JP2703231B2 - シリコン半導体基板の製造方法 - Google Patents
シリコン半導体基板の製造方法Info
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- JP2703231B2 JP2703231B2 JP62217793A JP21779387A JP2703231B2 JP 2703231 B2 JP2703231 B2 JP 2703231B2 JP 62217793 A JP62217793 A JP 62217793A JP 21779387 A JP21779387 A JP 21779387A JP 2703231 B2 JP2703231 B2 JP 2703231B2
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- semiconductor substrate
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は新規な内部構造を有するシリコン半導体基板
の製造方法に関する。 （従来の技術） 炭化ケイ素や窒化ケイ素などのシリコンの化合物半導
体は、シリコンと異なるバンド構造を示し、独特の電気
的及び電気光学的特性を示すので注目されている。特に
シリコン結晶体と組み合された、いわゆるヘテロ接合の
構造体は、高速，高増巾率のトランジスタなど、新規な
半導体素子製造への用途があり、その応用分野は広い。
しかしながらこれらの化合物は形成温度が高いことか
ら、シリコンの上に良質な結晶層を得ることが困難であ
った。そのために、無定形層などが使われてきたが、蒸
着法などの手段しかないために、化合物層の形成は表面
に限られていた。この層がシリコンの内部の任意の位置
に形成できれば、デバイス構造の選択の自由度がはるか
に増すので、優れた性能の素子が設計できる他、清浄な
シリコン結晶の間に閉じ込められた状態で化合物層が生
成されるので、高品質の結晶となる可能性も増す。 （発明が解決しようとする問題点） 以上に述べたように、本発明は、シリコン結晶とシリ
コン化合物半導体の異種接合が、従来は表面層に限定さ
れていたという問題に対処するためになされたもので、
本発明の目的は、シリコン化合物の半導体の層が、シリ
コン結晶体の内部の任意の位置に存在する半導体基板を
製造する方法を提供することにある。 〔発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） 本発明は、鏡面研磨されたシリコン表面に、シリコン
と反応する元素又はイオンを含む層を形成させた後、他
のシリコンの鏡面と清浄な雰囲気の下で接触させて接着
し、次いで熱処理工程によってシリコンと反応する元素
又はイオンをシリコンと反応させて、シリコン化合物の
層を基板内部の接着界面近傍に形成することを特徴とす
る。得られた基板の一方の面を研磨などによってその厚
さを調整すれば、化合物層の位置を自由に制御できる。 （作用） 鏡面研磨された二枚のシリコンウエハを洗滌し、ゴミ
などの介在しないクリーンな雰囲気中で接触させること
によって接着させ、熱処理して得られるシリコン接合体
の製法は公知である。本発明では接着前の表面にシリコ
ン以外の層が存在している場合も接着が可能なことを見
出し、しかも熱処理工程でその層をシリコンと反応させ
る事が可能な事を発見し、それを利用している。この異
種の層が炭素や窒素を含む場合には、炭化ケイ素や窒化
ケイ素の層が形成される。表面への異種の層の形成に
は、次のような手段が用いられる。第１はイオン注入を
利用する方法である。イオン注入によっても表面の平滑
性が保たれ、接着可能なことがわかった。注入量と加速
電圧を制御することにより、化合物層の位置と厚さが制
御される。第２の方法は、シリコンの鏡面を、接着に先
立って反応元素を含む液体又は気体で表面処理する方法
である。この方法では殆んどすべての有機化合物が処理
剤として使え、炭化ケイ素の層を形成させる。但し表面
に析出物を生じて鏡面を乱たり、液体の層を形成したり
する場合は接着や焼成ができないので好ましくない。こ
のような処理は接着すべきシリコンの鏡面の片方、又は
両方に行うことができる。接着後の熱処理は、この層が
シリコンと反応する温度まで昇温する必要がある。通常
は800℃以上必要である。 （実施例） 以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明
する。まず、第１図で示す工程ａでは、第１のシリコン
基板１の表面を鏡面研磨し、この鏡面研磨されたシリコ
ンウエハ１に窒素イオン４を加速電圧100eVで５×1017
個/cm2の密度でイオン注入２した（工程ｂ）。このウエ
ハ１′を通常の洗浄と同様に鉱酸と水で洗滌し、乾燥さ
せた（工程ｃ）。そして基板１とは別に、第２の鏡面研
磨したシリコン基板３を用意し、この基板３をクリーン
な雰囲気中で、基板１と、その鏡面同士を接触させ、接
着した（工程ｄ）。得られた接着体を窒素雰囲気中で11
00℃で１時間焼成した。得られたシリコン基板は非オー
ミックな電圧−電流特性を示し、断面の透過電顕観察で
は約500Aの窒化物の層が見られた。 本発明の他の実施例としては次のような方法でも良
い。鏡面研磨されたシリコンウエハの面に炭素イオンを
150eVで２×1018個/cm2の密度でイオン注入した後、第
１の実施例と同様な方法で接着し、アルゴン雰囲気中で
1250℃で30分焼成した。得られた結晶体の断面観察によ
れば、2000Åの炭化ケイ素の結晶層が界面に形成されて
いた。 さらに、本発明の他の実施例として、第２図に示すよ
うな方法であっても良い。 まず、工程ａで鏡面研磨されたシリコンウエハ11を、
弗酸を含むエタノール中に浸して表面処理を施こし（工
程ｂ）、次いでエタノールで洗浄して乾燥させ接着層12
を形成し（工程ｃ）、これに第２のシリコン基板13とそ
の鏡面同士を清浄な雰囲気下で接触させた所、良く接着
した。この接着体を1000℃で２時間熱処理した結果、接
着界面に約100Åの炭化ケイ素の層12′が観察された。 そして、さらに、本発明の他の実施例としては、次の
ようにしても良い。鏡面研磨されたシリコンの表面をジ
メチルジクロロシランの蒸気と接触させた。次いで不活
性の雰囲気中で400℃でベーキングした。然る後にこの
鏡面同士を接触させた所、良く接着した。得られた接着
体を1100℃で１時間焼成したところ、界面に炭化ケイ素
が形成されていた。 〔発明の効果〕 以上のように本法によれば、内部にシリコン化合物層
を有するシリコン半導体基板が簡単に実現できるので、
異種接合素子など、新規の構造と特性を有する半導体素
子開発への道が拓け、半導体産業発展への貢献は大なる
ものがある。
の製造方法に関する。 （従来の技術） 炭化ケイ素や窒化ケイ素などのシリコンの化合物半導
体は、シリコンと異なるバンド構造を示し、独特の電気
的及び電気光学的特性を示すので注目されている。特に
シリコン結晶体と組み合された、いわゆるヘテロ接合の
構造体は、高速，高増巾率のトランジスタなど、新規な
半導体素子製造への用途があり、その応用分野は広い。
しかしながらこれらの化合物は形成温度が高いことか
ら、シリコンの上に良質な結晶層を得ることが困難であ
った。そのために、無定形層などが使われてきたが、蒸
着法などの手段しかないために、化合物層の形成は表面
に限られていた。この層がシリコンの内部の任意の位置
に形成できれば、デバイス構造の選択の自由度がはるか
に増すので、優れた性能の素子が設計できる他、清浄な
シリコン結晶の間に閉じ込められた状態で化合物層が生
成されるので、高品質の結晶となる可能性も増す。 （発明が解決しようとする問題点） 以上に述べたように、本発明は、シリコン結晶とシリ
コン化合物半導体の異種接合が、従来は表面層に限定さ
れていたという問題に対処するためになされたもので、
本発明の目的は、シリコン化合物の半導体の層が、シリ
コン結晶体の内部の任意の位置に存在する半導体基板を
製造する方法を提供することにある。 〔発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） 本発明は、鏡面研磨されたシリコン表面に、シリコン
と反応する元素又はイオンを含む層を形成させた後、他
のシリコンの鏡面と清浄な雰囲気の下で接触させて接着
し、次いで熱処理工程によってシリコンと反応する元素
又はイオンをシリコンと反応させて、シリコン化合物の
層を基板内部の接着界面近傍に形成することを特徴とす
る。得られた基板の一方の面を研磨などによってその厚
さを調整すれば、化合物層の位置を自由に制御できる。 （作用） 鏡面研磨された二枚のシリコンウエハを洗滌し、ゴミ
などの介在しないクリーンな雰囲気中で接触させること
によって接着させ、熱処理して得られるシリコン接合体
の製法は公知である。本発明では接着前の表面にシリコ
ン以外の層が存在している場合も接着が可能なことを見
出し、しかも熱処理工程でその層をシリコンと反応させ
る事が可能な事を発見し、それを利用している。この異
種の層が炭素や窒素を含む場合には、炭化ケイ素や窒化
ケイ素の層が形成される。表面への異種の層の形成に
は、次のような手段が用いられる。第１はイオン注入を
利用する方法である。イオン注入によっても表面の平滑
性が保たれ、接着可能なことがわかった。注入量と加速
電圧を制御することにより、化合物層の位置と厚さが制
御される。第２の方法は、シリコンの鏡面を、接着に先
立って反応元素を含む液体又は気体で表面処理する方法
である。この方法では殆んどすべての有機化合物が処理
剤として使え、炭化ケイ素の層を形成させる。但し表面
に析出物を生じて鏡面を乱たり、液体の層を形成したり
する場合は接着や焼成ができないので好ましくない。こ
のような処理は接着すべきシリコンの鏡面の片方、又は
両方に行うことができる。接着後の熱処理は、この層が
シリコンと反応する温度まで昇温する必要がある。通常
は800℃以上必要である。 （実施例） 以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明
する。まず、第１図で示す工程ａでは、第１のシリコン
基板１の表面を鏡面研磨し、この鏡面研磨されたシリコ
ンウエハ１に窒素イオン４を加速電圧100eVで５×1017
個/cm2の密度でイオン注入２した（工程ｂ）。このウエ
ハ１′を通常の洗浄と同様に鉱酸と水で洗滌し、乾燥さ
せた（工程ｃ）。そして基板１とは別に、第２の鏡面研
磨したシリコン基板３を用意し、この基板３をクリーン
な雰囲気中で、基板１と、その鏡面同士を接触させ、接
着した（工程ｄ）。得られた接着体を窒素雰囲気中で11
00℃で１時間焼成した。得られたシリコン基板は非オー
ミックな電圧−電流特性を示し、断面の透過電顕観察で
は約500Aの窒化物の層が見られた。 本発明の他の実施例としては次のような方法でも良
い。鏡面研磨されたシリコンウエハの面に炭素イオンを
150eVで２×1018個/cm2の密度でイオン注入した後、第
１の実施例と同様な方法で接着し、アルゴン雰囲気中で
1250℃で30分焼成した。得られた結晶体の断面観察によ
れば、2000Åの炭化ケイ素の結晶層が界面に形成されて
いた。 さらに、本発明の他の実施例として、第２図に示すよ
うな方法であっても良い。 まず、工程ａで鏡面研磨されたシリコンウエハ11を、
弗酸を含むエタノール中に浸して表面処理を施こし（工
程ｂ）、次いでエタノールで洗浄して乾燥させ接着層12
を形成し（工程ｃ）、これに第２のシリコン基板13とそ
の鏡面同士を清浄な雰囲気下で接触させた所、良く接着
した。この接着体を1000℃で２時間熱処理した結果、接
着界面に約100Åの炭化ケイ素の層12′が観察された。 そして、さらに、本発明の他の実施例としては、次の
ようにしても良い。鏡面研磨されたシリコンの表面をジ
メチルジクロロシランの蒸気と接触させた。次いで不活
性の雰囲気中で400℃でベーキングした。然る後にこの
鏡面同士を接触させた所、良く接着した。得られた接着
体を1100℃で１時間焼成したところ、界面に炭化ケイ素
が形成されていた。 〔発明の効果〕 以上のように本法によれば、内部にシリコン化合物層
を有するシリコン半導体基板が簡単に実現できるので、
異種接合素子など、新規の構造と特性を有する半導体素
子開発への道が拓け、半導体産業発展への貢献は大なる
ものがある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例を示す工程図、第２図は本発明
の他の実施例を示す工程図である。 1,11……第１のシリコン基板、2,12……接着層、3,13…
…第２のシリコン基板。
の他の実施例を示す工程図である。 1,11……第１のシリコン基板、2,12……接着層、3,13…
…第２のシリコン基板。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 丹沢 勝二郎
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式
会社東芝総合研究所内
(56)参考文献 特開 昭61−220456（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−294846（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−216352（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−127572（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．シリコンの鏡面にシリコンと反応する元素又はイオ
ンを含む層を形成した後、前記鏡面を他のシリコン鏡面
と接触させて接着し、次いで熱処理により前記元素又は
イオンをシリコンと反応させて内部にシリコン化合物層
を形成するシリコン半導体基板の製造方法。 ２．上記シリコン化合物層が炭化ケイ素又は窒化ケイ素
である特許請求の範囲第１項記載のシリコン半導体基板
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62217793A JP2703231B2 (ja) | 1987-09-02 | 1987-09-02 | シリコン半導体基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62217793A JP2703231B2 (ja) | 1987-09-02 | 1987-09-02 | シリコン半導体基板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6461906A JPS6461906A (en) | 1989-03-08 |
| JP2703231B2 true JP2703231B2 (ja) | 1998-01-26 |
Family
ID=16709816
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62217793A Expired - Fee Related JP2703231B2 (ja) | 1987-09-02 | 1987-09-02 | シリコン半導体基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2703231B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61220456A (ja) * | 1985-03-27 | 1986-09-30 | Toshiba Corp | 半導体基板の製造方法 |
| NL8501773A (nl) * | 1985-06-20 | 1987-01-16 | Philips Nv | Werkwijze voor het vervaardigen van halfgeleiderinrichtingen. |
| JP2559700B2 (ja) * | 1986-03-18 | 1996-12-04 | 富士通株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
-
1987
- 1987-09-02 JP JP62217793A patent/JP2703231B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6461906A (en) | 1989-03-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |