JP2003257804A

JP2003257804A - 複合基板および基板製造方法

Info

Publication number: JP2003257804A
Application number: JP2002050734A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Inakanaka; 博士田舎中
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2003-09-12
Anticipated expiration: 2022-02-27
Also published as: JP4182323B2

Abstract

(57)【要約】【課題】炭素系基板上にシリコン基板を接合して複合
基板を形成する。【解決手段】複合基板１Ａは、大判の炭化珪素基板
（ＳｉＣ）１０の上に複数の長尺シリコン分割基板片２
０Ａを並列配置した状態でアニール処理によって各シリ
コン分割基板片２０ＡをＳｉＣ１０に接合する。そし
て、各シリコン分割基板片２０Ａの継ぎ目にレーザアニ
ール処理を行い、各シリコン分割基板片２０Ａを一体化
してシリコン基板２０を得る。シリコン基板２０の上に
陽極化成でポーラスシリコン層６０を形成し、このポー
ラスシリコン層６０の上にエピタキシャル成長膜７０を
成長させ、このエピタキシャル成長膜７０にガラス基板
９０を貼り付ける。この後、ポーラスシリコン層６０を
分断して除去し、ガラス基板９０の上にエピタキシャル
成長膜７０による単結晶薄膜シリコン層を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に大面積薄膜半
導体基板を形成するための製造工程に用いることが可能
な複合基板および基板製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、大面積の薄膜単結晶半導体素
子を製造するための方法として、単結晶シリコン基板上
にポーラスシリコン層を形成し、その層上に半導体素子
層となるエピタキシャル成長層を設け、このエピタキシ
ャル成長層を接着性を有する部材によって単結晶シリコ
ン基板から剥離するような方法が知られている（例え
ば、特開平８−２１３６４５号公報、特開平１１−３１
８２８号公報参照）。また、このような方法に用いるこ
とができる基板として、本件出願人は、炭素含有材料よ
りなる基板（炭素系基板）にシリコン基板を接合した複
合基板およびその製造方法について提案している（例え
ば、特開平１１−２６４７号公報参照）。従来は、例え
ば大型のＴＦＴ液晶パネル向けのような大面積の薄膜単
結晶シリコン基板を作製することが困難であったが、こ
のような方法を用いることにより、大面積（例えば１ｍ
×１ｍ等）の薄膜単結晶シリコン基板をガラス基板上に
作製することが可能となる。また、このような方法で
は、複合基板を再利用できる利点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような大面積の炭素系基板上にシリコン基板を接合した
複合基板を作製することが容易でないという問題があ
る。

【０００４】そこで本発明の目的は、大面積の炭素系基
板上にシリコン基板を容易に接合することが可能な複合
基板と、その複合基板を作製するための基板製造方法、
さらには、その複合基板を用いて薄膜半導体を作製する
ための基板製造方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、板状に形成された炭素系基板と、前記炭素系
基板の片面または両面に一体に接合される半導体基板と
を有し、前記半導体基板は、複数の半導体分割基板片を
前記炭素系基板の接合面に並列に配置し、加熱溶融によ
って結合して一体化したことを特徴とする。また本発明
は、板状に形成された炭素系基板と、前記炭素系基板の
片面または両面に一体に接合される半導体基板とを有す
る複合基板を作製する基板製造方法であって、前記半導
体基板を構成する複数の半導体分割基板片を前記炭素系
基板の接合面に並列に配置し、加熱溶融によって炭素系
基板に接合する工程とを有することを特徴とする。

【０００６】また本発明は、板状に形成された炭素系基
板の片面または両面に、複数の半導体分割基板片を前記
炭素系基板の接合面に並列に配置し、加熱溶融によって
結合することにより、前記炭素系基板に半導体基板を一
体化した複合基板を作製する工程と、前記半導体基板の
表面に陽極化成を行うことにより、多孔質半導体層を形
成する工程と、前記多孔質半導体層上にエピタキシャル
成長層を形成する工程と、前記エピタキシャル成長層を
支持基板に貼り合わせる工程と、前記多孔質半導体層を
分断することにより、前記エピタキシャル成長層および
支持基板を半導体基板から剥離して、前記エピタキシャ
ル成長層による薄膜単結晶半導体基板を作製する工程と
を有することを特徴とする。

【０００７】また本発明は、板状に形成された炭素系基
板の片面または両面に、複数の半導体分割基板片を前記
炭素系基板の接合面に並列に配置し、加熱溶融によって
結合することにより、前記炭素系基板に半導体基板を一
体化した複合基板を作製する工程と、前記半導体基板の
表面に陽極化成を行うことにより、多孔質半導体層を形
成する工程と、前記多孔質半導体層上にエピタキシャル
成長層を形成する工程と、前記エピタキシャル成長層を
支持基板に貼り合わせる工程と、前記多孔質半導体層を
分断することにより、前記エピタキシャル成長層および
支持基板を半導体基板から剥離して、前記エピタキシャ
ル成長層による薄膜単結晶半導体基板を作製する工程と
を経て形成されたことを特徴とする。

【０００８】本発明の複合基板では、半導体基板を炭素
系基板に一体化した構成により、半導体基板の強度不足
を炭素系基板によって補強することができ、また、半導
体基板は、複数の半導体分割基板片を炭素系基板の接合
面に並列に配置し、加熱溶融によって結合して一体化す
ることにより形成したことから、十分な強度を確保しつ
つ、容易に大型の半導体基板を得ることができ、例えば
種々の大面積半導体装置の作製等に有効な複合基板を提
供することが可能である。

【０００９】また、本発明の基板製造方法では、半導体
基板を炭素系基板に一体化した複合基板を作製する際
に、半導体基板を構成する複数の半導体分割基板片を炭
素系基板の接合面に並列に配置し、加熱溶融によって炭
素系基板に接合するようにしたので、十分な強度を確保
しつつ、容易に大型の半導体基板を得ることができ、種
々の大面積型半導体装置の作製等に有効な複合基板を安
定的に製造することが可能である。

【００１０】また、本発明の基板製造方法では、上述の
ような複合基板に含まれる半導体基板に対して陽極化成
を行うことにより、多孔質半導体層を形成し、この多孔
質半導体層上にエピタキシャル成長層を形成し、このエ
ピタキシャル成長層を支持基板に貼り合わせた後、多孔
質半導体層を分断することにより、エピタキシャル成長
層および支持基板を半導体基板から剥離して、エピタキ
シャル成長層による薄膜単結晶半導体基板を作製するこ
とから、大面積の薄膜単結晶半導体基板を安定的に製造
することが可能である。

【００１１】さらに、本発明の薄膜単結晶半導体基板で
は、上述のような複合基板に含まれる半導体基板に対し
て陽極化成を行うことにより、多孔質半導体層を形成
し、この多孔質半導体層上にエピタキシャル成長層を形
成し、このエピタキシャル成長層を支持基板に貼り合わ
せた後、多孔質半導体層を分断することにより、エピタ
キシャル成長層および支持基板を半導体基板から剥離す
ることにより形成されるため、大型で高品質の薄膜単結
晶半導体基板を安価に得ることが可能である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明による実施の形態例
について説明する。なお、以下に説明する実施の形態
は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種
々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説
明において、特に本発明を限定する旨の記載がない限
り、これらの態様に限定されないものとする。本実施の
形態は、後述するようなポーラスシリコン剥離法等を用
いて、大面積の薄膜単結晶半導体基板を作製する場合に
用いることができる複合基板を提供するものである。こ
の複合基板は、板状に形成された炭素系基板と、この炭
素系基板の片面または両面に一体に接合されるシリコン
等の半導体基板とを有するものであり、半導体基板は、
複数の半導体分割基板片を炭素系基板の接合面に並列に
配置し、アニール処理による全体的な加熱溶融によって
炭素系基板に接合し、一体化したものである。

【００１３】一般に、半導体基板を大型化すると大変割
れ易くなる。また、半導体基板の板厚を大きくすると材
料コストが上昇してしまう。そこで、強度の高い炭素系
基板に半導体基板を貼り付けることにより、薄型の半導
体基板を炭素系基板で補強した複合基板とし、これをポ
ーラスシリコン剥離法等を用いた大面積薄膜単結晶半導
体基板の作製に用いるものである。なお、半導体基板
は、炭素系基板の片面だけに貼り付けるだけでなく、両
面に貼り付けて２枚の薄膜単結晶半導体基板を一括して
作製するようにしてもよい。また、炭素系基板に半導体
基板を貼り付ける方法として、半導体ウェーハのサイズ
や強度を考慮して、複数の半導体分割基板片を炭素系基
板に接合し、各分割基板片の継ぎ目については、例え
ば、レーザアニール処理で結合して一体化することによ
り、最適な複合基板を容易に作製できる。このような複
合基板は、例えば大面積の薄膜単結晶シリコンＴＦＴ基
板を作製するための大面積薄膜単結晶シリコン基板をポ
ーラスシリコン剥離法を用いて作製する工程で用いるこ
とができる。

【００１４】なお、以下の実施例では、半導体基板とし
てシリコン基板を用いているが、その他にもゲルマニウ
ム基板や化合物半導体にも応用が可能である。例えば、
シリコンとゲルマニウムの混合物、ガリウムとヒ素の混
合物、ガリウムとインジウムの混合物、ガリウムと窒素
の混合物、ガリウムとリンの混合物等にも応用すること
ができる。また、実施例の具体的な特徴として、シリコ
ン分割基板片同士の結合に、両者の接合界面にレーザ照
射してアプレーション加工を行うことにより、シリコン
分割基板片の継ぎ目をスムーズにすることができる。ま
た、このようなシリコン分割基板片の継ぎ目をスムーズ
にするために、シリコン基板上にアモルファスシリコン
を成膜してランプアニール等の処理を行い、シリコン基
板を再結晶化するようにしてもよい。あるいは、シリコ
ン基板上にエピタキシャル成長を行い、全体を一体化さ
せるような方法も可能である。

【００１５】また、シリコン分割基板片間の面方位を一
致させることにより、単結晶シリコン基板を作製するこ
とができる。例えば、この場合の面方位としては、ミラ
ー指数によって表わされる（１００）面、（１１１）
面、（１１０）面にするとよい。また、各シリコン分割
基板片の側面、すなわち隣接するシリコン分割基板片に
対向するエッジ部分の面を垂直に研磨する。このとき、
エッジ部分の面方位は、ミラー指数によって表わされる
（００１）面、（０１１）面、（１１１）面のいずれか
であり、同じ面方位が合致するようにシリコン分割基板
片を並べるようにする。なお、エッジ部分の面方位は、
それぞれプラスマイナス５°以内に収めるようにする。

【００１６】このような複合基板を用いてポーラスシリ
コン剥離法を実施することにより、例えば、大面積のガ
ラス基板やプラスチック基板等に転写された薄膜単結晶
シリコン基板を製造できる。また、大面積のガラス基板
やプラスチック基板等と薄膜単結晶シリコン基板との界
面に、熱酸化による酸化膜を形成することにより、ＳＯ
Ｉ（Silicon On Insulator）基板と同等の品質を得るこ
とができる。

【００１７】次に、本発明の具体的な実施例について説
明する。なお、以下の実施例では、炭素系基板の片面に
半導体基板を設ける例を中心に説明し、炭素系基板の両
面に半導体基板を設ける例を補足的に説明する。まず、
本発明の第１実施例は、炭素系基板として炭化珪素基板
（ＳｉＣ）を用いた、半導体基板との第１の接合例につ
いて説明する。図１は、本実施例による複合基板の一例
を示す説明図であり、図１（Ａ）は側面図、図１（Ｂ）
は平面図、図１（Ｃ）はレーザアニール工程を示す側面
図である。

【００１８】図示のように、本実施例の複合基板１Ａ
は、大判の炭化珪素基板（ＳｉＣ）１０の上に複数の長
尺シリコン分割基板片２０Ａ（図では３枚の例を示す）
を並列配置した状態でアニール処理によって各シリコン
分割基板片２０ＡをＳｉＣ１０に接合する。なお、各シ
リコン分割基板片２０Ａは、横長板状のＳｉＣ１０に対
して縦方向の長尺板状に形成されている。そして、各シ
リコン分割基板片２０Ａの継ぎ目にレーザアニール処理
を行い、各シリコン分割基板片２０Ａを一体化してシリ
コン基板２０を得る。このようにして大型の複合基板１
Ａを容易に作製することが可能となる。

【００１９】以下、本発明の第１実施例の詳細について
図２、図３を用いて説明する。図２は、本実施例による
複合基板の製造工程を示す断面図である。（１）まず、図２（Ａ）に示すような大型の平坦なＳｉ
Ｃ基板１０を用意する。これには例えば市販のものを用
いることができる。（２）次に、図２（Ｂ）に示すように、このＳｉＣ基板
１０の表面にＣＶＤ（chemical vapor deposition ）技
術により、アモルファスシリコン膜１１をコーティング
する。そして、このアモルファスシリコン膜１１にボロ
ンをドーピングする。

【００２０】（３）また、これと平行して上述した長尺
シリコン分割基板片２０Ａを作製する。図３は、長尺シ
リコン分割基板片２０Ａの作製工程を示す説明図であ
る。まず、図３（Ａ）に示すような長尺Ｓｉインゴット
２１を用意する。このＳｉインゴット２１は、例えばＣ
Ｚ法によって形成され、Ｓｉ単結晶から得た（１００）
結晶面を板面方向とし、例えばボロンドープがなされた
Ｐ型の比抵抗０．０１〜０．０２Ω・ｃｍのシリコンよ
りなり、長手方向（図中Ｘ方向）に数ｍ、幅方向（図３
（Ａ）で紙面と垂直方向）に２０ｃｍの寸法を有する。
そして、このような長尺Ｓｉインゴット２１を図３
（Ａ）に示すように、長手方向に複数切断し、さらに図
３（Ｂ）に示すように、各切断片２１Ａを縦方向にスラ
イスし、縦方向の長さが１ｍ、幅が５ｃｍ〜２０ｃｍ、
板厚が数ｍｍの長尺シリコン分割基板原材２０Ｂを形成
する。

【００２１】（４）次に、図３（Ｃ）において、この長
尺シリコン分割基板原材２０Ｂの表面を平坦面になるよ
うに研磨する。（５）また、図３（Ｄ）において、長尺シリコン分割基
板原材２０Ｂの周縁部のエッジが垂直な平坦面になるよ
うに研磨する。（６）次に、図３（Ｅ）において、ＳＣｌ洗浄（ＮＨ3
ＯＨ：Ｈ2 Ｏ2 、Ｈ2Ｏ＝１：１：５、８０°Ｃ、１０
秒）を行い、表面を親水性にする。このようにして、長
尺シリコン分割基板片２０Ａを得る。

【００２２】（７）次に、図２（Ｃ）において、炭素系
基板（ＳｉＣ）１０とシリコン分割基板片２０Ａとを貼
り合わせる。このとき、各シリコン分割基板片２０Ａの
面方位が上向きに（１００）面になるようにして、例え
ば５枚のシリコン分割基板片２０Ａを並列に貼り合わせ
る（図では３枚の例を示す）。なお、隣接するシリコン
分割基板片２０Ａとシリコン分割基板片２０Ａの継ぎ目
は隙間がないように合わせる。

【００２３】（８）次に、図２（Ｄ）において、例えば
高温炉の窒素ガス（Ｎ2 ）雰囲気中でランプアニールを
行う。この熱処理工程により、炭素系基板（ＳｉＣ）１
０とシリコン分割基板片２０Ａとが加熱溶融され接合さ
れる。なお、この場合のアニール処理方法としては、ラ
ンプ加熱方式に限らず、ＲＦ誘導加熱方式や抵抗加熱方
式、あるいはレーザ照射方式を用いて行うことが可能で
ある。（９）次に、図２（Ｅ）において、隣接するシリコン分
割基板片２０Ａとシリコン分割基板片２０Ａとの継ぎ目
にＫｒＦエキシマレーザを照射して、レーザアブレーシ
ョンを行う。なお、レーザアニールの方法は、他にも種
々採用できるものである。これにより、各シリコン分割
基板片２０Ａ間の継ぎ目がなくなり、一体化され、大判
のシリコン基板２０を形成できる。以上の工程により、
大型の平坦なＳｉＣ基板１０上にＳｉ基板２０が接合さ
れた複合基板１Ａを形成できる。

【００２４】次に、本発明の第２実施例を説明する。図
４は、本実施例による複合基板の製造工程を示す断面図
である。（１）まず、図４（Ａ）に示すような大型の平坦なアモ
ルファスカーボン基板３０を用意する。なお、アモルフ
ァスカーボン基板とは、結晶性がアモルファスのカーボ
ンを硬く固めた形状の炭素基板である。いろいろな基板
が提供されているが、例えばユニチカ社製の商品名「ア
モルファスカーボン」を使用することができる。（２）次に、図４（Ｂ）に示すように、このアモルファ
スカーボン基板３０の表面にＣＶＤ（chemical vapor d
eposition ）技術により、多結晶シリコン膜３１をコー
ティングする。そして、この多結晶シリコン膜３１にボ
ロンをドーピングする。（３）また、これと平行して上述した長尺シリコン分割
基板片２０Ａを作製する。これは第１実施例の図３で説
明したものと同様の方法で、インゴットのスライス、研
磨、洗浄等を行うことにより作製できる。

【００２５】（４）次に、図４（Ｃ）において、炭素系
基板（アモルファスカーボン基板）３０とシリコン分割
基板片２０Ａとを貼り合わせる。このとき、各シリコン
分割基板片２０Ａの面方位が上向きにミラー指数によっ
て表わされる（１００）面になるようにして、例えば５
枚のシリコン分割基板片２０Ａを並列に貼り合わせる
（図では３枚の例を示す）。なお、隣接するシリコン分
割基板片２０Ａとシリコン分割基板片２０Ａの継ぎ目は
隙間がないように合わせる。（５）次に、図４（Ｄ）において、例えば酸素ガス（Ｏ
2 ）雰囲気中で高温ランプアニールを行う。この熱処理
工程により、炭素系基板（アモルファスカーボン基板）
３０とシリコン分割基板片２０Ａとが加熱溶融され接合
される。

【００２６】（６）次に、このアモルファスカーボン基
板３０とシリコン基板２０（シリコン分割基板片２０
Ａ）との複合基板１Ｂをフッ酸溶液に浸して、シリコン
基板２０の表面に形成された酸化膜をエッチング除去し
た。（７）この後、図４（Ｅ）において、複合基板１Ｂの表
面にアモルファスシリコン膜４０を成膜する。（８）次に、図４（Ｆ）において、ランプアニールを行
い、アモルファスシリコン膜４０を再結晶化する。この
ときアモルファスシリコン膜４０は、種となるシリコン
基板２０の面方位の影響を受けて単結晶となる。以上の
工程により、大型の平坦なアモルファスカーボン基板３
０上にＳｉ基板２０が接合された複合基板１Ｂが形成で
きる。

【００２７】次に、本発明の第３実施例を説明する。図
５は、本実施例による複合基板の製造工程を示す断面図
である。この第３実施例は、シリコン分割基板片２０Ａ
の接合面にアモルファスシリコン膜を成膜し、また、炭
素基板（黒鉛）の表面にＳｉＣ薄膜をコーティングして
炭素系基板１０を構成し、この炭素系基板１０とシリコ
ン分割基板片２０Ａとをアモルファスシリコン膜を介し
て接合するようにしたものである。（１）まず、図５（Ａ）において上述した第１実施例と
同様にしてシリコン分割基板片２０Ａを作製する。（２）次に、図５（Ｂ）において、各シリコン分割基板
片２０Ａの炭素系基板１０との接合面にアモルファスシ
リコン膜４１をＣＶＤ等によって成膜する。

【００２８】（３）次に、図５（Ｃ）において、黒鉛を
材料とした板１２を用意する。この黒鉛板１２は、薄い
板状のものである。（４）次に、図５（Ｄ）において、黒鉛板１２の表面に
ＳｉＣ薄膜１３をコーティングし、炭素系基板１０を形
成する。（５）次に、図５（Ｅ）において、シリコン分割基板片
２０Ａのアモルファスシリコン膜４１が成膜された面を
炭素系基板１０に貼り合わせる。（６）そして、図５（Ｆ）において、窒素（Ｎ2 ）ガス
雰囲気中でランプ加熱を行う。なお、この場合、ランプ
加熱方式に限らず、ＲＦ誘導加熱方式や抵抗加熱方式、
あるいはレーザ照射方式を用いて行うことが可能であ
る。以上の工程により、大型の平坦なＳｉＣ薄膜がコー
ティングされた黒鉛板上にＳｉ基板が接合された複合基
板１Ｃを形成できる。

【００２９】次に、本発明の第４実施例を説明する。図
６は、本実施例による複合基板の製造工程を示す断面図
である。この第４実施例は、炭素系基板１０上にシリコ
ン分割基板片２０Ａを接合した複合基板のシリコン上に
シリコンエピタキシャル成長を行うものである。（１）まず、図６（Ａ）において、上述した第１実施例
と同様にして、複合基板１Ａを作製する。（２）そして、複合基板１Ａの一体化されたシリコン基
板２０をエピタキシャル成長させてエピタキシャル成長
膜５０を形成し、複合基板１Ｄを完成する。

【００３０】次に、以上の各実施例に対応してシリコン
基板２０を炭素系基板１０の両面に設けた構成例につい
て説明する。図７は、それぞれ上述した実施例に対応す
る両面型複合基板を示す断面図である。なお、上述した
図２、図４、図５、図６に対応する要素については同一
符号を付している。図７（Ａ）は、図２に示した第１実
施例の複合基板１Ａにおいて、炭素系基板１０の片面に
設けたシリコン基板２０を両面に設けた例である。

【００３１】また、図７（Ｂ）は、図４に示した第２実
施例の複合基板１Ｂにおいて、炭素系基板１０の片面に
設けたシリコン基板２０およびアモルファスシリコン膜
４０を両面に設けた例である。また、図７（Ｃ）は、図
５に示した第３実施例の複合基板１Ｃにおいて、黒鉛板
１２の表面にＳｉＣ薄膜１３をコーティングした炭素系
基板１０の片面に設けたアモルファスシリコン膜４１お
よびシリコン基板２０を両面に設けた例である。また、
図７（Ｄ）は、図６に示した第４実施例の複合基板１Ｄ
において、炭素系基板１０の片面に設けたシリコン基板
２０およびエピタキシャルシリコン膜５０を両面に設け
た例である。

【００３２】次に、以上のような複合基板（例えば第２
実施例の複合基板１Ｂ）を用いて薄膜単結晶シリコン基
板を作製する方法について説明する。図８は、この製造
工程を示す断面図である。（１）まず、大面積炭素系基板１０の片面にシリコン基
板２０を配置した複合基板１Ｂを用意する（図８（Ａ）
（Ｂ））。（２）次に、このシリコン基板２０上にポーラスＳｉ
（多孔質シリコン基板）を形成するための陽極化成を行
う。この陽極化成は、例えば図９に示す陽極化成装置を
用いて行う。この陽極化成装置は、テフロン（登録商
標）等の絶縁性容器２５０によって電解溶液の貯留槽２
５１を設け、この貯留槽２５１の底面開口部２５２に複
合基板１Ｂのシリコン基板２０をＯリング２５３を介し
て密閉状態で配置したものである（なお、図９ではシリ
コン基板２０の上層にエピタキシャル成長膜を設けた複
合基板１Ｄの例を示している）。

【００３３】また、貯留槽２５１には、シリコン基板２
０に対向してＰｔ電極２５４が配置され、複合基板１Ｂ
の炭素系基板１０側には下部電極２５５が配置されてい
る。そして、Ｐｔ電極２５４と下部電極２５５と間に電
流源２５６を接続したものである。なお、本例では電界
溶液として、ＨＦ：Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ＝１：１を注入した。（３）この陽極化成装置において、電流源２５６の電流
を、まず、７ｍＡ／ｃｍ^２で８分間通電させる。（４）次に電流を２００ｍＡ／ｃｍ^２で２〜３秒間電
通させる。これにより、図８（Ｃ）に示すように、シリ
コン基板２０の上にポーラスＳｉ層６０を形成すること
ができる。

【００３４】（５）次に、この複合基板１Ｂをエピタキ
シャル成長装置に設置する。（６）そして、水素雰囲気中で１１３０°Ｃに加熱し、
この状態で１０分間アニールする。（７）次に、１１００°Ｃに温度を下げ、ＳｉＣｌ4 ガ
スを導入し、シリコンのエピタキシャル成長を行う（図
８（Ｄ））。これにより、ポーラスＳｉ層６０の上にエ
ピタキシャル成長層７０が形成される。（８）次に、この複合基板１Ｂをエピタキシャル成長装
置から取り出し、熱拡散炉において熱酸化を行う（図８
（Ｅ））。この熱酸化は９５０°Ｃで３０分間、バイロ
酸化を行う。これにより、エピタキシャル成長層７０の
上に熱酸化膜８０が形成される。（９）次に、この熱酸化膜８０の表面を親水性にするた
め、ＳＣｌ洗浄（ＮＨ3 ＯＨ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝１：
１：５、８０°Ｃ、１０分）を行う。なお、これと同時
にガラス基板を用意し、ＳＣｌ洗浄を行う。

【００３５】（１０）そして、この複合基板１Ｂとガラ
ス基板９０との貼り合わせを行う（図８（Ｆ））。（１１）この後、酸素雰囲気中で熱アニールを行う。温
度は４００°Ｃで８時間行う。これにより、複合基板１
Ｂの熱酸化膜８０とガラス基板９０が接合される。（１２）次に、ポーラスシリコン層６０を剥離層とし
て、エピタキシャル成長層７０からなる薄膜単結晶シリ
コン基板をシリコン基板２０から剥離する（図８
（Ｇ））。（１３）次に、剥離面のポーラスシリコン層６０を除去
する（図８（Ｈ）、（Ｉ））。これは、例えば大型のス
ピンエッチャーを用いて、フッ酸と硝酸の混合液を注入
し、ポーラスシリコン層６０を除去することができる。
以上の工程によって、大面積薄膜単結晶シリコン基板７
０を完成できる。また、剥離された複合基板１Ｂは、再
利用して他の薄膜単結晶シリコン基板を作製することが
可能となる。

【００３６】なお、図９に示す陽極化成装置は、複合基
板の片面を処理する構成であったが、図７に示す両面の
陽極化成を行う場合には、図１０に示す陽極化成装置を
用いることが可能である。この陽極化成装置は、テフロ
ン等の絶縁性容器２８０によって電解溶液の２つの貯留
槽２８１Ａ、２８１Ｂを設け、この貯留槽２８１Ａ、２
８１Ｂの中間部に複合基板１ＢをＯリング２８３を介し
て密閉状態で配置したものである。複合基板１Ｂの両側
のシリコン基板２０は、両側の貯留槽２８１Ａ、２８１
Ｂに面して配置される。また、貯留槽２８１Ａ、２８１
Ｂには、各シリコン基板２０に対向してＰｔ電極２８４
Ａ、２８４Ｂが配置され、各Ｐｔ電極２８４Ａ、２８４
Ｂの間に電流源２８２を接続したものである。なお、陽
極化成に用いる電解溶液や作業工程等は図８で示したも
のと同様であるので説明は省略する。

【００３７】以上のような本実施の形態による基板製造
方法では次のような効果を得ることが可能である。（１）大面積の薄膜単結晶シリコン基板を容易かつ安価
に作製することができる。（２）大面積液晶装置のＴＦＴ基板は、従来アモルファ
スシリコンかポリシリコンを用いて作製されていたが、
これを薄膜単結晶シリコンに置き換えることができる。（３）シリコン基板を大面積化すると割れやすく、扱い
が大変であるが、強度の強い炭素系基板にシリコン基板
を貼り付けたことによって、シリコン基板を割れにくく
することができる。

【００３８】（４）シリコン基板が割れにくいので、再
利用回数を大幅に増やすことができる。（５）ＴＦＴ基板の材料をアモルファスシリコンやポリ
シリコンから単結晶シリコンに変えることにより、移動
度が大幅に向上する（１０００ｃｍ^２／Ｖｓ以上）。（６）大面積の単結晶シリコンにより、１枚のパネルに
ＴＦＴの素子と、駆動回路、ＭＰＵ等を形成できる。（７）ＴＦＴ液晶装置の開口率が大幅に向上できる。（８）種となる単結晶シリコン基板は、強度の強い炭素
系基板に貼り合わせられているので、工程途中で割れに
くく、種となる単結晶シリコン基板の再利用回数を多く
できるので、薄膜単結晶シリコン基板のコストを低下さ
せることができる。

【００３９】なお、本発明は以上の実施例に限定される
ものではなく、例えば、上述した各作業工程で示した温
度や寸法等の例は適宜変更が可能である。また、本発明
の複合基板および基板製造方法は、上述したＴＦＴ基板
に係るものに限らず、例えば太陽電池や集積回路、大型
ディスプレイ等に用いられる種々の薄膜半導体基板の作
製に適用し得るものである。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の複合基板に
よれば、半導体基板を炭素系基板に一体化した構成によ
り、半導体基板の強度不足を炭素系基板によって補強す
ることができ、また、半導体基板は、複数の半導体分割
基板片を炭素系基板の接合面に並列に配置し、加熱溶融
によって結合して一体化することにより形成したことか
ら、十分な強度を確保しつつ、容易に大型の半導体基板
を得ることができ、例えば種々の大面積半導体装置の作
製等に有効な複合基板を提供することが可能である。

【００４１】また、本発明の基板製造方法によれば、半
導体基板を炭素系基板に一体化した複合基板を作製する
際に、半導体基板を構成する複数の半導体分割基板片を
炭素系基板の接合面に並列に配置し、加熱溶融によって
炭素系基板に接合するようにしたので、十分な強度を確
保しつつ、容易に大型の半導体基板を得ることができ、
種々の大面積型半導体装置の作製等に有効な複合基板を
安定的に製造することが可能である。

【００４２】また、本発明の基板製造方法によれば、上
述のような複合基板に含まれる半導体基板に対して陽極
化成を行うことにより、多孔質半導体層を形成し、この
多孔質半導体層上にエピタキシャル成長層を形成し、こ
のエピタキシャル成長層を支持基板に貼り合わせた後、
多孔質半導体層を分断することにより、エピタキシャル
成長層および支持基板を半導体基板から剥離して、エピ
タキシャル成長層による薄膜単結晶半導体基板を作製す
ることから、大面積の薄膜単結晶半導体基板を安定的に
製造することが可能である。

【００４３】さらに、本発明の薄膜単結晶半導体基板に
よれば、上述のような複合基板に含まれる半導体基板に
対して陽極化成を行うことにより、多孔質半導体層を形
成し、この多孔質半導体層上にエピタキシャル成長層を
形成し、このエピタキシャル成長層を支持基板に貼り合
わせた後、多孔質半導体層を分断することにより、エピ
タキシャル成長層および支持基板を半導体基板から剥離
することにより形成されるため、大型で高品質の薄膜単
結晶半導体基板を安価に得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による複合基板の一例を示す
説明図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図、
（Ｃ）はレーザアニール工程を示す側面図である。

【図２】本発明の第１実施例による複合基板の製造工程
を示す断面図である。

【図３】本発明の各実施例による複合基板で用いるシリ
コン分割基板片の製造工程を示す説明図である。

【図４】本発明の第２実施例による複合基板の製造工程
を示す断面図である。

【図５】本発明の第３実施例による複合基板の製造工程
を示す断面図である。

【図６】本発明の第４実施例による複合基板の製造工程
を示す断面図である。

【図７】上記第１〜第４実施例に対応する両面型複合基
板を示す断面図である。

【図８】上記第１〜第４実施例による複合基板を用いた
薄膜単結晶シリコン基板の製造工程を示す断面図であ
る。

【図９】図８に示す製造工程で用いる陽極化成装置の一
例を示す断面図である。

【図１０】図８に示す製造工程で用いる陽極化成装置の
他の例を示す断面図である。

【符号の説明】

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ……複合基板、１０……炭素系
基板、１１……アモルファスシリコン膜、２０……シリ
コン基板、２０Ａ……シリコン分割基板片、２１……長
尺シリコンインゴット、３０……アモルファスカーボン
基板、３１……多結晶シリコン膜、４０、４１……アモ
ルファスシリコン膜、５０、７０……エピタキシャル成
長膜、６０……ポーラスシリコン層、８０……熱酸化
膜、９０……ガラス基板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板状に形成された炭素系基板と、前記炭
素系基板の片面または両面に一体に接合される半導体基
板とを有し、前記半導体基板は、複数の半導体分割基板片を前記炭素
系基板の接合面に並列に配置し、加熱溶融によって結合
して一体化した、ことを特徴とする複合基板。
【請求項２】前記炭素系基板は、少なくとも黒鉛を含
むことを特徴とする請求項１記載の複合基板。
【請求項３】前記炭素系基板は、少なくともシリコン
と炭素の化合物を含むことを特徴とする請求項１記載の
複合基板。
【請求項４】前記炭素系基板は、少なくともアモルフ
ァスカーボンを含むことを特徴とする請求項１記載の複
合基板。
【請求項５】前記半導体基板は、単結晶半導体よりな
ることを特徴とする請求項１記載の複合基板。
【請求項６】前記半導体基板は、シリコン、ゲルマニ
ウム、シリコンとゲルマニウムの混合物、ガリウムとヒ
素の混合物、ガリウムとインジウムの混合物、ガリウム
と窒素の混合物、ガリウムとリンの混合物のいずれかの
材料よりなることを特徴とする請求項１記載の複合基
板。
【請求項７】前記複数の半導体分割基板片を前記炭素
系基板の接合面に並列に配置する場合に、各半導体分割
基板片の表面の面方位を同じにすることを特徴とする請
求項１記載の複合基板。
【請求項８】前記複数の半導体分割基板片を前記炭素
系基板の接合面に並列に配置する場合に、各半導体分割
基板片の表面の面方位をミラー指数によって表わされる
（００１）面とすることを特徴とする請求項６記載の複
合基板。
【請求項９】前記複数の半導体分割基板片を前記炭素
系基板の接合面に並列に配置する場合に、各半導体分割
基板片の側面が垂直に研磨され、その面方位を同じにす
ることを特徴とする請求項１記載の複合基板。
【請求項１０】前記複数の半導体分割基板片を前記炭
素系基板の接合面に並列に配置する場合に、各半導体分
割基板片の側面が垂直に研磨され、かつ、各側面の面方
位がミラー指数によって表わされる（００１）面、また
は、そのプラスマイナス５度以内の範囲にあることを特
徴とする請求項８記載の複合基板。
【請求項１１】前記複数の半導体分割基板片を前記炭
素系基板の接合面に並列に配置する場合に、各半導体分
割基板片の側面が垂直に研磨され、かつ、各側面の面方
位がミラー指数によって表わされる（０１１）面、また
は、そのプラスマイナス５度以内の範囲にあることを特
徴とする請求項８記載の複合基板。
【請求項１２】前記複数の半導体分割基板片を前記炭
素系基板の接合面に並列に配置する場合に、各半導体分
割基板片の側面が垂直に研磨され、かつ、各側面の面方
位がミラー指数によって表わされる（１１１）面、また
は、そのプラスマイナス５度以内の範囲にあることを特
徴とする請求項８記載の複合基板。
【請求項１３】前記複数の半導体分割基板片の継ぎ目
が単結晶であることを特徴とする請求項１記載の複合基
板。
【請求項１４】前記炭素系基板と半導体基板との間
に、アモルファスシリコン層が配置されることを特徴と
する請求項１記載の複合基板。
【請求項１５】前記炭素系基板と半導体基板との間
に、多結晶シリコン層が配置されることを特徴とする請
求項１記載の複合基板。
【請求項１６】前記炭素系基板と半導体基板との間
に、シリコンとカーボンの混合物の層が配置されること
を特徴とする請求項１記載の複合基板。
【請求項１７】前記複数の半導体分割基板片の継ぎ目
が加熱溶融によって結合されていることを特徴とする請
求項１記載の複合基板。
【請求項１８】板状に形成された炭素系基板と、前記
炭素系基板の片面または両面に一体に接合される半導体
基板とを有する複合基板を作製する基板製造方法であっ
て、前記半導体基板を構成する複数の半導体分割基板片を前
記炭素系基板の接合面に並列に配置し、加熱溶融によっ
て炭素系基板に接合する工程と、を有することを特徴とする基板製造方法。
【請求項１９】前記半導体分割基板片を前記炭素系基
板の接合面に配置する前に、前記半導体分割基板片また
は炭素系基板の接合面を親水性にする工程を有すること
を特徴とする請求項１７記載の基板製造方法。
【請求項２０】前記半導体分割基板片を前記炭素系基
板の接合面に配置する前に、前記炭素系基板の接合面ま
たは半導体分割基板片の接合面にアモルファス半導体層
を成膜する工程を有することを特徴とする請求項１７記
載の基板製造方法。
【請求項２１】前記アモルファス半導体層は、アモル
ファスのシリコン層であることを特徴とする請求項１９
記載の基板製造方法。
【請求項２２】前記アモルファス半導体層は、アモル
ファスのシリコンと炭素との化合物層であることを特徴
とする請求項１９記載の基板製造方法。
【請求項２３】前記アモルファス半導体層は、アモル
ファスのシリコンとゲルマニウムとの化合物層であるこ
とを特徴とする請求項１９記載の基板製造方法。
【請求項２４】前記半導体分割基板片を前記炭素系基
板の接合面に配置する前に、前記炭素系基板の接合面ま
たは半導体分割基板片の接合面に多結晶半導体層を成膜
する工程を有することを特徴とする請求項１７記載の基
板製造方法。
【請求項２５】前記多結晶半導体層は、多結晶シリコ
ン層であることを特徴とする請求項２３記載の基板製造
方法。
【請求項２６】前記多結晶半導体層は、多結晶のシリ
コンと炭素の化合物層であることを特徴とする請求項２
３記載の基板製造方法。
【請求項２７】前記多結晶半導体層は、多結晶のシリ
コンとゲルマニウムの化合物層であることを特徴とする
請求項２３記載の基板製造方法。
【請求項２８】前記半導体分割基板片を炭素系基板の
接合面に加熱溶融する工程は、ランプ加熱方式の高温炉
を用いて行うことを特徴とする請求項１７記載の基板製
造方法。
【請求項２９】前記半導体分割基板片を炭素系基板の
接合面に加熱溶融する工程は、誘導加熱方式の高温炉を
用いて行うことを特徴とする請求項１７記載の基板製造
方法。
【請求項３０】前記半導体分割基板片を炭素系基板の
接合面に加熱溶融する工程は、抵抗加熱方式の高温炉を
用いて行うことを特徴とする請求項１７記載の基板製造
方法。
【請求項３１】前記半導体分割基板片を炭素系基板の
接合面に加熱溶融する工程は、レーザ照射を用いて行う
ことを特徴とする請求項１７記載の基板製造方法。
【請求項３２】前記複数の半導体分割基板片の継ぎ目
を加熱溶融によって結合する工程を有することを特徴と
する請求項１７記載の基板製造方法。
【請求項３３】前記複数の半導体分割基板片の継ぎ目
を加熱溶融によって結合する工程は、レーザ照射を用い
て行うことを特徴とする請求項３１記載の基板製造方
法。
【請求項３４】前記炭素系基板に一体に接合される半
導体基板の表面にアモルファス半導体層を成膜する工程
と、前記アモルファス半導体層を加熱して前記半導体基
板と単結晶になるように再結晶化する工程とを有するこ
とを特徴とする請求項１７記載の基板製造方法。
【請求項３５】前記アモルファス半導体層は、下地と
なる前記半導体基板と同じ材料からなることを特徴とす
る請求項３３記載の基板製造方法。
【請求項３６】前記アモルファス半導体層を加熱する
工程はランプ加熱方式の高温炉を用いることを特徴とす
る請求項３３記載の基板製造方法。
【請求項３７】前記アモルファス半導体層を加熱する
工程は、誘導加熱方式の高温炉を用いることを特徴とす
る請求項３３記載の基板製造方法。
【請求項３８】前記アモルファス半導体層を加熱する
工程は、抵抗加熱方式の高温炉を用いることを特徴とす
る請求項３３記載の基板製造方法。
【請求項３９】前記アモルファス半導体層を加熱する
工程は、レーザ照射を用いることを特徴とする請求項３
３記載の基板製造方法。
【請求項４０】前記炭素系基板に一体に接合される半
導体基板の表面にエピタキシャル成長層を成膜する工程
を有することを特徴とする請求項１７記載の基板製造方
法。
【請求項４１】前記エピタキシャル成長層は、下地と
なる前記半導体基板と同じ材料から成長させることを特
徴とする請求項３３記載の基板製造方法。
【請求項４２】板状に形成された炭素系基板の片面ま
たは両面に、複数の半導体分割基板片を前記炭素系基板
の接合面に並列に配置し、加熱溶融によって結合するこ
とにより、前記炭素系基板に半導体基板を一体化した複
合基板を作製する工程と、前記半導体基板の表面に陽極化成を行うことにより、多
孔質半導体層を形成する工程と、前記多孔質半導体層上にエピタキシャル成長層を形成す
る工程と、前記エピタキシャル成長層を支持基板に貼り合わせる工
程と、前記多孔質半導体層を分断することにより、前記エピタ
キシャル成長層および支持基板を半導体基板から剥離し
て、前記エピタキシャル成長層による薄膜単結晶半導体
基板を作製する工程と、を有することを特徴とする基板製造方法。
【請求項４３】前記半導体基板の表面に陽極化成を行
い、多孔質半導体層を形成した後、その表面に水素アニ
ール処理を行い、その後、前記エピタキシャル成長層を
形成することを特徴とする請求項４１記載の基板製造方
法。
【請求項４４】前記半導体基板の表面に陽極化成を行
い、多孔質半導体層を形成した後、その表面に酸化処理
を行い、その後、前記エピタキシャル成長層を形成する
ことを特徴とする請求項４１記載の基板製造方法。
【請求項４５】前記半導体基板は、シリコン、ゲルマ
ニウム、シリコンとゲルマニウムの混合物、ガリウムと
ヒ素の混合物、ガリウムとインジウムの混合物、ガリウ
ムと窒素の混合物、ガリウムとリンの混合物のいずれか
であることを特徴とする請求項４１記載の基板製造方
法。
【請求項４６】前記支持基板はガラス基板であること
を特徴とする請求項４１記載の基板製造方法。
【請求項４７】前記支持基板はプラスチック基板であ
ることを特徴とする請求項４１記載の基板製造方法。
【請求項４８】板状に形成された炭素系基板の片面ま
たは両面に、複数の半導体分割基板片を前記炭素系基板
の接合面に並列に配置し、加熱溶融によって結合するこ
とにより、前記炭素系基板に半導体基板を一体化した複
合基板を作製する工程と、前記半導体基板の表面に陽極化成を行うことにより、多
孔質半導体層を形成する工程と、前記多孔質半導体層上にエピタキシャル成長層を形成す
る工程と、前記エピタキシャル成長層を支持基板に貼り合わせる工
程と、前記多孔質半導体層を分断することにより、前記エピタ
キシャル成長層および支持基板を半導体基板から剥離し
て、前記エピタキシャル成長層による薄膜単結晶半導体
基板を作製する工程とを経て形成された、ことを特徴とする薄膜単結晶半導体基板。
【請求項４９】前記支持基板はガラス基板であること
を特徴とする請求項４７記載の薄膜単結晶半導体基板。
【請求項５０】前記支持基板はプラスチック基板であ
ることを特徴とする請求項４７記載の薄膜単結晶半導体
基板。