JP2013093434A - Method for analyzing semiconductor substrate - Google Patents
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Abstract
Description
技術分野は、半導体基板の解析方法に関する。また、SOI基板の作製方法に関する。 The technical field relates to a method for analyzing a semiconductor substrate. Further, the present invention relates to a method for manufacturing an SOI substrate.
単層構造のシリコン基板の解析方法として、μ−PCD(Microwave−Photo Conductive Decay)法により得られた過剰キャリア密度の時間変化(減衰曲線)から、シリコン基板中の少数キャリアのライフタイム(バルクライフタイムτbともいう)を測定する手法が知られている(特許文献1参照)。 As a method for analyzing a silicon substrate having a single-layer structure, the lifetime of minority carriers in the silicon substrate (bulk life) is obtained from the time change (decay curve) of excess carrier density obtained by the μ-PCD (Microwave-Photo Conductive Decay) method. There is known a method for measuring time τ b (see Patent Document 1).
バルクライフタイムは、半導体のエネルギーギャップ中の欠陥や不純物に起因する準位(これらをまとめて欠陥準位と呼ぶ)の大小を示す指標の一つである。特にエネルギーギャップ中の深い位置に存在する欠陥準位は、キャリアの生成再結合中心としての性質が濃い。バルクライフタイムはキャリアが生成されてからそれらの準位を介して再結合によって消滅するまでの時間(寿命)の目安である。欠陥準位が多いほど再結合の頻度が増加するため、バルクライフタイムは減少する。 The bulk lifetime is one of the indices indicating the level of levels (collectively referred to as defect levels) caused by defects and impurities in the semiconductor energy gap. In particular, the defect level existing deep in the energy gap has a strong nature as a carrier recombination center. The bulk lifetime is a measure of the time (lifetime) from when carriers are generated until they disappear through recombination via their levels. Since the frequency of recombination increases as the number of defect levels increases, the bulk lifetime decreases.
また、例えば、単結晶シリコン基板においてその表面は結晶の周期性が断絶する箇所であり、表面ダングリングボンド等に伴う欠陥準位が存在する。表面再結合速度は表面における欠陥準位の大小を示す指標の一つである。 In addition, for example, the surface of a single crystal silicon substrate is where the crystal periodicity is broken, and there are defect levels associated with surface dangling bonds and the like. The surface recombination velocity is one of the indexes indicating the magnitude of the defect level on the surface.
また、μ−PCD法は、半導体基板等の試料を非破壊かつ非接触で測定することができるため、バルクライフタイム測定法として有効な手法である。以下にその原理を説明する。 The μ-PCD method is an effective method for measuring a bulk lifetime because it can measure a sample such as a semiconductor substrate in a non-destructive and non-contact manner. The principle will be described below.
試料の表面にレーザとマイクロ波(μ波ともいう)を同時に照射する。レーザ照射によって試料中に過剰キャリアが生成される。そして、レーザ照射を止めるとエネルギーギャップ中の欠陥準位を介した再結合により、一定時間後に熱平衡状態のキャリア密度に戻る。ここで、キャリア密度とμ波の反射率との相関を利用し、反射マイクロ波を検波することで、減衰中のキャリア密度の時間変化を追うことができる。レーザ照射を止めてから十分な時間が経つと、キャリア密度の減衰は最も時定数の長いモードのみが残り、減衰曲線は指数関数1つで表されるようになる。その最も長い時定数を一次モードのライフタイムτ1と呼ぶ。 The surface of the sample is irradiated with laser and microwave (also referred to as μ wave) at the same time. Excess carriers are generated in the sample by laser irradiation. When the laser irradiation is stopped, the carrier density returns to a thermal equilibrium state after a certain time due to recombination via defect levels in the energy gap. Here, by utilizing the correlation between the carrier density and the reflectance of the μ wave and detecting the reflected microwave, the time change of the carrier density during attenuation can be followed. When a sufficient time has passed after the laser irradiation is stopped, only the mode with the longest time constant remains for the carrier density attenuation, and the attenuation curve is represented by one exponential function. The longest time constant is called the primary mode lifetime τ 1 .
ここで、μ−PCD法から得られた一次モードのライフタイムτ1は一般に試料のバルクライフタイムτbよりも短くなる。一次モードのライフタイムτ1は表面再結合速度の寄与(表面でのキャリア消滅)とバルクライフタイムの寄与(バルク内でのキャリア消滅)の両方を含むためである。 Here, the lifetime τ 1 of the primary mode obtained from the μ-PCD method is generally shorter than the bulk lifetime τ b of the sample. This is because the lifetime τ 1 of the primary mode includes both the contribution of the surface recombination velocity (carrier annihilation on the surface) and the contribution of the bulk lifetime (carrier annihilation in the bulk).
μ−PCD法を用いてバルクライフタイムを測定するには、表面再結合速度を可能な限り0に近付けることで表面の影響を排除し、一次モードのライフタイムτ1をバルクライフタイムτbと近似するS−loweringという手法が知られている。この手法においては、例えば、熱酸化膜形成やケミカルパッシベーションといった表面処理が採用される。 In order to measure the bulk lifetime using the μ-PCD method, the surface recombination rate is made as close to 0 as possible to eliminate the influence of the surface, and the lifetime τ 1 of the first-order mode is changed to the bulk lifetime τ b . An approach called S-lowering is known. In this method, for example, surface treatment such as thermal oxide film formation or chemical passivation is employed.
シリコン基板にアルゴン等の不活性ガス雰囲気でアニールを施し、形成されたDZ(Denuded Zone)の一部をガラス基板、シリコン基板、サファイア基板等へ転載する場合、これを繰り返すうちに上記基板側のDZは薄膜化され、やがて消失してしまう。 When the silicon substrate is annealed in an inert gas atmosphere such as argon and a part of the formed DZ (Denuded Zone) is transferred to a glass substrate, silicon substrate, sapphire substrate, etc. DZ is thinned and eventually disappears.
一方で、μ−PCD法を用いた複数層構造(多層構造ともいう)を有する半導体基板の解析の試みは少なかった。表面近傍にDZを有し、内部にIG(Intrinsic Gettering)層を有する半導体基板について、DZの厚さの測定法は提案されていない。 On the other hand, there have been few attempts to analyze a semiconductor substrate having a multi-layer structure (also referred to as a multilayer structure) using the μ-PCD method. A method for measuring the thickness of DZ has not been proposed for a semiconductor substrate having DZ near the surface and having an IG (Intrinsic Gettering) layer inside.
そこで、本発明の一態様は、表面にDZを有する半導体基板において、該DZの残存有無を判定することを目的の一とする。 Thus, an object of one embodiment of the present invention is to determine whether or not DZ remains in a semiconductor substrate having DZ on the surface.
本発明の一態様は、表面近傍にDZを有し、内部にIG層を有する半導体基板に対して、表面再結合速度を1×104cm/sec以上に調整した第1のサンプルの一次モードのライフタイムτ11を測定し、一次モードのライフタイムτ11および下記数式を用いて、IG層のバルクライフタイムτIGを求め、第1のサンプルの表面再結合速度を1×102cm/sec以下に調整した第2のサンプルの一次モードのライフタイムτ12を測定し、一次モードのライフタイムτ12とIG層のバルクライフタイムτIGを比較し、一次モードのライフタイムτ12とIG層のバルクライフタイムτIGの差が0となったとき、DZが消失したと判定する半導体基板の解析方法である。 One embodiment of the present invention is a primary mode of a first sample in which a surface recombination velocity is adjusted to 1 × 10 4 cm / sec or more with respect to a semiconductor substrate having DZ near the surface and having an IG layer therein. The lifetime τ 11 of the first sample is measured, and the bulk lifetime τ IG of the IG layer is determined using the lifetime τ 11 of the primary mode and the following formula, and the surface recombination velocity of the first sample is 1 × 10 2 cm / The lifetime τ 12 of the primary mode of the second sample adjusted to sec or less is measured, the lifetime τ 12 of the primary mode and the bulk lifetime τ IG of the IG layer are compared, and the lifetime τ 12 of the primary mode and IG This is a semiconductor substrate analysis method for determining that DZ has disappeared when the difference in the bulk lifetime τ IG of the layers becomes zero.
本発明の他の一態様は、表面近傍にDZを有し、内部にIG層を有する半導体基板に対して、表面再結合速度を1×104cm/sec以上に調整した第1のサンプルの一次モードのライフタイムτ11を測定し、一次モードのライフタイムτ11および下記数式を用いて、IG層のバルクライフタイムτIGを求め、第1のサンプルの表面再結合速度を1×102cm/sec以下に調整した第2のサンプルの一次モードのライフタイムτ12を測定し、一次モードのライフタイムτ12とIG層のバルクライフタイムτIGを比較し、一次モードのライフタイムτ12とIG層のバルクライフタイムτIGの差がIG層のバルクライフタイムτIGに対して、設定した割合以下となった時にDZが僅少であると判定する半導体基板の解析方法である。 Another embodiment of the present invention is the first sample in which the surface recombination rate is adjusted to 1 × 10 4 cm / sec or more with respect to a semiconductor substrate having DZ near the surface and having an IG layer inside. The primary mode lifetime τ 11 is measured, the primary mode lifetime τ 11 and the following formula are used to determine the bulk lifetime τ IG of the IG layer, and the surface recombination rate of the first sample is 1 × 10 2. The lifetime τ 12 of the primary mode of the second sample adjusted to be cm / sec or less is measured, the lifetime τ 12 of the primary mode is compared with the bulk lifetime τ IG of the IG layer, and the lifetime τ 12 of the primary mode is compared. solution of the semiconductor substrate is determined that DZ are insignificant when the difference of the bulk lifetime tau IG of IG layer is the bulk lifetime tau IG of the IG layer, and the following ratio was set to It is a method.
ここで、τIGとτ12の大小関係はτIG<τ12となる。第2のサンプルの一次モードライフタイムτ12はτIGに加え、それよりも圧倒的に大きいDZのバルクライフタイムτDZが寄与するためである。また、第2のサンプルにおける表面の寄与は、それが無視できるほどの表面再結合速度に制御されている。 Here, the magnitude relationship between τ IG and τ 12 is τ IG <τ 12 . This is because the primary mode lifetime τ 12 of the second sample contributes to the bulk lifetime τ DZ of DZ that is overwhelmingly larger than τ IG . Also, the surface contribution in the second sample is controlled to a surface recombination rate such that it can be ignored.
ここで、転載工程の繰り返しに伴うDZ幅の減少によるτIGおよびτ12の推移について数値シミュレーション結果を用いて説明する。図3はIG層の外側にDZがある層構造を想定した多層モデル計算の例である。ここでは、τIG=1μsec、τDZ=1msecとした。白丸は表面再結合速度S=1×105cm/secとしてμ−PCDシミュレーションから得られたτ11を数式1に代入して近似的に見積もったτIGである。黒丸は表面再結合速度S=10cm/secとしてμ−PCDシミュレーションから得られたτ12である。DZの薄膜化が進むにつれて、τIGがτ12に近づくことが確認できる。 Here, the transition of τ IG and τ 12 due to the decrease in the DZ width accompanying the repetition of the reprinting process will be described using numerical simulation results. FIG. 3 is an example of a multilayer model calculation assuming a layer structure in which DZ is present outside the IG layer. Here, τ IG = 1 μsec and τ DZ = 1 msec. The white circle is τ IG approximately estimated by substituting τ 11 obtained from the μ-PCD simulation into Equation 1 with the surface recombination velocity S = 1 × 10 5 cm / sec. The black circle is τ 12 obtained from the μ-PCD simulation with the surface recombination velocity S = 10 cm / sec. It can be confirmed that τ IG approaches τ 12 as DZ thinning proceeds.
図3に示すようにDZの薄膜化によってτ12は減少してτIGへ近付き、DZが完全に消失するとτ12はτIGにほぼ一致する。 As shown in FIG. 3, τ 12 decreases and approaches τ IG due to the thinning of DZ, and when DZ disappears completely, τ 12 substantially matches τ IG .
転載工程毎に上記の解析を用いてτIGとτ12を取得し、その差(τ12−τIG)が0となったとき、DZが消失したと判定することができる。なお、本明細書では、「τ12とτIGの差が0」という表現は、τ12とτIGの差がほぼ0という意味も含むものとする。 It is possible to determine that DZ has disappeared when τ IG and τ 12 are acquired using the above analysis for each reprinting process and the difference (τ 12 −τ IG ) becomes 0. In the present specification, the expression “the difference between τ 12 and τ IG is 0” includes the meaning that the difference between τ 12 and τ IG is almost zero.
また、DZが消失していた場合、そのまま次の転載工程を行うと別基板へ転載される半導体層は結晶欠陥を多く含むIG層を含んでしまう可能性があるため、(τ12−τIG)がτIGに対して、設定した割合以下(例えば、実施の形態1では0.05以下)となった時にDZが僅少であると判定するとより好ましい。 Further, when DZ has disappeared, if the next transfer process is performed as it is, the semiconductor layer transferred to another substrate may include an IG layer containing many crystal defects, so (τ 12 −τ IG ) Is less than a set ratio with respect to τ IG (for example, 0.05 or less in the first embodiment), it is more preferable to determine that DZ is very small.
また、本発明の他の一態様は、半導体基板のDZは、半導体基板を不活性雰囲気中または水素雰囲気中でアニールすることにより形成してもよい。 In another embodiment of the present invention, the DZ of the semiconductor substrate may be formed by annealing the semiconductor substrate in an inert atmosphere or a hydrogen atmosphere.
また、本発明の他の一態様は、半導体基板にシリコン基板を用いてもよい。 In another embodiment of the present invention, a silicon substrate may be used as the semiconductor substrate.
また、本発明の他の一態様は、一次モードのライフタイムτ11および一次モードのライフタイムτ12は、μ−PCD法を用いて測定してもよい。 In another embodiment of the present invention, the primary mode lifetime τ 11 and the primary mode lifetime τ 12 may be measured using the μ-PCD method.
本発明の一態様は、上記方法で解析することにより、DZの残存有無を判定することができる。 According to one embodiment of the present invention, the presence or absence of DZ can be determined by analyzing the above method.
また、本発明の他の一態様は、上記方法で解析することにより、DZが僅少であると判定することができる。 In addition, according to another embodiment of the present invention, it is possible to determine that DZ is scarce by analyzing with the above method.
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなく、その形態および詳細を様々に変更しうることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it will be easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. Note that in the structures of the present invention described below, the same reference numerals are used in common in different drawings.
(実施の形態1)
本実施の形態では、表面にDZを有する半導体基板において、DZの残存有無を判定する解析方法および残存するDZが僅少であると判定する解析方法について説明する。本実施の形態の図1では、残存するDZが僅少であると判定する解析方法について示されている。解析は、次の工程A乃至工程Gによって行われる。
(Embodiment 1)
In the present embodiment, an analysis method for determining whether or not DZ remains in a semiconductor substrate having DZ on the surface and an analysis method for determining that the remaining DZ is scarce will be described. FIG. 1 of the present embodiment shows an analysis method for determining that the remaining DZ is very small. The analysis is performed by the following steps A to G.
<工程A:半導体基板の準備(図1のステップ101に対応)>
解析に用いる半導体基板を準備する。半導体基板としては、例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウムまたは炭化シリコンなどの第14族元素を含む結晶半導体基板を用いればよい。
<Process A: Preparation of Semiconductor Substrate (corresponding to Step 101 in FIG. 1)>
A semiconductor substrate used for analysis is prepared. As the semiconductor substrate, for example, a crystalline semiconductor substrate containing a Group 14 element such as silicon, germanium, silicon germanium, or silicon carbide may be used.
本実施の形態に用いる半導体基板の厚さは、薄すぎると基板処理時や測定時のハンドリングが困難になるため、0.5mm以上であることが望ましい。 If the thickness of the semiconductor substrate used in this embodiment is too thin, handling at the time of substrate processing or measurement becomes difficult.
<工程B:DZ、IG層の形成(図1のステップ102に対応)>
次に、半導体基板に対してアルゴン、ヘリウム、窒素等の不活性雰囲気中、または水素雰囲気中でアニールを施すことによりDZが形成される。当該アニールを施すことで、半導体基板の表面近傍の酸素等が外方拡散し、該表面近傍に結晶欠陥が少ない層(DZ)を形成することができる。DZの形成方法は、これに限定されない。
<Process B: DZ and IG layer formation (corresponding to step 102 in FIG. 1)>
Next, DZ is formed by annealing the semiconductor substrate in an inert atmosphere such as argon, helium, or nitrogen, or in a hydrogen atmosphere. By performing the annealing, oxygen or the like in the vicinity of the surface of the semiconductor substrate is diffused outward, and a layer (DZ) with few crystal defects can be formed in the vicinity of the surface. The formation method of DZ is not limited to this.
そして、表面近傍より内側(DZより内側)には、DZに比べて圧倒的に結晶欠陥の多い層(IG層)となる。すなわち、半導体基板は、表面近傍にDZを有し、内部にIG層を有する。 In addition, a layer (IG layer) having an overwhelming number of crystal defects compared to DZ is formed on the inner side (inner side of DZ) from the vicinity of the surface. That is, the semiconductor substrate has DZ near the surface and an IG layer inside.
なお、本実施の形態に用いた半導体基板は、シリコン基板であり、DZの膜厚(一般的に10μm以上100μm以下)は、シリコン基板の膜厚(一般的に500μm以上1mm以下)に比較して十分薄い。 Note that the semiconductor substrate used in this embodiment is a silicon substrate, and the film thickness of DZ (generally 10 μm to 100 μm) is compared with the film thickness of the silicon substrate (generally 500 μm to 1 mm). Thin enough.
<工程C:半導体基板における一次モードのライフタイムτ11の取得(図1のステップ103に対応)>
次に、半導体基板表面の表面再結合速度を1×104cm/sec以上に調整する。これを第1のサンプルとする。調整する方法としては、例えば、半導体基板表面に自然酸化膜を形成すればよい。自然酸化膜は一般的に数万程度の非常に大きい表面再結合速度を有している。そして、μ−PCD法によって、一次モードのライフタイムτ11を測定する。
<Process C: Acquisition of Lifetime τ 11 of Primary Mode in Semiconductor Substrate (corresponding to Step 103 in FIG. 1)>
Next, the surface recombination speed on the surface of the semiconductor substrate is adjusted to 1 × 10 4 cm / sec or more. This is the first sample. As a method for adjusting, for example, a natural oxide film may be formed on the surface of the semiconductor substrate. Natural oxide films generally have a very large surface recombination rate of the order of tens of thousands. Then, the lifetime τ 11 of the primary mode is measured by the μ-PCD method.
半導体基板表面に形成する自然酸化膜は、半導体基板を準備した段階で形成されている自然酸化膜を用いてもよいし、当該自然酸化膜をフッ化水素酸などにより除去して純水によって洗浄した後に、再度、自然酸化膜を形成してもよい。なお、形成する自然酸化膜の厚さは特に限定されない。 The natural oxide film formed on the surface of the semiconductor substrate may be a natural oxide film formed at the stage of preparing the semiconductor substrate, or the natural oxide film is removed with hydrofluoric acid and washed with pure water. After that, a natural oxide film may be formed again. Note that the thickness of the natural oxide film to be formed is not particularly limited.
<工程D:半導体基板におけるIG層のバルクライフタイムτIGの取得(図1のステップ104に対応)>
次に半導体基板におけるIG層のバルクライフタイムτIGを求める。
<Process D: Acquisition of Bulk Lifetime τ IG of IG Layer in Semiconductor Substrate (corresponding to Step 104 in FIG. 1)>
Next, the bulk lifetime τ IG of the IG layer in the semiconductor substrate is obtained.
ここで、工程Cにおいて、半導体基板表面の表面再結合速度が1×104cm/sec以上の場合、一次モードのライフタイムτ11は、以下のような数式で近似できる。 Here, in Step C, when the surface recombination velocity on the surface of the semiconductor substrate is 1 × 10 4 cm / sec or more, the lifetime τ 11 of the first-order mode can be approximated by the following mathematical formula.
得られた一次モードのライフタイムτ11および上記数式を用いて、IG層のバルクライフタイムτIGを算出する。 The bulk lifetime τ IG of the IG layer is calculated using the obtained primary mode lifetime τ 11 and the above formula.
IG層のバルクライフタイムτIGを算出後、表面再結合速度が1×104cm/sec以上である半導体基板表面の膜を除去する。自然酸化膜は、例えば、フッ化水素酸などにより除去すればよい。 After calculating the bulk lifetime τ IG of the IG layer, the film on the surface of the semiconductor substrate having a surface recombination rate of 1 × 10 4 cm / sec or more is removed. The natural oxide film may be removed with, for example, hydrofluoric acid.
<工程E:半導体基板の一次モードのライフタイムτ12の測定(図1のステップ105に対応)>
次に、第1のサンプルの半導体基板表面の表面再結合速度を1×102cm/sec以下に調整する。これを第2のサンプルとする。調整する方法としては、例えば、半導体基板表面に熱酸化膜やケミカルパッシベーション膜を形成すればよい。
<Process E: Measurement of Lifetime τ 12 of Primary Mode of Semiconductor Substrate (corresponding to Step 105 in FIG. 1)>
Next, the surface recombination speed of the semiconductor substrate surface of the first sample is adjusted to 1 × 10 2 cm / sec or less. This is the second sample. As an adjustment method, for example, a thermal oxide film or a chemical passivation film may be formed on the surface of the semiconductor substrate.
特にケミカルパッシベーション膜は半導体基板の表面再結合速度を小さくすることが可能である。具体的には、表面再結合速度を1cm/sec以上10cm/sec以下にすることが可能である。 In particular, the chemical passivation film can reduce the surface recombination rate of the semiconductor substrate. Specifically, the surface recombination rate can be 1 cm / sec or more and 10 cm / sec or less.
また、半導体基板表面の表面再結合速度を1×102cm/sec以下に調整する方法として、化学気相蒸着法(CVD法ともいう。)を用いて形成した、窒化シリコンを主成分とする膜、酸化アルミニウムを主成分とする膜またはアモルファスシリコンを主成分とする膜などを用いることができる。例えば、アモルファスシリコンを主成分とする膜であれば、SiH4とH2を用いたRFプラズマCVDにより200℃程度の温度で作製することができる。 In addition, as a method for adjusting the surface recombination speed of the semiconductor substrate surface to 1 × 10 2 cm / sec or less, silicon nitride formed by a chemical vapor deposition method (also referred to as a CVD method) is used as a main component. A film, a film mainly containing aluminum oxide, a film mainly containing amorphous silicon, or the like can be used. For example, a film containing amorphous silicon as a main component can be manufactured at a temperature of about 200 ° C. by RF plasma CVD using SiH 4 and H 2 .
次に一次モードのライフタイムτ12を測定する。本実施の形態では、μ−PCD法によって、一次モードのライフタイムτ12を測定する。 Next, the lifetime τ 12 of the primary mode is measured. In the present embodiment, the lifetime τ 12 of the primary mode is measured by the μ-PCD method.
<工程F:判定(図1のステップ106に対応)>
次に、工程Dにおいて取得したIG層のバルクライフタイムτIGと工程Eで測定した一次モードのライフタイムτ12とを比較する。
<Process F: Determination (corresponding to Step 106 in FIG. 1)>
Next, the bulk lifetime τ IG of the IG layer obtained in the process D and the lifetime τ 12 of the primary mode measured in the process E are compared.
IG層のバルクライフタイムτIGと一次モードのライフタイムτ12とを比較した結果、その差(τ12−τIG)がτIGに対して、設定した割合以下(本実施の形態では、0.05以下)であると残存するDZが僅少であると判定する。そのまま次の転載工程を行うと別基板へ転載される半導体層は結晶欠陥を多く含むIG層を含んでしまう可能性があるため、再度、DZを形成する必要がある。 As a result of comparing the bulk lifetime τ IG of the IG layer and the lifetime τ 12 of the primary mode, the difference (τ 12 −τ IG ) is equal to or less than a set ratio with respect to τ IG (in this embodiment, 0). .05 or less), it is determined that the remaining DZ is very small. If the next transfer process is performed as it is, the semiconductor layer transferred to another substrate may include an IG layer containing many crystal defects, so that it is necessary to form DZ again.
上記の判定法によって残存するDZが僅少であると判定された場合、ステップ102へ戻り、アルゴン等の不活性ガス雰囲気でアニールを施し再びDZを形成する。 If it is determined by the above determination method that the remaining DZ is very small, the process returns to step 102, where annealing is performed in an inert gas atmosphere such as argon to form DZ again.
上記の判定法によってDZがまだ十分あり、転載可能と判定された場合、転載工程を行った後、ステップ103へ戻り、再び同様の解析を行う。 If it is determined that the DZ is still sufficient and transfer is possible by the above determination method, after performing the transfer process, the process returns to Step 103 and the same analysis is performed again.
また、図1には示していないがIG層のバルクライフタイムτIGと一次モードのライフタイムτ12とを比較した結果、その差(τ12−τIG)が0であるとDZが消失したと判定することができる。 Although not shown in FIG. 1, as a result of comparing the bulk lifetime τ IG of the IG layer and the lifetime τ 12 of the primary mode, DZ disappears when the difference (τ 12 −τ IG ) is zero. Can be determined.
以上の工程を行うことにより、算出したバルクライフタイムτIGおよび測定した一次モードのライフタイムτ12のみにより、半導体基板表面のDZの残存有無を非常に簡便に判定することができ、結晶欠陥の多いIG層の別基板への転載を防ぐことができるため、歩留まりの向上が期待できる。 By performing the above steps, it is possible to very easily determine whether or not DZ remains on the surface of the semiconductor substrate only by the calculated bulk lifetime τ IG and the measured primary mode lifetime τ 12 . Since the transfer of many IG layers onto another substrate can be prevented, an improvement in yield can be expected.
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments.
(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1の方法により解析した半導体基板を用い、SOI(Silicon On Insulator)基板を作製する方法を示す。
(Embodiment 2)
In this embodiment mode, a method for manufacturing an SOI (Silicon On Insulator) substrate using the semiconductor substrate analyzed by the method of Embodiment Mode 1 is described.
まず、半導体基板201を準備する(図2(A)参照)。半導体基板201は、実施の形態1の方法で解析され、DZがまだ十分あると確認されたものを用いる。
First, the
次いで、半導体基板201にイオン203照射をし、所定の深さに損傷領域205を形成する(図2(B)参照)。
Next, the
損傷領域205は、電界で加速されたイオン(イオンビーム)203を半導体基板201に照射し、半導体基板201の表面から所定の深さにイオン203を導入することで、形成することができる。
The damaged
イオン203の照射は、水素、不活性元素(例えばヘリウム)またはハロゲン(例えばフッ素)等のイオンを用い、イオンドーピング法またはイオン注入法により行うことができる。
Irradiation with the
なお、上記の「イオンドーピング法」とは、原料ガスから生成されるイオン化したガスを質量分離せず、そのまま電界で加速して対象物に照射し、イオン化したガスの元素を対象物に含ませる方式を指す。また、上記の「イオン注入法」とは、原料ガスをプラズマ化し、このプラズマに含まれるイオン種を引き出し、質量分離をして、所定の質量を有するイオン種を加速して、イオンビームとして、対象物に注入する方法である。 The above-mentioned “ion doping method” means that the ionized gas generated from the source gas is not mass-separated, and is accelerated by an electric field as it is to irradiate the object, so that the ionized gas element is included in the object. Refers to the method. In addition, the above-mentioned “ion implantation method” means that a source gas is turned into plasma, ion species contained in the plasma are extracted, mass separation is performed, ion species having a predetermined mass is accelerated, and an ion beam is obtained. It is a method of injecting into an object.
次に、支持基板207を準備する(図2(C)参照)。
Next, a
支持基板207は、ガラス、プラスチック、セラミック、石英、サファイアなどの絶縁体でなる基板、シリコンなどの半導体でなる基板、金属やステンレスなどの導電体でなる基板を用いることができる。
As the supporting
次いで、半導体基板201と支持基板207とを、絶縁層209を介して貼り合わせる(図2(D)参照)。貼り合わせは、半導体基板201の損傷領域205を形成した際にイオン203が導入された側を貼り合わせ面(接合面ともいう)として行う。
Next, the
絶縁層209は、2つの基板を貼り合わせるための接合層として機能するものであり、半導体基板201上に形成してもよく、支持基板207上に形成してもよい。半導体基板201上に絶縁層209を形成する場合、上記イオン203の照射の前に絶縁層209を形成してもよい。
The insulating
絶縁層209は、熱酸化膜やCVD法により、酸化物または窒化物等を、単層または積層させて形成すればよい。具体的な材料としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、または窒化酸化シリコン等が挙げられる。
The insulating
なお、本明細書中において、酸化窒化シリコンなどの「酸化窒化物」とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものを示す。 Note that in this specification, “oxynitride” such as silicon oxynitride indicates a composition having a higher oxygen content than nitrogen.
なお、本明細書中において、窒化酸化シリコンなどの「窒化酸化物」とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものを示す。 Note that in this specification, “nitride oxide” such as silicon nitride oxide indicates a composition having a higher nitrogen content than oxygen.
ここで、含有量の比較は、ラザフォード後方散乱法および水素前方散乱法の測定結果に基づいて行うこととする。 Here, the content is compared based on the measurement results of the Rutherford backscattering method and the hydrogen forward scattering method.
また、貼り合わせを行う前に、2つの基板の貼り合わせ面に洗浄やプラズマ処理などの表面処理を行ってもよい。表面処理を行うことで、親水性または清浄性が向上し、貼り合わせの際の接合強度を向上させることができる。なお、表面処理は、2つの基板の少なくとも一方に行えばよい。また、絶縁層209が形成されている基板に表面処理を行う場合は、絶縁層209の表面に対して行う。
Further, before bonding, surface treatment such as cleaning or plasma treatment may be performed on the bonding surfaces of the two substrates. By performing the surface treatment, hydrophilicity or cleanliness is improved, and the bonding strength at the time of bonding can be improved. Note that the surface treatment may be performed on at least one of the two substrates. In the case where surface treatment is performed on a substrate over which the insulating
次に、加熱処理を行い、損傷領域205において半導体基板201を分離(分断ともいう)する(図2(E)参照)。該分離により、支持基板207上に、絶縁層209と、半導体基板201の一部からなる半導体層211とを順に設けることができる。すなわち、支持基板207上に、半導体基板201の一部からなる半導体層211を転載することができる。
Next, heat treatment is performed, and the
なお、加熱処理は、300℃以上、かつ、支持基板207の歪み点未満の温度で行えばよい。
Note that the heat treatment may be performed at a temperature of 300 ° C. or higher and lower than the strain point of the
このようにして、SOI基板213を作製することができる。
In this manner, the
実施の形態1の解析方法を用いることで、予め半導体基板のDZの有無を判定することができる。そして、DZの内部に損傷領域を形成し、DZの一部を転載することで、結晶欠陥が少ない半導体層を得ることができる。 By using the analysis method of the first embodiment, it is possible to determine in advance the presence or absence of DZ of the semiconductor substrate. Then, by forming a damaged region inside the DZ and transferring a part of the DZ, a semiconductor layer with few crystal defects can be obtained.
なお、SOI基板とは、支持基板上に絶縁層を介して半導体層が設けられたものの総称であり、シリコン層を有する基板に限定されない。 Note that an SOI substrate is a general term for a semiconductor substrate provided with an insulating layer on a supporting substrate, and is not limited to a substrate having a silicon layer.
そして、このSOI基板を用いて、トランジスタまたはダイオード等の半導体装置を作製することができる。 Then, a semiconductor device such as a transistor or a diode can be manufactured using this SOI substrate.
また、上記半導体素子を用いて、様々な電子機器を作製することができる。電子機器の一例としては、テレビ、パーソナルコンピュータ、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ナビゲーションシステムまたは携帯情報端末(携帯電話、電子書籍または携帯型ゲーム機等)などの表示装置が挙げられる。これら表示装置の表示部または周辺部に、上記半導体素子を用いた回路を設けることができる。 In addition, various electronic devices can be manufactured using the semiconductor element. Examples of the electronic device include a display device such as a television, a personal computer, a video camera, a digital camera, a navigation system, or a portable information terminal (such as a mobile phone, an electronic book, or a portable game machine). A circuit using the semiconductor element can be provided in a display portion or a peripheral portion of these display devices.
また、電子機器の他の一例としては、表示部を必須としないものでもよく、例えば、無線タグ、認証装置、照明装置または空調機などの様々な装置が挙げられる。これらの装置に上記半導体素子を用いた回路を設けることができる。 As another example of the electronic device, a display unit may not be essential, and examples thereof include various devices such as a wireless tag, an authentication device, a lighting device, and an air conditioner. A circuit using the semiconductor element can be provided in these devices.
上記回路としては、画素回路、駆動回路、演算回路、センサ回路、電源回路またはメモリ回路など、上記半導体素子を用いることが可能な回路が挙げられる。 Examples of the circuit include a circuit that can use the semiconductor element, such as a pixel circuit, a driver circuit, an arithmetic circuit, a sensor circuit, a power supply circuit, or a memory circuit.
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments.
101 ステップ
102 ステップ
103 ステップ
104 ステップ
105 ステップ
106 ステップ
201 半導体基板
203 イオン
205 損傷領域
207 支持基板
209 絶縁層
211 半導体層
213 SOI基板
101
Claims (5)
前記一次モードのライフタイムτ11および下記数式を用いて、前記IG層のバルクライフタイムτIGを求め、
前記第1のサンプルの表面再結合速度を1×102cm/sec以下に調整した第2のサンプルの一次モードのライフタイムτ12を測定し、
前記一次モードのライフタイムτ12と前記IG層のバルクライフタイムτIGを比較し、
前記一次モードのライフタイムτ12と前記IG層のバルクライフタイムτIGの差が0となったとき、DZが消失したと判定する半導体基板の解析方法。
Using the primary mode lifetime τ 11 and the following equation, the bulk lifetime τ IG of the IG layer is determined,
Measuring the lifetime τ 12 of the first mode of the second sample in which the surface recombination rate of the first sample is adjusted to 1 × 10 2 cm / sec or less;
Comparing the primary mode lifetime τ 12 with the bulk lifetime τ IG of the IG layer;
A semiconductor substrate analysis method for determining that DZ has disappeared when a difference between the lifetime τ 12 of the primary mode and the bulk lifetime τ IG of the IG layer becomes zero.
前記一次モードのライフタイムτ11および下記数式を用いて、前記IG層のバルクライフタイムτIGを求め、
前記第1のサンプルの表面再結合速度を1×102cm/sec以下に調整した第2のサンプルの一次モードのライフタイムτ12を測定し、
前記一次モードのライフタイムτ12と前記IG層のバルクライフタイムτIGを比較し、
前記一次モードのライフタイムτ12と前記IG層のバルクライフタイムτIGの差が前記IG層のバルクライフタイムτIGに対して、設定した割合以下となった時にDZが僅少であると判定する半導体基板の解析方法。
Using the primary mode lifetime τ 11 and the following equation, the bulk lifetime τ IG of the IG layer is determined,
Measuring the lifetime τ 12 of the first mode of the second sample in which the surface recombination rate of the first sample is adjusted to 1 × 10 2 cm / sec or less;
Comparing the primary mode lifetime τ 12 with the bulk lifetime τ IG of the IG layer;
When the difference between the lifetime τ 12 of the primary mode and the bulk lifetime τ IG of the IG layer is equal to or less than a set ratio with respect to the bulk lifetime τ IG of the IG layer, the DZ is determined to be small Semiconductor substrate analysis method.
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