JP2008277477A - Semiconductor substrate and manufacturing method therefor - Google Patents

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哲生 福田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor substrate which is suitable for manufacturing a p-type transistor of high-speed operation and has a surface with a plane orientation [011], low manufacturing cost and sufficient bonding strength, and to provide a manufacturing method therefor. <P>SOLUTION: An epitaxial layer 41 is formed directly on a first substrate 40 whose surface having the plane orientation [011]. At this time, the epitaxial layer 41 is so formed that the edge rolloff of the substrate is offset, i.e., the thickness of the end portion of the epitaxial layer 41 is slightly thicker than that in the other region. Then, hydrogen ions are implanted into the epitaxial layer 41 and a second substrate (base substrate) 45 is bonded thereto. Thereafter, the epitaxial layer 41 is cleaved, at a portion having a high hydrogen concentration. As a result, a semiconductor substrate 46 wherein a [011] with monocrystalline layer 41 provided on the second substrate 45 is obtained. Meanwhile, the first substrate 40 left after cleavage is reused by polishing the surface thereof. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、p型電界効果トランジスタを有する半導体装置の製造に好適な半導体基板及びその製造方法に関し、特に表面が{011}の半導体基板及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor substrate suitable for manufacturing a semiconductor device having a p-type field effect transistor and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor substrate having a surface of {011} and a manufacturing method thereof.

近年、コンピュータ技術を用いた情報機器では、取り扱う情報量が増加する傾向にある。特に動画表示機能を備えた情報機器では多量の情報を高速で処理することが要求されている。また、情報機器には、情報処理能力の向上とともに省電力化も要求されており、n型電界効果トランジスタ(以下、単に「n型トランジスタ」という)とp型電界効果トランジスタ(以下、単に「p型トランジスタという)とを組み合わせたCMOS(Complimentary Metal Oxide Semiconductor)が多用されている。   In recent years, information devices using computer technology tend to increase the amount of information handled. In particular, an information device having a moving image display function is required to process a large amount of information at high speed. In addition, information devices are required to improve information processing capability and to save power, and an n-type field effect transistor (hereinafter simply referred to as “n-type transistor”) and a p-type field effect transistor (hereinafter simply referred to as “p”). CMOS (Complimentary Metal Oxide Semiconductor) combined with a type transistor) is widely used.

一般的な半導体装置は、表面が{001}のシリコンウエハ(以下、{001}シリコンウエハというように記載する)を用いて製造される。しかし、このような半導体装置では、n型トランジスタの動作速度は速いものの、p型トランジスタの動作速度が遅いことが知られている。このため、特にp型トランジスタの動作速度の向上が要望されている。{001}シリコンウエハを用いた半導体装置におけるn型トランジスタとp型トランジスタの動作速度の差は、シリコン結晶の物理的性質に起因する。   A general semiconductor device is manufactured using a silicon wafer having a surface of {001} (hereinafter referred to as a {001} silicon wafer). However, in such a semiconductor device, it is known that an n-type transistor operates at a high speed, but a p-type transistor operates at a low speed. For this reason, improvement of the operating speed of the p-type transistor is particularly demanded. The difference in operating speed between the n-type transistor and the p-type transistor in the semiconductor device using the {001} silicon wafer is due to the physical properties of the silicon crystal.

p型トランジスタの動作速度の向上のために、p型トランジスタのチャネル長方向に圧縮歪みを導入することが提案されている(例えば、特許文献1)。しかし、この方法でより高速のp型トランジスタを形成するためには大きな歪みを発生する必要があり、その場合は次の問題が発生する。   In order to improve the operating speed of the p-type transistor, it has been proposed to introduce compressive strain in the channel length direction of the p-type transistor (for example, Patent Document 1). However, in order to form a higher-speed p-type transistor by this method, it is necessary to generate a large distortion. In this case, the following problem occurs.

すなわち、特許文献1に開示された技術では、ソース及びドレインにシリコン・ゲルマニウム合金(以下、「SiGe」という)結晶を採用し、このSiGe結晶がSi(シリコン)結晶よりも大きな格子定数をもつことを利用して、Si結晶からなるチャネルに圧縮歪みを発生させている。しかし、SiGe結晶とSi結晶との界面には結晶格子の不整合が生じており、これが原因となってトランジスタの動作領域に多数の転位が発生し、リーク電流が増える原因となっている。そのため、特許文献1に開示された技術を例えば低スタンバイ電流が要求されるモバイル機器に適用することは困難である。   That is, in the technique disclosed in Patent Document 1, a silicon-germanium alloy (hereinafter referred to as “SiGe”) crystal is used for the source and drain, and this SiGe crystal has a larger lattice constant than Si (silicon) crystal. Is used to generate compressive strain in a channel made of Si crystal. However, a crystal lattice mismatch occurs at the interface between the SiGe crystal and the Si crystal, which causes a large number of dislocations in the operation region of the transistor, which increases the leakage current. Therefore, it is difficult to apply the technique disclosed in Patent Document 1 to, for example, a mobile device that requires a low standby current.

第2の問題は、SiGe結晶により導入される歪みにより発生する応力が約2GPaと大きいことによる。材料強度学によれば、理想破壊強度(歪みや疵等のない理想的な結晶の破壊強度)はヤング率の約1/10であり、実際の結晶の破壊強度は更に低くて、ヤング率の1/100程度である。Si単結晶の場合、ヤング率は面方位によって異なるが130〜180GPa程度であるので、上記の方法により歪みを導入したp型トランジスタのチャネル部(Si結晶)には、ヤング率の1/100を超える応力が生じていることになる。トランジスタ製造には高純度のシリコン単結晶を用いているものの、この応力の状態は力学的見地からリスクが大きく、結晶が破壊されるおそれがある。   The second problem is that the stress generated by the strain introduced by the SiGe crystal is as large as about 2 GPa. According to the material strength theory, the ideal fracture strength (ideal crystal fracture strength without distortion or wrinkles) is about 1/10 of Young's modulus, and the actual crystal fracture strength is even lower. It is about 1/100. In the case of a Si single crystal, the Young's modulus varies depending on the plane orientation, but is about 130-180 GPa. The stress that exceeds is generated. Although a high-purity silicon single crystal is used for the manufacture of the transistor, this stress state has a high risk from the mechanical point of view, and the crystal may be destroyed.

このような問題を解消すべく、非特許文献1には、{011}シリコンウエハを使用することが提案されている。図1は、横軸にキャリア密度をとり、縦軸にホール(正孔)の移動度をとって、(001)シリコンウエハ及び(011)シリコンウエハにおけるキャリア密度とホール移動度との関係を示す図である。なお、図1において、<011>,<001>は、チャネル長方向を示している。また、本願においては、特定の面方位を示すときには(001)又は(011)というように記載し、等価の面方位をまとめて示すときには{001}又は{011}というように記載している。   In order to solve such a problem, Non-Patent Document 1 proposes to use a {011} silicon wafer. FIG. 1 shows the relationship between carrier density and hole mobility in (001) silicon wafer and (011) silicon wafer, where the horizontal axis represents carrier density and the vertical axis represents hole mobility. FIG. In FIG. 1, <011> and <001> indicate the channel length direction. Further, in this application, when a specific plane orientation is indicated, it is described as (001) or (011), and when equivalent plane orientations are collectively indicated, {001} or {011} is described.

この図1からわかるように、{011}シリコンウエハを用いると、{001}シリコンウエハを用いたときに比べて約2倍のホール(正孔)移動度を容易に実現でき、高速動作が可能なp型トランジスタが得られる。特許文献2,3には、表面が{011}のシリコン層を有するSOI(Silicon On Insulator)基板(ウエハ)の製造方法やその基板を用いた半導体装置が記載されている。   As can be seen from FIG. 1, when a {011} silicon wafer is used, about twice the hole mobility can be easily realized as compared with the case where a {001} silicon wafer is used, and high-speed operation is possible. A p-type transistor can be obtained. Patent Documents 2 and 3 describe a method of manufacturing an SOI (Silicon On Insulator) substrate (wafer) having a silicon layer having a surface of {011} and a semiconductor device using the substrate.

しかしながら、表面が{011}のシリコンウエハは、小規模生産は行われているものの、現状ではコストの点で量産化が困難である。以下に、その理由について説明する。   However, silicon wafers with a surface of {011} have been produced on a small scale, but are currently difficult to mass-produce in terms of cost. The reason will be described below.

一般にSi単結晶を工業的に製造するのには、チョクラルスキー法(Czochralski:以下「CZ法」という)が用いられており、これは今後も変わらないと考えられている。CZ法では、石英るつぼに充填したシリコン融液に種結晶を接触させた後、種結晶を回転させながらゆっくり上方へ引き上げて種結晶の下方に単結晶を連続的に成長させ、インゴットと呼ばれる棒状の単結晶を形成する。インゴットの直径は引き上げ速度と融液温度とにより自由に制御することができ、現在では直径が300mm、長さが2m、重量が300kgの巨大な単結晶を工業的に生産することができる。   In general, the Czochralski method (hereinafter referred to as “CZ method”) is used for industrial production of Si single crystals, and this is considered to remain unchanged in the future. In the CZ method, after a seed crystal is brought into contact with a silicon melt filled in a quartz crucible, the seed crystal is slowly pulled up while rotating the seed crystal to continuously grow a single crystal below the seed crystal. A single crystal is formed. The diameter of the ingot can be freely controlled by the pulling speed and the melt temperature. At present, a huge single crystal having a diameter of 300 mm, a length of 2 m, and a weight of 300 kg can be industrially produced.

CZ法でシリコン単結晶を生産する場合、ネッキングと呼ばれる操作を行う。図2(a),(b)に示すように、種結晶11が融液10に接触した瞬間に、熱応力によって種結晶11に転位が導入される。そのため、そのまま径を太くしてインゴットを作製すると、インゴット中に多数の転位が残り、良質の単結晶を得ることができない。ネッキングは、このような不具合を回避するために行われる。   When a silicon single crystal is produced by the CZ method, an operation called necking is performed. As shown in FIGS. 2A and 2B, dislocations are introduced into the seed crystal 11 by thermal stress at the moment when the seed crystal 11 comes into contact with the melt 10. Therefore, if an ingot is produced by increasing the diameter as it is, a large number of dislocations remain in the ingot, and a high-quality single crystal cannot be obtained. Necking is performed in order to avoid such problems.

すなわち、種結晶11を融液10に接触させた後、引き上げ速度や融液温度を調整して、種結晶11の下に成長する結晶の直径が4〜5mm程度になるようにする。この状態である程度結晶の成長を継続すると、図3(a)〜(c)に示すように、種結晶11から引き継がれた転位が結晶の成長とともに表面に移動して最終的に除去され、無転位の単結晶となる。その後、引き上げ速度や融液温度を調整して、図4に示すように結晶を所定の直径まで太く成長させる。これにより、転位のない大口径のSi単結晶からなるインゴット13が得られる。現在一般的に用いられている{001}ウエハは、<001>方向に成長したSi単結晶からなるインゴットを加工して形成されたものである。   That is, after bringing the seed crystal 11 into contact with the melt 10, the pulling speed and the melt temperature are adjusted so that the diameter of the crystal growing under the seed crystal 11 is about 4 to 5 mm. If the crystal growth is continued to some extent in this state, as shown in FIGS. 3A to 3C, the dislocations inherited from the seed crystal 11 move to the surface along with the crystal growth and are finally removed. It becomes a single crystal of dislocation. Thereafter, the pulling rate and the melt temperature are adjusted to grow the crystal thickly to a predetermined diameter as shown in FIG. Thereby, the ingot 13 which consists of a large diameter Si single crystal without a dislocation is obtained. A {001} wafer that is generally used at present is formed by processing an ingot made of a Si single crystal grown in the <001> direction.

ところで、Si単結晶の転位論によれば、転位の移動方向は<011>である。従って、図5(a)に示すようにSi単結晶11を<001>方向に成長させる場合は、ネッキングにより転位が結晶の表面側に移動し、最終的に無転位のSi単結晶からなるインゴットを形成することができる。しかし、Si単結晶の成長方向を<011>とした場合は、図5(b)に示すように転位の移動方向に結晶が成長するため、ネッキングで無転位化することは困難である。   By the way, according to the dislocation theory of Si single crystal, the moving direction of the dislocation is <011>. Accordingly, when the Si single crystal 11 is grown in the <001> direction as shown in FIG. 5A, dislocations move to the surface side of the crystal by necking, and finally an ingot made of a dislocation-free Si single crystal. Can be formed. However, when the growth direction of the Si single crystal is <011>, the crystal grows in the direction of dislocation movement as shown in FIG. 5B, and it is difficult to eliminate the dislocation by necking.

<011>方向の成長でも、種結晶の下方に成長する結晶の直径を1mm程度まで細くすれば、転位を除去することができる。本願発明者等の研究によれば、結晶の直径を1mm程度まで細くすることにより、<011>方向の結晶成長でも単結晶化率は90%以上となることが判明している。しかし、その場合はネッキング部の機械的強度が低くなるため、作業の安全性を考慮すると最大でも20kg以下のインゴットしか製造することができず、製造コストが高くなってしまう。   Even in the growth in the <011> direction, dislocations can be removed if the diameter of the crystal grown below the seed crystal is reduced to about 1 mm. According to the study by the inventors of the present application, it has been found that by reducing the diameter of the crystal to about 1 mm, the single crystallization rate becomes 90% or more even in the crystal growth in the <011> direction. However, in that case, since the mechanical strength of the necking portion is lowered, in consideration of work safety, only an ingot of 20 kg or less can be produced at the maximum, resulting in an increase in production cost.

前述したように、特許文献2には表面が{011}のシリコン層を有するSOI基板(ウエハ)が開示されている。しかし、この特許文献2には、{011}シリコン層の具体的な形成方法は記載されていない。   As described above, Patent Document 2 discloses an SOI substrate (wafer) having a silicon layer whose surface is {011}. However, this Patent Document 2 does not describe a specific method for forming the {011} silicon layer.

特許文献3に開示されたSOI基板の製造方法は既に工業化されており、現在はSmart Cut(登録商標)と呼ばれている。図6,図7を参照して、Smart CutによるSOI基板(半導体ウエハ)の製造方法を説明する。なお、ここでは{011}シリコン層を備えたSOI基板の作製方法について説明しているが、Smart Cutにはいくつかのバリエーションがあり、{011}シリコン層を備えたSOI基板以外のSOI基板の作製にも用いられている。Smart Cutについては、非特許文献2にも記載されている。   The manufacturing method of the SOI substrate disclosed in Patent Document 3 has already been industrialized and is now called Smart Cut (registered trademark). A manufacturing method of an SOI substrate (semiconductor wafer) by Smart Cut will be described with reference to FIGS. Note that although a method for manufacturing an SOI substrate having a {011} silicon layer is described here, there are several variations of Smart Cut, and SOI substrates other than an SOI substrate having a {011} silicon layer are used. It is also used for production. Smart Cut is also described in Non-Patent Document 2.

まず、CZ法等により<011>方向にSi結晶を成長させて、Si単結晶からなるインゴットを形成する。その後、インゴットを切断して、図6(a)に示すように{011}シリコン単結晶からなる第1の基板20を得る。   First, an Si crystal is grown in the <011> direction by a CZ method or the like to form an ingot made of a Si single crystal. Thereafter, the ingot is cut to obtain a first substrate 20 made of {011} silicon single crystal as shown in FIG.

次に、図6(b)に示すように、第1の基板20の表面を酸化して、シリコン酸化膜21を形成する。その後、図6(c)に示すように、第1の基板20の一方の面側から水素イオン(H+)を注入する。このとき、水素イオンが最も高濃度になる面の位置は、水素イオン注入時の加速電圧で決定される。ここでは、水素イオンが最も高濃度になる面を符号22で示す。 Next, as shown in FIG. 6B, the surface of the first substrate 20 is oxidized to form a silicon oxide film 21. Thereafter, as shown in FIG. 6C, hydrogen ions (H + ) are implanted from one surface side of the first substrate 20. At this time, the position of the surface where hydrogen ions are most concentrated is determined by the acceleration voltage at the time of hydrogen ion implantation. Here, the surface having the highest concentration of hydrogen ions is indicated by reference numeral 22.

一方、図6(d)に示すように、ベース基板(張り合わせ用基板)として第2の基板25を用意する。この第2の基板25には、例えば一般的な{001}シリコン基板を用いることができる。そして、図7(a)に示すように、第2の基板25の上に、シリコン酸化膜21が形成された第1の基板20を張り合せる。   On the other hand, as shown in FIG. 6D, a second substrate 25 is prepared as a base substrate (bonding substrate). As the second substrate 25, for example, a general {001} silicon substrate can be used. Then, as shown in FIG. 7A, the first substrate 20 on which the silicon oxide film 21 is formed is bonded onto the second substrate 25.

次に、例えば所定の温度で熱処理を施すと、図7(b)に示すように水素イオンが導入された面で第1の基板20が劈開し、第2の基板25上に{011}シリコン単結晶層20aが残る。その後、第2の基板25とシリコン単結晶層20aとの張り合わせ強度を高めるために、熱処理を施す。   Next, for example, when heat treatment is performed at a predetermined temperature, the first substrate 20 is cleaved on the surface where hydrogen ions are introduced as shown in FIG. 7B, and {011} silicon is formed on the second substrate 25. The single crystal layer 20a remains. Thereafter, heat treatment is performed to increase the bonding strength between the second substrate 25 and the silicon single crystal layer 20a.

次いで、シリコン単結晶層20aの表面を研磨して平坦化する。このようにして、図7(c)に示すように、ベース基板(第2の基板25)と、シリコン酸化膜21と、{011}シリコン単結晶層20aとにより構成されるSOI基板26が完成する。   Next, the surface of the silicon single crystal layer 20a is polished and planarized. In this way, as shown in FIG. 7C, the SOI substrate 26 composed of the base substrate (second substrate 25), the silicon oxide film 21, and the {011} silicon single crystal layer 20a is completed. To do.

一方、図7(b)の工程で残った{011}シリコン単結晶からなる第1の基板20の劈開面を研磨して平坦化した後、シリコン酸化膜21を除去する。この第1の基板20を再度使用して図6(a)〜(d),図7(a)〜(c)に示す工程を実施し、SOI基板26を形成する。   On the other hand, after the cleaved surface of the first substrate 20 made of {011} silicon single crystal remaining in the step of FIG. 7B is polished and planarized, the silicon oxide film 21 is removed. The first substrate 20 is used again, and the steps shown in FIGS. 6A to 6D and FIGS. 7A to 7C are performed to form the SOI substrate 26.

このように、特許文献3に開示された方法によれば、1枚の{011}シリコン単結晶基板(第1の基板20)を用いて多くのSOI基板を製造することができる。このため、高価な{011}シリコン単結晶基板を使用していても、SOI基板1枚当りの製造コストを比較的低く抑えることができる。   Thus, according to the method disclosed in Patent Document 3, a large number of SOI substrates can be manufactured using one {011} silicon single crystal substrate (first substrate 20). For this reason, even if an expensive {011} silicon single crystal substrate is used, the manufacturing cost per SOI substrate can be kept relatively low.

その他、本願に関係すると思われる従来技術として、特許文献4〜7、非特許文献3〜6に記載されたものがある。
米国特許第6621131号明細書 特開平03−19275号公報 米国特許第7052974号明細書 特開平11−307413号公報 特開2004−79930号公報 特開2004−214402号公報 特開2004−79930号公報 M. Leong et al., Electrochem. Soc., PV 2004-1, 371(2004) M. Bruel, Electron. Lett. 31, 1201 (1995) M. Kimura, Y. Saito, H. Daio, and K. Yakushiji, Jpn. J. Appl. Phys. vol. 38, (1999), pp. 38. JEITA EMR-3001 "The Impact of Edge Roll-off on CMP Performance" published by JEITA.Oct. 2004 W. S. Capinski et al., Appl. Physs. Lett. 71, 2109(1997) T. Fukuda et al., Procceedings of The 2ndSymp. on Defects in Si, edited by W. M. Bullis, U. Gosele, and F. Shimura(Electrochem. Soc., NJ, 1991),vol. 91-9,pp.173
In addition, there exist some which were described in patent documents 4-7 and nonpatent literature 3-6 as a prior art considered to be related to this application.
US Pat. No. 6,621,131 Japanese Patent Laid-Open No. 03-19275 US Pat. No. 7,052,974 Japanese Patent Laid-Open No. 11-307413 JP 2004-79930 A JP 2004-214402 A JP 2004-79930 A M. Leong et al., Electrochem. Soc., PV 2004-1, 371 (2004) M. Bruel, Electron. Lett. 31, 1201 (1995) M. Kimura, Y. Saito, H. Daio, and K. Yakushiji, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 38, (1999), pp. 38. JEITA EMR-3001 "The Impact of Edge Roll-off on CMP Performance" published by JEITA. Oct. 2004 WS Capinski et al., Appl. Physs. Lett. 71, 2109 (1997) T. Fukuda et al., Procceedings of The 2ndSymp. On Defects in Si, edited by WM Bullis, U. Gosele, and F. Shimura (Electrochem. Soc., NJ, 1991), vol. 91-9, pp.173

しかし、特許文献3に記載された方法では、1枚の{011}シリコン単結晶基板を何回も使用するため、熱処理時や搬送時において治具との接触などにより{011}シリコン単結晶基板に疵や結晶欠陥が入って品質が劣化する。このため、1枚の{011}シリコン単結晶基板から製造できるSOI基板の数が制限され、SOI基板の製造コストを更に低減することが困難である。   However, in the method described in Patent Document 3, since a single {011} silicon single crystal substrate is used many times, the {011} silicon single crystal substrate is brought into contact with a jig during heat treatment or transportation. The quality deteriorates due to wrinkles and crystal defects. For this reason, the number of SOI substrates that can be manufactured from a single {011} silicon single crystal substrate is limited, and it is difficult to further reduce the manufacturing cost of the SOI substrate.

特許文献4には、シリコン基板の上にエピタキシャル層を形成し、このシリコン基板を第1の基板としてSmart CutによりSOI基板を作製することが提案されている。この特許文献4に記載された方法では、シリコン基板上に形成されたエピタキシャル層に水素イオンを注入し、ベース基板と接合した後にエピタキシャル層で劈開してSOI基板を作製する。劈開後に残ったシリコン基板は、シリコン酸化膜を除去した後、その上にシリコン層をエピタキシャル成長させることにより、再度第1の基板として使用することができる。この特許文献4に記載された方法では、シリコン基板を何度も使用することができて、SOI基板の製造コストを削減することができる。   Patent Document 4 proposes that an epitaxial layer is formed on a silicon substrate, and an SOI substrate is manufactured by Smart Cut using the silicon substrate as a first substrate. In the method described in Patent Document 4, hydrogen ions are implanted into an epitaxial layer formed on a silicon substrate, bonded to a base substrate, and then cleaved at the epitaxial layer to produce an SOI substrate. The silicon substrate remaining after the cleavage can be used again as the first substrate by removing the silicon oxide film and then epitaxially growing a silicon layer thereon. In the method described in Patent Document 4, the silicon substrate can be used many times, and the manufacturing cost of the SOI substrate can be reduced.

この特許文献4に記載された技術を利用して、表面が{011}のシリコン層を有するSOI基板を製造することが考えられる。しかしながら、本願発明者等の実験・研究から、特許文献3,4に記載された方法を用いて表面が{011}の半導体基板を形成した場合、ベース基板とシリコン単結晶層との接合強度が不足することが判明した。   It is conceivable to manufacture an SOI substrate having a silicon layer whose surface is {011} using the technique described in Patent Document 4. However, when the semiconductor substrate having a surface of {011} is formed using the methods described in Patent Documents 3 and 4 based on experiments and research by the present inventors, the bonding strength between the base substrate and the silicon single crystal layer is low. It turned out to be insufficient.

以上から、本願発明の目的は、表面の面方位が{011}であり、製造コストが低く、接合強度が十分であって、高速動作のp型トランジスタの製造に好適な半導体基板及びその製造方法を提供することである。   As described above, the object of the present invention is a semiconductor substrate having a surface orientation of {011}, low manufacturing cost, sufficient junction strength, and suitable for manufacturing a p-type transistor operating at high speed, and a manufacturing method thereof. Is to provide.

本発明の一観点によれば、ベース基板と、前記ベース基板の上方に配置されたシリコン単結晶層とを有する半導体基板において、前記シリコン単結晶層の表面の面方位が{011}であり、且つ前記シリコン単結晶層が前記ベース基板のエッジロールオフを相殺する厚さ分布を有することを特徴とする半導体基板が提供される。   According to one aspect of the present invention, in a semiconductor substrate having a base substrate and a silicon single crystal layer disposed above the base substrate, the surface orientation of the surface of the silicon single crystal layer is {011}, In addition, a semiconductor substrate is provided in which the silicon single crystal layer has a thickness distribution that cancels edge roll-off of the base substrate.

本発明においては、ベース基板の上方に配置されたシリコン単結晶層の表面の面方位が{011}である。このため、ホール(正孔)の移動度が高く、p型トランジスタを高速に動作させることができる。また、本発明においては、シリコン単結晶層がベース基板のエッジロールオフを相殺する厚さ分布を有している。このため、ベース基板とシリコン単結晶層との接合強度が向上する。   In the present invention, the plane orientation of the surface of the silicon single crystal layer disposed above the base substrate is {011}. Therefore, the hole mobility is high, and the p-type transistor can be operated at high speed. In the present invention, the silicon single crystal layer has a thickness distribution that cancels the edge roll-off of the base substrate. For this reason, the bonding strength between the base substrate and the silicon single crystal layer is improved.

本発明の他の観点によれば、表面の面方位が{011}のシリコン単結晶からなる第1の基板の上にシリコン単結晶層をエピタキシャル成長させる工程と、前記シリコン単結晶層に水素イオンを注入する工程と、第2の基板の上に、前記シリコン単結晶層を下側にして前記第1の基板を接合する工程と、前記シリコン単結晶層を前記イオン注入した水素の濃度が高い部分で劈開する工程とを有し、前記シリコン単結晶層は、前記第1の基板又は前記第2の基板のエッジロールオフを相殺する厚さ分布となるようにエピタキシャル成長条件を調整して形成することを特徴とする半導体基板の製造方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, a step of epitaxially growing a silicon single crystal layer on a first substrate made of a silicon single crystal whose surface plane orientation is {011}, and hydrogen ions are added to the silicon single crystal layer. A step of implanting, a step of bonding the first substrate on the second substrate with the silicon single crystal layer facing down, and a portion where the concentration of hydrogen in which the silicon single crystal layer is ion-implanted is high The silicon single crystal layer is formed by adjusting epitaxial growth conditions so as to have a thickness distribution that cancels edge roll-off of the first substrate or the second substrate. A method for manufacturing a semiconductor substrate is provided.

本発明においては、表面の面方位が{011}のシリコン単結晶からなる第1の基板の直上にシリコン単結晶層をエピタキシャル成長させる。それにより形成されたシリコン単結晶層は、第1の基板と同様に表面の面方位が{011}となる。但し、単結晶層を形成するときには、第1の基板又は後述の第2の基板のエッジロールオフを相殺する厚さ分布となるように、エピタキシャル成長条件を調整することが必要である。   In the present invention, a silicon single crystal layer is epitaxially grown immediately above a first substrate made of a silicon single crystal having a surface orientation of {011}. The silicon single crystal layer formed thereby has a surface orientation of {011} as in the first substrate. However, when the single crystal layer is formed, it is necessary to adjust the epitaxial growth conditions so that the thickness distribution cancels the edge roll-off of the first substrate or the second substrate described later.

次に、シリコン単結晶層に水素イオンを注入する。この水素イオンの注入により、シリコン単結晶層は劈開しやすい状態になる。   Next, hydrogen ions are implanted into the silicon single crystal layer. By this implantation of hydrogen ions, the silicon single crystal layer is easily cleaved.

次に、第2の基板を用意し、この第2の基板の上にシリコン単結晶層を下側にして第1の基板を接合する。この場合に、シリコン単結晶層が、第1の基板又は第2の基板のエッジロールオフを相殺する厚さ分布となるように形成されているので、シリコン単結晶層と第2の基板との間の隙間が低減され、シリコン単結晶層と第2の基板とを十分な強度で接合することができる。   Next, a second substrate is prepared, and the first substrate is bonded onto the second substrate with the silicon single crystal layer on the lower side. In this case, since the silicon single crystal layer is formed so as to have a thickness distribution that cancels edge roll-off of the first substrate or the second substrate, the silicon single crystal layer and the second substrate The gap between them is reduced, and the silicon single crystal layer and the second substrate can be bonded with sufficient strength.

次に、例えば温度を加えることにより、水素イオンが注入された部分に応力を発生させてシリコン単結晶層を劈開する。このようにして、第2の基板の上に{011}シリコン単結晶層が積層された構造の半導体基板が得られる。一方、劈開後の第1の基板は、その表面を若干研磨することにより、再使用が可能な状態になる。   Next, for example, by applying temperature, stress is generated in the portion where hydrogen ions are implanted to cleave the silicon single crystal layer. In this manner, a semiconductor substrate having a structure in which a {011} silicon single crystal layer is stacked on the second substrate is obtained. On the other hand, the first substrate after cleaving is made reusable by slightly polishing the surface.

本発明においては、シリコン単結晶層と第2の基板とを十分な強度で接合することができるので、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。また、{011}シリコン単結晶からなる第1の基板は消耗することなく何度も再使用することができるので、半導体基板の製造コストを大幅に低減することができる。   In the present invention, since the silicon single crystal layer and the second substrate can be bonded with sufficient strength, a highly reliable semiconductor device can be manufactured. Further, since the first substrate made of {011} silicon single crystal can be reused many times without being consumed, the manufacturing cost of the semiconductor substrate can be greatly reduced.

以下、本発明の実施形態を説明する前に、前述の特許文献3,4に記載された方法でシリコン単結晶層とベース基板との間に十分な接合強度が得られない理由について、本願発明者等が検討した結果を説明する。   Before explaining the embodiments of the present invention, the reason why a sufficient bonding strength cannot be obtained between the silicon single crystal layer and the base substrate by the methods described in Patent Documents 3 and 4 will be described below. Explain the results of the study.

半導体装置製造時の基板となるウエハは、図8に示すように、その周辺部の厚みがわずかに減少しており、エッジロールオフと呼ばれる形状になっている。エッジロールオフは、ウエハ製造時にその表面をCMP(Chemical Mechanical Polish)法で研磨するときに発生する。標準的な直径300mmのウエハの場合、ウエハ端から約0.5mmまでの範囲をエッジ部、ウエハ端から2mmの範囲をエッジ除外部(Edge Exclusive Area:EEA)と呼んでいる。また、エッジ除外部を除いた領域をFQA(Fixed Quality Area)と呼んでいる。通常、エッジ端から3mm以上離れた領域では表面が平坦であると考えられる。ここでは、エッジ端から3〜6mm離れた領域を基準領域という。理想的には、エッジ部を除いた領域(図8にWで示す領域)が平坦(同一厚さ)であることが好ましい。   As shown in FIG. 8, the thickness of the peripheral portion of the wafer that becomes the substrate when manufacturing the semiconductor device is slightly reduced, and has a shape called edge roll-off. Edge roll-off occurs when the surface is polished by a CMP (Chemical Mechanical Polish) method during wafer manufacture. In the case of a standard 300 mm diameter wafer, a range from the wafer end to about 0.5 mm is called an edge portion, and a range from 2 mm from the wafer end is called an edge exclusion area (EEA). An area excluding the edge exclusion portion is called FQA (Fixed Quality Area). Usually, it is considered that the surface is flat in a region 3 mm or more away from the edge end. Here, an area 3 to 6 mm away from the edge end is referred to as a reference area. Ideally, the region excluding the edge portion (the region indicated by W in FIG. 8) is preferably flat (same thickness).

非特許文献3には、エッジロールオフの程度を示すパラメータとしてROA(Roll-Off Amount)を用いることが提案されている。ROAは、現在ではエッジロールオフの程度を示すパラメータとして国際標準になっている。このパラメータは、ウエハ端から1mmの位置におけるおもて面の厚さの減少量(基準領域の厚さからの減少量)と定義されている。   Non-Patent Document 3 proposes to use ROA (Roll-Off Amount) as a parameter indicating the degree of edge roll-off. ROA is now an international standard as a parameter indicating the degree of edge roll-off. This parameter is defined as the amount of decrease in the thickness of the front surface at a position 1 mm from the wafer edge (the amount of decrease from the thickness of the reference region).

図9(a)に、5枚のウエハについて本願発明者等が行ったROAの測定結果を示す。この図9(a)に示すように、5枚のウエハのROAを測定した結果、0.07μm〜1.25μmの範囲でばらつきがあったが、大部分のウエハのROAは1μm未満であった。図9(b)には、ROAが最も大きい5番のウエハのおもて面のプロファイル、FQA及びWを、ROAとともに示した。   FIG. 9A shows the results of ROA measurement performed by the inventors of the present invention on five wafers. As shown in FIG. 9A, as a result of measuring ROA of five wafers, there was a variation in the range of 0.07 μm to 1.25 μm, but the ROA of most wafers was less than 1 μm. . FIG. 9B shows the profile, FQA and W of the front surface of the fifth wafer with the largest ROA, together with the ROA.

非特許文献4には、エッジロールオフはCMP工程においてウエハ周辺部分の膜厚除去量のばらつきを増大させることが記載されている。これは、エッジロールオフがデバイス製造の歩留り低下に直結する問題であることを示している。エッジロールオフの小さな基板も開発されているが、基板のコストが著しく増大する。また、研磨によって基板を最終仕上げする以上、エッジロールオフを完全になくすことは不可能である。   Non-Patent Document 4 describes that edge roll-off increases the variation in the film thickness removal amount in the peripheral portion of the wafer in the CMP process. This indicates that edge roll-off is a problem that directly leads to a decrease in device manufacturing yield. Substrates with a small edge roll-off have also been developed, but the cost of the substrate is significantly increased. Also, as long as the substrate is finally finished by polishing, it is impossible to completely eliminate edge roll-off.

前述の特許文献3,4に記載された方法では、2枚の基板を張り合せることによってSOI基板を製造している。この場合、それぞれの基板にエッジロールオフが存在するので、これらが向かい合わせになるように張り合せる結果、図10に示すように張り合せ基板31,32の周辺領域(エッジ除外部)の接合強度が基準領域の接合強度に比べて小さくなる。このため、基板31,32の接合強度が不足したり、接合部分に不純物が入り込んで半導体装置の特性劣化の原因となる。   In the methods described in Patent Documents 3 and 4 described above, an SOI substrate is manufactured by bonding two substrates. In this case, since the edge roll-off exists in each substrate, as a result of bonding them so as to face each other, as shown in FIG. 10, the bonding strength of the peripheral regions (edge exclusion portions) of the bonded substrates 31 and 32 is shown. Becomes smaller than the bonding strength of the reference region. For this reason, the bonding strength of the substrates 31 and 32 is insufficient, or impurities enter the bonded portion, causing deterioration of the characteristics of the semiconductor device.

本発明においては、第1の基板の上にエピタキシャル層を形成するときに、エッジロールオフに対応する分だけ周縁領域のエピタキシャル層の厚さを厚くすることにより、第1の基板と第2の基板とを張り合せたときの接合強度を十分に確保する。以下、本発明の実施形態について説明する。   In the present invention, when the epitaxial layer is formed on the first substrate, the thickness of the epitaxial layer in the peripheral region is increased by an amount corresponding to the edge roll-off, whereby the first substrate and the second substrate are formed. Ensuring sufficient bonding strength when bonded to the substrate. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

(第1の実施形態)
図11〜図12は、本発明の第1の実施形態に係る半導体基板の製造方法を示す模式図である。
(First embodiment)
11 to 12 are schematic views showing a method for manufacturing a semiconductor substrate according to the first embodiment of the present invention.

まず、CZ法により<011>方向にSi結晶を成長させて、単結晶のインゴットを形成する。その後、インゴットを切断して、図11(a)に示すように{011}シリコン単結晶からなる第1の基板40を得る。第1の基板40の直径は例えば300mm、厚さは例えば775μmとする。   First, a Si crystal is grown in the <011> direction by the CZ method to form a single crystal ingot. Thereafter, the ingot is cut to obtain a first substrate 40 made of {011} silicon single crystal as shown in FIG. The diameter of the first substrate 40 is, for example, 300 mm, and the thickness is, for example, 775 μm.

次に、図11(b)に示すように、例えば原料ガスとしてモノシラン(SiH4)を使用し、基板温度を例えば1100℃として、化学的気相成長(Chemical Vapor Deposition:CVD)法により第1の基板40の上にシリコン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層の厚さはエッジロールオフの部分以外は一定で、2〜10μmが代表的である。このエピタキシャル層41の表面の面方位は、単結晶成長の原理によって第1の基板40の面方位と同じ、すなわち{011}となる。 Next, as shown in FIG. 11 (b), for example, monosilane (SiH 4 ) is used as the source gas, the substrate temperature is set to 1100 ° C., for example, and the first is performed by a chemical vapor deposition (CVD) method. Silicon is epitaxially grown on the substrate 40. The thickness of the epitaxial layer at this time is constant except for the edge roll-off portion, and is typically 2 to 10 μm. The plane orientation of the surface of the epitaxial layer 41 is the same as the plane orientation of the first substrate 40, that is, {011} based on the principle of single crystal growth.

本実施形態においては、エピタキシャル層41形成時に、エッジロールオフによる基板の厚み減少分だけエピタキシャル層を厚く形成し、エピタキシャル層の表面がウエハ中心部から周辺部まで同一の高さになるようにする。図13は、エピタキシャル成長炉の構造を示す模式図である。この図13に示すように、第1の基板40は、エピタキシャル成長炉のチャンバ51内に載置される。チャンバ51内には、ガス入り口52aから原料ガスが供給され、排気口52bから炉外に排出される。チャンバ51内に載置された第1の基板40は上方及び下方の同心円状に配置された多数の赤外線ランプ53により加熱される。これらの赤外線ランプ53に供給する電力を制御することにより、第1の基板40の表面の温度分布を調整して、エピタキシャル層のエッジ近傍の厚さを基準領域の厚さよりもエッジロールオフに対応する分だけ厚くすることができる。   In the present embodiment, when the epitaxial layer 41 is formed, the epitaxial layer is formed thicker by the thickness reduction of the substrate due to edge roll-off so that the surface of the epitaxial layer has the same height from the wafer center to the periphery. . FIG. 13 is a schematic diagram showing the structure of an epitaxial growth furnace. As shown in FIG. 13, the first substrate 40 is placed in a chamber 51 of an epitaxial growth furnace. Into the chamber 51, a raw material gas is supplied from a gas inlet 52a, and is discharged out of the furnace through an exhaust port 52b. The first substrate 40 placed in the chamber 51 is heated by a number of infrared lamps 53 arranged concentrically above and below. By controlling the power supplied to these infrared lamps 53, the temperature distribution on the surface of the first substrate 40 is adjusted, so that the thickness near the edge of the epitaxial layer corresponds to the edge roll-off rather than the thickness of the reference region. You can make it as thick as you want.

エピタキシャル層のエッジ近傍の厚さを基準領域の厚さよりも若干厚くするためには、例えば基板の最外周部の成長温度を内側部分よりも数℃だけ低くすればよい。現在のエピタキシャル成長炉では同心円状に±0.5℃の精度で温度制御が可能であり、1μm以下の膜厚制御も十分可能である。   In order to make the thickness in the vicinity of the edge of the epitaxial layer slightly thicker than the thickness of the reference region, for example, the growth temperature of the outermost peripheral portion of the substrate may be lowered by several degrees C. from the inner portion. The current epitaxial growth furnace can control the temperature concentrically with an accuracy of ± 0.5 ° C. and can sufficiently control the film thickness of 1 μm or less.

エピタキシャル層41が第1の基板40の上側全面に均一の厚さで形成された場合、図14(a)の模式図に示すように、第1の基板40のエッジロールオフの影響によりエピタキシャル層41の表面は平坦にはならない。これに対し、本実施形態においては、エピタキシャル層形成時に第1の基板40の表面温度分布を調整することにより、図14(b)の模式図に示すように、エピタキシャル層41の表面を周縁部までほぼ平坦にする。   When the epitaxial layer 41 is formed on the entire upper surface of the first substrate 40 with a uniform thickness, the epitaxial layer 41 is affected by the edge roll-off of the first substrate 40 as shown in the schematic diagram of FIG. The surface of 41 does not become flat. On the other hand, in the present embodiment, by adjusting the surface temperature distribution of the first substrate 40 during the formation of the epitaxial layer, as shown in the schematic diagram of FIG. Until almost flat.

エッジロールオフは、前述したように基板によってばらつきがある(図9(a)参照)が、同一ロットの基板のエッジロールオフはほぼ同じであると考えられる。従って、初めに実験等によりエッジロールオフを相殺するようにエピタキシャル成長条件を決めておけば、基板毎に温度分布を変える必要はなく、同一ロットのウエハについては同一条件でエピタキシャル成長を行うことができる。また、前述したように大部分のウエハのエッジロールオフは1μm以下であるので、エッジ端から1mmの位置におけるエピタキシャル層41の厚さが基準領域における厚さよりも例えば0.5〜1μmだけ厚くなるように温度分布を設定してもよい。   As described above, the edge roll-off varies depending on the substrate (see FIG. 9A), but the edge roll-off of the substrates in the same lot is considered to be substantially the same. Therefore, if the epitaxial growth conditions are first determined so as to cancel the edge roll-off by an experiment or the like, it is not necessary to change the temperature distribution for each substrate, and wafers in the same lot can be epitaxially grown under the same conditions. Further, as described above, since the edge roll-off of most wafers is 1 μm or less, the thickness of the epitaxial layer 41 at a position 1 mm from the edge end is, for example, 0.5 to 1 μm thicker than the thickness in the reference region. As such, the temperature distribution may be set.

このようにしてエッジ近傍の厚さが基準領域の厚さよりも若干厚い形状のエピタキシャル層41を形成した後、イオン注入装置を用いて、図11(c)に示すようにエピタキシャル層41の上側から水素イオン(H+)を注入する。この場合、エピタキシャル層41と第1の基板40との界面で水素イオンが最も高濃度となるように水素イオン注入時の加速電圧を決定することが好ましい。水素イオンの注入量(ドーズ量)は、例えば1×1016cm-2〜1×1017cm-2とする。ここでは、水素イオンが最も高濃度になる面を符号42で示す。 After the epitaxial layer 41 having a shape in which the thickness in the vicinity of the edge is slightly larger than the thickness of the reference region is formed in this way, an ion implantation apparatus is used to form the epitaxial layer 41 from above the epitaxial layer 41 as shown in FIG. Hydrogen ions (H + ) are implanted. In this case, it is preferable to determine an acceleration voltage at the time of hydrogen ion implantation so that hydrogen ions have the highest concentration at the interface between the epitaxial layer 41 and the first substrate 40. The implantation amount (dose amount) of hydrogen ions is, for example, 1 × 10 16 cm −2 to 1 × 10 17 cm −2 . Here, the surface having the highest concentration of hydrogen ions is indicated by reference numeral 42.

一方、図11(d)に示すように、ベース基板(張り合わせ用基板)となる第2の基板45を用意する。本実施形態においては、第2の基板45の直径は第1の基板40と同じ300mmとする。また、第2の基板45の厚さは、例えば775μmとする。この第2の基板45の材質は限定されるものではないが、シリコン結晶との接合が可能であって、デバイス製造工程において汚染源とならない材料により形成されていることが必要である。この第2の基板45としては、一般的な{001}シリコンウエハを使用することが好ましい。{001}シリコンウエハは、現在最も量産技術が確立しており、大口径化も容易である。   On the other hand, as shown in FIG. 11D, a second substrate 45 to be a base substrate (bonding substrate) is prepared. In the present embodiment, the diameter of the second substrate 45 is 300 mm, which is the same as that of the first substrate 40. The thickness of the second substrate 45 is, for example, 775 μm. The material of the second substrate 45 is not limited, but it is necessary that the second substrate 45 be formed of a material that can be bonded to a silicon crystal and does not become a contamination source in the device manufacturing process. As the second substrate 45, a general {001} silicon wafer is preferably used. The {001} silicon wafer is currently the most mass-produced technology, and it is easy to increase the diameter.

次に、図12(a)に示すように、第2の基板45の上に第1の基板40のエピタキシャル層41側の面を張り合わせる。この張り合わせは常温で第1の基板40と第2の基板45とを密着することにより行われ、接着剤などは使用しない。本実施形態においては、エピタキシャル層41の縁部の厚さを第1の基板40のエッジロールオフに対応する分だけ厚くしているので、第1の基板40と第2の基板45との間の密着性、特にエッジ除去部における密着性が従来に比べて大幅に向上する。   Next, as shown in FIG. 12A, the surface of the first substrate 40 on the epitaxial layer 41 side is bonded onto the second substrate 45. This bonding is performed by bringing the first substrate 40 and the second substrate 45 into close contact with each other at room temperature, and no adhesive or the like is used. In the present embodiment, the thickness of the edge portion of the epitaxial layer 41 is increased by an amount corresponding to the edge roll-off of the first substrate 40, so that the gap between the first substrate 40 and the second substrate 45 is increased. In particular, the adhesion at the edge removal portion is significantly improved as compared with the prior art.

このようにして第1の基板40と第2の基板45とを張り合せた後、例えば500℃に加熱することにより水素イオンを導入した部分(符号42で示す面)に応力を発生させて、図12(b)に示すように、エピタキシャル層41を劈開する。以後、劈開後に第2の基板45上に残ったエピタキシャル層41を、シリコン単結晶層41aという。その後、第2の基板45とその上のシリコン単結晶層41aとの接合強度を高めるために、例えば窒素雰囲気中で1100℃の温度で30分間熱処理を施す。   After bonding the first substrate 40 and the second substrate 45 in this manner, for example, by heating to 500 ° C., stress is generated in the portion where hydrogen ions are introduced (surface indicated by reference numeral 42), As shown in FIG. 12B, the epitaxial layer 41 is cleaved. Hereinafter, the epitaxial layer 41 remaining on the second substrate 45 after cleavage is referred to as a silicon single crystal layer 41a. Thereafter, in order to increase the bonding strength between the second substrate 45 and the silicon single crystal layer 41a thereon, heat treatment is performed for 30 minutes at a temperature of 1100 ° C., for example, in a nitrogen atmosphere.

次に、図12(c)に示すように、シリコン単結晶層41aの表面をCMP法等により研磨して平坦にする。これにより、{011}シリコン単結晶層41aを備えた半導体基板46が完成する。   Next, as shown in FIG. 12C, the surface of the silicon single crystal layer 41a is polished and flattened by a CMP method or the like. Thereby, the semiconductor substrate 46 provided with the {011} silicon single crystal layer 41a is completed.

一方、図12(b)に示す工程において残った第1の基板40の表面(エピタキシャル層形成側の面)を軽く研磨する。その後、この第1の基板40を用いて図11(a)〜(d),図12(a)〜(c)に示す一連の工程を実施し、更に{011}シリコン単結晶層41aを備えた半導体基板46を製造する。この場合、第2の基板45のエッジロールオフを考慮して、第1の基板40上にエピタキシャル層41を形成するときには、端部におけるエピタキシャル層の厚さが基準領域におけるエピタキシャル層の厚さよりも若干厚くなるようにエピタキシャル成長時の条件を設定する。   On the other hand, the surface (surface on the epitaxial layer forming side) of the first substrate 40 remaining in the step shown in FIG. Thereafter, a series of steps shown in FIGS. 11A to 11D and FIGS. 12A to 12C are performed using the first substrate 40, and further provided with a {011} silicon single crystal layer 41a. A semiconductor substrate 46 is manufactured. In this case, when the epitaxial layer 41 is formed on the first substrate 40 in consideration of the edge roll-off of the second substrate 45, the thickness of the epitaxial layer at the end portion is larger than the thickness of the epitaxial layer in the reference region. Conditions for epitaxial growth are set so as to be slightly thicker.

本実施形態では、第2の基板45の上にエピタキシャル層41のみが転写されるので、第1の基板40は殆ど消耗されず、何度も使用することができる。このため、第1の基板45として高価な{011}シリコン単結晶基板を用いても、半導体基板46の1枚当たりの製造コストを低減することができる。   In the present embodiment, since only the epitaxial layer 41 is transferred onto the second substrate 45, the first substrate 40 is hardly consumed and can be used many times. Therefore, even if an expensive {011} silicon single crystal substrate is used as the first substrate 45, the manufacturing cost per semiconductor substrate 46 can be reduced.

また、本実施形態においては、第1の基板40の上に成長したエピタキシャル層41が第2の基板45の上に転写されるので、第1の基板40の再使用による第1の基板40の品質劣化の影響を受けにくい。エピタキシャル成長法により作製したシリコン単結晶は、現在製造可能な数種類のシリコン結晶の中で最高品質の結晶であることはよく知られている。   In the present embodiment, since the epitaxial layer 41 grown on the first substrate 40 is transferred onto the second substrate 45, the first substrate 40 is reused by reusing the first substrate 40. Less susceptible to quality degradation. It is well known that a silicon single crystal produced by an epitaxial growth method is the highest quality crystal among several types of silicon crystals that can be produced at present.

更に、本実施形態においては、エッジロールオフを相殺するように第1の基板40の上にエピタキシャル層41を形成するので、第1の基板40(エピタキシャル層41)と第2の基板45との接合強度が十分であり、接合部分に不純物が入り込むおそれが少ない。これにより、高品質の{011}半導体基板が得られる。   Furthermore, in this embodiment, since the epitaxial layer 41 is formed on the first substrate 40 so as to cancel the edge roll-off, the first substrate 40 (epitaxial layer 41) and the second substrate 45 The bonding strength is sufficient, and there is little risk of impurities entering the bonded portion. Thereby, a high-quality {011} semiconductor substrate is obtained.

(第2の実施形態)
図15,図16は、本発明の第2の実施形態に係る半導体基板の製造方法を示す模式図である。なお、図15,図16において、図11,図12と同一物には同一符号を付している。また、本実施形態は、本発明をSOI基板の製造に適用した例を示している。
(Second Embodiment)
15 and 16 are schematic views showing a method for manufacturing a semiconductor substrate according to the second embodiment of the present invention. 15 and 16, the same components as those in FIGS. 11 and 12 are denoted by the same reference numerals. This embodiment shows an example in which the present invention is applied to the manufacture of an SOI substrate.

まず、図15(a)に示すように、{011}シリコン単結晶からなる第1の基板40を得る。そして、図15(b)に示すように、化学的気相成長法により、第1の基板40の上にエピタキシャル層41を形成する。このとき、第1の実施形態と同様に、エピタキシャル層41の縁部の厚さは、基準領域の厚さよりもエッジロールオフに対応する分だけ厚くすることが必要である。   First, as shown in FIG. 15A, a first substrate 40 made of {011} silicon single crystal is obtained. Then, as shown in FIG. 15B, an epitaxial layer 41 is formed on the first substrate 40 by chemical vapor deposition. At this time, as in the first embodiment, the thickness of the edge portion of the epitaxial layer 41 needs to be thicker than the thickness of the reference region by an amount corresponding to the edge roll-off.

次に、酸化雰囲気中で第1の基板40を加熱し、第1の基板40及びエピタキシャル層41の表面を酸化させて、図15(c)に示すように、シリコン酸化膜43を形成する。このシリコン酸化膜43の厚さは、例えば200nmとする。その後、図15(d)に示すように、エピタキシャル層41と第1の基板40との界面が最も高濃度となるように、イオン注入装置を用いてエピタキシャル層41に水素イオンを注入する。ここでも、水素イオンが最も高濃度になる面を符号42で示す。   Next, the first substrate 40 is heated in an oxidizing atmosphere to oxidize the surfaces of the first substrate 40 and the epitaxial layer 41 to form a silicon oxide film 43 as shown in FIG. The thickness of the silicon oxide film 43 is, for example, 200 nm. Thereafter, as shown in FIG. 15D, hydrogen ions are implanted into the epitaxial layer 41 using an ion implantation apparatus so that the interface between the epitaxial layer 41 and the first substrate 40 has the highest concentration. Again, the surface with the highest concentration of hydrogen ions is indicated by reference numeral 42.

一方、図16(a)に示すように、ベース基板(張り合わせ用基板)となる第2の基板45を用意する。ここでは、第2の基板45として、第1の基板40と同じ大きさの{001}シリコンウエハを使用するものとする。   On the other hand, as shown in FIG. 16A, a second substrate 45 serving as a base substrate (bonding substrate) is prepared. Here, it is assumed that a {001} silicon wafer having the same size as that of the first substrate 40 is used as the second substrate 45.

次に、図16(b)に示すように、第2の基板45の上にエピタキシャル層41が下側となるようにして第1の基板40を張り合せる。その張り合わせは常温で第1の基板40と第2の基板45とを密着させることにより行い、接着剤などは使用しない。本実施形態においても、第1の実施形態と同様にエピタキシャル層41の縁部の厚さをエッジロールオフに対応する分だけ厚くしているので、第1の基板40と第2の基板45との間の密着性が従来に比べて向上する。   Next, as shown in FIG. 16B, the first substrate 40 is bonded onto the second substrate 45 so that the epitaxial layer 41 is on the lower side. The bonding is performed by bringing the first substrate 40 and the second substrate 45 into close contact with each other at room temperature, and no adhesive is used. Also in this embodiment, since the thickness of the edge portion of the epitaxial layer 41 is increased by an amount corresponding to the edge roll-off as in the first embodiment, the first substrate 40, the second substrate 45, The adhesion between the two is improved compared to the conventional case.

次に、図16(c)に示すように、基板40,45の積層体を例えば500℃に加熱し、水素イオンを導入した部分(符号42で示す面)に応力を発生させて、エピタキシャル層41を劈開する。以後、第2の基板45上に残ったエピタキシャル層41を、シリコン単結晶層41aという。その後、第2の基板45とその上のシリコン単結晶層41aとの接合強度を高めるために、例えば窒素雰囲気中で1100℃の温度で30分間熱処理を施す。   Next, as shown in FIG. 16C, the stacked body of the substrates 40 and 45 is heated to, for example, 500 ° C., and stress is generated in a portion (surface indicated by reference numeral 42) into which hydrogen ions are introduced, thereby Cleave 41. Hereinafter, the epitaxial layer 41 remaining on the second substrate 45 is referred to as a silicon single crystal layer 41a. Thereafter, in order to increase the bonding strength between the second substrate 45 and the silicon single crystal layer 41a thereon, heat treatment is performed for 30 minutes at a temperature of 1100 ° C., for example, in a nitrogen atmosphere.

次いで、図16(d)に示すように、シリコン単結晶層41aの表面をCMP法等により研磨して平坦にする。これにより、{011}シリコン単結晶層41aを備えたSOI半導体基板47が完成する。   Next, as shown in FIG. 16D, the surface of the silicon single crystal layer 41a is polished and flattened by a CMP method or the like. Thereby, the SOI semiconductor substrate 47 provided with the {011} silicon single crystal layer 41a is completed.

一方、図16(c)に示す工程において残った第1の基板40の表面(エピタキシャル層形成側の面)を軽く研磨した後、シリコン酸化膜43を除去する。その後、この第1の基板40を用いて図15(a)〜(d),図16(a)〜(d)に示す一連の工程を実施し、更に{011}シリコン単結晶層41aを備えたSOI半導体基板47を製造する。この場合、第2の基板45のエッジロールオフを考慮して、第1の基板40上にエピタキシャル層41を形成するときには、端部におけるエピタキシャル層の厚さが基準領域におけるエピタキシャル層の厚さよりも若干厚くなるようにエピタキシャル成長時の条件を設定する。本実施形態においても第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。   On the other hand, after the surface (the surface on the epitaxial layer forming side) of the first substrate 40 remaining in the step shown in FIG. 16C is lightly polished, the silicon oxide film 43 is removed. Thereafter, a series of steps shown in FIGS. 15A to 15D and FIGS. 16A to 16D are performed using the first substrate 40, and further provided with a {011} silicon single crystal layer 41a. An SOI semiconductor substrate 47 is manufactured. In this case, when the epitaxial layer 41 is formed on the first substrate 40 in consideration of the edge roll-off of the second substrate 45, the thickness of the epitaxial layer at the end portion is larger than the thickness of the epitaxial layer in the reference region. Conditions for epitaxial growth are set so as to be slightly thicker. In this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

なお、本実施形態においては第2の基板45と{011}シリコン単結晶層41aとの間にシリコン酸化膜43を有するSOI基板について説明したが、シリコン酸化膜43に替えてフッ化カルシウム(CaF2)膜又はその他の絶縁膜を形成してもよい。また、本実施形態ではシリコン酸化膜43を形成した後に水素イオンを注入したが、水素イオンを注入した後にシリコン酸化膜43を形成してもよい。 In the present embodiment, the SOI substrate having the silicon oxide film 43 between the second substrate 45 and the {011} silicon single crystal layer 41a has been described, but calcium fluoride (CaF) is used instead of the silicon oxide film 43. 2 ) A film or other insulating film may be formed. In this embodiment, hydrogen ions are implanted after the silicon oxide film 43 is formed. However, the silicon oxide film 43 may be formed after the hydrogen ions are implanted.

(第3の実施形態)
図17は、本発明の第3の実施形態に係る半導体基板を示す模式断面図である。本実施形態の半導体基板63が第1の実施形態の半導体基板と異なる点は、第2の基板(ベース基板)45上に積層された{011}シリコン単結晶層62aを構成するシリコン原子の99%以上が28Siであること、すなわち{011}シリコン単結晶層62a中の28Siの同位体存在比が99%以上であることにあり、その他の構成は基本的に第1の実施形態と同様であるので、重複する部分の説明は省略する。
(Third embodiment)
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor substrate according to the third embodiment of the present invention. The semiconductor substrate 63 of this embodiment is different from the semiconductor substrate of the first embodiment in that 99 of silicon atoms constituting the {011} silicon single crystal layer 62a stacked on the second substrate (base substrate) 45. % Or more is 28 Si, that is, the isotope abundance ratio of 28 Si in the {011} silicon single crystal layer 62a is 99% or more, and other configurations are basically the same as those in the first embodiment. Since it is the same, description of the overlapping part is omitted.

本実施形態においては、{011}シリコンからなる第1の基板上に、28Siの同位体存在比が99.0%以上のシリコンからなるエピタキシャル層を形成する。その後、第2の基板(ベース基板)45の上に第1の基板のエピタキシャル層側の面を接合し、第1の基板とエピタキシャル層との界面に水素イオンを注入した後、温度を加えてエピタキシャル層を劈開する。このようにして、28Siの同位体存在比が99.0%以上のシリコンからなる{011}シリコン単結晶層62aを有する半導体基板63を製造する。 In the present embodiment, an epitaxial layer made of silicon having a 28 Si isotope abundance ratio of 99.0% or more is formed on a first substrate made of {011} silicon. After that, the surface of the first substrate on the epitaxial layer side is bonded onto the second substrate (base substrate) 45, hydrogen ions are implanted into the interface between the first substrate and the epitaxial layer, and then a temperature is applied. Cleave the epitaxial layer. In this way, the semiconductor substrate 63 having the {011} silicon single crystal layer 62a made of silicon having a 28 Si isotope abundance ratio of 99.0% or more is manufactured.

シリコンには3種類の安定同位体(28Si、29Si、30Si)が存在し、通常のシリコン結晶の場合、28Si、29Si及び30Siの同位体存在比は、28Si:29Si:30Si=92.23%:4.67%:3.1%である。本願発明者等の研究・検討の結果、シリコン結晶中における28Siの同位体存在比を99.0%以上とすると、通常のシリコン結晶に比べて熱伝導率が向上することが判明している。また、非特許文献5には、同位体分離法を用いて例えば28Siの同位体存在比が99.7%のシリコン結晶を製造すると、通常のシリコン結晶と比べて熱伝導率が約60%向上することが記載されている。 There are three kinds of stable isotopes ( 28 Si, 29 Si, 30 Si) in silicon, and in the case of ordinary silicon crystals, the isotope abundance ratio of 28 Si, 29 Si and 30 Si is 28 Si: 29 Si : 30 Si = 92.23%: 4.67%: 3.1%. As a result of studies and examinations by the inventors of the present application, it has been found that when the abundance ratio of 28 Si in the silicon crystal is 99.0% or more, the thermal conductivity is improved as compared with a normal silicon crystal. . Further, in Non-Patent Document 5, when a silicon crystal having an isotope abundance ratio of, for example, 28 Si of 99.7% is manufactured by using an isotope separation method, the thermal conductivity is about 60% as compared with a normal silicon crystal. It is described that it improves.

第1の実施形態で示した{011}シリコン単結晶の化学的気相成長において、原料ガスとして例えば28SiH4(モノシラン)を用いて28Siの同位体存在比が99.0%以上のエピタキシャル層を形成すれば、最終的に形成される半導体基板63の最上層のシリコン単結晶層62aにおける28Siの同位体存在比が99.0%以上となる。 In chemical vapor deposition of shown in the first embodiment {011} silicon single crystal, as the material gas for example 28 SiH 4 using (monosilane) of 28 Si isotope abundance ratio is more than 99.0% epitaxial When the layer is formed, the 28 Si isotope abundance ratio in the uppermost silicon single crystal layer 62 a of the semiconductor substrate 63 to be finally formed is 99.0% or more.

本実施形態の半導体基板63は、28Siの同位体存在比が99.0%以上であり、かつ表面の面方位が{011}のシリコン単結晶層62aを有しているので、熱伝導率が高い。この半導体基板63を用いてトランジスタを形成することにより、動作時に発生する熱を効率的に散逸させることができて、半導体装置の信頼性が向上する。 Since the semiconductor substrate 63 of the present embodiment has the silicon single crystal layer 62a having a 28 Si isotope abundance ratio of 99.0% or more and a surface orientation of {011}, the thermal conductivity. Is expensive. By forming a transistor using the semiconductor substrate 63, heat generated during operation can be efficiently dissipated, and the reliability of the semiconductor device is improved.

なお、Siの同位体は、レーザ同位体分離法又はガス遠心分離法等を用いて分離・濃縮することができる。また、近年、28Siを同位体分離して生成された28SiH4(モノシラン)が市販されている。 Si isotopes can be separated and concentrated using a laser isotope separation method, a gas centrifugation method, or the like. In recent years, 28 Si and generated in isotope separation 28 SiH 4 (monosilane) are commercially available.

本実施形態では第1の実施形態の半導体基板の表面のシリコン単結晶層が28Siの同位体存在比が99.0%以上のシリコンからなる場合について説明したが、第2の実施形態のSOI半導体基板47において、シリコン単結晶層41aを28Siの同位体存在比が99.0%以上のシリコンにより形成してもよい。 In the present embodiment, the case where the silicon single crystal layer on the surface of the semiconductor substrate of the first embodiment is made of silicon having a 28 Si isotope abundance ratio of 99.0% or more has been described. The SOI of the second embodiment In the semiconductor substrate 47, the silicon single crystal layer 41a may be formed of silicon having a 28 Si isotope abundance ratio of 99.0% or more.

(第4の実施形態)
図18は、本発明の第4の実施形態に係る半導体基板を示す模式断面図である。本実施形態の半導体基板65が第1の実施形態の半導体基板と異なる点は、第2の基板(ベース基板)64としてホウ素(B)を5×1016〜2×1017cm-3の濃度で含むシリコン基板を用いることにあり、その他の構成は基本的に第1の実施形態と同様であるので、重複する部分の説明は省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor substrate according to the fourth embodiment of the present invention. The semiconductor substrate 65 of this embodiment is different from the semiconductor substrate of the first embodiment in that boron (B) is used as the second substrate (base substrate) 64 at a concentration of 5 × 10 16 to 2 × 10 17 cm −3 . Since the other structure is basically the same as that of the first embodiment, description of overlapping parts is omitted.

近年、半導体記憶装置においては、許容されるリーク電流が数fA(フェムトアンペア)と極めて低いことが要求されている。また、シリコン結晶中に鉄(Fe)や銅(Cu)等の金属元素が混入していると、リーク電流が増えることが知られている。従って、半導体装置、特に半導体記憶装置を製造するときには、その製造プロセスにおいて、シリコン単結晶層に鉄(Fe)及び銅(Cu)等の金属元素が混入しないようにすることが重要となる。   In recent years, semiconductor memory devices are required to have an extremely low allowable leakage current of several fA (femtoamperes). Further, it is known that leakage current increases when a metal element such as iron (Fe) or copper (Cu) is mixed in the silicon crystal. Therefore, when manufacturing a semiconductor device, particularly a semiconductor memory device, it is important that a metal element such as iron (Fe) and copper (Cu) is not mixed in the silicon single crystal layer in the manufacturing process.

本実施形態の半導体基板65においては、前述したように第2の基板(ベース基板)64中に、5×1016〜2×1017cm-3の濃度でホウ素(B)を添加する。第2の基板64中に添加されたホウ素はゲッタリングとして作用し、鉄(Fe)及び銅(Cu)等の金属元素と結合する。これにより、半導体装置製造時の熱処理工程等において、第2の基板(ベース基板)64からシリコン単結晶層41aに金属元素が拡散することが回避され、その結果良好なトランジスタ特性を確保することができる。 In the semiconductor substrate 65 of this embodiment, boron (B) is added to the second substrate (base substrate) 64 at a concentration of 5 × 10 16 to 2 × 10 17 cm −3 as described above. Boron added to the second substrate 64 acts as gettering, and bonds with metal elements such as iron (Fe) and copper (Cu). This avoids the diffusion of the metal element from the second substrate (base substrate) 64 to the silicon single crystal layer 41a in the heat treatment step or the like when manufacturing the semiconductor device, and as a result, it is possible to ensure good transistor characteristics. it can.

第2の基板64中のホウ素の濃度が5×1016cm-3未満の場合は、ゲッタリングの効果を十分に得ることができない。一方、第2の基板64中のホウ素の濃度が2×1017cm-3を超えると、例えば1100℃の温度で1時間以上熱処理した場合に、第2の基板61中のホウ素がシリコン単結晶層41a中に拡散して比抵抗を変化させ、トランジスタ特性を劣化させるおそれがある。 When the boron concentration in the second substrate 64 is less than 5 × 10 16 cm −3 , the gettering effect cannot be sufficiently obtained. On the other hand, when the boron concentration in the second substrate 64 exceeds 2 × 10 17 cm −3 , the boron in the second substrate 61 is converted into a silicon single crystal when heat treatment is performed at a temperature of 1100 ° C. for 1 hour or more. There is a possibility that the specific resistance is changed by diffusing into the layer 41a and the transistor characteristics are deteriorated.

本実施形態においては、上述の如く第2の基板(ベース基板)64として5×1016〜2×1017cm-3の濃度でホウ素が添加されたシリコン基板を用いるので、第1の実施形態と同様の効果を得ることができるのに加えて、鉄(Fe)及び銅(Cu)等の金属元素によるリーク電流の増加及びトランジスタ特性の劣化が回避されるという効果を有する。 In the present embodiment, since the silicon substrate to which boron is added at a concentration of 5 × 10 16 to 2 × 10 17 cm −3 is used as the second substrate (base substrate) 64 as described above, the first embodiment is used. In addition to obtaining the same effect as the above, there is an effect that an increase in leakage current and deterioration of transistor characteristics due to metal elements such as iron (Fe) and copper (Cu) are avoided.

なお、第1、第2又は第3の実施形態の半導体基板のベース基板(第2の基板)として、上記の濃度でホウ素を添加したシリコン基板を使用してもよい。また、特許文献6には、シリコン基板中にホウ素を添加することが記載されている。   Note that a silicon substrate to which boron is added at the above concentration may be used as the base substrate (second substrate) of the semiconductor substrate of the first, second, or third embodiment. Patent Document 6 describes that boron is added to a silicon substrate.

(第5の実施形態)
図19は、本発明の第5の実施形態に係る半導体基板を示す模式断面図である。本実施形態の半導体基板67が第1の実施形態の半導体基板と異なる点は、第2の基板(ベース基板)66として5×1018cm-3以上の濃度でホウ素が添加されたシリコン基板を用いることにあり、その他の構成は基本的に第1の実施形態と同様であるので、重複する部分の説明は省略する。
(Fifth embodiment)
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor substrate according to the fifth embodiment of the present invention. The semiconductor substrate 67 of this embodiment is different from the semiconductor substrate of the first embodiment in that a silicon substrate doped with boron at a concentration of 5 × 10 18 cm −3 or more is used as the second substrate (base substrate) 66. Since the other configuration is basically the same as that of the first embodiment, the description of the overlapping portion is omitted.

シリコン基板中に5×1018cm-3以上の濃度でホウ素を添加すると、機械的強度が向上することが知られている(例えば、非特許文献6)。また、シリコン基板中に5×1018cm-3以上の濃度でホウ素を添加することにより、第4の実施形態よりもゲッタリング能力が向上する。但し、前述したように、半導体装置の製造プロセスで高温で熱処理する場合(例えば1100℃の温度で1時間以上の熱処理)は、第2の基板(ベース基板)からその上のシリコン単結晶層にホウ素が拡散してシリコン単結晶層の比抵抗が変化するという問題が発生する。 It is known that mechanical strength is improved when boron is added to a silicon substrate at a concentration of 5 × 10 18 cm −3 or more (for example, Non-Patent Document 6). Further, by adding boron to the silicon substrate at a concentration of 5 × 10 18 cm −3 or more, the gettering ability is improved as compared with the fourth embodiment. However, as described above, when heat treatment is performed at a high temperature in the semiconductor device manufacturing process (for example, heat treatment for 1 hour or more at a temperature of 1100 ° C.), the silicon single crystal layer on the second substrate (base substrate) is formed thereon. There arises a problem that the specific resistance of the silicon single crystal layer changes due to diffusion of boron.

本実施形態に係る半導体基板67は、基本的にその製造プロセス中に高温(例えば1100℃以上)かつ長時間(例えば1時間以上)の熱処理工程を含まない半導体装置の製造に使用することが好ましい。本実施形態の半導体基板67は、第2の基板(ベース基板)66としてホウ素が5×1018cm-3以上の濃度で添加されたシリコン基板を用いているので、機械的強度が向上し、熱処理時における基板の反りが防止されるという効果を奏することができる。 The semiconductor substrate 67 according to the present embodiment is basically preferably used for manufacturing a semiconductor device that does not include a heat treatment step at a high temperature (for example, 1100 ° C. or higher) and for a long time (for example, 1 hour or longer) during the manufacturing process. . Since the semiconductor substrate 67 of this embodiment uses a silicon substrate to which boron is added at a concentration of 5 × 10 18 cm −3 or more as the second substrate (base substrate) 66, the mechanical strength is improved. The effect that the board | substrate curvature at the time of heat processing is prevented can be show | played.

なお、第1、第2又は第3の実施形態の半導体基板のベース基板(第2の基板)として、上記の濃度でホウ素を添加したシリコン基板を使用してもよい。   Note that a silicon substrate to which boron is added at the above concentration may be used as the base substrate (second substrate) of the semiconductor substrate of the first, second, or third embodiment.

(第6の実施形態)
図20は、本発明の第6の実施形態に係る半導体基板を示す模式断面図である。本実施形態の半導体基板70が第4又は第5の実施形態の半導体基板と異なる点は、第2の基板(ベース基板)71に同位体分離したホウ素(B)がドープされていることにあり、その他の構成は基本的に第4又は第5の実施形態と同様であるので、ここでは重複する部分の説明は省略する。
(Sixth embodiment)
FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor substrate according to the sixth embodiment of the present invention. The semiconductor substrate 70 of this embodiment is different from the semiconductor substrate of the fourth or fifth embodiment in that the second substrate (base substrate) 71 is doped with isotope-separated boron (B). The other configurations are basically the same as those in the fourth or fifth embodiment, and therefore, the description of the overlapping parts is omitted here.

第4及び第5の実施形態で説明したように、シリコン結晶中にホウ素を添加すると、ホウ素のゲッタリング効果によりリーク電流を低減することができる。しかし、通常、シリコン結晶にホウ素を添加すると、熱伝導率が低下する。   As described in the fourth and fifth embodiments, when boron is added to the silicon crystal, leakage current can be reduced due to the gettering effect of boron. However, generally, when boron is added to a silicon crystal, the thermal conductivity decreases.

通常のホウ素(B)中における11Bと10Bとの同位体存在比は、11B:10B=80.2%:19.8%である。特許文献7には、11B又は10Bのいずれか一方の同位体存在比を85%以上とすることにより、通常のホウ素に比べて熱伝導率が数10%向上することが記載されている。 The isotope abundance ratio of 11 B and 10 B in normal boron (B) is 11 B: 10 B = 80.2%: 19.8%. Patent Document 7 describes that the thermal conductivity is improved by several tens of percent compared to normal boron by setting the isotope abundance ratio of either 11 B or 10 B to 85% or more. .

本実施形態に係る半導体基板70においては、第2の基板(ベース基板)71にドープするホウ素として、11B又は10Bのいずれか一方の同位体存在比が85%以上のものを使用する。この第2の基板は、以下のように形成することができる。すなわち、シリコン単結晶を化学的気相成長法で作製するときに、原料ガスとともに同位体分離したホウ素を含むジボラン(1126又は1026)を流す。このようにして形成したシリコン単結晶を溶融し、CZ法により単結晶シリコンのインゴットを形成する。その後、インゴットを切断して、第2の基板71となるシリコン基板を得る。 In the semiconductor substrate 70 according to the present embodiment, as the boron doped into the second substrate (base substrate) 71, one having an isotope abundance ratio of 11 B or 10 B of 85% or more is used. This second substrate can be formed as follows. That is, when a silicon single crystal is produced by a chemical vapor deposition method, diborane ( 11 B 2 H 6 or 10 B 2 H 6 ) containing boron isotope-separated with a source gas is flowed. The silicon single crystal thus formed is melted, and an ingot of single crystal silicon is formed by the CZ method. Thereafter, the ingot is cut to obtain a silicon substrate to be the second substrate 71.

本実施形態においては、11B又は10Bの同位体存在比が85%以上のホウ素を第2の基板(ベース基板)71に使用しているので、第4又は第5の実施形態の半導体基板に比べて第2の基板(ベース基板)71の熱伝導率が高くなり、トランジスタで発生した熱をより効率よく排除することができる。 In the present embodiment, boron having an isotope ratio of 11 B or 10 B of 85% or more is used for the second substrate (base substrate) 71, so that the semiconductor substrate of the fourth or fifth embodiment As compared with the above, the thermal conductivity of the second substrate (base substrate) 71 is increased, and the heat generated in the transistor can be more efficiently removed.

なお、ホウ素の同位体は、レーザ同位体分離法又はガス遠心分離法等を用いて分離することができる。また、ホウ素の同位体は、例えば米Eagle Picher社などから入手することができる。   Boron isotopes can be separated by laser isotope separation, gas centrifugation, or the like. Boron isotopes can be obtained, for example, from Eagle Picher, USA.

(第7の実施形態)
図21は、本発明の第7の実施形態に係る半導体基板を示す模式断面図である。前述の第3の実施形態では{011}シリコン単結晶層を構成するシリコン原子の99%以上が28Siである場合について説明したが、本実施形態の半導体基板75においては、第2の基板(ベース基板)76が、28Siの同位体存在比が99%以上のシリコンにより構成されている。
(Seventh embodiment)
FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor substrate according to the seventh embodiment of the present invention. In the above-described third embodiment, the case where 99% or more of silicon atoms constituting the {011} silicon single crystal layer is 28 Si has been described. However, in the semiconductor substrate 75 of this embodiment, the second substrate ( (Base substrate) 76 is made of silicon having a 28 Si isotope abundance ratio of 99% or more.

図22(a)〜(c)は、28Siからなる多結晶シリコンの製造方法を工程順に示す模式図である。還元炉80内にはシリコン芯81が配置されている。このシリコン芯81は電源82に接続され、電源82から供給される電力により発熱するようになっている。 FIGS. 22A to 22C are schematic views showing a method for producing polycrystalline silicon made of 28 Si in the order of steps. A silicon core 81 is disposed in the reduction furnace 80. The silicon core 81 is connected to a power source 82 and generates heat by power supplied from the power source 82.

図22(a)に示すように、28SiHCl3(トリクロロシラン)と水素(H2)とを混合したガスを還元炉80内に供給するとともに、シリコン芯81に通電して温度を約1000℃とする。そうすると、還元炉80内で28SiHCl3が還元され、図22(b)に示すように、シリコン芯81の表面に高品位の多結晶シリコン(28Si)が析出する。 As shown in FIG. 22A, a gas in which 28 SiHCl 3 (trichlorosilane) and hydrogen (H 2 ) are mixed is supplied into the reduction furnace 80, and the silicon core 81 is energized to a temperature of about 1000 ° C. And Then, 28 SiHCl 3 is reduced in the reduction furnace 80, and high-quality polycrystalline silicon ( 28 Si) is deposited on the surface of the silicon core 81 as shown in FIG.

図22(c)に示すようにシリコン芯81の表面に多結晶シリコンが十分析出したら、還元炉80からシリコン芯81を取り出す。このシリコン芯81の表面に析出した多結晶シリコンを溶融し、CZ法によりシリコン単結晶を成長させて、28Siの同位体存在比が99%以上のインゴットを形成する。このインゴットから本実施形態で使用する第2の基板(ベース基板)76を切り出す。その他の工程は第1の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。 When the polycrystalline silicon is sufficiently deposited on the surface of the silicon core 81 as shown in FIG. 22 (c), the silicon core 81 is taken out from the reduction furnace 80. Polycrystalline silicon deposited on the surface of the silicon core 81 is melted, and a silicon single crystal is grown by the CZ method to form an ingot having a 28 Si isotope abundance ratio of 99% or more. A second substrate (base substrate) 76 used in this embodiment is cut out from the ingot. Since other processes are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted here.

本実施形態においては、第2の基板(ベース基板)76を構成するシリコンの99%以上が28Siであり、第2の基板76の熱伝導率が高い。これにより、第1の実施形態の半導体基板に比べて放熱性が良好であるという効果を奏する。 In the present embodiment, 99 Si or more of the silicon constituting the second substrate (base substrate) 76 is 28 Si, and the thermal conductivity of the second substrate 76 is high. Thereby, there is an effect that heat dissipation is better than that of the semiconductor substrate of the first embodiment.

なお、前述の第1〜第6の実施形態の半導体基板においても、第2の基板(ベース基板)として28Siの同位体存在比が99%以上のシリコン基板を使用してもよい。 In the semiconductor substrates of the first to sixth embodiments described above, a silicon substrate having a 28 Si isotope abundance ratio of 99% or more may be used as the second substrate (base substrate).

(半導体装置)
図23,図24は、本発明に係る半導体基板を用いたp型トランジスタの製造方法を工程順に示す断面図である。ここでは、説明を簡単にするために第1の実施形態に示した半導体基板46を用いてp型電界効果トランジスタを形成する場合について説明するが、その他の実施形態で説明した半導体基板を用いてもよい。また、ここでは説明の便宜上、第1の実施形態の第2の基板45を、ベース基板45という。
(Semiconductor device)
23 and 24 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a p-type transistor using a semiconductor substrate according to the present invention in the order of steps. Here, in order to simplify the description, a case where a p-type field effect transistor is formed using the semiconductor substrate 46 shown in the first embodiment will be described, but the semiconductor substrate described in the other embodiments is used. Also good. Here, for convenience of explanation, the second substrate 45 of the first embodiment is referred to as a base substrate 45.

まず、図23(a)に示すように、ベース基板45とその上の{011}シリコン単結晶層41aとにより構成された半導体基板46を用意する。そして、図23(b)に示すように、シリコン単結晶層41aを、STI(Shallow Trench Isolation)法により形成した素子分離膜91により複数の素子領域に分離する。すなわち、フォトリソグラフィ法を用いてシリコン単結晶層41aの所定の位置に溝を形成し、その溝内に例えばSiO2等の絶縁物を埋め込んで、素子分離膜91を形成する。 First, as shown in FIG. 23A, a semiconductor substrate 46 composed of a base substrate 45 and a {011} silicon single crystal layer 41a thereon is prepared. Then, as shown in FIG. 23B, the silicon single crystal layer 41a is separated into a plurality of element regions by an element isolation film 91 formed by an STI (Shallow Trench Isolation) method. That is, a trench is formed at a predetermined position of the silicon single crystal layer 41a using photolithography, and an insulating material such as SiO 2 is buried in the trench to form the element isolation film 91.

このようにして素子分離膜91を形成した後、シリコン単結晶層41aにリン(P)等のn型不純物を注入して、nウェル92を形成する。   After forming the element isolation film 91 in this way, an n-type impurity such as phosphorus (P) is implanted into the silicon single crystal layer 41a to form an n-well 92.

次に、図23(c)に示すようにシリコン単結晶層41aの上に例えばSiO2を堆積して、ゲート絶縁膜93を形成する。その後、CVD法により、ゲート絶縁膜93上に多結晶シリコン膜94を形成する。 Next, as shown in FIG. 23C, for example, SiO 2 is deposited on the silicon single crystal layer 41a to form a gate insulating film 93. Thereafter, a polycrystalline silicon film 94 is formed on the gate insulating film 93 by CVD.

次に、多結晶シリコン膜94の上にフォトレジストを塗布した後、露光及び現像処理を実施して、所定のパターンのフォトレジスト膜(図示せず)を形成する。その後、フォトレジスト膜をマスクとして多結晶シリコン膜94をエッチングして、図24(a)に示すように、ゲート電極95を形成する。なお、このとき同時にゲート絶縁膜93をエッチングして、ゲート電極95の下方のみにゲート絶縁膜93を残す。次いで、ゲート電極95をマスクとしてnウェル92の表面にホウ素(B)等のp型不純物を浅く注入し、低濃度p型不純物領域96を形成する。   Next, after applying a photoresist on the polycrystalline silicon film 94, exposure and development are performed to form a photoresist film (not shown) having a predetermined pattern. Thereafter, the polysilicon film 94 is etched using the photoresist film as a mask to form a gate electrode 95 as shown in FIG. At this time, the gate insulating film 93 is simultaneously etched to leave the gate insulating film 93 only below the gate electrode 95. Next, using the gate electrode 95 as a mask, a p-type impurity such as boron (B) is shallowly implanted into the surface of the n-well 92 to form a low concentration p-type impurity region 96.

次に、シリコン単結晶層41aの上側全面にSiO2等からなる絶縁膜を形成し、その絶縁膜をエッチバックすることにより、図24(b)に示すようにゲート電極95の両側にサイドウォール97を形成する。その後、ゲート電極95及びサイドウォール97をマスクとしてnウェル92にホウ素(B)等のp型不純物を深く注入し、高濃度p型不純物領域98を形成する。このようにして、LDD(Lightly Doped Drain)構造のp型トランジスタが形成される。 Next, an insulating film made of SiO 2 or the like is formed on the entire upper surface of the silicon single crystal layer 41a, and the insulating film is etched back to form sidewalls on both sides of the gate electrode 95 as shown in FIG. 97 is formed. Thereafter, a p-type impurity such as boron (B) is deeply implanted into the n-well 92 using the gate electrode 95 and the sidewall 97 as a mask to form a high-concentration p-type impurity region 98. In this way, a p-type transistor having an LDD (Lightly Doped Drain) structure is formed.

なお、{011}シリコン単結晶の場合、<011>方向のホール移動度が最も大きい(図1参照)。従って、チャネル長方向が<011>方向になるようにすることが好ましい。   In the case of a {011} silicon single crystal, the hole mobility in the <011> direction is the highest (see FIG. 1). Therefore, it is preferable that the channel length direction is the <011> direction.

次いで、図24(c)に示すように、シリコン単結晶層41aの上側全面にSiO2等の絶縁膜を堆積して層間絶縁膜99を形成する。そして、この層間絶縁膜99の上面から高濃度p型不純物領域98に到達するコンタクトホールを形成し、そのコンタクトホール内にタングステン(W)等の導電材料を埋め込んで、プラグ100を形成する。更に、層間絶縁膜99の上にアルミニウム(アルミニウム合金)等の導電体からなる導電体膜を形成し、この導電体膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングして、配線101を形成する。このようにして、p型トランジスタを有する半導体装置が完成する。 Next, as shown in FIG. 24C, an insulating film such as SiO 2 is deposited on the entire upper surface of the silicon single crystal layer 41a to form an interlayer insulating film 99. Then, a contact hole reaching the high-concentration p-type impurity region 98 from the upper surface of the interlayer insulating film 99 is formed, and a conductive material such as tungsten (W) is buried in the contact hole to form the plug 100. Further, a conductor film made of a conductor such as aluminum (aluminum alloy) is formed on the interlayer insulating film 99, and this conductor film is patterned by photolithography to form the wiring 101. In this way, a semiconductor device having a p-type transistor is completed.

本実施形態においては、p型トランジスタが{011}シリコン単結晶層41aに形成されているので、ホール(正孔)の移動速度が速く、高速動作が可能である。また、本実施形態においては、第1の実施形態で説明した方法により作製された半導体基板、すなわちベース基板45とシリコン単結晶層41aとの間の接合強度が高い半導体基板を用いているので、半導体装置の信頼性が高い。   In this embodiment, since the p-type transistor is formed in the {011} silicon single crystal layer 41a, the movement speed of holes is high, and high-speed operation is possible. In this embodiment, since the semiconductor substrate manufactured by the method described in the first embodiment, that is, a semiconductor substrate having a high bonding strength between the base substrate 45 and the silicon single crystal layer 41a is used. The reliability of semiconductor devices is high.

なお、本実施形態ではp型トランジスタの製造方法について説明しているが、シリコン単結晶層41aにn型トランジスタを形成してもよいことは勿論である。{011}シリコン単結晶層にn型トランジスタを形成した場合、{001}シリコン単結晶層にn型トランジスタを形成したときに比べてキャリア(電子)の移動度は低下する。しかし、電子回路をCMOSにより構成する場合、p型トランジスタの高速化の効果が大きいため、{011}シリコン単結晶層にCMOSを形成したほうが{001}シリコン単結晶層にCMOSを形成した場合に比べて電子回路の動作速度が速くなる。   In the present embodiment, a method for manufacturing a p-type transistor is described, but it is needless to say that an n-type transistor may be formed in the silicon single crystal layer 41a. When an n-type transistor is formed in a {011} silicon single crystal layer, the mobility of carriers (electrons) is lower than when an n-type transistor is formed in a {001} silicon single crystal layer. However, when the electronic circuit is composed of CMOS, the effect of increasing the speed of the p-type transistor is greater. Therefore, when the CMOS is formed on the {011} silicon single crystal layer, the CMOS is formed on the {001} silicon single crystal layer. In comparison, the operation speed of the electronic circuit is increased.

以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。   Hereinafter, various aspects of the present invention will be collectively described as supplementary notes.

(付記1)ベース基板と、前記ベース基板の上方に配置されたシリコン単結晶層とを有する半導体基板において、
前記シリコン単結晶層の表面の面方位が{011}であり、且つ前記シリコン単結晶層が前記ベース基板のエッジロールオフを相殺する厚さ分布を有することを特徴とする半導体基板。
(Additional remark 1) In the semiconductor substrate which has a base substrate and the silicon single crystal layer arrange | positioned above the said base substrate,
A semiconductor substrate, wherein a surface orientation of the surface of the silicon single crystal layer is {011}, and the silicon single crystal layer has a thickness distribution that cancels an edge roll-off of the base substrate.

(付記2)前記ベース基板と前記シリコン単結晶層との間に絶縁膜が設けられていることを特徴とする付記1に記載の半導体基板。   (Supplementary note 2) The semiconductor substrate according to supplementary note 1, wherein an insulating film is provided between the base substrate and the silicon single crystal layer.

(付記3)前記シリコン単結晶層を構成するシリコン原子の99%以上が28Siからなることを特徴とする付記1又は2に記載の半導体基板。 (Additional remark 3) 99% or more of the silicon atoms which comprise the said silicon single crystal layer consist of 28 Si, The semiconductor substrate of Additional remark 1 or 2 characterized by the above-mentioned.

(付記4)前記ベース基板が、表面の面方位が{001}のシリコン基板であることを特徴とする付記1又は2に記載の半導体基板。   (Supplementary note 4) The semiconductor substrate according to Supplementary note 1 or 2, wherein the base substrate is a silicon substrate having a surface orientation of {001}.

(付記5)前記ベース基板に、ホウ素が添加されていることを特徴とする付記4に記載の半導体基板。   (Supplementary note 5) The semiconductor substrate according to supplementary note 4, wherein boron is added to the base substrate.

(付記6)前記ホウ素の含有量が、5×1016乃至2×1017cm-3であることを特徴とする付記5に記載の半導体基板。 (Additional remark 6) Content of the said boron is 5 * 10 < 16 > thru | or 2 * 10 < 17 > cm < -3 >, The semiconductor substrate of Additional remark 5 characterized by the above-mentioned.

(付記7)前記ホウ素の含有量が、5×1018cm-3以上であることを特徴とする付記5に記載の半導体基板。 (Additional remark 7) Content of the said boron is 5 * 10 < 18 > cm < -3 > or more, The semiconductor substrate of Additional remark 5 characterized by the above-mentioned.

(付記8)前記ベース基板に添加されたホウ素のうち85%以上が11B又は10Bのいずれか一方であることを特徴とする付記5に記載の半導体基板。 (Supplementary Note 8) The semiconductor substrate according to Note 5, wherein the more than 85% of the base substrate added boron is either a 11 B or 10 B.

(付記9)前記ベース基板がシリコン単結晶からなり、その99%以上が28Siからなることを特徴とする付記1に記載の半導体基板。 (Supplementary note 9) The semiconductor substrate according to supplementary note 1, wherein the base substrate is made of a silicon single crystal, and 99% or more thereof is made of 28 Si.

(付記10)表面の面方位が{011}のシリコン単結晶からなる第1の基板の直上にシリコン単結晶層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記シリコン単結晶層に水素イオンを注入する工程と、
第2の基板と前記第1の基板とを、前記シリコン単結晶層を介して接合する工程と、
前記シリコン単結晶層を、前記イオン注入した水素の濃度が高い部分で劈開する工程とを有し、
前記シリコン単結晶層は、前記第1の基板又は前記第2の基板のエッジロールオフを相殺する厚さ分布となるようにエピタキシャル成長条件を調整して形成することを特徴とする半導体基板の製造方法。
(Appendix 10) A step of epitaxially growing a silicon single crystal layer directly on a first substrate made of a silicon single crystal having a surface orientation of {011},
Implanting hydrogen ions into the silicon single crystal layer;
Bonding a second substrate and the first substrate through the silicon single crystal layer;
Cleaving the silicon single crystal layer at a portion where the ion-implanted hydrogen concentration is high,
The method of manufacturing a semiconductor substrate, wherein the silicon single crystal layer is formed by adjusting an epitaxial growth condition so as to have a thickness distribution that cancels an edge roll-off of the first substrate or the second substrate. .

(付記11)前記シリコン単結晶層を劈開する工程の前に、前記第1の基板及び前記シリコン単結晶層の表面を絶縁膜で覆う工程を有することを特徴とする付記10に記載の半導体基板の製造方法。   (Supplementary note 11) The semiconductor substrate according to supplementary note 10, further comprising a step of covering surfaces of the first substrate and the silicon single crystal layer with an insulating film before the step of cleaving the silicon single crystal layer. Manufacturing method.

(付記12)前記劈開後の前記第1の基板の劈開側の面を研磨し、再度半導体基板の製造に使用することを特徴とする付記10に記載の半導体基板の製造方法。   (Supplementary note 12) The method for producing a semiconductor substrate according to supplementary note 10, wherein the cleavage-side surface of the first substrate after the cleavage is polished and used again for the production of a semiconductor substrate.

図1は、(001)シリコンウエハ及び(011)シリコンウエハにおけるキャリア密度とホール移動度との関係を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the relationship between carrier density and hole mobility in a (001) silicon wafer and a (011) silicon wafer. 図2(a),(b)は、種結晶が融液に接触したときに導入される転位を示す模式図である。FIGS. 2A and 2B are schematic views showing dislocations introduced when the seed crystal comes into contact with the melt. 図3(a)〜(c)は、ネッキングによる転位の除去を示す模式図である。FIGS. 3A to 3C are schematic views showing the removal of dislocations by necking. 図4は、ネッキング後に形成されるインゴットを示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing an ingot formed after necking. 図5(a)は<001>方向の成長により転位が除去される様子を示す模式図、図5(b)は<011>方向の成長により転位が残る様子を示す模式図である。FIG. 5A is a schematic diagram showing how dislocations are removed by growth in the <001> direction, and FIG. 5B is a schematic diagram showing how dislocations remain by growth in the <011> direction. 図6は、Smart CutによるSOI基板の製造方法を示す模式図(その1)である。FIG. 6 is a schematic diagram (No. 1) showing a method for manufacturing an SOI substrate by Smart Cut. 図7は、Smart CutによるSOI基板の製造方法を示す模式図(その2)である。FIG. 7 is a schematic diagram (part 2) illustrating a method for manufacturing an SOI substrate by Smart Cut. 図8は、エッジロールオフを説明するための模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram for explaining edge roll-off. 図9(a)は、5枚のウエハについて行ったROAの測定結果を示す図、図9(b)は、5番のウエハのおもて面のプロファイル、FQA及びWを、ROAとともに示す図である。FIG. 9A is a diagram showing the measurement results of ROA performed on five wafers, and FIG. 9B is a diagram showing the profile, FQA, and W of the front surface of the fifth wafer together with ROA. It is. 図10は、2枚の基板を張り合わせた状態を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a state where two substrates are bonded together. 図11は、本発明の第1の実施形態に係る半導体基板の製造方法を示す模式図(その1)である。FIG. 11 is a schematic diagram (part 1) illustrating the method for manufacturing the semiconductor substrate according to the first embodiment of the present invention. 図12は、本発明の第1の実施形態に係る半導体基板の製造方法を示す模式図(その2)である。FIG. 12 is a schematic diagram (part 2) illustrating the method for manufacturing the semiconductor substrate according to the first embodiment of the present invention. 図13は、エピタキシャル成長炉の構造を示す模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing the structure of an epitaxial growth furnace. 図14(a)は、エピタキシャル層が第1の基板の上側全面に均一の厚さで形成された状態を示す模式図、図14(b)はエピタキシャル層が第1の基板のエッジロールオフを相殺する厚さ分布で形成された状態を示す模式図である。FIG. 14A is a schematic view showing a state where the epitaxial layer is formed on the entire upper surface of the first substrate with a uniform thickness, and FIG. 14B shows the edge roll-off of the first substrate by the epitaxial layer. It is a schematic diagram which shows the state formed by thickness distribution which cancels. 図15は、本発明の第2の実施形態に係る半導体基板の製造方法を示す模式図(その1)である。FIG. 15 is a schematic diagram (part 1) illustrating the method for manufacturing a semiconductor substrate according to the second embodiment of the present invention. 図16は、本発明の第2の実施形態に係る半導体基板の製造方法を示す模式図(その2)である。FIG. 16 is a schematic diagram (part 2) illustrating the method for manufacturing a semiconductor substrate according to the second embodiment of the present invention. 図17は、本発明の第3の実施形態に係る半導体基板を示す模式断面図である。FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor substrate according to the third embodiment of the present invention. 図18は、本発明の第4の実施形態に係る半導体基板を示す模式断面図である。FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor substrate according to the fourth embodiment of the present invention. 図19は、本発明の第5の実施形態に係る半導体基板を示す模式断面図である。FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor substrate according to the fifth embodiment of the present invention. 図20は、本発明の第6の実施形態に係る半導体基板を示す模式断面図である。FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor substrate according to the sixth embodiment of the present invention. 図21は、本発明の第7の実施形態に係る半導体基板を示す模式断面図である。FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor substrate according to the seventh embodiment of the present invention. 図22(a)〜(c)は、28Siからなる多結晶シリコンの製造方法を工程順に示す模式図である。FIGS. 22A to 22C are schematic views showing a method for producing polycrystalline silicon made of 28 Si in the order of steps. 図23は、本発明に係る半導体基板を用いたp型トランジスタの製造方法を示す断面図(その1)である。FIG. 23 is a cross-sectional view (No. 1) showing the method for manufacturing the p-type transistor using the semiconductor substrate according to the present invention. 図24は、本発明に係る半導体基板を用いたp型トランジスタの製造方法を示す断面図(その2)である。FIG. 24 is a sectional view (No. 2) showing the method for manufacturing the p-type transistor using the semiconductor substrate according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…融液、
11…種結晶、
13…インゴット、
20,40…第1の基板、
20a,41a,62a…単結晶シリコン層、
21,43…シリコン酸化膜、
22,42…水素濃度が最も高濃度になる面、
25,45,64,66、71,76…第2の基板(ベース基板)
26…SOI基板、
41…エピタキシャル層、
46,47,63,65,67,70,75…半導体基板、
51…チャンバ、
52a…ガス入り口、
52b…排気口、
53…赤外線ランプ、
80…還元炉、
81…シリコン芯、
82…電源、
91…素子分離膜、
92…nウェル、
93…ゲート絶縁膜、
94…多結晶シリコン膜、
95…ゲート電極、
96…低濃度p型不純物領域、
97…サイドウォール、
98…高濃度p型不純物領域、
99…層間絶縁膜、
100…プラグ、
101…配線。
10 ... melt,
11 ... Seed crystal,
13 ... Ingot,
20, 40 ... first substrate,
20a, 41a, 62a ... single crystal silicon layer,
21, 43 ... silicon oxide film,
22, 42 ... the surface where the hydrogen concentration is the highest,
25, 45, 64, 66, 71, 76 ... second substrate (base substrate)
26 ... SOI substrate,
41 ... epitaxial layer,
46, 47, 63, 65, 67, 70, 75 ... semiconductor substrate,
51 ... Chamber,
52a ... Gas inlet,
52b ... exhaust port,
53. Infrared lamp,
80 ... reduction furnace,
81 ... silicon core,
82 ... Power supply,
91 ... element isolation film,
92 ... n-well,
93. Gate insulating film,
94: polycrystalline silicon film,
95 ... Gate electrode,
96 ... low concentration p-type impurity region,
97 ... sidewall,
98 ... High concentration p-type impurity region,
99 ... interlayer insulating film,
100 ... plug,
101: Wiring.

Claims (5)

ベース基板と、前記ベース基板の上方に配置されたシリコン単結晶層とを有する半導体基板において、
前記シリコン単結晶層の表面の面方位が{011}であり、且つ前記シリコン単結晶層が前記ベース基板のエッジロールオフを相殺する厚さ分布を有することを特徴とする半導体基板。
In a semiconductor substrate having a base substrate and a silicon single crystal layer disposed above the base substrate,
A semiconductor substrate, wherein a surface orientation of the surface of the silicon single crystal layer is {011}, and the silicon single crystal layer has a thickness distribution that cancels an edge roll-off of the base substrate.
前記ベース基板と前記シリコン単結晶層との間に絶縁膜が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体基板。   The semiconductor substrate according to claim 1, wherein an insulating film is provided between the base substrate and the silicon single crystal layer. 表面の面方位が{011}のシリコン単結晶からなる第1の基板の直上にシリコン単結晶層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記シリコン単結晶層に水素をイオン注入する工程と、
第2の基板と前記第1の基板とを、前記シリコン単結晶層を介して接合する工程と、
前記シリコン単結晶層を、前記イオン注入した水素の濃度が高い部分で劈開する工程とを有し、
前記シリコン単結晶層は、前記第1の基板又は前記第2の基板のエッジロールオフを相殺する厚さ分布となるようにエピタキシャル成長条件を調整して形成することを特徴とする半導体基板の製造方法。
A step of epitaxially growing a silicon single crystal layer directly on a first substrate made of a silicon single crystal having a surface orientation of {011};
Implanting hydrogen into the silicon single crystal layer;
Bonding a second substrate and the first substrate through the silicon single crystal layer;
Cleaving the silicon single crystal layer at a portion where the ion-implanted hydrogen concentration is high,
The method of manufacturing a semiconductor substrate, wherein the silicon single crystal layer is formed by adjusting an epitaxial growth condition so as to have a thickness distribution that cancels an edge roll-off of the first substrate or the second substrate. .
前記シリコン単結晶層を劈開する工程の前に、前記第1の基板及び前記シリコン単結晶層の表面を絶縁膜で覆う工程を有することを特徴とする請求項3に記載の半導体基板の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 3, further comprising a step of covering surfaces of the first substrate and the silicon single crystal layer with an insulating film before the step of cleaving the silicon single crystal layer. . 前記劈開後の前記第1の基板の劈開側の面を研磨し、再度半導体基板の製造に使用することを特徴とする請求項3に記載の半導体基板の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 3, wherein the cleavage-side surface of the first substrate after the cleavage is polished and used again for manufacturing the semiconductor substrate.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010103514A (en) * 2008-09-29 2010-05-06 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Method of manufacturing soi substrate and method of manufacturing single crystal semiconductor layer
WO2016047046A1 (en) * 2014-09-26 2016-03-31 信越半導体株式会社 Bonded wafer production method
WO2024034433A1 (en) * 2022-08-08 2024-02-15 信越半導体株式会社 Method for producing silicon substrate for quantum computers, silicon substrate for quantum computers, and semiconductor device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010103514A (en) * 2008-09-29 2010-05-06 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Method of manufacturing soi substrate and method of manufacturing single crystal semiconductor layer
WO2016047046A1 (en) * 2014-09-26 2016-03-31 信越半導体株式会社 Bonded wafer production method
JP2016072267A (en) * 2014-09-26 2016-05-09 信越半導体株式会社 Manufacturing method of bonded wafer
US9842763B2 (en) 2014-09-26 2017-12-12 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Method for manufacturing bonded wafer
WO2024034433A1 (en) * 2022-08-08 2024-02-15 信越半導体株式会社 Method for producing silicon substrate for quantum computers, silicon substrate for quantum computers, and semiconductor device

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