JP2001320033A - Semiconductor member and method for manufacturing the same and semiconductor device using the method - Google Patents

Semiconductor member and method for manufacturing the same and semiconductor device using the method

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JP2001320033A
JP2001320033A JP2000137214A JP2000137214A JP2001320033A JP 2001320033 A JP2001320033 A JP 2001320033A JP 2000137214 A JP2000137214 A JP 2000137214A JP 2000137214 A JP2000137214 A JP 2000137214A JP 2001320033 A JP2001320033 A JP 2001320033A
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substrate
insulating
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form semiconductor regions between plural insulating regions, in an SOI substrate formed by a sticking method. SOLUTION: This method is provided with a process for preparing a first member having the plural insulating regions 17 and the plural semiconductor regions 12 formed between the plural insulating regions, a process for sticking the first member to a second member 14 as semiconductor base material in such a manner that a structure body in which the plural insulating regions and the plural semiconductor regions are positioned inside is obtained, and a process for transferring the plural insulating regions and the plural semiconductor regions to the second member 14 side.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体部材の製造方
法およびそれを用いた半導体部材、半導体装置に係わ
り、特に半導体面上に絶縁層を介して半導体層を有する
SOI基板の製造方法およびそれを用いた半導体部材、
半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor member, a semiconductor member and a semiconductor device using the same, and more particularly, to a method for manufacturing an SOI substrate having a semiconductor layer on a semiconductor surface via an insulating layer, and a method for manufacturing the same. Semiconductor members used,
The present invention relates to a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】SOI(Semiconductor On Insulator)
基板は酸化膜等の絶縁層を介して、下地の半導体基板と
素子形成を行うSi等の半導体の活性層とが分離された
構造をしている。図10はSOI基板の構造を示す断面
図である。図10において、101は半導体基板、10
2は絶縁層、103は半導体の活性層である。
2. Description of the Related Art SOI (Semiconductor On Insulator)
The substrate has a structure in which an underlying semiconductor substrate and an active layer of a semiconductor such as Si for forming an element are separated via an insulating layer such as an oxide film. FIG. 10 is a sectional view showing the structure of the SOI substrate. In FIG. 10, 101 is a semiconductor substrate, 10
Reference numeral 2 denotes an insulating layer, and 103 denotes a semiconductor active layer.

【0003】図11は上記SOI基板上にMOSトラン
ジスタを形成した場合の断面図である。バルク基板上に
形成されたものに比べ、MOSトランジスタ104のソ
ース・ドレイン(S,D)底部が酸化膜等の絶縁層10
2と接していて、拡散層容量などの寄生容量を低減する
ことができ、半導体装置の高速化、低消費電力駆動を実
現できる。さらに絶縁層102で各素子が分離されてい
るため、ノイズ低減の効果がある。
FIG. 11 is a sectional view showing a case where a MOS transistor is formed on the SOI substrate. Compared to those formed on the bulk substrate, the bottom of the source / drain (S, D) of the MOS transistor 104 has an insulating layer 10 such as an oxide film.
2, the parasitic capacitance such as the diffusion layer capacitance can be reduced, and the semiconductor device can be operated at high speed and driven with low power consumption. Further, since each element is separated by the insulating layer 102, there is an effect of reducing noise.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、絶縁層
があるがために、MOSチャネル底部ではドレイン近傍
の高電界から生じる過剰キャリアが逃げ場を失い蓄積さ
れて、SOI基板上のMOSトランジスタ特有の「キン
ク現象」や、「寄生バイポーラ効果」の原因となり素子
特性を劣化させてしまう。さらに、ESD(Electrosta
tic Discharge)対策用の保護回路を考える場合にも、
絶縁層があるため、バルク基板のようにサージによる過
剰電荷を下地基板側に逃がすことができず、効果的な保
護回路の形成が困難になる。結果としてSOI基板上に
作られた素子の保護回路はバルク基板に比べ格段に面積
が大きくなってしまい、微細化にとって望ましくないレ
イアウト構成になる、という課題があった。
However, due to the presence of the insulating layer, excess carriers generated from the high electric field near the drain lose their escape fields and accumulate at the bottom of the MOS channel, and the "kink" peculiar to the MOS transistor on the SOI substrate is lost. This may cause a "phenomenon" or "parasitic bipolar effect" and degrade device characteristics. In addition, ESD (Electrosta
tic Discharge)
Due to the presence of the insulating layer, excess charges due to the surge cannot be released to the base substrate side unlike the bulk substrate, and it becomes difficult to form an effective protection circuit. As a result, there has been a problem that the protection circuit of the element formed on the SOI substrate has a much larger area than the bulk substrate, resulting in a layout configuration that is not desirable for miniaturization.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体部材の製
造方法は、複数の絶縁領域と該複数の絶縁領域間に設け
られた複数の半導体領域とを有する第1の部材を用意す
る工程と、前記第1の部材と半導体基体である第2の部
材とを、前記複数の絶縁領域と前記複数の半導体領域と
が内側に位置する多層構造体が得られるように貼り合わ
せる工程と、前記第2の部材側に前記複数の絶縁領域と
前記複数の半導体領域とを移設する工程と、を有するも
のである。
SUMMARY OF THE INVENTION A method of manufacturing a semiconductor member according to the present invention comprises the steps of providing a first member having a plurality of insulating regions and a plurality of semiconductor regions provided between the plurality of insulating regions. Laminating the first member and a second member that is a semiconductor substrate so that a multilayer structure in which the plurality of insulating regions and the plurality of semiconductor regions are located inside is obtained; Transferring the plurality of insulating regions and the plurality of semiconductor regions to the second member side.

【0006】また本発明の半導体部材の製造方法は、半
導体基体上または半導体層を有する基体の該半導体層上
に、複数の絶縁領域と該複数の絶縁領域間に設けられた
複数の半導体領域とを有する第1の部材を用意する工程
と、前記第1の部材と半導体基体である第2の部材と
を、前記複数の絶縁領域と前記複数の半導体領域とが内
側に位置する多層構造体が得られるように貼り合わせる
工程と、前記第2の部材側に前記複数の絶縁領域、前記
複数の半導体領域、および前記半導体基体の一部又は前
記半導体層を移設する工程と、を有するものである。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor member of the present invention, a plurality of insulating regions and a plurality of semiconductor regions provided between the plurality of insulating regions are formed on the semiconductor substrate or on the semiconductor layer of the substrate having the semiconductor layer. A step of preparing a first member having: a first member and a second member that is a semiconductor substrate, a multilayer structure in which the plurality of insulating regions and the plurality of semiconductor regions are located inside; And a step of transferring the plurality of insulating regions, the plurality of semiconductor regions, and a part of the semiconductor substrate or the semiconductor layer to the second member side. .

【0007】また本発明の半導体部材の製造方法は、複
数の絶縁領域と該複数の絶縁領域間に設けられた複数の
半導体領域とを有する第1の部材を用意する工程と、半
導体層を有する第2の部材を用意する工程と、前記第1
の部材の前記複数の絶縁領域及び前記複数の半導体領域
と、前記第2の部材の前記半導体層とが内側に位置する
多層構造体が得られるように、前記第1の部材と前記第
2の部材とを貼り合わせる工程と、前記第1の部材側に
前記半導体層を移設する工程と、を有するものである。
[0007] A method of manufacturing a semiconductor member according to the present invention includes a step of preparing a first member having a plurality of insulating regions and a plurality of semiconductor regions provided between the plurality of insulating regions; Providing a second member;
The first member and the second member so that a multilayer structure in which the plurality of insulating regions and the plurality of semiconductor regions of the member are located inside the semiconductor layer of the second member is obtained. A step of bonding the member to a member and a step of transferring the semiconductor layer to the first member.

【0008】また本発明の半導体部材の製造方法は、複
数の絶縁領域と該複数の絶縁領域間に設けられた複数の
半導体領域とを有する第1の部材を用意する工程と、前
記第1の部材の前記複数の絶縁領域及び前記複数の半導
体領域が内側に位置する多層構造体が得られるように、
前記第1の部材と半導体基体である第2の部材とを貼り
合わせる工程と、前記第1の部材側に前記第2の部材の
半導体基体の一部を移設する工程と、を有するものであ
る。
The method of manufacturing a semiconductor member according to the present invention further comprises the steps of: preparing a first member having a plurality of insulating regions and a plurality of semiconductor regions provided between the plurality of insulating regions; To obtain a multilayer structure in which the plurality of insulating regions and the plurality of semiconductor regions of the member are located inside,
A step of bonding the first member to a second member which is a semiconductor substrate; and a step of transferring a part of the semiconductor substrate of the second member to the first member. .

【0009】本発明の半導体部材は本発明の製造方法に
より製造されたものである。
The semiconductor member of the present invention is manufactured by the manufacturing method of the present invention.

【0010】本発明の半導体装置は本発明の半導体部材
を用いたものであって、半導体領域上の半導体層又は半
導体基体の一部に、半導体回路の少なくとも一部が設け
られているものである。
A semiconductor device according to the present invention uses the semiconductor member according to the present invention, wherein at least a part of a semiconductor circuit is provided on a part of a semiconductor layer or a semiconductor base on a semiconductor region. .

【0011】[0011]

【作用】本発明は、図9に示すように埋め込み酸化膜等
の絶縁領域92間に上部半導体層94と下地の半導体層
(又は半導体基体)91をつなぐ半導体アイランド層9
3を設けた半導体部材を提供するものである。
According to the present invention, as shown in FIG. 9, a semiconductor island layer 9 for connecting an upper semiconductor layer 94 and an underlying semiconductor layer (or semiconductor substrate) 91 between insulating regions 92 such as a buried oxide film.
3 is provided.

【0012】それによって図8に示すようにMOSトラ
ンジスタおよびESD対策用の保護回路を形成する際、
MOSのチャネル領域直下、もしくは保護回路直下にこ
の半導体アイランド領域がくるように素子を形成するこ
とができる。
As a result, when forming a MOS transistor and a protection circuit against ESD as shown in FIG.
The element can be formed such that the semiconductor island region is located immediately below the MOS channel region or directly below the protection circuit.

【0013】その結果、一つにはドレインの高電界で発
生した余剰キャリアはMOSのチャネル底部に集まって
そこから半導体アイライドを通って下地基板81に抜け
ることができる。このため、チャネル底部にキャリアが
蓄積することで生じる、キンク電流の発生や、寄生バイ
ポーラ効果、などSOI上のMOSトランジスタ特有の
素子劣化を抑制することができる。
As a result, surplus carriers generated by the high electric field at the drain are collected at the bottom of the channel of the MOS, and can escape to the base substrate 81 through the semiconductor eyelet. For this reason, it is possible to suppress the deterioration of the element peculiar to the MOS transistor on the SOI, such as the generation of the kink current and the parasitic bipolar effect caused by the accumulation of the carrier at the bottom of the channel.

【0014】また、二つにはESD対策用の保護ダイオ
ードを、バルク基板に対するのと同様に縦形に形成する
ことができる。静電気によって発生する過剰な電荷を、
埋め込み酸化膜82間の半導体アイライド領域を通って
下地基板に放散させることができる。このためバルクの
保護回路をそのまま利用することが可能になる。
[0014] In addition, a protection diode for ESD measures can be formed vertically in the same manner as for a bulk substrate. Excessive charge generated by static electricity
The light can be diffused to the underlying substrate through the semiconductor ilide region between the buried oxide films 82. Therefore, the bulk protection circuit can be used as it is.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を用いて詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0016】図1は本発明のSOI基板の作製方法の工
程を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing steps of a method for manufacturing an SOI substrate according to the present invention.

【0017】まず図1(a)に示すように、2枚の基板
を貼りあわせる前の一方の基板を作製するべく、下地基
板13の分離層15上にSOIの活性層にあたるSi層
等の半導体層16を設け、その上に絶縁膜に相当するシ
リコン酸化膜17を積層する。
First, as shown in FIG. 1A, a semiconductor such as a Si layer corresponding to an active layer of SOI is formed on an isolation layer 15 of an undersubstrate 13 in order to produce one substrate before bonding two substrates. A layer 16 is provided, and a silicon oxide film 17 corresponding to an insulating film is stacked thereon.

【0018】SOI基板の活性層であるSi層はエピタ
キシャル成長で作られたSiの場合もあれば、CZ法等
で作られたSiウエハの一部の場合もある。また、多孔
質シリコン等の分離層を用いて行う貼りあわせタイプの
場合に限らず、ウエハ同士を酸化膜等の絶縁層を介して
貼り合わせる、多孔質シリコン等の分離層を用いないで
行う貼りあわせタイプの場合もある。
The Si layer, which is the active layer of the SOI substrate, may be Si formed by epitaxial growth, or may be a part of a Si wafer formed by the CZ method or the like. In addition, the present invention is not limited to the case of the bonding type using a separation layer such as porous silicon, but also bonding the wafers via an insulating layer such as an oxide film, and bonding without using a separation layer such as porous silicon. In some cases, it may be a combination type.

【0019】半導体基体上に分離層を介して半導体層を
有する部材を形成する方法は大別すると2つ有り、一つ
は、半導体基体に多孔質層を形成した後その表面に非多
孔質層を形成する方法である。非多孔質層は多孔質層上
にエピタキシャル成長させる方法、多孔質層の表面を水
素を含む雰囲気で熱処理して形成する方法がある。もう
一つは、水素イオン、希ガスイオン、窒素イオン等の異
種元素を半導体基体に注入して微少空隙を含む層或いは
その後の熱処理により微少空隙を生じうる潜在的微少空
隙を含む層を半導体基体の表面より所定の深さの位置に
形成する方法である。
There are roughly two methods of forming a member having a semiconductor layer on a semiconductor substrate via a separation layer. One is to form a porous layer on a semiconductor substrate and then form a non-porous layer on the surface thereof. It is a method of forming. The non-porous layer can be formed by a method of epitaxial growth on the porous layer or a method of heat-treating the surface of the porous layer in an atmosphere containing hydrogen. The other is to implant a different element such as hydrogen ion, rare gas ion or nitrogen ion into the semiconductor substrate to form a layer containing microscopic voids or a layer containing potential microscopic voids that can generate microscopic voids by subsequent heat treatment. Is formed at a position at a predetermined depth from the surface of the substrate.

【0020】次に図1(b)に示すように、フォトマス
ク11を用いてドライエッチングし、そして図1(c)
に示すように、SiO2 の存在しない半導体面が露出し
た所望の領域18を作る。
Next, as shown in FIG. 1B, dry etching is performed using a photomask 11, and FIG.
As shown in FIG. 5, a desired region 18 in which the semiconductor surface free of SiO 2 is exposed is formed.

【0021】次に図1(d)に示すように、フォトマス
ク11を除去した後、半導体面が露出した所望の領域1
8に、選択エピタキシャルを行って、図1(e)のよう
なエピタキシャルSi層12を形成する。この選択エピ
タキシャルについては、例えばCVD法においてシラン
系のガスを用い、成長温度を1000℃以上の高温にし
て、選択性を得ている。具体的には、CVD法におい
て、1100℃、常圧で、H2 ガス150(l/mi
n),HClガス(400sccm)、トリクロロシラ
ンSiHCl(液体)36.2(g/min)、で30
秒積層する。または、ガスソース分子線成長法により、
ジシラン(Si26 )またはSiH4 を原料ガスにし
て、分子線領域真空度で成長させる方法がある。さら
に、SiH2Cl2/H2 系を使用して選択成長させるこ
ともできる。
Next, as shown in FIG. 1D, after the photomask 11 is removed, a desired region 1 where the semiconductor surface is exposed is formed.
8, selective epitaxial is performed to form an epitaxial Si layer 12 as shown in FIG. For this selective epitaxial growth, selectivity is obtained by using, for example, a silane-based gas in a CVD method and setting the growth temperature to a high temperature of 1000 ° C. or higher. Specifically, in the CVD method, H 2 gas 150 (l / mi) is applied at 1100 ° C. and normal pressure.
n), HCl gas (400 sccm), trichlorosilane SiHCl (liquid) 36.2 (g / min), 30
Laminate for seconds. Or, by gas source molecular beam growth method,
There is a method in which disilane (Si 2 H 6 ) or SiH 4 is used as a source gas to grow at a molecular beam region vacuum. Furthermore, selective growth can also be performed using a SiH 2 Cl 2 / H 2 system.

【0022】こうしてSOI基板の酸化膜(絶縁層)に
相当する層に、選択的にSi領域12を設けることがで
きる。
Thus, the Si region 12 can be selectively provided in a layer corresponding to the oxide film (insulating layer) of the SOI substrate.

【0023】つぎにこのような選択エピタキシャルによ
るSi領域12は、ピラミッド型の成長をするため、生
成直後は図1(e)のように、SiO2 層との表面平坦
性の悪いファセット(Facet)が現れる。このため、他
の基板と貼りあわせる前に、選択研磨を行い、図1
(f)のように表面平坦性を上げることが求められる。
Next, since the Si region 12 formed by such selective epitaxial growth grows in a pyramid shape, immediately after generation, as shown in FIG. 1E, a facet (Facet) having poor surface flatness with the SiO 2 layer. Appears. For this reason, before bonding with another substrate, selective polishing is performed, and FIG.
It is required to improve the surface flatness as shown in FIG.

【0024】選択研磨については様々な方法がすでに提
案されており、例えば酸化膜をストッパーにした研磨
や、酸化膜より強度の高い「窒化膜」をストッパーに用
いたり、CMP(化学機械的ポリッシング)を行う、な
どの方法がある。これらの方法を用いて、基板13の表
面である、Si領域12を含む酸化膜表面の平坦性を確
保する。こうして複数の絶縁領域となるシリコン酸化膜
17と複数の半導体領域となるSi領域12が形成され
る。
Various methods have been already proposed for selective polishing, such as polishing using an oxide film as a stopper, using a "nitride film" having a higher strength than an oxide film as a stopper, or using CMP (chemical mechanical polishing). And so on. Using these methods, the flatness of the surface of the oxide film including the Si region 12, which is the surface of the substrate 13, is ensured. Thus, a silicon oxide film 17 serving as a plurality of insulating regions and a Si region 12 serving as a plurality of semiconductor regions are formed.

【0025】その後、図1(g)に示されるように、基
板13の平坦化面とウエハ等の他の基板14の基板面と
の貼りあわせを行って多層構造体とし、さらにこの多層
構造体を分離層で分離することで、図1(h)に示され
るように、基板14側に半導体層16とシリコン酸化膜
17とを移設してSOI基板を作製する。
Thereafter, as shown in FIG. 1 (g), the flattened surface of the substrate 13 is bonded to the substrate surface of another substrate 14 such as a wafer to form a multilayer structure. Is separated by a separation layer, so that the semiconductor layer 16 and the silicon oxide film 17 are transferred to the substrate 14 side, as shown in FIG.

【0026】なお、分離層による分離の方法は大別する
と2種類ある。一つは、多層構造体を外部から加熱した
り、多層構造体に光を照射して光吸収させたりすること
により、多層構造体内部に分離の為のエネルギーを発生
させる方法である。具体的には、水素イオン、希ガスイ
オン、窒素イオン等を第1のウエハの所定の深さの位置
に打ち込んで形成された微少空隙を含む層或いは潜在的
微少空隙を含む層は、熱エネルギーを受けることによ
り、その微少空隙が増大しつつ、密度が減少する。これ
により、該層において多層構造体の剥離現象が生じる。
これが、多層構造体内部に分離のためのエネルギーを発
生させる方法である。或いは、加熱処理により分離層及
び/又はその近傍を側面側から酸化して酸化膜成長によ
る応力を利用して分離する方法等であってもよい。
The separation method using the separation layer is roughly classified into two types. One is a method of generating energy for separation inside the multilayer structure by heating the multilayer structure from the outside or irradiating light to the multilayer structure to absorb light. Specifically, a layer including minute voids or a layer including potential minute voids formed by implanting hydrogen ions, rare gas ions, nitrogen ions, or the like into a position of a predetermined depth in the first wafer has thermal energy As a result, the density decreases while the minute voids increase. This causes a peeling phenomenon of the multilayer structure in the layer.
This is a method for generating energy for separation inside the multilayer structure. Alternatively, a method of oxidizing the separation layer and / or its vicinity from the side surface by heat treatment and separating the separation layer by using a stress due to oxide film growth may be used.

【0027】もう一つは、分離の為のエネルギーを外部
から直接多層構造体に与える方法である。具体的には、
多層構造体の側面に楔を挿入して剥離する方法、多層構
造体の側面に液体及び/又は気体からなる流体を吹き付
けて剥離する方法、多層構造体の表面及び裏面に互いに
反対向きの張力を加えて剥離する方法、多層構造体の表
面及び裏面に互いに反対向きの押圧力を加えて分離層を
破壊して剥離する方法、多層構造体の側面にせん断力を
加えて分離層を破壊して剥離する方法、内周刃やワイヤ
ーソーを用いてスライスする方法、超音波振動を与えて
分離層を破壊する方法などである。吹き付ける液体や気
体は特に限定されるものではないが、水や窒素ガス等が
挙げられる。勿論、上述した分離方法を組み合わせて併
用してもよい。
The other is a method in which energy for separation is directly applied to the multilayer structure from the outside. In particular,
A method of inserting and removing a wedge on a side surface of a multilayer structure, a method of spraying a fluid composed of a liquid and / or a gas on the side surface of the multilayer structure, and a method of applying opposite tensions to the front and back surfaces of the multilayer structure In addition, a method of peeling, a method of applying a pressing force in opposite directions to the front and back surfaces of the multilayer structure to break and separate the separation layer, and applying a shear force to the side surface of the multilayer structure to break the separation layer. There are a method of peeling, a method of slicing using an inner peripheral blade and a wire saw, and a method of breaking the separation layer by applying ultrasonic vibration. The liquid or gas to be sprayed is not particularly limited, and examples thereof include water and nitrogen gas. Of course, the above-described separation methods may be used in combination.

【0028】さらにこうして作製されたSOI基板上に
MOSトランジスタや保護回路を作製していく際に、マ
スクのアライメント合わせは、例えば基板下から赤外光
を照射し、それを基板上からIRカメラでモニターする
ことで、酸化膜のSiO2 とSiの分布を識別すること
が可能になる。これによりMOSトランジスタのチャネ
ル領域や、ESD保護ダイオードの直下にSi領域12
が位置するようにできる。
Further, when a MOS transistor or a protection circuit is manufactured on the SOI substrate thus manufactured, alignment of the mask is performed by, for example, irradiating infrared light from below the substrate, and irradiating the infrared light from above the substrate with an IR camera. By monitoring, the distribution of SiO 2 and Si in the oxide film can be identified. As a result, the Si region 12 immediately below the channel region of the MOS transistor and the ESD protection diode is formed.
Can be located.

【0029】なお、本実施形態では一方の基板に分離層
15、半導体層16、半導体領域12を形成し、他方の
基板に半導体層16と半導体領域12を移設する例を示
したが、図4に示すように、一方の基板に半導体領域を
形成し、他方の基板に分離層と半導体層を形成し、該一
方の基板に半導体層を移設することもできる。
In this embodiment, an example is shown in which the separation layer 15, the semiconductor layer 16, and the semiconductor region 12 are formed on one substrate, and the semiconductor layer 16 and the semiconductor region 12 are transferred to the other substrate. As shown in (1), a semiconductor region can be formed on one substrate, a separation layer and a semiconductor layer can be formed on the other substrate, and the semiconductor layer can be transferred to the one substrate.

【0030】[0030]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0031】[実施例1]本実施例は第1の単結晶半導
体基体に多孔質層を形成した後その表面に非多孔質層を
形成して、第2の単結晶半導体基体に貼り合わせた後
に、多孔質層を分離層で分離することで非多孔質層を第
2の単結晶半導体基体に移設する方法を用いて本発明を
実施した場合の例である。
Example 1 In this example, after a porous layer was formed on a first single-crystal semiconductor substrate, a non-porous layer was formed on the surface thereof and bonded to a second single-crystal semiconductor substrate. This is an example in which the present invention is implemented using a method in which a non-porous layer is transferred to a second single-crystal semiconductor substrate by separating a porous layer with a separation layer later.

【0032】まず本実施例の説明に先立って、本実施例
に用いる上記方法について、図2(a)〜(f)を用い
て説明する。
Prior to the description of the present embodiment, the above-mentioned method used in the present embodiment will be described with reference to FIGS.

【0033】まず図2(a)に示すように、第1のバル
クウエハ20上に多孔質Si層21を形成し、その上に
活性層となるエピタキシャルSi層22を成長させる。
さらに図2(b)に示すように、熱酸化してシリコン酸
化膜24を形成させた後、図2(c)に示すハンドルウ
エハ23と結合して図2(d)に示す多層構造体を作製
する。さらに多孔質層内または多孔質層とウエハ20と
界面、多孔質層と半導体層22との界面で分離させる。
このときハンドルウエハ23側にはシリコン酸化膜24
とエピタキシャルSi層22が移設される。図2(e)
に示すように、エピタキシャルSi層22上に分離され
た多孔質層の一部が残っている場合には研削、エッチン
グ等により除去し、図2(f)に示すSOI基板を得
る。
First, as shown in FIG. 2A, a porous Si layer 21 is formed on a first bulk wafer 20, and an epitaxial Si layer 22 serving as an active layer is grown thereon.
Further, as shown in FIG. 2B, after the silicon oxide film 24 is formed by thermal oxidation, the silicon oxide film 24 is bonded to the handle wafer 23 shown in FIG. 2C to form the multilayer structure shown in FIG. 2D. Make it. Further, separation is performed in the porous layer or at the interface between the porous layer and the wafer 20 and at the interface between the porous layer and the semiconductor layer 22.
At this time, a silicon oxide film 24 is formed on the handle wafer 23 side.
And the epitaxial Si layer 22 are transferred. FIG. 2 (e)
As shown in FIG. 2, when a part of the porous layer separated on the epitaxial Si layer 22 remains, it is removed by grinding, etching, or the like to obtain the SOI substrate shown in FIG.

【0034】なお、多孔質Si層はエピタキシャル層の
成長まえに酸化処理を行い、更に水素処理を行うことで
層表面の酸化膜を除去することで、熱処理温度によって
変質しないようにすることができ、十分な結合強度が得
られるまで結合アニール温度を上げることができ、結合
面での剥離を防ぐことができる。
The porous Si layer is subjected to an oxidation treatment before the growth of the epitaxial layer, and is further subjected to a hydrogen treatment to remove the oxide film on the surface of the layer, thereby preventing the porous Si layer from being altered by the heat treatment temperature. The bonding annealing temperature can be increased until a sufficient bonding strength is obtained, and separation at the bonding surface can be prevented.

【0035】多孔質SiをエピタキシャルSi層に対し
て選択的にエッチングするにはHF+H2 2 液を用い
ることができる。
For selectively etching the porous Si with respect to the epitaxial Si layer, an HF + H 2 O 2 liquid can be used.

【0036】なお、上記の方法は、例えば特開平5−2
1338号公報に詳しく述べられているが、ここでは一
例として、P型基体20を多孔質化し、単結晶層をエピ
タキシャル成長させて半導体基体を得る方法について、
図2(a)〜(f)を用いてさらに詳細に以下に説明す
る。
The above method is described in, for example,
As described in detail in Japanese Patent No. 1338, here, as an example, a method for obtaining a semiconductor substrate by making the P-type substrate 20 porous and epitaxially growing a single crystal layer is described.
This will be described in more detail below with reference to FIGS.

【0037】まず、図2(a)に示すように、P型Si
単結晶基体20を用意して、その一部を多孔質化して多
孔質Si層21を形成する。
First, as shown in FIG.
A single crystal substrate 20 is prepared and a part thereof is made porous to form a porous Si layer 21.

【0038】次に図2(b)に示すように、前述の低温
成長可能な結晶成長法により、多孔質化した基体表面に
エピタキシャル成長を行い、薄膜単結晶層22を形成す
る。P型Si単結晶基体20は、HF溶液を用いた陽極
化成法によって、多孔質化させる。この多孔質Si層2
1は、単結晶Siの密度2.33g/cm3 に比べて、
その密度をHF溶液濃度を50〜20%に変化させるこ
とで、密度1.1〜0.6g/cm3 の範囲に変化させ
ることができる。さらにその表面に酸化層24を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 2B, a thin film single crystal layer 22 is formed by epitaxial growth on the surface of the porous substrate by the aforementioned crystal growth method capable of low temperature growth. The P-type Si single crystal substrate 20 is made porous by an anodizing method using an HF solution. This porous Si layer 2
1 is compared with the density of single crystal Si of 2.33 g / cm 3 ,
The density can be changed in the range of 1.1 to 0.6 g / cm 3 by changing the HF solution concentration to 50 to 20%. Further, an oxide layer 24 is formed on the surface.

【0039】次いで、図2(c)に示すように、もう一
つのSi基体23を用意して、このSi基体23と、図
2(b)の多孔質Si基体21上に単結晶Si層22、
酸化層24が形成されているSi基体とを、図2(d)
のように貼りあわせて多層構造体を作製する。
Next, as shown in FIG. 2C, another Si substrate 23 is prepared, and a single crystal Si layer 22 is formed on the Si substrate 23 and the porous Si substrate 21 shown in FIG. ,
FIG. 2D shows the Si substrate on which the oxide layer 24 is formed.
To form a multilayer structure.

【0040】この後に、図2(e)に示すように、多孔
質Si層21を全部エッチング除去又は多孔質Si層2
1で分割した後残った多孔質Si層21をエッチング除
去して、SiO2 層24上に薄膜化した単結晶シリコン
層22を残存させ形成する。ここでは、多孔質半導体層
に酸化処理を施すことなく多孔質半導体層をエッチング
除去するため、多孔質半導体層の酸化膨張が防げ、エピ
タキシャル成長した単結晶層への歪みの影響を防ぐこと
ができる。この方法によれば、絶縁物である酸化Si層
24上に結晶性がシリコンウエハと同等な単結晶Si層
22が、平坦に、しかも均一に薄膜化されて、ウエハ全
域に、大面積に形成される。こうして得られた半導体基
体は、絶縁分離された電子素子作製という点において
も、好適に使用することができる。
Thereafter, as shown in FIG. 2E, the entire porous Si layer 21 is removed by etching or the porous Si layer 2 is removed.
After dividing by 1, the remaining porous Si layer 21 is removed by etching, and the thinned single-crystal silicon layer 22 is left on the SiO 2 layer 24 to form. Here, since the porous semiconductor layer is etched away without performing the oxidation treatment on the porous semiconductor layer, oxidation expansion of the porous semiconductor layer can be prevented, and the influence of distortion on the epitaxially grown single crystal layer can be prevented. According to this method, a single-crystal Si layer 22 having a crystallinity equivalent to that of a silicon wafer is formed into a flat and uniform thin film on a silicon oxide layer 24 which is an insulator, and is formed over a large area over the entire wafer. Is done. The semiconductor substrate thus obtained can be suitably used also in the production of an insulated and separated electronic element.

【0041】多孔質半導体基体上に形成する非多孔質半
導体結晶層の層厚は薄膜半導体デバイスを前記半導体単
結晶層を形成するために、好ましくは50μm以下、よ
り好ましくは20μm以下とするのが望ましい。
The thickness of the non-porous semiconductor crystal layer formed on the porous semiconductor substrate is preferably 50 μm or less, more preferably 20 μm or less, in order to form the semiconductor single crystal layer in a thin film semiconductor device. desirable.

【0042】また、非多孔質半導体単結晶と絶縁性材料
表面を有する基体との貼り付けは窒素、不活性ガス又は
これ等の混合基体雰囲気中、あるいは不活性ガス又は窒
素を含有する雰囲気中にて行うことが好ましく、更に加
熱状態で行うことが望ましい。
The non-porous semiconductor single crystal and the substrate having the surface of the insulating material are attached to each other in an atmosphere of nitrogen, an inert gas or a mixture of these, or in an atmosphere containing an inert gas or nitrogen. It is preferable that the heat treatment be performed.

【0043】絶縁性材料表面を有する基体上に貼りあわ
せられた非多孔質半導体単結晶層を残して多孔質化した
半導体基体を選択的にエッチングするエッチャントとし
ては例えば水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水
溶液、フッ酸−硝酸−酢酸混合溶液等のエッチャントが
挙げられる。
Examples of etchants for selectively etching a porous semiconductor substrate while leaving a non-porous semiconductor single crystal layer bonded on a substrate having an insulating material surface include, for example, aqueous sodium hydroxide and potassium hydroxide. An etchant such as an aqueous solution, a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid may be used.

【0044】以上述べたのが本実施例に用いる、多孔質
層を分離層で分離することで非多孔質層を他の基板に移
設する方法であるが、それを用いた本実施例のSOI基
板の作製方法を図1(a)〜(h)を用いて説明する。
As described above, the method used in the present embodiment for transferring the non-porous layer to another substrate by separating the porous layer with the separation layer is used. A method for manufacturing a substrate will be described with reference to FIGS.

【0045】まず、図1(a)に示すように、第1のバ
ルクウエハ13上に多孔質Si層15を形成し、その上
に活性層となるエピタキシャルSi層16を成長させ
て、熱酸化によりシリコン酸化膜17を形成するところ
までは図2を用いて説明した方法と同様に行う。
First, as shown in FIG. 1A, a porous Si layer 15 is formed on a first bulk wafer 13 and an epitaxial Si layer 16 serving as an active layer is grown thereon. The process up to the point where the silicon oxide film 17 is formed is performed in the same manner as the method described with reference to FIG.

【0046】次に上述した実施形態で用いたのと同様の
方法で、一面に均一に形成されているSiO2 に対し、
図1(b)に示されるようにフォトマスク11を用いて
ドライエッチングを行う。フォトマスクの大きさは、最
大でもMOSトランジスタのチャネル領域や保護ダイオ
ード相当であることが望ましい。図1(c)に示される
ように、ドライエッチングによりSiO2 の存在しない
所望の領域18を作り、図1(d)に示されるようにフ
ォトマスク11を除去し、領域18に選択エピタキシャ
ル成長を行って、図1(e)のようなエピタキシャルS
i領域12を形成する。そして、図1(f)のように選
択研磨を行って表面平坦性を確保した後、図1(g)に
示すように、第2のウエハであるハンドルウエハ14と
貼りあわせる。
Next, in the same manner as used in the above-described embodiment, SiO 2 uniformly formed on one surface is
Dry etching is performed using the photomask 11 as shown in FIG. It is desirable that the size of the photomask is at most equivalent to the channel region of the MOS transistor and the protection diode. As shown in FIG. 1C, a desired region 18 free of SiO 2 is formed by dry etching, the photomask 11 is removed as shown in FIG. 1D, and selective epitaxial growth is performed on the region 18. Then, the epitaxial S as shown in FIG.
An i region 12 is formed. Then, after selective polishing is performed as shown in FIG. 1 (f) to ensure surface flatness, as shown in FIG. 1 (g), the wafer is bonded to a handle wafer 14 as a second wafer.

【0047】続いて、図1(h)に示すように、通常の
貼り合わせによるSOIの作製方法により、多孔質Si
と結合しているSiを研削し、エッチングにより多孔質
Si層も除去することで、SOI構造を得ることができ
る。
Subsequently, as shown in FIG. 1 (h), a porous Si
The SOI structure can be obtained by grinding the Si bonded to the Si and removing the porous Si layer by etching.

【0048】アライメント合わせについては、実施形態
で示した方法を用いることができるが、以下に説明する
方法を取ることもできる。
For the alignment, the method described in the embodiment can be used, but the method described below can also be used.

【0049】SOI基板を作製する段階で、まず図3
(a)のように、p基板31の上に多孔質層32を形成
する。次に図3(b)に示すように、マスクアライメン
ト用の基準になる凹凸領域を作るため、この多孔質層3
2に凹領域33を設ける。
At the stage of manufacturing an SOI substrate, first, FIG.
As shown in (a), a porous layer 32 is formed on a p-substrate 31. Next, as shown in FIG. 3B, the porous layer 3 is formed in order to form an uneven area serving as a reference for mask alignment.
2, a concave region 33 is provided.

【0050】次に図3(c)に示すように、多孔質層3
2上にSi層34をエピタキシャル成長させ、さらに図
3(d)に示すように、その上に酸化膜35を形成す
る。このとき、表面の酸化膜層35には多孔質層に応じ
た凹凸が現れるため、CMP(化学機械的ポリシング)
などで図3(e)のように表面平坦性を確保する。
Next, as shown in FIG.
2 is epitaxially grown on the Si layer 2, and an oxide film 35 is formed thereon as shown in FIG. At this time, since irregularities corresponding to the porous layer appear on the oxide film layer 35 on the surface, CMP (chemical mechanical polishing) is performed.
The surface flatness is secured as shown in FIG.

【0051】そして図3(f)に示すように、平坦化さ
れた酸化膜表面とハンドルウエハ36を貼りあわせた
後、図3(g)に示すように、多孔質層32で分離し、
さらに基板上に残った多孔質層32の一部をエッチング
すると、表面のエピタキシャルSiにはマスクアライメ
ント用の基準となる凹凸領域33が残ることになる。な
お、不用なSi領域31を研削した後に多孔質層32を
エッチング除去してもよい。以下の工程は、凹凸領域3
3を基準にアライメントすることで、所望の位置にデバ
イスを作り込んでいくことができる。
Then, as shown in FIG. 3 (f), after the flattened oxide film surface and the handle wafer 36 are bonded together, as shown in FIG. 3 (g), they are separated by the porous layer 32.
Further, when a part of the porous layer 32 remaining on the substrate is etched, a concave / convex region 33 serving as a reference for mask alignment remains in the epitaxial Si on the surface. After the unnecessary Si region 31 is ground, the porous layer 32 may be removed by etching. The following steps are performed in the uneven region 3
By performing the alignment with reference to 3, the device can be built at a desired position.

【0052】これに対して例えば従来は、SIMOXウ
エハを用いて、ゲート電極をマスクとして、酸素の高エ
ネルギー注入を行い、埋め込み酸化膜を断続的に形成す
るような方法があった。この場合はSi活性層がCZ法
によるSiであるのに比べ、本実施例ではSi活性層
を、エピタキシャルSiで構成できる。エピタキシャル
Siにおいては、結晶欠陥の原因となる不純物酸素と炭
素の濃度を極めて低くできる高品質のSi活性層が得ら
れ、そこに作り込まれる半導体デバイスの特性を向上さ
せることができる。
On the other hand, conventionally, for example, there has been a method in which a buried oxide film is formed intermittently by using a SIMOX wafer and implanting high energy of oxygen using the gate electrode as a mask. In this case, the Si active layer can be made of epitaxial Si in this embodiment, as opposed to the Si active layer made of CZ. In epitaxial Si, a high-quality Si active layer capable of extremely lowering the concentrations of impurity oxygen and carbon that cause crystal defects can be obtained, and the characteristics of a semiconductor device formed therein can be improved.

【0053】[実施例2]実施例1では貼りあわせ前の
第1の単結晶基体に、島状の半導体領域を間に有する埋
め込み酸化膜とSOIのデバイスを作り込む活性層とを
形成し、これを第2の単結晶基板と貼り合わせている
が、これ以外に第1の単結晶基体に島状の半導体領域を
間に有する埋め込み酸化膜を、第2の単結晶基体にSO
Iのデバイスを作り込む活性層を形成し、第1の単結晶
基体と第2の単結晶基体とを貼りあわせる方法をとるこ
ともできる。
[Embodiment 2] In Embodiment 1, a buried oxide film having an island-shaped semiconductor region therebetween and an active layer for forming an SOI device are formed on a first single crystal base before bonding. Although this is bonded to the second single crystal substrate, a buried oxide film having an island-shaped semiconductor region between the first single crystal substrate and the second single crystal substrate
An active layer for forming the device I may be formed, and the first single crystal substrate and the second single crystal substrate may be bonded to each other.

【0054】本実施例による製造方法を図4を用いて説
明する。
The manufacturing method according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

【0055】図4(a)に貼りあわせ前の第1の単結晶
基体を示す。バルクウエハ41に酸化膜42を形成した
後、フォトマスク43を用いてドライエッチング(図4
(b),(c))し、実施例1の方法と同様に選択エピ
タキシャルでSi活性層43を生成し(図4(d))、
表面研磨を施す(図4(e))。
FIG. 4A shows the first single crystal substrate before bonding. After an oxide film 42 is formed on the bulk wafer 41, dry etching is performed using a photomask 43 (FIG. 4).
(B), (c)), and the Si active layer 43 is generated by selective epitaxial growth in the same manner as in the first embodiment (FIG. 4 (d)).
The surface is polished (FIG. 4E).

【0056】一方、第2の単結晶基体として、バルクウ
エハ44上に多孔質Si層45と、さらにその上にエピ
タキシャルでSi活性層46を積層しておく。
On the other hand, as a second single-crystal substrate, a porous Si layer 45 is formed on a bulk wafer 44, and a Si active layer 46 is formed thereon by epitaxial growth.

【0057】次に、これら第1の単結晶基体と第2の単
結晶基体とを貼りあわせ(図4(f),(g))、最後
に多孔質Si層45で分離して残った多孔質Siをエッ
チング等で除去し、又はバルクウエハ44を研削、除去
したのちに多孔質Si層45を除去して所望のSOI構
造である、図4(h)の構造を得る。
Next, the first single crystal substrate and the second single crystal substrate are bonded together (FIGS. 4 (f) and 4 (g)). After removing the quality Si by etching or the like, or grinding and removing the bulk wafer 44, the porous Si layer 45 is removed to obtain the desired SOI structure shown in FIG. 4H.

【0058】[実施例3]本実施例は第1の単結晶半導
体基体内に分離層を形成して、第2の単結晶半導体基体
に貼り合わせた後に、分離層で分離することで分離層上
の第1の単結晶半導体基体の一部を第2の単結晶半導体
基体に移設する方法を用いて本発明を実施した場合の例
である。本実施例による製造方法を図5を用いて説明す
る。
[Embodiment 3] In this embodiment, a separation layer is formed in a first single-crystal semiconductor substrate, bonded to a second single-crystal semiconductor substrate, and then separated by a separation layer. This is an example in which the present invention is implemented by using a method of transferring a part of the first single crystal semiconductor substrate to the second single crystal semiconductor substrate. The manufacturing method according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

【0059】図5(a)に示すように、貼りあわせる前
の第1のウエハ51において、埋め込み酸化膜に相当す
るシリコン酸化膜52を表面に形成する段階までは、通
常のSOI基板の生成方法と同じである。本実施例で
は、貼りあわせた後で不用になる基板領域をカットする
ための処理を施しておく。例えば、カットしたい領域5
3に水素注入53を行っておく。半導体基板に水素を注
入することで微少空隙を含む層或いはその後の熱処理に
より微少空隙を生じうる潜在的微少空隙を含む層を半導
体基板の表面より所定の深さの位置に形成することがで
きる。
As shown in FIG. 5A, in the first wafer 51 before bonding, up to the step of forming a silicon oxide film 52 corresponding to a buried oxide film on the surface, an ordinary SOI substrate generation method is used. Is the same as In the present embodiment, a process for cutting a substrate region that becomes unnecessary after bonding is performed. For example, the area 5 you want to cut
A hydrogen injection 53 is performed on 3. By injecting hydrogen into the semiconductor substrate, a layer including microscopic voids or a layer including potential microscopic voids which can generate microscopic voids by a subsequent heat treatment can be formed at a position at a predetermined depth from the surface of the semiconductor substrate.

【0060】次に実施形態で用いたのと同様の方法で、
図5(b),(c)のように一面に均一に形成されてい
るSiO2 層52に対しフォトマスク54を用いてエッ
チングを行い、SiO2 の存在しない所望の領域を作
り、図5(d)のようにフォトレジスト54を除去した
後にそこに選択エピタキシャル成長を行って、図5
(e)のようなエピタキシャルSi領域54を形成す
る。そして、図5(f)のように、選択研磨を行って表
面平坦性を確保した後、図5(g)のように第2のウエ
ハ55と貼りあわせる。
Next, in the same manner as used in the embodiment,
As shown in FIGS. 5B and 5C, the SiO 2 layer 52 uniformly formed on one surface is etched using a photomask 54 to form a desired region where no SiO 2 exists. After the photoresist 54 is removed as shown in FIG.
An epitaxial Si region 54 as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 5F, selective polishing is performed to secure the surface flatness, and then the wafer is bonded to the second wafer 55 as shown in FIG. 5G.

【0061】貼りあわせた後は、予め所定の処理が施さ
れている領域53に対し、図5(h)に示すように、不
用な基板領域を除去するための処置を行い、不用領域を
カットする。例えば水素注入層に対しては、適度な温度
でアニールしてやるとそこからカットされることにな
る。
After the bonding, as shown in FIG. 5H, a process for removing an unnecessary substrate region is performed on the region 53 to which a predetermined process has been performed, and the unnecessary region is cut. I do. For example, if a hydrogen injection layer is annealed at an appropriate temperature, it will be cut therefrom.

【0062】本実施例においては貼りあわせ前の第1の
単結晶基体に、SOIのデバイスを作り込む活性層と、
埋め込み酸化膜層を形成しているが、これ以外に第1の
単結晶基体には、埋め込み酸化膜層のみを、第2の単結
晶基体には、SOIのデバイスを作り込む活性層を形成
し、本実施例に準じた方法でこの埋め込み酸化膜中に島
状のシリコン層を形成した後、第1の単結晶基体と第2
の単結晶基体とを貼りあわせる方法をとることもでき
る。
In this embodiment, an active layer for forming an SOI device is provided on the first single crystal base before bonding.
A buried oxide film layer is formed, but in addition to this, only a buried oxide film layer is formed on the first single crystal base, and an active layer for forming an SOI device is formed on the second single crystal base. After forming an island-shaped silicon layer in the buried oxide film by a method according to the present embodiment, the first single-crystal substrate and the second
May be bonded to the single crystal substrate.

【0063】このようにして作製したSOI基板に対し
デバイスを作り込む際のマスクアライメント合わせにつ
いては、実施形態で示した方法を用いることができる
が、以下に説明する方法を取ることもできる。
For the mask alignment when a device is formed on the SOI substrate thus manufactured, the method described in the embodiment can be used, but the method described below can also be used.

【0064】この方法を図6を用いて説明する。This method will be described with reference to FIG.

【0065】図6(a)に示すように、最初にSiウエ
ハ61に酸化膜62を積層し、次にSiO2 酸化膜62
の一部に凹領域63を設け、さらに図6(b)のように
その上から水素注入を行い水素注入領域65を形成す
る。
As shown in FIG. 6A, first, an oxide film 62 is laminated on a Si wafer 61, and then an SiO 2 oxide film 62 is formed.
Is provided with a concave region 63, and hydrogen is implanted from above to form a hydrogen implanted region 65 as shown in FIG. 6B.

【0066】その後、所定のSOI構造を得るための工
程を経た後、貼りあわせ表面を平坦化し、図6(c)の
ように第2の基板64と貼りあわせてから、水素注入層
65を境とするカッティングを行うと、図6(d)のよ
うな、Si活性層表面に、凸部のアライメント基準が残
ることになる。
Then, after passing through a step for obtaining a predetermined SOI structure, the bonding surface is flattened and bonded to the second substrate 64 as shown in FIG. Is performed, the alignment reference of the protrusion remains on the surface of the Si active layer as shown in FIG. 6D.

【0067】[実施例4]実施例1,2,3において、
選択エピタキシャル成長を行う場合にはファセット(F
acet)が生じるので、このFacetを選択研磨す
る必要があり、プロセス工程が複雑になる。本実施例で
は選択エピタキシャル成長を用いることなく本発明を実
施する方法について説明する。
[Embodiment 4] In Embodiments 1, 2, and 3,
When performing selective epitaxial growth, facets (F
As a result, the facet must be selectively polished, which complicates the process steps. In this embodiment, a method for implementing the present invention without using selective epitaxial growth will be described.

【0068】図7は本実施例の製造工程を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing the manufacturing process of this embodiment.

【0069】図7(a)に示すように第1のウエハ71
に多孔質Si層72を形成した後、図7(b)に示すよ
うにSi層73をエピタキシャル成長させる。このとき
のエピタキシャルSi層73の膜厚は、(SOIの活性
層)+(埋め込み酸化膜層)の設定とする。
As shown in FIG. 7A, the first wafer 71
After the formation of the porous Si layer 72, the Si layer 73 is epitaxially grown as shown in FIG. At this time, the thickness of the epitaxial Si layer 73 is set to (SOI active layer) + (buried oxide film layer).

【0070】一例として、具体的には、CVD法におい
て、1100℃、常圧で、H2ガス150l/min,
HCL400sccm,トリクロロシランSiHCl
(液体)36.2g/min、で40秒積層する。
As an example, specifically, in a CVD method, H 2 gas is 150 l / min at 1100 ° C. and normal pressure.
HCL 400sccm, trichlorosilane SiHCl
(Liquid) Lamination at 36.2 g / min for 40 seconds.

【0071】次に、この上に図7(c)のように所望の
領域だけ窒化膜74を形成し、熱酸化する。もしくは窒
化膜74をマスクとしてその上から酸素の注入を行う。
Next, a nitride film 74 is formed only on a desired region as shown in FIG. 7C, and is thermally oxidized. Alternatively, oxygen is implanted from above using the nitride film 74 as a mask.

【0072】これにより図7(d)に示すように、エピ
タキシャルSi層73の内部に断片的なSiO2 アイラ
ンド75が形成される。そして図7(e)に示すよう
に、CMPで表面を平坦にする。
As a result, as shown in FIG. 7D, a fragmentary SiO 2 island 75 is formed inside the epitaxial Si layer 73. Then, as shown in FIG. 7E, the surface is flattened by CMP.

【0073】その後、図7(f)に示すように第2のウ
エハ76と貼りあわせた後、実施例1と同様に、図7
(g)に示すように、多孔質Si層72で分割し、図7
(f)に示すように残留した多孔質Si層72をエッチ
ング除去し、図7(g)に示す構造を得る。なお、多孔
質Si層72と結合している第1のウエハ71を研削
し、エッチングにより多孔質Si層72も除去すること
で、図7(h)の構造を得ることもできる。
Thereafter, as shown in FIG. 7F, the substrate is bonded to the second wafer 76, and then, as in the first embodiment,
As shown in FIG. 7G, the substrate is divided by the porous Si layer 72, and FIG.
As shown in FIG. 7F, the remaining porous Si layer 72 is removed by etching to obtain the structure shown in FIG. The structure shown in FIG. 7H can also be obtained by grinding the first wafer 71 bonded to the porous Si layer 72 and removing the porous Si layer 72 by etching.

【0074】[実施例5]実施形態で説明したような方
法によって、Si活性層の厚さ2000Å、埋め込み酸
化膜層の厚さ2000ÅのSOI基板を作製した。そし
てこのSOI基板を用いて、図8に示すように、埋め込
み酸化膜82間のSiアイランドの直上に、チャネル領
域が位置するようにMOSトランジスタを形成し、ま
た、別のSiアイランドの直上に、そのMOSトランジ
スタのゲートに接続されている静電気対策用の保護ダイ
オードを作製した。
[Example 5] An SOI substrate having a thickness of 2000 mm of a Si active layer and a thickness of 2000 mm of a buried oxide film layer was manufactured by the method described in the embodiment. Then, using this SOI substrate, as shown in FIG. 8, a MOS transistor is formed just above the Si island between the buried oxide films 82 so that the channel region is located. A protection diode for preventing static electricity connected to the gate of the MOS transistor was manufactured.

【0075】これにより、MOSトランジスタのドレイ
ン電流−ドレイン電圧特性を測定した。
Thus, the drain current-drain voltage characteristics of the MOS transistor were measured.

【0076】ソースをGND、ゲート電圧3V一定にし
て、ドレイン電圧を0Vから0.1Vおきに上げていっ
たとき、従来のSOI上のMOSトランジスタにおいて
は3Vから現れていたキンク電流が、本実施例によるS
OI上のMOSトランジスタにおいては観測されなくな
った。
When the source is set to GND and the gate voltage is kept constant at 3 V, and the drain voltage is raised from 0 V to every 0.1 V, the kink current which appears from 3 V in the conventional MOS transistor on SOI is reduced by the present embodiment. S by example
No longer observed for MOS transistors on OI.

【0077】また、通常バルクウエハで用いられている
のと同じ保護回路を採用できた結果、従来SOIのチッ
プ全体の20%の占有面積を占めていた保護回路領域を
5%にまで低減することができた。
In addition, as a result of adopting the same protection circuit as that usually used for a bulk wafer, the protection circuit area, which conventionally occupies 20% of the total area of the SOI chip, can be reduced to 5%. did it.

【0078】また、図9のような本発明におけるSOI
基板において、Siアイランド領域93の直上に形成さ
れる半導体装置、もしくは半導体装置の所定の領域の例
として、他には高耐圧素子も挙げられる。これら上に作
り込まれる半導体装置もしくは半導体装置の所定の領域
については、Si活性層94と下地Si基板91がSi
93でつながっていることによる効果が現れるものであ
れば、上記実施例に記載されているものに限られるもの
ではない。
The SOI according to the present invention as shown in FIG.
As an example of the semiconductor device formed immediately above the Si island region 93 on the substrate, or a predetermined region of the semiconductor device, a high withstand voltage element may be used. For a semiconductor device or a predetermined region of the semiconductor device built thereon, the Si active layer 94 and the underlying Si substrate 91 are
It is not limited to those described in the above embodiments as long as the effect of the connection at 93 is exhibited.

【0079】[0079]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
絶縁領域間に上部半導体層と下地の半導体層(又は半導
体基体)をつなぐ半導体領域を設けた貼りあわせ法によ
るSOI基板を提供することができる。
As described above, according to the present invention,
An SOI substrate by a bonding method in which a semiconductor region which connects an upper semiconductor layer and a base semiconductor layer (or a semiconductor substrate) between insulating regions is provided can be provided.

【0080】MOSトランジスタ等の電界効果トランジ
スタおよびESD対策用の保護回路を形成する際、チャ
ネル領域直下、もしくは保護回路直下に、上記絶縁領域
間に設けられた半導体領域がくるように素子を形成し
た。
When forming a field-effect transistor such as a MOS transistor and a protection circuit for ESD protection, the elements were formed so that the semiconductor region provided between the insulating regions was located immediately below the channel region or immediately below the protection circuit. .

【0081】これにより、過剰なキャリアを活性層から
下地の基板側に放散することが可能になり、この導通し
ている領域の上に電界効果トランジスタのチャネルが来
るよう作成した場合は、キンク電流やバイポーラ効果の
抑制を達成できた。
As a result, excess carriers can be dissipated from the active layer to the underlying substrate side. If the channel of the field-effect transistor is formed above the conductive region, the kink current is reduced. And the suppression of the bipolar effect.

【0082】また、ESD用の保護ダイオードが来るよ
う作成した場合は、バルクと同様の保護効果があるた
め、SOI用の特別な保護回路の設計が不用になった。
When an ESD protection diode is formed so as to be provided, the protection effect is the same as that of the bulk protection diode, so that a special protection circuit for SOI is not required.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1による半導体部材の製造工程
を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor member according to a first embodiment of the present invention.

【図2】多孔質層を分離層として用いた貼り合わせ法に
よるSOI基板の基本的な作製工程を示す断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a basic manufacturing process of an SOI substrate by a bonding method using a porous layer as a separation layer.

【図3】本発明の実施例1によるSOIのマスクアライ
メント作製工程を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a mask alignment manufacturing step of the SOI according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例2による半導体部材の製造工程
を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor member according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例3による半導体部材の製造工程
を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor member according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例3によるSOIのマスクアライ
メント作製工程を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a mask alignment manufacturing step of an SOI according to a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例4による半導体部材の製造工程
を示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor member according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明で提供するSOI基板のデバイス構成を
示す断面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing a device configuration of an SOI substrate provided by the present invention.

【図9】本発明で提供する方法で作製するSOI構造を
示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an SOI structure manufactured by a method provided by the present invention.

【図10】SOI構造を示す断面図である。FIG. 10 is a sectional view showing an SOI structure.

【図11】SOI上のMOSトランジスタを示す模式的
断面図である。
FIG. 11 is a schematic sectional view showing a MOS transistor on an SOI.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 フォトマスク 12 エピタキシャルSi層 13 下地基板 14 他の基板 15 分離層 16 半導体層 17 シリコン酸化膜 18 領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Photomask 12 Epitaxial Si layer 13 Base substrate 14 Other substrate 15 Separation layer 16 Semiconductor layer 17 Silicon oxide film 18 Area

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 27/08 331 H01L 27/08 102F 29/786 29/78 627D 21/336 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 27/08 331 H01L 27/08 102F 29/786 29/78 627D 21/336

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の絶縁領域と該複数の絶縁領域間に
設けられた複数の半導体領域とを有する第1の部材を用
意する工程と、 前記第1の部材と半導体基体である第2の部材とを、前
記複数の絶縁領域と前記複数の半導体領域とが内側に位
置する多層構造体が得られるように貼り合わせる工程
と、 前記第2の部材側に前記複数の絶縁領域と前記複数の半
導体領域とを移設する工程と、を有する半導体部材の製
造方法。
A step of preparing a first member having a plurality of insulating regions and a plurality of semiconductor regions provided between the plurality of insulating regions; and a step of preparing the first member and a second semiconductor substrate. Bonding a member and a multilayer structure in which the plurality of insulating regions and the plurality of semiconductor regions are located inside; and forming the plurality of insulating regions and the plurality of the plurality of insulating regions on the second member side. Transferring a semiconductor region to the semiconductor member.
【請求項2】 半導体基体上または半導体層を有する基
体の該半導体層上に、複数の絶縁領域と該複数の絶縁領
域間に設けられた複数の半導体領域とを有する第1の部
材を用意する工程と、 前記第1の部材と半導体基体である第2の部材とを、前
記複数の絶縁領域と前記複数の半導体領域とが内側に位
置する多層構造体が得られるように貼り合わせる工程
と、 前記第2の部材側に前記複数の絶縁領域、前記複数の半
導体領域、および前記半導体基体の一部又は前記半導体
層を移設する工程と、を有する半導体部材の製造方法。
2. A first member having a plurality of insulating regions and a plurality of semiconductor regions provided between the plurality of insulating regions is provided on the semiconductor substrate or on the semiconductor layer of the substrate having a semiconductor layer. A step of bonding the first member and a second member that is a semiconductor substrate such that a multilayer structure in which the plurality of insulating regions and the plurality of semiconductor regions are located inside is obtained; Transferring the plurality of insulating regions, the plurality of semiconductor regions, and a part of the semiconductor substrate or the semiconductor layer to the second member side.
【請求項3】 前記移設工程は、前記第1の部材の複数
の絶縁領域と複数の半導体領域との下に設けられた分離
層で分離することで行われる請求項1に記載の半導体部
材の製造方法。
3. The semiconductor member according to claim 1, wherein the transfer step is performed by separating the first member with a separation layer provided below the plurality of insulating regions and the plurality of semiconductor regions. Production method.
【請求項4】 前記移設工程は、前記第1の部材の半導
体基体内、又は前記基体の前記半導体層下に設けられた
分離層で分離することで行われる請求項2に記載の半導
体部材の製造方法。
4. The semiconductor member according to claim 2, wherein the transfer step is performed by separating the first member within a semiconductor substrate or a separation layer provided below the semiconductor layer of the substrate. Production method.
【請求項5】 複数の絶縁領域と該複数の絶縁領域間に
設けられた複数の半導体領域とを有する第1の部材を用
意する工程と、 半導体層を有する第2の部材を用意する工程と、 前記第1の部材の前記複数の絶縁領域及び前記複数の半
導体領域と、前記第2の部材の前記半導体層とが内側に
位置する多層構造体が得られるように、前記第1の部材
と前記第2の部材とを貼り合わせる工程と、 前記第1の部材側に前記半導体層を移設する工程と、を
有する半導体部材の製造方法。
5. A step of preparing a first member having a plurality of insulating regions and a plurality of semiconductor regions provided between the plurality of insulating regions; and a step of preparing a second member having a semiconductor layer. The first member and the plurality of insulating regions and the plurality of semiconductor regions of the first member, and the first member so that a multilayer structure in which the semiconductor layer of the second member is located inside is obtained. A method of manufacturing a semiconductor member, comprising: a step of bonding the second member; and a step of transferring the semiconductor layer to the first member.
【請求項6】 複数の絶縁領域と該複数の絶縁領域間に
設けられた複数の半導体領域とを有する第1の部材を用
意する工程と、 前記第1の部材の前記複数の絶縁領域及び前記複数の半
導体領域が内側に位置する多層構造体が得られるよう
に、前記第1の部材と半導体基体である第2の部材とを
貼り合わせる工程と、 前記第1の部材側に前記第2の部材の半導体基体の一部
を移設する工程と、を有する半導体部材の製造方法。
6. A step of preparing a first member having a plurality of insulating regions and a plurality of semiconductor regions provided between the plurality of insulating regions; and providing the plurality of insulating regions of the first member and the plurality of semiconductor regions. Bonding the first member and a second member that is a semiconductor base so that a multilayer structure in which a plurality of semiconductor regions are located inside is obtained; and a step of bonding the second member on the first member side. Transferring a part of the semiconductor substrate of the member.
【請求項7】 前記移設工程は、前記第2の部材の前記
半導体層下に設けられた分離層で分離することで行われ
る請求項5に記載の半導体部材の製造方法。
7. The method according to claim 5, wherein the transfer step is performed by separating the second member with a separation layer provided below the semiconductor layer of the second member.
【請求項8】 前記半導体層は、エピタキシャル成長で
形成されていることを特徴とする請求項2又は請求項5
に記載の半導体部材の製造方法。
8. The semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor layer is formed by epitaxial growth.
3. The method for manufacturing a semiconductor member according to item 1.
【請求項9】 前記移設工程は、前記第2の部材の半導
体基体内に設けられた分離層で分離することで行われる
請求項6に記載の半導体部材の製造方法。
9. The method for manufacturing a semiconductor member according to claim 6, wherein the transfer step is performed by separating the second member with a separation layer provided in a semiconductor substrate of the second member.
【請求項10】 前記複数の絶縁領域と前記複数の半導
体領域は、半導体面上に絶縁層を形成し、該絶縁層を開
口した後に、開口部に前記半導体領域を堆積することで
形成されることを特徴とする請求項1−9のいずれか1
項に記載の半導体部材の製造方法。
10. The plurality of insulating regions and the plurality of semiconductor regions are formed by forming an insulating layer on a semiconductor surface, opening the insulating layer, and depositing the semiconductor region in the opening. 10. The method according to claim 1, wherein
13. The method for manufacturing a semiconductor member according to the above item.
【請求項11】 前記複数の絶縁領域と前記複数の半導
体領域は、半導体基体又は半導体層に選択的に絶縁領域
を設けることで形成されることを特徴とする請求項1−
9のいずれか1項に記載の半導体部材の製造方法。
11. The semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of insulating regions and the plurality of semiconductor regions are formed by selectively providing an insulating region in a semiconductor substrate or a semiconductor layer.
10. The method for manufacturing a semiconductor member according to any one of items 9 to 9.
【請求項12】 請求項1−11のいずれか1項に記載
の製造方法により製造された半導体部材。
12. A semiconductor member manufactured by the manufacturing method according to claim 1. Description:
【請求項13】 請求項2、4、5、6−11のいずれ
か1項に記載の製造方法により製造された半導体部材を
用いた半導体装置であって、 前記半導体領域の直上に位置する、前記半導体層におけ
る領域又は前記半導体基体の一部における領域に、半導
体回路の少なくとも一部が設けられている半導体装置。
13. A semiconductor device using a semiconductor member manufactured by the manufacturing method according to claim 2, wherein the semiconductor device is located immediately above the semiconductor region. A semiconductor device in which at least a part of a semiconductor circuit is provided in a region in the semiconductor layer or a region in a part of the semiconductor base.
【請求項14】 前記半導体回路は、外部からの過電
圧、過電流に対する保護回路であることを特徴とする請
求項13に記載の半導体装置。
14. The semiconductor device according to claim 13, wherein said semiconductor circuit is a protection circuit against external overvoltage and overcurrent.
【請求項15】 前記半導体回路は、外部からの過電
圧、過電流に対する保護回路と、電界効果トランジスタ
のチャネル領域とであることを特徴とする請求項13に
記載の半導体装置。
15. The semiconductor device according to claim 13, wherein said semiconductor circuit is a protection circuit against overvoltage and overcurrent from outside and a channel region of a field effect transistor.
【請求項16】 前記半導体回路は、外部からの過電
圧、過電流に対する保護回路と、高耐圧半導体素子とで
あることを特徴とする請求項13に記載の半導体装置。
16. The semiconductor device according to claim 13, wherein said semiconductor circuit is a protection circuit against an external overvoltage or overcurrent, and a high breakdown voltage semiconductor element.
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