JP2010087428A - Method of manufacturing soi substrate - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of eliminating a process of polishing a separation bond substrate in regenerating a separation bond substrate after a semiconductor film is separated therefrom to a regenerated bond substrate usable for manufacturing an SOI substrate. <P>SOLUTION: In a cycle including a manufacturing process of an SOI substrate and a regeneration processing process of a separation bond substrate, the SOI substrate is manufactured using a bond substrate where the thickness of a peripheral part of the substrate is smaller than that in a central part thereof due to edge roll-off or the like, and a separation bond substrate is regenerated to a regenerated bond substrate with a projecting part formed in a peripheral part of the substrate by polishing by a CMP method at a low polishing rate in a regeneration processing process. Since the height of the projecting part is smaller than that of the central part, the regenerated bond substrate can be used as a bond substrate again. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、SOI(Silicon on Insulator)基板の作製方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an SOI (Silicon on Insulator) substrate.

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層が設けられたSOI(Silicon on Insulator)基板を使った集積回路が開発されている。絶縁膜上に形成された薄い単結晶シリコン膜の特徴を活かすことで、集積回路中のトランジスタ同士を完全に分離して形成することができる。またトランジスタを完全空乏型とすることができるため、高集積、高速駆動、低消費電圧など付加価値の高い半導体集積回路を実現することができる。 In recent years, an integrated circuit using an SOI (Silicon on Insulator) substrate in which a thin single crystal semiconductor layer is provided on an insulating surface instead of a bulk silicon wafer has been developed. By making use of the characteristics of the thin single crystal silicon film formed over the insulating film, the transistors in the integrated circuit can be completely separated from each other. Further, since the transistor can be a fully depleted type, a semiconductor integrated circuit with high added value such as high integration, high speed driving, and low power consumption can be realized.

SOI基板を製造する方法の1つとして、水素イオン注入剥離法が挙げられる。(例えば、特許文献1参照)。水素イオン注入剥離法によるSOI基板の作製方法は次のようになる。まず、単結晶シリコンウエハ表面に二酸化珪素膜を形成する。次に、単結晶シリコンウエハに水素イオンを注入することによって単結晶シリコンウエハ中の所定の深さに脆化領域を形成する。それから、二酸化珪素膜を介して、水素イオンを注入した単結晶シリコンウエハを別の単結晶シリコンウエハに接合させる。しかる後熱処理を施すことで、該脆化領域が劈開面となり、水素イオンを注入した単結晶シリコンウエハが薄膜状に分離し、接合させた単結晶シリコンウエハ上に単結晶シリコン薄膜を形成することができる。 One method for manufacturing an SOI substrate is a hydrogen ion implantation separation method. (For example, refer to Patent Document 1). A method for manufacturing an SOI substrate by a hydrogen ion implantation separation method is as follows. First, a silicon dioxide film is formed on the surface of a single crystal silicon wafer. Next, hydrogen ions are implanted into the single crystal silicon wafer to form an embrittled region at a predetermined depth in the single crystal silicon wafer. Then, the single crystal silicon wafer implanted with hydrogen ions is bonded to another single crystal silicon wafer through the silicon dioxide film. Thereafter, by performing heat treatment, the embrittled region becomes a cleavage plane, the single crystal silicon wafer into which hydrogen ions are implanted is separated into a thin film, and a single crystal silicon thin film is formed on the bonded single crystal silicon wafer. Can do.

また、上述の水素イオン注入剥離法でSOI基板を作製する際には、単結晶シリコン薄膜と分離された剥離シリコンウエハが得られる。剥離シリコンウエハに再生処理を施し、SOI基板作製に繰り返し使用することにより、SOI基板作製のコストダウンと高効率化を図ることができる。例えば、剥離シリコンウエハの周辺に形成される面取り部を鏡面研磨によって除去することで剥離シリコンウエハを再生する方法が特許文献2に開示されている。
特開2000−124092号公報 特許第3943782号公報
Further, when an SOI substrate is manufactured by the hydrogen ion implantation separation method described above, a separation silicon wafer separated from the single crystal silicon thin film is obtained. By performing reprocessing on the peeled silicon wafer and repeatedly using it for manufacturing an SOI substrate, it is possible to reduce the cost and increase the efficiency of manufacturing the SOI substrate. For example, Patent Document 2 discloses a method for reclaiming a peeled silicon wafer by removing a chamfered portion formed around the peeled silicon wafer by mirror polishing.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-124092 Japanese Patent No. 39437882

上述したように、水素イオン注入剥離法を用いてSOI基板を作製すると、ボンド基板(単結晶半導体基板)をベース基板に貼り合わせた後、ボンド基板を分離することによってガラス基板上に薄膜の半導体膜が形成される。しかし、市販の単結晶シリコンウエハ等のボンド基板には、単結晶シリコンウエハの研磨によって、エッジロールオフ(Edge Roll Off:E.R.O.)と呼ばれる、中央部より基板の厚さが薄い部分が基板周辺部に存在するので、ボンド基板の周辺部はガラス基板にうまく貼り合わせることができない。 As described above, when an SOI substrate is manufactured using the hydrogen ion implantation separation method, a bond substrate (single crystal semiconductor substrate) is bonded to a base substrate, and then the bond substrate is separated to form a thin film semiconductor over the glass substrate. A film is formed. However, in a bond substrate such as a commercially available single crystal silicon wafer, the thickness of the substrate is thinner than the central portion, which is called edge roll-off (ERO), by polishing the single crystal silicon wafer. Since the portion exists in the peripheral portion of the substrate, the peripheral portion of the bond substrate cannot be well bonded to the glass substrate.

これによって、ベース基板上の薄膜の半導体膜と分離された、分離ボンド基板の周辺部には、本来ベース基板上に貼り合わせられるべき半導体層と絶縁膜が残存した残存部が形成される。また、分離ボンド基板の表面は、半導体膜との分離によって凹凸が形成され、平坦性を欠いている。 As a result, a semiconductor layer to be bonded to the base substrate and a remaining portion where the insulating film remains are formed in the peripheral portion of the separation bond substrate separated from the thin semiconductor film on the base substrate. Further, the surface of the separation bond substrate is uneven due to separation from the semiconductor film, and lacks flatness.

ここで、ボンド基板周辺の残存部と表面の凹凸を除去し、平坦化するための方法としては、化学機械研磨法(Chemical Mechanical Polishing:CMP法)が挙げられる。しかし、CMP法は基板表面を機械的に研磨する方法のため、分離ボンド基板周辺部に形成された残存部を完全に除去するには、ボンド基板の研磨代が大きくなるという問題がある。つまり、再生処理工程におけるボンド基板の取り代が大きくなり、1枚のボンド基板を再生使用できる回数が減るためにコスト増大につながる。また、研磨工程に用いるCMP装置では、1回の工程で処理できるボンド基板の枚数が少ないため、処理時間が長くなり、研磨布やスラリー(研磨材)などの消耗品が大量に必要になる。 Here, a chemical mechanical polishing method (CMP method) can be given as a method for removing the remaining portion around the bond substrate and unevenness on the surface and flattening. However, since the CMP method is a method of mechanically polishing the substrate surface, there is a problem that the polishing cost of the bond substrate becomes large in order to completely remove the remaining portion formed around the separation bond substrate. That is, the cost for removing the bond substrate in the recycling process increases, and the number of times that one bond substrate can be recycled is reduced, leading to an increase in cost. Further, in the CMP apparatus used for the polishing process, since the number of bond substrates that can be processed in one process is small, the processing time becomes long, and a large amount of consumables such as polishing cloth and slurry (abrasive material) is required.

本発明は上記の問題を鑑み、半導体膜が分離された後の分離ボンド基板を、SOI基板作製に用いることが可能な再生ボンド基板に再生する際に、分離ボンド基板の研磨工程を削減する方法を提供することを課題の一つとする。 In view of the above problems, the present invention is a method for reducing the polishing process of a separation bond substrate when the separation bond substrate after the semiconductor film is separated is regenerated into a reproduction bond substrate that can be used for manufacturing an SOI substrate. Is one of the issues.

本発明のSOI基板の作製方法は、SOI基板の作製工程と分離ボンド基板の再生処理工程からなる。エッジロールオフなどで基板周辺部の厚さが中央部より薄いボンド基板を用いてSOI基板を作製し、再生処理工程において研磨レートが低いCMP法で分離ボンド基板を、基板周辺部に凸部が形成された再生ボンド基板に再生する。凸部の高さは基板の中央部より低いので、再生ボンド基板を再びボンド基板として使用することができる。 The method for manufacturing an SOI substrate of the present invention includes an SOI substrate manufacturing process and a separation bond substrate regeneration process. An SOI substrate is manufactured using a bond substrate whose peripheral portion is thinner than the central portion by edge roll-off, etc., and a separation bond substrate is formed by a CMP method with a low polishing rate in the regeneration processing process, and a convex portion is formed on the peripheral portion of the substrate. It reproduces | regenerates to the formed reproduction | regeneration bond substrate. Since the height of the convex portion is lower than the central portion of the substrate, the recycled bond substrate can be used again as a bond substrate.

本発明のSOI基板の作製方法の一は、中央部より周辺部の厚さが薄いボンド基板上に絶縁膜を形成し、ボンド基板の表面からイオンを照射することによって脆化層を形成し、ボンド基板を、絶縁膜を介してベース基板と貼り合わせ、脆化層においてボンド基板を、ベース基板上に絶縁膜を介して貼り合わせられた半導体膜と、分離ボンド基板とに分離するSOI基板作製工程と、分離ボンド基板に第1の研磨を行い、凸部が周辺部に形成された第1の再生ボンド基板を作製し、第1の再生ボンド基板の形状は、中央部に平行且つ凸部より下に位置する基準面から凸部先端までの距離D1と、基準面から中央部までの距離D2が、D1≦D2の関係を満たす第1の再生処理工程と、を含むことを特徴とする。 In one method for manufacturing an SOI substrate of the present invention, an insulating film is formed over a bond substrate whose peripheral portion is thinner than a central portion, and an embrittlement layer is formed by irradiating ions from the surface of the bond substrate. An SOI substrate is manufactured by bonding a bond substrate to a base substrate through an insulating film, and separating the bond substrate in the embrittlement layer into a semiconductor film bonded to the base substrate through the insulating film and a separation bond substrate And first polishing the separation bond substrate to produce a first recycled bond substrate having a convex portion formed in the peripheral portion, and the shape of the first recycled bond substrate is parallel to the central portion and the convex portion A distance D1 from the lower reference surface to the tip of the convex portion and a first reproduction processing step in which the distance D2 from the reference surface to the center portion satisfies a relationship of D1 ≦ D2. .

本発明のSOI基板の作製方法の一は、中央部より周辺部の厚さが薄いボンド基板上に絶縁膜を形成し、ボンド基板の表面からイオンを照射することによって脆化層を形成し、ボンド基板を、絶縁膜を介してベース基板と貼り合わせ、脆化層においてボンド基板を、ベース基板上に絶縁膜を介して貼り合わせられた半導体膜と、分離ボンド基板とに分離するSOI基板作製工程と、分離ボンド基板に第1の研磨を行い、凸部が周辺部に形成された第1の再生ボンド基板を作製し、第1の再生ボンド基板の形状は、中央部に平行且つ凸部より下に位置する基準面から凸部先端までの距離D1と、基準面から中央部までの距離D2が、D1≦D2の関係を満たす第1の再生処理工程と、を含み、第1の再生ボンド基板をボンド基板として用いて、SOI基板作製工程と第1の再生処理工程を繰り返すSOI基板の作製方法であって、SOI基板作製工程と第1の再生処理工程を複数回繰り返すごとに、第1の再生処理工程の代わりに、分離ボンド基板にフッ酸を含むエッチャントでウェットエッチングを行い、分離ボンド基板に、第1の研磨より研磨レートが高い第2の研磨を行い、中央部より周辺部の厚さが薄い第2の再生ボンド基板を作製する第2の再生処理工程を行うことを特徴とする。 In one method for manufacturing an SOI substrate of the present invention, an insulating film is formed over a bond substrate whose peripheral portion is thinner than a central portion, and an embrittlement layer is formed by irradiating ions from the surface of the bond substrate. An SOI substrate is manufactured by bonding a bond substrate to a base substrate through an insulating film, and separating the bond substrate in the embrittlement layer into a semiconductor film bonded to the base substrate through the insulating film and a separation bond substrate And first polishing the separation bond substrate to produce a first recycled bond substrate having a convex portion formed in the peripheral portion, and the shape of the first recycled bond substrate is parallel to the central portion and the convex portion A first reproduction processing step in which a distance D1 from the reference surface located below to the tip of the convex portion and a distance D2 from the reference surface to the central portion satisfy a relationship of D1 ≦ D2; Using a bond substrate as a bond substrate, An SOI substrate manufacturing method in which an OI substrate manufacturing process and a first regeneration process are repeated, and each time the SOI substrate manufacturing process and the first regeneration process are repeated a plurality of times, instead of the first regeneration process, Wet etching is performed on the separation bond substrate with an etchant containing hydrofluoric acid, and second separation with a polishing rate higher than that of the first polishing is performed on the separation bond substrate, and the thickness of the peripheral portion is thinner than the central portion. A second regeneration process step for manufacturing a bond substrate is performed.

なお、本発明のSOI基板の作製方法において、分離ボンド基板に第1の研磨を行う前に、分離ボンド基板にフッ酸を含むエッチャントでウェットエッチングを行うことが好ましい。また、第2の研磨の後で、第1の研磨を行うことが好ましい。また、第1の研磨の研磨代を500nm乃至1000nmとすることが好ましい。また、第2の研磨の研磨代を5μm乃至20μmとすることが好ましい。また、SOI基板作製工程と第1の再生処理工程を10回乃至30回繰り返すごとに、第1の再生処理工程の代わりに、第2の再生処理工程を行うことが好ましい。また、フッ酸を含むエッチャントは、フッ酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤とを含む混合溶液であることが好ましい。また、研磨として、化学機械研磨法(CMP法:Chemical Mechanical Polishing)を用いることが好ましい。 Note that in the method for manufacturing an SOI substrate of the present invention, it is preferable to perform wet etching using an etchant containing hydrofluoric acid on the separation bond substrate before the first polishing is performed on the separation bond substrate. Further, it is preferable to perform the first polishing after the second polishing. Further, it is preferable that the polishing allowance of the first polishing is 500 nm to 1000 nm. The polishing allowance for the second polishing is preferably 5 μm to 20 μm. Further, it is preferable to perform the second regeneration processing step instead of the first regeneration processing step every time the SOI substrate manufacturing step and the first regeneration processing step are repeated 10 to 30 times. The etchant containing hydrofluoric acid is preferably a mixed solution containing hydrofluoric acid, ammonium fluoride, and a surfactant. Further, as the polishing, it is preferable to use a chemical mechanical polishing method (CMP method: Chemical Mechanical Polishing).

また、絶縁膜は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜から選ばれた単数の膜又は複数の膜の積層であることが好ましい。また、酸化シリコン膜は、有機シランガスを用いた化学気相成長法又はボンド基板の熱酸化により形成されたものであることが好ましい。また、ベース基板上に接して第2の絶縁膜を形成することが好ましく、第2の絶縁膜は、窒化シリコン膜又は窒化酸化シリコン膜であればさらに好ましい。また、ボンド基板は、単結晶シリコン基板であることが好ましい。また、ベース基板は、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、又はアルミノホウケイ酸ガラスであることが好ましい。 The insulating film is preferably a single film or a stack of a plurality of films selected from a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, and a silicon nitride oxide film. The silicon oxide film is preferably formed by chemical vapor deposition using an organosilane gas or by thermal oxidation of a bond substrate. In addition, it is preferable to form a second insulating film in contact with the base substrate, and it is more preferable that the second insulating film be a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film. The bond substrate is preferably a single crystal silicon substrate. The base substrate is preferably aluminosilicate glass, barium borosilicate glass, or aluminoborosilicate glass.

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 arranged in a spatially regular arrangement. Of course, single crystals are formed by regularly arranging them, but some include lattice defects that are partially disordered and those that have lattice distortions intentionally or unintentionally.

本明細書において、脆化層とは、半導体基板へイオンビームを照射し、イオンにより結晶欠陥を有するように脆弱化された層である。この脆化層を、熱処理によって亀裂を生じさせるなどにより分割することで、半導体基板より半導体膜を分離することができる。 In this specification, the embrittlement layer is a layer that is weakened so that a semiconductor substrate is irradiated with an ion beam and has crystal defects due to ions. The semiconductor film can be separated from the semiconductor substrate by dividing the embrittled layer by, for example, generating a crack by heat treatment.

本明細書において、研磨代とは、半導体基板等の基板を研磨により平坦化を行う際に、研磨により削減される該基板の厚さのことを表す。研磨代が大きい場合には、研磨により削減される基板の厚さが多くなり、研磨代が小さい場合には、研磨により削減される基板の厚さが少なくなる。 In this specification, the term “polishing allowance” refers to the thickness of a substrate that is reduced by polishing when the substrate such as a semiconductor substrate is flattened by polishing. When the polishing allowance is large, the thickness of the substrate reduced by polishing increases, and when the polishing allowance is small, the thickness of the substrate reduced by polishing decreases.

本発明により、半導体膜が分離された後の分離ボンド基板を、SOI基板作製に用いることが可能な再生ボンド基板に再生する際に、分離ボンド基板の研磨工程を削減することができる。よって、ボンド基板の取り代及び研磨工程に伴う消耗品の消費を低減することができる。これにより、SOI基板の作製とボンド基板の再生処理のサイクルにおけるコストダウンと高効率化を図ることが可能となる。 According to the present invention, when the separation bond substrate after the semiconductor film is separated is regenerated into a reproduction bond substrate that can be used for manufacturing an SOI substrate, the polishing process of the separation bond substrate can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the consumption of the consumables associated with the removal of the bond substrate and the polishing process. This makes it possible to reduce the cost and increase the efficiency in the cycle of manufacturing the SOI substrate and regenerating the bond substrate.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。ただし、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及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって、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、本明細書中の図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その説明は省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different modes, and those skilled in the art can easily understand that the modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Is done. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of this embodiment mode. Note that in the drawings in this specification, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and description thereof may be omitted.

(実施の形態1)
本実施の形態に係るSOI基板の製造方法及びそれに伴うボンド基板の再生処理方法では、ボンド基板である半導体基板から分離させた半導体膜をベース基板に接合してSOI基板を製造し、半導体膜が分離された分離ボンド基板に再生処理を施して、ボンド基板として再利用可能な再生ボンド基板を作製する。以下、図1〜図5と図8のSOI基板作製工程図を参照して、本形態に係るSOI基板の製造方法及びボンド基板の再生処理方法の一つについて説明する。
(Embodiment 1)
In the SOI substrate manufacturing method and the bond substrate recycling method according to the present embodiment, an SOI substrate is manufactured by bonding a semiconductor film separated from a semiconductor substrate, which is a bond substrate, to a base substrate. The separated separated bond substrate is subjected to a regeneration process, and a recycled bond substrate that can be reused as a bond substrate is manufactured. Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 5 and the SOI substrate manufacturing process diagram of FIG. 8, one of the SOI substrate manufacturing method and the bond substrate regeneration processing method according to this embodiment will be described.

最初に、ボンド基板100に脆化層104を形成し、ベース基板120との貼り合わせの準備を行う工程について説明する。以下の工程は、図8において工程A(ボンド基板工程)に該当する。 First, a process of forming the embrittlement layer 104 on the bond substrate 100 and preparing for bonding to the base substrate 120 will be described. The following steps correspond to step A (bond substrate step) in FIG.

まず図1(A)のような、ボンド基板100を準備する(図8の工程A−1に対応)。ボンド基板100としては、市販の半導体基板を用いることができ、例えば、シリコン、ゲルマニウムなどの単結晶半導体基板または多結晶半導体基板を用いることができる。その他に、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの化合物半導体で形成された単結晶半導体基板または多結晶半導体基板を、ボンド基板100として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)、直径16インチ(400mm)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、ボンド基板100として、矩形状の単結晶シリコン基板を用いる場合について示す。 First, a bond substrate 100 as shown in FIG. 1A is prepared (corresponding to step A-1 in FIG. 8). As the bond substrate 100, a commercially available semiconductor substrate can be used. For example, a single crystal semiconductor substrate such as silicon or germanium or a polycrystalline semiconductor substrate can be used. In addition, a single crystal semiconductor substrate or a polycrystalline semiconductor substrate formed of a compound semiconductor such as gallium arsenide or indium phosphide can be used as the bond substrate 100. 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), a diameter of 12 inches (300 mm), and a diameter of 16 inches (400 mm) is typical. is there. 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 rectangular single crystal silicon substrate is used as the bond substrate 100 is described.

ここで、ボンド基板100の周辺部には、欠けやひび割れを防ぐための面取り部と、さらに基板の内側にエッジロールオフ(Edge Roll Off:E.R.O.)と呼ばれる中央部より基板の厚さが薄い領域が形成されている。エッジロールオフ領域は、ボンド基板100を作製する際のCMP法を用いた仕上げ研磨などによって形成される。CMP法では、スラリー(研磨剤)がボンド基板100と研磨布との間に入り込み、遠心力によってボンド基板100と研磨布との間から出てくることによって、ボンド基板100を研磨する。このときスラリーの入り込みが少ないと、ボンド基板100周辺の研磨が中央部より早く進み、ボンド基板100の周辺部の面取り部の内側に、基板の厚さが薄いエッジロールオフ(Edge Roll Off:E.R.O.)領域が形成される。 Here, in the peripheral portion of the bond substrate 100, a chamfered portion for preventing chipping and cracking, and a central portion called edge roll-off (ERO) on the inner side of the substrate are provided. A region having a small thickness is formed. The edge roll-off region is formed by finish polishing using a CMP method when the bond substrate 100 is manufactured. In the CMP method, slurry (abrasive) enters between the bond substrate 100 and the polishing cloth, and comes out between the bond substrate 100 and the polishing cloth by centrifugal force, whereby the bond substrate 100 is polished. At this time, if the entry of the slurry is small, the polishing around the bond substrate 100 proceeds faster than the central portion, and the edge roll-off (Edge Roll Off: E) where the substrate is thin inside the chamfered portion of the peripheral portion of the bond substrate 100. R.O.) region is formed.

次に図1(B)に示すように、ボンド基板100の表面を洗浄した後、ボンド基板100上に絶縁膜102を形成する(図8の工程A−2に対応)。絶縁膜102は、単数の絶縁膜を用いたものであっても、複数の絶縁膜を積層して用いたものであっても良い。例えば本実施の形態では、酸化シリコンを絶縁膜102として用いる。絶縁膜102を構成する膜には、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜などのシリコンを組成に含む絶縁膜を用いることができる。なお、ボンド基板100の表面は、硫酸過水(SPM)、アンモニア過水(APM)、塩酸過水(HPM)、希フッ酸(DHF)などを用いて洗浄しておくのが好ましい。 Next, as shown in FIG. 1B, after the surface of the bond substrate 100 is cleaned, an insulating film 102 is formed over the bond substrate 100 (corresponding to step A-2 in FIG. 8). The insulating film 102 may be a single insulating film or a stack of a plurality of insulating films. For example, in this embodiment, silicon oxide is used as the insulating film 102. As the film included in the insulating film 102, an insulating film containing silicon in its composition such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or a silicon nitride oxide film can be used. Note that the surface of the bond substrate 100 is preferably cleaned using sulfuric acid / hydrogen peroxide (SPM), ammonia / hydrogen peroxide (APM), hydrochloric acid / hydrogen peroxide (HPM), dilute hydrofluoric acid (DHF), or the like.

なお、本明細書において、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素原子よりも酸素原子の数が多く、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 Forward 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、酸素原子より窒素原子の数が多く、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20〜55原子%、Siが25〜35原子%、水素が10〜30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 in this specification, the silicon oxynitride film has, as its composition, more oxygen atoms than nitrogen atoms, and Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS) and Hydrogen Forward Scattering (HFS). When measured using Scattering), the concentration ranges are 50 to 70 atomic% for oxygen, 0.5 to 15 atomic% for nitrogen, 25 to 35 atomic% for Si, and 0.1 to 10 atomic% for hydrogen. The thing contained in. In addition, the composition of the silicon nitride oxide film has a larger number of nitrogen atoms than oxygen atoms, and when measured using RBS and HFS, the concentration range is 5 to 30 atomic% and nitrogen is 20 to 55. The term “atom%” means that Si is contained in the range of 25 to 35 atom% and hydrogen is contained in the range of 10 to 30 atom%. 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.

酸化シリコンを絶縁膜102として用いる場合、絶縁膜102はシランと酸素、TEOS(テトラエトキシシラン)と酸素等の混合ガスを用い、熱CVD、プラズマCVD、常圧CVD、バイアスECRCVD等の気相成長法によって形成することができる。この場合、絶縁膜102の表面を酸素プラズマ処理で緻密化しても良い。 When silicon oxide is used as the insulating film 102, the insulating film 102 uses a mixed gas such as silane and oxygen, TEOS (tetraethoxysilane) and oxygen, and vapor phase growth such as thermal CVD, plasma CVD, atmospheric pressure CVD, and bias ECRCVD. It can be formed by the method. In this case, the surface of the insulating film 102 may be densified by oxygen plasma treatment.

また、有機シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化シリコンを、絶縁膜102として用いても良い。有機シランガスとしては、テトラエトキシシラン(TEOS:化学式Si(OC)、テトラメチルシラン(TMS:化学式Si(CH)、テトラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS)、オクタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、トリエトキシシラン(SiH(OC)、トリスジメチルアミノシラン(SiH(N(CH)等のシリコン含有化合物を用いることができる。 Alternatively, silicon oxide formed by a chemical vapor deposition method using an organosilane gas may be used as the insulating film 102. Examples of the organic silane gas include tetraethoxysilane (TEOS: chemical formula Si (OC 2 H 5 ) 4 ), tetramethylsilane (TMS: chemical formula Si (CH 3 ) 4 ), tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS), octamethylcyclotetra Use of silicon-containing compounds such as siloxane (OMCTS), hexamethyldisilazane (HMDS), triethoxysilane (SiH (OC 2 H 5 ) 3 ), trisdimethylaminosilane (SiH (N (CH 3 ) 2 ) 3 ) Can do.

また、ボンド基板100を酸化することで得られる酸化膜で、絶縁膜102を形成することもできる。上記酸化膜を形成するための、熱酸化処理には、ドライ酸化を用いても良いが、酸化雰囲気中にハロゲンを含むガスを添加しても良い。ハロゲンを含むガスとしては、HCl、HF、NF、HBr、Cl、ClF、BCl、F、Brなどから選ばれた一種又は複数種ガスを用いることができる。なお、図1(B)では、ボンド基板100の一方の面にしか絶縁膜102が形成されていないが、本実施の形態はこれに限定されない。ボンド基板100を酸化することで得られる酸化膜によって絶縁膜102を形成する場合、ボンド基板100を覆うように絶縁膜102が形成されていても良い。 Alternatively, the insulating film 102 can be formed using an oxide film obtained by oxidizing the bond substrate 100. Dry oxidation may be used for the thermal oxidation treatment for forming the oxide film, but a gas containing halogen may be added to the oxidizing atmosphere. As the gas containing halogen, one or plural kinds of gases selected from HCl, HF, NF 3 , HBr, Cl 2 , ClF, BCl 3 , F 2 , Br 2, and the like can be used. Note that in FIG. 1B, the insulating film 102 is formed only on one surface of the bond substrate 100; however, this embodiment is not limited thereto. In the case where the insulating film 102 is formed using an oxide film obtained by oxidizing the bond substrate 100, the insulating film 102 may be formed so as to cover the bond substrate 100.

例えば、酸素に対し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、700℃以上1100℃以下の温度で熱処理を行う。例えば950℃程度で熱処理を行うとよい。処理時間は0.1〜6時間、好ましくは2.5〜3.5時間とすればよい。形成される酸化膜の膜厚は、15nm〜1100nm(好ましくは50nm〜150nm)、例えば100nmとすることができる。 For example, heat treatment is performed at a temperature of 700 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower in an atmosphere containing HCl at 0.5 to 10% by volume (preferably 3% by volume) with respect to oxygen. For example, heat treatment may be performed at about 950 ° C. The treatment time may be 0.1 to 6 hours, preferably 2.5 to 3.5 hours. The thickness of the oxide film to be formed can be 15 nm to 1100 nm (preferably 50 nm to 150 nm), for example, 100 nm.

このハロゲンを含む雰囲気での熱酸化処理により、酸化膜にハロゲンを含ませることができる。ハロゲン元素を1×1017atoms/cm〜1×1021atoms/cmの濃度で酸化膜に含ませることにより、外因性不純物である重金属(例えば、Fe、Cr、Ni、Mo等)を酸化膜が捕獲するので、後に形成される半導体膜の汚染を防止することができる。また、酸化処理に含まれるハロゲン元素により、ボンド基板100の表面の欠陥が終端化されるため、酸化膜とボンド基板100との界面の局在準位密度を低減することができる。 By thermal oxidation treatment in an atmosphere containing halogen, the oxide film can contain halogen. By including a halogen element in the oxide film at a concentration of 1 × 10 17 atoms / cm 3 to 1 × 10 21 atoms / cm 3 , heavy metals (eg, Fe, Cr, Ni, Mo, etc.) that are extrinsic impurities are contained. Since the oxide film is captured, contamination of a semiconductor film to be formed later can be prevented. In addition, since the defects on the surface of the bond substrate 100 are terminated by the halogen element included in the oxidation treatment, the density of localized states at the interface between the oxide film and the bond substrate 100 can be reduced.

また、絶縁膜102に、HCl酸化などによって膜中に塩素等のハロゲンを含ませることにより、ボンド基板100に悪影響を与える不純物(例えば、Na等の可動イオン)をゲッタリングすることができる。具体的には、絶縁膜102を形成した後に行われる熱処理により、ボンド基板100に含まれる不純物が絶縁膜102に析出し、ハロゲン原子(例えば塩素原子)と反応して捕獲されることとなる。それにより絶縁膜102中に捕集した当該不純物を固定してボンド基板100の汚染を防ぐことができる。また、絶縁膜102はガラス基板と貼り合わせた場合に、ガラスに含まれるNa等の不純物を固定する膜として機能しうる。 In addition, by including halogen such as chlorine in the insulating film 102 by HCl oxidation or the like, impurities that adversely affect the bond substrate 100 (for example, movable ions such as Na) can be gettered. Specifically, by heat treatment performed after the insulating film 102 is formed, impurities contained in the bond substrate 100 are deposited on the insulating film 102 and are captured by reacting with halogen atoms (for example, chlorine atoms). Accordingly, the impurities collected in the insulating film 102 can be fixed and contamination of the bond substrate 100 can be prevented. In addition, the insulating film 102 can function as a film that fixes impurities such as Na contained in glass when the insulating film 102 is bonded to a glass substrate.

ベース基板としてガラス基板のような、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属などの半導体装置の信頼性を低下させる不純物を含む基板を用いる場合、上記不純物がベース基板からSOI基板の半導体膜に拡散することを防止できるような膜を、少なくとも1層以上、絶縁膜102が有することが好ましい。このような膜には、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜などがある。このような膜を絶縁膜102が有することで、絶縁膜102をバリア膜として機能させることができる。 In the case where a substrate containing an impurity such as an alkali metal or an alkaline earth metal that decreases the reliability of a semiconductor device such as a glass substrate is used as the base substrate, the impurity diffuses from the base substrate to the semiconductor film of the SOI substrate. It is preferable that the insulating film 102 includes at least one film that can be prevented. Examples of such a film include a silicon nitride film and a silicon nitride oxide film. When the insulating film 102 includes such a film, the insulating film 102 can function as a barrier film.

窒化シリコンを絶縁膜102として用いる場合、シランとアンモニアの混合ガスを用い、プラズマCVD等の気相成長法によって形成することができる。また、窒化酸化シリコンを絶縁膜102として用いる場合、シランとアンモニアの混合ガス、またはシランと一酸化二窒素の混合ガスを用い、プラズマCVD等の気相成長法によって形成することができる。 In the case where silicon nitride is used as the insulating film 102, it can be formed by a vapor phase growth method such as plasma CVD using a mixed gas of silane and ammonia. In the case where silicon nitride oxide is used for the insulating film 102, the insulating film 102 can be formed by a vapor deposition method such as plasma CVD using a mixed gas of silane and ammonia or a mixed gas of silane and dinitrogen monoxide.

例えば、絶縁膜102を単層構造のバリア膜として形成する場合、厚さ15nm以上300nm以下の窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜で形成することができる。 For example, when the insulating film 102 is formed as a barrier film having a single-layer structure, the insulating film 102 can be formed using a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film with a thickness of 15 nm to 300 nm.

絶縁膜102を、バリア膜として機能する2層構造の膜とする場合は、上層は、バリア機能の高い絶縁膜で構成する。上層の絶縁膜は、例えば厚さ15nm〜300nmの窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜で形成することができる。これらの膜は、不純物の拡散を防止するブロッキング効果が高いが、内部応力が高い。そのため、ボンド基板100と接する下層の絶縁膜には、上層の絶縁膜の応力を緩和する効果のある膜を選択することが好ましい。上層の絶縁膜の応力を緩和する効果のある絶縁膜として、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜およびボンド基板100を熱酸化して形成した熱酸化膜などがある。下層の絶縁膜の厚さは5nm以上200nm以下とすることができる。 In the case where the insulating film 102 is a film having a two-layer structure that functions as a barrier film, the upper layer is formed using an insulating film having a high barrier function. The upper insulating film can be formed of, for example, a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film having a thickness of 15 nm to 300 nm. These films have a high blocking effect for preventing the diffusion of impurities, but have a high internal stress. Therefore, it is preferable to select a film having an effect of relieving the stress of the upper insulating film as the lower insulating film in contact with the bond substrate 100. As an insulating film having an effect of relieving the stress of the upper insulating film, there are a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a thermal oxide film formed by thermally oxidizing the bond substrate 100, and the like. The thickness of the lower insulating film can be greater than or equal to 5 nm and less than or equal to 200 nm.

例えば、絶縁膜102をブロッキング膜として機能させるために、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜と窒化シリコン膜、酸化シリコン膜と窒化酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜と窒化酸化シリコン膜などの組み合わせで絶縁膜102を形成すると良い。 For example, in order for the insulating film 102 to function as a blocking film, a silicon oxide film and a silicon nitride film, a silicon oxynitride film and a silicon nitride film, a silicon oxide film and a silicon nitride oxide film, a silicon oxynitride film and a silicon nitride oxide film, and the like The insulating film 102 is preferably formed by a combination of the above.

また、絶縁膜102をバリア膜として機能する2層構造の膜とする場合に、さらにもう一層上に膜を形成して、絶縁膜を3層構造としても良い。その場合、最上層の絶縁膜はベース基板との接合面となるので、平滑で親水性の高い表面を有するのが好ましい。よって、最上層の絶縁膜には、化学的気相反応により形成される絶縁膜が好ましく、酸化シリコン膜が好ましい。最上層の絶縁膜として、プラズマ励起CVD法で酸化シリコン膜を形成する場合には、ソースガスに有機シランガスおよび酸素(O)ガスを用いることが好ましい。ソースガスに有機シランを用いることで、プロセス温度が350℃以下で、平滑な表面を有する酸化シリコン膜を形成することができる。また、熱CVD法で、加熱温度が500℃以下200℃以上で形成されるLTO(低温酸化物、low temperature oxide)で形成することができる。LTOの形成には、シリコンソースガスにモノシラン(SiH)またはジシラン(Si)などを用い、酸素ソースガスに一酸化二窒素(NO)などを用いることができる。また、最上層の絶縁膜の厚さは5nm以上500nm以下とすることができ、より好ましくは10nm以上200nm以下とする。 Further, in the case where the insulating film 102 has a two-layer structure functioning as a barrier film, a film may be formed on a further layer so that the insulating film has a three-layer structure. In that case, since the uppermost insulating film serves as a bonding surface with the base substrate, it is preferable to have a smooth and highly hydrophilic surface. Therefore, the uppermost insulating film is preferably an insulating film formed by a chemical vapor reaction, and a silicon oxide film is preferable. When a silicon oxide film is formed as the uppermost insulating film by a plasma enhanced CVD method, it is preferable to use an organosilane gas and an oxygen (O 2 ) gas as a source gas. By using organosilane as a source gas, a silicon oxide film having a smooth surface and a process temperature of 350 ° C. or lower can be formed. Further, it can be formed by a thermal CVD method using LTO (low temperature oxide) formed at a heating temperature of 500 ° C. or lower and 200 ° C. or higher. For the formation of LTO, monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ) or the like can be used as a silicon source gas, and dinitrogen monoxide (N 2 O) or the like can be used as an oxygen source gas. The uppermost insulating film can have a thickness of 5 nm to 500 nm, more preferably 10 nm to 200 nm.

例えば、最上層の絶縁膜を、ソースガスにTEOSとOを用いて、酸化シリコン膜で形成する場合、TEOSの流量15sccm、Oの流量750sccm、成膜圧力100Pa、成膜温度300℃、RF出力300W、電源周波数13.56MHzとすれば良い。 For example, when the uppermost insulating film is formed of a silicon oxide film using TEOS and O 2 as a source gas, a TEOS flow rate of 15 sccm, an O 2 flow rate of 750 sccm, a deposition pressure of 100 Pa, a deposition temperature of 300 ° C., An RF output of 300 W and a power supply frequency of 13.56 MHz may be used.

なお、有機シランを用いて形成された酸化シリコン膜、または低温で成膜した窒化酸化シリコン膜などの、比較的低温で成膜された絶縁膜は、表面にOH基を多く有する。OH基は水分子と水素結合することでシラノール基を形成して、ベース基板と絶縁膜とを低温で接合する。そして、最終的には共有結合であるシロキサン結合が、ベース基板と絶縁膜との間に形成される。よって、上記の有機シランを用いて形成された酸化シリコン膜、または比較的低温で成膜されたLTOなどの絶縁膜は、Smart Cutなどで用いられているOH基が存在しない或いは飛躍的に少ない熱酸化膜よりも、低温での接合に向いていると言える。 Note that an insulating film formed at a relatively low temperature such as a silicon oxide film formed using organosilane or a silicon nitride oxide film formed at a low temperature has many OH groups on the surface. The OH group forms a silanol group by hydrogen bonding with a water molecule, and bonds the base substrate and the insulating film at a low temperature. Finally, a siloxane bond that is a covalent bond is formed between the base substrate and the insulating film. Therefore, an insulating film such as a silicon oxide film formed using the above-described organosilane or an LTO film formed at a relatively low temperature does not have OH groups used in Smart Cut or the like, or is significantly less. It can be said that it is more suitable for bonding at a lower temperature than a thermal oxide film.

次に図1(C)に示すように、ボンド基板100に、電界で加速されたイオンでなるイオンビームを、矢印で示すように絶縁膜102を介してボンド基板100に照射し、ボンド基板100の表面から一定の深さの領域に、微小ボイドを有する脆化層104を形成する(図8の工程A−3に対応)。脆化層104が形成される領域の深さは、イオンビームの加速エネルギーとイオンビームの入射角によって調節することができる。加速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層104が形成される。イオンを添加する深さで、後にボンド基板100から分離される第1の半導体膜124の厚さが決定される。脆化層104が形成される深さは、例えばボンド基板100の表面から50nm以上500nm以下とすることができ、好ましい深さの範囲は50nm以上200nm以下、例えば100nm程度とすると良い。なお、本実施の形態では、イオンの照射を絶縁膜102の形成後に行っているが、これに限られず、絶縁膜102の形成前にイオンの照射を行っても良い。ただし、絶縁膜102として、ボンド基板100の熱酸化膜を用いる場合には、700℃以上の高温で絶縁膜102を成膜するので、イオン照射の前に絶縁膜102の形成を行う必要がある。 Next, as shown in FIG. 1C, the bond substrate 100 is irradiated with an ion beam made of ions accelerated by an electric field through the insulating film 102 as shown by an arrow. An embrittlement layer 104 having microvoids is formed in a region having a certain depth from the surface of the substrate (corresponding to step A-3 in FIG. 8). The depth of the region where the embrittlement layer 104 is formed can be adjusted by the acceleration energy of the ion beam and the incident angle of the ion beam. The acceleration energy can be adjusted by the acceleration voltage, the dose amount and the like. The embrittlement layer 104 is formed in a region having a depth substantially equal to the average penetration depth of ions. The thickness of the first semiconductor film 124 to be separated from the bond substrate 100 later is determined by the depth to which ions are added. The depth at which the embrittlement layer 104 is formed can be, for example, from 50 nm to 500 nm from the surface of the bond substrate 100, and the preferable depth range is from 50 nm to 200 nm, for example, about 100 nm. Note that in this embodiment mode, the ion irradiation is performed after the insulating film 102 is formed; however, the present invention is not limited to this, and the ion irradiation may be performed before the insulating film 102 is formed. However, when the thermal oxide film of the bond substrate 100 is used as the insulating film 102, the insulating film 102 is formed at a high temperature of 700 ° C. or higher. Therefore, the insulating film 102 needs to be formed before ion irradiation. .

イオンをボンド基板100に照射するには、質量分離を伴わないイオンドーピング法で行うことがタクトタイムを短縮するという点で望ましい。 In order to irradiate the bond substrate 100 with ions, it is desirable to perform the ion doping method without mass separation from the viewpoint of shortening the tact time.

イオンドーピング装置の主要な構成は、被処理体を配置するチャンバー、所望のイオンを発生させるイオン源、およびイオンを加速し、照射するための加速機構である。イオン源は、所望のイオンを生成するためのソースガスを供給するガス供給装置、ソースガスを励起して、プラズマを生成させるための電極などで構成される。プラズマを形成するための電極として、フィラメント型の電極や容量結合高周波放電用の電極などが用いられる。加速機構は、引出電極、加速電極、減速電極、接地電極等の電極など、およびこれらの電極に電力を供給するための電源などで構成される。加速機構を構成する電極には複数の開口やスリットが設けられており、イオン源で生成されたイオンは電極に設けられた開口やスリットを通過して加速される。なお、イオンドーピング装置の構成は上述したものに限定されず、必要に応じた機構が設けられる。 The main components of the ion doping apparatus are a chamber in which an object to be processed is arranged, an ion source for generating desired ions, and an acceleration mechanism for accelerating and irradiating ions. The ion source includes a gas supply device that supplies a source gas for generating desired ions, an electrode for generating plasma by exciting the source gas, and the like. As an electrode for forming plasma, a filament-type electrode, an electrode for capacitively coupled high-frequency discharge, or the like is used. The acceleration mechanism includes an electrode such as an extraction electrode, an acceleration electrode, a deceleration electrode, and a ground electrode, and a power source for supplying power to these electrodes. The electrode constituting the acceleration mechanism is provided with a plurality of openings and slits, and ions generated by the ion source are accelerated through the openings and slits provided in the electrodes. Note that the configuration of the ion doping apparatus is not limited to that described above, and a mechanism according to need is provided.

ソースガスに水素(H)を用いる場合、水素ガスを励起してH、H 、H を生成することができる。ソースガスから生成されるイオン種の割合は、プラズマの励起方法、プラズマを発生させる雰囲気の圧力、ソースガスの供給量などを調節することで、変化させることができる。イオンドーピング法でイオン照射を行う場合、イオンビームに、H、H 、H の総量に対してH が70%以上含まれるようにすることが好ましく、H の割合は80%以上がより好ましい。H の割合を70%以上とすることで、イオンビームに含まれるH イオンの割合が相対的に小さくなるため、イオンビームに含まれる水素イオンの平均侵入深さのばらつきが小さくなるので、イオンの添加効率が向上し、タクトタイムを短縮することができる。 When hydrogen (H 2) is used as a source gas by exciting a hydrogen gas H +, H 2 +, it is possible to generate a H 3 +. The ratio of ion species generated from the source gas can be changed by adjusting the plasma excitation method, the pressure of the atmosphere in which the plasma is generated, the supply amount of the source gas, and the like. When performing ion irradiation by an ion doping method, an ion beam, H +, H 2 +, preferably the amount of H 3 + to be included more than 70% of the total amount of H 3 +, the proportion of H 3 + Is more preferably 80% or more. By setting the ratio of H 3 + to 70% or more, the ratio of H 2 + ions contained in the ion beam becomes relatively small, so that variation in the average penetration depth of hydrogen ions contained in the ion beam becomes small. Therefore, the ion addition efficiency is improved and the tact time can be shortened.

また、H はH、H に比べて質量が大きい。そのため、イオンビームにおいて、H の割合が多い場合と、H、H の割合が多い場合とでは、ドーピングの際の加速電圧が同じであっても、前者の場合の方が、ボンド基板100の浅い領域に水素を添加することができる。また前者の場合、ボンド基板100に照射される水素の、厚さ方向における濃度分布が急峻となるため、脆化層104の厚さ自体も薄くすることができる。 Further, H 3 + has a larger mass than H + and H 2 + . Therefore, in the ion beam, when the ratio of H 3 + is large and when the ratio of H + and H 2 + is large, the former case is more effective even when the acceleration voltage at the time of doping is the same. Hydrogen can be added to a shallow region of the bond substrate 100. In the former case, since the concentration distribution of hydrogen irradiated to the bond substrate 100 in the thickness direction is steep, the thickness of the embrittlement layer 104 can be reduced.

水素ガスを用いて、イオンドーピング法でイオン照射を行う場合、加速電圧10kV以上200kV以下、ドーズ量1×1016ions/cm以上6×1016ions/cm以下とすることが好ましい。そのようにイオン照射を行うことによって、イオンビームに含まれるイオン種及びその割合、絶縁膜102の膜厚にもよるが、脆化層104をボンド基板100の深さ50nm以上500nm以下、好ましくは、50nm以上200nm以下、例えば100nm程度の領域に形成することができる。 When ion irradiation is performed using hydrogen gas by an ion doping method, it is preferable that the acceleration voltage be 10 kV or more and 200 kV or less, and the dose amount be 1 × 10 16 ions / cm 2 or more and 6 × 10 16 ions / cm 2 or less. By performing ion irradiation in this manner, the embrittlement layer 104 has a depth of 50 to 500 nm, preferably less than or equal to 500 nm, preferably depending on the ion species and ratio thereof contained in the ion beam and the thickness of the insulating film 102. , 50 nm to 200 nm, for example, about 100 nm.

次に、絶縁膜102が形成されたボンド基板100を洗浄する。この洗浄工程は、純水による超音波洗浄や純水と窒素による2流体ジェット洗浄で行うことができる。超音波洗浄はメガヘルツ超音波洗浄(メガソニック洗浄)が好ましい。超音波洗浄や2流体ジェット洗浄の後、ボンド基板100をオゾン水で洗浄してもよい。オゾン水で洗浄することで、有機物の除去と、絶縁膜102表面の親水性を向上させる表面の活性化処理を行うことができる。 Next, the bond substrate 100 over which the insulating film 102 is formed is cleaned. This cleaning step can be performed by ultrasonic cleaning with pure water or two-fluid jet cleaning with pure water and nitrogen. The ultrasonic cleaning is preferably megahertz ultrasonic cleaning (megasonic cleaning). After the ultrasonic cleaning or the two-fluid jet cleaning, the bond substrate 100 may be cleaned with ozone water. By washing with ozone water, removal of organic substances and surface activation treatment for improving the hydrophilicity of the surface of the insulating film 102 can be performed.

絶縁膜102の表面の活性化処理には、オゾン水による洗浄の他原子ビーム若しくはイオンビームの照射処理、プラズマ処理、若しくはラジカル処理で行うことができる(図8の工程A−4に対応)。原子ビーム若しくはイオンビームを利用する場合には、アルゴン等の不活性ガス中性原子ビーム若しくは不活性ガスイオンビームを用いることができる。 The surface of the insulating film 102 can be activated by cleaning with ozone water, irradiation with an atomic beam or ion beam, plasma treatment, or radical treatment (corresponding to step A-4 in FIG. 8). When an atomic beam or an ion beam is used, an inert gas neutral atom beam or inert gas ion beam such as argon can be used.

次に、ベース基板120のボンド基板100との貼り合わせの準備を行う工程について説明する。以下の工程は、図8における工程B(ベース基板工程)に該当する。 Next, a process of preparing for bonding the base substrate 120 to the bond substrate 100 will be described. The following steps correspond to step B (base substrate step) in FIG.

まず、ベース基板120を準備する(図8の工程B−1に対応)。ベース基板120としては、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの電子工業用に使われる各種ガラス基板の他、石英基板、セラミック基板、サファイア基板等を用いることが出来る。また、ベース基板120として無アルカリガラス基板を用いると、不純物による半導体装置の汚染を抑えることができる。 First, the base substrate 120 is prepared (corresponding to step B-1 in FIG. 8). As the base substrate 120, a quartz substrate, a ceramic substrate, a sapphire substrate, and the like can be used in addition to various glass substrates used in the electronic industry such as aluminosilicate glass, barium borosilicate glass, and aluminoborosilicate glass. In addition, when an alkali-free glass substrate is used as the base substrate 120, contamination of the semiconductor device due to impurities can be suppressed.

また、ベース基板120として、液晶パネルの製造用に開発されたマザーガラス基板を用いることが好ましい。マザーガラスとしては、例えば、第3世代(550mm×650mm)、第3.5世代(600mm×720mm)、第4世代(680mm×880mmまたは、730mm×920mm)、第5世代(1100mm×1300mm)、第6世代(1500mm×1850mm)、第7世代(1870mm×2200mm)、第8世代(2200mm×2400mm)などのサイズの基板が知られている。大面積のマザーガラス基板をベース基板120として用いてSOI基板を製造することで、SOI基板の大面積化が実現できる。SOI基板の大面積化が実現すれば、一度に多数のIC、LSI等のチップを製造することができ、1枚の基板から製造されるチップ数が増加するので、生産性を飛躍的に向上させることができる。 Further, as the base substrate 120, it is preferable to use a mother glass substrate developed for manufacturing a liquid crystal panel. As the mother glass, for example, the third generation (550 mm × 650 mm), the 3.5th generation (600 mm × 720 mm), the fourth generation (680 mm × 880 mm or 730 mm × 920 mm), the fifth generation (1100 mm × 1300 mm), Substrates of sizes such as the sixth generation (1500 mm × 1850 mm), the seventh generation (1870 mm × 2200 mm), and the eighth generation (2200 mm × 2400 mm) are known. By manufacturing an SOI substrate using a large-area mother glass substrate as the base substrate 120, an increase in the area of the SOI substrate can be realized. If the area of the SOI substrate is increased, a large number of chips such as ICs and LSIs can be manufactured at a time, and the number of chips manufactured from one substrate increases, so the productivity is dramatically improved. Can be made.

ベース基板120の表面は、あらかじめ洗浄しておくことが好ましい。具体的には、塩酸過水(HPM)、硫酸過水(SPM)、アンモニア過水(APM)、希フッ酸(DHF)等を用いて、ベース基板120の超音波洗浄(メガヘルツ超音波洗浄)を行う。例えば、塩酸過水を用いて、ベース基板120表面を超音波洗浄することが好ましい。また、2流体ジェット洗浄や、オゾン水による洗浄を行ってもよい。このような洗浄処理を行うことによって、ベース基板120表面の平坦化や残存する研磨粒子の除去を行うことができる。 It is preferable to clean the surface of the base substrate 120 in advance. Specifically, ultrasonic cleaning (megahertz ultrasonic cleaning) of the base substrate 120 using hydrochloric acid / hydrogen peroxide (HPM), sulfuric acid / hydrogen peroxide (SPM), ammonia / hydrogen peroxide (APM), dilute hydrofluoric acid (DHF), or the like. I do. For example, it is preferable to ultrasonically clean the surface of the base substrate 120 using hydrochloric acid / hydrogen peroxide. Alternatively, two-fluid jet cleaning or cleaning with ozone water may be performed. By performing such a cleaning process, the surface of the base substrate 120 can be planarized and the remaining abrasive particles can be removed.

また、図1(D)に示すように、ベース基板120上に絶縁膜122を形成しておくのが好ましい(図8の工程B−2に対応)。ベース基板120は、その表面に絶縁膜122が必ずしも形成されていなくとも良い。しかし、ベース基板120の表面に絶縁膜122として、バリア膜として機能する窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、または窒化酸化アルミニウム膜などを形成しておくことで、ベース基板120からボンド基板100に、アルカリ金属やアルカリ土類金属などの不純物が入り込むのを防ぐことができる。膜厚は、10nm以上200nm以下、好ましくは50nm以上100nm以下の範囲で設けることが好ましい。なお、ベース基板120は、その表面に絶縁膜106が必ずしも形成されていなくとも良い。 In addition, as illustrated in FIG. 1D, an insulating film 122 is preferably formed over the base substrate 120 (corresponding to Step B-2 in FIG. 8). The base substrate 120 does not necessarily have the insulating film 122 formed on the surface thereof. However, by forming a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, an aluminum nitride film, an aluminum nitride oxide film, or the like functioning as a barrier film as the insulating film 122 on the surface of the base substrate 120, a bond can be formed from the base substrate 120. Impurities such as alkali metals and alkaline earth metals can be prevented from entering the substrate 100. The film thickness is 10 nm to 200 nm, preferably 50 nm to 100 nm. Note that the insulating film 106 is not necessarily formed on the surface of the base substrate 120.

貼り合わせを行う前に、絶縁膜106の表面を洗浄する。絶縁膜106の表面の洗浄は、塩酸と過酸化水素水を用いた洗浄や、メガヘルツ超音波洗浄や、2流体ジェット洗浄や、オゾン水による洗浄で行うことができる。また、絶縁膜102と同様に、絶縁膜122の表面に活性化処理を行ってから貼り合わせを行うと良い(図8の工程B−3に対応)。 Before the bonding, the surface of the insulating film 106 is washed. The surface of the insulating film 106 can be cleaned by cleaning with hydrochloric acid and hydrogen peroxide, megahertz ultrasonic cleaning, two-fluid jet cleaning, or cleaning with ozone water. Further, similarly to the insulating film 102, the surface of the insulating film 122 is preferably subjected to activation treatment and then bonded (corresponding to Step B-3 in FIG. 8).

次に、ボンド基板100とベース基板120を貼り合わせ、ボンド基板100をSOI基板となる、ベース基板120に貼り合わせられた第1の半導体膜124と、再生処理工程において再生ボンド基板として再生される第1の分離ボンド基板121に分離する工程について説明する。以下の工程は、図8における工程C(貼り合わせ工程)に該当する。 Next, the bond substrate 100 and the base substrate 120 are bonded together, and the bond substrate 100 is an SOI substrate, and the first semiconductor film 124 bonded to the base substrate 120 is regenerated as a regenerated bond substrate in the regeneration process. A process of separating the first separation bond substrate 121 will be described. The following steps correspond to step C (bonding step) in FIG.

次に図2(A)に示すように、絶縁膜102がベース基板120側を向くように、ボンド基板100とベース基板120を貼り合わせる(図8の工程C−1に対応)。 Next, as illustrated in FIG. 2A, the bond substrate 100 and the base substrate 120 are attached so that the insulating film 102 faces the base substrate 120 side (corresponding to Step C-1 in FIG. 8).

貼り合わせは、ボンド基板100表面の絶縁膜102とベース基板120表面の絶縁膜122とを密着させてから、ベース基板120の一箇所に1N/cm〜500N/cm、好ましくは1N/cm〜20N/cm程度の圧力を加える。ベース基板120の圧力をかけた部分から絶縁膜102とベース基板120とが接合し始め、自発的に接合が形成され全面におよび、ベース基板120とボンド基板100とが貼り合わされる。 In the bonding, the insulating film 102 on the surface of the bond substrate 100 and the insulating film 122 on the surface of the base substrate 120 are in close contact with each other, and then 1 N / cm 2 to 500 N / cm 2 , preferably 1 N / cm at one location of the base substrate 120. A pressure of about 2 to 20 N / cm 2 is applied. The insulating film 102 and the base substrate 120 start to be bonded from the portion where the pressure is applied to the base substrate 120, and the bond is spontaneously formed, and the base substrate 120 and the bond substrate 100 are bonded to the entire surface.

ここで、ボンド基板100周辺部は、面取り部とエッジロールオフ領域が形成され、基板中央部と比較して厚さが薄くなっている。これにより、基板周辺部においては、ボンド基板100表面の絶縁膜102と、ベース基板120表面の絶縁膜122が接触しないため、ボンド基板100とベース基板120が貼り合わせられない。 Here, the peripheral portion of the bond substrate 100 has a chamfered portion and an edge roll-off region, and is thinner than the central portion of the substrate. Accordingly, the insulating film 102 on the surface of the bond substrate 100 and the insulating film 122 on the surface of the base substrate 120 are not in contact with each other at the peripheral portion of the substrate, so that the bond substrate 100 and the base substrate 120 are not bonded together.

ボンド基板100の周辺部における、ボンド基板100とベース基板120の接合境界部110の拡大図を図3(A)に示す。図3(A)の左側がボンド基板100の端部側、図3(A)の右側がボンド基板100の中央部側となっている。ボンド基板100、絶縁膜102及び脆化層104はベース基板面に対して傾斜して、ベース基板120上の絶縁膜122に貼り合わせられている。しかし、エッジロールオフ領域における、ベース基板面に対するボンド基板100の傾きは緩やかなので、ボンド基板100とベース基板120との接合境界は、エッジロールオフ領域中において形成される。 FIG. 3A shows an enlarged view of the bonding boundary portion 110 between the bond substrate 100 and the base substrate 120 in the peripheral portion of the bond substrate 100. The left side of FIG. 3A is the end side of the bond substrate 100, and the right side of FIG. 3A is the center side of the bond substrate 100. The bond substrate 100, the insulating film 102, and the embrittlement layer 104 are attached to the insulating film 122 over the base substrate 120 so as to be inclined with respect to the base substrate surface. However, since the inclination of the bond substrate 100 with respect to the base substrate surface in the edge roll-off region is gentle, the bonding boundary between the bond substrate 100 and the base substrate 120 is formed in the edge roll-off region.

接合はファン・デル・ワールス力を用いて行われているため、室温でも強固な接合が形成される。ボンド基板100とベース基板120とに圧力を加えることで水素結合により強固な接合を形成することが可能である。なお、上記接合は低温で行うことが可能であるため、上述したようにベース基板120は様々なものを用いることが可能である。 Since bonding is performed using van der Waals force, a strong bond is formed even at room temperature. By applying pressure to the bond substrate 100 and the base substrate 120, a strong bond can be formed by hydrogen bonding. Note that since the above bonding can be performed at a low temperature, a variety of base substrates 120 can be used as described above.

ベース基板120にボンド基板100を貼り合わせた後、ベース基板120と絶縁膜102との接合界面での結合力を増加させるための加熱処理を行うことが好ましい(図8の工程C−2に対応)。この処理温度は、脆化層104に亀裂を発生させない温度とし、200℃以上450℃以下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にボンド基板100を貼り合わせることで、ベース基板120と絶縁膜102と間における接合の結合力を強固にすることができる。接合界面での結合力を増加させるための加熱処理は、貼り合わせを行った装置或いは場所で、そのまま連続して行うことが好ましい。また、接合界面での結合力を増加させるための加熱処理からそのまま連続して、脆化層104を境としたボンド基板100を分離する熱処理を行ってもよい。 After the bond substrate 100 is bonded to the base substrate 120, heat treatment is preferably performed to increase the bonding force at the bonding interface between the base substrate 120 and the insulating film 102 (corresponding to step C-2 in FIG. 8). ). This treatment temperature is a temperature at which cracks are not generated in the embrittlement layer 104, and the treatment can be performed in a temperature range of 200 ° C. to 450 ° C. In addition, the bonding force between the base substrate 120 and the insulating film 102 can be increased by bonding the bond substrate 100 to the base substrate 120 while heating in this temperature range. The heat treatment for increasing the bonding strength at the bonding interface is preferably performed continuously as it is in the apparatus or place where the bonding is performed. Alternatively, heat treatment for separating the bond substrate 100 with the embrittlement layer 104 as a boundary may be performed continuously from the heat treatment for increasing the bonding force at the bonding interface.

なお、ボンド基板100とベース基板120とを貼り合わせるときに、接合面にパーティクルなどが付着してしまうと、付着部分は接合されなくなる。接合面へのパーティクルの付着を防ぐために、ボンド基板100とベース基板120との貼り合わせは、気密な処理室内で行うことが好ましい。また、ボンド基板100とベース基板120との貼り合わせるとき、処理室内を5.0×10−3Pa程度の減圧状態とし、接合処理の雰囲気を清浄にするようにしても良い。 Note that, when the bond substrate 100 and the base substrate 120 are bonded to each other, if particles or the like adhere to the bonding surface, the attached portion is not bonded. In order to prevent particles from adhering to the bonding surface, the bonding of the bond substrate 100 and the base substrate 120 is preferably performed in an airtight treatment chamber. In addition, when the bond substrate 100 and the base substrate 120 are bonded to each other, the processing chamber may be in a reduced pressure state of about 5.0 × 10 −3 Pa to clean the atmosphere of the bonding process.

次いで図2(B)に示すように、加熱処理を行うことで、脆化層104において隣接する微小ボイドどうしが結合して、微小ボイドの体積が増大する。その結果、脆化層104においてボンド基板100が爆発的な反応を伴って分離し、ボンド基板100は、第1の半導体膜124と第1の分離ボンド基板121に分離する(図8の工程C−3に対応)。絶縁膜102はベース基板120に接合しているので、ベース基板120上にはボンド基板100から分離された第1の半導体膜124が固定される。第1の半導体膜124をボンド基板100から分離するための加熱処理の温度は、ベース基板120の歪み点を越えない温度とするのが好ましい。なお、第1の半導体膜124の表面は、結晶欠陥が多く形成され、平坦性も損なわれている。 Next, as shown in FIG. 2B, heat treatment is performed so that adjacent microvoids in the embrittlement layer 104 are combined to increase the volume of the microvoids. As a result, the bond substrate 100 is separated with an explosive reaction in the embrittlement layer 104, and the bond substrate 100 is separated into the first semiconductor film 124 and the first separation bond substrate 121 (step C in FIG. 8). -3). Since the insulating film 102 is bonded to the base substrate 120, the first semiconductor film 124 separated from the bond substrate 100 is fixed over the base substrate 120. The temperature of heat treatment for separating the first semiconductor film 124 from the bond substrate 100 is preferably a temperature that does not exceed the strain point of the base substrate 120. Note that a large number of crystal defects are formed on the surface of the first semiconductor film 124 and flatness is also impaired.

この加熱処理には、RTA(Rapid Thermal Anneal)装置、抵抗加熱炉、マイクロ波加熱装置を用いることができる。RTA装置には、GRTA(Gas Rapid Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal)装置を用いることができる。 For this heat treatment, a rapid thermal annealing (RTA) device, a resistance heating furnace, or a microwave heating device can be used. As the RTA apparatus, a GRTA (Gas Rapid Thermal Anneal) apparatus or an LRTA (Lamp Rapid Thermal Anneal) apparatus can be used.

GRTA装置を用いる場合は、加熱温度550℃以上650℃以下、処理時間0.5分以上60分以内とすることができる。抵抗加熱装置を用いる場合は、加熱温度200℃以上650℃以下、処理時間2時間以上4時間以内とすることができる。 When a GRTA apparatus is used, the heating temperature can be 550 ° C. or higher and 650 ° C. or lower, and the treatment time can be 0.5 minutes or longer and 60 minutes or less. In the case of using a resistance heating device, the heating temperature can be 200 ° C. or more and 650 ° C. or less, and the treatment time can be 2 hours or more and 4 hours or less.

また、上記加熱処理は、マイクロ波などの高周波による誘電加熱を用いて行っても良い。誘電加熱による加熱処理は、高周波発生装置において生成された周波数300MHz乃至3THzの高周波をボンド基板100に照射することで行うことができる。具体的には、例えば、2.45GHzのマイクロ波を900W、14分間照射することで、脆化層において隣接する微小ボイドどうしを結合させ、最終的にボンド基板100を分離させることができる。 Further, the heat treatment may be performed using dielectric heating by high frequency such as microwaves. The heat treatment by dielectric heating can be performed by irradiating the bond substrate 100 with a high frequency of 300 MHz to 3 THz generated in the high frequency generator. Specifically, for example, by irradiating a microwave of 2.45 GHz at 900 W for 14 minutes, adjacent microvoids can be combined in the embrittled layer, and the bond substrate 100 can be finally separated.

ここで、薄膜の第1の半導体膜124が分離された第1の分離ボンド基板121の分離面129は、結晶欠陥が多く形成され、平坦性も大きく損なわれている。また、ボンド基板100の周辺部は、面取り部、エッジロールオフ領域などによって、ベース基板120と接合されていない。その状態でボンド基板100から第1の半導体膜124を分離させると、ベース基板120と接合されていないボンド基板100の周辺部がボンド基板100に残存し、第1の分離ボンド基板121の周辺部に第1の残存部126が形成される。第1の残存部126は、第1の分離ボンド基板121側から順に残存脆化層127、残存半導体層125、残存絶縁膜123によって構成されている。第1の残存部の幅は、2mm〜4mm程度になる。ここで、図2(B)における第1の分離ボンド基板121とベース基板120の分離境界部111の拡大図を図3(B)に示す。図3(B)に示すように、第1の分離ボンド基板121の第1の残存部126と、第1の半導体膜124及び絶縁膜122とは、図3(A)で示されたボンド基板100とベース基板120の接合境界に沿って分離される。これによって、ベース基板120には、第1の残存部126の分だけボンド基板100よりもサイズの小さい第1の半導体膜124が形成される。 Here, the separation surface 129 of the first separation bond substrate 121 from which the thin first semiconductor film 124 is separated has many crystal defects, and the flatness is greatly impaired. Further, the peripheral portion of the bond substrate 100 is not bonded to the base substrate 120 by a chamfered portion, an edge roll-off region, or the like. When the first semiconductor film 124 is separated from the bond substrate 100 in that state, a peripheral portion of the bond substrate 100 that is not bonded to the base substrate 120 remains in the bond substrate 100, and a peripheral portion of the first separation bond substrate 121. The first remaining portion 126 is formed. The first remaining portion 126 includes a remaining embrittlement layer 127, a remaining semiconductor layer 125, and a remaining insulating film 123 in this order from the first isolation bond substrate 121 side. The width of the first remaining portion is about 2 mm to 4 mm. Here, an enlarged view of the separation boundary portion 111 between the first separation bond substrate 121 and the base substrate 120 in FIG. 2B is shown in FIG. As shown in FIG. 3B, the first remaining portion 126 of the first separation bond substrate 121, the first semiconductor film 124, and the insulating film 122 are the bond substrate shown in FIG. 100 and the base substrate 120 are separated along the bonding boundary. As a result, the first semiconductor film 124 smaller in size than the bond substrate 100 is formed on the base substrate 120 by the amount of the first remaining portion 126.

次に、ベース基板120に貼り合わせられた第1の半導体膜124の表面を平坦化し、結晶性を回復する工程について説明する。以下の工程は、図8における工程D(SOI基板仕上げ工程)に該当する。 Next, a process of planarizing the surface of the first semiconductor film 124 bonded to the base substrate 120 and restoring crystallinity will be described. The following steps correspond to step D (SOI substrate finishing step) in FIG.

図2(C)に示すように、第1の半導体膜124の表面を研磨により平坦化しても良い(図8の工程D−1に対応)。平坦化は必ずしも必須ではないが、平坦化を行うことで、半導体膜と後に形成されるゲート絶縁膜の界面の特性を向上させることが出来る。具体的に研磨は、化学的機械的研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)または液体ジェット研磨などにより、行うことができる。第1の半導体膜124の厚さは、上記平坦化により薄膜化される。 As shown in FIG. 2C, the surface of the first semiconductor film 124 may be planarized by polishing (corresponding to step D-1 in FIG. 8). Although planarization is not always necessary, the characteristics of the interface between the semiconductor film and a gate insulating film to be formed later can be improved by performing planarization. Specifically, the polishing can be performed by chemical mechanical polishing (CMP) or liquid jet polishing. The thickness of the first semiconductor film 124 is reduced by the planarization.

また研磨ではなく、第1の半導体膜124の表面をエッチングすることでも、第1の半導体膜124の表面を平坦化することができる。エッチングには、例えば反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)法、ICP(Inductively Coupled Plasma)エッチング法、ECR(Electron Cyclotron Resonance)エッチング法、平行平板型(容量結合型)エッチング法、マグネトロンプラズマエッチング法、2周波プラズマエッチング法またはヘリコン波プラズマエッチング法等のドライエッチング法を用いれば良い。 Alternatively, the surface of the first semiconductor film 124 can be planarized by etching the surface of the first semiconductor film 124 instead of polishing. Etching includes, for example, reactive ion etching (RIE) method, ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method, ECR (Electron Cyclotron Resonance) etching method, parallel plate type (capacitive coupling type) etching method, and magnetron plasma etching. Or a dry etching method such as a two-frequency plasma etching method or a helicon wave plasma etching method.

上記エッチングにより、後に形成される半導体素子にとって最適となる膜厚まで第1の半導体膜124を薄膜化できるのみならず、第1の半導体膜124の表面を平坦化することができる。 By the etching, the first semiconductor film 124 can be thinned to a thickness that is optimal for a semiconductor element to be formed later, and the surface of the first semiconductor film 124 can be planarized.

また、ベース基板120に密着された第1の半導体膜124は、脆化層104における分離、および脆化層104の形成によって、結晶欠陥が形成されている。また、その表面は平坦性が損なわれている。結晶欠陥を低減、および平坦性を向上するために、第1の半導体膜124にレーザ光を照射しても良い(図8の工程D−2に対応)。 In addition, the first semiconductor film 124 that is in close contact with the base substrate 120 has crystal defects due to separation in the embrittlement layer 104 and formation of the embrittlement layer 104. Further, the flatness of the surface is impaired. In order to reduce crystal defects and improve flatness, the first semiconductor film 124 may be irradiated with laser light (corresponding to Step D-2 in FIG. 8).

なお、レーザ光を照射する前に、ドライエッチングにより第1の半導体膜124の表面を平坦化している場合、ドライエッチングにより第1の半導体膜124の表面付近で結晶欠陥などの損傷が生じていることがある。しかし上記レーザ光の照射により、ドライエッチングにより生じる損傷も補修することが可能である。 Note that in the case where the surface of the first semiconductor film 124 is planarized by dry etching before the laser light irradiation, damage such as crystal defects occurs near the surface of the first semiconductor film 124 by dry etching. Sometimes. However, damage caused by dry etching can be repaired by the laser light irradiation.

このレーザ光の照射工程では、ベース基板120の温度上昇が抑えられるため、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になる。レーザ光の照射によって第1の半導体膜124は部分溶融させることが好ましい。完全溶融させると、液相となった第1の半導体膜124での無秩序な核発生により、第1の半導体膜124が再結晶化することとなり、第1の半導体膜124の結晶性が低下するからである。部分溶融させることで、第1の半導体膜124では、溶融されていない固相部分から結晶成長が進行する、いわゆる縦成長が起こる。縦成長による再結晶化によって、第1の半導体膜124の結晶欠陥が減少され、結晶性が回復される。なお、第1の半導体膜124が完全溶融状態であるとは、第1の半導体膜124が絶縁膜102との界面まで溶融され、液体状態になっていることをいう。他方、第1の半導体膜124が部分溶融状態であるとは、上層が溶融して液相であり、下層が固相である状態をいう。 In this laser light irradiation step, since the temperature rise of the base substrate 120 is suppressed, a substrate having low heat resistance such as a glass substrate can be used for the base substrate 120. The first semiconductor film 124 is preferably partially melted by laser light irradiation. When completely melted, the first semiconductor film 124 is recrystallized due to disordered nucleation in the first semiconductor film 124 in a liquid phase, and the crystallinity of the first semiconductor film 124 is lowered. Because. By partial melting, in the first semiconductor film 124, so-called vertical growth in which crystal growth proceeds from a solid phase portion that is not melted occurs. By recrystallization by vertical growth, crystal defects in the first semiconductor film 124 are reduced and crystallinity is recovered. Note that the first semiconductor film 124 being in a completely molten state means that the first semiconductor film 124 is melted up to the interface with the insulating film 102 and is in a liquid state. On the other hand, the first semiconductor film 124 being in a partially molten state means a state in which the upper layer is melted and in a liquid phase, and the lower layer is in a solid phase.

次にレーザ光を照射した後に、第1の半導体膜124の表面をエッチングしても良い。レーザ光の照射後に第1の半導体膜124の表面をエッチングする場合は、必ずしもレーザ光の照射を行う前に第1の半導体膜124の表面をエッチングする必要はない。また、レーザ光の照射を行う前に第1の半導体膜124の表面をエッチングした場合は、必ずしもレーザ光の照射後に第1の半導体膜124の表面をエッチングする必要はない。また本発明では、レーザ光の照射前と照射後の両方のタイミングでエッチングを行っても良い。 Next, after the laser light irradiation, the surface of the first semiconductor film 124 may be etched. In the case where the surface of the first semiconductor film 124 is etched after the laser light irradiation, the surface of the first semiconductor film 124 is not necessarily etched before the laser light irradiation. In the case where the surface of the first semiconductor film 124 is etched before the laser light irradiation, the surface of the first semiconductor film 124 is not necessarily etched after the laser light irradiation. In the present invention, etching may be performed both before and after laser light irradiation.

上記エッチングにより、後に形成される半導体素子にとって最適となる膜厚まで第1の半導体膜124を薄膜化できるのみならず、第1の半導体膜124の表面を平坦化することができる。 By the etching, the first semiconductor film 124 can be thinned to a thickness that is optimal for a semiconductor element to be formed later, and the surface of the first semiconductor film 124 can be planarized.

レーザ光を照射した後、第1の半導体膜124に500℃以上700℃以下の加熱処理を行うことが好ましい(図8の工程D−3に対応)。この加熱処理によって、レーザ光の照射で回復されなかった、第1の半導体膜124の欠陥の消滅、第1の半導体膜124の歪みの緩和をすることができる。この加熱処理には、RTA(Rapid Thermal Anneal)装置、抵抗加熱炉、マイクロ波加熱装置を用いることができる。RTA装置には、GRTA(Gas Rapid Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal)装置を用いることができる。例えば、抵抗加熱炉を用いた場合は、600℃で4時間程度加熱するとよい。 After the laser light irradiation, heat treatment of 500 ° C. to 700 ° C. is preferably performed on the first semiconductor film 124 (corresponding to Step D-3 in FIG. 8). By this heat treatment, defects of the first semiconductor film 124 that have not been recovered by laser light irradiation can be eliminated, and distortion of the first semiconductor film 124 can be reduced. For this heat treatment, a rapid thermal annealing (RTA) device, a resistance heating furnace, or a microwave heating device can be used. As the RTA apparatus, a GRTA (Gas Rapid Thermal Anneal) apparatus or an LRTA (Lamp Rapid Thermal Anneal) apparatus can be used. For example, when a resistance heating furnace is used, it may be heated at 600 ° C. for about 4 hours.

このようにして作製されたSOI基板は、実施の形態3で説明する工程G(デバイス工程)で半導体装置へと加工される。 The SOI substrate manufactured as described above is processed into a semiconductor device in a process G (device process) described in Embodiment 3.

次に、第1の分離ボンド基板121に研磨レートが低い研磨処理を施し、第1の残存部126の形状を残したままで再生ボンド基板を作製する工程について説明する。以下の工程は、図8における工程E(第1の再生処理工程)に該当する。 Next, a description will be given of a process in which the first separation bond substrate 121 is subjected to a polishing process with a low polishing rate, and a recycled bond substrate is manufactured while the shape of the first remaining portion 126 is left. The following steps correspond to step E (first regeneration processing step) in FIG.

まず、第1の分離ボンド基板121を取り出す。図4(A)の第1の分離ボンド基板121の周辺部の拡大図で示されるように、第1の分離ボンド基板121の周辺部には第1の残存部126が形成されている。第1の残存部126は、半導体基板側から順に残存脆化層127、残存半導体層125、残存絶縁膜123が形成されている。第1の分離ボンド基板121の分離面129には結晶欠陥が形成され、平坦性が損なわれている。研磨レートが低い研磨処理によって、第1の分離ボンド基板121の分離面129の結晶欠陥を除去し、平坦性を向上させ、再びボンド基板として使用可能にする。 First, the first separation bond substrate 121 is taken out. As shown in the enlarged view of the peripheral portion of the first isolation bond substrate 121 in FIG. 4A, a first remaining portion 126 is formed in the peripheral portion of the first isolation bond substrate 121. In the first remaining portion 126, a remaining embrittlement layer 127, a remaining semiconductor layer 125, and a remaining insulating film 123 are formed in this order from the semiconductor substrate side. Crystal defects are formed on the separation surface 129 of the first separation bond substrate 121, and flatness is impaired. By a polishing process with a low polishing rate, crystal defects on the separation surface 129 of the first separation bond substrate 121 are removed, flatness is improved, and the substrate can be used again as a bond substrate.

次に、図4(B)に示すように、第1の残存部126の残存絶縁膜123を除去するのが好ましい。(図8の工程E−1に対応)。残存絶縁膜123は、フッ酸を含むエッチャントでウェットエッチング処理を行うことで除去することができる。フッ酸を含むエッチャントとしては、フッ酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤を含む混合溶液(例えば、ステラケミファ社製、商品名:LAL500)を用いるのが望ましい。このウェットエッチングは、120秒〜1200秒行うのが好ましく、例えば600秒程度行うのが望ましい。また、ウェットエッチングは第1の分離ボンド基板121を処理槽内の溶液に浸漬することによって行われるので、複数の第1の分離ボンド基板121を一括処理することが可能である。残存絶縁膜123をウェットエッチングで除去することにより、次の研磨工程で研磨する対象を半導体膜だけに限定することができるので、研磨工程の所用時間を短くすることができる。 Next, as shown in FIG. 4B, it is preferable to remove the remaining insulating film 123 of the first remaining portion 126. (Corresponding to step E-1 in FIG. 8). The remaining insulating film 123 can be removed by performing a wet etching process with an etchant containing hydrofluoric acid. As the etchant containing hydrofluoric acid, it is desirable to use a mixed solution containing hydrofluoric acid, ammonium fluoride, and a surfactant (for example, product name: LAL500, manufactured by Stella Chemifa Corporation). This wet etching is preferably performed for 120 seconds to 1200 seconds, for example, about 600 seconds. Further, since the wet etching is performed by immersing the first separation bond substrate 121 in the solution in the treatment tank, the plurality of first separation bond substrates 121 can be collectively processed. By removing the remaining insulating film 123 by wet etching, the target to be polished in the next polishing step can be limited to only the semiconductor film, so that the time required for the polishing step can be shortened.

次に、図4(C)に示すように、第1の分離ボンド基板121に研磨を行い、周辺部に凸部130を有する第1の再生ボンド基板132を形成する(図8の工程E−5に対応)。研磨方法としては、化学機械研磨法(Chemical Mechanical Polishing:CMP法)を用いる。ここで、CMP法とは、被加工物の表面を基準にし、それにならって表面を化学・機械的な複合作用により、平坦化する手法である。一般的に研磨ステージの上に研磨布を貼り付け、被加工物と研磨布との間にスラリー(研磨剤)を供給しながら研磨ステージと被加工物とを各々回転または揺動させて被研磨物の表面を、スラリーと被研磨物表面との間での化学反応と、研磨布と被研磨物との機械的研磨の作用により被加工物の表面を研磨する方法である。 Next, as shown in FIG. 4C, the first separation bond substrate 121 is polished to form the first recycled bond substrate 132 having the protrusions 130 in the peripheral portion (step E- in FIG. 8). 5). As a polishing method, a chemical mechanical polishing (CMP method) is used. Here, the CMP method is a method of planarizing the surface by a combined chemical and mechanical action based on the surface of the workpiece. Generally, a polishing cloth is affixed on a polishing stage, and the polishing stage and the workpiece are rotated or swung while supplying slurry (abrasive) between the workpiece and the polishing cloth. In this method, the surface of the workpiece is polished by the chemical reaction between the slurry and the surface of the workpiece and the mechanical polishing of the polishing cloth and the workpiece.

ここで、第1の残存部126を完全に除去し、基板表面を完全に平坦化するには、研磨レートが高いCMP法による研磨を行う必要があり、研磨代が10μm以上となり、再生処理1回あたりのコストが大きくなる。そこで本実施の形態では、研磨レートが低いCMP法による研磨を行い、周辺部に凸部130を有する第1の再生ボンド基板132を作製する。このとき、研磨布はスウェード地の研磨布を用いるのが好ましく、スラリーの粒径は75nm〜45nmとするのが好ましく、例えば、60nm程度とするのが望ましい。このように第1の分離ボンド基板121に研磨レートが低い研磨を行うことによって、基板表面の結晶欠陥を除去し、研磨代500nm〜1000nm程度で、平均面粗さ0.2nm〜0.5nm程度に平坦化された第1の再生ボンド基板132を作製することができる。なお、平均面粗さ(Ra)とは、JISB0601:2001(ISO4287:1997)で定義されている中心線平均粗さRaを、測定面に対して適用できるよう三次元に拡張したものである。 Here, in order to completely remove the first remaining portion 126 and to completely flatten the substrate surface, it is necessary to perform polishing by a CMP method having a high polishing rate, and the polishing allowance is 10 μm or more. The cost per time increases. Therefore, in the present embodiment, polishing by the CMP method with a low polishing rate is performed, and the first regenerated bond substrate 132 having the protrusions 130 in the peripheral portion is manufactured. At this time, it is preferable to use a suede polishing cloth as the polishing cloth, and the particle diameter of the slurry is preferably 75 nm to 45 nm, for example, about 60 nm. By performing polishing with a low polishing rate on the first separation bond substrate 121 in this way, crystal defects on the surface of the substrate are removed, and the average surface roughness is about 0.2 nm to 0.5 nm with a polishing margin of about 500 nm to 1000 nm. Thus, the first regenerated bond substrate 132 that is planarized can be manufactured. The average surface roughness (Ra) is a three-dimensional extension of the centerline average roughness Ra defined in JISB0601: 2001 (ISO4287: 1997) so that it can be applied to the measurement surface.

このとき、研磨によって、残存半導体層125及び残存脆化層127からなる第1の残存部126は除去されるが、本研磨工程における研磨レートは低いので、第1の残存部126も分離面129も同程度の研磨代で研磨される。よって、第1の残存部126の形状は、凸部130として第1の再生ボンド基板132上に残存する。 At this time, the first remaining portion 126 formed of the remaining semiconductor layer 125 and the remaining embrittlement layer 127 is removed by polishing, but the polishing rate in this polishing step is low, and thus the first remaining portion 126 also has the separation surface 129. Is also polished with a similar polishing allowance. Therefore, the shape of the first remaining portion 126 remains on the first recycled bond substrate 132 as the convex portion 130.

ここで、図4(C)に示すように、第1の再生ボンド基板132の中央部に平行、且つ凸部130より下に位置する基準面135を設定し、基準面135から凸部130の先端までの距離をD1とし、基準面135から中央部までの距離をD2とする。ボンド基板の周辺部のエッジロールオフ領域と研磨レートが低いCMP法による研磨によって、D1≦D2の関係を満たすことにより、第1の再生ボンド基板132を再びボンド基板として用いても、凸部130は第1の再生ボンド基板132とベース基板の接合を阻害しないので、第1の再生ボンド基板132とベース基板の貼り合わせを行うことができる。 Here, as shown in FIG. 4C, a reference surface 135 that is parallel to the center of the first recycled bond substrate 132 and located below the convex portion 130 is set. The distance to the tip is D1, and the distance from the reference surface 135 to the center is D2. By satisfying the relationship of D1 ≦ D2 by polishing by the CMP method having a low polishing rate and the edge roll-off region at the periphery of the bond substrate, even if the first recycled bond substrate 132 is used again as the bond substrate, the convex portion 130 is obtained. Does not hinder the bonding of the first regenerative bond substrate 132 and the base substrate, so that the first regenerative bond substrate 132 and the base substrate can be bonded together.

以上の再生処理工程によって、第1の分離ボンド基板121の分離面129の結晶欠陥を除去し、平坦性を向上することができる。研磨レートが高い研磨を省いて研磨レートが低い研磨だけで、十分にボンド基板として使用できる第1の再生ボンド基板132を作製することができる。CMP法による研磨工程において、研磨レートの高い研磨工程を省き、研磨レートの低い研磨工程とすることによって、第1の分離ボンド基板121を平坦化するために必要な研磨代を低減することができる。故に1回の再生処理工程におけるボンド基板の取り代を削減することができるため、1枚のボンド基板を繰り返し使用する回数を増やすことができ、SOI基板作製のコストダウンに大きく貢献できる。 Through the above regeneration treatment process, crystal defects of the separation surface 129 of the first separation bond substrate 121 can be removed, and flatness can be improved. The first regenerated bond substrate 132 that can be sufficiently used as a bond substrate can be manufactured only by polishing with a low polishing rate by omitting polishing with a high polishing rate. In the polishing process using the CMP method, a polishing process with a low polishing rate is omitted and a polishing process with a low polishing rate is performed, so that a polishing cost necessary for planarizing the first separation bond substrate 121 can be reduced. . Therefore, since the machining allowance of the bond substrate in one regeneration processing step can be reduced, the number of times of repeatedly using one bond substrate can be increased, which can greatly contribute to the cost reduction in manufacturing the SOI substrate.

また、CMP法では基板を1枚ずつ処理する枚葉式の処理しか行うことができない。よって、再生処理工程におけるCMP法による研磨工程の割合が低減されることで、第1の分離ボンド基板121再生処理の高効率化を図ることができる。同時に、CMP法で用いられるスラリーや研磨布などの消耗品の消費を低減し、コストダウンを図ることができる。 In addition, the CMP method can perform only a single-wafer process for processing substrates one by one. Accordingly, the ratio of the polishing process by the CMP method in the regeneration process is reduced, so that the efficiency of the regeneration process of the first separation bond substrate 121 can be increased. At the same time, consumption of consumables such as slurry and polishing cloth used in the CMP method can be reduced, and the cost can be reduced.

以上の工程により、図8に示す工程A乃至工程Eを経て、ボンド基板100からSOI基板を作製し、SOI基板作製時に副成される第1の分離ボンド基板121を第1の再生ボンド基板132として再生し、再びボンド基板として用いることができる。 Through the above steps, an SOI substrate is manufactured from the bond substrate 100 through steps A to E shown in FIG. 8, and the first separation bond substrate 121 formed as a sub-assembly at the time of manufacturing the SOI substrate is replaced with the first recycled bond substrate 132. And can be used again as a bond substrate.

なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができることとする。 Note that the structure described in this embodiment can be combined with any of the structures described in the other embodiments as appropriate.

(実施の形態2)
本実施の形態に係るSOI基板の製造方法及びそれに伴うボンド基板の再生処理方法では、実施の形態1において示したボンド基板の再生方法を用いて、SOI基板作製工程、第1の再生処理工程及び第2の再生処理工程からなるサイクルを繰り返してSOI基板を作製する。以下、図5〜図7と図9のSOI基板作製工程図を参照して、本形態に係るSOI基板の製造方法及びボンド基板の再生処理方法の一つについて説明する。
(Embodiment 2)
In the SOI substrate manufacturing method and the bond substrate recycling method according to the present embodiment, the bond substrate recycling method described in Embodiment 1 is used to perform the SOI substrate manufacturing process, the first regeneration processing process, and The SOI substrate is manufactured by repeating the cycle including the second regeneration processing step. Hereinafter, an SOI substrate manufacturing method and a bond substrate regeneration method according to this embodiment will be described with reference to FIGS.

まず、実施の形態1と同様に図9の工程A乃至工程Eを行い、第1の再生ボンド基板132を作製する。第1の再生ボンド基板132をボンド基板として用いて再びSOI基板を作製する工程について説明する。 First, Step A to Step E of FIG. 9 are performed in the same manner as in Embodiment Mode 1 to manufacture the first recycled bond substrate 132. A step of manufacturing an SOI substrate again using the first recycled bond substrate 132 as a bond substrate will be described.

実施の形態1で上述した工程A(ボンド基板工程)に従って、第1の再生ボンド基板132上に絶縁膜134を成膜し(図9の工程A−2に対応)、第1の再生ボンド基板132の表面から一定の深さの領域に脆化層136を形成し(図9の工程A−3に対応)、第1の再生ボンド基板132の表面の絶縁膜134の洗浄及び活性化を行う(図9の工程A−4に対応)。それぞれの工程の詳細については、実施の形態1と同様に行えばよい。 According to the process A (bond substrate process) described in the first embodiment, an insulating film 134 is formed on the first regenerated bond substrate 132 (corresponding to the process A-2 in FIG. 9), and the first regenerated bond substrate. An embrittlement layer 136 is formed in a region at a certain depth from the surface of 132 (corresponding to step A-3 in FIG. 9), and the insulating film 134 on the surface of the first regenerated bond substrate 132 is cleaned and activated. (Corresponding to step A-4 in FIG. 9). The details of each step may be performed in the same manner as in the first embodiment.

ただし、第1の再生ボンド基板132は、ボンド基板100と異なり、基板周辺部に凸部130が形成されている。よって、絶縁膜134形成においては、図5(A)の第1の再生ボンド基板132周辺部の拡大図で示すように、絶縁膜134は凸部130の段差に沿って成膜される。また、その後のイオン照射においては、図5(B)に示すように、段差のある絶縁膜134上からイオンビームを照射するので、形成された脆化層136は、凸部130で分断されるような形状となる。 However, unlike the bond substrate 100, the first regenerative bond substrate 132 has a convex portion 130 formed on the periphery of the substrate. Therefore, in forming the insulating film 134, the insulating film 134 is formed along the steps of the protrusion 130 as shown in the enlarged view of the periphery of the first recycled bond substrate 132 in FIG. Further, in the subsequent ion irradiation, as shown in FIG. 5B, since the ion beam is irradiated from above the insulating film 134 having a step, the formed embrittlement layer 136 is divided by the convex portion 130. It becomes such a shape.

次に、実施の形態1で上述した工程B(ベース基板工程)に従って、ベース基板138を準備し(図9の工程B−1に対応)、ベース基板138上に絶縁膜140を形成し(図9の工程B−2に対応)、ベース基板138の表面の絶縁膜140の洗浄及び活性化を行う(図9の工程B−3に対応)。それぞれの工程の詳細については、実施の形態1と同様に行えばよい。 Next, in accordance with the process B (base substrate process) described in Embodiment 1, the base substrate 138 is prepared (corresponding to the process B-1 in FIG. 9), and the insulating film 140 is formed over the base substrate 138 (FIG. 9 corresponding to step B-2 in FIG. 9), and cleaning and activation of the insulating film 140 on the surface of the base substrate 138 (corresponding to step B-3 in FIG. 9). The details of each step may be performed in the same manner as in the first embodiment.

次に、実施の形態1で上述した工程C(貼り合わせ工程)に従って、第1の再生ボンド基板132表面の絶縁膜134とベース基板138表面の絶縁膜140とを密着させ(図9の工程C−1に対応)、接合界面の結合力増加のための加熱処理を行い(図9の工程C−2に対応)、さらに加熱処理を行うことによって、第1の再生ボンド基板132を第2の半導体膜152と第2の分離ボンド基板142に分離する(図9の工程C−3に対応)。それぞれの工程の詳細については、実施の形態1と同様に行えばよい。 Next, in accordance with the process C (bonding process) described in the first embodiment, the insulating film 134 on the surface of the first recycled bond substrate 132 and the insulating film 140 on the surface of the base substrate 138 are brought into close contact (process C in FIG. 9). -1), heat treatment for increasing the bonding force of the bonding interface is performed (corresponding to step C-2 in FIG. 9), and further heat treatment is performed, whereby the first recycled bond substrate 132 is changed to the second Separated into a semiconductor film 152 and a second separation bond substrate 142 (corresponding to step C-3 in FIG. 9). The details of each step may be performed in the same manner as in the first embodiment.

ここで、工程C−1における第1の再生ボンド基板132の周辺部の拡大図は図6(A)のようになる。図6(A)に示すように、第1の再生ボンド基板132、絶縁膜134及び脆化層136はベース基板面に対して傾斜して、ベース基板138上の絶縁膜140に貼り合わせられている。凸部130より内側のエッジロールオフ領域における、ベース基板面に対する第1の再生ボンド基板132の傾きは緩やかなので、第1の再生ボンド基板132とベース基板138との接合境界は、エッジロールオフ領域中において形成される。なお、第1の再生ボンド基板132は、ボンド基板100と異なり、基板周辺部に凸部130が形成されている。よって、凸部130の先端137においても、絶縁膜134と絶縁膜140の貼り合わせが行われ、貼り合わせられた絶縁膜134上の脆化層136で第1の再生ボンド基板132が分離し、ベース基板138の先端137に対応する位置上に、絶縁膜と半導体膜が形成されることもある。 Here, an enlarged view of the peripheral portion of the first recycled bond substrate 132 in the step C-1 is as shown in FIG. As shown in FIG. 6A, the first regenerative bond substrate 132, the insulating film 134, and the embrittlement layer 136 are inclined with respect to the base substrate surface and bonded to the insulating film 140 over the base substrate 138. Yes. Since the inclination of the first regenerated bond substrate 132 with respect to the base substrate surface in the edge roll-off region inside the convex portion 130 is gentle, the bonding boundary between the first regenerated bond substrate 132 and the base substrate 138 is the edge roll-off region. Formed inside. Note that, unlike the bond substrate 100, the first regenerative bond substrate 132 has a convex portion 130 formed on the periphery of the substrate. Therefore, the insulating film 134 and the insulating film 140 are bonded to each other at the tip 137 of the convex portion 130, and the first recycled bond substrate 132 is separated by the embrittlement layer 136 on the bonded insulating film 134. An insulating film and a semiconductor film may be formed on the position corresponding to the tip 137 of the base substrate 138.

さらに、工程(C−3)における第2の分離ボンド基板142の周辺部の拡大図は図6(B)のようになる。図6(B)の示すように、第2の分離ボンド基板142の周辺部には、残存絶縁膜144、残存半導体層146、残存脆化層148からなる第2の残存部150が形成される。第2の分離ボンド基板142の第2の残存部150は、第1の分離ボンド基板121の第1の残存部126と比較すると、新残存部151が増えて、ボンド基板中央部平坦側に拡がっている。新残存部151の幅は200μm〜500μm程度になる。また、第2の分離ボンド基板142の第2の残存部150と、第2の半導体膜152及び絶縁膜140とは、図3(A)で示された第1の再生ボンド基板132とベース基板138の接合境界において分離される。これによって、ベース基板138上には、第2の残存部150の分だけ第1の再生ボンド基板132よりもサイズの小さい第2の半導体膜152が形成される。また第2の半導体膜152は、第1の半導体膜124と比較して新残存部151の分だけ小さくなっている。 Further, an enlarged view of the periphery of the second separation bond substrate 142 in the step (C-3) is as shown in FIG. As shown in FIG. 6B, a second remaining portion 150 including a remaining insulating film 144, a remaining semiconductor layer 146, and a remaining embrittlement layer 148 is formed in the periphery of the second isolation bond substrate 142. . Compared with the first remaining portion 126 of the first separation bond substrate 121, the second remaining portion 150 of the second separation bond substrate 142 is increased in the number of new remaining portions 151 and spreads toward the flat side of the bond substrate central portion. ing. The width of the new remaining portion 151 is about 200 μm to 500 μm. Further, the second remaining portion 150 of the second isolation bond substrate 142, the second semiconductor film 152, and the insulating film 140 are the same as the first regenerated bond substrate 132 and the base substrate shown in FIG. Separated at 138 junction boundaries. As a result, a second semiconductor film 152 smaller in size than the first regenerative bond substrate 132 is formed on the base substrate 138 by the amount of the second remaining portion 150. Further, the second semiconductor film 152 is smaller than the first semiconductor film 124 by the amount of the new remaining portion 151.

次に、上述の工程D(SOI基板仕上げ工程)に従って、ベース基板138上に絶縁膜140、絶縁膜134及び第2の半導体膜152が形成されたSOI基板の第2の半導体膜152表面の平坦化及び結晶性回復を行う。工程の詳細については、実施の形態1と同様に行えばよい。 Next, the surface of the second semiconductor film 152 of the SOI substrate in which the insulating film 140, the insulating film 134, and the second semiconductor film 152 are formed on the base substrate 138 according to the above-described process D (SOI substrate finishing process) is flat. And crystallinity recovery. The details of the process may be performed in the same manner as in the first embodiment.

このようにして作製されたSOI基板は、実施の形態1と同様に、実施の形態3で説明する工程G(デバイス工程)で半導体装置へと加工される。 The SOI substrate manufactured as described above is processed into a semiconductor device in a process G (device process) described in the third embodiment, as in the first embodiment.

次に、上述の工程E(第1の再生処理工程)に従って、第2の分離ボンド基板142に研磨レートが低い再生処理を施し、第2の残存部150の形状を残したままで第2の再生ボンド基板154として、第2の分離ボンド基板142を再生する。再生した第2の再生ボンド基板154は再びボンド基板として工程A(ボンド基板工程)に用いられる。 Next, according to the above-mentioned process E (first regeneration process), the second separation bond substrate 142 is subjected to a regeneration process with a low polishing rate, and the second regeneration is performed while the shape of the second remaining portion 150 is left. As the bond substrate 154, the second separation bond substrate 142 is regenerated. The regenerated second regenerated bond substrate 154 is again used as a bond substrate in the process A (bond substrate process).

以上のように、工程A乃至工程DのSOI基板作製工程と工程Eの第1の再生処理工程とからなるサイクルを繰り返すことによって、SOI基板を効率よく作製することができる。しかし、このサイクルを繰り返すと、分離ボンド基板周辺部の残存部及び再生ボンド基板周辺部の凸部が大きくなり、それに伴ってSOI基板上に形成される半導体膜の面積が小さくなり、SOI基板上に半導体装置を作製できるエリアが狭くなる。このため、工程A乃至工程DのSOI基板作製工程と工程Eの第1の再生処理工程とからなるサイクルを複数回繰り返すごとに、第1の再生処理工程の代わりに、残存部を除去するための第2の再生処理工程を行うことが好ましい。なお、第2の再生処理工程を行うまでに、SOI基板作製工程と第1の再生処理工程のサイクルを繰り返す回数は、作製する半導体装置に必要な半導体膜の面積に応じて適宜設定すればよい。例えば、ボンド基板として対角5インチの正方形状の単結晶シリコン基板を用いる場合、周辺残存部の幅を1cm以下とするのが好ましく、10回〜30回のサイクルに1回周辺残存部を除去する第2の再生処理工程を行うのが好ましい。 As described above, the SOI substrate can be efficiently manufactured by repeating the cycle including the SOI substrate manufacturing process in steps A to D and the first regeneration processing step in step E. However, when this cycle is repeated, the remaining part of the peripheral part of the separation bond substrate and the convex part of the peripheral part of the recycled bond substrate become large, and accordingly, the area of the semiconductor film formed on the SOI substrate becomes small, and In addition, the area in which a semiconductor device can be manufactured becomes narrow. For this reason, in order to remove the remaining portion instead of the first regeneration processing step every time the cycle including the SOI substrate manufacturing step of Step A to Step D and the first regeneration processing step of Step E is repeated a plurality of times. It is preferable to perform the second regeneration processing step. Note that the number of times the cycle of the SOI substrate manufacturing process and the first recycling process is repeated before the second regeneration process is performed may be set as appropriate depending on the area of the semiconductor film necessary for the semiconductor device to be manufactured. . For example, when a square single crystal silicon substrate having a diagonal size of 5 inches is used as the bond substrate, the width of the peripheral residual portion is preferably 1 cm or less, and the peripheral residual portion is removed once in 10 to 30 cycles. It is preferable to perform the second regeneration processing step.

そこで、SOI基板作製工程と第1の処理工程のサイクルを複数回繰り返して第3の残存部168が十分大きくなった第3の分離ボンド基板160に第2の再生処理を施し、第3の残存部168を除去して再生ボンド基板として再生する工程について説明する。以下の工程は、図9における工程F(第2の再生処理工程)に該当する。 Therefore, the cycle of the SOI substrate manufacturing process and the first processing process is repeated a plurality of times, and the second separation process is performed on the third separation bond substrate 160 in which the third remaining portion 168 becomes sufficiently large, and the third remaining process is performed. A process of removing the portion 168 and regenerating as a regenerated bond substrate will be described. The following steps correspond to step F (second regeneration processing step) in FIG.

まず、第3の分離ボンド基板160を取り出す。図7(A)の第3の分離ボンド基板160の第3の残存部168周辺の拡大図で示されるように、第3の分離ボンド基板160の周辺部には第3の残存部168が形成されている。第3の残存部168は、半導体基板側から順に残存脆化層166、残存半導体層164、残存絶縁膜162が形成されている。第3の分離ボンド基板160の分離面170には結晶欠陥が形成され、平坦性が損なわれている。 First, the third separation bond substrate 160 is taken out. As shown in the enlarged view around the third remaining portion 168 of the third separation bond substrate 160 in FIG. 7A, the third remaining portion 168 is formed in the peripheral portion of the third separation bond substrate 160. Has been. In the third remaining portion 168, a remaining embrittlement layer 166, a remaining semiconductor layer 164, and a remaining insulating film 162 are formed in this order from the semiconductor substrate side. Crystal defects are formed on the separation surface 170 of the third separation bond substrate 160, and flatness is impaired.

次に、図7(B)に示すように、第3の残存部168の残存絶縁膜162を除去する。(図9の工程F−1に対応)。残存絶縁膜162は、フッ酸を含むエッチャントでウェットエッチング処理を行うことで除去することができる。フッ酸を含むエッチャントとしては、フッ酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤を含む混合溶液(例えば、ステラケミファ社製、商品名:LAL500)を用いるのが望ましい。このウェットエッチングは、120秒〜1200秒行うのが好ましく、例えば600秒程度行うのが望ましい。また、ウェットエッチングは第3の分離ボンド基板160を処理槽内の溶液に浸漬することによって行われるので、複数の第3の分離ボンド基板160を一括処理することが可能である。残存絶縁膜162をウェットエッチングで除去することにより、後の工程で行うCMP法による研磨時間を短くすることができる。 Next, as shown in FIG. 7B, the remaining insulating film 162 of the third remaining portion 168 is removed. (Corresponding to step F-1 in FIG. 9). The remaining insulating film 162 can be removed by performing a wet etching process with an etchant containing hydrofluoric acid. As the etchant containing hydrofluoric acid, it is desirable to use a mixed solution containing hydrofluoric acid, ammonium fluoride, and a surfactant (for example, product name: LAL500, manufactured by Stella Chemifa Corporation). This wet etching is preferably performed for 120 seconds to 1200 seconds, for example, about 600 seconds. Further, since the wet etching is performed by immersing the third separation bond substrate 160 in a solution in the treatment tank, a plurality of third separation bond substrates 160 can be collectively processed. By removing the remaining insulating film 162 by wet etching, the polishing time by the CMP method performed in a later step can be shortened.

次に、第3の残存部168の残存半導体層164の段差をウェットエッチングで低減するのが好ましい(図9の工程F−2に対応)。残存半導体層164は、有機アルカリ水溶液をエッチャントとしてウェットエッチング処理を行うことで、段差を低減することができる。有機アルカリ水溶液としては、TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド)を0.2〜5.0%含む水溶液(例えば、東京応化工業株式会社製、商品名:NMD3)を用いるのが好ましい。また、有機アルカリ水溶液の液温は、40℃〜70℃とするのが好ましく、例えば、液温を50℃程度にするのが望ましい。このウェットエッチングは、30秒〜600秒行うのが好ましく、例えば、60秒程度行うのが望ましい。ただし、ウェットエッチングの時間が長すぎると、第3の分離ボンド基板160及び残存半導体層164の表面の凹凸が激しくなる。また、ウェットエッチングは第3の分離ボンド基板160を処理槽内の溶液に浸漬することによって行われるので、複数の第3の分離ボンド基板160を一括処理することが可能である。 Next, it is preferable to reduce the level difference of the remaining semiconductor layer 164 of the third remaining portion 168 by wet etching (corresponding to Step F-2 in FIG. 9). The remaining semiconductor layer 164 can reduce a step difference by performing a wet etching process using an organic alkaline aqueous solution as an etchant. As the organic alkaline aqueous solution, an aqueous solution containing 0.2 to 5.0% of TMAH (Tetra Methyl Ammonium Hydroxide, tetramethylammonium hydroxide) (for example, trade name: NMD3 manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is preferably used. . The liquid temperature of the organic alkaline aqueous solution is preferably 40 ° C. to 70 ° C., and for example, the liquid temperature is preferably about 50 ° C. This wet etching is preferably performed for 30 seconds to 600 seconds, for example, about 60 seconds. However, when the wet etching time is too long, the unevenness of the surfaces of the third separation bond substrate 160 and the remaining semiconductor layer 164 becomes severe. Further, since the wet etching is performed by immersing the third separation bond substrate 160 in a solution in the treatment tank, a plurality of third separation bond substrates 160 can be collectively processed.

このウェットエッチングにより、分離面170に形成されている結晶欠陥を有する半導体層も除去することができる。また、残存半導体層164による段差を10nm〜70nm程度に低減することができる。分離面170に形成されている結晶欠陥を除去し、残存半導体層164の段差を低減することにより、次の工程で行うCMP法による研磨工程を短くすることができる。 By this wet etching, the semiconductor layer having crystal defects formed on the separation surface 170 can also be removed. Further, the step due to the remaining semiconductor layer 164 can be reduced to about 10 nm to 70 nm. By removing crystal defects formed on the separation surface 170 and reducing the level difference of the remaining semiconductor layer 164, a polishing process by a CMP method performed in the next process can be shortened.

次に、図7(C)に示すように、第3の分離ボンド基板160に研磨を行い、第3の再生ボンド基板172を形成する(図9の工程F−3に対応)。研磨方法としては、CMP法を用いる。CMP法は、高い研磨レートの一次研磨から始めて、低い研磨レートの仕上げ研磨へ段階的に行うのが好ましい。一次研磨と仕上げ研磨の間に研磨レートが中間になる2次研磨を加えるとさらに好ましい。一次研磨としては、研磨布はポリウレタン研磨布を用いるのが好ましく、スラリーの粒径は180nm〜120nmとするのが好ましく、例えば、150nm程度とするのが望ましい。このとき、研磨代は5μm〜20μm程度にするのが好ましい。二次研磨としては、研磨布はスウェード地の研磨布を用いるのが好ましく、スラリーの粒径は120nm〜75nmとするのが好ましく、例えば、90nm程度とするのが望ましい。このとき、研磨代は2μm〜10μm程度にするのが好ましい。仕上げ研磨としては、研磨布はスウェード地の研磨布を用いるのが好ましく、スラリーの粒径は75nm〜45nmとするのが好ましく、例えば、60nm程度とするのが望ましい。このとき、研磨代は500nm〜1000nm程度にするのが好ましい。一次研磨から仕上げ研磨までの研磨代の合計は5μm〜20μm程度にするのが好ましい。 Next, as shown in FIG. 7C, the third separation bond substrate 160 is polished to form a third recycled bond substrate 172 (corresponding to Step F-3 in FIG. 9). As a polishing method, a CMP method is used. The CMP method is preferably performed in a stepwise manner, starting with primary polishing at a high polishing rate, and then finishing polishing at a low polishing rate. It is more preferable to add a secondary polishing with an intermediate polishing rate between the primary polishing and the final polishing. As the primary polishing, a polyurethane polishing cloth is preferably used as the polishing cloth, and the particle diameter of the slurry is preferably 180 nm to 120 nm, for example, about 150 nm. At this time, the polishing allowance is preferably about 5 μm to 20 μm. As the secondary polishing, it is preferable to use a suede polishing cloth as the polishing cloth, and the particle diameter of the slurry is preferably 120 nm to 75 nm, for example, about 90 nm. At this time, the polishing allowance is preferably about 2 μm to 10 μm. As the finish polishing, it is preferable to use a suede polishing cloth as the polishing cloth, and the particle diameter of the slurry is preferably 75 nm to 45 nm, for example, about 60 nm. At this time, the polishing allowance is preferably about 500 nm to 1000 nm. The total polishing allowance from primary polishing to finish polishing is preferably about 5 μm to 20 μm.

このように、第3の分離ボンド基板160に研磨を行うことによって、研磨代5μm〜20μm程度で、平均面粗さ(Ra)が0.2nm〜0.5nm程度に平坦化された第3の再生ボンド基板172を形成することができる。このとき研磨によって、残存半導体層164及び残存脆化層166からなる第3の残存部168は除去される。研磨レートが高い研磨を用いることによって、第3の再生ボンド基板172の周辺部に残存部の形跡を残すことなく、研磨を行うことができる。また、第3の再生ボンド基板172についても、周辺部にCMP法によるエッジロールオフ領域が形成され、中央部より周辺部の厚さが薄くなるため、再びボンド基板として工程Aに用いることができる。 As described above, by polishing the third separation bond substrate 160, the third surface is flattened to an average surface roughness (Ra) of about 0.2 nm to 0.5 nm with a polishing allowance of about 5 μm to 20 μm. A recycled bond substrate 172 can be formed. At this time, the third remaining portion 168 including the remaining semiconductor layer 164 and the remaining embrittlement layer 166 is removed by polishing. By using polishing with a high polishing rate, polishing can be performed without leaving a trace of the remaining portion in the peripheral portion of the third recycled bond substrate 172. The third recycled bond substrate 172 also has an edge roll-off region formed by the CMP method in the peripheral portion, and the peripheral portion is thinner than the central portion. Therefore, the third recycled bond substrate 172 can be used again as the bond substrate in the step A. .

以上の工程により、第3の分離ボンド基板160は、第3の再生ボンド基板172へと再生される。得られた第3の再生ボンド基板172は工程Aにおいてボンド基板として再度利用することができ、SOI基板作製工程と第1の再生処理工程とからなるサイクルを廻すことができる。 Through the above steps, the third separation bond substrate 160 is regenerated into the third regenerated bond substrate 172. The obtained third recycled bond substrate 172 can be reused as a bond substrate in the step A, and a cycle including an SOI substrate manufacturing step and a first regeneration processing step can be performed.

本実施の形態で示したように、SOI基板作製工程と基板周辺部に分離ボンド基板の残存部に由来する凸部の形成される第1の再生処理工程からなるサイクルを複数回繰り返し、分離ボンド基板の残存部が大きくなると第1の再生処理工程の代わりに、残存部を除去する第2の再生処理工程を行うことで、ボンド基板の研磨工程を削減させながら、SOI基板上の半導体膜の面積を維持することができる。よって、再生処理工程を行うたびに基板周辺の残存部を除去する場合と比較すると、1回の再生処理工程におけるボンド基板の取り代を削減することができるため、1枚のボンド基板を繰り返し使用する回数を増やすことができ、SOI基板作製のコストダウンに大きく貢献できる。また、CMP法では基板を1枚ずつ処理する枚葉式の処理しか行うことができない。よって、再生処理工程におけるCMP法による研磨工程を削減することで、再生処理工程の高効率化を図ることができる。同時に、CMP法で用いられるスラリーや研磨布などの消耗品の浪費を抑え、コストダウンを図ることができる。 As shown in this embodiment mode, a cycle comprising the SOI substrate manufacturing process and the first regeneration processing process in which the convex portion derived from the remaining portion of the separation bond substrate is formed in the peripheral portion of the substrate is repeated a plurality of times to separate the bond. When the remaining portion of the substrate becomes large, a second regeneration processing step for removing the remaining portion is performed instead of the first regeneration processing step, thereby reducing the polishing process of the bond substrate and reducing the semiconductor film on the SOI substrate. The area can be maintained. Therefore, as compared with the case where the remaining portion around the substrate is removed every time the regeneration processing step is performed, it is possible to reduce the machining allowance of the bond substrate in one regeneration processing step, so that one bond substrate is repeatedly used. This can increase the number of times to be performed and can greatly contribute to the cost reduction of the SOI substrate manufacturing. In addition, the CMP method can perform only a single-wafer process for processing substrates one by one. Therefore, the efficiency of the regeneration process can be improved by reducing the polishing process by the CMP method in the regeneration process. At the same time, waste of consumables such as slurry and polishing cloth used in the CMP method can be suppressed, and costs can be reduced.

なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができることとする。 Note that the structure described in this embodiment can be combined with any of the structures described in the other embodiments as appropriate.

(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。なお、本実施の形態で示す工程は、図8及び図9における工程F(デバイス工程)に該当する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device using the SOI substrate manufactured in the above embodiment will be described. Note that the process shown in this embodiment corresponds to the process F (device process) in FIGS.

まず、図10および図11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。図10(A)は、図2(C)のSOI基板の断面図である。 The case where an SOI substrate manufactured by the method of Embodiment Mode 1 is used as an SOI substrate will be described. FIG. 10A is a cross-sectional view of the SOI substrate in FIG.

エッチングにより、第1の半導体膜124を素子分離して、図10(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。 The first semiconductor film 124 is element-isolated 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10(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. 10C, 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、第1の半導体膜124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、ガリウムなどのアクセプタとなる不純物元素、またはリン、ヒ素などのドナーとなる不純物元素を第1の半導体膜124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アクセプタとなる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ドナーとなる不純物元素を添加する。 Note that an impurity element serving as an acceptor such as boron, aluminum, or gallium, or an impurity serving as a donor such as phosphorus or arsenic is used to control the threshold voltage of the TFT before etching the first semiconductor film 124. It is preferable to add an element to the first semiconductor film 124. For example, an impurity element serving as an acceptor is added to a region where an n-channel TFT is formed, and an impurity element serving as a donor is added to a region where a p-channel TFT is formed.

次に、図10(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. 10D, 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、ホウ素、アルミニウム、ガリウム等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, aluminum, gallium, or the like 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11(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 of 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11(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. 11B, 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11(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 illustrated 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11(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 a contact hole is formed 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。本実施の形態の半導体装置に用いるSOI基板の作製過程で、分離ボンド基板の再生処理工程を行い、1枚のボンド基板から複数枚の半導体膜を形成しているので、製造コストの低減及び生産性の向上を図ることができる。 Through the above steps, a semiconductor device having an n-channel TFT and a p-channel TFT can be manufactured. In the manufacturing process of the SOI substrate used for the semiconductor device of this embodiment, the separation processing of the separation bond substrate is performed, and a plurality of semiconductor films are formed from one bond substrate. It is possible to improve the performance.

図10及び図11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。 Although the manufacturing method of the TFT has been described with reference to FIGS. 10 and 11, 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. .

なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができることとする。 Note that the structure described in this embodiment can be combined with any of the structures described in the other embodiments as appropriate.

(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明を適用して作製した半導体装置の具体的な態様について、図12及び図13を参照しながら、説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment mode, specific modes of a semiconductor device manufactured by applying the present invention will be described with reference to FIGS.

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12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. 12 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12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. 12, 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13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13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. 13 is a block diagram illustrating a configuration example of such a semiconductor device. The semiconductor device illustrated in FIG. 13 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13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、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. 13, 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, an 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、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。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 interface 524. The 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.

本実施の形態の半導体装置である、マイクロプロセッサ及びRFCPUに用いるSOI基板の作製過程で、分離ボンド基板の再生処理工程を行い、1枚のボンド基板から複数枚の半導体膜を形成しているので、製造コストの低減及び生産性の向上を図ることができる。 In the manufacturing process of the SOI substrate used for the microprocessor and the RFCPU which is the semiconductor device of the present embodiment, the separation processing of the separation bond substrate is performed, and a plurality of semiconductor films are formed from one bond substrate. Thus, the manufacturing cost can be reduced and the productivity can be improved.

なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができることとする。 Note that the structure described in this embodiment can be combined with any of the structures described in the other embodiments as appropriate.

(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明を適用して作製した表示装置について、図14及び図15を参照しながら、説明する。
(Embodiment 5)
In this embodiment mode, a display device manufactured by applying the present invention will be described with reference to FIGS.

まず、液晶表示装置について、図14を参照して説明する。図14(A)は液晶表示装置の画素の平面図であり、図14(B)は、J−K切断線による図14(A)の断面図である。 First, a liquid crystal display device will be described with reference to FIG. 14A is a plan view of a pixel of the liquid crystal display device, and FIG. 14B is a cross-sectional view of FIG. 14A taken along the line JK.

図14(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. 14A, 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14(B)に示すように、ベース基板120上に、第2の絶縁膜122及び第1の絶縁膜102を介して単結晶半導体膜320が積層されている。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341、不純物元素が添加されたn型の高濃度不純物領域342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. 14B, a single crystal semiconductor film 320 is stacked over the base substrate 120 with the second insulating film 122 and the first insulating film 102 interposed therebetween. 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 341 and an n-type high concentration impurity region 342 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342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 342 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15を参照して説明する。図15(A)はEL表示装置の画素の平面図であり、図15(B)は、J−K切断線による図15(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. 15A is a plan view of a pixel of an EL display device, and FIG. 15B is a cross-sectional view of FIG. 15A taken along the line JK.

図15(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. 15A, 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15(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、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. 15B, 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 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.

また、本実施の形態の半導体装置である、液晶表示装置及びEL表示装置に用いるSOI基板の作製過程で、分離ボンド基板の再生処理工程を行い、1枚のボンド基板から複数枚の半導体膜を形成しているので、製造コストの低減及び生産性の向上を図ることができる。 In addition, in the manufacturing process of the SOI substrate used for the liquid crystal display device and the EL display device which is the semiconductor device of this embodiment, a separation processing process of the separation bond substrate is performed, and a plurality of semiconductor films are formed from one bond substrate. Since it is formed, the manufacturing cost can be reduced and the productivity can be improved.

なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができることとする。 Note that the structure described in this embodiment can be combined with any of the structures described in the other embodiments as appropriate.

(実施の形態6)
本実施の形態では、本発明を適用して作製した電子機器について、図16及び図17を参照しながら、説明する。
(Embodiment 6)
In this embodiment, electronic devices manufactured by applying the present invention will be described with reference to FIGS.

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、テレビジョン、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポなど)、コンピュータ、ノート型コンピュータ、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16、図17に示す。 Various electrical devices can be manufactured by using an SOI substrate. Electrical equipment includes televisions, video cameras, digital cameras, goggle-type displays (head-mounted displays), navigation systems, sound playback devices (car audio, audio components, etc.), computers, notebook computers, game machines, and personal digital assistants (Such as a mobile computer, a mobile phone, a portable game machine or an electronic book), an image playback device (specifically a DVD (digital versatile disc)) provided with a recording medium, and audio data stored in a recording medium such as a DVD, In addition, a device including a display device capable of displaying the stored image data is included, and examples thereof are shown in FIGS.

図16は、本発明を適用した携帯電話の一例であり、図16(A)が正面図、図16(B)が背面図、図16(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。 16A and 16B illustrate an example of a mobile phone to which the present invention is applied. FIG. 16A is a front view, FIG. 16B is a rear view, and FIG. It is a front view. 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. The 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. 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16(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16(C)のように展開する。表示部703には、本実施の形態で説明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. 16A) can be slid, and are expanded as illustrated in FIG. 16C. The display portion 703 can incorporate a display panel or a display device to which the display device manufacturing method described in this embodiment 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16(A))をスライドさせることで、図16(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. Furthermore, by sliding the overlapping housings 701 and 702 (FIG. 16A), 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16(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. 16B) 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17(A)は表示装置であり、筐体801、支持台802、表示部803、スピーカー部804、ビデオ入力端子805等を含む。なお、表示装置は、パーソナルコンピュータ用、TV放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。 FIG. 17A illustrates a display device, which includes a housing 801, a support base 802, a display portion 803, a speaker portion 804, a video input terminal 805, and the like. The display device includes all information display devices such as a personal computer, a TV broadcast reception, and an advertisement display.

図17(B)はコンピュータであり、筐体812、表示部813、キーボード814、外部接続ポート815、マウス816等を含む。 FIG. 17B illustrates a computer, which includes a housing 812, a display portion 813, a keyboard 814, an external connection port 815, a mouse 816, and the like.

図17(C)はビデオカメラであり、表示部822、外部接続ポート824、リモコン受信部825、受像部826、操作キー829等を含む。 FIG. 17C illustrates a video camera, which includes a display portion 822, an external connection port 824, a remote control receiving portion 825, an image receiving portion 826, operation keys 829, and the like.

本実施の形態にて説明した各種電子機器は、SOI基板の作製過程で、分離ボンド基板の再生処理工程を行い、1枚のボンド基板から複数枚の半導体膜を形成しているので、製造コストの低減及び生産性の向上を図ることができる。 In the various electronic devices described in this embodiment mode, a manufacturing process of an SOI substrate is performed, and a separation bond substrate regeneration process is performed to form a plurality of semiconductor films from a single bond substrate. Can be reduced and productivity can be improved.

なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用いることができることとする。 Note that the structure described in this embodiment can be combined with any of the structures described in the other embodiments as appropriate.

本実施例では、単結晶シリコンからなるボンド基板を用いて、SOI基板を作製し、副成される分離単結晶シリコン基板を研磨レートが低いCMP法を含む再生処理工程に従って再生し、得られた再生単結晶シリコン基板を用いて再びSOI基板を作製した。 In this example, an SOI substrate was manufactured using a bond substrate made of single crystal silicon, and the isolated single crystal silicon substrate formed as a by-product was regenerated according to a regeneration process including a CMP method with a low polishing rate. An SOI substrate was produced again using the recycled single crystal silicon substrate.

本実施例では、ボンド基板として角5インチの矩形状単結晶シリコン基板を用いた。まず、単結晶シリコン基板をHCl雰囲気下で熱酸化し、100nmの厚さで熱酸化膜を成膜した。このとき、HClが酸素に対して3体積%の割合で含まれる雰囲気とし、950℃の温度で3時間熱酸化を行った。 In this example, a rectangular single crystal silicon substrate having a 5 inch square was used as the bond substrate. First, a single crystal silicon substrate was thermally oxidized in an HCl atmosphere to form a thermal oxide film with a thickness of 100 nm. At this time, thermal oxidation was performed at a temperature of 950 ° C. for 3 hours in an atmosphere containing HCl at a rate of 3% by volume with respect to oxygen.

次に、熱酸化膜の表面からイオンドーピング装置を用いて単結晶シリコン基板に水素を照射した。本実施例では、水素をイオン化して照射することによって、単結晶シリコン基板に脆化層を形成した。イオンドーピングは加速電圧を40kV、ドーズを2.0×1016ions/cmとして行った。これにより、熱酸化膜の表面から約210nm程度の深さに脆化層を形成した。 Next, the single crystal silicon substrate was irradiated with hydrogen from the surface of the thermal oxide film using an ion doping apparatus. In this example, an embrittlement layer was formed on the single crystal silicon substrate by ionizing and irradiating hydrogen. Ion doping was performed with an acceleration voltage of 40 kV and a dose of 2.0 × 10 16 ions / cm 2 . Thereby, an embrittlement layer was formed at a depth of about 210 nm from the surface of the thermal oxide film.

次に、単結晶シリコン基板を、熱酸化膜を介してガラス基板に貼り合わせた。その後200℃で120分の熱処理を行い、さらに、600℃で120分の熱処理を行って、脆化層において単結晶シリコン基板を薄膜の単結晶シリコン層と残り部分である分離単結晶シリコン基板に分離した。それによって、ガラス基板上に熱酸化膜を介して単結晶シリコン膜が形成された第1のSOI基板と、周辺部に残存絶縁膜と残存単結晶シリコン層からなる周辺残存部を有する第1の分離単結晶シリコン基板が作製された。 Next, the single crystal silicon substrate was bonded to a glass substrate through a thermal oxide film. Thereafter, heat treatment is performed at 200 ° C. for 120 minutes, and further, heat treatment is performed at 600 ° C. for 120 minutes, so that the single crystal silicon substrate is changed into a thin single crystal silicon layer and the remaining single crystal silicon substrate in the embrittlement layer. separated. Thereby, a first SOI substrate in which a single crystal silicon film is formed on a glass substrate via a thermal oxide film, and a first portion having a peripheral residual portion including a residual insulating film and a residual single crystal silicon layer in the peripheral portion. An isolated single crystal silicon substrate was produced.

次に、第1の分離単結晶シリコン基板にフッ酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤を含む混合溶液(ステラケミファ社製、商品名:LAL500)をエッチャントとしてウェットエッチング処理を施した。このとき、液温は20℃、エッチング時間は600秒とした。 Next, wet etching treatment was performed on the first separated single crystal silicon substrate using a mixed solution containing hydrofluoric acid, ammonium fluoride, and a surfactant (product name: LAL500, manufactured by Stella Chemifa Corporation) as an etchant. At this time, the liquid temperature was 20 ° C. and the etching time was 600 seconds.

次に、第1の分離単結晶シリコン基板に低い研磨レートのCMP法による研磨を行った。このとき、研磨布はスウェード地の研磨布(ニッタ・ハース株式会社製IC1400)を用い、スラリー供給用の薬液としては、スラリー液(ニッタ・ハース株式会社製NP8020、粒径60nm、20倍希釈)を用いた。他のCMP条件については次のようにした。スラリー流量100ml/min、研磨圧0.01MPa、スピンドル回転数20rpm、テーブル回転数20rpm、処理時間3.4分とした。このようにして、再生された再生単結晶シリコン基板の周辺部には、周辺残存部の形状と同様の凸部が形成されていた。 Next, the first separated single crystal silicon substrate was polished by a CMP method with a low polishing rate. At this time, as the polishing cloth, a suede polishing cloth (IC1400 manufactured by Nitta Haas Co., Ltd.) was used. As a chemical solution for supplying slurry, a slurry liquid (NP8020 manufactured by Nitta Haas Co., Ltd., particle size 60 nm, diluted 20 times) Was used. Other CMP conditions were as follows. The slurry flow rate was 100 ml / min, the polishing pressure was 0.01 MPa, the spindle rotation speed was 20 rpm, the table rotation speed was 20 rpm, and the processing time was 3.4 minutes. In this way, a convex portion similar to the shape of the remaining peripheral portion was formed in the peripheral portion of the regenerated single crystal silicon substrate thus regenerated.

こうして再生された再生単結晶シリコン基板に再び上述のように、熱酸化膜を成膜し、イオンを照射し、ガラス基板と貼り合わせ、熱処理を行って、ガラス基板上に単結晶シリコン膜が形成された第2のSOI基板と、周辺部に残存絶縁膜と残存単結晶シリコン層からなる残存部を有する第2の分離単結晶シリコン基板を作製した。 A thermal oxide film is again formed on the regenerated single crystal silicon substrate thus regenerated, irradiated with ions, bonded to the glass substrate, and heat-treated to form a single crystal silicon film on the glass substrate. A second separated single crystal silicon substrate having the second SOI substrate thus formed and a remaining portion including a remaining insulating film and a remaining single crystal silicon layer in a peripheral portion was manufactured.

さらに、第2の分離単結晶シリコン基板に同様の再生処理工程を行って第2の再生単結晶シリコン基板を作製した。それから、第2の再生単結晶シリコン基板に再び上述のように、熱酸化膜を成膜し、イオンを照射し、ガラス基板と貼り合わせ、熱処理を行って、ガラス基板上に単結晶シリコン膜が形成された第3のSOI基板と、周辺部に残存絶縁膜と残存単結晶シリコン層からなる残存部を有する第3の分離単結晶シリコン基板を作製した。 Further, a similar regeneration process was performed on the second separated single crystal silicon substrate to produce a second recycled single crystal silicon substrate. Then, as described above, a thermal oxide film is again formed on the second regenerated single crystal silicon substrate, irradiated with ions, bonded to the glass substrate, and subjected to heat treatment, so that the single crystal silicon film is formed on the glass substrate. A third separated single crystal silicon substrate having a formed third SOI substrate and a remaining portion including a remaining insulating film and a remaining single crystal silicon layer in a peripheral portion was manufactured.

図18(A)は、第2の分離単結晶シリコン基板の上面写真である。第2の分離単結晶シリコン基板の面上には、再生ボンド基板を覆っていた熱酸化膜ではなく、単結晶シリコン層1002が現れている。よって、再生ボンド基板上に形成されていた熱酸化膜及び脆化層上の単結晶シリコン層が脆化層を境界としてきれいに分離され、ガラス基板上に貼り合わせられて第2のSOI基板を形成していることが推察される。 FIG. 18A is a top view photograph of the second separated single crystal silicon substrate. On the surface of the second separated single crystal silicon substrate, a single crystal silicon layer 1002 appears instead of the thermal oxide film covering the recycled bond substrate. Therefore, the thermal oxide film formed on the recycled bond substrate and the single crystal silicon layer on the embrittlement layer are separated cleanly with the embrittlement layer as a boundary, and bonded to the glass substrate to form a second SOI substrate. It is inferred that

また、同様の条件で第2のSOI基板を4枚作製し、第2のSOI基板上の単結晶シリコン膜中の欠損領域についてパーティクル検査機(日立電子エンジニアリング株式会社製、ガラス基板表面検査装置GI−4600)を用いて検出した。該パーティクル検査機は、出力30mW、波長780nmのレーザ光を試料基板に照射し、凹凸で反射した散乱光及び欠損領域を通過した透過光を受光器で検出することによって、欠損領域の個数を数えることができる。X軸方向にレーザ光を操作し、Y軸方向にテーブルごと試料基板を操作することによって、単結晶シリコン膜の107mm四方を走査して、単結晶シリコン膜の欠損領域を検出した。それぞれの第2のSOI基盤の107mm角あたりの検出数は、66個、148個、77個、95個となり、平均検出数は96.5個となった。これは市販の単結晶シリコン基板を用いてガラス基板上に単結晶シリコン層を形成したSOI基板と比較しても遜色ない値である。ただし、本実施例で用いたゴミ検査機は、単結晶シリコン欠損領域を激しい凹部として捉え、検出する。そのため、表面凹凸やゴミや傷も検出されるので、あくまで定性的な数値として評価・比較する必要がある。 Further, four second SOI substrates are manufactured under the same conditions, and a particle inspection machine (manufactured by Hitachi Electronics Engineering Co., Ltd., glass substrate surface inspection apparatus GI) is used for a defect region in the single crystal silicon film on the second SOI substrate. -4600). The particle inspection device irradiates a sample substrate with a laser beam having an output of 30 mW and a wavelength of 780 nm, and counts the number of defective regions by detecting scattered light reflected by unevenness and transmitted light that has passed through the defective region with a light receiver. be able to. By operating the laser beam in the X-axis direction and operating the sample substrate together with the table in the Y-axis direction, a single crystal silicon film was scanned 107 mm square to detect a defect region of the single crystal silicon film. The number of detections per 107 mm square of each second SOI substrate was 66, 148, 77, and 95, and the average number of detections was 96.5. This is a value comparable to a SOI substrate in which a single crystal silicon layer is formed on a glass substrate using a commercially available single crystal silicon substrate. However, the dust inspection machine used in the present embodiment detects and detects the single crystal silicon defect region as a severe recess. For this reason, since surface irregularities, dust and scratches are also detected, it is necessary to evaluate and compare them as qualitative numerical values.

次に、第2の分離単結晶シリコン基板の周辺部1000について見ていく。図18(B)は、図18(A)の周辺部1000の拡大写真である。図18(B)に示されるように、分離単結晶シリコン基板周辺部には、中央部側から順番に単結晶シリコン層1002、熱酸化膜1004、単結晶シリコン層1006及び熱酸化膜1008が形成されている。ここで、単結晶シリコン層1002は、第2のSOI基板上の単結晶シリコン膜との分離面であり、熱酸化膜1004及び熱酸化膜1008は、第2のSOI基板を作製する際にガラス基板と貼り合わせられず、第2の分離単結晶シリコン基板に周辺残存部として残存してしまった部分である。 Next, the peripheral portion 1000 of the second separated single crystal silicon substrate will be examined. FIG. 18B is an enlarged photograph of the peripheral portion 1000 in FIG. As shown in FIG. 18B, a single crystal silicon layer 1002, a thermal oxide film 1004, a single crystal silicon layer 1006, and a thermal oxide film 1008 are formed in this order from the center side on the periphery of the isolated single crystal silicon substrate. Has been. Here, the single crystal silicon layer 1002 is a separation surface from the single crystal silicon film over the second SOI substrate, and the thermal oxide film 1004 and the thermal oxide film 1008 are formed when the second SOI substrate is manufactured. This is a portion that is not bonded to the substrate and remains as a peripheral remaining portion on the second separated single crystal silicon substrate.

周辺残存部である熱酸化膜1004と熱酸化膜1008の間に見られる単結晶シリコン層1006は、周辺部1000だけではなくSOI基板上全体で単結晶シリコン層1002を囲むように形成されている。これは、周辺残存部の単結晶シリコン層1006上に位置する熱酸化絶縁膜が、第2のSOI基板を作製する際にガラス基板と貼り合わせられ、再生単結晶シリコン基板が単結晶シリコン層1006を分離面として分離したためと推察される。 The single crystal silicon layer 1006 seen between the thermal oxide film 1004 and the thermal oxide film 1008 which is the peripheral remaining portion is formed so as to surround the single crystal silicon layer 1002 not only on the peripheral portion 1000 but on the entire SOI substrate. . This is because a thermal oxide insulating film located on the single crystal silicon layer 1006 in the remaining peripheral portion is bonded to a glass substrate when the second SOI substrate is manufactured, and the single crystal silicon layer 1006 is a recycled single crystal silicon substrate. This is presumed to have been separated as a separation surface.

ここで、図18(B)の線分C1−C2について、段差測定を行った結果を図19に示す。図19は、縦軸が段差を、横軸が線分C1−C2に沿った長さを表している。単位は、縦軸、横軸ともにμmである。図19中の第1の領域1012は単結晶シリコン層1002、第2の領域1014は熱酸化膜1004、第3の領域1016は単結晶シリコン層1006、第4の領域1018は熱酸化膜1008に対応している。第1の領域1012、第2の領域1014、第3の領域1016及び領域1008の境界には、高さ210nm程度の段差が3箇所存在する。この段差の高さは、ちょうど熱酸化膜表面から脆化層までの深さと一致するため、第3の領域1016に対応する脆化層上の単結晶シリコン膜及び熱酸化膜は、第1の領域1012と同様に、第2のSOI基板に貼り合わせられたと推察される。よって、再生単結晶シリコン基板の周辺部の形状は、第2の領域1014の右端と第4の領域1018の左端を第3の領域1016の段差形状で結んだような形状だと推察される。 Here, FIG. 19 shows the result of the step measurement performed on the line segment C1-C2 in FIG. In FIG. 19, the vertical axis represents the step, and the horizontal axis represents the length along the line segment C1-C2. The unit is μm on both the vertical and horizontal axes. 19, the first region 1012 is a single crystal silicon layer 1002, the second region 1014 is a thermal oxide film 1004, the third region 1016 is a single crystal silicon layer 1006, and the fourth region 1018 is a thermal oxide film 1008. It corresponds. There are three steps having a height of about 210 nm on the boundary between the first region 1012, the second region 1014, the third region 1016, and the region 1008. Since the height of this step is exactly the same as the depth from the surface of the thermal oxide film to the embrittlement layer, the single crystal silicon film and the thermal oxide film on the embrittlement layer corresponding to the third region 1016 are Like the region 1012, it is presumed that it was bonded to the second SOI substrate. Therefore, the shape of the peripheral portion of the recycled single crystal silicon substrate is presumed to be a shape in which the right end of the second region 1014 and the left end of the fourth region 1018 are connected by a step shape of the third region 1016.

また、第2の領域1014の段差の最低点を境界として、周辺残存部を第5の領域1020と第6の領域1022とする。第6の領域1022は、第1の分離単結晶シリコン基板の周辺残存部の形状が再生処理工程後も残った、再生単結晶シリコン基板周辺部の凸部に対応する。第5の領域1020は、第1の分離単結晶シリコン基板から第2の分離単結晶シリコン基板になる間に形成された新残存部となる。また、第5の領域1020の幅は約280μmであった。よって、1回再生処理工程を行うたびに、SOI基板上の単結晶シリコン層は最外縁から内側に新残存部の幅だけ縮んだ形状となり、分離単結晶シリコン基板の周辺残存部の幅が新残存部の幅だけ増えることになる。 Further, the remaining peripheral portion is defined as a fifth region 1020 and a sixth region 1022 with the lowest step of the second region 1014 as a boundary. The sixth region 1022 corresponds to a convex portion on the periphery of the regenerated single crystal silicon substrate where the shape of the remaining portion on the periphery of the first separated single crystal silicon substrate remains after the reprocessing step. The fifth region 1020 is a new remaining portion that is formed while the first separated single crystal silicon substrate becomes the second separated single crystal silicon substrate. The width of the fifth region 1020 was about 280 μm. Therefore, each time the reprocessing process is performed once, the single crystal silicon layer on the SOI substrate has a shape that shrinks by the width of the new remaining portion from the outermost edge to the inside, and the width of the peripheral remaining portion of the separated single crystal silicon substrate is new. It will increase by the width of the remaining part.

また、第3の分離単結晶シリコン基板についても、第2の分離単結晶シリコン基板とほぼ同様の結果が得られた。第3の分離単結晶シリコン基板の周辺残存部も、上述した第2の分離単結晶シリコン基板の周辺残存部に新しい残存部が追加された形状となっていた。 In addition, the third separated single crystal silicon substrate was almost the same as the second separated single crystal silicon substrate. The peripheral remaining portion of the third isolated single crystal silicon substrate also has a shape in which a new residual portion is added to the peripheral residual portion of the second isolated single crystal silicon substrate described above.

以上より、単結晶シリコン基板を用いて、SOI基板を作製し、副成される分離単結晶シリコン基板を低い研磨レートのCMP法を含む再生処理工程に従って再生し、得られた再生単結晶シリコン基板を用いて再びSOI基板を作製できることが示された。このとき、低い研磨レートのCMP法で再生処理工程を行うため、再生単結晶シリコン基板の周辺部に凸部が形成されるが、問題なくSOI基板の作製に用いることができると示された。 As described above, an SOI substrate is manufactured using the single crystal silicon substrate, and the separated single crystal silicon substrate formed as a by-product is regenerated according to a regeneration process including a CMP method with a low polishing rate, and the obtained regenerated single crystal silicon substrate is obtained. It was shown that an SOI substrate can be fabricated again using At this time, since the regeneration process step is performed by a CMP method with a low polishing rate, a convex portion is formed in the peripheral portion of the recycled single crystal silicon substrate, but it was shown that it can be used for manufacturing an SOI substrate without any problem.

本発明の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 of the present invention. 本発明の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 of the present invention. 本発明の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 of the present invention. 本発明の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 of the present invention. 本発明の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 of the present invention. 本発明の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 of the present invention. 本発明の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 of the present invention. 本発明のSOI基板の作製工程の一例を示す図。4A and 4B illustrate an example of a manufacturing process of an SOI substrate of the present invention. 本発明のSOI基板の作製工程の一例を示す図。4A and 4B illustrate an example of a manufacturing process of an SOI substrate of the present invention. 本発明のSOI基板を用いた半導体装置の作製方法の一例を示す図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing a semiconductor device using an SOI substrate of the present invention. 本発明のSOI基板を用いた半導体装置の作製方法の一例を示す図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing a semiconductor device using an SOI substrate of the present invention. 本発明の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 of the present invention. 本発明の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 of the present invention. 本発明の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 of the present invention. 本発明の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 of the present invention. 本発明のSOI基板を用いた電子機器を示す図。FIG. 13 illustrates an electronic device using an SOI substrate of the present invention. 本発明のSOI基板を用いた電子機器を示す図。FIG. 13 illustrates an electronic device using an SOI substrate of the present invention. 本発明のSOI基板の分離ボンド基板の分離面の写真。The photograph of the separation surface of the isolation bond board | substrate of the SOI substrate of this invention. 本発明のSOI基板の分離ボンド基板の周辺部の段差測定結果。The level | step difference measurement result of the peripheral part of the isolation | separation bond board | substrate of the SOI substrate of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100 ボンド基板
102 絶縁膜
104 脆化層
106 絶縁膜
110 接合境界部
111 分離境界部
120 ベース基板
121 第1の分離ボンド基板
122 絶縁膜
123 残存絶縁膜
124 第1の半導体膜
125 残存半導体層
126 第1の残存部
127 残存脆化層
129 分離面
130 凸部
132 第1の再生ボンド基板
134 絶縁膜
135 基準面
136 脆化層
137 先端
138 ベース基板
140 絶縁膜
142 第2の分離ボンド基板
144 残存絶縁膜
146 残存半導体層
148 残存脆化層
150 第2の残存部
151 新残存部
152 第2の半導体膜
154 第2の再生ボンド基板
160 第3の分離ボンド基板
162 残存絶縁膜
164 残存半導体層
166 残存脆化層
168 第3の残存部
170 分離面
172 第3の再生ボンド基板
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
341 チャネル形成領域
342 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 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
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
801 筐体
802 支持台
803 表示部
804 スピーカー部
805 ビデオ入力端子
812 筐体
813 表示部
814 キーボード
815 外部接続ポート
816 マウス
822 表示部
824 外部接続ポート
825 リモコン受信部
826 受像部
829 操作キー
100 Bond substrate 102 Insulating film 104 Embrittlement layer 106 Insulating film 110 Junction boundary 111 Separation boundary 120 Base substrate 121 First isolation bond substrate 122 Insulating film 123 Residual insulating film 124 First semiconductor film 125 Residual semiconductor layer 126 1 Remaining portion 127 Residual embrittlement layer 129 Separation surface 130 Protruding portion 132 First recycled bond substrate 134 Insulating film 135 Reference surface 136 Embrittlement layer 137 Tip 138 Base substrate 140 Insulating film 142 Second separation bond substrate 144 Residual insulation Film 146 Residual semiconductor layer 148 Residual embrittlement layer 150 Second residual portion 151 New residual portion 152 Second semiconductor film 154 Second recycled bond substrate 160 Third separation bond substrate 162 Residual insulating film 164 Residual semiconductor layer 166 Residual Embrittlement layer 168 Third remaining portion 170 Separation surface 172 Third recycled bond substrate 251 Conductor film 252 Semiconductor film 254 Insulating film 255 Gate electrode 256 Gate electrode 257 Low concentration impurity region 258 Channel forming region 259 High concentration impurity region 260 Channel forming region 261 Side wall insulating film 265 Resist 267 High concentration impurity region 268 Insulating film 269 Interlayer insulation 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 341 Channel formation region 342 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 Interface 525 Central processing unit 526 Random access memory 527 Dedicated memory 528 Antenna 529 Capacitance unit 530 Power management circuit 700 Mobile phone 701 Case 702 Case 703 Display unit 704 Speaker 705 Microphone 706 Operation key 707 Pointing device 708 Front camera lens 709 External connection terminal jack 710 Earphone terminal 711 Keyboard 712 External Memory slot 713 Back camera 714 Light 801 Case 802 Support base 803 Display unit 80 4 Speaker unit 805 Video input terminal 812 Case 813 Display unit 814 Keyboard 815 External connection port 816 Mouse 822 Display unit 824 External connection port 825 Remote control reception unit 826 Image reception unit 829 Operation key

Claims (16)

中央部より周辺部の厚さが薄いボンド基板上に絶縁膜を形成し、
前記ボンド基板の表面からイオンを照射することによって脆化層を形成し、
前記ボンド基板を、前記絶縁膜を介してベース基板と貼り合わせ、
前記脆化層において前記ボンド基板を、前記ベース基板上に前記絶縁膜を介して貼り合わせられた半導体膜と、分離ボンド基板とに分離するSOI基板作製工程と、
前記分離ボンド基板に第1の研磨を行い、
凸部が周辺部に形成された第1の再生ボンド基板を作製し、
前記第1の再生ボンド基板の形状は、中央部に平行且つ前記凸部より下に位置する基準面から前記凸部先端までの距離D1と、前記基準面から前記中央部までの距離D2が、D1≦D2の関係を満たす第1の再生処理工程と、
を含むことを特徴とするSOI基板の作製方法。
Form an insulating film on the bond substrate where the peripheral part is thinner than the central part,
Forming an embrittled layer by irradiating ions from the surface of the bond substrate;
The bond substrate is bonded to the base substrate through the insulating film,
An SOI substrate manufacturing step of separating the bond substrate in the embrittlement layer into a semiconductor film bonded to the base substrate through the insulating film and a separation bond substrate;
Performing a first polishing on the separation bond substrate;
Producing a first regenerative bond substrate having a convex portion formed in the periphery,
The shape of the first recycled bond substrate is such that a distance D1 from a reference surface parallel to the central portion and below the convex portion to the tip of the convex portion, and a distance D2 from the reference surface to the central portion, A first regeneration processing step satisfying a relationship of D1 ≦ D2,
A method for manufacturing an SOI substrate, comprising:
請求項1において、
前記分離ボンド基板に第1の研磨を行う前に、前記分離ボンド基板にフッ酸を含むエッチャントでウェットエッチングを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, comprising performing wet etching with an etchant containing hydrofluoric acid on the separation bond substrate before performing the first polishing on the separation bond substrate.
中央部より周辺部の厚さが薄いボンド基板上に絶縁膜を形成し、
前記ボンド基板の表面からイオンを照射することによって脆化層を形成し、
前記ボンド基板を、前記絶縁膜を介してベース基板と貼り合わせ、
前記脆化層において前記ボンド基板を、前記ベース基板上に前記絶縁膜を介して貼り合わせられた半導体膜と、分離ボンド基板とに分離するSOI基板作製工程と、
前記分離ボンド基板に第1の研磨を行い、
凸部が周辺部に形成された第1の再生ボンド基板を作製し、
前記第1の再生ボンド基板の形状は、中央部に平行且つ前記凸部より下に位置する基準面から前記凸部先端までの距離D1と、前記基準面から前記中央部までの距離D2が、D1≦D2の関係を満たす第1の再生処理工程と、
を含み、
前記第1の再生ボンド基板を前記ボンド基板として用いて、前記SOI基板作製工程と前記第1の再生処理工程を繰り返すSOI基板の作製方法であって、
前記SOI基板作製工程と前記第1の再生処理工程を複数回繰り返すごとに、前記第1の再生処理工程の代わりに、
前記分離ボンド基板にフッ酸を含むエッチャントでウェットエッチングを行い、
前記分離ボンド基板に、前記第1の研磨より研磨レートが高い第2の研磨を行い、
中央部より周辺部の厚さが薄い第2の再生ボンド基板を作製する第2の再生処理工程を行うことを特徴とするSOI基板の作製方法。
Form an insulating film on the bond substrate where the peripheral part is thinner than the central part,
Forming an embrittled layer by irradiating ions from the surface of the bond substrate;
The bond substrate is bonded to the base substrate through the insulating film,
An SOI substrate manufacturing step of separating the bond substrate in the embrittlement layer into a semiconductor film bonded to the base substrate through the insulating film and a separation bond substrate;
Performing a first polishing on the separation bond substrate;
Producing a first regenerative bond substrate having a convex portion formed in the periphery,
The shape of the first recycled bond substrate is such that a distance D1 from a reference surface parallel to the central portion and below the convex portion to the tip of the convex portion, and a distance D2 from the reference surface to the central portion, A first regeneration processing step satisfying a relationship of D1 ≦ D2,
Including
A method for manufacturing an SOI substrate in which the first reproduction bond substrate is used as the bond substrate and the SOI substrate production step and the first reproduction treatment step are repeated.
Each time the SOI substrate manufacturing process and the first regeneration process are repeated a plurality of times, instead of the first regeneration process,
Perform wet etching with an etchant containing hydrofluoric acid on the separation bond substrate,
The separation bond substrate is subjected to a second polishing having a higher polishing rate than the first polishing,
A method for manufacturing an SOI substrate, comprising performing a second regeneration processing step of fabricating a second recycled bond substrate having a peripheral portion thinner than a central portion.
請求項3において、
前記第2の研磨の後で、前記第1の研磨を行うことを特徴とするSOI基板の作製方法。
In claim 3,
A method for manufacturing an SOI substrate, wherein the first polishing is performed after the second polishing.
請求項3又は請求項4において、
前記第2の研磨の研磨代を5μm乃至20μmとすることを特徴とするSOI基板の作製方法。
In claim 3 or claim 4,
A method for manufacturing an SOI substrate, wherein a polishing allowance of the second polishing is 5 μm to 20 μm.
請求項3乃至請求項5のいずれか一項において、
前記SOI基板作製工程と前記第1の再生処理工程を10回乃至30回繰り返すごとに、前記第1の再生処理工程の代わりに、前記第2の再生処理工程を行うことを特徴とするSOI基板の作製方法。
In any one of Claim 3 thru | or 5,
An SOI substrate characterized in that the second regeneration processing step is performed instead of the first regeneration processing step every time the SOI substrate manufacturing step and the first regeneration processing step are repeated 10 to 30 times. Manufacturing method.
請求項1乃至請求項6のいずれか一項において、
前記第1の研磨の研磨代を500nm乃至1000nmと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 6,
A method for manufacturing an SOI substrate, wherein a polishing allowance of the first polishing is 500 nm to 1000 nm.
請求項1乃至請求項7のいずれか一項において、
前記研磨として、化学機械研磨法(CMP法:Chemical Mechanical Polishing)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 7,
A method for manufacturing an SOI substrate, wherein a chemical mechanical polishing (CMP method) is used as the polishing.
請求項2乃至請求項8のいずれか一項において、
前記フッ酸を含むエッチャントは、フッ酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤とを含む混合溶液であることを特徴とするSOI基板の作製方法。
In any one of Claims 2 thru | or 8,
The method for manufacturing an SOI substrate, wherein the etchant containing hydrofluoric acid is a mixed solution containing hydrofluoric acid, ammonium fluoride, and a surfactant.
請求項1乃至請求項9のいずれか一項において、
前記絶縁膜は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜若しくは窒化酸化シリコン膜から選ばれた単数の膜又は複数の膜の積層であ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,
The method for manufacturing an SOI substrate, wherein the insulating film is a single film selected from a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or a silicon nitride oxide film, or a stack of a plurality of films.
請求項1乃至請求項9のいずれか一項において、
前記絶縁膜は、前記酸化シリコン膜であり、有機シランガスを用いた化学気相成長法により形成されたものであ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,
The method for manufacturing an SOI substrate, wherein the insulating film is the silicon oxide film and is formed by a chemical vapor deposition method using an organosilane gas.
請求項1乃至請求項9のいずれか一項において、
前記絶縁膜は、前記酸化シリコン膜であり、前記ボンド基板を熱酸化して形成されたものであ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,
The method for manufacturing an SOI substrate, wherein the insulating film is the silicon oxide film, and is formed by thermally oxidizing the bond substrate.
請求項1乃至請求項12のいずれか一項において、
前記ベース基板上に接して第2の絶縁膜を形成することを特徴とするSOI基板の作製方法。
In any one of Claims 1 to 12,
A method for manufacturing an SOI substrate, wherein a second insulating film is formed on and in contact with the base substrate.
請求項13において、
前記第2の絶縁膜は、窒化シリコン膜又は窒化酸化シリコン膜であることを特徴とするSOI基板の作製方法。
In claim 13,
The method for manufacturing an SOI substrate, wherein the second insulating film is a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film.
請求項1乃至請求項14のいずれか一項において、
前記ボンド基板は、単結晶シリコン基板であ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 14,
The method for manufacturing an SOI substrate, wherein the bond substrate is a single crystal silicon substrate.
請求項1乃至請求項15のいずれか一項において、
前記ベース基板は、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、又はアルミノホウケイ酸ガラスであることを特徴とするSOI基板の作製方法。
In any one of Claims 1 to 15,
The method for manufacturing an SOI substrate, wherein the base substrate is aluminosilicate glass, barium borosilicate glass, or aluminoborosilicate glass.
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