JP3216078B2 - Semiconductor substrate and method of manufacturing semiconductor substrate - Google Patents

Semiconductor substrate and method of manufacturing semiconductor substrate

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体基材、半導体
基材の形成方法に関し、特にSOI基板に適用可能で、
MOSFET、バイポーラトランジスタ等を使用する集
積回路の基体として利用される半導体基材、および、そ
の作製方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor substrate and a method of forming a semiconductor substrate, and more particularly, to a semiconductor substrate and an SOI substrate.
The present invention relates to a semiconductor substrate used as a substrate of an integrated circuit using a MOSFET, a bipolar transistor, and the like, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】シリコ
ン系半導体デバイス、集積回路技術において、シリコン
オン インシュレーター(SOI)構造は、寄生容量
の低減、素子分離の容易化等により、トランジスタの高
速化、低消費電力化、高集積化、および、トータルコス
トの削減をもたらす技術としてこれまでに幾多の研究が
なされてきた。
2. Description of the Related Art In a silicon-based semiconductor device and an integrated circuit technology, a silicon-on-insulator (SOI) structure has a higher transistor speed by reducing parasitic capacitance and facilitating element isolation. Numerous studies have been made on technologies for reducing power consumption, increasing integration, and reducing total cost.

【0003】1970年代には、今井が多孔質シリコン
増速酸化現象を利用してSOI構造を形成するFIPO
S(Fully isolation by porous silicon)法を提案し
た(K.Imai,Solid State Electronics24(1981)p.15
9)。この方法では、まずp型基板上にn型の島を形成
する。こののち陽極化成によりp型領域をn型の島の下
部まで含めて選択的に多孔質化する。一方、n型の領域
は多孔質化されずに残る。多孔質シリコンは1964年
にUhlirら(A.Uhlir,Bell Syst.Tech.J.,35(1956),p.33
3)が発見したものでスポンジのようにシリコン結晶内
部に直径数ナノメートルから数十ナノメートルの孔が空
いており、単位体積当たりの表面積は数百m2/cm3
以上と非常に大きい。このため、酸素を含む雰囲気で熱
酸化をすると(Thermal Oxidation)、多孔質シリコン
内部に到達した酸素により多孔質シリコンの表面のみな
らず内部も同時に酸化されるため、多孔質層を選択的に
酸化することができる。酸化膜厚は酸化時間よりもむし
ろ、多孔質層の厚さによって制御されるので、バルクシ
リコンを酸化した場合と比べて数十倍から数百倍の厚さ
の酸化シリコン膜を形成することが可能である。すなわ
ち、形成された多孔質領域を完全に酸化し、かつ、n型
シリコン島を完全に酸化せずにシリコンの島状の領域を
残留させることができる。この方法により、酸化された
多孔質シリコン上にシリコンの島を形成したのが、FI
POSである。シリコンは酸化されると体積が膨張する
ので、FIPOSにおいても多孔質シリコンは、酸化に
よる体積膨張、および、これに伴う、ウエハの反りと欠
陥の導入を防ぐため、そのポロジティ(Porosit
y(多孔度):孔体積/(残留シリコン体積+孔体
積))は56%前後が好ましいとされた。
[0003] In the 1970's, Imai introduced FIPO, which formed an SOI structure by utilizing the porous silicon accelerated oxidation phenomenon.
Proposed S (Fully isolation by porous silicon) method (K. Imai, Solid State Electronics 24 (1981) p.15)
9). In this method, first, an n-type island is formed on a p-type substrate. Thereafter, the p-type region is selectively made porous including the lower portion of the n-type island by anodization. On the other hand, the n-type region remains without being made porous. Porous silicon was introduced in 1964 by Uhlir et al. (A. Uhlir, Bell Syst. Tech. J., 35 (1956), p. 33).
As found in 3), pores with a diameter of several nanometers to several tens of nanometers are formed inside the silicon crystal like a sponge, and the surface area per unit volume is several hundred m 2 / cm 3
Above and very big. Therefore, when thermal oxidation is performed in an atmosphere containing oxygen (Thermal Oxidation), not only the surface but also the inside of the porous silicon is simultaneously oxidized by oxygen reaching the inside of the porous silicon, so that the porous layer is selectively oxidized. can do. Since the oxide film thickness is controlled by the thickness of the porous layer rather than the oxidation time, it is possible to form a silicon oxide film tens to hundreds of times thicker than when bulk silicon is oxidized. It is possible. That is, it is possible to completely oxidize the formed porous region and leave the island region of silicon without completely oxidizing the n-type silicon island. According to this method, an island of silicon was formed on the oxidized porous silicon by FI.
POS. Since silicon expands in volume when oxidized, porous silicon also has a porosity in FIPOS in order to prevent volume expansion due to oxidation and the accompanying introduction of wafer warpage and defects.
y (porosity): pore volume / (residual silicon volume + pore volume) was preferably around 56%.

【0004】その後、この方法の改良として、多孔質シ
リコンを全面に形成した後、非多孔質単結晶シリコンを
多孔質シリコン上にエピタキシャル成長させた後に、こ
のエピタキシャルシリコン層の一部を除去して多孔質シ
リコンを露出させた後、熱酸化により多孔質シリコンを
選択酸化してSOI構造を実現する方法が提案された
(H.Takai,and T.Itoh,J.Electronic Materials 12(198
3)p.973)。
Then, as an improvement of this method, after porous silicon is formed on the entire surface, non-porous single-crystal silicon is epitaxially grown on the porous silicon, and a part of this epitaxial silicon layer is removed to remove the porous silicon. After exposing porous silicon, a method of realizing an SOI structure by selectively oxidizing porous silicon by thermal oxidation has been proposed (H. Takai, and T. Itoh, J. Electronic Materials 12 (198)
3) p.973).

【0005】FIPOSという多孔質シリコンの応用分
野の開拓により、多孔質シリコン層上の非多孔質単結晶
シリコン層の成長もまた、FIPOSへの応用を念頭に
おいて開発がなされた。
[0005] With the development of the field of application of porous silicon called FIPOS, the growth of a non-porous single crystal silicon layer on the porous silicon layer has also been developed with the application to FIPOS in mind.

【0006】T.Unagamiら(T.Unagami,and M.Seki,J.El
ectrochem.Soc.,125(1978)p.1340)がFIPOS法の発
表以前に報告したおそらく最初の多孔質シリコン上のエ
ピタキシャル成長は、0.004−0.15Ωcmのp
型(111)Siウエハの表面に多孔質を形成した後、
1170℃の水素雰囲気中でSiCl4 を原料ガスとし
て成長速度0.4μm/min.でエピタキシャルシリ
コン層を成長させている。Sirtle Etchin
gをしたのちの観察では積層欠陥はほとんど観察されな
いとしている。しかしながら、かかる高温の熱処理では
多孔質の構造の粗大化が著しく、FIPOS構造の作成
には不向きであった。このことから、FIPOS登場以
後のエピタキシャル層形成の研究報告はいかに多孔質シ
リコンの構造変化の抑制と低結晶欠陥密度のエピタキシ
ャル層を両立させるかに注力された。
[0006] T. Unagami et al. (T. Unagami, and M. Seki, J. El.
ectrochem. Soc., 125 (1978), p. 1340), probably the first epitaxial growth on porous silicon, reported prior to the publication of the FIPOS method, had a p-value of 0.004-0.15 Ωcm.
After forming porosity on the surface of the mold (111) Si wafer,
Growth rate 0.4 .mu.m / min of SiCl 4 as a source gas in a hydrogen atmosphere at 1170 ° C.. Grows an epitaxial silicon layer. Sirtle Etchin
According to the observation after g, almost no stacking faults are observed. However, such a high-temperature heat treatment markedly increased the size of the porous structure, and was not suitable for forming a FIPOS structure. For this reason, research reports on the formation of epitaxial layers since the advent of FIPOS focused on how to suppress the structural change of porous silicon and achieve an epitaxial layer with a low crystal defect density.

【0007】高井ら(H.Takai,and T.Itoh,J.Electroni
c Materials 12(1983)p.973,H.Takai,and T.Itoh,J.App
l.Phys.60(1986)p.223)は多孔質シリコンの構造変化を
抑制するため750℃において、SiH4 を用いたプラ
ズマCVD法で成長速度102−132nm/min.
で単結晶シリコン層を形成した。高井らは、プラズマC
VD法で多孔質シリコン上にエピタキシャルシリコン層
を形成する場合、多孔質の孔はエピタキシャルシリコン
層の膜厚が増えるにつれて塞がってくると報告してい
る。孔が残留している遷移層(transition layer)はお
よそ150nmと見積もっている。
[0007] Takai et al. (H.Takai, and T.Itoh, J.Electroni
c Materials 12 (1983) p. 973, H. Takai, and T. Itoh, J. App
Phys. 60 (1986) p. 223) has a growth rate of 102-132 nm / min. by a plasma CVD method using SiH 4 at 750 ° C. in order to suppress the structural change of porous silicon.
Formed a single-crystal silicon layer. Takai et al., Plasma C
It is reported that when an epitaxial silicon layer is formed on porous silicon by the VD method, the porous pores are closed as the thickness of the epitaxial silicon layer increases. The transition layer with holes remaining is estimated to be about 150 nm.

【0008】Vescanら(L.Vescan,G.Bomchil,A.Halimao
ui,A.Perio,and R.Herino,MaterialLetters7(1988)p.9
4))は、LPVPE(Low Pressure Vapor Phase Epita
xy)を用いた。0.01Ωcmのp型Si基板上に形成
した Porosity 56%の多孔質シリコンを用意し、30
0℃、1hのドライ酸化で孔の側壁を薄く酸化した(Pr
eoxidation;前酸化)。この酸化処理は多孔質層がその
後のエピタキシャル成長、あるいは、酸化処理等の高温
熱処理で構造が粗大化(Coarsening)するのを抑えるた
めである。その後、HF Dipにより多孔質表面の酸
化膜のみ除去した後、基板を成長容器に設置し、5×1
-6mbarの超高真空中でベークしたのち、SiH2
Cl2 を導入して、900℃以下のプロセスで非多孔質
単結晶シリコン層をエピタキシャル成長した。透過型電
子顕微鏡による断面観察によれば、界面近傍には105
/cm2 程度の転移網が見いだされている。また、エピ
タキシャル層を横切る欠陥もいくつか観察されている。
[0008] Vescan et al. (L. Vescan, G. Bomchil, A. Halimao
ui, A.Perio, and R.Herino, Material Letters7 (1988) p.9
4)) is LPVPE (Low Pressure Vapor Phase Epita
xy) was used. Prepare porous silicon with a porosity of 56% formed on a p-type Si substrate of 0.01 Ωcm.
The side wall of the hole was thinly oxidized by dry oxidation at 0 ° C. for 1 hour (Pr
eoxidation; This oxidation treatment is for suppressing the structure of the porous layer from being coarsened by subsequent epitaxial growth or high-temperature heat treatment such as oxidation treatment. Then, after removing only the oxide film on the porous surface by HF Dip, the substrate was placed in a growth vessel and 5 × 1
0 -6 After baking in ultrahigh vacuum mbar, SiH 2
By introducing Cl 2 , a non-porous single-crystal silicon layer was epitaxially grown by a process at 900 ° C. or lower. According to the cross-sectional observation using a transmission electron microscope, 10 5
A transition network of about / cm 2 has been found. Some defects crossing the epitaxial layer have also been observed.

【0009】C.Oulesら(C.Oules,A.Halimaoui,J.L.Reg
olini,R.Herino,A.Perio,D.Benshahel,and G.Bomchil,M
ater.Sci.Eng.,B4(1989)p.435.、あるいは、C.Oules,A.Ha
limaoui,J.L.Regolini,A.Perio,and G.Bomchil,J.Elect
rochem.Soc.139(1992)p.3595.)は、Vescan らと同様に
Preoxidation の後、同様のLPVPE法において、S
iH4 を原料ガスとした報告をしている。彼らはH2
キャリアガスとしてSiH4 を原料ガスとして830
℃、2Torrでエピタキシャル成長を行った。成長速
度は、0.5μm/min.であった。0.01Ωcm
のp型Si基板上に形成した多孔質シリコン上のエピタ
キシャルシリコン層における結晶欠陥密度は多孔質層の
Porosity に強く依存し、50%以下の Porosity にお
いて、平面TEMで観察した欠陥密度はバルクシリコン
ウエハ(多孔質を形成していない)の上での同条件での
エピタキシャル成長層の結晶欠陥と同程度であることが
示されているものの、その絶対値については言及されて
いない。通常の平面TEM観察の1サンプルの測定領域
は100μm□程度であるので、欠陥密度の測定限界は
概ね104 /cm2 、かなり詳細な観察をしても103
/cm2 に届くかどうかであると考えられる。また、残
留する欠陥は装置上の問題からくる粒子等によると想定
しており、欠陥密度の詳細な評価には清浄環境下でのさ
らなる実験が必要としている。
C.Oules et al. (C.Oules, A.Halimaoui, JLReg
olini, R.Herino, A.Perio, D.Benshahel, and G.Bomchil, M
ater.Sci.Eng., B4 (1989) p.435., or C.Oules, A.Ha
limaoui, JLRegolini, A.Perio, and G.Bomchil, J.Elect
rochem.Soc.139 (1992) p.3595.) is similar to Vescan et al.
After preoxidation, in the same LPVPE method, S
It reports that iH 4 was used as a source gas. They 830 is SiH 4 and H 2 as a carrier gas as a raw material gas
Epitaxial growth was performed at 2 Torr at a temperature of 2 Torr. The growth rate was 0.5 μm / min. Met. 0.01Ωcm
Crystal defect density in an epitaxial silicon layer on porous silicon formed on a p-type Si substrate
At a porosity of 50% or less, the defect density observed by planar TEM is almost the same as that of the epitaxially grown layer under the same conditions on a bulk silicon wafer (non-porous) under the same conditions. Although it is shown, its absolute value is not mentioned. Since the measurement area of one sample in a normal planar TEM observation is about 100 μm square, the measurement limit of the defect density is approximately 10 4 / cm 2 , and even if a fairly detailed observation is performed, it is 10 3 / cm 2 .
/ Cm 2 . In addition, it is assumed that the remaining defects are due to particles or the like caused by a problem on the apparatus, and a detailed evaluation of the defect density requires further experiments in a clean environment.

【0010】これらFIPOS法に関する研究報告は1
970年代から1980年代前半にかけて盛んであった
が、近年FIPOS法は表面シリコン層を島状にしか形
成できず、汎用性に欠けるなどの理由と、新たなSOI
構造の形成方法の発展に伴い、下火となっている。
[0010] There are 1 research reports on these FIPOS methods.
Although it was prosperous from the 970s to the early 1980s, in recent years, the FIPOS method can form a surface silicon layer only in the form of islands and lacks versatility, and the new SOI
With the development of the method of forming the structure, it has fallen.

【0011】以上に示すようにFIPOS法に向けた多
孔質シリコン上のエピタキシャル成長では、後工程であ
る多孔質選択酸化プロセスを阻害する多孔質の構造粗大
化を抑制するため、プロセス温度を900℃以下の低温
にしなければならなかった。そのため、エピタキシャル
成長も半導体シリコンの生産装置としては普及していな
いMBEやLPVPEといった手法に限定されていた。
したがって、生産装置として広く普及する10Torr
〜760Torr程度の圧力の水素雰囲気中に原料ガス
を供給して成長を行うCVD装置での成長はほとんど検
討されていなかった。
As described above, in the epitaxial growth on porous silicon for the FIPOS method, the process temperature is set to 900 ° C. or less in order to suppress the coarsening of the porous structure which hinders the subsequent porous selective oxidation process. Had to be cold. For this reason, epitaxial growth has also been limited to techniques such as MBE and LPVPE, which are not widely used as semiconductor silicon production apparatuses.
Therefore, 10 Torr widely used as a production device
Growth in a CVD apparatus that performs growth by supplying a source gas in a hydrogen atmosphere at a pressure of about 760 Torr has hardly been studied.

【0012】最近注目を集めるSOIの形成技術として
は、酸素打ち込み法(SIMOX:Separation by Impl
anted Oxygen)、および、ウエハ貼り合わせ法(wafer
bonding technology)が挙げられる。SIMOXはNT
Tの泉氏が1978年に提案した方法(K.Izumi,M.Doke
n,and H.Ariyoshi,Electron.Lett.14(1978)p.593)で、
シリコン基板に酸素をイオン注入した後、1300度を
越える高温で熱処理することで、埋め込み酸化シリコン
膜とする方法である。表面シリコン膜厚、埋め込み酸化
シリコン膜厚は、欠陥密度、酸化膜の品質の制御に関わ
るため制約され、現状市販されているものは表面Si厚
200nm±60nm、埋込み酸化膜厚390nmとい
うように、特定の厚みに限定されている。膜厚均一性に
ついても、イオン注入時の注入エネルギーのばらつき等
によって影響される。デバイス作製者は所望の膜厚を得
るためには、犠牲酸化、エピタキシャル成長などの処置
をとらねばならず、特に薄膜化時には膜厚均一性は劣化
する方向にあった。又、埋込み酸化膜は注入された酸素
イオンの凝集により形成されるため、凝集の不充分な部
分において、埋込み酸化膜のピンホールとなる部分が発
生していた。このピンホールは埋込み酸化膜のリーク、
耐圧不良の原因となっていた。
As an SOI formation technique that has recently attracted attention, an oxygen implantation method (SIMOX: Separation by Impl) has been proposed.
anted Oxygen) and wafer bonding method (wafer
bonding technology). SIMOX is NT
The method proposed by T. Izumi in 1978 (K. Izumi, M. Doke
n, and H.Ariyoshi, Electron.Lett.14 (1978) p.593)
This is a method in which oxygen is ion-implanted into a silicon substrate and then heat treatment is performed at a high temperature exceeding 1300 ° C. to form a buried silicon oxide film. The surface silicon film thickness and the buried silicon oxide film thickness are restricted because they are related to the control of the defect density and the quality of the oxide film. Limited to a specific thickness. The uniformity of the film thickness is also affected by variations in implantation energy during ion implantation. In order to obtain a desired film thickness, a device maker must take measures such as sacrificial oxidation and epitaxial growth, and the thickness uniformity tends to deteriorate especially when the device is thinned. In addition, since the buried oxide film is formed by the aggregation of the implanted oxygen ions, a portion which becomes a pinhole of the buried oxide film is generated in a portion where the aggregation is insufficient. This pinhole leaks from the buried oxide film,
This was the cause of the breakdown voltage failure.

【0013】一方、ウエハの貼り合わせ技術を適用しS
OI構造を実現する方法は、SOI構造の表面シリコン
層、埋め込み酸化シリコン層の膜厚任意性と表面シリコ
ン層の結晶性の良さから、様々な手法が提案されてい
る。ウエハ同士を接着剤等の中間層なしに接合する貼り
合わせ(Bonding)法は、中村らにより特公昭39−1
7869号公報で提案されたが、その研究が盛んになる
のは、J.B.Laskyら(J.B.Lasky,S.R.Stiffler,F.R.Whit
e,and J.R.Abernathey,technical Digest of theIntern
ational Electron Devices Meeting(IEEE,New York,198
5),p.684)が貼り合わせたウエハの一方を薄膜化する手
法とその上に形成したMOSトランジスタの動作を19
85年に報告して以降である。 Lasky らの方法は、第
1のウエハとして高濃度にボロンの添加された単結晶シ
リコンウエハ上に低濃度、あるいは、n型のエピタキシ
ャルシリコン層を形成したものを用意する。この第1の
ウエハと表面に酸化膜が形成された第2のウエハを必要
に応じて洗浄したのち、密着するとファンデルワールス
力により2枚のウエハは接着する。さらに熱処理を加え
ると、両ウエハの間には共有結合が形成され、接合強度
はデバイス作製に支障のないレベルにまで高まる。しか
るのち、第1のウエハを裏面より、ふっ酸、硝酸、酢酸
の混合液でエッチングし、p+ シリコンウエハを選択的
に除去し、エピタキシャルシリコン層のみを第2のウエ
ハ上に残すというのが Lasky らの方法である。しかし
ながら、p+ シリコンとエピタキシャルシリコン(p-
あるいは、n)のエッチング速度の比は数十と低いた
め、ウエハ全面に均一な膜厚のエピタキシャルシリコン
層を残すことには、困難があった。
On the other hand, by applying a wafer bonding technique,
Various methods for realizing the OI structure have been proposed in view of the arbitrary thickness of the surface silicon layer and the buried silicon oxide layer of the SOI structure and the good crystallinity of the surface silicon layer. The bonding method of bonding wafers without an intermediate layer such as an adhesive is described by Nakamura et al.
No. 7869, which has been proposed, but its research has been actively conducted by JBLasky et al. (JBLasky, SRStiffler, FRWhit
e, and JRAbernathey, technical Digest of theIntern
ational Electron Devices Meeting (IEEE, New York, 198
5), p.684) describes a method of thinning one of the bonded wafers and the operation of a MOS transistor formed thereon.
It was after reporting in 1985. The method of Lasky et al. Prepares a first wafer in which a low-concentration or n-type epitaxial silicon layer is formed on a single-crystal silicon wafer to which high-concentration boron is added. After cleaning the first wafer and the second wafer having an oxide film formed on its surface as necessary, when the two wafers are brought into close contact, the two wafers are bonded by van der Waals force. When heat treatment is further applied, a covalent bond is formed between the two wafers, and the bonding strength is increased to a level that does not hinder device fabrication. Thereafter, the first wafer is etched from the back surface with a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid to selectively remove the p + silicon wafer and leave only the epitaxial silicon layer on the second wafer. This is the method of Lasky et al. However, p + silicon and epitaxial silicon (p
Alternatively, since the etching rate ratio in n) is as low as several tens, it has been difficult to leave an epitaxial silicon layer having a uniform thickness on the entire surface of the wafer.

【0014】これを解決する方法は、選択エッチングを
2回に分けて実施するものがある。すなわち、第1の基
板として、低不純物濃度のシリコンウエハの基板の表面
にp ++Si層と低不純物濃度層を積層したものを用意す
る。この基板を前記方法と同様な第2の基板に貼り合わ
せる。そののち、第1の基板を裏面より、研削、研磨等
の機械的方法で薄層化する。次に第1の基板に埋め込ま
れたp++Si層が全面で露出するまで、選択エッチング
を行う。このとき、エッチング液としてエチレンジアミ
ンピロカテコール、KOH等のアルカリ液を用いること
で、基板の不純物濃度の違いによる選択エッチングが行
われる。しかるのち、前記した Laskyらの方法と同様の
ふっ酸、硝酸、酢酸の混合液による選択エッチングによ
り、露出したp++Si層を選択的に除去すれば、第2の
基板上には前記した低不純物濃度の単結晶Si層のみが
移設される。かかる方法においては、選択エッチングを
複数回実施することにより、総合的なエッチングの選択
比を向上せしめ、結果としてSOIにおける表面Si層
の膜厚均一性を向上させていた。
A method for solving this problem is to perform selective etching.
Some of them are implemented twice. That is, the first group
The surface of a low impurity concentration silicon wafer substrate
To p ++Prepare a stack of Si layer and low impurity concentration layer
You. This substrate is bonded to a second substrate similar to the above method.
Let After that, the first substrate is ground, polished, etc. from the back side.
The thickness is reduced by the mechanical method described above. Then embedded in the first substrate
P++Selective etching until Si layer is fully exposed
I do. At this time, ethylene diamine was used as the etchant.
Use an alkaline solution such as mpirocatechol or KOH
Selective etching is performed depending on the impurity concentration of the substrate.
Is Thereafter, the same method as that of Lasky et al.
Selective etching with a mixture of hydrofluoric acid, nitric acid and acetic acid
P++If the Si layer is selectively removed, the second
Only the low-impurity-concentration single-crystal Si layer is formed on the substrate.
Will be relocated. In such a method, selective etching is performed.
Multiple selections for comprehensive etching
The surface Si layer in SOI
Was improved in film thickness uniformity.

【0015】しかしながら、上記したような基板の不純
物濃度、ないしは、組成の違いを利用した選択エッチン
グによる薄層化においては、エッチングの選択性・不純
物濃度の深さ方向のプロファイルの影響を大きく受ける
ことは容易に予測可能である。すなわち、ウエハの接合
強度を高めるために貼り合わせ後の熱処理を高温にする
と、埋め込み層の不純物分布が拡がる結果、エッチング
の選択性が劣化し、結果として、膜厚均一性が劣化して
しまっていた。したがって、貼り合わせ後の熱処理は摂
氏800度以下である必要があった。また、かかる複数
回のエッチングはそれぞれのエッチング選択比が低いの
で、量産時の制御性が疑問視されていた。
However, in the above-described thinning of the substrate by selective etching utilizing the impurity concentration of the substrate or the difference in composition, the etching selectivity and impurity concentration are greatly affected by the profile in the depth direction. Is easily predictable. That is, when the heat treatment after bonding is performed at a high temperature in order to increase the bonding strength of the wafer, the impurity distribution of the buried layer is expanded, so that the etching selectivity is deteriorated, and as a result, the film thickness uniformity is deteriorated. Was. Therefore, the heat treatment after bonding needs to be 800 ° C. or less. In addition, since the plurality of etchings have a low etching selectivity, controllability during mass production has been questioned.

【0016】前記した方法ではエッチングの選択性を不
純物濃度、ないしは、組成の差に求めていたが、本発明
者の1人米原(YONEHARA)は、特開平5−21338号
公報(EP公開公報0469630号)において新規な
方法を提案した。当該公報に開示された方法は、多孔質
単結晶半導体領域上に非多孔質単結晶半導体領域を配し
た部材を形成し、前記非多孔質単結晶半導体領域の表面
に、表面が絶縁性物質で構成された部材の表面を貼り合
わせた後、前記多孔質単結晶半導体領域をエッチングに
より除去する半導体部材の製造方法(A process for pr
eparing a semiconductor member comprising the step
s of:forming a member having a non-porous monocrys
talline semiconductor region on a porous monocryst
alline semiconductor region,bonding the surface of
a member of which the surface is constituted ofan
insulating substance onto the surface of said non
-porous monocrystalline semiconductor region, and
then removing said porous monocrystallinesemicondu
ctor region by etching.)である。
In the above-described method, the selectivity of etching is determined based on the impurity concentration or the difference in the composition. No.) proposed a new method. The method disclosed in this publication forms a member in which a non-porous single-crystal semiconductor region is disposed on a porous single-crystal semiconductor region, and the surface of the non-porous single-crystal semiconductor region has an insulating material. A method for manufacturing a semiconductor member (A process for pr
eparing a semiconductor member comprising the step
s of: forming a member having a non-porous monocrys
talline semiconductor region on a porous monocryst
alline semiconductor region, bonding the surface of
a member of which the surface is composed ofan
insulating substance onto the surface of said non
-porous monocrystalline semiconductor region, and
then removing said porous monocrystallinesemicondu
ctor region by etching.).

【0017】該方法は、多孔質単結晶半導体領域と、非
多孔質単結晶半導体領域と、のエッチングの選択性を利
用して、例えばシリコン活性層の層厚が均一なSOI基
板が得られる優れた方法である。この方法を用いると、
単位体積当たりの表面積が200m2 /cm3 というよ
うな多孔質シリコンと非多孔質シリコンの構造の差異に
より、10万倍という高い選択エッチングを実現でき
る。
According to the method, an SOI substrate having a uniform thickness of a silicon active layer can be obtained by utilizing the selectivity of etching between a porous single crystal semiconductor region and a non-porous single crystal semiconductor region. It is a method. With this method,
Due to the difference in structure between porous silicon and non-porous silicon having a surface area per unit volume of 200 m 2 / cm 3 , selective etching as high as 100,000 times can be realized.

【0018】そして、この方法では、10万倍という高
い選択比が得られるので結果として得られるSOI層の
膜厚均一性はエッチングで損なわれることはほとんどな
く、エピタキシャル成長した単結晶シリコン層の成長時
の均一性がそのまま反映される。すなわち、市販のCV
Dエピタキシャル成長装置を用いれば、この装置が実現
するウエハ内均一性として例えば±2−4%以下がSO
I−Si層においても実現可能である。この方法ではF
IPOSで選択酸化のための材料であった多孔質シリコ
ンを選択エッチングの材料とした。したがって、 Poros
ity は56%近辺に限定されることはなく、むしろ、2
0%前後といった低いものが好適である。また、多孔質
シリコンは最終物の構造材とならないため、反りや歪み
の影響も緩和されるので、多孔質シリコンの構造変化、
粗大化もエッチングの選択比を損なわない範囲で許容さ
れる。すなわち、エピタキシャル成長温度は900℃以
下に限定されない。上記した特開平5−21338号公
報に開示されるSOI構造の作製方法は米原らの報告
(T.Yonehara,K.Sakaguchi,N.Sato,Appl.Phys.Lett.64
(1994)p.2108)において、ELTRANと名付けられ
た。この方法において、多孔質シリコン上への非多孔質
単結晶シリコンのエピタキシャル成長は非常に重要な工
程の一つであり、成長条件のとり方によっては多孔質シ
リコン上のエピタキシャルシリコン層中の積層欠陥密度
は103 −104 /cm2 となる場合があることが報告
された。ELTRAN法により形成されるSOIウエハ
では、この積層欠陥が主たる欠陥である。
In this method, a high selectivity of 100,000 times can be obtained, so that the resulting film thickness uniformity of the SOI layer is hardly impaired by etching. Is reflected as it is. That is, a commercially available CV
If a D epitaxial growth apparatus is used, the uniformity within a wafer realized by this apparatus is, for example, ± 2-4% or less of SO.
It can also be realized with an I-Si layer. In this method, F
Porous silicon, which was a material for selective oxidation in IPOS, was used as a material for selective etching. Therefore, Poros
ity is not limited to around 56%, but rather 2
A low value of about 0% is preferable. In addition, since porous silicon does not become a structural material of the final product, the influence of warpage and distortion is reduced, so that the structural change of porous silicon,
The coarsening is allowed as long as the etching selectivity is not impaired. That is, the epitaxial growth temperature is not limited to 900 ° C. or lower. The method of fabricating the SOI structure disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-21338 is disclosed by Yonehara et al. (T. Yonehara, K. Sakaguchi, N. Sato, Appl. Phys. Lett. 64).
(1994) p.2108) and was named ELTRAN. In this method, the epitaxial growth of non-porous single crystal silicon on porous silicon is one of the very important steps, and the stacking fault density in the epitaxial silicon layer on porous silicon depends on the growth conditions. It was reported that it may be 10 3 -10 4 / cm 2 . In a SOI wafer formed by the ELTRAN method, the stacking fault is a main defect.

【0019】本発明者佐藤ら(N.Sato,K.Sakaguchi,K.Y
amagata,Y.Fujiyama,and T.Yonehara,Proc.of the Seve
nth Int.Symp.on Silicon Mater.Sci.and Tech.,Semico
nductor Silicon,(Pennington,The Electrochem.Soc.In
c.,1994),p.443)はELTRAN法向けの多孔質上のエ
ピタキシャル成長として、SiH2 Cl2 を原料ガスと
したH2 雰囲気下でのCVD(Chemical vapor Deposit
ion)法を実施した。プロセス温度は、プリベークが1
040度、結晶成長は900−950度といずれも従来
のFIPOSでの報告に比して高いが、Preoxidation
(400℃,1hin O2 )により多孔質シリコン層
の構造粗大化はほぼ抑制されている。エピタキシャル層
に導入される欠陥は積層欠陥が支配的であるとし、積層
欠陥の低減には、エピタキシャル成長炉内で成長に先立
って行われる水素プリベークで多孔質シリコン表面の孔
が4桁以上(1011から107 /cm2 以下)減少する
ことの寄与とエピタキシャル成長炉へ基板を設置する直
前のHFディップによる多孔質層表面近傍の酸素濃度の
減少が(積層欠陥の低減に)有効であることを示してい
る。多孔質シリコン上のエピタキシャルシリコン層中の
積層密度はHFディップを長くすることにより103
104 /cm2 まで減少したが、欠陥密度の減少は飽和
しつつあった。一方、多孔質シリコン表面に水素プリベ
ーク後も依然残留する孔が積層欠陥の Origin であるこ
とが示唆されている。成長速度は概ね100nm/mi
n.を越していた。一般に積層欠陥は酸化膜の絶縁耐圧
の劣化を引き起こす可能性のあることが指摘されてい
る。また、積層欠陥を囲む転位は、p−n接合のリーク
電流を高め、少数キャリアライフタイムを劣化させる
が、これは、転位部分に金属不純物が伴うときにのみ生
じるという考えが現在は支配的である。その他の上記し
た多孔質上のエピタキシャル成長に関する報告にあって
も、より検出下限の低い欠陥顕在化エッチングののち、
光学顕微鏡観察するという方法でも結晶欠陥が103
cm2 を下回るという報告はなかった。103−104
/cm2 の積層欠陥が1μm2 のゲート領域に含まれる
確率はおよそ0.0001〜0.00001と低いもの
の、バルクシリコンウエハに比べれば、依然欠陥密度は
高く、その影響は一般的には集積回路の収率として表面
化する可能性のあることが予測される。上記方法により
得られるSOIウエハを実用に供するにあたっては、か
かる積層欠陥密度を更に低減させることが望ましい。
The present inventor Sato et al. (N. Sato, K. Sakaguchi, KY
amagata, Y.Fujiyama, and T.Yonehara, Proc.of the Seve
nth Int.Symp.on Silicon Mater.Sci.and Tech., Semico
nductor Silicon, (Pennington, The Electrochem.Soc.In
c., 1994), p. 443) is a CVD (Chemical vapor Deposit) process using SiH 2 Cl 2 as a source gas in an H 2 atmosphere as an epitaxial growth on a porous material for the ELTRAN method.
ion) method was performed. The process temperature is 1 for pre-bake.
040 degrees and crystal growth of 900-950 degrees, which are higher than those reported in the conventional FIPOS.
(400 ° C., 1 hin O 2 ) almost suppresses the structural coarsening of the porous silicon layer. It is assumed that stacking faults are dominant in the defects introduced into the epitaxial layer. To reduce stacking faults, pores on the surface of the porous silicon are formed by four digits or more (10 11 10 7 / cm 2 or less) and that the reduction of oxygen concentration near the surface of the porous layer by HF dip immediately before the substrate is placed in the epitaxial growth furnace is effective (to reduce stacking faults). ing. The stacking density in the epitaxial silicon layer on the porous silicon can be increased by increasing the HF dip to 10 3
Although it decreased to 10 4 / cm 2 , the decrease in defect density was saturating. On the other hand, it is suggested that the pores remaining on the porous silicon surface after hydrogen pre-bake are the origins of stacking faults. Growth rate is approximately 100 nm / mi
n. Was over. It is generally pointed out that stacking faults may cause deterioration of the dielectric strength of an oxide film. Also, dislocations surrounding stacking faults increase the leakage current of the pn junction and degrade the minority carrier lifetime, but the idea that this occurs only when dislocations are accompanied by metal impurities is currently dominant. is there. Even in the other reports on epitaxial growth on porous materials mentioned above, after etching for revealing defects with lower detection limits,
Even with the method of observing with an optical microscope, a crystal defect of 10 3 /
There were no reports that it was below cm 2 . 10 3 -10 4
Although the probability that a stacking fault of / cm 2 is included in a 1 μm 2 gate region is as low as about 0.0001 to 0.00001, the defect density is still higher than that of a bulk silicon wafer, and the influence is generally higher than that of a bulk silicon wafer. It is expected that the circuit may be surfaced as the yield of the circuit. When the SOI wafer obtained by the above method is put to practical use, it is desirable to further reduce the stacking fault density.

【0020】また、採用される結晶成長方法としては、
エピタキシャルシリコン層の膜厚均一性が少なくとも±
4%以内、よりよい装置にあっては±2%以内を実現で
きるH2 で希釈した原料ガスを用いるCVD法によるエ
ピタキシャル成長法が要望されている。それは、普及し
た市販のCVDエピタキシャル成長装置を利用できるの
で、装置投資の低減、装置開発コストの削減等が図れる
という理由からである。
The crystal growth method employed is as follows.
The thickness uniformity of the epitaxial silicon layer is at least ±
There is a demand for an epitaxial growth method by a CVD method using a raw material gas diluted with H 2, which can realize within 4% and better equipment within ± 2%. This is because a widely available commercially available CVD epitaxial growth apparatus can be used, so that equipment investment and equipment development cost can be reduced.

【0021】このような半導体プロセスで通常用いられ
るCVDエピタキシャル成長装置であれば、ウエハサイ
ズの拡大(6→8→12インチ)にも容易に対応できる
ので、都合が良い。
A CVD epitaxial growth apparatus usually used in such a semiconductor process is convenient because it can easily cope with an increase in wafer size (6 → 8 → 12 inches).

【0022】一方、成長炉への導入直前のHFディップ
を長時間化することが、結晶欠陥密度の低減に寄与する
ことが示されている。しかしながら、HFディップにお
いては、HF液が局所的に多孔質シリコン内部に深く浸
入して、 Preoxidation で形成した孔側壁の極薄酸化膜
を除去してしまうことがあった。そうすると、結果とし
て、多孔質シリコンの局所的な構造粗大化を招き、多孔
質シリコンの選択エッチングによっても多孔質シリコン
が除去しきれず、島状に残留してしまうこととなる。こ
のようなことから良好な膜厚分布を実現する原料ガスを
2で希釈して供給するCVD法において多孔質シリコ
ン上のエピタキシャルシリコン層中の結晶欠陥を更に低
減させる方法の確立が望まれていた。
On the other hand, it has been shown that prolonging the HF dip immediately before introduction into the growth furnace contributes to a reduction in the crystal defect density. However, in the HF dip, the HF liquid sometimes locally penetrates deeply into the porous silicon and removes the ultra-thin oxide film on the side wall of the hole formed by preoxidation. Then, as a result, local structural coarsening of the porous silicon is caused, and even if the porous silicon is selectively etched, the porous silicon cannot be completely removed and remains in an island shape. For this reason, it is desired to establish a method for further reducing crystal defects in an epitaxial silicon layer on porous silicon in a CVD method for supplying a source gas diluted with H 2 for achieving a good film thickness distribution. Was.

【0023】また、多孔質シリコン上のエピタキシャル
シリコン層を貼り合わせたのち、多孔質層をエッチング
により除去する上述の方法の場合、エピタキシャルシリ
コン層を極めて薄く形成した場合には、該層にピンホー
ルがあると、ここからエッチング液が貼り合わせ界面に
浸入する場合があった。そうすると、埋め込み酸化シリ
コン膜をエッチングすることでボイドと呼ばれる空隙が
生じる可能性が生ずる。かかる空隙部が生じた場合、埋
め込み酸化膜が存在しないので、MOSトランジスタな
どのデバイスを作製した場合、下地界面の不安定性から
動作不良の原因となることがあった。 (発明の目的)本発明の第1の目的は、多孔質シリコン
層上に結晶欠陥の低減されたエピタキシャルシリコン層
を配する半導体基材の製造方法を提供することである。
In the above-described method in which an epitaxial silicon layer on porous silicon is bonded and then the porous layer is removed by etching. If there is, the etchant may enter the bonding interface from here. Then, there is a possibility that a void called a void is generated by etching the buried silicon oxide film. When such voids are formed, the buried oxide film does not exist. Therefore, when a device such as a MOS transistor is manufactured, an operation failure may be caused due to instability of a base interface. (Object of the Invention) A first object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor substrate in which an epitaxial silicon layer with reduced crystal defects is arranged on a porous silicon layer.

【0024】本発明の第2の目的は、多孔質シリコン層
上に形成されるエピタキシャルシリコン層中の結晶欠陥
の低減と成長速度の確保を図った半導体基材の製造方法
を提供することである。
A second object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor substrate in which crystal defects in an epitaxial silicon layer formed on a porous silicon layer are reduced and a growth rate is secured. .

【0025】本発明の別の目的は、多孔質シリコン層上
に形成されるエピタキシャルシリコン層中の結晶欠陥の
低減と層厚の均一性を図った半導体基材の製造方法を提
供することである。
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor substrate in which crystal defects in an epitaxial silicon layer formed on a porous silicon layer are reduced and the layer thickness is made uniform. .

【0026】本発明の更に別の目的は、膜厚均一性、欠
陥密度、埋込み酸化膜特性に優れたSOI基板に適用可
能な半導体基材を提供することである。
Still another object of the present invention is to provide a semiconductor substrate applicable to an SOI substrate having excellent film thickness uniformity, defect density, and buried oxide film characteristics.

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】上述した目的は、下述す
る構成の本発明によって達成される。
The above-mentioned object is achieved by the present invention having the following configuration.

【0028】本発明の半導体基材の製造方法の第1の態
様は、多孔質シリコン層上に単結晶シリコン層を有する
半導体基材の製造方法において、少なくともシリコン原
料ガスと水素ガスを含む雰囲気中で、かつ該単結晶シリ
コン層の成長速度を、単結晶シリコン層が該多孔質シ
リコン層の孔の径に相当する層厚まで成長した時の結晶
成長面の残留孔密度が1000/cm2 より少なくなる
ように制御して単結晶シリコン層を成長させることを
特徴とするものである。本発明の半導体基材の製造方法
の第2の態様は、多孔質シリコン層上に単結晶シリコン
層を有する半導体基材の製造方法において、該単結晶シ
リコン層の成長速度を、該単結晶シリコン層が該多孔質
シリコン層の孔の径に相当する層厚まで成長した時の結
晶成長面の残留孔密度が1000/cm 2 より少なくな
る第1の成長速度で該単結晶シリコン層を成長させ、そ
の後該第1の成長速度よりも速い第2の成長速度で該単
結晶シリコン層を成長させることを特徴とするものであ
る。 本発明の半導体基材の製造方法の第3の態様は、多
孔質シリコン層上に単結晶シリコン層を有する第1の部
材を用意する工程、該第1の部材と第2の部材とを該単
結晶シリコン層が内側に位置するように貼り合わせ、貼
り合わせ構造体を形成する工程、及び該多孔質シリコン
層を除去する工程、を有する半導体基材の製造方法にお
いて、少なくともシリコン原料ガスと水素ガスを含む雰
囲気中で、かつ該単結晶シリコン層の成長速度を、該単
結晶シリコン層が該多孔質シリコン層の孔の径に相当す
る層厚まで成長した時の結晶成長面の残留孔密度が10
00/cm 2 より少なくなるように制御して該単結晶シ
リコン層を成長させることを特徴とするものである。
発明の半導体基材の製造方法の第4の態様は、多孔質シ
リコン層上に単結晶シリコン層を有する第1の部材を用
意する工程、該第1の部材と第2の部材とを該単結晶シ
リコン層が内側に位置するように貼り合わせ、貼り合わ
せ構造体を形成する工程、及び該多孔質シリコン層を除
去する工程を有する半導体基材の製造方法において、
単結晶シリコン層の成長速度を該単結晶シリコン層が該
多孔質シリコン層の孔の径に相当する層厚まで成長した
時の結晶成長面の残留孔密度が1000/cm 2 より少
なくなる第1の成長速度で該単結晶シリコン層を成長さ
せ、その後、該第1の成長速度よりも速い第2の成長速
度で該単結晶シリコン層を成長させることを特徴とする
ものである。 本発明の半導体基材の製造方法の第5の態
様は、多孔質シリコン層上に単結晶シリコン層を有する
半導体基材の製造方法であって、多孔質シリコン層を有
する基板を用意する工程、及び、少なくともシリコン原
料ガスと水素ガスを含む雰囲気中で、該多孔質シリコン
層上に20nm/min.以下の成長速度で該単結晶シ
リコン層を成長させる工程を有するものである。
The first aspect of the manufacturing method of the semiconductor substrate of the present invention is the manufacturing method of <br/> semiconductor substrate in the porous silicon layer having a monocrystalline silicon layer, at least a silicon source
Charges in an atmosphere containing gas and a hydrogen gas, and the growth rate of the single crystal silicon layer, the single crystal silicon layer is porous sheet
The residual hole density on the crystal growth surface when growing to a layer thickness corresponding to the hole diameter of the recon layer becomes less than 1000 / cm 2
Controlled to is characterized in that the growing said single crystal silicon layer. Manufacturing method of semiconductor substrate of the present invention
The second aspect of the invention is that a single-crystal silicon
In the method for manufacturing a semiconductor substrate having a layer, the single-crystal silicon
The growth rate of the silicon layer is controlled by the
The result when grown to a layer thickness corresponding to the diameter of the hole in the silicon layer
The residual pore density on the crystal growth surface is less than 1000 / cm 2
Growing the single crystal silicon layer at a first growth rate
At a second growth rate higher than the first growth rate.
Growing a crystalline silicon layer.
You. A third aspect of the method for producing a semiconductor substrate of the present invention is a
First part having single-crystal silicon layer on porous silicon layer
Preparing a material, combining the first member and the second member with each other;
Laminate so that the crystalline silicon layer is located inside
Forming a bonded structure, and the porous silicon
Removing the layer.
And an atmosphere containing at least a silicon source gas and hydrogen gas.
In an atmosphere and at a rate of
The crystalline silicon layer corresponds to the pore diameter of the porous silicon layer.
The residual pore density on the crystal growth surface when growing to a layer thickness of
And controlled to be less than 00 / cm 2
It is characterized by growing a recon layer. Book
A fourth aspect of the method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention is a method for manufacturing a porous substrate.
Using a first member having a single crystal silicon layer on a silicon layer
A step of separating the first member and the second member from each other
Lamination and lamination so that the recon layer is located inside
Forming a porous structure, and removing the porous silicon layer.
The method of manufacturing a semiconductor substrate having a step of to, the
The growth rate of the single crystal silicon layer is controlled by the single crystal silicon layer.
Grown to a thickness corresponding to the pore diameter of the porous silicon layer
The residual pore density on the crystal growth surface is less than 1000 / cm 2
The single crystal silicon layer is grown at a first growth rate that disappears.
After that, a second growth rate higher than the first growth rate.
Growing the single crystal silicon layer at a temperature
Things. Fifth aspect of the method for producing a semiconductor substrate of the present invention
Has a single crystal silicon layer on a porous silicon layer
A method of manufacturing a semiconductor substrate, comprising a porous silicon layer.
Preparing a substrate to be processed, and at least
Porous silicon in an atmosphere containing a source gas and hydrogen gas.
20 nm / min. At the following growth rate,
It has a step of growing a recon layer.

【0029】本発明の半導体基材の製造方法の第の態
様は、多孔質シリコン層上に単結晶シリコン層を有する
半導体基材の製造方法であって、多孔質シリコン層を有
する基板を用意する工程、該多孔質シリコン層上に20
nm/min.以下の第1の成長速度で該単結晶シリコ
ン層を成長させる工程、及び該第1の成長速度よりも速
い第2の成長速度で該単結晶シリコン層を成長させる工
程を有するものである
In a sixth aspect of the method for producing a semiconductor substrate according to the present invention , a single crystal silicon layer is provided on a porous silicon layer.
A method of manufacturing a semiconductor substrate, comprising a porous silicon layer.
Preparing a substrate to be coated, 20 μm on the porous silicon layer
nm / min. The single crystal silicon has a first growth rate of
Growing the growth layer, and a speed higher than the first growth rate.
Growing the single crystal silicon layer at a second growth rate.
Have a process

【0030】本発明の半導体基材の製造方法の第の態
様は、多孔質シリコン層を有する第1の基板を用意する
工程、少なくともシリコン原料ガスと水素ガスを含む雰
囲気中で、該多孔質シリコン層上に20nm/min.
以下の成長速度で単結晶シリコン層を成長させる工程、
該第1の基板と第2の基板とを該単結晶シリコン層が内
側に位置するように貼り合わせ、貼り合わせ構造体を形
成する工程、及び該多孔質シリコン層を除去する工程を
有するものである。
According to a seventh aspect of the method for producing a semiconductor substrate of the present invention, a first substrate having a porous silicon layer is prepared.
Process, atmosphere containing at least silicon source gas and hydrogen gas
In an atmosphere, 20 nm / min.
A step of growing a single-crystal silicon layer at a growth rate of
The single crystal silicon layer includes the first substrate and the second substrate.
Laminated so that it is located on the side, and form the bonded structure
Forming, and removing the porous silicon layer
Have

【0031】本発明の半導体基材の製造方法の第の態
様は、多孔質シリコン層を有する第1の基板を用意する
工程、該多孔質シリコン層上に20nm/min.以下
の第1の成長速度で単結晶シリコン層を成長させる工
程、該第1の成長速度よりも速い第2の成長速度で単結
晶シリコン層を成長させる工程、該第1の基板と第2の
基板とを該単結晶シリコン層が内側に位置するように貼
り合わせ、貼り合わせ構造体を形成する工程、及び該多
孔質シリコン層を除去する工程を有するものである。
According to an eighth aspect of the method for producing a semiconductor substrate of the present invention, a first substrate having a porous silicon layer is prepared.
Step, 20 nm / min. On the porous silicon layer. Less than
For growing a single-crystal silicon layer at a first growth rate
At a second growth rate higher than the first growth rate.
Growing a monocrystalline silicon layer, the first substrate and the second
A substrate is bonded so that the single crystal silicon layer is located inside.
Forming a bonded structure and a bonded structure;
And a step of removing the porous silicon layer.

【0032】本発明は、半導体基材を包含する。本発明
の半導体基材は、本発明の半導体基材の製造方法により
得られたものである。更に、本発明の半導体基材は、次
の態様を包含する。
The present invention includes a semiconductor substrate. The semiconductor substrate of the present invention is obtained by the method for producing a semiconductor substrate of the present invention. Further, the semiconductor substrate of the present invention includes the following aspects.

【0033】[0033]

【0034】[0034]

【0035】上述した構成の本発明によれば、上述した
目的が達成される。
According to the present invention having the above-described structure, the above-described object is achieved.

【0036】本発明によれば、多孔質シリコン上に非多
孔質単結晶シリコン層を形成する際の成長速度を核形成
が生じない範囲に抑えることにより、非多孔質単結晶シ
リコン層中の欠陥密度をおよそ1000/cm2 未満に
低減することができる。
According to the present invention, by controlling the growth rate when forming a non-porous single-crystal silicon layer on porous silicon to a range where nucleation does not occur, defects in the non-porous single-crystal silicon layer can be reduced. The density can be reduced to less than approximately 1000 / cm 2 .

【0037】さらに本発明によれば、かかる核形成を生
じない成長速度での成長を多孔質上への成長の初期に限
定し、以降は従来通りの成長方法をとることを可能にし
た結果、成長速度を従来通りに維持しつつ、結晶欠陥密
度を低減することを可能にした。また、核形成を生じな
い成長速度での成長ののち、膜厚の増加のための成長を
低温領域で実施することにより、結晶欠陥密度の低減と
Boron濃度の低減、多孔質の構造粗大化の抑制の両
立が図れる。
Further, according to the present invention, the growth at such a growth rate that does not cause nucleation is limited to the initial stage of the growth on the porous material, and thereafter, a conventional growth method can be adopted. It is possible to reduce the crystal defect density while maintaining the growth rate as before. In addition, after growth at a growth rate that does not cause nucleation, growth for increasing the film thickness is performed in a low temperature region to reduce the crystal defect density, reduce the Boron concentration, and enlarge the porous structure. Both suppression can be achieved.

【0038】さらに本発明によれば、多孔質シリコン上
のエピタキシャルシリコン層の表面ラフネスが改善され
るので、貼り合わせを実施した場合には、接着強度の増
加、あるいは、貼り合わせ不良領域の発生が著しく抑制
される。さらに核形成を抑制する成長速度での成長はす
なわち入射原子の表面拡散が優勢な成長様式であるの
で、微小な異物等に起因するピンホールの発生も抑制さ
れる。
Further, according to the present invention, the surface roughness of the epitaxial silicon layer on the porous silicon is improved, so that when bonding is performed, an increase in bonding strength or the generation of a bonding failure area occurs. It is significantly suppressed. Further, since growth at a growth rate that suppresses nucleation is a growth mode in which the surface diffusion of incident atoms is dominant, the generation of pinholes due to minute foreign matter and the like is also suppressed.

【0039】これに加えて、本発明の半導体基材の製造
方法をSOI基板の製造方法に適用すると、単結晶シリ
コン層中の結晶欠陥密度が1000個/cm2 未満のS
OI構造を実現できる。しかも、ピンホールに起因する
貼り合わせ界面の空隙もほとんどなくすことができる。
又、埋込み酸化膜にもピンホールが存在しないものとな
る。
In addition, when the method for manufacturing a semiconductor base material of the present invention is applied to a method for manufacturing an SOI substrate, the density of crystal defects in the single crystal silicon layer is less than 1000 / cm 2.
An OI structure can be realized. In addition, the gap at the bonding interface due to the pinhole can be almost eliminated.
Also, no pinholes exist in the buried oxide film.

【0040】本方法を用いて得られるSOI基板は、低
欠陥密度と膜厚均一性を具備し、SIMOXと比較する
と埋め込み酸化層にピンホールが存在しない優れたもの
となる。何故ならば、貼り合わせる第2の部材に形成さ
れる熱酸化膜をSOI構造の埋め込み絶縁層とすること
ができるからである。
The SOI substrate obtained by this method has a low defect density and a uniform film thickness, and is superior to SIMOX without pinholes in the buried oxide layer. This is because the thermal oxide film formed on the second member to be bonded can be used as a buried insulating layer having an SOI structure.

【0041】[0041]

【発明の実施の形態】本発明の半導体基材の製造方法の
構成は、前述したとおりのものである。本発明の製造方
法において、最も特徴的なことは、多孔質単結晶シリコ
ン層上に、非多孔質単結晶シリコン層を成長させる際
に、当初非常に遅い成長速度で成長させるということで
ある。本発明の半導体基材の製造方法は、SOI基板の
製造方法に適用できるものであり、良質なSOI基板の
要望は、大きなものであることから、本発明者らが研究
してきたSOI基板の製造方法をふまえて以下に、本発
明を説明する。本発明者らが研究しているSOI基板の
製造方法は、大きく分けると単結晶シリコン基板の多孔
質化工程、多孔質シリコン層上への単結晶シリコンのエ
ピタキシャル成長工程、エピタキシャルシリコン膜を形
成した基板とこれとは別の基板との貼り合わせ工程、及
び多孔質シリコン層の除去工程からなる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure of the method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention is as described above. The most characteristic feature of the manufacturing method of the present invention is that when a non-porous single-crystal silicon layer is grown on a porous single-crystal silicon layer, it is initially grown at a very low growth rate. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention is applicable to a method for manufacturing an SOI substrate, and the demand for a high-quality SOI substrate is great. The present invention will be described below based on the method. The method of manufacturing an SOI substrate studied by the present inventors can be roughly classified into a step of making a single crystal silicon substrate porous, a step of epitaxially growing single crystal silicon on a porous silicon layer, and a step of forming an epitaxial silicon film. And a step of bonding to another substrate and a step of removing the porous silicon layer.

【0042】このようなSOI基板の製造方法の1例を
図7及び図10を参照しながら説明する。
An example of a method for manufacturing such an SOI substrate will be described with reference to FIGS.

【0043】単結晶シリコン基板100を陽極化成して
多孔質シリコン101を形成する(図7(A))。この
とき多孔質化する厚みは、基板の片側表面層数μm〜数
十μmでよい。またシリコン基板100全体を陽極化成
してもかまわない。
The single-crystal silicon substrate 100 is anodized to form porous silicon 101 (FIG. 7A). At this time, the thickness to be made porous may be several μm to several tens μm on one surface layer of the substrate. Alternatively, the entire silicon substrate 100 may be anodized.

【0044】多孔質シリコンの形成方法については、図
10を用いて説明する。まず基板としてP型の単結晶シ
リコン基板600を用意する。N型でも不可能ではない
が、その場合は低抵抗の基板に限定されるか、または光
を基板表面に照射してホールの生成を促進した状態で行
なわなければならない。基板600を図10(A)に示
すような装置にセッティングする。即ち基板の片側がフ
ッ酸系の溶液604に接していて、溶液側に負の電極6
06がとられており、逆側は正の金属電極605に接し
ている。これと別に図10(B)に示すように、正電極
側605′も溶液604′を介して電位をとってもかま
わない。いずれにせよフッ酸系溶液に接している負の電
極側から多孔質化が起こる。フッ酸系溶液604として
は、一般的には濃フッ酸(49%HF)を用いる。純水
(H2 O)で希釈していくと、流す電流値にもよるが、
ある濃度からエッチングが起こってしまうので好ましく
ない。また陽極化成中に基板600の表面から気泡が発
生してしまい、この気泡を効率よく取り除く目的から、
界面活性剤としてアルコールを加えることもできる。ア
ルコールとしてメタノール、エタノール、プロパノー
ル、イソプロパノール等が用いられる。また界面活性剤
の代わりに撹はん器を用いて、溶液を撹はんしながら陽
極化成を行ってもよい。負電極606に関しては、フッ
酸溶液に対して侵食されないような材料、例えば金(A
u)、白金(Pt)等が用いられる。正側の電極605
の材質は一般に用いられる金属材料でかまわないが、陽
極化成が基板600すべてになされた時点で、フッ酸系
溶液604が正電極605に達するので、正電極605
の表面にも耐フッ酸溶液性の金属膜をコーティングして
おくとよい。陽極化成を行う電流値は最大数百mA/c
2 であり、最小値は零でなければよい。この値は多孔
質化したシリコンの表面に良質のエピタキシャル成長が
できる範囲内で決定される。通常電流値が大きいと陽極
化成の速度が増すと同時に、多孔質シリコン層の密度が
小さくなる。即ち孔の占める体積が大きくなる。これに
よってエピタキシャル成長の条件が変わってくるのであ
る。
A method for forming porous silicon will be described with reference to FIG. First, a P-type single crystal silicon substrate 600 is prepared as a substrate. Although it is not impossible even with an N-type, in that case, the substrate must be limited to a low-resistance substrate, or the substrate surface must be irradiated with light to promote the generation of holes. The substrate 600 is set in an apparatus as shown in FIG. That is, one side of the substrate is in contact with the hydrofluoric acid solution 604, and the negative electrode 6 is connected to the solution side.
06, and the opposite side is in contact with the positive metal electrode 605. Alternatively, as shown in FIG. 10 (B), the positive electrode side 605 'may also take a potential via the solution 604'. In any case, porosity occurs from the negative electrode side in contact with the hydrofluoric acid-based solution. As the hydrofluoric acid solution 604, generally, concentrated hydrofluoric acid (49% HF) is used. When diluted with pure water (H 2 O), it depends on the value of the flowing current.
It is not preferable because etching occurs from a certain concentration. In addition, bubbles are generated from the surface of the substrate 600 during the anodization, and for the purpose of efficiently removing the bubbles,
Alcohol can also be added as a surfactant. As the alcohol, methanol, ethanol, propanol, isopropanol and the like are used. Alternatively, anodizing may be performed while stirring the solution using a stirrer instead of the surfactant. Regarding the negative electrode 606, a material that is not eroded by the hydrofluoric acid solution, for example, gold (A
u), platinum (Pt) or the like is used. Positive electrode 605
May be a commonly used metal material, but the hydrofluoric acid-based solution 604 reaches the positive electrode 605 when the anodization is performed on all the substrates 600.
It is preferable that a metal film having a hydrofluoric acid solution resistance is coated on the surface of the substrate. The current value for anodizing is up to several hundred mA / c.
m 2 and the minimum value need not be zero. This value is determined within a range where good quality epitaxial growth can be performed on the surface of the porous silicon. Usually, when the current value is large, the rate of anodization increases, and at the same time, the density of the porous silicon layer decreases. That is, the volume occupied by the holes increases. This changes the conditions for epitaxial growth.

【0045】以上のようにして形成した多孔質層101
上に、非多孔質の単結晶シリコン層102をエピタキシ
ャル成長させる(図7(B))。ここで、どのようにし
て単結晶シリコン層を形成するかが、本発明の重要な点
であり、これについては後ほど詳しく説明する。
The porous layer 101 formed as described above
A non-porous single-crystal silicon layer 102 is epitaxially grown thereon (FIG. 7B). Here, how to form a single-crystal silicon layer is an important point of the present invention, which will be described in detail later.

【0046】次いで、エピタキシャル層102の表面を
酸化してSiO2 層103(熱酸化を含む)を形成する
(図7(C))。これはエピタキシャル層を次の工程で
直接支持基板と貼り合わせた場合、貼り合わせ界面には
不純物が偏析しやすく、また界面の原子の非結合手(ダ
ングリングボンド)が多くなり、薄膜デバイスの特性を
不安定化させる要因になるからである。但し必ずしもこ
の工程は必須ではなく、上記現象が問題とならないよう
なデバイス構成を考えるならば省略してもかまわない。
ここで、SiO2 層103は、SOI基板の絶縁層とし
ての機能を果たすが、絶縁層は、貼り合わせる基板表面
の少なくとも1面に形成される必要があり、絶縁層の形
成に際しては種々の態様がある。
Next, the surface of the epitaxial layer 102 is oxidized to form a SiO 2 layer 103 (including thermal oxidation) (FIG. 7C). This is because when the epitaxial layer is directly bonded to the supporting substrate in the next step, impurities tend to segregate at the bonding interface, and the number of dangling bonds at the interface increases, resulting in the characteristics of a thin film device. This is a cause of instability. However, this step is not necessarily essential, and may be omitted if a device configuration that does not cause the above phenomenon to be considered is considered.
Here, the SiO 2 layer 103 functions as an insulating layer of the SOI substrate, but the insulating layer needs to be formed on at least one surface of the substrate to be bonded. There is.

【0047】尚、酸化する場合酸化膜厚は、貼り合わせ
界面に取り込まれる大気中からのコンタミネーションの
影響を受けない程度の厚みがあれば良い。
In the case of oxidation, the thickness of the oxide film only needs to be thick enough not to be affected by contamination from the air introduced into the bonding interface.

【0048】上記表面が酸化されたエピタキシャル面を
有する基板100と、支持基板となるSiO2 層104
を表面に有する基板110を用意する。支持基板110
はシリコン基板表面を酸化(熱酸化を含む)したもの、
石英ガラス、結晶化ガラス、任意基板上にSiO2 を堆
積したものなどが挙げられる。ここでSiO2 層104
を設けないシリコン基板を用いることもできる。
The substrate 100 having an oxidized epitaxial surface and the SiO 2 layer 104 serving as a support substrate
Is prepared. Support substrate 110
Is the silicon substrate surface oxidized (including thermal oxidation),
Examples include quartz glass, crystallized glass, and glass obtained by depositing SiO 2 on an arbitrary substrate. Here, the SiO 2 layer 104
It is also possible to use a silicon substrate provided with no.

【0049】上記用意した2枚の基板を洗浄した後に貼
り合わせる(図7(D))。洗浄方法は通常の半導体基
板を(例えば酸化前に)洗浄する工程に準じて行なう。
After cleaning the two prepared substrates, they are bonded together (FIG. 7D). The cleaning method is performed in accordance with a general step of cleaning a semiconductor substrate (for example, before oxidation).

【0050】貼り合わせた後に基板を全面で加圧する
と、接合の強度を高める効果がある。
Pressing the entire surface of the substrate after bonding has the effect of increasing the bonding strength.

【0051】そして次に貼り合った基板を熱処理する。
熱処理温度は高い方が好ましいが、あまり高すぎると多
孔質層101が構造変化をおこしてしまったり、基板に
含まれていた不純物がエピタキシャル層に拡散すること
があるので、これらをおこさない温度と時間を選択する
必要がある。具体的には600〜1100℃程度が好ま
しい。また基板によっては高温で熱処理できないものが
ある。例えば支持基板110が石英ガラスである場合に
は、シリコンと石英の熱膨張係数の違いから、200℃
程度以下の温度でしか熱処理できない。この温度を越え
ると貼り合わせた基板が応力で剥がれたり、または割れ
たりしてしまう。ただし熱処理は次の工程で行なうバル
クシリコン100の研削やエッチングの際の応力に耐え
られれば良い。従って200℃以下の温度であっても活
性化の表面処理条件を最適化することで、プロセスは行
なえる。
Then, the bonded substrates are heat-treated.
The heat treatment temperature is preferably higher. However, if the heat treatment temperature is too high, the porous layer 101 may cause a structural change or impurities contained in the substrate may diffuse into the epitaxial layer. You need to choose a time. Specifically, about 600 to 1100 ° C. is preferable. Some substrates cannot be heat-treated at high temperatures. For example, when the support substrate 110 is made of quartz glass, a temperature difference of 200 ° C.
The heat treatment can be performed only at a temperature lower than about. If the temperature is exceeded, the bonded substrates are peeled off or broken by stress. However, the heat treatment only needs to be able to withstand the stress at the time of grinding or etching the bulk silicon 100 performed in the next step. Therefore, even at a temperature of 200 ° C. or less, the process can be performed by optimizing the surface treatment conditions for activation.

【0052】次にエピタキシャル成長層102を残して
シリコン基板部分100と多孔質部分101を選択的に
除去する(図7(E))。このようにしてSOI基板が
得られる。
Next, the silicon substrate portion 100 and the porous portion 101 are selectively removed while leaving the epitaxial growth layer 102 (FIG. 7E). Thus, an SOI substrate is obtained.

【0053】更に、以上説明した工程に下述する工程を
付加する場合もある。 (1)多孔質層の孔の内壁の酸化(preoxidation) 多孔質シリコン層の隣接する孔の間の壁の厚みは、数n
m〜数十nmと非常に薄い。このためエピタキシャルシ
リコン層形成時、貼り合わせ後の熱処理時等、多孔質層
に高温処理を施すと孔壁が凝集することにより、孔壁が
粗大化して孔をふさぎ、エッチング速度が低下してしま
う場合がある。そこで、多孔質層の形成後、孔壁に薄い
酸化膜を形成して、孔の粗大化を抑制することができ
る。しかし、多孔質層上には非多孔質単結晶シリコン層
をエピタキシャル成長させる必要があることから、多孔
質層の孔壁の内部には、単結晶性が残るように孔の内壁
の表面だけを酸化する必要がある。ここで形成される酸
化膜は、数Å〜数十Åの膜厚とするのが望ましい。この
ような膜厚の酸化膜は、酸素雰囲気中で200℃〜70
0℃の温度、より好ましくは、250℃〜500℃の温
度での熱処理により形成される。 (2)水素ベーキング処理 本発明者らは、先にEP553852A2公報におい
て、水素雰囲気下の熱処理により、シリコン表面の微小
な荒れ(roughness)を除去し、非常になめらかなシリ
コン表面が得られることを示した。本発明においても、
水素雰囲気下でのベーキングを適用することができる。
水素ベーキングは、例えば、多孔質シリコン層形成後、
エピタキシャルシリコン層形成前に行なうことができ、
これと別に多孔質シリコン層のエッチング除去後に得ら
れるSOI基板に行なうことができる。エピタキシャル
シリコン層形成前に行なう水素ベーキング処理によって
は、多孔質シリコン表面を構成するシリコン原子のマイ
グレーション(migration)により、孔の最表面が閉塞
されるという現象が生ずる。孔の最表面が閉塞された状
態でエピタキシャルシリコン層の形成が行なわれると、
より結晶欠陥の少ないエピタキシャルシリコン層が得ら
れる。一方、多孔質シリコン層のエッチング後に行なう
水素ベーキングによっては、エッチングにより多少荒れ
たエピタキシャルシリコン表面をなめらかにする作用
と、ボンディングの際に貼り合わせ界面に不可避的にと
り込まれるクリーンルーム中のボロンをとばすという作
用がある。
Further, the following steps may be added to the steps described above. (1) Oxidation (Preoxidation) of Inner Wall of Pores of Porous Layer The thickness of the wall between adjacent holes of the porous silicon layer is several n.
It is very thin, from m to several tens nm. For this reason, when a porous layer is subjected to high-temperature treatment, such as during the formation of an epitaxial silicon layer or during heat treatment after bonding, the pore walls are aggregated. There are cases. Therefore, after the formation of the porous layer, a thin oxide film is formed on the hole wall, so that the hole can be prevented from becoming coarse. However, since it is necessary to epitaxially grow a non-porous single-crystal silicon layer on the porous layer, only the surface of the inner wall of the hole is oxidized inside the hole wall of the porous layer so that the single-crystal property remains. There is a need to. It is desirable that the oxide film formed here has a thickness of several to several tens of mm. An oxide film having such a thickness is formed at a temperature of 200 ° C. to 70 ° C. in an oxygen atmosphere.
It is formed by heat treatment at a temperature of 0 ° C, more preferably at a temperature of 250 ° C to 500 ° C. (2) Hydrogen baking treatment The present inventors have previously shown in EP 553 852 A2 that heat treatment in a hydrogen atmosphere removes minute roughness (roughness) on a silicon surface and obtains a very smooth silicon surface. Was. In the present invention,
Baking under a hydrogen atmosphere can be applied.
Hydrogen baking, for example, after forming a porous silicon layer,
Can be performed before forming the epitaxial silicon layer,
Alternatively, it can be performed on an SOI substrate obtained after the porous silicon layer is removed by etching. Depending on the hydrogen baking treatment performed before the formation of the epitaxial silicon layer, a phenomenon occurs in which the outermost surface of the hole is closed due to migration of silicon atoms constituting the porous silicon surface. When the epitaxial silicon layer is formed with the outermost surface of the hole closed,
An epitaxial silicon layer with less crystal defects can be obtained. On the other hand, depending on the hydrogen baking performed after the etching of the porous silicon layer, the action of smoothing the somewhat roughened epitaxial silicon surface by the etching and the skipping of boron in the clean room that is inevitably taken into the bonding interface during bonding are called. There is action.

【0054】CVD法等で成長した多孔質シリコン上の
エピタキシャルシリコン層中の結晶欠陥の導入原因は現
在のところ解明されていない。しかし、同条件でのバル
クウエハ上のエピタキシャル成長層に結晶欠陥の導入が
観察されないことからすると、多孔質上への成長である
ことが積層欠陥導入の第1の要因である。次にエピタキ
シャル成長前の水素プリベークでは、孔の閉塞が観察さ
れるものの、依然孔は残留していることが報告されてお
り、多孔質表面の残留孔が積層欠陥導入にかかわってい
ることは十分に予測される。
The cause of the introduction of crystal defects in the epitaxial silicon layer on the porous silicon grown by the CVD method or the like has not been elucidated at present. However, from the fact that no crystal defects are introduced into the epitaxially grown layer on the bulk wafer under the same conditions, growth on porous material is the first factor for introducing stacking faults. Next, in the hydrogen pre-bake before epitaxial growth, pores were observed to be blocked, but it was reported that pores still remained. is expected.

【0055】一方、H2 で希釈して原料ガスを供給する
CVD法によるバルクシリコン上へのシリコンホモエピ
タキシャル成長はシリコン半導体プロセスにおいて必須
な技術として広く普及し膜厚均一性もウエハ全面におい
て±2〜4%以内とすることが可能である。従来、この
CVD法によるエピタキシャル成長では数μmの厚さの
エピタキシャル層の形成に研究開発の焦点が当てられて
きた。ここでは、不純物のオートドーピングを抑制する
ために成長温度を下げること、あるいは、成長速度を高
めることに主眼がおかれてきた。したがって、多孔質シ
リコン上のエピタキシャル成長に関する報告に見られる
ような成長速度50nm/min.以下での成長につい
てはあまり報告がなされていない。
On the other hand, silicon homoepitaxial growth on bulk silicon by the CVD method of diluting with H 2 and supplying a source gas is widely spread as an essential technique in the silicon semiconductor process, and the uniformity of film thickness is ± 2 It can be within 4%. Conventionally, in the epitaxial growth by the CVD method, research and development have been focused on forming an epitaxial layer having a thickness of several μm. Here, the main focus has been on lowering the growth temperature or increasing the growth rate in order to suppress autodoping of impurities. Therefore, a growth rate of 50 nm / min. As seen in reports on epitaxial growth on porous silicon. Less is reported on the growth below.

【0056】本発明者らはかかる積層欠陥密度の低減の
ために詳細な実験を試みた結果、エピタキシャル成長初
期の成長速度と温度が欠陥低減の重要な要素であること
を知見するに至った。図1にSiH2 Cl2 をH2 で希
釈する市販のCVDエピタキシャル成長炉での多孔質シ
リコン上へシリコンエピタキシャル成長の実験結果を示
す。エピタキシャル成長初期の成長速度と積層欠陥密度
の関係を示す。成長温度は1150度、圧力は大気圧で
ある。積層欠陥密度は成長速度が20nm/min.を
下回ると急速に減少し始め、従来の高成長速度の系に比
して、少なくとも1/3、条件によっては2桁、積層欠
陥を減少させることができた。これは成長速度がある値
を下回ると、膜厚の増加よりもむしろ多孔質シリコン表
面に吸着したSi原子の表面拡散が顕在化する結果、残
留孔の部分で格子に組み込まれる原子が増えるためと考
えられる。エピタキシャルシリコン成長前の水素プリベ
ークにより多孔質表面では、表面を構成する原子の表面
拡散により孔の閉塞が進行する結果、高分解能走査型電
子顕微鏡での平面観察で見られた直径数nmから数十n
mで密度1011/cm2 もの孔は、ほとんど観察できな
くなる。この時の測定下限はおよそ107 /cm2 であ
った。同時に孔の消失した部分では水素ベーキングによ
る平坦化がすすみ、(2×1)表面構造に特有の原子ス
テップが観察されるようになる。残留孔の存在を確認す
るために斯様に水素プリベークを施しただけで炉より取
り出した基板を超高真空対応のロードロック式真空チャ
ンバーに設置したところ、真空チャンバー内の圧力降下
は多孔質層の形成されていないバルクシリコンウエハに
比べ、明らかに遅かった。同様に水素プリベークをしな
い多孔質シリコン、多孔質上にエピタキシャル層を2μ
m形成した基板をバルクシリコンウエハについても同様
の実験を試みた。バルクシリコンウエハを導入した際に
到達した圧力に到達するのに要する時間を比較したとこ
ろ、以下の順になった。
The present inventors have conducted detailed experiments to reduce the stacking fault density, and have found that the growth rate and temperature at the initial stage of epitaxial growth are important factors for reducing defects. FIG. 1 shows the experimental results of silicon epitaxial growth on porous silicon in a commercial CVD epitaxial growth furnace in which SiH 2 Cl 2 is diluted with H 2 . The relationship between the growth rate in the initial stage of epitaxial growth and the stacking fault density is shown. The growth temperature is 1150 degrees and the pressure is atmospheric pressure. The stacking fault density is such that the growth rate is 20 nm / min. , The stacking faults can be rapidly reduced, and the stacking faults can be reduced by at least 1/3, or two orders of magnitude depending on the condition, as compared with the conventional high growth rate system. This is because when the growth rate falls below a certain value, the surface diffusion of Si atoms adsorbed on the porous silicon surface becomes more apparent rather than an increase in the film thickness, resulting in an increase in the number of atoms incorporated into the lattice at the portion of the residual pores. Conceivable. On the porous surface due to hydrogen pre-bake before epitaxial silicon growth, the pores are blocked by the surface diffusion of atoms constituting the surface, resulting in a diameter of several nm to several tens of nm observed in a planar observation with a high-resolution scanning electron microscope. n
Holes with a density of 10 11 / cm 2 at m are hardly observable. The lower limit of measurement at this time was about 10 7 / cm 2 . At the same time, flattening by hydrogen baking advances in the portions where the holes have disappeared, and atomic steps peculiar to the (2 × 1) surface structure are observed. In order to confirm the existence of residual holes, the substrate taken out of the furnace after hydrogen prebaking alone was placed in a load lock type vacuum chamber compatible with ultra-high vacuum, and the pressure drop in the vacuum chamber was reduced by the porous layer. Was clearly slower than the bulk silicon wafer where no was formed. Similarly, porous silicon without hydrogen pre-bake, an epitaxial layer of 2 μm on the porous
A similar experiment was conducted on a bulk silicon wafer using the substrate formed with m. When the time required to reach the pressure reached when the bulk silicon wafer was introduced was compared, the order was as follows.

【0057】多孔質シリコン(プリベークあり)>多孔
質シリコン(プリベークなし)>>エピタキシャル層
(2μm)付き多孔質シリコン〜バルクシリコン すなわち、水素ベーキング直後の多孔質シリコンの表面
には依然残留孔が存在していると考えられる。図3
(a)−(c)に水素プリベークにより表面の孔が閉塞
される過程の断面模式図を示す。孔の消失した部分では
水素ベーキングによる平坦化がすすみ、(2×1)表面
構造に特有の原子ステップが観察されるようになる。表
面のステップ、キンク等の吸着サイトの密度分布を図2
に示す。サイト密度は残留孔の周囲でのみ非常に高くな
っている。これは、残留孔の部分では露出するシリコン
表面の曲率に基づいて多くの面が連続的に表出している
ためである。
Porous silicon (with pre-bake)> porous silicon (without pre-bake) >> porous silicon to bulk silicon with epitaxial layer (2 μm) That is, residual pores still exist on the surface of porous silicon immediately after hydrogen baking it seems to do. FIG.
(A)-(c) are cross-sectional schematic views of a process in which pores on the surface are closed by hydrogen prebaking. In the portions where the holes have disappeared, the flattening by hydrogen baking proceeds, and atomic steps peculiar to the (2 × 1) surface structure are observed. Fig. 2 shows the density distribution of adsorption sites such as steps and kinks on the surface.
Shown in The site density is very high only around the residual holes. This is because many surfaces are continuously exposed at the portion of the residual hole based on the curvature of the exposed silicon surface.

【0058】今、成長を開始し、表面に成長膜を構成す
る原子の供給を開始したとする。入射原子の量が多い場
合、入射原子はステップに到達する前にテラス上で入射
原子同士が衝突しダイマーとなる。表面上のダイマーの
易動度はモノマーと比べ、格段に下がる。すなわち、核
となり、さらなる入射原子の吸着サイトとなる。すなわ
ち、実効的なステップ(吸着サイト)密度が増加する結
果、入射原子はほとんど表面拡散することなく、格子に
組み込まれてしまうのである。つまり、入射原子の結晶
格子が組み込まれる確率の面内分布は小さく、その結
果、残留孔の部分では孔が消失するよりも前に膜厚が増
大してしまうので結晶格子の不整合が生じやすくなり、
ついには欠陥が導入されてしまうと考えられる。図3
(a)−(e)にこの断面模式図を示す。図1中、成長
速度に積層欠陥密度が依存しない部分がこの機構による
成長である。核形成が生じる場合には、積層欠陥密度は
成長直前の残留孔密度によって決定づけられる。
Now, it is assumed that the growth is started and the supply of the atoms constituting the grown film on the surface is started. When the amount of the incident atoms is large, the incident atoms collide with each other on the terrace before reaching the step and become a dimer. The mobility of the dimer on the surface is much lower than that of the monomer. That is, it becomes a nucleus and becomes an adsorption site for further incident atoms. That is, as a result of the increase in the effective step (adsorption site) density, the incident atoms are incorporated into the lattice with almost no surface diffusion. In other words, the in-plane distribution of the probability that the crystal lattice of the incident atoms is incorporated is small, and as a result, the thickness of the residual hole increases before the hole disappears. Become
It is considered that a defect is finally introduced. FIG.
(A) to (e) show schematic cross-sectional views. In FIG. 1, the portion where the stacking fault density does not depend on the growth rate is the growth by this mechanism. When nucleation occurs, the stacking fault density is determined by the residual pore density immediately before growth.

【0059】一方、入射原子量が少ない場合には、成長
はステップのみを成長起点とする2次元成長となると考
えられる。入射したSi原子の表面拡散距離が残留孔周
辺以外の部分のステップ間のテラスの平均距離に比して
充分長いとすると、入射したSi原子はテラスに到達し
てステップに組み込まれることになる。図2のように吸
着サイト密度に分布がある表面にSi原子が入射した場
合は入射したSi原子は表面拡散して、残留孔の周囲に
ある多数の吸着サイト(ステップ)に取り込まれる確率
が非常に高まる。すなわち、残留孔の部分は表面拡散原
子のシンクとして機能し、つまり、入射原子の多くが残
留孔の閉塞に費やされ、残留孔の口の部分は膜厚をほと
んど増やさずに狭まり、ついには孔は欠陥を導入するこ
となく消失してしまう。以上のようにエピタキシャル成
長プロセスの初期において、多孔質Si表面に核形成が
生じない少量の膜の構成原子、ないし、原料ガスを供給
することにより、残留孔を欠陥を導入せずに閉塞するこ
とができる。以降は表面への原料供給量に制約されず、
通常のバルクシリコン上と同様に結晶成長することが可
能である。図4(a)−(e)にこの断面模式図を示
す。図1中、積層欠陥密度が成長速度の現象とともに急
速に減少しているのが、この機構による残留孔の閉塞が
なされた場合である。また、成長前の水素プリベークは
必ずしも必要ではなく、自然酸化膜等が多孔質シリコン
表面に残留していなければ良いのであって、超高真空中
でのベーク、HCl等によるエッチングなどによって、
自然酸化膜を除去しても構わない。すなわち、水素プリ
ベークであらかじめ残留孔密度を減らしておかなくて
も、表面の酸化膜が除去されていればよい。
On the other hand, when the incident atomic weight is small, the growth is considered to be two-dimensional growth with only the step as the growth starting point. Assuming that the surface diffusion distance of the incident Si atom is sufficiently longer than the average distance of the terrace between the steps in the portion other than the vicinity of the residual hole, the incident Si atom reaches the terrace and is incorporated into the step. As shown in FIG. 2, when Si atoms are incident on a surface having a distribution of adsorption site densities, the probability that the incident Si atoms diffuse on the surface and are taken into a large number of adsorption sites (steps) around the residual holes is extremely high. To increase. That is, the portion of the residual hole functions as a sink for surface diffusing atoms, that is, most of the incident atoms are used to block the residual hole, and the opening portion of the residual hole narrows with almost no increase in film thickness, and finally The holes disappear without introducing defects. As described above, in the early stage of the epitaxial growth process, by supplying a small amount of the constituent atoms of the film or the source gas that does not cause nucleation on the porous Si surface, the residual holes can be closed without introducing defects. it can. After that, it is not limited by the amount of raw material supplied to the surface,
Crystal growth can be performed in the same manner as on normal bulk silicon. FIGS. 4A to 4E show schematic sectional views. In FIG. 1, the stacking fault density decreases rapidly with the growth rate phenomenon when the residual holes are closed by this mechanism. In addition, hydrogen pre-bake before growth is not necessarily required, and it is sufficient if a natural oxide film or the like does not remain on the porous silicon surface. Baking in an ultra-high vacuum, etching with HCl or the like,
The natural oxide film may be removed. That is, it is sufficient that the oxide film on the surface is removed even if the residual pore density is not reduced in advance by hydrogen pre-baking.

【0060】一方、成長膜の原子を供給開始以後におい
ては、H2 ガスは表面の再酸化防止に有効である。成長
表面への酸素原子の付着点は膜成長の核となるため、表
面拡散距離を減少させてしまう。かかる再酸化防止、及
び表面拡散距離増大には、成長時の温度を上げることが
有効であった。H2 希釈により原料を供給する場合、圧
力によるが、概ね800℃以上、より好ましくは900
℃以上の温度が望ましい。これ以下の温度においては、
効果は顕著でなかった。
On the other hand, after the supply of the atoms of the grown film is started, the H 2 gas is effective for preventing the surface from being reoxidized. The point of attachment of oxygen atoms to the growth surface becomes the nucleus of the film growth, which reduces the surface diffusion distance. To prevent such reoxidation and increase the surface diffusion distance, it was effective to increase the temperature during growth. When the raw material is supplied by dilution with H 2 , it depends on the pressure, but is generally 800 ° C. or higher, more preferably 900 ° C.
A temperature of at least ℃ is desirable. At temperatures below this,
The effect was not significant.

【0061】さらに本発明者は、図5に示すように成長
速度と残留孔密度の低減の関係を明らかにするため、多
孔質シリコン上に幾つかの成長速度で単結晶シリコン層
を多孔質シリコンの最大孔径に相当する膜厚だけエピタ
キシャル成長したのち、超高真空チャンバーに設置し、
所定の圧力に到達するのに要する時間を比較した。ここ
では、最大孔径はガス吸着法による測定における平均孔
径に孔径分布の標準偏差の3倍を加えた値としたが、実
測定から求めてよい。ガス吸着法による孔径分布の測定
は R.Herino らの報告に詳しい(R.Herino,G.Bomchil,
K.Barla,C.Bertrand,and J.L.Ginoux,J.Electrochem.So
c.134(1987)p.1994)。成長速度が20nm/min.
を切ると急速に圧力の下がる時間が短くなっていること
がわかる。図5を図4と対応してみると、成長速度を下
げると膜厚を増さずとも、水素プリベーク時に残留した
孔が閉塞することとエピタキシャルシリコン層に導入さ
れる結晶欠陥の密度に良い対応があることが明らかであ
る。すなわち、極薄エピタキシャル層を形成した際の残
留孔密度が成長速度により大きく変化することが明らか
になった。
Further, as shown in FIG. 5, the present inventor clarified the relationship between the growth rate and the reduction of the residual hole density by forming a single-crystal silicon layer on the porous silicon at several growth rates. After epitaxial growth of a film thickness equivalent to the maximum pore diameter of
The time required to reach a given pressure was compared. Here, the maximum pore diameter is a value obtained by adding three times the standard deviation of the pore diameter distribution to the average pore diameter measured by the gas adsorption method, but may be obtained from actual measurement. The measurement of pore size distribution by gas adsorption method is detailed in the report of R. Herino et al. (R. Herino, G. Bomchil,
K.Barla, C.Bertrand, and JLGinoux, J.Electrochem.So
c.134 (1987) p.1994). When the growth rate is 20 nm / min.
It can be seen that when the pressure is turned off, the time for the pressure to decrease rapidly is shortened. When FIG. 5 corresponds to FIG. 4, it can be seen that lowering the growth rate does not increase the film thickness, but the hole remaining during hydrogen pre-baking is closed and the density of crystal defects introduced into the epitaxial silicon layer is good. It is clear that there is. That is, it has been clarified that the residual hole density at the time of forming the ultra-thin epitaxial layer greatly changes depending on the growth rate.

【0062】多孔質シリコンの孔密度の測定は、超高分
解能走査型電子顕微鏡観察、あるいはガス吸着法もある
が、微小径、かつ、孔密度が低い場合、測定精度に問題
を生じる場合がある。ここでは、以下に示すような方法
により、超高分解能走査型電子顕微鏡観察では発見しに
くい低密度の極薄エピタキシャル層形成後の試料の残留
孔密度を測定した。
The pore density of porous silicon can be measured by ultra-high resolution scanning electron microscope observation or gas adsorption method. However, if the pore diameter is small and the pore density is low, a problem may occur in the measurement accuracy. . Here, the residual pore density of the sample after the formation of the low-density ultra-thin epitaxial layer, which is difficult to find by ultra-high resolution scanning electron microscope observation, was measured by the method described below.

【0063】1)試料をアンモニア、過酸化水素水の混
合液、あるいは、塩化水素、過酸化水素水の混合液を5
0度から100度程度の温度に加熱した水溶液に浸け
て、親水性の表面にする。表面を親水化できれば、薬液
の種類は問わない。
1) A sample was mixed with a mixed solution of ammonia and hydrogen peroxide solution or a mixed solution of hydrogen chloride and hydrogen peroxide solution
It is immersed in an aqueous solution heated to a temperature of about 0 to 100 degrees to form a hydrophilic surface. The type of the chemical is not limited as long as the surface can be made hydrophilic.

【0064】2)試料を純水中に浸漬する。純水は表面
に残留した孔の部分から内部の多孔質層に Capillary F
orce によりしみこむ。多孔質シリコンの孔は、表面か
ら垂直にのびるのみならず、横方向にも複雑に孔がの
び、浸入した水は残留孔の真下だけではなく、横方向に
も広がる。水は室温でも十分だが、加熱するとなおよ
い。また、時間は特に限定されないが、1分以上、より
望ましくは、5分以上である。
2) Immerse the sample in pure water. Pure water is transferred from the pores remaining on the surface to the inner porous layer using Capillary F.
Infiltrated by orce. The pores of the porous silicon extend not only vertically from the surface but also in the lateral direction in a complicated manner, and the intruded water spreads not only immediately below the residual pores but also in the lateral direction. Water at room temperature is sufficient, but heating is better. The time is not particularly limited, but is 1 minute or more, more preferably 5 minutes or more.

【0065】3)試料は、純水から引き上げた後、熱酸
化により酸化する。酸化温度は少なくとも400度以
上、より好ましくは、800度以上であり、酸化膜厚は
10nmあれば十分である。エピタキシャル層の厚さに
比して必要以上に厚くすると、試料に反りを生じ、以降
の観察に支障を生じる場合がある。
3) The sample is oxidized by thermal oxidation after being withdrawn from pure water. The oxidation temperature is at least 400 degrees or more, more preferably 800 degrees or more, and an oxide film thickness of 10 nm is sufficient. If the thickness is more than necessary than the thickness of the epitaxial layer, the sample may be warped, which may hinder subsequent observation.

【0066】この酸化処理中、残留孔より内部に染み込
んだ水は温度が上がることにより気化して、残留孔の部
分より脱離するプロセスと多孔質の酸化プロセスの競合
過程となるが、温度を上記した範囲にすることにより、
後者を優勢にすることができる。その結果、水の染み込
んだ部分では、多孔質シリコンが優先的に酸化されるの
で、この部分は表面モルフォロジー、あるいは、光干渉
によるコントラストから光学顕微鏡等を用いて容易に観
察できるようになることがわかった。
During this oxidation treatment, the water permeated from the residual pores evaporates due to an increase in temperature and becomes a competitive process between the process of desorbing from the residual pores and the porous oxidation process. By setting the above range,
The latter can be dominant. As a result, the porous silicon is preferentially oxidized in the water-soaked portion, so that this portion can be easily observed using an optical microscope or the like from the surface morphology or contrast due to light interference. all right.

【0067】すなわち、この方法によって、孔密度が少
ない場合の多孔質シリコンの残留孔密度を測定すること
が可能となった。図6に成長速度と極薄エピタキシャル
シリコン層を多孔質シリコンの最大孔径に相当する膜厚
だけ堆積したときの残留孔密度の関係を示す。成長速度
がおよそ20nm/min.を下回ると急速に残留孔密
度が減少することがわかる。さらに図6と図1を対応さ
せると明らかなように極薄膜領域での残留孔密度と積層
欠陥が対応し、残留孔密度を1000/cm2未満にす
ることで、積層欠陥密度を1000/cm2 未満にでき
ることがあきらかとなった。他の実験によれば、成長温
度、成長ガス等が異なると成長速度の条件はことなる
が、いずれにしても極薄エピタキシャルシリコン層を多
孔質シリコンの最大孔径に相当する膜厚形成したときの
残留孔密度が1000/cm2 未満となる場合、以降の
エピタキシャル成長により得られる多孔質上のエピタキ
シャル層の結晶欠陥が1000/cm2 未満となること
があきらかになった。ここでは、最大孔径はガス吸着法
による測定における平均孔径に孔径分布の標準偏差の3
倍を加えた値とした。すなわち、成長速度20nm/m
in.を下回ると急速に残留孔密度は減少し、1000
/cm2 未満となることがあきらかになった。
That is, this method makes it possible to measure the residual pore density of porous silicon when the pore density is low. FIG. 6 shows the relationship between the growth rate and the residual pore density when the ultra-thin epitaxial silicon layer is deposited to a thickness corresponding to the maximum pore diameter of porous silicon. When the growth rate is about 20 nm / min. It can be seen that the residual pore density decreases rapidly when the ratio is less than. 6 and FIG. 1, the residual hole density and the stacking fault in the ultra-thin film region correspond to each other, and the stacking fault density is set to 1000 / cm 2 by making the residual hole density less than 1000 / cm 2. It is clear that less than 2 can be done. According to other experiments, the conditions of the growth rate are different when the growth temperature, growth gas, etc. are different, but in any case, when the ultra-thin epitaxial silicon layer is formed to have a film thickness corresponding to the maximum pore diameter of porous silicon. If the residual pore density is less than 1000 / cm 2, that the crystal defects in the epitaxial layer on the resulting porous by the subsequent epitaxial growth is less than 1000 / cm 2 was revealed. Here, the maximum pore size is the average pore size measured by the gas adsorption method, which is 3 times the standard deviation of the pore size distribution.
Doubled value was added. That is, the growth rate is 20 nm / m
in. Below which the residual pore density rapidly decreases to 1000
/ Cm 2 became clear.

【0068】本発明は言い換えるとエピタキシャル層と
多孔質の間の Transition Layer の厚さを制御すること
により、結晶欠陥密度を1000/cm2 未満の多孔質
シリコン上のエピタキシャル層を得るものである。成長
方法としては、H2 希釈で原料ガスを供給するCVD法
によるエピタキシャル成長を用いれば、エピタキシャル
シリコン層の膜厚均一性を±4%以内とすることは十分
可能である。
In other words, the present invention is to obtain an epitaxial layer on porous silicon having a crystal defect density of less than 1000 / cm 2 by controlling the thickness of the transition layer between the epitaxial layer and the porous layer. As the growth method, if the epitaxial growth by the CVD method in which the source gas is diluted with H 2 is used, it is sufficiently possible to make the thickness uniformity of the epitaxial silicon layer within ± 4%.

【0069】また、多孔質シリコンに残留孔が存在する
場合、孔の内部に残る極薄酸化膜が水素によるエッチン
グで気化し、表面近傍の酸素濃度が局所的に高まり、多
孔質シリコン表面に再付着することがあるが、微量の核
形成を生じないような微量の膜の構成原子、ないし、原
子ガスの供給は酸化物を除去し、酸化物に起因する欠陥
発生を抑制する効果もある。
When residual pores are present in the porous silicon, the ultrathin oxide film remaining inside the pores is vaporized by etching with hydrogen, the oxygen concentration near the surface is locally increased, and the porous silicon surface is regenerated. Supply of a small amount of constituent atoms of the film or atomic gas that does not cause formation of a small amount of nuclei, which may adhere, has an effect of removing oxides and suppressing generation of defects due to oxides.

【0070】さらに、本発明によれば、入射した原子の
衝突等による核形成が抑制され、表面拡散が優勢になる
ので、いわゆるカバレッジが良いことになり、異物等が
表面にあった場合にも、その部分にピンホールが形成さ
れず、異物を覆ってしまうことができる。
Further, according to the present invention, nucleation due to collision of incident atoms and the like is suppressed and surface diffusion becomes dominant, so that the so-called coverage is improved. However, no pinhole is formed in that portion, and foreign matter can be covered.

【0071】また、表面粗さも従来の高い成長速度の場
合と比べて改善される結果、ELTRAN法において他
の基板と貼り合わせを行う場合、貼り合わせ強度が向上
し、弱接着領域や未接着領域の発生を抑制することがで
きる。
The surface roughness is also improved as compared with the case of the conventional high growth rate. As a result, when the substrate is bonded to another substrate by the ELTRAN method, the bonding strength is improved, and the weakly bonded region and the non-bonded region are improved. Can be suppressed.

【0072】先に、図7を用いて、本発明の半導体基材
をSOI基板の作製に適用する例について述べたが、図
7に示した例とは、貼り合わせる部材の構成が異なる態
様について説明する。 (態様2)図8に示した態様について説明する。図8に
付した番号のうち図7と同じ番号のものは、図7の同様
の部位を表わす。図7に示した例においては、貼り合わ
される2枚の基板の表面は、SiO2 層103とSiO
2 層104であったが、必ずしも両面がSiO2 層であ
る必要はなく、少なくとも1つの面がSiO2 で構成さ
れていれば良い。ここで示す態様は、多孔質シリコン層
上に形成されたエピタキシャルシリコン層1102(B
1)表面を、シリコン基板1110上に形成された酸化
膜1104表面と貼り合わせる(C1)ものと、エピタ
キシャルシリコン層1102(B2)の表面を熱酸化し
て形成した酸化膜1103表面を酸化処理していないシ
リコン基板1110の表面と貼り合わせる(C2)もの
である。ここで示す態様においても、他の工程は、図7
に示した例と同様に行なうことができる。 (態様3)図9に示した態様について説明する。図9に
付した番号のうち図7と同じ番号のものは、図7と同様
の部位を表わす。ここで示す態様においては、エピタキ
シャルシリコン膜が形成された基板(B1,B2)と貼
り合わせる基板に、石英ガラス、青板ガラス等のガラス
材料1210(C1,C2)を用いることが特徴的であ
る。この態様としては、エピタキシャルシリコン層11
02(B1)をガラス基板1210と貼り合わせる(C
1)態様と、エピタキシャルシリコン層1102の表面
を熱酸化して形成された酸化膜1103(B2)とガラ
ス基板1210と貼り合わせる(C2)態様が示されて
いる。ここで示す態様においても他の工程は図7に示し
た例と同様に行なうことができる。
The example in which the semiconductor base material of the present invention is applied to the manufacture of an SOI substrate has been described with reference to FIG. 7; explain. (Aspect 2) The aspect shown in FIG. 8 will be described. 8 that are the same as those in FIG. 7 represent the same parts in FIG. In the example shown in FIG. 7, the surfaces of the two substrates to be bonded are the SiO 2 layer 103 and the SiO 2 layer.
Although the two layers 104 are used, both surfaces need not necessarily be SiO 2 layers, and it is sufficient that at least one surface is made of SiO 2 . In the embodiment shown here, the epitaxial silicon layer 1102 (B
1) The surface is bonded to the surface of the oxide film 1104 formed on the silicon substrate 1110 (C1), and the surface of the oxide film 1103 formed by thermally oxidizing the surface of the epitaxial silicon layer 1102 (B2) is oxidized. (C2) to be bonded to the surface of the silicon substrate 1110 that has not been formed. In the embodiment shown here, the other steps are the same as those shown in FIG.
Can be performed similarly to the example shown in FIG. (Aspect 3) The aspect shown in FIG. 9 will be described. 9 that are the same as those in FIG. 7 indicate the same parts as in FIG. The embodiment shown here is characterized in that a glass material 1210 (C1, C2) such as quartz glass, blue plate glass, or the like is used for a substrate to be bonded to the substrate (B1, B2) on which the epitaxial silicon film is formed. In this embodiment, the epitaxial silicon layer 11
02 (B1) and a glass substrate 1210 (C
There are shown a 1) mode and a mode (C2) in which an oxide film 1103 (B2) formed by thermally oxidizing the surface of the epitaxial silicon layer 1102 is bonded to a glass substrate 1210. In the embodiment shown here, other steps can be performed similarly to the example shown in FIG.

【0073】本発明においては、多孔質シリコン層上に
いかに単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させるか
が重要である。
In the present invention, it is important how a single crystal silicon layer is epitaxially grown on the porous silicon layer.

【0074】多孔質シリコンは1964年に Uhlir ら
が発見して以来、1970年代にはFIPOS法への応
用を念頭においた研究が、また、1990年代には多孔
質シリコンの Photoluminescence が L.T.Canham らの
グループ、および、 U.Goseleらのグループにより発見
されて以来はこの発光デバイスへの応用を目指した研究
がなされている。発光デバイス系の研究ではn- ,p-
のシリコン基板が好まれる。一方、SOI構造を作製す
る場合にはその構造の安定性とエピタキシャルシリコン
層の結晶性の良さからn- ,p- よりはn+ ,p+ 基板
が好まれる。本発明で対象とする多孔質Siはこれらの
従来から研究されている多孔質シリコンと本質的には同
一であり、陽極化成(Anodization)などの方法により
作製されるが、多孔質Siであるかぎり、基板の不純
物、面方位、作成方法等に限定されない。
Since the discovery of porous silicon by Uhlir et al. In 1964, research was carried out in the 1970s with an eye on the application to the FIPOS method. Since its discovery by the group of U. Gosele et al., There has been research aimed at application to this light emitting device. In the study of the light-emitting device based n -, p -
Silicon substrates are preferred. On the other hand, when fabricating an SOI structure, n + and p + substrates are preferred over n and p because of the stability of the structure and the good crystallinity of the epitaxial silicon layer. The porous Si targeted in the present invention is essentially the same as these conventionally studied porous silicon, and is produced by a method such as anodization, but as long as the porous Si is used. However, the present invention is not limited to substrate impurities, plane orientation, preparation method and the like.

【0075】陽極化成により多孔質シリコンを形成する
場合、化成液はHFを主たる成分とする水溶液である。
一般にはエタノールなどのアルコールを添加することに
よりシリコン表面での接触角(Contact Angle)を大き
くすることで付着した気泡の脱離を加速し、化成が均一
に起こるようにしている。もちろん、アルコールを添加
せずとも多孔質は形成される。本発明による多孔質シリ
コンをFIPOSに用いる場合には、 porosity は56
%付近が、ELTRANに用いる場合には低いporosity
(概ね50%以下、より好ましくは30%以下)が好適
であるが、これに限定されるものではない。
In the case of forming porous silicon by anodization, the chemical conversion solution is an aqueous solution containing HF as a main component.
In general, the addition of alcohol such as ethanol increases the contact angle on the silicon surface, thereby accelerating the desorption of the attached bubbles, so that the chemical formation occurs uniformly. Of course, the porosity is formed without adding alcohol. When the porous silicon according to the present invention is used for FIPOS, the porosity is 56
% Is low porosity when used for ELTRAN
(Approximately 50% or less, more preferably 30% or less) is suitable, but is not limited thereto.

【0076】多孔質シリコンは以上のようにエッチング
により形成されるため、その表面は孔以外の部分でも微
小な荒れが Field Emission type Scanning Electron M
icroscope(FESEM)により観察される。
Since the porous silicon is formed by etching as described above, the surface thereof has a small roughness even in a portion other than the hole.
Observed by an icroscope (FESEM).

【0077】先に、本発明においては、孔の内壁の酸化
(preoxidation)を行なうことができることを示した
が、本発明においては、preoxidation により形成され
た酸化シリコン膜を低濃度のHF水溶液に浸ける(HF
ディップ)ことで、多孔質表面近傍の酸化シリコン膜を
除去する工程を付加することができる。図4(a)にこ
の断面模式図を示す。佐藤らの報告(N.Sato,K.Sakaguc
hi,K.Yamagata,Y.Fujiyama,and T.Yonehara,Proc.of th
e Seventh Int.Symp.on Silicon Mater.Sci.andTech.,S
emiconductor Silicon,(Pennington,The Electrochem.S
oc.Inc.,1994),p.443)によればHFディップの時間を
長くすることにより、積層欠陥を103 /cm2 程度ま
で低減できるとあるが、本発明者らの更なる実験によれ
ば、長時間HFディップをした場合、貼り合わせ後のア
ニール温度によっては多孔質層の構造粗大化が進行し、
多孔質シリコンのエッチングに際し、エッチングされな
い部分(エッチング残渣)が生じることがあった。本発
明によれば、上記したように核形成の生じない程度に微
量のSi原子を多孔質シリコン表面に供給することによ
り、結晶欠陥密度を低減できるので、HFディップは必
ずしも必須ではない。HFディップを省略した場合に
は、エッチング残渣の発生は皆無となった。
In the present invention, it has been shown that the inner wall of the hole can be oxidized (preoxidation). However, in the present invention, the silicon oxide film formed by the preoxidation is immersed in a low-concentration HF aqueous solution. (HF
By dip), a step of removing the silicon oxide film near the porous surface can be added. FIG. 4A shows a schematic sectional view of this. Report by Sato et al. (N. Sato, K. Sakaguc
hi, K.Yamagata, Y.Fujiyama, and T.Yonehara, Proc.of th
e Seventh Int.Symp.on Silicon Mater.Sci.andTech., S
emiconductor Silicon, (Pennington, The Electrochem.S
According to oc. Inc., 1994), p. 443), stacking faults can be reduced to about 10 3 / cm 2 by increasing the HF dip time. According to the HF dip for a long time, the structure of the porous layer becomes coarse depending on the annealing temperature after bonding,
During the etching of the porous silicon, an unetched portion (etching residue) was sometimes generated. According to the present invention, the crystal defect density can be reduced by supplying a small amount of Si atoms to the surface of the porous silicon to the extent that nucleation does not occur, as described above. Therefore, the HF dip is not necessarily required. When the HF dip was omitted, no etching residue was generated.

【0078】本発明においては、多孔質シリコンが形成
された基体をエピタキシャル成長装置に設置し、例えば
以下の工程により、単結晶シリコン層をエピタキシャル
成長させることができる。 1)自然酸化膜の除去 水素中(非酸化性雰囲気中)の熱処理、あるいは、超高
真空中での800度付近での熱処理により、自然酸化膜
を除去する。処理温度は600度以上、より好ましくは
1000度以上である。また、圧力は特に限定されるも
のではないが、好ましくは大気圧以下である。
In the present invention, a substrate on which porous silicon is formed is placed in an epitaxial growth apparatus, and a single crystal silicon layer can be epitaxially grown by, for example, the following steps. 1) Removal of native oxide film The native oxide film is removed by a heat treatment in hydrogen (in a non-oxidizing atmosphere) or a heat treatment at about 800 ° C. in an ultra-high vacuum. The processing temperature is at least 600 degrees, more preferably at least 1000 degrees. The pressure is not particularly limited, but is preferably equal to or lower than the atmospheric pressure.

【0079】自然酸化膜は、 SiO2 +Si → 2SiO↑ という反応により気相中に脱離する。自然酸化膜の除去
にはHFガスを用いてもよい。あるいは、HFディップ
後、窒素雰囲気のロードロックチャンバーにいれ、そこ
から酸素を含む雰囲気に曝すことなく、成長炉に基板を
設置するならば、熱処理による自然酸化膜の除去工程は
省略しても構わない。 2)孔の閉塞 上記1)の自然酸化膜除去ののち、水素中での熱処理を
継続すると、多孔質シリコンの表面では微小な荒れを平
滑化し表面エネルギーを下げるべく表面原子のmigratio
n が生じ、孔の大半が消失するが、そもそも多孔質シリ
コンはその Porosity に応じて単位面積当たりのSi原
子が欠乏しているため、孔を全て閉塞することは困難で
ある。図4(b)にこの断面模式図を示す。また、一般
に水素中での1000度を越えるような高温熱処理の場
合には、水素によるシリコンのエッチングが生じるの
で、Si原子の欠乏はさらに増速される。したがって、
孔の閉塞は必ずしも充分に行わずに次の工程に進行して
も構わないが、十分な時間をかけることで、多孔質シリ
コン表面の孔密度を減少させると同時に表面にステップ
構造を表出させ、吸着サイトの密度を低減しておくとな
およい。(100)Siにおいては、(2×1)構造の
ステップとテラスである。
The natural oxide film is desorbed into the gas phase by the reaction of SiO 2 + Si → 2SiO ↑. HF gas may be used to remove the natural oxide film. Alternatively, if the substrate is placed in a growth furnace without being exposed to an atmosphere containing oxygen from the load lock chamber in a nitrogen atmosphere after the HF dip, the step of removing the natural oxide film by heat treatment may be omitted. Absent. 2) Clogging of pores After the removal of the natural oxide film as described in 1) above, if the heat treatment in hydrogen is continued, the micro-roughness of the surface of the porous silicon is reduced to smooth the minute roughness and reduce the surface energy.
Although n occurs and most of the pores disappear, it is difficult to block all the pores because porous silicon lacks Si atoms per unit area according to its porosity. FIG. 4B shows a schematic sectional view of this. In general, in the case of a high-temperature heat treatment exceeding 1000 degrees in hydrogen, silicon is etched by hydrogen, so the deficiency of Si atoms is further increased. Therefore,
The pores may not necessarily be sufficiently closed, and the process may proceed to the next step.However, by taking sufficient time, the pore density on the porous silicon surface is reduced, and at the same time, the step structure is exposed on the surface. It is more preferable to reduce the density of the adsorption sites. In (100) Si, the steps and terraces have a (2 × 1) structure.

【0080】この工程は、残留水分、酸素等の酸化性雰
囲気が十分に除去されていれば、必ずしも水素、窒素等
の還元性雰囲気でなくともアルゴン、ヘリウム等の不活
性ガス中で実施しても構わない。
This step is carried out in an inert gas such as argon or helium, not necessarily in a reducing atmosphere such as hydrogen or nitrogen, as long as the oxidizing atmosphere such as residual moisture and oxygen is sufficiently removed. No problem.

【0081】自然酸化膜の除去と、孔の閉塞は必ずしも
順番には進行せず、同時進行、ないし、基板表面で面内
分布をもちながら進行するので工程上は明確に区別する
ことができない場合がある。 3)微量の原料供給 多孔質シリコン表面に核形成が生じない程度に微量の原
子、ないし、原料ガスをH2 で希釈しながら供給する。
供給された原子、ないし、原料ガスは多孔質表面の表面
を拡散し、残留孔部のステップ等の吸着サイトに取り込
まれ、残留孔が欠陥を導入することなく閉塞される。図
4(c)にこの断面模式図を示す。
The removal of the natural oxide film and the closing of the holes do not necessarily proceed in order, but proceed simultaneously or with an in-plane distribution on the substrate surface. There is. 3) Supply of a very small amount of raw material A small amount of atoms or a raw material gas is supplied while being diluted with H 2 so that nucleation does not occur on the surface of the porous silicon.
The supplied atoms or the raw material gas diffuses on the surface of the porous surface, is taken into an adsorption site such as a step of a residual hole, and the residual hole is closed without introducing a defect. FIG. 4C shows a schematic sectional view of this.

【0082】具体的にはあらかじめ同条件で形成した多
孔質シリコンの孔径分布を測定し、この孔径分布から得
られる最大孔径の膜厚を形成した際の残留孔密度が10
00/cm2 未満となるように原子、ないし、原料ガス
の供給量を減らし、成長速度を下げる。最大孔径はガス
吸着法等に得られる孔径分布より直接求めてもよいし、
平均孔径に標準偏差の3倍を加えた値であってもよい。
More specifically, the pore size distribution of porous silicon formed in advance under the same conditions was measured, and the residual pore density when forming a film having the maximum pore size obtained from this pore size distribution was 10%.
The supply rate of atoms or source gas is reduced so as to be less than 00 / cm 2 , and the growth rate is reduced. The maximum pore size may be directly obtained from the pore size distribution obtained by a gas adsorption method or the like,
It may be a value obtained by adding three times the standard deviation to the average pore diameter.

【0083】SiH2 Cl2 (ジクロルシラン)、Si
4 (シラン)、SiHCl3 (トリクロルシラン)、
SiCl4 (テトラクロルシラン)、Si2 6 (ジシ
ラン)等のシリコンソースガスを用いたCVD成長にお
いては、20nm/min.以下、より好ましくは10
nm/min.以下、さらに好ましくは、2nm/mi
n.以下の成長速度になるようソースガスの流量を設定
する。
SiH 2 Cl 2 (dichlorosilane), Si
H 4 (silane), SiHCl 3 (trichlorosilane),
In CVD growth using a silicon source gas such as SiCl 4 (tetrachlorosilane) or Si 2 H 6 (disilane), 20 nm / min. The following, more preferably 10
nm / min. Hereinafter, more preferably, 2 nm / mi
n. The flow rate of the source gas is set so that the growth rate is as follows.

【0084】また、基板温度は表面に入射した原子の表
面易動度を高めるため、高温であることが望ましい。具
体的には800度以上、より望ましくは900度以上、
さらに望ましくは、1000度以上であるが、必ずしも
これに制限されるものではない。供給原子量にたいし
て、表面易動度が十分であればよい。基板温度の上限
は、多孔質シリコンの構造粗大化の程度により規定され
る。
It is desirable that the substrate temperature be high in order to increase the surface mobility of atoms incident on the surface. Specifically, 800 degrees or more, more desirably 900 degrees or more,
More desirably, it is not less than 1000 degrees, but is not necessarily limited to this. It is sufficient that the surface mobility is sufficient for the supplied atomic weight. The upper limit of the substrate temperature is determined by the degree of structural coarsening of the porous silicon.

【0085】成長表面の原子の表面拡散が促進される結
果、表面ラフネスも改善される。
As a result of promoting the surface diffusion of atoms on the growth surface, the surface roughness is also improved.

【0086】また、供給する原料は、シリコン、シリコ
ン系ガスに限られるものではなく、SiGe,SiC等
のIV族系のヘテロエピタキシー材料、あるいは、GaA
sに代表される化合物半導体であっても構わない。 4)成長 微量の原料供給工程により、孔の閉塞が完了した後は、
成長速度は特に制約されない。通常のバルクシリコン上
の成長と同条件であっても構わない。あるいは、上記し
た微量の原料供給工程と同じ成長速度で引き続き成長を
つづけてもよいし、ガス種等を変更しても何等本発明の
要件を阻害するものではない。また、微量の原料供給工
程とは連続した工程であっても、一旦、原料の供給を中
断したのち、改めて所望の原料を供給して成長としても
構わない。いずれにしても、所望の膜厚まで単結晶層を
形成する。図4(d)にこの断面模式図を示す。
The material to be supplied is not limited to silicon or silicon-based gas, but may be a group IV heteroepitaxy material such as SiGe or SiC, or GaAs.
Compound semiconductor represented by s may be used. 4) Growth After the closing of the hole is completed by a small amount of raw material supply process,
The growth rate is not particularly limited. The conditions may be the same as those for normal growth on bulk silicon. Alternatively, the growth may be continued at the same growth rate as that of the above-mentioned minute amount of raw material supply step, and changing the gas type or the like does not impair the requirements of the present invention at all. Further, even if the process of supplying the trace amount of raw material is a continuous process, the supply of the raw material may be temporarily interrupted, and then the desired raw material may be supplied again for growth. In any case, a single crystal layer is formed to a desired thickness. FIG. 4D shows a schematic sectional view of this.

【0087】すなわち、成長温度を3)の工程とは独立
に制御できるので、処理温度を低温にすることで多孔質
シリコンの構造粗大化、あるいは、多孔質シリコンから
のボロン、燐等の不純物のオートドーピング、固相拡散
を抑制することができる。
That is, since the growth temperature can be controlled independently of the step 3), the structure temperature of the porous silicon can be increased by lowering the processing temperature, or impurities such as boron and phosphorus can be removed from the porous silicon. Auto doping and solid phase diffusion can be suppressed.

【0088】また、成長する単結晶層は、シリコン、シ
リコン系ガスに限られるものではなく、SiGe,Si
C等のIV族系のヘテロエピタキシー材料、あるいは、G
aAsに代表される化合物半導体であっても構わない
し、前記微量原料供給工程とはことなる材料であっても
構わない。
The single crystal layer to be grown is not limited to silicon or silicon-based gas, but may be SiGe, Si-based gas.
Group IV heteroepitaxy material such as C, or G
It may be a compound semiconductor typified by aAs, or may be a material different from the trace material supply step.

【0089】また、本発明の方法は、FIPOS法によ
り、エピタキシャル成長層を部分的に除去した後、酸化
処理により多孔質シリコンを選択的に酸化して、SOI
構造を形成するのにも適用できる。更に多孔質シリコン
層上に形成したエピタキシャルシリコン層上にGaAs
等の化合物半導体、SiC,SiGe等のIV族系のヘテ
ロエピタキシャル成長を実施しても良い。
Further, according to the method of the present invention, after partially removing the epitaxially grown layer by the FIPOS method, the porous silicon is selectively oxidized by an oxidation treatment to obtain SOI.
It can also be applied to form structures. Further, GaAs is formed on the epitaxial silicon layer formed on the porous silicon layer.
Heteroepitaxial growth of a compound semiconductor such as SiC, or a group IV-based material such as SiC or SiGe.

【0090】[0090]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 〔実施例1〕本実施例は本発明により多孔質シリコン上
のエピタキシャルシリコン層中の結晶欠陥の低減を図る
ものである。 1)p型不純物としてボロンを添加し、比抵抗0.01
−0.02Ω・cmの5インチ(100)シリコンウエ
ハを5枚用意した。 2)49%HFとエチルアルコールを2:1の比で混合
した溶液中で前記シリコンウエハを陽極に、5インチ径
の白金板を陰極としてシリコンウエハと向かい合うよう
に設置した。前記シリコンウエハの裏面は白金と溶液を
通して導通することがないように被覆する一方、前記シ
リコンウエハの表面は全て溶液を通して白金と導通する
ように被覆はウエハの端面までとした。前記シリコンウ
エハと白金の間に電流密度10mA/cm2 で12分間
電流を流し、前記シリコンウエハを陽極化成し(Anodiz
e)、表面層を12μm厚の多孔質シリコンとした。こ
の陽極化成は1枚づつ行った。多孔質層を形成した1枚
のウエハを取り出して、多孔度(Porosity)を測定する
とおよそ20%であった。 3)つづいて、多孔質シリコン層を形成した5枚のウエ
ハに400度の酸素雰囲気中で1時間酸化処理を施し
た。この酸化処理は概ね50Å以下の酸化膜しか形成し
ないため、特開平5−217827号公報にも開示され
ている通り多孔質シリコンの表面と孔の側壁のみに酸化
シリコン膜が形成されるだけで、内部には単結晶シリコ
ンの領域が残されている。 4)1.25%に希釈したHF水溶液に前記5枚のウエ
ハを30秒程度曝したのち、水洗し多孔質層の表面に形
成された極薄酸化シリコン膜を除去した。 5)CVD成長炉に前記ウエハを設置し、以下の熱処理
を連続して行った。
Embodiments of the present invention will be described below. [Embodiment 1] In this embodiment, the present invention is intended to reduce crystal defects in an epitaxial silicon layer on porous silicon. 1) Boron is added as a p-type impurity and the specific resistance is 0.01
Five 5-inch (100) silicon wafers of −0.02 Ω · cm were prepared. 2) In a solution in which 49% HF and ethyl alcohol were mixed at a ratio of 2: 1, the silicon wafer was set as an anode and a platinum plate having a diameter of 5 inches was set as a cathode so as to face the silicon wafer. The back surface of the silicon wafer was coated so as not to conduct with the platinum through the solution, while the surface of the silicon wafer was coated up to the end surface of the wafer so that the entire surface was conductive with the platinum through the solution. A current was passed between the silicon wafer and platinum at a current density of 10 mA / cm 2 for 12 minutes to anodize the silicon wafer (Anodiz
e), the surface layer was 12 μm thick porous silicon. This anodization was performed one by one. One wafer on which the porous layer was formed was taken out, and the porosity was measured to be about 20%. 3) Subsequently, the five wafers on which the porous silicon layers were formed were subjected to an oxidation treatment in an oxygen atmosphere at 400 degrees for 1 hour. Since this oxidation treatment forms only an oxide film of about 50 ° or less, only a silicon oxide film is formed only on the surface of the porous silicon and on the side walls of the pores as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H5-217827. A single crystal silicon region is left inside. 4) After exposing the five wafers to an HF aqueous solution diluted to 1.25% for about 30 seconds, the wafer was washed with water to remove the ultrathin silicon oxide film formed on the surface of the porous layer. 5) The wafer was placed in a CVD growth furnace, and the following heat treatment was continuously performed.

【0091】成長はウエハ1枚づつb)の工程の条件を
変えて実施した。
The growth was carried out by changing the conditions of the step b) for each wafer.

【0092】a)温度:1150℃ 圧力:760Torr ガス:H2 ;230(l/min.) 時間:7.5分 b)温度:1150℃ 圧力:760Torr ガス:H2 ;230(l/min.) SiH2 Cl2 ;可変(l/min.) 時間:5分 SiH2 Cl2 の流量は5枚のウエハに対し、それぞれ
0.005,0.01,0.05,0.1,0.25
(l/min.)とした。成長速度はそれぞれ2.8,
5.6,28,56,140nm/min.であった。
A) Temperature: 1150 ° C. Pressure: 760 Torr Gas: H 2 ; 230 (l / min.) Time: 7.5 minutes b) Temperature: 1150 ° C. Pressure: 760 Torr Gas: H 2 ; 230 (l / min. ) SiH 2 Cl 2 ; variable (l / min.) Time: 5 minutes The flow rate of SiH 2 Cl 2 was 0.005, 0.01, 0.05, 0.1, 0. 25
(L / min.). The growth rate was 2.8, respectively.
5.6, 28, 56, 140 nm / min. Met.

【0093】成長時間を調整することで、およそ1μm
厚の単結晶シリコン層が形成された。 6)Seccoエッチングにより結晶欠陥を顕在化さ
せ、これらの単結晶シリコン層に含まれる結晶欠陥の密
度をノマルスキー微分干渉顕微鏡で測定したところ、結
晶欠陥は積層欠陥が占めており、b)の熱処理のSiH
2 Cl2 の流量が0.005(l/min.)の場合は
2×102 /cm2 、0.01(l/min.)の場合
は3.5×102 /cm2 、0.05(l/min.)
の場合は1.1×103 /cm2 、0.1(l/mi
n.)の場合は1.3×103 /cm2、0.5(l/
min.)の場合は1.2×103 /cm2 、であっ
た。すなわち、b)の工程を導入し、SiH2 Cl2
スの流量が0.05から0.01(l/min.)にな
ると急速に積層欠陥密度が減少し、積層欠陥密度はおよ
そ1/3〜1/5に減少した。
By adjusting the growth time, about 1 μm
A thick single crystal silicon layer was formed. 6) The crystal defects were revealed by Secco etching, and the density of the crystal defects contained in these single crystal silicon layers was measured by a Nomarski differential interference microscope. As a result, the crystal defects were occupied by the stacking faults. SiH
When the flow rate of 2 Cl 2 is 0.005 (l / min.), It is 2 × 10 2 / cm 2 , and when it is 0.01 (l / min.), It is 3.5 × 10 2 / cm 2 . 05 (l / min.)
1.1 × 10 3 / cm 2 , 0.1 (l / mi
n. ) Is 1.3 × 10 3 / cm 2 , 0.5 (l /
min. )) Was 1.2 × 10 3 / cm 2 . That is, the step b) is introduced, and when the flow rate of the SiH 2 Cl 2 gas becomes 0.05 to 0.01 (l / min.), The stacking fault density rapidly decreases, and the stacking fault density becomes about 1/3. Reduced to 〜.

【0094】また、原子間力顕微鏡で50μm□の領域
をスキャンし、平均2乗粗さを測定したところ、成長速
度2.8,5.6,28,56,140nm/min.
に対応してそれぞれ、0.21,0.22,0.51,
0.52,0.51nmであり、結晶欠陥密度同様に流
量を28nm/min.より下げると表面粗さが低減さ
れることがわかった。同様にして市販のSiウエハの表
面粗さを測定したところ、0.23nmであった。すな
わち、表面粗さはSiウエハなみに平坦になった。 〔実施例2〕本実施例は、多孔質シリコン上のエピタキ
シャルシリコン層中の結晶欠陥の低減と成長速度の確保
の両立を図るものである。 1)p型不純物としてボロンを添加し、比抵抗0.01
−0.02Ω・cmの5インチ(100)シリコンウエ
ハを5枚用意した。 2)49%HFとエチルアルコールを2:1の比で混合
した溶液中で前記シリコンウエハを陽極に、5インチ径
の白金板を陰極としてシリコンウエハと向かい合うよう
に設置した。前記シリコンウエハの裏面は白金と溶液を
通して導通することがないように被覆する一方、前記シ
リコンウエハの表面は全て溶液を通して白金と導通する
ように被覆はウエハの端面までとした。前記シリコンウ
エハと白金の間に電流密度10mA/cm2 で12分間
電流を流し、前記シリコンウエハを陽極化成し(Anodiz
e)、表面層を12μm厚の多孔質シリコンとした。こ
の陽極化成は1枚づつ行った。多孔質層を形成した1枚
のウエハを取り出して、多孔度(Porosity)を測定する
とおよそ20%であった。 3)つづいて、多孔質シリコン層を形成した5枚のウエ
ハに400度の酸素雰囲気中で1時間酸化処理を施し
た。この酸化処理は概ね50Å以下の酸化膜しか形成し
ないため、内部には単結晶シリコンの領域が残されてい
る。 4)1.25%に希釈したHF水溶液に前記5枚のウエ
ハを30秒程度曝したのち、水洗し多孔質層の表面に形
成された極薄酸化シリコン膜を除去した。 5)CVD成長炉に前記ウエハを設置し、以下の熱処理
を連続して行った。
Further, when an area of 50 μm square was scanned with an atomic force microscope and the mean square roughness was measured, the growth rate was 2.8, 5.6, 28, 56, 140 nm / min.
Respectively corresponding to 0.21, 0.22, 0.51,
0.52, 0.51 nm, and a flow rate of 28 nm / min. It was found that lowering the value lowers the surface roughness. Similarly, when the surface roughness of a commercially available Si wafer was measured, it was 0.23 nm. That is, the surface roughness was as flat as the Si wafer. [Embodiment 2] This embodiment aims at both reducing the crystal defects in the epitaxial silicon layer on the porous silicon and securing the growth rate. 1) Boron is added as a p-type impurity and the specific resistance is 0.01
Five 5-inch (100) silicon wafers of −0.02 Ω · cm were prepared. 2) In a solution in which 49% HF and ethyl alcohol were mixed at a ratio of 2: 1, the silicon wafer was set as an anode and a platinum plate having a diameter of 5 inches was set as a cathode so as to face the silicon wafer. The back surface of the silicon wafer was coated so as not to conduct with the platinum through the solution, while the surface of the silicon wafer was coated up to the end surface of the wafer so that the entire surface was conductive with the platinum through the solution. A current was passed between the silicon wafer and platinum at a current density of 10 mA / cm 2 for 12 minutes to anodize the silicon wafer (Anodiz
e), the surface layer was 12 μm thick porous silicon. This anodization was performed one by one. One wafer on which the porous layer was formed was taken out, and the porosity was measured to be about 20%. 3) Subsequently, the five wafers on which the porous silicon layers were formed were subjected to an oxidation treatment in an oxygen atmosphere at 400 degrees for 1 hour. Since this oxidation process forms only an oxide film of approximately 50 ° or less, a single crystal silicon region remains inside. 4) After exposing the five wafers to an HF aqueous solution diluted to 1.25% for about 30 seconds, the wafer was washed with water to remove the ultrathin silicon oxide film formed on the surface of the porous layer. 5) The wafer was placed in a CVD growth furnace, and the following heat treatment was continuously performed.

【0095】成長はウエハ1枚づつb)の工程の条件を
変えて実施した。
The growth was carried out by changing the conditions of the step b) for each wafer.

【0096】a)温度:1150℃ 圧力:760Torr ガス:H2 ;230(l/min.) 時間:7.5分 b)温度:1150℃ 圧力:760Torr ガス:H2 ;230(l/min.) SiH2 Cl2 ;可変(l/min.) 時間:5分 SiH2 Cl2 の流量は5枚のウエハに対し、それぞれ
0.005,0.01,0.05,0.1,0.25
(l/min.)とした。成長速度はそれぞれ2.8,
5.6,28,56,140nm/min.であった。
A) Temperature: 1150 ° C. Pressure: 760 Torr Gas: H 2 ; 230 (l / min.) Time: 7.5 minutes b) Temperature: 1150 ° C. Pressure: 760 Torr Gas: H 2 ; 230 (l / min. ) SiH 2 Cl 2 ; variable (l / min.) Time: 5 minutes The flow rate of SiH 2 Cl 2 was 0.005, 0.01, 0.05, 0.1, 0. 25
(L / min.). The growth rate was 2.8, respectively.
5.6, 28, 56, 140 nm / min. Met.

【0097】c)温度:1150℃ 圧力:760Torr ガス:H2 /SiH2 Cl2 ;230/0.25(l/
min.) 時間:13分 この熱処理により、およそ2μm厚さの単結晶シリコン
層が形成された。 6)Seccoエッチングにより結晶欠陥を顕在化さ
せ、これらの単結晶シリコン層に含まれる結晶欠陥の密
度をノマルスキー微分干渉顕微鏡で測定したところ、結
晶欠陥は積層欠陥が占めており、b)の熱処理のSiH
2 Cl2 の流量が0.005(l/min.)の場合は
2.1×102 /cm2 、0.01(l/min.)の
場合は3.4×102 /cm2 、0.05(l/mi
n.)の場合は1.1×103 /cm2 、0.1(l/
min.)の場合は1.2×103 /cm2 、0.5
(l/min.)の場合は1.2×103 /cm2 、で
あった。すなわち、b)の工程を導入し、SiH2 Cl
2 ガスの流量が0.05から0.01(l/min.)
になると急速に積層欠陥密度が減少し、積層欠陥密度は
およそ1/3〜1/5に減少した。また、積層欠陥密度
は実施例1の場合とほぼ同等であったことからc)の工
程は欠陥導入に寄与しないことがわかった。すなわち、
b)の成長速度の遅い工程をc)の成長速度の速い工程
と組み合わせることにより、結晶欠陥を増やすことなく
成長速度の比からして成長時間をおよそ1/25から1
/50程度に短縮できた。 〔実施例3〕 1)p型不純物としてボロンを添加し、比抵抗0.01
−0.02Ω・cmの5インチ(100)シリコンウエ
ハを5枚用意した。 2)49%HFとエチルアルコールを2:1の比で混合
した溶液中で前記シリコンウエハを陽極に、5インチ径
の白金板を陰極としてシリコンウエハと向かい合うよう
に設置した。前記シリコンウエハの裏面は白金と溶液を
通して導通することがないように被覆する一方、前記シ
リコンウエハの表面は全て溶液を通して白金と導通する
ように被覆はウエハの端面までとした。前記シリコンウ
エハと白金の間に電流密度10mA/cm2 で12分間
電流を流し、前記シリコンウエハを陽極化成し(Anodiz
e)、表面層を12μm厚の多孔質シリコンとした。こ
の陽極化成は1枚づつ行った。多孔質層を形成した1枚
のウエハを取り出して、多孔度(Porosity)を測定する
とおよそ20%であった。 3)CVD成長炉に前記ウエハを設置し、以下の熱処理
を連続して行った。
C) Temperature: 1150 ° C. Pressure: 760 Torr Gas: H 2 / SiH 2 Cl 2 ; 230 / 0.25 (l /
min. ) Time: 13 minutes By this heat treatment, a single-crystal silicon layer having a thickness of about 2 µm was formed. 6) The crystal defects were revealed by Secco etching, and the density of the crystal defects contained in these single crystal silicon layers was measured by a Nomarski differential interference microscope. As a result, the crystal defects were occupied by the stacking faults. SiH
2.1 × 10 2 / cm 2 when the flow rate of 2 Cl 2 is 0.005 (l / min.), 3.4 × 10 2 / cm 2 when the flow rate is 0.01 (l / min.), 0.05 (l / mi
n. ) Is 1.1 × 10 3 / cm 2 , 0.1 (l /
min. )) Is 1.2 × 10 3 / cm 2 , 0.5
(L / min.), It was 1.2 × 10 3 / cm 2 . That is, the step b) is introduced and SiH 2 Cl
2 The flow rate of the gas is 0.05 to 0.01 (l / min.)
, The stacking fault density rapidly decreased, and the stacking fault density decreased to about 1/3 to 1/5. In addition, since the stacking fault density was almost the same as that of Example 1, it was found that the step c) did not contribute to the introduction of the defect. That is,
By combining the step (b) having a low growth rate with the step (c) having a high growth rate, the growth time can be reduced from about 1/25 to 1 in terms of the growth rate without increasing crystal defects.
/ 50 was able to be shortened. Example 3 1) Boron was added as a p-type impurity, and the specific resistance was 0.01.
Five 5-inch (100) silicon wafers of −0.02 Ω · cm were prepared. 2) In a solution in which 49% HF and ethyl alcohol were mixed at a ratio of 2: 1, the silicon wafer was set as an anode and a platinum plate having a diameter of 5 inches was set as a cathode so as to face the silicon wafer. The back surface of the silicon wafer was coated so as not to conduct with the platinum through the solution, while the surface of the silicon wafer was coated up to the end surface of the wafer so that the entire surface was conductive with the platinum through the solution. A current was passed between the silicon wafer and platinum at a current density of 10 mA / cm 2 for 12 minutes to anodize the silicon wafer (Anodiz
e), the surface layer was 12 μm thick porous silicon. This anodization was performed one by one. One wafer on which the porous layer was formed was taken out, and the porosity was measured to be about 20%. 3) The wafer was placed in a CVD growth furnace, and the following heat treatment was continuously performed.

【0098】成長はウエハ1枚づつb)の工程の条件を
変えて実施した。
The growth was performed by changing the conditions of the step b) for each wafer.

【0099】a)温度:900℃ 圧力:20Torr ガス:H2 ;230(l/min.) 時間:7.5分 b)温度:900℃ 圧力:20Torr ガス:H2 ;230(l/min.) SiH4 ;可変(l/min.) 時間:5分 SiH4 の流量は5枚のウエハに対し、それぞれ0.0
05,0.01,0.05,0.1,0.5(l/mi
n.)とした。成長速度は、それぞれ2.8,5.6,
28,56,140nm/min.であった。
A) Temperature: 900 ° C. Pressure: 20 Torr Gas: H 2 ; 230 (l / min.) Time: 7.5 minutes b) Temperature: 900 ° C. Pressure: 20 Torr Gas: H 2 ; 230 (l / min.) ) SiH 4 ; Variable (l / min.) Time: 5 minutes The flow rate of SiH 4 is 0.0 for each of five wafers.
05, 0.01, 0.05, 0.1, 0.5 (l / mi
n. ). The growth rates were 2.8, 5.6,
28, 56, 140 nm / min. Met.

【0100】c)温度:900℃ 圧力:20Torr ガス:H2 /SiH4 ;230/0.25(l/mi
n.) 時間:13分 この熱処理により、およそ2μmの厚さの単結晶シリコ
ン層が形成された。 4)Seccoエッチングにより結晶欠陥を顕在化さ
せ、これらの単結晶シリコン層に含まれる結晶欠陥の密
度をノマルスキー微分干渉顕微鏡で測定したところ、結
晶欠陥は積層欠陥が占めており、b)の熱処理のSiH
4 の流量が0.005(l/min.)の場合は2.1
×102 /cm2 、0.01(l/min.)の場合は
3.4×102 /cm2 、0.05(l/min.)の
場合は1.1×103 /cm2 、0.1(l/mi
n.)の場合は1.2×103 /cm2 、0.5(l/
min.)の場合は1.2×103 /cm2 、であっ
た。すなわち、b)の工程を導入し、SiH4 ガスの流
量が0.05から0.01(l/min.)になると急
速に積層欠陥密度が減少し、積層欠陥密度はおよそ1/
3〜1/5に減少した。 〔実施例4〕 1)p型不純物としてボロンを添加し、比抵抗0.01
−0.02Ω・cmの5インチ(100)シリコンウエ
ハを5枚用意した。 2)49%HFとエチルアルコールを2:1の比で混合
した溶液中で前記シリコンウエハを陽極に、5インチ径
の白金板を陰極としてシリコンウエハと向かい合うよう
に設置した。前記シリコンウエハの裏面は白金と溶液を
通して導通することがないように被覆する一方、前記シ
リコンウエハの表面は全て溶液を通して白金と導通する
ように被覆はウエハの端面までとした。前記シリコンウ
エハと白金の間に電流密度10mA/cm2 で12分間
電流を流し、前記シリコンウエハを陽極化成し(Anodiz
e)、表面層を12μm厚の多孔質シリコンとした。こ
の陽極化成は1枚づつ行った。多孔質層を形成した1枚
のウエハを取り出して、多孔度(Porosity)を測定する
とおよそ20%であった。 3)つづいて、多孔質シリコン層を形成した5枚のウエ
ハに400度の酸素雰囲気中で1時間酸化処理を施し
た。この酸化処理は概ね50Å以下の酸化膜しか形成し
ないため、多孔質シリコンの表面と孔の側壁のみに酸化
シリコン膜が形成されるだけで、内部には単結晶シリコ
ンの領域が残されている。 4)1.25%に希釈したHF水溶液に前記5枚のウエ
ハを30秒程度曝したのち、水洗し多孔質層の表面に形
成された極薄酸化シリコン膜を除去した。 5)CVD成長炉に前記ウエハを設置し、以下の熱処理
を連続して行った。
C) Temperature: 900 ° C. Pressure: 20 Torr Gas: H 2 / SiH 4 ; 230 / 0.25 (l / mi)
n. ) Time: 13 minutes By this heat treatment, a single-crystal silicon layer having a thickness of about 2 µm was formed. 4) The crystal defects were revealed by Secco etching, and the density of the crystal defects contained in these single crystal silicon layers was measured by a Nomarski differential interference microscope. SiH
When the flow rate of 4 is 0.005 (l / min.), 2.1
× 10 2 / cm 2 , in the case of 0.01 (l / min.), 3.4 × 10 2 / cm 2 , and in the case of 0.05 (l / min.), 1.1 × 10 3 / cm 2. , 0.1 (l / mi
n. ) Is 1.2 × 10 3 / cm 2 , 0.5 (l /
min. )) Was 1.2 × 10 3 / cm 2 . That is, the step b) is introduced, and when the flow rate of the SiH 4 gas falls from 0.05 to 0.01 (l / min.), The stacking fault density rapidly decreases, and the stacking fault density becomes about 1 /.
It decreased to 3 to 1/5. Example 4 1) Boron was added as a p-type impurity, and the specific resistance was 0.01.
Five 5-inch (100) silicon wafers of −0.02 Ω · cm were prepared. 2) In a solution in which 49% HF and ethyl alcohol were mixed at a ratio of 2: 1, the silicon wafer was set as an anode and a platinum plate having a diameter of 5 inches was set as a cathode so as to face the silicon wafer. The back surface of the silicon wafer was coated so as not to conduct with the platinum through the solution, while the surface of the silicon wafer was coated up to the end surface of the wafer so that the entire surface was conductive with the platinum through the solution. A current was passed between the silicon wafer and platinum at a current density of 10 mA / cm 2 for 12 minutes to anodize the silicon wafer (Anodiz
e), the surface layer was 12 μm thick porous silicon. This anodization was performed one by one. One wafer on which the porous layer was formed was taken out, and the porosity was measured to be about 20%. 3) Subsequently, the five wafers on which the porous silicon layers were formed were subjected to an oxidation treatment in an oxygen atmosphere at 400 degrees for 1 hour. Since this oxidation process only forms an oxide film of approximately 50 ° or less, only a silicon oxide film is formed only on the surface of the porous silicon and on the side walls of the holes, and a single crystal silicon region remains inside. 4) After exposing the five wafers to an HF aqueous solution diluted to 1.25% for about 30 seconds, the wafer was washed with water to remove the ultrathin silicon oxide film formed on the surface of the porous layer. 5) The wafer was placed in a CVD growth furnace, and the following heat treatment was continuously performed.

【0101】成長はウエハ1枚づつb)の工程の条件を
変えて実施した。
The growth was carried out by changing the conditions of the step b) for each wafer.

【0102】a)温度:1100℃ 圧力:80Torr ガス:H2 ;230(l/min.) 時間:7.5分 b)温度:1100℃ 圧力:80Torr ガス:H2 ;230(l/min.) SiH4 ;可変(l/min.) 時間:5分 SiH4 の流量を調節し、成長速度をそれぞれ2,5,
10,50,140nm/min.とした。
A) Temperature: 1100 ° C. Pressure: 80 Torr Gas: H 2 ; 230 (l / min.) Time: 7.5 minutes b) Temperature: 1100 ° C. Pressure: 80 Torr Gas: H 2 ; 230 (l / min. ) SiH 4 ; Variable (l / min.) Time: 5 minutes The flow rate of SiH 4 was adjusted and the growth rates were 2, 5,
10, 50, 140 nm / min. And

【0103】c)温度:900℃ 圧力:80Torr ガス:H2 /SiH2 Cl2 ;230/0.25(l/
min.) この熱処理により、およそ2μmの厚さの単結晶シリコ
ン層が形成された。 6)Seccoエッチングにより結晶欠陥を顕在化さ
せ、これらの単結晶シリコン層に含まれる結晶欠陥の密
度をノマルスキー微分干渉顕微鏡で測定したところ、結
晶欠陥は積層欠陥が占めており、b)の熱処理の成長速
度が2nm/min.の場合は1×102 /cm2 、5
nm/min.の場合は3×102 /cm2、10nm
/min.の場合は5×102 /cm2 、50nm/m
in.の場合は1.7×103 /cm2 、140nm/
min.の場合は1.6×103 /cm2 、であった。
すなわち、b)の工程を導入し、成長速度が50から1
0nm/min.になると急速に積層欠陥密度が減少
し、積層欠陥密度はおよそ1/3〜1/15に減少し
た。また、本実施例と実施例2で得られた基板の断面を
高分解能走査型電子顕微鏡で観察したところ、多孔質層
の構造の粗大化が抑制されていることが確認された。
C) Temperature: 900 ° C. Pressure: 80 Torr Gas: H 2 / SiH 2 Cl 2 ; 230 / 0.25 (l /
min. By this heat treatment, a single crystal silicon layer having a thickness of about 2 μm was formed. 6) The crystal defects were revealed by Secco etching, and the density of the crystal defects contained in these single-crystal silicon layers was measured by a Nomarski differential interference microscope. When the growth rate is 2 nm / min. 1 × 10 2 / cm 2 for 5
nm / min. 3 × 10 2 / cm 2 , 10 nm
/ Min. 5 × 10 2 / cm 2 , 50 nm / m
in. 1.7 × 10 3 / cm 2 , 140 nm /
min. Was 1.6 × 10 3 / cm 2 .
That is, the step b) is introduced, and the growth rate is 50 to 1
0 nm / min. , The stacking fault density rapidly decreased, and the stacking fault density decreased to about 1/3 to 1/15. Further, when the cross sections of the substrates obtained in this example and example 2 were observed with a high-resolution scanning electron microscope, it was confirmed that the coarsening of the structure of the porous layer was suppressed.

【0104】また、同様に本実施例と実施例2のそれぞ
れb)の工程の成長速度が5nm/min.、5.6n
m/min.の試料のSIMS(2次イオン質量分析)
によりボロンの深さ方向の分析をしたところ、実施例2
の方法の場合にはエピタキシャルシリコン層のほぼ全域
に1018/cm3 を越える濃度でボロンが含まれていた
のに対し、本実施例の場合にはボロンは多孔質シリコン
との界面からおよそ100nm程度までしか拡散してお
らず、それより表面側ではボロンの濃度は10 15/cm
3 程度であり、低結晶欠陥密度とBoronの多孔質か
らの拡散の抑制が同時に実現された。 〔実施例5〕 1)p型不純物としてボロンを添加し、比抵抗0.01
−0.02Ω・cmの5インチ(100)シリコンウエ
ハを2枚用意した。 2)49%HFとエチルアルコールを2:1の比で混合
した溶液中で前記シリコンウエハを陽極に、5インチ径
の白金板を陰極としてシリコンウエハと向かい合うよう
に設置した。前記シリコンウエハの裏面は白金と溶液を
通して導通することがないように被覆する一方、前記シ
リコンウエハの表面は全て溶液を通して白金と導通する
ように被覆はウエハの端面までとした。前記シリコンウ
エハと白金の間に電流密度10mA/cm2 で12分間
電流を流し、前記シリコンウエハを陽極化成し(Anodiz
e)、表面層を12μm厚の多孔質シリコンとした。こ
の陽極化成は1枚づつ行った。多孔質層を形成した1枚
のウエハを取り出して、多孔度(Porosity)を測定する
とおよそ20%であった。 3)つづいて、多孔質シリコン層を形成した2枚のウエ
ハに400度の酸素雰囲気中で1時間酸化処理を施し
た。この酸化処理は概ね50Å以下の酸化膜しか形成し
ないため、多孔質シリコンの表面と孔の側壁のみに酸化
シリコン膜が形成されるだけで、内部には単結晶シリコ
ンの領域が残されている。 4)1.25%に希釈したHF水溶液に前記2枚のウエ
ハを30秒程度曝したのち、水洗し多孔質層の表面に形
成された極薄酸化シリコン膜を除去した。 5)CVD成長炉に前記ウエハを設置し、以下の熱処理
を連続して行った。
Similarly, each of the present embodiment and the embodiment 2
B) when the growth rate is 5 nm / min. 5.6n
m / min. SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry)
Analysis of boron in the depth direction
In the case of the method described above, almost the entire area of the epitaxial silicon layer is
To 1018/ CmThreeContained boron at concentrations exceeding
On the other hand, in the case of this embodiment, boron is porous silicon.
Diffuses only up to about 100 nm from the interface with
However, on the surface side, the boron concentration is 10 Fifteen/ Cm
ThreeLow crystal defect density and Boron's porosity
At the same time, the suppression of their diffusion was realized. Example 5 1) Boron was added as a p-type impurity, and the specific resistance was 0.01.
-0.02Ωcm 5 inch (100) silicon wafer
Two pieces of c were prepared. 2) Mix 49% HF and ethyl alcohol at a ratio of 2: 1
5 inches in diameter with the silicon wafer as the anode in the solution
Facing the silicon wafer with the platinum plate as the cathode
It was installed in. The back surface of the silicon wafer is coated with platinum and solution.
To prevent conduction through
All surfaces of the recon wafer communicate with platinum through the solution
As described above, the coating was performed up to the end face of the wafer. The silicon wafer
Current density 10mA / cm between Eha and platinumTwoFor 12 minutes
An electric current is applied to anodize the silicon wafer (Anodiz
e), the surface layer was 12 μm thick porous silicon. This
Was performed one by one. One sheet with a porous layer
Take out the wafer and measure the porosity
Was about 20%. 3) Subsequently, the two wafers on which the porous silicon layer was formed
C is oxidized for 1 hour in a 400 ° C. oxygen atmosphere.
Was. This oxidation process forms only an oxide film of approximately 50 ° or less.
Oxidized only on the porous silicon surface and the side walls of the pores
Only a silicon film is formed, and a single-crystal silicon
Area is left. 4) The two wafers were placed in an aqueous HF solution diluted to 1.25%.
After exposing C for about 30 seconds, wash with water and form on the surface of the porous layer.
The formed ultra-thin silicon oxide film was removed. 5) Place the wafer in a CVD growth furnace and perform the following heat treatment
Was performed continuously.

【0105】a)温度:1120℃ 圧力:80Torr ガス:H2 ;230(l/min.) 時間:7.5分 b)温度:1120℃ 圧力:80Torr ガス:H2 ;230(l/min.) SiH2 Cl2 ;0.005(l/min.) 時間:5分 c)温度:900℃ 圧力:80Torr ガス:H2 /SiH2 Cl2 ;230/0.4(l/m
in.) この熱処理により、およそ0.25μmの厚さの単結晶
シリコン層が形成された。形成された単結晶Si層の膜
厚を Spectroreflectance 法により、ウエハ表面の1c
m間隔の格子点でおよそ100点でウエハ全域を測定し
たところ、膜厚分布は252.2nm±8.1nm
(3.2%)であった。
A) Temperature: 1120 ° C. Pressure: 80 Torr Gas: H 2 ; 230 (l / min.) Time: 7.5 minutes b) Temperature: 1120 ° C. Pressure: 80 Torr Gas: H 2 ; 230 (l / min.) ) SiH 2 Cl 2 ; 0.005 (l / min.) Time: 5 minutes c) Temperature: 900 ° C. Pressure: 80 Torr Gas: H 2 / SiH 2 Cl 2 ; 230 / 0.4 (l / m)
in. By this heat treatment, a single-crystal silicon layer having a thickness of about 0.25 μm was formed. The thickness of the formed single-crystal Si layer is measured by the Spectroreflectance method on the surface of the wafer.
When the entire area of the wafer was measured at approximately 100 lattice points at m intervals, the film thickness distribution was 252.2 nm ± 8.1 nm.
(3.2%).

【0106】成長は2枚のウエハのうち、1枚はb)の
工程を省略して実施した。 6)つづいて、これら2枚のウエハを900度で酸素と
水素の混合雰囲気において酸化して酸化シリコン膜を5
0nmの厚さに形成した。 7)このウエハを表面に酸化膜を形成した第2のウエハ
とともに通常の半導体プロセスでの使用する薬液洗浄を
施した後、静かに表面同士を密着させると、両者は接着
し、一体化した。続いて800度2時間の熱処理を加え
た。赤外カメラでこれら2組の貼り合わせウエハを観察
したところ、b)工程を省略した場合はウエハ周縁部に
接着不良箇所が数点みられたが、b)工程がある場合に
は、接着不良箇所は見られなかった。 8)次に多孔質シリコンを有するウエハの裏面側を研削
して、多孔質シリコンを基板全面において露出させた。
しかるのち、HFとH2 2 とアルコールの混合水溶液
にウエハを2時間ほどつけると多孔質シリコンはエッチ
ングされて消失し、第2の基板上には酸化シリコン膜を
介してエピタキシャルシリコン層が移設された。 9)この基板を水素100%雰囲気中で1000度6時
間の熱処理を行った。 10)ノマルスキー微分干渉光学顕微鏡でエピタキシャ
ルシリコン層の表面をくまなく観察したところ、5)の
b)工程を省略した方の基板上では、ウエハあたり10
0個程度のピンホールとここからエッチング液が貼り合
わせ界面に浸入して酸化シリコン膜をエッチングして形
成したと想定される空隙が観察されたが、b)の工程を
実施した場合には、空隙は2個しか観察されなかった。
The growth was carried out by omitting the step b) for one of the two wafers. 6) Subsequently, the two wafers are oxidized at 900 ° C. in a mixed atmosphere of oxygen and hydrogen to form a silicon oxide film 5 times.
It was formed to a thickness of 0 nm. 7) After the wafer was subjected to chemical cleaning used in a normal semiconductor process together with the second wafer having an oxide film formed on the surface, and the surfaces were gently brought into close contact with each other, the two adhered and integrated. Subsequently, a heat treatment at 800 ° C. for 2 hours was applied. Observation of these two sets of bonded wafers with an infrared camera showed that, when the step b) was omitted, several defective bonding locations were found at the wafer periphery. No spot was seen. 8) Next, the back side of the wafer having the porous silicon was ground to expose the porous silicon on the entire surface of the substrate.
Thereafter, when the wafer is immersed in a mixed solution of HF, H 2 O 2 and alcohol for about 2 hours, the porous silicon is etched away and the epitaxial silicon layer is transferred to the second substrate via a silicon oxide film. Was done. 9) This substrate was subjected to a heat treatment at 1000 ° C. for 6 hours in a 100% hydrogen atmosphere. 10) When the surface of the epitaxial silicon layer was thoroughly observed with a Nomarski differential interference optical microscope, 5) per wafer was omitted on the substrate where the step b) was omitted.
Approximately 0 pinholes and the voids were assumed to be formed by etching the silicon oxide film due to the penetration of the etchant into the bonding interface from here, but when the step b) was performed, Only two voids were observed.

【0107】又、膜厚を測定したところウエハ全面にお
いて、229.5nm±8.0nm(3.5%)であっ
た。又、この基板の表面Si層と支持基板のそれぞれに
オーミックコンタクトした電極をとりつけて、両電極間
の電流−電圧特性を評価したところ導通はみられず、両
電極は埋込み酸化膜により絶縁されていることが確認さ
れた。すなわち、埋込み酸化膜にピンホールは存在しな
かった。 〔実施例6〕 1)p型不純物としてボロンを添加し、比抵抗0.01
−0.02Ω・cmの5インチ(100)シリコンウエ
ハを5枚用意した。 2)49%HFとエチルアルコールを2:1の比で混合
した溶液中で前記シリコンウエハを陽極に、5インチ径
の白金板を陰極としてシリコンウエハと向かい合うよう
に設置した。前記シリコンウエハの裏面は白金と溶液を
通して導通することがないように被覆する一方、前記シ
リコンウエハの表面は全て溶液を通して白金と導通する
ように被覆はウエハの端面までとした。前記シリコンウ
エハと白金の間に電流密度10mA/cm2 で12分間
電流を流し、前記シリコンウエハを陽極化成し(Anodiz
e)、表面層を12μm厚の多孔質シリコンとした。こ
の陽極化成は1枚づつ行った。多孔質層を形成した1枚
のウエハを取り出して、多孔度(Porosity)を測定する
とおよそ20%であった。 3)つづいて、多孔質シリコン層を形成した5枚のウエ
ハに400度の酸素雰囲気中で1時間酸化処理を施し
た。この酸化処理は概ね50Å以下の酸化膜しか形成し
ないため、多孔質シリコンの表面と孔の側壁のみに酸化
シリコン膜が形成されるだけで、内部には単結晶シリコ
ンの領域が残されている。 4)1.25%に希釈したHF水溶液に前記5枚のウエ
ハを30秒程度曝したのち、水洗し多孔質層の表面に形
成された極薄酸化シリコン膜を除去した。 5)CVD成長炉に前記ウエハを設置し、以下の熱処理
を連続して行った。
When the film thickness was measured, it was 229.5 nm ± 8.0 nm (3.5%) over the entire surface of the wafer. In addition, when an electrode having ohmic contact was attached to each of the surface Si layer of the substrate and the supporting substrate, and current-voltage characteristics between the two electrodes were evaluated, no continuity was observed. Was confirmed. That is, no pinhole was present in the buried oxide film. Example 6 1) Boron was added as a p-type impurity, and the specific resistance was 0.01.
Five 5-inch (100) silicon wafers of −0.02 Ω · cm were prepared. 2) In a solution in which 49% HF and ethyl alcohol were mixed at a ratio of 2: 1, the silicon wafer was set as an anode and a platinum plate having a diameter of 5 inches was set as a cathode so as to face the silicon wafer. The back surface of the silicon wafer was coated so as not to conduct with the platinum through the solution, while the surface of the silicon wafer was coated up to the end surface of the wafer so that the entire surface was conductive with the platinum through the solution. A current was passed between the silicon wafer and platinum at a current density of 10 mA / cm 2 for 12 minutes to anodize the silicon wafer (Anodiz
e), the surface layer was 12 μm thick porous silicon. This anodization was performed one by one. One wafer on which the porous layer was formed was taken out, and the porosity was measured to be about 20%. 3) Subsequently, the five wafers on which the porous silicon layers were formed were subjected to an oxidation treatment in an oxygen atmosphere at 400 degrees for 1 hour. Since this oxidation process only forms an oxide film of approximately 50 ° or less, only a silicon oxide film is formed only on the surface of the porous silicon and on the side walls of the holes, and a single crystal silicon region remains inside. 4) After exposing the five wafers to an HF aqueous solution diluted to 1.25% for about 30 seconds, the wafer was washed with water to remove the ultrathin silicon oxide film formed on the surface of the porous layer. 5) The wafer was placed in a CVD growth furnace, and the following heat treatment was continuously performed.

【0108】成長はウエハ1枚づつb)の工程の条件を
変えて実施した。
The growth was carried out by changing the condition of the step b) for each wafer.

【0109】a)温度:1100℃ 圧力:80Torr ガス:H2 ;230(l/min.) 時間:7.5分 b)温度:1100℃ 圧力:80Torr ガス:H2 ;230(l/min.) SiH4 ;可変(l/min.) 時間:5分 SiH4 の流量を調節し、成長速度をそれぞれ2.5,
10,50,140nm/min.とした。
A) Temperature: 1100 ° C. Pressure: 80 Torr Gas: H 2 ; 230 (l / min.) Time: 7.5 minutes b) Temperature: 1100 ° C. Pressure: 80 Torr Gas: H 2 ; 230 (l / min.) ) SiH 4 ; Variable (l / min.) Time: 5 minutes The flow rate of SiH 4 was adjusted, and the growth rate was 2.5, respectively.
10, 50, 140 nm / min. And

【0110】c)温度:900℃ 圧力:80Torr ガス:H2 /SiH2 Cl2 ;230/0.25(l/
min.) この熱処理により、およそ2μmの厚さの単結晶シリコ
ン層が形成された。 6)このウエハを表面に酸化膜を形成したのち、石英ガ
ラス基板とともに通常の半導体プロセスでの使用する薬
液洗浄を施した後、酸素プラズマに表面を曝した後、水
洗して、静かに表面同士を密着させると、両者は接着
し、一体化した。続いて300度2時間の熱処理を加え
た。 7)次に多孔質シリコンを有するウエハの裏面側を研削
して、多孔質シリコンを基板全面において露出させた。
しかるのち、HFとH2 2 とアルコールの混合水溶液
にウエハを2時間ほどつけると多孔質シリコンはエッチ
ングされて消失し、第2の基板上には酸化シリコン膜を
介してエピタキシャルシリコン層が移設された。 8)Seccoエッチングにより結晶欠陥を顕在化さ
せ、これらの単結晶シリコン層に含まれる結晶欠陥の密
度をノマルスキー微分干渉顕微鏡で測定したところ、結
晶欠陥は積層欠陥が占めており、b)の熱処理の成長速
度が2nm/min.の場合は1×102 /cm2 、5
nm/min.の場合は3×102 /cm2、10nm
/min.の場合は5×102 /cm2 、50nm/m
in.の場合は1.7×103 /cm2 、140nm/
min.の場合は1.6×103 /cm2 、であった。
すなわち、b)の工程を導入し、成長速度が50から1
5nm/min.になると急速に積層欠陥密度が減少
し、積層欠陥密度はおよそ1/3〜1/15に減少し
た。 〔実施例7〕 1)p型不純物としてボロンを添加し、比抵抗0.01
−0.02Ω・cmの5インチ(100)シリコンウエ
ハを5枚用意した。 2)49%HFとエチルアルコールを2:1の比で混合
した溶液中で前記シリコンウエハを陽極に、5インチ径
の白金板を陰極としてシリコンウエハと向かい合うよう
に設置した。前記シリコンウエハの裏面は白金と溶液を
通して導通することがないように被覆する一方、前記シ
リコンウエハの表面は全て溶液を通して白金と導通する
ように被覆はウエハの端面までとした。前記シリコンウ
エハと白金の間に電流密度10mA/cm2 で12分間
電流を流し、前記シリコンウエハを陽極化成し(Anodiz
e)、表面層を12μm厚の多孔質シリコンとした。こ
の陽極化成は1枚づつ行った。多孔質層を形成した1枚
のウエハを取り出して、多孔度(Porosity)を測定する
とおよそ20%であった。 3)CVD成長炉に前記ウエハを設置し、以下の熱処理
を連続して行った。
C) Temperature: 900 ° C. Pressure: 80 Torr Gas: H 2 / SiH 2 Cl 2 ; 230 / 0.25 (l /
min. By this heat treatment, a single crystal silicon layer having a thickness of about 2 μm was formed. 6) After forming an oxide film on the surface of the wafer, the wafer is subjected to chemical cleaning used in a normal semiconductor process together with a quartz glass substrate, and then the surface is exposed to oxygen plasma, washed with water, and then gently washed with each other. When they were brought into close contact with each other, they were adhered and integrated. Subsequently, a heat treatment at 300 ° C. for 2 hours was applied. 7) Next, the back side of the wafer having the porous silicon was ground to expose the porous silicon on the entire surface of the substrate.
Thereafter, when the wafer is immersed in a mixed solution of HF, H 2 O 2 and alcohol for about 2 hours, the porous silicon is etched away and the epitaxial silicon layer is transferred to the second substrate via a silicon oxide film. Was done. 8) The crystal defects were revealed by Secco etching, and the density of the crystal defects contained in these single-crystal silicon layers was measured by a Nomarski differential interference microscope. As a result, the crystal defects were occupied by stacking faults. When the growth rate is 2 nm / min. 1 × 10 2 / cm 2 for 5
nm / min. 3 × 10 2 / cm 2 , 10 nm
/ Min. 5 × 10 2 / cm 2 , 50 nm / m
in. 1.7 × 10 3 / cm 2 , 140 nm /
min. Was 1.6 × 10 3 / cm 2 .
That is, the step b) is introduced, and the growth rate is 50 to 1
5 nm / min. , The stacking fault density rapidly decreased, and the stacking fault density decreased to about 1/3 to 1/15. Example 7 1) Boron was added as a p-type impurity, and the specific resistance was 0.01.
Five 5-inch (100) silicon wafers of −0.02 Ω · cm were prepared. 2) In a solution in which 49% HF and ethyl alcohol were mixed at a ratio of 2: 1, the silicon wafer was set as an anode and a platinum plate having a diameter of 5 inches was set as a cathode so as to face the silicon wafer. The back surface of the silicon wafer was coated so as not to conduct with the platinum through the solution, while the surface of the silicon wafer was coated up to the end surface of the wafer so that the entire surface was conductive with the platinum through the solution. A current was passed between the silicon wafer and platinum at a current density of 10 mA / cm 2 for 12 minutes to anodize the silicon wafer (Anodiz
e), the surface layer was 12 μm thick porous silicon. This anodization was performed one by one. One wafer on which the porous layer was formed was taken out, and the porosity was measured to be about 20%. 3) The wafer was placed in a CVD growth furnace, and the following heat treatment was continuously performed.

【0111】成長はウエハ1枚づつb)の工程の条件を
変えて実施した。
The growth was carried out by changing the conditions of the step b) for each wafer.

【0112】a)温度:900℃ 圧力:20Torr ガス:H2 ;230(l/min.) 時間:7.5分 b)温度:可変 圧力:20Torr ガス:H2 ;230(l/min.) SiH4 ;0.005(l/min.) 時間:5分 温度は5枚のウエハに対し、700,750,770,
800,900℃とした。成長速度は、それぞれ2.
8,5.6,28,56,140nm/min.であっ
た。
A) Temperature: 900 ° C. Pressure: 20 Torr Gas: H 2 ; 230 (l / min.) Time: 7.5 minutes b) Temperature: Variable Pressure: 20 Torr Gas: H 2 ; 230 (l / min.) SiH 4 ; 0.005 (l / min.) Time: 5 minutes The temperature was 700, 750, 770,
800,900 ° C. The growth rate was 2.
8, 5.6, 28, 56, 140 nm / min. Met.

【0113】c)温度:900℃ 圧力:20Torr ガス:H2 /SiH4 ;230/0.25(l/mi
n.) 時間:13分 この熱処理により、およそ2μmの厚さの単結晶シリコ
ン層が形成された。 4)Seccoエッチングにより結晶欠陥を顕在化さ
せ、これらの単結晶シリコン層に含まれる結晶欠陥の密
度をノマルスキー微分干渉顕微鏡で測定したところ、結
晶欠陥は積層欠陥が占めており、b)の熱処理の温度が
900℃の場合は2.1×102 /cm2 、800℃の
場合は3.4×103 /cm2 、770℃の場合は1.
2×105 /cm2 、750℃の場合は5×105 /c
2 、700℃の場合は1.2×106 /cm2 、であ
った。すなわち、b)の工程を導入し、温度が770℃
から800℃になると急速に積層欠陥密度が減少し、積
層欠陥密度はおよそ1/3〜1/1000に減少した。 〔実施例8〕 1)p型不純物としてボロンを添加し、比抵抗0.01
−0.02Ω・cmの5インチ(100)シリコンウエ
ハを6枚用意した。 2)49%HFとエチルアルコールを2:1の比で混合
した溶液中で前記シリコンウエハを陽極に、5インチ径
の白金板を陰極としてシリコンウエハと向かい合うよう
に設置した。前記シリコンウエハの裏面は白金と溶液を
通して導通することがないように被覆する一方、前記シ
リコンウエハの表面は全て溶液を通して白金と導通する
ように被覆はウエハの端面までとした。前記シリコンウ
エハと白金の間に電流密度7mA/cm2 で12分間電
流を流し、前記シリコンウエハを陽極化成し(Anodiz
e)、表面層を12μm厚の多孔質シリコンとした。こ
の陽極化成は1枚づつ行った。多孔質層を形成した1枚
のウエハを取り出して、多孔度(Porosity)を測定する
とおよそ16%であった。 3)CVD成長炉に前記ウエハを設置し、以下の熱処理
を連続して行った。
C) Temperature: 900 ° C. Pressure: 20 Torr Gas: H 2 / SiH 4 ; 230 / 0.25 (l / mi)
n. ) Time: 13 minutes By this heat treatment, a single-crystal silicon layer having a thickness of about 2 µm was formed. 4) The crystal defects were revealed by Secco etching, and the density of the crystal defects contained in these single crystal silicon layers was measured by a Nomarski differential interference microscope. When the temperature is 900 ° C., it is 2.1 × 10 2 / cm 2 , when it is 800 ° C., it is 3.4 × 10 3 / cm 2 , and when it is 770 ° C., it is 1.
2 × 10 5 / cm 2 , 5 × 10 5 / c at 750 ° C.
In the case of m 2 and 700 ° C., it was 1.2 × 10 6 / cm 2 . That is, the step b) is introduced and the temperature is 770 ° C.
From 800 ° C., the stacking fault density rapidly decreased, and the stacking fault density decreased to about 1/3 to 1/1000. Example 8 1) Boron was added as a p-type impurity, and the specific resistance was 0.01.
Six 5-inch (100) silicon wafers of −0.02 Ω · cm were prepared. 2) In a solution in which 49% HF and ethyl alcohol were mixed at a ratio of 2: 1, the silicon wafer was set as an anode and a platinum plate having a diameter of 5 inches was set as a cathode so as to face the silicon wafer. The back surface of the silicon wafer was coated so as not to conduct with the platinum through the solution, while the surface of the silicon wafer was coated up to the end surface of the wafer so that the entire surface was conductive with the platinum through the solution. An electric current was passed between the silicon wafer and platinum at a current density of 7 mA / cm 2 for 12 minutes to anodize the silicon wafer (Anodiz
e), the surface layer was 12 μm thick porous silicon. This anodization was performed one by one. One wafer on which the porous layer was formed was taken out, and the porosity was measured to be about 16%. 3) The wafer was placed in a CVD growth furnace, and the following heat treatment was continuously performed.

【0114】成長はウエハ1枚づつa)の工程の条件を
変えて実施した。
The growth was carried out by changing the conditions of the step a) for each wafer.

【0115】a)温度:900℃ 圧力:20Torr ガス:H2 ;230(l/min.) SiH4 ;可変(l/min.) 時間:5分 5枚のウエハに対し、それぞれSiH4 の流量を可変す
ることで、成長速度を次の通りに設定した。SiH4
量0.005,0.01,0.05,0.1,0.5
(l/min.)に対し、成長速度はそれぞれ2.8,
5.6,28,56,140nm/min.であった。
A) Temperature: 900 ° C. Pressure: 20 Torr Gas: H 2 ; 230 (l / min.) SiH 4 ; Variable (l / min.) Time: 5 minutes Flow rate of SiH 4 for five wafers Was varied to set the growth rate as follows. SiH 4 flow rate 0.005, 0.01, 0.05, 0.1, 0.5
(L / min.), The growth rate was 2.8, respectively.
5.6, 28, 56, 140 nm / min. Met.

【0116】b)温度:900℃ 圧力:20Torr ガス:H2 /SiH4 ;230/0.25(l/mi
n.) 時間:13分 この熱処理により、およそ2μmの厚さの単結晶シリコ
ン層が形成された。 4)Seccoエッチングにより結晶欠陥を顕在化さ
せ、これらの単結晶シリコン層に含まれる結晶欠陥の密
度をノマルスキー微分干渉顕微鏡で測定したところ、結
晶欠陥は積層欠陥が占めており、3)a)の熱処理のS
iH4 の流量が0.005l/min.の場合、4×1
2 /cm2 、0.01l/min.の場合、5×10
2 /cm2 、0.05l/min.の場合、1.5×1
3 /cm2、0.1l/min.の場合、1.7×1
3 /cm2 、0.5l/min.の場合、1.7×1
3 /cm2 、であった。すなわち、a)の工程を導入
し、SiH4 ガスの流量が0.05から0.01l/m
in.になると急速に積層欠陥密度が減少し、積層欠陥
密度はおよそ1/3〜1/5に減少した。 〔実施例9〕 1)p型不純物としてボロンを添加し、比抵抗0.01
−0.02Ω・cmの5インチ(100)シリコンウエ
ハを3枚用意した。 2)49%HFとエチルアルコールを2:1の比で混合
した溶液中で前記シリコンウエハを陽極に、5インチ径
の白金板を陰極としてシリコンウエハと向かい合うよう
に設置した。前記シリコンウエハの裏面は白金と溶液を
通して導通することがないように被覆する一方、前記シ
リコンウエハの表面は全て溶液を通して白金と導通する
ように被覆はウエハの端面までとした。前記シリコンウ
エハと白金の間に電流密度10mA/cm2 で12分間
電流を流し、前記シリコンウエハを陽極化成し(Anodiz
e)、表面層を12μm厚の多孔質シリコンとした。こ
の陽極化成は1枚づつ行った。多孔質層を形成した1枚
のウエハを取り出して、多孔度(Porosity)を測定する
とおよそ20%であった。 3)つづいて、多孔質シリコン層を形成した2枚のウエ
ハに400度の酸素雰囲気中で1時間酸化処理を施し
た。この酸化処理は概ね50Å以下の酸化膜しか形成し
ないため、多孔質シリコンの表面と孔の側壁のみに酸化
シリコン膜が形成されるだけで、内部には単結晶シリコ
ンの領域が残されている。 4)1.25%に希釈したHF水溶液に前記3枚のウエ
ハを30秒程度曝したのち、水洗し多孔質層の表面に形
成された極薄酸化シリコン膜を除去した。 5)CVD成長炉に前記ウエハを設置し、以下の熱処理
を連続して行った。
B) Temperature: 900 ° C. Pressure: 20 Torr Gas: H 2 / SiH 4 ; 230 / 0.25 (l / mi)
n. ) Time: 13 minutes By this heat treatment, a single-crystal silicon layer having a thickness of about 2 µm was formed. 4) The crystal defects were revealed by Secco etching, and the density of the crystal defects contained in these single crystal silicon layers was measured by a Nomarski differential interference microscope. S for heat treatment
iH 4 flow rate is 0.005 l / min. 4 × 1
0 2 / cm 2 , 0.01 l / min. 5 × 10
2 / cm 2 , 0.05 l / min. 1.5 × 1
0 3 / cm 2 , 0.1 l / min. 1.7 × 1
0 3 / cm 2 , 0.5 l / min. 1.7 × 1
0 3 / cm 2 . That is, the step a) is introduced, and the flow rate of the SiH 4 gas is 0.05 to 0.01 l / m 2.
in. , The stacking fault density rapidly decreased, and the stacking fault density decreased to about 1/3 to 1/5. Example 9 1) Boron was added as a p-type impurity, and the specific resistance was 0.01.
Three 5-inch (100) silicon wafers of −0.02 Ω · cm were prepared. 2) In a solution in which 49% HF and ethyl alcohol were mixed at a ratio of 2: 1, the silicon wafer was set as an anode and a platinum plate having a diameter of 5 inches was set as a cathode so as to face the silicon wafer. The back surface of the silicon wafer was coated so as not to conduct with the platinum through the solution, while the surface of the silicon wafer was coated up to the end surface of the wafer so that the entire surface was conductive with the platinum through the solution. A current was passed between the silicon wafer and platinum at a current density of 10 mA / cm 2 for 12 minutes to anodize the silicon wafer (Anodiz
e), the surface layer was 12 μm thick porous silicon. This anodization was performed one by one. One wafer on which the porous layer was formed was taken out, and the porosity was measured to be about 20%. 3) Subsequently, the two wafers on which the porous silicon layer was formed were oxidized for one hour in an oxygen atmosphere at 400 degrees. Since this oxidation process only forms an oxide film of approximately 50 ° or less, only a silicon oxide film is formed only on the surface of the porous silicon and on the side walls of the holes, and a single crystal silicon region remains inside. 4) The three wafers were exposed to an HF aqueous solution diluted to 1.25% for about 30 seconds, and then washed with water to remove the ultrathin silicon oxide film formed on the surface of the porous layer. 5) The wafer was placed in a CVD growth furnace, and the following heat treatment was continuously performed.

【0117】a)温度:1120℃ 圧力:80Torr ガス:H2 ;230(l/min.) 時間:7.5分 b)温度:1120℃ 圧力:80Torr ガス:H2 ;230(l/min.) SiH2 Cl2 ;0.005(l/min.) 時間:5分 c)温度:900℃ 圧力:80Torr ガス:H2 /SiH2 Cl2 ;230/0.4(l/m
in.) この熱処理により、およそ0.29μmの厚さの単結晶
シリコン層が形成された。
A) Temperature: 1120 ° C. Pressure: 80 Torr Gas: H 2 ; 230 (l / min.) Time: 7.5 minutes b) Temperature: 1120 ° C. Pressure: 80 Torr Gas: H 2 ; 230 (l / min. ) SiH 2 Cl 2 ; 0.005 (l / min.) Time: 5 minutes c) Temperature: 900 ° C. Pressure: 80 Torr Gas: H 2 / SiH 2 Cl 2 ; 230 / 0.4 (l / m)
in. By this heat treatment, a single-crystal silicon layer having a thickness of about 0.29 μm was formed.

【0118】成長は2枚のウエハのうち、1枚はb)の
工程を省略して実施した。 6)つづいて、これら2枚のウエハを900度で酸素と
水素の混合雰囲気に晒し、前記単結晶シリコン層を酸化
して厚さ200nmの酸化シリコン膜を形成した。 7)このウエハを第2のSiウエハとともに通常の半導
体プロセスでの使用する薬液洗浄を施し、最終薬液洗浄
として希HF溶液にディップし、純水でリンスし、乾燥
させた後、静かに2枚のウエハの表面同士を密着させる
と、両者は接着し、一体化した。続いて1180度5分
の熱処理を加えた。 8)次に多孔質シリコンを有するウエハの裏面側を研削
して、多孔質シリコンを基板全面において露出させた。
しかるのち、HFとH2 2 の混合水溶液にウエハを2
時間ほどつけると多孔質シリコンはエッチングされて消
失し、第2の基板上には酸化シリコン膜を介して厚みお
よそ0.2μmのエピタキシャルシリコン層が移設され
た。 9)この基板を水素100%雰囲気中で1100度4時
間の熱処理を行った。 10)ノマルスキー微分干渉光学顕微鏡でエピタキシャ
ルシリコン層の表面をくまなく観察したところ、5)の
b)工程を省略した方の基板上では、ウエハあたり10
0個程度のピンホールとここからエッチング液が貼り合
わせ界面に浸入して酸化シリコン膜をエッチングして形
成したと想定される空隙が観察されたが、b)の工程を
実施した場合には、空隙は2個しか観察されなかった。 〔実施例10〕 1)p型不純物としてボロンを添加し、比抵抗0.01
−0.02Ω・cmの5インチ(100)シリコンウエ
ハを3枚用意した。 2)49%HFとエチルアルコールを2:1の比で混合
した溶液中で前記シリコンウエハを陽極に、5インチ径
の白金板を陰極としてシリコンウエハと向かい合うよう
に設置した。前記シリコンウエハの裏面は白金と溶液を
通して導通することがないように被覆する一方、前記シ
リコンウエハの表面は全て溶液を通して白金と導通する
ように被覆はウエハの端面までとした。前記シリコンウ
エハと白金の間に電流密度7mA/cm2 で12分間電
流を流し、前記シリコンウエハを陽極化成し(Anodiz
e)、表面層を12μm厚の多孔質シリコンとした。こ
の陽極化成は1枚づつ行った。多孔質層を形成した1枚
のウエハを取り出して、多孔度(Porosity)を測定する
とおよそ16%であった。 3)CVD成長炉に前記ウエハを設置し、以下の熱処理
を連続して行った。
The growth was performed by omitting the step b) for one of the two wafers. 6) Subsequently, these two wafers were exposed to a mixed atmosphere of oxygen and hydrogen at 900 ° C., and the single crystal silicon layer was oxidized to form a silicon oxide film having a thickness of 200 nm. 7) This wafer and the second Si wafer are subjected to chemical cleaning used in a normal semiconductor process, dipped in a dilute HF solution as a final chemical cleaning, rinsed with pure water, dried, and then gently washed with two wafers. When the surfaces of the wafers were brought into close contact with each other, they were adhered and integrated. Subsequently, heat treatment was performed at 1180 ° C. for 5 minutes. 8) Next, the back side of the wafer having the porous silicon was ground to expose the porous silicon on the entire surface of the substrate.
After accordingly, the wafer in a mixed solution of HF and H 2 O 2 2
After a while, the porous silicon was etched and disappeared, and an epitaxial silicon layer having a thickness of about 0.2 μm was transferred to the second substrate via a silicon oxide film. 9) This substrate was subjected to a heat treatment at 100 ° C. for 4 hours in a 100% hydrogen atmosphere. 10) When the surface of the epitaxial silicon layer was thoroughly observed with a Nomarski differential interference optical microscope, 5) per wafer was omitted on the substrate where the step b) was omitted.
Approximately 0 pinholes and the voids were assumed to be formed by etching the silicon oxide film due to the penetration of the etchant into the bonding interface from here, but when the step b) was performed, Only two voids were observed. Example 10 1) Boron was added as a p-type impurity, and the specific resistance was 0.01.
Three 5-inch (100) silicon wafers of −0.02 Ω · cm were prepared. 2) In a solution in which 49% HF and ethyl alcohol were mixed at a ratio of 2: 1, the silicon wafer was set as an anode and a platinum plate having a diameter of 5 inches was set as a cathode so as to face the silicon wafer. The back surface of the silicon wafer was coated so as not to conduct with the platinum through the solution, while the surface of the silicon wafer was coated up to the end surface of the wafer so that the entire surface was conductive with the platinum through the solution. An electric current was passed between the silicon wafer and platinum at a current density of 7 mA / cm 2 for 12 minutes to anodize the silicon wafer (Anodiz
e), the surface layer was 12 μm thick porous silicon. This anodization was performed one by one. One wafer on which the porous layer was formed was taken out, and the porosity was measured to be about 16%. 3) The wafer was placed in a CVD growth furnace, and the following heat treatment was continuously performed.

【0119】a)温度:900℃ 圧力:20Torr ガス:H2 ;230(l/min.) SiH4 ;0.005(l/min.) 時間:5分 b)温度:900℃ 圧力:80Torr ガス:H2 /SiH2 Cl2 ;230/0.4(l/m
in.) この熱処理により、およそ0.30μmの厚さの単結晶
シリコン層が形成された。
A) Temperature: 900 ° C. Pressure: 20 Torr Gas: H 2 ; 230 (l / min.) SiH 4 ; 0.005 (l / min.) Time: 5 minutes b) Temperature: 900 ° C. Pressure: 80 Torr gas : H 2 / SiH 2 Cl 2 ; 230 / 0.4 (l / m
in. By this heat treatment, a single crystal silicon layer having a thickness of about 0.30 μm was formed.

【0120】成長は2枚のウエハのうち、1枚はa)の
工程を省略して実施した。 4)つづいて、これら2枚のウエハを900度で酸素と
水素の混合雰囲気に晒し、前記単結晶シリコン層を酸化
して厚さ200nmの酸化シリコン膜を形成した。 5)このウエハを第2のSiウエハとともに通常の半導
体プロセスでの使用する薬液洗浄を施し、最終薬液洗浄
として希HF溶液にディップし、純水でリンスし、乾燥
させた後、静かに2枚のウエハの表面同士を密着させる
と、両者は接着し、一体化した。続いて800度2時間
の熱処理を加えた。 6)次に多孔質シリコンを有するウエハの裏面側を研削
して、多孔質シリコンを基板全面において露出させた。
しかるのち、HFとH2 2 の混合水溶液にウエハを2
時間ほどつけると多孔質シリコンはエッチングされて消
失し、第2の基板上には酸化シリコン膜を介して厚みお
よそ0.2μmのエピタキシャルシリコン層が移設され
た。 7)この基板を水素100%雰囲気中で1100度4時
間の熱処理を行った。 8)ノマルスキー微分干渉光学顕微鏡でエピタキシャル
シリコン層の表面をくまなく観察したところ、3)の
a)の工程を省略した方の基板上では、ウエハあたり1
00個程度のピンホールとここからエッチング液が貼り
合わせ界面に浸入して酸化シリコン膜をエッチングして
形成したと想定される空隙が観察されたが、a)の工程
を実施した場合には、空隙は2個しか観察されなかっ
た。
The growth was carried out by omitting the step a) for one of the two wafers. 4) Subsequently, these two wafers were exposed to a mixed atmosphere of oxygen and hydrogen at 900 ° C., and the single crystal silicon layer was oxidized to form a silicon oxide film having a thickness of 200 nm. 5) This wafer is subjected to chemical cleaning used in a normal semiconductor process together with the second Si wafer, dipped in a dilute HF solution as a final chemical cleaning, rinsed with pure water, dried, and then gently washed with two wafers. When the surfaces of the wafers were brought into close contact with each other, they were adhered and integrated. Subsequently, a heat treatment at 800 ° C. for 2 hours was applied. 6) Next, the back side of the wafer having the porous silicon was ground to expose the porous silicon on the entire surface of the substrate.
After accordingly, the wafer in a mixed solution of HF and H 2 O 2 2
After a while, the porous silicon was etched and disappeared, and an epitaxial silicon layer having a thickness of about 0.2 μm was transferred to the second substrate via a silicon oxide film. 7) This substrate was subjected to a heat treatment at 1100 ° C. for 4 hours in a 100% hydrogen atmosphere. 8) The entire surface of the epitaxial silicon layer was observed with a Nomarski differential interference optical microscope. 3) On the substrate where the step a) was omitted, 1 wafer per wafer was used.
Approximately 00 pinholes and voids were assumed to have been formed by etching the silicon oxide film by infiltration of the etchant into the bonding interface from here, but when step a) was performed, Only two voids were observed.

【0121】圧力:20Torr ガス:H2 /SiH2 Cl2 ;230/0.25(l/
min.) 時間:5分 この熱処理により、およそ2μmの厚さの単結晶シリコ
ン層が形成された。 9)Seccoエッチングにより結晶欠陥を顕在化さ
せ、これらの単結晶シリコン層に含まれる結晶欠陥の密
度をノマルスキー微分干渉顕微鏡で測定したところ、結
晶欠陥は積層欠陥が占めており、b)の熱処理温度が9
00℃の場合、2.1×102 /cm2 、800℃の場
合、3.4×102 /cm2 、770℃の場合、1.2
×105 /cm2 、750℃の場合、5×105 /cm
2 、700℃の場合、1.2×106 /cm2 、であっ
た。すなわち、b)の工程を導入し、温度が770℃か
ら800℃になると急速に積層欠陥密度が減少し、積層
欠陥密度はおよそ1/3〜1/1000に減少した。
Pressure: 20 Torr Gas: H 2 / SiH 2 Cl 2 ; 230 / 0.25 (l /
min. Time: 5 minutes By this heat treatment, a single-crystal silicon layer having a thickness of about 2 μm was formed. 9) The crystal defects were made obvious by Secco etching, and the density of the crystal defects contained in these single-crystal silicon layers was measured by a Nomarski differential interference microscope. Is 9
In the case of 00 ° C., 2.1 × 10 2 / cm 2 , in the case of 800 ° C., 3.4 × 10 2 / cm 2 , in the case of 770 ° C., 1.2
× 10 5 / cm 2, 750 cases ℃, 5 × 10 5 / cm
2. At 700 ° C., it was 1.2 × 10 6 / cm 2 . That is, the step b) was introduced, and when the temperature was changed from 770 ° C. to 800 ° C., the stacking fault density was rapidly reduced, and the stacking fault density was reduced to about 1/3 to 1/1000.

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

【図1】結晶欠陥密度と成長速度の関係を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a relationship between a crystal defect density and a growth rate.

【図2】水素中で熱処理された多孔質シリコンの断面模
式図と表面の吸着サイト密度の分布図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of porous silicon heat-treated in hydrogen and a distribution diagram of the adsorption site density on the surface.

【図3】従来の方法での多孔質シリコン上へのエピタキ
シャルシリコン層形成の工程を示す図である。
FIG. 3 is a view showing a step of forming an epitaxial silicon layer on porous silicon by a conventional method.

【図4】本発明に基づく多孔質シリコン上へのエピタキ
シャルシリコン層形成の工程を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a process of forming an epitaxial silicon layer on porous silicon according to the present invention.

【図5】単結晶シリコン層の成長速度と最大孔径相当の
膜厚を成長させた際の所定の圧力に到達するまでに要す
る時間の関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a growth rate of a single crystal silicon layer and a time required to reach a predetermined pressure when a film thickness corresponding to a maximum pore diameter is grown.

【図6】成長速度と残留孔密度の関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a growth rate and a residual hole density.

【図7】本発明の半導体基材の製造方法の1例を示す模
式図である。
FIG. 7 is a schematic view showing one example of a method for producing a semiconductor substrate according to the present invention.

【図8】本発明の半導体基材の製造方法の1例を示す模
式図である。
FIG. 8 is a schematic view showing one example of a method for producing a semiconductor substrate according to the present invention.

【図9】本発明の半導体基材の製造方法の1例を示す模
式図である。
FIG. 9 is a schematic view showing one example of a method for producing a semiconductor substrate according to the present invention.

【図10】陽極化成(anodization)装置の1例を示す
模式図である。
FIG. 10 is a schematic view showing an example of an anodization apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 単結晶シリコン基板 101 多孔質シリコン 102 非多孔質単結晶シリコン層 103 SiO2 層 104 SiO2 層 110 支持基板 1102 エピタキシャルシリコン層 1110 シリコン基板 1104 酸化膜 1103 酸化膜 1210 ガラス材料REFERENCE SIGNS LIST 100 single crystal silicon substrate 101 porous silicon 102 non-porous single crystal silicon layer 103 SiO 2 layer 104 SiO 2 layer 110 support substrate 1102 epitaxial silicon layer 1110 silicon substrate 1104 oxide film 1103 oxide film 1210 glass material

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−21338(JP,A) 特開 平5−41354(JP,A) 特開 平7−235651(JP,A) 特開 平5−217826(JP,A) 特開 平5−217992(JP,A) 米国特許5198071(US,A) YONEHARA T.et a l.,”Epitaxial laye r transfer by bond and etch back of porous Si,” Applie d Physics Letters, Vol.64,No.16,1994,pp. 2108−2110 VESCAN L.et al.," Low−pressure vapor −phase epitaxy of silicon on porous silicon,”Materials Letters,Vol.7,No. 3,1988,pp.94−98 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C30B 1/00 - 35/00 CA(STN) JICSTファイル(JOIS) WPI(DIALOG)────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-5-21338 (JP, A) JP-A-5-41354 (JP, A) JP-A-7-235651 (JP, A) JP-A-5-23551 217826 (JP, A) JP-A-5-217992 (JP, A) US Pat. No. 5,198,071 (US, A) YONEHARA T. et al. , "Epitaxial layer transfer by bond and etch back of porous Si," Applied Physics Letters, Vol. 64, no. 16, 1994, pp. 2108-2110 VESCAN L. et al. , "Low-pressure vapor-phase epitaxy of silicon on porous silicon," Materials Letters, Vol. 7, No.3, 1988, pp. 94-98 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C30B 1/00-35/00 CA (STN) JICST file (JOIS) WPI (DIALOG)

Claims (67)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 多孔質シリコン層上に単結晶シリコン層
を有する半導体基材の製造方法において、少なくともシ
リコン原料ガスと水素ガスを含む雰囲気中で、かつ該単
結晶シリコン層の成長速度を、該単結晶シリコン層が該
多孔質シリコン層の孔の径に相当する層厚まで成長した
時の結晶成長面の残留孔密度が1000/cm2 より少
なくなるように制御して該単結晶シリコン層を成長させ
ることを特徴とする半導体基材の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor substrate having a single-crystal silicon layer on a porous silicon layer, the growth rate of the single-crystal silicon layer is controlled in an atmosphere containing at least a silicon source gas and a hydrogen gas. The single crystal silicon layer is controlled by controlling the residual pore density on the crystal growth surface to be less than 1000 / cm 2 when the single crystal silicon layer has grown to a thickness corresponding to the diameter of the pores of the porous silicon layer. A method for producing a semiconductor substrate, which comprises growing.
【請求項2】 多孔質シリコン層上に単結晶シリコン層
を有する半導体基材の製造方法において、該単結晶シリ
コン層の成長速度を、該単結晶シリコン層が該多孔質シ
リコン層の孔の径に相当する層厚まで成長した時の結晶
成長面の残留孔密度が1000/cm2 より少なくなる
第1の成長速度で該単結晶シリコン層を成長させ、その
後該第1の成長速度よりも速い第2の成長速度で該単結
晶シリコン層を成長させることを特徴とする半導体基材
の製造方法。
2. A method for manufacturing a semiconductor substrate having a single-crystal silicon layer on a porous silicon layer, wherein the growth rate of the single-crystal silicon layer is determined by determining whether the single-crystal silicon layer has a pore diameter of the porous silicon layer. The single crystal silicon layer is grown at a first growth rate at which the residual hole density on the crystal growth surface when growing to a layer thickness corresponding to the following is less than 1000 / cm 2 , and then higher than the first growth rate A method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising growing the single crystal silicon layer at a second growth rate.
【請求項3】 多孔質シリコン層上に単結晶シリコン層
を有する第1の部材を用意する工程、該第1の部材と第
2の部材とを該単結晶シリコン層が内側に位置するよう
に貼り合わせ、貼り合わせ構造体を形成する工程、及び
該多孔質シリコン層を除去する工程、を有する半導体基
材の製造方法において、 少なくともシリコン原料ガスと水素ガスを含む雰囲気中
で、かつ該単結晶シリコン層の成長速度を、該単結晶シ
リコン層が該多孔質シリコン層の孔の径に相当する層厚
まで成長した時の結晶成長面の残留孔密度が1000/
cm2 より少なくなるように制御して該単結晶シリコン
層を成長させることを特徴とする半導体基材の製造方
法。
3. A step of preparing a first member having a single-crystal silicon layer on a porous silicon layer, wherein the first member and the second member are arranged such that the single-crystal silicon layer is located inside. A method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising: a step of bonding, a step of forming a bonded structure, and a step of removing the porous silicon layer, wherein the single crystal is formed in an atmosphere containing at least a silicon source gas and a hydrogen gas. The growth rate of the silicon layer is set such that the residual pore density of the crystal growth surface when the single crystal silicon layer is grown to a layer thickness corresponding to the diameter of the pores of the porous silicon layer is 1000 /.
A method for producing a semiconductor substrate, comprising growing the single crystal silicon layer while controlling the thickness to be less than cm 2 .
【請求項4】 多孔質シリコン層上に単結晶シリコン層
を有する第1の部材を用意する工程、該第1の部材と第
2の部材とを該単結晶シリコン層が内側に位置するよう
に貼り合わせ、貼り合わせ構造体を形成する工程、及び
該多孔質シリコン層を除去する工程を有する半導体基材
の製造方法において、 該単結晶シリコン層の成長速度を該単結晶シリコン層が
該多孔質シリコン層の孔の径に相当する層厚まで成長し
た時の結晶成長面の残留孔密度が1000/cm2 より
少なくなる第1の成長速度で該単結晶シリコン層を成長
させ、その後、該第1の成長速度よりも速い第2の成長
速度で該単結晶シリコン層を成長させることを特徴とす
る半導体基材の製造方法。
4. A step of preparing a first member having a single crystal silicon layer on a porous silicon layer, wherein the first member and the second member are arranged such that the single crystal silicon layer is located inside. A method of manufacturing a semiconductor substrate, comprising: a step of bonding, a step of forming a bonded structure, and a step of removing the porous silicon layer, wherein the growth rate of the single crystal silicon layer Growing the single crystal silicon layer at a first growth rate at which the residual hole density on the crystal growth surface when growing to a layer thickness corresponding to the diameter of the hole in the silicon layer is less than 1000 / cm 2 ; A method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising: growing the single crystal silicon layer at a second growth rate higher than the first growth rate.
【請求項5】 該単結晶シリコン層とは、非多孔質単結
晶シリコン層である請求項1〜4のいずれかの請求項に
記載の半導体基材の製造方法
The 5. single-crystal silicon layer, nonporous method for manufacturing a semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 4 is a single crystal silicon layer.
【請求項6】 該単結晶シリコン層の成長は、該多孔質
シリコン層を配した結晶成長炉内に原料ガスを供給して
行なわれる請求項1〜4のいずれかの請求項に記載の半
導体基材の製造方法。
6. The semiconductor according to claim 1, wherein said single crystal silicon layer is grown by supplying a source gas into a crystal growth furnace provided with said porous silicon layer. A method for manufacturing a substrate.
【請求項7】 該原料ガスはシラン、ジクロルシラン、
トリクロルシラン、テトラクロルシラン、ジシランのい
ずれかから選択される請求項6に記載の半導体基材の製
造方法。
7. The raw material gas is silane, dichlorosilane,
7. The method according to claim 6, wherein the method is selected from trichlorosilane, tetrachlorosilane, and disilane.
【請求項8】 該単結晶シリコン層の成長に先立ち、該
多孔質シリコン層を非酸化性雰囲気中で加熱する請求項
1〜4のいずれかの請求項に記載の半導体基材の製造方
法。
8. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the porous silicon layer is heated in a non-oxidizing atmosphere before growing the single crystal silicon layer.
【請求項9】 該非酸化性雰囲気は、水素雰囲気である
請求項8に記載の半導体基材の製造方法。
9. The method according to claim 8, wherein the non-oxidizing atmosphere is a hydrogen atmosphere.
【請求項10】 該単結晶シリコン層の成長に先立ち、
自然酸化膜を除去する工程を有する請求項1〜9のいず
れかの請求項に記載の半導体基材の製造方法。
10. The method according to claim 1, wherein prior to growing said single crystal silicon layer,
The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, further comprising a step of removing a natural oxide film.
【請求項11】 該単結晶シリコン層の成長に先立ち、
多孔質シリコン層の孔の側壁に極薄酸化膜を形成する工
程、および、多孔質シリコン層表面の酸化膜を除去する
工程を有する請求項1〜4のいずれかの請求項に記載の
半導体基材の製造方法。
11. The method according to claim 1, wherein prior to growing the single crystal silicon layer,
The semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 4, further comprising a step of forming an ultrathin oxide film on the side wall of the hole of the porous silicon layer and a step of removing the oxide film on the surface of the porous silicon layer. The method of manufacturing the material.
【請求項12】 該単結晶シリコン層の成長に先立ち、
多孔質シリコン層の孔の側壁に酸化膜を形成する工程、
および、水素を含む雰囲気中での熱処理工程を有する請
求項1〜4のいずれかの請求項に記載の半導体基材の製
造方法。
12. The method according to claim 1, wherein prior to growing said single crystal silicon layer,
Forming an oxide film on the side walls of the pores of the porous silicon layer,
The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, further comprising a heat treatment step in an atmosphere containing hydrogen.
【請求項13】 該成長速度は20nm/min.以下
である請求項1〜12のいずれかの請求項に記載の半導
体基材の製造方法。
13. The growth rate is 20 nm / min. The method for producing a semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 12, wherein:
【請求項14】 該単結晶シリコン層の成長の際、該多
孔質シリコン層を摂氏900度以上に加熱する請求項1
〜4のいずれかの請求項に記載の半導体基材の製造方
法。
14. The method according to claim 1, wherein the step of growing the single crystal silicon layer includes heating the porous silicon layer to 900 ° C. or higher.
The method for producing a semiconductor substrate according to claim 4.
【請求項15】 該孔の径は、該多孔質シリコン層の最
大孔径である請求項1〜4のいずれかの請求項に記載の
半導体基材の製造方法。
15. The method according to claim 1, wherein the diameter of the pore is a maximum pore diameter of the porous silicon layer.
【請求項16】 該貼り合わせ構造体は、該第1の部材
と第2の部材とを絶縁層を介して貼り合わされる請求項
3あるいは請求項4に記載の半導体基材の製造方法。
16. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 3, wherein the bonded structure is formed by bonding the first member and the second member via an insulating layer.
【請求項17】 該絶縁層は、該第1の部材上に形成さ
れた酸化シリコン層である請求項16に記載の半導体基
材の製造方法。
17. The method according to claim 16, wherein the insulating layer is a silicon oxide layer formed on the first member.
【請求項18】 該絶縁層は、該第2の部材表面に形成
されている請求項16に記載の半導体基材の製造方法。
18. The method according to claim 16, wherein the insulating layer is formed on a surface of the second member.
【請求項19】 該絶縁層は、該第1の部材上の該単結
晶シリコン層表面の酸化によって形成される請求項16
に記載の半導体基材の製造方法。
19. The method according to claim 16, wherein the insulating layer is formed by oxidizing a surface of the single crystal silicon layer on the first member.
3. The method for producing a semiconductor substrate according to item 1.
【請求項20】 該絶縁層は、該第2の部材である単結
晶シリコン基板表面を熱酸化して形成される請求項16
に記載の半導体基材の製造方法。
20. The insulating layer according to claim 16, wherein the surface of the single crystal silicon substrate as the second member is thermally oxidized.
3. The method for producing a semiconductor substrate according to item 1.
【請求項21】 該第2の部材は、単結晶シリコン基板
である請求項3あるいは請求項4に記載の半導体基材の
製造方法。
21. The method according to claim 3, wherein the second member is a single crystal silicon substrate.
【請求項22】 該第2の部材はガラスからなる請求項
3あるいは請求項4に記載の半導体基材の製造方法。
22. The method according to claim 3, wherein the second member is made of glass.
【請求項23】 該多孔質シリコン層の除去は、フッ酸
を含むエッチング液を用いて行なわれる請求項3あるい
は請求項4に記載の半導体基材の製造方法
23. Removal of the porous silicon layer, a method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 3 or claim 4 is performed using an etchant containing hydrofluoric acid.
【請求項24】 該多孔質シリコン層の除去は、フッ酸
及び過酸化水素を含むエッチング液を用いて行なわれる
請求項3あるいは請求項4に記載の半導体基材の製造方
24. Removal of the porous silicon layer, manufacturing side of the semiconductor substrate according to claim 3 or claim 4 is performed using an etchant containing hydrofluoric acid and hydrogen peroxide
Law .
【請求項25】 該残留孔密度は、ガス吸着法、あるい
は超高分解能走査型電子顕微鏡観察により測定される請
求項1〜4のいずれかの請求項に記載の半導体基材の製
造方法。
25. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the residual pore density is measured by a gas adsorption method or observation with an ultra-high resolution scanning electron microscope.
【請求項26】 該第1の成長速度で該単結晶シリコン
層を成長させる際には、シラン(SiH4 )をシリコン
原料ガスとして用い、該第2の成長速度で成長させる際
には、ジクロロシラン(SiH2 Cl2 )をシリコン原
料ガスとして用いる請求項2あるいは請求項4に記載の
半導体基材の製造方法。
26. When growing the single crystal silicon layer at the first growth rate, silane (SiH 4 ) is used as a silicon source gas, and when growing at the second growth rate, chlorosilane (SiH 2 Cl 2) the method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 2 or claim 4 is used as the silicon source gas.
【請求項27】 該第1の成長速度で該単結晶シリコン
層を成長させる際には、ジクロロシラン(SiH2 Cl
2 )をシリコン原料ガスとして用い、該第2の成長速度
で成長させる際には、ジクロロシラン(SiH2
2 )をシリコン原料ガスとして用いる請求項2あるい
は請求項4に記載の半導体基材の製造方法。
27. When growing the single crystal silicon layer at the first growth rate, dichlorosilane (SiH 2 Cl
2 ) is used as a silicon source gas, and when growing at the second growth rate, dichlorosilane (SiH 2 C
5. The method according to claim 2, wherein l 2 ) is used as a silicon source gas.
【請求項28】 該第1の成長速度で該単結晶シリコン
層を成長させる際には、シラン(SiH4 )をシリコン
原料ガスとして用い、該第2の成長速度で成長させる際
には、シラン(SiH4 )をシリコン原料ガスとして用
いる請求項2あるいは請求項4に記載の半導体基材の製
造方法。
28. When growing the single crystal silicon layer at the first growth rate, silane (SiH 4 ) is used as a silicon source gas, and when growing at the second growth rate, silane (SiH 4 ) is used. 5. The method according to claim 2, wherein (SiH 4 ) is used as a silicon source gas.
【請求項29】 該成長速度が10nm/min.以下
である請求項1あるいは請求項3に記載の半導体基材の
製造方法。
29. The method according to claim 29, wherein the growth rate is 10 nm / min. The method for producing a semiconductor substrate according to claim 1 or 3, which is:
【請求項30】 該第1の成長速度が10nm/mi
n.以下である請求項2あるいは請求項4に記載の半導
体基材の製造方法。
30. The method according to claim 30, wherein the first growth rate is 10 nm / mi.
n. The method for producing a semiconductor substrate according to claim 2 or 4, which is as follows.
【請求項31】 該単結晶シリコン層の成長は、10T
orr〜760Torrの圧力下で行われる請求項1〜
4のいずれかの請求項に記載の半導体基材の製造方法。
31. The growth of the single-crystal silicon layer is performed by 10 T
The method is performed under a pressure of orr to 760 Torr.
The method for producing a semiconductor substrate according to claim 4.
【請求項32】 該単結晶シリコン層の成長が800度
以上の温度で行われる請求項1〜4のいずれかの請求項
に記載の半導体基材の製造方法。
32. The method according to claim 1, wherein the growth of the single-crystal silicon layer is performed at a temperature of 800 ° C. or more.
【請求項33】 該単結晶シリコン層の成長に先だっ
て、該多孔質シリコン層を水素を含む雰囲気下で熱処理
し、かつ該単結晶シリコン層の成長と当該水素を含む雰
囲気下での熱処理が、同一のCVD成長炉を用いて、連
続して行われる請求項1〜4のいずれかの請求項に記載
の半導体基材の製造方法。
33. Prior to growing the single crystal silicon layer, the porous silicon layer is heat-treated in an atmosphere containing hydrogen, and the growth of the single crystal silicon layer and the heat treatment in an atmosphere containing hydrogen are performed. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the method is performed continuously using the same CVD growth furnace.
【請求項34】 多孔質シリコン層上に単結晶シリコン
層を有する半導体基材の製造方法であって、多孔質シリ
コン層を有する基板を用意する工程、及び、少なくとも
シリコン原料ガスと水素ガスを含む雰囲気中で、該多孔
質シリコン層上に20nm/min.以下の成長速度で
該単結晶シリコン層を成長させる工程を有する半導体基
材の製造方法。
34. A method for manufacturing a semiconductor substrate having a single-crystal silicon layer on a porous silicon layer, comprising the steps of preparing a substrate having a porous silicon layer, and including at least a silicon source gas and a hydrogen gas 20 nm / min. On the porous silicon layer in an atmosphere. A method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising a step of growing the single-crystal silicon layer at the following growth rate.
【請求項35】 多孔質シリコン層上に単結晶シリコン
層を有する半導体基材の製造方法であって、多孔質シリ
コン層を有する基板を用意する工程、該多孔質シリコン
層上に20nm/min.以下の第1の成長速度で該単
結晶シリコン層を成長させる工程、及び該第1の成長速
度よりも速い第2の成長速度で該単結晶シリコン層を成
長させる工程を有する半導体基材の製造方法。
35. A method of manufacturing a semiconductor substrate having a single-crystal silicon layer on a porous silicon layer, comprising the steps of: preparing a substrate having a porous silicon layer; Manufacturing a semiconductor substrate having the following steps of growing the single-crystal silicon layer at a first growth rate and growing the single-crystal silicon layer at a second growth rate higher than the first growth rate: Method.
【請求項36】 多孔質シリコン層を有する第1の基板
を用意する工程、少なくともシリコン原料ガスと水素ガ
スを含む雰囲気中で、該多孔質シリコン層上に20nm
/min.以下の成長速度で単結晶シリコン層を成長さ
せる工程、該第1の基板と第2の基板とを該単結晶シリ
コン層が内側に位置するように貼り合わせ、貼り合わせ
構造体を形成する工程、及び該多孔質シリコン層を除去
する工程を有する半導体基材の製造方法。
36. A step of preparing a first substrate having a porous silicon layer, the method comprising: forming a first substrate on a porous silicon layer in an atmosphere containing at least a silicon source gas and hydrogen gas;
/ Min. Growing a single crystal silicon layer at the following growth rate, bonding the first substrate and the second substrate such that the single crystal silicon layer is located inside, and forming a bonded structure; And a method for producing a semiconductor substrate, comprising a step of removing the porous silicon layer.
【請求項37】 多孔質シリコン層を有する第1の基板
を用意する工程、該多孔質シリコン層上に20nm/m
in.以下の第1の成長速度で単結晶シリコン層を成長
させる工程、該第1の成長速度よりも速い第2の成長速
度で単結晶シリコン層を成長させる工程、該第1の基板
と第2の基板とを該単結晶シリコン層が内側に位置する
ように貼り合わせ、貼り合わせ構造体を形成する工程、
及び該多孔質シリコン層を除去する工程を有する半導体
基材の製造方法。
37. A step of preparing a first substrate having a porous silicon layer, the method comprising: forming a first substrate having a thickness of 20 nm / m on the porous silicon layer.
in. Growing a single-crystal silicon layer at a first growth rate below, growing a single-crystal silicon layer at a second growth rate faster than the first growth rate, Bonding a substrate and the single-crystal silicon layer so that the single-crystal silicon layer is located inside, forming a bonded structure,
And a method for producing a semiconductor substrate, comprising a step of removing the porous silicon layer.
【請求項38】 該単結晶シリコン層の成長に先だっ
て、該多孔質シリコン層の孔壁に酸化膜を形成する工程
を含む請求項34〜37のいずれかの請求項に記載の半
導体基材の製造方法。
38. The semiconductor substrate according to claim 34, further comprising a step of forming an oxide film on a hole wall of the porous silicon layer before growing the single crystal silicon layer. Production method.
【請求項39】 該単結晶シリコン層の成長に先だっ
て、該多孔質シリコン層の外側表面の酸化膜を除去する
工程を含む請求項34〜37のいずれかの請求項に記載
の半導体基材の製造方法。
39. The semiconductor substrate according to claim 34, further comprising a step of removing an oxide film on an outer surface of the porous silicon layer before growing the single crystal silicon layer. Production method.
【請求項40】 該単結晶シリコン層の成長に先だっ
て、該多孔質シリコン層を水素を含む雰囲気下で熱処理
する工程を含む請求項34〜37のいずれかの請求項に
記載の半導体基材の製造方法。
40. The semiconductor substrate according to claim 34, further comprising a step of heat-treating the porous silicon layer in an atmosphere containing hydrogen before growing the single-crystal silicon layer. Production method.
【請求項41】 該単結晶シリコン層の成長に先だっ
て、該多孔質シリコン層の孔壁に酸化膜を形成し、該多
孔質シリコン層の外側表面の酸化膜を除去する工程を含
む請求項34〜37のいずれかの請求項に記載の半導体
基材の製造方法。
41. The method according to claim 34, further comprising the step of forming an oxide film on the pore walls of the porous silicon layer and removing the oxide film on the outer surface of the porous silicon layer before growing the single crystal silicon layer. The method for producing a semiconductor substrate according to any one of claims 37 to 37.
【請求項42】 該単結晶シリコン層の成長に先だっ
て、該多孔質シリコン層の孔壁に酸化膜を形成し、該多
孔質シリコン層を水素を含む雰囲気下で熱処理する工程
を含む請求項34〜37のいずれかの請求項に記載の半
導体基材の製造方法。
42. The method according to claim 34, further comprising a step of forming an oxide film on the hole walls of the porous silicon layer and subjecting the porous silicon layer to a heat treatment in an atmosphere containing hydrogen before growing the single crystal silicon layer. The method for producing a semiconductor substrate according to any one of claims 37 to 37.
【請求項43】 該単結晶シリコン層とは、非多孔質単
結晶シリコン層である請求項34〜37のいずれかの請
求項に記載の半導体基材の製造方法。
43. The method according to claim 34, wherein the single crystal silicon layer is a non-porous single crystal silicon layer .
【請求項44】 該単結晶シリコン層の成長は、前記多
孔質シリコン層を配した結晶成長炉内に原料ガスを供給
して行なわれる請求項34〜37のいずれかの請求項に
記載の半導体基材の製造方法。
44. The semiconductor according to claim 34, wherein said single crystal silicon layer is grown by supplying a source gas into a crystal growth furnace provided with said porous silicon layer. A method for manufacturing a substrate.
【請求項45】 該原料ガスはシラン、ジクロルシラ
ン、トリクロルシラン、テトラクロルシラン、ジシラン
のいずれかから選択される請求項44に記載の半導体基
材の製造方法。
45. The method according to claim 44, wherein the source gas is selected from silane, dichlorosilane, trichlorosilane, tetrachlorosilane, and disilane.
【請求項46】 該単結晶シリコン層の成長に先立ち、
該多孔質シリコン層を非酸化性雰囲気中で加熱する請求
項34〜37のいずれかの請求項に記載の半導体基材の
製造方法。
46. The method according to claim 46, further comprising:
The method for manufacturing a semiconductor substrate according to any one of claims 34 to 37, wherein the porous silicon layer is heated in a non-oxidizing atmosphere.
【請求項47】 該非酸化性雰囲気は、水素雰囲気であ
る請求項46に記載の半導体基材の製造方法。
47. The method according to claim 46, wherein the non-oxidizing atmosphere is a hydrogen atmosphere.
【請求項48】 該第1の成長速度は10nm/mi
n.以下である請求項34〜37のいずれかの請求項に
記載の半導体基材の製造方法。
48. The first growth rate is 10 nm / mi.
n. The method for producing a semiconductor substrate according to any one of claims 34 to 37, which is as follows.
【請求項49】 該第1の成長速度は2nm/min.
以下である請求項34〜37のいずれかの請求項に記載
の半導体基材の製造方法。
49. The first growth rate is 2 nm / min.
The method for producing a semiconductor substrate according to any one of claims 34 to 37, which is as follows.
【請求項50】 該単結晶シリコン層の成長の際、該多
孔質シリコン層を摂氏900度以上に加熱する請求項3
4〜37のいずれかの請求項に記載の半導体基材の製造
方法。
50. The method according to claim 3, wherein the step of growing the single crystal silicon layer includes heating the porous silicon layer to 900 ° C. or more.
The method for producing a semiconductor substrate according to any one of claims 4 to 37.
【請求項51】 該貼り合わせ構造体は、該第1の基板
と第2の基板とを絶縁層を介して貼り合わされる請求項
36あるいは請求項37に記載の半導体基材の製造方
法。
51. The semiconductor substrate according to claim 36, wherein the bonded structure is formed by bonding the first substrate and the second substrate via an insulating layer. Production method.
【請求項52】 該絶縁層は、該第1の基板上に形成さ
れた酸化シリコン層である請求項51に記載の半導体基
材の製造方法。
52. The method according to claim 51, wherein the insulating layer is a silicon oxide layer formed on the first substrate .
【請求項53】 該絶縁層は、該第2の基板表面に形成
されている請求項51に記載の半導体基材の製造方法。
53. The method according to claim 51, wherein the insulating layer is formed on the surface of the second substrate .
【請求項54】 該絶縁層は、該第1の基板上の該単結
晶シリコン層表面の酸化によって形成される請求項51
に記載の半導体基材の製造方法。
54. The insulating layer is formed by oxidizing a surface of the single crystal silicon layer on the first substrate .
3. The method for producing a semiconductor substrate according to item 1.
【請求項55】 該絶縁層は、該第2の基板である単結
晶シリコン基板表面を熱酸化して形成される請求項51
に記載の半導体基材の製造方法。
55. The insulating layer is formed by thermally oxidizing a surface of a single crystal silicon substrate as the second substrate .
3. The method for producing a semiconductor substrate according to item 1.
【請求項56】 該第2の基板は、単結晶シリコン基板
である請求項36あるいは請求項37に記載の半導体基
材の製造方法。
56. The method according to claim 36, wherein the second substrate is a single crystal silicon substrate.
【請求項57】 該第2の基板はガラスからなる請求項
36あるいは請求項37に記載の半導体基材の製造方
法。
57. The method according to claim 36, wherein the second substrate is made of glass.
【請求項58】 該多孔質シリコン層の除去は、フッ酸
を含むエッチング液を用いて行なわれる請求項36ある
いは請求項37に記載の半導体基材の製造方法
58. Removal of the porous silicon layer, a method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 36 or claim 37 carried out using an etchant containing hydrofluoric acid.
【請求項59】 該多孔質シリコン層の除去は、フッ酸
及び過酸化水素を含むエッチング液を用いて行なわれる
請求項36あるいは請求項37に記載の半導体基材の
造方法
59. The method according to claim 36, wherein the removal of the porous silicon layer is performed using an etching solution containing hydrofluoric acid and hydrogen peroxide .
Construction method .
【請求項60】 該第1の成長速度と第2の成長速度で
該単結晶シリコン層を成長させる際の原料ガスが異なる
請求項35あるいは請求項37に記載の半導体基材の製
造方法。
60. The method according to claim 35, wherein a source gas used for growing the single crystal silicon layer at the first growth rate and the second growth rate is different.
【請求項61】 該第1の成長速度で該単結晶シリコン
層を成長させる際には、シラン(SiH4 )をシリコン
原料ガスとして用い、該第2の成長速度で成長させる際
には、ジクロロシラン(SiH2 Cl2 )をシリコン原
料ガスとして用いる請求項35あるいは請求項37に記
載の半導体基材の製造方法。
61. When the single crystal silicon layer is grown at the first growth rate, silane (SiH 4 ) is used as a silicon source gas, and when the single crystal silicon layer is grown at the second growth rate, disilane is used. chlorosilane (SiH 2 Cl 2) the method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 35 or claim 37 used as the silicon source gas.
【請求項62】 該第1の成長速度で該単結晶シリコン
層を成長させる際には、ジクロロシラン(SiH2 Cl
2 )をシリコン原料ガスとして用い、該第2の成長速度
で成長させる際には、ジクロロシラン(SiH2
2 )をシリコン原料ガスとして用いる請求項35ある
いは請求項37に記載の半導体基材の製造方法。
62. When growing the single crystal silicon layer at the first growth rate, dichlorosilane (SiH 2 Cl
2 ) is used as a silicon source gas, and when growing at the second growth rate, dichlorosilane (SiH 2 C
38. The method according to claim 35, wherein l 2 ) is used as a silicon source gas.
【請求項63】 該第1の成長速度で該単結晶シリコン
層を成長させる際には、シラン(SiH4 )をシリコン
原料ガスとして用い、該第2の成長速度で成長させる際
には、シラン(SiH4 )をシリコン原料ガスとして用
いる請求項35あるいは請求項37に記載の半導体基材
の製造方法。
63. When growing the single crystal silicon layer at the first growth rate, silane (SiH 4 ) is used as a silicon source gas, and when growing at the second growth rate, silane (SiH 4 ) is used. the method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 35 or claim 37 using (SiH 4) as the silicon source gas.
【請求項64】 該単結晶シリコン層の成長は、10T
orr〜760Torrの圧力下で行われる請求項34
〜37のいずれかの請求項に記載の半導体基材の製造方
法。
64. The growth of the single-crystal silicon layer is performed by 10 T
35. The process is performed under a pressure of from about rr to about 760 Torr.
The method for producing a semiconductor substrate according to any one of claims 37 to 37.
【請求項65】 該単結晶シリコン層の成長が800度
以上の温度で行われる請求項34〜37のいずれかの請
求項に記載の半導体基材の製造方法。
65. The method according to claim 34, wherein the growth of the single-crystal silicon layer is performed at a temperature of 800 ° C. or higher.
【請求項66】 該単結晶シリコン層の成長に先だっ
て、該多孔質シリコン層を水素を含む雰囲気下で熱処理
し、かつ該単結晶シリコン層の成長と該水素を含む雰囲
気下での熱処理が、同一のCVD成長炉を用いて、連続
して行われる請求項34〜37のいずれかの請求項に記
載の半導体基材の製造方法。
66. Prior to the growth of the single crystal silicon layer, the porous silicon layer is heat-treated in an atmosphere containing hydrogen, and the growth of the single crystal silicon layer and the heat treatment in an atmosphere containing hydrogen are performed. The method for producing a semiconductor substrate according to any one of claims 34 to 37, wherein the method is performed continuously using the same CVD growth furnace.
【請求項67】 請求項1〜66のいずれかの請求項に
記載の方法を用いて製造される半導体基材。
67. A semiconductor substrate manufactured by using the method according to any one of claims 1 to 66.
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