JP2009212387A - Method of manufacturing semiconductor substrate - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor substrate increasing the number of semiconductor substrates to be taken from one bond substrate, and maintaining the quality of a semiconductor layer. <P>SOLUTION: The semiconductor substrate which has a thicker semiconductor layer to be separated from a bond substrate is produced. Then, a plurality of semiconductor substrates is produced using the semiconductor substrate. By making thicker the semiconductor layer to be separated once from the bond substrate, the number of polishing process and heat treatment for the bond substrate can be reduced, so that it is suitable for reuse of the bond substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、半導体基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate.

近年、バルク状のシリコン基板に代わり、SOI(Silicon On Insulator)基板を使った集積回路が開発されている。絶縁層上に形成された薄い単結晶シリコン層の特長を生かすことで、集積回路中のトランジスタ同士を完全に分離して形成することができ、またトランジスタを完全空乏型とすることができるため、高集積、高速駆動、低消費電力など付加価値の高い半導体集積回路が実現できる。   In recent years, integrated circuits using an SOI (Silicon On Insulator) substrate instead of a bulk silicon substrate have been developed. By taking advantage of the features of the thin single crystal silicon layer formed on the insulating layer, the transistors in the integrated circuit can be formed completely separated from each other, and the transistors can be made fully depleted, High-value-added semiconductor integrated circuits such as high integration, high speed drive, and low power consumption can be realized.

SOI基板を作製する方法の1つに、水素イオン注入を用いた、いわゆる水素イオン注入剥離法が知られている。水素イオン注入剥離法の代表的な工程を以下に示す。   As one of methods for manufacturing an SOI substrate, a so-called hydrogen ion implantation separation method using hydrogen ion implantation is known. A typical process of the hydrogen ion implantation separation method is shown below.

はじめに、ボンド基板となるシリコン基板に水素イオンを注入することで、ボンド基板表面から所定の深さにイオン注入領域を形成する。次に、ベース基板となる別のシリコン基板を酸化して酸化珪素膜を形成する。その後、水素イオンを注入したボンド基板と、ベース基板の酸化珪素膜を密着させて、2枚のシリコン基板を貼り合わせる。そして、加熱処理を行って、イオン注入領域を境にボンド基板を分離する。これにより、ベース基板上には酸化珪素膜及びボンド基板から分離した薄膜半導体層が形成される。   First, hydrogen ions are implanted into a silicon substrate to be a bond substrate, thereby forming an ion implantation region at a predetermined depth from the bond substrate surface. Next, another silicon substrate serving as a base substrate is oxidized to form a silicon oxide film. Thereafter, the bond substrate into which hydrogen ions are implanted and the silicon oxide film of the base substrate are brought into close contact with each other, and the two silicon substrates are bonded to each other. Then, heat treatment is performed to separate the bond substrate with the ion implantation region as a boundary. Thereby, a thin film semiconductor layer separated from the silicon oxide film and the bond substrate is formed on the base substrate.

ここで、分離後のボンド基板は、薄膜半導体層の厚み(500nm以下程度)の分だけ薄くなるものの、その表面付近の欠陥や凹凸などを除去することで、再利用が可能である。未使用のボンド基板の厚みが0.5mm以上1mm以下程度であることを考えれば、理想的な条件では、一のボンド基板を用いて上記工程を100回以上繰り返すことが可能であるといえる。   Here, although the bond substrate after separation becomes thinner by the thickness of the thin-film semiconductor layer (about 500 nm or less), it can be reused by removing defects or irregularities near the surface. Considering that the thickness of an unused bond substrate is about 0.5 mm or more and 1 mm or less, it can be said that the above process can be repeated 100 times or more using one bond substrate under ideal conditions.

ボンド基板の再利用方法に関しては、これまでにも様々な技術が提案されている。一例として、薄膜半導体層分離後にボンド基板の周辺部に残存する残渣を除去し、その後、周辺部の凹凸を除去するための研磨を行う方法(例えば、特許文献1)や、周辺部の凹凸を除去する研磨と、水素を含む還元性雰囲気下の熱処理をあわせて行う方法(例えば、特許文献2)などがある。上記いずれの方法においても、ボンド基板表面に形成された凹凸や欠陥などを十分に低減するために、研磨処理や加熱処理が施されることになる。
特開平11−297583号公報 特開平11−307413号公報
Various techniques have been proposed so far for methods of reusing bond substrates. As an example, a method of removing the residue remaining in the periphery of the bond substrate after separation of the thin film semiconductor layer and then polishing to remove the unevenness in the peripheral portion (for example, Patent Document 1) There is a method (for example, Patent Document 2) in which polishing for removal and heat treatment in a reducing atmosphere containing hydrogen are performed together. In any of the above methods, polishing treatment or heat treatment is performed in order to sufficiently reduce unevenness and defects formed on the surface of the bond substrate.
JP 11-297583 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-307413

加熱処理や平坦化処理はボンド基板表面付近に形成された欠陥を低減し、表面凹凸を低減するために必要な処理ではあるが、一方でこれらの処理により、ボンド基板には複数の問題が生じうる。例えば、平坦化の際の研磨処理によって、ボンド基板表面に大きな傷が形成されることがある。また、加熱処理を繰り返すことでボンド基板に割れが生じることがある。さらに、研磨処理などによる傷などが形成されたボンド基板に対して加熱処理を施す場合には、割れの発生確率が著しく高まる。   Heat treatment and planarization treatment are necessary to reduce defects formed near the bond substrate surface and reduce surface irregularities. However, these treatments cause multiple problems on the bond substrate. sell. For example, a large scratch may be formed on the surface of the bond substrate due to the polishing process during the planarization. Further, the bond substrate may be cracked by repeating the heat treatment. Furthermore, when heat treatment is performed on a bond substrate on which scratches or the like due to polishing treatment or the like are formed, the probability of occurrence of cracks is significantly increased.

また、半導体基板の製造工程においても、いくつかの加熱処理工程が存在する。ボンド基板の再利用回数が増加すると、必然的にボンド基板に施される熱処理回数は多くなり、ボンド基板の損傷等の問題が生じる可能性が高まる。   There are also several heat treatment steps in the manufacturing process of the semiconductor substrate. As the number of times of reuse of the bond substrate increases, the number of heat treatments inevitably applied to the bond substrate increases, increasing the possibility of problems such as damage to the bond substrate.

上記のような損傷等の問題があるボンド基板を再利用することは困難である。万一上記のような問題が生じた場合には、ボンド基板が十分な厚みを残した状態であっても、結局は廃棄等せざるを得ない。このため、現実的には上記のような理想的な再利用回数を達成することは極めて困難であり、一枚のボンド基板からの取り数を十分に大きくすることができなかった。   It is difficult to reuse a bond substrate having problems such as damage as described above. If the above problems occur, even if the bond substrate remains in a sufficient thickness, it must be discarded after all. For this reason, in reality, it is extremely difficult to achieve the ideal number of reuses as described above, and it has been impossible to sufficiently increase the number of pieces taken from one bond substrate.

また、ボンド基板の再利用回数が増加すると、これを用いて作製される半導体層の品質が低下するという問題もあった。   Further, when the number of reuses of the bond substrate is increased, there is a problem that the quality of a semiconductor layer manufactured using the bond substrate is deteriorated.

上述の問題点に鑑み、本発明では、一のボンド基板からの半導体基板の取り数を増大させることを目的の一とする。また、半導体層の品質を保った半導体基板を提供することを目的の一とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to increase the number of semiconductor substrates obtained from one bond substrate. Another object is to provide a semiconductor substrate in which the quality of the semiconductor layer is maintained.

本発明では、ボンド基板から分離される半導体層を厚くした半導体基板を作製し、その後、該半導体基板を用いて複数の半導体基板を作製する。ボンド基板から一度に分離される半導体層を厚くすることにより、ボンド基板の研磨処理や加熱処理の回数を低減することができるため、ボンド基板の再利用に好適である。   In the present invention, a semiconductor substrate having a thick semiconductor layer separated from a bond substrate is manufactured, and then a plurality of semiconductor substrates are manufactured using the semiconductor substrate. By increasing the thickness of the semiconductor layer that is separated from the bond substrate at a time, the number of polishing and heating processes of the bond substrate can be reduced, which is suitable for reuse of the bond substrate.

本発明の半導体基板の作製方法は、ボンド基板の一表面にイオンを照射して第1の損傷領域を形成し、ボンド基板の一表面上に第1の絶縁層を形成し、第1のベース基板と第1の絶縁層の表面とを接触させて、第1のベース基板とボンド基板を貼り合わせ、第1の加熱処理を施すことにより、第1の損傷領域においてボンド基板を分離して第1のベース基板上に第1の半導体層を形成し、第1の半導体層の表面を平坦化し、第1の半導体層の一表面にイオンを照射して第2の損傷領域を形成し、第1の半導体層の一表面上に第2の絶縁層を形成し、第2のベース基板と第2の絶縁層の表面とを接触させて、第2のベース基板と第1の半導体層を貼り合わせ、第2の加熱処理を施すことにより、第2の損傷領域において第1の半導体層を分離して第1のベース基板上に第2の半導体層を形成し、第2のベース基板上に第3の半導体層を形成することを特徴とする。   According to the method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention, a surface of a bond substrate is irradiated with ions to form a first damaged region, a first insulating layer is formed on the surface of the bond substrate, and a first base is formed. The substrate is brought into contact with the surface of the first insulating layer, the first base substrate and the bond substrate are bonded to each other, and the first heat treatment is performed to separate the bond substrate in the first damaged region and Forming a first semiconductor layer over one base substrate, planarizing the surface of the first semiconductor layer, irradiating one surface of the first semiconductor layer with a second damaged region, A second insulating layer is formed on one surface of the first semiconductor layer, the second base substrate and the surface of the second insulating layer are brought into contact with each other, and the second base substrate and the first semiconductor layer are attached. In addition, a second heat treatment is performed to separate the first semiconductor layer in the second damaged region. A second semiconductor layer formed on the first base substrate, and forming a third semiconductor layer on the second base substrate.

上記において、分離したボンド基板の表面を平坦化することで、ボンド基板を再利用することができる。なお、第1の半導体層表面の平坦化や、分離したボンド基板表面の平坦化は、エッチング処理、レーザ光の照射処理、研磨処理のいずれか一又は複数を用いて行うことができる。   In the above, the bond substrate can be reused by planarizing the surface of the separated bond substrate. Note that planarization of the surface of the first semiconductor layer and planarization of the separated bond substrate surface can be performed using any one or more of an etching process, a laser light irradiation process, and a polishing process.

また、イオンを照射する前に、ボンド基板の一表面上に保護絶縁層を形成しても良いし、イオンを照射する前に、第1の半導体層の一表面上に保護絶縁層を形成しても良い。ボンド基板に照射されるイオンは、Hを主成分として含むものとすることができる。また、第1の半導体層に照射されるイオンは、H を主成分として含むものとすることができる。ここで、「主成分として含む」とは、対象のイオン数が全体のイオン数の50%以上を占めることをいう。 Further, a protective insulating layer may be formed over one surface of the bond substrate before ion irradiation, or a protective insulating layer may be formed over one surface of the first semiconductor layer before ion irradiation. May be. The ions irradiated to the bond substrate can contain H + as a main component. Further, the ions irradiated to the first semiconductor layer can contain H 3 + as a main component. Here, “including as a main component” means that the number of target ions occupies 50% or more of the total number of ions.

なお、第2の半導体層又は第3の半導体層のいずれか一方又は双方を用いて、さらに複数の半導体基板を作製することができる。この場合、第2の半導体層又は第3の半導体層を第1の半導体層とみなして上記の方法(第1の半導体層の表面の平坦化以降)を適用すればよい。   Note that a plurality of semiconductor substrates can be manufactured using either one or both of the second semiconductor layer and the third semiconductor layer. In this case, the above method (after the planarization of the surface of the first semiconductor layer) may be applied by regarding the second semiconductor layer or the third semiconductor layer as the first semiconductor layer.

上記方法により作製される半導体基板を用いて様々な半導体装置を作製することができる。また、該半導体装置を用いて様々な電子機器を作製することができる。   Various semiconductor devices can be manufactured using the semiconductor substrate manufactured by the above method. In addition, various electronic devices can be manufactured using the semiconductor device.

本発明では、ボンド基板から一度に分離される半導体層を厚くすることにより、ボンド基板への研磨処理や加熱処理の回数を低減して、ボンド基板の傷や割れを低減することができる。すなわち、ボンド基板の厚みが十分に残った状態でのボンド基板の破損を抑制することができる。これにより、一のボンド基板から作製することができる半導体基板の数量を増大させることができる。つまり、ボンド基板を有効に活用することができるため、製造コストの低減につながる。   In the present invention, by increasing the thickness of the semiconductor layer separated from the bond substrate at one time, the number of polishing treatments and heat treatments on the bond substrate can be reduced, and damage and cracking of the bond substrate can be reduced. That is, it is possible to suppress damage to the bond substrate when the bond substrate remains sufficiently thick. Thus, the number of semiconductor substrates that can be manufactured from one bond substrate can be increased. That is, since the bond substrate can be effectively used, the manufacturing cost is reduced.

また、ボンド基板に施す再生処理の回数を低減することができるため、ボンド基板中の欠陥増加等を最小限に抑制することができ、半導体層の品質を保った半導体基板を提供することができる。   In addition, since the number of regeneration processes applied to the bond substrate can be reduced, an increase in defects in the bond substrate can be suppressed to the minimum, and a semiconductor substrate with the quality of the semiconductor layer maintained can be provided. .

本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いることとする。また、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指すものとする。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. Note that in the structures of the present invention described below, the same reference numerals are used in different drawings. In this specification, a semiconductor device refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics.

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の半導体基板の製造方法について、図1及び図2を参照して説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment mode, a method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention will be described with reference to FIGS.

はじめに、第1のベース基板100を用意する(図1(A)参照)。第1のベース基板100としては、例えば、液晶表示装置などに使用される可視光透過性を有するガラス基板を用いることができる。ガラス基板としては、歪み点が580℃以上680℃以下(好ましくは、600℃以上680℃以下)であるものを用いると良い。また、ガラス基板は無アルカリガラス基板であることが好ましい。無アルカリガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている。   First, the first base substrate 100 is prepared (see FIG. 1A). As the first base substrate 100, for example, a glass substrate having visible light transparency used for a liquid crystal display device or the like can be used. A glass substrate having a strain point of 580 ° C. or higher and 680 ° C. or lower (preferably 600 ° C. or higher and 680 ° C. or lower) may be used. The glass substrate is preferably an alkali-free glass substrate. For the alkali-free glass substrate, glass materials such as aluminosilicate glass, aluminoborosilicate glass, and barium borosilicate glass are used, for example.

なお、第1のベース基板100としては、ガラス基板の他、セラミック基板、石英基板やサファイア基板などの絶縁体でなる絶縁性基板、珪素などの半導体材料でなる半導体基板、金属やステンレスなどの導電体でなる導電性基板などを用いることもできる。   Note that the first base substrate 100 includes a glass substrate, an insulating substrate made of an insulator such as a quartz substrate or a sapphire substrate, a semiconductor substrate made of a semiconductor material such as silicon, or a conductive material such as metal or stainless steel. A conductive substrate made of a body can also be used.

本実施の形態においては示さないが、第1のベース基板100の表面に絶縁層を形成しても良い。該絶縁層を設けることにより、第1のベース基板100に半導体を汚染する元素(例えば、アルカリ金属やアルカリ土類金属などをいう。以下、単に「不純物」と呼ぶ。)が含まれている場合であっても、当該不純物が半導体層へ拡散することを防止できる。絶縁層は単層構造でも良いし積層構造でも良い。絶縁層を構成する材料としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウムなどを挙げることができる。   Although not shown in this embodiment mode, an insulating layer may be formed on the surface of the first base substrate 100. When the insulating layer is provided, the first base substrate 100 contains an element that contaminates the semiconductor (for example, an alkali metal or an alkaline earth metal; hereinafter simply referred to as an “impurity”). Even so, the impurities can be prevented from diffusing into the semiconductor layer. The insulating layer may have a single layer structure or a laminated structure. Examples of the material forming the insulating layer include silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, and aluminum nitride oxide.

なお、本明細書において、酸化窒化物とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い物質であり、また、窒化酸化物とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い物質をいう。例えば、酸化窒化珪素とは、酸素が50原子%以上70原子%以下、窒素が0.5原子%以上15原子%以下、珪素が25原子%以上35原子%以下、水素が0.1原子%以上10原子%以下の範囲で含まれる物質とすることができる。また、窒化酸化珪素とは、酸素が5原子%以上30原子%以下、窒素が20原子%以上55原子%以下、珪素が25原子%以上35原子%以下、水素が10原子%以上25原子%以下の範囲で含まれる物質とすることができる。但し、上記組成の範囲は、ラザフォード後方散乱法(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometry)や、水素前方散乱法(HFS:Hydrogen Forward Scattering)を用いて測定した場合のものである。また、構成元素の含有比率は、その合計が100原子%を超えない値をとる。   Note that in this specification, an oxynitride is a substance having a higher oxygen content than nitrogen as a composition, and a nitride oxide is a composition having a nitrogen content higher than oxygen as a composition. Many substances. For example, silicon oxynitride refers to oxygen of 50 atomic% to 70 atomic%, nitrogen of 0.5 atomic% to 15 atomic%, silicon of 25 atomic% to 35 atomic%, and hydrogen of 0.1 atomic% The substance can be contained in the range of 10 atomic% or less. In addition, silicon nitride oxide means oxygen of 5 atomic% to 30 atomic%, nitrogen of 20 atomic% to 55 atomic%, silicon of 25 atomic% to 35 atomic%, and hydrogen of 10 atomic% to 25 atomic%. The substance can be included in the following ranges. However, the range of the said composition is a thing when it measures using Rutherford backscattering method (RBS: Rutherford Backscattering Spectrometry) and the hydrogen forward scattering method (HFS: Hydrogen Forward Scattering). Further, the content ratio of the constituent elements takes a value that the total does not exceed 100 atomic%.

次に、ボンド基板110を用意する(図1(B)参照)。ボンド基板110としては、例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコンなどの第4属元素でなる半導体基板を用いることができる。もちろん、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの化合物半導体でなる基板を用いてもよい。本実施の形態では、ボンド基板110として、単結晶シリコン基板を用いることとする。ボンド基板110のサイズや形状に制限は無いが、例えば、8インチ(200mm)、12インチ(300mm)、18インチ(450mm)といった円形の半導体基板を、矩形に加工して用いると良い。なお、本明細書において、単結晶とは、結晶構造が一定の規則性を持って形成されており、どの部分においても結晶軸が同じ方向を向いているものをいう。つまり、欠陥の多少については問わないものとする。   Next, a bond substrate 110 is prepared (see FIG. 1B). As the bond substrate 110, for example, a semiconductor substrate made of a Group 4 element such as silicon, germanium, silicon germanium, or silicon carbide can be used. Of course, a substrate made of a compound semiconductor such as gallium arsenide or indium phosphide may be used. In this embodiment, a single crystal silicon substrate is used as the bond substrate 110. Although there is no restriction | limiting in the size and shape of the bond board | substrate 110, For example, it is good to process circular semiconductor substrates, such as 8 inches (200 mm), 12 inches (300 mm), and 18 inches (450 mm), into a rectangle. Note that in this specification, a single crystal means that the crystal structure is formed with a certain regularity and the crystal axes are in the same direction in any part. That is, it does not matter about the number of defects.

ボンド基板110を洗浄した後、ボンド基板110表面に絶縁層112を形成する。絶縁層112を設けない構成とすることもできるが、後のイオン照射の際のボンド基板110の汚染、ボンド基板110表面の損傷、ボンド基板110表面のエッチング等を防ぐためには、絶縁層112を設けることが好ましい。絶縁層112の厚さは1nm以上400nm以下程度にすると良い。   After the bond substrate 110 is cleaned, an insulating layer 112 is formed on the surface of the bond substrate 110. The insulating layer 112 may be omitted. However, in order to prevent contamination of the bond substrate 110, damage to the surface of the bond substrate 110, etching of the surface of the bond substrate 110, and the like during subsequent ion irradiation, the insulating layer 112 may be formed. It is preferable to provide it. The thickness of the insulating layer 112 is preferably about 1 nm to 400 nm.

絶縁層112を構成する材料としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化ゲルマニウム、窒化ゲルマニウム、酸化窒化ゲルマニウム、窒化酸化ゲルマニウムなどの、珪素またはゲルマニウムを組成に含む絶縁材料を挙げることができる。また、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウムなどの金属の酸化物、窒化アルミニウムなどの金属の窒化物、酸化窒化アルミニウムなどの金属の酸化窒化物、窒化酸化アルミニウムなどの金属の窒化酸化物を用いてもよい。絶縁層112の形成方法としては、CVD法、スパッタ法、ボンド基板110の酸化(又は窒化)による方法などがある。   As a material for forming the insulating layer 112, an insulating material containing silicon or germanium in its composition, such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, germanium oxide, germanium nitride, germanium oxynitride, germanium nitride oxide, or the like is used. Can be mentioned. Also, metal oxides such as aluminum oxide, tantalum oxide, and hafnium oxide, metal nitrides such as aluminum nitride, metal oxynitrides such as aluminum oxynitride, and metal nitride oxides such as aluminum nitride oxide are used. Also good. As a method for forming the insulating layer 112, a CVD method, a sputtering method, a method using oxidation (or nitridation) of the bond substrate 110, and the like can be given.

次に、絶縁層112に、電界で加速されたイオンでなるイオンビーム150を照射し、ボンド基板110の表面から所定の深さの領域に、損傷領域114を形成する(図1(C)参照)。損傷領域114が形成される領域の深さは、イオンに与えるエネルギーとイオンビーム150の入射角によって制御することができる。ここで、損傷領域114は、イオンの平均侵入深さと同程度の深さの領域に形成されることになる。   Next, the insulating layer 112 is irradiated with an ion beam 150 including ions accelerated by an electric field, so that a damaged region 114 is formed in a region having a predetermined depth from the surface of the bond substrate 110 (see FIG. 1C). ). The depth of the region where the damaged region 114 is formed can be controlled by the energy applied to the ions and the incident angle of the ion beam 150. Here, the damaged region 114 is formed in a region having a depth similar to the average penetration depth of ions.

上述の損傷領域114が形成される深さにより、ボンド基板110から分離される半導体層の厚さが決定される。本発明では、ボンド基板110から半導体層を分離する回数を低減するために、半導体層を厚く形成する必要がある。具体的には、分離された半導体層から、さらに複数の半導体層を分離することができるように損傷領域114を形成する。すなわち、損傷領域114において分離される半導体層の厚みは、最終的に要求される半導体層の厚みより十分に大きいものとなる。より具体的には、損傷領域114の深さはボンド基板110の表面から400nm以上であり、好ましくは0.5μm以上50μm以下であり、より好ましくは1μm以上10μm以下である。なお、上記損傷領域114の深さは、ボンド基板110の再生可能回数や、ボンド基板110及び分離後の半導体層の平坦化処理における厚みの減少などを考慮して適宜設定することが可能である。本実施の形態においては、損傷領域114の深さが1.2μm程度となるようにイオンを照射する。   The thickness of the semiconductor layer separated from the bond substrate 110 is determined by the depth at which the damaged region 114 is formed. In the present invention, in order to reduce the number of times the semiconductor layer is separated from the bond substrate 110, the semiconductor layer needs to be formed thick. Specifically, the damaged region 114 is formed so that a plurality of semiconductor layers can be further separated from the separated semiconductor layers. That is, the thickness of the semiconductor layer separated in the damaged region 114 is sufficiently larger than the finally required thickness of the semiconductor layer. More specifically, the depth of the damaged region 114 is 400 nm or more from the surface of the bond substrate 110, preferably 0.5 μm or more and 50 μm or less, more preferably 1 μm or more and 10 μm or less. Note that the depth of the damaged region 114 can be set as appropriate in consideration of the number of times the bond substrate 110 can be regenerated and the reduction in thickness in the planarization treatment of the bond substrate 110 and the semiconductor layer after separation. . In this embodiment mode, ions are irradiated so that the depth of the damaged region 114 is about 1.2 μm.

なお、分離される半導体層の厚さを大きくすることには、貼り合わせ不良による空孔(ボイドとも言う。)等の発生を抑制する効果があることを付記しておく。   Note that increasing the thickness of the semiconductor layer to be separated has an effect of suppressing generation of voids (also referred to as voids) due to poor bonding.

イオンをボンド基板110に照射する際には、例えば、イオン注入装置やイオンドーピング装置などを用いることができる。イオン注入装置では、ソースガスを励起してイオンを生成し、生成されたイオンを質量分離して、所定の質量を有するイオンを被処理物に照射する。イオンドーピング装置は、プロセスガスを励起してイオンを生成し、生成されたイオンを質量分離せずに被処理物に照射する。なお、質量分離装置を備えているイオンドーピング装置では、イオン注入装置と同様に、質量分離を伴うイオンの照射を行うこともできる。   When irradiating the bond substrate 110 with ions, for example, an ion implantation apparatus or an ion doping apparatus can be used. In the ion implantation apparatus, a source gas is excited to generate ions, the generated ions are mass-separated, and ions to be processed are irradiated with ions having a predetermined mass. The ion doping apparatus generates ions by exciting a process gas, and irradiates the object to be processed without mass separation of the generated ions. Note that an ion doping apparatus including a mass separation apparatus can perform ion irradiation with mass separation in the same manner as the ion implantation apparatus.

なお、生産性の観点からは、イオンドーピング装置を用いることが好ましいと言える。これは、イオンドーピング装置では質量分離を伴わないため、生じたイオンの全てを照射することが可能であり、また、質量分離を伴わないことにより、面状にイオンを照射することが可能となるためである。   Note that it is preferable to use an ion doping apparatus from the viewpoint of productivity. This is because the ion doping apparatus does not involve mass separation, so that it is possible to irradiate all of the generated ions, and by not involving mass separation, it becomes possible to irradiate ions in a planar shape. Because.

イオン照射工程のソースガスには水素を含むガスを用いることができる。該ガスを用いることにより、H、H 、H などのイオンを生成することができる。ここで、損傷領域114は、ボンド基板の表面からある程度深い位置に形成しなくてはならないから、イオンをボンド基板の深くにまで到達させることが求められる。H やH は、ボンド基板表面との衝突によりHやHに分離するという特徴を有しているため、上記ガスをソースガスとして用いる場合には、Hの割合を高めることが好ましいと言える。H やH では、HやHに分離する際にその運動エネルギーが各粒子(HやH)に分配されることになり、損傷領域114が浅く形成される傾向となるためである。もちろん、イオンを深くにまで打ち込むことができれば、Hの割合を高めることに特に限定して解釈する必要はない。 A gas containing hydrogen can be used as a source gas in the ion irradiation step. By using the gas, ions such as H + , H 2 + , H 3 + can be generated. Here, since the damaged region 114 must be formed at a certain depth from the surface of the bond substrate, it is required that the ions reach deep into the bond substrate. Since H 2 + and H 3 + have a feature of being separated into H and H + by collision with the bond substrate surface, when the gas is used as a source gas, the ratio of H + is increased. Can be said to be preferable. In H 2 + and H 3 +, will be the kinetic energy when separating the H and H + is distributed to each particle (H or H +), since the tendency of damaged region 114 is formed shallower It is. Of course, if the ions can be implanted deeply, it is not necessary to specifically limit the interpretation to increase the H + ratio.

イオン照射工程のソースガスには水素を含むガスの他に、ヘリウムやアルゴンなどの希ガス、フッ素ガスや塩素ガスに代表されるハロゲンガス、フッ素化合物ガス(例えば、BF)などのハロゲン化合物ガスから選ばれた一種または複数種類のガスを用いることができる。ソースガスにヘリウムを用いる場合には、Heの割合が高いイオンビーム150を作り出すことができる。このようなイオンビーム150を用いることで、損傷領域114を効率よく形成することができる。 As a source gas in the ion irradiation process, in addition to a gas containing hydrogen, a rare gas such as helium or argon, a halogen gas typified by fluorine gas or chlorine gas, or a halogen compound gas such as fluorine compound gas (for example, BF 3 ) One or more kinds of gases selected from the above can be used. When helium is used as the source gas, the ion beam 150 having a high He + ratio can be created. By using such an ion beam 150, the damaged region 114 can be efficiently formed.

また、複数回のイオン照射工程を行うことで、損傷領域114を形成することもできる。この場合、イオン照射工程毎にソースガスを異ならせても良いし、同じソースガスを用いてもよい。例えば、ソースガスとして希ガスを用いてイオンを照射した後、水素を含むガスをソースガスとして用いてイオンを照射することができる。また、初めにハロゲンガス又はハロゲン化合物ガスを用いてイオン照射を行い、次に、水素ガスを含むガスを用いてイオン照射を行うこともできる。   Further, the damaged region 114 can be formed by performing the ion irradiation process a plurality of times. In this case, the source gas may be different for each ion irradiation step, or the same source gas may be used. For example, after ion irradiation is performed using a rare gas as a source gas, ions can be irradiated using a gas containing hydrogen as a source gas. Alternatively, ion irradiation can be performed first using a halogen gas or a halogen compound gas, and then ion irradiation can be performed using a gas containing hydrogen gas.

上記の損傷領域114を形成した後、絶縁層112を除去し、新たに絶縁層116を形成する(図1(D)参照)。ここで、絶縁層112を除去するのは、上記のイオン照射の際に、絶縁層112が損傷する可能性が高いためである。なお、絶縁層112の損傷が問題とならない場合には絶縁層112を除去する必要はない。この場合、絶縁層112上に新たに絶縁層116を形成しても良いし、絶縁層116を形成しない構成としても良い。   After the damaged region 114 is formed, the insulating layer 112 is removed and a new insulating layer 116 is formed (see FIG. 1D). Here, the insulating layer 112 is removed because the insulating layer 112 is highly likely to be damaged during the ion irradiation. Note that it is not necessary to remove the insulating layer 112 when damage to the insulating layer 112 does not cause a problem. In this case, a new insulating layer 116 may be formed over the insulating layer 112, or the insulating layer 116 may not be formed.

絶縁層116を構成する材料としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化ゲルマニウム、窒化ゲルマニウム、酸化窒化ゲルマニウム、窒化酸化ゲルマニウムなどの、珪素またはゲルマニウムを組成に含む絶縁材料を挙げることができる。また、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウムなどの金属の酸化物、窒化アルミニウムなどの金属の窒化物、酸化窒化アルミニウムなどの金属の酸化窒化物、窒化酸化アルミニウムなどの金属の窒化酸化物を用いてもよい。絶縁層116の形成方法としては、CVD法、スパッタ法、ボンド基板110の酸化(又は窒化)による方法などがある。なお、本実施の形態において、絶縁層116は単層構造で示しているが、本発明はこれに限定して解釈されない。2層以上の積層構造とすることもできる。   As a material for forming the insulating layer 116, an insulating material containing silicon or germanium in its composition, such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, germanium oxide, germanium nitride, germanium oxynitride, germanium nitride oxide, or the like is used. Can be mentioned. Also, metal oxides such as aluminum oxide, tantalum oxide, and hafnium oxide, metal nitrides such as aluminum nitride, metal oxynitrides such as aluminum oxynitride, and metal nitride oxides such as aluminum nitride oxide are used. Also good. As a method for forming the insulating layer 116, there are a CVD method, a sputtering method, a method by oxidation (or nitridation) of the bond substrate 110, and the like. Note that although the insulating layer 116 has a single-layer structure in this embodiment, the present invention is not construed as being limited thereto. A laminated structure of two or more layers can also be used.

絶縁層116は、貼り合わせに係る層であるから、その表面は、高い平坦性を有することが好ましい。例えば、表面の算術平均粗さが0.6nm以下(好ましくは0.3nm以下)、二乗平均平方根粗さが0.7nm以下(好ましくは0.4nm以下)の層を形成する。このような絶縁層116としては、例えば、有機シランガスを用いて化学気相成長法により形成される酸化珪素膜を用いることができる。   Since the insulating layer 116 is a layer related to bonding, the surface thereof preferably has high flatness. For example, a layer having a surface arithmetic average roughness of 0.6 nm or less (preferably 0.3 nm or less) and a root mean square roughness of 0.7 nm or less (preferably 0.4 nm or less) is formed. As such an insulating layer 116, for example, a silicon oxide film formed by a chemical vapor deposition method using an organosilane gas can be used.

以下では説明の便宜上、図1(D)に示す構造を基板140と呼ぶこととする。   Hereinafter, for convenience of description, the structure illustrated in FIG.

その後、上記の第1のベース基板100と基板140とを貼り合わせる(図1(E)参照)。具体的には、例えば、第1のベース基板100及び基板140の表面を超音波洗浄(周波数が50kHz乃至5MHzの、いわゆるメガソニック洗浄を含む。)などの方法で洗浄し、親水基を付加する薬液(オゾン水や、アンモニア水と過酸化水素水(と水)との混合溶液など。その他の酸化剤でも良い。)を用いて処理した後、第1のベース基板100の表面と基板140の表面(より具体的には、絶縁層116の表面)を密着させて圧力をかける。なお、第1のベース基板100及び基板140の表面に施す処理としては、薬液処理以外にも、例えば酸素プラズマ処理などを挙げることができる。   After that, the first base substrate 100 and the substrate 140 are attached to each other (see FIG. 1E). Specifically, for example, the surfaces of the first base substrate 100 and the substrate 140 are cleaned by a method such as ultrasonic cleaning (including so-called megasonic cleaning having a frequency of 50 kHz to 5 MHz), and a hydrophilic group is added. After processing using a chemical solution (such as ozone water, a mixed solution of ammonia water and hydrogen peroxide water (and water), or other oxidizing agent), the surface of the first base substrate 100 and the substrate 140 Pressure is applied by bringing the surface (more specifically, the surface of the insulating layer 116) into close contact. In addition, as a process performed to the surface of the 1st base substrate 100 and the board | substrate 140, oxygen plasma processing etc. can be mentioned other than a chemical | medical solution process, for example.

なお、貼り合わせにはファン・デル・ワールス力や水素結合などが関与していると考えられているため、これらの貼り合わせに係るメカニズムを最大限に利用する方法を用いることが好ましい。例えば、上記のように、貼り合わせを行う前に、第1のベース基板100及び基板140の表面に親水基を付加する薬液を用いた処理や、酸素プラズマ処理などを施すことにより、その表面を親水性にする方法がある。該処理によって、第1のベース基板100及び基板140の表面に親水基が付加されるため、貼り合わせ界面に多数の水素結合を形成することができるようになる。つまり、貼り合わせの強度を向上させることができる。   In addition, since it is thought that Van der Waals force, hydrogen bond, etc. are concerned in bonding, it is preferable to use the method of utilizing these bonding mechanisms to the maximum. For example, as described above, before bonding, the surfaces of the first base substrate 100 and the substrate 140 are subjected to a treatment using a chemical solution that adds a hydrophilic group, an oxygen plasma treatment, or the like. There is a method to make it hydrophilic. By this treatment, hydrophilic groups are added to the surfaces of the first base substrate 100 and the substrate 140, so that a large number of hydrogen bonds can be formed at the bonding interface. That is, the bonding strength can be improved.

なお、貼り合わせの際の雰囲気は、大気雰囲気、窒素雰囲気のような不活性雰囲気、酸素やオゾンを含む雰囲気、または減圧雰囲気とすることができる。不活性雰囲気中や、酸素やオゾンを含む雰囲気中で貼り合わせを行うことにより、第1のベース基板100及び基板140の表面に付加された親水基を有効に利用した貼り合わせが可能である。一方で、減圧雰囲気において貼り合わせを行うことも可能である。この場合には、雰囲気中の汚染物による影響を低減することができるため、貼り合わせに係る界面を清浄に保つことができる。また、貼り合わせの際の空気の閉じ込めを低減することもできる。   Note that the atmosphere at the time of bonding can be an air atmosphere, an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere, an atmosphere containing oxygen or ozone, or a reduced pressure atmosphere. By bonding in an inert atmosphere or in an atmosphere containing oxygen or ozone, it is possible to bond effectively using hydrophilic groups added to the surfaces of the first base substrate 100 and the substrate 140. On the other hand, it is also possible to perform bonding in a reduced pressure atmosphere. In this case, since the influence of contaminants in the atmosphere can be reduced, the interface for bonding can be kept clean. In addition, air confinement at the time of bonding can be reduced.

次に、貼り合わせられた第1のベース基板100及び基板140に対して加熱処理を施して、貼り合わせを強固なものとする。当該加熱処理は、可能な限り貼り合わせ直後(基板搬送前)に行うようにする。貼り合わせ後、加熱処理前に基板の搬送を行う場合には、第1のベース基板100の撓みなどにより基板140が剥離する可能性が高くなるためである。   Next, heat treatment is performed on the first base substrate 100 and the substrate 140 that are bonded together, thereby strengthening the bonding. The heat treatment is performed as much as possible immediately after bonding (before substrate conveyance). This is because in the case where the substrate is transported after bonding and before the heat treatment, the substrate 140 is likely to be peeled off due to bending of the first base substrate 100 or the like.

上記加熱温度は、第1のベース基板の耐熱温度以下、かつ、損傷領域における分離が生じない温度とする必要がある。例えば、150℃以上450℃以下、好ましくは200℃以上400℃以下とすることができる。処理時間は、好ましくは1分以上10時間以下(より好ましくは3分以上3時間以下)であるが、処理速度と貼り合わせ強度との関係から最適な条件を適宜設定することができる。本実施の形態においては、200℃、2時間の加熱処理を施すこととする。なお、基板の貼り合わせに係る領域にのみマイクロ波を照射することで、局所的に加熱することも可能である。   The heating temperature needs to be equal to or lower than the heat resistant temperature of the first base substrate and does not cause separation in the damaged region. For example, the temperature can be 150 ° C. or higher and 450 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower. The treatment time is preferably 1 minute or more and 10 hours or less (more preferably 3 minutes or more and 3 hours or less), but optimum conditions can be appropriately set from the relationship between the treatment speed and the bonding strength. In this embodiment mode, heat treatment is performed at 200 ° C. for 2 hours. Note that it is also possible to heat locally by irradiating the microwave only to the region related to the bonding of the substrates.

次に、基板140を絶縁層116及び半導体層118と、基板120とに分離する(図1(F)参照)。基板140の分離は、加熱処理により行う。該加熱処理の温度は、第1のベース基板100の耐熱温度を目安にすることができる。例えば、第1のベース基板100としてガラス基板を用いる場合には、加熱温度は400℃以上650℃以下とすることが好ましい。ただし、短時間であれば、400℃以上700℃以下の加熱処理を行っても良い。なお、本実施の形態においては、600℃、2時間の加熱処理を施すこととする。   Next, the substrate 140 is separated into the insulating layer 116, the semiconductor layer 118, and the substrate 120 (see FIG. 1F). The substrate 140 is separated by heat treatment. The heat treatment temperature can be based on the heat-resistant temperature of the first base substrate 100. For example, when a glass substrate is used as the first base substrate 100, the heating temperature is preferably 400 ° C. or higher and 650 ° C. or lower. Note that heat treatment may be performed at 400 ° C to 700 ° C for a short time. Note that in this embodiment, heat treatment is performed at 600 ° C. for 2 hours.

上述のような加熱処理を施すことで、損傷領域114に形成された微小な空孔の体積変化が生じ、損傷領域114に亀裂が生ずる。その結果、損傷領域114に沿って基板140が分離する。絶縁層116は第1のベース基板100と貼り合わせられているので、第1のベース基板100上には分離された半導体層118が残存することになる。本実施の形態においては損傷領域114を1.2μm程度の深さに形成しているため、この段階において、半導体層118の膜厚は1.2μm以下程度となる。また、この加熱処理で、第1のベース基板100と絶縁層116の接合界面が加熱されるため、接合界面に共有結合が形成され、第1のベース基板100と絶縁層116の結合力が一層向上する。   By performing the heat treatment as described above, a volume change of minute holes formed in the damaged region 114 occurs, and a crack occurs in the damaged region 114. As a result, the substrate 140 is separated along the damaged region 114. Since the insulating layer 116 is bonded to the first base substrate 100, the separated semiconductor layer 118 remains on the first base substrate 100. In this embodiment mode, since the damaged region 114 is formed to a depth of about 1.2 μm, the thickness of the semiconductor layer 118 is about 1.2 μm or less at this stage. Further, since the bonding interface between the first base substrate 100 and the insulating layer 116 is heated by this heat treatment, a covalent bond is formed at the bonding interface, and the bonding force between the first base substrate 100 and the insulating layer 116 is further increased. improves.

上述のようにして形成された半導体層118の表面には、イオン照射工程や分離工程による欠陥が存在し、また、その平坦性が損なわれている。このように半導体層118中に欠陥が多い状態では、特性が低下し、また、本発明に特徴的な再度の貼り合わせが困難である。そのため、半導体層118の欠陥低減処理及び平坦化処理を行う。   The surface of the semiconductor layer 118 formed as described above has defects due to the ion irradiation process and the separation process, and the flatness thereof is impaired. As described above, in a state where there are many defects in the semiconductor layer 118, the characteristics are deteriorated, and it is difficult to perform pasting which is characteristic of the present invention. Therefore, defect reduction processing and planarization processing of the semiconductor layer 118 are performed.

本実施の形態において、半導体層118の欠陥低減及び平坦性向上は、エッチング処理、レーザ光の照射処理、加熱処理、研磨処理のいずれか一又は複数を用いて実現される。例えば、加熱処理及びレーザ光の照射処理を行った後、研磨処理を行うというような構成でも良い。   In this embodiment, defect reduction and planarity improvement of the semiconductor layer 118 are realized by using any one or more of etching treatment, laser light irradiation treatment, heat treatment, and polishing treatment. For example, a configuration in which polishing treatment is performed after heat treatment and laser light irradiation treatment may be employed.

上記エッチング処理は、ドライエッチング処理としても良いし、ウェットエッチング処理であっても良い。エッチング処理により、半導体層118の平坦性を向上させることができる。   The etching process may be a dry etching process or a wet etching process. The flatness of the semiconductor layer 118 can be improved by the etching treatment.

上記レーザ光の照射処理には、例えば、連続発振のレーザ(CWレーザ)や、擬似的なCWレーザ(発振周波数が10MHz以上、好ましくは80MHz以上のパルス発振レーザ)などを用いることができる。具体的には、連続発振のレーザとして、Arレーザ、Krレーザ、COレーザ、YAGレーザ、YVOレーザ、YLFレーザ、YAlOレーザ、GdVOレーザ、Yレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイアレーザ、ヘリウムカドミウムレーザ等を用いることができる。また擬似的なCWレーザとして、Arレーザ、Krレーザ、エキシマレーザ、COレーザ、YAGレーザ、YVOレーザ、YLFレーザ、YAlOレーザ、GdVOレーザ、Yレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイアレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザのようなパルス発振レーザを用いることができる。このようなパルス発振レーザは、発振周波数を増加させると、連続発振レーザと同等に扱うことができる。該レーザ光の照射処理によって、半導体層118の欠陥を低減し、また、平坦性を向上させることができる。 For the laser light irradiation treatment, for example, a continuous wave laser (CW laser), a pseudo CW laser (a pulsed laser having an oscillation frequency of 10 MHz or more, preferably 80 MHz or more), or the like can be used. Specifically, as a continuous wave laser, Ar laser, Kr laser, CO 2 laser, YAG laser, YVO 4 laser, YLF laser, YAlO 3 laser, GdVO 4 laser, Y 2 O 3 laser, ruby laser, alexandrite laser Ti: sapphire laser, helium cadmium laser, or the like can be used. As pseudo CW lasers, Ar laser, Kr laser, excimer laser, CO 2 laser, YAG laser, YVO 4 laser, YLF laser, YAlO 3 laser, GdVO 4 laser, Y 2 O 3 laser, ruby laser, alexandrite laser , A pulsed laser such as a Ti: sapphire laser, a copper vapor laser, or a gold vapor laser can be used. Such a pulsed laser can be handled in the same manner as a continuous wave laser when the oscillation frequency is increased. By the laser light irradiation treatment, defects in the semiconductor layer 118 can be reduced and planarity can be improved.

上記加熱処理は、第1のベース基板100の耐熱温度内の加熱処理であれば特に限定されない。例えば、本実施の形態のようにガラス基板を用いる場合には、650℃以下の温度条件にて行うことが好ましい。加熱処理によって、半導体層118の欠陥を低減することができる。なお、第1のベース基板100として耐熱性の高い基板(例えば、単結晶シリコン基板など)を用いる場合には、高温の加熱処理(例えば800℃以上1200℃以下程度)によって半導体層118の平坦性を向上させることができる。   The heat treatment is not particularly limited as long as the heat treatment is performed within the heat resistant temperature of the first base substrate 100. For example, when a glass substrate is used as in the present embodiment, it is preferably performed at a temperature condition of 650 ° C. or lower. By the heat treatment, defects in the semiconductor layer 118 can be reduced. Note that in the case where a substrate with high heat resistance (eg, a single crystal silicon substrate) is used as the first base substrate 100, the planarity of the semiconductor layer 118 is increased by high-temperature heat treatment (eg, about 800 ° C. to 1200 ° C.). Can be improved.

上記研磨処理では、例えば、半導体層118の表面の算術平均粗さが1nm以下(好ましくは0.5nm以下)、二乗平均平方根粗さが1.5nm以下(好ましくは1nm以下)となるように研磨を行うと良い。なお、研磨処理のみを用いる場合には、研磨量(厚さ)が数μmと大きくなりがちであるから、上記いずれかの処理と組み合わせて用いることが好ましい。これにより、研磨量を0.5μm程度にまで低減することが可能である。   In the above polishing treatment, for example, the arithmetic average roughness of the surface of the semiconductor layer 118 is 1 nm or less (preferably 0.5 nm or less) and the root mean square roughness is 1.5 nm or less (preferably 1 nm or less). Good to do. Note that when only the polishing process is used, the polishing amount (thickness) tends to be as large as several μm, and therefore, it is preferable to use in combination with any of the above processes. As a result, the polishing amount can be reduced to about 0.5 μm.

本実施の形態においては、エッチング処理の後、レーザ光の照射処理を行い、その後、研磨処理を行う構成とする。これにより、第1のベース基板100上には、欠陥が低減し、表面の平坦性が向上した半導体層122が形成される(図1(G)参照)。なお、本実施の形態においては、半導体層122の膜厚は0.5μm程度である。   In this embodiment mode, a laser light irradiation process is performed after the etching process, and then a polishing process is performed. Thus, a semiconductor layer 122 with reduced defects and improved surface flatness is formed over the first base substrate 100 (see FIG. 1G). Note that in this embodiment mode, the thickness of the semiconductor layer 122 is about 0.5 μm.

分離された基板120についても、上記半導体層118に対する処理と同様の処理を行う。これにより、欠陥が低減し、平坦性が向上した再生ボンド基板160が形成される(図1(H)参照)。再生ボンド基板160は、上記工程におけるボンド基板110として繰り返し用いることができる。   For the separated substrate 120, the same process as the process for the semiconductor layer 118 is performed. Thus, a regenerated bond substrate 160 with reduced defects and improved flatness is formed (see FIG. 1H). The recycled bond substrate 160 can be repeatedly used as the bond substrate 110 in the above process.

次に、半導体層122を用いて複数の半導体基板を形成する工程について説明する。はじめに、半導体層122の表面などを洗浄した後、半導体層122表面に絶縁層124を形成する(図2(A)参照)。絶縁層124を設けない構成とすることもできるが、後のイオン照射の際の半導体層122の汚染、半導体層122表面の損傷、半導体層122表面のエッチング等を防ぐためには、絶縁層124を設けることが好ましい。なお、絶縁層124は、絶縁層112と同様にして形成することができるため、詳細については省略する。   Next, a process for forming a plurality of semiconductor substrates using the semiconductor layer 122 will be described. First, after the surface of the semiconductor layer 122 and the like are washed, an insulating layer 124 is formed on the surface of the semiconductor layer 122 (see FIG. 2A). The insulating layer 124 may be omitted. However, in order to prevent contamination of the semiconductor layer 122, damage to the surface of the semiconductor layer 122, etching of the surface of the semiconductor layer 122, and the like during subsequent ion irradiation, the insulating layer 124 may be formed. It is preferable to provide it. Note that the insulating layer 124 can be formed in a manner similar to that of the insulating layer 112;

次に、絶縁層124に、電界で加速されたイオンでなるイオンビーム152を照射し、半導体層122の表面から所定の深さの領域に、損傷領域126を形成する(図2(B)参照)。イオンビーム152の照射の詳細はイオンビーム150を照射する場合と同様であるため、ここでは省略する。なお、ここでは、損傷領域126の深さが250nm程度となるようにイオンを照射する。   Next, the insulating layer 124 is irradiated with an ion beam 152 including ions accelerated by an electric field, so that a damaged region 126 is formed in a region having a predetermined depth from the surface of the semiconductor layer 122 (see FIG. 2B). ). Details of the irradiation with the ion beam 152 are the same as in the case of irradiation with the ion beam 150, and are omitted here. Here, the ions are irradiated so that the depth of the damaged region 126 is about 250 nm.

イオン照射工程のソースガスとして水素を含むガスを用いる場合、H、H 、H などのイオンが生成されることになる。ここで、後に形成される半導体素子の特性を考えると、半導体層122から分離して形成される半導体層は薄いことが好ましいと言える。つまり、損傷領域126は、半導体層122の表面から浅い位置に形成すると良い。この場合には、H やH (特にH )の割合を高めることが好ましい。もちろん、イオンを浅く打ち込むことができれば、H やH の割合を高めることに特に限定して解釈する必要はない。 When a gas containing hydrogen is used as a source gas in the ion irradiation process, ions such as H + , H 2 + , and H 3 + are generated. Here, considering the characteristics of a semiconductor element formed later, it can be said that the semiconductor layer formed separately from the semiconductor layer 122 is preferably thin. That is, the damaged region 126 is preferably formed at a shallow position from the surface of the semiconductor layer 122. In this case, it is preferable to increase the ratio of H 2 + or H 3 + (particularly H 3 + ). Of course, as long as ions can be implanted shallowly, it is not necessary to specifically limit the interpretation to increase the ratio of H 2 + or H 3 + .

上記の損傷領域126を形成した後、絶縁層124を除去し、新たに絶縁層128を形成する(図2(C)参照)。ここで、絶縁層124を除去するのは、上記のイオン照射の際に、絶縁層124が損傷する可能性が高いためである。なお、絶縁層124の損傷が問題とならない場合には絶縁層124を除去する必要はない。この場合、絶縁層124上に新たに絶縁層128を形成しても良いし、絶縁層128を形成しない構成としても良い。   After the damaged region 126 is formed, the insulating layer 124 is removed and a new insulating layer 128 is formed (see FIG. 2C). Here, the insulating layer 124 is removed because the insulating layer 124 is highly likely to be damaged during the ion irradiation. Note that it is not necessary to remove the insulating layer 124 when damage to the insulating layer 124 does not cause a problem. In this case, a new insulating layer 128 may be formed over the insulating layer 124, or the insulating layer 128 may not be formed.

絶縁層128の構成や材料、形成方法などは、絶縁層116と同様であるため、ここでは省略する。絶縁層128も貼り合わせに係る層であるから、その表面は、高い平坦性を有することが好ましい。このような高い平坦性を有する絶縁層128としては、例えば、有機シランガスを用いて化学気相成長法により形成される酸化珪素膜を用いることができる。   The structure, material, formation method, and the like of the insulating layer 128 are the same as those of the insulating layer 116, and thus are omitted here. Since the insulating layer 128 is also a layer for bonding, the surface thereof preferably has high flatness. As the insulating layer 128 having such high flatness, for example, a silicon oxide film formed by a chemical vapor deposition method using an organosilane gas can be used.

なお、以下では説明の便宜上、図2(C)に示す構造を基板142と呼ぶこととする。   Hereinafter, for convenience of description, the structure illustrated in FIG.

次に、第2のベース基板102を用意する(図2(D)参照)。第2のベース基板102としては第1のベース基板100と同様のものを用いることができるため、詳細は省略する。もちろん、第2の基板102として第1のベース基板100と同様のものを用いることに限定する必要はない。   Next, a second base substrate 102 is prepared (see FIG. 2D). Since the same thing as the 1st base substrate 100 can be used as the 2nd base substrate 102, it abbreviate | omits for details. Needless to say, the second substrate 102 is not necessarily limited to the same substrate as the first base substrate 100.

その後、第2のベース基板102と基板142とを貼り合わせる(図2(E)参照)。貼り合わせの詳細は、第1のベース基板100と基板140の貼り合わせと同様であるため、ここでは省略する。   After that, the second base substrate 102 and the substrate 142 are attached to each other (see FIG. 2E). The details of the bonding are the same as the bonding of the first base substrate 100 and the substrate 140, and thus are omitted here.

次に、貼り合わせられた第2のベース基板102及び基板142に対して加熱処理を施して、貼り合わせを強固なものとする。当該加熱処理は、可能な限り貼り合わせ直後(基板搬送前)に行うようにする。貼り合わせ後、加熱処理前に基板の搬送を行う場合には、第2のベース基板102の撓みなどにより基板142が剥離する可能性が高くなるためである。上記加熱処理の条件についても、第1のベース基板100及び基板140の場合と同様であるため省略する。   Next, heat treatment is performed on the second base substrate 102 and the substrate 142 which are bonded together, so that the bonding is strengthened. The heat treatment is performed as much as possible immediately after bonding (before substrate conveyance). This is because in the case where the substrate is transported after bonding and before heat treatment, there is a high possibility that the substrate 142 is peeled off due to the bending of the second base substrate 102 or the like. The conditions for the heat treatment are also the same as those for the first base substrate 100 and the substrate 140, and thus description thereof is omitted.

次に、半導体層122を分離する(図示せず)。半導体層122の分離は、加熱処理により行う。該加熱処理の条件については、基板140の分離の条件と同様であるため省略する。   Next, the semiconductor layer 122 is separated (not shown). The semiconductor layer 122 is separated by heat treatment. The conditions for the heat treatment are the same as the conditions for separating the substrate 140, and thus the description is omitted.

上述のような加熱処理を施すことで、損傷領域126に形成された微小な空孔の体積変化が生じ、損傷領域126に亀裂が生ずる。その結果、損傷領域126に沿って半導体層122が分離する。これにより、第1のベース基板100上には分離された半導体層122の一部が配置され、第2のベース基板102上には分離された半導体層122の別の一部が配置されることになる。なお、ここでは損傷領域126を250nm程度の深さに形成しているため、この段階において、分離された半導体層の膜厚はそれぞれ250nm以下程度となる。また、分離の際の加熱処理で、第2のベース基板102と絶縁層128の結合力が一層向上する。   By performing the heat treatment as described above, a volume change of minute holes formed in the damaged region 126 occurs, and a crack occurs in the damaged region 126. As a result, the semiconductor layer 122 is separated along the damaged region 126. Accordingly, a part of the separated semiconductor layer 122 is disposed on the first base substrate 100, and another part of the separated semiconductor layer 122 is disposed on the second base substrate 102. become. Note that since the damaged region 126 is formed at a depth of about 250 nm here, the thickness of the separated semiconductor layer is about 250 nm or less at this stage. Further, the bonding strength between the second base substrate 102 and the insulating layer 128 is further improved by the heat treatment at the time of separation.

上述のようにして分離された半導体層の表面には、イオン照射工程や分離工程による欠陥が存在し、また、その平坦性が損なわれている。このため、該半導体層の欠陥低減処理及び平坦化処理を行う。欠陥低減処理及び平坦化処理は、半導体層118の欠陥低減処理や平坦性向上処理と同様に行うことができる。欠陥の低減と表面の平坦性向上を効果的に行うためには、特にレーザ光照射処理が好適である。   The surface of the semiconductor layer separated as described above has defects due to the ion irradiation process and the separation process, and the flatness thereof is impaired. For this reason, defect reduction processing and planarization processing of the semiconductor layer are performed. The defect reduction process and the planarization process can be performed in the same manner as the defect reduction process and the planarity improvement process of the semiconductor layer 118. In order to effectively reduce the defects and improve the flatness of the surface, the laser beam irradiation treatment is particularly suitable.

以上により、第1のベース基板100上に半導体層130が形成された半導体基板170及び第2のベース基板102上に半導体層132が形成された半導体基板172が完成する(図2(F)及び図2(G)参照)。なお、本実施の形態において最終的に形成される半導体層130及び半導体層132の膜厚は、100nm以下程度である。   Thus, the semiconductor substrate 170 in which the semiconductor layer 130 is formed over the first base substrate 100 and the semiconductor substrate 172 in which the semiconductor layer 132 is formed over the second base substrate 102 are completed (FIG. 2F). (See FIG. 2G). Note that the thickness of the semiconductor layer 130 and the semiconductor layer 132 finally formed in this embodiment is about 100 nm or less.

上述のように、本実施の形態では、ボンド基板から分離される半導体層を厚くして、分離された一の半導体層から二つの半導体基板を作製している。これにより、ボンド基板の再生処理に係る負担を半減することができる。すなわち、ボンド基板を再生処理する際に必要な加熱処理や研磨処理等の回数を実質的に減らすことができるため、傷や割れなどの問題が生じる可能性を低下させることができる。つまり、一のボンド基板から多数の半導体基板を作製することができるため、半導体基板の作製コストを大幅に低減することができる。   As described above, in this embodiment, the semiconductor layer separated from the bond substrate is thickened, and two semiconductor substrates are manufactured from the separated semiconductor layer. Thereby, the burden concerning the reproduction | regeneration processing of a bond board | substrate can be halved. That is, since the number of heat treatments and polishing processes necessary for regenerating the bond substrate can be substantially reduced, the possibility of problems such as scratches and cracks can be reduced. That is, since a large number of semiconductor substrates can be manufactured from one bond substrate, the manufacturing cost of the semiconductor substrate can be significantly reduced.

また、ボンド基板の再生処理の回数が増加すると、ボンド基板から分離される半導体層の品質が低下するという問題が生じる。この問題は、加熱処理や研磨処理による欠陥の増加などに起因するものである。本発明ではボンド基板に施す再生処理の回数を低減することができるため、ボンド基板中の欠陥増加を最小限に抑制することができ、半導体層の品質を保った半導体基板を提供することができる。   Further, when the number of times of regenerating the bond substrate is increased, the quality of the semiconductor layer separated from the bond substrate is deteriorated. This problem is caused by an increase in defects due to heat treatment or polishing treatment. In the present invention, since the number of times of regeneration processing applied to the bond substrate can be reduced, an increase in defects in the bond substrate can be suppressed to the minimum, and a semiconductor substrate with the quality of the semiconductor layer maintained can be provided. .

なお、本実施の形態においては、一の半導体層を用いて二つの半導体基板を作製する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。一の半導体層を用いて3以上の半導体基板を作製しても良い。この場合には、ボンド基板から分離される半導体層をより厚く形成する必要が生じるが、ボンド基板の再生処理に係る負担をより一層低減することが可能である。すなわち、半導体基板の作製コストをより一層低減することが可能である。また、半導体層を厚く形成することにより、半導体層の貼り合わせ不良を低減し、半導体層中の欠陥や空孔の発生を抑制できるため、半導体層の品質を保つことができる。   Note that although the case where two semiconductor substrates are manufactured using one semiconductor layer has been described in this embodiment mode, the present invention is not limited to this. Three or more semiconductor substrates may be manufactured using one semiconductor layer. In this case, it is necessary to form a thicker semiconductor layer separated from the bond substrate, but it is possible to further reduce the burden associated with the bond substrate regeneration process. That is, the manufacturing cost of the semiconductor substrate can be further reduced. In addition, by forming the semiconductor layer thick, defects in bonding of the semiconductor layers can be reduced and generation of defects and vacancies in the semiconductor layer can be suppressed, so that the quality of the semiconductor layer can be maintained.

(実施の形態2)
本実施の形態では、図3乃至図5を参照して、上述の半導体基板を用いた半導体装置の作製方法について説明する。ここでは、半導体装置の一例として複数のトランジスタ(薄膜トランジスタ)からなる半導体装置の作製方法について説明することとする。なお、以下において示すトランジスタを組み合わせて用いることで、様々な半導体装置を形成することができる。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device using the above-described semiconductor substrate will be described with reference to FIGS. Here, a method for manufacturing a semiconductor device including a plurality of transistors (thin film transistors) is described as an example of the semiconductor device. Note that various semiconductor devices can be formed by using a combination of the transistors described below.

図3(A)は、実施の形態1により作製した半導体基板の断面図である。ただし、本実施の形態においては、実施の形態1における絶縁層116又は絶縁層128を2層構造とした場合について示している。   FIG. 3A is a cross-sectional view of the semiconductor substrate manufactured according to Embodiment 1. Note that this embodiment mode shows a case where the insulating layer 116 or the insulating layer 128 in Embodiment Mode 1 has a two-layer structure.

半導体層300(実施の形態1における半導体層130及び半導体層132に対応)には、薄膜トランジスタ(以下、TFTという。)のしきい値電圧を制御するために、硼素、アルミニウム、ガリウムなどのp型不純物、若しくはリン、砒素などのn型不純物を添加しても良い。不純物を添加する領域、および添加する不純物の種類は、適宜変更することができる。例えば、nチャネル型TFTの形成領域にはp型不純物を添加し、pチャネル型TFTの形成領域にn型不純物を添加することができる。上述の不純物を添加する際には、ドーズ量が1×1015/cm以上1×1017/cm以下程度となるように行えばよい。その後、半導体層300を島状に分離して、半導体層302、及び半導体層304を形成する(図3(B)参照)。 The semiconductor layer 300 (corresponding to the semiconductor layer 130 and the semiconductor layer 132 in Embodiment Mode 1) is a p-type such as boron, aluminum, or gallium in order to control the threshold voltage of a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT). An impurity or an n-type impurity such as phosphorus or arsenic may be added. The region to which the impurity is added and the kind of the impurity to be added can be changed as appropriate. For example, a p-type impurity can be added to the formation region of the n-channel TFT, and an n-type impurity can be added to the formation region of the p-channel TFT. When the above-described impurities are added, the dose may be set to about 1 × 10 15 / cm 2 or more and about 1 × 10 17 / cm 2 or less. After that, the semiconductor layer 300 is separated into island shapes, so that a semiconductor layer 302 and a semiconductor layer 304 are formed (see FIG. 3B).

次に、半導体層302と半導体層304を覆うように、ゲート絶縁層306を形成する(図3(C)参照)。ここでは、プラズマCVD法を用いて、酸化珪素膜を単層で形成することとする。その他にも、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、窒化珪素、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル等を含む膜を、単層構造又は積層構造で形成することによりゲート絶縁層306としても良い。   Next, a gate insulating layer 306 is formed so as to cover the semiconductor layer 302 and the semiconductor layer 304 (see FIG. 3C). Here, a silicon oxide film is formed as a single layer by a plasma CVD method. In addition, the gate insulating layer 306 may be formed by forming a film containing silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, hafnium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, or the like with a single-layer structure or a stacked structure.

プラズマCVD法以外の作製方法としては、スパッタリング法や、高密度プラズマ処理による酸化または窒化による方法が挙げられる。高密度プラズマ処理は、例えば、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガスと、酸素、酸化窒素、アンモニア、窒素、水素などガスの混合ガスを用いて行う。この場合、プラズマの励起をマイクロ波の導入により行うことで、低電子温度で高密度のプラズマを生成することができる。このような高密度のプラズマで生成された酸素ラジカル(OHラジカルを含む場合もある)や窒素ラジカル(NHラジカルを含む場合もある)によって、半導体層の表面を酸化または窒化することにより、1nm以上20nm以下、望ましくは2nm以上10nm以下の絶縁層を半導体層に接するように形成する。   As a manufacturing method other than the plasma CVD method, a sputtering method or a method using oxidation or nitridation by high-density plasma treatment can be given. The high-density plasma treatment is performed using a mixed gas of a rare gas such as helium, argon, krypton, or xenon and a gas such as oxygen, nitrogen oxide, ammonia, nitrogen, or hydrogen. In this case, high-density plasma can be generated at a low electron temperature by exciting the plasma by introducing a microwave. By oxidizing or nitriding the surface of the semiconductor layer with oxygen radicals (which may include OH radicals) or nitrogen radicals (which may include NH radicals) generated by such high-density plasma, 1 nm or more An insulating layer of 20 nm or less, preferably 2 nm or more and 10 nm or less is formed so as to be in contact with the semiconductor layer.

上述した高密度プラズマ処理による半導体層の酸化または窒化は固相反応であるため、ゲート絶縁層306と半導体層302、ゲート絶縁層306と半導体層304の界面準位密度をきわめて低くすることができる。また、高密度プラズマ処理により半導体層を直接酸化または窒化することで、形成される絶縁層の厚さのばらつきを抑えることが出来る。また、半導体層が結晶性を有するため、高密度プラズマ処理を用いて半導体層の表面を固相反応で酸化させる場合であっても、結晶粒界における不均一な酸化を抑え、均一性が良く、界面準位密度の低いゲート絶縁層を形成することができる。このように、高密度プラズマ処理により形成された絶縁層をトランジスタのゲート絶縁層の一部または全部に用いることで、特性のばらつきを抑制することができる。   Since the oxidation or nitridation of the semiconductor layer by the high-density plasma treatment described above is a solid-phase reaction, the interface state density between the gate insulating layer 306 and the semiconductor layer 302 and between the gate insulating layer 306 and the semiconductor layer 304 can be extremely low. . Further, by directly oxidizing or nitriding the semiconductor layer by high-density plasma treatment, variation in the thickness of the formed insulating layer can be suppressed. In addition, since the semiconductor layer has crystallinity, even when the surface of the semiconductor layer is oxidized by solid-phase reaction using high-density plasma treatment, non-uniform oxidation at the crystal grain boundary is suppressed and the uniformity is good. A gate insulating layer having a low interface state density can be formed. In this manner, by using the insulating layer formed by high-density plasma treatment for part or all of the gate insulating layer of the transistor, variation in characteristics can be suppressed.

プラズマ処理による絶縁層の作製方法のより具体的な一例について説明する。亜酸化窒素(NO)を、アルゴン(Ar)を用いて1倍以上3倍以下(流量比)に希釈し、10Pa以上30Pa以下の圧力下で3kW以上5kW以下のマイクロ波(2.45GHz)電力を印加して、半導体層302と半導体層304の表面を酸化または窒化させる。この処理により1nm以上10nm以下(好ましくは2nm以上6nm以下)のゲート絶縁層306の下層を形成する。さらに、亜酸化窒素(NO)とシラン(SiH)を導入し、10Pa以上30Pa以下の圧力下で3kW以上5kW以下のマイクロ波(2.45GHz)電力を印加して気相成長法により酸化窒化シリコン膜を形成し、ゲート絶縁層306の上層とする。このように、固相反応と気相成長法を組み合わせてゲート絶縁層306を形成することにより界面準位密度が低く絶縁耐圧の優れたゲート絶縁層306を形成することができる。なお、この場合においてゲート絶縁層306は2層構造となる。 A more specific example of a method for manufacturing an insulating layer by plasma treatment will be described. Nitrous oxide (N 2 O) is diluted 1 to 3 times (flow rate ratio) with argon (Ar) and microwaves (2.45 GHz) of 3 kW to 5 kW under a pressure of 10 Pa to 30 Pa. ) Electric power is applied to oxidize or nitride the surfaces of the semiconductor layer 302 and the semiconductor layer 304. By this treatment, a lower layer of the gate insulating layer 306 having a thickness of 1 nm to 10 nm (preferably 2 nm to 6 nm) is formed. Furthermore, nitrous oxide (N 2 O) and silane (SiH 4 ) were introduced, and microwave power (2.45 GHz) of 3 kW to 5 kW was applied under a pressure of 10 Pa to 30 Pa, and vapor phase growth was performed. A silicon oxynitride film is formed as an upper layer of the gate insulating layer 306. In this manner, by forming the gate insulating layer 306 by combining the solid phase reaction and the vapor deposition method, the gate insulating layer 306 having a low interface state density and an excellent withstand voltage can be formed. Note that in this case, the gate insulating layer 306 has a two-layer structure.

或いは、半導体層302と半導体層304を熱酸化させることで、ゲート絶縁層306を形成するようにしても良い。このような熱酸化を用いる場合には、耐熱性の比較的高いベース基板を用いることが好ましい。   Alternatively, the gate insulating layer 306 may be formed by thermally oxidizing the semiconductor layer 302 and the semiconductor layer 304. When such thermal oxidation is used, it is preferable to use a base substrate having relatively high heat resistance.

なお、水素を含むゲート絶縁層306を形成し、その後、350℃以上450℃以下の温度による加熱処理を行うことで、ゲート絶縁層306中に含まれる水素を半導体層302及び半導体層304中に拡散させるようにしても良い。この場合、ゲート絶縁層306として、プラズマCVD法を用いた窒化シリコン又は窒化酸化シリコンを用いることができる。なお、プロセス温度は350℃以下とすると良い。このように、半導体層302及び半導体層304に水素を供給することで、半導体層302中、半導体層304中、ゲート絶縁層306と半導体層302の界面、及びゲート絶縁層306と半導体層304の界面における欠陥を効果的に低減することができる。   Note that the gate insulating layer 306 containing hydrogen is formed, and then heat treatment is performed at a temperature of 350 ° C. to 450 ° C., whereby hydrogen contained in the gate insulating layer 306 is introduced into the semiconductor layer 302 and the semiconductor layer 304. You may make it diffuse. In this case, as the gate insulating layer 306, silicon nitride or silicon nitride oxide using a plasma CVD method can be used. The process temperature is preferably 350 ° C. or lower. In this manner, by supplying hydrogen to the semiconductor layer 302 and the semiconductor layer 304, the interface between the gate insulating layer 306 and the semiconductor layer 302 and the gate insulating layer 306 and the semiconductor layer 304 in the semiconductor layer 302, the semiconductor layer 304, and Defects at the interface can be effectively reduced.

次に、ゲート絶縁層306上に導電層を形成した後、該導電層を所定の形状に加工(パターニング)することで、半導体層302と半導体層304の上方に電極308を形成する(図3(D)参照)。導電層の形成にはCVD法、スパッタリング法等を用いることができる。導電層は、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)等の材料を用いて形成することができる。また、上記金属を主成分とする合金材料を用いても良いし、上記金属を含む化合物を用いても良い。または、半導体に導電性を付与する不純物元素をドーピングした多結晶珪素など、半導体材料を用いて形成しても良い。   Next, after a conductive layer is formed over the gate insulating layer 306, the conductive layer is processed (patterned) into a predetermined shape, so that the electrode 308 is formed over the semiconductor layer 302 and the semiconductor layer 304 (FIG. 3). (See (D)). A CVD method, a sputtering method, or the like can be used for forming the conductive layer. The conductive layer is formed using a material such as tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), aluminum (Al), copper (Cu), chromium (Cr), or niobium (Nb). can do. Alternatively, an alloy material containing the above metal as a main component or a compound containing the above metal may be used. Alternatively, a semiconductor material such as polycrystalline silicon doped with an impurity element imparting conductivity to a semiconductor may be used.

本実施の形態では電極308を単層の導電層で形成しているが、本発明の半導体装置は該構成に限定されない。電極308は積層された複数の導電層で形成されていても良い。2層構造とする場合には、例えば、モリブデン膜、チタン膜、窒化チタン膜等を下層に用い、上層にはアルミニウム膜などを用いればよい。3層構造の場合には、モリブデン膜とアルミニウム膜とモリブデン膜の積層構造や、チタン膜とアルミニウム膜とチタン膜の積層構造などを採用するとよい。   In this embodiment mode, the electrode 308 is formed using a single conductive layer; however, the semiconductor device of the present invention is not limited to this structure. The electrode 308 may be formed of a plurality of stacked conductive layers. In the case of a two-layer structure, for example, a molybdenum film, a titanium film, a titanium nitride film, or the like may be used as a lower layer, and an aluminum film or the like may be used as an upper layer. In the case of a three-layer structure, a stacked structure of a molybdenum film, an aluminum film, and a molybdenum film, a stacked structure of a titanium film, an aluminum film, and a titanium film, or the like may be employed.

なお、電極308を形成する際に用いるマスクは、酸化珪素や窒化酸化珪素等の材料を用いて形成してもよい。この場合、酸化珪素膜や窒化酸化珪素膜等をパターニングしてマスクを形成する工程が加わるが、レジスト材料と比較して、エッチング時におけるマスクの膜減りが少ないため、より正確な形状の電極308を形成することができる。また、マスクを用いずに、液滴吐出法を用いて選択的に電極308を形成しても良い。ここで、液滴吐出法とは、所定の組成物を含む液滴を吐出または噴出することで所定のパターンを形成する方法を意味し、インクジェット法などがその範疇に含まれる。   Note that a mask used for forming the electrode 308 may be formed using a material such as silicon oxide or silicon nitride oxide. In this case, a step of forming a mask by patterning a silicon oxide film, a silicon nitride oxide film, or the like is added. However, since the mask film is less reduced at the time of etching than a resist material, the electrode 308 having a more accurate shape is used. Can be formed. Alternatively, the electrode 308 may be selectively formed by a droplet discharge method without using a mask. Here, the droplet discharge method means a method of forming a predetermined pattern by discharging or ejecting a droplet containing a predetermined composition, and includes an ink jet method or the like in its category.

また、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング条件(コイル型の電極層に印加される電力量、基板側の電極層に印加される電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節し、所望のテーパー形状を有するように導電層をエッチングすることで、電極308を形成することもできる。また、テーパー形状は、マスクの形状によって制御することもできる。なお、エッチング用ガスとしては、塩素、塩化硼素、塩化珪素もしくは四塩化炭素などの塩素系ガス、四弗化炭素、弗化硫黄もしくは弗化窒素などのフッ素系ガス又は酸素などを適宜用いることができる。   Further, using an ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method, etching conditions (amount of power applied to the coil-type electrode layer, a power amount applied to the electrode layer on the substrate side, and an electrode temperature on the substrate side) Etc.) is adjusted as appropriate, and the conductive layer is etched so as to have a desired tapered shape, whereby the electrode 308 can also be formed. The taper shape can also be controlled by the shape of the mask. As an etching gas, a chlorine-based gas such as chlorine, boron chloride, silicon chloride, or carbon tetrachloride, a fluorine-based gas such as carbon tetrafluoride, sulfur fluoride, or nitrogen fluoride, or oxygen may be used as appropriate. it can.

次に、電極308をマスクとして、一導電型を付与する不純物元素を半導体層302、半導体層304に添加する(図4(A)参照)。本実施の形態では、半導体層302にn型を付与する不純物元素(例えばリンまたはヒ素)を、半導体層304にp型を付与する不純物元素(例えばボロン)を添加する。なお、n型を付与する不純物元素を半導体層302に添加する際には、p型の不純物が添加される半導体層304はマスク等で覆い、n型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるようにする。また、p型を付与する不純物元素を半導体層304に添加する際には、n型の不純物が添加される半導体層302はマスク等で覆い、p型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるようにする。又は、半導体層302及び半導体層304に、p型を付与する不純物元素又はn型を付与する不純物元素の一方を添加した後、一方の半導体層のみに、より高い濃度でp型を付与する不純物元素又はn型を付与する不純物元素の他方を添加するようにしても良い。上記不純物の添加により、半導体層302に不純物領域310、半導体層304に不純物領域312が形成される。   Next, an impurity element imparting one conductivity type is added to the semiconductor layer 302 and the semiconductor layer 304 using the electrode 308 as a mask (see FIG. 4A). In this embodiment, an impurity element imparting n-type conductivity (eg, phosphorus or arsenic) is added to the semiconductor layer 302, and an impurity element imparting p-type conductivity (eg, boron) is added to the semiconductor layer 304. Note that when the n-type impurity element is added to the semiconductor layer 302, the semiconductor layer 304 to which the p-type impurity is added is covered with a mask or the like, and the addition of the n-type impurity element is selectively performed. To be done. In addition, when an impurity element imparting p-type conductivity is added to the semiconductor layer 304, the semiconductor layer 302 to which an n-type impurity is added is covered with a mask or the like, and the impurity element imparting p-type conductivity is selectively added. To be done. Alternatively, after adding one of an impurity element imparting p-type conductivity or an impurity element imparting n-type to the semiconductor layer 302 and the semiconductor layer 304, an impurity imparting p-type at a higher concentration only to one semiconductor layer The other of the element or the impurity element imparting n-type conductivity may be added. By the addition of the impurities, an impurity region 310 is formed in the semiconductor layer 302 and an impurity region 312 is formed in the semiconductor layer 304.

次に、電極308の側面にサイドウォール314を形成する(図4(B)参照)。サイドウォール314は、例えば、ゲート絶縁層306及び電極308を覆うように新たに絶縁層を形成し、垂直方向を主体とした異方性エッチングにより、該絶縁層を部分的にエッチングすることで形成することができる。なお、上記の異方性エッチングにより、ゲート絶縁層306を部分的にエッチングしても良い。サイドウォール314を形成するための絶縁層としては、プラズマCVD法やスパッタリング法等により、珪素、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、有機材料などを含む膜を、単層構造又は積層構造で形成すれば良い。本実施の形態では、膜厚100nmの酸化珪素膜をプラズマCVD法によって形成する。また、エッチングガスとしては、CHFとヘリウムの混合ガスを用いることができる。なお、サイドウォール314を形成する工程は、これらに限定されるものではない。 Next, sidewalls 314 are formed on side surfaces of the electrode 308 (see FIG. 4B). The sidewalls 314 are formed by, for example, forming a new insulating layer so as to cover the gate insulating layer 306 and the electrode 308 and partially etching the insulating layer by anisotropic etching mainly in the vertical direction. can do. Note that the gate insulating layer 306 may be partially etched by the anisotropic etching described above. As the insulating layer for forming the sidewall 314, a film containing silicon, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, an organic material, or the like is formed by a plasma CVD method, a sputtering method, or the like. A stacked structure may be used. In this embodiment, a silicon oxide film with a thickness of 100 nm is formed by a plasma CVD method. As the etching gas, a mixed gas of CHF 3 and helium can be used. Note that the step of forming the sidewall 314 is not limited to these steps.

次に、ゲート絶縁層306、電極308及びサイドウォール314をマスクとして、半導体層302、半導体層304に一導電型を付与する不純物元素を添加する(図4(C)参照)。なお、半導体層302、半導体層304には、それぞれ先の工程で添加した不純物元素と同じ導電型の不純物元素をより高い濃度で添加する。なお、n型を付与する不純物元素を半導体層302に添加する際には、p型の不純物が添加される半導体層304はマスク等で覆い、n型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるようにする。また、p型を付与する不純物元素を半導体層304に添加する際には、n型の不純物が添加される半導体層302はマスク等で覆い、p型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるようにする。   Next, an impurity element imparting one conductivity type is added to the semiconductor layers 302 and 304 using the gate insulating layer 306, the electrodes 308, and the sidewalls 314 as masks (see FIG. 4C). Note that an impurity element having the same conductivity type as the impurity element added in the previous step is added to the semiconductor layer 302 and the semiconductor layer 304 at a higher concentration. Note that when the n-type impurity element is added to the semiconductor layer 302, the semiconductor layer 304 to which the p-type impurity is added is covered with a mask or the like, and the addition of the n-type impurity element is selectively performed. To be done. In addition, when an impurity element imparting p-type conductivity is added to the semiconductor layer 304, the semiconductor layer 302 to which an n-type impurity is added is covered with a mask or the like, and the impurity element imparting p-type conductivity is selectively added. To be done.

上記不純物元素の添加により、半導体層302に、一対の高濃度不純物領域316と、一対の低濃度不純物領域318と、チャネル形成領域320とが形成される。また、上記不純物元素の添加により、半導体層304に、一対の高濃度不純物領域322と、一対の低濃度不純物領域324と、チャネル形成領域326とが形成される。高濃度不純物領域316、高濃度不純物領域322はソース又はドレインとして機能し、低濃度不純物領域318、低濃度不純物領域324はLDD(Lightly Doped Drain)領域として機能する。   By the addition of the impurity element, a pair of high-concentration impurity regions 316, a pair of low-concentration impurity regions 318, and a channel formation region 320 are formed in the semiconductor layer 302. In addition, by adding the impurity element, a pair of high-concentration impurity regions 322, a pair of low-concentration impurity regions 324, and a channel formation region 326 are formed in the semiconductor layer 304. The high concentration impurity region 316 and the high concentration impurity region 322 function as a source or a drain, and the low concentration impurity region 318 and the low concentration impurity region 324 function as an LDD (Lightly Doped Drain) region.

なお、半導体層302上に形成されたサイドウォール314と、半導体層304上に形成されたサイドウォール314は、キャリアが移動する方向(いわゆるチャネル長に平行な方向)の長さが同じになるように形成しても良いが、異なるように形成しても良い。pチャネル型トランジスタとなる半導体層304上のサイドウォール314の長さは、nチャネル型トランジスタとなる半導体層302上のサイドウォール314の長さよりも大きくすると良い。なぜならば、pチャネル型トランジスタにおいてソース及びドレインを形成するために注入されるボロンは拡散しやすく、短チャネル効果を誘起しやすいためである。pチャネル型トランジスタにおいて、サイドウォール314の長さをより大きくすることで、ソース及びドレインに高濃度のボロンを添加することが可能となり、ソース及びドレインを低抵抗化することができる。   Note that the side wall 314 formed over the semiconductor layer 302 and the side wall 314 formed over the semiconductor layer 304 have the same length in the direction in which carriers move (a direction parallel to a so-called channel length). However, they may be formed differently. The length of the sidewall 314 over the semiconductor layer 304 serving as a p-channel transistor is preferably larger than the length of the sidewall 314 over the semiconductor layer 302 serving as an n-channel transistor. This is because boron implanted to form a source and a drain in a p-channel transistor easily diffuses and easily induces a short channel effect. In the p-channel transistor, by increasing the length of the sidewall 314, high-concentration boron can be added to the source and the drain, and the resistance of the source and the drain can be reduced.

ソース及びドレインをさらに低抵抗化するために、半導体層302及び半導体層304の一部をシリサイド化したシリサイド層を形成しても良い。シリサイド化は、半導体層に金属を接触させ、加熱処理(例えば、GRTA法、LRTA法等)により、半導体層中の珪素と金属とを反応させて行う。シリサイド層としては、コバルトシリサイド又はニッケルシリサイドを用いれば良い。半導体層302や半導体層304が薄い場合には、半導体層302、半導体層304の底部までシリサイド反応を進めても良い。シリサイド化に用いることができる金属材料としては、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、Ha(ハフニウム)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、ネオジム(Nb)、クロム(Cr)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)等が挙げられる。また、レーザ光の照射などによってもシリサイド層を形成することができる。   In order to further reduce the resistance of the source and drain, a silicide layer in which part of the semiconductor layer 302 and the semiconductor layer 304 is silicided may be formed. Silicidation is performed by bringing a metal into contact with the semiconductor layer and reacting silicon in the semiconductor layer with the metal by heat treatment (eg, GRTA method, LRTA method, etc.). As the silicide layer, cobalt silicide or nickel silicide may be used. When the semiconductor layer 302 or the semiconductor layer 304 is thin, the silicide reaction may be advanced to the bottom of the semiconductor layer 302 or the semiconductor layer 304. Metal materials that can be used for silicidation include titanium (Ti), nickel (Ni), tungsten (W), molybdenum (Mo), cobalt (Co), zirconium (Zr), Ha (hafnium), and tantalum (Ta). ), Vanadium (V), neodymium (Nb), chromium (Cr), platinum (Pt), palladium (Pd), and the like. The silicide layer can also be formed by laser light irradiation or the like.

上述の工程により、nチャネル型トランジスタ328及びpチャネル型トランジスタ330が形成される。なお、図4(C)に示す段階では、ソース電極又はドレイン電極として機能する導電層は形成されていないが、これらのソース電極又はドレイン電極として機能する導電層を含めてトランジスタと呼ぶこともある。   Through the above steps, an n-channel transistor 328 and a p-channel transistor 330 are formed. Note that although a conductive layer functioning as a source electrode or a drain electrode is not formed in the stage illustrated in FIG. 4C, the conductive layer functioning as the source electrode or the drain electrode may be referred to as a transistor. .

次に、nチャネル型トランジスタ328、pチャネル型トランジスタ330を覆うように絶縁層332を形成する(図4(D)参照)。絶縁層332は必ずしも設ける必要はないが、絶縁層332を形成することで、アルカリ金属やアルカリ土類金属などの不純物がnチャネル型トランジスタ328、pチャネル型トランジスタ330に侵入することを防止できる。具体的には、絶縁層332を、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなどの材料を用いて形成するのが望ましい。本実施の形態では、膜厚600nm程度の窒化酸化珪素膜を、絶縁層332として用いる。この場合、上述の水素化の工程は、該窒化酸化珪素膜形成後に行っても良い。なお、本実施の形態においては、絶縁層332を単層構造としているが、積層構造としても良いことはいうまでもない。例えば、2層構造とする場合には、酸化窒化珪素膜と窒化酸化珪素膜との積層構造とすることができる。   Next, an insulating layer 332 is formed so as to cover the n-channel transistor 328 and the p-channel transistor 330 (see FIG. 4D). Although the insulating layer 332 is not necessarily provided, the formation of the insulating layer 332 can prevent impurities such as an alkali metal and an alkaline earth metal from entering the n-channel transistor 328 and the p-channel transistor 330. Specifically, the insulating layer 332 is preferably formed using a material such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, aluminum nitride, or aluminum oxide. In this embodiment, a silicon nitride oxide film with a thickness of about 600 nm is used as the insulating layer 332. In this case, the above-described hydrogenation step may be performed after the silicon nitride oxide film is formed. Note that although the insulating layer 332 has a single-layer structure in this embodiment, it is needless to say that a stacked structure may be used. For example, in the case of a two-layer structure, a stacked structure of a silicon oxynitride film and a silicon nitride oxide film can be employed.

次に、nチャネル型トランジスタ328、pチャネル型トランジスタ330を覆うように、絶縁層332上に絶縁層334を形成する。絶縁層334は、ポリイミド、アクリル、ポリイミド、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機材料を用いて形成するとよい。また、上記有機材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)、シロキサン系樹脂、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)、アルミナ等を用いることもできる。ここで、シロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたSi−O−Si結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は、置換基に水素の他、フッ素、アルキル基、芳香族炭化水素から選ばれる一を有していても良い。なお、これらの材料で形成される絶縁層を複数積層させることで、絶縁層334を形成しても良い。   Next, an insulating layer 334 is formed over the insulating layer 332 so as to cover the n-channel transistor 328 and the p-channel transistor 330. The insulating layer 334 is preferably formed using an organic material having heat resistance such as polyimide, acrylic, polyimide, benzocyclobutene, polyamide, or epoxy. In addition to the above organic materials, low dielectric constant materials (low-k materials), siloxane resins, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, PSG (phosphorus glass), BPSG (phosphorus boron glass) Alumina or the like can also be used. Here, the siloxane-based resin corresponds to a resin including a Si—O—Si bond formed using a siloxane-based material as a starting material. The siloxane-based resin may have one selected from fluorine, an alkyl group, and an aromatic hydrocarbon in addition to hydrogen as a substituent. Note that the insulating layer 334 may be formed by stacking a plurality of insulating layers formed using these materials.

絶縁層334の形成には、その材料に応じて、CVD法、スパッタ法、SOG法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等)、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター等を用いることができる。   Depending on the material, the insulating layer 334 can be formed by CVD, sputtering, SOG, spin coating, dipping, spray coating, droplet ejection (inkjet, screen printing, offset printing, etc.), doctor knife, A roll coater, curtain coater, knife coater, or the like can be used.

次に、半導体層302と半導体層304の一部が露出するように絶縁層332及び絶縁層334にコンタクトホールを形成する。そして、該コンタクトホールを介して半導体層302と半導体層304に接する導電層336、導電層338を形成する(図5(A)参照)。導電層336及び導電層338は、トランジスタのソース電極又はドレイン電極として機能する。なお、本実施の形態においては、コンタクトホール開口時のエッチングに用いるガスとしてCHFとHeの混合ガスを用いたが、これに限定されるものではない。 Next, contact holes are formed in the insulating layer 332 and the insulating layer 334 so that the semiconductor layer 302 and part of the semiconductor layer 304 are exposed. Then, a conductive layer 336 and a conductive layer 338 which are in contact with the semiconductor layer 302 and the semiconductor layer 304 through the contact holes are formed (see FIG. 5A). The conductive layer 336 and the conductive layer 338 function as a source electrode or a drain electrode of the transistor. In the present embodiment, a mixed gas of CHF 3 and He is used as a gas used for etching when the contact hole is opened. However, the present invention is not limited to this.

導電層336、導電層338は、CVD法やスパッタリング法等により形成することができる。具体的には、導電層336、導電層338として、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、マンガン(Mn)、ネオジム(Nd)、炭素(C)、珪素(Si)等を用いることができる。また、上記材料を主成分とする合金を用いても良いし、上記材料を含む化合物を用いても良い。また、導電層336、導電層338は、単層構造としても良いし、積層構造としても良い。   The conductive layers 336 and 338 can be formed by a CVD method, a sputtering method, or the like. Specifically, as the conductive layer 336 and the conductive layer 338, aluminum (Al), tungsten (W), titanium (Ti), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), nickel (Ni), platinum (Pt), copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), manganese (Mn), neodymium (Nd), carbon (C), silicon (Si), or the like can be used. Alternatively, an alloy containing the above material as its main component or a compound containing the above material may be used. Further, the conductive layer 336 and the conductive layer 338 may have a single-layer structure or a stacked structure.

アルミニウムを主成分とする合金の例としては、アルミニウムを主成分として、ニッケルを含むものを挙げることができる。また、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素または珪素の一方または両方を含むものを挙げることができる。アルミニウムやアルミニウムシリコン(Al−Si)は抵抗値が低く、安価であるため、導電層336、導電層338を形成する材料として適している。特に、アルミニウムシリコンは、パターニングの際のレジストベークによるヒロックの発生を抑制することができるため好ましい。また、珪素の代わりに、アルミニウムに0.5%程度のCuを混入させた材料を用いても良い。   As an example of an alloy containing aluminum as a main component, an alloy containing aluminum as a main component and containing nickel can be given. Further, examples include aluminum as a main component and one or both of nickel and carbon or silicon. Aluminum and aluminum silicon (Al—Si) have low resistance and are inexpensive, and thus are suitable as materials for forming the conductive layers 336 and 338. In particular, aluminum silicon is preferable because generation of hillocks due to resist baking during patterning can be suppressed. Further, instead of silicon, a material in which about 0.5% Cu is mixed in aluminum may be used.

導電層336、導電層338を積層構造とする場合には、例えば、バリア膜とアルミニウムシリコン膜とバリア膜の積層構造、バリア膜とアルミニウムシリコン膜と窒化チタン膜とバリア膜の積層構造などを採用するとよい。なお、バリア膜とは、チタン、チタンの窒化物、モリブデンまたはモリブデンの窒化物などを用いて形成された膜である。バリア膜の間にアルミニウムシリコン膜を挟むように導電層を形成すると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生をより一層防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタンを用いてバリア膜を形成すると、半導体層302と半導体層304上に薄い酸化膜が形成されていたとしても、バリア膜に含まれるチタンが該酸化膜を還元し、導電層336と半導体層302、及び導電層338と半導体層304のコンタクトを良好なものとすることができる。また、バリア膜を複数積層するようにして用いても良い。その場合、例えば、導電層336、導電層338を、下層からチタン、窒化チタン、アルミニウムシリコン、チタン、窒化チタンのように、5層構造又はそれ以上の積層構造とすることもできる。   When the conductive layer 336 and the conductive layer 338 have a stacked structure, for example, a stacked structure of a barrier film, an aluminum silicon film, and a barrier film, or a stacked structure of a barrier film, an aluminum silicon film, a titanium nitride film, and a barrier film is employed. Good. Note that a barrier film is a film formed using titanium, titanium nitride, molybdenum, molybdenum nitride, or the like. When the conductive layer is formed so that the aluminum silicon film is sandwiched between the barrier films, generation of hillocks of aluminum or aluminum silicon can be further prevented. In addition, when a barrier film is formed using titanium which is a highly reducing element, even if a thin oxide film is formed over the semiconductor layer 302 and the semiconductor layer 304, titanium included in the barrier film forms the oxide film. By reducing, the contact between the conductive layer 336 and the semiconductor layer 302 and between the conductive layer 338 and the semiconductor layer 304 can be improved. Alternatively, a plurality of barrier films may be stacked. In that case, for example, the conductive layer 336 and the conductive layer 338 can have a five-layer structure or a stacked structure of more layers such as titanium, titanium nitride, aluminum silicon, titanium, and titanium nitride from the lower layer.

また、導電層336、導電層338として、WFガスとSiHガスから化学気相成長法で形成したタングステンシリサイドを用いても良い。また、WFを水素還元して形成したタングステンを、導電層336、導電層338として用いても良い。 Alternatively, tungsten silicide formed by a chemical vapor deposition method using WF 6 gas and SiH 4 gas may be used for the conductive layers 336 and 338. Alternatively, tungsten formed by hydrogen reduction of WF 6 may be used for the conductive layer 336 and the conductive layer 338.

なお、導電層336はnチャネル型トランジスタ328の高濃度不純物領域316に接続されている。導電層338はpチャネル型トランジスタ330の高濃度不純物領域322に接続されている。   Note that the conductive layer 336 is connected to the high-concentration impurity region 316 of the n-channel transistor 328. The conductive layer 338 is connected to the high concentration impurity region 322 of the p-channel transistor 330.

図5(B)に、図5(A)に示したnチャネル型トランジスタ328及びpチャネル型トランジスタ330の平面図を示す。ここで、図5(B)のM−Nにおける断面が図5(A)に対応している。ただし、図5(B)においては、簡単のため、導電層336、導電層338、絶縁層332、絶縁層334等を省略している。   FIG. 5B is a plan view of the n-channel transistor 328 and the p-channel transistor 330 illustrated in FIG. Here, a cross section taken along line MN in FIG. 5B corresponds to FIG. Note that in FIG. 5B, the conductive layer 336, the conductive layer 338, the insulating layer 332, the insulating layer 334, and the like are omitted for simplicity.

なお、本実施の形態においては、nチャネル型トランジスタ328とpチャネル型トランジスタ330が、それぞれゲート電極として機能する電極308を1つずつ有する場合を例示しているが、本発明は該構成に限定されない。本発明で作製されるトランジスタは、ゲート電極として機能する電極を複数有し、なおかつ該複数の電極が電気的に接続されているマルチゲート構造を有していても良い。   Note that although the case where the n-channel transistor 328 and the p-channel transistor 330 each include one electrode 308 functioning as a gate electrode is described in this embodiment, the present invention is limited to this structure. Not. The transistor manufactured according to the present invention may have a multi-gate structure in which a plurality of electrodes functioning as gate electrodes are provided and the plurality of electrodes are electrically connected.

本実施の形態では、ボンド基板の再利用回数を向上した半導体基板を用いて半導体装置(トランジスタ)を作製している。このため、作製コストを十分に低減した安価な半導体装置を提供することができる。また、ボンド基板から分離される半導体層を厚くすることにより、半導体基板の作製工程における貼り合わせ不良を低減することができるため、これを用いて信頼性が高く高性能な半導体装置を提供することが可能となる。   In this embodiment mode, a semiconductor device (transistor) is manufactured using a semiconductor substrate in which the number of reuses of the bond substrate is improved. Therefore, an inexpensive semiconductor device with a sufficiently reduced manufacturing cost can be provided. In addition, by increasing the thickness of the semiconductor layer separated from the bond substrate, bonding defects in the manufacturing process of the semiconductor substrate can be reduced; thus, a highly reliable and high-performance semiconductor device can be provided using the semiconductor layer. Is possible.

本実施の形態は、実施の形態1と組み合わせて用いることができる。   This embodiment can be used in combination with Embodiment 1.

(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態2において作製した半導体装置を用いた電子機器について、図6及び図7を参照して説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, electronic devices using the semiconductor device manufactured in Embodiment 2 will be described with reference to FIGS.

半導体装置を用いて作製される電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオコンポ等)、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDigital Versatile Disc(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置)などが挙げられる。   Electronic devices manufactured using a semiconductor device include a video camera, a digital camera, a goggle-type display (head-mounted display), a navigation system, an audio playback device (such as a car audio component), a computer, a game device, and a portable information terminal ( A display capable of playing back a recording medium such as a mobile computer, a mobile phone, a portable game machine, or an electronic book) and an image playback apparatus (specifically, Digital Versatile Disc (DVD)) and displaying the image. And the like).

なお、本発明の半導体基板を用いた半導体装置は、電子機器中の表示部(画素部や駆動回路部を含む)やCPU、メモリなどに適用される。   Note that a semiconductor device using the semiconductor substrate of the present invention is applied to a display portion (including a pixel portion and a driver circuit portion), a CPU, a memory, and the like in an electronic device.

図6(A)はテレビ受像器又はパーソナルコンピュータのモニタである。筺体601、支持台602、表示部603、スピーカー部604、ビデオ入力端子605等を含む。表示部603には、本発明の半導体装置が用いられている。本発明により、信頼性が高く高性能なテレビ受像器又はパーソナルコンピュータのモニタを低価格に提供することができる。   FIG. 6A illustrates a television receiver or a personal computer monitor. A housing 601, a support base 602, a display unit 603, a speaker unit 604, a video input terminal 605, and the like are included. A semiconductor device of the present invention is used for the display portion 603. According to the present invention, a highly reliable and high performance television receiver or personal computer monitor can be provided at a low price.

図6(B)はデジタルカメラである。本体611の正面部分には受像部613が設けられており、本体611の上面部分にはシャッターボタン616が設けられている。また、本体611の背面部分には、表示部612、操作キー614、及び外部接続ポート615が設けられている。表示部612、CPU(図示せず)、メモリ(図示せず)等に本発明の半導体装置が用いられている。本発明により、信頼性が高く高性能なデジタルカメラを低価格に提供することができる。   FIG. 6B illustrates a digital camera. An image receiving portion 613 is provided on the front portion of the main body 611, and a shutter button 616 is provided on the upper surface portion of the main body 611. In addition, a display portion 612, operation keys 614, and an external connection port 615 are provided on the back surface of the main body 611. The semiconductor device of the present invention is used for the display portion 612, a CPU (not shown), a memory (not shown), and the like. According to the present invention, a highly reliable and high-performance digital camera can be provided at a low price.

図6(C)はノート型パーソナルコンピュータである。本体621には、キーボード624、外部接続ポート625、ポインティングデバイス626が設けられている。また、本体621には、表示部623を有する筐体622が取り付けられている。表示部623、CPU(図示せず)、メモリ(図示せず)等に本発明の半導体装置が用いられている。本発明により、信頼性が高く高性能なノート型パーソナルコンピュータを低価格に提供することができる。   FIG. 6C illustrates a laptop personal computer. The main body 621 is provided with a keyboard 624, an external connection port 625, and a pointing device 626. In addition, a housing 622 having a display portion 623 is attached to the main body 621. The semiconductor device of the present invention is used for the display portion 623, a CPU (not shown), a memory (not shown), and the like. According to the present invention, a notebook personal computer with high reliability and high performance can be provided at a low price.

図6(D)はモバイルコンピュータであり、本体631、表示部632、スイッチ633、操作キー634、赤外線ポート635等を含む。表示部632にはアクティブマトリクス表示装置が設けられている。表示部632、CPU(図示せず)、メモリ(図示せず)等に本発明の半導体装置が用いられている。本発明により、信頼性が高く高性能なモバイルコンピュータを低価格に提供することができる。   FIG. 6D illustrates a mobile computer, which includes a main body 631, a display portion 632, a switch 633, operation keys 634, an infrared port 635, and the like. The display portion 632 is provided with an active matrix display device. The semiconductor device of the present invention is used for the display portion 632, CPU (not shown), memory (not shown), and the like. According to the present invention, a highly reliable and high performance mobile computer can be provided at a low price.

図6(E)は画像再生装置である。本体641には、表示部B644、記録媒体読み込み部645及び操作キー646が設けられている。また、本体641には、スピーカー部647及び表示部A643を有する筐体642が取り付けられている。表示部A643及び表示部B644、CPU(図示せず)、メモリ(図示せず)等に本発明の半導体装置が用いられている。本発明により、信頼性が高く高性能な画像再生装置を低価格に提供することができる。   FIG. 6E shows an image reproducing device. The main body 641 is provided with a display portion B 644, a recording medium reading portion 645, and operation keys 646. Further, a housing 642 including a speaker portion 647 and a display portion A 643 is attached to the main body 641. The semiconductor device of the present invention is used for the display portion A 643, the display portion B 644, a CPU (not shown), a memory (not shown), and the like. According to the present invention, a highly reliable and high performance image reproducing apparatus can be provided at a low price.

図6(F)は電子書籍である。本体651には操作キー653が設けられている。また、本体651には複数の表示部652が取り付けられている。表示部652、CPU(図示せず)、メモリ(図示せず)等に本発明の半導体装置が用いられている。本発明により、信頼性が高く高性能な電子書籍を低価格に提供することができる。   FIG. 6F illustrates an electronic book. An operation key 653 is provided on the main body 651. A plurality of display portions 652 are attached to the main body 651. The semiconductor device of the present invention is used for the display portion 652, a CPU (not shown), a memory (not shown), and the like. According to the present invention, a highly reliable electronic book with high performance can be provided at a low price.

図6(G)はビデオカメラであり、本体661には外部接続ポート664、リモコン受信部665、受像部666、バッテリー667、音声入力部668、操作キー669が設けられている、また、本体661には、表示部662を有する筐体663が取り付けられている。表示部662、受光素子(図示せず)、CPU(図示せず)、メモリ(図示せず)等に本発明の半導体装置が用いられている。本発明により、信頼性が高く高性能なビデオカメラを低価格に提供することができる。   FIG. 6G illustrates a video camera. A main body 661 is provided with an external connection port 664, a remote control receiver 665, an image receiver 666, a battery 667, an audio input unit 668, and operation keys 669. A housing 663 having a display portion 662 is attached to the housing. The semiconductor device of the present invention is used for the display portion 662, a light receiving element (not shown), a CPU (not shown), a memory (not shown), and the like. According to the present invention, a highly reliable video camera with high performance can be provided at a low price.

図6(H)は携帯電話であり、本体671、筐体672、表示部673、音声入力部674、音声出力部675、操作キー676、外部接続ポート677、アンテナ678等を含む。表示部673、CPU(図示せず)、メモリ(図示せず)等に本発明の半導体装置が用いられている。本発明により、信頼性が高く高性能な携帯電話を低価格で提供することができる。   FIG. 6H illustrates a cellular phone, which includes a main body 671, a housing 672, a display portion 673, an audio input portion 674, an audio output portion 675, operation keys 676, an external connection port 677, an antenna 678, and the like. The semiconductor device of the present invention is used for the display portion 673, CPU (not shown), memory (not shown), and the like. According to the present invention, a highly reliable and high-performance mobile phone can be provided at a low price.

図7は、電話としての機能と、情報端末としての機能を併せ持った携帯電子機器700の構成の一例である。ここで、図7(A)は正面図、図7(B)は背面図、図7(C)は展開図である。携帯電子機器700は、電話と情報端末の双方の機能を備えており、音声通話以外にも様々なデータ処理が可能な、いわゆるスマートフォンと呼ばれる電子機器である。   FIG. 7 shows an example of the configuration of a portable electronic device 700 having both a telephone function and an information terminal function. 7A is a front view, FIG. 7B is a rear view, and FIG. 7C is a development view. The portable electronic device 700 is an electronic device called a smartphone that has both functions of a telephone and an information terminal and can perform various data processing in addition to voice calls.

携帯電子機器700は、筐体701及び筐体702で構成されている。筐体701は、表示部711、スピーカー712、マイクロフォン713、操作キー714、ポインティングデバイス715、カメラ用レンズ716、外部接続端子717等を備え、筐体702は、キーボード721、外部メモリスロット722、カメラ用レンズ723、ライト724、イヤフォン端子725等を備えている。また、アンテナは筐体701内部に内蔵されている。上記構成に加えて、非接触ICチップ、小型記録装置等を内蔵していてもよい。   The portable electronic device 700 includes a housing 701 and a housing 702. The housing 701 includes a display portion 711, a speaker 712, a microphone 713, operation keys 714, a pointing device 715, a camera lens 716, an external connection terminal 717, and the like. The housing 702 includes a keyboard 721, an external memory slot 722, a camera Lens 723, light 724, earphone terminal 725, and the like. An antenna is built in the housing 701. In addition to the above structure, a non-contact IC chip, a small recording device, or the like may be incorporated.

表示部711、受光素子(図示せず)、CPU(図示せず)、メモリ(図示せず)等に本発明の半導体装置が組み込まれている。なお、表示部711に表示される映像(及びその表示方向)は、携帯電子機器700の使用形態に応じて様々に変化する。また、表示部711と同一面にカメラ用レンズ716を備えているため、映像を伴う音声通話(いわゆるテレビ電話)が可能である。なお、スピーカー712及びマイクロフォン713は音声通話に限らず、録音、再生等に用いることが可能である。カメラ用レンズ723(及び、ライト724)を用いて静止画及び動画の撮影を行う場合には、表示部711はファインダーとして用いられることになる。操作キー714は、電話の発信・着信、電子メール等の簡単な情報入力、画面のスクロール、カーソル移動等に用いられる。   The semiconductor device of the present invention is incorporated in a display portion 711, a light receiving element (not shown), a CPU (not shown), a memory (not shown), and the like. Note that the video (and the display direction) displayed on the display unit 711 varies depending on how the portable electronic device 700 is used. In addition, since the camera lens 716 is provided on the same surface as the display portion 711, a voice call with a video (so-called videophone) is possible. Note that the speaker 712 and the microphone 713 can be used not only for voice calls but also for recording and reproduction. When taking a still image and a moving image using the camera lens 723 (and the light 724), the display unit 711 is used as a viewfinder. The operation keys 714 are used for making and receiving calls, inputting simple information such as e-mails, scrolling the screen, moving the cursor, and the like.

重なり合った筐体701と筐体702(図7(A))は、スライドし、図7(C)のように展開し、情報端末として使用できる。この場合には、キーボード721、ポインティングデバイス715を用いた円滑な操作が可能である。外部接続端子717はACアダプタやUSBケーブル等の各種ケーブルと接続可能であり、充電やコンピュータ等とのデータ通信を可能にしている。また、外部メモリスロット722に記録媒体を挿入し、より大容量のデータの保存及び移動に対応できる。上記機能に加えて、赤外線などの電磁波を用いた無線通信機能や、テレビ受信機能等を有していても良い。本発明により、信頼性が高く高性能な携帯電子機器を低価格に提供することができる。   The housings 701 and 702 overlapped with each other (FIG. 7A) slide and can be developed as shown in FIG. 7C, so that they can be used as information terminals. In this case, smooth operation using the keyboard 721 and the pointing device 715 is possible. The external connection terminal 717 can be connected to various cables such as an AC adapter and a USB cable, and enables charging and data communication with a computer or the like. In addition, a recording medium can be inserted into the external memory slot 722 to support storage and movement of a larger amount of data. In addition to the above functions, a wireless communication function using an electromagnetic wave such as infrared rays, a television reception function, or the like may be provided. According to the present invention, a portable electronic device with high reliability and high performance can be provided at a low price.

以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。なお、本実施の形態は、実施の形態1及び実施の形態2と組み合わせて用いることができる。   As described above, the applicable range of the present invention is so wide that it can be used for electronic devices in various fields. Note that this embodiment can be used in combination with Embodiments 1 and 2.

半導体基板の製造方法について説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of a semiconductor substrate. 半導体基板の製造方法について説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of a semiconductor substrate. 半導体装置の作製工程を示す図である。FIG. 6 illustrates a manufacturing process of a semiconductor device. 半導体装置の作製工程を示す図である。FIG. 6 illustrates a manufacturing process of a semiconductor device. 半導体装置の平面図及び断面図である。It is the top view and sectional view of a semiconductor device. 半導体装置を用いた電子機器を示す図である。FIG. 11 illustrates an electronic device using a semiconductor device. 半導体装置を用いた電子機器を示す図である。FIG. 11 illustrates an electronic device using a semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

100 ベース基板
102 ベース基板
110 ボンド基板
112 絶縁層
114 損傷領域
116 絶縁層
118 半導体層
120 基板
122 半導体層
124 絶縁層
126 損傷領域
128 絶縁層
130 半導体層
132 半導体層
140 基板
142 基板
150 イオンビーム
152 イオンビーム
160 再生ボンド基板
170 半導体基板
172 半導体基板
300 半導体層
302 半導体層
304 半導体層
306 ゲート絶縁層
308 電極
310 不純物領域
312 不純物領域
314 サイドウォール
316 高濃度不純物領域
318 低濃度不純物領域
320 チャネル形成領域
322 高濃度不純物領域
324 低濃度不純物領域
326 チャネル形成領域
328 nチャネル型トランジスタ
330 pチャネル型トランジスタ
332 絶縁層
334 絶縁層
336 導電層
338 導電層
601 筺体
602 支持台
603 表示部
604 スピーカー部
605 ビデオ入力端子
611 本体
612 表示部
613 受像部
614 操作キー
615 外部接続ポート
616 シャッターボタン
621 本体
622 筐体
623 表示部
624 キーボード
625 外部接続ポート
626 ポインティングデバイス
631 本体
632 表示部
633 スイッチ
634 操作キー
635 赤外線ポート
641 本体
642 筐体
643 表示部A
644 表示部B
645 記録媒体読み込み部
646 操作キー
647 スピーカー部
651 本体
652 表示部
653 操作キー
661 本体
662 表示部
663 筐体
664 外部接続ポート
665 リモコン受信部
666 受像部
667 バッテリー
668 音声入力部
669 操作キー
671 本体
672 筐体
673 表示部
674 音声入力部
675 音声出力部
676 操作キー
677 外部接続ポート
678 アンテナ
700 携帯電子機器
701 筐体
702 筐体
711 表示部
712 スピーカー
713 マイクロフォン
714 操作キー
715 ポインティングデバイス
716 カメラ用レンズ
717 外部接続端子
721 キーボード
722 外部メモリスロット
723 カメラ用レンズ
724 ライト
725 イヤフォン端子
100 base substrate 102 base substrate 110 bond substrate 112 insulating layer 114 damaged region 116 insulating layer 118 semiconductor layer 120 substrate 122 semiconductor layer 124 insulating layer 126 damaged region 128 insulating layer 130 semiconductor layer 132 semiconductor layer 140 substrate 142 substrate 150 ion beam 152 ion Beam 160 Regenerative bond substrate 170 Semiconductor substrate 172 Semiconductor substrate 300 Semiconductor layer 302 Semiconductor layer 304 Semiconductor layer 306 Gate insulating layer 308 Electrode 310 Impurity region 312 Impurity region 314 Side wall 316 High concentration impurity region 318 Low concentration impurity region 320 Channel formation region 322 High-concentration impurity region 324 Low-concentration impurity region 326 Channel formation region 328 n-channel transistor 330 p-channel transistor 332 Insulating layer 334 Insulating layer 33 Conductive layer 338 Conductive layer 601 Housing 602 Support base 603 Display unit 604 Speaker unit 605 Video input terminal 611 Main unit 612 Display unit 613 Image receiving unit 614 External connection port 616 Shutter button 621 Main unit 622 Housing 623 Display unit 624 Keyboard 625 External Connection port 626 Pointing device 631 Main unit 632 Display unit 633 Switch 634 Operation key 635 Infrared port 641 Main unit 642 Case 643 Display unit A
644 Display B
645 Recording medium reading unit 646 Operation key 647 Speaker unit 651 Main unit 652 Display unit 653 Operation key 661 Main unit 662 Display unit 663 Case 664 External connection port 665 Remote control receiving unit 666 Image receiving unit 667 Battery 668 Audio input unit 669 Operation key 671 Main unit 672 Enclosure 673 Display unit 674 Audio input unit 675 Audio output unit 676 Operation key 677 External connection port 678 Antenna 700 Portable electronic device 701 Case 702 Case 711 Display unit 712 Speaker 713 Microphone 714 Operation key 715 Pointing device 716 Camera lens 717 External connection terminal 721 Keyboard 722 External memory slot 723 Camera lens 724 Light 725 Earphone terminal

Claims (8)

ボンド基板の一表面にイオンを照射して第1の損傷領域を形成し、
前記ボンド基板の一表面上に第1の絶縁層を形成し、
第1のベース基板と前記第1の絶縁層の表面とを接触させて、前記第1のベース基板と前記ボンド基板を貼り合わせ、
第1の加熱処理を施すことにより、前記第1の損傷領域において前記ボンド基板を分離して前記第1のベース基板上に第1の半導体層を形成し、
前記第1の半導体層の表面を平坦化し、
前記第1の半導体層の一表面にイオンを照射して第2の損傷領域を形成し、
前記第1の半導体層の一表面上に第2の絶縁層を形成し、
第2のベース基板と前記第2の絶縁層の表面とを接触させて、前記第2のベース基板と前記第1の半導体層を貼り合わせ、
第2の加熱処理を施すことにより、前記第2の損傷領域において前記第1の半導体層を分離して前記第1のベース基板上に第2の半導体層を形成し、前記第2のベース基板上に第3の半導体層を形成することを特徴とする半導体基板の作製方法。
Irradiating one surface of the bond substrate with ions to form a first damaged region;
Forming a first insulating layer on one surface of the bond substrate;
Bringing the first base substrate and the surface of the first insulating layer into contact with each other, and bonding the first base substrate and the bond substrate;
Performing a first heat treatment to separate the bond substrate in the first damaged region to form a first semiconductor layer on the first base substrate;
Planarizing the surface of the first semiconductor layer;
Irradiating one surface of the first semiconductor layer with ions to form a second damaged region;
Forming a second insulating layer on one surface of the first semiconductor layer;
Bringing the second base substrate and the surface of the second insulating layer into contact with each other, and bonding the second base substrate and the first semiconductor layer together;
By performing a second heat treatment, the first semiconductor layer is separated in the second damaged region to form a second semiconductor layer on the first base substrate, and the second base substrate A method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising forming a third semiconductor layer thereon.
請求項1において、
前記分離したボンド基板の表面を平坦化することで、該ボンド基板を再利用することを特徴とする半導体基板の作製方法。
In claim 1,
A method for manufacturing a semiconductor substrate, wherein the bond substrate is reused by planarizing a surface of the separated bond substrate.
請求項1又は2において、
前記イオンを照射する前に、前記ボンド基板の一表面上に保護絶縁層を形成することを特徴とする半導体基板の作製方法。
In claim 1 or 2,
A method for manufacturing a semiconductor substrate, wherein a protective insulating layer is formed over one surface of the bond substrate before the ion irradiation.
請求項1乃至3のいずれか一において、
前記イオンを照射する前に、前記第1の半導体層の一表面上に保護絶縁層を形成することを特徴とする半導体基板の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
A method for manufacturing a semiconductor substrate, wherein a protective insulating layer is formed over one surface of the first semiconductor layer before irradiation with the ions.
請求項1乃至4のいずれか一において、
前記ボンド基板に照射されるイオンは、Hを主成分として含むことを特徴とする半導体基板の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The method for manufacturing a semiconductor substrate, wherein the ions irradiated to the bond substrate contain H + as a main component.
請求項1乃至5のいずれか一において、
前記第1の半導体層に照射されるイオンは、H を主成分として含むことを特徴とする半導体基板の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
The method for manufacturing a semiconductor substrate, wherein the ions irradiated to the first semiconductor layer contain H 3 + as a main component.
請求項1乃至6のいずれか一において、
前記平坦化は、エッチング処理、レーザ光の照射処理、加熱処理、研磨処理のいずれかを用いて行われることを特徴とする半導体基板の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 6,
The planarization is performed using any one of etching treatment, laser light irradiation treatment, heat treatment, and polishing treatment.
請求項1乃至7のいずれか一において、
前記第2の半導体層又は前記第3の半導体層を用いて複数の半導体基板を作製することを特徴とする半導体基板の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
A method for manufacturing a semiconductor substrate, wherein a plurality of semiconductor substrates are manufactured using the second semiconductor layer or the third semiconductor layer.
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