JP2857456B2 - Method for manufacturing semiconductor film - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor film

Info

Publication number
JP2857456B2
JP2857456B2 JP6376090A JP6376090A JP2857456B2 JP 2857456 B2 JP2857456 B2 JP 2857456B2 JP 6376090 A JP6376090 A JP 6376090A JP 6376090 A JP6376090 A JP 6376090A JP 2857456 B2 JP2857456 B2 JP 2857456B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
single crystal
crystal silicon
film
silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP6376090A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH03250666A (en
Inventor
守 吉岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP6376090A priority Critical patent/JP2857456B2/en
Publication of JPH03250666A publication Critical patent/JPH03250666A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2857456B2 publication Critical patent/JP2857456B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は電子回路を形成するために、絶縁下地上に単
結晶シリコン膜をもつ、いわゆるSOI(Silicon On Insu
lator)構造と称される単結晶シリコン膜の製造方法に
関するものである。
The present invention relates to a so-called SOI (Silicon On Insu) having a single crystal silicon film on an insulating base to form an electronic circuit.
The present invention relates to a method for manufacturing a single crystal silicon film called a "lator" structure.

本発明方法により製造される単結晶シリコン膜は、ア
クティブマトリックス型液晶ディスプレイ装置、高集積
LSI、高耐圧デバイス、耐放射線デバイス、三次元集積
回路など多くの分野に利用することができる。
The single-crystal silicon film manufactured by the method of the present invention is an active matrix type liquid crystal display device, highly integrated.
It can be used in many fields such as LSIs, high voltage devices, radiation resistant devices, and 3D integrated circuits.

(従来の技術) SOI構造形成技術にはいくつかの方法があり、全般的
な説明は「SOI構造形成技術」(産業図書株式会社発
行、昭和62年)に詳しく述べられているが、その中の1
つにシリコンウエハ直接接合技術がある。
(Prior art) There are several methods for SOI structure formation technology, and a general description is given in detail in "SOI structure formation technology" (published by Sangyo Tosho Co., Ltd., 1987). Of 1
One is a silicon wafer direct bonding technology.

シリコンウエハ直接接合技術では、表面に酸化膜が形
成された単結晶シリコン基板同士を酸化膜同士が互いに
接触するように密着させ、酸化雰囲気中で約700℃で熱
処理することによって酸化膜同士を直接接合させる。そ
の後、一方のシリコン基板をエッチバック法を用いて所
定の膜厚になるまでエッチングすることによりSOI基板
を形成する。
In silicon wafer direct bonding technology, single-crystal silicon substrates with oxide films formed on their surfaces are brought into close contact with each other so that the oxide films are in contact with each other, and heat-treated at about 700 ° C in an oxidizing atmosphere to directly connect the oxide films. Join. Thereafter, one of the silicon substrates is etched by an etch-back method until a predetermined thickness is obtained, thereby forming an SOI substrate.

(発明が解決しようとする課題) 上記のシリコンウエハ直接接合技術では、一方のシリ
コン基板を希望のデバイス特性が得られる薄さまでエッ
チバックする必要があるが、その際、次のような問題が
生じる。
(Problem to be Solved by the Invention) In the above-described silicon wafer direct bonding technology, it is necessary to etch back one silicon substrate to a thickness that can obtain desired device characteristics. At that time, the following problem occurs. .

(1)ドライエッチング法によりエッチバックする場合
には、シリコンのエッチレートはマグネトロンRIEで通
常8000Å/分程度であり、シリコン基板の厚さはその強
度の点から500μm程度が必要であるとすると、エッチ
バックにかかる時間は数時間〜十数時間となり、極めて
スループットが悪くなる。
(1) When etching back by dry etching, the etch rate of silicon is usually about 8000Å / min by magnetron RIE, and the thickness of the silicon substrate needs to be about 500 μm from the viewpoint of its strength. The time required for the etch back is several hours to several tens of hours, and the throughput is extremely deteriorated.

(2)ドライエッチング法によりエッチバックする場合
に、後に素子形成面となるシリコン基板にダメージを与
える。そのダメージを取り除くために後でウェット表面
処理や犠牲酸化などの余分な処理工程が必要となる。
(2) When etching back by a dry etching method, a silicon substrate which will later be an element formation surface is damaged. Extra processing steps such as wet surface treatment and sacrificial oxidation are required later to remove the damage.

(3)ウェットエッチング法によりエッチバックする場
合は、エッチングの均一性が悪く、大口径化が進むにつ
れて深刻な問題となる。
(3) In the case of etching back by wet etching, the uniformity of etching is poor and a serious problem occurs as the diameter increases.

(4)ウェットエッチング法にてエッチバックする場
合、支持基板となる一方のシリコン基板の露出している
表面及び側面をマスクする必要があり、余分な工程が必
要となる。
(4) In the case of etching back by the wet etching method, it is necessary to mask the exposed surface and side surface of one silicon substrate to be a supporting substrate, which requires an extra step.

本発明は従来の方法にみられるエッチバック工程をな
くし、量産に適したスループットで、大口径化に対応で
きる面内均一性をもち、しかも素子形成面にダメージを
与えないプロセスによってSOI基板を製造することを目
的とするものである。
The present invention eliminates the etch-back process found in conventional methods, manufactures SOI substrates by a process suitable for mass production, has in-plane uniformity that can accommodate large diameters, and does not damage the element formation surface. It is intended to do so.

(課題を解決するための手段) 本発明では、サファイア基板上に単結晶シリコン膜を
エピタキシャル成長させた第1の基板と、少なくとも表
面が絶縁体である第2の基板とを、第1の基板の単結晶
シリコン膜と第2の基板の絶縁表面が接触するように両
基板を密着させ、加熱して単結晶シリコン膜と第2の基
板の絶縁表面とを接合させた後、サファイア基板を引き
離す。
(Means for Solving the Problems) In the present invention, a first substrate obtained by epitaxially growing a single crystal silicon film on a sapphire substrate and a second substrate having at least a surface made of an insulator are formed by combining a first substrate with a first substrate. The two substrates are brought into close contact with each other so that the single crystal silicon film and the insulating surface of the second substrate are in contact with each other, heated to join the single crystal silicon film to the insulating surface of the second substrate, and then the sapphire substrate is separated.

少なくとも表面が絶縁体である第2の基板は、単結晶
シリコン基板の表面に熱酸化膜を形成したもの、さらに
その上にシリコン窒化膜を形成したもの、ガラス基板の
表面にシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を形成したもの
などである。シリコン基板上に絶縁膜を形成した第2の
基板の場合は、そのシリコン基板は半導体素子が形成さ
れていないものでもよく、又はすでに半導体素子が形成
されているものであってもよい。
The second substrate having at least an insulator is a single crystal silicon substrate having a thermal oxide film formed on its surface, a silicon nitride film formed thereon, and a glass substrate having a silicon oxide film or silicon For example, a nitride film is formed. In the case of the second substrate in which an insulating film is formed over a silicon substrate, the silicon substrate may have no semiconductor element formed thereon, or may have a semiconductor element already formed.

(実施例) 第1図により一実施例を説明する。(Embodiment) An embodiment will be described with reference to FIG.

(A)サファイア基板1上にSiH4の熱分解など、よく知
られた方法で単結晶シリコン膜2を数1000Åの厚さにエ
ピタキシャル成長させる。
(A) A single-crystal silicon film 2 is epitaxially grown on a sapphire substrate 1 to a thickness of several thousand degrees by a well-known method such as thermal decomposition of SiH 4 .

一方、単結晶シリコン基板3上に熱酸化法によりシリ
コン酸化膜4を約10000〜15000Åの厚さに形成する。
On the other hand, a silicon oxide film 4 is formed on a single crystal silicon substrate 3 by thermal oxidation to a thickness of about 10,000 to 15,000.

(B)単結晶シリコン膜2とシリコン酸化膜4が接触す
るように、両基板を張り合わせる。この状態で加熱炉に
入れて900〜1000℃で30〜60分の熱処理を施す。
(B) Both substrates are bonded so that the single crystal silicon film 2 and the silicon oxide film 4 are in contact with each other. In this state, heat treatment is performed in a heating furnace at 900 to 1000 ° C. for 30 to 60 minutes.

(C)シリコン基板3からサファイア基板1を引き離
す。このとき、サファイア基板1と単結晶シリコン膜2
との間の密着力よりも、シリコン酸化膜4と単結晶シリ
コン膜2との間の密着力の方が強いため、サファイア基
板1のみが引き離され、シリコン基板3上のシリコン酸
化膜4上に単結晶シリコン膜2が残ったSOI構造とな
る。
(C) The sapphire substrate 1 is separated from the silicon substrate 3. At this time, the sapphire substrate 1 and the single crystal silicon film 2
Since the adhesion between the silicon oxide film 4 and the single-crystal silicon film 2 is stronger than the adhesion between the silicon oxide film 4 and the single crystal silicon film 2, only the sapphire substrate 1 is separated and the silicon oxide film 4 on the silicon substrate 3 The SOI structure has the single crystal silicon film 2 remaining.

第2図は他の実施例を表わす。 FIG. 2 shows another embodiment.

サファイア基板1上にマスク材として例えばシリコン
酸化膜5を形成し、後にSOI基板で活性領域となるべき
ところのサファイア基板1が露出するようにシリコン酸
化膜5を写真製版とエッチングによりパターン化する。
For example, a silicon oxide film 5 is formed as a mask material on the sapphire substrate 1, and the silicon oxide film 5 is patterned by photolithography and etching so that the sapphire substrate 1 which is to be an active region later on the SOI substrate is exposed.

露出したサファイア基板上に単結晶シリコン膜2をエ
ピタキシャル成長させる。単結晶シリコン膜2はシリコ
ン酸化膜5と同じ厚さとし、又は後に第3図で説明する
ようにシリコン酸化膜5より薄く形成したときはシリコ
ン酸化膜5をエッチングして単結晶シリコン膜2を突出
させる。単結晶シリコン膜2の膜厚は、後のサファイア
基板剥離工程及びその後の活性領域の深さなどを考慮し
て適当な値に定める。単結晶シリコン膜2の膜厚を例え
ば約3000Åとする。
A single crystal silicon film 2 is epitaxially grown on the exposed sapphire substrate. The single-crystal silicon film 2 has the same thickness as the silicon oxide film 5, or when formed to be thinner than the silicon oxide film 5 as described later with reference to FIG. 3, the silicon oxide film 5 is etched to project the single-crystal silicon film 2. Let it. The thickness of the single crystal silicon film 2 is determined to an appropriate value in consideration of a later sapphire substrate peeling step, a depth of the active region, and the like. The thickness of the single crystal silicon film 2 is, for example, about 3000 °.

一方、シリコン基板3上には第1図と同様にシリコン
酸化膜4を形成する。
On the other hand, a silicon oxide film 4 is formed on the silicon substrate 3 as in FIG.

単結晶シリコン膜2とシリコン酸化膜4が接触するよ
うに両基板を張り合わせ、その状態で加熱炉に入れて90
0〜1000℃で30〜60分の熱処理を施す。
The two substrates are bonded together so that the single crystal silicon film 2 and the silicon oxide film 4 are in contact with each other.
A heat treatment is performed at 0 to 1000 ° C. for 30 to 60 minutes.

シリコン基板3からサファイア基板1を引き離すと、
シリコン基板3上のシリコン酸化膜4上に単結晶シリコ
ン膜2が部分的に残ったSOI構造となる。このSOI構造で
は単結晶シリコン膜2がパターン化されており、活性領
域の素子分離がなされた状態でSOI基板が形成される。
したがって素子分離工程を省略することができる。
When the sapphire substrate 1 is separated from the silicon substrate 3,
An SOI structure is obtained in which the single crystal silicon film 2 partially remains on the silicon oxide film 4 on the silicon substrate 3. In this SOI structure, the single crystal silicon film 2 is patterned, and an SOI substrate is formed in a state where the active region has been subjected to element isolation.
Therefore, the element isolation step can be omitted.

サファイア基板2に単結晶シリコン膜2を選択的に成
長させる場合、第3図(A)に示されるように、単結晶
シリコン膜2の膜厚をシリコン酸化膜5の膜厚よりも薄
く形成し、(B)に示されるようにシリコン酸化膜5を
エッチングして単結晶シリコン膜2が突出するようにす
れば、単結晶シリコン膜2がシリコン酸化膜4と密着
し、しかも横方向の寸法精度もよくなる。第3図(B)
の状態にしたときは、シリコン酸化膜5と第2の基板表
面との間に空洞ができ、そこに封止された気体が膨張す
る恐れもあるので、その場合は真空中で両基板を密着さ
せるようにすればよい。
When the single crystal silicon film 2 is selectively grown on the sapphire substrate 2, as shown in FIG. 3A, the single crystal silicon film 2 is formed to be thinner than the silicon oxide film 5. (B), if the silicon oxide film 5 is etched so that the single crystal silicon film 2 protrudes, the single crystal silicon film 2 adheres closely to the silicon oxide film 4 and furthermore, the dimensional accuracy in the lateral direction is increased. Also gets better. Fig. 3 (B)
In the state described above, a cavity is formed between the silicon oxide film 5 and the surface of the second substrate, and the gas sealed therein may expand. In this case, the two substrates are brought into close contact in a vacuum. What should be done is.

単結晶シリコン膜2とシリコン酸化膜4の間を接合さ
せるための熱処理としては、加熱炉に入れるのに代え
て、サファイア基板1側からレーザビームを照射して走
査させたり、サファイア基板1側又はシリコン基板3側
から熱線を照射して走査させるなど、他の加熱手段を用
いてもよい。
As the heat treatment for bonding between the single crystal silicon film 2 and the silicon oxide film 4, instead of being put in a heating furnace, scanning is performed by irradiating a laser beam from the sapphire substrate 1 side, Other heating means may be used, such as scanning by irradiating heat rays from the silicon substrate 3 side.

(発明の効果) 本発明ではサファイア基板上にエピタキシャル成長さ
せた単結晶シリコン膜を第2の基板の絶縁表面に密着さ
せ、加熱して接合させた後、サファイア基板を単結晶シ
リコン膜から引き離すことによりSOI構造を得るので、
エッチバック工程がいらず、容易に、しかも高いスルー
プットでSOI構造を実現することができる。
(Effects of the Invention) In the present invention, a single crystal silicon film epitaxially grown on a sapphire substrate is brought into close contact with the insulating surface of the second substrate, heated and joined, and then the sapphire substrate is separated from the single crystal silicon film. To get SOI structure,
An SOI structure can be easily realized at a high throughput without an etch-back step.

素子が形成される単結晶シリコン膜はエピタキシャル
成長により形成されたものであり、エッチバック工程が
ないため、その膜厚の面内均一性にも優れ、所望の膜厚
にすることが容易であり、また、素子形成面のダメージ
もない。
The single-crystal silicon film on which the element is formed is formed by epitaxial growth, and has no etch-back process. Therefore, the in-plane uniformity of the film thickness is excellent, and it is easy to obtain a desired film thickness. Also, there is no damage on the element formation surface.

サファイア基板はシリコン基板に比べて高価である。
しかし、サファイア基板上に単結晶シリコン膜を形成し
たものを、例えばシリコン基板上に形成したシリコン酸
化膜上に密着させ、加熱して単結晶シリコン膜とシリコ
ン酸化膜とを接合させると、サファイア基板上の単結晶
シリコン膜はなくなるので、サファイア基板表面を清浄
にした後、再びエピタキシャル成長させることにより単
結晶シリコン膜を再生して使用することができる。
Sapphire substrates are more expensive than silicon substrates.
However, when a single crystal silicon film formed on a sapphire substrate is adhered to, for example, a silicon oxide film formed on a silicon substrate, and heated to join the single crystal silicon film and the silicon oxide film, the sapphire substrate Since the upper single crystal silicon film disappears, the single crystal silicon film can be regenerated and reused by cleaning the surface of the sapphire substrate and then performing epitaxial growth again.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は一実施例を示す工程断面図、第2図は他の実施
例を示す途中工程の断面図、第3図はサファイア基板に
単結晶シリコン膜を選択的に形成する一方法を示す工程
断面図である。 1……サファイア基板、2……単結晶シリコン膜、3…
…シリコン基板、4……シリコン酸化膜。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a process showing one embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view of a halfway process showing another embodiment, and FIG. 3 shows one method for selectively forming a single crystal silicon film on a sapphire substrate. It is a process sectional view. 1 ... sapphire substrate, 2 ... single crystal silicon film, 3 ...
... Silicon substrate, 4 ... Silicon oxide film.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】サファイア基板上に単結晶シリコン膜をエ
ピタキシャル成長させた第1の基板と、少なくとも表面
が絶縁体である第2の基板とを、第1の基板の単結晶シ
リコン膜と第2の基板の絶縁表面が接触するように両基
板を密着させ、加熱して単結晶シリコン膜と第2の基板
の絶縁表面とを接合させた後、サファイア基板を引き離
す半導体膜の製造方法。
A first substrate obtained by epitaxially growing a single crystal silicon film on a sapphire substrate, and a second substrate having at least a surface made of an insulator are combined with a single crystal silicon film of the first substrate and a second substrate. A method for manufacturing a semiconductor film, in which both substrates are brought into close contact with each other so that the insulating surfaces of the substrates are in contact with each other, heated to join the single crystal silicon film to the insulating surface of the second substrate, and then the sapphire substrate is separated.
JP6376090A 1990-01-19 1990-03-14 Method for manufacturing semiconductor film Expired - Fee Related JP2857456B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6376090A JP2857456B2 (en) 1990-01-19 1990-03-14 Method for manufacturing semiconductor film

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2-10917 1990-01-19
JP1091790 1990-01-19
JP6376090A JP2857456B2 (en) 1990-01-19 1990-03-14 Method for manufacturing semiconductor film

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03250666A JPH03250666A (en) 1991-11-08
JP2857456B2 true JP2857456B2 (en) 1999-02-17

Family

ID=26346286

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6376090A Expired - Fee Related JP2857456B2 (en) 1990-01-19 1990-03-14 Method for manufacturing semiconductor film

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2857456B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7592239B2 (en) 2003-04-30 2009-09-22 Industry University Cooperation Foundation-Hanyang University Flexible single-crystal film and method of manufacturing the same
EP1751788B1 (en) * 2004-04-28 2018-11-28 Iucf-Hyu (Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University) Flexible single-crystal film and method of manufacturing the same
WO2005106934A1 (en) * 2004-04-28 2005-11-10 Iufc-Hyu Flexible electro-optical apparatus and method for manufacturing the same
FR2881573B1 (en) * 2005-01-31 2008-07-11 Soitec Silicon On Insulator METHOD OF TRANSFERRING A THIN LAYER FORMED IN A SUBSTRATE HAVING GAPS AMAS

Also Published As

Publication number Publication date
JPH03250666A (en) 1991-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2685819B2 (en) Dielectric isolated semiconductor substrate and manufacturing method thereof
JP3033412B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH098124A (en) Insulation separation substrate and its manufacture
JPH0799239A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
JPS615544A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH02199860A (en) High density semiconductor structure and its manufacture
JP2857456B2 (en) Method for manufacturing semiconductor film
JP2699359B2 (en) Semiconductor substrate manufacturing method
JP2763107B2 (en) Dielectric-isolated semiconductor substrate and method of manufacturing the same
JP2000030993A (en) Manufacture of soi wafer and soi wafer
JP3099446B2 (en) Semiconductor substrate having dielectric isolation region
JPH056883A (en) Manufacture of semiconductor substrate
JPH04199632A (en) Soi wafer and manufacture thereof
JPS5828731B2 (en) All silicon materials available.
JPH0555358A (en) Manufacture of semiconductor device
JPH03136346A (en) Manufacture of soi substrate
JP3016512B2 (en) Method for manufacturing dielectric-separated semiconductor substrate
JP3189320B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH05226307A (en) Manufacture of semiconductor substrate
JP3539102B2 (en) Method for manufacturing trench-isolated semiconductor substrate
JPH0430449A (en) Manufacture of semiconductor integrated device
JPH0616537B2 (en) Method for manufacturing semiconductor substrate
JPH0621409A (en) Manufacture of semiconductor substrate
JPH05175325A (en) Dielectric isolation board and manufacturing method
JPH08222625A (en) Manufacture of dielectric isolation board

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees