JP2009231819A - Method of manufacturing soi substrate - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve lamination efficiency and suppress bonding defects even in laminating a plurality of semiconductor substrates on base substrates. <P>SOLUTION: A plurality of the semiconductor substrates are provided on a first substrate support stand, the base substrates are provided on a second substrate support stand, the second substrate support stand is disposed above the first substrate support stand so as to allow the surfaces of a plurality of the semiconductor substrates to face the base substrates with a predetermined distance, a plurality of the semiconductor substrates or the base substrates are charged, the distance between the surfaces of a plurality of the semiconductor substrates and those of the base substrates is narrowed to allow a plurality of the semiconductor substrates to contact the surfaces of the base substrates, thereby contacting and bonding the surfaces of the base substrates with those of a plurality of the semiconductor substrates. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、SOI(Silicon on Insulator)基板の作製方法及び半導体装置の作製方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an SOI (Silicon on Insulator) substrate and a method for manufacturing a semiconductor device.

近年、バルク状のシリコンウエハに代わり、絶縁表面に薄い単結晶半導体膜が存在するSOI(Silicon on Insulator)基板を使った集積回路が開発されている。SOI基板を使うことで、トランジスタのドレインと基板間における寄生容量が低減されるため、SOI基板は半導体集積回路の性能を向上させるものとして注目されている。 In recent years, integrated circuits using an SOI (Silicon on Insulator) substrate in which a thin single crystal semiconductor film is present on an insulating surface instead of a bulk silicon wafer have been developed. Since the parasitic capacitance between the drain of the transistor and the substrate is reduced by using the SOI substrate, the SOI substrate is attracting attention as improving the performance of the semiconductor integrated circuit.

SOI基板を製造する方法の1つに、スマートカット(登録商標)法が知られている。スマートカット法によるSOI基板の作製方法の概要を以下に説明する。まず、第1のシリコンウエハにイオン注入法を用いて水素イオンを注入することによって表面から所定の深さに脆化領域を形成する。次に、酸化シリコン膜を介して、水素イオンを注入した第1のシリコンウエハを第2のシリコンウエハに接合させる。その後、熱処理を行うことにより、脆化領域を劈開面として第1のシリコンウエハの一部を薄膜状に分離し、第2のシリコンウエハ上に単結晶シリコン膜を形成することによりSOI基板とする。なお、スマートカット法は水素イオン注入剥離法と呼ばれることもある。 As one of methods for manufacturing an SOI substrate, a Smart Cut (registered trademark) method is known. An outline of a method for manufacturing an SOI substrate by the smart cut method will be described below. First, an embrittlement region is formed at a predetermined depth from the surface by implanting hydrogen ions into the first silicon wafer using an ion implantation method. Next, the first silicon wafer implanted with hydrogen ions is bonded to the second silicon wafer through the silicon oxide film. Thereafter, heat treatment is performed to separate a part of the first silicon wafer into a thin film using the embrittled region as a cleavage plane, and a single crystal silicon film is formed on the second silicon wafer to obtain an SOI substrate. . The smart cut method is sometimes called a hydrogen ion implantation separation method.

このようなスマートカット法を用いて単結晶シリコン膜をガラスからなる支持基板上に形成する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。さらに、最近では、アクティブマトリクス液晶ディスプレー向けのSOI基板として、ガラス基板上に単結晶シリコンの小片をタイル状にさせる技術が開示されている(特許文献2参照)。 A method of forming a single crystal silicon film on a support substrate made of glass using such a smart cut method has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Furthermore, recently, as an SOI substrate for an active matrix liquid crystal display, a technique for making a piece of single crystal silicon on a glass substrate in a tile shape has been disclosed (see Patent Document 2).

ガラス基板はシリコンウエハよりも大面積化が可能であり且つ安価な基板であるため、ガラス基板をベース基板として用いることにより、大面積で安価なSOI基板を作製することが可能となる。通常、ガラス基板に対して、単結晶シリコン層を形成するための母材となるシリコンインゴット又はシリコンウエハのサイズは小さい。従って、ベース基板として大型のガラス基板を用いる場合には、複数のシリコンウエハを大面積のガラス基板に貼り合わせて利用することがコスト低減の面から有効となる。 Since the glass substrate can have a larger area than a silicon wafer and is inexpensive, it is possible to manufacture a large-area and inexpensive SOI substrate by using the glass substrate as a base substrate. Usually, the size of a silicon ingot or a silicon wafer serving as a base material for forming a single crystal silicon layer is small with respect to a glass substrate. Therefore, when a large glass substrate is used as the base substrate, it is effective in terms of cost reduction to use a plurality of silicon wafers bonded to a large-area glass substrate.

また、スマートカット法において、剥離用の基板であるシリコンウエハを劈開後に研磨することによって、繰り返し再利用する方法が提案されている(例えば、特許文献3)。 Moreover, in the smart cut method, a method of repeatedly reusing the silicon wafer, which is a peeling substrate, by cleaving it after cleaving has been proposed (for example, Patent Document 3).

特開2004−87606号公報JP 2004-87606 A 特表2005−539259号公報JP 2005-539259 A 特開2007−251129号公報JP 2007-251129 A

複数の半導体基板を大型のベース基板に貼り合わせる場合、あらかじめ支持台上に複数の半導体基板を並べた後に、当該複数の半導体基板を同時にベース基板と接合させることによって、効率良く貼り合わせを行うことができる。しかし、複数の半導体基板の厚さが互いに異なる場合には、厚さが薄い半導体基板がベース基板に接触せず、接合しないおそれや接合が不十分となるおそれがある。また、半導体基板を再利用して用いる場合には、半導体基板の厚さが異なる場合が多く、このような問題が顕著に生じるおそれがある。 When multiple semiconductor substrates are bonded to a large base substrate, the multiple semiconductor substrates are arranged on a support base in advance, and then the multiple semiconductor substrates are bonded to the base substrate at the same time for efficient bonding. Can do. However, when the thicknesses of the plurality of semiconductor substrates are different from each other, the thin semiconductor substrate may not contact the base substrate and may not be bonded or bonding may be insufficient. In addition, when the semiconductor substrate is reused, the thickness of the semiconductor substrate is often different, and such a problem may occur remarkably.

上述した問題に鑑み、本発明の一態様は、複数の半導体基板をベース基板に貼り合わせる場合であっても、貼り合わせ効率を向上すると共に、接合不良を抑制することを目的の一とする。 In view of the above problems, an object of one embodiment of the present invention is to improve bonding efficiency and suppress bonding defects even when a plurality of semiconductor substrates are bonded to a base substrate.

本発明の一態様は、半導体基板とベース基板の少なくとも一方を帯電させ、静電気を利用して半導体基板とベース基板の貼り合わせを行うことを特徴とする。 One embodiment of the present invention is characterized in that at least one of a semiconductor substrate and a base substrate is charged, and the semiconductor substrate and the base substrate are bonded to each other using static electricity.

また、本発明の一態様は、第1の基板支持台上に複数の半導体基板を設け、第2の基板支持台上にベース基板を設け、複数の半導体基板の表面とベース基板の表面が所定の間隔をもって対向するように、第1の基板支持台の上方に第2の基板支持台を配置し、複数の半導体基板又はベース基板を帯電させ、複数の半導体基板の表面とベース基板の表面の間隔を狭めることにより、ベース基板の表面に複数の半導体基板を接触させ、ベース基板の表面と複数の半導体基板の表面を接合させる。 According to one embodiment of the present invention, a plurality of semiconductor substrates are provided over a first substrate support base, a base substrate is provided over a second substrate support base, and the surfaces of the plurality of semiconductor substrates and the surface of the base substrate are predetermined. The second substrate support base is disposed above the first substrate support base so as to face each other with a distance of, and the plurality of semiconductor substrates or the base substrate are charged, and the surface of the plurality of semiconductor substrates and the surface of the base substrate are By narrowing the interval, the plurality of semiconductor substrates are brought into contact with the surface of the base substrate, and the surface of the base substrate and the surfaces of the plurality of semiconductor substrates are bonded.

この方法により、静電気を利用して複数の半導体基板をベース基板の表面に接触させることができるため、第1の基板支持台上に設けられた複数の半導体基板の厚さにばらつきがある場合であっても、貼り合わせ効率を向上すると共に、ベース基板と複数の半導体基板との接合不良を抑制することができる。 With this method, since a plurality of semiconductor substrates can be brought into contact with the surface of the base substrate using static electricity, the thicknesses of the plurality of semiconductor substrates provided on the first substrate support base vary. Even in this case, the bonding efficiency can be improved and the bonding failure between the base substrate and the plurality of semiconductor substrates can be suppressed.

また、半導体基板又はベース基板の帯電方法として、第1の基板支持台又は第2の基板支持台の一方をグラウンド電位とし、他方を正電位又は負電位として、第1の基板支持台と第2の基板支持台との間に直流電圧を印加する方法を用いることができる。 In addition, as a method for charging the semiconductor substrate or the base substrate, one of the first substrate support base and the second substrate support base is set to the ground potential, and the other is set to the positive potential or the negative potential. A method of applying a DC voltage between the substrate support and the substrate can be used.

また、半導体基板又はベース基板の他の帯電方法として、複数の半導体基板の表面又はベース基板の表面にプラスイオン又はマイナスイオンを付与する方法を用いることができる。 As another method for charging the semiconductor substrate or the base substrate, a method of applying positive ions or negative ions to the surface of a plurality of semiconductor substrates or the surface of the base substrate can be used.

また、本発明の一態様は、第1の基板支持台上に複数の半導体基板を設け、第2の基板支持台上にベース基板を設け、複数の半導体基板の表面とベース基板の表面が所定の間隔をもって対向するように、第1の基板支持台の上方に第2の基板支持台を配置し、互いに異なる極性となるよう複数の半導体基板及びベース基板の双方を帯電させ、複数の半導体基板の表面とベース基板の表面の間隔を狭めることにより、ベース基板の表面に複数の半導体基板を接触させ、ベース基板の表面と複数の半導体基板の表面を接合させる。 According to one embodiment of the present invention, a plurality of semiconductor substrates are provided over a first substrate support base, a base substrate is provided over a second substrate support base, and the surfaces of the plurality of semiconductor substrates and the surface of the base substrate are predetermined. The second substrate support base is disposed above the first substrate support base so as to face each other with a distance of, and both the plurality of semiconductor substrates and the base substrate are charged so as to have different polarities. By narrowing the distance between the surface of the base substrate and the surface of the base substrate, a plurality of semiconductor substrates are brought into contact with the surface of the base substrate, and the surfaces of the base substrate and the surfaces of the plurality of semiconductor substrates are joined.

複数の半導体基板及びベース基板の双方の帯電方法として、第1の基板支持台と第2の基板支持台の一方を正電位とし、他方を負電位として、第1の基板支持台と第2の基板支持台との間に直流電圧を印加する方法を用いることができる。 As a charging method for both the plurality of semiconductor substrates and the base substrate, one of the first substrate support base and the second substrate support base is set to a positive potential, and the other is set to a negative potential. A method of applying a DC voltage to the substrate support can be used.

また、複数の半導体基板及びベース基板の双方の他の帯電方法として、複数の半導体基板の表面にプラスイオン又はマイナスイオンの一方を付与し、ベース基板の表面に半導体基板と極性が異なるようにプラスイオン又はマイナスイオンの他方を付与する方法を用いることができる。 As another charging method for both the plurality of semiconductor substrates and the base substrate, either positive ions or negative ions are applied to the surfaces of the plurality of semiconductor substrates, and the surface of the base substrate is added so that the polarity is different from that of the semiconductor substrate. A method of imparting the other of ions or negative ions can be used.

また、ベース基板の表面に複数の半導体基板を接触させた後、当該複数の半導体基板にそれぞれ圧力を加えることが好ましい。特に、半導体基板として、角部を有する矩形状のものを用い、複数の半導体基板の各々の角部の一に圧力を加えることが好ましい。 In addition, it is preferable to apply pressure to each of the plurality of semiconductor substrates after bringing the plurality of semiconductor substrates into contact with the surface of the base substrate. In particular, it is preferable to use a rectangular substrate having corners as the semiconductor substrate and apply pressure to one corner of each of the plurality of semiconductor substrates.

半導体基板に圧力を加える方法として、第1の基板支持台の下方に設けられたリフトピンを第1の基板支持台に形成された開口を介して上昇させ、半導体基板にリフトピンを接触させる方法を用いることができる。 As a method of applying pressure to the semiconductor substrate, a method is used in which lift pins provided below the first substrate support are raised through openings formed in the first substrate support and the lift pins are brought into contact with the semiconductor substrate. be able to.

また、複数の半導体基板とベース基板の接合は、減圧雰囲気下で行うことができる。 Further, the bonding of the plurality of semiconductor substrates and the base substrate can be performed in a reduced pressure atmosphere.

なお、本明細書において「単結晶」とは、結晶面、結晶軸が揃っている結晶であり、それを構成している原子又は分子が空間的に規則正しい配列になっているものをいう。もっとも、単結晶は原子が規則正しく配列することによって構成されるものであるが、一部にこの配列の乱れがある格子欠陥を含むもの、意図的又は非意図的に格子歪みを有するものも含まれる。 In this specification, “single crystal” refers to a crystal in which crystal planes and crystal axes are aligned, and atoms or molecules constituting the crystal are spatially ordered. However, single crystals are composed of regularly arranged atoms, but some include lattice defects that have some disorder in this alignment, and some that have lattice strain intentionally or unintentionally. .

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し、電気光学装置、半導体回路及び電子機器は全て半導体装置に含まれる。 In this specification, a semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics, and an electro-optical device, a semiconductor circuit, and an electronic device are all included in the semiconductor device.

また、本明細書中において表示装置とは、発光装置や液晶表示装置を含む。発光装置は発光素子を含み、液晶表示装置は液晶素子を含む。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機EL(Electro Luminescence)素子、有機EL素子等が含まれる。 In this specification, a display device includes a light-emitting device and a liquid crystal display device. The light emitting device includes a light emitting element, and the liquid crystal display device includes a liquid crystal element. The light emitting element includes, in its category, an element whose luminance is controlled by current or voltage, and specifically includes an inorganic EL (Electro Luminescence) element, an organic EL element, and the like.

本発明の一態様によれば、複数の半導体基板をベース基板に貼り合わせる場合であっても、効率良く貼り合わせると共に接合不良を抑制することができる。 According to one embodiment of the present invention, even when a plurality of semiconductor substrates are bonded to a base substrate, bonding can be efficiently performed and bonding defects can be suppressed.

SOI基板の作製方法の一例を示す図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法に用いる基板支持台の一例を示す図。FIG. 5 shows an example of a substrate support used in a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法に用いる基板支持台の一例を示す図。FIG. 5 shows an example of a substrate support used in a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作成方法の一例を示す図。FIG. 9 illustrates an example of a method for creating an SOI substrate. SOI基板を用いた半導体装置の作製方法の一例を示す図。10A and 10B illustrate an example of a method for manufacturing a semiconductor device using an SOI substrate. SOI基板を用いた半導体装置の作製方法の一例を示す図。10A and 10B illustrate an example of a method for manufacturing a semiconductor device using an SOI substrate. SOI基板を用いた表示装置の一例を示す図。FIG. 11 illustrates an example of a display device using an SOI substrate. SOI基板を用いた表示装置の一例を示す図。FIG. 11 illustrates an example of a display device using an SOI substrate. SOI基板を用いた半導体装置の一例を示す図。FIG. 11 illustrates an example of a semiconductor device using an SOI substrate. SOI基板を用いた半導体装置の一例を示す図。FIG. 11 illustrates an example of a semiconductor device using an SOI substrate. SOI基板を用いた電子機器を示す図である。It is a figure which shows the electronic device using an SOI substrate.

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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および詳細を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、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, it will be readily understood by those skilled in the art that the present invention can be implemented in many different modes, and that forms and details can be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. . Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of this embodiment mode. Note that in all the drawings for describing the embodiments, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof is omitted.

(実施の形態1)
本実施の形態では、複数の半導体基板とベース基板を貼り合わせてSOI基板を作製する方法に関して図面を参照して説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a method for manufacturing an SOI substrate by bonding a plurality of semiconductor substrates and a base substrate will be described with reference to drawings.

まず、第1の基板支持台151上に複数の半導体基板(ここでは、半導体基板100a〜100c)を設け、第2の基板支持台161にベース基板120を設ける。そして、半導体基板100a〜100cの表面とベース基板120の表面が所定の間隔をもって対向するように、第1の基板支持台151の上方に第2の基板支持台161を配置する(図1(A)参照)。つまり、半導体基板100a〜100cの上方にベース基板120を配置させる。 First, a plurality of semiconductor substrates (here, the semiconductor substrates 100a to 100c) are provided on the first substrate support base 151, and the base substrate 120 is provided on the second substrate support base 161. Then, the second substrate support base 161 is arranged above the first substrate support base 151 so that the surfaces of the semiconductor substrates 100a to 100c and the surface of the base substrate 120 face each other with a predetermined interval (FIG. 1A )reference). That is, the base substrate 120 is disposed above the semiconductor substrates 100a to 100c.

また、ベース基板120との接合を行う際に、あらかじめ半導体基板100a〜100cの表面に絶縁膜を設けておく。 In addition, an insulating film is provided in advance on the surfaces of the semiconductor substrates 100a to 100c when bonding to the base substrate 120 is performed.

第1の基板支持台151には、複数の半導体基板をそれぞれ水平方向において固定するための基板配置部を設けることが好ましい。例えば、図2に示すように、第1の基板支持台151に凹部を有する基板配置部152を複数設けた構成とすることができる。第1の基板支持台151の基板配置部152に半導体基板を設けることにより、複数の半導体基板を第1の基板支持台151上に設ける場合であっても、半導体基板の位置ずれ等を防止すると共にベース基板120の所望の位置に複数の半導体基板を接合することができる。なお、図2において、図2(A)は第1の基板支持台151の上面図を示し、図2(B)は図2(A)のA−B間の断面を示している。 The first substrate support 151 is preferably provided with a substrate placement portion for fixing the plurality of semiconductor substrates in the horizontal direction. For example, as shown in FIG. 2, a plurality of substrate placement portions 152 having recesses may be provided on the first substrate support base 151. By providing a semiconductor substrate on the substrate placement portion 152 of the first substrate support base 151, even when a plurality of semiconductor substrates are provided on the first substrate support base 151, misalignment of the semiconductor substrate is prevented. In addition, a plurality of semiconductor substrates can be bonded to desired positions on the base substrate 120. In FIG. 2, FIG. 2A shows a top view of the first substrate support base 151, and FIG. 2B shows a cross section taken along a line AB in FIG. 2A.

次に、複数の半導体基板(ここでは、半導体基板100a〜100c)又はベース基板120の一方を帯電させた後、半導体基板100a〜100cの表面とベース基板120の表面の間隔を狭くする(図1(B)参照)。 Next, after charging one of the plurality of semiconductor substrates (here, the semiconductor substrates 100a to 100c) or the base substrate 120, the distance between the surfaces of the semiconductor substrates 100a to 100c and the surface of the base substrate 120 is narrowed (FIG. 1). (See (B)).

図1(B)では、第1の基板支持台151と第2の基板支持台161との間に直流電圧を印加(ここでは、一例として、第2の基板支持台161にグラウンド電位、第1の基板支持台151に負電位(又は正電位)を印加)することにより、半導体基板100a〜100cを帯電する場合を示している。この場合、第1の基板支持台151及び第2の基板支持台161は、電極として機能する。もちろん、これに限られず、ベース基板120を帯電させてもよい(この場合、第1の基板支持台151にグラウンド電位、第2の基板支持台161に負電位(又は正電位)を印加すればよい)。 In FIG. 1B, a DC voltage is applied between the first substrate support base 151 and the second substrate support base 161 (here, as an example, the ground potential, the first potential is applied to the second substrate support base 161). In this case, the semiconductor substrates 100a to 100c are charged by applying a negative potential (or a positive potential) to the substrate support stand 151 of the above. In this case, the first substrate support base 151 and the second substrate support base 161 function as electrodes. Of course, the present invention is not limited to this, and the base substrate 120 may be charged (in this case, if a ground potential is applied to the first substrate support base 151 and a negative potential (or positive potential) is applied to the second substrate support base 161). Good).

半導体基板100a〜100cの表面とベース基板120の表面の間隔がある程度まで狭くなったときに、半導体基板100a〜100cとベース基板120とが静電気により引き合い、半導体基板100a〜100cが第1の基板支持台151から離れて、ベース基板120表面に接触する(図1(C)参照)。 When the distance between the surface of the semiconductor substrates 100a to 100c and the surface of the base substrate 120 becomes narrow to some extent, the semiconductor substrates 100a to 100c and the base substrate 120 attract each other due to static electricity, and the semiconductor substrates 100a to 100c support the first substrate. The base 151 is separated from the base 151 and contacts the surface of the base substrate 120 (see FIG. 1C).

静電気を利用して半導体基板100a〜100cをベース基板120に接触させる際における半導体基板100a〜100cの表面とベース基板120との表面の間隔は、半導体基板100a〜100cの重量や大きさを考慮して、第1の基板支持台151と第2の基板支持台161との間に印加する直流電圧の値を調整することにより制御することができる。 The distance between the surface of the semiconductor substrates 100a to 100c and the surface of the base substrate 120 when the semiconductor substrates 100a to 100c are brought into contact with the base substrate 120 using static electricity takes into consideration the weight and size of the semiconductor substrates 100a to 100c. Thus, it can be controlled by adjusting the value of the DC voltage applied between the first substrate support base 151 and the second substrate support base 161.

ベース基板120における半導体基板100a〜100cの位置ずれを抑制する観点からは、静電気により半導体基板100a〜100cがベース基板120に接触する際、半導体基板100a〜100cの表面とベース基板120との表面の間隔をできるだけ短くすることが好ましい。一例として、半導体基板100a〜100cの表面とベース基板120との表面の間隔が、1mm以下(好ましくは0.3mm以下)となった時に、静電気により半導体基板100a〜100cが上方に移動してベース基板120に接触するように第1の基板支持台151と第2の基板支持台161との間に印加する直流電圧の値を調整することができる。 From the viewpoint of suppressing the positional deviation of the semiconductor substrates 100a to 100c in the base substrate 120, when the semiconductor substrates 100a to 100c come into contact with the base substrate 120 due to static electricity, the surfaces of the semiconductor substrates 100a to 100c and the surface of the base substrate 120 are It is preferable to make the interval as short as possible. As an example, when the distance between the surface of the semiconductor substrates 100a to 100c and the surface of the base substrate 120 is 1 mm or less (preferably 0.3 mm or less), the semiconductor substrates 100a to 100c are moved upward due to static electricity. The value of the DC voltage applied between the first substrate support base 151 and the second substrate support base 161 can be adjusted so as to contact the substrate 120.

このように、静電気を利用して、ベース基板120に半導体基板100a〜100cを接触させることによって、半導体基板100a〜100cの厚さが異なる場合であっても、効率良く貼り合わせを行うと共に接合不良を抑制することができる。 As described above, by using the static electricity to bring the semiconductor substrates 100a to 100c into contact with the base substrate 120, even when the thicknesses of the semiconductor substrates 100a to 100c are different, bonding is performed efficiently and bonding is poor. Can be suppressed.

続いて、ベース基板120に接触した半導体基板100a〜100cに圧力を加えることにより、ベース基板120表面に半導体基板100a〜100cを接合させる(図1(D)参照)。 Subsequently, the semiconductor substrates 100a to 100c are bonded to the surface of the base substrate 120 by applying pressure to the semiconductor substrates 100a to 100c in contact with the base substrate 120 (see FIG. 1D).

例えば、半導体基板100a〜100cとして矩形状のものを用いる場合には、矩形状の半導体基板100a〜100cの各々の角部の一に圧力を加えることによりベース基板120と半導体基板100a〜100cを接合させることができる。この場合、圧力を加えた部分から半導体基板上に形成された酸化膜とベース基板120とが接合しはじめ、自発的に接合が形成され全面におよぶ。この接合工程は、ファンデルワールス力や水素結合が作用しており、加熱処理を伴わず、常温で行うことができる。なお、図1(C)の工程において、半導体基板とベース基板の接合が形成されている場合には、図1(D)の工程により接合強度を向上させることができる。 For example, when a rectangular substrate is used as the semiconductor substrates 100a to 100c, the base substrate 120 and the semiconductor substrates 100a to 100c are joined by applying pressure to one corner of each of the rectangular semiconductor substrates 100a to 100c. Can be made. In this case, the oxide film formed on the semiconductor substrate and the base substrate 120 start to be bonded from the portion to which pressure is applied, and the bond is spontaneously formed and extends over the entire surface. This joining process can be performed at normal temperature without van der Waals force or hydrogen bonding and without heat treatment. Note that in the process of FIG. 1C, when the semiconductor substrate and the base substrate are bonded, the bonding strength can be improved by the process of FIG.

半導体基板に圧力を加える手段として、本実施の形態では、基板配置部152の下方に設けられたリフトピン154を半導体基板100a〜100cの角部に押し当てることによって行う場合を示している(図2(A)、(B)参照)。支持台157にリフトピン154を設け、当該支持台157を上下に昇降させることにより、基板配置部152に形成された開口153を介してリフトピン154を上下に昇降可能な構成とすることができる。 As a means for applying pressure to the semiconductor substrate, the present embodiment shows a case where lift pins 154 provided below the substrate placement portion 152 are pressed against the corners of the semiconductor substrates 100a to 100c (FIG. 2). (See (A) and (B)). By providing lift pins 154 on the support table 157 and moving the support table 157 up and down, the lift pins 154 can be moved up and down through the openings 153 formed in the substrate placement portion 152.

支持台157の昇降は、モーター等により構成される昇降機構155を動作させることにより行うことができる。また、支持台157の上面に圧力センサー158を複数設けた構成としてもよい。この場合、圧力センサー158がリフトピン154に加わる荷重を検出して制御部156に出力し、当該圧力センサー158からの出力結果に基づいて、制御部156が昇降機構155の動作を制御する構成とすることができる。 The support table 157 can be lifted and lowered by operating a lifting mechanism 155 configured by a motor or the like. Alternatively, a plurality of pressure sensors 158 may be provided on the upper surface of the support base 157. In this case, the load applied to the lift pin 154 by the pressure sensor 158 is detected and output to the control unit 156, and the control unit 156 controls the operation of the lifting mechanism 155 based on the output result from the pressure sensor 158. be able to.

例えば、リフトピン154を上昇させて、ベース基板120に貼り付いている半導体基板に圧力を加える場合、圧力センサー158からの出力に応じて制御部156が昇降機構155の動作を制御し、接触界面にかかる圧力を徐々に大きくすることにより接合を行う。接触界面にかかる圧力を徐々に大きくすることにより、急激な圧力が加わることによる接合不良を低減することができる。また、半導体基板と接触するリフトピン154の先端をシリコンゴム等の弾性体で設けることにより、急激な圧力が加わることによる接合不良を低減することができる。 For example, when the lift pin 154 is raised and pressure is applied to the semiconductor substrate attached to the base substrate 120, the control unit 156 controls the operation of the elevating mechanism 155 according to the output from the pressure sensor 158, so that the contact interface is Bonding is performed by gradually increasing the pressure. By gradually increasing the pressure applied to the contact interface, it is possible to reduce bonding failure due to sudden application of pressure. Further, by providing the tip of the lift pin 154 that comes into contact with the semiconductor substrate with an elastic body such as silicon rubber, it is possible to reduce poor bonding due to sudden pressure application.

開口153は、少なくとも半導体基板100a〜100cの端部(好ましくは、角部)の一に対応する領域に設けることが好ましい。ベース基板120との接合において圧力が加えられた半導体基板の端部から接合を開始させることにより、接合不良を低減することができるためである。また、半導体基板が円形である場合等、角部を有さない形状である場合には、半導体基板の周辺部に対応する領域に開口153を設ける構成とすればよい。つまり、「角部の一」を「周辺部」と読み替えることができる。なお、圧力を加える部分は、半導体基板の角部や周辺部に限られない。 The opening 153 is preferably provided in a region corresponding to at least one of end portions (preferably corner portions) of the semiconductor substrates 100a to 100c. This is because bonding failure can be reduced by starting bonding from the end portion of the semiconductor substrate to which pressure is applied in bonding to the base substrate 120. In the case where the semiconductor substrate has a circular shape such as a circular shape, an opening 153 may be provided in a region corresponding to the peripheral portion of the semiconductor substrate. That is, “one corner” can be read as “peripheral”. In addition, the part which applies a pressure is not restricted to the corner | angular part and peripheral part of a semiconductor substrate.

なお、図2において、リフトピン154の形状(半導体基板と接する面の形状)を円状とした場合を示しているが、これに限定されるものではない。矩形状や楕円状としてもよい。また、開口153の断面形状もリフトピン154が通れるものであればよく円形に限定されない。 2 shows a case where the shape of the lift pins 154 (the shape of the surface in contact with the semiconductor substrate) is a circle, the invention is not limited to this. It may be rectangular or elliptical. Further, the cross-sectional shape of the opening 153 is not limited to a circle as long as the lift pin 154 can pass therethrough.

また、半導体基板100a〜100cとベース基板120との貼り合わせの際の雰囲気は、減圧雰囲気(真空を含む)とすることが好ましい。例えば、5Pa〜5×10−3Pa、好ましくは5×10−2Pa〜5×10−3Paとする。減圧雰囲気で行うことにより、接合面に汚染物が混入するのを抑制し、また、帯電した半導体基板100a〜100cに不純物が付着することを効果的に抑制することができる。 In addition, the atmosphere at the time of bonding the semiconductor substrates 100a to 100c and the base substrate 120 is preferably a reduced pressure atmosphere (including a vacuum). For example, 5 Pa to 5 × 10 −3 Pa, preferably 5 × 10 −2 Pa to 5 × 10 −3 Pa. By performing in a reduced pressure atmosphere, contamination can be prevented from entering the bonding surface, and impurities can be effectively prevented from adhering to the charged semiconductor substrates 100a to 100c.

図1(D)に示した工程の後、ベース基板120の表面に半導体基板100a〜100cを接合させた後、当該半導体基板100a〜100cの一部を分離又は研磨することによりSOI基板を作製することができる。 After the step shown in FIG. 1D, after the semiconductor substrates 100a to 100c are bonded to the surface of the base substrate 120, an SOI substrate is manufactured by separating or polishing a part of the semiconductor substrates 100a to 100c. be able to.

なお、静電気を利用して、ベース基板120に半導体基板100a〜100cを接触させることにより、半導体基板100a〜100cとベース基板120の接合が行われ且つ十分な接合強度が得られる場合には、上記図1(D)の工程を省略してもよい。この場合、圧力を加えるためのリフトピン等が不要となるため、貼り合わせに用いる装置を簡略化することができる。 In addition, when the semiconductor substrates 100a to 100c are brought into contact with the base substrate 120 by using static electricity to bond the semiconductor substrates 100a to 100c and the base substrate 120 and sufficient bonding strength is obtained, The step in FIG. 1D may be omitted. In this case, a lift pin or the like for applying pressure is not necessary, so that the apparatus used for bonding can be simplified.

上述した方法を用いることにより、厚さが異なる複数の半導体基板をベース基板に接合させる場合であっても、効率良く貼り合わせを行うと共に接合不良を抑制することができる。 By using the above-described method, even when a plurality of semiconductor substrates having different thicknesses are bonded to the base substrate, bonding can be performed efficiently and bonding defects can be suppressed.

なお、上述した方法において、半導体基板100a〜100c又はベース基板120の帯電方法は、図1(B)に示した構成に限られない。例えば、帯電器を用いて、所望の極性のイオン(プラスイオン又はマイナスイオン)を選択的に半導体基板100a〜100cの表面に付与することによって、半導体基板100a〜100cを帯電させてもよい。帯電器としては、一般に市販されている除電器(イオナイザ)を用いることができる。 In the above-described method, the method for charging the semiconductor substrates 100a to 100c or the base substrate 120 is not limited to the structure illustrated in FIG. For example, the semiconductor substrates 100a to 100c may be charged by selectively applying ions (positive ions or negative ions) having a desired polarity to the surfaces of the semiconductor substrates 100a to 100c using a charger. As the charger, a commercially available static eliminator (ionizer) can be used.

また、半導体基板100a〜100cとベース基板120の双方を帯電させてもよい。この場合、半導体基板100a〜100cとベース基板120が互いに異なる極性となるように帯電させる。例えば、基板支持台151と基板支持台161との間に直流電圧を印加(基板支持台151に正電位(又は負電位)、基板支持台161に負電位(又は正電位)を印加)する。又は、帯電器を用いて半導体基板100a〜100cの表面にプラスイオン又はマイナスイオンの一方を付与し、ベース基板120の表面に半導体基板100a〜100cと極性が異なるようにプラスイオン又はマイナスイオンの他方を付与してもよい。 Further, both the semiconductor substrates 100a to 100c and the base substrate 120 may be charged. In this case, the semiconductor substrates 100a to 100c and the base substrate 120 are charged so as to have different polarities. For example, a DC voltage is applied between the substrate support base 151 and the substrate support base 161 (a positive potential (or negative potential) is applied to the substrate support base 151 and a negative potential (or positive potential) is applied to the substrate support base 161). Alternatively, one of positive ions and negative ions is applied to the surfaces of the semiconductor substrates 100a to 100c using a charger, and the other of the positive ions and negative ions is applied to the surface of the base substrate 120 so that the polarity is different from that of the semiconductor substrates 100a to 100c. May be given.

また、上記工程において、半導体基板100a〜100cとベース基板120を接合させた後、半導体基板100a〜100cとベース基板120に除電処理を行うことが好ましい。除電処理を行うことによって、後に得られたSOI基板を用いて素子を作製する際に静電気破壊等の発生を抑制することができる。除電処理は、一般に市販されている除電器(イオナイザ)を用いることができる。 In the above step, it is preferable that the semiconductor substrates 100a to 100c and the base substrate 120 be subjected to a charge removal process after the semiconductor substrates 100a to 100c and the base substrate 120 are bonded. By performing the static elimination treatment, occurrence of electrostatic breakdown or the like can be suppressed when an element is manufactured using the SOI substrate obtained later. For the static elimination treatment, a commercially available static eliminator (ionizer) can be used.

次に、上述した方法を用いたSOI基板の作製方法に関して、図面を参照してより具体的に説明する。 Next, a method for manufacturing an SOI substrate using the above-described method will be described more specifically with reference to the drawings.

まず、複数の半導体基板を準備する。ここでは、半導体基板100a、半導体基板100b、半導体基板100cを用いる場合について説明する(図3(A−1)参照)。 First, a plurality of semiconductor substrates are prepared. Here, the case where the semiconductor substrate 100a, the semiconductor substrate 100b, and the semiconductor substrate 100c are used is described (see FIG. 3A-1).

半導体基板100a〜100cは、市販の多結晶半導体基板又は単結晶半導体基板を用いることができ、例えば、多結晶又は単結晶のシリコン基板やゲルマニウム基板、ガリウムヒ素やインジウムリン等の化合物半導体基板を用いることができる。市販のシリコン基板としては、直径5インチ(125mm)、直径6インチ(150mm)、直径8インチ(200mm)、直径12インチ(300mm)サイズの円形のものが代表的である。なお、形状は円形に限られず矩形状等に加工したシリコン基板を用いることも可能である。以下の説明では、半導体基板100a〜100cとして、矩形状に加工された単結晶シリコン基板を用いる場合について示す。 As the semiconductor substrates 100a to 100c, commercially available polycrystalline semiconductor substrates or single crystal semiconductor substrates can be used. For example, a polycrystalline or single crystal silicon substrate, a germanium substrate, or a compound semiconductor substrate such as gallium arsenide or indium phosphide is used. be able to. As a commercially available silicon substrate, a circular substrate having a diameter of 5 inches (125 mm), a diameter of 6 inches (150 mm), a diameter of 8 inches (200 mm), and a diameter of 12 inches (300 mm) is typical. The shape is not limited to a circular shape, and a silicon substrate processed into a rectangular shape or the like can also be used. In the following description, a case where a single crystal silicon substrate processed into a rectangular shape is used as the semiconductor substrates 100a to 100c will be described.

次に、半導体基板100aの表面上に絶縁膜102aを設け、半導体基板100aの表面から所定の深さに脆化領域104aを設ける(図3(A−2)参照)。また、半導体基板100b、100cについても同様に、表面上に絶縁膜102b、102cをそれぞれ設け、表面から所定の深さに脆化領域104b、104cをそれぞれ設ける。 Next, the insulating film 102a is provided over the surface of the semiconductor substrate 100a, and the embrittlement region 104a is provided at a predetermined depth from the surface of the semiconductor substrate 100a (see FIG. 3A-2). Similarly, for the semiconductor substrates 100b and 100c, insulating films 102b and 102c are provided on the surface, respectively, and embrittled regions 104b and 104c are provided at predetermined depths from the surface.

絶縁膜102a〜102cは、例えば、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等の単層、又はこれらを積層させた膜を用いることができる。これらの膜は、CVD法又はスパッタリング法等を用いて形成することができる。また、CVD法を用いて絶縁膜102a〜102cを形成する場合には、テトラエトキシシラン(略称;TEOS:化学式Si(OC)等の有機シランを用いて作製される酸化シリコン膜を絶縁膜102a〜102cに用いることができる。 As the insulating films 102a to 102c, for example, a single layer such as a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride film, or a silicon nitride oxide film, or a film in which these layers are stacked can be used. These films can be formed using a CVD method, a sputtering method, or the like. In the case where the insulating films 102a to 102c are formed using a CVD method, a silicon oxide film formed using an organic silane such as tetraethoxysilane (abbreviation: TEOS: chemical formula Si (OC 2 H 5 ) 4 ) or the like. Can be used for the insulating films 102a to 102c.

例えば、半導体基板100a〜100c上に酸化窒化シリコン膜と窒化酸化シリコン膜を順に積層させて形成した後、半導体基板100a〜100cの表面から所定の深さの領域にイオンを導入し、その後、CVD法によりテトラエトキシシランを用いて作製される酸化シリコン膜を窒化酸化シリコン膜上に形成してもよい。 For example, after a silicon oxynitride film and a silicon nitride oxide film are sequentially stacked over the semiconductor substrates 100a to 100c, ions are introduced into a region having a predetermined depth from the surface of the semiconductor substrates 100a to 100c, and then CVD is performed. A silicon oxide film formed using tetraethoxysilane by a method may be formed over the silicon nitride oxide film.

なお、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、ラザフォード後方散乱法(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometry)、及び水素前方散乱法(HFS:Hydrogen Foward Scattering)を用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が50〜70原子%、窒素が0.5〜15原子%、Siが25〜35原子%、水素が0.1〜10原子%の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、RBS及びHFSを用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が5〜30原子%、窒素が20〜50原子%、Siが25〜35原子%、水素が15〜25原子%の範囲で含まれるものをいう。但し、酸化窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を100原子%としたとき、窒素、酸素、Si及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。 Note that a silicon oxynitride film has a composition that contains more oxygen than nitrogen, and includes Rutherford Backscattering (RBS) and Hydrogen Forward Scattering (HFS). ) In the range of 50 to 70 atomic% oxygen, 0.5 to 15 atomic% nitrogen, 25 to 35 atomic% Si, and 0.1 to 10 atomic% hydrogen. It means what is included. In addition, the silicon nitride oxide film has a composition containing more nitrogen than oxygen. When measured using RBS and HFS, the concentration range of oxygen is 5 to 30 atomic%, nitrogen. Is contained in the range of 20-50 atomic%, Si is 25-35 atomic%, and hydrogen is 15-25 atomic%. However, when the total number of atoms constituting silicon oxynitride or silicon nitride oxide is 100 atomic%, the content ratio of nitrogen, oxygen, Si, and hydrogen is included in the above range.

また、絶縁膜102a〜102cは、半導体基板100a〜100cに熱酸化処理を行うことにより形成してもよい。この場合、熱酸化処理は、ハロゲンを添加した酸化性雰囲気中で熱処理を行うことが好ましい。このような熱酸化処理の一例としては、酸素に対し塩化水素(HCl)を0.5〜10体積%(好ましくは3体積%)の割合で含む雰囲気中で、900℃〜1150℃の温度(代表的には1000℃)で熱酸化を行うと良い。処理時間は0.1〜6時間、好ましくは0.5〜1時間とすれば良い。形成される酸化膜の膜厚としては、10nm〜1000nm(好ましくは50nm〜200nm)、例えば100nmの厚さとする。 The insulating films 102a to 102c may be formed by performing thermal oxidation treatment on the semiconductor substrates 100a to 100c. In this case, the thermal oxidation treatment is preferably performed in an oxidizing atmosphere to which halogen is added. As an example of such thermal oxidation treatment, a temperature of 900 ° C. to 1150 ° C. in an atmosphere containing hydrogen chloride (HCl) in a ratio of 0.5 to 10% by volume (preferably 3% by volume) with respect to oxygen ( Thermal oxidation is typically performed at 1000 ° C. The treatment time may be 0.1 to 6 hours, preferably 0.5 to 1 hour. The thickness of the oxide film to be formed is 10 nm to 1000 nm (preferably 50 nm to 200 nm), for example, 100 nm.

脆化領域104a〜104cは、運動エネルギーを有するイオンを半導体基板100a〜100cに照射することで形成することができる。ここでは、絶縁膜102a〜102cを介してイオンを半導体基板100a〜100cに照射し、半導体基板100a〜100cの所定の深さの結晶構造を損傷させることにより脆化領域104a〜104cを形成する。イオンは、ソースガスを励起して、ソースガスのプラズマを生成し、このプラズマに含まれるイオンを、電界の作用によりプラズマから引き出して、加速したイオンである。 The embrittled regions 104a to 104c can be formed by irradiating the semiconductor substrates 100a to 100c with ions having kinetic energy. Here, the semiconductor substrates 100a to 100c are irradiated with ions through the insulating films 102a to 102c, and the embrittled regions 104a to 104c are formed by damaging the crystal structure of a predetermined depth of the semiconductor substrates 100a to 100c. The ions are ions that are excited by generating a plasma of the source gas by exciting the source gas and extracting ions contained in the plasma from the plasma by the action of an electric field.

脆化領域104a〜104cが形成される領域の深さは、イオンの運動エネルギー、質量と電荷、入射角によって調節することができる。運動エネルギーは加速電圧、ドーズ量などにより調節できる。イオンの平均侵入深さとほぼ同じ深さの領域に脆化領域104a〜104cが形成される。そのため、イオンを添加する深さで、半導体基板100a〜100cから分離される半導体層の厚さが決定される。この半導体層の厚さが10nm以上500nm以下、好ましくは50nm以上200nm以下になるように、脆化領域104a〜104cが形成される深さを調節する。 The depth of the region where the embrittled regions 104a to 104c are formed can be adjusted by the kinetic energy, mass and charge, and incident angle of ions. Kinetic energy can be adjusted by acceleration voltage, dose, etc. Embrittlement regions 104a to 104c are formed in regions having a depth substantially equal to the average ion penetration depth. Therefore, the thickness of the semiconductor layer separated from the semiconductor substrates 100a to 100c is determined by the depth to which ions are added. The depth at which the embrittled regions 104a to 104c are formed is adjusted so that the thickness of the semiconductor layer is 10 nm to 500 nm, preferably 50 nm to 200 nm.

脆化領域104a〜104cの形成は、イオンドーピング処理で行うことができる。イオンドーピング処理には、イオンドーピング装置を用いて行うことができる。イオンドーピング装置の代表的な装置は、プロセスガスをプラズマ励起して生成された全てのイオン種をチャンバー内に配置された被処理体に照射する非質量分離型の装置である。非質量分離型の装置であるのは、プラズマ中のイオン種を質量分離しないで、全てのイオン種を被処理体に照射しているからである。これに対して、イオン注入装置は質量分離型の装置である。イオン注入装置は、プラズマ中のイオン種を質量分離し、ある特定の質量のイオン種を被処理体に照射する装置である。 The embrittlement regions 104a to 104c can be formed by ion doping treatment. The ion doping process can be performed using an ion doping apparatus. A typical ion doping apparatus is a non-mass separation type apparatus that irradiates an object to be processed disposed in a chamber with all ion species generated by plasma excitation of a process gas. The non-mass separation type apparatus is because the object to be processed is irradiated with all ion species without mass separation of ion species in the plasma. On the other hand, the ion implantation apparatus is a mass separation type apparatus. An ion implantation apparatus is an apparatus that mass-separates ion species in plasma and irradiates a target object with ion species having a specific mass.

本実施形態では、イオンドーピング装置で、水素を半導体基板100a〜100cに添加する。プラズマソースガスとして水素を含むガスを供給する。例えば、Hを供給する。水素ガスを励起してプラズマを生成し、質量分離せずに、プラズマ中に含まれるイオンを加速し、加速されたイオンを半導体基板100a〜100cに照射する。 In this embodiment, hydrogen is added to the semiconductor substrates 100a to 100c with an ion doping apparatus. A gas containing hydrogen is supplied as a plasma source gas. For example, H 2 is supplied. Hydrogen gas is excited to generate plasma, and ions included in the plasma are accelerated without mass separation, and the semiconductor substrates 100a to 100c are irradiated with the accelerated ions.

イオンドーピング装置において、水素ガスから生成されるイオン種(H、H 、H )の総量に対してH の割合が50%以上とする。より好ましくは、そのH の割合を80%以上とする。イオンドーピング装置は質量分離を行わないため、プラズマ中に生成される複数のイオン種のうち、1つを50%以上とすることが好ましく、80%以上とすることが好ましい。同じ質量のイオンを照射することで、半導体基板100a〜100cの同じ深さに集中させてイオンを添加することができる。 In the ion doping apparatus, the ratio of H 3 + to the total amount of ion species (H + , H 2 + , H 3 + ) generated from hydrogen gas is 50% or more. More preferably, the ratio of H 3 + is 80% or more. Since the ion doping apparatus does not perform mass separation, one of the plurality of ion species generated in the plasma is preferably 50% or more, and more preferably 80% or more. By irradiating ions of the same mass, ions can be added while being concentrated at the same depth of the semiconductor substrates 100a to 100c.

脆化領域104a〜104cを浅い領域に形成するためには、イオンの加速電圧を低くする必要があるが、プラズマ中のH イオンの割合を高くすることで、原子状水素(H)を効率よく、半導体基板100a〜100cに添加できる。H イオンはHイオンの3倍の質量を持つことから、同じ深さに水素原子を1つ添加する場合、H イオンの加速電圧は、Hイオンの加速電圧の3倍にすることが可能となる。イオンの加速電圧を大きくできれば、イオンの照射工程のタクトタイムを短縮することが可能となり、生産性やスループットの向上を図ることができる。 In order to form the embrittled regions 104a to 104c in shallow regions, it is necessary to lower the ion acceleration voltage. However, by increasing the proportion of H 3 + ions in the plasma, atomic hydrogen (H) is reduced. It can be efficiently added to the semiconductor substrates 100a to 100c. Since H 3 + ions have a mass three times that of H + ions, when one hydrogen atom is added at the same depth, the acceleration voltage of H 3 + ions is three times the acceleration voltage of H + ions. It becomes possible to do. If the acceleration voltage of ions can be increased, the tact time of the ion irradiation process can be shortened, and productivity and throughput can be improved.

また、加速されたイオンを半導体基板100a〜100cに照射する工程は、イオン注入装置で行うこともできる。イオン注入装置は、チャンバー内に配置された被処理体に、ソースガスをプラズマ励起して生成された複数のイオン種を質量分離し、特定のイオン種を照射する質量分離型の装置である。したがって、イオン注入装置を用いる場合は、水素ガスを励起して生成されたHイオンおよびH イオンを質量分離して、HイオンまたはH イオンの一方のイオンを加速して、半導体基板100a〜100cに照射する。 The step of irradiating the semiconductor substrates 100a to 100c with the accelerated ions can also be performed with an ion implantation apparatus. The ion implantation apparatus is a mass separation type apparatus that mass-separates a plurality of ion species generated by plasma-exciting a source gas from a target object disposed in a chamber and irradiates specific ion species. Therefore, when an ion implantation apparatus is used, H + ions and H 2 + ions generated by exciting hydrogen gas are mass-separated and one of H + ions or H 2 + ions is accelerated, The semiconductor substrates 100a to 100c are irradiated.

次に、ベース基板120を準備する(図3(B)参照)。 Next, the base substrate 120 is prepared (see FIG. 3B).

ベース基板120は、絶縁体でなる基板を用いる。具体的には、ベース基板120として、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のような電子工業用に使われるガラス基板を用いる。ベース基板120として大面積化が可能で安価なガラス基板を用いることにより、シリコンウエハを用いる場合と比較して低コスト化を図ることができる。他にも、作製工程の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。 As the base substrate 120, a substrate made of an insulator is used. Specifically, a glass substrate used for the electronic industry such as aluminosilicate glass, aluminoborosilicate glass, and barium borosilicate glass is used as the base substrate 120. By using an inexpensive glass substrate that can be increased in area as the base substrate 120, cost can be reduced as compared with the case of using a silicon wafer. In addition, a plastic substrate having heat resistance that can withstand the processing temperature in the manufacturing process may be used.

次に、上記図1で示した方法を用いて、複数の半導体基板100a〜100cの表面とベース基板120の表面とを対向させ、絶縁膜102a〜102cとベース基板120とをそれぞれ接触させた後(図3(C)参照)、半導体基板100a〜100cの各々の角部の一箇所に0.1〜50N/cm、好ましくは0.1〜20N/cm程度の圧力を加える。圧力を加えた部分から絶縁膜102a〜102cとベース基板120とが接合しはじめ、自発的に接合が形成され全面におよぶ。この接合工程は、ファンデルワールス力や水素結合が作用しており、加熱処理を伴わず、常温で行うことができるため、ベース基板120に、ガラス基板のように耐熱温度が低い基板を用いることができる。 Next, using the method shown in FIG. 1, the surfaces of the plurality of semiconductor substrates 100a to 100c and the surface of the base substrate 120 are opposed to each other, and the insulating films 102a to 102c and the base substrate 120 are brought into contact with each other. (See FIG. 3C), a pressure of about 0.1 to 50 N / cm 2 , preferably about 0.1 to 20 N / cm 2 is applied to one corner of each of the semiconductor substrates 100a to 100c. The insulating films 102a to 102c and the base substrate 120 start to be bonded from the portion where the pressure is applied, and the bonding is spontaneously formed and covers the entire surface. This bonding process is performed at room temperature without van der Waals force or hydrogen bond, and is not accompanied by heat treatment. Therefore, a substrate having a low heat resistance temperature such as a glass substrate should be used for the base substrate 120. Can do.

ベース基板120に半導体基板100a〜100cを接合させた後、ベース基板120と絶縁膜102a〜102cとの接合強度を増加させるための熱処理を行うことが好ましい。この熱処理の温度は、脆化領域104a〜104cに亀裂を発生させない温度とし、室温以上400℃未満の温度範囲で処理することができる。また、この温度範囲で加熱しながら、ベース基板120に半導体基板100a〜100cを貼り合わせることで、ベース基板120と絶縁膜102a〜102cとの接合界面での接合強度を強固にすることができる。熱処理には、拡散炉、抵抗加熱炉などの加熱炉、RTA(瞬間熱アニール、Rapid Thermal Anneal)装置、マイクロ波加熱装置などを用いることができる。 After bonding the semiconductor substrates 100a to 100c to the base substrate 120, it is preferable to perform heat treatment for increasing the bonding strength between the base substrate 120 and the insulating films 102a to 102c. The temperature of this heat treatment is a temperature at which cracks are not generated in the embrittled regions 104a to 104c, and the heat treatment can be performed in a temperature range from room temperature to less than 400 ° C. Further, by bonding the semiconductor substrates 100a to 100c to the base substrate 120 while heating in this temperature range, the bonding strength at the bonding interface between the base substrate 120 and the insulating films 102a to 102c can be strengthened. For the heat treatment, a heating furnace such as a diffusion furnace or a resistance heating furnace, an RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus, a microwave heating apparatus, or the like can be used.

なお、半導体基板100a〜100c上に形成された絶縁膜102a〜102cとベース基板120を接合させる前に、絶縁膜102a〜102cと、ベース基板120の表面処理を行うことが好ましい。表面処理としては、オゾン処理(例えば、オゾン水洗浄)、又は、メガソニック洗浄及びオゾン水洗浄を行うことができる。また、オゾン水洗浄とフッ酸による洗浄を複数回繰り返し行ってもよい。このような表面処理を行うことにより、絶縁膜102a〜102c、ベース基板120表面の有機物等のゴミを除去し、表面を親水化することができる。 Note that the insulating films 102 a to 102 c and the base substrate 120 are preferably subjected to surface treatment before the insulating films 102 a to 102 c formed over the semiconductor substrates 100 a to 100 c are bonded to the base substrate 120. As the surface treatment, ozone treatment (for example, ozone water cleaning), megasonic cleaning, and ozone water cleaning can be performed. Further, ozone water cleaning and cleaning with hydrofluoric acid may be repeated a plurality of times. By performing such surface treatment, dust such as organic substances on the surfaces of the insulating films 102a to 102c and the base substrate 120 can be removed and the surface can be made hydrophilic.

他にも、表面処理としてプラズマ処理による表面処理を行ってもよい。例えば、真空状態のチャンバーに不活性ガス(例えば、Arガス)及び/又は反応性ガス(例えば、Oガス、Nガス)を導入し、被処理面(ここでは、ベース基板120又は絶縁膜102a〜102c)にバイアス電圧を印加してプラズマ状態として行う。プラズマ中には電子とArの陽イオンが存在し、陰極方向(被処理面側)にArの陽イオンが加速される。加速されたArの陽イオンが被処理面に衝突することによって、被処理面をスパッタエッチングすることができる。このとき、被処理面の凸部から優先的にスパッタエッチングされ、当該被処理面の平坦性を向上することができる。 In addition, surface treatment by plasma treatment may be performed as the surface treatment. For example, an inert gas (for example, Ar gas) and / or a reactive gas (for example, O 2 gas or N 2 gas) is introduced into a vacuum chamber, and a surface to be processed (here, the base substrate 120 or the insulating film) 102a to 102c) is applied with a bias voltage to form a plasma state. Electrons and Ar cations are present in the plasma, and Ar cations are accelerated in the cathode direction (surface to be processed). The surface to be processed can be sputter-etched by the accelerated Ar cation colliding with the surface to be processed. At this time, sputter etching is preferentially performed from the convex portion of the surface to be processed, and the flatness of the surface to be processed can be improved.

次に、熱処理を行い脆化領域104a〜104cにて分離することにより、ベース基板120上に、絶縁膜102a〜102cを介して単結晶半導体膜124a〜124cを設ける(図3(D)参照)。 Next, heat treatment is performed to separate the embrittled regions 104a to 104c, whereby single crystal semiconductor films 124a to 124c are provided over the base substrate 120 with the insulating films 102a to 102c interposed therebetween (see FIG. 3D). .

加熱処理を行うことで、温度上昇によって脆化領域104a〜104cに形成されている微小な孔には、イオンドーピングで添加した元素が析出し、内部の圧力が上昇する。圧力の上昇により、脆化領域104a〜104cの微小な孔に体積変化が起こり、脆化領域104a〜104cに亀裂が生じるので、脆化領域104a〜104cに沿って半導体基板100a〜100cが劈開する。絶縁膜102a〜102cはベース基板120に接合しているので、ベース基板120上には半導体基板100a〜100cから分離された単結晶半導体膜124a〜124cが形成される。また、ここでの熱処理の温度は、ベース基板120の歪み点を越えない温度とする。 By performing the heat treatment, the element added by ion doping is deposited in the minute holes formed in the embrittled regions 104a to 104c due to the temperature rise, and the internal pressure rises. As the pressure rises, volume changes occur in minute holes in the embrittled regions 104a to 104c and cracks occur in the embrittled regions 104a to 104c, so that the semiconductor substrates 100a to 100c are cleaved along the embrittled regions 104a to 104c. . Since the insulating films 102 a to 102 c are bonded to the base substrate 120, single crystal semiconductor films 124 a to 124 c separated from the semiconductor substrates 100 a to 100 c are formed over the base substrate 120. In addition, the temperature of the heat treatment here is a temperature that does not exceed the strain point of the base substrate 120.

この加熱処理には、拡散炉、抵抗加熱炉などの加熱炉、RTA(瞬間熱アニール、Rapid Thermal Anneal)装置、マイクロ波加熱装置などを用いることができる。例えば、RTA装置を用いる、加熱温度550℃以上700℃以下、処理時間0.5分以上60分以内で行うことができる。 For this heat treatment, a heating furnace such as a diffusion furnace or a resistance heating furnace, a rapid thermal annealing (RTA) apparatus, a microwave heating apparatus, or the like can be used. For example, the heating can be performed using an RTA apparatus at a heating temperature of 550 ° C. to 700 ° C. and a processing time of 0.5 minutes to 60 minutes.

このように、半導体基板100上の絶縁膜102a〜102cとベース基板120とを接合させた後に、複数回に渡って熱処理をおこなうことよって、接合強度を増加させることができる。なお、上述したベース基板120と絶縁膜102a〜102cとの接合強度を増加させるための熱処理を行わず、図3(D)の熱処理を行うことにより、ベース基板120と絶縁膜102a〜102cとの接合強度の増加の熱処理工程と、脆化領域104a〜104cにおける分離の熱処理工程を同時に行ってもよい。 As described above, after the insulating films 102a to 102c on the semiconductor substrate 100 and the base substrate 120 are bonded together, the bonding strength can be increased by performing heat treatment a plurality of times. Note that without performing the heat treatment for increasing the bonding strength between the base substrate 120 and the insulating films 102a to 102c described above, the heat treatment in FIG. 3D is performed, whereby the base substrate 120 and the insulating films 102a to 102c are formed. The heat treatment step for increasing the bonding strength and the heat treatment step for separation in the embrittled regions 104a to 104c may be performed simultaneously.

以上の工程により、ベース基板120上に、それぞれ絶縁膜102a〜102cを介して単結晶半導体膜124a〜124cが設けられたSOI基板を作製することができる。 Through the above steps, an SOI substrate in which the single crystal semiconductor films 124a to 124c are provided over the base substrate 120 with the insulating films 102a to 102c interposed therebetween can be manufactured.

なお、上記工程において、得られたSOI基板の表面に平坦化処理を行ってもよい。平坦化処理を行うことにより、剥離後にベース基板120上に設けられた単結晶半導体膜124a〜124cの表面に凹凸が生じた場合でもSOI基板の表面を平坦化することができる。 Note that in the above steps, planarization treatment may be performed on the surface of the obtained SOI substrate. By performing the planarization treatment, the surface of the SOI substrate can be planarized even when unevenness is generated on the surfaces of the single crystal semiconductor films 124a to 124c provided over the base substrate 120 after peeling.

平坦化処理としては、CMP(Chemical Mechanical Polishing)、エッチング処理、レーザ光の照射等により行うことができる。ここでは、ドライエッチングまたはウエットエッチングの一方、または双方を組み合わせたエッチング処理(エッチバック処理)を行った後にレーザ光を照射することによって、単結晶半導体膜124a〜124cの再結晶化と表面の平坦化を行う。 As the planarization treatment, CMP (Chemical Mechanical Polishing), etching treatment, laser light irradiation, or the like can be performed. Here, the single crystal semiconductor films 124a to 124c are recrystallized and the surface is flattened by irradiating a laser beam after performing an etching process (etchback process) combining one or both of dry etching and wet etching. To do.

レーザ光を単結晶半導体膜の上面側から照射することで、単結晶半導体膜の上面を溶融させることができる。溶融した後、単結晶半導体膜が冷却、固化することで、その上面の平坦性が向上した単結晶半導体膜が得られる。レーザ光を用いることにより、ベース基板120が直接加熱されないため、当該ベース基板120の温度上昇を抑えることができる。このため、ガラス基板のような耐熱性の低い基板をベース基板120に用いることが可能である。 By irradiation with laser light from the upper surface side of the single crystal semiconductor film, the upper surface of the single crystal semiconductor film can be melted. After melting, the single crystal semiconductor film is cooled and solidified, whereby a single crystal semiconductor film with improved flatness on the upper surface is obtained. By using laser light, the base substrate 120 is not directly heated, so that the temperature rise of the base substrate 120 can be suppressed. Therefore, a substrate with low heat resistance such as a glass substrate can be used for the base substrate 120.

なお、レーザ光の照射による単結晶半導体膜の溶融は、部分溶融とすることが好ましい。完全溶融させた場合には、液相となった後の無秩序な核発生により微結晶化し、結晶性が低下する可能性が高いためである。一方で、部分溶融させることにより、溶融されていない固相部分から結晶成長が進行する。これにより、半導体膜中の欠陥を減少させることができる。ここで、完全溶融とは、単結晶半導体膜が下部界面付近まで溶融されて、液体状態になることをいう。他方、部分溶融とは、この場合、単結晶半導体膜の上部は溶融して液相となるが、下部は溶融せずに固相のままであることをいう。 Note that melting of the single crystal semiconductor film by laser light irradiation is preferably partial melting. This is because, when completely melted, there is a high possibility that the crystallinity is lowered due to disordered nucleation after the liquid phase is formed and the crystallinity is lowered. On the other hand, by partial melting, crystal growth proceeds from a solid phase portion that is not melted. Thereby, defects in the semiconductor film can be reduced. Here, complete melting means that the single crystal semiconductor film is melted to the vicinity of the lower interface to be in a liquid state. On the other hand, partial melting means that in this case, the upper part of the single crystal semiconductor film is melted into a liquid phase, but the lower part is not melted and remains in a solid phase.

上記レーザ光の照射には、パルス発振レーザを用いることが好ましい。これは、瞬間的に高エネルギーのパルスレーザ光を発振することができ、溶融状態を作り出すことが容易となるためである。発振周波数は、1Hz以上10MHz以下程度とすることができる。 A pulsed laser is preferably used for the laser light irradiation. This is because high-energy pulsed laser light can be instantaneously oscillated, and it becomes easy to create a molten state. The oscillation frequency can be about 1 Hz to 10 MHz.

上述のようにレーザ光を照射した後には、単結晶半導体膜の膜厚を小さくする薄膜化工程を行っても良い。単結晶半導体膜の薄膜化には、ドライエッチングまたはウエットエッチングの一方、または双方を組み合わせたエッチング処理(エッチバック処理)を適用すればよい。例えば、単結晶半導体膜がシリコン材料からなる層である場合、ドライエッチングとしてSFと0をプロセスガスに用いて、単結晶半導体膜を薄くすることができる。 After the laser light irradiation as described above, a thinning process for reducing the thickness of the single crystal semiconductor film may be performed. In order to reduce the thickness of the single crystal semiconductor film, an etching process (etchback process) in which one of dry etching or wet etching or a combination of both is applied may be applied. For example, when a single crystal semiconductor film is a layer made of a silicon material, capable of using SF 6 and 0 2 in the process gas as a dry etching to thin the single crystal semiconductor film.

なお、平坦化処理はSOI基板に限らず分離後の半導体基板100a〜100cに対して行ってもよい。分離後の半導体基板100a〜100cの表面を平坦にすることによって、当該半導体基板100a〜100cをSOI基板の作製工程において再利用することが可能となる。 Note that the planarization process is not limited to the SOI substrate, and may be performed on the separated semiconductor substrates 100a to 100c. By flattening the surfaces of the separated semiconductor substrates 100a to 100c, the semiconductor substrates 100a to 100c can be reused in the manufacturing process of the SOI substrate.

本実施の形態で示した熱処理装置は、本明細書の他の実施の形態で示すSOI基板の作製方法、半導体装置の作製方法と適宜組み合わせて行うことができる。 The heat treatment apparatus described in this embodiment can be implemented in appropriate combination with a method for manufacturing an SOI substrate and a method for manufacturing a semiconductor device which are described in other embodiments in this specification.

(実施の形態2)
本実施の形態では、SOI基板の作製方法に関し、上記実施の形態と異なる方法に関して図4、図5を参照して説明する。なお、図4(A)は第1の基板支持台151の上面図を示し、図4(B)は図4(A)のA−B間の断面を示し、図4(C)は図4(A)のC−D間の断面を示している。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a method for manufacturing an SOI substrate, which is different from the above embodiment, will be described with reference to FIGS. 4A is a top view of the first substrate support base 151, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line A-B in FIG. 4A, and FIG. 4C is FIG. The cross section between CD of (A) is shown.

第1の基板支持台151は、半導体基板を固定するための凹部を有する基板配置部152を複数有しており、当該基板配置部152に複数の半導体基板をそれぞれ固定できる構成となっている。基板配置部152にはそれぞれ複数の開口153が設けられており、基板配置部152の下方に開口153を介して上下に昇降可能なリフトピン154が複数設けられている。リフトピン154は、支持台157に設けられており、当該支持台157を上下に昇降させることにより、リフトピン154を上下に昇降可能な構成とすることができる(図4参照)。 The first substrate support base 151 has a plurality of substrate placement portions 152 having recesses for fixing the semiconductor substrate, and the plurality of semiconductor substrates can be fixed to the substrate placement portion 152, respectively. Each of the substrate placement portions 152 is provided with a plurality of openings 153, and a plurality of lift pins 154 that can be moved up and down via the openings 153 are provided below the substrate placement portion 152. The lift pins 154 are provided on the support base 157, and the lift pins 154 can be moved up and down by moving the support base 157 up and down (see FIG. 4).

支持台157の昇降は、モーター等により構成される昇降機構155を動作させることにより行うことができる。また、支持台157の上面に圧力センサー158を設けた構成としてもよい。圧力センサー158がリフトピン154に加わる荷重を検出して制御部156に出力し、当該圧力センサー158からの出力結果に基づいて、制御部156が昇降機構155の動作を制御することができる。ここでは、リフトピン毎に支持台157を設け、昇降機構155を用いて支持台157をそれぞれ独立して動作させる構成を示している。 The support table 157 can be lifted and lowered by operating a lifting mechanism 155 configured by a motor or the like. Further, the pressure sensor 158 may be provided on the upper surface of the support base 157. The load applied to the lift pin 154 by the pressure sensor 158 is detected and output to the control unit 156, and the control unit 156 can control the operation of the lifting mechanism 155 based on the output result from the pressure sensor 158. Here, a configuration is shown in which a support base 157 is provided for each lift pin, and the support base 157 is operated independently using the lifting mechanism 155.

以下に、図5を参照して、複数の半導体基板とベース基板を貼り合わせる方法について説明する。 Hereinafter, a method for bonding a plurality of semiconductor substrates and a base substrate will be described with reference to FIG.

まず、半導体基板100a〜100cの表面とベース基板120の表面が所定の間隔をもって対向するように、半導体基板100a〜100cが設けられた第1の基板支持台151の上方にベース基板120が設けられた第2の基板支持台161を配置する。そして、半導体基板(ここでは、半導体基板100a〜100c)とベース基板120の一方を帯電させる(図5(A)参照)。 First, the base substrate 120 is provided above the first substrate support 151 on which the semiconductor substrates 100a to 100c are provided so that the surfaces of the semiconductor substrates 100a to 100c and the surface of the base substrate 120 face each other with a predetermined interval. A second substrate support base 161 is disposed. Then, one of the semiconductor substrate (here, the semiconductor substrates 100a to 100c) and the base substrate 120 is charged (see FIG. 5A).

ここでは、帯電器160を用いて、所望の極性のイオン(プラスイオン又はマイナスイオン)を選択的に付与することによって、半導体基板100a〜100cを帯電させる。帯電器としては、一般に市販されている除電器(イオナイザ)を用いることができる。また、半導体基板100a〜100cとベース基板120の一方を帯電させてもよいし、半導体基板100a〜100cとベース基板120とが互いに異なる極性となるように双方を帯電させてもよい。なお、帯電方法は帯電器160を用いる方法に限られず、上記実施の形態1で示したように、基板支持台151と基板支持台161との間に直流電圧を印加することにより、半導体基板100a〜100cとベース基板120の一方又は双方を帯電させてもよい。 Here, the semiconductor substrates 100a to 100c are charged by selectively applying ions (positive ions or negative ions) having a desired polarity using the charger 160. As the charger, a commercially available static eliminator (ionizer) can be used. Further, one of the semiconductor substrates 100a to 100c and the base substrate 120 may be charged, or both may be charged so that the semiconductor substrates 100a to 100c and the base substrate 120 have different polarities. Note that the charging method is not limited to the method using the charger 160, and as shown in the first embodiment, the semiconductor substrate 100a is applied by applying a DC voltage between the substrate support base 151 and the substrate support base 161. One or both of ˜100c and the base substrate 120 may be charged.

次に、第1の基板支持台151の下方に設けられた複数のリフトピン154を、開口153を介して上昇させる。そして、リフトピン154を半導体基板100a〜100cの下方の面に接触させて、半導体基板100a〜100cを上昇させることにより、半導体基板100a〜100cの表面とベース基板120の表面の間隔を狭くする(図5(B)参照)。 Next, the plurality of lift pins 154 provided below the first substrate support base 151 are raised through the openings 153. The lift pins 154 are brought into contact with the lower surfaces of the semiconductor substrates 100a to 100c to raise the semiconductor substrates 100a to 100c, thereby narrowing the distance between the surfaces of the semiconductor substrates 100a to 100c and the surface of the base substrate 120 (FIG. 5 (B)).

半導体基板100a〜100cの表面とベース基板120の表面の間隔がある程度まで狭くなったときに、半導体基板100a〜100cとベース基板120とが静電気により引き合い、半導体基板100a〜100cがリフトピン154から離れて、ベース基板120表面に接触する。続いて、半導体基板を支持していた複数のリフトピン154のうちの一つを上昇させて半導体基板に圧力を加えることにより、ベース基板120表面に半導体基板100a〜100cを接合させる(図5(C)参照)。 When the distance between the surface of the semiconductor substrates 100a to 100c and the surface of the base substrate 120 is reduced to some extent, the semiconductor substrates 100a to 100c and the base substrate 120 are attracted by static electricity, and the semiconductor substrates 100a to 100c are separated from the lift pins 154. , Contact the surface of the base substrate 120. Subsequently, one of the plurality of lift pins 154 supporting the semiconductor substrate is raised to apply pressure to the semiconductor substrate, thereby bonding the semiconductor substrates 100a to 100c to the surface of the base substrate 120 (FIG. 5C )reference).

なお、半導体基板100a〜100cがベース基板120表面に接触した(リフトピン154から離れたか)否かは、支持台157に設けられた圧力センサー158に加わる荷重に基づいて検出することができる。例えば、半導体基板100a〜100cがベース基板120表面に接触したことが圧力センサー158により検出された後、制御部156が昇降機構155を動作させることによって、特定のリフトピン154を上昇させる構成とすることができる。 Whether or not the semiconductor substrates 100a to 100c are in contact with the surface of the base substrate 120 (away from the lift pins 154) can be detected based on a load applied to the pressure sensor 158 provided on the support base 157. For example, after the pressure sensor 158 detects that the semiconductor substrates 100a to 100c are in contact with the surface of the base substrate 120, the control unit 156 operates the lifting mechanism 155 to raise the specific lift pin 154. Can do.

このように、静電気を利用して、ベース基板120に半導体基板100a〜100cを接触させることによって、半導体基板100a〜100cの厚さが異なる場合であっても、効率良く貼り合わせを行うと共に接合不良を抑制することができる。 As described above, by using the static electricity to bring the semiconductor substrates 100a to 100c into contact with the base substrate 120, even when the thicknesses of the semiconductor substrates 100a to 100c are different, bonding is performed efficiently and bonding is poor. Can be suppressed.

なお、本実施の形態では、開口153をそれぞれ半導体基板100a〜100cの四隅に対応する領域に設けた場合を示したがこれに限られない。 In the present embodiment, the case where the openings 153 are provided in the regions corresponding to the four corners of the semiconductor substrates 100a to 100c is shown, but the present invention is not limited thereto.

本実施の形態で示した熱処理装置は、本明細書の他の実施の形態で示すSOI基板の作製方法、半導体装置の作製方法と適宜組み合わせて行うことができる。 The heat treatment apparatus described in this embodiment can be implemented in appropriate combination with a method for manufacturing an SOI substrate and a method for manufacturing a semiconductor device which are described in other embodiments in this specification.

(実施の形態3)
本実施の形態では、上記実施の形態で作製したSOI基板を用いて、半導体装置を作製する方法を説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device using the SOI substrate manufactured in the above embodiment will be described.

まず、図6および図7を参照して、nチャネル型薄膜トランジスタ、およびpチャネル型薄膜トランジスタを作製する方法を説明する。複数の薄膜トランジスタ(TFT)を組み合わせることで、各種の半導体装置を形成することができる。 First, a method for manufacturing an n-channel thin film transistor and a p-channel thin film transistor is described with reference to FIGS. Various semiconductor devices can be formed by combining a plurality of thin film transistors (TFTs).

SOI基板として、上記実施の形態1の方法で作製したSOI基板を用いる場合について説明する。 The case where an SOI substrate manufactured by the method of Embodiment Mode 1 is used as an SOI substrate will be described.

図6(A)は、図3を用いて説明した方法で作製されたSOI基板の断面図である。 FIG. 6A is a cross-sectional view of an SOI substrate manufactured by the method described with reference to FIGS.

まず、エッチングにより、単結晶半導体膜124aをパターニングして、図6(B)に示すように半導体膜251、252を形成する。半導体膜251はnチャネル型のTFTを構成し、半導体膜252はpチャネル型のTFTを構成する。 First, the single crystal semiconductor film 124a is patterned by etching to form semiconductor films 251 and 252 as shown in FIG. The semiconductor film 251 constitutes an n-channel TFT, and the semiconductor film 252 constitutes a p-channel TFT.

図6(C)に示すように、半導体膜251、252上に絶縁膜254を形成する。次に、絶縁膜254を介して半導体膜251上にゲート電極255を形成し、半導体膜252上にゲート電極256を形成する。 As shown in FIG. 6C, an insulating film 254 is formed over the semiconductor films 251 and 252. Next, the gate electrode 255 is formed over the semiconductor film 251 with the insulating film 254 interposed therebetween, and the gate electrode 256 is formed over the semiconductor film 252.

なお、単結晶半導体膜124aのエッチングを行う前に、TFTのしきい値電圧を制御するために、ホウ素、アルミニウム、ガリウムなどの不純物元素、またはリン、ヒ素などの不純物元素を単結晶半導体膜124aに添加することが好ましい。例えば、nチャネル型TFTが形成される領域に不純物元素を添加し、pチャネル型TFTが形成される領域に不純物元素を添加する。 Note that before the single crystal semiconductor film 124a is etched, an impurity element such as boron, aluminum, or gallium or an impurity element such as phosphorus or arsenic is added to the single crystal semiconductor film 124a in order to control the threshold voltage of the TFT. It is preferable to add to. For example, an impurity element is added to a region where an n-channel TFT is formed, and an impurity element is added to a region where a p-channel TFT is formed.

次に、図6(D)に示すように半導体膜251にn型の低濃度不純物領域257を形成し、半導体膜252にp型の高濃度不純物領域259を形成する。具体的には、まず、半導体膜251にn型の低濃度不純物領域257を形成する。このため、pチャネル型TFTとなる半導体膜252をレジストでマスクし、不純物元素を半導体膜251に添加する。不純物元素としてリンまたはヒ素を添加すればよい。イオンドーピング法またはイオン注入法により不純物元素を添加することにより、ゲート電極255がマスクとなり、半導体膜251に自己整合的にn型の低濃度不純物領域257が形成される。半導体膜251のゲート電極255と重なる領域はチャネル形成領域258となる。 Next, as illustrated in FIG. 6D, an n-type low concentration impurity region 257 is formed in the semiconductor film 251, and a p-type high concentration impurity region 259 is formed in the semiconductor film 252. Specifically, first, an n-type low concentration impurity region 257 is formed in the semiconductor film 251. Therefore, the semiconductor film 252 to be a p-channel TFT is masked with a resist, and an impurity element is added to the semiconductor film 251. Phosphorus or arsenic may be added as the impurity element. By adding an impurity element by an ion doping method or an ion implantation method, the gate electrode 255 serves as a mask, and an n-type low-concentration impurity region 257 is formed in the semiconductor film 251 in a self-aligning manner. A region overlapping with the gate electrode 255 of the semiconductor film 251 becomes a channel formation region 258.

次に、半導体膜252を覆うマスクを除去した後、nチャネル型TFTとなる半導体膜251をレジストマスクで覆う。次に、イオンドーピング法またはイオン注入法により不純物元素を半導体膜252に添加する。不純物元素として、ボロンを添加することができる。不純物元素の添加工程では、ゲート電極256がマスクとして機能して、半導体膜252にp型の高濃度不純物領域259が自己整合的に形成される。高濃度不純物領域259はソース領域またはドレイン領域として機能する。半導体膜252のゲート電極256と重なる領域はチャネル形成領域260となる。ここでは、n型の低濃度不純物領域257を形成した後、p型の高濃度不純物領域259を形成する方法を説明したが、先にp型の高濃度不純物領域259を形成することもできる。 Next, after removing the mask covering the semiconductor film 252, the semiconductor film 251 to be an n-channel TFT is covered with a resist mask. Next, an impurity element is added to the semiconductor film 252 by an ion doping method or an ion implantation method. Boron can be added as the impurity element. In the impurity element addition step, the gate electrode 256 functions as a mask, and a p-type high concentration impurity region 259 is formed in the semiconductor film 252 in a self-aligning manner. The high concentration impurity region 259 functions as a source region or a drain region. A region overlapping with the gate electrode 256 of the semiconductor film 252 becomes a channel formation region 260. Although the method of forming the p-type high concentration impurity region 259 after forming the n-type low concentration impurity region 257 has been described here, the p-type high concentration impurity region 259 can be formed first.

次に、半導体膜251を覆うレジストを除去した後、プラズマCVD法等によって窒化シリコン等の窒素化合物や酸化シリコン等の酸化物からなる単層構造または積層構造の絶縁膜を形成する。この絶縁膜を垂直方向の異方性エッチングすることで、図7(A)に示すように、ゲート電極255、256の側面に接するサイドウォール絶縁膜261、262を形成する。この異方性エッチングにより、絶縁膜254もエッチングされる。 Next, after removing the resist covering the semiconductor film 251, an insulating film having a single-layer structure or a stacked structure made of a nitrogen compound such as silicon nitride or an oxide such as silicon oxide is formed by a plasma CVD method or the like. By performing anisotropic etching on this insulating film in the vertical direction, sidewall insulating films 261 and 262 in contact with the side surfaces of the gate electrodes 255 and 256 are formed as shown in FIG. By this anisotropic etching, the insulating film 254 is also etched.

次に、図7(B)に示すように、半導体膜252をレジスト265で覆う。半導体膜251にソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域を形成するため、イオン注入法またはイオンドーピング法により、半導体膜251に高ドーズ量で不純物元素を添加する。ゲート電極255およびサイドウォール絶縁膜261がマスクとなり、n型の高濃度不純物領域267が形成される。次に、不純物元素の活性化のための加熱処理を行う。 Next, as illustrated in FIG. 7B, the semiconductor film 252 is covered with a resist 265. In order to form a high concentration impurity region functioning as a source region or a drain region in the semiconductor film 251, an impurity element is added to the semiconductor film 251 with a high dose by an ion implantation method or an ion doping method. Using the gate electrode 255 and the sidewall insulating film 261 as a mask, an n-type high concentration impurity region 267 is formed. Next, heat treatment for activating the impurity element is performed.

活性化の加熱処理の後、図7(C)に示すように、水素を含んだ絶縁膜268を形成する。絶縁膜268を形成後、350℃以上450℃以下の温度による加熱処理を行い、絶縁膜268中に含まれる水素を半導体膜251、252中に拡散させる。絶縁膜268は、プロセス温度が350℃以下のプラズマCVD法により窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを堆積することで形成できる。半導体膜251、252に水素を供給することで、半導体膜251、252中および絶縁膜254との界面での捕獲中心となるような欠陥を効果的に補償することができる。 After the heat treatment for activation, an insulating film 268 containing hydrogen is formed as shown in FIG. After the insulating film 268 is formed, heat treatment is performed at a temperature of 350 ° C. to 450 ° C. to diffuse hydrogen contained in the insulating film 268 into the semiconductor films 251 and 252. The insulating film 268 can be formed by depositing silicon nitride or silicon nitride oxide by a plasma CVD method with a process temperature of 350 ° C. or lower. By supplying hydrogen to the semiconductor films 251 and 252, defects that become trapping centers in the semiconductor films 251 and 252 and the interface with the insulating film 254 can be effectively compensated.

その後、層間絶縁膜269を形成する。層間絶縁膜269は、酸化シリコン膜、BPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass)膜などの無機材料でなる絶縁膜、または、ポリイミド、アクリルなどの有機樹脂膜から選ばれた単層構造の膜、積層構造の膜で形成することができる。層間絶縁膜269にコンタクトホールを形成した後、図7(C)に示すように配線270を形成する。配線270の形成には、例えば、アルミニウム膜またはアルミニウム合金膜などの低抵抗金属膜をバリアメタル膜で挟んだ3層構造の導電膜で形成することができる。バリアメタル膜は、モリブデン、クロム、チタンなどの金属膜で形成することができる。 Thereafter, an interlayer insulating film 269 is formed. The interlayer insulating film 269 is an insulating film made of an inorganic material such as a silicon oxide film or a BPSG (Boron Phosphorus Silicon Glass) film, or a single-layer film or a laminated structure selected from organic resin films such as polyimide and acrylic. It can be formed of a film. After forming a contact hole in the interlayer insulating film 269, a wiring 270 is formed as shown in FIG. For example, the wiring 270 can be formed of a conductive film having a three-layer structure in which a low-resistance metal film such as an aluminum film or an aluminum alloy film is sandwiched between barrier metal films. The barrier metal film can be formed of a metal film such as molybdenum, chromium, or titanium.

以上の工程により、nチャネル型TFTとpチャネル型TFTを有する半導体装置を作製することができる。SOI基板の作製過程で、チャネル形成領域を構成する半導体膜の金属元素の濃度を低減させているので、オフ電流が小さく、しきい値電圧の変動が抑制されたTFTを作製することができる。 Through the above steps, a semiconductor device having an n-channel TFT and a p-channel TFT can be manufactured. In the process of manufacturing the SOI substrate, the concentration of the metal element in the semiconductor film forming the channel formation region is reduced, so that a TFT with a small off-state current and a suppressed threshold voltage can be manufactured.

図6及び図7を参照してTFTの作製方法を説明したが、TFTの他、容量、抵抗などTFTと共に各種の半導体素子を形成することで、高付加価値の半導体装置を作製することができる。以下、図面を参照しながら半導体装置の具体的な態様を説明する。 Although the manufacturing method of the TFT has been described with reference to FIGS. 6 and 7, a semiconductor device with high added value can be manufactured by forming various semiconductor elements such as a capacitor and a resistor in addition to the TFT. . Hereinafter, specific embodiments of the semiconductor device will be described with reference to the drawings.

まず、半導体装置の一例として、マイクロプロセッサについて説明する。図10はマイクロプロセッサ500の構成例を示すブロック図である。 First, a microprocessor will be described as an example of a semiconductor device. FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration example of the microprocessor 500.

マイクロプロセッサ500は、演算回路501(Arithmetic logic unit。ALUともいう。)、演算回路制御部502(ALU Controller)、命令解析部503(Instruction Decoder)、割り込み制御部504(Interrupt Controller)、タイミング制御部505(Timing Controller)、レジスタ506(Register)、レジスタ制御部507(Register Controller)、バスインターフェース508(Bus I/F)、読み出し専用メモリ509、およびメモリインターフェース510を有している。 The microprocessor 500 includes an arithmetic circuit 501 (also referred to as Arithmetic logic unit. ALU), an arithmetic circuit controller 502 (ALU Controller), an instruction analyzer 503 (Instruction Decoder), an interrupt controller 504 (Interrupt Controller), and a timing controller. 505 (Timing Controller), a register 506 (Register), a register controller 507 (Register Controller), a bus interface 508 (Bus I / F), a read-only memory 509, and a memory interface 510.

バスインターフェース508を介してマイクロプロセッサ500に入力された命令は、命令解析部503に入力され、デコードされた後、演算回路制御部502、割り込み制御部504、レジスタ制御部507、タイミング制御部505に入力される。演算回路制御部502、割り込み制御部504、レジスタ制御部507、タイミング制御部505は、デコードされた命令に基づき様々な制御を行う。 An instruction input to the microprocessor 500 via the bus interface 508 is input to the instruction analysis unit 503 and decoded, and then to the arithmetic circuit control unit 502, the interrupt control unit 504, the register control unit 507, and the timing control unit 505. Entered. The arithmetic circuit control unit 502, the interrupt control unit 504, the register control unit 507, and the timing control unit 505 perform various controls based on the decoded instruction.

演算回路制御部502は、演算回路501の動作を制御するための信号を生成する。また、割り込み制御部504は、マイクロプロセッサ500のプログラム実行中に、外部の入出力装置や周辺回路からの割り込み要求を処理する回路であり、割り込み制御部504は、割り込み要求の優先度やマスク状態を判断して、割り込み要求を処理する。レジスタ制御部507は、レジスタ506のアドレスを生成し、マイクロプロセッサ500の状態に応じてレジスタ506の読み出しや書き込みを行う。タイミング制御部505は、演算回路501、演算回路制御部502、命令解析部503、割り込み制御部504、およびレジスタ制御部507の動作のタイミングを制御する信号を生成する。例えば、タイミング制御部505は、基準クロック信号CLK1を元に、内部クロック信号CLK2を生成する内部クロック生成部を備えている。図10に示すように、内部クロック信号CLK2は他の回路に入力される。 The arithmetic circuit control unit 502 generates a signal for controlling the operation of the arithmetic circuit 501. The interrupt control unit 504 is a circuit that processes an interrupt request from an external input / output device or a peripheral circuit while the microprocessor 500 is executing a program. And processing an interrupt request. The register control unit 507 generates an address of the register 506 and reads and writes the register 506 in accordance with the state of the microprocessor 500. The timing control unit 505 generates a signal that controls the operation timing of the arithmetic circuit 501, the arithmetic circuit control unit 502, the instruction analysis unit 503, the interrupt control unit 504, and the register control unit 507. For example, the timing control unit 505 includes an internal clock generation unit that generates an internal clock signal CLK2 based on the reference clock signal CLK1. As shown in FIG. 10, the internal clock signal CLK2 is input to another circuit.

次に、非接触でデータの送受信を行う機能、および演算機能を備えた半導体装置の一例を説明する。図11は、このような半導体装置の構成例を示すブロック図である。図11に示す半導体装置は、無線通信により外部装置と信号の送受信を行って動作するコンピュータ(以下、「RFCPU」という)と呼ぶことができる。 Next, an example of a semiconductor device having a function of performing transmission / reception of data without contact and an arithmetic function will be described. FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of such a semiconductor device. The semiconductor device illustrated in FIG. 11 can be referred to as a computer that operates by transmitting and receiving signals to and from an external device by wireless communication (hereinafter referred to as “RFCPU”).

図11に示すように、RFCPU511は、アナログ回路部512とデジタル回路部513を有している。アナログ回路部512として、共振容量を有する共振回路514、整流回路515、定電圧回路516、リセット回路517、発振回路518、復調回路519と、変調回路520を有している。デジタル回路部513は、RFインターフェース521、制御レジスタ522、クロックコントローラ523、CPUインターフェース524、中央処理ユニット525、ランダムアクセスメモリ526、読み出し専用メモリ527を有している。 As illustrated in FIG. 11, the RFCPU 511 includes an analog circuit unit 512 and a digital circuit unit 513. The analog circuit portion 512 includes a resonance circuit 514 having a resonance capacity, a rectifier circuit 515, a constant voltage circuit 516, a reset circuit 517, an oscillation circuit 518, a demodulation circuit 519, and a modulation circuit 520. The digital circuit unit 513 includes an RF interface 521, a control register 522, a clock controller 523, a CPU interface 524, a central processing unit 525, a random access memory 526, and a read only memory 527.

RFCPU511の動作の概要は以下の通りである。アンテナ528が受信した信号は共振回路514により誘導起電力を生じる。誘導起電力は、整流回路515を経て容量部529に充電される。この容量部529はセラミックコンデンサーや電気二重層コンデンサーなどのキャパシタで形成されていることが好ましい。容量部529は、RFCPU511を構成する基板に集積されている必要はなく、他の部品としてRFCPU511に組み込むこともできる。 The outline of the operation of the RFCPU 511 is as follows. A signal received by the antenna 528 generates an induced electromotive force by the resonance circuit 514. The induced electromotive force is charged in the capacitor unit 529 through the rectifier circuit 515. Capacitance portion 529 is preferably formed of a capacitor such as a ceramic capacitor or an electric double layer capacitor. The capacitor portion 529 does not need to be integrated on the substrate constituting the RFCPU 511, and can be incorporated into the RFCPU 511 as another component.

リセット回路517は、デジタル回路部513をリセットし初期化する信号を生成する。例えば、電源電圧の上昇に遅延して立ち上がる信号をリセット信号として生成する。発振回路518は、定電圧回路516により生成される制御信号に応じて、クロック信号の周波数とデューティー比を変更する。復調回路519は、受信信号を復調する回路であり、変調回路520は、送信するデータを変調する回路である。 The reset circuit 517 generates a signal that resets and initializes the digital circuit portion 513. For example, a signal that rises after a rise in the power supply voltage is generated as a reset signal. The oscillation circuit 518 changes the frequency and duty ratio of the clock signal in accordance with the control signal generated by the constant voltage circuit 516. The demodulation circuit 519 is a circuit that demodulates the received signal, and the modulation circuit 520 is a circuit that modulates data to be transmitted.

例えば、復調回路519はローパスフィルタで形成され、振幅変調(ASK)方式の受信信号を、その振幅の変動をもとに、二値化する。また、送信データを振幅変調(ASK)方式の送信信号の振幅を変動させて送信するため、変調回路520は、共振回路514の共振点を変化させることで通信信号の振幅を変化させている。 For example, the demodulation circuit 519 is formed of a low-pass filter, and binarizes an amplitude modulation (ASK) reception signal based on the amplitude fluctuation. In addition, in order to transmit transmission data by changing the amplitude of an amplitude modulation (ASK) transmission signal, the modulation circuit 520 changes the amplitude of the communication signal by changing the resonance point of the resonance circuit 514.

クロックコントローラ523は、電源電圧または中央処理ユニット525における消費電流に応じてクロック信号の周波数とデューティー比を変更するための制御信号を生成している。電源電圧の監視は電源管理回路530が行っている。 The clock controller 523 generates a control signal for changing the frequency and duty ratio of the clock signal in accordance with the power supply voltage or the current consumption in the central processing unit 525. The power supply management circuit 530 monitors the power supply voltage.

アンテナ528からRFCPU511に入力された信号は復調回路519で復調された後、RFインターフェース521で制御コマンドやデータなどに分解される。制御コマンドは制御レジスタ522に格納される。制御コマンドには、読み出し専用メモリ527に記憶されているデータの読み出し、ランダムアクセスメモリ526へのデータの書き込み、中央処理ユニット525への演算命令などが含まれている。 A signal input from the antenna 528 to the RFCPU 511 is demodulated by the demodulation circuit 519 and then decomposed into a control command and data by the RF interface 521. The control command is stored in the control register 522. The control command includes reading of data stored in the read-only memory 527, writing of data to the random access memory 526, an arithmetic instruction to the central processing unit 525, and the like.

中央処理ユニット525は、CPUインターフェース524を介して読み出し専用メモリ527、ランダムアクセスメモリ526、制御レジスタ522にアクセスする。CPUインターフェース524は、中央処理ユニット525が要求するアドレスより、読み出し専用メモリ527、ランダムアクセスメモリ526、制御レジスタ522のいずれかに対するアクセス信号を生成する機能を有している。 The central processing unit 525 accesses the read only memory 527, the random access memory 526, and the control register 522 via the CPU interface 524. The CPU interface 524 has a function of generating an access signal for any of the read-only memory 527, the random access memory 526, and the control register 522 from the address requested by the central processing unit 525.

中央処理ユニット525の演算方式は、読み出し専用メモリ527にOS(オペレーティングシステム)を記憶させておき、起動とともにプログラムを読み出し実行する方式を採用することができる。また、専用回路で演算回路を構成して、演算処理をハードウェア的に処理する方式を採用することもできる。ハードウェアとソフトウェアを併用する方式では、専用の演算回路で一部の演算処理を行い、プログラムを使って、残りの演算を中央処理ユニット525が処理する方式を適用できる。 As a calculation method of the central processing unit 525, a method in which an OS (operating system) is stored in the read-only memory 527 and a program is read and executed together with activation can be employed. Further, it is also possible to adopt a method in which an arithmetic circuit is configured by a dedicated circuit and arithmetic processing is processed in hardware. In the system using both hardware and software, a system in which a part of arithmetic processing is performed by a dedicated arithmetic circuit and the remaining arithmetic operations are processed by the central processing unit 525 using a program can be applied.

次に、図8、図9を用いて、表示装置について説明する。 Next, the display device will be described with reference to FIGS.

図8は液晶表示装置を説明するための図面である。図8(A)は液晶表示装置の画素の平面図であり、図8(B)は、J−K切断線による図8(A)の断面図である。 FIG. 8 is a diagram for explaining a liquid crystal display device. 8A is a plan view of a pixel of the liquid crystal display device, and FIG. 8B is a cross-sectional view of FIG. 8A taken along the line JK.

図8(A)に示すように、画素は、単結晶半導体膜320、単結晶半導体膜320と交差している走査線322、走査線322と交差している信号線323、画素電極324、画素電極324と単結晶半導体膜320を電気的に接続する電極328を有する。単結晶半導体膜320は、ベース基板120上に設けられた単結晶半導体膜から形成された層であり、画素のTFT325を構成する。 As shown in FIG. 8A, the pixel includes a single crystal semiconductor film 320, a scan line 322 intersecting with the single crystal semiconductor film 320, a signal line 323 intersecting with the scan line 322, a pixel electrode 324, and a pixel. An electrode 328 that electrically connects the electrode 324 and the single crystal semiconductor film 320 is provided. The single crystal semiconductor film 320 is a layer formed from a single crystal semiconductor film provided over the base substrate 120 and constitutes a TFT 325 of the pixel.

SOI基板には上記実施の形態で示したSOI基板が用いられている。図8(B)に示すように、ベース基板120上に、酸化膜102を介して単結晶半導体膜320が積層されている。ベース基板120としては、ガラス基板を用いることができる。TFT325の単結晶半導体膜320は、SOI基板の単結晶半導体膜をエッチングにより素子分離して形成された膜である。単結晶半導体膜320には、チャネル形成領域340、不純物元素が添加されたn型の高濃度不純物領域341が形成されている。TFT325のゲート電極は走査線322に含まれ、ソース電極およびドレイン電極の一方は信号線323に含まれている。 As the SOI substrate, the SOI substrate described in the above embodiment is used. As shown in FIG. 8B, a single crystal semiconductor film 320 is stacked over the base substrate 120 with the oxide film 102 interposed therebetween. As the base substrate 120, a glass substrate can be used. A single crystal semiconductor film 320 of the TFT 325 is a film formed by element isolation of a single crystal semiconductor film of an SOI substrate by etching. In the single crystal semiconductor film 320, a channel formation region 340 and an n-type high concentration impurity region 341 to which an impurity element is added are formed. The gate electrode of the TFT 325 is included in the scanning line 322, and one of the source electrode and the drain electrode is included in the signal line 323.

層間絶縁膜327上には、信号線323、画素電極324および電極328が設けられている。層間絶縁膜327上には、柱状スペーサ329が形成されている。信号線323、画素電極324、電極328および柱状スペーサ329を覆って配向膜330が形成されている。対向基板332には、対向電極333、対向電極を覆う配向膜334が形成されている。柱状スペーサ329は、ベース基板120と対向基板332の隙間を維持するために形成される。柱状スペーサ329によって形成される隙間に液晶層335が形成されている。信号線323および電極328と高濃度不純物領域341との接続部は、コンタクトホールの形成によって層間絶縁膜327に段差が生じるので、この接続部では液晶層335の液晶の配向が乱れやすい。そのため、この段差部に柱状スペーサ329を形成して、液晶の配向の乱れを防ぐ。 A signal line 323, a pixel electrode 324, and an electrode 328 are provided over the interlayer insulating film 327. A columnar spacer 329 is formed on the interlayer insulating film 327. An alignment film 330 is formed to cover the signal line 323, the pixel electrode 324, the electrode 328, and the columnar spacer 329. The counter substrate 332 is provided with a counter electrode 333 and an alignment film 334 that covers the counter electrode. The columnar spacer 329 is formed to maintain a gap between the base substrate 120 and the counter substrate 332. A liquid crystal layer 335 is formed in a gap formed by the columnar spacers 329. A connection portion between the signal line 323 and the electrode 328 and the high-concentration impurity region 341 has a step in the interlayer insulating film 327 due to the formation of the contact hole. Therefore, the alignment of the liquid crystal in the liquid crystal layer 335 is easily disturbed in the connection portion. For this reason, columnar spacers 329 are formed at the step portions to prevent disorder of the alignment of the liquid crystal.

次に、エレクトロルミネセンス表示装置(以下、EL表示装置という。)について図9を参照して説明する。図9(A)はEL表示装置の画素の平面図であり、図9(B)は、J−K切断線による図9(A)の断面図である。 Next, an electroluminescent display device (hereinafter referred to as an EL display device) will be described with reference to FIG. FIG. 9A is a plan view of a pixel of the EL display device, and FIG. 9B is a cross-sectional view of FIG. 9A taken along the line JK.

図9(A)に示すように、画素は、TFTでなる選択用トランジスタ401、表示制御用トランジスタ402、走査線405、信号線406、および電流供給線407、画素電極408を含む。エレクトロルミネセンス材料を含んで形成される層(EL層)が一対の電極間に挟んだ構造の発光素子が各画素に設けられている。発光素子の一方の電極が画素電極408である。また、半導体膜403は、選択用トランジスタ401のチャネル形成領域、ソース領域およびドレイン領域が形成されている。半導体膜404は、表示制御用トランジスタ402のチャネル形成領域、ソース領域およびドレイン領域が形成されている。半導体膜403、404は、ベース基板上に設けられた単結晶半導体膜302から形成された層である。 As shown in FIG. 9A, the pixel includes a selection transistor 401 made of TFT, a display control transistor 402, a scanning line 405, a signal line 406, a current supply line 407, and a pixel electrode 408. Each pixel is provided with a light-emitting element having a structure in which a layer (EL layer) formed including an electroluminescent material is sandwiched between a pair of electrodes. One electrode of the light emitting element is a pixel electrode 408. In the semiconductor film 403, a channel formation region, a source region, and a drain region of the selection transistor 401 are formed. In the semiconductor film 404, a channel formation region, a source region, and a drain region of the display control transistor 402 are formed. The semiconductor films 403 and 404 are layers formed from the single crystal semiconductor film 302 provided over the base substrate.

選択用トランジスタ401において、ゲート電極は走査線405に含まれ、ソース電極またはドレイン電極の一方は信号線406に含まれ、他方は電極410として形成されている。表示制御用トランジスタ402は、ゲート電極412が電極411と電気的に接続され、ソース電極またはドレイン電極の一方は、画素電極408に電気的に接続される電極413として形成され、他方は、電流供給線407に含まれている。 In the selection transistor 401, the gate electrode is included in the scanning line 405, one of the source electrode and the drain electrode is included in the signal line 406, and the other is formed as the electrode 410. In the display control transistor 402, the gate electrode 412 is electrically connected to the electrode 411, one of the source electrode and the drain electrode is formed as an electrode 413 electrically connected to the pixel electrode 408, and the other is supplied with current. Included in line 407.

表示制御用トランジスタ402はpチャネル型のTFTである。図9(B)に示すように、半導体膜404には、チャネル形成領域451、およびp型の高濃度不純物領域452が形成されている。なお、SOI基板は、上記実施の形態で作製したSOI基板が用いられている。 The display control transistor 402 is a p-channel TFT. As shown in FIG. 9B, a channel formation region 451 and a p-type high concentration impurity region 452 are formed in the semiconductor film 404. Note that the SOI substrate manufactured in the above embodiment is used as the SOI substrate.

表示制御用トランジスタ402のゲート電極412を覆って、層間絶縁膜427が形成されている。層間絶縁膜427上に、信号線406、電流供給線407、電極411、413などが形成されている。また、層間絶縁膜427上には、電極413に電気的に接続されている画素電極408が形成されている。画素電極408は周辺部が絶縁性の隔壁層428で囲まれている。画素電極408上にはEL層429が形成され、EL層429上には対向電極430が形成されている。補強板として対向基板431が設けられており、対向基板431は樹脂層432によりベース基板120に固定されている。 An interlayer insulating film 427 is formed to cover the gate electrode 412 of the display control transistor 402. Over the interlayer insulating film 427, a signal line 406, a current supply line 407, electrodes 411, 413, and the like are formed. Further, a pixel electrode 408 that is electrically connected to the electrode 413 is formed over the interlayer insulating film 427. The peripheral portion of the pixel electrode 408 is surrounded by an insulating partition layer 428. An EL layer 429 is formed over the pixel electrode 408, and a counter electrode 430 is formed over the EL layer 429. A counter substrate 431 is provided as a reinforcing plate, and the counter substrate 431 is fixed to the base substrate 120 by a resin layer 432.

EL表示装置の階調の制御は、発光素子の輝度を電流で制御する電流駆動方式と、電圧でその輝度を制御する電圧駆動方式とがあるが、電流駆動方式は、画素ごとでトランジスタの特性値の差が大きい場合、採用することは困難であり、そのためには特性のばらつきを補正する補正回路が必要になる。SOI基板の作製工程、およびゲッタリング工程を含む製造方法でEL表示を作製することで、選択用トランジスタ401および表示制御用トランジスタ402は画素ごとに特性のばらつきがなくなるため、電流駆動方式を採用することができる。 There are two methods for controlling the gradation of an EL display device: a current driving method in which the luminance of a light-emitting element is controlled by current, and a voltage driving method in which the luminance is controlled by voltage. When the difference in values is large, it is difficult to adopt, and for this purpose, a correction circuit for correcting variation in characteristics is required. Since an EL display is manufactured by a manufacturing method including an SOI substrate manufacturing process and a gettering process, characteristics of the selection transistor 401 and the display control transistor 402 are eliminated from pixel to pixel, so that a current driving method is employed. be able to.

つまり、SOI基板を用いることで、様々な電気機器を作製することができる。電気機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポなど)、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など)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDVD(digital versatile disc)などの記録媒体に記憶された音声データを再生し、かつ記憶された画像データを表示しうる表示装置を備えた装置などが含まれる。それらの一例を図12に示す。 That is, various electrical devices can be manufactured by using an SOI substrate. Electrical equipment includes video cameras, digital cameras, navigation systems, sound playback devices (car audio, audio components, etc.), computers, game machines, personal digital assistants (mobile computers, mobile phones, portable game machines, electronic books, etc.) An image reproduction apparatus provided with a recording medium (specifically, an apparatus provided with a display device capable of reproducing audio data stored in a recording medium such as a DVD (digital versatile disc) and displaying the stored image data) An example of these is shown in FIG.

図12は、上述した表示装置を適用した携帯電話の一例であり、図12(A)が正面図、図12(B)が背面図、図12(C)が2つの筐体をスライドさせたときの正面図である。携帯電話700は、筐体701及び筐体702二つの筐体で構成されている。携帯電話700は、携帯電話と携帯情報端末の双方の機能を備えており、コンピュータを内蔵し、音声通話以外にも様々なデータ処理が可能な所謂スマートフォンである。 12A and 12B illustrate an example of a mobile phone to which the display device described above is applied. FIG. 12A is a front view, FIG. 12B is a rear view, and FIG. It is a front view at the time. The cellular phone 700 is composed of two housings 701 and 702. The cellular phone 700 is a so-called smartphone that has both functions of a cellular phone and a portable information terminal, has a built-in computer, and can perform various data processing in addition to voice calls.

携帯電話700は、筐体701及び筐体702で構成されている。筐体701においては、表示部703、スピーカ704、マイクロフォン705、操作キー706、ポインティングデバイス707、表面カメラ用レンズ708、外部接続端子ジャック709及びイヤホン端子710等を備え、筐体702においては、キーボード711、外部メモリスロット712、裏面カメラ713、ライト714等により構成されている。また、アンテナは筐体701に内蔵されている。 A cellular phone 700 is composed of a housing 701 and a housing 702. A housing 701 includes a display portion 703, a speaker 704, a microphone 705, operation keys 706, a pointing device 707, a front camera lens 708, an external connection terminal jack 709, an earphone terminal 710, and the like. A housing 702 includes a keyboard. 711, an external memory slot 712, a rear camera 713, a light 714, and the like. The antenna is built in the housing 701.

また、携帯電話700には、上記の構成に加えて、非接触型ICチップ、小型記録装置等を内蔵していてもよい。 In addition to the above structure, the cellular phone 700 may incorporate a non-contact IC chip, a small recording device, and the like.

重なり合った筐体701と筐体702(図12(A)に示す。)は、スライドさせることが可能であり、スライドさせることで図12(C)のように展開する。表示部703には、上述した表示装置の作製方法を適用した表示パネル又は表示装置を組み込むことが可能である。表示部703と表面カメラ用レンズ708を同一の面に備えているため、テレビ電話としての使用が可能である。また、表示部703をファインダーとして用いることで、裏面カメラ713及びライト714で静止画及び動画の撮影が可能である。 The housings 701 and 702 that overlap each other (shown in FIG. 12A) can be slid, and are expanded as illustrated in FIG. 12C. The display portion 703 can incorporate a display panel or a display device to which the above-described method for manufacturing a display device is applied. Since the display portion 703 and the front camera lens 708 are provided on the same surface, they can be used as a videophone. Further, by using the display portion 703 as a viewfinder, still images and moving images can be taken with the rear camera 713 and the light 714.

スピーカ704及びマイクロフォン705を用いることで、携帯電話700は、音声記録装置(録音装置)又は音声再生装置として使用することができる。また、操作キー706により、電話の発着信操作、電子メール等の簡単な情報入力操作、表示部に表示する画面のスクロール操作、表示部に表示する情報の選択等を行うカーソルの移動操作等が可能である。 By using the speaker 704 and the microphone 705, the mobile phone 700 can be used as an audio recording device (recording device) or an audio reproducing device. In addition, operation keys 706 can be used to perform incoming / outgoing calls, simple information input operations such as e-mail, scroll operation of a screen displayed on the display unit, cursor movement operation for selecting information displayed on the display unit, and the like. Is possible.

また、書類の作成、携帯情報端末としての使用等、取り扱う情報が多い場合は、キーボード711を用いると便利である。更に、重なり合った筐体701と筐体702(図12(A))をスライドさせることで、図12(C)のように展開させることができる。携帯情報端末として使用する場合には、キーボード711及びポインティングデバイス707を用いて、円滑な操作でマウスの操作が可能である。外部接続端子ジャック709はACアダプタ及びUSBケーブル等の各種ケーブルと接続可能であり、充電及びパーソナルコンピュータ等とのデータ通信が可能である。また、外部メモリスロット712に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動が可能になる。 In addition, it is convenient to use the keyboard 711 when there is a lot of information to be handled, such as creation of a document or use as a portable information terminal. Further, by sliding the housings 701 and 702 (FIG. 12A) which overlap with each other, they can be developed as shown in FIG. When used as a portable information terminal, the mouse can be operated smoothly by using the keyboard 711 and the pointing device 707. The external connection terminal jack 709 can be connected to an AC adapter and various cables such as a USB cable, and charging and data communication with a personal computer or the like are possible. In addition, a large amount of data can be stored and moved by inserting a recording medium into the external memory slot 712.

筐体702の裏面(図12(B))には、裏面カメラ713及びライト714を備え、表示部703をファインダーとして静止画及び動画の撮影が可能である。 The rear surface of the housing 702 (FIG. 12B) is provided with a rear camera 713 and a light 714, and a still image and a moving image can be taken using the display portion 703 as a viewfinder.

また、上記の機能構成に加えて、赤外線通信機能、USBポート、テレビワンセグ受信機能、非接触ICチップ又はイヤホンジャック等を備えたものであってもよい。 Further, in addition to the above functional configuration, an infrared communication function, a USB port, a TV one-segment reception function, a non-contact IC chip, an earphone jack, or the like may be provided.

図12において説明した各種電子機器は、上述したトランジスタ及び表示装置の作製方法を適用して作製することができる。 Various electronic devices described with reference to FIGS. 12A and 12B can be manufactured by applying the above-described manufacturing method of the transistor and the display device.

100 半導体基板
102 酸化膜
120 ベース基板
151 基板支持台
152 基板配置部
153 開口
154 リフトピン
155 昇降機構
156 制御部
157 支持台
158 圧力センサー
160 帯電器
161 基板支持台
251 半導体膜
252 半導体膜
254 絶縁膜
255 ゲート電極
256 ゲート電極
257 低濃度不純物領域
258 チャネル形成領域
259 高濃度不純物領域
260 チャネル形成領域
261 サイドウォール絶縁膜
265 レジスト
267 高濃度不純物領域
268 絶縁膜
269 層間絶縁膜
270 配線
302 単結晶半導体膜
320 単結晶半導体膜
322 走査線
323 信号線
324 画素電極
325 TFT
327 層間絶縁膜
328 電極
329 柱状スペーサ
330 配向膜
332 対向基板
333 対向電極
334 配向膜
335 液晶層
340 チャネル形成領域
341 高濃度不純物領域
401 選択用トランジスタ
402 表示制御用トランジスタ
403 半導体膜
404 半導体膜
405 走査線
406 信号線
407 電流供給線
408 画素電極
410 電極
411 電極
412 ゲート電極
413 電極
427 層間絶縁膜
428 隔壁層
429 EL層
430 対向電極
431 対向基板
432 樹脂層
451 チャネル形成領域
452 高濃度不純物領域
500 マイクロプロセッサ
501 演算回路
502 演算回路制御部
503 命令解析部
504 制御部
505 タイミング制御部
506 レジスタ
507 レジスタ制御部
508 バスインターフェース
509 専用メモリ
510 メモリインターフェース
511 RFCPU
512 アナログ回路部
513 デジタル回路部
514 共振回路
515 整流回路
516 定電圧回路
517 リセット回路
518 発振回路
519 復調回路
520 変調回路
521 RFインターフェース
522 制御レジスタ
523 クロックコントローラ
524 CPUインターフェース
525 中央処理ユニット
526 ランダムアクセスメモリ
527 専用メモリ
528 アンテナ
529 容量部
530 電源管理回路
550 加熱温度
700 携帯電話
701 筐体
702 筐体
703 表示部
704 スピーカ
705 マイクロフォン
706 操作キー
707 ポインティングデバイス
708 表面カメラ用レンズ
709 外部接続端子ジャック
710 イヤホン端子
711 キーボード
712 外部メモリスロット
713 裏面カメラ
714 ライト
100a 半導体基板
100b 半導体基板
100c 半導体基板
102a 絶縁膜
102b 絶縁膜
104a 脆化領域
104b 脆化領域
124a 単結晶半導体膜
100 Semiconductor substrate 102 Oxide film 120 Base substrate 151 Substrate support table 152 Substrate placement unit 153 Opening 154 Lift pin 155 Lifting mechanism 156 Control unit 157 Support table 158 Pressure sensor 160 Charger 161 Substrate support table 251 Semiconductor film 252 Semiconductor film 254 Insulating film 255 Gate electrode 256 Gate electrode 257 Low concentration impurity region 258 Channel formation region 259 High concentration impurity region 260 Channel formation region 261 Side wall insulating film 265 Resist 267 High concentration impurity region 268 Insulating film 269 Interlayer insulating film 270 Wiring 302 Single crystal semiconductor film 320 Single crystal semiconductor film 322 Scan line 323 Signal line 324 Pixel electrode 325 TFT
327 Interlayer insulating film 328 Electrode 329 Columnar spacer 330 Alignment film 332 Counter substrate 333 Counter electrode 334 Alignment film 335 Liquid crystal layer 340 Channel formation region 341 High concentration impurity region 401 Selection transistor 402 Display control transistor 403 Semiconductor film 404 Semiconductor film 405 Scanning Line 406 Signal line 407 Current supply line 408 Pixel electrode 410 Electrode 411 Electrode 412 Gate electrode 413 Electrode 427 Interlayer insulating film 428 Partition layer 429 EL layer 430 Counter electrode 431 Counter substrate 432 Resin layer 451 Channel formation region 452 High concentration impurity region 500 Micro Processor 501 Arithmetic circuit 502 Arithmetic circuit control unit 503 Instruction analysis unit 504 Control unit 505 Timing control unit 506 Register 507 Register control unit 508 Bus interface 509 Dedicated memory 510 Memory Interface 511 RFCPU
512 Analog circuit unit 513 Digital circuit unit 514 Resonant circuit 515 Rectifier circuit 516 Constant voltage circuit 517 Reset circuit 518 Oscillator circuit 519 Demodulator circuit 520 Modulator circuit 521 RF interface 522 Control register 523 Clock controller 524 CPU interface 525 Central processing unit 526 Random access memory 527 Dedicated memory 528 Antenna 529 Capacitance unit 530 Power management circuit 550 Heating temperature 700 Mobile phone 701 Case 702 Case 703 Display unit 704 Speaker 705 Microphone 706 Operation key 707 Pointing device 708 Surface camera lens 709 External connection terminal jack 710 Earphone terminal 711 Keyboard 712 External memory slot 713 Rear camera 714 Light 100a Semiconductor substrate 00b the semiconductor substrate 100c semiconductor substrate 102a insulating film 102b insulating film 104a embrittlement region 104b embrittled region 124a single crystal semiconductor film

Claims (10)

第1の基板支持台上に複数の半導体基板を設け、
第2の基板支持台上にベース基板を設け、
前記複数の半導体基板の表面と前記ベース基板の表面が所定の間隔をもって対向するように、前記第1の基板支持台の上方に前記第2の基板支持台を配置し、
前記複数の半導体基板又は前記ベース基板を帯電させ、
前記複数の半導体基板の表面と前記ベース基板の表面の間隔を狭めることにより、前記ベース基板の表面に前記複数の半導体基板を接触させ、前記ベース基板の表面と前記複数の半導体基板の表面を接合させることを特徴とするSOI基板の作製方法。
Providing a plurality of semiconductor substrates on a first substrate support;
Providing a base substrate on the second substrate support;
Disposing the second substrate support above the first substrate support so that the surfaces of the plurality of semiconductor substrates and the surface of the base substrate face each other with a predetermined interval;
Charging the plurality of semiconductor substrates or the base substrate;
By narrowing the distance between the surfaces of the plurality of semiconductor substrates and the surface of the base substrate, the plurality of semiconductor substrates are brought into contact with the surface of the base substrate, and the surfaces of the base substrate and the surfaces of the plurality of semiconductor substrates are bonded. And a method for manufacturing an SOI substrate.
請求項1において、
前記複数の半導体基板又は前記ベース基板の帯電を、前記第1の基板支持台又は前記第2の基板支持台の一方をグラウンド電位とし、他方を正電位又は負電位として、前記第1の基板支持台と前記第2の基板支持台との間に直流電圧を印加することにより行うことを特徴とするSOI基板の作製方法。
In claim 1,
The plurality of semiconductor substrates or the base substrate is charged with one of the first substrate support base and the second substrate support base being a ground potential and the other being a positive potential or a negative potential. A method for manufacturing an SOI substrate, which is performed by applying a DC voltage between a table and the second substrate support table.
請求項1において、
前記複数の半導体基板又は前記ベース基板の帯電を、前記複数の半導体基板の表面又は前記ベース基板の表面にプラスイオン又はマイナスイオンを付与することにより行うことを特徴とするSOI基板の作製方法。
In claim 1,
A method for manufacturing an SOI substrate, wherein the plurality of semiconductor substrates or the base substrate is charged by applying positive ions or negative ions to the surfaces of the plurality of semiconductor substrates or the surface of the base substrate.
第1の基板支持台上に複数の半導体基板を設け、
第2の基板支持台上にベース基板を設け、
前記複数の半導体基板の表面と前記ベース基板の表面が所定の間隔をもって対向するように、前記第1の基板支持台の上方に前記第2の基板支持台を配置し、
互いに異なる極性となるよう前記複数の半導体基板及び前記ベース基板の双方を帯電させ、
前記複数の半導体基板の表面と前記ベース基板の表面の間隔を狭めることにより、前記ベース基板の表面に前記複数の半導体基板を接触させ、前記ベース基板の表面と前記複数の半導体基板の表面を接合させることを特徴とするSOI基板の作製方法。
Providing a plurality of semiconductor substrates on a first substrate support;
Providing a base substrate on the second substrate support;
Disposing the second substrate support above the first substrate support so that the surfaces of the plurality of semiconductor substrates and the surface of the base substrate face each other with a predetermined interval;
Charging both the plurality of semiconductor substrates and the base substrate to have different polarities,
By narrowing the distance between the surfaces of the plurality of semiconductor substrates and the surface of the base substrate, the plurality of semiconductor substrates are brought into contact with the surface of the base substrate, and the surfaces of the base substrate and the surfaces of the plurality of semiconductor substrates are bonded. And a method for manufacturing an SOI substrate.
請求項4において、
前記複数の半導体基板及び前記ベース基板の帯電を、前記第1の基板支持台と前記第2の基板支持台の一方を正電位とし、他方を負電位として、前記第1の基板支持台と前記第2の基板支持台との間に直流電圧を印加することにより行うことを特徴とするSOI基板の作製方法。
In claim 4,
The charging of the plurality of semiconductor substrates and the base substrate is performed by setting one of the first substrate support base and the second substrate support base to a positive potential and the other to a negative potential. A method for manufacturing an SOI substrate, which is performed by applying a DC voltage to a second substrate support.
請求項4において、
前記複数の半導体基板及び前記ベース基板の帯電を、前記複数の半導体基板の表面にプラスイオン又はマイナスイオンの一方を付与し、前記ベース基板の表面に前記半導体基板と極性が異なるようにプラスイオン又はマイナスイオンの他方を付与することにより行うことを特徴とするSOI基板の作製方法。
In claim 4,
The plurality of semiconductor substrates and the base substrate are charged by applying either positive ions or negative ions to the surfaces of the plurality of semiconductor substrates, and positive ions or negative ions on the surface of the base substrate so as to have a polarity different from that of the semiconductor substrate. A method for manufacturing an SOI substrate, which is performed by applying the other of negative ions.
請求項1乃至請求項6のいずれか一項において、
前記ベース基板の表面に前記複数の半導体基板を接触させた後、前記複数の半導体基板の各々に圧力を加えて、前記ベース基板の表面と前記複数の半導体基板の表面を接合させることを特徴とするSOI基板の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 6,
After bringing the plurality of semiconductor substrates into contact with the surface of the base substrate, pressure is applied to each of the plurality of semiconductor substrates to bond the surface of the base substrate and the surfaces of the plurality of semiconductor substrates. A method for manufacturing an SOI substrate.
請求項1乃至請求項7のいずれか一項において、
前記第1の基板支持台は、凹部を有する基板配置領域を具備しており、
前記複数の半導体基板を前記基板配置部の凹部にそれぞれ配置することを特徴とするSOI基板の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
The first substrate support has a substrate arrangement region having a recess,
A method for manufacturing an SOI substrate, wherein the plurality of semiconductor substrates are respectively disposed in recesses of the substrate placement portion.
請求項1乃至請求項8のいずれか一項において、
前記複数の半導体基板と前記ベース基板の接合を減圧雰囲気下で行うことを特徴とするSOI基板の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 8,
A method for manufacturing an SOI substrate, wherein the bonding of the plurality of semiconductor substrates and the base substrate is performed in a reduced pressure atmosphere.
請求項1乃至請求項9のいずれか一項において、
前記ベース基板としてガラス基板を用いることを特徴とするSOI基板の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 9,
A method for manufacturing an SOI substrate, wherein a glass substrate is used as the base substrate.
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