JP2011086922A - Manufacturing method of soi substrate, and the soi substrate - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress roughness of a surface of a semiconductor layer, when manufacturing an SOI(spin-on-insulator) substrate by bonding a base substrate and a bond substrate together, while effectively utilizing a region where the bonding strength is reduced. <P>SOLUTION: The bond substrate is irradiated with ions to form an embrittled region on the bonding substrate; an opening portion is made in the surface of the bonding substrate or the base substrate; the bonding substrate and the base substrate are bonded together with an insulating layer between; and here bonding is made to progress from one end of four corners of the bond substrate, and the opening part is arranged at a region of the other end facing the one end, thereby forming it into a region where the bonding substrate and the base substrate is not bonded together and whose outer periphery is closed by the bond substrate and the base substrate. By subjecting the substrate to heat treatment, the bonding substrate is separated in the embrittled region, and a semiconductor layer is formed on the base substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

SOI(Silicon on Insulator)基板の作製方法、SOI基板、該基板を用いた半導体装置の作製方法、及び半導体装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an SOI (Silicon on Insulator) substrate, an SOI substrate, a method for manufacturing a semiconductor device using the substrate, and the semiconductor device.

近年、バルク状のシリコンウエハに代わり、絶縁表面に薄い単結晶半導体層を備えたSOI(Silicon on Insulator)基板を用いることが検討されている。SOI基板を用いることで、トランジスタのドレインと基板により形成される寄生容量を小さくすることができるため、SOI基板は半導体集積回路の性能を向上させるものとして大いに注目されている。 In recent years, it has been studied to use an SOI (Silicon on Insulator) substrate having a thin single crystal semiconductor layer on an insulating surface instead of a bulk silicon wafer. Since the parasitic capacitance formed by the drain and the substrate of the transistor can be reduced by using the SOI substrate, the SOI substrate has attracted much attention as improving the performance of the semiconductor integrated circuit.

SOI基板を製造する方法の1つとして、スマートカット(登録商標)法が知られている(例えば、特許文献1参照)。スマートカット法によるSOI基板の作製方法の概要を以下に説明する。まず、シリコンウエハにイオン注入法を用いて水素イオンを注入し、表面から所定の深さに微小気泡層を形成する。次に、酸化シリコン膜を介して、水素イオンを注入したシリコンウエハを別のシリコンウエハに接合させる。その後、熱処理を行うことにより、水素イオンが注入されたシリコンウエハの一部が微小気泡層を境に薄膜状に分離し、接合させた別のシリコンウエハ上に単結晶シリコン膜が形成される。 As one of methods for manufacturing an SOI substrate, a Smart Cut (registered trademark) method is known (for example, see Patent Document 1). An outline of a method for manufacturing an SOI substrate by the smart cut method will be described below. First, hydrogen ions are implanted into a silicon wafer using an ion implantation method to form a microbubble layer at a predetermined depth from the surface. Next, the silicon wafer implanted with hydrogen ions is bonded to another silicon wafer through the silicon oxide film. After that, by performing heat treatment, a part of the silicon wafer into which hydrogen ions are implanted is separated into a thin film shape with the microbubble layer as a boundary, and a single crystal silicon film is formed on another bonded silicon wafer.

さらに、スマートカット法を用いて単結晶シリコン層をガラスからなるベース基板上に形成する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。ガラス基板はシリコンウエハよりも大面積化が容易であり、且つ、安価であるため、主に、液晶表示装置等の製造の際に用いられる。ガラス基板をベース基板として用いることにより、大面積で安価なSOI基板を作製することが可能となるのである。 Furthermore, a method of forming a single crystal silicon layer on a base substrate made of glass using a smart cut method has been proposed (for example, see Patent Document 2). Since the glass substrate can be easily increased in area and cheaper than a silicon wafer, it is mainly used for manufacturing a liquid crystal display device or the like. By using a glass substrate as a base substrate, it is possible to manufacture a large-area and inexpensive SOI substrate.

特開平05−211128号公報Japanese Patent Laid-Open No. 05-211128 特開2005−252244号公報JP 2005-252244 A

上記スマートカット法などを用いて、ガラス基板上に単結晶シリコン層を形成する場合には、シリコンウエハ同士を貼り合わせてSOI基板を作製する場合と比較して、シリコン層の表面の荒れが大きくなる傾向にある。このような表面の荒れは、後の工程において様々な不良を誘発し、結果として半導体素子や半導体装置の歩留まり低下の要因となる。 When a single crystal silicon layer is formed on a glass substrate by using the smart cut method or the like, the surface roughness of the silicon layer is larger than when an SOI substrate is manufactured by bonding silicon wafers together. Tend to be. Such surface roughness induces various defects in later processes, and as a result, causes a decrease in the yield of semiconductor elements and semiconductor devices.

上記問題に鑑み、開示する発明の一態様では、ベース基板(例えばガラス基板)とボンド基板(例えば単結晶シリコン基板)とを貼り合わせてSOI基板を作製する際の半導体層(例えば単結晶シリコン層)の表面の荒れを抑制することを目的の一とする。または、開示する発明の一態様では、上記荒れを抑えて歩留まりの高い半導体装置を提供することを目的の一とする。 In view of the above problems, in one embodiment of the disclosed invention, a semiconductor layer (eg, a single crystal silicon layer) in which an SOI substrate is manufactured by bonding a base substrate (eg, a glass substrate) and a bond substrate (eg, a single crystal silicon substrate) to each other ) To suppress surface roughness. Another object of one embodiment of the disclosed invention is to provide a semiconductor device with high yield by suppressing the roughness.

また、スマートカット法などを用いて、ガラス基板上に単結晶シリコン層を形成する場合、ガラス基板とシリコンウエハから切り出した4角形状を有するシリコン基板との接合は、例えば、ガラス基板とシリコン基板とを重ね合わせた後、シリコン基板の周辺部の一部又はシリコン基板中央部に外力または自重を加えることにより接着させ、該接着させた領域から基板全面に貼り合わせを進行させることにより行われる。かかる場合、シリコン基板の貼り合わせの終端領域において微小空気が閉じこめられることによりガラス基板とシリコン基板とが貼り合わない領域(空隙)が形成されることが実験的に確認されている。 When a single crystal silicon layer is formed on a glass substrate using a smart cut method or the like, the bonding between the glass substrate and a silicon substrate having a quadrangular shape cut out from the silicon wafer is performed by, for example, the glass substrate and the silicon substrate. Is applied by applying an external force or its own weight to a part of the peripheral part of the silicon substrate or the central part of the silicon substrate, and bonding is performed from the bonded region to the entire surface of the substrate. In such a case, it has been experimentally confirmed that a region (gap) where the glass substrate and the silicon substrate are not bonded is formed by confining minute air in the terminal region of the bonding of the silicon substrate.

このような貼り合わせが適当に行われない領域は、ガラス基板上に水素を添加した領域からシリコン基板の一部を分離して単結晶シリコン層を転載する際に、十分に転載が行われず単結晶シリコン層として有効に活用しえない無駄な領域(デッドスペース)となってしまう。 Such a region where bonding is not properly performed is a case where a part of the silicon substrate is separated from a region where hydrogen is added to the glass substrate and the single crystal silicon layer is transferred and the transfer is not performed sufficiently. It becomes a useless area | region (dead space) which cannot be utilized effectively as a crystalline silicon layer.

上記問題に鑑み、開示する発明の一態様では、ベース基板(例えばガラス基板)とボンド基板(例えば単結晶シリコン基板)とを貼り合わせてSOI基板を作製する際に貼り合わせが適当になされない領域を有効に利用して半導体層の表面の荒れを抑制することを目的の一とする。または、開示する発明の一態様では、上記荒れを抑えて歩留まりの高い半導体装置を提供することを目的の一とする。 In view of the above problems, in one embodiment of the disclosed invention, a region where bonding is not appropriately performed when an SOI substrate is manufactured by bonding a base substrate (eg, a glass substrate) and a bond substrate (eg, a single crystal silicon substrate) to each other Another object is to effectively suppress the roughness of the surface of the semiconductor layer by effectively using. Another object of one embodiment of the disclosed invention is to provide a semiconductor device with high yield by suppressing the roughness.

開示する発明の一態様では、貼り合わせによるSOI基板の作製に際し、ボンド基板又はベース基板の少なくとも一方の表面に開口部(「凹部」と呼ぶこともできる。)を形成する。そして、ボンド基板とベース基板とを貼り合わせる際に、ボンド基板の端部から貼り合わせを進行させ、貼り合わせを開始した端部に対向する他端の領域に開口部を配置することによって、ボンド基板とベース基板とが貼り合わない領域であって、かつ、ベース基板とボンド基板とによって外周が閉じられた領域を形成する。 In one embodiment of the disclosed invention, an opening (also referred to as a “concave portion”) is formed in at least one surface of a bond substrate or a base substrate in manufacturing an SOI substrate by bonding. Then, when bonding the bond substrate and the base substrate, the bonding is advanced from the end of the bond substrate, and the opening is disposed in the region of the other end facing the end where the bonding is started. A region in which the substrate and the base substrate are not attached to each other and the outer periphery is closed by the base substrate and the bond substrate is formed.

ボンド基板として少なくとも四角を有する基板を用いる場合、四隅のうちのいずれか一の角部から貼り合わせを進行させ、対向する角部に開口部によって形成される貼り合わない領域であって閉じられた領域を形成することが望ましい。 When a substrate having at least a square is used as the bond substrate, the bonding is advanced from any one of the four corners, and the non-bonded region formed by the opening at the opposite corner is closed. It is desirable to form a region.

開示する発明の一態様は、ボンド基板にイオンを照射して該ボンド基板に脆化領域を形成し、ボンド基板またはベース基板の表面に開口部を形成し、絶縁層を間に挟んでボンド基板とベース基板とを貼り合わせる際に、ボンド基板の周縁部の一部の領域から貼り合わせを進行させ、貼り合わせが終了する領域近傍に開口部を配置することによってベース基板とボンド基板とが貼り合わない領域であって、かつ、ベース基板とボンド基板とによって外周が閉じられた領域を形成し、熱処理を施すことにより、脆化領域においてボンド基板を分離して、ベース基板上に半導体層を形成するSOI基板の作製方法である。 In one embodiment of the disclosed invention, a bond substrate is irradiated with ions to form an embrittled region in the bond substrate, an opening is formed in the surface of the bond substrate or the base substrate, and an insulating layer is interposed therebetween. When the base substrate and the base substrate are bonded together, the base substrate and the bond substrate are bonded to each other by moving the bonding from a part of the periphery of the bond substrate and arranging an opening in the vicinity of the region where the bonding ends. A non-matching region and a region whose outer periphery is closed by the base substrate and the bond substrate are formed, and heat treatment is performed to separate the bond substrate in the embrittled region, and a semiconductor layer is formed on the base substrate. This is a method for manufacturing an SOI substrate to be formed.

なお、上記方法は、次のように言い換えることもできる。すなわち、ボンド基板にイオンを照射して該ボンド基板に脆化領域を形成し、ボンド基板またはベース基板の表面に開口部を形成し、絶縁層を間に挟んでボンド基板とベース基板とを貼り合わせる際に、略四角形状を有するボンド基板のひとつの隅から貼り合わせを進行させ、貼り合わせを開始させた隅に対向する他の隅に開口部を配置することによって、ベース基板とボンド基板とによって外周が閉じられた領域を形成し、熱処理を施すことにより、脆化領域においてボンド基板を分離して、ベース基板上に半導体層を形成するSOI基板の作製方法である。なお、四角形状には、切り欠き等により、四つ角以上の角を有するもの、あるいは隅が曲率を帯びているものも含まれるものとする。 In addition, the said method can also be paraphrased as follows. That is, the bond substrate is irradiated with ions to form an embrittled region in the bond substrate, an opening is formed on the surface of the bond substrate or the base substrate, and the bond substrate and the base substrate are attached with an insulating layer interposed therebetween. At the time of alignment, the base substrate and the bond substrate are bonded by advancing the bonding from one corner of the bond substrate having a substantially rectangular shape and arranging an opening at the other corner opposite the corner where the bonding is started. In this method, an SOI substrate is formed by forming a region whose outer periphery is closed by heat treatment and separating the bond substrate in the embrittlement region to form a semiconductor layer over the base substrate. Note that the quadrangular shape includes those having four or more corners due to notches or the like, or those having corners with curvature.

また、上記方法は、次のように言い換えることもできる。すなわち、ボンド基板にイオンを照射して該ボンド基板に脆化領域を形成し、絶縁層を間に挟んでボンド基板とベース基板とを貼り合わせる際に、ボンド基板の周縁部の一部の領域から貼り合わせを進行させ、貼り合わせが終了する領域近傍に意図的に形成した開口部を配置することによってベース基板とボンド基板に挟まれた空隙部を形成し、熱処理を施すことにより、空隙部が形成された領域を起点として脆化領域に亀裂を生じさせ、ボンド基板を分離して、ベース基板上に半導体層を形成するSOI基板の作製方法である。 Moreover, the said method can also be paraphrased as follows. That is, when the bond substrate is irradiated with ions to form an embrittled region in the bond substrate and the bond substrate and the base substrate are bonded to each other with the insulating layer interposed therebetween, a partial region of the periphery of the bond substrate The gap is formed by forming a void portion sandwiched between the base substrate and the bond substrate by proceeding with the bonding, and arranging an intentionally formed opening in the vicinity of the region where the bonding is completed, and performing a heat treatment. This is a method for manufacturing an SOI substrate, in which a crack is generated in an embrittled region starting from a region where the film is formed, a bond substrate is separated, and a semiconductor layer is formed over a base substrate.

上記において、熱処理を施すことにより、開口部によってボンド基板とベース基板とが貼り合わない領域であって閉じられた領域近傍に応力を発生させて、ボンド基板の分離を促進させることが望ましい。 In the above, it is preferable to promote separation of the bond substrate by applying heat treatment to generate stress in the vicinity of the closed region where the bond substrate and the base substrate are not bonded to each other by the opening.

また、上記の作製方法においてボンド基板表面に開口部を形成する場合、ボンド基板に開口部を形成してもよいし、ボンド基板上に形成された熱酸化膜、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、若しくは窒化酸化珪素又はこれらから選択された積層膜等でなる絶縁層を形成し、該絶縁層にのみ開口部を形成してもよい。または、絶縁層を貫通してボンド基板及び絶縁層に開口部を形成するようにしてもよい。または、ボンド基板に開口部を形成し、ボンド基板上に開口部の形状を反映させた絶縁層を形成するようにしてもよい。 In the above manufacturing method, when an opening is formed on the surface of the bond substrate, the opening may be formed in the bond substrate, or a thermal oxide film, silicon oxide, silicon nitride, or oxynitride formed on the bond substrate. An insulating layer made of silicon, silicon nitride oxide, or a laminated film selected from these may be formed, and the opening may be formed only in the insulating layer. Alternatively, an opening may be formed in the bond substrate and the insulating layer through the insulating layer. Alternatively, an opening may be formed in the bond substrate, and an insulating layer reflecting the shape of the opening may be formed over the bond substrate.

または、開口部は、ベース基板表面に設けても良い。例えば、ベース基板に開口部を形成してもよいし、ベース基板上に酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、若しくは窒化酸化珪素又はこれらから選択された積層膜等でなる絶縁層を形成し、該絶縁層にのみ開口部を形成してもよいし、該絶縁層を貫通してベース基板及び絶縁層に開口部を形成するようにしてもよい。又は、ベース基板に開口部を形成し、その上に開口部の形状を反映させた絶縁層を形成させるようにしてもよい。 Alternatively, the opening may be provided on the surface of the base substrate. For example, an opening may be formed in the base substrate, or an insulating layer made of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, or a laminated film selected from these is formed on the base substrate, An opening may be formed only in the insulating layer, or an opening may be formed in the base substrate and the insulating layer through the insulating layer. Alternatively, an opening may be formed in the base substrate, and an insulating layer reflecting the shape of the opening may be formed thereon.

また、開示する発明の一態様は、複数のボンド基板上に絶縁層を形成し、複数のボンド基板にイオンを照射して複数のボンド基板に脆化領域をそれぞれ形成し、ベース基板上に窒素含有層を形成し、窒素含有層が形成されたベース基板の表面に複数の開口部を形成し、絶縁層及び窒素含有層を間に挟んで複数のボンド基板と前記ベース基板とを貼り合わせる際に、複数のボンド基板のそれぞれの一つの角部から貼り合わせを進行させ、角部に対向する他の角部に複数の開口部のうちの一をそれぞれ配置することによってベース基板と複数のボンド基板とが貼り合わない領域であって、かつベース基板と複数のボンド基板とによって外周が閉じられた領域をそれぞれ形成し、熱処理を施すことにより、脆化領域において複数のボンド基板を分離して、ベース基板上に複数の半導体層を形成するSOI基板の作製方法である。 In one embodiment of the disclosed invention, an insulating layer is formed over a plurality of bond substrates, ions are irradiated to the plurality of bond substrates to form embrittled regions in the plurality of bond substrates, and nitrogen is formed over the base substrate. When forming a containing layer, forming a plurality of openings on the surface of the base substrate on which the nitrogen-containing layer is formed, and bonding the plurality of bond substrates and the base substrate with the insulating layer and the nitrogen-containing layer interposed therebetween In addition, the base substrate and the plurality of bonds are bonded by advancing the bonding from one corner of each of the plurality of bond substrates, and disposing one of the plurality of openings in each of the other corners facing the corner. Form a region that is not bonded to the substrate and whose outer periphery is closed by the base substrate and the plurality of bond substrates, and heat-treat them to separate the plurality of bond substrates in the embrittled region Te is a method for manufacturing an SOI substrate forming a plurality of semiconductor layers on the base substrate.

上記方法において、ベース基板の表面に複数の開口部を形成し、複数の開口部が形成されたベース基板上に窒素含有層を形成するようにしてもよい。 In the above method, a plurality of openings may be formed on the surface of the base substrate, and a nitrogen-containing layer may be formed on the base substrate on which the plurality of openings are formed.

ベース基板として大型のガラス基板を用い、ガラス基板に複数のボンド基板を貼り合わせる場合、あらかじめ画定した複数のボンド基板の貼り合わせ終端領域であるガラス基板に開口部を形成することで、各ボンド基板毎に開口部を形成する必要がないため工程数を省略することができる。 When using a large glass substrate as the base substrate and bonding a plurality of bond substrates to the glass substrate, each bond substrate is formed by forming an opening in the glass substrate which is a bonding termination region of the plurality of bond substrates defined in advance. Since there is no need to form an opening every time, the number of steps can be omitted.

または、ボンド基板とガラス基板の双方に開口部を形成してもよい。双方に形成された開口部の位置をアライメントマーカーとして用いることができる。例えば開口部同士が重なるように貼り合わせを行うことでマーカーとしての役割を持たせることができる。 Alternatively, an opening may be formed in both the bond substrate and the glass substrate. The position of the opening formed on both sides can be used as an alignment marker. For example, it can have a role as a marker by performing bonding so that the openings overlap each other.

なお、本明細書等において「ボンド基板」には、上面に絶縁層が形成された基板が含まれることがあるものとし、「ベース基板」には、上面に絶縁層が形成された基板が含まれることがあるものとする。 Note that in this specification and the like, “bond substrate” may include a substrate having an insulating layer formed on an upper surface, and “base substrate” includes a substrate having an insulating layer formed on an upper surface. May be.

また、ボンド基板とベース基板とを貼り合わせる際、貼り合わせの終端領域で形成されてしまう空隙と重なる領域又は空隙の近傍領域に開口部を配置することが望ましい。また、開口部を空隙の形成が予想される位置よりもボイド基板中央側に形成することが望ましい。開口部を開口部の形成なく発生する空隙の近傍に設けることにより、開口部内に空隙を誘導し、空隙の消滅を誘発することができるためである。空隙の形成が予想される領域と重なるように開口部を配置する場合には、空隙部に生じる空気を開口部内に閉じこめ、開口部における内部応力を高めることができる。その結果、熱処理により、脆化領域から半導体層を分離する際に、開口部内に閉じこめられた圧縮された空気の圧力により分離を生じやすくすることができる。 In addition, when the bond substrate and the base substrate are bonded to each other, it is desirable to arrange an opening in a region overlapping with a void formed in the bonding termination region or a region near the void. In addition, it is desirable to form the opening portion closer to the center of the void substrate than the position where the void is expected to be formed. This is because by providing the opening in the vicinity of the gap generated without forming the opening, the gap can be induced in the opening and the disappearance of the gap can be induced. In the case where the opening is arranged so as to overlap with a region where the formation of the void is expected, the air generated in the void can be confined in the opening and the internal stress in the opening can be increased. As a result, when the semiconductor layer is separated from the embrittlement region by heat treatment, separation can be easily caused by the pressure of the compressed air confined in the opening.

貼り合わせの終端領域に形成されてしまう空隙の大きさ、配置を考慮すると、開口部の直径はφ50μm以上φ2mm以下、好ましくはφ200μm以上φ1mm以下であることが望ましい。また、開口部の面積は、0.001mm以上4mm以下、好ましくは0.03mm以上0.8mm以下が望ましい。 In consideration of the size and arrangement of the gap formed in the bonding termination region, the diameter of the opening is desirably 50 μm or more and 2 mm or less, and preferably 200 μm or more and 1 mm or less. The area of the opening, 0.001 mm 2 or more 4 mm 2 or less, preferably 0.03 mm 2 or more 0.8 mm 2 or less.

一方で、表面荒れの抑制を考慮すると、開口部の面積は、1mm以上とすることが望ましい。より望ましくは25mm以上である。これにより、形成される半導体層の表面の荒れを効果的に抑制することができる。 On the other hand, considering the suppression of surface roughness, the area of the opening is desirably 1 mm 2 or more. More desirably, it is 25 mm 2 or more. Thereby, the roughness of the surface of the formed semiconductor layer can be effectively suppressed.

また、半導体層には、レーザー光の照射処理を行うことが望ましい。また、熱処理の温度を500℃以下とすることが望ましい。また、熱処理の温度を500℃以下として脆化領域においてボンド基板を分離し、続けて500℃以上800℃以下の熱処理を行い、半導体層中に残存する水素の濃度を低減させる処理を行ってもよい。 The semiconductor layer is preferably subjected to laser light irradiation treatment. In addition, it is desirable that the heat treatment temperature be 500 ° C. or lower. Alternatively, the heat treatment temperature is set to 500 ° C. or lower, the bond substrate is separated in the embrittled region, and subsequently heat treatment is performed at 500 ° C. to 800 ° C. to reduce the concentration of hydrogen remaining in the semiconductor layer. Good.

上記の作製方法を用いることで、半導体層の欠損(特に、直径が1μm以上の欠損をいう)の数密度が5個/cm以下(たとえば、1個/cm以下)のSOI基板を提供できる。また、上述のSOI基板を用いて半導体装置を作製し、提供することができる。 By using the above manufacturing method, an SOI substrate in which the number density of defects in the semiconductor layer (in particular, defects having a diameter of 1 μm or more) is 5 pieces / cm 2 or less (for example, 1 piece / cm 2 or less) is provided. it can. In addition, a semiconductor device can be manufactured and provided using the above SOI substrate.

一般に、「SOI基板」は絶縁表面上にシリコン半導体層が設けられた構成の半導体基板をいうが、本明細書等においては、絶縁表面上にシリコン以外の材料からなる半導体層が設けられた構成の半導体基板をも含む概念として用いる。つまり、「SOI基板」が有する半導体層は、シリコン半導体層に限定されない。また、本明細書等において、半導体基板は、半導体材料のみからなる基板を指すに留まらず、半導体材料を含む基板全般を示すものとする。つまり、本明細書等においては「SOI基板」も広く半導体基板に含まれる。 In general, an “SOI substrate” refers to a semiconductor substrate having a structure in which a silicon semiconductor layer is provided on an insulating surface. In this specification and the like, a structure in which a semiconductor layer made of a material other than silicon is provided on an insulating surface. It is used as a concept including the semiconductor substrate. That is, the semiconductor layer included in the “SOI substrate” is not limited to the silicon semiconductor layer. In this specification and the like, a semiconductor substrate refers not only to a substrate made of only a semiconductor material but also to all substrates containing a semiconductor material. That is, in this specification and the like, the “SOI substrate” is also widely included in the semiconductor substrate.

なお、本明細書等において単結晶とは、ある結晶軸に注目した場合、その結晶軸の方向が試料のどの部分においても同様の方向を向いているものをいう。つまり、結晶欠陥やダングリングボンドなどを含んでいても、上記のように結晶軸の方向が揃っているものは単結晶として扱う。 Note that in this specification and the like, a single crystal refers to a crystal in which the direction of the crystal axis is the same in any part of the sample when attention is paid to a crystal axis. That is, even if crystal defects, dangling bonds, and the like are included, those having the same crystal axis direction as described above are treated as single crystals.

また、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。例えば、表示装置や、集積回路は半導体装置に含まれる。また、本明細書等において表示装置とは、発光表示装置や液晶表示装置、電気泳動素子を用いた表示装置を含む。発光表示装置は発光素子を含み、液晶表示装置は液晶素子を含む。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機EL(Electro Luminescence)、有機EL等がある。 In this specification and the like, a semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics. For example, a display device and an integrated circuit are included in a semiconductor device. In this specification and the like, a display device includes a light-emitting display device, a liquid crystal display device, and a display device using an electrophoretic element. The light-emitting display device includes a light-emitting element, and the liquid crystal display device includes a liquid crystal element. The light-emitting element includes, in its category, an element whose luminance is controlled by current or voltage, and specifically includes an inorganic EL (Electro Luminescence), an organic EL, and the like.

開示する発明の一態様では、貼り合わせに係る表面の一部(周縁部)に開口部を形成して気体が閉じ込められた領域を形成している。これにより、半導体層の表面の荒れを抑制したSOI基板を提供することができる。または、これを用いた半導体装置の歩留まりを向上させることができる。 In one embodiment of the disclosed invention, an opening is formed in a part (peripheral part) of the surfaces related to bonding to form a region where gas is confined. Thereby, an SOI substrate in which surface roughness of the semiconductor layer is suppressed can be provided. Alternatively, the yield of a semiconductor device using the same can be improved.

また、開示する発明の一態様では、貼り合わせに係る表面の一部(周縁部)に開口部を形成し、ボンド基板とベース基板とを貼り合わせる際に、ボンド基板の端部から貼り合わせを進行させ、貼り合わせを開始した端部に対向する他端の領域に開口部を配置している。これにより、貼り合わせの終端領域において微小空気が閉じこめられ形成された空隙等によって生じるデッドスペースを有効に利用して半導体層の表面の荒れを抑制したSOI基板を提供することができる。したがって、別途、表面荒れを防止するための開口部をデッドスペース以外のボンド基板の周縁部に設けることを要しないで済む。 In one embodiment of the disclosed invention, an opening is formed in a part (peripheral portion) of a surface to be bonded, and bonding is performed from an end portion of the bond substrate when the bond substrate and the base substrate are bonded to each other. An opening is arranged in the region of the other end that faces the end that has been advanced and pasted. Accordingly, it is possible to provide an SOI substrate in which surface roughness of the semiconductor layer is suppressed by effectively using a dead space caused by a gap formed by confining minute air in the bonding termination region. Therefore, it is not necessary to separately provide an opening for preventing surface roughness on the peripheral edge of the bond substrate other than the dead space.

また、開示する発明の一態様では、開口部の形成位置により、貼り合わせが終了する領域に開口部を形成することなく形成されてしまう微小空気が閉じこめられた空隙の発生を抑制あるいは消滅させることができる。 In one embodiment of the disclosed invention, the generation position of the opening suppresses or eliminates the generation of a void in which minute air that is formed without forming the opening in the region where bonding is completed is confined. Can do.

SOI基板の作製方法の一例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view illustrating an example of a method for manufacturing an SOI substrate. 開口部の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of an opening part. 開口部の形状の例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of the shape of an opening part. 半導体層の分離の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of isolation | separation of a semiconductor layer. 開口部の形状の例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of the shape of an opening part. 応力の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of stress. 半導体装置(トランジスタ)の作製方法の一例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device (transistor). 半導体装置(トランジスタ)の作製方法の一例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device (transistor). 半導体装置(トランジスタ)の平面図および断面図である。2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view of a semiconductor device (transistor). シリコン層の表面の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the surface of a silicon layer. シリコン層の表面の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the surface of a silicon layer. シリコン層の表面の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the surface of a silicon layer. 閉じられた領域の直径と、欠損の数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the diameter of the area | region closed, and the number of defect | deletions. 表面のラフネスの比較結果を示す図である。It is a figure which shows the comparison result of the roughness of the surface. 表面のラフネスの比較結果を示す図である。It is a figure which shows the comparison result of the roughness of the surface. 閉じられた領域の有無による欠損の数の相違を示す図である。It is a figure which shows the difference in the number of the defect | deletion by the presence or absence of the area | region closed.

以下、実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定されず、本明細書等において開示する発明の趣旨から逸脱することなく形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。また、異なる実施の形態に係る構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。なお、以下に説明する発明の構成において、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用い、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the description of the embodiments described below, and it is obvious to those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit of the invention disclosed in this specification and the like. . In addition, structures according to different embodiments can be implemented in appropriate combination. Note that in the structures of the invention described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof is omitted.

(実施の形態1)
本実施の形態では、SOI基板の作製方法の一例に関して図面を参照して説明する。具体的には、ベース基板上に単結晶半導体層が設けられたSOI基板を作製する場合について説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, an example of a method for manufacturing an SOI substrate will be described with reference to drawings. Specifically, the case of manufacturing an SOI substrate in which a single crystal semiconductor layer is provided over a base substrate will be described.

まず、ベース基板100とボンド基板とを準備する。ここでは、ボンド基板として単結晶半導体基板110を用いる場合について説明する(図1(A)、図1(B)参照)。 First, a base substrate 100 and a bond substrate are prepared. Here, the case where the single crystal semiconductor substrate 110 is used as a bond substrate is described (see FIGS. 1A and 1B).

ベース基板100としては、絶縁体でなる基板を用いることができる。具体的には、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような電子工業用に使われる各種ガラス基板、石英基板、セラミック基板、サファイア基板が挙げられる。上記セラミックス基板においては、例えば、窒化シリコン(Si)とAlを主成分とした熱膨張係数がシリコンと近いセラミックス基板を用いることができる。なお、上記ガラス基板においては、酸化ホウ素(B)と比較して酸化バリウム(BaO)を多く含ませることで、より実用的な耐熱ガラスが得られる。このため、ガラス基板に耐熱性を求める場合には、BよりBaOを多く含むガラス基板を用いると良い。なお、本実施の形態では、ベース基板100としてガラス基板を用いる場合について説明する。ベース基板100として大面積化が可能で安価なガラス基板を用いることにより、低コスト化を図ることができる。また、ベース基板100としては、熱膨張係数がボンド基板と10%以上異なる基板を用いることが望ましい。 As the base substrate 100, a substrate made of an insulator can be used. Specific examples include various glass substrates, quartz substrates, ceramic substrates, and sapphire substrates used in the electronics industry such as aluminosilicate glass, aluminoborosilicate glass, and barium borosilicate glass. In the ceramic substrate, for example, a ceramic substrate having silicon nitride (Si x N y ) and Al 2 O 3 as main components and a thermal expansion coefficient close to that of silicon can be used. In the above glass substrate, by containing a larger amount of barium oxide (BaO) than boron oxide (B 2 O 3), more practical heat-resistant glass can be obtained. For this reason, when heat resistance is required for the glass substrate, a glass substrate containing more BaO than B 2 O 3 may be used. Note that in this embodiment, the case where a glass substrate is used as the base substrate 100 is described. By using an inexpensive glass substrate that can have a large area as the base substrate 100, cost reduction can be achieved. Further, as the base substrate 100, it is desirable to use a substrate having a thermal expansion coefficient different from that of the bond substrate by 10% or more.

また、ベース基板100として単結晶シリコン基板、単結晶ゲルマニウム基板などの半導体基板を用いても良い。ベース基板100として半導体基板を用いる場合には、ガラス基板などを用いる場合と比較して熱処理の温度条件が緩和するため、良質なSOI基板を得ることが容易になる。ここで、半導体基板としては、太陽電池級シリコン(SOG−Si:Solar Grade Silicon)基板などを用いても良い。また、多結晶半導体基板を用いても良い。太陽電池級シリコンや、多結晶半導体基板などを用いる場合には、単結晶シリコン基板などを用いる場合と比較して、製造コストを抑制することができる。 Alternatively, a semiconductor substrate such as a single crystal silicon substrate or a single crystal germanium substrate may be used as the base substrate 100. In the case where a semiconductor substrate is used as the base substrate 100, the temperature condition of the heat treatment is relaxed as compared with the case where a glass substrate or the like is used, so that it is easy to obtain a high-quality SOI substrate. Here, a solar cell grade silicon (SOG-Si: Solar Grade Silicon) substrate or the like may be used as the semiconductor substrate. A polycrystalline semiconductor substrate may be used. In the case of using solar cell grade silicon or a polycrystalline semiconductor substrate, the manufacturing cost can be suppressed as compared with the case of using a single crystal silicon substrate or the like.

なお、開示する発明の一態様は、貼り合わせに係る基板の材質等の相違に起因して生じる半導体層の表面荒れを抑制するものであるから、貼り合わせに係る基板の材質等が異なる場合に効果的であるが、同じ材質等を用いた基板を貼り合わせる場合であっても、表面荒れを抑制するという点においては十分な効果を得ることができる。 Note that one embodiment of the disclosed invention suppresses surface roughness of a semiconductor layer caused by a difference in material or the like of a substrate related to bonding, and therefore, when a material or the like of a substrate related to bonding is different. Although effective, even when substrates using the same material or the like are bonded together, a sufficient effect can be obtained in terms of suppressing surface roughness.

上記ベース基板100に関しては、その表面をあらかじめ洗浄しておくことが好ましい。具体的には、ベース基板100に対して、塩酸過水(HPM)、硫酸過水(SPM)、アンモニア過水(APM)、フッ酸過水(FPM)、希フッ酸(DHF)等を用いて洗浄する。また、上記洗浄中に超音波を併用してもよい。また、炭酸水、オゾン水、または水素添加水を用いた超音波洗浄と併用してもよい。このような洗浄処理を行うことによって、ベース基板100表面の平坦性向上や、ベース基板100表面に残存する研磨粒子の除去などが実現される。 The surface of the base substrate 100 is preferably cleaned in advance. Specifically, hydrochloric acid / hydrogen peroxide (HPM), sulfuric acid / hydrogen peroxide (SPM), ammonia / hydrogen peroxide (APM), hydrofluoric acid / hydrogen peroxide (FPM), dilute hydrofluoric acid (DHF), or the like is used for the base substrate 100. And wash. Moreover, you may use an ultrasonic wave together during the said washing | cleaning. Moreover, you may use together with the ultrasonic cleaning using carbonated water, ozone water, or hydrogenated water. By performing such a cleaning process, improvement in flatness of the surface of the base substrate 100, removal of abrasive particles remaining on the surface of the base substrate 100, and the like are realized.

単結晶半導体基板110としては、例えば、単結晶シリコン基板、単結晶ゲルマニウム基板、単結晶シリコンゲルマニウム基板など、第14族元素でなる単結晶半導体基板を用いることができる。また、ガリウムヒ素やインジウムリン等の化合物半導体基板を用いることもできる。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、単結晶半導体基板110の形状は円形に限られず、例えば、矩形等に加工して用いることも可能である。また、単結晶半導体基板110は、CZ法やFZ(フローティングゾーン)法を用いて作製することができる。 As the single crystal semiconductor substrate 110, for example, a single crystal semiconductor substrate made of a Group 14 element such as a single crystal silicon substrate, a single crystal germanium substrate, or a single crystal silicon germanium substrate can be used. A compound semiconductor substrate such as gallium arsenide or indium phosphide can also be used. 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. Note that the shape of the single crystal semiconductor substrate 110 is not limited to a circle, and for example, the single crystal semiconductor substrate 110 can be processed into a rectangle or the like. The single crystal semiconductor substrate 110 can be manufactured by a CZ method or an FZ (floating zone) method.

汚染物除去の観点からは、硫酸過水(SPM)、アンモニア過水(APM)、塩酸過水(HPM)、フッ酸過水(FPM)、希フッ酸(DHF)などを用いて単結晶半導体基板110の表面を洗浄しておくことが好ましい。また、希フッ酸とオゾン水を交互に吐出して洗浄してもよい。 From the viewpoint of contaminant removal, single crystal semiconductors using sulfuric acid / hydrogen peroxide (SPM), ammonia / hydrogen peroxide (APM), hydrochloric acid / hydrogen peroxide (HPM), hydrofluoric acid / hydrogen peroxide (FPM), dilute hydrofluoric acid (DHF), etc. It is preferable to clean the surface of the substrate 110 in advance. Further, cleaning may be performed by alternately discharging dilute hydrofluoric acid and ozone water.

なお、本実施の形態においては、ボンド基板として単結晶半導体基板を用いる場合について説明しているが、開示する発明の一態様はこれに限定して解釈されない。例えば、ボンド基板として多結晶半導体基板などを用いても良い。 Note that although this embodiment describes the case where a single crystal semiconductor substrate is used as a bond substrate, one embodiment of the disclosed invention is not construed as being limited thereto. For example, a polycrystalline semiconductor substrate or the like may be used as the bond substrate.

次に、単結晶半導体基板110の表面から所定の深さに脆化領域112を形成し、その後、絶縁層114を介してベース基板100と単結晶半導体基板110とを貼り合わせる(図1(C)、図1(D)参照)。 Next, an embrittlement region 112 is formed at a predetermined depth from the surface of the single crystal semiconductor substrate 110, and then the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110 are bonded to each other with the insulating layer 114 interposed therebetween (FIG. 1C ), See FIG.

本実施の形態においては、絶縁層114表面の単結晶半導体基板110の周縁部に対応する領域に、開口部140(「凹部」、または「溝」ともよぶことができる。)を形成する(図1(C))。 In this embodiment, an opening 140 (also referred to as a “concave portion” or a “groove”) is formed in a region corresponding to the peripheral portion of the single crystal semiconductor substrate 110 on the surface of the insulating layer 114 (see FIG. 1 (C)).

次いで、ベース基板100と単結晶半導体基板110を重ね合わせ、白抜き矢印で示す領域に応力を加え単結晶半導体基板110の外周部の一部から貼り合わせが進行するようにベース基板100と単結晶半導体基板110の一部を接着して接合させる(図1(D))。 Next, the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110 are overlaid, and stress is applied to a region indicated by a white arrow so that the bonding proceeds from a part of the outer peripheral portion of the single crystal semiconductor substrate 110. A part of the semiconductor substrate 110 is bonded and bonded (FIG. 1D).

このとき、開口部140が形成された領域を、貼り合わせを進行させる初期領域から最も離れるように配置することが望ましい。言いかえると、ベース基板100と単結晶半導体基板110との貼り合わせを進行させ、貼り合わせが終了する領域近傍に開口部が形成された領域が配置されるようにすることが望ましい。 At this time, it is desirable to arrange the region in which the opening 140 is formed so as to be farthest from the initial region in which the bonding proceeds. In other words, it is desirable to advance the bonding between the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110 so that a region where an opening is formed is disposed in the vicinity of the region where the bonding is completed.

貼り合わせが終了する領域では、一部、微小空気が閉じこめられることにより、ベース基板100と単結晶半導体基板110とが貼り合わない領域(空隙)が形成されることが実験的に確認されている。かかる空隙が形成される領域は、貼り合わせに寄与しない、あるいは、貼り合わせ強度が低下する領域であり、デッドスペースとなってしまう。 It has been experimentally confirmed that, in the region where the bonding is completed, a region (gap) where the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110 are not bonded is formed by partially confining minute air. . The region where such voids are formed is a region that does not contribute to the bonding or the bonding strength is reduced, and becomes a dead space.

したがって、空隙が形成されることが予想される領域と重ねて、あるいは空隙が形成されることが予想される領域の近傍に、意図的に形成した開口部を配置することにより開口部によって閉じられた領域を形成することが望ましい。 Therefore, it is closed by the opening by placing an intentionally formed opening in the vicinity of the area where the void is expected to be formed or in the vicinity of the area where the void is expected to be formed. It is desirable to form a region.

また、このように、貼り合わせに係る表面の一部に意図的に開口部を配置することにより形成された貼り合わない領域であって閉じられた領域(以下、「開口部の配置により形成された閉じられた領域」と呼ぶ。)を形成することにより、分離のきっかけを効果的に与えることができるため、形成される単結晶半導体層の表面荒れを抑制できる。 In addition, in this way, a non-bonded region that is formed by intentionally disposing an opening on a part of the surface to be bonded, and a closed region (hereinafter referred to as “an opening portion is formed. By forming the “closed region”), it is possible to effectively provide an opportunity for separation, so that surface roughness of the formed single crystal semiconductor layer can be suppressed.

さらには、従来、貼り合わせに寄与しない、あるいは、貼り合わせ強度が低下する領域を有効に利用できるため、SOI層として利用できる領域に別途半導体層の表面荒れを抑制するための開口部を形成せずに済む。 In addition, since a region that does not contribute to bonding or has reduced bonding strength can be used effectively, an opening for suppressing surface roughness of the semiconductor layer is separately formed in a region that can be used as an SOI layer. You do n’t have to.

従来、貼り合わせの終端部に形成される空隙は、本発明の一態様における開口部を形成することによって形成される閉じられた領域と一見すると同様のようにも思われるが、ボンド基板またはベース基板に開口部を設けないで形成される空隙部が存在しても熱処理によって、ボンド基板の一部を分離しても半導体層の表面荒れを有効に抑制できないことが判明している。したがって、開口部の配置により形成された閉じられた領域を形成することが本実施の形態の一態様においては有効な構成である。 Conventionally, the gap formed at the terminal end of the bonding seems to be similar to the closed region formed by forming the opening in one embodiment of the present invention. It has been found that even if there are voids formed without providing openings in the substrate, surface roughness of the semiconductor layer cannot be effectively suppressed even if a part of the bond substrate is separated by heat treatment. Therefore, it is an effective configuration in one embodiment of this embodiment to form a closed region formed by the arrangement of the openings.

ここで、「開口部の配置により形成された閉じられた領域」とは、貼り合わない領域と貼り合った領域の境界部分が形成する「貼り合わない領域の外周」が、閉じられていることを意味する。また、「開口部の配置により形成された閉じられた領域」とは、二次元的に閉じられている状態を示し、三次元的に閉じられていることを要しない。このような「開口部の配置により形成された閉じられた領域」を形成することで、分離後の半導体表面の荒れを抑制することができる。 Here, the “closed area formed by the arrangement of the opening” means that the “outer periphery of the non-bonded area” formed by the boundary between the non-bonded area and the bonded area is closed. Means. In addition, the “closed region formed by the arrangement of the openings” indicates a two-dimensionally closed state and does not need to be three-dimensionally closed. By forming such a “closed region formed by the arrangement of the openings”, it is possible to suppress the roughness of the semiconductor surface after separation.

なお、本実施の形態においては、絶縁層114に開口部140を形成する構成としているが、開示する発明の一態様はこれに限定して解釈されない。開示する発明の一態様では、基板に意図的に形成された開口部によって閉じられた領域(例えば、気体が閉じ込められるような領域)を形成することで半導体層の表面荒れを抑制することが可能になるから、当該技術思想が実現できれば、その具体的な構成、態様については特に限定して解釈する必要はない。 Note that in this embodiment, the opening 140 is formed in the insulating layer 114; however, one embodiment of the disclosed invention is not limited to this. In one embodiment of the disclosed invention, it is possible to suppress surface roughness of a semiconductor layer by forming a region closed by an opening intentionally formed in a substrate (for example, a region in which a gas is confined). Therefore, as long as the technical idea can be realized, it is not necessary to specifically limit the specific configuration and aspect.

開口部の作製方法としては、絶縁層114を形成した後のパターニングや、レーザー光の照射などによるマーキング、ガラスペンを用いたマーキングなどがある。なお、基板(または半導体装置)に識別符号を付与する際などにはレーザーマーカーを用いて印字を行う場合があるが、これを利用して上記閉じられた領域を形成することで、製造コストの増加なく表面荒れが抑制された半導体層を得ることができるため、好適である。 As a method for manufacturing the opening, there are patterning after the insulating layer 114 is formed, marking by laser light irradiation, marking using a glass pen, and the like. In addition, when giving an identification code to a substrate (or a semiconductor device), there are cases where printing is performed using a laser marker. By using this, the closed region is formed, thereby reducing the manufacturing cost. Since a semiconductor layer in which surface roughness is suppressed without increasing can be obtained, it is preferable.

貼り合わせの終端領域に形成されてしまう空隙の大きさ、配置を考慮すると、デッドスペースを有効に利用するためには、開口部の直径はφ50μm以上φ2mm以下、好ましくはφ200μm以上φ1mm以下であることが望ましい。また、開口部の面積は、0.001mm以上4mm以下、好ましくは0.03mm以上0.8mm以下が望ましい。 In consideration of the size and arrangement of the gap formed in the termination region of the bonding, the diameter of the opening should be φ50 μm or more and φ2 mm or less, preferably φ200 μm or more and φ1 mm or less in order to effectively use the dead space. Is desirable. The area of the opening, 0.001 mm 2 or more 4 mm 2 or less, preferably 0.03 mm 2 or more 0.8 mm 2 or less.

一方で、表面荒れの抑制を考慮すると、開口部の面積は、1mm以上とすることが望ましい。より望ましくは25mm以上である。これにより、形成される半導体層の表面の荒れを効果的に抑制することができる。 On the other hand, considering the suppression of surface roughness, the area of the opening is desirably 1 mm 2 or more. More desirably, it is 25 mm 2 or more. Thereby, the roughness of the surface of the formed semiconductor layer can be effectively suppressed.

なお、本実施の形態では、開口部を単結晶半導体基板の周縁部に対応する領域である単結晶半導体基板の角部に設ける。そして、ベース基板と単結晶半導体基板110とを重ね合わせ、その一端を接着させることにより、ベース基板100と単結晶半導体基板110との貼り合わせを進行させ、貼り合わせを行う。貼り合わせの際、貼り合わせが終了する領域近傍に開口部を配置する。これにより、半導体層の表面荒れを効果的に抑制できる。さらに、貼り合わせの終端部に開口部を配置することにより、従来空隙ができてしまう領域以外に別途、表面荒れ抑制のための開口部を形成せずにすむため、デッドスペースを有効に利用することができる。 Note that in this embodiment, the opening is provided in a corner portion of the single crystal semiconductor substrate which is a region corresponding to the peripheral portion of the single crystal semiconductor substrate. Then, the base substrate and the single crystal semiconductor substrate 110 are overlapped with each other, and one end of the base substrate is bonded to advance the bonding between the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110, thereby performing the bonding. At the time of bonding, an opening is arranged in the vicinity of the region where the bonding is completed. Thereby, the surface roughness of the semiconductor layer can be effectively suppressed. Furthermore, by arranging an opening at the end of bonding, it is not necessary to separately form an opening for suppressing surface roughness in addition to a region where a conventional gap is formed, so that the dead space is effectively used. be able to.

単結晶半導体基板110の表面から所定の深さに形成される脆化領域112は、運動エネルギーを有する水素等のイオンを単結晶半導体基板110に照射することにより形成することができる。 The embrittlement region 112 formed at a predetermined depth from the surface of the single crystal semiconductor substrate 110 can be formed by irradiating the single crystal semiconductor substrate 110 with ions such as hydrogen having kinetic energy.

脆化領域112が形成される領域の深さは、イオンの運動エネルギー、質量と電荷、イオンの入射角などによって調節することができる。また、脆化領域112は、イオンの平均侵入深さとほぼ同じ深さの領域に形成される。このため、イオンを添加する深さで、単結晶半導体基板110から分離される単結晶半導体層の厚さを調節することができる。例えば、単結晶半導体層の厚さが、10nm以上1000nm以下、好ましくは50nm以上200nm以下程度となるように平均侵入深さを調節すれば良い。 The depth of the region where the embrittlement region 112 is formed can be adjusted by ion kinetic energy, mass and charge, ion incident angle, and the like. In addition, the embrittlement region 112 is formed in a region having a depth substantially equal to the average penetration depth of ions. Therefore, the thickness of the single crystal semiconductor layer separated from the single crystal semiconductor substrate 110 can be adjusted by the depth to which ions are added. For example, the average penetration depth may be adjusted so that the thickness of the single crystal semiconductor layer is 10 nm to 1000 nm, preferably 50 nm to 200 nm.

上記イオンの照射処理は、イオンドーピング装置やイオン注入装置を用いて行うことができる。イオンドーピング装置の代表例としては、プロセスガスをプラズマ励起して生成された全てのイオン種を被処理体に照射する非質量分離型の装置がある。当該装置では、プラズマ中のイオン種を質量分離しないで被処理体に照射することになる。これに対して、イオン注入装置は質量分離型の装置である。イオン注入装置では、プラズマ中のイオン種を質量分離し、ある特定の質量のイオン種を被処理体に照射する。 The ion irradiation treatment can be performed using an ion doping apparatus or an ion implantation apparatus. As a typical example of an ion doping apparatus, there is a non-mass separation type apparatus that irradiates an object to be processed with all ion species generated by plasma excitation of a process gas. In this apparatus, the object to be processed is irradiated without mass separation of ion species in the plasma. On the other hand, the ion implantation apparatus is a mass separation type apparatus. In the ion implantation apparatus, ion species in plasma are mass-separated and an object to be processed is irradiated with ion species having a specific mass.

本実施の形態では、イオンドーピング装置を用いて、水素を単結晶半導体基板110に添加する例について説明する。ソースガスとしては水素を含むガスを用いる。照射するイオンについては、H の比率が高まるようにすると良い。具体的には、H、H 、H の総量に対してH の割合が50%以上(より好ましくは80%以上)となるようにする。H の割合を高めることで、イオン照射の効率を向上させることができる。なお、イオン注入装置でH を注入してもよい。 In this embodiment, an example in which hydrogen is added to the single crystal semiconductor substrate 110 using an ion doping apparatus will be described. A gas containing hydrogen is used as the source gas. For the ions to be irradiated, the ratio of H 3 + is preferably increased. Specifically, H +, H 2 +, the proportion of H 3 + to the total amount of H 3 + is made to be 50% or more (more preferably 80% or more). Increasing the proportion of H 3 + can improve the efficiency of ion irradiation. Note that H 3 + may be implanted by an ion implantation apparatus.

なお、添加するイオンは水素に限定されない。ヘリウムなどのイオンを添加しても良い。また、添加するイオンは一種類に限定されず、複数種類のイオンを添加しても良い。例えば、イオンドーピング装置を用いて水素とヘリウムとを同時に照射する場合には、別々の工程で照射する場合と比較して工程数を低減することができると共に、後の単結晶半導体層の表面荒れをより一層おさえることが可能である。 Note that ions to be added are not limited to hydrogen. Ions such as helium may be added. Moreover, the ion to add is not limited to one type, You may add multiple types of ion. For example, in the case of simultaneously irradiating hydrogen and helium using an ion doping apparatus, the number of steps can be reduced as compared with the case of irradiating in separate steps, and the surface roughness of the subsequent single crystal semiconductor layer can be reduced. Can be further suppressed.

また、絶縁層114は、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等の絶縁層を単層で、または積層させて形成することができる。これらの膜は、熱酸化法、CVD法、スパッタリング法等を用いて形成することができる。絶縁層の膜厚は、10nm以上200nm以下程度とすることが望ましい。 The insulating layer 114 can be formed using a single layer or a stacked layer of insulating layers such as a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride film, and a silicon nitride oxide film. These films can be formed using a thermal oxidation method, a CVD method, a sputtering method, or the like. The thickness of the insulating layer is desirably about 10 nm to 200 nm.

なお、本明細書等において、酸化窒化物とは、その組成において、窒素よりも酸素の含有量(原子数)が多いものを示し、例えば、酸化窒化シリコンとは、酸素が50原子%以上70原子%以下、窒素が0.5原子%以上15原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が0.1原子%以上10原子%以下の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化物とは、その組成において、酸素よりも窒素の含有量(原子数)が多いものを示し、例えば、窒化酸化シリコンとは、酸素が5原子%以上30原子%以下、窒素が20原子%以上55原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が10原子%以上30原子%以下の範囲で含まれるものをいう。但し、上記範囲は、ラザフォード後方散乱法(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometry)や、水素前方散乱法(HFS:Hydrogen Forward Scattering)を用いて測定した場合のものである。また、構成元素の含有比率の合計は、100原子%を超えない。 Note that in this specification and the like, the term “oxynitride” refers to a composition whose oxygen content (number of atoms) is higher than that of nitrogen. For example, silicon oxynitride refers to oxygen at 50 atomic% or more and 70 It includes atoms in a range of not more than atomic%, nitrogen not less than 0.5 atom% and not more than 15 atom%, silicon not less than 25 atom% and not more than 35 atom%, and hydrogen not less than 0.1 atom% and not more than 10 atom%. In addition, a nitrided oxide indicates a composition whose nitrogen content (number of atoms) is higher than that of oxygen. For example, silicon nitride oxide refers to an oxygen content of 5 atomic% to 30 atomic% and nitrogen content. It includes 20 atomic% to 55 atomic%, silicon in a range of 25 atomic% to 35 atomic%, and hydrogen in a range of 10 atomic% to 30 atomic%. However, the above ranges are those measured using Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) or Hydrogen Forward Scattering (HFS). Further, the total content ratio of the constituent elements does not exceed 100 atomic%.

貼り合わせは、ベース基板100と単結晶半導体基板110とを、絶縁層114を介して接着させた後、ベース基板100または単結晶半導体基板110の白抜き矢印で示す箇所に0.001N/cm以上100N/cm以下の圧力を加えることにより行われる(図1(D)参照)。 In the bonding, the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110 are bonded to each other with the insulating layer 114 interposed therebetween, and then 0.001 N / cm 2 at a position indicated by a white arrow on the base substrate 100 or the single crystal semiconductor substrate 110. This is performed by applying a pressure of 100 N / cm 2 or less (see FIG. 1D).

図3(A)には貼り合わせ開始領域150と開口部140との位置関係を示している。貼り合わせ開始領域150と対向する角部に開口部140が配置されるように貼り合わせを行う。圧力を加えると、その部分においてベース基板100と絶縁層114の接合が生じ、当該部分を始点として自発的な接合が全面におよぶ。この接合には、ファンデルワールス力や水素結合が作用しており、常温で行うことができる。当該貼り合わせ処理によって、開口部の配置による閉じられた領域が形成されることになる。 FIG. 3A shows the positional relationship between the bonding start region 150 and the opening 140. The bonding is performed so that the opening 140 is arranged at the corner facing the bonding start region 150. When pressure is applied, bonding between the base substrate 100 and the insulating layer 114 occurs at that portion, and spontaneous bonding extends over the entire surface starting from the portion. In this joining, van der Waals force and hydrogen bond act and can be performed at room temperature. By the bonding process, a closed region due to the arrangement of the opening is formed.

なお、貼り合わせは、絶縁層114に形成された開口部140が貼り合わせの終端領域又はその近傍に配置されるようにして進行させることが望ましい。 Note that it is preferable that the bonding be performed so that the opening 140 formed in the insulating layer 114 is disposed in the bonding termination region or in the vicinity thereof.

なお、単結晶半導体基板110とベース基板100とを貼り合わせる前に、貼り合わせに係る表面につき表面処理を行うことが好ましい。表面処理を行うことで、単結晶半導体基板110とベース基板100の接合界面での接合強度を向上させることができる。 Note that before the single crystal semiconductor substrate 110 and the base substrate 100 are bonded to each other, it is preferable to perform surface treatment on the surfaces related to bonding. By performing the surface treatment, the bonding strength at the bonding interface between the single crystal semiconductor substrate 110 and the base substrate 100 can be improved.

表面処理としては、ウェット処理、ドライ処理、またはウェット処理およびドライ処理の組み合わせが挙げられる。異なるウェット処理、または異なるドライ処理を組み合わせて行っても良い。 Examples of the surface treatment include wet treatment, dry treatment, or a combination of wet treatment and dry treatment. Different wet treatments or different dry treatments may be combined.

ウェット処理としては、オゾン水を用いたオゾン処理(オゾン水洗浄)、メガソニック洗浄、または2流体洗浄(純水や水素添加水等の機能水を窒素等のキャリアガスとともに吹き付ける方法)などが挙げられる。ドライ処理としては、紫外線処理、オゾン処理、プラズマ処理、バイアス印加プラズマ処理、またはラジカル処理などが挙げられる。被処理体(単結晶半導体基板、単結晶半導体基板上に形成された絶縁層、支持基板または支持基板上に形成された絶縁層)に対し、上記のような表面処理を行うことで、被処理体表面の親水性および清浄性を高める効果を奏する。その結果、基板同士の接合強度を向上させることができる。 Examples of the wet treatment include ozone treatment using ozone water (ozone water cleaning), megasonic cleaning, or two-fluid cleaning (a method of spraying functional water such as pure water or hydrogenated water together with a carrier gas such as nitrogen). It is done. Examples of the dry treatment include ultraviolet treatment, ozone treatment, plasma treatment, bias application plasma treatment, and radical treatment. By subjecting the object to be processed (single crystal semiconductor substrate, insulating layer formed on the single crystal semiconductor substrate, supporting substrate, or insulating layer formed on the supporting substrate) to the surface treatment as described above, There is an effect of improving the hydrophilicity and cleanliness of the body surface. As a result, the bonding strength between the substrates can be improved.

ウェット処理は、被処理体表面に付着するマクロなゴミなどの除去に効果的である。ドライ処理は、被処理体表面に付着する有機物などミクロなゴミの除去または分解に効果的である。ここで、被処理体に対して、紫外線処理などのドライ処理を行った後、洗浄などのウェット処理を行う場合には、被処理体表面を清浄化および親水化し、さらに被処理体表面のウォーターマークの発生を抑制できるため好ましい。 The wet treatment is effective for removing macro dust adhering to the surface of the object to be treated. The dry treatment is effective for removing or decomposing micro dust such as organic substances adhering to the surface of the object to be treated. Here, when a wet process such as cleaning is performed after a dry process such as an ultraviolet treatment is performed on the object to be processed, the surface of the object to be processed is cleaned and hydrophilized, and water on the surface of the object to be processed is further removed. Since generation | occurrence | production of a mark can be suppressed, it is preferable.

また、ドライ処理として、オゾンまたは一重項酸素などの活性状態にある酸素を用いた表面処理を行うことが好ましい。オゾンまたは一重項酸素などの活性状態にある酸素により、被処理体表面に付着する有機物を効果的に除去または分解することができる。また、オゾンまたは一重項酸素などの活性状態にある酸素に、紫外線のうち200nm未満の波長を含む光による処理を組み合わせることで、被処理体表面に付着する有機物をさらに効果的に除去することができる。以下、具体的に説明する。 Further, it is preferable to perform a surface treatment using oxygen in an active state such as ozone or singlet oxygen as the dry treatment. Organic substances attached to the surface of the object to be processed can be effectively removed or decomposed by oxygen in an active state such as ozone or singlet oxygen. In addition, by combining oxygen in an active state such as ozone or singlet oxygen with treatment with light having a wavelength of less than 200 nm among ultraviolet rays, organic substances attached to the surface of the object to be processed can be more effectively removed. it can. This will be specifically described below.

例えば、酸素を含む雰囲気下で紫外線を照射することにより、被処理体の表面処理を行う。酸素を含む雰囲気下において、紫外線のうち200nm未満の波長を含む光と200nm以上の波長を含む光を照射することにより、オゾンを生成させるとともに一重項酸素を生成させることができる。また、紫外線のうち180nm未満の波長を含む光を照射することにより、オゾンを生成させるとともに一重項酸素を生成させることもできる。 For example, the surface treatment of the object to be processed is performed by irradiating ultraviolet rays in an atmosphere containing oxygen. In an atmosphere containing oxygen, irradiation with light having a wavelength of less than 200 nm and light having a wavelength of 200 nm or more of ultraviolet rays can generate ozone and singlet oxygen. Further, by irradiating light including a wavelength of less than 180 nm among ultraviolet rays, ozone can be generated and singlet oxygen can be generated.

酸素を含む雰囲気下で、200nm未満の波長を含む光および200nm以上の波長を含む光を照射することにより起きる反応例を示す。
+hν(λnm)→O(P)+O(P) ・・・ (1)
O(P)+O→O ・・・ (2)
+hν(λnm)→O(D)+O ・・・ (3)
An example of a reaction that occurs by irradiation with light having a wavelength of less than 200 nm and light having a wavelength of 200 nm or more in an atmosphere containing oxygen is shown.
O 2 + hν (λ 1 nm) → O ( 3 P) + O ( 3 P) (1)
O ( 3 P) + O 2 → O 3 (2)
O 3 + hν (λ 2 nm) → O ( 1 D) + O 2 (3)

上記反応式(1)において、酸素(O)を含む雰囲気下で200nm未満の波長(λnm)を含む光(hν)を照射することにより基底状態の酸素原子(O(P))が生成する。次に、反応式(2)において、基底状態の酸素原子(O(P))と酸素(O)とが反応してオゾン(O)が生成する。そして、反応式(3)において、生成されたオゾン(O)を含む雰囲気下で200nm以上の波長(λnm)を含む光が照射されることにより、励起状態の一重項酸素O(D)が生成される。酸素を含む雰囲気下において、紫外線のうち200nm未満の波長を含む光を照射することによりオゾンを生成させるとともに、200nm以上の波長を含む光を照射することによりオゾンを分解して一重項酸素を生成する。上記のような表面処理は、例えば、酸素を含む雰囲気下での低圧水銀ランプの照射(λ=185nm、λ=254nm)により行うことができる。 In the reaction formula (1), irradiation with light (hν) containing a wavelength (λ 1 nm) of less than 200 nm in an atmosphere containing oxygen (O 2 ) results in a ground state oxygen atom (O ( 3 P)). Produces. Next, in the reaction formula (2), the oxygen atom (O ( 3 P)) in the ground state reacts with oxygen (O 2 ) to generate ozone (O 3 ). Then, in reaction formula (3), irradiation with light including a wavelength (λ 2 nm) of 200 nm or more is performed in an atmosphere including the generated ozone (O 3 ), whereby singlet oxygen O ( 1 D) is generated. In an atmosphere containing oxygen, ozone is generated by irradiating light having a wavelength of less than 200 nm among ultraviolet rays, and singlet oxygen is generated by decomposing ozone by irradiating light having a wavelength of 200 nm or more. To do. The surface treatment as described above can be performed, for example, by irradiation with a low-pressure mercury lamp (λ 1 = 185 nm, λ 2 = 254 nm) in an atmosphere containing oxygen.

また、酸素を含む雰囲気下で、180nm未満の波長を含む光を照射して起きる反応例を示す。
+hν(λnm)→O(D)+O(P) ・・・ (4)
O(P)+O→O ・・・ (5)
+hν(λnm)→O(D)+O ・・・ (6)
An example of a reaction that occurs by irradiation with light having a wavelength of less than 180 nm in an atmosphere containing oxygen is shown.
O 2 + hν (λ 3 nm) → O ( 1 D) + O ( 3 P) (4)
O ( 3 P) + O 2 → O 3 (5)
O 3 + hν (λ 3 nm) → O ( 1 D) + O 2 (6)

上記反応式(4)において、酸素(O)を含む雰囲気下で180nm未満の波長(λnm)を含む光を照射することにより、励起状態の一重項酸素O(D)と基底状態の酸素原子(O(P))が生成する。次に、反応式(5)において、基底状態の酸素原子(O(P))と酸素(O)とが反応してオゾン(O)が生成する。反応式(6)において、生成されたオゾン(O)を含む雰囲気下で180nm未満の波長(λnm)を含む光が照射されることにより、励起状態の一重項酸素と酸素が生成される。酸素を含む雰囲気下において、紫外線のうち180nm未満の波長を含む光を照射することによりオゾンを生成させるとともにオゾンまたは酸素を分解して一重項酸素を生成する。上記のような表面処理は、例えば、酸素を含む雰囲気下でのXeエキシマUVランプの照射により行うことができる。 In the reaction formula (4), singlet oxygen O ( 1 D) and a ground state in an excited state are irradiated with light including a wavelength (λ 3 nm) of less than 180 nm in an atmosphere including oxygen (O 2 ). Of oxygen atoms (O ( 3 P)). Next, in reaction formula (5), oxygen atoms (O ( 3 P)) in the ground state and oxygen (O 2 ) react to generate ozone (O 3 ). In reaction formula (6), singlet oxygen and oxygen in an excited state are generated by irradiation with light having a wavelength of less than 180 nm (λ 3 nm) in an atmosphere including the generated ozone (O 3 ). The In an atmosphere containing oxygen, ozone is generated by irradiating light having a wavelength of less than 180 nm among ultraviolet rays, and ozone or oxygen is decomposed to generate singlet oxygen. The surface treatment as described above can be performed, for example, by irradiation with a Xe excimer UV lamp in an atmosphere containing oxygen.

200nm未満の波長を含む光により被処理体表面に付着する有機物などの化学結合を切断し、オゾンまたは一重項酸素により被処理体表面に付着する有機物や化学結合を切断した有機物などを酸化分解して除去することができる。上記のような表面処理を行うことで、被処理体表面の親水性および清浄性をより高めることができ、接合を良好に行うことができる。 Chemical bonds such as organic substances adhering to the surface of the object to be processed are cut by light having a wavelength of less than 200 nm, and organic substances adhering to the surface of the object to be processed or organic substances having broken chemical bonds are oxidatively decomposed by ozone or singlet oxygen. Can be removed. By performing the surface treatment as described above, the hydrophilicity and cleanliness of the surface of the object to be processed can be further improved, and bonding can be performed satisfactorily.

なお、貼り合わせの後には、接合強度を増加させるための熱処理を行っても良い。この熱処理の温度は、脆化領域112における分離が生じない温度(例えば、室温以上400℃未満)とする。また、この温度範囲で加熱しながら、ベース基板100と絶縁層114とを接合させてもよい。上記熱処理には、拡散炉、抵抗加熱炉などの加熱炉、RTA(瞬間熱アニール、Rapid Thermal Anneal)装置、マイクロ波加熱装置などを用いることができる。なお、上記温度条件はあくまで一例に過ぎず、開示する発明の一態様がこれに限定して解釈されるものではない。 Note that heat treatment for increasing the bonding strength may be performed after the bonding. The temperature of this heat treatment is set to a temperature at which separation in the embrittled region 112 does not occur (for example, room temperature or higher and lower than 400 ° C.). Further, the base substrate 100 and the insulating layer 114 may be bonded while heating in this temperature range. For the heat treatment, a diffusion furnace, a heating furnace such as a resistance heating furnace, an RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus, a microwave heating apparatus, or the like can be used. Note that the above temperature condition is merely an example, and one embodiment of the disclosed invention is not construed as being limited thereto.

次に、例えば、400℃以上の温度で熱処理を行って単結晶半導体基板110を脆化領域112にて分離することにより、ベース基板100上に、絶縁層114を介して単結晶半導体層116を設ける(図1(E)、図1(F)参照)。 Next, for example, the single crystal semiconductor substrate 110 is separated from the embrittlement region 112 by heat treatment at a temperature of 400 ° C. or higher, whereby the single crystal semiconductor layer 116 is formed over the base substrate 100 with the insulating layer 114 interposed therebetween. Provided (see FIGS. 1E and 1F).

熱処理を行うことで、脆化領域112に形成されている微小な孔には添加された元素が析出し、内部の圧力が上昇する。圧力の上昇により、脆化領域112には亀裂が生じるため、脆化領域112に沿って単結晶半導体基板110が分離する。絶縁層114はベース基板100に接合しているため、ベース基板100上には単結晶半導体基板110から分離された単結晶半導体層116が残存する。なお、開口部140においては貼り合わせが行われていないため、ベース基板100の開口部140に対応する領域には単結晶半導体層116は形成されない。当該領域が分離の際のきっかけとなり、単結晶半導体層116の表面荒れを抑制できる。 By performing the heat treatment, the added element is precipitated in the minute holes formed in the embrittled region 112, and the internal pressure rises. The increase in pressure causes a crack in the embrittled region 112, so that the single crystal semiconductor substrate 110 is separated along the embrittled region 112. Since the insulating layer 114 is bonded to the base substrate 100, the single crystal semiconductor layer 116 separated from the single crystal semiconductor substrate 110 remains on the base substrate 100. Note that since the bonding is not performed in the opening 140, the single crystal semiconductor layer 116 is not formed in a region corresponding to the opening 140 of the base substrate 100. The region serves as a trigger for separation, and surface roughness of the single crystal semiconductor layer 116 can be suppressed.

なお、上記分離の際の熱処理温度は、できる限り低いものであることが望ましい。分離の際の温度が低いほど、単結晶半導体層116の表面荒れを抑制できるためである。 In addition, it is desirable that the heat treatment temperature in the separation is as low as possible. This is because surface roughness of the single crystal semiconductor layer 116 can be suppressed as the temperature at the time of separation is lower.

具体的には、例えば、上記分離の際の熱処理温度は、300℃以上600℃以下、好ましくは400℃以上500℃以下とすると効果的である。 Specifically, for example, it is effective that the heat treatment temperature in the separation is 300 ° C. or more and 600 ° C. or less, preferably 400 ° C. or more and 500 ° C. or less.

なお、上記開口部によって形成された閉じられた領域を形成する場合には、分離の際の熱処理温度を低く抑えることができることが確認されている。一例として、閉じられた領域を形成しない場合には、分離に際して500℃以上の温度条件が必要となる場合であっても、閉じられた領域を形成することにより、500℃以下の温度条件で分離が可能である。これは、閉じられた領域が分離の際のきっかけとなることにより、当該領域が存在しない場合と比較して低い温度での分離が実現されることに起因するものと考察される。なお、上記温度条件はあくまで一例に過ぎず、開示する発明の一態様がこれに限定して解釈されるものではない。 In addition, when forming the closed area | region formed of the said opening part, it has been confirmed that the heat processing temperature in the case of isolation | separation can be restrained low. As an example, in the case where a closed region is not formed, even if a temperature condition of 500 ° C. or higher is required for the separation, the closed region is formed and the separation is performed at a temperature condition of 500 ° C. or lower. Is possible. This is considered to be caused by the fact that the closed region is a trigger for the separation, whereby the separation at a lower temperature is realized as compared with the case where the region does not exist. Note that the above temperature condition is merely an example, and one embodiment of the disclosed invention is not construed as being limited thereto.

なお、分離後に500℃以上800℃以下の熱処理を行い、残存する水素の濃度を低減させる処理を行ってもよい。分離させる工程と水素濃度を低減させる工程とを一回の熱処理工程で行うことにより、工程数を増加させることなく、単結晶半導体層の表面荒れを抑制することができる。 Note that after the separation, heat treatment at 500 ° C. to 800 ° C. may be performed to reduce the concentration of remaining hydrogen. By performing the separation step and the hydrogen concentration reduction step in one heat treatment step, surface roughness of the single crystal semiconductor layer can be suppressed without increasing the number of steps.

また、開口部によって形成された閉じられた領域を形成することによって、分離のタイミング(分離温度)を均一化することができるというメリットもある。分離のタイミングを均一化することによって、表面荒れに起因する基板の特性変動を抑制することが可能である。なお、この点については、貼り合わない領域を形成した複数の試料(4サンプル)において、分離時の温度が概ね±1℃の範囲内に収まることを確認している。なお、当該分離のタイミングも一例に過ぎないから、開示する発明の一態様がこれに限定して解釈されるものではない。 Further, by forming the closed region formed by the opening, there is also an advantage that the separation timing (separation temperature) can be made uniform. By making the separation timing uniform, it is possible to suppress fluctuations in substrate characteristics due to surface roughness. In this regard, it has been confirmed that the temperature at the time of separation is generally within the range of ± 1 ° C. in a plurality of samples (4 samples) in which non-bonded regions are formed. Note that the timing of separation is merely an example, and one embodiment of the disclosed invention is not construed as being limited thereto.

次に、単結晶半導体層116の表面にレーザー光132を照射することによって、表面の平坦性を向上させ、かつ欠陥を低減させた単結晶半導体層118を形成する(図2(A)、図2(B)、図3(A)参照)。なお、図2(B)は、図3(A)のA−Bにおける断面に対応している。 Next, the surface of the single crystal semiconductor layer 116 is irradiated with laser light 132, whereby the single crystal semiconductor layer 118 with improved surface flatness and reduced defects is formed (FIG. 2A). 2 (B) and FIG. 3 (A)). Note that FIG. 2B corresponds to a cross section taken along line AB of FIG.

なお、レーザー光132の照射による単結晶半導体層116の溶融は、部分溶融とすることが好ましい。完全溶融させた場合には、液相となった後の無秩序な核発生により微結晶化し、結晶性が低下するためである。一方、部分溶融では、溶融されていない固相部分に基づいて結晶成長を行わせることができるため、単結晶半導体層116を完全に溶融させる場合と比較して結晶品位を向上させることができる。また、絶縁層114からの酸素や窒素等の取り込みを抑制することができる。なお、上記において部分溶融とは、レーザー光の照射により単結晶半導体層116が溶融される深さを、絶縁層114側界面の深さより浅くする(つまり、単結晶半導体層116の厚さより浅くする)ことを言う。すなわち、単結晶半導体層116の上層は溶融して液相となるが、下層は溶融せずに固相のままである状態をいう。また、完全溶融とは、単結晶半導体層116が絶縁層114との界面まで溶融され、液体状態になることをいう。 Note that melting of the single crystal semiconductor layer 116 by irradiation with the laser light 132 is preferably partial melting. This is because, when completely melted, microcrystallization occurs due to disordered nucleation after becoming a liquid phase, and crystallinity is lowered. On the other hand, in partial melting, crystal growth can be performed based on a solid phase portion that is not melted, so that the crystal quality can be improved as compared with the case where the single crystal semiconductor layer 116 is completely melted. In addition, uptake of oxygen, nitrogen, or the like from the insulating layer 114 can be suppressed. Note that in the above, partial melting means that the depth at which the single crystal semiconductor layer 116 is melted by laser light irradiation is shallower than the depth of the interface on the insulating layer 114 side (that is, less than the thickness of the single crystal semiconductor layer 116). ) Say that. That is, the upper layer of the single crystal semiconductor layer 116 is melted to be in a liquid phase, but the lower layer is not melted and remains in a solid phase. Further, complete melting means that the single crystal semiconductor layer 116 is melted to the interface with the insulating layer 114 to be in a liquid state.

上記レーザー光の照射には、パルス発振レーザーを用いることが好ましい。これは、高エネルギーを得ることができ、部分溶融状態を作り出すことが容易となるためである。発振周波数は、1Hz以上10MHz以下程度とすることが好ましいがこれに限定して解釈されない。上述のパルス発振レーザーの発振器としては、Arレーザー、Krレーザー、エキシマ(ArF、KrF、XeCl)レーザー、COレーザー、YAGレーザー、YVOレーザー、YLFレーザー、YAlOレーザー、GdVOレーザー、Yレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ti:サファイアレーザー、銅蒸気レーザー、金蒸気レーザー等がある。なお、部分溶融させることが可能であれば、連続発振レーザーを使用しても良い。連続発振レーザーの発振器としては、Arレーザー、Krレーザー、COレーザー、YAGレーザー、YVOレーザー、YLFレーザー、YAlOレーザー、GdVOレーザー、Yレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ti:サファイアレーザー、ヘリウムカドミウムレーザー等がある。 A pulsed laser is preferably used for the laser light irradiation. This is because high energy can be obtained and it is easy to create a partially molten state. The oscillation frequency is preferably about 1 Hz to 10 MHz, but is not limited to this. As the oscillator of the above-mentioned pulsed laser, Ar laser, Kr laser, excimer (ArF, KrF, XeCl) laser, CO 2 laser, YAG laser, YVO 4 laser, YLF laser, YAlO 3 laser, GdVO 4 laser, Y 2 There are O 3 laser, ruby laser, alexandrite laser, Ti: sapphire laser, copper vapor laser, gold vapor laser and the like. If continuous melting is possible, a continuous wave laser may be used. As the oscillator of the continuous wave laser, Ar laser, Kr laser, CO 2 laser, YAG laser, YVO 4 laser, YLF laser, YAlO 3 laser, GdVO 4 laser, Y 2 O 3 laser, ruby laser, alexandrite laser, Ti: There are sapphire laser, helium cadmium laser and the like.

レーザー光132の波長としては、単結晶半導体層116に吸収される波長を選択する必要がある。その波長は、レーザー光の表皮深さ(skin depth)などを考慮して決定すればよい。例えば、250nm以上700nm以下の範囲とすることができる。また、レーザー光132のエネルギー密度は、レーザー光132の波長、レーザー光の表皮深さ、単結晶半導体層116の膜厚などを考慮して決定することができる。レーザー光132のエネルギー密度は、例えば、300mJ/cm以上800mJ/cm以下の範囲とすればよい。なお、当該エネルギー密度の範囲は、パルス発振レーザーとしてXeClエキシマレーザー(波長:308nm)を用いた場合の一例である。 As a wavelength of the laser beam 132, a wavelength absorbed by the single crystal semiconductor layer 116 needs to be selected. The wavelength may be determined in consideration of the skin depth of the laser light. For example, it can be in the range of 250 nm to 700 nm. The energy density of the laser light 132 can be determined in consideration of the wavelength of the laser light 132, the skin depth of the laser light, the thickness of the single crystal semiconductor layer 116, and the like. The energy density of the laser beam 132 may be, for example, in the range of 300 mJ / cm 2 or more and 800 mJ / cm 2 or less. The range of the energy density is an example when a XeCl excimer laser (wavelength: 308 nm) is used as a pulsed laser.

レーザー光132の照射は、大気雰囲気のような酸素を含む雰囲気、または窒素雰囲気やアルゴン雰囲気のような不活性雰囲気で行うことができる。不活性雰囲気中でレーザー光132を照射するには、気密性のあるチャンバー内でレーザー光132を照射し、このチャンバー内の雰囲気を制御すればよい。チャンバーを用いない場合は、レーザー光132の被照射面に窒素ガスなどの不活性ガスを吹き付けることで、不活性雰囲気を形成することもできる。 Irradiation with the laser beam 132 can be performed in an atmosphere containing oxygen such as an air atmosphere or an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere. In order to irradiate the laser beam 132 in an inert atmosphere, the laser beam 132 may be irradiated in an airtight chamber and the atmosphere in the chamber may be controlled. In the case where a chamber is not used, an inert atmosphere can be formed by spraying an inert gas such as nitrogen gas on the surface to be irradiated with the laser beam 132.

なお、窒素などの不活性雰囲気で行うほうが、大気雰囲気よりも単結晶半導体層118の平坦性を向上させる効果は高い。また、大気雰囲気よりも不活性雰囲気のほうがクラックやリッジの発生を抑える効果が高く、レーザー光132の使用可能なエネルギー密度の範囲が広くなる。なお、レーザー光132の照射は、減圧雰囲気で行ってもよい。減圧雰囲気でレーザー光132を照射する場合には、不活性雰囲気における照射と同等の効果を得ることができる。 Note that when performed in an inert atmosphere such as nitrogen, the planarity of the single crystal semiconductor layer 118 is higher than that in the air atmosphere. In addition, the inert atmosphere has a higher effect of suppressing the generation of cracks and ridges than the air atmosphere, and the usable energy density range of the laser beam 132 is widened. Note that the irradiation with the laser light 132 may be performed in a reduced-pressure atmosphere. When the laser beam 132 is irradiated in a reduced pressure atmosphere, the same effect as that in the inert atmosphere can be obtained.

なお、本実施の形態においては、単結晶半導体層116の分離に係る熱処理の直後に、レーザー光132の照射処理を行っているが、開示する発明の一態様はこれに限定して解釈されない。単結晶半導体層116の分離に係る熱処理後にエッチング処理を施して、単結晶半導体層116表面の欠陥が多い領域を除去してからレーザー光132の照射処理を行っても良いし、開口部144が形成された領域近傍の単結晶半導体層116をエッチングにより除去した後にレーザー光132の照射処理を行っても良いし、単結晶半導体層116表面の平坦性を向上させてからレーザー光132の照射処理を行っても良い。なお、開口部144が形成された領域近傍の単結晶半導体層116をエッチング除去する際に、単結晶半導体層116の外周近傍を同時にエッチングにより除去してもよい。なお、上記エッチング処理としては、ウエットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良い。 Note that in this embodiment, the irradiation treatment with the laser light 132 is performed immediately after the heat treatment for separation of the single crystal semiconductor layer 116; however, one embodiment of the disclosed invention is not construed as being limited thereto. After the heat treatment related to the separation of the single crystal semiconductor layer 116, etching treatment may be performed to remove a region having many defects on the surface of the single crystal semiconductor layer 116, and then the irradiation treatment with the laser light 132 may be performed. After the single crystal semiconductor layer 116 in the vicinity of the formed region is removed by etching, the irradiation treatment with the laser light 132 may be performed, or after the flatness of the surface of the single crystal semiconductor layer 116 is improved, the irradiation treatment with the laser light 132 is performed. May be performed. Note that when the single crystal semiconductor layer 116 in the vicinity of the region where the opening 144 is formed is etched away, the vicinity of the outer periphery of the single crystal semiconductor layer 116 may be removed by etching at the same time. As the etching process, either wet etching or dry etching may be used.

また、本実施の形態においては示していないが、上述のようにレーザー光132を照射した後には、単結晶半導体層118の膜厚を小さくする薄膜化工程を行っても良い。単結晶半導体層118の薄膜化には、ドライエッチングまたはウエットエッチングの一方、または双方を組み合わせて用いればよい。 Although not shown in this embodiment mode, a thinning process for reducing the thickness of the single crystal semiconductor layer 118 may be performed after the laser light 132 is irradiated as described above. In order to reduce the thickness of the single crystal semiconductor layer 118, either dry etching or wet etching, or a combination of both may be used.

以上の工程により、表面の荒れが低減された良好な半導体層を有するSOI基板を得ることができる(図2(B)、図3(A)参照)。 Through the above steps, an SOI substrate having a favorable semiconductor layer with reduced surface roughness can be obtained (see FIGS. 2B and 3A).

本実施の形態においては、単結晶半導体層116の表面にレーザー光132を照射することによって、表面の平坦性を向上させ、かつ欠陥を低減させた単結晶半導体層118を得ている。ここで、レーザー光132照射前の単結晶半導体層116の表面が荒れている場合には、レーザー光132を照射することで単結晶半導体層118の膜質が悪化する傾向にある。例えば、単結晶半導体層116にごく微小な欠損(部分的な膜の欠けなど)が存在する場合であっても、レーザー光132の照射によって、この欠損が大型化してしまう傾向にある。これは、レーザー光132の照射によって、上記の微細な欠損の周辺領域(単結晶半導体層116が薄くなっている領域)の半導体が溶融し、当該領域の半導体が表面張力などによって移動してしまうことに起因するものと考察される。 In this embodiment, the surface of the single crystal semiconductor layer 116 is irradiated with laser light 132, whereby the single crystal semiconductor layer 118 with improved surface flatness and reduced defects is obtained. Here, when the surface of the single crystal semiconductor layer 116 before being irradiated with the laser light 132 is rough, the film quality of the single crystal semiconductor layer 118 tends to be deteriorated by irradiating the laser light 132. For example, even when a very small defect (such as a partial film defect) exists in the single crystal semiconductor layer 116, the defect tends to be enlarged by irradiation with the laser beam 132. This is because the semiconductor in the peripheral region of the fine defect (the region where the single crystal semiconductor layer 116 is thin) is melted by irradiation with the laser beam 132, and the semiconductor in the region moves due to surface tension or the like. It is considered to be caused by this.

このように、単結晶半導体層116の表面が荒れている場合には、それに起因する不良が生じる傾向にあるから、単結晶半導体層116の表面荒れを抑制することは重要である。特に、レーザー光132の照射を用いる場合には、本実施の形態において示した開口部の配置による閉じられた領域を形成する方法は極めて有効な解決手段となる。 As described above, when the surface of the single crystal semiconductor layer 116 is rough, defects due to the tendency tend to occur. Therefore, it is important to suppress the surface roughness of the single crystal semiconductor layer 116. In particular, in the case of using laser beam 132 irradiation, the method for forming a closed region by the arrangement of the opening shown in this embodiment is an extremely effective solution.

なお、上記工程の後には、SOI基板の単結晶半導体層118をエッチングして島状の半導体層120を形成しても良い。当該エッチングの際には、上記の周縁部に対応する領域(開口部140が形成された領域の近傍)の単結晶半導体層118を除去することが望ましい(図2(C)、図3(B)参照)。なお、図2(C)は、図3(B)のA−Bにおける断面に対応している。ここで、単結晶半導体層118の周縁部に対応する領域を除去するのは、貼り合わせ強度の不足により半導体層のピーリングが発生する可能性が高まるためである。なお、上記貼り合わせ強度の不足は、単結晶半導体基板表面の端部がその表面研磨処理に起因して曲率を有する表面形状(エッジロールオフと呼ぶ)となっていることにより生じ、あるいは基板表面の凹凸により生じるものである。 Note that after the above steps, the island-shaped semiconductor layer 120 may be formed by etching the single crystal semiconductor layer 118 of the SOI substrate. At the time of the etching, it is preferable to remove the single crystal semiconductor layer 118 in a region corresponding to the peripheral portion (near the region where the opening 140 is formed) (FIGS. 2C and 3B). )reference). Note that FIG. 2C corresponds to a cross section taken along line AB of FIG. Here, the region corresponding to the peripheral portion of the single crystal semiconductor layer 118 is removed because the possibility of peeling of the semiconductor layer due to insufficient bonding strength increases. Note that the insufficient bonding strength is caused by a surface shape having a curvature (referred to as edge roll-off) due to the surface polishing treatment at the end of the single crystal semiconductor substrate surface, or the substrate surface This is caused by the unevenness.

なお、本実施の形態では、単結晶半導体層の角部の一カ所に開口部を配置する構成を示したが(図3(A)等参照)、開示する発明の一態様はこれに限定されない。開口部によって形成される閉じられた領域の配置、数、大きさなどは適宜設定すればよい。例えば、貼り合わせの終端領域に形成されてしまう微小空気が閉じこめられてしまう領域の近傍に開口部を形成してもよい。また、例えば、貼り合わせの終端領域に形成される微小空気が閉じこめられてしまう領域の近傍に複数の開口部を形成してもよい。これにより、開口部内への微小空気の移動を誘発することができ、微小空気が閉じこめられる領域の発生を抑制し、あるいは消滅させることができる。 Note that although the structure in which the opening is provided at one corner of the single crystal semiconductor layer is described in this embodiment (see FIG. 3A and the like), one embodiment of the disclosed invention is not limited thereto. . What is necessary is just to set suitably the arrangement | positioning, the number, size, etc. of the closed area | region formed by an opening part. For example, an opening may be formed in the vicinity of a region where minute air that is formed in the terminal region of bonding is confined. Further, for example, a plurality of openings may be formed in the vicinity of a region where minute air formed in the terminal region of bonding is confined. Thereby, the movement of the minute air into the opening can be induced, and the generation of the region where the minute air is confined can be suppressed or eliminated.

また、例えば、予定される微小空気がとじこめられてしまう領域と重なる領域に開口部を形成してもよい。微小空気が閉じこめられることにより生じる空隙の空気を開口部内に押し入れることにより開口部内の圧縮応力を高めることができる。これにより、微小空気が閉じこめられる領域の発生を抑制し、あるいは消滅させることができる。微小空気が閉じこめられてしまう領域近傍は貼り合わせ強度が不足し、半導体装置として使用されない領域(デッドスペース)である。そのため、後に除去される予定の領域に開口部を形成することにより残りの単結晶半導体層の領域を広く確保することができる(図3(B)参照)。 Further, for example, an opening may be formed in a region that overlaps a region where a minute air that is planned is trapped. The compressive stress in the opening can be increased by pushing the air in the gap generated by the confinement of minute air into the opening. Thereby, generation | occurrence | production of the area | region where minute air is confined can be suppressed or eliminated. The vicinity of the region where the minute air is confined is a region (dead space) where the bonding strength is insufficient and the semiconductor device is not used. Therefore, a wide region of the remaining single crystal semiconductor layer can be secured by forming an opening in a region which is to be removed later (see FIG. 3B).

本実施の形態で示した構成は、他の実施の形態で示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 The structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments.

(実施の形態2)
本実施の形態では、SOI基板の作製方法の別の一例に関して図面を参照して説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, another example of a method for manufacturing an SOI substrate will be described with reference to drawings.

まず、ベース基板100と、ボンド基板としての単結晶半導体基板110を準備する(図4(A)、図4(C)参照)。ベース基板100および単結晶半導体基板110の詳細に関しては、先の実施の形態を参酌することができるため、ここでは省略する。 First, a base substrate 100 and a single crystal semiconductor substrate 110 as a bond substrate are prepared (see FIGS. 4A and 4C). The details of the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110 are omitted here because the above embodiment can be referred to.

ベース基板100表面の単結晶半導体基板110の周縁部に対応する領域には、開口部142を形成する(図4(B)参照)。開口部の形成方法については、先の実施の形態を参酌できる。 An opening 142 is formed in a region corresponding to the periphery of the single crystal semiconductor substrate 110 on the surface of the base substrate 100 (see FIG. 4B). For the method for forming the opening, the above embodiment can be referred to.

単結晶半導体基板110には、その表面から所定の深さに脆化領域112を形成し、絶縁層114を介してベース基板100と単結晶半導体基板110とを貼り合わせる(図4(E)参照)。 The single crystal semiconductor substrate 110 is formed with an embrittlement region 112 at a predetermined depth from the surface, and the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110 are attached to each other with the insulating layer 114 interposed therebetween (see FIG. 4E). ).

脆化領域112は、運動エネルギーを有する水素等のイオンを単結晶半導体基板110に照射することにより形成することができる。詳細については先の実施の形態を参酌すればよい。 The embrittlement region 112 can be formed by irradiating the single crystal semiconductor substrate 110 with ions such as hydrogen having kinetic energy. For details, the previous embodiment may be referred to.

貼り合わせは、ベース基板100と単結晶半導体基板110とを、絶縁層114を介して接着させた後、ベース基板100または単結晶半導体基板110の一箇所に0.001N/cm以上100N/cm以下の圧力を加えることにより行われる。圧力を加える箇所は、図4(E)の白抜き矢印で示すように、開口部142が配置される領域から最も離れた単結晶半導体基板110の端部とする。図6(A)には貼り合わせ開始領域150と開口部142との位置関係を示している。貼り合わせ開始領域150と対向する角部に開口部142が配置されるように貼り合わせを行う。圧力を加えると、その部分からベース基板100と絶縁層114の接合が生じ、当該部分を始点として自発的な接合が全面におよぶ。この接合には、ファンデルワールス力や水素結合が作用しており、常温で行うことができる。当該貼り合わせ処理によって、開口部142が配置されることによって閉じられた領域が形成されることになる。 In the bonding, the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110 are bonded to each other with the insulating layer 114 interposed therebetween, and then 0.001 N / cm 2 or more and 100 N / cm at one location of the base substrate 100 or the single crystal semiconductor substrate 110. This is done by applying a pressure of 2 or less. A portion to which pressure is applied is an end portion of the single crystal semiconductor substrate 110 which is farthest from a region where the opening 142 is disposed, as indicated by a white arrow in FIG. FIG. 6A shows the positional relationship between the bonding start region 150 and the opening 142. The bonding is performed so that the opening 142 is arranged at the corner facing the bonding start region 150. When pressure is applied, bonding between the base substrate 100 and the insulating layer 114 occurs from that portion, and spontaneous bonding covers the entire surface starting from that portion. In this joining, van der Waals force and hydrogen bond act and can be performed at room temperature. By the bonding process, a closed region is formed by arranging the opening 142.

なお、単結晶半導体基板110とベース基板100とを貼り合わせる前に、貼り合わせに係る表面につき表面処理を行うことが好ましい。表面処理を行うことで、単結晶半導体基板110とベース基板100の接合界面での接合強度を向上させることができる。表面処理の詳細については先の実施の形態を参酌できる。 Note that before the single crystal semiconductor substrate 110 and the base substrate 100 are bonded to each other, it is preferable to perform surface treatment on the surfaces related to bonding. By performing the surface treatment, the bonding strength at the bonding interface between the single crystal semiconductor substrate 110 and the base substrate 100 can be improved. For the details of the surface treatment, the previous embodiment can be referred to.

なお、貼り合わせの後には、接合強度を増加させるための熱処理を行っても良い。この熱処理の温度は、脆化領域112における分離が生じない温度(例えば、室温以上400℃未満)とする。また、この温度範囲で加熱しながら、ベース基板100と絶縁層114とを接合させてもよい。上記熱処理には、拡散炉、抵抗加熱炉などの加熱炉、RTA(瞬間熱アニール、Rapid Thermal Anneal)装置、マイクロ波加熱装置などを用いることができる。 Note that heat treatment for increasing the bonding strength may be performed after the bonding. The temperature of this heat treatment is set to a temperature at which separation in the embrittled region 112 does not occur (for example, room temperature or higher and lower than 400 ° C.). Further, the base substrate 100 and the insulating layer 114 may be bonded while heating in this temperature range. For the heat treatment, a diffusion furnace, a heating furnace such as a resistance heating furnace, an RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus, a microwave heating apparatus, or the like can be used.

次に、熱処理を行って単結晶半導体基板110を脆化領域112にて分離することにより、ベース基板100上に、絶縁層114を介して単結晶半導体層116を設ける(図4(F)、図4(G)参照)。 Next, heat treatment is performed to separate the single crystal semiconductor substrate 110 at the embrittlement region 112, whereby the single crystal semiconductor layer 116 is provided over the base substrate 100 with the insulating layer 114 interposed therebetween (FIG. 4F). (See FIG. 4G).

熱処理を行うことで、脆化領域112に形成されている微小な孔には添加された元素が析出し、内部の圧力が上昇する。圧力の上昇により、脆化領域112には亀裂が生じるため、脆化領域112に沿って単結晶半導体基板110が分離する。絶縁層114はベース基板100に接合しているため、ベース基板100上には単結晶半導体基板110から分離された単結晶半導体層116が残存する。なお、開口部142においては貼り合わせが行われていないため、ベース基板100の開口部142に対応する領域には単結晶半導体層116は形成されない。このような領域が分離の際のきっかけとなり、単結晶半導体層116の表面荒れを抑制できる。 By performing the heat treatment, the added element is precipitated in the minute holes formed in the embrittled region 112, and the internal pressure rises. The increase in pressure causes a crack in the embrittled region 112, so that the single crystal semiconductor substrate 110 is separated along the embrittled region 112. Since the insulating layer 114 is bonded to the base substrate 100, the single crystal semiconductor layer 116 separated from the single crystal semiconductor substrate 110 remains on the base substrate 100. Note that since the bonding is not performed in the opening 142, the single crystal semiconductor layer 116 is not formed in a region corresponding to the opening 142 of the base substrate 100. Such a region serves as a trigger for separation, and surface roughness of the single crystal semiconductor layer 116 can be suppressed.

次に、単結晶半導体層116の表面にレーザー光132を照射することによって、表面の平坦性を向上させ、かつ欠陥を低減させた単結晶半導体層118を形成する(図5(A)、図5(B)、図6(A)参照)。なお、図5(B)は、図6(A)のA−Bにおける断面に対応している。レーザー光132の照射の詳細については先の実施の形態を参酌できる。 Next, the surface of the single crystal semiconductor layer 116 is irradiated with laser light 132, whereby the single crystal semiconductor layer 118 with improved surface flatness and reduced defects is formed (FIG. 5A). 5 (B) and FIG. 6 (A)). Note that FIG. 5B corresponds to a cross section taken along line AB of FIG. For the details of irradiation with the laser beam 132, the above embodiment can be referred to.

なお、本実施の形態においては、単結晶半導体層116の分離に係る熱処理の直後に、レーザー光132の照射処理を行っているが、開示する発明の一態様はこれに限定して解釈されない。単結晶半導体層116の分離に係る熱処理後にエッチング処理を施して、単結晶半導体層116表面の欠陥が多い領域を除去してからレーザー光132の照射処理を行っても良いし、開口部142が形成された領域近傍の単結晶半導体層116をエッチングにより除去した後にレーザー光132の照射処理を行っても良いし、単結晶半導体層116表面の平坦性を向上させてからレーザー光132の照射処理を行っても良い。なお、開口部144が形成された領域近傍の単結晶半導体層116をエッチング除去する際に、単結晶半導体層116の外周近傍を同時にエッチングにより除去してもよい。なお、上記エッチング処理としては、ウエットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良い。 Note that in this embodiment, the irradiation treatment with the laser light 132 is performed immediately after the heat treatment for separation of the single crystal semiconductor layer 116; however, one embodiment of the disclosed invention is not construed as being limited thereto. An etching treatment may be performed after the heat treatment related to the separation of the single crystal semiconductor layer 116 so that a region with many defects on the surface of the single crystal semiconductor layer 116 is removed, and then the irradiation treatment with the laser light 132 may be performed. After the single crystal semiconductor layer 116 in the vicinity of the formed region is removed by etching, the irradiation treatment with the laser light 132 may be performed, or after the flatness of the surface of the single crystal semiconductor layer 116 is improved, the irradiation treatment with the laser light 132 is performed. May be performed. Note that when the single crystal semiconductor layer 116 in the vicinity of the region where the opening 144 is formed is etched away, the vicinity of the outer periphery of the single crystal semiconductor layer 116 may be removed by etching at the same time. As the etching process, either wet etching or dry etching may be used.

また、本実施の形態においては示していないが、上述のようにレーザー光132を照射した後には、単結晶半導体層118の膜厚を小さくする薄膜化工程を行っても良い。単結晶半導体層118の薄膜化には、ドライエッチングまたはウエットエッチングの一方、または双方を組み合わせて用いればよい。 Although not shown in this embodiment mode, a thinning process for reducing the thickness of the single crystal semiconductor layer 118 may be performed after the laser light 132 is irradiated as described above. In order to reduce the thickness of the single crystal semiconductor layer 118, either dry etching or wet etching, or a combination of both may be used.

以上の工程により、単結晶半導体基板110の貼り合わせ終端部近傍に生じるデッドスペースを有効に利用しつつ、表面の荒れが低減された良好な半導体層を有するSOI基板を得ることができる(図5(B)、図6(A)参照)。 Through the above steps, an SOI substrate having a good semiconductor layer with reduced surface roughness can be obtained while effectively utilizing the dead space generated in the vicinity of the bonding end portion of the single crystal semiconductor substrate 110 (FIG. 5). (B), see FIG. 6 (A)).

なお、上記工程の後には、SOI基板の単結晶半導体層118をパターニングして島状の半導体層120を形成しても良い。当該パターニングの際には、上記の開口部142が形成された領域の近傍の単結晶半導体層118を除去することが望ましい(図5(C)、図6(B)参照)。なお、図5(C)は、図6(B)のA−Bにおける断面に対応している。ここで、単結晶半導体層118の開口部142が形成された領域近傍に対応する領域を除去するのは、閉じられた領域の形成により半導体装置として使用できない領域が存在し、また、貼り合わせ強度の不足により半導体層のピーリングが発生する可能性が高まるためである。また、単結晶半導体層の周縁部をエッチングするのも同様の理由による。 Note that after the above steps, the island-shaped semiconductor layer 120 may be formed by patterning the single crystal semiconductor layer 118 of the SOI substrate. In the patterning, it is preferable to remove the single crystal semiconductor layer 118 in the vicinity of the region where the opening 142 is formed (see FIGS. 5C and 6B). Note that FIG. 5C corresponds to a cross section taken along line AB of FIG. Here, the region corresponding to the vicinity of the region where the opening 142 of the single crystal semiconductor layer 118 is formed is that there is a region that cannot be used as a semiconductor device due to the formation of the closed region, and the bonding strength is This is because the possibility of peeling of the semiconductor layer increases due to the shortage of. Further, the peripheral portion of the single crystal semiconductor layer is etched for the same reason.

なお、本実施の形態では、単結晶半導体層の角部の一カ所に開口部を配置する構成を示したが(図6(A)等参照)、開示する発明の一態様はこれに限定されない。開口部によって形成される閉じられた領域の配置、数、大きさなどは適宜設定すればよい。例えば、貼り合わせの終端領域に形成されてしまう微小空気が閉じこめられてしまう領域の近傍に開口部を形成してもよい。また、例えば、貼り合わせの終端領域に形成される微小空気が閉じこめられてしまう領域の近傍に複数の開口部を形成してもよい。これにより、開口部内への微小空気の移動を誘発することができ、微小空気が閉じこめられる領域の発生を抑制し、あるいは消滅させることができる。 Note that although the structure in which the opening is provided at one corner of the single crystal semiconductor layer is described in this embodiment (see FIG. 6A and the like), one embodiment of the disclosed invention is not limited thereto. . What is necessary is just to set suitably the arrangement | positioning, the number, size, etc. of the closed area | region formed by an opening part. For example, an opening may be formed in the vicinity of a region where minute air that is formed in the terminal region of bonding is confined. Further, for example, a plurality of openings may be formed in the vicinity of a region where minute air formed in the terminal region of bonding is confined. Thereby, the movement of the minute air into the opening can be induced, and the generation of the region where the minute air is confined can be suppressed or eliminated.

また、例えば、予定される微小空気がとじこめられてしまう領域と重なる領域に開口部を形成してもよい。微小空気が閉じこめられることにより生じる空隙の空気を開口部内に押し入れることにより開口部内の圧縮応力を高めることができる。これにより、微小空気が閉じこめられる領域の発生を抑制し、あるいは消滅させることができる。微小空気が閉じこめられてしまう領域近傍は貼り合わせ強度が不足し、半導体装置として使用されない領域(デッドスペース)である。そのため、後に除去される予定の領域に開口部を形成することにより残りの単結晶半導体層の領域を広く確保することができる(図6(B)参照)。 Further, for example, an opening may be formed in a region that overlaps a region where a minute air that is planned is trapped. The compressive stress in the opening can be increased by pushing the air in the gap generated by the confinement of minute air into the opening. Thereby, generation | occurrence | production of the area | region where minute air is confined can be suppressed or eliminated. The vicinity of the region where the minute air is confined is a region (dead space) where the bonding strength is insufficient and the semiconductor device is not used. Therefore, a wide region of the remaining single crystal semiconductor layer can be secured by forming an opening in a region which is to be removed later (see FIG. 6B).

本実施の形態で示した構成は、他の実施の形態で示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 The structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments.

(実施の形態3)
本実施の形態では、SOI基板の作製方法の別の一例に関して図面を参照して説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, another example of a method for manufacturing an SOI substrate will be described with reference to drawings.

まず、ベース基板100と、ボンド基板としての単結晶半導体基板110を準備する(図7(A)、図7(C)参照)。ベース基板100および単結晶半導体基板110の詳細に関しては、先の実施の形態を参酌することができるため、ここでは省略する。 First, a base substrate 100 and a single crystal semiconductor substrate 110 as a bond substrate are prepared (see FIGS. 7A and 7C). The details of the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110 are omitted here because the above embodiment can be referred to.

ベース基板100の表面には窒素含有層102(例えば、窒化シリコン膜(SiN)や窒化酸化シリコン膜(SiN)(x>y)等の窒素を含有する絶縁膜を含む層)を形成する(図7(B)参照)。 A nitrogen-containing layer 102 (for example, a layer including an insulating film containing nitrogen such as a silicon nitride film (SiN x ) or a silicon nitride oxide film (SiN x O y ) (x> y)) is formed on the surface of the base substrate 100. It is formed (see FIG. 7B).

本実施の形態において形成される窒素含有層102は、後に単結晶半導体層を貼り合わせるための層(接合層)となる。また、窒素含有層102は、ベース基板に含まれるナトリウム(Na)等の不純物が単結晶半導体層に拡散することを防ぐためのバリア層としても機能する。 The nitrogen-containing layer 102 formed in this embodiment serves as a layer (a bonding layer) for attaching a single crystal semiconductor layer later. The nitrogen-containing layer 102 also functions as a barrier layer for preventing impurities such as sodium (Na) contained in the base substrate from diffusing into the single crystal semiconductor layer.

上述のように、本実施の形態においては窒素含有層102を接合層として用いるため、その表面が所定の平坦性を有するように窒素含有層102を形成することが好ましい。具体的には、表面の平均面粗さ(Ra)が0.5nm以下、自乗平均粗さ(Rms)が0.60nm以下、より好ましくは、平均面粗さが0.35nm以下、自乗平均粗さが0.45nm以下となるように窒素含有層102を形成する。膜厚は、10nm以上200nm以下、好ましくは50nm以上100nm以下の範囲とする。このように、表面の平坦性を高めておくことで、単結晶半導体層の接合不良を防止することができる。 As described above, since the nitrogen-containing layer 102 is used as the bonding layer in this embodiment, it is preferable to form the nitrogen-containing layer 102 so that the surface thereof has predetermined flatness. Specifically, the average surface roughness (Ra) of the surface is 0.5 nm or less, the root mean square roughness (Rms) is 0.60 nm or less, more preferably the average surface roughness is 0.35 nm or less, and the root mean square roughness. The nitrogen-containing layer 102 is formed so that the thickness is 0.45 nm or less. The film thickness is in the range of 10 nm to 200 nm, preferably 50 nm to 100 nm. In this manner, when the flatness of the surface is increased, bonding failure of the single crystal semiconductor layer can be prevented.

単結晶半導体基板110の表面には酸化膜115を形成する(図7(D)参照)。なお、汚染物除去の観点から、酸化膜115の形成前に、硫酸過水(SPM)、アンモニア過水(APM)、塩酸過水(HPM)、フッ酸過水(FPM)、希フッ酸(DHF)などを用いて単結晶半導体基板110の表面を洗浄しておくことが好ましい。希フッ酸とオゾン水を交互に吐出して洗浄してもよい。 An oxide film 115 is formed on the surface of the single crystal semiconductor substrate 110 (see FIG. 7D). From the viewpoint of removing contaminants, before the oxide film 115 is formed, sulfuric acid / hydrogen peroxide (SPM), ammonia / hydrogen peroxide (APM), hydrochloric acid / hydrogen peroxide (HPM), hydrofluoric acid / hydrogen peroxide (FPM), dilute hydrofluoric acid ( The surface of the single crystal semiconductor substrate 110 is preferably cleaned using DHF) or the like. The cleaning may be performed by alternately discharging dilute hydrofluoric acid and ozone water.

酸化膜115は、例えば、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等を単層で、または積層させて形成することができる。上記酸化膜115の作製方法としては、熱酸化法、CVD法、スパッタリング法などがある。また、CVD法を用いて酸化膜115を形成する場合、良好な貼り合わせを実現するためには、テトラエトキシシラン(略称;TEOS:化学式Si(OC)等の有機シランを用いて酸化シリコン膜を形成することが好ましい。 The oxide film 115 can be formed using a single layer or a stacked layer of, for example, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or the like. Examples of a method for forming the oxide film 115 include a thermal oxidation method, a CVD method, and a sputtering method. In the case where the oxide film 115 is formed using a CVD method, an organic silane such as tetraethoxysilane (abbreviation: TEOS: chemical formula Si (OC 2 H 5 ) 4 ) is used in order to achieve good bonding. It is preferable to form a silicon oxide film.

本実施の形態では、単結晶半導体基板110に熱酸化処理を行うことにより酸化膜115(ここでは、SiO膜)を形成する。熱酸化処理は、酸化性雰囲気中にハロゲンを添加して行うことが好ましい。 In this embodiment, the single crystal semiconductor substrate 110 is subjected to thermal oxidation treatment to form an oxide film 115 (here, a SiO x film). The thermal oxidation treatment is preferably performed by adding halogen in an oxidizing atmosphere.

例えば、塩素(Cl)が添加された酸化性雰囲気中で単結晶半導体基板110に熱酸化処理を行うことにより、塩素酸化された酸化膜115を形成することができる。この場合、酸化膜115は、塩素原子を含有する膜となる。 For example, by performing thermal oxidation treatment on the single crystal semiconductor substrate 110 in an oxidizing atmosphere to which chlorine (Cl) is added, the chlorine-oxidized oxide film 115 can be formed. In this case, the oxide film 115 is a film containing chlorine atoms.

酸化膜115中に含有された塩素原子は、酸化膜115に歪みを形成する。その結果、酸化膜115の水に対する吸収割合が向上し、水の拡散速度が増大する。つまり、酸化膜115表面に水が存在する場合に、当該表面に存在する水を酸化膜115中に素早く吸収させ、拡散させることができるため、水の存在による貼り合わせ不良を低減することができる。 Chlorine atoms contained in the oxide film 115 cause distortion in the oxide film 115. As a result, the absorption ratio of the oxide film 115 to water is improved, and the water diffusion rate is increased. That is, when water is present on the surface of the oxide film 115, the water present on the surface can be quickly absorbed and diffused into the oxide film 115, so that poor bonding due to the presence of water can be reduced. .

また、酸化時に外因性の不純物である重金属(例えば、Fe、Cr、Ni、Mo等)の塩化物を形成して単結晶半導体基板110の外方に除去できるため、単結晶半導体基板110の汚染を低減させることができる。また、ベース基板と貼り合わせた後に、ベース基板からのNa等の不純物を固定して、単結晶半導体基板110が汚染されることを防止できる。 Further, since a chloride of heavy metal (eg, Fe, Cr, Ni, Mo, etc.) that is an exogenous impurity during oxidation can be formed and removed outside the single crystal semiconductor substrate 110, the single crystal semiconductor substrate 110 is contaminated. Can be reduced. Further, after bonding to the base substrate, impurities such as Na from the base substrate can be fixed to prevent the single crystal semiconductor substrate 110 from being contaminated.

なお、酸化膜115に含有させるハロゲン原子は塩素原子に限られない。酸化膜115にはフッ素原子を含有させてもよい。単結晶半導体基板110表面をフッ素酸化する方法としては、HF溶液に浸漬させた後に酸化性雰囲気中で熱酸化処理を行う方法や、NFを酸化性雰囲気に添加して熱酸化処理を行う方法などがある。 Note that the halogen atoms contained in the oxide film 115 are not limited to chlorine atoms. The oxide film 115 may contain fluorine atoms. As a method of oxidizing the surface of the single crystal semiconductor substrate 110 with fluorine, a method of performing thermal oxidation treatment in an oxidizing atmosphere after being immersed in an HF solution, or a method of performing thermal oxidation treatment by adding NF 3 to the oxidizing atmosphere and so on.

次に、電界で加速されたイオンを単結晶半導体基板110に照射することで、単結晶半導体基板110の所定の深さに結晶構造が損傷した脆化領域112を形成する(図7(D)参照)。詳細については先の実施の形態を参酌すればよい。なお、イオンドーピング装置を用いて脆化領域112を形成する場合には、重金属も同時に添加されるおそれがあるが、ハロゲン原子を含有する酸化膜115を介してイオンの照射を行うことによって、これら重金属による単結晶半導体基板110の汚染を防ぐことができる。 Next, the single crystal semiconductor substrate 110 is irradiated with ions accelerated by an electric field, so that an embrittled region 112 having a damaged crystal structure is formed at a predetermined depth in the single crystal semiconductor substrate 110 (FIG. 7D). reference). For details, the previous embodiment may be referred to. Note that in the case where the embrittlement region 112 is formed using an ion doping apparatus, heavy metal may be added at the same time, but these ions can be irradiated by irradiating ions through the oxide film 115 containing a halogen atom. Contamination of the single crystal semiconductor substrate 110 with heavy metal can be prevented.

次に、酸化膜115表面の単結晶半導体基板110の周縁部に対応する領域に、開口部140を形成し、ベース基板100と単結晶半導体基板110によって後に閉じられた領域となる領域を形成する(図7(E)参照)。このような領域が分離の際のきっかけとなり、単結晶半導体層の表面荒れを抑制できる。 Next, an opening 140 is formed in a region corresponding to the peripheral portion of the single crystal semiconductor substrate 110 on the surface of the oxide film 115, and a region to be a region closed later by the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110 is formed. (See FIG. 7E). Such a region becomes a trigger at the time of separation, and surface roughness of the single crystal semiconductor layer can be suppressed.

なお、本実施の形態においては、酸化膜115に開口部140を形成することで閉じられた領域を形成しているが、開示する発明の一態様はこれに限定して解釈されない。閉じられた領域の形成方法については、先の実施の形態を参酌できる。 Note that in this embodiment, the closed region is formed by forming the opening 140 in the oxide film 115; however, one embodiment of the disclosed invention is not limited to this. For the method for forming the closed region, the above embodiment can be referred to.

次に、ベース基板100の表面と単結晶半導体基板110の表面とを対向させ、窒素含有層102の表面と酸化膜115の表面とを接合させる(図7(F)参照)。 Next, the surface of the base substrate 100 and the surface of the single crystal semiconductor substrate 110 are opposed to each other, and the surface of the nitrogen-containing layer 102 and the surface of the oxide film 115 are bonded (see FIG. 7F).

ここでは、ベース基板100と単結晶半導体基板110を窒素含有層102と酸化膜115とを介して接着させた後、ベース基板100または単結晶半導体基板110の一箇所に0.001N/cm以上100N/cm以下の圧力を加える。圧力を加える箇所は、図7(F)の白抜き矢印で示すように、開口部140が配置される領域から最も離れた単結晶半導体基板110の端部とする。図9(A)には貼り合わせ開始領域150と開口部140との位置関係を示している。貼り合わせ開始領域150と対向する角部に開口部140が配置されるように貼り合わせを行う。すると、圧力を加えた部分から窒素含有層102と酸化膜115の接合が生じ、当該部分を始点として自発的な接合が全面におよぶ。この接合には、ファンデルワールス力や水素結合が作用しており、常温で行うことができる。当該貼り合わせ処理によって、開口部140が配置されることによって閉じられた領域が形成されることになる。 Here, after the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110 are bonded to each other through the nitrogen-containing layer 102 and the oxide film 115, 0.001 N / cm 2 or more is provided at one location of the base substrate 100 or the single crystal semiconductor substrate 110. A pressure of 100 N / cm 2 or less is applied. A portion to which pressure is applied is an end portion of the single crystal semiconductor substrate 110 which is farthest from a region where the opening 140 is disposed, as indicated by a white arrow in FIG. FIG. 9A shows the positional relationship between the bonding start region 150 and the opening 140. The bonding is performed so that the opening 140 is arranged at the corner facing the bonding start region 150. Then, the nitrogen-containing layer 102 and the oxide film 115 are joined from the portion where the pressure is applied, and the spontaneous joining reaches the entire surface starting from the portion. In this joining, van der Waals force and hydrogen bond act and can be performed at room temperature. By the bonding process, a closed region is formed by arranging the opening 140.

なお、ベース基板100と単結晶半導体基板110との貼り合わせを行う前に、単結晶半導体基板110上に形成された酸化膜115と、ベース基板100上に形成された窒素含有層102の表面処理を行うことが好ましい。表面処理の詳細についても先の実施の形態を参酌できる。ここでは、接合前に窒素含有層102または酸化膜115の少なくとも一方に対してバイアス印加プラズマ処理を行い、表面近傍を活性化する。O、N、Arのいずれか一あるいはこれらを組み合わせてプラズマ処理を行うことにより、表面近傍のOH基を添加させたり、HOを吸収し易くすることにより、接合に適した状態にすることができる。 Note that the surface treatment of the oxide film 115 formed over the single crystal semiconductor substrate 110 and the nitrogen-containing layer 102 formed over the base substrate 100 is performed before the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110 are bonded to each other. It is preferable to carry out. The previous embodiment can be referred to for details of the surface treatment. Here, a bias application plasma treatment is performed on at least one of the nitrogen-containing layer 102 and the oxide film 115 before bonding to activate the vicinity of the surface. By performing plasma treatment using any one or a combination of O 2 , N 2 , and Ar, it is possible to add OH groups in the vicinity of the surface, or to easily absorb H 2 O, so that the state is suitable for bonding. can do.

また、窒素含有層102と酸化膜115とを接合させた後には、接合強度を増加させるための熱処理を行うことが好ましい。この熱処理の温度は、脆化領域112における分離が生じない温度(例えば、室温以上400℃未満)とする。また、この温度範囲で加熱しながら、窒素含有層102と酸化膜115とを接合させてもよい。上記熱処理には、拡散炉、抵抗加熱炉などの加熱炉、RTA装置、マイクロ波加熱装置などを用いることができる。 In addition, after the nitrogen-containing layer 102 and the oxide film 115 are bonded, it is preferable to perform heat treatment for increasing the bonding strength. The temperature of this heat treatment is set to a temperature at which separation in the embrittled region 112 does not occur (for example, room temperature or higher and lower than 400 ° C.). Further, the nitrogen-containing layer 102 and the oxide film 115 may be bonded while heating in this temperature range. For the heat treatment, a diffusion furnace, a heating furnace such as a resistance heating furnace, an RTA apparatus, a microwave heating apparatus, or the like can be used.

次に、熱処理を行って単結晶半導体基板110を脆化領域112にて分離することにより、ベース基板100上に、窒素含有層102および酸化膜115を介して単結晶半導体層116を形成する(図7(G)、図8(A)参照)。熱処理の詳細については、先の実施の形態を参酌することができる。ここで、開口部140においては貼り合わせが行われていないため、ベース基板100の開口部140に対応する領域には単結晶半導体層116は形成されない。このような領域が分離の際のきっかけとなり、単結晶半導体層116の表面荒れを抑制できる。 Next, heat treatment is performed to separate the single crystal semiconductor substrate 110 at the embrittlement region 112, whereby the single crystal semiconductor layer 116 is formed over the base substrate 100 with the nitrogen-containing layer 102 and the oxide film 115 interposed therebetween ( (See FIGS. 7G and 8A). For the details of the heat treatment, the above embodiment can be referred to. Here, since bonding is not performed in the opening 140, the single crystal semiconductor layer 116 is not formed in a region corresponding to the opening 140 of the base substrate 100. Such a region serves as a trigger for separation, and surface roughness of the single crystal semiconductor layer 116 can be suppressed.

次に、単結晶半導体層116の表面にレーザー光132を照射することによって、表面の平坦性を向上させ、かつ欠陥を低減させた単結晶半導体層118を形成する(図8(B)、図8(C)、図9(A)参照)。なお、図8(C)は、図9(A)のA−Bにおける断面に対応している。詳細については先の実施の形態を参酌できる。 Next, the surface of the single crystal semiconductor layer 116 is irradiated with laser light 132, whereby the single crystal semiconductor layer 118 with improved surface flatness and reduced defects is formed (FIG. 8B). 8 (C) and FIG. 9 (A)). Note that FIG. 8C corresponds to a cross section taken along line AB of FIG. For details, the previous embodiment can be referred to.

なお、本実施の形態においては、単結晶半導体層116の分離に係る熱処理の直後に、レーザー光132の照射処理を行っているが、開示する発明の一態様はこれに限定して解釈されない。単結晶半導体層116の分離に係る熱処理後にエッチング処理を施して、単結晶半導体層116表面の欠陥が多い領域を除去してからレーザー光132の照射処理を行っても良いし、開口部142が形成された領域近傍の単結晶半導体層116をエッチングにより除去した後にレーザー光132の照射処理を行っても良いし、単結晶半導体層116表面の平坦性を向上させてからレーザー光132の照射処理を行っても良い。なお、開口部142が形成された領域近傍の単結晶半導体層116をエッチング除去する際に、単結晶半導体層116の外周近傍を同時にエッチングにより除去してもよい。なお、上記エッチング処理としては、ウエットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良い。 Note that in this embodiment, the irradiation treatment with the laser light 132 is performed immediately after the heat treatment for separation of the single crystal semiconductor layer 116; however, one embodiment of the disclosed invention is not construed as being limited thereto. An etching treatment may be performed after the heat treatment related to the separation of the single crystal semiconductor layer 116 so that a region with many defects on the surface of the single crystal semiconductor layer 116 is removed, and then the irradiation treatment with the laser light 132 may be performed. After the single crystal semiconductor layer 116 in the vicinity of the formed region is removed by etching, the irradiation treatment with the laser light 132 may be performed, or after the flatness of the surface of the single crystal semiconductor layer 116 is improved, the irradiation treatment with the laser light 132 is performed. May be performed. Note that when the single crystal semiconductor layer 116 in the vicinity of the region where the opening 142 is formed is removed by etching, the vicinity of the outer periphery of the single crystal semiconductor layer 116 may be simultaneously removed by etching. As the etching process, either wet etching or dry etching may be used.

本実施の形態においては示していないが、上述のようにレーザー光132を照射した後には、単結晶半導体層118の膜厚を小さくする薄膜化工程を行っても良い。単結晶半導体層118の薄膜化には、ドライエッチングまたはウエットエッチングの一方、または双方を組み合わせて用いればよい。 Although not shown in this embodiment mode, a thinning step for reducing the thickness of the single crystal semiconductor layer 118 may be performed after the laser light 132 is irradiated as described above. In order to reduce the thickness of the single crystal semiconductor layer 118, either dry etching or wet etching, or a combination of both may be used.

以上の工程により、単結晶半導体基板110の貼り合わせ終端部近傍に生じるデッドスペースを有効に利用しつつ、表面の荒れが低減された良好な半導体層を有するSOI基板を得ることができる(図8(C)、図9(A)参照)。 Through the above steps, an SOI substrate having a good semiconductor layer with reduced surface roughness can be obtained while effectively utilizing the dead space generated in the vicinity of the bonding end portion of the single crystal semiconductor substrate 110 (FIG. 8). (C), see FIG. 9A).

なお、上記工程の後には、SOI基板の単結晶半導体層118をパターニングして島状の半導体層120を形成しても良い。当該パターニングの際には、上記の開口部140が形成された領域の近傍の単結晶半導体層118を除去することが望ましい(図8(D)、図9(B)参照)。なお、図8(D)は、図9(B)のA−Bにおける断面に対応している。ここで、単結晶半導体層118の開口部140が形成された領域近傍に対応する領域を除去するのは、閉じられた領域の形成により半導体装置として使用できない領域が存在し、また、貼り合わせ強度の不足により半導体層のピーリングが発生する可能性が高まるためである。また、単結晶半導体層の周縁部をエッチングするのも同様の理由による。 Note that after the above steps, the island-shaped semiconductor layer 120 may be formed by patterning the single crystal semiconductor layer 118 of the SOI substrate. In the patterning, the single crystal semiconductor layer 118 in the vicinity of the region where the opening 140 is formed is preferably removed (see FIGS. 8D and 9B). Note that FIG. 8D corresponds to a cross section taken along line AB of FIG. 9B. Here, the region corresponding to the vicinity of the region where the opening 140 is formed in the single crystal semiconductor layer 118 is removed because there is a region that cannot be used as a semiconductor device due to the formation of the closed region, and the bonding strength This is because the possibility of peeling of the semiconductor layer increases due to the shortage of. Further, the peripheral portion of the single crystal semiconductor layer is etched for the same reason.

なお、本実施の形態では、単結晶半導体層の角部の一カ所に開口部を配置する構成を示したが(図9(A)等参照)、開示する発明の一態様はこれに限定されない。開口部によって形成される閉じられた領域の配置、数、大きさなどは適宜設定すればよい。例えば、貼り合わせの終端領域に形成されてしまう微小空気が閉じこめられてしまう領域の近傍に開口部を形成してもよい。また、例えば、貼り合わせの終端領域に形成される微小空気が閉じこめられてしまう領域の近傍に複数の開口部を形成してもよい。これにより、開口部内への微小空気の移動を誘発することができ、微小空気が閉じこめられる領域の発生を抑制し、あるいは消滅させることができる。 Note that although the structure in which the opening is provided at one corner of the single crystal semiconductor layer is described in this embodiment (see FIG. 9A and the like), one embodiment of the disclosed invention is not limited thereto. . What is necessary is just to set suitably the arrangement | positioning, the number, size, etc. of the closed area | region formed by an opening part. For example, an opening may be formed in the vicinity of a region where minute air that is formed in the terminal region of bonding is confined. Further, for example, a plurality of openings may be formed in the vicinity of a region where minute air formed in the terminal region of bonding is confined. Thereby, the movement of the minute air into the opening can be induced, and the generation of the region where the minute air is confined can be suppressed or eliminated.

また、例えば、予定される微小空気がとじこめられてしまう領域と重なる領域に開口部を形成してもよい。微小空気が閉じこめられることにより生じる空隙の空気を開口部内に押し入れることにより開口部内の圧縮応力を高めることができる。これにより、微小空気が閉じこめられる領域の発生を抑制し、あるいは消滅させることができる。微小空気が閉じこめられてしまう領域近傍は貼り合わせ強度が不足し、半導体装置として使用されない領域(デッドスペース)である。そのため、後に除去される予定の領域に開口部を形成することにより残りの単結晶半導体層の領域を広く確保することができる(図9(B)参照)。 Further, for example, an opening may be formed in a region that overlaps a region where a minute air that is planned is trapped. The compressive stress in the opening can be increased by pushing the air in the gap generated by the confinement of minute air into the opening. Thereby, generation | occurrence | production of the area | region where minute air is confined can be suppressed or eliminated. The vicinity of the region where the minute air is confined is a region (dead space) where the bonding strength is insufficient and the semiconductor device is not used. Therefore, a wide region of the remaining single crystal semiconductor layer can be secured by forming an opening in a region to be removed later (see FIG. 9B).

本実施の形態で示した構成は、他の実施の形態で示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 The structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments.

(実施の形態4)
本実施の形態では、SOI基板の作製方法の別の一例に関して図面を参照して説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, another example of a method for manufacturing an SOI substrate will be described with reference to drawings.

まず、ベース基板100と、ボンド基板としての単結晶半導体基板110を準備する(図10(A)、図10(D)参照)。ベース基板100および単結晶半導体基板110の詳細に関しては、先の実施の形態を参酌することができる。 First, a base substrate 100 and a single crystal semiconductor substrate 110 as a bond substrate are prepared (see FIGS. 10A and 10D). For the details of the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110, the above embodiment can be referred to.

ベース基板100表面の単結晶半導体基板110の周縁部に対応する領域には、開口部142を形成する(図10(B)参照)。開口部の形成方法については、先の実施の形態を参酌できる。 An opening 142 is formed in a region corresponding to the peripheral portion of the single crystal semiconductor substrate 110 on the surface of the base substrate 100 (see FIG. 10B). For the method for forming the opening, the above embodiment can be referred to.

その後、ベース基板100の表面には窒素含有層102(例えば、窒化シリコン膜(SiN)や窒化酸化シリコン膜(SiN)(x>y)等の窒素を含有する絶縁膜を含む層)を形成する(図10(C)参照)。ベース基板100には開口部142が形成されているため、窒素含有層102には開口部144が形成されることになる。開口部144が分離の際のきっかけとなり、単結晶半導体層116の表面荒れを抑制できる。 Thereafter, a nitrogen-containing layer 102 (for example, a layer including an insulating film containing nitrogen such as a silicon nitride film (SiN x ) or a silicon nitride oxide film (SiN x O y ) (x> y)) is formed on the surface of the base substrate 100. ) (See FIG. 10C). Since the opening 142 is formed in the base substrate 100, the opening 144 is formed in the nitrogen-containing layer 102. The opening 144 is a trigger for separation, and surface roughness of the single crystal semiconductor layer 116 can be suppressed.

なお、本実施の形態において形成される窒素含有層102は、後に単結晶半導体層を貼り合わせるための層(接合層)となる。また、窒素含有層102は、ベース基板に含まれるナトリウム(Na)等の不純物が単結晶半導体層に拡散することを防ぐためのバリア層としても機能する。窒素含有層102の詳細については、先の実施の形態を参酌すればよい。 Note that the nitrogen-containing layer 102 formed in this embodiment is a layer (a bonding layer) for attaching a single crystal semiconductor layer later. The nitrogen-containing layer 102 also functions as a barrier layer for preventing impurities such as sodium (Na) contained in the base substrate from diffusing into the single crystal semiconductor layer. For the details of the nitrogen-containing layer 102, the above embodiment may be referred to.

単結晶半導体基板110の表面には、酸化膜115を形成する(図10(E)参照)。酸化膜115の詳細についても、先の実施の形態を参酌できる。 An oxide film 115 is formed on the surface of the single crystal semiconductor substrate 110 (see FIG. 10E). For the details of the oxide film 115, the above embodiment can be referred to.

次に、電界で加速されたイオンを単結晶半導体基板110に照射することで、単結晶半導体基板110の所定の深さに結晶構造が損傷した脆化領域112を形成する(図10(F)参照)。詳細については先の実施の形態を参酌すればよい。なお、イオンドーピング装置を用いて脆化領域112を形成する場合には、重金属も同時に添加されるおそれがあるが、ハロゲン原子を含有する酸化膜115を介してイオンの照射を行うことによって、これら重金属による単結晶半導体基板110の汚染を防ぐことができる。 Next, the single crystal semiconductor substrate 110 is irradiated with ions accelerated by an electric field, whereby an embrittled region 112 having a damaged crystal structure is formed at a predetermined depth of the single crystal semiconductor substrate 110 (FIG. 10F). reference). For details, the previous embodiment may be referred to. Note that in the case where the embrittlement region 112 is formed using an ion doping apparatus, heavy metal may be added at the same time, but these ions can be irradiated by irradiating ions through the oxide film 115 containing a halogen atom. Contamination of the single crystal semiconductor substrate 110 with heavy metal can be prevented.

次に、ベース基板100の表面と単結晶半導体基板110の表面とを対向させ、窒素含有層102の表面と酸化膜115の表面とを接合させる(図10(G)参照)。 Next, the surface of the base substrate 100 and the surface of the single crystal semiconductor substrate 110 are opposed to each other, and the surface of the nitrogen-containing layer 102 and the surface of the oxide film 115 are bonded (see FIG. 10G).

ここでは、ベース基板100と単結晶半導体基板110を窒素含有層102と酸化膜115とを介して接着させた後、ベース基板100または単結晶半導体基板110の一箇所に0.001N/cm以上100N/cm以下の圧力を加える。圧力を加える箇所は、図10(G)の白抜き矢印で示すように、開口部144が配置される領域から最も離れた単結晶半導体基板110の端部とする。図12(A)には貼り合わせ開始領域150と開口部144との位置関係を示している。貼り合わせ開始領域150と対向する角部に開口部144が配置されるように貼り合わせを行う。すると、圧力を加えた部分から窒素含有層102と酸化膜115の接合が生じ、当該部分を始点として自発的な接合が全面におよぶ。この接合には、ファンデルワールス力や水素結合が作用しており、常温で行うことができる。当該貼り合わせ処理によって、開口部144が配置されることによって閉じられた領域が形成されることになる。 Here, after the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110 are bonded to each other through the nitrogen-containing layer 102 and the oxide film 115, 0.001 N / cm 2 or more is provided at one location of the base substrate 100 or the single crystal semiconductor substrate 110. A pressure of 100 N / cm 2 or less is applied. A portion to which pressure is applied is an end portion of the single crystal semiconductor substrate 110 which is farthest from a region where the opening portion 144 is disposed, as indicated by a white arrow in FIG. FIG. 12A shows the positional relationship between the bonding start region 150 and the opening 144. The bonding is performed so that the opening 144 is arranged at the corner facing the bonding start region 150. Then, the nitrogen-containing layer 102 and the oxide film 115 are joined from the portion where the pressure is applied, and the spontaneous joining reaches the entire surface starting from the portion. In this joining, van der Waals force and hydrogen bond act and can be performed at room temperature. By the bonding process, a closed region is formed by arranging the opening 144.

なお、ベース基板100と単結晶半導体基板110との貼り合わせを行う前に、単結晶半導体基板110上に形成された酸化膜115と、ベース基板100上に形成された窒素含有層102の表面処理を行うことが好ましい。表面処理の詳細についても先の実施の形態を参酌できる。 Note that the surface treatment of the oxide film 115 formed over the single crystal semiconductor substrate 110 and the nitrogen-containing layer 102 formed over the base substrate 100 is performed before the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110 are bonded to each other. It is preferable to carry out. The previous embodiment can be referred to for details of the surface treatment.

また、窒素含有層102と酸化膜115とを接合させた後には、接合強度を増加させるための熱処理を行うことが好ましい。この熱処理の温度は、脆化領域112における分離が生じない温度(例えば、室温以上400℃未満)とする。また、この温度範囲で加熱しながら、窒素含有層102と酸化膜115とを接合させてもよい。上記熱処理には、拡散炉、抵抗加熱炉などの加熱炉、RTA装置、マイクロ波加熱装置などを用いることができる。 In addition, after the nitrogen-containing layer 102 and the oxide film 115 are bonded, it is preferable to perform heat treatment for increasing the bonding strength. The temperature of this heat treatment is set to a temperature at which separation in the embrittled region 112 does not occur (for example, room temperature or higher and lower than 400 ° C.). Further, the nitrogen-containing layer 102 and the oxide film 115 may be bonded while heating in this temperature range. For the heat treatment, a diffusion furnace, a heating furnace such as a resistance heating furnace, an RTA apparatus, a microwave heating apparatus, or the like can be used.

次に、熱処理を行って単結晶半導体基板110を脆化領域112にて分離することにより、ベース基板100上に、窒素含有層102および酸化膜115を介して単結晶半導体層116を形成する(図10(H)、図11(A)参照)。熱処理の詳細については、先の実施の形態を参酌することができる。ここで、開口部144においては貼り合わせが行われないため、ベース基板100の開口部144に対応する領域には単結晶半導体層116は形成されない。このような領域が分離の際のきっかけとなり、単結晶半導体層116の表面荒れを抑制できる。 Next, heat treatment is performed to separate the single crystal semiconductor substrate 110 at the embrittlement region 112, whereby the single crystal semiconductor layer 116 is formed over the base substrate 100 with the nitrogen-containing layer 102 and the oxide film 115 interposed therebetween ( (Refer FIG. 10 (H) and FIG. 11 (A)). For the details of the heat treatment, the above embodiment can be referred to. Here, since bonding is not performed in the opening 144, the single crystal semiconductor layer 116 is not formed in a region corresponding to the opening 144 of the base substrate 100. Such a region serves as a trigger for separation, and surface roughness of the single crystal semiconductor layer 116 can be suppressed.

次に、単結晶半導体層116の表面にレーザー光132を照射することによって、表面の平坦性を向上させ、かつ欠陥を低減させた単結晶半導体層118を形成する(図11(B)、図11(C)、図12(A)参照)。なお、図11(C)は、図12(A)のA−Bにおける断面に対応している。詳細については先の実施の形態を参酌できる。 Next, the surface of the single crystal semiconductor layer 116 is irradiated with laser light 132, whereby the single crystal semiconductor layer 118 with improved surface flatness and reduced defects is formed (FIG. 11B). 11 (C) and FIG. 12 (A)). Note that FIG. 11C corresponds to a cross section taken along line AB of FIG. For details, the previous embodiment can be referred to.

なお、本実施の形態においては、単結晶半導体層116の分離に係る熱処理の直後に、レーザー光132の照射処理を行っているが、開示する発明の一態様はこれに限定して解釈されない。単結晶半導体層116の分離に係る熱処理後にエッチング処理を施して、単結晶半導体層116表面の欠陥が多い領域を除去してからレーザー光132の照射処理を行っても良いし、開口部144が形成された領域近傍の単結晶半導体層116をエッチングにより除去した後にレーザー光132の照射処理を行っても良いし、単結晶半導体層116表面の平坦性を向上させてからレーザー光132の照射処理を行っても良い。なお、開口部144が形成された領域近傍の単結晶半導体層116をエッチング除去する際に、単結晶半導体層116の外周近傍を同時にエッチングにより除去してもよい。なお、上記エッチング処理としては、ウエットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良い。 Note that in this embodiment, the irradiation treatment with the laser light 132 is performed immediately after the heat treatment for separation of the single crystal semiconductor layer 116; however, one embodiment of the disclosed invention is not construed as being limited thereto. After the heat treatment related to the separation of the single crystal semiconductor layer 116, etching treatment may be performed to remove a region having many defects on the surface of the single crystal semiconductor layer 116, and then the irradiation treatment with the laser light 132 may be performed. After the single crystal semiconductor layer 116 in the vicinity of the formed region is removed by etching, the irradiation treatment with the laser light 132 may be performed, or after the flatness of the surface of the single crystal semiconductor layer 116 is improved, the irradiation treatment with the laser light 132 is performed. May be performed. Note that when the single crystal semiconductor layer 116 in the vicinity of the region where the opening 144 is formed is etched away, the vicinity of the outer periphery of the single crystal semiconductor layer 116 may be removed by etching at the same time. As the etching process, either wet etching or dry etching may be used.

本実施の形態においては示していないが、上述のようにレーザー光132を照射した後には、単結晶半導体層118の膜厚を小さくする薄膜化工程を行っても良い。単結晶半導体層118の薄膜化には、ドライエッチングまたはウエットエッチングの一方、または双方を組み合わせて用いればよい。 Although not shown in this embodiment mode, a thinning step for reducing the thickness of the single crystal semiconductor layer 118 may be performed after the laser light 132 is irradiated as described above. In order to reduce the thickness of the single crystal semiconductor layer 118, either dry etching or wet etching, or a combination of both may be used.

以上の工程により、単結晶半導体基板110の貼り合わせ終端部近傍に生じるデッドスペースを有効に利用しつつ、表面の荒れが低減された良好な半導体層を有するSOI基板を得ることができる(図11(C)、図12(A)参照)。 Through the above steps, an SOI substrate having a good semiconductor layer with reduced surface roughness can be obtained while effectively utilizing the dead space generated in the vicinity of the bonding end portion of the single crystal semiconductor substrate 110 (FIG. 11). (C) and FIG. 12 (A)).

なお、上記工程の後には、SOI基板の単結晶半導体層118をパターニングして島状の半導体層120を形成しても良い。当該パターニングの際には、上記の開口部144が形成された領域の近傍の単結晶半導体層118を除去することが望ましい(図11(D)、図12(B)参照)。なお、図11(D)は、図12(B)のA−Bにおける断面に対応している。ここで、単結晶半導体層118の開口部144が形成された領域近傍に対応する領域を除去するのは、閉じられた領域の形成により半導体装置として使用できない領域が存在し、また、貼り合わせ強度の不足により半導体層のピーリングが発生する可能性が高まるためである。また、単結晶半導体層の周縁部をエッチングするのも同様の理由による。 Note that after the above steps, the island-shaped semiconductor layer 120 may be formed by patterning the single crystal semiconductor layer 118 of the SOI substrate. In the patterning, the single crystal semiconductor layer 118 in the vicinity of the region where the opening 144 is formed is preferably removed (see FIGS. 11D and 12B). Note that FIG. 11D corresponds to a cross section taken along line AB of FIG. Here, the region corresponding to the vicinity of the region where the opening 144 is formed in the single crystal semiconductor layer 118 is removed because there is a region that cannot be used as a semiconductor device due to the formation of the closed region, and the bonding strength This is because the possibility of peeling of the semiconductor layer increases due to the shortage of. Further, the peripheral portion of the single crystal semiconductor layer is etched for the same reason.

なお、本実施の形態では、単結晶半導体層の角部の一カ所に開口部を配置する構成を示したが(図12(A)等参照)、開示する発明の一態様はこれに限定されない。開口部によって形成される閉じられた領域の配置、数などは適宜設定すればよい。例えば、貼り合わせの終端領域に形成されてしまう微小空気が閉じこめられてしまう領域の近傍に開口部を形成してもよい。また、例えば、貼り合わせの終端領域に形成される微小空気が閉じこめられてしまう領域の近傍に複数の開口部を形成してもよい。これにより、開口部内への微小空気の移動を誘発することができ、微小空気が閉じこめられる領域の発生を抑制し、あるいは消滅させることができる。 Note that although the structure in which the opening is provided at one corner portion of the single crystal semiconductor layer is described in this embodiment (see FIG. 12A and the like), one embodiment of the disclosed invention is not limited thereto. . What is necessary is just to set suitably arrangement | positioning, the number, etc. of the closed area | region formed by an opening part. For example, an opening may be formed in the vicinity of a region where minute air that is formed in the terminal region of bonding is confined. Further, for example, a plurality of openings may be formed in the vicinity of a region where minute air formed in the terminal region of bonding is confined. Thereby, the movement of the minute air into the opening can be induced, and the generation of the region where the minute air is confined can be suppressed or eliminated.

また、例えば、予定される微小空気がとじこめられてしまう領域と重なる領域に開口部を形成してもよい。微小空気が閉じこめられることにより生じる空隙の空気を開口部内に押し入れることにより開口部内の圧縮応力を高めることができる。これにより、微小空気が閉じこめられる領域の発生を抑制し、あるいは消滅させることができる。微小空気が閉じこめられてしまう領域近傍は貼り合わせ強度が不足し、半導体装置として使用されない領域(デッドスペース)である。そのため、後に除去される予定の領域に開口部を形成することにより残りの単結晶半導体層の領域を広く確保することができる(図12(B)参照)。 Further, for example, an opening may be formed in a region that overlaps a region where a minute air that is planned is trapped. The compressive stress in the opening can be increased by pushing the air in the gap generated by the confinement of minute air into the opening. Thereby, generation | occurrence | production of the area | region where minute air is confined can be suppressed or eliminated. The vicinity of the region where the minute air is confined is a region (dead space) where the bonding strength is insufficient and the semiconductor device is not used. Therefore, a wide region of the remaining single crystal semiconductor layer can be secured by forming an opening in a region which is to be removed later (see FIG. 12B).

本実施の形態で示した構成は、他の実施の形態で示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 The structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments.

(実施の形態5)
本実施の形態では、SOI基板の作製方法の別の一例に関して図面を参照して説明する。
(Embodiment 5)
In this embodiment, another example of a method for manufacturing an SOI substrate will be described with reference to drawings.

まず、ベース基板100と、ボンド基板としての単結晶半導体基板110を準備する(図13(A)、図13(B)参照)。ベース基板100および単結晶半導体基板110の詳細に関しては、先の実施の形態を参酌することができるため、ここでは省略する。 First, a base substrate 100 and a single crystal semiconductor substrate 110 as a bond substrate are prepared (see FIGS. 13A and 13B). The details of the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110 are omitted here because the above embodiment can be referred to.

上記ベース基板100に関しては、その表面をあらかじめ洗浄しておくことが好ましい。洗浄方法については先の実施の形態を参酌することができるため、ここでは省略する。なお、ベース基板100の表面には窒素含有層(例えば、窒化シリコン膜(SiN)や窒化酸化シリコン膜(SiN)(x>y)等の窒素を含有する絶縁膜を含む層)を形成してもよい。 The surface of the base substrate 100 is preferably cleaned in advance. Since the previous embodiment can be referred to for the cleaning method, it is omitted here. Note that a nitrogen-containing layer (for example, a layer including an insulating film containing nitrogen such as a silicon nitride film (SiN x ) or a silicon nitride oxide film (SiN x O y ) (x> y)) is formed on the surface of the base substrate 100. May be formed.

単結晶半導体基板110の表面から所定の深さに脆化領域112を形成し、絶縁層114を介してベース基板100と単結晶半導体基板110とを貼り合わせる(図13(C)、図13(D)参照)。絶縁層114は脆化領域112の形成前に形成してもよく、また、脆化領域112の形成後に形成してもよい。 An embrittlement region 112 is formed at a predetermined depth from the surface of the single crystal semiconductor substrate 110, and the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110 are bonded to each other with the insulating layer 114 interposed therebetween (FIGS. 13C and 13C). D)). The insulating layer 114 may be formed before the embrittlement region 112 is formed or may be formed after the embrittlement region 112 is formed.

脆化領域112は、運動エネルギーを有する水素等のイオンを単結晶半導体基板110に照射することにより形成することができる。詳細については先の実施の形態を参酌すればよい。 The embrittlement region 112 can be formed by irradiating the single crystal semiconductor substrate 110 with ions such as hydrogen having kinetic energy. For details, the previous embodiment may be referred to.

次に、単結晶半導体基板110の周縁部に対応する領域に、絶縁層114を貫通する開口部140を形成し、ベース基板100と単結晶半導体基板110によって後に閉じられた領域となる領域を形成する(図13(C)、図13(D)参照)。このような領域が分離の際のきっかけとなり、単結晶半導体層の表面荒れを抑制できる。 Next, an opening 140 that penetrates the insulating layer 114 is formed in a region corresponding to the peripheral portion of the single crystal semiconductor substrate 110, and a region that is to be closed later is formed by the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110. (See FIGS. 13C and 13D). Such a region becomes a trigger at the time of separation, and surface roughness of the single crystal semiconductor layer can be suppressed.

なお、本実施の形態においては、開口部140は絶縁層114を形成した後に単結晶半導体層116となる膜厚よりも浅い深さの開口部140を形成しているが、開示する発明の一態様はこれに限定して解釈されない。例えば、脆化領域112よりも深い開口を形成してもよい。また、単結晶半導体基板110に開口を形成した後に、絶縁層114を形成して開口部を形成しても良い。 Note that in this embodiment, the opening 140 is formed with an opening 140 having a depth shallower than the thickness of the single crystal semiconductor layer 116 after the insulating layer 114 is formed; The embodiment is not construed as being limited thereto. For example, an opening deeper than the embrittlement region 112 may be formed. Alternatively, the opening may be formed by forming the insulating layer 114 after forming the opening in the single crystal semiconductor substrate 110.

次に、ベース基板100の表面と単結晶半導体基板110の表面とを対向させ、ベース基板100の表面と絶縁層114の表面とを接合させる(図13(D)参照)。 Next, the surface of the base substrate 100 and the surface of the single crystal semiconductor substrate 110 are opposed to each other, and the surface of the base substrate 100 and the surface of the insulating layer 114 are bonded (see FIG. 13D).

ここでは、ベース基板100と単結晶半導体基板110を少なくとも絶縁層114を介して接着させた後、ベース基板100または単結晶半導体基板110の一箇所に0.001N/cm以上100N/cm以下の圧力を加える。圧力を加える箇所は、図13(D)の白抜き矢印で示すように、開口部140が配置される領域から最も離れた単結晶半導体基板110の端部とする。図3(A)には貼り合わせ開始領域150と開口部140との位置関係を示している。貼り合わせ開始領域150と対向する角部に開口部140が配置されるように貼り合わせを行う。すると、圧力を加えた部分からベース基板100と絶縁層114の接合が生じ、当該部分を始点として自発的な接合が全面におよぶ。この接合には、ファンデルワールス力や水素結合が作用しており、常温で行うことができる。当該貼り合わせ処理によって、開口部140が配置されることによって閉じられた領域が形成されることになる。 Here, after the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110 is bonded through at least the insulating layer 114, in one place of the base substrate 100 or a single crystal semiconductor substrate 110 0.001 N / cm 2 or more 100 N / cm 2 or less Apply pressure. A portion to which pressure is applied is an end portion of the single crystal semiconductor substrate 110 farthest from a region where the opening 140 is disposed, as indicated by a white arrow in FIG. FIG. 3A shows the positional relationship between the bonding start region 150 and the opening 140. The bonding is performed so that the opening 140 is arranged at the corner facing the bonding start region 150. Then, the base substrate 100 and the insulating layer 114 are joined from the portion to which the pressure is applied, and the spontaneous joining reaches the entire surface starting from the portion. In this joining, van der Waals force and hydrogen bond act and can be performed at room temperature. By the bonding process, a closed region is formed by arranging the opening 140.

なお、ベース基板100と単結晶半導体基板110との貼り合わせを行う前に、単結晶半導体基板110上に形成された絶縁層114と、ベース基板100の表面処理を行うことが好ましい。表面処理の詳細についても先の実施の形態を参酌できる。 Note that before the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110 are bonded to each other, surface treatment of the base substrate 100 and the insulating layer 114 formed over the single crystal semiconductor substrate 110 is preferably performed. The previous embodiment can be referred to for details of the surface treatment.

また、ベース基板100と絶縁層114とを接合させた後には、接合強度を増加させるための熱処理を行うことが好ましい。この熱処理の温度は、脆化領域112における分離が生じない温度(例えば、室温以上400℃未満)とする。また、この温度範囲で加熱しながら、ベース基板100と絶縁層114とを接合させてもよい。上記熱処理には、拡散炉、抵抗加熱炉などの加熱炉、RTA(瞬間熱アニール、Rapid Thermal Anneal)装置、マイクロ波加熱装置などを用いることができる。 In addition, after the base substrate 100 and the insulating layer 114 are bonded, heat treatment for increasing the bonding strength is preferably performed. The temperature of this heat treatment is set to a temperature at which separation in the embrittled region 112 does not occur (for example, room temperature or higher and lower than 400 ° C.). Further, the base substrate 100 and the insulating layer 114 may be bonded while heating in this temperature range. For the heat treatment, a diffusion furnace, a heating furnace such as a resistance heating furnace, an RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus, a microwave heating apparatus, or the like can be used.

次に、熱処理を行って単結晶半導体基板110を脆化領域112にて分離することにより、ベース基板100上に、少なくとも絶縁層114を介して単結晶半導体層116を形成する(図13(E)、図13(F)参照)。熱処理の詳細については、先の実施の形態を参酌することができる。ここで、開口部140においては貼り合わせが行われていないため、ベース基板100の開口部140に対応する領域には単結晶半導体層116は形成されない。このような領域が分離の際のきっかけとなり、単結晶半導体層116の表面荒れを抑制できる。 Next, heat treatment is performed to separate the single crystal semiconductor substrate 110 at the embrittlement region 112, whereby the single crystal semiconductor layer 116 is formed over the base substrate 100 with at least the insulating layer 114 interposed therebetween (FIG. 13E ) And FIG. 13 (F)). For the details of the heat treatment, the above embodiment can be referred to. Here, since bonding is not performed in the opening 140, the single crystal semiconductor layer 116 is not formed in a region corresponding to the opening 140 of the base substrate 100. Such a region serves as a trigger for separation, and surface roughness of the single crystal semiconductor layer 116 can be suppressed.

次に、単結晶半導体層116の表面にレーザー光を照射することによって、表面の平坦性を向上させ、かつ欠陥を低減させた単結晶半導体層を形成する。レーザー光の照射工程及びその後の工程については、先の実施の形態を参酌できる。特に実施の形態1を参酌するとよい。 Next, the surface of the single crystal semiconductor layer 116 is irradiated with laser light, whereby a single crystal semiconductor layer with improved surface flatness and reduced defects is formed. The previous embodiment can be referred to for the laser light irradiation step and the subsequent steps. In particular, Embodiment 1 may be considered.

本実施の形態において、単結晶半導体層116を分離した後の単結晶半導体基板180の表面には、単結晶半導体基板110に形成される開口部140に対応する位置に凸部が形成されるが、実施の形態1と比較して凸部の高さを低いものとすることができる(図13(E)参照)。その結果、単結晶半導体基板180の表面を平坦化する工程が実施の形態1と比較して容易となるため、単結晶半導体基板180の再利用の工程を容易なものとすることができる。 In this embodiment, a convex portion is formed on the surface of the single crystal semiconductor substrate 180 after the single crystal semiconductor layer 116 is separated at a position corresponding to the opening 140 formed in the single crystal semiconductor substrate 110. The height of the convex portion can be made lower than that in Embodiment Mode 1 (see FIG. 13E). As a result, since the step of planarizing the surface of the single crystal semiconductor substrate 180 is easier than that in Embodiment 1, the step of reusing the single crystal semiconductor substrate 180 can be facilitated.

図14に、図13とは別のSOI基板の作製方法の一例について図面を参照して説明する。 FIG. 14 illustrates an example of a method for manufacturing an SOI substrate, which is different from that in FIG. 13, with reference to the drawings.

図13と異なる点は、絶縁層114を形成した単結晶半導体基板110に脆化領域112を形成した後、開口部140を形成すると同時に単結晶半導体基板110の周縁部146もエッチング処理を行う点である(図14(C)参照)。この際、エッチング処理は、脆化領域112よりも深い開口が形成されるように行うことが望ましい。 A difference from FIG. 13 is that after the embrittlement region 112 is formed in the single crystal semiconductor substrate 110 on which the insulating layer 114 is formed, the opening 140 is formed and the peripheral portion 146 of the single crystal semiconductor substrate 110 is etched at the same time. (See FIG. 14C). At this time, the etching process is preferably performed so that an opening deeper than the embrittled region 112 is formed.

開口部140とともに周縁部146を除去する工程以外の工程の詳細については、図13及び他の実施の形態を参照することができる。 For details of steps other than the step of removing the peripheral portion 146 together with the opening 140, FIG. 13 and other embodiments can be referred to.

図15は、単結晶半導体基板110の周縁部の除去の有無による違いを説明する図である。図15(A)、(B)は、単結晶半導体基板110の周縁部をエッチングにより除去していない場合、図15(C)、(D)は周縁部をエッチングにより除去する場合において、ベース基板と単結晶半導体基板とを貼り合わせ、その後、分離する工程を説明する図であり、図14(D)、(E)にそれぞれ対応する。なお、図15では、周縁部の形状を図14等よりも強調して表している。 FIG. 15 is a diagram illustrating a difference depending on whether or not the peripheral portion of the single crystal semiconductor substrate 110 is removed. 15A and 15B show the case where the peripheral portion of the single crystal semiconductor substrate 110 is not removed by etching, and FIGS. 15C and 15D show the base substrate when the peripheral portion is removed by etching. And FIG. 14D are diagrams illustrating a process of bonding the single crystal semiconductor substrate to each other and then separating the substrate and corresponding to FIGS. 14D and 14E. In FIG. 15, the shape of the peripheral portion is shown more emphasized than in FIG.

図15(A)に示すように、単結晶半導体基板110の周縁部126は、エッジロールオフとエッジロールオフのさらに外周に設けられる面取り部が形成されているため、熱処理を行って単結晶半導体基板110を脆化領域112にて分離することにより、ベース基板100上に、単結晶半導体層116を設けると、その端部において、貼り合わせが十分に行われない領域128が生じうる(図15(B)参照)。このような領域128は、貼り合わせ強度が不足しているため、該単結晶半導体基板110からの単結晶半導体層116の分離工程、または、その後のトランジスタの作製工程において、単結晶半導体層116の端部の膜剥がれやパーティクルが発生するおそれがある。また、エッジロールオフが形成される領域あるいは端部の脆化領域及び脆化領域上の単結晶膜が熱処理時に剥がれてパーティクルとなり、ベース基板表面や、ベース基板上の窒素含有層102表面或いは単結晶半導体層116表面に付着するおそれがある。 As shown in FIG. 15A, the peripheral portion 126 of the single crystal semiconductor substrate 110 is formed with a chamfered portion provided at the outer periphery of the edge roll-off and the edge roll-off. When the single crystal semiconductor layer 116 is provided over the base substrate 100 by separating the substrate 110 at the embrittlement region 112, a region 128 where bonding is not sufficiently performed may be generated at the end portion (FIG. 15). (See (B)). Such a region 128 has insufficient bonding strength; therefore, in the process of separating the single crystal semiconductor layer 116 from the single crystal semiconductor substrate 110 or the subsequent manufacturing process of the transistor, There is a risk of film peeling or particles at the end. In addition, the edge roll-off region or the embrittled region at the end and the single crystal film on the embrittled region are peeled off during heat treatment to become particles, and the surface of the base substrate, the surface of the nitrogen-containing layer 102 on the base substrate, or the single crystal film. There is a risk of adhering to the surface of the crystalline semiconductor layer 116.

一方、図15(C)に示すように、単結晶半導体基板110表面のエッジロールオフが形成される領域あるいは端部に生じる凹凸領域を含む周縁部126を除去した場合、単結晶半導体基板110から単結晶半導体層116を分離しても、単結晶半導体層116の周縁部の領域129においてもベース基板100側との貼り合わせが十分に行われているため、単結晶半導体層116の端部の膜剥がれやパーティクルの発生を抑制することができる。 On the other hand, as illustrated in FIG. 15C, when the peripheral portion 126 including the region where the edge roll-off is formed on the surface of the single crystal semiconductor substrate 110 or the uneven region generated at the end portion is removed, the single crystal semiconductor substrate 110 Even when the single crystal semiconductor layer 116 is separated, bonding to the base substrate 100 side is sufficiently performed in the peripheral region 129 of the single crystal semiconductor layer 116, so that the end portion of the single crystal semiconductor layer 116 is Film peeling and generation of particles can be suppressed.

本実施の形態におけるSOI基板の作製工程により、単結晶半導体基板110の貼り合わせ終端部近傍に生じるデッドスペースを有効に利用しつつ、表面の荒れが低減された良好な半導体層を有するSOI基板を得ることができる。 An SOI substrate having a good semiconductor layer with reduced surface roughness while effectively utilizing the dead space generated in the vicinity of the bonding end portion of the single crystal semiconductor substrate 110 by the manufacturing process of the SOI substrate in this embodiment. Obtainable.

本実施の形態で示した構成は、他の実施の形態で示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 The structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments.

(実施の形態6)
本実施の形態では、SOI基板の作製方法の別の一例に関して図面を参照して説明する。本実施の形態では、ベース基板に対して複数のボンド基板を貼り合わせる例について説明する。
(Embodiment 6)
In this embodiment, another example of a method for manufacturing an SOI substrate will be described with reference to drawings. In this embodiment, an example in which a plurality of bond substrates is attached to a base substrate will be described.

まず、ベース基板100と、ボンド基板としての単結晶半導体基板110を準備する(図16(A)、図16(D)参照)。ベース基板100および単結晶半導体基板110の詳細に関しては、先の実施の形態を参酌することができるため、ここでは省略する。なお、図16(D)では、単結晶半導体基板110は、一つのみを示しているが、本実施の形態では単結晶半導体基板110を複数準備する。 First, a base substrate 100 and a single crystal semiconductor substrate 110 as a bond substrate are prepared (see FIGS. 16A and 16D). The details of the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110 are omitted here because the above embodiment can be referred to. Note that in FIG. 16D, only one single crystal semiconductor substrate 110 is illustrated; however, a plurality of single crystal semiconductor substrates 110 are prepared in this embodiment.

ベース基板100表面の単結晶半導体基板110の周縁部に対応する領域には、複数の開口部142を形成する(図16(B)参照)。開口部の形成方法については、先の実施の形態を参酌できる。 A plurality of openings 142 are formed in a region corresponding to the peripheral portion of the single crystal semiconductor substrate 110 on the surface of the base substrate 100 (see FIG. 16B). For the method for forming the opening, the above embodiment can be referred to.

その後、ベース基板100の表面には窒素含有層102(例えば、窒化シリコン膜(SiN)や窒化酸化シリコン膜(SiN)(x>y)等の窒素を含有する絶縁膜を含む層)を形成する(図16(C)参照)。ベース基板100には開口部142が形成されているため、窒素含有層102には開口部144が形成されることになる。開口部144が分離の際のきっかけとなり、単結晶半導体層116の表面荒れを抑制できる。なお、先の実施の形態、例えば、実施の形態2で示すように窒素含有層102を形成しせずに、ベース基板100と単結晶半導体基板110の貼り合わせを行ってもよい。また、ここではベース基板上に複数の開口部を形成した後に、窒素含有層102を形成しているが、ベース基板100上に窒素含有層102を形成した後に、ベース基板100表面に複数の開口部を形成してもよい。あるいは、複数の単結晶半導体基板110のそれぞれに開口部を形成してもよい。 Thereafter, a nitrogen-containing layer 102 (for example, a layer including an insulating film containing nitrogen such as a silicon nitride film (SiN x ) or a silicon nitride oxide film (SiN x O y ) (x> y)) is formed on the surface of the base substrate 100. ) (See FIG. 16C). Since the opening 142 is formed in the base substrate 100, the opening 144 is formed in the nitrogen-containing layer 102. The opening 144 is a trigger for separation, and surface roughness of the single crystal semiconductor layer 116 can be suppressed. Note that the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110 may be bonded to each other without forming the nitrogen-containing layer 102 as described in the above embodiment, for example, Embodiment 2. Here, the nitrogen-containing layer 102 is formed after forming a plurality of openings on the base substrate. However, after forming the nitrogen-containing layer 102 on the base substrate 100, a plurality of openings are formed on the surface of the base substrate 100. A part may be formed. Alternatively, an opening may be formed in each of the plurality of single crystal semiconductor substrates 110.

なお、本実施の形態において形成される窒素含有層102は、後に単結晶半導体層を貼り合わせるための層(接合層)となる。また、窒素含有層102は、ベース基板に含まれるナトリウム(Na)等の不純物が単結晶半導体層に拡散することを防ぐためのバリア層としても機能する。窒素含有層102の詳細については、先の実施の形態を参酌すればよい。 Note that the nitrogen-containing layer 102 formed in this embodiment is a layer (a bonding layer) for attaching a single crystal semiconductor layer later. The nitrogen-containing layer 102 also functions as a barrier layer for preventing impurities such as sodium (Na) contained in the base substrate from diffusing into the single crystal semiconductor layer. For the details of the nitrogen-containing layer 102, the above embodiment may be referred to.

単結晶半導体基板110の表面には、酸化膜115を形成する(図16(E)参照)。酸化膜115の詳細についても、先の実施の形態を参酌できる。 An oxide film 115 is formed on the surface of the single crystal semiconductor substrate 110 (see FIG. 16E). For the details of the oxide film 115, the above embodiment can be referred to.

次に、電界で加速されたイオンを単結晶半導体基板110に照射することで、単結晶半導体基板110の所定の深さに結晶構造が損傷した脆化領域112を形成する(図16(F)参照)。詳細については先の実施の形態を参酌すればよい。なお、イオンドーピング装置を用いて脆化領域112を形成する場合には、重金属も同時に添加されるおそれがあるが、ハロゲン原子を含有する酸化膜115を介してイオンの照射を行うことによって、これら重金属による単結晶半導体基板110の汚染を防ぐことができる。 Next, the single crystal semiconductor substrate 110 is irradiated with ions accelerated by an electric field, so that an embrittled region 112 having a damaged crystal structure is formed at a predetermined depth in the single crystal semiconductor substrate 110 (FIG. 16F). reference). For details, the previous embodiment may be referred to. Note that in the case where the embrittlement region 112 is formed using an ion doping apparatus, heavy metal may be added at the same time, but these ions can be irradiated by irradiating ions through the oxide film 115 containing a halogen atom. Contamination of the single crystal semiconductor substrate 110 with heavy metal can be prevented.

次に、ベース基板100の表面と単結晶半導体基板110の表面とを対向させ、窒素含有層102の表面と酸化膜115の表面とを接合させる(図16(G)参照)。なお、図16(G)以降の工程を説明する図において、ベース基板100、窒素含有層102、開口部144は、(図16(C)に対応するものとする。もちろん、図面は模式図であって、ベース基板100全体に対する単結晶半導体基板110の大きさ等、実際のスケールとは相違することがあることはいうまでもない。 Next, the surface of the base substrate 100 and the surface of the single crystal semiconductor substrate 110 are opposed to each other, and the surface of the nitrogen-containing layer 102 and the surface of the oxide film 115 are bonded (see FIG. 16G). 16G and subsequent drawings, the base substrate 100, the nitrogen-containing layer 102, and the opening 144 correspond to (FIG. 16C). Of course, the drawing is a schematic diagram. Needless to say, the scale of the single crystal semiconductor substrate 110 relative to the entire base substrate 100 may differ from the actual scale.

ここでは、ベース基板100と単結晶半導体基板110を窒素含有層102と酸化膜115とを介して接着させた後、ベース基板100または単結晶半導体基板110の一箇所に0.001N/cm以上100N/cm以下の圧力を加える。圧力を加える箇所は、図16(G)の白抜き矢印で示すように、開口部144が配置される領域から最も離れた単結晶半導体基板110の端部とする。図18(A)には貼り合わせ開始領域150と開口部144との位置関係を表す平面図を示している。貼り合わせ開始領域150と対向する角部に開口部144が配置されるように貼り合わせを行う。すると、圧力を加えた部分から窒素含有層102と酸化膜115の接合が生じ、当該部分を始点として自発的な接合が全面におよぶ。この接合には、ファンデルワールス力や水素結合が作用しており、常温で行うことができる。当該貼り合わせ処理によって、開口部144が配置されることによって閉じられた領域が形成されることになる。 Here, after the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110 are bonded to each other through the nitrogen-containing layer 102 and the oxide film 115, 0.001 N / cm 2 or more is provided at one location of the base substrate 100 or the single crystal semiconductor substrate 110. A pressure of 100 N / cm 2 or less is applied. A portion to which pressure is applied is an end portion of the single crystal semiconductor substrate 110 farthest from a region where the opening portion 144 is disposed, as indicated by a white arrow in FIG. FIG. 18A is a plan view showing the positional relationship between the bonding start region 150 and the opening 144. The bonding is performed so that the opening 144 is arranged at the corner facing the bonding start region 150. Then, the nitrogen-containing layer 102 and the oxide film 115 are joined from the portion where the pressure is applied, and the spontaneous joining reaches the entire surface starting from the portion. In this joining, van der Waals force and hydrogen bond act and can be performed at room temperature. By the bonding process, a closed region is formed by arranging the opening 144.

なお、ベース基板100と単結晶半導体基板110との貼り合わせを行う前に、単結晶半導体基板110上に形成された酸化膜115と、ベース基板100上に形成された窒素含有層102の表面処理を行うことが好ましい。表面処理の詳細についても先の実施の形態を参酌できる。 Note that the surface treatment of the oxide film 115 formed over the single crystal semiconductor substrate 110 and the nitrogen-containing layer 102 formed over the base substrate 100 is performed before the base substrate 100 and the single crystal semiconductor substrate 110 are bonded to each other. It is preferable to carry out. The previous embodiment can be referred to for details of the surface treatment.

また、窒素含有層102と酸化膜115とを接合させた後には、接合強度を増加させるための熱処理を行うことが好ましい。この熱処理の温度は、脆化領域112における分離が生じない温度(例えば、室温以上400℃未満)とする。また、この温度範囲で加熱しながら、窒素含有層102と酸化膜115とを接合させてもよい。上記熱処理には、拡散炉、抵抗加熱炉などの加熱炉、RTA装置、マイクロ波加熱装置などを用いることができる。 In addition, after the nitrogen-containing layer 102 and the oxide film 115 are bonded, it is preferable to perform heat treatment for increasing the bonding strength. The temperature of this heat treatment is set to a temperature at which separation in the embrittled region 112 does not occur (for example, room temperature or higher and lower than 400 ° C.). Further, the nitrogen-containing layer 102 and the oxide film 115 may be bonded while heating in this temperature range. For the heat treatment, a diffusion furnace, a heating furnace such as a resistance heating furnace, an RTA apparatus, a microwave heating apparatus, or the like can be used.

次に、熱処理を行って単結晶半導体基板110を脆化領域112にて分離することにより、ベース基板100上に、窒素含有層102および酸化膜115を介して単結晶半導体層116を形成する(図16(H)、図17(A)参照)。熱処理の詳細については、先の実施の形態を参酌することができる。ここで、開口部144においては貼り合わせが行われないため、ベース基板100の開口部144に対応する領域には単結晶半導体層116は形成されない。このような領域が分離の際のきっかけとなり、単結晶半導体層116の表面荒れを抑制できる。 Next, heat treatment is performed to separate the single crystal semiconductor substrate 110 at the embrittlement region 112, whereby the single crystal semiconductor layer 116 is formed over the base substrate 100 with the nitrogen-containing layer 102 and the oxide film 115 interposed therebetween ( (See FIGS. 16H and 17A). For the details of the heat treatment, the above embodiment can be referred to. Here, since bonding is not performed in the opening 144, the single crystal semiconductor layer 116 is not formed in a region corresponding to the opening 144 of the base substrate 100. Such a region serves as a trigger for separation, and surface roughness of the single crystal semiconductor layer 116 can be suppressed.

次に、単結晶半導体層116の表面にレーザー光132を照射することによって、表面の平坦性を向上させ、かつ欠陥を低減させた単結晶半導体層118を形成する(図17(B)、図17(C)、図18(A)参照)。なお、図17(C)は、図18(A)のA−Bにおける断面に対応している。詳細については先の実施の形態を参酌できる。 Next, the surface of the single crystal semiconductor layer 116 is irradiated with laser light 132, whereby the single crystal semiconductor layer 118 with improved surface flatness and reduced defects is formed (FIG. 17B). 17 (C) and FIG. 18 (A)). Note that FIG. 17C corresponds to a cross section taken along line AB of FIG. For details, the previous embodiment can be referred to.

なお、本実施の形態においては、複数の単結晶半導体層116の分離に係る熱処理の直後に、レーザー光132の照射処理を行っているが、開示する発明の一態様はこれに限定して解釈されない。複数の単結晶半導体層116の分離に係る熱処理後にエッチング処理を施して、複数の単結晶半導体層116表面の欠陥が多い領域を除去してからレーザー光132の照射処理を行っても良いし、開口部144が形成された領域近傍の単結晶半導体層116をエッチングにより除去した後にレーザー光132の照射処理を行っても良いし、複数の単結晶半導体層116表面の平坦性を向上させてからレーザー光132の照射処理を行っても良い。なお、開口部144が形成された領域近傍の単結晶半導体層116をエッチング除去する際に、単結晶半導体層116の外周近傍を同時にエッチングにより除去してもよい。なお、上記エッチング処理としては、ウエットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良い。 Note that in this embodiment, the irradiation treatment with the laser light 132 is performed immediately after the heat treatment related to the separation of the plurality of single crystal semiconductor layers 116; however, one embodiment of the disclosed invention is limited to this. Not. An etching treatment may be performed after the heat treatment related to the separation of the plurality of single crystal semiconductor layers 116 to remove a region having many defects on the surface of the plurality of single crystal semiconductor layers 116, and then the irradiation treatment with the laser beam 132 may be performed. The single crystal semiconductor layer 116 in the vicinity of the region where the opening 144 is formed may be removed by etching, and then irradiation treatment with the laser light 132 may be performed, or after the planarity of the surfaces of the plurality of single crystal semiconductor layers 116 is improved. An irradiation treatment with the laser beam 132 may be performed. Note that when the single crystal semiconductor layer 116 in the vicinity of the region where the opening 144 is formed is etched away, the vicinity of the outer periphery of the single crystal semiconductor layer 116 may be removed by etching at the same time. As the etching process, either wet etching or dry etching may be used.

本実施の形態においては示していないが、上述のようにレーザー光132を照射した後には、、複数の単結晶半導体層118の膜厚を小さくする薄膜化工程を行っても良い。、複数の単結晶半導体層118の薄膜化には、ドライエッチングまたはウエットエッチングの一方、または双方を組み合わせて用いればよい。 Although not shown in this embodiment mode, a thinning step for reducing the thickness of the plurality of single crystal semiconductor layers 118 may be performed after the laser light 132 is irradiated as described above. In order to reduce the thickness of the plurality of single crystal semiconductor layers 118, either dry etching or wet etching or a combination of both may be used.

以上の工程により、複数の単結晶半導体基板110のそれぞれの貼り合わせ終端部近傍に生じるデッドスペースを有効に利用しつつ、表面の荒れが低減された良好な半導体層を有するSOI基板を得ることができる(図17(C)、図18(A)参照)。 Through the above steps, it is possible to obtain an SOI substrate having a good semiconductor layer with reduced surface roughness while effectively using a dead space generated in the vicinity of each bonding end portion of the plurality of single crystal semiconductor substrates 110. (See FIGS. 17C and 18A).

なお、上記工程の後には、SOI基板の単結晶半導体層118をパターニングして島状の半導体層120を形成しても良い。当該パターニングの際には、上記の開口部144が形成された領域の近傍の単結晶半導体層118を除去することが望ましい(図17(D)、図18(B)参照)。なお、図17(D)は、図18(B)のA−Bにおける断面に対応している。ここで、複数の単結晶半導体層118のそれぞれに開口部144が形成された領域近傍に対応する領域を除去するのは、閉じられた領域の形成により半導体装置として使用できない領域が存在し、また、貼り合わせ強度の不足により半導体層のピーリングが発生する可能性が高まるためである。また、単結晶半導体層の周縁部をエッチングするのも同様の理由による。 Note that after the above steps, the island-shaped semiconductor layer 120 may be formed by patterning the single crystal semiconductor layer 118 of the SOI substrate. In the patterning, the single crystal semiconductor layer 118 in the vicinity of the region where the opening 144 is formed is preferably removed (see FIGS. 17D and 18B). Note that FIG. 17D corresponds to a cross section taken along line AB of FIG. Here, the region corresponding to the vicinity of the region where the opening 144 is formed in each of the plurality of single crystal semiconductor layers 118 is removed because there is a region that cannot be used as a semiconductor device due to the formation of the closed region. This is because the possibility of peeling of the semiconductor layer due to insufficient bonding strength increases. Further, the peripheral portion of the single crystal semiconductor layer is etched for the same reason.

なお、本実施の形態では、複数の単結晶半導体層の角部の一カ所にそれぞれ設けられる開口部がベース基板100の角部にそれぞれ配置される構成(図18(A)、(B)参照)を示したが、開示する発明の一態様はこれに限定されない。開口部によって形成される閉じられた領域の配置、数、大きさなどは適宜設定すればよい。例えば、隣り合う単結晶半導体基板110の向かい合う角部に開口部をそれぞれ形成してもよい。また、ベース基板に等間隔に開口部を形成し、複数の単結晶半導体基板の端部、例えば、(図18(C)、(D)に示すように各単結晶半導体基板に対し相対的に同じ位置になるように開口部を配置し(ここでは右上の角部)、開口部に対向する単結晶半導体基板の端部から貼り合わせが進行するように貼り合わせを行っても良い。単結晶半導体基板の端部における開口部の配置位置は、例えば、貼り合わせの終端領域に形成されてしまう微小空気が閉じこめられてしまう領域の近傍に開口部を形成するようにしてもよい。これにより、開口部内への微小空気の移動を誘発することができ、微小空気が閉じこめられる領域の発生を抑制し、あるいは消滅させることができる。 Note that in this embodiment, a structure in which an opening provided in one corner of each of the plurality of single crystal semiconductor layers is provided in each corner of the base substrate 100 (see FIGS. 18A and 18B). However, one embodiment of the disclosed invention is not limited thereto. What is necessary is just to set suitably the arrangement | positioning, the number, size, etc. of the closed area | region formed by an opening part. For example, an opening may be formed in each corner of the adjacent single crystal semiconductor substrate 110 facing each other. In addition, openings are formed in the base substrate at equal intervals, and end portions of a plurality of single crystal semiconductor substrates, for example, (relative to each single crystal semiconductor substrate as shown in FIGS. 18C and 18D). The openings may be arranged so as to be at the same position (here, the upper right corner), and the bonding may be performed so that the bonding proceeds from the end of the single crystal semiconductor substrate facing the opening. As for the arrangement position of the opening at the end of the semiconductor substrate, for example, the opening may be formed in the vicinity of the region where the minute air that is formed in the termination region of bonding is confined. The movement of minute air into the opening can be induced, and the generation of a region where the minute air is confined can be suppressed or eliminated.

また、例えば、予定される微小空気がとじこめられてしまう領域と重なる領域に開口部を形成してもよい。微小空気が閉じこめられることにより生じる空隙の空気を開口部内に押し入れることにより開口部内の圧縮応力を高めることができる。これにより、微小空気が閉じこめられる領域の発生を抑制し、あるいは消滅させることができる。微小空気が閉じこめられてしまう領域近傍は貼り合わせ強度が不足し、半導体装置として使用されない領域(デッドスペース)である。そのため、後に除去される予定の領域に開口部を形成することにより、残りの単結晶半導体層の領域を広く確保することができる(図18(B)、(D)参照)。 Further, for example, an opening may be formed in a region that overlaps a region where a minute air that is planned is trapped. The compressive stress in the opening can be increased by pushing the air in the gap generated by the confinement of minute air into the opening. Thereby, generation | occurrence | production of the area | region where minute air is confined can be suppressed or eliminated. The vicinity of the region where the minute air is confined is a region (dead space) where the bonding strength is insufficient and the semiconductor device is not used. Therefore, by forming an opening in a region which is to be removed later, a wide region of the remaining single crystal semiconductor layer can be secured (see FIGS. 18B and 18D).

ベース基板に複数の単結晶半導体基板を貼り合わせる場合、ベース基板に一度に開口部を形成することができるため、開口部を形成する工程を簡略化することができる。 In the case where a plurality of single crystal semiconductor substrates are attached to a base substrate, an opening can be formed in the base substrate at a time, so that a process for forming the opening can be simplified.

また、本実施の形態において、ベース基板に形成された複数の開口部をアライメントマーカーとして用いることができる。例えば、単結晶半導体基板とベース基板の双方に開口部を形成し、開口部同士が重なるように貼り合わせを行うことでアライメントマーカーとしての役割を持たせることができる。 In this embodiment mode, a plurality of openings formed in the base substrate can be used as alignment markers. For example, an opening can be formed in both the single crystal semiconductor substrate and the base substrate, and bonding can be performed so that the openings overlap with each other, thereby providing a role as an alignment marker.

本実施の形態で示した構成は、他の実施の形態で示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 The structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments.

(実施の形態7)
本実施の形態では、図19乃至図22を参照して、閉じられた領域の詳細な例、および、単結晶半導体基板の分離のメカニズムについて説明する。
(Embodiment 7)
In this embodiment mode, a detailed example of a closed region and a separation mechanism of a single crystal semiconductor substrate will be described with reference to FIGS.

図19には、閉じられた領域を形成するための開口部(凹部)を形成する場合における基板の断面の例について示す。なお、本実施の形態では、ベース基板1300側に開口部を形成する場合について示しているが開示する発明の一態様はこれに限定されない。ボンド基板側にも同様に、開口部を形成することができる。また、本実施の形態では、基板に直接開口部を形成する場合について示しているが、開示する発明の一態様はこれに限定されない。例えば、基板表面の絶縁層を加工して開口部を形成しても良い。また、絶縁層を貫通して基板表面にも一部開口部を形成しても良い。 FIG. 19 shows an example of a cross section of the substrate in the case of forming an opening (concave portion) for forming a closed region. Note that although the case where an opening is formed on the base substrate 1300 side is described in this embodiment, one embodiment of the disclosed invention is not limited thereto. Similarly, an opening can be formed on the bond substrate side. In this embodiment, the case where an opening is directly formed in a substrate is described; however, one embodiment of the disclosed invention is not limited thereto. For example, the opening may be formed by processing the insulating layer on the substrate surface. Alternatively, a part of the opening may be formed in the substrate surface through the insulating layer.

開口部1302の形成方法としては、エッチング処理やレーザー光の照射処理、力学的な手段(鋭利な刃物など)による傷の形成処理などがある。もちろん、他の方法を用いて開口部1302を形成することができるのは言うまでもない。なお、開口部1302の大きさ(深さ等)は、要求される「閉じられた領域」の大きさに合わせて適宜設定することができる。 Examples of the method for forming the opening 1302 include an etching process, a laser light irradiation process, and a scratch forming process using a mechanical means (such as a sharp blade). Needless to say, the opening 1302 can be formed by other methods. Note that the size (depth, etc.) of the opening 1302 can be appropriately set according to the required size of the “closed region”.

本実施の形態で開示する発明の一態様は、開口部の配置により形成された閉じられた領域」の形成を本質とするものであるから、これが実現できるのであれば、どのような方法を用いても構わない。図19(A)には、端部に曲率を有する開口部を形成する例を示す。図19(B)には、ベース基板1300の表面側が飛び出しているいわゆるオーバーハング形状の開口部を形成する例を示す。図19(C)には、テーパー形状を有する開口部を形成する例を示す。 Since one embodiment of the invention disclosed in this embodiment is based on the formation of a “closed region formed by the arrangement of openings”, any method can be used as long as this can be realized. It doesn't matter. FIG. 19A shows an example in which an opening having a curvature is formed at the end. FIG. 19B illustrates an example in which a so-called overhang-shaped opening in which the surface side of the base substrate 1300 protrudes is formed. FIG. 19C illustrates an example in which an opening having a tapered shape is formed.

図20には、閉じられた領域を形成するための開口部を形成した基板の平面図の例を示す。なお、本実施の形態では、ベース基板1400側に開口部を形成する場合について示しているが開示する発明の一態様はこれに限定されない。ボンド基板側にも同様に、開口部を形成することができる。また、本実施の形態では、基板に直接開口部を形成する場合について示しているが、開示する発明の一態様はこれに限定されない。例えば、基板表面の絶縁層を加工して開口部を形成しても良い。 FIG. 20 shows an example of a plan view of a substrate on which an opening for forming a closed region is formed. Note that although the case where an opening is formed on the base substrate 1400 side is described in this embodiment, one embodiment of the disclosed invention is not limited thereto. Similarly, an opening can be formed on the bond substrate side. In this embodiment, the case where an opening is directly formed in a substrate is described; however, one embodiment of the disclosed invention is not limited thereto. For example, the opening may be formed by processing the insulating layer on the substrate surface.

図20(A)は、ベース基板1400に、円状の開口部1402を形成した場合の平面図を示している。開口部1402の形成方法については、上記を参照すればよい。また、開口部1402の大きさ(平面図における面積等)は、要求される「閉じられた領域」の大きさに合わせて適宜設定することができる。 FIG. 20A is a plan view in the case where a circular opening 1402 is formed in the base substrate 1400. The above may be referred to for the method for forming the opening 1402. The size of the opening 1402 (the area in the plan view, etc.) can be appropriately set according to the required size of the “closed region”.

図20(B)は、三角形状に開口部1404を形成した場合の平面図を示している。開口部1404の形成方法については、上記を参照すればよい。また、開口部1404の大きさ(平面図における面積等)は、要求される「閉じられた領域」の大きさに合わせて適宜設定することができる。なお、ここでは三角形状の開口部1404を形成する例について示しているが、角の数について特に限定はない。 FIG. 20B shows a plan view when the opening 1404 is formed in a triangular shape. The above may be referred to for the method for forming the opening 1404. The size of the opening 1404 (the area in the plan view, etc.) can be appropriately set according to the required size of the “closed region”. Note that although an example in which the triangular opening 1404 is formed is shown here, the number of corners is not particularly limited.

図20(C)は、矩形状の開口部1406を形成した場合の平面図を示している。当該開口部1406の形成方法については、上記を参照すればよい。また、凹部等の大きさ(平面図における面積等)は、要求される「閉じられた領域」の大きさに合わせて適宜設定することができる。なお、ここでは矩形状の開口部1406を形成する例について示しているが、開口部の形状はこれに限定されない。 FIG. 20C is a plan view in the case where a rectangular opening 1406 is formed. The above may be referred to for the method for forming the opening 1406. In addition, the size of the concave portion (the area in the plan view) can be appropriately set according to the required size of the “closed region”. Note that although an example in which the rectangular opening 1406 is formed is shown here, the shape of the opening is not limited thereto.

本実施の形態では、上記3種類の平面形状について説明したが、開示する発明の一態様はこれに限定されない。例えば、星形、十字型、L字型、等、「閉じられた領域」を実現できるものであればどのような平面形状でとしても構わない。 In this embodiment, the above three types of planar shapes are described; however, one embodiment of the disclosed invention is not limited thereto. For example, any planar shape may be used as long as it can realize a “closed region” such as a star shape, a cross shape, an L shape, or the like.

図21には、閉じられた領域を形成した場合の半導体層の分離の様子を示す。 FIG. 21 shows how the semiconductor layers are separated when a closed region is formed.

図21では、ベース基板1500に図19(A)において示したような開口部を形成することで、閉じられた領域1502を形成する場合について説明する。なお、ここでは、ボンド基板側の構造として、単結晶半導体基板1510中に脆化領域1512を有し、表面には絶縁層1514が形成されたものを採用する。つまり、図21において説明する構成は、図4乃至図6に示す構成と類似である。もちろん、開示する発明の一態様を、図4乃至図6または図21に係る構成に限定して解釈する必要はない。 FIG. 21 illustrates a case where a closed region 1502 is formed by forming an opening as illustrated in FIG. 19A in the base substrate 1500. Note that here, as the structure on the bond substrate side, a structure in which the single crystal semiconductor substrate 1510 includes an embrittled region 1512 and an insulating layer 1514 is formed on the surface is employed. That is, the configuration described in FIG. 21 is similar to the configuration shown in FIGS. Needless to say, one embodiment of the disclosed invention is not necessarily limited to the structure illustrated in FIG. 4 to FIG. 6 or FIG.

図21(A)は、ベース基板1500と単結晶半導体基板1510の貼り合わせ直後の様子を示す図である。この状態では、基板や膜には大きな応力はかかっていない。 FIG. 21A illustrates a state immediately after the base substrate 1500 and the single crystal semiconductor substrate 1510 are bonded to each other. In this state, no great stress is applied to the substrate or the film.

図21(B)は、ベース基板1500と単結晶半導体基板1510を貼り合わせた後に熱処理を施すことで生じる応力の様子を示している。図21(B)から分かるように、ベース基板1500と単結晶半導体基板1510の熱膨張係数の違いによって、閉じられた領域1502の境界付近では、単結晶半導体基板側に大きな応力が生じる。ここで重要な点は、開口を形成することにより閉じられた領域を形成することである。開口部の端部に大きな応力が生じることにより、単結晶半導体基板1510に比較的垂直な方向に亀裂が生じやすくなり分離が進行しやすい。また、閉じられた領域1502中の気体が膨張することによっても、微量ながら単結晶半導体基板側には応力が生じるものと解される。 FIG. 21B illustrates the state of stress generated by heat treatment performed after the base substrate 1500 and the single crystal semiconductor substrate 1510 are bonded to each other. As can be seen from FIG. 21B, a large stress is generated on the single crystal semiconductor substrate side in the vicinity of the boundary of the closed region 1502 due to a difference in thermal expansion coefficient between the base substrate 1500 and the single crystal semiconductor substrate 1510. The important point here is to form a closed region by forming an opening. When a large stress is generated at the end of the opening, a crack is likely to occur in a direction relatively perpendicular to the single crystal semiconductor substrate 1510, and separation is likely to proceed. In addition, it is understood that stress is generated on the single crystal semiconductor substrate side even when the gas in the closed region 1502 expands even though the amount is small.

このような応力の発生により、当該閉じられた領域をきっかけとして単結晶半導体層1516の分離が進行する。図21(C)は、上記閉じられた領域1502から単結晶半導体層1516の分離が進行する様子について示している。 By the generation of such stress, separation of the single crystal semiconductor layer 1516 proceeds with the closed region as a trigger. FIG. 21C illustrates the separation of the single crystal semiconductor layer 1516 from the closed region 1502.

図22に、開口部の配置により形成される閉じられた領域と、開口部を形成せずに貼り合わせを行った際に貼り合わせ終端領域に形成される空隙との配置の関係の平面図を示す。図22はベース基板100上にボンド基板として単結晶半導体基板110を貼り合わせる際に、単結晶半導体基板110の一の角部から貼り合わせを進行させ、その貼り合わせが終了する領域を拡大した図を示す。 FIG. 22 is a plan view of the relationship between the closed region formed by the arrangement of the opening and the gap formed in the bonding termination region when bonding is performed without forming the opening. Show. FIG. 22 is an enlarged view of a region where the bonding is completed when bonding is progressed from one corner of the single crystal semiconductor substrate 110 when the single crystal semiconductor substrate 110 is bonded to the base substrate 100 as a bond substrate. Indicates.

図22(A)には空隙160の近傍領域に開口部142を形成する例を示す。開口部142が空隙160の近傍に形成されることにより、開口部142内に空隙160を誘導し、空隙の発生を抑制することができる。開口部は、貼り合わせ強度が低下する領域170(デッドスペース)に設けることが望ましい。 FIG. 22A shows an example in which the opening 142 is formed in the vicinity of the gap 160. By forming the opening 142 in the vicinity of the gap 160, the gap 160 can be guided into the opening 142 and the generation of the gap can be suppressed. The opening is preferably provided in a region 170 (dead space) where the bonding strength is reduced.

図22(B)には空隙160と重なる領域に開口部142を形成する例を示す。重なる領域に開口部142を形成することにより、空隙160の空気を開口部142内に閉じこめることができ、開口部142内の内部応力を高めることができる。これにより、より低温で表面荒れを抑制した剥離を生じさせやすくすることができる。なお、ベース基板と半導体基板との貼り合わせを減圧下で行うことでよりいっそうの効果が得られる。 FIG. 22B shows an example in which the opening 142 is formed in a region overlapping with the gap 160. By forming the opening 142 in the overlapping region, the air in the gap 160 can be confined in the opening 142 and the internal stress in the opening 142 can be increased. Thereby, it can be made easy to produce peeling which suppressed surface roughness at lower temperature. Further effects can be obtained by bonding the base substrate and the semiconductor substrate under reduced pressure.

なお、開口部の形成により貼りあわない領域であって閉じられていない領域を形成する場合には、熱処理等によって生じる応力が緩和されてしまうため、閉じられた領域を形成する場合と比較して、その効果が低下する傾向にある。効果を最大限に生かして良好な半導体層を形成するためには、開口部の形成により貼り合わない領域であって閉じられた領域を形成することが好適である。 Note that in the case of forming a region that is not pasted by the formation of the opening and is not closed, the stress generated by heat treatment or the like is relieved, so compared with the case of forming the closed region. The effect tends to decrease. In order to make the best use of the effect to form a good semiconductor layer, it is preferable to form a closed region that is not bonded by forming an opening.

次に、基板に生じる応力の様子を、計算機シミュレーションを用いて確認した結果について示す(図23参照)。ここでは、計算で考慮する要素全体の温度が一様に27℃である状態を、無ひずみ、無応力状態と仮定して、計算で考慮する要素全体の温度が一様に500℃である状態について、応力や変形の様子を計算した。計算には、有限要素法解析ソフトであるANSYSを用いた。 Next, the result of confirming the state of stress generated in the substrate using computer simulation is shown (see FIG. 23). Here, a state where the temperature of the entire element considered in the calculation is uniformly 27 ° C. is assumed to be an unstrained and stress-free state, and the temperature of the entire element considered in the calculation is uniformly 500 ° C. The state of stress and deformation was calculated. For the calculation, ANSYS, which is a finite element method analysis software, was used.

計算モデルとしては、深さ2μmの凹部を有するベース基板と、ボンド基板(ここでは単結晶半導体基板)を貼り合わせたものを用いた。比較例として、上記凹部を有さないベース基板(平坦なベース基板)と、ボンド基板とを貼り合わせたものについて、同様の計算を行った。なお、ここでは、ベース基板としてガラス基板のパラメータを用い、ボンド基板(単結晶半導体基板)としてシリコン基板のパラメータを用いた。以下、応力は全て主応力を意味するものとする。 As a calculation model, a base substrate having a recess having a depth of 2 μm and a bond substrate (here, a single crystal semiconductor substrate) bonded to each other were used. As a comparative example, the same calculation was performed for a base substrate (flat base substrate) that does not have the concave portion and a bond substrate bonded together. Note that here, parameters of a glass substrate were used as a base substrate, and parameters of a silicon substrate were used as a bond substrate (single crystal semiconductor substrate). Hereinafter, all stresses mean principal stresses.

図23(A)には、上記凹部を形成しないことにより、閉じられた領域が形成されない場合における熱処理後の応力の様子を、図23(B)には、上記凹部を形成することにより、閉じられた領域が形成される場合における熱処理後の応力の様子を、それぞれ示す。なお、閉じられた領域を形成する場合には、当該領域内の圧力を3気圧として計算を行った。また、図中の矢印の方向および大きさは、その点に係る応力の方向および大きさを示している。 FIG. 23A shows the state of stress after the heat treatment in the case where the closed region is not formed by not forming the concave portion, and FIG. 23B shows the state of the stress by forming the concave portion. The state of the stress after the heat treatment when the formed region is formed is shown respectively. In the case of forming a closed region, the calculation was performed with the pressure in the region being 3 atm. Moreover, the direction and magnitude of the arrow in the figure indicate the direction and magnitude of the stress related to that point.

図23(A)より、閉じられた領域が形成されない場合には、界面に沿って応力が発生していることがわかる。また、図23(B)より、閉じられた領域が形成される場合には、閉じられた領域の境界付近に大きな応力が生じていることがわかる。より詳細には、閉じられた領域が形成される場合には、シリコン基板とガラス基板とが接する点付近において、界面に対して斜め方向の強い引っ張り応力の発生が観察された。 FIG. 23A shows that when a closed region is not formed, stress is generated along the interface. Further, FIG. 23B shows that when a closed region is formed, a large stress is generated near the boundary of the closed region. More specifically, when a closed region is formed, strong tensile stress in the oblique direction with respect to the interface is observed near the point where the silicon substrate and the glass substrate are in contact with each other.

閉じられた領域が形成されない場合には、界面に沿ってのみ応力が働くため、分離の際の応力の影響は小さい。一方で、凹部の形成により閉じられた領域が形成される場合には、界面に対して斜め方向に応力が働くため、その応力が分離に大きな影響を与えているものと考察される。 In the case where a closed region is not formed, stress acts only along the interface, so that the influence of stress during separation is small. On the other hand, when a closed region is formed due to the formation of the recess, stress acts in an oblique direction with respect to the interface, so that the stress is considered to have a great influence on the separation.

以上、計算機シミュレーションの結果により、閉じられた領域を形成する場合には、半導体層の分離の際に、応力が大きく影響していることが認められた。このような応力を、分離のメカニズムに応用することは、好適な半導体層の製造には有効である。 As described above, from the result of computer simulation, it was confirmed that when the closed region is formed, the stress greatly affects the separation of the semiconductor layer. Applying such stress to the separation mechanism is effective for the production of a suitable semiconductor layer.

本実施の形態で示した構成は、他の実施の形態で示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 The structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments.

(実施の形態8)
本実施の形態では、図24乃至図26を参照して、上記実施の形態における半導体装置の作製方法の詳細について説明する。ここでは、半導体装置の一例として複数のトランジスタからなる半導体装置の作製方法について説明する。以下において示すトランジスタを組み合わせて用いることで、様々な半導体装置を形成することができる。
(Embodiment 8)
In this embodiment mode, details of a method for manufacturing the semiconductor device in the above embodiment mode will be described with reference to FIGS. Here, a method for manufacturing a semiconductor device including a plurality of transistors is described as an example of the semiconductor device. Various semiconductor devices can be formed by using a combination of the transistors described below.

図24(A)は、実施の形態1などに示す方法で作製した半導体基板の一部を示す断面図である(例えば、図2(B)等参照)。なお、本実施の形態においては、実施の形態1において作製した半導体基板を用いて半導体装置を作製する場合について説明するが、他の実施の形態において作製した半導体基板を用いても良いことは言うまでもない。 24A is a cross-sectional view illustrating part of a semiconductor substrate manufactured by the method described in Embodiment 1 or the like (see, for example, FIG. 2B). Note that in this embodiment, the case where a semiconductor device is manufactured using the semiconductor substrate manufactured in Embodiment 1 is described; however, it goes without saying that a semiconductor substrate manufactured in another embodiment may be used. Yes.

半導体層700(図2(B)における単結晶半導体層118に対応)には、TFTのしきい値電圧を制御するために、硼素、アルミニウム、ガリウムなどのp型不純物や、リン、砒素などのn型不純物を添加しても良い。不純物を添加する領域、および添加する不純物の種類は、適宜変更することができる。例えば、nチャネル型TFTの形成領域にp型不純物を添加し、pチャネル型TFTの形成領域にn型不純物を添加する。上述の不純物を添加する際には、ドーズ量が1×1015/cm以上1×1017/cm以下程度となるように行えばよい。 In the semiconductor layer 700 (corresponding to the single crystal semiconductor layer 118 in FIG. 2B), p-type impurities such as boron, aluminum, and gallium, phosphorus, arsenic, and the like are used to control the threshold voltage of the TFT. An n-type impurity may be added. The region to which the impurity is added and the kind of the impurity to be added can be changed as appropriate. For example, a p-type impurity is added to the formation region of the n-channel TFT, and an n-type impurity is added to the formation region of the p-channel TFT. When the above-described impurities are added, the dose may be set to about 1 × 10 15 / cm 2 or more and about 1 × 10 17 / cm 2 or less.

その後、半導体層700を島状に分離して、半導体層702、および半導体層704を形成する(図24(B)参照)。なお、この際に、周縁部に対応する領域(貼り合わない領域の近傍)の単結晶半導体層118は除去されることが望ましい(例えば、図2(C)等参照)。 After that, the semiconductor layer 700 is separated into island shapes, so that a semiconductor layer 702 and a semiconductor layer 704 are formed (see FIG. 24B). Note that at this time, it is preferable that the single crystal semiconductor layer 118 in a region corresponding to the peripheral portion (in the vicinity of a region not bonded) be removed (see, for example, FIG. 2C).

次に、半導体層702と半導体層704を覆うように、ゲート絶縁膜706を形成する(図24(C)参照)。ここでは、プラズマCVD法を用いて、酸化シリコン膜を単層で形成することとする。酸化シリコン以外にも、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル等を含む膜を、単層構造または積層構造で形成することによりゲート絶縁膜706としても良い。 Next, a gate insulating film 706 is formed so as to cover the semiconductor layers 702 and 704 (see FIG. 24C). Here, a silicon oxide film is formed as a single layer by a plasma CVD method. In addition to silicon oxide, a film including silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, hafnium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, or the like may be formed as the gate insulating film 706 by forming with a single layer structure or a stacked structure.

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

上述した高密度プラズマ処理による半導体層の酸化または窒化は固相反応であるため、ゲート絶縁膜706と半導体層702、半導体層704との界面準位密度をきわめて低くすることができる。また、高密度プラズマ処理により半導体層を直接酸化または窒化することで、形成される絶縁膜の厚さのばらつきを抑えることが出来る。また、半導体層が単結晶であるため、高密度プラズマ処理を用いて半導体層の表面を固相反応で酸化させる場合であっても、均一性が良く、界面準位密度の低いゲート絶縁膜を形成することができる。このように、高密度プラズマ処理により形成された絶縁膜をトランジスタのゲート絶縁膜の一部または全部に用いることで、特性のばらつきを抑制することができる。 Since the oxidation or nitridation of the semiconductor layer by the high-density plasma treatment described above is a solid-phase reaction, the interface state density between the gate insulating film 706, the semiconductor layer 702, and the semiconductor layer 704 can be extremely low. Further, by directly oxidizing or nitriding the semiconductor layer by high-density plasma treatment, variation in the thickness of the formed insulating film can be suppressed. In addition, since the semiconductor layer is a single crystal, a gate insulating film with good uniformity and low interface state density can be obtained even when the surface of the semiconductor layer is oxidized by solid phase reaction using high-density plasma treatment. Can be formed. In this manner, by using the insulating film formed by high-density plasma treatment for part or all of the gate insulating film of the transistor, variation in characteristics can be suppressed.

または、半導体層702と半導体層704を熱酸化させることで、ゲート絶縁膜706を形成するようにしても良い。このように、熱酸化を用いる場合には、ある程度の耐熱性を有するガラス基板を用いることが必要である。 Alternatively, the gate insulating film 706 may be formed by thermally oxidizing the semiconductor layer 702 and the semiconductor layer 704. Thus, when thermal oxidation is used, it is necessary to use a glass substrate having a certain degree of heat resistance.

なお、水素を含むゲート絶縁膜706を形成し、その後、350℃以上450℃以下の温度による加熱処理を行うことで、ゲート絶縁膜706中に含まれる水素を半導体層702および半導体層704中に拡散させるようにしても良い。この場合、ゲート絶縁膜706として、プラズマCVD法を用いた窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを用いることができる。なお、プロセス温度は350℃以下とすると良い。このように、半導体層702および半導体層704に水素を供給することで、半導体層702中、半導体層704中、ゲート絶縁膜706と半導体層702の界面、およびゲート絶縁膜706と半導体層704の界面における欠陥を効果的に低減することができる。 Note that a gate insulating film 706 containing hydrogen is formed, and then heat treatment is performed at a temperature of 350 ° C. to 450 ° C., whereby hydrogen contained in the gate insulating film 706 is introduced into the semiconductor layer 702 and the semiconductor layer 704. You may make it diffuse. In this case, as the gate insulating film 706, silicon nitride or silicon nitride oxide using a plasma CVD method can be used. The process temperature is preferably 350 ° C. or lower. In this manner, by supplying hydrogen to the semiconductor layer 702 and the semiconductor layer 704, the interface between the gate insulating film 706 and the semiconductor layer 702 in the semiconductor layer 702, the interface between the gate insulating film 706 and the semiconductor layer 704, and Defects at the interface can be effectively reduced.

次に、ゲート絶縁膜706上に導電膜を形成した後、該導電膜を所定の形状に加工(パターニング)することで、半導体層702の上方に電極708を、半導体層704の上方に電極710を形成する(図24(D)参照)。導電膜の形成にはCVD法、スパッタリング法等を用いることができる。導電膜は、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)等の材料を用いて形成することができる。また、上記金属を主成分とする合金材料を用いても良いし、上記金属を含む化合物を用いても良い。または、半導体に導電性を付与する不純物元素をドーピングした多結晶シリコンなど、半導体材料を用いて形成しても良い。 Next, after a conductive film is formed over the gate insulating film 706, the conductive film is processed (patterned) into a predetermined shape, whereby the electrode 708 is formed above the semiconductor layer 702 and the electrode 710 is formed above the semiconductor layer 704. (See FIG. 24D). A CVD method, a sputtering method, or the like can be used for forming the conductive film. The conductive film is formed using a material such as tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), aluminum (Al), copper (Cu), chromium (Cr), or niobium (Nb). can do. Alternatively, an alloy material containing the above metal as a main component or a compound containing the above metal may be used. Alternatively, a semiconductor material such as polycrystalline silicon doped with an impurity element imparting conductivity to a semiconductor may be used.

本実施の形態では電極708および電極710を単層の導電膜で形成しているが、開示する発明の一態様に係る半導体装置は該構成に限定されない。電極708および電極710は積層された複数の導電膜で形成されていても良い。2層構造とする場合には、例えば、モリブデン膜、チタン膜、窒化チタン膜等を下層に用い、上層にはアルミニウム膜などを用いればよい。3層構造の場合には、モリブデン膜とアルミニウム膜とモリブデン膜の積層構造や、チタン膜とアルミニウム膜とチタン膜の積層構造などを採用するとよい。 In this embodiment, the electrode 708 and the electrode 710 are formed using a single-layer conductive film; however, the semiconductor device according to one embodiment of the disclosed invention is not limited to this structure. The electrode 708 and the electrode 710 may be formed of a plurality of stacked conductive films. In the case of a two-layer structure, for example, a molybdenum film, a titanium film, a titanium nitride film, or the like may be used as a lower layer, and an aluminum film or the like may be used as an upper layer. In the case of a three-layer structure, a stacked structure of a molybdenum film, an aluminum film, and a molybdenum film, a stacked structure of a titanium film, an aluminum film, and a titanium film, or the like may be employed.

なお、電極708および電極710を形成する際に用いるマスクは、酸化シリコンや窒化酸化シリコン等の材料を用いて形成してもよい。この場合、酸化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜等をパターニングしてマスクを形成する工程が加わるが、これらの材料を用いたマスクでは、レジスト材料を用いたマスクと比較してエッチング時における膜減りが少ないため、より正確な形状の電極708および電極710を形成することができる。また、マスクを用いずに、液滴吐出法を用いて選択的に電極708および電極710を形成しても良い。ここで、液滴吐出法とは、所定の組成物を含む液滴を吐出または噴出することで所定のパターンを形成する方法を意味し、インクジェット法などがその範疇に含まれる。 Note that a mask used for forming the electrodes 708 and 710 may be formed using a material such as silicon oxide or silicon nitride oxide. In this case, a process of forming a mask by patterning a silicon oxide film, a silicon nitride oxide film, or the like is added. However, in the mask using these materials, the film thickness at the time of etching is reduced compared to the mask using a resist material. Therefore, the electrodes 708 and 710 having more accurate shapes can be formed. Alternatively, the electrode 708 and the electrode 710 may be selectively formed by a droplet discharge method without using a mask. Here, the droplet discharge method means a method of forming a predetermined pattern by discharging or ejecting a droplet containing a predetermined composition, and includes an ink jet method or the like in its category.

また、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング条件(コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節し、所望のテーパー形状を有するように電極708および電極710を形成することもできる。また、テーパー形状は、マスクの形状によって制御することもできる。なお、エッチング用ガスとしては、塩素、塩化硼素、塩化珪素、四塩化炭素などの塩素系ガス、四弗化炭素、弗化硫黄、弗化窒素などのフッ素系ガス、または酸素などを適宜用いることができる。 In addition, using ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method, etching conditions (amount of power applied to coil-type electrode, amount of power applied to substrate-side electrode, substrate-side electrode temperature, etc.) The electrode 708 and the electrode 710 can also be formed so as to have a desired taper shape. The taper shape can also be controlled by the shape of the mask. As an etching gas, a chlorine-based gas such as chlorine, boron chloride, silicon chloride, or carbon tetrachloride, a fluorine-based gas such as carbon tetrafluoride, sulfur fluoride, or nitrogen fluoride, or oxygen is appropriately used. Can do.

次に、電極708および電極710をマスクとして、一導電型を付与する不純物元素を半導体層702、半導体層704に添加する(図25(A)参照)。本実施の形態では、半導体層702にn型を付与する不純物元素(例えばリンまたはヒ素)を、半導体層704にp型を付与する不純物元素(例えばボロン)を添加する。なお、n型を付与する不純物元素を半導体層702に添加する際には、p型の不純物が添加される半導体層704はマスク等で覆い、n型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるようにする。また、p型を付与する不純物元素を半導体層704に添加する際には、n型の不純物が添加される半導体層702はマスク等で覆い、p型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるようにする。または、半導体層702および半導体層704に、p型を付与する不純物元素またはn型を付与する不純物元素の一方を添加した後、一方の半導体層のみに、より高い濃度でp型を付与する不純物元素またはn型を付与する不純物元素の他方を添加するようにしても良い。上記不純物の添加により、半導体層702に不純物領域712、半導体層704に不純物領域714が形成される。 Next, an impurity element imparting one conductivity type is added to the semiconductor layers 702 and 704 using the electrodes 708 and 710 as masks (see FIG. 25A). In this embodiment, an impurity element imparting n-type conductivity (eg, phosphorus or arsenic) is added to the semiconductor layer 702, and an impurity element imparting p-type conductivity (eg, boron) is added to the semiconductor layer 704. Note that when the impurity element imparting n-type conductivity is added to the semiconductor layer 702, the semiconductor layer 704 to which the p-type impurity is added is covered with a mask or the like, and the addition of the impurity element imparting n-type is selectively performed. To be done. In addition, when an impurity element imparting p-type conductivity is added to the semiconductor layer 704, the semiconductor layer 702 to which an n-type impurity is added is covered with a mask or the like, and the impurity element imparting p-type conductivity is selectively added. To be done. Alternatively, after adding one of an impurity element imparting p-type conductivity or an impurity element imparting n-type to the semiconductor layer 702 and the semiconductor layer 704, an impurity imparting p-type at a higher concentration only to one semiconductor layer The other of the element or the impurity element imparting n-type conductivity may be added. By the addition of the impurities, an impurity region 712 is formed in the semiconductor layer 702 and an impurity region 714 is formed in the semiconductor layer 704.

次に、電極708の側面にサイドウォール716を、電極710の側面にサイドウォール718を形成する(図25(B)参照)。サイドウォール716およびサイドウォール718は、例えば、ゲート絶縁膜706、電極708および電極710を覆うように新たに絶縁膜を形成し、異方性エッチングにより該絶縁膜を部分的にエッチングすることで形成することができる。なお、上記の異方性エッチングにより、ゲート絶縁膜706を部分的にエッチングしても良い。サイドウォール716およびサイドウォール718を形成するための絶縁膜としては、プラズマCVD法やスパッタリング法等を用いて、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、有機材料などを含む膜を、単層構造または積層構造で形成すれば良い。本実施の形態では、膜厚100nmの酸化シリコン膜をプラズマCVD法によって形成する。また、エッチングガスとしては、CHFとヘリウムの混合ガスを用いることができる。なお、サイドウォール716およびサイドウォール718を形成する工程は、これらに限定されるものではない。 Next, a sidewall 716 is formed on the side surface of the electrode 708 and a sidewall 718 is formed on the side surface of the electrode 710 (see FIG. 25B). The sidewalls 716 and 718 are formed by, for example, newly forming an insulating film so as to cover the gate insulating film 706, the electrode 708, and the electrode 710, and partially etching the insulating film by anisotropic etching. can do. Note that the gate insulating film 706 may be partially etched by the anisotropic etching described above. As the insulating film for forming the sidewall 716 and the sidewall 718, a film containing silicon, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, an organic material, or the like using a plasma CVD method, a sputtering method, or the like. May be formed in a single layer structure or a laminated structure. In this embodiment, a silicon oxide film with a thickness of 100 nm is formed by a plasma CVD method. As the etching gas, a mixed gas of CHF 3 and helium can be used. Note that the step of forming the sidewall 716 and the sidewall 718 is not limited to these steps.

次に、ゲート絶縁膜706、電極708および電極710、サイドウォール716およびサイドウォール718をマスクとして、半導体層702、半導体層704に一導電型を付与する不純物元素を添加する(図25(C)参照)。なお、半導体層702、半導体層704には、それぞれ先の工程で添加した不純物元素と同じ導電型の不純物元素をより高い濃度で添加する。ここで、n型を付与する不純物元素を半導体層702に添加する際には、p型の不純物が添加される半導体層704はマスク等で覆い、n型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるようにする。また、p型を付与する不純物元素を半導体層704に添加する際には、n型の不純物が添加される半導体層702はマスク等で覆い、p型を付与する不純物元素の添加が選択的に行われるようにする。 Next, an impurity element imparting one conductivity type is added to the semiconductor layers 702 and 704 using the gate insulating film 706, the electrodes 708 and 710, the sidewalls 716 and 718 as masks (FIG. 25C). reference). Note that an impurity element having the same conductivity type as the impurity element added in the previous step is added to the semiconductor layer 702 and the semiconductor layer 704 at a higher concentration. Here, when the impurity element imparting n-type conductivity is added to the semiconductor layer 702, the semiconductor layer 704 to which the p-type impurity is added is covered with a mask or the like, and the addition of the impurity element imparting n-type is selectively performed. To be done. In addition, when an impurity element imparting p-type conductivity is added to the semiconductor layer 704, the semiconductor layer 702 to which an n-type impurity is added is covered with a mask or the like, and the impurity element imparting p-type conductivity is selectively added. To be done.

上記不純物元素の添加により、半導体層702に、一対の高濃度不純物領域720と、一対の低濃度不純物領域722と、チャネル形成領域724とが形成される。また、上記不純物元素の添加により、半導体層704に、一対の高濃度不純物領域726と、一対の低濃度不純物領域728と、チャネル形成領域730とが形成される。高濃度不純物領域720、高濃度不純物領域726はソースまたはドレインとして機能し、低濃度不純物領域722、低濃度不純物領域728はLDD(Lightly Doped Drain)領域として機能する。 By the addition of the impurity element, a pair of high-concentration impurity regions 720, a pair of low-concentration impurity regions 722, and a channel formation region 724 are formed in the semiconductor layer 702. In addition, a pair of high-concentration impurity regions 726, a pair of low-concentration impurity regions 728, and a channel formation region 730 are formed in the semiconductor layer 704 by addition of the impurity element. The high concentration impurity region 720 and the high concentration impurity region 726 function as a source or a drain, and the low concentration impurity region 722 and the low concentration impurity region 728 function as an LDD (Lightly Doped Drain) region.

なお、半導体層702上に形成されたサイドウォール716と、半導体層704上に形成されたサイドウォール718は、キャリアが移動する方向(いわゆるチャネル長に平行な方向)の長さが同じになるように形成しても良いが、異なるように形成しても良い。例えば、pチャネル型トランジスタとなる半導体層704上のサイドウォール718は、nチャネル型トランジスタとなる半導体層702上のサイドウォール716よりも、キャリアが移動する方向の長さが長くなるように形成すると良い。pチャネル型トランジスタにおいて、サイドウォール718の長さをより長くすることで、ボロンの拡散による短チャネル効果を抑制することができるため、ソースおよびドレインに高濃度のボロンを添加することが可能となる。これにより、ソースおよびドレインを十分に低抵抗化することができる。 Note that the sidewall 716 formed over the semiconductor layer 702 and the sidewall 718 formed over the semiconductor layer 704 have the same length in the direction in which carriers move (a direction parallel to a so-called channel length). However, they may be formed differently. For example, the sidewall 718 on the semiconductor layer 704 to be a p-channel transistor is formed to have a longer length in the direction in which carriers move than the sidewall 716 on the semiconductor layer 702 to be an n-channel transistor. good. In a p-channel transistor, by increasing the length of the sidewall 718, the short channel effect due to boron diffusion can be suppressed, so that high-concentration boron can be added to the source and drain. . As a result, the resistance of the source and drain can be sufficiently reduced.

ソースおよびドレインをさらに低抵抗化するために、半導体層702および半導体層704の一部をシリサイド化したシリサイド領域を形成しても良い。シリサイド化は、半導体層に金属を接触させ、加熱処理(例えば、GRTA法、LRTA法等)により、半導体層中の珪素と金属とを反応させて行う。シリサイド領域としては、コバルトシリサイドまたはニッケルシリサイドを形成すれば良い。半導体層702や半導体層704が薄い場合には、半導体層702、半導体層704の底部までシリサイド反応を進めても良い。シリサイド化に用いることができる金属材料としては、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、ネオジム(Nd)、クロム(Cr)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)等が挙げられる。また、レーザー光の照射などによってもシリサイド領域を形成することができる。 In order to further reduce the resistance of the source and drain, a silicide region in which a part of the semiconductor layer 702 and the semiconductor layer 704 is silicided may be formed. Silicidation is performed by bringing a metal into contact with the semiconductor layer and reacting silicon in the semiconductor layer with the metal by heat treatment (eg, GRTA method, LRTA method, etc.). Cobalt silicide or nickel silicide may be formed as the silicide region. When the semiconductor layer 702 or the semiconductor layer 704 is thin, the silicide reaction may be advanced to the bottom of the semiconductor layer 702 or the semiconductor layer 704. Metal materials that can be used for silicidation include titanium (Ti), nickel (Ni), tungsten (W), molybdenum (Mo), cobalt (Co), zirconium (Zr), hafnium (Hf), and tantalum (Ta). ), Vanadium (V), neodymium (Nd), chromium (Cr), platinum (Pt), palladium (Pd), and the like. Further, the silicide region can also be formed by laser light irradiation or the like.

上述の工程により、nチャネル型トランジスタ732およびpチャネル型トランジスタ734が形成される。なお、図25(C)に示す段階では、ソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜は形成されていないが、これらのソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜を含めてトランジスタと呼ぶこともある。 Through the above steps, an n-channel transistor 732 and a p-channel transistor 734 are formed. Note that although a conductive film functioning as a source electrode or a drain electrode is not formed in the stage illustrated in FIG. 25C, the conductive film functioning as the source electrode or the drain electrode may be referred to as a transistor. .

次に、nチャネル型トランジスタ732、pチャネル型トランジスタ734を覆うように絶縁膜736を形成する(図25(D)参照)。絶縁膜736は必ずしも設ける必要はないが、絶縁膜736を形成することで、アルカリ金属やアルカリ土類金属などの不純物がnチャネル型トランジスタ732、pチャネル型トランジスタ734に侵入することを防止できる。具体的には、絶縁膜736を、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなどの材料を用いて形成するのが望ましい。本実施の形態では、膜厚600nm程度の窒化酸化シリコン膜を、絶縁膜736として用いる。この場合、上述の水素化の工程は、該窒化酸化シリコン膜形成後に行っても良い。なお、本実施の形態においては、絶縁膜736を単層構造としているが、積層構造としても良いことはいうまでもない。例えば、2層構造とする場合には、酸化窒化シリコン膜と窒化酸化シリコン膜との積層構造とすることができる。 Next, an insulating film 736 is formed so as to cover the n-channel transistor 732 and the p-channel transistor 734 (see FIG. 25D). Although the insulating film 736 is not necessarily provided, the formation of the insulating film 736 can prevent impurities such as an alkali metal and an alkaline earth metal from entering the n-channel transistor 732 and the p-channel transistor 734. Specifically, the insulating film 736 is preferably formed using a material such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, aluminum nitride, or aluminum oxide. In this embodiment, a silicon nitride oxide film with a thickness of about 600 nm is used as the insulating film 736. In this case, the above-described hydrogenation step may be performed after the silicon nitride oxide film is formed. Note that although the insulating film 736 has a single-layer structure in this embodiment, it is needless to say that a stacked structure may be used. For example, in the case of a two-layer structure, a stacked structure of a silicon oxynitride film and a silicon nitride oxide film can be used.

次に、nチャネル型トランジスタ732、pチャネル型トランジスタ734を覆うように、絶縁膜736上に絶縁膜738を形成する。絶縁膜738は、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機材料を用いて形成するとよい。また、上記有機材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)、シロキサン系樹脂、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)、アルミナ等を用いることもできる。ここで、シロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたSi−O−Si結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は、置換基に水素の他、フッ素、アルキル基、芳香族炭化水素から選ばれる一を有していても良い。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁膜738を形成しても良い。 Next, an insulating film 738 is formed over the insulating film 736 so as to cover the n-channel transistor 732 and the p-channel transistor 734. The insulating film 738 is preferably formed using a heat-resistant organic material such as polyimide, acrylic, benzocyclobutene, polyamide, or epoxy. In addition to the above organic materials, low dielectric constant materials (low-k materials), siloxane resins, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, PSG (phosphorus glass), BPSG (phosphorus boron glass) Alumina or the like can also be used. Here, the siloxane-based resin corresponds to a resin including a Si—O—Si bond formed using a siloxane-based material as a starting material. The siloxane-based resin may have one selected from fluorine, an alkyl group, and an aromatic hydrocarbon in addition to hydrogen as a substituent. Note that the insulating film 738 may be formed by stacking a plurality of insulating films formed using these materials.

絶縁膜738の形成には、その材料に応じて、CVD法、スパッタ法、SOG法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等)、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター等を用いることができる。 For the formation of the insulating film 738, CVD method, sputtering method, SOG method, spin coating, dipping, spray coating, droplet discharge method (ink jet method, screen printing, offset printing, etc.), doctor knife, A roll coater, curtain coater, knife coater, or the like can be used.

次に、半導体層702と半導体層704の一部が露出するように絶縁膜736および絶縁膜738にコンタクトホールを形成する。そして、該コンタクトホールを介して半導体層702に接する導電膜740および導電膜742と、半導体層704に接する導電膜744および導電膜746を形成する(図26(A)参照)。導電膜740、導電膜742、導電膜744、導電膜746は、トランジスタのソース電極またはドレイン電極として機能する。なお、本実施の形態においては、コンタクトホール開口時のエッチングに用いるガスとしてCHFとHeの混合ガスを用いたが、これに限定されるものではない。 Next, contact holes are formed in the insulating film 736 and the insulating film 738 so that the semiconductor layer 702 and part of the semiconductor layer 704 are exposed. Then, a conductive film 740 and a conductive film 742 which are in contact with the semiconductor layer 702 through the contact holes, and a conductive film 744 and a conductive film 746 which are in contact with the semiconductor layer 704 are formed (see FIG. 26A). The conductive film 740, the conductive film 742, the conductive film 744, and the conductive film 746 function as a source electrode or a drain electrode of the transistor. In the present embodiment, a mixed gas of CHF 3 and He is used as a gas used for etching when the contact hole is opened. However, the present invention is not limited to this.

導電膜740、導電膜742、導電膜744、導電膜746は、CVD法やスパッタリング法等により形成することができる。材料としては、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、マンガン(Mn)、ネオジム(Nd)、炭素(C)、珪素(Si)等を用いることができる。また、上記材料を主成分とする合金を用いても良いし、上記材料を含む化合物を用いても良い。また、導電膜740、導電膜742、導電膜744、導電膜746は、単層構造としても良いし、積層構造としても良い。 The conductive film 740, the conductive film 742, the conductive film 744, and the conductive film 746 can be formed by a CVD method, a sputtering method, or the like. Materials include aluminum (Al), tungsten (W), titanium (Ti), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), nickel (Ni), platinum (Pt), copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), manganese (Mn), neodymium (Nd), carbon (C), silicon (Si), or the like can be used. Alternatively, an alloy containing the above material as its main component or a compound containing the above material may be used. The conductive film 740, the conductive film 742, the conductive film 744, and the conductive film 746 may have a single-layer structure or a stacked structure.

アルミニウムを主成分とする合金の例としては、アルミニウムを主成分として、ニッケルを含むものを挙げることができる。また、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素または珪素の一方または両方を含むものを挙げることができる。アルミニウムやアルミニウムシリコン(Al−Si)は抵抗値が低く、安価であるため、導電膜740、導電膜742、導電膜744、導電膜746を形成する材料として適している。特に、アルミニウムシリコンは、パターニングの際のレジストベークによるヒロックの発生を抑制することができるため好ましい。また、珪素の代わりに、アルミニウムに0.5%程度のCuを混入させた材料を用いても良い。 As an example of an alloy containing aluminum as a main component, an alloy containing aluminum as a main component and containing nickel can be given. Further, examples include aluminum as a main component and one or both of nickel and carbon or silicon. Aluminum and aluminum silicon (Al—Si) have low resistance and are inexpensive, and thus are suitable as materials for forming the conductive films 740, 742, 744, and 746. In particular, aluminum silicon is preferable because generation of hillocks due to resist baking during patterning can be suppressed. Further, instead of silicon, a material in which about 0.5% Cu is mixed in aluminum may be used.

導電膜740、導電膜742、導電膜744、導電膜746を積層構造とする場合には、例えば、バリア膜とアルミニウムシリコン膜とバリア膜の積層構造、バリア膜とアルミニウムシリコン膜と窒化チタン膜とバリア膜の積層構造などを採用するとよい。なお、バリア膜とは、チタン、チタンの窒化物、モリブデンまたはモリブデンの窒化物などを用いて形成された膜である。バリア膜の間にアルミニウムシリコン膜を挟むように導電膜を形成すると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生をより一層防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタンを用いてバリア膜を形成すると、半導体層702と半導体層704上に薄い酸化膜が形成されていたとしても、バリア膜に含まれるチタンが該酸化膜を還元し、導電膜740および導電膜742と半導体層702とのコンタクト、導電膜744および導電膜746と半導体層704とのコンタクトを良好なものとすることができる。また、バリア膜を複数積層するようにして用いても良い。その場合、例えば、導電膜740乃至導電膜746を、下層からチタン、窒化チタン、アルミニウムシリコン、チタン、窒化チタンのように、5層構造またはそれ以上の積層構造とすることもできる。 In the case where the conductive film 740, the conductive film 742, the conductive film 744, and the conductive film 746 have a stacked structure, for example, a stacked structure of a barrier film, an aluminum silicon film, and a barrier film, a barrier film, an aluminum silicon film, and a titanium nitride film A laminated structure of barrier films may be employed. Note that a barrier film is a film formed using titanium, titanium nitride, molybdenum, molybdenum nitride, or the like. When a conductive film is formed so that an aluminum silicon film is sandwiched between barrier films, generation of hillocks of aluminum or aluminum silicon can be further prevented. In addition, when a barrier film is formed using titanium which is a highly reducing element, even if a thin oxide film is formed over the semiconductor layer 702 and the semiconductor layer 704, titanium contained in the barrier film forms the oxide film. By reduction, the contact between the conductive films 740 and 742 and the semiconductor layer 702 and the contact between the conductive films 744 and 746 and the semiconductor layer 704 can be favorable. Alternatively, a plurality of barrier films may be stacked. In that case, for example, the conductive films 740 to 746 can have a five-layer structure or a stacked structure of more layers such as titanium, titanium nitride, aluminum silicon, titanium, and titanium nitride from the lower layer.

また、導電膜740、導電膜742、導電膜744、導電膜746として、WFガスとSiHガスから化学気相成長法で形成したタングステンシリサイドを用いても良い。また、WFを水素還元して形成したタングステンを、導電膜740、導電膜742、導電膜744、導電膜746として用いても良い。 Alternatively, tungsten silicide formed by a chemical vapor deposition method using WF 6 gas and SiH 4 gas may be used for the conductive films 740, 742, 744, and 746. Alternatively, tungsten formed by hydrogen reduction of WF 6 may be used for the conductive films 740, 742, 744, and 746.

なお、導電膜740および導電膜742はnチャネル型トランジスタ732の高濃度不純物領域720に接続されている。導電膜744および導電膜746はpチャネル型トランジスタ734の高濃度不純物領域726に接続されている。 Note that the conductive films 740 and 742 are connected to the high-concentration impurity regions 720 of the n-channel transistor 732. The conductive films 744 and 746 are connected to the high concentration impurity region 726 of the p-channel transistor 734.

図26(B)に、図26(A)に示したnチャネル型トランジスタ732およびpチャネル型トランジスタ734の平面図を示す。ここで、図26(B)のA−Bにおける断面が図26(A)に対応している。ただし、図26(B)においては、簡単のため、絶縁膜736、絶縁膜738、導電膜740、導電膜742、導電膜744、導電膜746等を省略している。 FIG. 26B is a plan view of the n-channel transistor 732 and the p-channel transistor 734 illustrated in FIG. Here, a cross section taken along line AB in FIG. 26B corresponds to FIG. Note that in FIG. 26B, the insulating film 736, the insulating film 738, the conductive film 740, the conductive film 742, the conductive film 744, the conductive film 746, and the like are omitted for simplicity.

なお、本実施の形態においては、nチャネル型トランジスタ732とpチャネル型トランジスタ734が、それぞれゲート電極として機能する電極を1つずつ有する場合(電極708、電極710を有する場合)を例示しているが、開示する発明の一態様は該構成に限定されない。トランジスタは、ゲート電極として機能する電極を複数有し、なおかつ該複数の電極が電気的に接続されているマルチゲート構造を有していても良い。 Note that in this embodiment, the case where the n-channel transistor 732 and the p-channel transistor 734 each have one electrode functioning as a gate electrode (when the electrode 708 and the electrode 710 are included) is illustrated. However, one embodiment of the disclosed invention is not limited to the structure. The transistor may have a multi-gate structure in which a plurality of electrodes functioning as gate electrodes are provided and the plurality of electrodes are electrically connected.

本実施の形態では、貼り合わせが終端する領域又はその近傍領域に形成されるデッドスペースを有効に利用して、表面の荒れを抑制した良好な半導体層を有するSOI基板を用いているため、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。また、SOI基板として用いることができる領域が減じるのを抑制することができる。なお、本実施の形態で示した構成は、他の実施の形態で示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 In this embodiment mode, an SOI substrate having a good semiconductor layer in which surface roughness is suppressed by effectively using a dead space formed in a region where bonding is terminated or a region near the region is used. The yield of the apparatus can be improved. In addition, a reduction in the area that can be used as an SOI substrate can be suppressed. Note that the structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments.

本実施例では、開口部の形成の有無によるSOI層の表面状態について観察した実験結果を示す。以下、図面を参照してその結果について説明する。 In this example, experimental results obtained by observing the surface state of the SOI layer depending on whether or not an opening is formed are shown. Hereinafter, the results will be described with reference to the drawings.

試料としては、ガラス基板上に単結晶シリコン基板から分離したシリコン層を設けたもの(レーザー光照射前)を用意した。具体的には、開口部を形成せずに貼り合わせを行った試料(試料A)、ガラスペンによってガラス基板に傷(開口部)を付けて閉じられた領域を形成した試料(試料B)、レーザー照射によってガラス基板に傷(開口部)を付けて閉じられた領域を形成した試料(試料C)の3種類を用意した。試料の作製方法の詳細は、実施の形態2等と同様である。なお、ここでは、シリコン層の分離後にシリコン層表面にエッチング処理を行い、その後、レーザー光を照射している。試料Aは、開口部を形成しないことで作製することができる。 As a sample, a glass substrate provided with a silicon layer separated from a single crystal silicon substrate (before laser light irradiation) was prepared. Specifically, a sample (sample A) that was bonded without forming an opening, a sample (sample B) that formed a closed region by scratching (opening) a glass substrate with a glass pen, Three types of samples (sample C) were prepared in which a closed area was formed by scratching (opening) the glass substrate by laser irradiation. The details of the sample manufacturing method are the same as those in the second embodiment. Here, after the silicon layer is separated, the surface of the silicon layer is subjected to etching treatment, and then laser light is irradiated. Sample A can be produced by not forming an opening.

図27、図28、図29には、5インチの単結晶シリコン基板を分離してガラス基板上にシリコン層を形成した直後のシリコン層の表面の様子を示す。図27は試料Aの様子を、図28は試料Bの様子を、図29は試料Cの様子をそれぞれ示している。なお、図27(B)、図28(B)、図29(B)はそれぞれ、図27(A)、図28(A)、図29(A)の部分拡大写真(顕微鏡写真)である。 27, 28, and 29 show the state of the surface of the silicon layer immediately after the 5-inch single crystal silicon substrate is separated and a silicon layer is formed on the glass substrate. 27 shows the state of the sample A, FIG. 28 shows the state of the sample B, and FIG. 29 shows the state of the sample C. FIGS. 27B, 28B, and 29B are partially enlarged photographs (micrographs) of FIGS. 27A, 28A, and 29A, respectively.

試料B、試料Cにおいては、図中右下部分(角部:図中、破線の円で囲まれた部位)に、開口部により形成される閉じられた領域を形成した(図28(A)、図29(A)参照)。また、図27(A)、図28(A)、図29(A)のいずれも図面の右下の角部の領域においてガラス基板と単結晶シリコン基板とを一部接着させ、左上の方向に貼り合わせを進行させ貼り合わせを完了させた。試料A、試料B、試料Cのいずれにおいても図面の左上の貼り合わせ終端領域に黒いドットで示すように微小空気が閉じこめられた領域が形成されていることが確認された。 In Sample B and Sample C, a closed region formed by the opening was formed in the lower right part of the figure (corner: a part surrounded by a broken circle in the figure) (FIG. 28A). FIG. 29 (A)). In each of FIGS. 27A, 28A, and 29A, the glass substrate and the single crystal silicon substrate are partially bonded in the lower right corner region of the drawing, and the upper left direction is reached. The pasting was advanced to complete the pasting. In any of Sample A, Sample B, and Sample C, it was confirmed that a region in which minute air was confined was formed as indicated by a black dot in the bonding termination region at the upper left of the drawing.

図27(B)、図28(B)、図29(B)から、開口部を形成することにより閉じられた領域を形成した試料(試料B、試料C)では、開口部を形成しない試料(試料A)と比較してシリコン層の表面荒れが抑制されていることが分かる。 27B, 28B, and 29B, the sample (sample B and sample C) in which the closed region is formed by forming the opening (sample B, sample C) does not form the opening ( It can be seen that the surface roughness of the silicon layer is suppressed compared to sample A).

次に、開口部の配置により形成された閉じられた領域の直径と、シリコン層中の欠損の数(検出数)との関係を図30(A)および図30(B)に示す。ここで、検出数は、パターン検査機によって検出した直径が1μm以上の大きさの欠損の数をいう。なお、上記パターン検査機は光学顕微鏡と画像解析を応用した装置である。 Next, FIG. 30A and FIG. 30B show the relationship between the diameter of the closed region formed by the arrangement of the opening and the number of defects (detection number) in the silicon layer. Here, the number of detections refers to the number of defects having a diameter of 1 μm or more detected by a pattern inspection machine. The pattern inspection machine is an apparatus applying an optical microscope and image analysis.

図30から、開口部を形成することにより設けられた閉じられた領域の直径が大きくなるほど、欠損の検出数が低減されていることが分かる。また、開口部を形成しない場合(開口部の形成による貼り合わない領域の直径が0mmの場合)と比較すると、開口部の形成による閉じられた領域が小さい場合(例えば、閉じられた領域の直径が1mmの場合)であっても、検出数は著しく低減している。このことから開口部を形成することによって閉じられた領域を形成することは、シリコン層の欠損を抑制するために極めて有効であることが分かる。 FIG. 30 shows that the number of detected defects is reduced as the diameter of the closed region provided by forming the opening is increased. Further, when compared with a case where no opening is formed (when the diameter of the non-bonded region due to the formation of the opening is 0 mm), the closed region due to the formation of the opening is small (for example, the diameter of the closed region). Even when the value is 1 mm), the number of detections is significantly reduced. From this, it can be seen that forming the closed region by forming the opening is extremely effective for suppressing the defect of the silicon layer.

図31および図32に、開口部の形成による閉じられた領域を形成しない試料の表面のラフネスと、開口部の形成による閉じられた領域を形成した試料の表面のラフネスと、を比較した結果を示す。図31(A)は、算術平均粗さ(Ra)を示し、図31(B)は、最大高低差(P−V)を示し、図32は、二乗平均平方根粗さ(RMS)を示す。 FIG. 31 and FIG. 32 show the results of comparing the roughness of the surface of the sample that does not form the closed region due to the formation of the opening and the roughness of the surface of the sample that forms the closed region due to the formation of the opening. Show. FIG. 31 (A) shows the arithmetic average roughness (Ra), FIG. 31 (B) shows the maximum height difference (P−V), and FIG. 32 shows the root mean square roughness (RMS).

図31(A)より、開口部の形成による閉じられた領域を形成しない試料ではRaが7.0nmより大きいものが存在するのに対して、開口部の形成による閉じられた領域を形成した試料ではRaが6.0nm以下になっていることが分かる。また、図31(B)より、開口部の形成による閉じられた領域を形成しない試料ではP−Vが150nmより大きいものが存在するのに対して、開口部の形成による閉じられた領域を形成した試料ではP−Vが150nm以下になっていることが分かる。また、図32より、開口部の形成による閉じられた領域を形成しない試料ではRMSが10nmより大きいものが存在するのに対して、開口部の形成による閉じられた領域を形成した試料ではRMSが10nm以下になっていることが分かる。 From FIG. 31A, there is a sample in which Ra is larger than 7.0 nm among samples that do not form a closed region due to the formation of the opening, whereas a sample in which the closed region is formed due to the formation of the opening. Then, it can be seen that Ra is 6.0 nm or less. In addition, as shown in FIG. 31B, a sample that does not form a closed region due to the formation of the opening has a PV of greater than 150 nm, whereas a closed region due to the formation of the opening is formed. It can be seen that P-V is 150 nm or less in the obtained sample. Further, from FIG. 32, there is a sample in which the RMS is larger than 10 nm in the sample that does not form the closed region due to the formation of the opening, whereas the RMS in the sample in which the closed region is formed due to the formation of the opening. It turns out that it is 10 nm or less.

以上、本実施例により、開示する発明の一態様の有効性が確認された。具体的には、本実施例では、半導体層の欠損の数密度、5個/cm以下が達成された。なお、開示する発明の一態様では、半導体層の欠損数を十分に抑制することができるため、後にレーザー光を照射する場合であっても、欠損数の増加や、欠損の大型化を抑制することが可能である。このように、開示する発明の一態様は、レーザー光の照射と組み合わせて用いる場合には非常に効果的である。なお、本実施例では、貼り合わせの開始位置に開口部の形成による閉じられた領域を形成した例について説明した。該閉じられた領域を貼り合わせが終了する領域(開口部の形成なしに形成される微小空気が閉じこめられた領域、または該領域の近傍)に形成することにより、従来デッドスペースとなっていた領域を有効に利用しつつ、表面荒れを抑制することが可能となる。 As described above, the effectiveness of one embodiment of the disclosed invention has been confirmed by this example. Specifically, in this example, the number density of defects in the semiconductor layer, 5 pieces / cm 2 or less, was achieved. Note that in one embodiment of the disclosed invention, the number of defects in a semiconductor layer can be sufficiently suppressed, so that an increase in the number of defects and an increase in size of defects are suppressed even when laser light is irradiated later. It is possible. Thus, one embodiment of the disclosed invention is very effective when used in combination with laser light irradiation. In this embodiment, an example in which a closed region is formed by forming an opening at the bonding start position has been described. A region that has been a dead space in the past by forming the closed region in a region where bonding is completed (a region in which minute air formed without forming an opening is confined or in the vicinity of the region) It is possible to suppress the surface roughness while effectively utilizing.

本実施例では、変形例の効果について確認した。以下、図面を参照してその結果について説明する。 In this example, the effect of the modification was confirmed. Hereinafter, the results will be described with reference to the drawings.

試料として、開口部の形成による閉じられた領域を形成しないもの(1サンプル)と、レーザー照射によってガラス基板に傷(凹部)を付けて閉じられた領域を形成したもの(2サンプル)を用意した。試料の作製方法の詳細は、実施の形態2等と同様である。なお、当該試料では、シリコン層の分離後にシリコン層表面にエッチング処理を行うことなく、レーザー光を照射している。 Samples that did not form a closed region due to the formation of the opening (1 sample) and samples that formed a closed region by scratching the glass substrate by laser irradiation (2 samples) were prepared. . The details of the sample manufacturing method are the same as those in the second embodiment. Note that the sample is irradiated with laser light without etching the surface of the silicon layer after the silicon layer is separated.

上記試料に関して、シリコン層中の欠損の数を図33に示す。ここで、検出数は、パターン検査機によって検出した直径が1μm以上の大きさの欠損の数をいう。なお、上記パターン検査機は光学顕微鏡と画像解析を応用した装置である。 FIG. 33 shows the number of defects in the silicon layer for the sample. Here, the number of detections refers to the number of defects having a diameter of 1 μm or more detected by a pattern inspection machine. The pattern inspection machine is an apparatus applying an optical microscope and image analysis.

図33から、開口部の形成による閉じられた領域を形成した試料では、欠損の検出数が著しく低減されていることが分かる。このことから開口部の形成による閉じられた領域を形成することは、シリコン層の欠損を抑制するために極めて有効であることが分かる。 FIG. 33 shows that the number of defects detected is significantly reduced in the sample in which the closed region is formed by the formation of the opening. From this, it can be seen that the formation of the closed region by the formation of the opening is extremely effective for suppressing defects in the silicon layer.

なお、本実施例では、シリコン層表面にエッチング処理を行うことなくレーザー光を照射しているため、シリコン層表面にエッチング処理を施した後にレーザー光を照射する場合と比較して、シリコン層が厚い状態でレーザー光を照射することになる。このため、欠損数をいっそう低減することが可能となっている。具体的には、本実施例では、半導体層の欠損の数密度、1個/cm以下が達成された。このように、開示する発明の一態様は、レーザー光の照射と組み合わせて用いる場合には非常に効果的である。 In this embodiment, since the laser beam is irradiated on the surface of the silicon layer without performing the etching process, the silicon layer is compared with the case where the laser beam is irradiated after the etching process is performed on the surface of the silicon layer. The laser beam is irradiated in a thick state. For this reason, it is possible to further reduce the number of defects. Specifically, in this example, the number density of defects in the semiconductor layer, 1 / cm 2 or less, was achieved. Thus, one embodiment of the disclosed invention is very effective when used in combination with laser light irradiation.

100 ベース基板
102 窒素含有層
110 単結晶半導体基板
112 脆化領域
114 絶縁層
115 酸化膜
116 単結晶半導体層
118 単結晶半導体層
120 半導体層
126 周縁部
128 領域
129 領域
132 レーザー光
140 開口部
142 開口部
144 開口部
146 周縁部
150 貼り合わせ開始領域
160 空隙
170 領域
180 単結晶半導体基板
700 半導体層
702 半導体層
704 半導体層
706 ゲート絶縁膜
708 電極
710 電極
712 不純物領域
714 不純物領域
716 サイドウォール
718 サイドウォール
720 高濃度不純物領域
722 低濃度不純物領域
724 チャネル形成領域
726 高濃度不純物領域
728 低濃度不純物領域
730 チャネル形成領域
732 nチャネル型トランジスタ
734 pチャネル型トランジスタ
736 絶縁膜
738 絶縁膜
740 導電膜
742 導電膜
744 導電膜
746 導電膜
1300 ベース基板
1302 開口部
1400 ベース基板
1402 開口部
1404 開口部
1406 開口部
1500 ベース基板
1502 領域
1510 単結晶半導体基板
1512 脆化領域
1514 絶縁層
1516 単結晶半導体層
1600 ベース基板
1602 領域
1610 単結晶半導体基板
1612 脆化領域
1614 絶縁層
1616 単結晶半導体層
100 base substrate 102 nitrogen-containing layer 110 single crystal semiconductor substrate 112 embrittled region 114 insulating layer 115 oxide film 116 single crystal semiconductor layer 118 single crystal semiconductor layer 120 semiconductor layer 126 peripheral portion 128 region 129 region 132 laser light 140 opening 142 opening Portion 144 Opening 146 Peripheral portion 150 Bonding start region 160 Void 170 Region 180 Single crystal semiconductor substrate 700 Semiconductor layer 702 Semiconductor layer 704 Semiconductor layer 706 Gate insulating film 708 Electrode 710 Electrode 712 Impurity region 714 Impurity region 716 Side wall 718 Side wall 720 High concentration impurity region 722 Low concentration impurity region 724 Channel formation region 726 High concentration impurity region 728 Low concentration impurity region 730 Channel formation region 732 n channel transistor 734 p channel type Transistor 736 insulating film 738 insulating film 740 conductive film 742 conductive film 744 conductive film 746 conductive film 1300 base substrate 1302 opening 1400 base substrate 1402 opening 1404 opening 1406 opening 1500 base substrate 1502 region 1510 single crystal semiconductor substrate 1512 embrittlement Region 1514 Insulating layer 1516 Single crystal semiconductor layer 1600 Base substrate 1602 Region 1610 Single crystal semiconductor substrate 1612 Embrittlement region 1614 Insulating layer 1616 Single crystal semiconductor layer

Claims (14)

ボンド基板にイオンを照射して前記ボンド基板に脆化領域を形成し、
前記ボンド基板又はベース基板の表面に開口部を形成し、
絶縁層を間に挟んで前記ボンド基板と前記ベース基板とを貼り合わせる際に、前記ボンド基板が有する四隅のうちの一端から貼り合わせを進行させ、前記一端に対向する他端の領域に前記開口部を配置することによって前記ベース基板と前記ボンド基板とが貼り合わない領域であって、かつ前記ベース基板と前記ボンド基板とによって外周が閉じられた領域を形成し、
熱処理を施すことにより、前記脆化領域において前記ボンド基板を分離して、前記ベース基板上に半導体層を形成することを特徴とするSOI基板の作製方法。
Irradiating the bond substrate with ions to form an embrittled region in the bond substrate,
Forming an opening in the surface of the bond substrate or base substrate;
When the bond substrate and the base substrate are bonded together with an insulating layer interposed therebetween, the bonding is advanced from one end of the four corners of the bond substrate, and the opening is formed in the other end region facing the one end. A region where the base substrate and the bond substrate are not bonded to each other by disposing a portion, and an outer periphery is closed by the base substrate and the bond substrate;
A method for manufacturing an SOI substrate, comprising performing heat treatment to separate the bond substrate in the embrittled region and form a semiconductor layer over the base substrate.
略四角形状のボンド基板にイオンを照射して前記ボンド基板に脆化領域を形成し、
前記ボンド基板又はベース基板の表面に開口部を形成し、
絶縁層を間に挟んで前記ボンド基板と前記ベース基板とを貼り合わせる際に、前記ボンド基板の一つの角部から貼り合わせを進行させ、前記角部に対向する他の角部に前記開口部を配置することによって前記ベース基板と前記ボンド基板とが貼り合わない領域であって、かつ前記ベース基板と前記ボンド基板とによって外周が閉じられた領域を形成し、
熱処理を施すことにより、前記脆化領域において前記ボンド基板を分離して、前記ベース基板上に半導体層を形成することを特徴とするSOI基板の作製方法。
Irradiating ions to a substantially rectangular bond substrate to form an embrittled region in the bond substrate,
Forming an opening in the surface of the bond substrate or base substrate;
When the bond substrate and the base substrate are bonded to each other with an insulating layer interposed therebetween, the bonding proceeds from one corner of the bond substrate, and the opening is formed at the other corner facing the corner. Forming a region where the base substrate and the bond substrate are not bonded to each other, and an outer periphery is closed by the base substrate and the bond substrate,
A method for manufacturing an SOI substrate, comprising performing heat treatment to separate the bond substrate in the embrittled region and form a semiconductor layer over the base substrate.
ボンド基板上に絶縁層を形成し、
前記ボンド基板にイオンを照射して前記ボンド基板に脆化領域を形成し、
ベース基板上に窒素含有層を形成し、
前記窒素含有層が形成された前記ベース基板の表面に開口部を形成し、
前記絶縁層及び前記窒素含有層を間に挟んで前記ボンド基板と前記ベース基板とを貼り合わせる際に、前記ボンド基板の一つの角部から貼り合わせを進行させ、前記角部に対向する他の角部に前記開口部を配置することによって前記ベース基板と前記ボンド基板とが貼り合わない領域であって、かつ前記ベース基板と前記ボンド基板とによって外周が閉じられた領域を形成し、
熱処理を施すことにより、前記脆化領域において前記ボンド基板を分離して、前記ベース基板上に半導体層を形成することを特徴とするSOI基板の作製方法。
Forming an insulating layer on the bond substrate;
Irradiating the bond substrate with ions to form an embrittled region in the bond substrate,
Forming a nitrogen-containing layer on the base substrate;
Forming an opening in the surface of the base substrate on which the nitrogen-containing layer is formed;
When the bond substrate and the base substrate are bonded to each other with the insulating layer and the nitrogen-containing layer interposed therebetween, the bonding proceeds from one corner of the bond substrate, and the other facing the corner By forming the opening at the corner, the base substrate and the bond substrate are not bonded to each other, and the outer periphery is closed by the base substrate and the bond substrate,
A method for manufacturing an SOI substrate, comprising performing heat treatment to separate the bond substrate in the embrittled region and form a semiconductor layer over the base substrate.
ボンド基板上に絶縁層を形成し、
前記ボンド基板にイオンを照射して前記ボンド基板に脆化領域を形成し、
ベース基板の表面に開口部を形成し、
前記開口部が形成された前記ベース基板上に窒素含有層を形成し、
前記絶縁層及び前記窒素含有層を間に挟んで前記ボンド基板と前記ベース基板とを貼り合わせる際に、前記ボンド基板の一つの角部から貼り合わせを進行させ、前記角部に対向する他の角部に前記開口部を配置することによって前記ベース基板と前記ボンド基板とが貼り合わない領域であって、かつ前記ベース基板と前記ボンド基板とによって外周が閉じられた領域を形成し、
熱処理を施すことにより、前記脆化領域において前記ボンド基板を分離して、前記ベース基板上に半導体層を形成することを特徴とするSOI基板の作製方法。
Forming an insulating layer on the bond substrate;
Irradiating the bond substrate with ions to form an embrittled region in the bond substrate,
Forming an opening on the surface of the base substrate,
Forming a nitrogen-containing layer on the base substrate in which the opening is formed;
When the bond substrate and the base substrate are bonded to each other with the insulating layer and the nitrogen-containing layer interposed therebetween, the bonding proceeds from one corner of the bond substrate, and the other facing the corner By forming the opening at the corner, the base substrate and the bond substrate are not bonded to each other, and the outer periphery is closed by the base substrate and the bond substrate,
A method for manufacturing an SOI substrate, comprising performing heat treatment to separate the bond substrate in the embrittled region and form a semiconductor layer over the base substrate.
複数のボンド基板上に絶縁層を形成し、
前記複数のボンド基板にイオンを照射して前記複数のボンド基板に脆化領域をそれぞれ形成し、
ベース基板上に窒素含有層を形成し、
前記窒素含有層が形成されたベース基板の表面に複数の開口部を形成し、
前記絶縁層及び前記窒素含有層を間に挟んで前記複数のボンド基板と前記ベース基板とを貼り合わせる際に、前記複数のボンド基板のそれぞれの一つの角部から貼り合わせを進行させ、前記角部に対向する他の角部に前記複数の開口部のうちの一をそれぞれ配置することによって前記ベース基板と前記複数のボンド基板とが貼り合わない領域であって、かつ前記ベース基板と前記複数のボンド基板とによって外周が閉じられた領域をそれぞれ形成し、
熱処理を施すことにより、前記脆化領域において前記複数のボンド基板を分離して、前記ベース基板上に複数の半導体層を形成することを特徴とするSOI基板の作製方法。
Forming an insulating layer on a plurality of bond substrates;
Irradiating the plurality of bond substrates with ions to form embrittled regions in the plurality of bond substrates,
Forming a nitrogen-containing layer on the base substrate;
Forming a plurality of openings on the surface of the base substrate on which the nitrogen-containing layer is formed;
When the plurality of bond substrates and the base substrate are bonded to each other with the insulating layer and the nitrogen-containing layer interposed therebetween, the bonding proceeds from one corner of each of the plurality of bond substrates, and the corners The base substrate and the plurality of bond substrates are not bonded to each other by disposing one of the plurality of openings at other corners facing the portion, and the base substrate and the plurality Each of which has an outer periphery closed by the bond substrate,
A method for manufacturing an SOI substrate, comprising performing heat treatment to separate the plurality of bond substrates in the embrittled region and to form a plurality of semiconductor layers over the base substrate.
複数のボンド基板上に絶縁層を形成し、
前記複数のボンド基板にイオンを照射して前記複数のボンド基板に脆化領域をそれぞれ形成し、
ベース基板の表面に複数の開口部を形成し、
前記複数の開口部が形成された前記ベース基板上に窒素含有層を形成し、
前記絶縁層及び前記窒素含有層を間に挟んで前記複数のボンド基板と前記ベース基板とを貼り合わせる際に、前記複数のボンド基板のそれぞれの一つの角部から貼り合わせを進行させ、前記角部に対向する他の角部に前記複数の開口部のうちの一をそれぞれ配置することによって前記ベース基板と前記複数のボンド基板とが貼り合わない領域であって、かつ前記ベース基板と前記複数のボンド基板とによって外周が閉じられた領域をそれぞれ形成し、
熱処理を施すことにより、前記脆化領域において前記複数のボンド基板を分離して、前記ベース基板上に複数の半導体層を形成することを特徴とするSOI基板の作製方法。
Forming an insulating layer on a plurality of bond substrates;
Irradiating the plurality of bond substrates with ions to form embrittled regions in the plurality of bond substrates,
A plurality of openings are formed on the surface of the base substrate,
Forming a nitrogen-containing layer on the base substrate in which the plurality of openings are formed;
When the plurality of bond substrates and the base substrate are bonded to each other with the insulating layer and the nitrogen-containing layer interposed therebetween, the bonding proceeds from one corner of each of the plurality of bond substrates, and the corners The base substrate and the plurality of bond substrates are not bonded to each other by disposing one of the plurality of openings at other corners facing the portion, and the base substrate and the plurality Each of which has an outer periphery closed by the bond substrate,
A method for manufacturing an SOI substrate, comprising performing heat treatment to separate the plurality of bond substrates in the embrittled region and to form a plurality of semiconductor layers over the base substrate.
請求項1乃至6のいずれか一において、
前記熱処理を施すことにより、前記ボンド基板中の前記貼り合わない領域であって閉じられた領域近傍に応力を発生させて、前記ボンド基板の分離を促進させるSOI基板の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 6,
A method for manufacturing an SOI substrate, in which by performing the heat treatment, stress is generated in the vicinity of the non-bonded region and the closed region in the bond substrate to promote separation of the bond substrate.
請求項1乃至請求項7のいずれか一において、
前記貼り合わない領域であって閉じられた領域の面積を、1.0mm以上とする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 an area of the non-bonded region and the closed region is 1.0 mm 2 or more.
請求項1乃至請求項8のいずれか一において、
前記半導体層にレーザー光の照射処理を行うSOI基板の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 8,
A method for manufacturing an SOI substrate, in which the semiconductor layer is irradiated with laser light.
請求項1乃至請求項9のいずれか一において、
前記熱処理の温度を500℃以下とするSOI基板の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 9,
A method for manufacturing an SOI substrate, wherein the temperature of the heat treatment is 500 ° C. or lower.
請求項1乃至請求項9のいずれか一において、
前記熱処理の温度を500℃以下で行い、前記脆化領域において前記ボンド基板を分離し、続けて500℃以上800℃以下の熱処理を行うことを特徴とするSOI基板の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 9,
A method for manufacturing an SOI substrate, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 500 ° C. or less, the bond substrate is separated in the embrittled region, and subsequently, a heat treatment is performed at a temperature of 500 ° C. to 800 ° C.
請求項1乃至請求項11のいずれか一において、
前記ベース基板は、ガラス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 11,
The method for manufacturing an SOI substrate, wherein the base substrate is a glass substrate.
請求項1乃至請求項11のいずれか一において、
前記ベース基板は、熱膨張係数が前記ボンド基板と10%以上異な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 11,
The method for manufacturing an SOI substrate, wherein the base substrate has a thermal expansion coefficient different from that of the bond substrate by 10% or more.
請求項1乃至請求項13のいずれか一に記載の作製方法を用いて前記半導体層の欠損の数密度を1個/cm以下としたSOI基板。 An SOI substrate in which the number density of defects in the semiconductor layer is set to 1 piece / cm 2 or less by using the manufacturing method according to claim 1.
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