JP2910001B2 - The semiconductor substrate and a manufacturing method thereof - Google Patents

The semiconductor substrate and a manufacturing method thereof

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JP2910001B2 JP3846092A JP3846092A JP2910001B2 JP 2910001 B2 JP2910001 B2 JP 2910001B2 JP 3846092 A JP3846092 A JP 3846092A JP 3846092 A JP3846092 A JP 3846092A JP 2910001 B2 JP2910001 B2 JP 2910001B2
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【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基材及びその作製方法に関し、特に、誘電体分離あるいは、絶縁物上の単結晶半導体層に作成された電子デバイス、集積回路に適する光透過性半導体基材及びその作製方法に好適に用いられるものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION This invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate and its, in particular, the dielectric isolation, or an electronic device created in the single crystal semiconductor layer on an insulator, a light transmissive suitable for integrated circuits it is suitably used in the method for manufacturing a semiconductor substrate and its.

【0002】 [0002]

【従来の技術】絶縁物上の単結晶Si半導体層の形成は、シリコン オン インシュレーター(SOI)技術として広く知られ、通常のSi集積回路を作製するバルクSi基板では到達しえない数々の優位点をSOI技術を利用したデバイスが有することから多くの研究が成されてきた。 Formation of the Prior Art Single-crystal Si semiconductor layer on an insulator is widely known as silicon on insulator (SOI) technology, many advantages that can not be reached in the bulk Si substrate to produce a normal Si integrated circuit many of the research because it has the device using the SOI technology have been made. すなわち、SOI技術を利用することで、 . That is, by utilizing the SOI technology. 誘電体分離が容易で高集積化が可能、 . It can be highly integrated easily dielectric isolation. 対放射線耐性に優れている、 . , It has excellent versus radiation resistance. 浮遊容量が低減され高速化が可能、 . Stray capacitance is reduced speed can be increased,. ウエル工程が省略できる、 . , Well process can be omitted. ラッチアップを防止できる、 . , Latch-up can be prevented. 薄膜化による完全空乏型電界効果トランジスタが可能、等の優位点が得られる。 Can fully depleted field effect transistor by thin film, advantages etc. are obtained.

【0003】上記したようなデバイス特性上の多くの利点を実現するために、ここ数十年に渡り、SOI構造の形成方法について研究されてきている。 [0003] In order to realize the many advantages in device characteristics as described above, over the last few decades, it has been studied for a method of forming the SOI structure. この内容は、例えば、Special Issue:“Single− This content, for example, Special Issue: "Single-
crystal silicon on non−si crystal silicon on non-si
ngle−crystal insulators”; ngle-crystal insulators ";
edited by G. edited by G. W. W. Cullen,Jour Cullen, Jour
nal of Crystal Growth,vol nal of Crystal Growth, vol
ume 63,no3,pp 429〜590(198 ume 63, no3, pp 429~590 (198
3)にまとめられている。 It is summarized in 3).

【0004】また、古くは、単結晶サファイア基板上に、SiをCVD法(化学気相法)で、ヘテロエピタキシーさせて形成するSOS(シリコン オン サファイア)が知られており、最も成熟したSOI技術として一応の成功を収めはしたが、Si層と下地サファイア基板界面の格子不整合により大量の結晶欠陥、サファイア基板からのアルミニュームのSi層への混入、そして何よりも基板の高価格と大面積化への遅れにより、その応用の広がりが妨げられている。 Further, old, on a single crystal sapphire substrate, a CVD Si-method (chemical vapor deposition) are known SOS forming by heteroepitaxy (silicon on sapphire) is the most mature SOI technology a large amount of crystal defects, high prices and a large area of ​​the substrate is also mixed, and more than anything else to the Si layer of aluminum from the sapphire substrate was is met with tentative success, by the lattice mismatch of the Si layer and the underlying sapphire substrate interface as due to the delay of the reduction, the spread of its application has been hampered. 比較的近年には、サファイア基板を使用せずにSOI構造を実現しようという試みが行われている。 Relatively recently it has been made attempts to realize the SOI structure without using a sapphire substrate. この試みは、次の二つに大別される。 This attempt, is roughly divided into the following two. (1)Si単結晶基板を表面酸化後に、窓を開けてSi (1) Si after surface oxidation of the single crystal substrate, open the window Si
基板を部分的に表出させ、その部分をシードとして横方向へエピタキシャル成長させ、SiO 2上へSi単結晶層を形成する(この場合には、SiO 2上にSi層の堆積をともなう。)。 Substrate partially expose the, it is epitaxially laterally the part as a seed, onto SiO 2 to form an Si single crystal layer (in this case, involves the deposition of Si layer on SiO 2.). (2)Si単結晶基板そのものを活性層として使用し、 (2) a Si single crystal substrate itself is used as an active layer,
その下部にSiO 2を形成する(この方法は、Si層の堆積をともなわない。)。 Forming a SiO 2 thereunder (this method does not involve the deposition of Si layer.).

【0005】 [0005]

【発明が解決しようとする課題】上記(1)を実現する手段として、CVD法により、直接、単結晶層Siを横方向エピタキシャル成長させる方法、非晶質Siを堆積して、熱処理により固相横方向エピタキシャル成長させる方法、非晶質あるいは、多結晶Si層に電子線、レーザー光等のエネルギービームを収束して照射し、溶融再結晶により単結晶層をSiO 2上に成長させる方法、そして、棒状ヒーターにより帯状に溶融領域を走査する方法(Zone melting recrystall As means for realizing the above (1) [0005] by CVD, directly a method for a single crystal layer Si is lateral epitaxial growth, by depositing amorphous Si, the solid phase lateral heat treatment method of direction epitaxial growth, amorphous or electron beam polycrystalline Si layer is irradiated with focused energy beam such as a laser beam, a method of growing a single crystal layer on SiO 2 by melting recrystallization, and, the rod-shaped method of scanning a melt region in the strip by the heater (Zone melting recrystall
ization)が知られている。 ization) are known. これらの方法にはそれぞれ一長一短があるが、その制御性、生産性、均一性、品質に多大の問題を残しており、いまだに、工業的に実用化したものはない。 Although these methods have advantages and disadvantages, its controllability, productivity, uniformity, and leaving a great quality problems, still not industrially those commercialized. たとえば、CVD法は平坦薄膜化するには、犠牲酸化が必要となり、固相成長法ではその結晶性が悪い。 For example, to a CVD method flat thinning, sacrificial oxidation is required, it is poor its crystallinity by solid phase growth method. また、ビームアニール法では、収束ビーム走査による処理時間と、ビームの重なり具合、焦点調整などの制御性に問題がある。 Further, in the beam annealing method has problems with processing time by converged beam scanning, beam overlapping degree, the controllability of such focusing. このうち、Zone Of these, Zone
Melting Recrystallizatio Melting Recrystallizatio
n法がもっとも成熟しており、比較的大規模な集積回路も試作されてはいるが、依然として、亜粒界等の結晶欠陥は多数残留しており、少数キャリヤーデバイスを作成するにいたってない。 n method has the most mature, but is was fabricated relatively large integrated circuits, still crystal defects such as sub-boundaries are remaining a number, not reached to create a minority carrier device .

【0006】上記(2)の方法であるSi基板をエピタキシャル成長の種子として用いない方法に於ては、次の3種類の方法が挙げられる。 [0006] Te is at a method which does not use the Si substrate as the method (2) as a seed for epitaxial growth include the following three methods. . V型の溝が表面に異方性エッチングされたSi単結晶基板に酸化膜を形成し、該酸化膜上に多結晶Si層をSi基板と同じ程厚く堆積した後、Si基板の裏面から研磨によって、厚い多結晶Si層上にV溝に囲まれて誘電分離されたSi単結晶領域を形成する方法である。 After V-shaped groove to form an oxide film on the Si single crystal substrate is anisotropically etched on the surface, a polycrystalline Si layer was same extent thickly deposited Si substrate on the oxide film, polishing the back surface of the Si substrate by a thick on the polycrystalline Si layer surrounded by V groove method of forming a dielectric isolated Si single crystal region. この方法に於ては、結晶性は、良好であるが、多結晶Si Te is at this process, crystallinity, is good, polycrystalline Si
を数百ミクロンも厚く堆積する工程と、単結晶Si基板を裏面より研磨して分離したSi活性層のみを残す工程とを要するために、制御性、及び生産性の点から問題がある。 A step of also thick deposited hundreds of microns, and in order to take a step to leave only Si active layer separating the single-crystal Si substrate is polished from the back surface, there is controllability, and from the viewpoint of productivity problems. . サイモックス(SIMOX:Seperation Saimokkusu (SIMOX: Seperation
by ion implanted oxygen) by ion implanted oxygen)
と称されるSi単結晶基板中に酸素のイオン注入によりSiO 2層を形成する方法であり、Siプロセスと整合性が良いため現在もっとも成熟した方法である。 By oxygen ion implantation referred Si single crystal substrate and a method of forming a SiO 2 layer, a method in which the most mature current because of good matching with the Si process. しかしながら、SiO 2層形成をするためには、酸素イオンを10 18 ions/cm 2以上も注入する必要があり、その注入時間は長大であり、生産性は高いとはいえず、また、ウエハーコストは高い。 However, in order to make the SiO 2 layer formation, must also implanting oxygen ions 10 18 ions / cm 2 or more, the injection time is long, productivity can not be said to be high, also, the wafer cost It is high. 更に、結晶欠陥は多く残存し、工業的に見て少数キャリヤーデバイスを作製できる充分な品質に至っていない。 Furthermore, crystal defects will often remain, not reached the sufficient quality can be produced minority carrier device viewed industrially. . 多孔質Siの酸化による誘電体分離によりSOI構造を形成する方法である。 A method of forming an SOI structure by dielectric isolation according to oxidation of porous Si. この方法は、P型Si単結晶基板表面にN型Si層をプロトンイオン注入、(イマイ他、J.Crystal Growth,vol 6 This method, proton ion implantation of N-type Si layer on a P-type Si monocrystalline substrate surface, (Imai other, J.Crystal Growth, vol 6
3,547(1983)参照)、もしくは、エピタキシャル成長とパターニングによって島状に形成し、表面よりSi島を囲むようにHF溶液中の陽極化成法によりP 3,547 (1983)), or formed in an island shape by epitaxial growth and patterning, P by anodization HF solution so as to surround the Si islands from the surface
型Si基板のみを多孔質化したのち、増速酸化によりN Type Si alone After porous substrate, N by accelerated oxidation
型Si島を誘電体分離する方法である。 Type Si island is a method of dielectric isolation. 本方法では、分離されているSi領域は、デバイス工程のまえに決定されており、デバイス設計の自由度を制限する場合があるという問題点がある。 In this method, Si regions separated is determined before the device process, there is a problem that may limit the freedom of device design.

【0007】ところで、光透過性基板上に半導体素子を形成することは、光受光素子であるコンタクトセンサー、投影型液晶画像表示装置を構成するうえにおいて重要である。 By the way, to form a semiconductor element on a light transmitting substrate, a contact sensor is an optical receiving element is important in order to constitute a projection type liquid crystal image display device. そして、センサーや表示装置の画素(絵素) The pixel sensors and the display device (picture elements)
をより一層、高密度化、高解像度化、高精細化するためには、極めて高性能な駆動素子が必要となる。 Even more and density, higher resolution, in order to achieve high definition, it is necessary to very high-performance driving element. その結果、光透過性基板上に設けられる半導体素子は、優れた結晶性を有する単結晶層上に作製することが求められる。 As a result, a semiconductor element provided on the light transmitting substrate, it is required to produce on a single crystal layer having excellent crystallinity. しかしながら、ガラスに代表される光透過性基板上には一般には、その結晶構造の無秩序性を反映して、非晶質か、良くて、多結晶層にしか形成されず、その欠陥の多い結晶構造故に、要求されるあるいは今後要求されるに十分な性能を持った駆動素子を作成することは困難であった。 However, in general the light transmissive substrate typified by glass, reflecting the disorder of the crystal structure, amorphous or, well, only formed in the polycrystalline layer, often the defective crystal Thus structure, it is difficult to create a driving element having a sufficient performance to be required or requested in the future. それは、基板の結晶構造が非晶質であることによっており、単に、Si層を堆積しても、良質な単結晶層は得られない。 It is by the crystal structure of the substrate is amorphous, simply be deposited Si layer, there is no good single crystal layer obtained. 光透過性基板上に半導体素子を形成する場合には、Si単結晶基板を用いる上記のいずれの方法を用いても光透過性基板上に良質な単結晶層を得るという目的には不適当である。 In the case of forming a semiconductor element on the light transmitting substrate can be used any of the above methods using a Si monocrystalline substrate is unsuitable for the purpose of obtaining a high-quality single crystal layer on the light transmissive substrate is there.

【0008】本発明は、上記したような問題点及び上記したような要求に応える半導体基材及びその作製方法を提供することを目的とする。 [0008] The present invention aims to provide a manufacturing method of a semiconductor substrate and its to meet requirements such as problems and above as described above. また、本発明は、透明基板(光透過性基板)上に結晶性が単結晶ウエハー並に優れたSiを得るうえで、生産性、均一性、制御性、コストの面において卓越した半導体基材及びその作製方法を提供することを目的とする。 Further, the present invention is for obtaining a Si crystallinity and excellent single-crystal wafer parallel on a transparent substrate (light transmissive substrate), productivity, uniformity, controllability, excellent semiconductor substrate in terms of cost Another object of the invention is to provide a method for manufacturing it.

【0009】更に本発明は、従来のSOI構造の利点を実現し、応用可能な半導体基材及びその作製方法を提供することも目的とする。 [0009] Further, the present invention is to realize the advantages of conventional SOI structure, to provide a method for manufacturing applicable semiconductor substrate and its also aims. また、本発明は、SOI構造の大規模集積回路を作製する際にも、高価なSOSや、S Further, the present invention also in making large-scale integrated circuits of SOI structure, and an expensive SOS, S
IMOXの代替足り得る半導体基材及びその作製方法を提供することを目的とする。 And to provide an alternative semiconductor substrate and its manufacturing method capable enough of IMOX.

【0010】 [0010]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体基材の作製方法は、多孔質単結晶シリコン層を有する第1の基材を、非酸化性雰囲気又は真空中で、前記多孔質単結晶 The method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention In order to achieve the above object, according a first substrate having a porous monocrystalline silicon layer, in a non-oxidizing atmosphere or in vacuum, the porous monocrystalline sheet
リコン層の融点以下の温度で熱処理することにより、前記多孔質単結晶シリコン層の表面に、非多孔質単結晶 By heat treatment at a temperature below the melting point of silicon layer, on the surface of the porous monocrystalline silicon layer, a non-porous monocrystalline sheet
リコン層を形成する工程、前記非多孔質単結晶シリコン Forming a silicon layer, said non-porous monocrystalline silicon
層が形成された第1の基材と光透過性の第2の基材とを、前記非多孔質単結晶シリコン層が内側に位置する多層構造体が得られるように貼り合わせる工程、及び前記多層構造体から前記多孔質単結晶シリコン層を除去する工程、とを有することを特徴とする。 Step bonded to the multilayer structure is obtained a first substrate and a light transmissive second substrate, the non-porous monocrystalline silicon layer is located inside a layer is formed, and the removing the porous monocrystalline silicon layer from the multilayer structure, characterized by having a city.

【0011】 また本発明の半導体基材は、上記の本発明 [0011] The semiconductor substrate of the present invention also, the present invention described above
の半導体基材の作製方法をにより作製されたものであ Der those made by a manufacturing method of a semiconductor substrate
る。 That.

【0012】 [0012]

【作用】本発明は、多孔質単結晶シリコン層を有する第1の基材を、非酸化性雰囲気又は真空中で、前記多孔質単結晶シリコン層の融点以下の温度で熱処理することにより、前記多孔質単結晶シリコン層の表面に、非多孔質単結晶シリコン層を形成することで、 シリコン層を形成 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention, a first substrate having a porous monocrystalline silicon layer, in a non-oxidizing atmosphere or in vacuum, by heat treatment at a temperature lower than the melting point of said porous monocrystalline silicon layer, wherein on the surface of the porous monocrystalline silicon layer, by forming a nonporous monocrystalline silicon layer, a silicon layer
するためのソースガス(シラン等)を用いることなく、 Without using a source gas (such as silane) for,
結晶性の良好な非多孔質単結晶シリコン層を基材の多孔質単結晶シリコン層の表面に形成し、さらに、非多孔質単結晶シリコン層が形成された第1の基材と光透過性の第2の基材とを、前記非多孔質単結晶シリコン層が内側に位置する多層構造体が得られるように貼り合わせ、前記多層構造体から前記多孔質単結晶シリコン層を除去することで、光透過性の第2の基材上に良質な単結晶構造を有する、大面積に渡り均一平坦な、欠陥の著しく少ない単結晶シリコン層を形成するものである。 The crystallinity good non-porous single-crystal silicon layer is formed on the surface of the porous monocrystalline silicon layer of the substrate, further, the first substrate non-porous single-crystal silicon layer is formed and the light transmissive second and substrate, wherein the non-porous monocrystalline silicon layer is located inside the bonded as multilayer structure is obtained, by removing the porous monocrystalline silicon layer from said multilayer structure has a good single crystal structure on a transparent second substrate, a flat uniform over a large area, and forms a significantly less monocrystalline silicon layer of the defect.

【0013】 [0013]

【実施態様例】以下、本発明の実施態様例について図を参照して説明する。 [Example embodiment will be described below with reference to the drawings embodiments of the present invention. 図1は、本発明の半導体基材の作製方法の一実施態様例の工程を説明する模式的断面図である。 Figure 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example embodiment of the steps of a method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention.

【0014】図1(a)に示すように、先ず、Si単結晶基板を用意して、多孔質化する。 [0014] As shown in FIG. 1 (a), first, providing a Si single crystal substrate is porous. 多孔質化は、全部でもよいし、表面側のみ、あるいは、表面と裏面の両方でもよい。 Made porous, it may be the total of a surface side only, or may be on both the front and back. 続いて、融点以下の温度において、非酸化性雰囲気、ないし真空中の熱処理を行ない、多孔質化したS Subsequently, at a temperature below the melting point, non-oxidizing atmosphere, or the heat treatment in vacuum is performed, and porous S
i単結晶基板1の表面層を薄膜非多孔質単結晶層2にする。 The i monocrystalline surface layer of the substrate 1 is a thin film non-porous single-crystal layer 2.

【0015】Si単結晶基板は、HF溶液を用いた陽極化成法によって、多孔質化させる。 The Si single crystal substrate by anodization using an HF solution, thereby porous. この多孔質Si層は、単結晶Siの密度2.33g/cm 3に比べて、その密度をHF溶液濃度を50〜20%に変化させることで密度1.1〜0.6g/cm 3の範囲に変化させることができる。 The porous Si layer, the monocrystalline Si as compared with the density of 2.33 g / cm 3, the density of 1.1~0.6g / cm 3 by changing the density of HF solution concentration to 50 to 20% it can be varied in the range. この多孔質層は、下記の理由により、P型Si基板に形成されやすい。 The porous layer, for the following reasons, tends to be formed in a P-type Si substrate. この多孔質Si層は、透過電子顕微鏡による観察によれば、平均約600オングストローム程度の径の孔が形成される。 The porous Si layer, according to observation by transmission electron microscopy, pores of diameter of the order of an average of about 600 angstroms is formed.

【0016】多孔質Siは、Uhlir等によって19 [0016] The porous Si, by Uhlir, etc. 19
56年に半導体の電解研磨の研究過程に於て発見された(A.Uhlir,Bell Syst.Tech. 56 was discovered At a research process of the semiconductor of electrolytic polishing in years (A.Uhlir, Bell Syst.Tech.
J. J. ,vol 35,p. , Vol 35, p. 333(1956))。 333 (1956)). また、ウナガミ等は、陽極化成におけるSiの溶解反応を研究し、HF溶液中のSiの陽極反応には正孔が必要であり、その反応は、次のようであると報告している(T.ウナガミ:J.Electrochem.So Further, Unagami etc., studied the dissolution reaction of Si in anodization, the anode reaction of Si in HF solution requires positive holes, the reaction is reported to be as follows (T . Unagami: J.Electrochem.So
c. c. ,vol. , Vol. 127,p. 127, p. 476(1980))。 476 (1980)).

【0017】 Si+2HF+(2−n)e + → SiF 2 +2H + +ne - SiF 2 +2HF → SiF 4 +H 2 SiF 4 +2HF → H 2 SiF 6又は、 Si+4HF+(4−λ)e + → SiF 4 +4H + +λe - SiF 4 +2HF → H 2 SiF 6ここでe +及び、e -はそれぞれ、正孔と電子を表している。 [0017] Si + 2HF + (2-n ) e + → SiF 2 + 2H + + ne - SiF 2 + 2HF → SiF 4 + H 2 SiF 4 + 2HF → H 2 SiF 6 or, Si + 4HF + (4- λ) e + → SiF 4 + 4H + + λe - SiF 4 + 2HF → H 2 SiF 6 where e + and, e - respectively represent a positive hole and an electron. また、n及びλは夫々シリコン1原子が溶解するために必要な正孔の数であり、n>2又は、λ>4なる条件が満たされた場合に多孔質シリコンが形成されるとしている。 Further, the n and lambda are the number of holes necessary for each silicon one atom is dissolved, and the porous silicon is formed when n> 2 or, where lambda> 4 following condition is satisfied.

【0018】以上のことから、正孔の存在するP型シリコンは、多孔質化されやすい。 [0018] From the above, P-type silicon presence of holes which is easily made porous. この多孔質化に於ける、 In this porous,
選択性は長野ら及び、イマイによって実証されている(長野、中島、安野、大中、梶原;電子通信学会技術研究報告、vol 79,SSD79−9549(197 Selectivity Nagano et al. And has been demonstrated by Imai (Nagano, Nakajima, Anno, Onaka, Kajiwara; Electronics and Communication Engineers Technical Report, vol 79, SSD79-9549 (197
9)、K. 9), K. イマイ;Solid−State Elec Imai; Solid-State Elec
tronics vol 24,159(198 tronics vol 24,159 (198
1))。 1)). このように正孔の存在するP型シリコンは多孔質化されやすく、選択的にP型シリコンを多孔質することができる。 The P-type silicon existence of positive holes as is easily made porous, can be porous quality of the P-type silicon selectively.

【0019】一方、高濃度N型シリコンも多孔質化するという報告(R.P.Holmstorm,I.J. Meanwhile, a report that also porous high concentration N-type silicon (R.P.Holmstorm, I.J.
Y. Y. Chi Appl. Chi Appl. Phys. Phys. Lett. Lett. vol. vol.
42,386(1983))もあり、P、Nにこだわらず、多孔質化を実現できる基板を選ぶことが重要である。 42,386 (1983)) are also available, P, without regard to N, it is important to select a substrate that can realize porous.

【0020】多孔質Si層には、透過電子顕微鏡による観察によれば、平均約600オングストローム程度の径の孔が形成されており、その密度は単結晶Siに比べると、半分以下になるにもかかわらず、単結晶性は維持されている。 [0020] The porous Si layer, according to observation by transmission electron microscopy, are holes of diameter on the order of an average of about 600 angstroms is formed and its density compared to the single-crystal Si, to become less than half regardless, the single crystallinity is maintained. また、多孔質層はその内部に大量の空隙が形成されている為に、密度が半分以下に減少する。 Also, the porous layer to a large amount of voids are formed therein, the density is reduced to less than half. その結果、体積に比べて表面積が飛躍的に増大するため、その化学エッチング速度は、通常の単結晶層のエッチング速度に比べて、著しく増速される。 As a result, the surface area compared to the volume increases dramatically, the chemical etching rate than the etching rate of a normal single crystal layer is significantly accelerated.

【0021】各多孔質Siをエッチングする方法としては、 . [0021] As a method for etching each porous Si. NaOH水溶液で多孔質Siをエッチングする(G.Bonchil,R.Herino,K.Bar Etching the porous Si with aqueous NaOH (G.Bonchil, R.Herino, K.Bar
la,and J. la, and J. C. C. Pfister,J. Pfister, J. Elec Elec
trochem. trochem. Soc. Soc. ,vol. , Vol. 130,no. 130, no.
7,1611(1983))。 7,1611 (1983)). . 単結晶Siをエッチングすることが可能なエッチング液で多孔質Siをエッチングする。 The single-crystal Si etch the porous Si with an etching solution capable of etching. が知られている。 It has been known.

【0022】上記の方法は、通常、フッ硝酸系のエッチング液が用いられるが、このときのSiのエッチング過程は、 Si+2O → SiO 2 SiO 2 +4HF → SiF 4 +H 2 O に示される様に、Siが硝酸で酸化され、SiO 2に変質し、そのSiO 2をフッ酸でエッチングすることによりSiのエッチングが進む。 [0022] The above method is generally as the etching solution of hydrofluoric nitric acid is used, the etching process of the Si in this case, as shown in Si + 2O → SiO 2 SiO 2 + 4HF → SiF 4 + H 2 O, Si There is oxidized with nitric acid, then transformed into SiO 2, the etching of Si proceeds by etching the SiO 2 with hydrofluoric acid.

【0023】同様に結晶Siをエッチングする方法としては、上記フッ硝酸系エッチング液の他に、 エチレンジアミン系 KOH系 ヒドラジン系 などがある。 [0023] As a method for etching a similar crystal Si, in addition to the hydrofluoric-nitric acid-based etching solution, and the like ethylenediamine KOH-based hydrazine.

【0024】その他の重要な多孔質Siの選択エッチング方法は、結晶Siに対してはエッチング作用を持たない弗酸、あるいはバッファード弗酸を用いるものである。 [0024] Other selective etching methods for significant porous Si is to use hydrofluoric acid no etching action, or buffered hydrofluoric acid with respect to the crystal Si. このエッチングにおいては、さらに酸化剤として作用する過酸化水素を添加しても良い。 In this etching, it may be added to hydrogen peroxide, which acts as a further oxidizing agent. 過酸化水素は、酸化剤として作用し、過酸化水素の比率を変えることにより反応速度を制御することが可能である。 Hydrogen peroxide acts as an oxidizing agent, it is possible to control the reaction rate by changing the ratio of hydrogen peroxide. また、表面活性剤として作用するアルコールを添加してもよい。 It may also be added an alcohol which acts as a surface active agent. アルコールは、表面活性剤として作用し、エッチングによる反応生成気体の気泡を瞬時にエッチング表面から除去し、均一に、かつ効率良く多孔質Siの選択エッチングが可能となる。 Alcohol acts as a surface active agent, to remove air bubbles in the reaction product gas by the etching instantaneously from the etched surface, uniformly, and it is possible to efficiently porous Si selective etching.

【0025】図2に、多孔質Siと非多孔質である単結晶Siを弗酸とアルコールと過酸化水素水との混合液に撹はんすることなしに浸潤したときのエッチングされた多孔質Siと単結晶Siの厚みのエッチング時間依存性を示す。 [0025] Figure 2, etched porous when infiltrated the monocrystalline Si porous Si and nonporous without agitation in a mixture solution of hydrofluoric acid, alcohol and hydrogen peroxide It shows the etching time dependency of the thicknesses of Si and monocrystalline Si. 具体的に多孔質化及びエッチング工程について説明する。 Specifically described porous and etching processes.

【0026】多孔質Siは単結晶Siを陽極化成によって作成し、その条件を以下にしめす。 The porous Si will create a single-crystal Si by anodization, indicating the condition below. 陽極化成によって形成する多孔質Siの出発材料は、単結晶Siに限定されるものではなく、他の結晶構造のSiでも可能である。 The starting materials of the porous Si formed by anodization is not limited to monocrystalline Si, it is possible in Si of other crystalline structure. 印加電圧: 2.6(V) 電流密度: 30(mA・cm -2 ) 陽極化成溶液: HF:H 2 O:C 25 OH=1: Applied voltage: 2.6 (V) Current density: 30 (mA · cm -2) Anodization solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1:
1:1 時間: 2.4(時間) 多孔質Siの厚み: 300(μm) Porosity: 56(%) 上記条件により作成した多孔質Siを室温において49 1: 1 Time: 2.4 (hours) porous Si thickness: 300 (μm) Porosity: 56 (%) at room temperature porous Si was prepared by the conditions 49
%弗酸とアルコールと過酸化水素水との混合液(10: % Hydrofluoric acid and a mixture of an alcohol and hydrogen peroxide solution (10:
6:50)(白丸)に撹はんすることなしに浸潤した。 6:50) infiltrated without agitation to (open circles).
のちに、該多孔質Siの厚みの減少を測定した。 Later, to measure the reduction in the thickness of the porous Si. 多孔質Siは急速にエッチングされ、40分ほどで107μ The porous Si was rapidly etched, 107Myu in about 40 minutes
m、更に、80分経過させると244μmも、高度の表面性を有して、均一にエッチングされた。 m, further, when allowed to elapse 80 minutes 244μm also have a high degree of surface properties, were uniformly etched. エッチング速度は溶液濃度及び、温度に依存する。 The etch rate solution concentration and temperature dependent.

【0027】既に述べたように、特に、アルコールを添加することによって、エッチングによる反応生成気体の気泡を、瞬時にエッチング表面から、撹はんすることなく、除去でき、均一にかつ効率よく多孔質Siをエッチングすることができる。 [0027] As already mentioned, in particular, by the addition of alcohol, bubbles of reaction product gases by etching, from instantly etched surface without agitation, can be removed, uniformly and efficiently porous Si can be etched. また特に、過酸化水素水を添加することによって、Siの酸化を増速し、反応速度を無添加にくらべて増速することが可能となり、更に過酸化水素水の比率を変えることにより、その反応速度を制御することができる。 In particular, the addition of hydrogen peroxide, Hayashi increase the oxidation of Si, it is possible to increase speed than the reaction rate without addition, by further changing the ratio of hydrogen peroxide, the it is possible to control the reaction rate.

【0028】また、500μm厚の非多孔質Siを室温において49%弗酸とアルコールと過酸化水素水との混合液(10:6:50)(黒丸)に撹はんすることなしに浸潤した。 Further, a mixture of 49% hydrofluoric acid, alcohol and hydrogen peroxide at room temperature nonporous Si of 500μm thickness (10: 6: 50) was infiltrated without agitation to (closed circles) . のちに、非多孔質Siの厚みの減少を測定した。 Later, to measure the reduction in the thickness of the nonporous Si. 非多孔質Siは、120分経過した後にも、10 Nonporous Si is also after a lapse of 120 minutes, 10
0オングストローム以下しかエッチングされなかった。 0 angstroms or less only was not etched.

【0029】以上説明したエッチング液によるエッチング後の多孔質Siと非多孔質Siを水洗し、その表面を二次イオンにより微量分析したところ何等不純物は検出されなかった。 The washed porous Si and nonporous Si after etching by the above-described etchant, whatever impurities were microanalysis by its surface secondary ion was not detected. 本発明に用いられるアルコールはエチルアルコールのほか、イソプロピルアルコールなど製造工程等に実用上差し支えなく、さらに上記アルコール添加効果を望むことのできるアルコールを用いることができる。 Alcohol used in the present invention other ethyl alcohol is not permissible practical isopropyl alcohol and manufacturing process, etc., it can be further used an alcohol capable of overlooking the alcohol addition effect.

【0030】本発明者は多孔質層の熱処理による構造の変化を雰囲気等をかえて詳細に高分解能走査型電子顕微鏡等を用いて、観察したところ、非酸化性雰囲気、ないしは、真空中での熱処理により多孔質の表面の孔の数が、条件によりその進行に差異はあるが、例えば、図3 [0030] The present inventors used a porous layer high-resolution scanning in detail by changing the atmosphere like a change in the structure by heat treatment of the electron microscope and observed, a non-oxidizing atmosphere, or, in a vacuum the number of the porous surface of the pores of the heat treatment, although differences in its progression by conditions, e.g., FIG. 3
に示すように、時間とともに減少し、ついには消失していまい、その結果、平滑な表面を有する単結晶薄層が形成されることを知見するに至った。 As shown in, decreases with time, Mai has finally disappears, so that led to the finding that a single crystal thin layer having a smooth surface is formed. これは、陽極化成処理より形成された多孔質化したSi基板の表面、及び、 This made porous Si surface of the substrate which is formed from anodized and,
その近傍部分が、熱処理される結果、その表面エネルギーを下げるべく、孔を消失し、表面を平滑化するために非多孔質単結晶薄層が形成されるものである。 Near portion, the result is heat treated, to reduce its surface energy, lost the hole, in which non-porous single-crystal thin layer in order to smooth the surface.

【0031】この表面の平滑な非多孔質単結晶層は、基板の方位を継承した単結晶層であることが、RHEED [0031] It smooth non-porous single-crystal layer of the surface is a single crystal layer that inherits the orientation of the substrate, RHEED
や電子線チャネリングパターンにより確認された。 It was confirmed by or electron beam channeling pattern. 本現象は、温度が上昇、圧力の低下に伴い、促進される。 This phenomenon, temperature rise, with a decrease of the pressure is facilitated. ここでいう非酸化性の雰囲気とは、熱処理中に多孔質層表面に酸化層が形成されない雰囲気をいい、より好ましくは、還元性の雰囲気がよく、例えば水素を含む雰囲気、 Atmosphere non-oxidizing atmosphere as referred to herein, refers to an atmosphere in which the oxide layer is not formed on the porous layer surface during the heat treatment, more preferably, including good reducing atmosphere, for example hydrogen,
ないしは、水素雰囲気が挙げられる。 Or include a hydrogen atmosphere. 熱処理の温度は、 The temperature of the heat treatment is,
雰囲気の組成、圧力により異なるが、概ね、300℃以上、より好ましくは500℃以上、融点以下である。 Composition of the atmosphere varies depending on the pressure, generally, 300 ° C. or higher, more preferably 500 ° C. or higher, a melting point less. また、圧力は、還元性が強いほど高い圧力でも平滑化が促進されるが、概ね大気圧以下、より好ましくは、200 The pressure is smoothed is promoted at high pressure the more strongly reducing, approximately atmospheric pressure or less, more preferably, 200
Torr以下で、下限は特にない。 Torr or less, the lower limit is not particularly. 又超高真空は特に必要としない。 The ultra-high vacuum is not particularly necessary. また、本発明でいう、真空中とは、反応槽に漏れがない状態で雰囲気ガスを導入せず、1×10 -3 Further, in the present invention, a vacuum, without the introduction of ambient gas with no leakage into the reaction vessel, 1 × 10 -3
Torr以下、より好ましくは、1×10 -5 Torr以下の圧力に保ったものをいう。 Torr or less, more preferably, refers to maintained at a pressure below 1 × 10 -5 Torr.

【0032】また、本現象は多孔質表面が清浄な状態で熱処理することでその進行が開始するのであって、多孔質化したSi基板表面に自然酸化膜が形成されている場合には、熱処理に先立って、これを希弗酸により除去しておくことにより、表面の平滑化がより促進される。 Further, when the phenomenon is a than its development by the porous surface is heat-treated in a clean state is started, a natural oxide film on the porous the Si substrate surface is formed, heat treatment prior to, by previously removed by this dilute hydrofluoric acid, the smoothing of the surface is further promoted.

【0033】図1(b)に示すように、光透過性ガラス基板3を用意して、多孔質Si基板上1の単結晶Si層2の表面に貼りつける。 As shown in FIG. 1 (b), to prepare a light-transmitting glass substrate 3 is pasted on the porous Si single-crystal Si layer 2 on the surface of the substrate 1. この貼り付け工程は、洗浄した表面同士を密着させ、その後酸素雰囲気あるいは、窒素雰囲気中で加熱する。 This attaching process is the cleaned surfaces with each other in close contact, then an oxygen atmosphere or heating in a nitrogen atmosphere. 前記貼り合わせ工程に先立って、 Prior to the bonding step,
非多孔質単結晶シリコン層2表面に酸化層6を形成してもよい。 The non-porous single-crystal silicon layer 2 surface to form an oxidation layer 6. 酸化層6は、最終的な活性層である単結晶シリコン層2の界面準位を低減させるために形成する。 Oxide layer 6 is formed in order to reduce the final interface state of the single-crystal silicon layer 2 as an active layer.

【0034】図1(c)に示すように、必要に応じて、 As shown in FIG. 1 (c), if necessary,
エッチング防止膜として、Si 34層5を堆積して、 As the etching prevention film, by depositing Si 3 N 4 layer 5,
貼り合せた2枚の基板全体を被覆して、多孔質シリコン基板の多孔質表面上のSi 34層を除去する。 Covering the two entire substrate of the bonded, to remove the Si 3 N 4 layer on the porous surface of the porous silicon substrate. 他のエッチング防止膜としてSi 34層の代わりに、アピエゾンワックスを用いても良い。 Instead the Si 3 N 4 layer as another anti-etching film may be used Apiezon Wax. この後に、多孔質Si基板1を全部エッチングして光透過性ガラス3に薄膜化した単結晶シリコン層2を残存させ形成する。 Thereafter, the porous Si substrate 1 by all etched to leave a light transmitting glass 3 single crystal silicon layer 2 is thinned to form.

【0035】また、前記エッチングに先立って、多孔質Si基板1を裏面側から、研削、ないしは、研磨等の機械加工によりあらかじめ薄層化しておいてもよい。 Further, prior to the etching, the porous Si substrate 1 from the back side, grinding, or may be preliminarily thinned by machining such as polishing. 特にSi基板を全部多孔質化しない場合には、多孔質層が露出するまで、機械加工により薄層化することが好ましい。 Especially when not all made porous Si substrate, until the porous layer is exposed, it is preferable to thin layer by machining.

【0036】図1(c)には本発明で得られる半導体基材が示される。 The semiconductor substrate obtained in the present invention is shown in Figure 1 (c). すなわち、図1(b)に於けるエッチング防止膜としてのSi 34層5を除去することによって、光透過性ガラス基板3上に結晶性がシリコンウエハーと同等な単結晶Si層2が平坦に、しかも均一に薄層化されて、光透過性ガラス基板全域に、大面積に形成される。 That is, by remove the Si 3 N 4 layer 5 as in the anti-etching film in Fig. 1 (b), equivalent to the single-crystal Si layer 2 flat crystallinity and silicon wafer on the light-transmitting glass substrate 3 to, yet it is uniformly thin layer, the light-transmissive glass substrate throughout, is formed in a large area. この後、必要に応じて、単結晶Si層より、エピタキシャル成長を行なって、単結晶薄層の厚さをましてもよい。 Thereafter, if necessary, from a single crystal Si layer, by performing epitaxial growth, it may be better to thickness of the single crystal thin layer. この成長法は、CVD法、スパッタ法、液相成長法、固相成長法等いづれの方法でも構わない。 The growth method, CVD method, a sputtering method, liquid phase growth method, but may be a method of Izure solid phase growth method, or the like.

【0037】こうして得られた半導体基材は、絶縁分離された電子素子作製という点から見ても好適に使用することができる。 [0037] Thus, the semiconductor substrate obtained can be suitably used in terms of an electronic device manufacturing that are insulated and separated.

【0038】 [0038]

【実施例】以下、具体的な実施例によって本発明を説明する。 EXAMPLES Hereinafter, specific examples present invention. (実施例1) 200ミクロンの厚みを持ったP型(100)単結晶S (Example 1) 200 micron P-type having a thickness of (100) single crystal S
i基板を50%のHF溶液中において陽極化成を行った。 The i substrate was anodized in a 50% HF solution. この時の電流密度は、5mA/cm 2であった。 The current density at this time was 5 mA / cm 2. この時の多孔質化速度は、0.9μm/min. The porous structure formation rate at this time, 0.9μm / min. であり2 By and 2
00ミクロンの厚みを持ったP型(100)Si基板全体は、223分で多孔質化された。 00 micron P-type having a thickness of (100) Si entire substrate was made porous in 223 minutes.

【0039】該多孔質化されたSi基板を水素雰囲気中で熱処理して、表面に平滑な層を得た。 [0039] The Si substrate is porous structure formation by heat treatment in a hydrogen atmosphere to obtain a smooth layer on the surface. 熱処理条件は以下のとおりとした。 Heat treatment conditions were as follows. 温度: 950℃ 圧力: 80Torr 時間: 25分 この表面の平滑な層を高分解能走査型電子顕微鏡、RH Temperature: 950 ° C. Pressure: 80 Torr Time: 25 minutes a smooth layer of the surface high-resolution scanning electron microscope, RH
EEDにより観察したところ、基板と同方位の厚さ20 It was observed by EED, the thickness of the substrate in the same orientation 20
nmの単結晶薄層が形成されていた。 nm of the single crystal thin layer was formed.

【0040】次に、この単結晶薄層の表面に、光学研磨を施した溶融石英ガラス基板を重ねあわせ、酸素雰囲気中で800℃、0.5時間加熱することにより、両基板は、強固に接合された。 Next, the surface of the single crystal thin layer, superposed a fused quartz glass substrate subjected to optical polishing, 800 ° C. in an oxygen atmosphere, by heating 0.5 hours, the substrates are strongly They are joined. 減圧CVD法によってSi 3 Si 3 N by low pressure CVD
4を0.1μm堆積して、貼りあわせた2枚の基板を被覆して、多孔質基板上の窒化膜のみを反応性イオンエッチングによって除去する。 4 0.1μm deposited, covering the two substrates bonded, and only the nitride film on a porous substrate is removed by reactive ion etching.

【0041】その後、該貼り合わせた基板を49%弗酸とアルコールと過酸化水素水との混合液(10:6:5 [0041] Thereafter, a mixed solution of the bonded and the board 49% hydrofluoric acid, alcohol and hydrogen peroxide solution (10: 6: 5
0)で撹はんすることなく選択エッチングする。 0) in selectively etched without agitation. 65分後には、単結晶Si層だけがエッチングされずに残り、 After 65 minutes, only the single-crystal Si layer remained without being etched,
単結晶Siをエッチ・ストップの材料として、多孔質S The single-crystal Si as a material of etch stop the porous S
i基板は選択エッチングされ、完全に除去された。 i substrate is selectively etched and completely removed. Si Si
34層を除去した後には、石英ガラス基板上に薄膜単結晶Si層が形成できた。 After removal of the 3 N 4 layer is a thin film monocrystalline Si layer was formed on a quartz glass substrate. 透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Si層には新たな結晶欠陥は導入されておらず、良好な結晶性が維持されていることが確認された。 Transmission electron cross-sectional observation with a microscope, no new crystal defects were introduced into the Si layer, that satisfactory crystallinity was maintained. (実施例2) 200ミクロンの厚みを持ったP型(100)単結晶S (Example 2) 200 micron P-type having a thickness of (100) single crystal S
i基板を50%のHF溶液中において陽極化成を行った。 The i substrate was anodized in a 50% HF solution. この時の電流密度は、100mA/cm 2であった。 The current density at this time was 100 mA / cm 2. この時の多孔質化速度は、8.4μm/min. The porous structure formation rate at this time, 8.4μm / min. であり200ミクロンの厚みを持ったP型(100)Si By and 200 microns P-type having a thickness of (100) Si
基板全体は、24分で多孔質化された。 Whole substrate was made porous in 24 minutes.

【0042】該多孔質化されたSi基板を水素雰囲気中で熱処理して、表面に平滑な層を得た。 [0042] The Si substrate is porous structure formation by heat treatment in a hydrogen atmosphere to obtain a smooth layer on the surface. 熱処理条件は以下のとおりとした。 Heat treatment conditions were as follows. 温度: 950℃ 圧力: 50Torr 時間: 45分 この表面の平滑な層を高分解能走査型電子顕微鏡、RH Temperature: 950 ° C. Pressure: 50 Torr Time: 45 min High-resolution scanning electron microscope a smooth layer of the surface, RH
EEDにより観察したところ、基板と同方位の厚さ50 It was observed by EED, the thickness of the substrate in the same orientation 50
nmの非多孔質単結晶薄層が形成されていた。 Non-porous single-crystal thin layer of nm was formed.

【0043】次に、このエピタキシャル層を10nm酸化した表面に、光学研磨を施した500℃近辺に軟化点のあるガラス基板を重ねあわせ、酸素雰囲気中で450 Next, the epitaxial layer to 10nm oxidized surface was superposed a glass substrate having a softening point 500 ° C. vicinity subjected to optical polishing, in an oxygen atmosphere at 450
℃、0.5時間加熱することにより、両基板は、強固に接合された。 ° C., by heating 0.5 hours, the two substrates were strongly bonded. 減圧CVD法によってSi 34を0.1 The Si 3 N 4 by the low pressure CVD method 0.1
μm堆積して、貼りあわせた2枚の基板を被覆して、多孔質基板上の窒化膜のみを反応性イオンエッチングによって除去する。 And μm deposited, to cover the two substrates bonded, and only the nitride film on a porous substrate is removed by reactive ion etching.

【0044】前述したように通常のSi単結晶のKOH [0044] KOH of ordinary Si single crystal as described above
6M溶液に対するエッチング速度は、約毎分1ミクロン弱程度であるが、多孔質層のエッチング速度はその百倍ほど増速される。 Etching rate of 6M solution is about per minute about 1 micron weak, the etching rate of the porous layer is accelerated as the one hundred times. すなわち、200ミクロンの厚みをもった多孔質化されSi基板は、2分で除去された。 That, Si substrate made porous having a thickness of 200 microns was removed in 2 minutes. S
34層を除去した後には、低軟化点ガラス基板上に良好な結晶性を有する単結晶Si層が形成できた。 After removal of the i 3 N 4 layer, single-crystal Si layer having good crystallinity to the low softening point glass substrate was formed. (実施例3) 200ミクロンの厚みを持ったP型(100)単結晶S (Example 3) P-type having a thickness of 200 microns (100) single crystal S
i基板を50%のHF溶液中において陽極化成を行った。 The i substrate was anodized in a 50% HF solution. この時の電流密度は、100mA/cm 2であった。 The current density at this time was 100 mA / cm 2.

【0045】この時の多孔質化速度は、8.4μm/m The porous structure formation rate at this time, 8.4μm / m
in. in. であり200ミクロンの厚みを持ったP型(10 In and P-type having a thickness of 200 microns (10
0)Si基板全体は、24分で多孔質化された。 0) Si entire substrate was made porous in 24 minutes. 該多孔質化されたSi基板を1.5%希弗酸で洗浄した後、ただちにアルゴン雰囲気中で熱処理して、表面に平滑な層を得た。 After the Si substrate which is porous structure formation was washed with 1.5% dilute hydrofluoric acid, immediately heat treated in an argon atmosphere to obtain a smooth layer on the surface. 熱処理条件は以下のとおりとした。 Heat treatment conditions were as follows.

【0046】 温度: 950℃ 圧力: 1Torr 時間: 60分 この表面の平滑な層を高分解能走査型電子顕微鏡、RH [0046] Temperature: 950 ° C. Pressure: 1 Torr Time: 60 min High-resolution scanning electron microscope a smooth layer of the surface, RH
EEDにより観察したところ、基板と同方位の厚さ20 It was observed by EED, the thickness of the substrate in the same orientation 20
nmの単結晶薄層が形成されていた。 nm of the single crystal thin layer was formed.

【0047】該単結晶薄層表面に、光学研磨を施した5 [0047] The single-crystal thin layer surface, 5 optically polished
00℃近辺に軟化点のあるガラス基板を重ねあわせ、酸素雰囲気中で450℃、0.5時間加熱することにより、両基板は、強固に接合された。 00 superposed glass substrates with a softening point near ° C., 450 ° C. in an oxygen atmosphere, by heating 0.5 hours, the two substrates were strongly bonded. 減圧CVD法によってSi 34を0.1μm堆積して、貼りあわせた2枚の基板を被覆して、多孔質基板上の窒化膜のみを反応性イオンエッチングによって除去する。 And 0.1μm deposited Si 3 N 4 by the low pressure CVD method, to cover the two substrates bonded, and only the nitride film on a porous substrate is removed by reactive ion etching.

【0048】前述したように通常のSi単結晶のフッ硝酸酢酸溶液に対するエッチング速度は、約毎分1ミクロン弱程度(フッ硝酸酢酸溶液1:3:8)であるが、多孔質層のエッチング速度はその百倍ほど増速される。 The etching rate of ordinary Si monocrystal of hydrofluoric acid-nitric acid solution as described above, approximately every minute 1 micron weak order (hydrofluoric acid-nitric acid solution 1: 3: 8) is, but the etching rate of the porous layer It is accelerated as the hundred-fold. すなわち、200ミクロンの厚みをもった多孔質化されたSi基板は、2分で除去された。 That, Si substrate made porous having a thickness of 200 microns was removed in 2 minutes. Si 34層を除去した後には、低軟化点ガラス基板上に単結晶Si層が形成できた。 After removal of the Si 3 N 4 layer monocrystalline Si layer on the low-softening point glass substrate was formed.

【0049】また、Si 34層の代わりに、アピエゾンワックスを被覆した場合にも同様の効果があり、多孔質化されたSi基板のみを完全に除去し得た。 [0049] Instead the Si 3 N 4 layer, has the same effect even when coated Apiezon Wax was only Si substrate made porous obtained completely removed. (実施例4) 300ミクロンの厚みを持ったP型(100)単結晶S (Example 4) 300 micron P-type having a thickness of (100) single crystal S
i基板を50%のHF溶液中において陽極化成を行った。 The i substrate was anodized in a 50% HF solution. この時の電流密度は、5mA/cm 2であった。 The current density at this time was 5 mA / cm 2. この時の多孔質化速度は、0.9μm/min. The porous structure formation rate at this time, 0.9μm / min. であり3 In is 3
00ミクロンの厚みを持ったP型(100)Si基板の表面を30μm多孔質化した。 00 micron P-type having a thickness of the (100) Si surface of the substrate was 30μm porous.

【0050】該多孔質化されたSi基板を水素雰囲気中で熱処理して、表面に平滑な層を得た。 [0050] The Si substrate is porous structure formation by heat treatment in a hydrogen atmosphere to obtain a smooth layer on the surface. 熱処理条件は以下のとおりとした。 Heat treatment conditions were as follows. 温度: 950℃ 圧力: 60Torr 時間: 25分 この表面の平滑な層を高分解能走査型電子顕微鏡、RH Temperature: 950 ° C. Pressure: 60 Torr Time: 25 minutes a smooth layer of the surface high-resolution scanning electron microscope, RH
EEDにより観察したところ、基板と同方位の厚さ30 It was observed by EED, the thickness of the substrate in the same orientation 30
nmの単結晶薄層が形成されていた。 nm of the single crystal thin layer was formed. この単結晶薄層を100オングストローム酸化した表面に、溶融石英ガラス基板を密着させ、700℃、0.5時間加熱することにより、両基板は、強固に接合された。 The single-crystal thin layer 100 Angstrom oxide surface is brought into close contact with fused quartz glass substrate, 700 ° C., by heating 0.5 hours, the two substrates were strongly bonded.

【0051】この多孔質基板を裏面より、通常のウエハのラッピング工程により、170μm削り、多孔質シリコンを露出させた。 [0051] from the back surface of the porous substrate by conventional wafer lapping, grinding 170 [mu] m, to expose the porous silicon. 減圧CVD法によってSi 34を0.1μm堆積して、貼りあわせた2枚の基板を被覆して、多孔質基板上の窒化膜のみを反応性イオンエッチングによって除去する。 And 0.1μm deposited Si 3 N 4 by the low pressure CVD method, to cover the two substrates bonded, and only the nitride film on a porous substrate is removed by reactive ion etching.

【0052】その後、該貼り合わせた基板をバッファード弗酸とアルコールと過酸化水素水との混合液(10: [0052] Thereafter, a mixed solution of the bonded substrates buffered hydrofluoric acid, alcohol and hydrogen peroxide (10:
6:50)で撹はんすることなく選択エッチングする。 Selectively etched without agitation at 6:50).
30分後には、単結晶Si層だけがエッチングされずに残り、単結晶Siをエッチ・ストップの材料として、多孔質Siは選択エッチングされ、完全に除去された。 After 30 minutes, remaining only the single-crystal Si layer is not etched, the monocrystalline Si as an etch stopper, the porous Si was selectively etched and completely removed. S
34層を除去した後には、溶融石英ガラス基板上に単結晶Si層が形成できた。 After removal of the i 3 N 4 layers could monocrystalline Si layer is formed on the fused silica glass substrate.

【0053】また、Si 34層の代わりに、アピエゾンワックスを被覆した場合にも同様の効果があり、多孔質化されたSi基板のみを完全に除去し得た。 [0053] Instead the Si 3 N 4 layer, has the same effect even when coated Apiezon Wax was only Si substrate made porous obtained completely removed. (実施例5) 200ミクロンの厚みを持ったP型(100)単結晶S (Example 5) P-type having a thickness of 200 microns (100) single crystal S
i基板を50%のHF溶液中において陽極化成を行った。 The i substrate was anodized in a 50% HF solution. この時の電流密度は、100mA/cm 2であった。 The current density at this time was 100 mA / cm 2. この時の多孔質化速度は、8.4μm/min. The porous structure formation rate at this time, 8.4μm / min. であり200ミクロンの厚みを持ったP型(100)Si By and 200 microns P-type having a thickness of (100) Si
基板全体は、24分で多孔質化された。 Whole substrate was made porous in 24 minutes.

【0054】該多孔質化されたSi基板を水素雰囲気中で熱処理して、表面に平滑な層を得た。 [0054] The Si substrate is porous structure formation by heat treatment in a hydrogen atmosphere to obtain a smooth layer on the surface. 熱処理条件は以下のとおりとした。 Heat treatment conditions were as follows. 温度: 950℃ 圧力: 760Torr 時間: 80分 この表面の平滑な層を高分解能走査型電子顕微鏡、RH Temperature: 950 ° C. Pressure: 760 Torr Time: 80 min smooth layer of the surface high-resolution scanning electron microscope, RH
EEDにより観察したところ、基板と同方位の厚さ20 It was observed by EED, the thickness of the substrate in the same orientation 20
nmの単結晶薄層が形成されていた。 nm of the single crystal thin layer was formed. この単結晶薄層の表面に、光学研磨を施した800℃近辺に軟化点のあるガラス基板を密着させ、700℃、0.5時間加熱することにより、両基板は、強固に接合された。 On the surface of the single crystal thin layer was adhered to a glass substrate with a softening point 800 near ° C. subjected to optical polishing, 700 ° C., by heating 0.5 hours, the two substrates were strongly bonded.

【0055】減圧CVD法によってSi 34を0.1 [0055] The Si 3 N 4 by the low pressure CVD method 0.1
μm堆積して、貼りあわせた2枚の基板を被覆して、多孔質基板上の窒化膜のみを反応性イオンエッチングによって除去する。 And μm deposited, to cover the two substrates bonded, and only the nitride film on a porous substrate is removed by reactive ion etching. 前述したように通常のSi単結晶のフッ硝酸酢酸溶液に対するエッチング速度は、約毎分1ミクロン弱程度(フッ硝酸酢酸溶液1:3:8)であるが、 Etching rate of ordinary Si monocrystal of hydrofluoric acid-nitric acid solution as described above, approximately every minute 1 micron weak order (hydrofluoric acid-nitric acid solution 1: 3: 8), but is,
多孔質層のエッチング速度はその百倍ほど増速される。 Etch rate of the porous layer is accelerated as the one hundred times.
すなわち、200ミクロンの厚みをもった多孔質化されたSi基板は、2分で除去された。 That, Si substrate made porous having a thickness of 200 microns was removed in 2 minutes. Si 34層を除去した後には、ガラス基板上に単結晶Si層が形成できた。 After removal of the Si 3 N 4 layer was monocrystalline Si layer is formed on a glass substrate.

【0056】次に通常用いるCVD法を用いて、この単結晶薄層からエピタキシャル成長させて、単結晶シリコン層の厚さを2μmにした。 [0056] The next using the CVD method using typically epitaxially grown from the monocrystalline thin layer to the thickness of the single crystal silicon layer to 2 [mu] m. 成長条件は以下のとおりとした。 Growth conditions were as follows. ガス: SiH 2 Cl 2 /H 2 ;1/180(1/mi Gas: SiH 2 Cl 2 / H 2 ; 1/180 (1 / mi
n. n. ) 温度: 1080℃ 圧力: 80Torr その結果、ガラス基板上に厚さ2μmの単結晶Si層が形成できた。 ) Temperature: 1080 ° C. Pressure: 80 Torr As a result, the single-crystal Si layer having a thickness of 2μm on a glass substrate was formed. (実施例6) 200ミクロンの厚みを持ったP型(100)単結晶S (Example 6) 200 micron P-type having a thickness of (100) single crystal S
i基板を50%のHF溶液中において陽極化成を行った。 The i substrate was anodized in a 50% HF solution. この時の電流密度は、100mA/cm 2であった。 The current density at this time was 100 mA / cm 2.

【0057】この時の多孔質化速度は、8.4μm/m [0057] The porous structure formation rate at this time, 8.4μm / m
in. in. であり200ミクロンの厚みを持ったP型(10 In and P-type having a thickness of 200 microns (10
0)Si基板全体は、24分で多孔質化された。 0) Si entire substrate was made porous in 24 minutes. 該多孔質化されたSi基板を1.5%希弗酸で洗浄した後、ただちに真空槽中で熱処理して、表面に平滑な層を得た。 After the Si substrate which is porous structure formation was washed with 1.5% dilute hydrofluoric acid, immediately heat treated in a vacuum vessel, to obtain a smooth layer on the surface.
熱処理条件は以下のとおりとした。 Heat treatment conditions were as follows.

【0058】 温度: 950℃ 圧力: 1×10 -8 Torr 時間: 100分 この表面の平滑な層を高分解能走査型電子顕微鏡、RH [0058] Temperature: 950 ° C. Pressure: 1 × 10 -8 Torr Time: a smooth layer of 100 minutes the surface high-resolution scanning electron microscope, RH
EEDにより観察したところ、基板と同方位の厚さ15 It was observed by EED, the thickness of the substrate in the same orientation 15
nmの単結晶薄層が形成されていた。 nm of the single crystal thin layer was formed.

【0059】該単結晶薄層表面に、光学研磨を施した溶融石英ガラス基板を重ねあわせ、酸素雰囲気中で800 [0059] The single-crystal thin layer surface was superposed the fused silica glass substrate optically polished, in an oxygen atmosphere 800
℃、0.5時間加熱することにより、両基板は、強固に接合された。 ° C., by heating 0.5 hours, the two substrates were strongly bonded. 減圧CVD法によってSi 34を0.1 The Si 3 N 4 by the low pressure CVD method 0.1
μm堆積して、貼りあわせた2枚の基板を被覆して、多孔質基板上の窒化膜のみを反応性イオンエッチングによって除去する。 And μm deposited, to cover the two substrates bonded, and only the nitride film on a porous substrate is removed by reactive ion etching.

【0060】その後、該貼り合わせた基板をバッファード弗酸とアルコールと過酸化水素水との混合液(10: [0060] Thereafter, a mixed solution of the bonded substrates buffered hydrofluoric acid, alcohol and hydrogen peroxide (10:
6:50)で撹はんすることなく選択エッチングする。 Selectively etched without agitation at 6:50).
205分後には、単結晶Si層だけがエッチングされずに残り、単結晶Siをエッチ・ストップの材料として、 After 205 minutes, the rest only the single-crystal Si layer is not etched, the monocrystalline Si as an etch stopper,
多孔質Si基板は選択エッチングされ、完全に除去された。 The porous Si substrate is selectively etched and completely removed. Si 34層を除去した後には、石英ガラス基板上に薄膜単結晶Si層が形成できた。 After removal of the Si 3 N 4 layer thin-film single-crystal Si layer was formed on a quartz glass substrate.

【0061】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、S [0061] The cross-sectional observation by transmission electron microscopy results, S
i層には新たな結晶欠陥は導入されておらず、良好な結晶性が維持されていることが確認された。 New crystal defects in the i layer is not introduced, that satisfactory crystallinity was maintained. また、Si 3 In addition, Si 3
4層の代わりに、アピエゾンワックスを被覆した場合にも同様の効果があり、多孔質化されたSi基板のみを完全に除去し得た。 Instead of N 4 layer, it has the same effect even when coated Apiezon Wax was only Si substrate made porous obtained completely removed.

【0062】 [0062]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、 As described above in detail, according to the present invention,
ガラスに代表される光透過性の基材上に結晶性が単結晶ウエハー並に優れた単結晶シリコン層を得るうえで、生産性、均一性、制御性、経済性の面において卓越した方法を提供することができる。 In terms of crystallinity on the light transparent substrate typified by glass to obtain a single crystal silicon layer having excellent single crystal wafer parallel, productivity, uniformity, controllability, excellent method in terms of economy it is possible to provide.

【0063】更に本発明によれば、従来のSOIデバイスの利点を実現し、応用可能な半導体基材の作製方法を提供することができる。 [0063] Further according to the invention, to achieve the advantages of conventional SOI devices, it is possible to provide a manufacturing method applicable semiconductor substrate. また、本発明によれば、SOI Further, according to the present invention, SOI
構造の大規模集積回路を作製する際にも、高価なSOS Even when manufacturing a large scale integrated circuit structure, expensive SOS
や、SIMOXの代替足り得る半導体基材の作製方法を提供することができる。 And, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor substrate which can substitute missing the SIMOX.

【0064】本発明によれば、元々良質な単結晶シリコ According to the [0064] The present invention, originally high-quality single crystal silicon
基板を出発材料として、陽極化成により多孔質化した後、非酸化性雰囲気、ないし、真空中で熱処理することにより、多孔質層表面を非多孔質単結晶層に変質せしめた後、下部の多孔質シリコン層を除去して光透過性の基材上に移設させるものであり、シラン等のソースガスを用いることなく多孔質上に非多孔質単結晶層を形成できるので、経済性に優れる。 The emission substrate as a starting material, was porous by anodization, a non-oxidizing atmosphere, to not by heat treatment in a vacuum, after allowed alter the porous layer surface to the non-porous single-crystal layer, the lower part of are those to remove the porous silicon layer is transferred onto a light transmissive substrate, since the non-porous monocrystalline layer on a porous without using a source gas such as silane may be formed, excellent economy . また、実施例にも詳細に記述したように、多数処理を短時間に行うことが可能であり、その生産性と経済性に多大の進歩がある。 Further, as described in detail in Example, it is possible to perform multi-treatment in a short time, there is a great progress in the productivity and economical efficiency.

【0065】さらに本発明によれば、極薄の単結晶層を酸化層上に形成できるので薄膜を用いるSOI回路などにも好適である。 [0065] Further according to the present invention are also suitable for such SOI circuits using thin film can be formed a monocrystalline layer of ultrathin on the oxide layer.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の半導体基材の作製方法の工程を説明するための模式的断面図である。 1 is a schematic sectional view for explaining a step of a method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention.

【図2】多孔質Siと非多孔質Siを弗酸とアルコールと過酸化水素水の混合液に浸潤した時のエッチング特性図である。 Figure 2 is an etching characteristic diagram when the porous Si and nonporous Si infiltrated in a mixture of hydrofluoric acid, alcohol and hydrogen peroxide.

【図3】多孔質Siの熱処理における表面の孔の数密度の時間変化を示す図である。 3 is a diagram showing the time variation of the number density of the surface of the pores in the heat treatment of the porous Si.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 多孔質Si基板 2 非多孔質Si単結晶層 3 光透過性ガラス基板 5 Si 34エッチング防止膜 6 表面酸化層 1 porous Si substrate 2 non-porous Si monocrystalline layer 3 light-transmitting glass substrate 5 Si 3 N 4 etching preventing film 6 surface oxide layer

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl. 6 ,DB名) H01L 21/02 H01L 21/20 H01L 21/762 H01L 27/12 Front page of the continuation (58) investigated the field (Int.Cl. 6, DB name) H01L 21/02 H01L 21/20 H01L 21/762 H01L 27/12

Claims (23)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】 多孔質単結晶シリコン層を有する第1の基材を、非酸化性雰囲気又は真空中で、前記多孔質単結晶シリコン層の融点以下の温度で熱処理することにより、前記多孔質単結晶シリコン層の表面に、非多孔質単結晶シリコン層を形成する工程、前記非多孔質単結晶 The method according to claim 1 first substrate having a porous monocrystalline silicon layer, in a non-oxidizing atmosphere or in vacuum, by heat treatment at a temperature lower than the melting point of said porous monocrystalline silicon layer, the porous the surface of the single crystal silicon layer, forming a non-porous monocrystalline silicon layer, said non-porous single-crystal sheet
    リコン層が形成された第1の基材と光透過性の第2の基材とを、前記非多孔質単結晶シリコン層が内側に位置する多層構造体が得られるように貼り合わせる工程、及び前記多層構造体から前記多孔質単結晶シリコン層を除去する工程、とを有することを特徴とする半導体基材の作製方法。 Step of bonding such multilayer structure is obtained a first substrate and a light transmissive second substrate, the non-porous monocrystalline silicon layer is located inside the silicon layer is formed and, removing the porous monocrystalline silicon layer from said multilayer structure, a method for manufacturing a semiconductor substrate characterized by having a city.
  2. 【請求項2】 前記第1の基材の熱処理は、還元性雰囲気中で行われる請求項1に記載の半導体基材の作製方法。 Wherein said heat treatment of the first substrate, a method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1 which is performed in a reducing atmosphere.
  3. 【請求項3】 前記第1の基材の熱処理は、水素を含む雰囲気又は水素雰囲気中で行われる請求項2に記載の半導体基材の作製方法。 Wherein the heat treatment of the first substrate, a method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 2 carried out in an atmosphere or in a hydrogen atmosphere containing hydrogen.
  4. 【請求項4】 前記第1の基材の熱処理は、大気圧以下の圧力の下で行われる請求項1〜3のいずれかに記載の半導体基材の作製方法。 Wherein said heat treatment of the first substrate, a method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1 which is carried out under sub-atmospheric pressure.
  5. 【請求項5】 前記第1の基材の熱処理は、200To Wherein said heat treatment of the first substrate, 200To
    rr以下の圧力の下で行われる請求項4に記載の半導体基材の作製方法。 The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 4, rr performed under the following pressures.
  6. 【請求項6】 前記第1の基材の熱処理は、雰囲気ガスを導入せず、1×10 -3 Torr以下の圧力の下で行われる請求項1に記載の半導体基材の作製方法。 Heat treatment wherein said first substrate is not introduce an atmospheric gas, a method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1 which is carried out under a pressure below 1 × 10 -3 Torr.
  7. 【請求項7】 前記第1の基材の熱処理は、雰囲気ガスを導入せず、1×10 -5 Torr以下の圧力の下で行われる請求項6に記載の半導体基材の作製方法。 Heat treatment wherein said first substrate is not introduce an atmospheric gas, a method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 6 which is carried out under a pressure below 1 × 10 -5 Torr.
  8. 【請求項8】 前記第1の基材の熱処理は、300℃以上の温度で行われる請求項1〜7のいずれかに記載の半導体基材の作製方法。 Wherein said first heat treatment of the substrate, a method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, carried out at 300 ° C. or higher.
  9. 【請求項9】 前記第1の基材の熱処理は、500℃以上の温度で行われる請求項8に記載の半導体基材の作製方法。 Wherein said first heat treatment of the substrate, a method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 8 which is carried out at 500 ° C. or higher.
  10. 【請求項10】 前記多孔質単結晶シリコン層は、P型シリコンから成る請求項1〜9のいずれかに記載の半導体基材の作製方法。 Wherein said porous monocrystalline silicon layer, a method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1 comprising a P-type silicon.
  11. 【請求項11】 前記多孔質単結晶シリコン層は、非多孔質単結晶シリコンから成る第1の基材の少なくとも一部を多孔質化することによって形成される請求項1〜 Wherein said porous monocrystalline silicon layer, according to claim 1-1 where at least a portion of the first substrate made of a non-porous single-crystal silicon formed by porous
    のいずれかに記載の半導体基材の作製方法。 The method for manufacturing a semiconductor substrate according to any one of 0.
  12. 【請求項12】 前記多孔質単結晶シリコン層は、非多孔質単結晶シリコンから成る第1の基材を部分的に多孔質化することによって形成され、前記貼り合わせ工程の後、多孔質単結晶シリコン層を除去する前に、前記第1 12. The method of claim 11, wherein the porous monocrystalline silicon layer, a first substrate made of a non-porous single-crystal silicon formed by partially porous, after the bonding step, porous single before removing the crystalline silicon layer, the first
    の基材の多孔質化されずに残っている領域を除去する工程を有する請求項11に記載の半導体基材の作製方法。 The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 11 comprising the step of removing the space remaining without being made porous of the substrate.
  13. 【請求項13】 前記第1の基材の多孔質化されずに残っている領域は、研磨又は研削によって除去される請求項12に記載の半導体基材の作製方法。 Wherein said remaining region without being porous of the first substrate, a method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 12 which is removed by polishing or grinding.
  14. 【請求項14】 前記多孔質化は、陽極化成によって行われる請求項11〜13のいずれかに記載の半導体基材の作製方法。 14. The porous, the method for manufacturing a semiconductor substrate according to any one of claims 11 to 13 carried out by anodization.
  15. 【請求項15】 前記第1の基材の熱処理に先立って、 15. Prior to the heat treatment of the first substrate,
    前記多孔質単結晶シリコン層の表面を弗酸によって洗浄する請求項1〜 14のいずれかに記載の半導体基材の作製方法。 The method for manufacturing a semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 14 for cleaning the surface of the porous monocrystalline silicon layer by hydrofluoric acid.
  16. 【請求項16】 更に前記多孔質単結晶シリコン層を除去した後の、多層構造体の非多孔質単結晶シリコン層から単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させる請求項1〜 15のいずれかに記載の半導体基材の作製方法。 Of 16. After further removing the porous monocrystalline silicon layer, a semiconductor according to any one of claims 1 to 15, epitaxially growing a single-crystal silicon layer from the non-porous monocrystalline silicon layer of the multilayer structure a method for manufacturing a base material.
  17. 【請求項17】 前記第2の基材は、ガラス基板から成る請求項1〜 16のいずれかに記載の半導体基材の作製方法。 17. The second substrate, the method for manufacturing a semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 16 made of a glass substrate.
  18. 【請求項18】 前記第2の基材は、石英ガラス基板から成る請求項17に記載の半導体基材の作製方法。 18. The method of claim 17, wherein the second substrate, the method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 17 made of quartz glass substrate.
  19. 【請求項19】 前記貼り合わせ工程の前に、前記非多孔質単結晶シリコン層の表面を酸化することによって酸化層を形成する請求項1〜 18のいずれかに記載の半導体基材の作製方法。 Before 19. The bonding step, the non-porous method for manufacturing a semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 18, forming an oxide layer by oxidizing the surface of the single crystal silicon layer .
  20. 【請求項20】 前記多孔質単結晶シリコン層の除去は、エッチングを用いてなされる請求項1〜 19のいずれかに記載の半導体基材の作製方法。 20. The porous removal of the monocrystalline silicon layer, a method for manufacturing a semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 19 made by etching.
  21. 【請求項21】 前記エッチングには、エッチャントとして弗酸を含有する水溶液が用いられる請求項20に記載の半導体基材の作製方法。 The method according to claim 21 wherein said etching, a method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 20, an aqueous solution containing hydrofluoric acid as an etchant is used.
  22. 【請求項22】 前記貼り合わせの工程は、酸素雰囲気又は窒素雰囲気中で加熱する処理を含む請求項1〜 21 22. of the bonding process, according to claim comprising a process of heating in an oxygen atmosphere or a nitrogen atmosphere 1-21
    のいずれかに記載の半導体基材の作製方法。 The method for manufacturing a semiconductor substrate according to any one of.
  23. 【請求項23】 前記請求項1〜 22のいずれかに記載の方法により作製された半導体基材。 23. A semiconductor substrate manufactured by the method according to any one of claims 1 to 22.
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