）層２６が形成されている。
【００３６】
本発明の第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、高品質なシリコンゲルマニウム層２６を有するＳＯＩ基板を得ることができる。
【００３７】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図６は第３の実施形態の基板の構成を示すものであり、第１の実施形態の図１（ｃ）に該当するものである。図６に示すように、シリコン基板３０と離間した位置には、γ−Ａｌ２Ｏ３層３２が形成されている。酸化シリコン層３４はγ−Ａｌ２Ｏ３層３２の下部およびγ−Ａｌ２Ｏ３層３２の間に形成されている。γ−Ａｌ２Ｏ３層３２の上面および酸化シリコン層３４の上部には、単結晶の窒化ガリウム（ＧａＮ）層３６が形成されている。
【００３８】
本発明の第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、高品質な窒化ガリウム層３６を有するＳＯＩ基板を得ることができる。
【００３９】
なお、本発明の各実施形態においては、最上部に用いる層を単結晶シリコン層８、シリコンゲルマニウム２６および窒化ガリウム３６としたが、これに限らず、単結晶層であれば他の材料からなる層を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る第１実施形態の製造工程を示す断面図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態の変形例を示す断面図である。
【図３】本発明に係る第１実施形態の変形例を示す断面図である。
【図４】本発明に係る第１実施形態の変形例を示す断面図である。
【図５】本発明に係る第２実施形態の構成を示す断面図である。
【図６】本発明に係る第３実施形態の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
２ シリコン基板
４ γ−Ａｌ２Ｏ３層
６ 酸化シリコン層
８ 単結晶シリコン層
１０ 単結晶シリコン層
１２ 非晶質あるいは多結晶シリコン層
２６ シリコンゲルマニウム層
３６ 窒化ガリウム層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶層であるシリコン層と、
前記シリコン層の上面に形成された非晶質である酸化シリコン層と、
前記シリコン層とは離間した状態でかつ、前記酸化シリコン層内に島状あるいは網状に存在する単結晶の酸化アルミニウム層とを備える多層構造ウエハーであって、
前記酸化アルミニウム層は、前記酸化シリコン層から上面側に露出していることを特徴とする多層構造ウエハー。
【請求項２】
前記酸化アルミニウム層及び前記酸化シリコン層の上面に形成された単結晶層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の多層構造ウエハー。
【請求項３】
前記酸化アルミニウム層の上面および前記酸化アルミニウムの上面の少なくとも周辺部に形成された単結晶層と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の多層構造ウエハー。
【請求項４】
前記酸化アルミニウム層の上面に形成される単結晶層は、シリコン、シリコンゲルマニウム、ガリウムヒ素のいずれかの層であることを特徴とする請求項２または３に記載の多層構造ウエハー。
【請求項５】
前記酸化シリコン層と前記酸化アルミニウム層の上面の高さは略同一であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の多層構造ウエハー。
【請求項６】
単結晶層であるシリコン層の上面に島状あるいは網状に、単結晶層である酸化アルミニウム層を形成する第１の工程と、
前記シリコン層の上面側の一部に、非晶質である酸化シリコンを形成し、前記酸化アルミニウム層をシリコン層から離間させる第２の工程と、
からなる多層構造ウエハーの製造方法。
【請求項７】
前記酸化アルミニウム層の上面および前記酸化アルミニウム層の上面の少なくとも周辺部に、単結晶層を形成する第３の工程をさらに備える請求項６に記載の多層構造ウエハーの製造方法。
【請求項８】
前記第３の工程で形成された単結晶層を残して、前記酸化シリコン層を上面に露出させる第４の工程をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の多層構造ウエハーの製造方法。
【請求項９】
前記第３の工程で形成される単結晶層は、シリコン、シリコンゲルマニウム、ガリウムヒ素のいずれかの層であることを特徴とする請求項７または８に記載の多層構造ウエハーの製造方法。
【請求項１０】
前記第２の工程において、前記酸化シリコン層の上面は前記酸化アルミニウム層の上面と略同一であることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の多層構造ウエハーの製造方法。
【請求項１】
単結晶層であるシリコン層と、
前記シリコン層の上面に形成された非晶質である酸化シリコン層と、
前記シリコン層とは離間した状態でかつ、前記酸化シリコン層内に島状あるいは網状に存在する単結晶の酸化アルミニウム層とを備える多層構造ウエハーであって、
前記酸化アルミニウム層は、前記酸化シリコン層から上面側に露出していることを特徴とする多層構造ウエハー。
【請求項２】
前記酸化アルミニウム層及び前記酸化シリコン層の上面に形成された単結晶層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の多層構造ウエハー。
【請求項３】
前記酸化アルミニウム層の上面および前記酸化アルミニウムの上面の少なくとも周辺部に形成された単結晶層と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の多層構造ウエハー。
【請求項４】
前記酸化アルミニウム層の上面に形成される単結晶層は、シリコン、シリコンゲルマニウム、ガリウムヒ素のいずれかの層であることを特徴とする請求項２または３に記載の多層構造ウエハー。
【請求項５】
前記酸化シリコン層と前記酸化アルミニウム層の上面の高さは略同一であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の多層構造ウエハー。
【請求項６】
単結晶層であるシリコン層の上面に島状あるいは網状に、単結晶層である酸化アルミニウム層を形成する第１の工程と、
前記シリコン層の上面側の一部に、非晶質である酸化シリコンを形成し、前記酸化アルミニウム層をシリコン層から離間させる第２の工程と、
からなる多層構造ウエハーの製造方法。
【請求項７】
前記酸化アルミニウム層の上面および前記酸化アルミニウム層の上面の少なくとも周辺部に、単結晶層を形成する第３の工程をさらに備える請求項６に記載の多層構造ウエハーの製造方法。
【請求項８】
前記第３の工程で形成された単結晶層を残して、前記酸化シリコン層を上面に露出させる第４の工程をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の多層構造ウエハーの製造方法。
【請求項９】
前記第３の工程で形成される単結晶層は、シリコン、シリコンゲルマニウム、ガリウムヒ素のいずれかの層であることを特徴とする請求項７または８に記載の多層構造ウエハーの製造方法。
【請求項１０】
前記第２の工程において、前記酸化シリコン層の上面は前記酸化アルミニウム層の上面と略同一であることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の多層構造ウエハーの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２２７３３８（Ｐ２００８−２２７３３８Ａ）
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６６１９２（Ｐ２００７−６６１９２）
【出願日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【出願人】（３０４０２７３４９）国立大学法人豊橋技術科学大学 (391)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【出願人】（３０４０２７３４９）国立大学法人豊橋技術科学大学 (391)
【Ｆターム（参考）】
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