貼り合わせ基板の製造方法

【目的】シリコン基板等の貼り合わせ基板の熱処理中における金属汚染を低減する。
【構成】シリコン基板１，２を貼り合わせ、貼り合わせ後の熱処理の雰囲気を塩化水素（ＨＣｌ）を含むガスとする。この塩化水素を含む雰囲気中で熱処理することで、シリコン基板１，２中の金属不純物４は塩素と結合してハロゲン化して蒸発し易くなる。従って、シリコン基板１，２中の金属不純物４による汚染が低減される。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＳＯＩデバイス等の製造に用いられる半導体基板同士を貼り合わせた貼り合わせ基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】絶縁基体上にシリコン薄膜を形成し、そのシリコン薄膜にデバイスを形成するＳＯＩ技術は、素子の高速化や低消費電力等の利点を有することから広く研究されている。
【０００３】ところで、このＳＯＩ技術の１つとして、シリコン基板の貼り合わせによるＳＯＩ基板の作製技術がある。この基板同士の貼り合わせ法では、一対のシリコン基板を水素結合力を利用して貼り合わせた後、熱処理によって貼り合わせ強度の強化がなされ、次いで一方のシリコン基板の研削や研磨によって薄膜の単結晶シリコン層が他方のシリコン基板上に形成される。この貼り合わせ法では、直接単結晶のシリコン基板を薄膜化するために、シリコン薄膜の結晶性に優れることになり、形成するデバイスの特性は他のレーザー再結晶化法等に比べて安定し易くなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この基板同士の貼り合わせの際には、貼り合わせの雰囲気ガスとして、窒素や酸素、あるいはアルゴン等が使用される。これらのガスは、熱処理時に貼り合わせ基板が変質しないように保つために流される。
【０００５】ところが、一般に貼り合わせは１０００℃以上の高温で行われるため、金属汚染が発生した場合では、図９に模式的に示すように、シリコン基板９１，９２中に容易に金属９３が拡散し、その結果、結晶欠陥が発生する。このような結晶欠陥が生じた場合では、半導体中の電子や正孔のライフタイムを低下させ、デバイスを作製した時では、そのデバイスの電気的な特性が劣化する。
【０００６】特に貼り合わせ基板の場合では、一対の基板同士の貼り合わせ面９４の近傍に歪みが多いため、金属のゲッタリングシンクとなる。従って、貼り合わせ面の近くに金属が集中し易くなり、且つ貼り合わせ面近傍をデバイスの動作領域とする場合が多いため、デバイス特性を良好に保つことが困難となっていた。
【０００７】そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑み、基板同士の貼り合わせの際の熱処理における金属汚染を防止するような貼り合わせ基板の製造方法の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するために、本発明の貼り合わせ基板の製造方法は、貼り合わせられた複数の半導体基板を直接或いは少なくとも１枚の薄膜化の後に塩化水素を含む雰囲気中で熱処理することを特徴とする。
【０００９】上記塩化水素を含む雰囲気としては、例えば窒素や酸素或いはアルゴン等に加えて塩化水素ガスを含む雰囲気であり、一例として塩化水素の濃度は０．１〜３％程度で行われる。この熱処理には通常の熱処理炉が用いれば良い。上記薄膜化のための加工は、研削や研磨或いはエッチング等の加工が行われる。複数の半導体基板の貼り合わせ面は、シリコン等の半導体基板同士を貼り合わせる構造でも良く、シリコン酸化膜やポリシリコン膜等を介在させて貼り合わせられる構造でも良い。
【００１０】
【作用】熱処理を塩化水素を含む雰囲気中で行うことで、金属不純物は基板内で拡散するよりも金属ハロゲンを生成して、ガス雰囲気中に蒸発するようになる。このため半導体基板の特に貼り合わせ面近傍に対するゲッタリング効果が緩和され、金属不純物による結晶欠陥等が防止される。
【００１１】
【実施例】本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。
【００１２】〔第１の実施例〕先ず、図１に示すように、一対の単結晶のシリコン基板１，２を用意する。シリコン基板１の貼り合わせ面にはシリコン酸化膜３を形成する。
【００１３】次に、図２に示すように、一対のシリコン基板１，２を貼り合わせる。シリコン基板１の貼り合わせ面には、シリコン酸化膜３が形成されているため、該シリコン酸化膜３を介して一対のシリコン基板１，２は接着する。この段階で、各シリコン基板１，２中には、金属不純物４が存在するが、次の工程で除去されることになる。
【００１４】貼り合わせ後、熱処理炉内に貼り合わせた一対のシリコン基板１，２を載置し、貼り合わせ強度を強化するための熱処理を行う。この熱処理は、塩化水素を含むガス雰囲気で行われ、塩化水素と、窒素や酸素或いはアルゴン等のガスとの混合ガスが一対のシリコン基板１，２を囲むことになる。塩化水素の濃度は、一例として、０．１％〜３％程度であり、加熱温度は１０００℃以上であって、１０５０〜１１５０℃が最適温度とされる。また、その加熱時間は３０分〜３時間程度とされる。
【００１５】塩化水素を含む雰囲気で一対のシリコン基板１，２を熱処理することにより、図３に示すように、シリコン基板１，２中の金属不純物４と塩素が結合して、蒸気圧の高いハロゲン化合物となる。このため金属不純物４はシリコン基板１，２中に拡散するよりもガス雰囲気中に蒸発する方が多くなり、結果として、シリコン酸化膜３の界面近傍に金属不純物４が集中するような現象を防止することができる。
【００１６】図４は熱処理後のシリコン基板１，２の様子を示す断面である。シリコン酸化膜３の近傍のシリコンでは、その金属汚染が低減され、素子として利用した場合に特性の良好なものが製造されることになる。
【００１７】〔第２の実施例〕本実施例は、シリコン基板の薄膜化を図った後に、塩化水素を含む雰囲気で熱処理する例であり、図５〜図８を参照しながら説明する。
【００１８】まず、図５に示すように、一対のシリコン基板１１，１２をシリコン酸化膜１３を介して貼り合わせる。この段階では、シリコン基板１１，１２中に、金属不純物１４が含まれる。
【００１９】次いで、図６に示すように、シリコン基板１１の薄膜化が行われる。この薄膜化の前に面取り加工を施しても良い。シリコン基板１１の薄膜化は、研削加工及び研磨加工を経て行われる。この薄膜化によって、シリコン酸化膜１３上には、シリコン基板１１を薄膜化したシリコン薄膜１５が形成されることになる。
【００２０】シリコン基板の薄膜化の後、図７に示すように、塩化水素を含む雰囲気で熱処理を行い、シリコン基板１２及びシリコン薄膜１５中の金属不純物１４をハロゲン化合物化し、蒸発させて除去する。熱処理の条件は、第１の実施例とほぼ同様であり、塩化水素の濃度は、一例として、０．１％〜３％程度であり、加熱温度は１０００℃以上であって、１０５０〜１１５０℃が最適温度とされる。また、その加熱時間は３０分〜３時間程度とされる。
【００２１】塩化水素を含む雰囲気で熱処理によって、金属不純物１４を蒸発させることで、図８に示すような金属汚染の少ないＳＯＩ構造の貼り合わせ基板が得られることになる。特にＳＯＩ構造では、シリコン酸化膜１３の近傍がＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の活性領域とされるため、その界面近傍の金属不純物を低減することで、形成すべきＴＦＴ等のデバイス特性が大幅に向上することになり、同時に素子製造の再現性にも優れることになる。
【００２２】
【発明の効果】本発明の貼り合わせ基板の製造方法では、熱処理時に塩化水素を含有する雰囲気下での処理が行われる。このため半導体基板中の金属不純物を蒸発させて、貼り合わせにかかる基板の清浄化を図ることができる。従って、本発明を適用して貼り合わせ基板を製造することで、素子特性の良好な素子を貼り合わせ基板上に形成することができ、同時にその素子製造の再現性にも優れ、歩留り向上を図ることができる。
【００２３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の貼り合わせ基板の製造方法の一実施例における貼り合わせにかかる一対のシリコン基板を示す工程断面図である。
【図２】本発明の貼り合わせ基板の製造方法の一実施例におけるシリコン基板の貼り合わせ工程までの基板断面を示す工程断面図である。
【図３】本発明の貼り合わせ基板の製造方法の一実施例における塩化水素を含む雰囲気での熱処理工程までの基板断面を示す工程断面図である。
【図４】本発明の貼り合わせ基板の製造方法の一実施例における前記熱処理後の基板断面を示す工程断面図である。
【図５】本発明の貼り合わせ基板の製造方法の他の一実施例におけるシリコン基板の貼り合わせ工程までの基板断面を示す工程断面図である。
【図６】本発明の貼り合わせ基板の製造方法の他の一実施例におけるシリコン基板の薄膜化工程までの基板断面を示す工程断面図である。
【図７】本発明の貼り合わせ基板の製造方法の他の一実施例における塩化水素を含む雰囲気での熱処理工程までの基板断面を示す工程断面図である。
【図８】本発明の貼り合わせ基板の製造方法の他の一実施例における前記熱処理後の基板断面を示す工程断面図である。
【図９】従来の貼り合わせ基板の製造方法における熱処理後の基板断面を示す工程断面図である。
【符号の説明】
１，２，１１，１２…シリコン基板
３，１３…シリコン酸化膜
４，１４…金属不純物
１５…シリコン薄膜

【特許請求の範囲】
【請求項１】貼り合わせられた複数の半導体基板を塩化水素を含む雰囲気中で熱処理することを特徴とする貼り合わせ基板の製造方法。
【請求項２】複数の半導体基板を貼り合わせた後、該半導体基板の少なくとも１枚は薄膜化され、次いで塩化水素を含む雰囲気中で熱処理されることを特徴とする貼り合わせ基板の製造方法。

【図１】