JP3342442B2 - Method for manufacturing semiconductor substrate and semiconductor substrate - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor substrate and semiconductor substrate

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JP3342442B2
JP3342442B2 JP21722299A JP21722299A JP3342442B2 JP 3342442 B2 JP3342442 B2 JP 3342442B2 JP 21722299 A JP21722299 A JP 21722299A JP 21722299 A JP21722299 A JP 21722299A JP 3342442 B2 JP3342442 B2 JP 3342442B2
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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、半導体基材の作製
方法に関し、更に詳しくは、誘電体分離あるいは、絶縁
物上の単結晶半導体層に作成され電子デバイス、集積回
路に適する半導体基板およびその作製方法に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate, and more particularly, to a semiconductor substrate suitable for an electronic device or an integrated circuit formed on a single crystal semiconductor layer on a dielectric isolation or insulator. It relates to a manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】絶縁物上の単結晶Si半導体層の形成
は、シリコン オン インシュレーター(SOI)技術
として広く知られ、通常のSi集積回路を作製するバル
クSi基板では到達しえない数々の優位点をSOI技術
を利用したデバイスが有することから多くの研究が成さ
れてきた。すなわち、SOI技術を利用することで、 1.誘電体分離が容易で高集積化が可能、 2.対放射線耐性に優れている、 3.浮遊容量が低減され高速化が可能、 4.ウエル工程が省略できる、 5.ラッチアップを防止できる、 6.薄膜化による完全空乏型電界効果トランジスタが可
能、等の優位点が得られる。
2. Description of the Related Art The formation of a single-crystal Si semiconductor layer on an insulator is widely known as a silicon-on-insulator (SOI) technique, and has many advantages that cannot be attained by a bulk Si substrate for fabricating a normal Si integrated circuit. Much research has been done because devices using SOI technology have a. That is, by using the SOI technology, 1. Dielectric separation is easy and high integration is possible. 2. Excellent radiation resistance. 3. Higher speed due to reduced stray capacitance. 4. Well step can be omitted; 5. Latch-up can be prevented. Advantages such as the possibility of a fully depleted field-effect transistor by thinning can be obtained.

【0003】上記したようなのデバイス特性上の多くの
利点を実現するために、ここ数十年に渡り、SOI構造
の形成方法について研究されてきている。この内容は、
例えば以下の文献にまとめられている。Special
Issue: ”Single−crystal s
ilicon on non−single−crys
tal insulators”; edited b
y G.W.Cullen, Journal ofC
rystal Growth, volume63,
no 3, pp 429〜590 (1983)。
[0003] In order to realize many of the above-mentioned advantages in device characteristics, researches have been made on a method of forming an SOI structure for several decades. This content
For example, they are summarized in the following documents. Special
Issue: "Single-crystals
ilicon on non-single-crys
tal insulators ”; edited b
yG. W. Cullen, Journal of C
rystal Growth, volume63,
no 3, pp 429-590 (1983).

【0004】また、古くは、単結晶サファイア基板上
に、SiをCVD(化学気相法)で、ヘテロエピタキシ
−させて形成するSOS(シリコン オン サファイ
ア)が知られており、最も成熟したSOI技術として一
応の成功を収めはしたが、Si層と下地サファイア基板
界面の格子不整合により大量の結晶欠陥、サファイア基
板からのアルミニュ−ムのSi層への混入、そして何よ
りも基板の高価格と大面積化への遅れにより、その応用
の拡がりが妨げられている。比較的近年には、サファイ
ア基板を使用せずにSOI構造を実現しようという試み
が行なわれている。この試みは、次の二つに大別され
る。
Also, SOS (silicon on sapphire), which is formed by heteroepitaxy of Si on a single-crystal sapphire substrate by CVD (chemical vapor deposition), has been known for a long time. However, a large amount of crystal defects due to the lattice mismatch between the Si layer and the underlying sapphire substrate, the incorporation of aluminum from the sapphire substrate into the Si layer, and above all, the high cost of the substrate The delay in area increase has hindered the spread of applications. In recent years, attempts have been made to realize an SOI structure without using a sapphire substrate. This attempt is roughly divided into the following two.

【0005】1.Si単結晶基板を表面酸化後に、窓を
開けてSi基板を部分的に表出させ、その部分をシ−ド
として横方向へエピタキシャル成長させ、SiO2上へ
Si単結晶層を形成する(この場合には、SiO2上に
Si層の堆積をともなう。)。
[0005] 1. After the surface of the Si single crystal substrate is oxidized, a window is opened to partially expose the Si substrate, and the portion is laterally epitaxially grown as a seed to form a Si single crystal layer on SiO 2 (in this case, see FIG. 4). Involves the deposition of a Si layer on SiO 2. )

【0006】2.Si単結晶基板そのものを活性層とし
て使用し、その下部ににSiO2を形成する(この方法
は、Si層の堆積をともなわない。)。
[0006] 2. The Si single crystal substrate itself is used as an active layer, and SiO 2 is formed below the active layer (this method does not involve deposition of a Si layer).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記1を実現する手段
として、CVDにより、直接、単結晶層Siを横方向エ
ピタキシャル成長させる方法、非晶質Siを堆積して、
熱処理により固相横方向エピタキシャル成長させる方
法、非晶質あるいは、多結晶Si層に電子線、レ−ザ−
光等のエネルギ−ビ−ムを収束して照射し、溶融再結晶
により単結晶層をSiO2上に成長させる方法、そし
て、棒状ヒ−タ−により帯状に溶融領域を走査する方法
(Zone melting recrystalli
zation)が知られている。これらの方法にはそれ
ぞれ一長一短があるが、その制御性、生産性、均一性、
品質に多大の問題を残しており、いまだに、工業的に実
用化したものはない。たとえば、CVD法は平坦薄膜化
するには、犠牲酸化が必要となり、固相成長法ではその
結晶性が悪い。また、ビ−ムアニ−ル法では、収束ビ−
ム走査による処理時間と、ビ−ムの重なり具合、焦点調
整などの制御性に問題がある。このうち、Zone M
elting Recrystallization法
がもっとも成熟しており、比較的大規模な集積回路も試
作されてはいるが、依然として、亜粒界等の結晶欠陥
は、多数残留しており、少数キャリヤデバイスを作成す
るにいたってない。
As means for realizing the above item 1, a method of directly growing a single crystal layer Si in a lateral direction by CVD, a method of depositing amorphous Si,
A method in which solid phase lateral epitaxial growth is performed by heat treatment, an electron beam or a laser is applied to an amorphous or polycrystalline Si layer.
A method of converging and irradiating an energy beam such as light to grow a single crystal layer on SiO 2 by melting and recrystallization, and a method of scanning a melting region in a band shape by a rod-shaped heater (Zone melting). recrystalli
zation) is known. Each of these methods has its advantages and disadvantages, but its controllability, productivity, uniformity,
It leaves a great deal of quality problems, and none has been commercialized yet. For example, the CVD method requires sacrificial oxidation to make a thin film flat, and the solid phase growth method has poor crystallinity. In the beam annealing method, a convergent beam is used.
There is a problem in the processing time by beam scanning, the degree of beam overlap, and the controllability such as focus adjustment. Of these, Zone M
Although the eluting recrystallization method is the most mature, and relatively large-scale integrated circuits have been prototyped, a large number of crystal defects such as sub-grain boundaries still remain. Not.

【0008】上記2の方法であるSi基板をエピタキシ
ャル成長の種子として用いない方法に於ては、次の3種
類の方法が挙げられる。
In the above-mentioned method 2 in which the Si substrate is not used as a seed for epitaxial growth, there are the following three methods.

【0009】1.V型の溝が表面に異方性エッチングさ
れたSi単結晶基板に酸化膜を形成し、該酸化膜上に多
結晶Si層をSi基板と同じ程厚く堆積した後、Si基
板の裏面から研磨によって、厚い多結晶Si層上にV溝
に囲まれて誘電分離されたSi単結晶領域を形成する。
この手法に於ては、結晶性は、良好であるが、多結晶S
iを数百ミクロンも厚く堆積する工程、単結晶Si基板
を裏面より研磨して分離したSi活性層のみを残す工程
に、制御性、と生産性の点から問題がある。
1. An oxide film is formed on a Si single crystal substrate having a V-shaped groove anisotropically etched on its surface, and a polycrystalline Si layer is deposited on the oxide film as thick as the Si substrate, and then polished from the back surface of the Si substrate. Thereby, a dielectrically separated Si single crystal region surrounded by V grooves is formed on the thick polycrystalline Si layer.
In this method, the crystallinity is good, but the polycrystalline S
There is a problem in terms of controllability and productivity in the process of depositing i several hundred microns thick and the process of polishing a single crystal Si substrate from the back surface to leave only the separated Si active layer.

【0010】2.サイモックス(SIMOX:Sepe
ration by ion implanted o
xygen)と称されるSi単結晶基板中に酸素のイオ
ン注入によりSiO2層を形成する方法であり、Siプ
ロセスと整合性が良いため現在もっとも成熟した手法で
ある。しかしながら、SiO2層形成をするためには、
酸素イオンを1018ions/cm2以上も注入する必
要があるが、その注入時間は長大であり、生産性は高い
とはいえず、また、ウエハ−コストは高い。更に、結晶
欠陥は多く残存し、工業的に見て、少数キャリヤ−デバ
イスを作製できる充分な品質に至っていない。
[0010] 2. Simox (SIMOX: Sepe
ratio by ion implanted o
xygen) is a method of forming a SiO 2 layer by ion implantation of oxygen into a Si single crystal substrate, and is the most mature method at present because of its good compatibility with the Si process. However, in order to form a SiO 2 layer,
Oxygen ions must be implanted at 10 18 ions / cm 2 or more, but the implantation time is long, the productivity is not high, and the wafer cost is high. In addition, many crystal defects remain, and from an industrial point of view, the quality has not been sufficient to produce a minority carrier device.

【0011】3.多孔質Siの酸化による誘電体分離に
よりSOI構造を形成する方法。この方法は、P型Si
単結晶基板表面にN型Si層をプロトンイオン注入、
(イマイ他, J.Crystal Growth,v
ol 63, 547(1983))、もしくは、エピ
タキシャル成長とパタ−ニングによって島状に形成し、
表面よりSi島を囲むようにHF溶液中の陽極化成法に
よりP型Si基板のみを多孔質化したのち、増速酸化に
よりN型Si島を誘電体分離する方法である。本方法で
は、分離されるSi領域は、デバイス工程のまえに決定
されており、デバイス設計の自由度を制限する場合があ
るという問題点がある。
3. A method of forming an SOI structure by dielectric isolation by oxidation of porous Si. This method uses P-type Si
Proton ion implantation of an N-type Si layer on the surface of the single crystal substrate,
(Imai et al., J. Crystal Growth, v.
ol 63, 547 (1983)) or an island shape by epitaxial growth and patterning.
In this method, only the P-type Si substrate is made porous by anodizing in an HF solution so as to surround the Si island from the surface, and then the N-type Si island is dielectrically separated by accelerated oxidation. This method has a problem that the Si region to be separated is determined before the device process, which may limit the degree of freedom in device design.

【0012】また、ガラスに代表される光透過性基板上
には一般には、その結晶構造の無秩序性を反映して、非
晶質が良くて、多結晶層にしかならず、高性能なデバイ
スは作成できない。それは、基板の結晶構造が非晶質で
あることによっており、単に、Si層を堆積しても、良
質な単結晶層は得られない。光透過性基板は、光受光素
子であるコンタクトセンサ−、投影型液晶画像表示装置
を構成するうえにおいて重要である。そして、センサ−
や表示装置の画素(絵素)をより一層、高密度化、高解
像度化、高精細化するには、極めて高性能は駆動素子が
必要となる。その結果、光透過性基板上に設けられる素
子としても優れた結晶性を有する単結晶層をもちいて作
成されることが必要となる。
On the other hand, a light-transmitting substrate represented by glass generally has a good amorphous property and a polycrystalline layer, reflecting the disorder of its crystal structure. Can not. This is due to the fact that the crystal structure of the substrate is amorphous, and even if a Si layer is simply deposited, a high-quality single crystal layer cannot be obtained. The light transmissive substrate is important in forming a contact sensor as a light receiving element and a projection type liquid crystal image display device. And the sensor
In order to further increase the density, resolution, and definition of pixels (picture elements) of display devices and display devices, extremely high performance driving elements are required. As a result, it is necessary that the element provided on the light-transmitting substrate be formed using a single crystal layer having excellent crystallinity.

【0013】したがって、非晶質Siや、多結晶Siで
はその欠陥の多い結晶構造故に要求される、あるいは今
後要求されるに十分な性能を持った駆動素子を作成する
ことが困難である。
[0013] Therefore, it is difficult to produce a driving element having the required or sufficient performance in amorphous Si or polycrystalline Si due to its crystal structure having many defects.

【0014】しかし、Si単結晶基板を用いる上記のい
ずれの方法を用いても光透過性基板上に良質な単結晶層
を得るという目的には不適当である。
However, any of the above methods using a Si single crystal substrate is not suitable for the purpose of obtaining a good quality single crystal layer on a light transmitting substrate.

【0015】本発明は、上記したような問題点及び上記
したような要求に応える半導体基板を作成する半導体基
板の作成方法を提案することを目的とする。
An object of the present invention is to propose a method of manufacturing a semiconductor substrate for manufacturing a semiconductor substrate which meets the above-mentioned problems and the above-mentioned requirements.

【0016】更に本発明は、従来のSOI構造の利点を
実現し、応用可能な半導体基板の作成方法を提案するこ
とも目的とする。
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor substrate which can realize the advantages of the conventional SOI structure and can be applied.

【0017】また、本発明は、SOI構造の大規模集積
回路を作製する際にも、高価なSOSや、SIMOXの
代替足り得る半導体基板の作製方法を提案することを目
的とする。
Another object of the present invention is to propose a method of manufacturing a semiconductor substrate that can be used as a substitute for expensive SOS or SIMOX even when manufacturing a large-scale integrated circuit having an SOI structure.

【0018】また、本発明は、絶縁層上に結晶性が単結
晶ウエハ−並に優れたSiを得るうえで、生産性、均一
性、制御性、コストの面において卓越した半導体基板の
作製方法を提案することを目的とする。
Further, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor substrate which is excellent in productivity, uniformity, controllability and cost in obtaining Si having excellent crystallinity on an insulating layer as much as a single crystal wafer. The purpose is to propose.

【0019】さらに本発明は、透明基板(光透過性基
板)上に結晶性が単結晶ウエハ−並に優れたSiを得る
うえで、生産性、均一性、制御性、コストの面において
卓越した半導体基板の作成方法を提案することを目的と
する。
Further, the present invention is excellent in productivity, uniformity, controllability, and cost in obtaining Si having excellent crystallinity on a transparent substrate (light transmitting substrate) as excellent as a single crystal wafer. It is an object to propose a method for manufacturing a semiconductor substrate.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体基板の作
製方法は、多孔質シリコン層を有する第1の基板を用意
する工程、該第1の基板を酸素雰囲気中で第1の熱処理
する工程、該多孔質シリコン層上に非多孔質単結晶半導
体層を形成する工程、該第1の基板と第2の基板とを絶
縁層を介して、且つ前記非多孔質単結晶半導体層が内側
に位置する多層構造体が得られるように貼り合わせる工
程、前記多層構造体から前記多孔質シリコン層を除去す
る工程、及び前記多孔質シリコン層が除去され、前記第
2の基板上に前記絶縁層を介して移設された前記非多孔
質単結晶半導体層を水素を含む還元性雰囲気中で、且つ
前記非多孔質単結晶半導体層の融点以下の温度で第2の
熱処理する工程、とを有することを特徴とする。
According to a method of manufacturing a semiconductor substrate of the present invention, a step of preparing a first substrate having a porous silicon layer and a step of subjecting the first substrate to a first heat treatment in an oxygen atmosphere are provided. Forming a non-porous single-crystal semiconductor layer on the porous silicon layer, placing the first substrate and the second substrate through an insulating layer, and the non-porous single-crystal semiconductor layer Laminating so as to obtain a multilayer structure positioned thereon, removing the porous silicon layer from the multilayer structure, and removing the porous silicon layer, and forming the insulating layer on the second substrate. Performing a second heat treatment at a temperature lower than the melting point of the non-porous single-crystal semiconductor layer in a reducing atmosphere containing hydrogen and at a temperature lower than the melting point of the non-porous single-crystal semiconductor layer. Features.

【0021】本発明の半導体基板の作製方法は、多孔質
シリコン層を有する第1の基板を用意する工程、該第1
の基板を酸素雰囲気中で第1の熱処理する工程、該多孔
質シリコン層上に非多孔質単結晶半導体層を形成する工
程、該第1の基板と光透過性の第2の基板とを前記非多
孔質単結晶半導体層が内側に位置する多層構造体が得ら
れるように貼り合わせる工程、前記多層構造体から前記
多孔質シリコン層を除去する工程、及び前記多孔質シリ
コン層が除去された、前記第2の基板上に移設された前
記非多孔質単結晶半導体層を水素を含む還元性雰囲気中
で、且つ前記非多孔質単結晶半導体層の融点以下の温度
で第2の熱処理する工程、とを有することを特徴とす
る。
According to the method of manufacturing a semiconductor substrate of the present invention, a step of preparing a first substrate having a porous silicon layer is provided.
Performing a first heat treatment on the substrate in an oxygen atmosphere, forming a non-porous single-crystal semiconductor layer on the porous silicon layer, and combining the first substrate and the light-transmitting second substrate with each other. A step of attaching a non-porous single-crystal semiconductor layer to obtain a multilayer structure positioned inside, a step of removing the porous silicon layer from the multilayer structure, and the porous silicon layer being removed, Performing a second heat treatment on the non-porous single-crystal semiconductor layer transferred on the second substrate in a reducing atmosphere containing hydrogen and at a temperature equal to or lower than the melting point of the non-porous single-crystal semiconductor layer; And characterized in that:

【0022】本発明は、経済性に優れて、大面積に渡り
均一平坦な、極めて優れた結晶性を有するSi単結晶基
板を用いて、表面にSi活性層を残して、その片面から
該活性層までを除去して、還元性雰囲気中で熱処理する
ことにより、表面に絶縁層を有する基体上、乃至は、光
透過性基板上に欠陥が著しく少なく、ウエハ並みに表面
の平坦なSi単結晶層を得ることにある。
According to the present invention, an Si single crystal substrate which is excellent in economical efficiency and is uniform and flat over a large area and has extremely excellent crystallinity is used. By removing the layers and performing a heat treatment in a reducing atmosphere, a Si single crystal having a surface with an insulating layer or a light-transmissive substrate with very few defects and a flat surface similar to a wafer is obtained. Is to get the layers.

【0023】特に本発明は、還元性雰囲気中で熱処理を
施すことにより、エッチングにより多孔質シリコン層を
除去した後の表面性をウエハ並みに平坦にできる。
In particular, in the present invention, by performing a heat treatment in a reducing atmosphere, the surface properties after removing the porous silicon layer by etching can be made as flat as the wafer.

【0024】また、本発明は、多孔質シリコン層上へ、
非多孔質シリコン層を形成するに先立って、多孔質シリ
コン層を酸素雰囲気中で熱処理することにより後の工程
で多孔質シリコン層を効率よく選択的にエッチングする
ことができる。
Further, the present invention provides a method for forming a porous silicon layer
Prior to forming the non-porous silicon layer, the porous silicon layer is heat-treated in an oxygen atmosphere, whereby the porous silicon layer can be efficiently and selectively etched in a later step.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】[実施態様例1]Si基板を多孔
質化した後に単結晶層をエピタキシャル成長させる方法
について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 A method for epitaxially growing a single crystal layer after making a Si substrate porous will be described.

【0026】図1(a)に示すように、先ず、Si単結
晶基板11を用意して、その全部、ないしは、図4
(a)のように一部を多孔質化する。
As shown in FIG. 1A, first, a Si single crystal substrate 11 is prepared, and all or a single crystal substrate 11 shown in FIG.
A part is made porous as shown in FIG.

【0027】Si基板は、HF溶液を用いた陽極化成法
によって、多孔質化させる。この多孔質Si層は、単結
晶Siの密度2.33g/cm3に比べて、その密度を
HF溶液濃度を50〜20%に変化させることで密度
1.1〜0.6g/cm3の範囲に変化させることがで
きる。この多孔質層は、下記の理由により、P型Si基
板に形成されやすい。この多孔質Si層は、透過電子顕
微鏡による観察によれば、平均約50〜600オングス
トローム程度の径の孔が形成される。
The Si substrate is made porous by an anodizing method using an HF solution. The porous Si layer, the monocrystalline Si as compared with the density of 2.33 g / cm 3, the density of 1.1~0.6g / cm 3 by changing the density of HF solution concentration to 50 to 20% Range. This porous layer is easily formed on a P-type Si substrate for the following reasons. According to observation with a transmission electron microscope, pores having an average diameter of about 50 to 600 angstroms are formed in the porous Si layer.

【0028】多孔質Siは、Uhlir等によって19
56年に半導体の電解研磨の研究過程に於て発見された
(A.Uhlir, Bell Syst.Tech.
J., vol 35,p.333(1956))。ま
た、ウナガミ等は、陽極化成におけるSiの溶解反応を
研究し、HF溶液中のSiの陽極反応には正孔が必要で
あり、その反応は、次のようであると報告している
(T.ウナガミ: J.Electroc−hem.S
oc., vol. 127, p.476 (198
0))。
The porous Si was prepared by Uhril et al.
It was discovered during the research process of electropolishing semiconductors in 56 (A. Uhlir, Bell Syst. Tech.
J. , Vol 35, p. 333 (1956)). In addition, Unagami et al. Studied the dissolution reaction of Si in anodization and reported that the anodic reaction of Si in an HF solution requires holes, and the reaction is as follows (T Unagi: J. Electroc-hem.S
oc. , Vol. 127, p. 476 (198
0)).

【0029】 Si+2HF+(2−n)e+ → SiF2+2H++ne− SiF2 + 2HF → SiF4+H2 SiF4 + 2HF → H2SiF6 又は、 Si+4HF+(4−λ)e+ → SiF4+4H++ λe− SiF4+2HF → H2SiF6 ここでe+及び、e−はそれぞれ、正孔と電子を表して
いる。また、n及びλは夫々シリコン1原子が溶解する
ために必要な正孔の数であり、n>2又は、λ>4なる
条件が満たされた場合に多孔質シリコンが形成されると
している。
Si + 2HF + (2-n) e + → SiF 2 + 2H +++ ne−SiF 2 + 2HF → SiF 4 + H 2 SiF 4 + 2HF → H 2 SiF 6 or Si + 4HF + (4-λ) e + → SiF 4 + 4H ++++ λe-SiF 4 + 2HF → H 2 SiF 6 Here, e + and e− represent a hole and an electron, respectively. Further, n and λ are the number of holes required for dissolving one atom of silicon, respectively, and it is assumed that porous silicon is formed when the condition of n> 2 or λ> 4 is satisfied.

【0030】以上のことから、正孔の存在するP型シリ
コンは、多孔質化されやすい。この多孔質化に於ける、
選択性は長野ら及び、イマイによって実証されている
(長野、中島、安野、大中、梶原; 電子通信学会技術
研究報告、vol 79,SSD 79−9549(1
979)、K.イマイ;Solid−State El
ectronics vol 24,159 (198
1))。このように正孔の存在するP型シリコンは多孔
質化されやすく、選択的にP型シリコンを多孔質するこ
とができる。
From the above, P-type silicon having holes is easily made porous. In making this porous,
Selectivity has been demonstrated by Nagano et al. And by Imai (Nagano, Nakajima, Anno, Onaka, Kajiwara; IEICE Technical Report, vol 79, SSD 79-9549 (1
979); Imai; Solid-State El
electronics vol 24, 159 (198
1)). P-type silicon having holes as described above is easily made porous, and P-type silicon can be selectively made porous.

【0031】一方、高濃度N型シリコンも多孔質化する
という報告(R.P.Holmstorm, I.J.
Y.Chi Appl.Phys.Lett. Vo
l.42, 386(1983))もあり、P、Nにこ
だわらず、多孔質化を実現できる基板を選ぶことが重要
である。
On the other hand, it has been reported that high-concentration N-type silicon also becomes porous (RP Holmstorm, IJ.
Y. Chi Appl. Phys. Lett. Vo
l. 42, 386 (1983)), and it is important to select a substrate that can realize porosity regardless of P and N.

【0032】続いて、種々の成長法により、多孔質化し
た基板表面にエピタキシャル成長を行ない、薄膜単結晶
層12を形成する。
Subsequently, epitaxial growth is performed on the porous substrate surface by various growth methods to form the thin film single crystal layer 12.

【0033】多孔質Si層には、透過電子顕微鏡による
観察によれば、平均約600オングストロ−ム程度の径
の孔が形成されており、その密度は単結晶Siに比べる
と、半分以下になるにもかかわらず、単結晶性は維持さ
れており、多孔質層の上部へ単結晶Si層をエピタキシ
ャル成長させることも可能である。ただし、1000℃
以上のエピタキシャル成長では、内部の孔の再配列が起
こり、増速エッチングの特性が損なわれる。このため、
Si層のエピタキシャル成長には、分子線エピタキシャ
ル成長、プラズマCVD、熱CVD法、光CVD、バイ
アス・スパッタ−法、液相成長法等の低温成長が好適と
される。
According to observation by a transmission electron microscope, pores having an average diameter of about 600 angstroms are formed in the porous Si layer, and the density thereof is less than half that of single crystal Si. Nevertheless, single crystallinity is maintained, and it is also possible to epitaxially grow a single crystal Si layer on top of the porous layer. However, 1000 ° C
In the above epitaxial growth, rearrangement of internal holes occurs, and the characteristics of the accelerated etching are impaired. For this reason,
For the epitaxial growth of the Si layer, low-temperature growth such as molecular beam epitaxial growth, plasma CVD, thermal CVD, optical CVD, bias sputtering, and liquid phase growth is preferable.

【0034】また、上記した多孔質Si上のエピタキシ
ャル成長において、多孔質Siはその構造的性質のた
め、ヘテロエピタキシャル成長の際に発生する歪みを緩
和して、欠陥の発生を抑制することが可能である。
Further, in the above-described epitaxial growth on porous Si, the porous Si has a structural property, so that it is possible to alleviate the strain generated during heteroepitaxial growth and suppress the generation of defects. .

【0035】また、多孔質層はその内部に大量の空隙が
形成されている為に、密度が半分以下に減少する。その
結果、体積に比べて表面積が飛躍的に増大するため、そ
の化学エッチング速度は、通常の単結晶層のエッチング
速度に比べて、著しく増速される。
Further, the density of the porous layer is reduced to less than half since a large amount of voids are formed therein. As a result, the surface area is dramatically increased as compared with the volume, so that the chemical etching rate is significantly increased as compared with the ordinary etching rate of the single crystal layer.

【0036】多孔質Siをエッチングする方法としては
1.NaOH水溶液で多孔質Siをエッチングする
(G.Bonchil,R.Herino,K.Bar
la,and J.C.Pfister, J.Ele
ctrochem.Soc., vol.130, n
o.7, 1611(1983))。
The method for etching porous Si is as follows. Etch porous Si with aqueous NaOH solution (G. Bonchil, R. Herino, K. Barr)
la, and j. C. Pfister, J.M. Ele
trochem. Soc. , Vol. 130, n
o. 7, 1611 (1983)).

【0037】2.単結晶Siをエッチングすることが可
能なエッチング液で多孔質Siをエッチングする。が知
られている。
2. Etch porous Si with an etchant capable of etching single crystal Si. It has been known.

【0038】上記2の方法は、通常、フッ硝酸系のエッ
チング液が用いられるが、このときのSiのエッチング
過程は、 Si+2O → SiO2 (10) SiO2+4HF → SiF4+H2O (11) に示される様に、Siが硝酸で酸化され、SiO2に変
質し、そのSiO2をフッ酸でエッチングすることによ
りSiのエッチングが進む。
In the above method 2, an etching solution of a hydrofluoric / nitric acid system is usually used, and the etching process of Si at this time is as follows: Si + 2O → SiO 2 (10) SiO 2 + 4HF → SiF 4 + H 2 O (11) as shown in, Si is oxidized by nitric acid, and transformed into SiO 2, the etching of Si proceeds by etching the SiO 2 with hydrofluoric acid.

【0039】同様に結晶Siをエッチングする方法とし
ては、上記フッ硝酸系エッチング液の他に、 エチレンジアミン系 KOH系 ヒドラジン系 などがある。
Similarly, as a method for etching crystalline Si, there are an ethylenediamine-based KOH-based hydrazine-based method and the like in addition to the above-mentioned hydrofluoric-nitric acid-based etchant.

【0040】本発明で特に有効な重要な多孔質Siの選
択エッチング方法は、結晶Siに対してはエッチング作
用を持たない弗酸、あるいはバッファード弗酸を用いる
ものである。このエッチングにおいては、さらに酸化剤
として作用する過酸化水素を添加しても良い。過酸化水
素は、酸化剤として作用し、過酸化水素の比率を変える
ことにより反応速度を制御することが可能である。ま
た、表面活性剤として作用するアルコ−ルを添加しても
よい。アルコールは、表面活性剤として作用し、エッチ
ングによる反応生成気体の気泡を瞬時にエッチング表面
から除去し、均一に、かつ効率良く多孔質Siの選択エ
ッチングが可能となる。
An important method for selectively etching porous Si, which is particularly effective in the present invention, is to use hydrofluoric acid or buffered hydrofluoric acid having no etching effect on crystalline Si. In this etching, hydrogen peroxide acting as an oxidizing agent may be further added. Hydrogen peroxide acts as an oxidizing agent, and the reaction rate can be controlled by changing the ratio of hydrogen peroxide. Further, an alcohol acting as a surfactant may be added. Alcohol acts as a surface active agent, instantaneously removes bubbles of a reaction product gas from the etching surface, and enables uniform and efficient selective etching of porous Si.

【0041】図1(b) 、図4(b)に示すように、
基体として、たとえばシリコン基板などの下地材料の表
面に絶縁層を配した基体、あるいは、ガラスに代表され
る光透過性絶縁物基体13を用意して、多孔質Si基板
上の単結晶Si層表面を基体表面に貼りつけ、多層構造
体を形成する。
As shown in FIGS. 1 (b) and 4 (b),
As a substrate, for example, a substrate in which an insulating layer is disposed on the surface of a base material such as a silicon substrate, or a light-transmitting insulator substrate 13 represented by glass is prepared, and the surface of a single-crystal Si layer on a porous Si substrate is prepared. Is adhered to the substrate surface to form a multilayer structure.

【0042】貼り合わせに先だって、多孔質Si上の単
結晶Si層表面に酸化層を形成することにより、単結晶
シリコン層と絶縁層の界面をあらかじめ形成しておいて
も良い。該酸化層は、デバイスを作成する際に重要な役
割をはたす。すなわち、Si活性層の下地界面により発
生する界面準位は貼り合わせ界面、とくにガラス界面に
くらべて、単結晶シリコン層を酸化することにより形成
した下地界面の準位のほうがひくくでき、貼り合わせ界
面を活性層から離すことにより、貼り合わせ界面に生じ
ることのある準位を遠ざけることができるので、電子デ
バイスの特性は著しく向上される。また、多孔質Si上
の単結晶Si層表面に酸化層を形成し、Si基板や金属
基板等の任意の基体に貼り合わせてもよい。
Prior to the bonding, an interface between the single crystal silicon layer and the insulating layer may be formed in advance by forming an oxide layer on the surface of the single crystal Si layer on the porous Si. The oxide layer plays an important role in making a device. That is, the interface level generated by the underlying interface of the Si active layer can be lower at the underlying interface formed by oxidizing the single crystal silicon layer than at the bonding interface, especially at the glass interface. By separating from the active layer, a level that may be generated at the bonding interface can be kept away, so that the characteristics of the electronic device are significantly improved. Further, an oxide layer may be formed on the surface of the single crystal Si layer on the porous Si, and may be bonded to an arbitrary substrate such as a Si substrate or a metal substrate.

【0043】この後に、多孔質Si基板15を全部化学
エッチングにより除去して、図1(c)に示すように、
表面に絶縁層を有する基体上、ないしは、光透過性基体
上に薄膜化した単結晶シリコン層を残存させ形成する。
エッチングに先立ち、必要に応じてエッチング防止膜を
形成する。たとえばSi34層を堆積して、貼り合せた
2枚の基板全体を被覆して、多孔質シリコン基板の表面
上のSi34層を除去する。他のエッチング防止膜とし
てSi34層の代わりに、アピエゾンワックスを用いて
も良い。
Thereafter, the entire porous Si substrate 15 is removed by chemical etching, and as shown in FIG.
The thin single-crystal silicon layer is formed on a substrate having an insulating layer on its surface or on a light-transmitting substrate while remaining.
Prior to the etching, an etching prevention film is formed as necessary. For example, a Si 3 N 4 layer is deposited, the whole of the two bonded substrates is covered, and the Si 3 N 4 layer on the surface of the porous silicon substrate is removed. Apiezon wax may be used instead of the Si 3 N 4 layer as another etching prevention film.

【0044】図4(a)、(b)の工程の様に、多孔質
Siを基板の一部にのみ形成した場合は、多孔質層が露
出するまで、Siウエハ作製工程で通常用いる研削、研
磨、あるいは、弗酸、硝酸、酢酸の混合溶液等によるエ
ッチングにより多孔質層を形成した基体の裏面側を非多
孔質Siをあらかじめ除去したのち、上記した化学エッ
チングにより、多孔質シリコンを除去して、図4(c)
に示すように、表面に絶縁層を有する基体上、ないし
は、光透過性基体上に薄膜化した単結晶シリコン層を残
存させ形成する。
When the porous Si is formed only on a part of the substrate as in the steps shown in FIGS. 4A and 4B, grinding, which is usually used in the Si wafer manufacturing step, is performed until the porous layer is exposed. After removing the non-porous Si on the back surface side of the substrate on which the porous layer has been formed by polishing or etching with a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid, the porous silicon is removed by the chemical etching described above. And FIG. 4 (c)
As shown in (1), a thin single-crystal silicon layer is formed on a substrate having an insulating layer on its surface or on a light-transmitting substrate.

【0045】この後、多孔質シリコンを除去して得られ
た絶縁層上に非多孔質単結晶シリコン層を有する基体を
還元性雰囲気中で熱処理して、図1(d)、ないしは、
図4(d)に示すように平坦な表面を有する単結晶シリ
コン層を表面に絶縁層を有する基体、ないしは、光透過
性基体上に形成する。
Thereafter, a substrate having a non-porous single-crystal silicon layer on the insulating layer obtained by removing the porous silicon is heat-treated in a reducing atmosphere to obtain a substrate shown in FIG.
As shown in FIG. 4D, a single crystal silicon layer having a flat surface is formed on a substrate having an insulating layer on the surface or a light-transmitting substrate.

【0046】本発明者らは、エッチングして現われた非
多孔質シリコン単結晶表面の微小な荒れの除去につい
て、熱処理を用いる方法を検討した結果、還元性雰囲気
中の熱処理では、デバイスプロセスと同程度以下の温度
の熱処理で非多孔質シリコン単結晶表面の荒れを除去で
きることを見いだした。ここでいう還元性雰囲気とは、
例えば水素を含む雰囲気、ないしは、水素雰囲気が挙げ
られる。しかし、これに限定されるものではない。雰囲
気をかえて熱処理による表面荒れの変化を詳細に高分解
能走査型電子顕微鏡や原子間力顕微鏡等を用いて観察し
たところ、図5に示すような熱処理前の表面の凹凸が、
還元性雰囲気中での熱処理により減少し、平坦な表面を
有する単結晶薄層が得られることを知見するに至った。
しかも、研摩等で表面の荒れを除去する場合には、面内
で単結晶層の膜厚に分布を生じせしめる場合があるが、
本発明の還元性雰囲気での熱処理の場合は、微小な凹凸
が除去されるのみで、膜厚分布は変化しない。
The present inventors have studied a method using heat treatment for removing minute roughness on the surface of the non-porous silicon single crystal that has appeared after etching. As a result, the heat treatment in a reducing atmosphere is the same as that of the device process. It has been found that roughening of the surface of the non-porous silicon single crystal can be removed by a heat treatment at a temperature lower than the level. Here, the reducing atmosphere is
For example, an atmosphere containing hydrogen or a hydrogen atmosphere can be given. However, it is not limited to this. When the change in surface roughness due to heat treatment was observed in detail using a high-resolution scanning electron microscope or atomic force microscope while changing the atmosphere, as shown in FIG.
It has been found that a single-crystal thin layer having a flat surface is reduced by a heat treatment in a reducing atmosphere and is obtained.
Moreover, when the surface roughness is removed by polishing or the like, the thickness of the single crystal layer may be distributed in the plane,
In the case of the heat treatment in a reducing atmosphere according to the present invention, only the fine irregularities are removed, and the film thickness distribution does not change.

【0047】エッチングにより得られた非多孔質シリコ
ン単結晶層の表面の微細な構造を観察すると、数nmか
ら数十nmの高さ、数nmから数百nmの周期の凹凸が
観察されること(図5(a))があるが、還元性雰囲気
中で熱処理することにより、少なくとも高低差が数nm
以下、条件を整えれば、2nm以下の平坦な表面(図5
(b))が得られる。この現象は、エッチングというよ
りは、むしろ表面の再構成であると考えられる。即ち、
荒れた表面ては、表面エネルギーの高い陵状の部分が無
数に存在すること、結晶層の面方位に比して高次の面方
位の面が多く表面に露出しているが、これらの領域の表
面エネルギーは、第1の基板の表面の面方位における表
面エネルギーにくらべて高い。還元性雰囲気の熱処理で
は、例えば水素の還元作用により表面の自然酸化膜が水
素雰囲気の熱処理により除去され、熱処理中は常に除去
され再付着しないために、表面Si原子の移動のエネル
ギー障壁は下がる結果、熱エネルギーにより励起された
Si原子が移動し、表面エネルギーの低い、平坦な表面
を構成していくのだと考えられる。
When the fine structure of the surface of the non-porous silicon single crystal layer obtained by etching is observed, irregularities having a height of several nm to several tens nm and a period of several nm to several hundred nm are observed. (FIG. 5 (a)), but by performing a heat treatment in a reducing atmosphere, at least the height difference is several nm.
Hereinafter, if the conditions are adjusted, a flat surface of 2 nm or less (FIG. 5)
(B)) is obtained. This phenomenon is believed to be a surface reconstruction rather than etching. That is,
Rough surfaces have numerous ridges with high surface energy, and many higher-order planes are exposed on the surface compared to the plane orientation of the crystal layer. Is higher than the surface energy in the plane orientation of the surface of the first substrate. In a heat treatment in a reducing atmosphere, for example, a natural oxide film on the surface is removed by a heat treatment in a hydrogen atmosphere due to a reducing action of hydrogen, and is constantly removed during the heat treatment and does not adhere again. It is considered that Si atoms excited by thermal energy move to form a flat surface with low surface energy.

【0048】その結果、窒素雰囲気や、希ガス雰囲気で
は、表面が平坦化しないような1200℃以下の温度で
も、十分に平坦化がなされる。本発明による平坦化の温
度は、ガスの組成、圧力等によるが、概ね300℃以上
融点以下の熱処理、より好ましくは、500℃以上、特
に、1200℃以下で有効に作用する。また、圧力は還
元性が強いほど高い圧力でも平坦化が促進されるが、概
ね大気圧以下、より好ましくは200Torr以下であ
る。
As a result, in a nitrogen atmosphere or a rare gas atmosphere, the surface is sufficiently flattened even at a temperature of 1200 ° C. or less so that the surface is not flattened. The flattening temperature according to the present invention depends on the gas composition, pressure, etc., but it is effective at about 300 ° C. or higher but not higher than the melting point, more preferably at 500 ° C. or higher, especially 1200 ° C. or lower. The flattening is promoted even at a higher pressure as the pressure is higher as the reducing property is higher.

【0049】また、本現象は表面が清浄な状態で熱処理
することでその進行が開始するのであって、表面に厚く
自然酸化膜が形成されているような場合には、熱処理に
先立って、これを希弗酸などによるエッチングなどで除
去しておくことにより、表面の平坦化の開始が早まる。
This phenomenon starts when heat treatment is performed with the surface being clean. When a natural oxide film is thickly formed on the surface, this phenomenon occurs before the heat treatment. Is removed by etching with dilute hydrofluoric acid or the like, so that the flattening of the surface starts earlier.

【0050】図1(c)、図4(c)には本発明で得ら
れる半導体基板が示される。すなわち、表面に絶縁層を
有する基板、ないしは、光透過性基板13上に結晶性が
シリコンウエハ−と同等な単結晶Si層12が平坦に、
しかも均一に薄層化されて、ウエハ−全域に、大面積に
形成される。
FIGS. 1C and 4C show a semiconductor substrate obtained by the present invention. That is, a substrate having an insulating layer on the surface, or a single-crystal Si layer 12 having a crystallinity equivalent to that of a silicon wafer is flat on a light-transmitting substrate 13,
Moreover, the layer is uniformly thinned and formed over a large area over the entire wafer.

【0051】こうして得られた半導体基板は、絶縁分離
された電子素子作製という点から見ても好適に使用する
ことができる。
The semiconductor substrate thus obtained can be suitably used from the viewpoint of producing an insulated and separated electronic device.

【0052】[実施態様例2]以下、本発明の半導体基
板の作製方法を図面を参照しながら詳述する。
Embodiment 2 Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0053】図3(a)〜(c)は本発明の半導体基板
の作製方法を説明するための工程図で、夫々各工程に於
ける模式的切断面図として示されている。
FIGS. 3A to 3C are process diagrams for explaining a method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention, and are shown as schematic cross-sectional views in each process.

【0054】先ず、図3(a)に示される様に種々の薄
膜成長法によるエピタキシャル成長により低不純物濃度
層32を形成する。或は、P型Si単結晶基板31の表
面をプロトンをイオン注入してN型単結晶層32を形成
する。
First, as shown in FIG. 3A, a low impurity concentration layer 32 is formed by epitaxial growth using various thin film growth methods. Alternatively, protons are ion-implanted into the surface of the P-type Si single-crystal substrate 31 to form the N-type single-crystal layer 32.

【0055】次に、図3(b)に示される様にP型Si
単結晶基板31を裏面よりHF溶液を用いた陽極化成法
によって、多孔質Si33に変質させる。この多孔質S
i層は、単結晶Siの密度2.33g/cm3に比べ
て、その密度をHF溶液濃度を50〜20%に変化させ
ることで密度1.1〜0.6g/cm3の範囲に変化さ
せることができる。この多孔質層は、上述したように、
P型基板に形成される。
Next, as shown in FIG.
The single crystal substrate 31 is transformed from the rear surface into porous Si33 by an anodizing method using an HF solution. This porous S
The i-layer is changed in density from 1.1 to 0.6 g / cm 3 by changing the density of the HF solution to 50 to 20% compared to the density of single crystal Si of 2.33 g / cm 3. Can be done. This porous layer, as described above,
It is formed on a P-type substrate.

【0056】図3(c) に示すように、表面に絶縁層
を有する基板34を用意して、多孔質Si基板上の単結
晶Si層表面、ないしは、該単結晶Si層を酸化した表
面に該第2の基板34に貼りつける。また、多孔質Si
上の単結晶Si層表面に酸化層を形成し、Si基板等の
任意の基体に貼り合わせてもよい。
As shown in FIG. 3C, a substrate 34 having an insulating layer on the surface is prepared, and the surface of the single-crystal Si layer on the porous Si substrate or the surface of the single-crystal Si layer oxidized is prepared. It is attached to the second substrate 34. In addition, porous Si
An oxide layer may be formed on the surface of the upper single crystal Si layer, and may be bonded to an arbitrary substrate such as a Si substrate.

【0057】図3(c)に示すように、多孔質化したS
i基板33の多孔質を全部エッチング除去して、表面に
絶縁層を有する基板上に薄膜化した単結晶シリコン層を
残存させ形成する。
As shown in FIG. 3C, the porous S
The entire porosity of the i-substrate 33 is removed by etching, and a thin single-crystal silicon layer is formed and left on a substrate having an insulating layer on the surface.

【0058】この後、第1の実施態様例と同様の方法に
より、多孔質シリコンを除去して得られた絶縁層上に非
多孔質単結晶シリコン層を有する基体を還元性雰囲気中
で熱処理して、表面のラフネスを改善し、図3(e)に
示すような本発明で得られる半導体基板が示される。す
なわち、表面に絶縁層を有する基体、ないしは光透過性
基板34上に結晶性がシリコンウエハーと同等な単結晶
Si層32が平坦に、しかも均一に薄層化されて、ウエ
ハー全域に、大面積に形成される。
Thereafter, a substrate having a non-porous single-crystal silicon layer on an insulating layer obtained by removing porous silicon is heat-treated in a reducing atmosphere in the same manner as in the first embodiment. Thus, a semiconductor substrate obtained by improving the surface roughness and obtained by the present invention as shown in FIG. 3E is shown. That is, a single-crystal Si layer 32 having a crystallinity equivalent to that of a silicon wafer is flattened and uniformly thinned on a substrate having an insulating layer on the surface or on a light-transmitting substrate 34, and a large area is formed over the entire wafer. Formed.

【0059】こうして得られた半導体基板は、絶縁分離
された電子素子作製という点から見ても好適に使用する
ことができる。
The semiconductor substrate thus obtained can be suitably used from the viewpoint of producing an insulated electronic device.

【0060】以上は、多孔質化を行う前にN型層を形成
し、その後、陽極化成により選択的にP型基板のみを多
孔質化する方法である。
The above is a method in which the N-type layer is formed before the formation of the porous body, and thereafter only the P-type substrate is selectively made porous by anodizing.

【0061】[0061]

【実施例】以下、具体的な実施例によって本発明を説明
する。
The present invention will be described below with reference to specific examples.

【0062】(実施例1)600ミクロンの厚みを持っ
たP型(100)単結晶Si基板を50%のHF溶液中
において20分間、陽極化成を行った。この時の電流密
度は、5mA/cm2であった。この時の多孔質化速度
は、1μm/min.であり600ミクロンの厚みを持
ったP型(100)Si基板20μm程多孔質化され
た。
Example 1 A P-type (100) single crystal Si substrate having a thickness of 600 microns was anodized in a 50% HF solution for 20 minutes. The current density at this time was 5 mA / cm 2 . At this time, the rate of making porous is 1 μm / min. And a P-type (100) Si substrate having a thickness of 600 microns was made porous by about 20 μm.

【0063】該P型(100)多孔質Si基板上にCV
D法により、Siエピタキシャル層を2nm成長させ
た。堆積条件は、以下の通りである。
CV is applied on the P-type (100) porous Si substrate.
A 2 nm Si epitaxial layer was grown by the D method. The deposition conditions are as follows.

【0064】 温度:950℃ 圧力:80Torr ガス:SiH2Cl2/H2;0.5/180(l/min) 成長速度:0.33nm/secTemperature: 950 ° C. Pressure: 80 Torr Gas: SiH 2 Cl 2 / H 2 ; 0.5 / 180 (l / min) Growth rate: 0.33 nm / sec

【0065】次に、このエピタキシャル層の表面を50
nm熱酸化した。該熱酸化膜上に単結晶シリコン基板を
重ねあわせ、窒素雰囲気中で1000℃、2時間加熱す
ることにより、両者の基板は、強固に接合された。
Next, the surface of this epitaxial layer was
nm. A single crystal silicon substrate was superposed on the thermal oxide film, and heated at 1000 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere, whereby both substrates were firmly joined.

【0066】その後、多孔質化した基板側を裏面より研
削して、多孔質化されていないシリコン基板領域を除去
し、多孔質層を露出させた。
Thereafter, the porous substrate side was ground from the back surface to remove the nonporous silicon substrate region, exposing the porous layer.

【0067】その後、該張り合わせた基板を弗酸とアル
コールと過酸化水素水との混合液(10:6:50)で
撹はんすることなく選択エッチングする。20分後に
は、単結晶Si層だけがエッチングされずに残り、単結
晶Siをエッチ・ストップの材料として、多孔質Si基
板は選択エッチングされ、完全に除去された。
Thereafter, the bonded substrates are selectively etched without stirring with a mixed solution (10: 6: 50) of hydrofluoric acid, alcohol and hydrogen peroxide solution. After 20 minutes, only the single crystal Si layer remained without being etched, and the porous Si substrate was selectively etched using the single crystal Si as a material for the etch stop, and completely removed.

【0068】非多孔質Si単結晶の該エッチング液にた
いするエッチング速度は、極めて低く20分後でも40
オングストローム弱程度であり、多孔質層のエッチング
速度との選択比は十の五乗以上にも達し、非多孔質層に
おけるエッチング量(数十オングストローム)は実用上
無視できる膜厚減少である。すなわち、200ミクロン
の厚みをもった多孔質化されたSi基板は、除去され、
Si34層を除去した後には、酸化シリコン層を表面に
有するシリコン基板上に0.5μmの厚みを持った単結
晶Si層が形成できた。
The etching rate of the non-porous Si single crystal with respect to the etching solution is extremely low, and is 40
The selectivity with the etching rate of the porous layer reaches about 10 times or more, and the etching amount (several tens of angstroms) in the non-porous layer is a practically negligible decrease in film thickness. That is, the porous Si substrate having a thickness of 200 microns is removed,
After removing the Si 3 N 4 layer, a single-crystal Si layer having a thickness of 0.5 μm was formed on the silicon substrate having the silicon oxide layer on the surface.

【0069】この後、水素雰囲気中、950℃、80T
orrで熱処理を施した。この試料を原子間顕微鏡等に
より表面の平坦性を評価したところ、表面のラフネスは
水素処理前の荒れ20nmが1.5nmと良好になっ
た。
Thereafter, in a hydrogen atmosphere at 950 ° C. and 80 T
Heat treatment was performed at orr. The flatness of the surface of this sample was evaluated using an atomic microscope or the like. As a result, the surface roughness was as good as 1.5 nm with a roughness of 20 nm before hydrogen treatment.

【0070】また、透過型電子顕微鏡による断面観察の
結果、Si層には新たな結晶欠陥は導入されておらず、
良好な結晶性が維持されていることが確認された。
As a result of observation of a cross section by a transmission electron microscope, no new crystal defects were introduced into the Si layer.
It was confirmed that good crystallinity was maintained.

【0071】(実施例2)200ミクロンの厚みを持っ
たP型(100)単結晶Si基板を50%のHF溶液中
において陽極化成を行った。この時の電流密度は、10
0mA/cm2であった。この時の多孔質化速度は、
8.4μm/min.であり200ミクロンの厚みを持
ったP型(100)Si基板全体は、24分で多孔質化
された。
Example 2 A P-type (100) single-crystal Si substrate having a thickness of 200 μm was anodized in a 50% HF solution. The current density at this time is 10
It was 0 mA / cm 2 . The porosity rate at this time is
8.4 μm / min. The entire P-type (100) Si substrate having a thickness of 200 microns was made porous in 24 minutes.

【0072】該多孔質化した基板を酸素雰囲気中で、3
00℃1時間熱処理を施した。
The porous substrate is placed in an oxygen atmosphere at 3
Heat treatment was performed at 00 ° C. for 1 hour.

【0073】該P型(100)多孔質Si基板上にMB
E(分子線エピタキシー:Molecular Bea
m Epelaxy)法により、Siエピタキシャル層
を0.5ミクロン低温成長させた。堆積条件は、以下の
とおりである。
The MB was placed on the P-type (100) porous Si substrate.
E (Molecular Beam Epitaxy: Molecular Beam)
An Si epitaxial layer was grown at a low temperature of 0.5 μm by the mEpelxy) method. The deposition conditions are as follows.

【0074】 温度:700℃ 圧力:1×10-9Torr 成長速度:0.1nm/secTemperature: 700 ° C. Pressure: 1 × 10 −9 Torr Growth rate: 0.1 nm / sec

【0075】次に、このエピタキシャル層の表面を10
0nm熱酸化した。該熱酸化膜上に熱酸化法により、単
結晶シリコン基板を重ねあわせ、酸素雰囲気中で900
℃、2時間加熱することにより、両者の基板は、強固に
接合された。
Next, the surface of this epitaxial layer was
0 nm was thermally oxidized. A single crystal silicon substrate is superposed on the thermal oxide film by a thermal oxidation method,
By heating at 2 ° C. for 2 hours, both substrates were firmly joined.

【0076】プラズマCVD法によってSi34を0.
1μm堆積して、貼りあわせた2枚の基板を被覆して、
多孔質基板上の窒化膜のみを反応性イオンエッチングよ
って除去する。
[0086] Si 3 N 4 is reduced to 0.
1 μm is deposited, and the two bonded substrates are covered,
Only the nitride film on the porous substrate is removed by reactive ion etching.

【0077】その後、該張り合わせた基板をバッファー
ド弗酸とアルコールと過酸化水素水との混合液(10:
6:50)で撹はんすることなく選択エッチングする。
204分後には、単結晶Si層だけがエッチングされず
に残り、単結晶Siをエッチ・ストップの材料として、
多孔質Si基板は選択エッチングされ、完全に除去され
た。
After that, the bonded substrates were mixed with a mixed solution of buffered hydrofluoric acid, alcohol and hydrogen peroxide solution (10:
6:50), selective etching is performed without stirring.
After 204 minutes, only the single crystal Si layer remains without being etched, and the single crystal Si is used as an etch stop material.
The porous Si substrate was selectively etched and completely removed.

【0078】非多孔質Si単結晶の該エッチング液にた
いするエッチング速度は、極めて低く204分後でも4
0オングストローム弱程度であり、多孔質層のエッチン
グ速度との選択比は十の五乗以上にも達し、非多孔質層
におけるエッチング量(数十オングストローム)は実用
上無視できる膜厚減少である。すなわち、200ミクロ
ンの厚みをもった多孔質化されたSi基板は、除去さ
れ、Si34層を除去した後には、酸化シリコン層を表
面に有するシリコン基板上に0.5μmの厚みを持った
単結晶Si層が形成できた。
The etching rate of the non-porous Si single crystal with respect to the etching solution is extremely low, and the etching rate is 4 even after 204 minutes.
The selectivity with respect to the etching rate of the porous layer reaches about 10 times or more, and the etching amount (several tens of angstroms) in the non-porous layer is a film thickness reduction that can be ignored in practical use. That is, the porous Si substrate having a thickness of 200 microns is removed, and after the Si 3 N 4 layer is removed, the silicon substrate having a silicon oxide layer on the surface has a thickness of 0.5 μm. A single-crystal Si layer was formed.

【0079】この後、水素雰囲気中、950℃、80T
orrで熱処理を施した。この試料を原子間力顕微鏡等
により表面の平坦性を評価したところ、表面のラフネス
は水素処理前の荒れ20nmが1.5nmと良好になっ
た。
Then, at 950 ° C. and 80 T in a hydrogen atmosphere.
Heat treatment was performed at orr. When the flatness of the surface of this sample was evaluated using an atomic force microscope or the like, the roughness of the surface was improved to 1.5 nm from a roughness of 20 nm before hydrogen treatment.

【0080】また、透過型電子顕微鏡による断面観察の
結果、Si層には新たな結晶欠陥は導入されておらず、
良好な結晶性が維持されていることが確認された。
As a result of observation of a cross section by a transmission electron microscope, no new crystal defects were introduced into the Si layer.
It was confirmed that good crystallinity was maintained.

【0081】(実施例3)200ミクロンの厚みを持っ
たP型(100)単結晶Si基板を50%のHF溶液中
において陽極化成を行った。この時の電流密度は、10
0mA/cm2であった。この時の多孔質化速度は、
8.4μm/min.であり200ミクロンの厚みを持
ったP型(100)Si基板全体は、24分で多孔質化
された。
Example 3 A P-type (100) single crystal Si substrate having a thickness of 200 μm was anodized in a 50% HF solution. The current density at this time is 10
It was 0 mA / cm 2 . The porosity rate at this time is
8.4 μm / min. The entire P-type (100) Si substrate having a thickness of 200 microns was made porous in 24 minutes.

【0082】該P型(100)多孔質Si基板上にプラ
ズマCVD法により、Siエピタキシャル層を5μm低
温成長させた。堆積条件は、以下のとおりである。
An Si epitaxial layer was grown at a low temperature of 5 μm on the P-type (100) porous Si substrate by a plasma CVD method. The deposition conditions are as follows.

【0083】 ガス:SiH4 高周波電力:100W 温度:800℃ 圧力:1×10-1Torr 成長速度:2.5nm/secGas: SiH 4 High frequency power: 100 W Temperature: 800 ° C. Pressure: 1 × 10 −1 Torr Growth rate: 2.5 nm / sec

【0084】次に、このエピタキシャル層の表面を50
nm熱酸化した。該熱酸化膜上に光学研磨を施した溶融
石英(Fused Silica)基板を重ねあわせ、
酸素雰囲気中で400℃、20時間加熱することによ
り、両者の基板は、強固に接合された。
Next, the surface of this epitaxial layer was
nm. An optically polished fused silica substrate is superimposed on the thermal oxide film,
By heating at 400 ° C. for 20 hours in an oxygen atmosphere, both substrates were firmly joined.

【0085】その後、該張り合わせた基板を弗酸と過酸
化水素水との混合液(1:5)で撹拌しながら選択エッ
チングする。62分後には、単結晶Si層だけがエッチ
ングされずに残り、単結晶Siをエッチ・ストップの材
料として、多孔質Si基板は選択エッチングされ、完全
に除去された。
Thereafter, the bonded substrates are selectively etched while being stirred with a mixed solution (1: 5) of hydrofluoric acid and hydrogen peroxide solution. After 62 minutes, only the single-crystal Si layer remained without being etched, and the porous Si substrate was selectively etched using the single-crystal Si as a material for the etch stop and completely removed.

【0086】非多孔質Si単結晶の該エッチング液にた
いするエッチング速度は、極めて低く62分後でも20
オングストローム弱程度であり、多孔質層のエッチング
速度との選択比は十の五乗以上にも達し、非多孔質層に
おけるエッチング量(数十オングストローム)は実用上
無視できる膜厚減少である。すなわち、200ミクロン
の厚みをもった多孔質化されたSi基板は、除去され、
溶融石英基板上に5μmの厚みを持った単結晶Si層が
形成できた。
The etching rate of the non-porous Si single crystal with respect to the etching solution is extremely low, even after 62 minutes.
The selectivity with the etching rate of the porous layer reaches about 10 times or more, and the etching amount (several tens of angstroms) in the non-porous layer is a practically negligible decrease in film thickness. That is, the porous Si substrate having a thickness of 200 microns is removed,
A single-crystal Si layer having a thickness of 5 μm was formed on the fused quartz substrate.

【0087】この後、水素雰囲気中、1000℃、76
0Torrで熱処理を施した。この試料を原子間力顕微
鏡等により表面の平坦性を評価したところ、表面のラフ
ネスは水素処理前の荒れ20nmが1.6nmと良好に
なった。
Thereafter, in a hydrogen atmosphere, at 1000 ° C. and 76 ° C.
Heat treatment was performed at 0 Torr. When the flatness of the surface of this sample was evaluated using an atomic force microscope or the like, the roughness of the surface became good, with a roughness of 20 nm before hydrogen treatment being 1.6 nm.

【0088】また、透過型電子顕微鏡による断面観察の
結果、Si層には新たな結晶欠陥は導入されておらず、
良好な結晶性が維持されていることが確認された。
As a result of observation of a cross section with a transmission electron microscope, no new crystal defects were introduced into the Si layer.
It was confirmed that good crystallinity was maintained.

【0089】(実施例4)200ミクロンの厚みを持っ
たP型(100)単結晶Si基板を50%のHF溶液中
において陽極化成を行った。この時の電流密度は、10
0mA/cm2であった。この時の多孔質化速度は、
8.4μm/min.であり200ミクロンの厚みを持
ったP型(100)Si基板全体は、24分で多孔質化
された。
Example 4 A P-type (100) single-crystal Si substrate having a thickness of 200 μm was anodized in a 50% HF solution. The current density at this time is 10
It was 0 mA / cm 2 . The porosity rate at this time is
8.4 μm / min. The entire P-type (100) Si substrate having a thickness of 200 microns was made porous in 24 minutes.

【0090】該P型(100)多孔質Si基板上にCV
D法により、Siエピタキシャル層を1ミクロン低温成
長させた。堆積条件は、以下のとおりである。
The CV was placed on the P-type (100) porous Si substrate.
By the method D, a Si epitaxial layer was grown at a low temperature of 1 micron. The deposition conditions are as follows.

【0091】 ガス:SiH4(0.6l/min),H2(100l/min) 温度:850℃ 圧力:40Torr 成長速度:0.3um/minGas: SiH 4 (0.6 l / min), H 2 (100 l / min) Temperature: 850 ° C. Pressure: 40 Torr Growth rate: 0.3 μm / min

【0092】次に、このエピタキシャル層の表面を50
nm熱酸化した。該熱酸化膜上に光学研摩を施した50
0℃近辺に軟化点のあるガラス基板を重ねあわせ、酸素
雰囲気中で450℃、0.5時間加熱することにより、
両者の基板は、強固に接合された。
Next, the surface of this epitaxial layer was
nm. Optical polishing was performed on the thermal oxide film.
By laminating a glass substrate having a softening point near 0 ° C. and heating at 450 ° C. for 0.5 hour in an oxygen atmosphere,
Both substrates were firmly joined.

【0093】その後、該張り合わせた基板をバッファー
ド弗酸とアルコールと過酸化水素水との混合液(10:
6:50)で撹はんすることなく選択エッチングする。
204分後には、単結晶Si層だけがエッチングされず
に残り、単結晶Siをエッチ・ストップの材料として、
多孔質Si基板は選択エッチングされ、完全に除去され
た。
Then, the bonded substrates were mixed with a mixed solution of buffered hydrofluoric acid, alcohol and aqueous hydrogen peroxide (10:
6:50), selective etching is performed without stirring.
After 204 minutes, only the single crystal Si layer remains without being etched, and the single crystal Si is used as an etch stop material.
The porous Si substrate was selectively etched and completely removed.

【0094】非多孔質Si単結晶の該エッチング液にた
いするエッチング速度は、極めて低く204分後でも4
0オングストローム弱程度であり、多孔質層のエッチン
グ速度との選択比は十の五乗以上にも達し、非多孔質層
におけるエッチング量(数十オングストローム)は実用
上無視できる膜厚減少である。すなわち、200ミクロ
ンの厚みをもった多孔質化されたSi基板は除去され、
低軟化点ガラス基板上に1μm厚みを持った単結晶Si
層が形成できた。
The etching rate of the non-porous Si single crystal with respect to the etching solution was extremely low even after 204 minutes.
The selectivity with respect to the etching rate of the porous layer reaches about 10 times or more, and the etching amount (several tens of angstroms) in the non-porous layer is a film thickness reduction that can be ignored in practical use. That is, the porous Si substrate having a thickness of 200 microns is removed,
1μm thick single crystal Si on low softening point glass substrate
A layer could be formed.

【0095】この後、水素雰囲気中、900deg℃、
10Torrで熱処理を施した。この試料を原子間力顕
微鏡等により表面の平坦性を評価したところ、表面のラ
フネスは水素処理前の荒れ20nmが1.7nmと良好
になった。
Then, in a hydrogen atmosphere, 900 deg.
Heat treatment was performed at 10 Torr. When the flatness of the surface of this sample was evaluated using an atomic force microscope or the like, the roughness of the surface was as good as 1.7 nm with a roughness of 20 nm before hydrogen treatment.

【0096】また、透過型電子顕微鏡による断面観察の
結果、Si層には新たな結晶欠陥は導入されておらず、
良好な結晶性が維持されていることが確認された。
As a result of observation of a cross section by a transmission electron microscope, no new crystal defects were introduced into the Si layer.
It was confirmed that good crystallinity was maintained.

【0097】(実施例5)525ミクロンの厚みを持っ
たP型(100)単結晶Si基板を50%のHF溶液中
において陽極化成を行った。この時の電流密度は、5m
A/cm2であった。この時の多孔質化速度は、1μm
/min.であり525ミクロンの厚みを持ったP型
(100)Si基板の表面は、20μmの多孔質化され
た。
Example 5 A P-type (100) single-crystal Si substrate having a thickness of 525 μm was anodized in a 50% HF solution. The current density at this time is 5 m
A / cm 2 . At this time, the rate of making porous is 1 μm
/ Min. The surface of a P-type (100) Si substrate having a thickness of 525 μm was made 20 μm porous.

【0098】該多孔質化した基板を酸素雰囲気中で、3
00℃、1時間熱処理を施した。
The porous substrate was placed in an oxygen atmosphere at 3
Heat treatment was performed at 00 ° C. for 1 hour.

【0099】該P型(100)多孔質Si基板上にバイ
アス スパッター法により、Siエピタキシャル層を
1.0ミクロン低温成長させた。成長条件は、以下のと
おりである。
An Si epitaxial layer was grown at a low temperature of 1.0 μm on the P-type (100) porous Si substrate by a bias sputtering method. The growth conditions are as follows.

【0100】 RF周波数:100MHz 高周波電力:600W 温度:300℃ Arガス圧力:8×10-3Torr 成長時間:120分 ターゲット直流バイアス:−200V 基板直流バイアス:+5VRF frequency: 100 MHz High frequency power: 600 W Temperature: 300 ° C. Ar gas pressure: 8 × 10 −3 Torr Growth time: 120 minutes Target DC bias: −200 V Substrate DC bias: +5 V

【0101】次に、このエピタキシャル層の表面に熱酸
化法により500nmの酸化シリコン層を形成した。該
熱酸化膜上にSi基板を重ねあわせ、窒素雰囲気中で1
000℃、2時間加熱することにより、両者の基板は、
強固に接合された。
Next, a 500 nm silicon oxide layer was formed on the surface of the epitaxial layer by a thermal oxidation method. An Si substrate is superimposed on the thermal oxide film, and is placed in a nitrogen atmosphere for 1 hour.
By heating at 000 ° C. for 2 hours, both substrates are
Strongly joined.

【0102】その後、多孔質化した基板側を裏面より研
削することにより多孔質化されていないシリコン基板領
域を除去し、多孔質層を露出させる。
Thereafter, the nonporous silicon substrate region is removed by grinding the porous substrate side from the back surface, exposing the porous layer.

【0103】その後、該貼りあわせた基板をバッファー
ド弗酸とアルコールと過酸化水素水との混合液(10:
6:50)で撹はんすることなく選択エッチングする。
20分後には、単結晶Si層だけがエッチングされずに
残り、単結晶Siをエッチ・ストップの材料として、多
孔質Si基板は選択エッチングされ、完全に除去され
た。
Then, the bonded substrate was mixed with a mixed solution of buffered hydrofluoric acid, alcohol and hydrogen peroxide solution (10:
6:50), selective etching is performed without stirring.
After 20 minutes, only the single crystal Si layer remained without being etched, and the porous Si substrate was selectively etched using the single crystal Si as a material for the etch stop, and completely removed.

【0104】非多孔質Si単結晶の該エッチング液にた
いするエッチング速度は、極めて低く204分後でも4
0オングストローム弱程度であり、多孔質層のエッチン
グ速度との選択比は十の五乗以上にも達し、非多孔質層
におけるエッチング量(数十オングストローム)は実用
上無視できる膜厚減少である。すなわち、200ミクロ
ンの厚みをもった多孔質化されたSi基板は除去され、
Si基板上に500nmの酸化層を介して、0.75μ
mの厚みを持った単結晶Si層が形成できた。
The etching rate of the non-porous Si single crystal with respect to the etching solution was extremely low, and the etching rate was 4 minutes even after 204 minutes.
The selectivity with respect to the etching rate of the porous layer reaches about 10 times or more, and the etching amount (several tens of angstroms) in the non-porous layer is a film thickness reduction that can be ignored in practical use. That is, the porous Si substrate having a thickness of 200 microns is removed,
0.75 μm on a Si substrate via a 500 nm oxide layer
A single-crystal Si layer having a thickness of m was formed.

【0105】この後、水素雰囲気中、900deg℃、
10Torrで熱処理を施した。この試料を原子間力顕
微鏡等により表面の平坦性を評価したところ、表面のラ
フネスは水素処理前の荒れ20nmが1.7nmと良好
になった。
Thereafter, in a hydrogen atmosphere, 900 deg.
Heat treatment was performed at 10 Torr. When the flatness of the surface of this sample was evaluated using an atomic force microscope or the like, the roughness of the surface was as good as 1.7 nm with a roughness of 20 nm before hydrogen treatment.

【0106】また、透過型電子顕微鏡による断面観察の
結果、Si層には新たな結晶欠陥は導入されておらず、
良好な結晶性が維持されていることが確認された。
As a result of observation of a cross section with a transmission electron microscope, no new crystal defects were introduced into the Si layer.
It was confirmed that good crystallinity was maintained.

【0107】(実施例6)600ミクロンの厚みを持っ
たP型(100)単結晶Si基板を50%のHF溶液中
において陽極化成を行った。この時電流密度は、5mA
/cm2であった。この時の多孔質化速度は、1μm/
min.であり600ミクロンの厚みを持ったP型(1
00)Si基板は、20μmの多孔質化された。
(Example 6) A P-type (100) single crystal Si substrate having a thickness of 600 microns was anodized in a 50% HF solution. At this time, the current density was 5 mA
/ Cm 2 . At this time, the rate of making porous is 1 μm /
min. And a P-type (1
00) The Si substrate was made 20 μm porous.

【0108】該P型(100)多孔質Si基板上に液相
成長法により、Siエピタキシャル層を10ミクロン低
温成長させた。堆積条件は、以下のとおりである。
A 10 μm low-temperature Si epitaxial layer was grown on the P-type (100) porous Si substrate by a liquid phase growth method. The deposition conditions are as follows.

【0109】 溶媒:Sn 成長温度:900℃ 成長雰囲気:H2 成長時間:20分Solvent: Sn Growth temperature: 900 ° C. Growth atmosphere: H 2 Growth time: 20 minutes

【0110】該Siエピタキシャル層上に表面に1μm
の酸化シリコン層を形成した単結晶シリコン基板を重ね
あわせ、酸素雰囲気中で700℃、5時間加熱すること
により、両者の基板は、強固に接合された。
On the surface of the Si epitaxial layer, 1 μm
The single-crystal silicon substrates on which the silicon oxide layers were formed were superposed and heated at 700 ° C. for 5 hours in an oxygen atmosphere, whereby both substrates were firmly joined.

【0111】その後、多孔質化した基板側を裏面より研
削することにより、多孔質化されていないシリコン基板
領域を除去し、多孔質層を露出させた。
Thereafter, the nonporous silicon substrate region was removed by grinding the porous substrate side from the back surface, exposing the porous layer.

【0112】その後、該張り合わせた基板をバッファー
ド弗酸とアルコールと過酸化水素水との混合液(10:
6:50)で撹はんすることなく選択エッチングする。
20分後には、単結晶Si層だけがエッチングされずに
残り、単結晶Siをエッチ・ストップの材料として、多
孔質Si基板は選択エッチングされ、完全に除去され
た。
Thereafter, the bonded substrates were mixed with a mixed solution of buffered hydrofluoric acid, alcohol and hydrogen peroxide solution (10:
6:50), selective etching is performed without stirring.
After 20 minutes, only the single crystal Si layer remained without being etched, and the porous Si substrate was selectively etched using the single crystal Si as a material for the etch stop, and completely removed.

【0113】非多孔質Si単結晶の該エッチング液にた
いするエッチング速度は、極めて低く20分後でも10
オングストローム弱程度であり、多孔質層のエッチング
速度との選択比は十の五乗以上にも達し、非多孔質層に
おけるエッチング量(数十オングストローム)は実用上
無視できる膜厚減少である。すなわち、多孔質化された
Si基板は除去され、表面に酸化層を有するシリコン基
板上に10μm の厚みを持った単結晶Si層が形成で
きた。
The etching rate of the non-porous Si single crystal with respect to the etching solution was extremely low, even after 20 minutes.
The selectivity with the etching rate of the porous layer reaches about 10 times or more, and the etching amount (several tens of angstroms) in the non-porous layer is a practically negligible decrease in film thickness. That is, the porous Si substrate was removed, and a single-crystal Si layer having a thickness of 10 μm was formed on the silicon substrate having an oxide layer on the surface.

【0114】この後、水素雰囲気中、950℃、80T
orrで熱処理を施した。この試料を原子間力顕微鏡等
により表面の平坦性を評価したところ、表面のラフネス
は水素処理前の荒れ20nmが1.7nmと良好になっ
た。
Thereafter, in a hydrogen atmosphere, at 950 ° C. and 80 T
Heat treatment was performed at orr. When the flatness of the surface of this sample was evaluated using an atomic force microscope or the like, the roughness of the surface was as good as 1.7 nm with a roughness of 20 nm before hydrogen treatment.

【0115】また、透過型電子顕微鏡による断面観察の
結果、Si層には新たな結晶欠陥は導入されておらず、
良好な結晶性が維持されていることが確認された。
As a result of observation of a cross section by a transmission electron microscope, no new crystal defects were introduced into the Si layer.
It was confirmed that good crystallinity was maintained.

【0116】(実施例7)200ミクロンの厚みを持っ
たP型(100)Si基板上にCVD法により、Siエ
ピタキシャル層を0.5ミクロン成長させた。堆積条件
は、以下の通りである。
Example 7 A Si epitaxial layer was grown to 0.5 μm on a P-type (100) Si substrate having a thickness of 200 μm by CVD. The deposition conditions are as follows.

【0117】 反応ガス流量:SiH2Cl2 1000SCCM :H2 230/min 温度:1080℃ 圧力:80Torr 時間:1minReaction gas flow rate: SiH 2 Cl 2 1000 SCCM: H 2 230 / min Temperature: 1080 ° C. Pressure: 80 Torr Time: 1 min

【0118】この基板を50%のHF溶液中において陽
極化成を行った。この時の電流密度は、100mA/c
2であった。この時の多孔質化速度は、8.4μm/
minであり200ミクロンの厚みを持ったP型(10
0)Si基板全体は、24分で多孔質化された。前述し
たようにこの陽極化成では、P型(100)Si基板の
みが多孔質化されSiエピタキシャル層には変化がなか
った。
The substrate was anodized in a 50% HF solution. The current density at this time is 100 mA / c
m 2 . The porosity rate at this time is 8.4 μm /
min and a P-type (10
0) The entire Si substrate was made porous in 24 minutes. As described above, in this anodization, only the P-type (100) Si substrate was made porous and the Si epitaxial layer did not change.

【0119】次に、このエピタキシャル層の表面を50
nm熱酸化した。該熱酸化膜上に光学研摩を施した溶液
石英ガラス(Fused Silical)基板を重ね
あわせ、酸素雰囲気中で800℃、3時間加熱すること
により、両者の基板は、強固に接合された。
Next, the surface of this epitaxial layer was
nm. An optically polished solution silica glass (Fused Silicon) substrate was overlaid on the thermal oxide film, and heated at 800 ° C. for 3 hours in an oxygen atmosphere, whereby both substrates were firmly joined.

【0120】その後、該張り合わせた基板をバッファー
ド弗酸とアルコールと過酸化水素水との混合液(10:
6:50)で撹はんすることなく選択エッチングする。
204分後には、単結晶Si層だけがエッチングされず
に残り、単結晶Siをエッチ・ストップの材料として、
多孔質Si基板は選択エッチングされ、完全に除去され
た。
Then, the bonded substrates were mixed with a mixed solution of buffered hydrofluoric acid, alcohol and hydrogen peroxide solution (10:
6:50), selective etching is performed without stirring.
After 204 minutes, only the single crystal Si layer remains without being etched, and the single crystal Si is used as an etch stop material.
The porous Si substrate was selectively etched and completely removed.

【0121】非多孔質Si単結晶の該エッチング液にた
いするエッチング速度は、極めて低く204分後でも4
0オングストローム弱程度であり、多孔質層のエッチン
グ速度との選択比は十の五乗以上にも達し、非多孔質層
におけるエッチング量(数十オングストローム)は実用
上無視できる膜厚減少である。すなわち、200ミクロ
ンの厚みをもった多孔質化されたSi基板は除去され、
Si34層を除去した後には、溶融石英ガラス基板上に
0.5μmの厚みを持った単結晶Si層が形成できた。
The etching rate of the non-porous Si single crystal with respect to the etching solution is extremely low, and the
The selectivity with respect to the etching rate of the porous layer reaches about 10 times or more, and the etching amount (several tens of angstroms) in the non-porous layer is a film thickness reduction that can be ignored in practical use. That is, the porous Si substrate having a thickness of 200 microns is removed,
After removing the Si 3 N 4 layer, a single-crystal Si layer having a thickness of 0.5 μm was formed on the fused silica glass substrate.

【0122】この後、水素雰囲気中、950deg℃、
80Torrで熱処理を施した。この試料を原子間力顕
微鏡等により表面の平坦性を評価したところ、表面のラ
フネスは水素処理前の荒れ20nmが1.7nmと良好
になった。
Thereafter, in a hydrogen atmosphere, at 950 deg.
Heat treatment was performed at 80 Torr. When the flatness of the surface of this sample was evaluated using an atomic force microscope or the like, the roughness of the surface was as good as 1.7 nm with a roughness of 20 nm before hydrogen treatment.

【0123】透過型電子顕微鏡による断面観察の結果、
Si層には新たな結晶欠陥は導入されておらず、良好な
結晶性が維持されていることが確認された。
As a result of cross-sectional observation by a transmission electron microscope,
No new crystal defects were introduced into the Si layer, and it was confirmed that good crystallinity was maintained.

【0124】(実施例8)200ミクロンの厚みを持っ
たP型(100)Si基板表面にプロトンのイオン注入
によって、N型Si層を1ミクロン形成した。H+ 注
入量は、5×1015(ions/cm2)であった。こ
の基板を50%のHF溶液中において陽極化成を行っ
た。この時の電流密度は、100mA/cm2であっ
た。この時の多孔質化速度は、8.4μm/min.で
あり、200ミクロンの厚みを持ったP型(100)S
i基板全体は、24分で多孔質化された。前述したよう
にこの陽極化成では、P型(100)Si基板のみが多
孔質化されN型Si層には変化がなかった。
Example 8 An N-type Si layer was formed to a thickness of 1 μm on the surface of a P-type (100) Si substrate having a thickness of 200 μm by ion implantation of protons. The H + implantation dose was 5 × 10 15 (ions / cm 2 ). This substrate was anodized in a 50% HF solution. The current density at this time was 100 mA / cm 2 . At this time, the rate of making porous is 8.4 μm / min. P-type (100) S with a thickness of 200 microns
The entire i-substrate was made porous in 24 minutes. As described above, in this anodization, only the P-type (100) Si substrate was made porous, and the N-type Si layer did not change.

【0125】次に、このN型単結晶層の表面を50nm
熱酸化した。該熱酸化膜上に光学研磨を施した溶融石英
ガラス基板を重ねあわせ、酸素雰囲気中で800℃、
0.5時間加熱することにより、両者の基板は、強固に
接合された。
Next, the surface of this N-type single crystal layer was
Thermally oxidized. A fused silica glass substrate that has been optically polished is superimposed on the thermal oxide film, and is placed at 800 ° C. in an oxygen atmosphere.
By heating for 0.5 hour, both substrates were firmly joined.

【0126】減圧CVD法によってSi34を0.1μ
m堆積して、貼りあわせた2枚の基板を被覆して、多孔
質基板上の窒化膜のみを反応性イオンエッチングよって
除去する。
0.1 μm of Si 3 N 4 is formed by a low pressure CVD method.
Then, the two substrates that have been deposited and adhered are covered, and only the nitride film on the porous substrate is removed by reactive ion etching.

【0127】その後、該張り合わせた基板をバッファー
ド弗酸とアルコールと過酸化水素水との混合液(10:
6:50)で撹はんすることなく選択エッチングする。
204分後には、単結晶Si層だけがエッチングされず
に残り、単結晶Siをエッチ・ストップの材料として、
多孔質Si基板は選択エッチングされ、完全に除去され
た。
Thereafter, the bonded substrate was mixed with a mixed solution of buffered hydrofluoric acid, alcohol and hydrogen peroxide solution (10:
6:50), selective etching is performed without stirring.
After 204 minutes, only the single crystal Si layer remains without being etched, and the single crystal Si is used as an etch stop material.
The porous Si substrate was selectively etched and completely removed.

【0128】非多孔質Si単結晶の該エッチング液にた
いするエッチング速度は、極めて低く204分後でも4
0オングストローム弱程度であり、多孔質層のエッチン
グ速度との選択比は十の五乗以上にも達し、非多孔質層
におけるエッチング量(数十オングストローム)は実用
上無視できる膜厚減少である。すなわち、200ミクロ
ンの厚みをもった多孔質化されたSi基板は除去され、
Si34層を除去した後には、ガラス基板上に1.0μ
mの厚みを持った単結晶Si層が形成できた。
The etching rate of the non-porous Si single crystal with respect to the etching solution was extremely low, even after 204 minutes.
The selectivity with respect to the etching rate of the porous layer reaches about 10 times or more, and the etching amount (several tens of angstroms) in the non-porous layer is a film thickness reduction that can be ignored in practical use. That is, the porous Si substrate having a thickness of 200 microns is removed,
After removing the Si 3 N 4 layer, a 1.0 μm
A single-crystal Si layer having a thickness of m was formed.

【0129】また、Si34層の代わりに、アピエゾン
ワックス、或いは、エレクトロンワックスを被覆した場
合にも同様の効果があり、多孔質化されたSi基板のみ
を完全に除去しえる。
The same effect can also be obtained when apiesone wax or electron wax is applied instead of the Si 3 N 4 layer, and only the porous Si substrate can be completely removed.

【0130】この後、水素雰囲気中、950deg℃、
80Torrで熱処理を施した。この試料を原子間力顕
微鏡等により表面の平坦性を評価したところ、表面のラ
フネスは水素処理前の荒れ20nmが1.7nmと良好
になった。
Thereafter, in a hydrogen atmosphere, at 950 deg.
Heat treatment was performed at 80 Torr. When the flatness of the surface of this sample was evaluated using an atomic force microscope or the like, the roughness of the surface was as good as 1.7 nm with a roughness of 20 nm before hydrogen treatment.

【0131】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、S
i層には新たな結晶欠陥は導入されておらず、良好な結
晶性が維持されていることが確認された。
As a result of observation of a cross section by a transmission electron microscope, S
No new crystal defects were introduced into the i-layer, and it was confirmed that good crystallinity was maintained.

【0132】[0132]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
上記したような問題点及び上記したような要求に答え得
る半導体基板の作製方法を提案することができる。
As described in detail above, according to the present invention,
It is possible to propose a method for manufacturing a semiconductor substrate which can solve the above problems and the above requirements.

【0133】また、本発明によれば、表面に絶縁層を有
する基体、ないしは、ガラスに代表される光透過性絶縁
物基板上に結晶性、及び、表面平坦性が単結晶ウエハ−
並に優れたSi結晶層を得るうえで、生産性、均一性、
制御性、経済性の面において卓越した方法を提供するこ
とができる。また、本発明によれば、多孔質シリコン層
を効率的に選択エッチングできる。
According to the present invention, a substrate having an insulating layer on the surface or a light-transmissive insulating substrate represented by glass is formed on a single-crystal wafer having crystallinity and surface flatness.
Productivity, uniformity,
An excellent method in terms of controllability and economy can be provided. Further, according to the present invention, the porous silicon layer can be selectively etched efficiently.

【0134】特に、本発明によれば、単結晶シリコン薄
層表面を研磨や、エッチングなどの該単結晶シリコン薄
層を除去したりせずに、該表面を平坦化できるので、基
板面内における単結晶シリコン薄層の膜厚のばら付きを
低減できる。
In particular, according to the present invention, the surface of the single-crystal silicon thin layer can be flattened without polishing or etching to remove the single-crystal silicon thin layer. Variations in the thickness of the single crystal silicon thin layer can be reduced.

【0135】更に本発明によれば、従来のSOIデバイ
スの利点を実現し、応用可能な半導体基板の作製方法を
提案することができる。
Further, according to the present invention, an advantage of a conventional SOI device can be realized, and a method of manufacturing a semiconductor substrate which can be applied can be proposed.

【0136】また、本発明によれば、SOI構造の大規
模集積回路を作製する際にも、高価なSOSや、SIM
OXの代替足り得る半導体基板の作製方法を提案するこ
とができる。
According to the present invention, even when a large-scale integrated circuit having an SOI structure is manufactured, an expensive SOS or SIM is required.
It is possible to propose a method for manufacturing a semiconductor substrate which can be substituted for OX.

【0137】本発明によれば、元々良質な単結晶Si基
板を出発材料として、単結晶層を表面にのみに残して下
部のSi基板を化学的に除去して光透過性絶縁物基板上
に移設させるものであり、実施例にも詳細に記述したよ
うに、多数処理を短時間に行うことが可能となり、その
生産性と経済性に多大の進歩がある。
According to the present invention, a high-quality single-crystal Si substrate is used as a starting material, and a single-crystal layer is left only on the surface, and the lower Si substrate is chemically removed to form on the light-transmitting insulator substrate. As described in detail in the embodiment, it is possible to perform many processes in a short time, and there is a great improvement in productivity and economic efficiency.

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

【図1】本発明の工程を説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a process of the present invention.

【図2】多孔質と非多孔質Siのエッチング特性を示す
グラフ図である。
FIG. 2 is a graph showing etching characteristics of porous and non-porous Si.

【図3】本発明の工程を説明するための模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a process of the present invention.

【図4】本発明の工程を説明するための模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a process of the present invention.

【図5】非多孔質シリコン単結晶の表面の結晶の構造を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a crystal structure on the surface of a non-porous silicon single crystal.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 多孔質シリコン層を有する第1の基板を
用意する工程、該第1の基板を酸素雰囲気中で第1の熱
処理する工程、該多孔質シリコン層上に非多孔質単結晶
半導体層を形成する工程、該第1の基板と第2の基板と
を絶縁層を介して、且つ前記非多孔質単結晶半導体層が
内側に位置する多層構造体が得られるように貼り合わせ
る工程、前記多層構造体から前記多孔質シリコン層を除
去する工程、及び前記多孔質シリコン層が除去され、前
記第2の基板上に前記絶縁層を介して移設された前記非
多孔質単結晶半導体層を水素を含む還元性雰囲気中で、
且つ前記非多孔質単結晶半導体層の融点以下の温度で第
2の熱処理する工程、とを有することを特徴とする半導
体基板の作製方法。
1. A step of preparing a first substrate having a porous silicon layer, a step of performing a first heat treatment on the first substrate in an oxygen atmosphere, and a step of forming a non-porous single crystal semiconductor on the porous silicon layer. Forming a layer, bonding the first substrate and the second substrate through an insulating layer, and obtaining a multilayer structure in which the non-porous single-crystal semiconductor layer is located inside; Removing the porous silicon layer from the multilayer structure, and removing the porous silicon layer from the non-porous single-crystal semiconductor layer transferred to the second substrate via the insulating layer. In a reducing atmosphere containing hydrogen,
And performing a second heat treatment at a temperature equal to or lower than the melting point of the non-porous single-crystal semiconductor layer.
【請求項2】 多孔質シリコン層を有する第1の基板を
用意する工程、該第1の基板を酸素雰囲気中で第1の熱
処理する工程、該多孔質シリコン層上に非多孔質単結晶
半導体層を形成する工程、該第1の基板と光透過性の第
2の基板とを前記非多孔質単結晶半導体層が内側に位置
する多層構造体が得られるように貼り合わせる工程、前
記多層構造体から前記多孔質シリコン層を除去する工
程、及び前記多孔質シリコン層が除去され、前記第2の
基板上に移設された前記非多孔質単結晶半導体層を水素
を含む還元性雰囲気中で、且つ前記非多孔質単結晶半導
体層の融点以下の温度で第2の熱処理する工程、とを有
することを特徴とする半導体基板の作製方法。
2. A step of preparing a first substrate having a porous silicon layer, a step of subjecting the first substrate to a first heat treatment in an oxygen atmosphere, and a step of forming a non-porous single crystal semiconductor on the porous silicon layer. Forming a layer, bonding the first substrate and the light-transmitting second substrate so as to obtain a multilayer structure in which the non-porous single crystal semiconductor layer is located, and the multilayer structure Removing the porous silicon layer from the body, and removing the porous silicon layer, transferring the non-porous single crystal semiconductor layer transferred on the second substrate in a reducing atmosphere containing hydrogen, And performing a second heat treatment at a temperature equal to or lower than the melting point of the non-porous single-crystal semiconductor layer.
【請求項3】 前記請求項1または2のいずれかに記載
の半導体基板の作製方法により作製された半導体基板。
3. A semiconductor substrate manufactured by the method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1.
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