JP5865057B2 - Semiconductor substrate recycling method and SOI substrate manufacturing method - Google Patents

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Description

半導体基板の再生方法に関する。また、該半導体基板の再生方法を利用した、再生半導体基板の作製方法に関する。また、SOI(Silicon on Insulator)基板の作製方法に関する。 The present invention relates to a method for regenerating a semiconductor substrate. The present invention also relates to a method for manufacturing a regenerated semiconductor substrate using the method for regenerating the semiconductor substrate. The present invention also relates to a method for manufacturing an SOI (Silicon on Insulator) substrate.

近年、絶縁表面に薄い単結晶シリコン層が設けられたSOI基板を用いた集積回路が開発されている。絶縁表面上に形成された薄い単結晶シリコン層の特徴を活かすことで、集積回路中のトランジスタ同士を完全に分離して形成することができる。また、トランジスタを完全空乏型とすることができるため、高集積、高速駆動、低消費電圧など、付加価値の高い半導体集積回路を実現することができる。 In recent years, an integrated circuit using an SOI substrate in which a thin single crystal silicon layer is provided on an insulating surface has been developed. By utilizing the characteristics of the thin single crystal silicon layer formed over the insulating surface, the transistors in the integrated circuit can be completely separated from each other. Further, since the transistor can be a fully depleted type, a semiconductor integrated circuit with high added value such as high integration, high speed driving, and low power consumption can be realized.

SOI基板を作製する方法の一つとして、水素イオン注入剥離法が知られている。水素イオン注入剥離法は、水素イオンを注入した単結晶シリコン基板(ボンド基板)を、絶縁層を介して別の基板(ベース基板)に貼り合わせ、その後の熱処理によってイオン注入領域においてボンド基板を分離することで、ベース基板上に単結晶シリコン層を得る方法である。水素イオン注入剥離法を用いることで、ガラス基板等の絶縁基板上に単結晶シリコン層を有するSOI基板を作製することが可能である(例えば、特許文献1参照)。 As one of methods for manufacturing an SOI substrate, a hydrogen ion implantation separation method is known. In the hydrogen ion implantation separation method, a single crystal silicon substrate (bond substrate) into which hydrogen ions are implanted is bonded to another substrate (base substrate) through an insulating layer, and the bond substrate is separated in the ion implantation region by subsequent heat treatment. Thus, a single crystal silicon layer is obtained on the base substrate. By using the hydrogen ion implantation separation method, an SOI substrate having a single crystal silicon layer over an insulating substrate such as a glass substrate can be manufactured (see, for example, Patent Document 1).

SOI基板の作製方法としてイオン注入剥離法を用いる場合には、一のボンド基板から複数のSOI基板を作製できるため、SOI基板の作製に占めるボンド基板のコストを低減することができるというメリットがある。単結晶シリコン層が分離された後のボンド基板に対して再生処理を施すことで、使用後のボンド基板を、再度SOI基板の作製に用いることができるためである。 In the case where an ion implantation separation method is used as a method for manufacturing an SOI substrate, a plurality of SOI substrates can be manufactured from one bond substrate, so that there is an advantage that the cost of the bond substrate in manufacturing the SOI substrate can be reduced. . This is because a bond substrate after use can be reused for manufacturing an SOI substrate by performing a regeneration process on the bond substrate after the single crystal silicon layer is separated.

特開2004−87606号公報JP 2004-87606 A

イオン注入剥離法に用いられるボンド基板は、化学的機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)処理に起因したエッジロールオフ(Edge Roll Off:E.R.O.)領域を、周縁部に有する。当該領域は、研磨布によってボンド基板のエッジが研磨されることにより形成されるものである。ボンド基板のエッジロールオフ領域では、その表面が曲面状になっており、また、ボンド基板の中央領域と比較して、厚みが小さくなっている。 A bond substrate used for the ion implantation separation method has an edge roll-off (EDRO) region due to a chemical mechanical polishing (CMP) process at the periphery. The region is formed by polishing the edge of the bond substrate with a polishing cloth. In the edge roll-off region of the bond substrate, the surface is curved, and the thickness is smaller than that of the central region of the bond substrate.

イオン注入剥離法を用いてSOI基板を作製する場合、ボンド基板とベース基板とを貼り合わせることになるが、当該貼り合わせは分子間力やファンデルワールス力をメカニズムとするものであるから、貼り合わせ表面には所定の平坦性が求められる。表面の平坦性が確保できないエッジロールオフ領域では、当然に、ボンド基板とベース基板との貼り合わせは行われない。 When an SOI substrate is manufactured using an ion implantation separation method, a bond substrate and a base substrate are bonded to each other. However, since the bonding is based on an intermolecular force or van der Waals force, the bonding is performed. Predetermined flatness is required for the mating surfaces. In the edge roll-off region where the flatness of the surface cannot be ensured, naturally, the bonding substrate and the base substrate are not bonded together.

このため、単結晶シリコン層を分離した後のボンド基板において、上記エッジロールオフ領域が存在する周縁部には、ベース基板に貼り合わせられなかった単結晶シリコン層が凸部として残存することになる。そして、当該凸部は、ボンド基板の再生処理の段階において問題となる。当該凸部と、それ以外の領域(貼り合わせが適切になされた領域)との高低差は、僅か数百nm程度である。しかしながら、CMP処理による表面研磨により当該凸部を除去して新たなボンド基板として再生するには、基板を板厚方向に10μm前後除去しなければならず、ボンド基板の再生回数や使用回数を十分に確保できないという問題を有している。 For this reason, in the bond substrate after the single crystal silicon layer is separated, the single crystal silicon layer that has not been bonded to the base substrate remains as a protrusion at the peripheral edge where the edge roll-off region exists. . And the said convex part becomes a problem in the step of the reproduction | regeneration processing of a bond substrate. The height difference between the convex portion and the other region (a region where bonding is appropriately performed) is only about several hundred nm. However, in order to remove the convex portion by surface polishing by CMP treatment and regenerate as a new bond substrate, the substrate must be removed about 10 μm in the thickness direction, and the number of times the bond substrate is regenerated and used is sufficient. It has a problem that it cannot be secured.

SOI基板の作製に占めるボンド基板のコストを低減するために、一のボンド基板に対する再生回数及び使用回数をより多くすることが望まれている。一のボンド基板に対する再生回数及び使用回数を多くするために、再生処理における基板の表面研磨量をより少なくすることが望まれている。また、ボンド基板の表面は平坦性が高いことが好ましい。 In order to reduce the cost of the bond substrate in manufacturing the SOI substrate, it is desired to increase the number of times of reproduction and use of one bond substrate. In order to increase the number of times of regeneration and use for one bond substrate, it is desired to reduce the surface polishing amount of the substrate in the regeneration process. The surface of the bond substrate is preferably highly flat.

よって、本発明の一態様は、少ない研磨量で、表面の平坦性が高い基板を得られる、半導体基板の再生方法を提供することを目的の一とする。また、本発明の一態様は、該半導体基板の再生方法を用いた、低いコストで表面の平坦性が高い基板を得られる、再生半導体基板の作製方法を提供することを目的の一とする。また、本発明の一態様は、当該再生半導体基板を用いた、コストが低いSOI基板の作製方法を提供することを目的の一とする。 Therefore, an object of one embodiment of the present invention is to provide a method for regenerating a semiconductor substrate, in which a substrate with high surface flatness can be obtained with a small amount of polishing. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a method for manufacturing a recycled semiconductor substrate, which can obtain a substrate with high surface flatness at low cost using the method for recycling a semiconductor substrate. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a method for manufacturing an SOI substrate with low cost using the recycled semiconductor substrate.

単結晶半導体層を分離した後の半導体基板は、SOI基板の作製工程におけるイオンの添加処理などによって損傷し、結晶欠陥やボイドなどを多く含む損傷半導体領域を有する。結晶性の違いや、炭素等の不純物の含有量などから、損傷半導体領域の性質は不均一である。よって、損傷半導体領域は、半導体材料の酸化されやすさが均一ではない。 The semiconductor substrate after the single crystal semiconductor layer is separated has a damaged semiconductor region that is damaged by ion addition treatment or the like in the manufacturing process of the SOI substrate and includes many crystal defects and voids. Due to the difference in crystallinity and the content of impurities such as carbon, the properties of the damaged semiconductor region are non-uniform. Therefore, in the damaged semiconductor region, the susceptibility of the semiconductor material to oxidation is not uniform.

本発明の一態様では、半導体材料が酸化されやすい損傷半導体領域(第1の損傷半導体領域)を第1の工程で除去し、半導体材料が酸化されにくく、かつ、未損傷半導体領域と研磨レートが異なる損傷半導体領域(第2の損傷半導体領域)を第2の工程で除去した後、研磨処理である第3の工程を行う。 In one embodiment of the present invention, a damaged semiconductor region (first damaged semiconductor region) in which a semiconductor material is easily oxidized is removed in the first step, the semiconductor material is hardly oxidized, and an undamaged semiconductor region has a polishing rate. After the different damaged semiconductor region (second damaged semiconductor region) is removed in the second step, a third step which is a polishing process is performed.

本発明の一態様の半導体基板の再生方法は、酸化のされやすさが異なる第1の損傷半導体領域及び第2の損傷半導体領域を含む半導体基板に対し、酸化されやすい第1の損傷半導体領域を酸性の溶液を用いて選択的に除去する第1の工程と、該第1の損傷半導体領域に比べて酸化されにくい第2の損傷半導体領域をアルカリ性の溶液を用いて除去する第2の工程と、該第1の損傷半導体領域及び該第2の損傷半導体領域が除去された表面を研磨処理する第3の工程とを有する。また、本発明の一態様において、該第1の工程では、第1の損傷半導体領域を酸化し、該酸化された第1の損傷半導体領域を除去する。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for regenerating a semiconductor substrate, in which a first damaged semiconductor region that is easily oxidized is formed on a semiconductor substrate including a first damaged semiconductor region and a second damaged semiconductor region that are easily oxidized. A first step of selectively removing using an acidic solution, and a second step of removing, using an alkaline solution, a second damaged semiconductor region that is less likely to be oxidized than the first damaged semiconductor region. And a third step of polishing the surface from which the first damaged semiconductor region and the second damaged semiconductor region have been removed. In one embodiment of the present invention, in the first step, the first damaged semiconductor region is oxidized, and the oxidized first damaged semiconductor region is removed.

具体的には、本発明の一態様は、未損傷半導体領域、第1の損傷半導体領域、及び第2の損傷半導体領域を含む半導体基板に対し、半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質と、酸化された半導体材料を溶解する物質と、半導体材料の酸化速度及び酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質とを含む混合液を用いたエッチングにより、未損傷半導体領域に対して第1の損傷半導体領域を選択的に除去する第1の工程と、アルカリ性の溶液を用いて第2の損傷半導体領域を除去する第2の工程と、研磨処理である第3の工程と、を行う半導体基板の再生方法である。 Specifically, according to one embodiment of the present invention, a substance that oxidizes a semiconductor material included in a semiconductor substrate with respect to a semiconductor substrate including an undamaged semiconductor region, a first damaged semiconductor region, and a second damaged semiconductor region; Etching using a liquid mixture containing a substance that dissolves the oxidized semiconductor material and a substance that controls the oxidation rate of the semiconductor material and the dissolution rate of the oxidized semiconductor material is performed on the undamaged semiconductor region. A semiconductor which performs a first step of selectively removing the damaged semiconductor region, a second step of removing the second damaged semiconductor region using an alkaline solution, and a third step which is a polishing process A method for regenerating a substrate.

第1の工程では、第1の損傷半導体領域に含まれる半導体材料を酸化し、酸化された半導体材料を溶解することで、第1の損傷半導体領域を除去する。この工程では、未損傷半導体領域と第1の損傷半導体領域とでエッチングレートが異なるため、除去する必要のない領域(未損傷半導体領域)が余分に除去されることを抑制することができる。よって、1回の再生処理における半導体基板の板厚の減少量を低減することができる。 In the first step, the first damaged semiconductor region is removed by oxidizing the semiconductor material contained in the first damaged semiconductor region and dissolving the oxidized semiconductor material. In this step, since the etching rate is different between the undamaged semiconductor region and the first damaged semiconductor region, it is possible to suppress the unnecessary removal of a region that is not required to be removed (undamaged semiconductor region). Therefore, the amount of reduction in the thickness of the semiconductor substrate in one regeneration process can be reduced.

第1の損傷半導体領域に比べて酸化されにくい第2の損傷半導体領域は、第1の工程において酸化されないため溶解もされず、半導体基板上から除去されない。よって、第1の工程が終了した後、半導体基板上には、部分的に第2の損傷半導体領域が残存してしまう(つまり、第2の損傷半導体領域は、第1の工程で除去できない損傷半導体領域の少なくとも一部である、といえる)。 The second damaged semiconductor region, which is less likely to be oxidized than the first damaged semiconductor region, is not oxidized in the first step and thus is not dissolved and is not removed from the semiconductor substrate. Therefore, after the first step is finished, the second damaged semiconductor region partially remains on the semiconductor substrate (that is, the second damaged semiconductor region cannot be removed by the first step). It can be said that it is at least part of the semiconductor region).

ここで、第1の工程の次に研磨処理を行うと、第2の損傷半導体領域と未損傷半導体領域とで研磨レートが異なり、半導体基板の表面で一様な研磨ができない。したがって、部分的に残存する第2の損傷半導体領域に応じたムラ(凹凸)が該表面に形成され、再生半導体基板における十分な平坦性を得ることが困難である。または、再生半導体基板における十分な平坦性を得るために、半導体を大量に除去しなくてはならない(半導体の研磨量が多くなる)ため、半導体基板の再生回数や使用回数が減ってしまう。 Here, when the polishing process is performed after the first step, the polishing rate is different between the second damaged semiconductor region and the undamaged semiconductor region, and uniform polishing cannot be performed on the surface of the semiconductor substrate. Accordingly, unevenness (unevenness) corresponding to the partially damaged second damaged semiconductor region is formed on the surface, and it is difficult to obtain sufficient flatness in the reproduction semiconductor substrate. Alternatively, in order to obtain sufficient flatness in the regenerated semiconductor substrate, a large amount of semiconductor must be removed (the amount of polishing of the semiconductor increases), so that the number of times the semiconductor substrate is regenerated and used is reduced.

しかし、上記本発明の一態様では、第1の工程の次に、アルカリ性の溶液を用いて第2の損傷半導体領域を除去する(第2の工程)。アルカリ性の溶液を用いることで、半導体材料を酸化しなくても、損傷半導体領域の半導体材料を除去することができるため、第2の工程では、第1の工程で除去することができなかった第2の損傷半導体領域を除去することができる。よって、第2の工程が終了した後は、第1の工程が終了した時よりも、半導体基板上に残る損傷半導体領域が低減されている(又は損傷半導体領域がほとんど存在しない)。 However, in the above embodiment of the present invention, after the first step, the second damaged semiconductor region is removed using an alkaline solution (second step). By using the alkaline solution, the semiconductor material in the damaged semiconductor region can be removed without oxidizing the semiconductor material. Therefore, in the second step, the first step that could not be removed in the first step. Two damaged semiconductor regions can be removed. Therefore, after the second step is completed, the damaged semiconductor region remaining on the semiconductor substrate is reduced (or there is almost no damaged semiconductor region) than when the first step is completed.

第2の工程の次に研磨処理(第3の工程)を行うことで、半導体基板の表面を一様に研磨し、平坦化することが容易となる。また、平坦性を得るために除去する半導体を少量とすることができる。したがって、本発明の一態様の半導体基板の再生方法を適用することで、少ない研磨量で、表面の平坦性が高い基板を得ることができる。 By performing a polishing process (third process) after the second process, it becomes easy to uniformly polish and planarize the surface of the semiconductor substrate. Further, a small amount of semiconductor is removed in order to obtain flatness. Therefore, by applying the semiconductor substrate recycling method of one embodiment of the present invention, a substrate with high surface flatness can be obtained with a small amount of polishing.

また、単結晶半導体層を分離した後の半導体基板は、SOI基板の作製工程における絶縁層の形成や、自然酸化などによって表面に絶縁層を有することがある。本発明の一態様の半導体基板の再生方法では、第1の工程を行う前に、該絶縁層を除去する工程を行う。 In addition, the semiconductor substrate from which the single crystal semiconductor layer has been separated may have an insulating layer on the surface due to formation of an insulating layer in a manufacturing process of the SOI substrate, natural oxidation, or the like. In the method for regenerating a semiconductor substrate of one embodiment of the present invention, a step of removing the insulating layer is performed before the first step.

本発明の一態様は、未損傷半導体領域、第1の損傷半導体領域、第2の損傷半導体領域、及び絶縁層を含む半導体基板に対し、エッチングにより絶縁層を除去する工程と、半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質と、酸化された半導体材料を溶解する物質と、半導体材料の酸化速度及び酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質とを含む混合液を用いたエッチングにより、未損傷半導体領域に対して第1の損傷半導体領域を選択的に除去する第1の工程と、アルカリ性の溶液を用いて第2の損傷半導体領域を除去する第2の工程と、研磨処理である第3の工程と、を行う半導体基板の再生方法である。 One embodiment of the present invention includes a step of removing an insulating layer by etching a semiconductor substrate including an undamaged semiconductor region, a first damaged semiconductor region, a second damaged semiconductor region, and an insulating layer, and the semiconductor substrate Etching using a mixed solution containing a substance that oxidizes the semiconductor material to be oxidized, a substance that dissolves the oxidized semiconductor material, and a substance that controls the oxidation rate of the semiconductor material and the dissolution rate of the oxidized semiconductor material. A first step of selectively removing the first damaged semiconductor region with respect to the damaged semiconductor region, a second step of removing the second damaged semiconductor region using an alkaline solution, and a polishing process 3 is a method for regenerating a semiconductor substrate.

また、本発明の一態様の半導体基板の再生方法は、イオンの照射及び熱処理を経て一部を半導体層として分離することにより、未損傷半導体領域、第1の損傷半導体領域、及び第2の損傷半導体領域が残存した半導体基板に対して行う。 In addition, in the method for regenerating a semiconductor substrate of one embodiment of the present invention, an undamaged semiconductor region, a first damaged semiconductor region, and a second damaged semiconductor region are separated by separating a part as a semiconductor layer through ion irradiation and heat treatment. This is performed on the semiconductor substrate in which the semiconductor region remains.

特に、該イオンの照射が、質量分離を行わずになされたものである場合に、本発明の一態様の半導体基板の再生方法は好適である。 In particular, when the ion irradiation is performed without mass separation, the method for regenerating a semiconductor substrate of one embodiment of the present invention is preferable.

質量分離を行わないイオンの照射によって半導体基板に形成された損傷半導体領域は、結晶性の違いや、炭素等の不純物の含有量などの差が大きいため、損傷半導体領域の性質が特に不均一である。本発明の一態様では、性質が不均一な損傷半導体領域を除去する場合においても、少ない研磨量で、表面の平坦性の高い基板を得ることができる。 Damaged semiconductor regions formed on a semiconductor substrate by ion irradiation without mass separation have a large difference in crystallinity, content of impurities such as carbon, etc. is there. In one embodiment of the present invention, a substrate with high surface flatness can be obtained with a small amount of polishing even when a damaged semiconductor region having non-uniform properties is removed.

また、上記半導体基板の再生方法において、半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質として硝酸を用い、酸化された半導体材料を溶解する物質としてフッ酸を用い、半導体材料の酸化速度及び酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質として酢酸を用いることが好ましい。 Further, in the above semiconductor substrate recycling method, nitric acid is used as a substance that oxidizes a semiconductor material constituting the semiconductor substrate, and hydrofluoric acid is used as a substance that dissolves the oxidized semiconductor material. Acetic acid is preferably used as the substance that controls the dissolution rate of the semiconductor material.

このような材料を選択することで、未損傷半導体領域に対して損傷半導体領域(第1の損傷半導体領域)が特に選択的に除去されるため、除去する必要のない、未損傷半導体領域が余分に除去されることをさらに抑制することができる。よって、1回の再生処理における半導体基板の板厚の減少量を低減することができる。 By selecting such a material, the damaged semiconductor region (first damaged semiconductor region) is particularly selectively removed with respect to the undamaged semiconductor region, so that there is no need to remove the undamaged semiconductor region. Can be further suppressed. Therefore, the amount of reduction in the thickness of the semiconductor substrate in one regeneration process can be reduced.

また、上記半導体基板の再生方法において、半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質として硝酸を用い、酸化された半導体材料を溶解する物質としてフッ酸を用い、半導体材料の酸化速度及び酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質として酢酸を用い、該混合液が、さらに亜硝酸を含み、該亜硝酸の濃度が10mg/l以上1000mg/l以下であることが好ましい。 Further, in the above semiconductor substrate recycling method, nitric acid is used as a substance that oxidizes a semiconductor material constituting the semiconductor substrate, and hydrofluoric acid is used as a substance that dissolves the oxidized semiconductor material. It is preferable that acetic acid is used as a substance for controlling the dissolution rate of the semiconductor material, the mixed solution further contains nitrous acid, and the concentration of the nitrous acid is 10 mg / l or more and 1000 mg / l or less.

自己触媒として機能する亜硝酸を混合液に含むと、第1の工程におけるエッチングレートの安定化や処理時間の短縮化を実現することができるため、好ましい。 It is preferable that nitrous acid functioning as an autocatalyst is included in the mixed liquid because the etching rate can be stabilized and the processing time can be shortened in the first step.

また、本発明の一態様の半導体基板の再生方法は、周縁部に存在する凸部に第1の損傷半導体領域を含む半導体基板に対して行う場合に好適である。本発明の一態様に含まれる第1の工程では、未損傷半導体領域に対して、第1の損傷半導体領域を選択的に除去できるため、凸部を除去する際に、除去する必要のない領域が余分に除去されることを抑制できる。 In addition, the method for regenerating a semiconductor substrate of one embodiment of the present invention is suitable for a case where the method is performed on a semiconductor substrate including a first damaged semiconductor region in a convex portion existing in the peripheral portion. In the first step included in one embodiment of the present invention, since the first damaged semiconductor region can be selectively removed with respect to the undamaged semiconductor region, the region that does not need to be removed when the convex portion is removed. Can be prevented from being removed excessively.

また、上記半導体基板の再生方法において、第2の工程と第3の工程の間に、イソプロピルアルコール(IPA:Isopropyl Alcohol)を用いた乾燥処理を行うことが好ましい。 In the method for regenerating a semiconductor substrate, it is preferable to perform a drying process using isopropyl alcohol (IPA) between the second step and the third step.

イソプロピルアルコールの蒸気で水を置換し半導体基板を乾燥させることで、表面を均一に乾燥させることができる。 By replacing water with isopropyl alcohol vapor and drying the semiconductor substrate, the surface can be uniformly dried.

また、本発明の一態様の半導体基板の再生方法は、無欠陥領域を除く領域の厚みが0μm以上450μm未満、好ましくは0μm以上100μm未満である半導体基板に対して行う場合に好適である。 In addition, the method for regenerating a semiconductor substrate of one embodiment of the present invention is suitable for a case where the thickness of a region excluding a defect-free region is 0 to 450 μm, preferably 0 to 100 μm.

このような半導体基板を用いて、SOI基板の作製及び本発明の一態様の再生処理を繰り返し行うことで、無欠陥領域を形成するための高温の熱処理を行うことなく、半導体基板が再利用できなくなる限界まで使用することができる。 By using such a semiconductor substrate and repeatedly performing fabrication of an SOI substrate and regeneration treatment of one embodiment of the present invention, the semiconductor substrate can be reused without performing high-temperature heat treatment for forming a defect-free region. Can be used up to the limit.

また、本発明の一態様は、上記半導体基板の再生方法を用いて、半導体基板から再生半導体基板を作製する再生半導体基板の作製方法である。 Another embodiment of the present invention is a method for manufacturing a recycled semiconductor substrate in which a recycled semiconductor substrate is manufactured from a semiconductor substrate using the above-described semiconductor substrate recycling method.

本発明の一態様を適用することで、低いコストで表面の平坦性が高い基板を得ることができる。 By applying one embodiment of the present invention, a substrate with high surface flatness can be obtained at low cost.

また、本発明の一態様は、上記再生半導体基板の作製方法を用いて作製された再生半導体基板中にイオンを添加することで脆化領域を形成し、絶縁層を介して再生半導体基板とベース基板とを貼り合わせ、熱処理によって、再生半導体基板を分離して、ベース基板上に半導体層を形成するSOI基板の作製方法である。 In one embodiment of the present invention, an embrittlement region is formed by adding ions to a regenerated semiconductor substrate manufactured using the above method for manufacturing a regenerated semiconductor substrate, and the base and the regenerated semiconductor substrate are interposed through an insulating layer. This is a method for manufacturing an SOI substrate in which a semiconductor layer is formed over a base substrate by bonding the substrate and separating the recycled semiconductor substrate by heat treatment.

本発明の一態様を適用することで、低いコストでSOI基板を得ることができる。 By applying one embodiment of the present invention, an SOI substrate can be obtained at low cost.

本発明の一態様では、少ない研磨量で、表面の平坦性が高い基板を得られる、半導体基板の再生方法を提供するができる。また、該半導体基板の再生方法を用いた、低いコストで表面の平坦性が高い基板を得られる、再生半導体基板の作製方法を提供することができる。また、当該再生半導体基板を用いた、コストが低いSOI基板の作製方法を提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, a method for regenerating a semiconductor substrate can be provided in which a substrate with high surface flatness can be obtained with a small amount of polishing. Further, it is possible to provide a method for manufacturing a regenerated semiconductor substrate, which can obtain a substrate with high surface flatness at low cost, using the method for regenerating a semiconductor substrate. In addition, a method for manufacturing an SOI substrate with low cost using the recycled semiconductor substrate can be provided.

SOI基板の作製方法の一例を示す図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing an SOI substrate. 半導体基板の再生方法の一例を示す図。The figure which shows an example of the reproduction | regeneration method of a semiconductor substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法の一例を示す図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製工程の一例を示す図。4A and 4B illustrate an example of a manufacturing process of an SOI substrate. SOI基板の作製工程の一例を示す図。4A and 4B illustrate an example of a manufacturing process of an SOI substrate. SOI基板を用いた半導体装置の一例を示す図。FIG. 11 illustrates an example of a semiconductor device using an SOI substrate. 実施例に係る光学顕微鏡写真を示す図。The figure which shows the optical microscope photograph which concerns on an Example.

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。 Embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. Note that in structures of the invention described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and description thereof is not repeated.

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体基板の再生方法について説明する。具体的には、SOI基板の作製に用いた半導体基板の再生方法について説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a method for recycling a semiconductor substrate of one embodiment of the present invention is described. Specifically, a method for regenerating a semiconductor substrate used for manufacturing an SOI substrate will be described.

SOI基板を作製する方法として、イオン注入剥離法が知られている。イオン注入剥離法を用いる場合、一のボンド基板(半導体基板)から複数のSOI基板を作製できる。これは、半導体層が分離された後のボンド基板に対して再生処理を施すことで、使用後のボンド基板を、再度SOI基板の作製に用いることができるためである。 As a method for manufacturing an SOI substrate, an ion implantation separation method is known. In the case of using an ion implantation separation method, a plurality of SOI substrates can be manufactured from one bond substrate (semiconductor substrate). This is because the bond substrate after use can be used again for manufacturing an SOI substrate by performing a regeneration process on the bond substrate after the semiconductor layer is separated.

本発明の一態様の半導体基板の再生方法は、半導体層が分離された後のボンド基板に対して行うことができる。半導体層が分離された後のボンド基板は、SOI基板の作製工程におけるイオンの添加処理などによって損傷し、結晶欠陥やボイドなどを多く含む損傷半導体領域を有する。 The method for regenerating a semiconductor substrate of one embodiment of the present invention can be performed on a bond substrate after the semiconductor layer is separated. The bond substrate after the semiconductor layer is separated has a damaged semiconductor region that is damaged by an ion addition process or the like in the manufacturing process of the SOI substrate and includes many crystal defects and voids.

なお、イオンの添加等が行われていない単結晶半導体領域や、未損傷半導体領域は、結晶を構成している原子が空間的に規則的に配列されている。それに対して、損傷半導体領域は、イオンの照射等に起因して、結晶を構成している原子の配列(結晶構造)の乱れ、結晶欠陥、又は結晶格子の歪み等を一部に含む。 Note that in a single crystal semiconductor region to which ions are not added or an undamaged semiconductor region, atoms constituting the crystal are spatially regularly arranged. On the other hand, the damaged semiconductor region includes, for example, disorder of the arrangement (crystal structure) of atoms constituting the crystal, crystal defects, or distortion of the crystal lattice due to ion irradiation or the like.

また、前述の通り、結晶性の違いや、炭素等の不純物の含有量などから、損傷半導体領域の性質は不均一である。したがって、損傷半導体領域は、半導体材料の酸化されやすさが均一ではない。 Further, as described above, the properties of the damaged semiconductor region are not uniform due to the difference in crystallinity and the content of impurities such as carbon. Therefore, in the damaged semiconductor region, the susceptibility of the semiconductor material to oxidation is not uniform.

本発明の一態様では、半導体材料が酸化されやすい損傷半導体領域(第1の損傷半導体領域)を第1の工程で除去し、半導体材料が酸化されにくく、かつ、未損傷半導体領域と研磨レートが異なる損傷半導体領域(第2の損傷半導体領域)を第2の工程で除去する。 In one embodiment of the present invention, a damaged semiconductor region (first damaged semiconductor region) in which a semiconductor material is easily oxidized is removed in the first step, the semiconductor material is hardly oxidized, and an undamaged semiconductor region has a polishing rate. A different damaged semiconductor region (second damaged semiconductor region) is removed in the second step.

なお、本明細書中において、損傷半導体領域は、第1の損傷半導体領域及び第2の損傷半導体領域を含む。 Note that in this specification, the damaged semiconductor region includes a first damaged semiconductor region and a second damaged semiconductor region.

具体的には、本発明の一態様は、未損傷半導体領域、第1の損傷半導体領域、及び第2の損傷半導体領域を含む半導体基板に対し、半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質と、酸化された半導体材料を溶解する物質と、半導体材料の酸化速度及び酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質とを含む混合液を用いたエッチングにより、未損傷半導体領域に対して第1の損傷半導体領域を選択的に除去する第1の工程と、アルカリ性の溶液を用いて第2の損傷半導体領域を除去する第2の工程と、研磨処理である第3の工程と、を行う半導体基板の再生方法である。 Specifically, according to one embodiment of the present invention, a substance that oxidizes a semiconductor material included in a semiconductor substrate with respect to a semiconductor substrate including an undamaged semiconductor region, a first damaged semiconductor region, and a second damaged semiconductor region; Etching using a liquid mixture containing a substance that dissolves the oxidized semiconductor material and a substance that controls the oxidation rate of the semiconductor material and the dissolution rate of the oxidized semiconductor material is performed on the undamaged semiconductor region. A semiconductor which performs a first step of selectively removing the damaged semiconductor region, a second step of removing the second damaged semiconductor region using an alkaline solution, and a third step which is a polishing process A method for regenerating a substrate.

第1の工程では、第1の損傷半導体領域に含まれる半導体材料を酸化し、酸化された半導体材料を溶解することで、第1の損傷半導体領域を除去する。この工程では、未損傷半導体領域と第1の損傷半導体領域とでエッチングレートが異なるため、除去する必要のない領域(未損傷半導体領域)が余分に除去されることを抑制することができる。よって、1回の再生処理における半導体基板の板厚の減少量を低減することができる。 In the first step, the first damaged semiconductor region is removed by oxidizing the semiconductor material contained in the first damaged semiconductor region and dissolving the oxidized semiconductor material. In this step, since the etching rate is different between the undamaged semiconductor region and the first damaged semiconductor region, it is possible to suppress the unnecessary removal of a region that is not required to be removed (undamaged semiconductor region). Therefore, the amount of reduction in the thickness of the semiconductor substrate in one regeneration process can be reduced.

しかし、第1の損傷半導体領域に比べて酸化されにくい第2の損傷半導体領域を、第1の工程によって完全に除去することは難しい。また、第1の工程で第1の損傷半導体領域だけでなく第2の損傷半導体領域も除去しようとすると、第1の工程に要する時間が非常に長くなってしまい、好ましくない。よって、第1の工程が終了した後、半導体基板上には、部分的に第2の損傷半導体領域が残存する。 However, it is difficult to completely remove the second damaged semiconductor region that is less likely to be oxidized than the first damaged semiconductor region by the first step. Further, if it is attempted to remove not only the first damaged semiconductor region but also the second damaged semiconductor region in the first step, the time required for the first step becomes very long, which is not preferable. Therefore, after the first step is completed, the second damaged semiconductor region partially remains on the semiconductor substrate.

また、第2の損傷半導体領域と未損傷半導体領域は研磨レートが異なる。よって、第1の工程の次に研磨処理を行うと半導体基板の表面で一様な研磨ができず、第2の損傷半導体領域に応じたムラ(凹凸)が該表面に形成され、再生半導体基板における十分な平坦性を得ることが困難である。または、再生半導体基板における十分な平坦性を得るために、半導体を大量に除去しなくてはならない(半導体の研磨量が多くなる)ため、半導体基板の再生回数や使用回数が減ってしまう。 Further, the polishing rate is different between the second damaged semiconductor region and the undamaged semiconductor region. Therefore, when the polishing process is performed after the first step, uniform polishing cannot be performed on the surface of the semiconductor substrate, and unevenness (unevenness) corresponding to the second damaged semiconductor region is formed on the surface, and the recycled semiconductor substrate It is difficult to obtain sufficient flatness. Alternatively, in order to obtain sufficient flatness in the regenerated semiconductor substrate, a large amount of semiconductor must be removed (the amount of polishing of the semiconductor increases), so that the number of times the semiconductor substrate is regenerated and used is reduced.

したがって、本発明の一態様では、研磨処理の前に、アルカリ性の溶液を用いて第2の損傷半導体領域を除去する(第2の工程)。アルカリ性の溶液を用いることで、半導体材料を酸化しなくても、損傷半導体領域の半導体材料を除去することができるため、第2の工程では、第1の工程で除去することができない(又は除去することが難しい)第2の損傷半導体領域を簡便に除去することができる。よって、第1の工程及び第2の工程が終了した後の半導体基板は、第1の工程のみが終了したときの半導体基板に比べて、残存する損傷半導体領域が低減されている(又は、損傷半導体領域がほとんど存在しない)。 Therefore, in one embodiment of the present invention, the second damaged semiconductor region is removed using an alkaline solution (second step) before the polishing treatment. By using an alkaline solution, the semiconductor material in the damaged semiconductor region can be removed without oxidizing the semiconductor material. Therefore, in the second process, the semiconductor material cannot be removed (or removed in the first process). The second damaged semiconductor region can be easily removed. Therefore, the semiconductor substrate after completion of the first step and the second step has a reduced damaged semiconductor region (or damage) compared to the semiconductor substrate when only the first step is completed. There is almost no semiconductor region).

第2の工程の次に研磨処理(第3の工程)を行うことで、半導体基板表面における研磨レートの差を小さくできるため、該表面を一様に研磨し、平坦化することが容易となる。また、平坦性を得るために除去する半導体を少量とすることができる。したがって、本発明の一態様の半導体基板の再生方法を適用することで、少ない研磨量で、表面の平坦性が高い基板を得ることができる。 By performing the polishing process (third process) after the second process, the difference in polishing rate on the surface of the semiconductor substrate can be reduced, so that it becomes easy to uniformly polish and flatten the surface. . Further, a small amount of semiconductor is removed in order to obtain flatness. Therefore, by applying the semiconductor substrate recycling method of one embodiment of the present invention, a substrate with high surface flatness can be obtained with a small amount of polishing.

なお、第1の工程を行わず、第2の工程で、第1の損傷半導体領域及び第2の損傷半導体領域の双方を除去しようとすると、損傷半導体領域のエッチングが未損傷半導体領域に対して選択的に行われないため、除去する必要のない領域(未損傷半導体領域)が余分に除去されてしまう。したがって、選択的に第1の損傷半導体領域を除去する第1の工程と、第1の工程で除去できない第2の損傷半導体領域を除去する第2の工程との両方を含む本発明の一態様の半導体基板の再生方法が好ましい。 Note that if the first damaged semiconductor region and the second damaged semiconductor region are both removed in the second step without performing the first step, the etching of the damaged semiconductor region is performed on the undamaged semiconductor region. Since this is not performed selectively, a region that is not required to be removed (an undamaged semiconductor region) is removed excessively. Accordingly, one aspect of the present invention includes both the first step of selectively removing the first damaged semiconductor region and the second step of removing the second damaged semiconductor region that cannot be removed by the first step. The semiconductor substrate recycling method is preferred.

以下では、まずSOI基板の作製方法の一例について図1を用いて説明し、次に、本発明の一態様の半導体基板の再生方法について図2を用いて説明する。 Hereinafter, an example of a method for manufacturing an SOI substrate will be described with reference to FIGS. 1A to 1C, and then a method for regenerating a semiconductor substrate of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

なお、SOI基板の作製方法の詳細は、実施の形態2で後述する(例えば、図5に示す工程A乃至工程Dに係る説明を参酌できる)ため、ここでは概略の説明のみにとどめる。 Note that details of a method for manufacturing the SOI substrate will be described later in Embodiment 2 (for example, the description of the process A to the process D illustrated in FIG. 5 can be referred to), and thus only a schematic description is given here.

<SOI基板の作製方法>
はじめに、ベース基板120(図1(A))と、ボンド基板である半導体基板100(図1(B))とを準備する。本実施の形態では、ベース基板120としてガラス基板を用い、半導体基板100として単結晶シリコン基板を用いる場合について説明する。
<Method for Manufacturing SOI Substrate>
First, a base substrate 120 (FIG. 1A) and a semiconductor substrate 100 (FIG. 1B) which is a bond substrate are prepared. In this embodiment, the case where a glass substrate is used as the base substrate 120 and a single crystal silicon substrate is used as the semiconductor substrate 100 is described.

次に、半導体基板100の表面から所定の深さに脆化領域104を形成する。そして、絶縁層102及び絶縁層122を介して、ベース基板120と半導体基板100とを貼り合わせる(図1(C))。 Next, the embrittled region 104 is formed at a predetermined depth from the surface of the semiconductor substrate 100. Then, the base substrate 120 and the semiconductor substrate 100 are attached to each other with the insulating layer 102 and the insulating layer 122 interposed therebetween (FIG. 1C).

脆化領域104は、例えば、半導体基板100に形成された絶縁層102に、水素イオンを照射し、半導体基板100中に水素イオンを添加することで形成することができる。 The embrittlement region 104 can be formed, for example, by irradiating the insulating layer 102 formed on the semiconductor substrate 100 with hydrogen ions and adding hydrogen ions to the semiconductor substrate 100.

絶縁層102及び絶縁層122は、接合層として機能する。接合不良を抑制するため、接合層は表面が平滑であると好ましい。接合層は必要で無ければ設けなくても良い。また、接合層として、ベース基板120上の絶縁層122のみを有していても良く、又は、接合層として、半導体基板100上の絶縁層102のみを有していても良い。絶縁層102及び絶縁層122は、それぞれ、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜等の絶縁膜を単層で、又は積層させて形成することができる。これらの膜は、熱酸化法、CVD法、スパッタリング法等を用いて形成することができる。 The insulating layer 102 and the insulating layer 122 function as a bonding layer. In order to suppress bonding failure, the bonding layer preferably has a smooth surface. The bonding layer may be omitted if not necessary. Further, only the insulating layer 122 over the base substrate 120 may be included as the bonding layer, or only the insulating layer 102 over the semiconductor substrate 100 may be included as the bonding layer. The insulating layer 102 and the insulating layer 122 include a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, an aluminum oxide film, an aluminum nitride film, an aluminum oxynitride film, an aluminum nitride oxide film, and a hafnium oxide film, respectively. An insulating film such as a single layer or a stacked layer can be formed. These films can be formed using a thermal oxidation method, a CVD method, a sputtering method, or the like.

なお、本明細書等において、酸化窒化物とは、その組成において、窒素よりも酸素の含有量(原子数)が多いものを示し、例えば、酸化窒化シリコンとは、酸素が50原子%以上70原子%以下、窒素が0.5原子%以上15原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が0.1原子%以上10原子%以下の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化物とは、その組成において、酸素よりも窒素の含有量(原子数)が多いものを示し、例えば、窒化酸化シリコンとは、酸素が5原子%以上30原子%以下、窒素が20原子%以上55原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が10原子%以上30原子%以下の範囲で含まれるものをいう。但し、上記範囲は、ラザフォード後方散乱法(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometry)や、水素前方散乱法(HFS:Hydrogen Forward scattering Spectrometry)を用いて測定した場合のものである。また、構成元素の含有比率の合計は、100原子%を超えない。 Note that in this specification and the like, the term “oxynitride” refers to a composition whose oxygen content (number of atoms) is higher than that of nitrogen. For example, silicon oxynitride refers to oxygen at 50 atomic% or more and 70 It includes atoms in a range of not more than atomic%, nitrogen not less than 0.5 atom% and not more than 15 atom%, silicon not less than 25 atom% and not more than 35 atom%, and hydrogen not less than 0.1 atom% and not more than 10 atom%. In addition, a nitrided oxide indicates a composition whose nitrogen content (number of atoms) is higher than that of oxygen. For example, silicon nitride oxide refers to an oxygen content of 5 atomic% to 30 atomic% and nitrogen content. It includes 20 atomic% to 55 atomic%, silicon in a range of 25 atomic% to 35 atomic%, and hydrogen in a range of 10 atomic% to 30 atomic%. However, the above ranges are those measured using Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) or Hydrogen Forward Scattering Spectrometer (HFS). Further, the total content ratio of the constituent elements does not exceed 100 atomic%.

次に、熱処理等を行い、脆化領域104にて半導体基板100を半導体層124と分離後の半導体基板121とに分離することにより、ベース基板120上に半導体層124を形成する(図1(D))。分離後の半導体基板121は、絶縁層125(絶縁層102の一部)を含む。分離後の半導体基板121は、後述する本発明の一態様の半導体基板の再生方法によって再生半導体基板となり、再度SOI基板の作製に用いることができる。なお、図1では図示しないが、分離後の半導体基板121の周縁部には凸部が存在している。 Next, heat treatment or the like is performed to separate the semiconductor substrate 100 into the semiconductor layer 124 and the separated semiconductor substrate 121 in the embrittled region 104, whereby the semiconductor layer 124 is formed over the base substrate 120 (FIG. 1 ( D)). The separated semiconductor substrate 121 includes an insulating layer 125 (a part of the insulating layer 102). The separated semiconductor substrate 121 becomes a recycled semiconductor substrate by a semiconductor substrate recycling method of one embodiment of the present invention, which will be described later, and can be used again for manufacturing an SOI substrate. Although not shown in FIG. 1, there are convex portions on the peripheral edge of the semiconductor substrate 121 after separation.

熱処理を行う場合、当該熱処理によって脆化領域104に形成されている微小な孔にはイオンを照射することにより打ち込まれた原子が析出し、微小な孔の内部の圧力が上昇する。圧力の上昇により、脆化領域104には亀裂が生じるため、脆化領域104において半導体基板100が分離することになる。絶縁層122と絶縁層123とは接合しているため、ベース基板120上には絶縁層122(絶縁層102の一部)及び絶縁層123を介して半導体基板100から分離された半導体層124が残存する。 In the case where heat treatment is performed, atoms implanted by ion irradiation are deposited in the minute holes formed in the embrittled region 104 by the heat treatment, and the pressure inside the minute holes is increased. The increase in pressure causes a crack in the embrittled region 104, so that the semiconductor substrate 100 is separated in the embrittled region 104. Since the insulating layer 122 and the insulating layer 123 are bonded to each other, the insulating layer 122 (a part of the insulating layer 102) and the semiconductor layer 124 separated from the semiconductor substrate 100 through the insulating layer 123 are formed over the base substrate 120. Remains.

その後、表面処理等を行うことによって、半導体層124の表面を平坦化する。表面処理としては、例えば、レーザビームの照射処理や、エッチング処理、CMP処理などの研磨処理がある。 Thereafter, the surface of the semiconductor layer 124 is planarized by performing a surface treatment or the like. Examples of the surface treatment include laser beam irradiation treatment, polishing treatment such as etching treatment, and CMP treatment.

以上の工程により、ベース基板120上に絶縁層122及び絶縁層123を介して半導体層124が設けられたSOI基板を得ることができる(図1(E))。 Through the above steps, an SOI substrate in which the semiconductor layer 124 is provided over the base substrate 120 with the insulating layer 122 and the insulating layer 123 provided therebetween can be obtained (FIG. 1E).

<本発明の一態様の半導体基板の再生方法>
次に、本発明の一態様を適用した、分離後の半導体基板121の再生工程について図2を用いて説明する。
<Method for Regenerating Semiconductor Substrate of One Aspect of the Present Invention>
Next, a regeneration process of the separated semiconductor substrate 121 to which one embodiment of the present invention is applied is described with reference to FIGS.

半導体基板121の周縁部には、凸部110が存在する(図2(A))。凸部110は、絶縁層125、未分離の半導体領域126、イオンが添加された半導体領域127を含む。 At the peripheral edge of the semiconductor substrate 121, there is a protrusion 110 (FIG. 2A). The protrusion 110 includes an insulating layer 125, an unseparated semiconductor region 126, and a semiconductor region 127 to which ions are added.

未分離の半導体領域126及びイオンが添加された半導体領域127は、損傷半導体領域に含まれ、SOI基板の作製工程におけるイオンの添加処理などによって、いずれも損傷し、結晶欠陥やボイドなどを多く含んでいる。 The unseparated semiconductor region 126 and the semiconductor region 127 to which ions are added are included in the damaged semiconductor region, and are damaged by an ion addition process in the manufacturing process of the SOI substrate, and include many crystal defects and voids. It is out.

凸部110は、半導体基板のエッジロールオフ領域と呼ばれる領域を含んでいる。エッジロールオフ領域は、半導体基板の表面処理(CMP処理)に起因して生じる。CMP処理では、その原理から、半導体基板周縁部の研磨が中央部より早く進む傾向にあり、これによって、半導体基板の周縁部には、半導体基板の中央部より厚みが小さい領域(エッジロールオフ領域)が形成される。エッジロールオフ領域近傍の板厚は、半導体層が分離される前の半導体基板の中央部の板厚と比べて薄くなっており、当該エッジロールオフ領域は、SOI基板の作製の際に貼り合わせが行われない領域となる。その結果、半導体基板121のエッジロールオフ領域には、上記凸部110が残存することになる。 The protrusion 110 includes a region called an edge roll-off region of the semiconductor substrate. The edge roll-off region is generated due to the surface treatment (CMP treatment) of the semiconductor substrate. In the CMP process, due to its principle, polishing of the peripheral edge of the semiconductor substrate tends to proceed faster than the central portion. As a result, the peripheral portion of the semiconductor substrate has a region (edge roll-off region) having a smaller thickness than the central portion of the semiconductor substrate. ) Is formed. The thickness in the vicinity of the edge roll-off region is thinner than the thickness of the central portion of the semiconductor substrate before the semiconductor layer is separated, and the edge roll-off region is bonded when the SOI substrate is manufactured. This is an area where no operation is performed. As a result, the protrusion 110 remains in the edge roll-off region of the semiconductor substrate 121.

なお、半導体基板121の凸部110以外の領域(特に、上記エッジロールオフ領域に囲まれる領域)には、イオンが添加された半導体領域129が存在している。イオンが添加された半導体領域129は、SOI基板の作製工程において形成されるイオンが添加された領域が、半導体層が分離された後の半導体基板121に残存することで形成される。イオンが添加された半導体領域129は、凸部110における半導体領域(半導体領域126及び半導体領域127)と比較して十分に薄い。また、半導体領域129も、損傷半導体領域に含まれ、イオンの添加処理などによって損傷し、結晶欠陥等を多く含んでいる。 Note that a semiconductor region 129 to which ions are added exists in a region other than the convex portion 110 of the semiconductor substrate 121 (particularly, a region surrounded by the edge roll-off region). The semiconductor region 129 to which ions are added is formed in such a manner that a region to which ions are formed in the manufacturing process of the SOI substrate remains in the semiconductor substrate 121 after the semiconductor layer is separated. The semiconductor region 129 to which ions are added is sufficiently thinner than the semiconductor regions (the semiconductor region 126 and the semiconductor region 127) in the convex portion 110. The semiconductor region 129 is also included in the damaged semiconductor region, is damaged by an ion addition process, and includes many crystal defects.

図2(B)に凸部110を拡大した模式図を示す。凸部110は、エッジロールオフ領域に対応する領域と面取部に対応する領域とを含む。本実施の形態では、エッジロールオフ領域を、上記凸部110の表面における接平面と、基準面とのなす角θが0.5°以下となる点が集合した領域をいうものとする。ここで、基準面としては、半導体基板の表面又は裏面に平行な平面が採用される。 FIG. 2B is a schematic diagram in which the convex portion 110 is enlarged. The convex portion 110 includes a region corresponding to the edge roll-off region and a region corresponding to the chamfered portion. In the present embodiment, the edge roll-off region refers to a region in which points where the angle θ formed by the tangent plane on the surface of the convex portion 110 and the reference surface is 0.5 ° or less are gathered. Here, a plane parallel to the front surface or the back surface of the semiconductor substrate is employed as the reference surface.

また、面取部を基板の端からの距離が0.2mm未満の領域とし、エッジロールオフ領域をこれより内側の貼り合わせが行われなかった領域と規定することもできる。具体的には、基板の端からの距離が0.2mm以上0.9mm以下の領域をエッジロールオフ領域と呼ぶことができる。 Further, the chamfered portion may be defined as a region having a distance of less than 0.2 mm from the edge of the substrate, and the edge roll-off region may be defined as a region where the inner side is not bonded. Specifically, a region whose distance from the edge of the substrate is 0.2 mm or more and 0.9 mm or less can be referred to as an edge roll-off region.

なお、面取部はベース基板とボンド基板との貼り合わせには関与しないため、面取部の平坦性は基板の再生処理において問題とならない。一方で、エッジロールオフ領域の近傍はベース基板とボンド基板との貼り合わせに関与する。よって、エッジロールオフ領域の平坦性次第では、再生半導体基板をSOI基板の作製工程に用いることができないこともある。このような理由から、半導体基板の再生処理において、エッジロールオフ領域における凸部110を除去し、平坦性を向上させることが極めて重要となる。 Note that since the chamfered portion is not involved in the bonding of the base substrate and the bond substrate, the flatness of the chamfered portion does not cause a problem in the substrate recycling process. On the other hand, the vicinity of the edge roll-off region is involved in the bonding of the base substrate and the bond substrate. Therefore, depending on the flatness of the edge roll-off region, the recycled semiconductor substrate may not be used for the manufacturing process of the SOI substrate. For these reasons, it is extremely important to improve the flatness by removing the convex portions 110 in the edge roll-off region in the semiconductor substrate recycling process.

本実施の形態における半導体基板の再生処理は、絶縁層125を除去する工程と、第1の損傷半導体領域を除去する第1の工程と、第2の損傷半導体領域を除去する第2の工程と、研磨処理である第3の工程とを含む。以下、これらについて詳述する。 The semiconductor substrate regeneration process in this embodiment includes a step of removing the insulating layer 125, a first step of removing the first damaged semiconductor region, and a second step of removing the second damaged semiconductor region. And a third step which is a polishing process. These will be described in detail below.

≪絶縁層125の除去≫
絶縁層125は、フッ酸を含む溶液をエッチャントとするウェットエッチング処理によって除去することができる(図2(C))。フッ酸を含む溶液としては、フッ酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤を含む混合溶液(例えば、ステラケミファ社製、商品名:LAL500)や、5%フッ酸溶液を用いることができる。ウェットエッチング処理は、120秒間から500秒間程度、好ましくは180秒間から300秒間程度行うことが好ましい。
<< Removal of Insulating Layer 125 >>
The insulating layer 125 can be removed by a wet etching process using a solution containing hydrofluoric acid as an etchant (FIG. 2C). As the solution containing hydrofluoric acid, a mixed solution containing hydrofluoric acid, ammonium fluoride, and a surfactant (for example, product name: LAL500 manufactured by Stella Chemifa Corporation) or a 5% hydrofluoric acid solution can be used. The wet etching treatment is preferably performed for about 120 seconds to 500 seconds, preferably about 180 seconds to 300 seconds.

なお、ウェットエッチング処理は半導体基板121を処理槽内の溶液に浸漬することによって行うことができるため、複数の半導体基板121を一括処理することが可能である。このため、再生処理の効率化を図ることができる。 Note that wet etching treatment can be performed by immersing the semiconductor substrate 121 in a solution in the treatment tank, and thus a plurality of semiconductor substrates 121 can be collectively treated. For this reason, the efficiency of the reproduction process can be improved.

第1のエッチング処理として、ドライエッチング処理を用いても良い。また、ウェットエッチング処理とドライエッチング処理とを組み合わせて用いても良い。ドライエッチング処理としては、平行平板型RIE(Reactive Ion Etching)法や、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法などを用いることができる。 A dry etching process may be used as the first etching process. Further, a wet etching process and a dry etching process may be used in combination. As the dry etching process, a parallel plate RIE (Reactive Ion Etching) method, an ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method, or the like can be used.

なお、半導体基板121上に絶縁層125が設けられていない場合(例えば、SOI基板の作製工程において、半導体基板100に絶縁層102(接合層)を設けなかった場合等)は、絶縁層125を除去する本工程を省略することができる。また、SOI基板の作製工程中などに、半導体基板100に自然酸化膜が形成されることがある。該自然酸化膜の除去のために、本工程を実施しても良い。 Note that when the insulating layer 125 is not provided over the semiconductor substrate 121 (for example, when the insulating layer 102 (a bonding layer) is not provided over the semiconductor substrate 100 in the manufacturing process of the SOI substrate), the insulating layer 125 is not formed. This step of removing can be omitted. In addition, a natural oxide film may be formed on the semiconductor substrate 100 during an SOI substrate manufacturing process or the like. This step may be performed to remove the natural oxide film.

≪第1の工程:第1の損傷半導体領域の除去≫
第1の工程では、半導体材料を酸化する物質と、酸化された半導体材料を溶解する物質と、該半導体材料の酸化速度及び該酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質と、を含む混合液をエッチャントとして用いるウェットエッチング処理を行うことで、第1の損傷半導体領域を除去する。
<< First Step: Removal of First Damaged Semiconductor Region >>
In the first step, a mixture containing a substance that oxidizes the semiconductor material, a substance that dissolves the oxidized semiconductor material, and a substance that controls the oxidation rate of the semiconductor material and the dissolution rate of the oxidized semiconductor material The first damaged semiconductor region is removed by performing a wet etching process using the liquid as an etchant.

半導体材料を酸化する物質としては、硝酸を用いることが好ましい。また、酸化された半導体材料を溶解する物質としては、フッ酸を用いることが好ましい。また、半導体材料の酸化速度及び酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質としては、酢酸を用いることが好ましい。 Nitric acid is preferably used as the substance that oxidizes the semiconductor material. Further, hydrofluoric acid is preferably used as the substance that dissolves the oxidized semiconductor material. In addition, acetic acid is preferably used as the substance that controls the oxidation rate of the semiconductor material and the dissolution rate of the oxidized semiconductor material.

当該エッチング処理は、1分間以上10分間以下程度行うのが望ましく、例えば、2分間以上8分間以下程度行うのが好適である。また、混合液の温度は、10℃以上30℃以下程度とするのが望ましく、例えば、25℃とするのが好適である。 The etching process is desirably performed for about 1 minute to 10 minutes, and for example, it is preferable to perform the etching process for about 2 minutes to 8 minutes. The temperature of the mixed solution is desirably about 10 ° C. or higher and 30 ° C. or lower, and for example, 25 ° C. is preferable.

混合液中に含まれる半導体材料を酸化する物質として硝酸を用いる場合、該混合液に、自己触媒として機能する亜硝酸を含ませることが好ましい。亜硝酸を含むことで、エッチングレートの安定化を実現することができる。また、亜硝酸を含むことで、エッチングレートが増大し、処理時間の短縮化を実現することができる。 When nitric acid is used as a substance that oxidizes the semiconductor material contained in the mixed solution, it is preferable that the mixed solution contains nitrous acid that functions as an autocatalyst. By including nitrous acid, the etching rate can be stabilized. Further, by containing nitrous acid, the etching rate is increased, and the processing time can be shortened.

亜硝酸を含む当該エッチング処理は、30秒間以上120秒間以下程度行うことが好ましく、例えば、後述するフッ酸と硝酸と酢酸の体積比が1:2:10の混合液を用いる場合は、45秒間以上105秒間以下程度行うことが好適である。また、混合液の温度は、10℃以上40℃以下程度とすることが好ましく、例えば、30℃とすることが好適である。 The etching process including nitrous acid is preferably performed for 30 seconds or more and 120 seconds or less. For example, when a mixed solution having a volume ratio of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid described later of 1: 2: 10 is used, 45 seconds. It is preferable to perform the above for about 105 seconds or less. Moreover, it is preferable that the temperature of a liquid mixture shall be about 10 degreeC or more and 40 degrees C or less, for example, it is suitable to set it as 30 degreeC.

上記エッチャントとして、硝酸(濃度:70重量%)、フッ酸(濃度:50重量%)、及び酢酸(濃度:99.7重量%)の混合液を用いる場合、硝酸の体積は、酢酸の体積の0.01倍より大きく1倍未満とし、かつ、フッ酸の体積の0.1倍より大きく100倍未満とし、フッ酸の体積は、酢酸の体積の0.01倍より大きく0.5倍未満とすることが好ましい。例えば、フッ酸と硝酸と酢酸の体積比を1:3:10とすることが好ましい。また、亜硝酸を含む場合は、例えば、フッ酸と硝酸と酢酸の体積比を1:2:10(亜硝酸濃度10mg/l以上1000mg/l以下)とすることが好ましい。 When a mixed solution of nitric acid (concentration: 70% by weight), hydrofluoric acid (concentration: 50% by weight), and acetic acid (concentration: 99.7% by weight) is used as the etchant, the volume of nitric acid is equal to the volume of acetic acid. More than 0.01 times and less than 1 time and more than 0.1 times and less than 100 times the volume of hydrofluoric acid, and the volume of hydrofluoric acid is more than 0.01 times and less than 0.5 times the volume of acetic acid It is preferable that For example, the volume ratio of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid is preferably 1: 3: 10. When nitrous acid is included, for example, the volume ratio of hydrofluoric acid, nitric acid and acetic acid is preferably 1: 2: 10 (nitrite concentration of 10 mg / l or more and 1000 mg / l or less).

損傷半導体領域には、イオンの添加に伴って形成された結晶欠陥やボイドなどが存在しており、エッチャントが浸透しやすい。このため、損傷半導体領域では、表面のみでなく、内部からもエッチングが進行することになる。 In the damaged semiconductor region, there are crystal defects and voids formed with the addition of ions, and the etchant easily penetrates. For this reason, in the damaged semiconductor region, etching proceeds not only from the surface but also from the inside.

具体的には、エッチングは基板平面に垂直な方向に深い縦穴を形成するように進行し、その縦穴を拡大するように行われる傾向にある。つまり、損傷半導体領域では、未損傷半導体領域と比較して大きなエッチングレートでエッチング処理が進行することになる。 Specifically, etching proceeds to form deep vertical holes in a direction perpendicular to the substrate plane, and tends to be performed to enlarge the vertical holes. In other words, in the damaged semiconductor region, the etching process proceeds at a higher etching rate than in the undamaged semiconductor region.

ここで、「エッチングレート」とは、単位時間あたりのエッチング量(被エッチング量)をいう。つまり、「エッチングレートが大きい」とは、よりエッチングされやすいことを意味し、「エッチングレートが小さい」とは、よりエッチングされにくいことを意味する。 Here, “etching rate” refers to the etching amount per unit time (the amount to be etched). That is, “high etching rate” means that etching is easier, and “low etching rate” means that etching is more difficult.

このように、半導体材料を酸化する物質と、酸化された半導体材料を溶解する物質と、半導体材料の酸化速度及び酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質とを含む混合液をエッチャントとしてエッチング処理を行うことにより、未損傷半導体領域に対して第1の損傷半導体領域を選択的に除去することができる。 As described above, etching is performed using a mixed liquid containing a substance that oxidizes the semiconductor material, a substance that dissolves the oxidized semiconductor material, and a substance that controls the oxidation rate of the semiconductor material and the dissolution rate of the oxidized semiconductor material as an etchant. By performing the treatment, the first damaged semiconductor region can be selectively removed with respect to the undamaged semiconductor region.

なお、凸部110における損傷半導体領域(半導体領域126及び半導体領域127)の厚さと、それ以外の領域における損傷半導体領域(半導体領域129)の厚さは、大きく異なっている。このため、凸部110(周縁部)と、それ以外の領域(中央部)とのエッチング選択比は、第1の工程の間において一定ではない。 Note that the thickness of the damaged semiconductor region (semiconductor region 126 and semiconductor region 127) in the convex portion 110 and the thickness of the damaged semiconductor region (semiconductor region 129) in other regions are greatly different. For this reason, the etching selectivity between the convex portion 110 (peripheral portion) and the other region (center portion) is not constant during the first step.

具体的には、次の通りである。まず、第1の工程を開始した直後は、凸部110及びそれ以外の領域において、第1の損傷半導体領域がエッチングされることになり、エッチング選択比は1前後となる。そして、凸部110以外の領域(半導体領域129)の第1の損傷半導体領域が除去された後には、当該領域に未損傷半導体領域が現れることになる。そのため、凸部110の第1の損傷半導体領域が優先的に除去されることになり、エッチング選択比は1.7以上となる。そして、凸部110(半導体領域126、半導体領域127)の第1の損傷半導体領域が除去されると、当該領域に未損傷半導体領域が現れることになるため、エッチング選択比は再び1前後となる。 Specifically, it is as follows. First, immediately after the first step is started, the first damaged semiconductor region is etched in the convex portion 110 and other regions, and the etching selectivity is about 1. After the first damaged semiconductor region in the region (semiconductor region 129) other than the convex portion 110 is removed, an undamaged semiconductor region appears in the region. For this reason, the first damaged semiconductor region of the convex portion 110 is preferentially removed, and the etching selectivity is 1.7 or more. When the first damaged semiconductor region of the convex portion 110 (semiconductor region 126, semiconductor region 127) is removed, an undamaged semiconductor region appears in the region, so that the etching selectivity is about 1 again. .

このように、第1の工程の間でエッチング選択比は変動するため、この選択比の変化をエッチング終了時の目安とすることが可能である。例えば、エッチング選択比が1.2未満に低下した段階で、エッチング処理を停止させることで、第1の工程における不必要なオーバーエッチングを抑制しつつ、第1の損傷半導体領域を除去することができる。 As described above, since the etching selection ratio varies between the first steps, the change in the selection ratio can be used as a guide at the end of etching. For example, the first damaged semiconductor region can be removed while suppressing unnecessary over-etching in the first step by stopping the etching process when the etching selectivity is reduced to less than 1.2. it can.

なお、エッチング選択比は、所定時間(例えば、30秒、1分など)における凸部110(周縁部)と、それ以外の領域(中央部)のそれぞれの膜厚の減少量を比較して求めたもの(差分値)であっても良いし、瞬間の膜厚の減少量を比較して求めたもの(微分値)であっても良い。 The etching selection ratio is obtained by comparing the reduction amounts of the film thicknesses of the convex portion 110 (peripheral portion) and the other region (center portion) in a predetermined time (for example, 30 seconds, 1 minute, etc.). It may be a difference value (difference value), or may be a difference value (differential value) obtained by comparing instantaneous film thickness reduction amounts.

以上に示したように、第1の工程では、第1の損傷半導体領域と未損傷半導体領域とでエッチングレートが異なるため、除去する必要のない領域(未損傷半導体領域)が余分に除去されることを抑制することができる。 As described above, in the first step, since the etching rate is different between the first damaged semiconductor region and the undamaged semiconductor region, an unnecessary region (undamaged semiconductor region) is removed. This can be suppressed.

≪第2の工程:第2の損傷半導体領域の除去≫
第2の工程では、アルカリ性の溶液を用いて、第1の工程で除去できなかった損傷半導体領域(第2の損傷半導体領域)を除去する。
<< Second Step: Removal of Second Damaged Semiconductor Region >>
In the second step, the damaged semiconductor region (second damaged semiconductor region) that could not be removed in the first step is removed using an alkaline solution.

アルカリ性の溶液を用いることで、半導体材料を酸化しなくても、損傷半導体領域の半導体材料を除去することができるため、第2の工程では、第1の工程で除去することができなかった第2の損傷半導体領域を除去することができる。よって、第2の工程が終了した後は、第1の工程が終了した時よりも、半導体基板上に残る損傷半導体領域が低減されている(又は損傷半導体領域がほとんど存在しない)。 By using the alkaline solution, the semiconductor material in the damaged semiconductor region can be removed without oxidizing the semiconductor material. Therefore, in the second step, the first step that could not be removed in the first step. Two damaged semiconductor regions can be removed. Therefore, after the second step is completed, the damaged semiconductor region remaining on the semiconductor substrate is reduced (or there is almost no damaged semiconductor region) than when the first step is completed.

アルカリ性の溶液は、無機アルカリと有機アルカリのどちらを含んでいても良い。有機アルカリを含む溶液としては、例えば、TMAH(Tetra MethylAmmonium Hydroxide、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド)を含む有機アルカリ水溶液や、アンモニア過酸化水素水混合溶液(APM)等が挙げられる。また、市販の有機アルカリ系洗浄剤を用いても良く、例えば、アルカリ性のガラス基板洗浄剤等が挙げられ、具体的には、PK−LCG407(株式会社パーカーコーポレーション製)等を用いることができる。 The alkaline solution may contain either an inorganic alkali or an organic alkali. Examples of the solution containing an organic alkali include an organic alkali aqueous solution containing TMAH (Tetra Methyl Ammonium Hydroxide), an ammonia hydrogen peroxide solution mixed solution (APM), and the like. Moreover, you may use a commercially available organic alkaline cleaning agent, for example, an alkaline glass substrate cleaning agent etc., Specifically, PK-LCG407 (made by Parker Corporation) etc. can be used.

アルカリ性の溶液は、pHが9以上13以下であると好ましく、pHが10以上12以下であるとより好ましい。 The alkaline solution preferably has a pH of 9 to 13 and more preferably has a pH of 10 to 12.

当該アルカリ性の溶液を用いた処理は、1分間以上10分間以下程度行うのが望ましく、例えば、5分間程度行うのが好適である。また、アルカリ性の溶液の温度は、10℃以上50℃以下程度とするのが望ましく、例えば、40℃とするのが好適である。 The treatment using the alkaline solution is desirably performed for about 1 minute to 10 minutes, and for example, it is preferable to perform for about 5 minutes. The temperature of the alkaline solution is desirably about 10 ° C. or more and 50 ° C. or less, and is preferably 40 ° C., for example.

なお、半導体基板における第3の工程を施す面は、均一に乾燥していることが好ましい。よって、第2の工程が完了し、第3の工程を施す前の半導体基板に対して、IPA(Isopropyl Alcohol)による乾燥(水をイソプロピルアルコールの蒸気で置換する方法)を行うことが好ましい。 Note that the surface of the semiconductor substrate on which the third step is performed is preferably uniformly dried. Therefore, it is preferable to perform drying by IPA (Isopropyl Alcohol) (a method of replacing water with isopropyl alcohol vapor) on the semiconductor substrate after the second step is completed and before the third step is performed.

例えば、半導体基板の表面の一部に水分が付着することで、ウォーターマークと呼ばれる反応生成物が形成され、半導体基板の表面に乾燥のムラや凹凸が生じることがある。このようなムラや凹凸が生じると、第3の工程で、十分な平坦性を有する再生半導体基板を得ることが難しい場合がある。または、十分な平坦性を有する再生半導体基板を得るために、半導体を大量に除去しなくてはならない(半導体の研磨量が多くなる)場合がある。よって、半導体基板を均一に乾燥させることが好ましい。 For example, when moisture adheres to a part of the surface of the semiconductor substrate, a reaction product called a watermark is formed, and drying unevenness or unevenness may occur on the surface of the semiconductor substrate. If such unevenness and unevenness occur, it may be difficult to obtain a regenerated semiconductor substrate having sufficient flatness in the third step. Alternatively, in order to obtain a regenerated semiconductor substrate having sufficient flatness, a large amount of semiconductor must be removed (the amount of semiconductor polishing increases). Therefore, it is preferable to dry the semiconductor substrate uniformly.

≪第3の工程:研磨処理≫
第3の工程では、研磨処理を行い、半導体基板の表面の平坦化を行う。
<< Third step: Polishing process >>
In the third step, a polishing process is performed to planarize the surface of the semiconductor substrate.

第2の工程において第2の損傷半導体領域を除去したため、第3の工程を行う際に、半導体基板の表面で、研磨レートの異なる部分がほとんど無いと言える。したがって、第3の工程では、半導体基板121の表面で一様な研磨を行うことができ、研磨のムラに起因する凹凸の形成を抑制することができる。また、余分な半導体の除去を抑制し、かつ、平坦性の高い再生半導体基板を得ることができる。 Since the second damaged semiconductor region is removed in the second step, it can be said that there are almost no portions with different polishing rates on the surface of the semiconductor substrate when the third step is performed. Therefore, in the third step, uniform polishing can be performed on the surface of the semiconductor substrate 121, and formation of unevenness due to uneven polishing can be suppressed. Further, it is possible to obtain a regenerated semiconductor substrate that suppresses the removal of excess semiconductor and has high flatness.

研磨処理としては、CMP処理を行うことが好ましい。 As the polishing process, a CMP process is preferably performed.

ここで、CMP処理とは、被処理物の表面を化学的・機械的な複合作用により平坦化する手法をいう。例えば、研磨ステージの上に研磨布を貼り付け、被処理物と研磨布との間にスラリー(研磨剤)を供給しながら、研磨ステージと被処理物を各々回転または揺動させることにより行われる。これによって、スラリーと被処理物表面との間の化学反応、及び研磨布による被処理物の機械的研磨の作用によって、被処理物の表面が研磨される。 Here, the CMP treatment refers to a method of flattening the surface of an object to be processed by a chemical / mechanical combined action. For example, it is performed by attaching a polishing cloth on the polishing stage and rotating or swinging the polishing stage and the workpiece while supplying slurry (abrasive) between the workpiece and the polishing cloth. . Thus, the surface of the object to be processed is polished by the chemical reaction between the slurry and the surface of the object to be processed and the action of mechanical polishing of the object to be processed by the polishing cloth.

CMP処理の回数は1回であっても複数回であっても良い。CMP処理を複数回行う場合には、例えば、高い研磨レートで第1のCMP処理を行った後に、低い研磨レートで第2のCMP処理を行うことが好ましい。 The number of CMP processes may be one or more. When performing the CMP process a plurality of times, for example, it is preferable to perform the first CMP process at a high polishing rate and then perform the second CMP process at a low polishing rate.

第1のCMP処理に用いる研磨布は、第2のCMP処理に用いる研磨布よりも硬いことが好ましい。また、第1のCMP処理に用いるスラリーの粒径は、第2のCMP処理に用いるスラリーの粒径よりも大きいことが好ましい。 The polishing cloth used for the first CMP process is preferably harder than the polishing cloth used for the second CMP process. In addition, the particle size of the slurry used for the first CMP treatment is preferably larger than the particle size of the slurry used for the second CMP treatment.

例えば、ポリウレタンを含む研磨布を用いることができる。また、第1のCMP処理におけるスラリーの粒径は、50nm〜120nm程度とすることが好ましい。第2のCMP処理におけるスラリーの粒径は、45nm〜75nm程度とすることが好ましい。 For example, a polishing cloth containing polyurethane can be used. Moreover, it is preferable that the particle size of the slurry in the first CMP treatment is about 50 nm to 120 nm. The particle size of the slurry in the second CMP treatment is preferably about 45 nm to 75 nm.

CMP処理において、スラリー流量、研磨圧、スピンドル回転数、テーブル回転数、及び処理時間を適宜設定することで、半導体を余分に除去しないようにすることが好ましい。例えば、研磨圧を高くしすぎない、又は処理時間を長くしないことで、半導体の除去量の抑制を図ることができる。 In the CMP process, it is preferable to avoid excessive removal of the semiconductor by appropriately setting the slurry flow rate, the polishing pressure, the spindle rotation speed, the table rotation speed, and the processing time. For example, the removal amount of the semiconductor can be suppressed by not increasing the polishing pressure too much or lengthening the processing time.

また、スピンドル回転数とテーブル回転数を異なる値とすることで、半導体基板表面のうち同じ領域ばかりが研磨される(研磨される領域が偏る)ことを抑制し、研磨を表面全体に行き渡るように(まんべんなく)行うことができるため、好ましい。また、半導体基板表面のうち、特に平坦性の低い凸部110に含まれる表面の平坦性を高めることが容易となるため、好ましい。 In addition, by setting the spindle rotation speed and the table rotation speed to different values, it is possible to suppress polishing of only the same region of the semiconductor substrate surface (the region to be polished is biased) and to spread the polishing over the entire surface. Since it can be performed (evenly), it is preferable. Further, it is preferable because it is easy to improve the flatness of the surface included in the convex portion 110 having a particularly low flatness among the surfaces of the semiconductor substrate.

なお、第1の工程及び第2の工程において除去することができなかった損傷半導体領域を、研磨処理において除去することもできる。 Note that the damaged semiconductor region that could not be removed in the first step and the second step can also be removed in the polishing process.

本発明の一態様の半導体基板の再生方法では、第1の工程において、第1の損傷半導体領域を除去し、第2の工程において、第2の損傷半導体領域を除去している。したがって、第3の工程を施す前の半導体基板の表面の平坦性が低くても、該表面は研磨レートの差が小さいため、少ない研磨量で、平坦性の高い表面の再生半導体基板を得ることができる。 In the method for regenerating a semiconductor substrate of one embodiment of the present invention, the first damaged semiconductor region is removed in the first step, and the second damaged semiconductor region is removed in the second step. Therefore, even if the flatness of the surface of the semiconductor substrate before the third step is low, the surface has a small difference in polishing rate, so that a reclaimed semiconductor substrate having a highly flat surface can be obtained with a small amount of polishing. Can do.

また、研磨処理に加えて、レーザ光の照射処理やランプ光の照射処理を行っても良い。 In addition to the polishing process, a laser beam irradiation process or a lamp light irradiation process may be performed.

以上により半導体基板121が再生され、図2(D)に示すように再生半導体基板132が完成する。 Thus, the semiconductor substrate 121 is regenerated, and the regenerated semiconductor substrate 132 is completed as shown in FIG.

以上に示したように、本発明の一態様の半導体基板の再生方法では、半導体材料が酸化されやすい損傷半導体領域(第1の損傷半導体領域)を第1の工程で除去し、半導体材料が酸化されにくく、かつ、未損傷半導体領域と研磨レートが異なる損傷半導体領域(第2の損傷半導体領域)を第2の工程で除去した後、研磨処理である第3の工程を行う。したがって、少ない研磨量で、表面の平坦性が高い基板を得ることができる。 As described above, in the semiconductor substrate recycling method of one embodiment of the present invention, the damaged semiconductor region (first damaged semiconductor region) in which the semiconductor material is easily oxidized is removed in the first step, and the semiconductor material is oxidized. After the damaged semiconductor region (second damaged semiconductor region) that is difficult to be damaged and has a polishing rate different from that of the undamaged semiconductor region is removed in the second step, a third step, which is a polishing process, is performed. Therefore, a substrate with high surface flatness can be obtained with a small amount of polishing.

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 The structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments.

(実施の形態2)
本実施の形態では、SOI基板の作製方法の一例について、図3乃至5を用いて説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, an example of a method for manufacturing an SOI substrate will be described with reference to FIGS.

[工程A:ボンド基板への処理]
図5に示す工程Aでは、ボンド基板である半導体基板100に対して処理を行う。具体的には、半導体基板100に脆化領域104を形成するなど、ベース基板120と貼り合わせるための準備を行う。
[Step A: Treatment to bond substrate]
In step A shown in FIG. 5, the semiconductor substrate 100 which is a bond substrate is processed. Specifically, preparation for bonding to the base substrate 120 is performed, such as formation of the embrittled region 104 in the semiconductor substrate 100.

≪工程(A−1):基板準備≫
はじめに、ボンド基板として、半導体基板100を準備する(図3(A))。半導体基板100の周縁部には、欠けやひび割れを防ぐための面取り部が存在する。
<< Step (A-1): Board Preparation >>
First, a semiconductor substrate 100 is prepared as a bond substrate (FIG. 3A). A chamfered portion for preventing chipping and cracking is present at the peripheral portion of the semiconductor substrate 100.

半導体基板100としては、例えば、単結晶シリコン基板、単結晶ゲルマニウム基板、単結晶シリコンゲルマニウム基板など、第14族元素でなる単結晶半導体基板、又は多結晶半導体基板を用いることができる。また、ガリウムヒ素やガリウムヒ素リン、インジウムガリウムヒ素等の化合物半導体基板を用いることもできる。半導体基板100の形状は限られず、円形や矩形状等の基板を用いることができる。また、半導体基板100は、CZ(チョクラルスキー)法やFZ(フローティングゾーン)法を用いて作製することができる。 As the semiconductor substrate 100, for example, a single crystal semiconductor substrate made of a group 14 element, such as a single crystal silicon substrate, a single crystal germanium substrate, or a single crystal silicon germanium substrate, or a polycrystalline semiconductor substrate can be used. A compound semiconductor substrate such as gallium arsenide, gallium arsenide phosphorus, or indium gallium arsenide can also be used. The shape of the semiconductor substrate 100 is not limited, and a circular or rectangular substrate can be used. The semiconductor substrate 100 can be manufactured using a CZ (Czochralski) method or an FZ (floating zone) method.

以下の説明では、半導体基板100として、矩形状の単結晶シリコン基板を用いる場合について示す。 In the following description, a case where a rectangular single crystal silicon substrate is used as the semiconductor substrate 100 is described.

なお、半導体基板100の表面は、適宜洗浄しておくことが好ましい。洗浄には、例えば、硫酸過酸化水素水混合溶液(SPM)、アンモニア過酸化水素水混合溶液(APM)、塩酸過酸化水素水混合溶液(HPM)、希フッ酸(DHF)、オゾン水などを用いることができる。また、希フッ酸とオゾン水を交互に吐出して半導体基板100の表面を洗浄しても良い。必要に応じて、メガヘルツ超音波洗浄(メガソニック洗浄)等の超音波洗浄や、2流体ジェット洗浄を組み合わせることが好ましい。洗浄により、半導体基板100表面の異物、有機汚染を低減し、絶縁層102を均一に形成することが可能となる。 Note that the surface of the semiconductor substrate 100 is preferably cleaned as appropriate. For cleaning, for example, sulfuric acid hydrogen peroxide mixed solution (SPM), ammonia hydrogen peroxide mixed solution (APM), hydrochloric hydrogen peroxide mixed solution (HPM), dilute hydrofluoric acid (DHF), ozone water, etc. Can be used. Alternatively, the surface of the semiconductor substrate 100 may be cleaned by alternately discharging dilute hydrofluoric acid and ozone water. If necessary, it is preferable to combine ultrasonic cleaning such as megahertz ultrasonic cleaning (megasonic cleaning) or two-fluid jet cleaning. By cleaning, foreign matter and organic contamination on the surface of the semiconductor substrate 100 can be reduced, and the insulating layer 102 can be formed uniformly.

≪工程(A−2):絶縁層形成≫
次に、半導体基板100上に絶縁層102を形成する(図3(B))。半導体基板100上の絶縁層102は、必須の構成ではないため、工程(A−2)は省略することができる。
<< Step (A-2): Formation of insulating layer >>
Next, the insulating layer 102 is formed over the semiconductor substrate 100 (FIG. 3B). Since the insulating layer 102 over the semiconductor substrate 100 is not an essential component, the step (A-2) can be omitted.

絶縁層102は、単数の絶縁膜を用いたものであっても、複数の絶縁膜を積層して用いたものであっても良い。絶縁層102は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜などのシリコンを組成に含む絶縁膜を用いて形成することができる。また、実施の形態1で挙げた材料を用いて形成しても良い。 The insulating layer 102 may be a single insulating film or a stack of a plurality of insulating films. The insulating layer 102 can be formed using an insulating film containing silicon as a composition, such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or a silicon nitride oxide film. Alternatively, the material described in Embodiment 1 may be used.

本実施の形態では、一例として、酸化シリコン膜を絶縁層102として用いる場合について説明する。 In this embodiment, the case where a silicon oxide film is used as the insulating layer 102 is described as an example.

なお、図3(B)では、半導体基板100を覆うように絶縁層102が形成されているが、本発明の一態様はこれに限定されない。半導体基板100にCVD法等を用いて絶縁層102を設ける場合、半導体基板100の一方の面にのみ絶縁層102が形成されていても良い。 Note that in FIG. 3B, the insulating layer 102 is formed so as to cover the semiconductor substrate 100; however, one embodiment of the present invention is not limited thereto. When the insulating layer 102 is provided on the semiconductor substrate 100 using a CVD method or the like, the insulating layer 102 may be formed only on one surface of the semiconductor substrate 100.

絶縁層102として用いる酸化シリコン膜はシランと酸素、又はテトラエトキシシラン(TEOS:化学式Si(OC)と酸素等の混合ガスを用い、熱CVD、プラズマCVD、常圧CVD、バイアスECRCVD等の気相成長法によって形成することができる。この場合、酸化シリコン膜の表面を酸素プラズマ処理で緻密化しても良い。また、酸化シリコン膜は、有機シランガスを用いて化学気相成長法により作製しても良い。有機シランガスとしては、テトラエトキシシラン(TEOS)、テトラメチルシラン(TMS:化学式Si(CH)、テトラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS)、オクタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、トリエトキシシラン(化学式SiH(OC)、トリスジメチルアミノシラン(化学式SiH(N(CH)等のシリコン含有化合物を用いることができる。 A silicon oxide film used as the insulating layer 102 uses a mixed gas such as silane and oxygen, or tetraethoxysilane (TEOS: chemical formula Si (OC 2 H 5 ) 4 ) and oxygen, and is formed by thermal CVD, plasma CVD, atmospheric pressure CVD, or bias. It can be formed by a vapor phase growth method such as ECRCVD. In this case, the surface of the silicon oxide film may be densified by oxygen plasma treatment. Further, the silicon oxide film may be formed by a chemical vapor deposition method using an organosilane gas. Examples of the organic silane gas include tetraethoxysilane (TEOS), tetramethylsilane (TMS: chemical formula Si (CH 3 ) 4 ), tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS), octamethylcyclotetrasiloxane (OMCTS), hexamethyldisilazane ( Silicon-containing compounds such as HMDS), triethoxysilane (chemical formula SiH (OC 2 H 5 ) 3 ), and trisdimethylaminosilane (chemical formula SiH (N (CH 3 ) 2 ) 3 ) can be used.

また、半導体基板100を熱酸化することで得られる熱酸化膜で、絶縁層102を形成することもできる。上記熱酸化膜を形成するための熱酸化処理には、ウェット酸化、バイロジェニック酸化、ドライ酸化を用いても良く、酸化雰囲気中にハロゲンを含むガスを添加しても良い。ハロゲンを含むガスとしては、HCl、HF、NF、HBr、Cl、ClF、BCl、F、Brなどから選ばれた一種又は複数種のガスを用いることができる。 Alternatively, the insulating layer 102 can be formed using a thermal oxide film obtained by thermally oxidizing the semiconductor substrate 100. For the thermal oxidation treatment for forming the thermal oxide film, wet oxidation, virogenic oxidation, or dry oxidation may be used, and a gas containing halogen may be added to the oxidizing atmosphere. As the gas containing halogen, one or a plurality of gases selected from HCl, HF, NF 3 , HBr, Cl 2 , ClF 3 , BCl 3 , F 2 , Br 2, and the like can be used.

熱酸化膜の形成条件の一例としては、酸素に対しHClを0.5〜10体積%(好ましくは3体積%)の割合で含む雰囲気中で、700℃以上1100℃以下(代表的には、950℃程度)で熱処理を行うというものがある。処理時間は0.1〜6時間、好ましくは0.5〜1時間とすれば良い。形成される酸化膜の膜厚は、10nm〜1100nm(好ましくは50nm〜150nm)、例えば100nmとすることができる。 As an example of conditions for forming the thermal oxide film, 700 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower (typically, in an atmosphere containing HCl at 0.5 to 10% by volume (preferably 3% by volume) with respect to oxygen (typically, And heat treatment is performed at about 950 ° C. The treatment time may be 0.1 to 6 hours, preferably 0.5 to 1 hour. The thickness of the oxide film to be formed can be 10 nm to 1100 nm (preferably 50 nm to 150 nm), for example, 100 nm.

このような、ハロゲン元素を含む雰囲気での熱酸化処理により、酸化膜にハロゲン元素を含ませることができる。ハロゲン元素を1×1017atoms/cm〜1×1021atoms/cmの濃度で酸化膜に含ませることにより、外因性の不純物である重金属(例えば、Fe、Cr、Ni、Mo等)を酸化膜が捕集するので、後に形成される半導体層の汚染を防止することができる。 By such thermal oxidation treatment in an atmosphere containing a halogen element, the oxide film can contain the halogen element. By including a halogen element in the oxide film at a concentration of 1 × 10 17 atoms / cm 3 to 1 × 10 21 atoms / cm 3 , heavy metals (eg, Fe, Cr, Ni, Mo, etc.) that are extrinsic impurities Since the oxide film collects, contamination of a semiconductor layer to be formed later can be prevented.

また、絶縁層102中に塩素等のハロゲン元素を含ませることにより、半導体基板100に悪影響を与える不純物(例えば、Na等の可動イオン)をゲッタリングすることができる。具体的には、絶縁層102を形成した後に行われる熱処理により、半導体基板100に含まれる不純物が絶縁層102に析出し、ハロゲン原子(例えば塩素原子)と反応して捕獲されることとなる。それにより絶縁層102中に捕集した当該不純物を固定して半導体基板100の汚染を防ぐことができる。また、絶縁層102はガラス基板と貼り合わせた場合に、ガラスに含まれるNa等の不純物を固定する膜としても機能しうる。 In addition, by including a halogen element such as chlorine in the insulating layer 102, impurities (for example, movable ions such as Na) that adversely affect the semiconductor substrate 100 can be gettered. Specifically, by heat treatment performed after the insulating layer 102 is formed, impurities contained in the semiconductor substrate 100 are deposited on the insulating layer 102 and are captured by reacting with halogen atoms (for example, chlorine atoms). Accordingly, the impurities collected in the insulating layer 102 can be fixed and contamination of the semiconductor substrate 100 can be prevented. In addition, the insulating layer 102 can also function as a film that fixes impurities such as Na contained in glass when bonded to a glass substrate.

特に、ハロゲンを含む雰囲気下における熱処理により、絶縁層102中に塩素等のハロゲンを含ませることは、半導体基板100の洗浄が不十分である場合や、繰り返し再生処理を施して用いられる半導体基板の汚染除去において有効である。 In particular, inclusion of a halogen such as chlorine in the insulating layer 102 by heat treatment in an atmosphere containing halogen can cause the semiconductor substrate 100 to be used when the semiconductor substrate 100 is not sufficiently cleaned or is subjected to repeated regeneration treatment. Effective in decontamination.

また、酸化処理雰囲気に含まれるハロゲン元素により、半導体基板100の表面の欠陥が終端されるため、酸化膜と半導体基板100との界面の局在準位密度を低減することができる。 In addition, since the defects on the surface of the semiconductor substrate 100 are terminated by the halogen element contained in the oxidation treatment atmosphere, the localized level density at the interface between the oxide film and the semiconductor substrate 100 can be reduced.

また、絶縁層102中に含まれるハロゲン元素は、絶縁層102に歪みを形成する。その結果、絶縁層102の水分に対する吸収率が向上し、水分の拡散速度が増加する。つまり、絶縁層102の表面に水分が存在する場合に、当該表面に存在する水分を絶縁層102中に素早く吸収し、拡散させることができる。 Further, the halogen element contained in the insulating layer 102 causes distortion in the insulating layer 102. As a result, the moisture absorption rate of the insulating layer 102 is improved, and the moisture diffusion rate is increased. That is, when moisture exists on the surface of the insulating layer 102, moisture present on the surface can be quickly absorbed and diffused into the insulating layer 102.

また、ベース基板として、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属などの半導体装置の信頼性を低下させる不純物を含むようなガラス基板を用いる場合、上記不純物がベース基板から半導体層に拡散することを防止できるような膜を、少なくとも1層以上、絶縁層102が含んでいることが好ましい。このような膜には、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜などがある。このような膜を絶縁層102が有することで、絶縁層102をバリア膜(ブロッキング膜とも呼ぶ)として機能させることができる。 Further, in the case where a glass substrate containing impurities that reduce the reliability of a semiconductor device such as an alkali metal or an alkaline earth metal is used as the base substrate, the impurities can be prevented from diffusing from the base substrate to the semiconductor layer. It is preferable that the insulating layer 102 includes at least one or more layers. Examples of such a film include a silicon nitride film and a silicon nitride oxide film. When the insulating layer 102 includes such a film, the insulating layer 102 can function as a barrier film (also referred to as a blocking film).

例えば、絶縁層102を単層構造のバリア膜として形成する場合、厚さ15nm以上300nm以下の窒化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜で形成することができる。 For example, when the insulating layer 102 is formed as a barrier film having a single-layer structure, the insulating layer 102 can be formed using a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film with a thickness of 15 nm to 300 nm.

絶縁層102を、バリア膜として機能する2層構造とする場合は、上層は、バリア機能の高い絶縁膜で構成する。上層の絶縁膜は、例えば厚さ15nm〜300nmの窒化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜で形成することができる。これらの膜は、不純物の拡散を防止するブロッキング効果が高いが、内部応力が高い。そのため、半導体基板100と接する下層の絶縁膜には、上層の絶縁膜の応力を緩和する効果のある膜を選択することが好ましい。上層の絶縁膜の応力を緩和する効果のある絶縁膜として、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜及び半導体基板100を熱酸化して形成した熱酸化膜などがある。下層の絶縁膜の厚さは5nm以上200nm以下とすることができる。 In the case where the insulating layer 102 has a two-layer structure that functions as a barrier film, the upper layer is formed using an insulating film having a high barrier function. The upper insulating film can be formed of, for example, a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film having a thickness of 15 nm to 300 nm. These films have a high blocking effect for preventing the diffusion of impurities, but have a high internal stress. Therefore, it is preferable to select a film having an effect of relaxing the stress of the upper insulating film as the lower insulating film in contact with the semiconductor substrate 100. As an insulating film having an effect of relieving the stress of the upper insulating film, there are a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a thermal oxide film formed by thermally oxidizing the semiconductor substrate 100, and the like. The thickness of the lower insulating film can be greater than or equal to 5 nm and less than or equal to 200 nm.

例えば、絶縁層102をバリア膜として機能させるために、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜と窒化シリコン膜、酸化シリコン膜と窒化酸化シリコン膜、又は、酸化窒化シリコン膜と窒化酸化シリコン膜などの組み合わせで絶縁層102を形成すると良い。 For example, in order to function the insulating layer 102 as a barrier film, a silicon oxide film and a silicon nitride film, a silicon oxynitride film and a silicon nitride film, a silicon oxide film and a silicon nitride oxide film, or a silicon oxynitride film and a silicon nitride oxide film The insulating layer 102 is preferably formed using a combination of films and the like.

≪工程(A−3):イオン照射≫
次に、半導体基板100に、電界で加速されたイオンでなるイオンビームを、矢印で示すように絶縁層102を介して照射し、半導体基板100の表面から所望の深さの領域に脆化領域104を形成する(図3(C))。脆化領域104が形成される深さは、イオンの平均侵入深さとほぼ同じ深さであり、これは、イオンビームの加速エネルギーとイオンビームの入射角によって調節することができる。また、加速エネルギーは加速電圧などにより調節できる。脆化領域104が形成される深さによって、後に半導体基板100から分離される半導体層124の厚さが決定される。脆化領域104が形成される深さは、例えば半導体基板100の表面から10nm以上500nm以下とすることができ、好ましい深さの範囲は、50nm以上300nm以下、例えば200nm程度である。なお、本実施の形態では、イオンの照射を絶縁層102の形成後に行っているが、これに限られず、絶縁層102の形成前にイオンの照射を行っても良い。
<< Step (A-3): Ion Irradiation >>
Next, the semiconductor substrate 100 is irradiated with an ion beam composed of ions accelerated by an electric field through the insulating layer 102 as indicated by an arrow, and an embrittled region is formed in a region at a desired depth from the surface of the semiconductor substrate 100. 104 is formed (FIG. 3C). The depth at which the embrittlement region 104 is formed is approximately the same as the average penetration depth of ions, and this can be adjusted by the acceleration energy of the ion beam and the incident angle of the ion beam. The acceleration energy can be adjusted by the acceleration voltage. The thickness of the semiconductor layer 124 to be separated from the semiconductor substrate 100 later is determined by the depth at which the embrittled region 104 is formed. The depth at which the embrittled region 104 is formed can be, for example, 10 nm or more and 500 nm or less from the surface of the semiconductor substrate 100, and the preferable depth range is 50 nm or more and 300 nm or less, for example, about 200 nm. Note that in this embodiment mode, ion irradiation is performed after the insulating layer 102 is formed; however, the present invention is not limited to this, and ion irradiation may be performed before the insulating layer 102 is formed.

脆化領域104は、イオンドーピング処理によって形成することができる。イオンドーピング処理は、イオンドーピング装置を用いて行うことができる。イオンドーピング装置の代表的な例としては、プロセスガスをプラズマ励起して生成された全てのイオン種を含むイオンビームを、チャンバー内に配置された被処理体に照射する非質量分離型の装置がある。非質量分離型の装置では、プラズマ中のイオン種を質量分離せず、全てのイオン種を含むイオンビームを被処理体に照射する。 The embrittlement region 104 can be formed by an ion doping process. The ion doping treatment can be performed using an ion doping apparatus. As a typical example of an ion doping apparatus, there is a non-mass separation type apparatus that irradiates an object to be processed disposed in a chamber with an ion beam including all ion species generated by plasma excitation of a process gas. is there. In a non-mass separation type apparatus, ion species in plasma are not subjected to mass separation, and an object to be processed is irradiated with an ion beam containing all the ion species.

本実施の形態では、イオンドーピング装置を用い、プラズマソースガスをプラズマ励起して生成された全てのイオン種を含むイオンビームを半導体基板100に照射する場合について説明する。プラズマソースガスとしては、水素を含むガス、例えば、Hを供給する。水素を含むガスを励起してプラズマを生成し、質量分離せずにプラズマ中に含まれるイオンを加速し、加速されたイオンを半導体基板100に打ち込む。 In this embodiment, the case where the semiconductor substrate 100 is irradiated with an ion beam including all ion species generated by plasma excitation of a plasma source gas using an ion doping apparatus will be described. As the plasma source gas, a gas containing hydrogen, for example, H 2 is supplied. A gas containing hydrogen is excited to generate plasma, ions included in the plasma are accelerated without mass separation, and the accelerated ions are implanted into the semiconductor substrate 100.

上記イオンビームの照射処理においては、水素ガスから生成されるイオン種(H、H 、H )の総量に対してH の割合を50%以上とする。より好ましくは、そのH の割合を80%以上とする。プラズマ中のH の割合を高くすることで、水素イオンを効率良く、半導体基板100に打ち込むことができるためである。なお、H はHの3倍の質量を持つことから、同じ深さに水素原子を1つ打ち込む場合、H の加速電圧は、Hの加速電圧の3倍にすることが可能である。これにより、イオンビームの照射工程のタクトタイムを短縮することが可能となり、生産性やスループットの向上を図ることができる。また、同じ質量のイオンを打ち込むことで、半導体基板100の同じ深さに集中させてイオンを打ち込むことができる。 In the ion beam irradiation treatment, the ratio of H 3 + to the total amount of ion species (H + , H 2 + , H 3 + ) generated from hydrogen gas is set to 50% or more. More preferably, the ratio of H 3 + is 80% or more. This is because hydrogen ions can be efficiently implanted into the semiconductor substrate 100 by increasing the ratio of H 3 + in the plasma. Since H 3 + has a mass three times that of H + , when one hydrogen atom is implanted at the same depth, the acceleration voltage of H 3 + may be three times the acceleration voltage of H +. Is possible. As a result, the tact time of the ion beam irradiation process can be shortened, and productivity and throughput can be improved. Further, by implanting ions with the same mass, the ions can be implanted while being concentrated at the same depth of the semiconductor substrate 100.

イオンドーピング装置は廉価で、大面積処理に優れているため、イオンドーピング装置を用いてH を照射することで、半導体特性の向上、大面積化、低コスト化、生産性向上などの顕著な効果を得ることができる。また、イオンドーピング装置を用いた場合には、重金属も同時に導入される恐れがあるが、塩素原子を含有する絶縁層102を介してイオンの照射を行うことによって、重金属による半導体基板100の汚染を防ぐことができる。 Since the ion doping apparatus is inexpensive and excellent in large area processing, irradiation with H 3 + using the ion doping apparatus significantly improves semiconductor characteristics, increases area, reduces costs, and improves productivity. Effects can be obtained. In addition, when an ion doping apparatus is used, heavy metal may be introduced at the same time. However, contamination of the semiconductor substrate 100 with heavy metal is caused by ion irradiation through the insulating layer 102 containing chlorine atoms. Can be prevented.

脆化領域104の形成は、イオン注入装置を用いたイオン注入処理で行っても良い。イオン注入装置は、チャンバー内に配置された被処理体に、ソースガスをプラズマ励起して生成された複数のイオン種を質量分離し、特定のイオン種を含むイオンビームを被処理体に照射する質量分離型の装置である。イオン注入装置を用いる場合には、水素ガスやPHを励起して生成されたH、H 、H を質量分離して、これらのいずれかを半導体基板100に打ち込む。 The embrittlement region 104 may be formed by ion implantation using an ion implantation apparatus. The ion implantation apparatus mass-separates a plurality of ion species generated by plasma-exciting a source gas from an object to be processed disposed in a chamber, and irradiates the object to be processed with an ion beam containing specific ion species. It is a mass separation type device. In the case of using an ion implantation apparatus, H + , H 2 + , and H 3 + generated by exciting hydrogen gas and PH 3 are mass-separated and any one of these is implanted into the semiconductor substrate 100.

イオン注入装置では、半導体基板100に対して単一のイオンのイオンビームを照射することが可能であり、半導体基板100の同じ深さに集中させてイオンを打ち込むことができる。このため、打ち込まれるイオンの深さ方向のプロファイルにおいて、ピークをシャープにすることが可能であり、分離される半導体層の表面の平坦性を高めることが容易である。また、その電極構造から、重金属による汚染が比較的小さく、半導体層の特性悪化を抑制することができるため好適である。 In the ion implantation apparatus, the semiconductor substrate 100 can be irradiated with an ion beam of a single ion, and ions can be implanted while being concentrated at the same depth of the semiconductor substrate 100. For this reason, it is possible to sharpen the peak in the profile of the implanted ions in the depth direction, and it is easy to improve the flatness of the surface of the semiconductor layer to be separated. In addition, the electrode structure is preferable because contamination by heavy metals is relatively small and deterioration of characteristics of the semiconductor layer can be suppressed.

≪工程(A−4):表面処理≫
次に、絶縁層102が形成された半導体基板100を洗浄する。この洗浄工程は、純水による超音波洗浄や、純水と窒素による2流体ジェット洗浄などで行うことができる。超音波洗浄としては、メガヘルツ超音波洗浄(メガソニック洗浄)を用いることが望ましい。
<< Step (A-4): Surface Treatment >>
Next, the semiconductor substrate 100 over which the insulating layer 102 is formed is cleaned. This cleaning step can be performed by ultrasonic cleaning with pure water or two-fluid jet cleaning with pure water and nitrogen. As the ultrasonic cleaning, it is desirable to use megahertz ultrasonic cleaning (megasonic cleaning).

上述の超音波洗浄や2流体ジェット洗浄の後、半導体基板100をオゾン水で洗浄しても良い。オゾン水で洗浄することで、有機物の除去と、絶縁層102表面の親水性を向上させる表面の活性化処理を行うことができる。 After the above-described ultrasonic cleaning or two-fluid jet cleaning, the semiconductor substrate 100 may be cleaned with ozone water. By washing with ozone water, organic substances can be removed and the surface can be activated to improve the hydrophilicity of the surface of the insulating layer 102.

絶縁層102の表面の活性化処理は、オゾン水による洗浄の他、原子ビーム又はイオンビームの照射処理、紫外線処理、オゾン処理、プラズマ処理、バイアス印加プラズマ処理又はラジカル処理で行うことができる。原子ビーム又はイオンビームを利用する場合には、アルゴン等の不活性ガス中性原子ビーム又は不活性ガスイオンビームを用いることができる。 The surface activation treatment of the insulating layer 102 can be performed by cleaning with ozone water, irradiation treatment with an atomic beam or ion beam, ultraviolet treatment, ozone treatment, plasma treatment, biased plasma treatment, or radical treatment. When an atomic beam or an ion beam is used, an inert gas neutral atom beam such as argon or an inert gas ion beam can be used.

酸素を含む雰囲気下で紫外線を照射することによりオゾンが生成される。オゾンは、被処理体表面に付着する有機物の除去に効果を奏する。また、一重項酸素も、オゾンと同等又はそれ以上に、被処理体表面に付着する有機物の除去に効果を奏する。オゾン及び一重項酸素は、活性状態にある酸素の例であり、総称して活性酸素とも言われる。本明細書中では一重項酸素が寄与する反応も含めて、便宜的にオゾン処理と称する。一重項酸素を生成する際にオゾンが生じる、又はオゾンから一重項酸素を生成する反応もあるためである。 Ozone is generated by irradiating ultraviolet rays in an atmosphere containing oxygen. Ozone is effective in removing organic substances adhering to the surface of the object to be processed. Singlet oxygen is also effective in removing organic substances adhering to the surface of the object to be processed, equivalent to or higher than ozone. Ozone and singlet oxygen are examples of oxygen in an active state, and are collectively referred to as active oxygen. In this specification, the reaction including singlet oxygen is referred to as ozone treatment for convenience. This is because ozone is generated when singlet oxygen is generated, or there is a reaction that generates singlet oxygen from ozone.

[工程B:ベース基板への処理]
図5に示す工程Bでは、半導体基板100と貼り合わせるための準備として、ベース基板120に対して処理を行う。
[Process B: Processing to base substrate]
In step B shown in FIG. 5, the base substrate 120 is processed as preparation for bonding to the semiconductor substrate 100.

≪工程(B−1):基板準備≫
はじめに、ベース基板120を準備する。ベース基板120としては、絶縁基板を用いることが好ましく、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの電子工業用に使われる各種ガラス基板、石英基板、セラミック基板、サファイア基板などを用いることができる。他にも、ベース基板120として単結晶半導体基板(例えば、単結晶シリコン基板)や多結晶半導体基板(例えば、多結晶シリコン基板)を用いても良い。
<< Step (B-1): Board Preparation >>
First, the base substrate 120 is prepared. As the base substrate 120, an insulating substrate is preferably used, and various glass substrates used in the electronic industry such as aluminosilicate glass, barium borosilicate glass, aluminoborosilicate glass, quartz substrate, ceramic substrate, sapphire substrate, etc. are used. be able to. In addition, a single crystal semiconductor substrate (for example, a single crystal silicon substrate) or a polycrystalline semiconductor substrate (for example, a polycrystalline silicon substrate) may be used as the base substrate 120.

ベース基板120として、耐熱性の高い基板を用いても良い。耐熱性の高い基板としては、例えば、石英基板、サファイア基板、半導体基板(単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板など)が挙げられる。耐熱性の高い基板を用いることで、以降の各種熱処理の温度の上限を、該基板の融点付近まで引き上げることが可能である。 As the base substrate 120, a substrate having high heat resistance may be used. Examples of the substrate having high heat resistance include a quartz substrate, a sapphire substrate, and a semiconductor substrate (such as a single crystal silicon substrate or a polycrystalline silicon substrate). By using a substrate having high heat resistance, it is possible to raise the upper limit of the temperature of various subsequent heat treatments to the vicinity of the melting point of the substrate.

ベース基板120として、ガラス基板を用いる場合には、例えば、液晶パネルの製造用に開発されたマザーガラス基板を用いることが好適である。大面積のマザーガラス基板をベース基板120として用いてSOI基板を作製することで、SOI基板の大面積化が実現できる。SOI基板の大面積化が実現すれば、一度に複数のICを作製することができ、1枚の基板から作製される半導体装置の取り数が増加するので、生産性を飛躍的に向上させることができる。 When a glass substrate is used as the base substrate 120, for example, a mother glass substrate developed for manufacturing a liquid crystal panel is preferably used. By manufacturing an SOI substrate using a large-area mother glass substrate as the base substrate 120, an increase in the area of the SOI substrate can be realized. If an SOI substrate with a large area is realized, a plurality of ICs can be manufactured at one time, and the number of semiconductor devices manufactured from one substrate increases, so that productivity is dramatically improved. Can do.

≪工程(B−2):絶縁層形成≫
次に、ベース基板120上に、絶縁層122を形成する。例えば、ベース基板120上に、バリア膜として機能する窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜などを有することで、ベース基板120から半導体基板100に、アルカリ金属やアルカリ土類金属などの不純物が入り込むのを防ぐことができる。このように、ベース基板120上に絶縁層122を有することが好ましいが、ベース基板120上の絶縁層122は必須の構成ではないため、工程(B−2)は省略することができる。
<< Step (B-2): Formation of insulating layer >>
Next, the insulating layer 122 is formed over the base substrate 120. For example, the base substrate 120 includes a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, an aluminum nitride film, an aluminum nitride oxide film, or the like that functions as a barrier film, so that an alkali metal or an alkali can be formed from the base substrate 120 to the semiconductor substrate 100. Impurities such as earth metals can be prevented from entering. As described above, the insulating layer 122 is preferably provided over the base substrate 120, but the insulating layer 122 over the base substrate 120 is not an essential component, and thus the step (B-2) can be omitted.

≪工程(B−3):表面処理≫
そして、貼り合わせを行う前に、ベース基板120の表面を洗浄する。ベース基板120の表面の洗浄は、塩酸と過酸化水素水を用いた洗浄や、メガヘルツ超音波洗浄、2流体ジェット洗浄、オゾン水による洗浄などを用いて行うことができる。また、絶縁層102と同様に、絶縁層122の表面に、原子ビーム又はイオンビームの照射処理、紫外線処理、オゾン処理、プラズマ処理、バイアス印加プラズマ処理又はラジカル処理などの表面活性化処理を行ってから貼り合わせを行うことが好ましい。
<< Step (B-3): Surface Treatment >>
Then, before bonding, the surface of the base substrate 120 is washed. The surface of the base substrate 120 can be cleaned using cleaning with hydrochloric acid and hydrogen peroxide, megahertz ultrasonic cleaning, two-fluid jet cleaning, cleaning with ozone water, or the like. Similarly to the insulating layer 102, surface activation treatment such as atomic beam or ion beam irradiation treatment, ultraviolet treatment, ozone treatment, plasma treatment, bias application plasma treatment, or radical treatment is performed on the surface of the insulating layer 122. It is preferable to perform the pasting.

[工程C:ベース基板上に半導体層を形成]
図5に示す工程Cでは、半導体基板100とベース基板120とを貼り合わせ、半導体基板100を、半導体基板121と、ベース基板120上の半導体層124と、に分離する。
[Step C: Form semiconductor layer on base substrate]
In Step C illustrated in FIG. 5, the semiconductor substrate 100 and the base substrate 120 are bonded to each other, and the semiconductor substrate 100 is separated into a semiconductor substrate 121 and a semiconductor layer 124 over the base substrate 120.

≪工程(C−1):貼り合わせ≫
はじめに、工程Aを経た半導体基板100と工程Bを経たベース基板120とを貼り合わせる(図4(A))。ここでは、絶縁層102及び絶縁層122を介して、半導体基板100とベース基板120を貼り合わせるが、絶縁層が形成されていない場合はこの限りでない。
<< Step (C-1): Bonding >>
First, the semiconductor substrate 100 that has undergone the process A and the base substrate 120 that has undergone the process B are bonded together (FIG. 4A). Here, the semiconductor substrate 100 and the base substrate 120 are attached to each other with the insulating layer 102 and the insulating layer 122 interposed therebetween, but this is not the case when the insulating layer is not formed.

貼り合わせは、ベース基板120の端の一箇所に0.1N/cm〜500N/cm、好ましくは1N/cm〜20N/cm程度の圧力を加えることで実現される。ベース基板120の圧力をかけた部分から半導体基板100とベース基板120とが接合し始め、自発的に接合が全面に及び、ベース基板120と半導体基板100との貼り合わせが完了する。当該貼り合わせは、ファンデルワールス力などをその原理とするものであり、室温でも強固な接合状態が形成されうる。 Lamination, 0.1N / cm 2 ~500N / cm 2 to one part of the edge of the base substrate 120, is preferably realized by applying pressure of about 1N / cm 2 ~20N / cm 2 . The semiconductor substrate 100 and the base substrate 120 start to be bonded from the portion where the pressure is applied to the base substrate 120, and the bonding is spontaneously performed on the entire surface, and the bonding between the base substrate 120 and the semiconductor substrate 100 is completed. The bonding is based on the principle of van der Waals force or the like, and a strong bonded state can be formed even at room temperature.

なお、半導体基板100の周縁部にはエッジロールオフ領域と呼ばれる領域が存在し、当該領域では、半導体基板100(絶縁層102)とベース基板120(絶縁層122)とは接触しないことがある。また、エッジロールオフ領域より外側(半導体基板100の端寄り)に存在する面取部でも、ベース基板120と半導体基板100とは接触しない。 Note that a region called an edge roll-off region exists in the peripheral portion of the semiconductor substrate 100, and the semiconductor substrate 100 (insulating layer 102) and the base substrate 120 (insulating layer 122) may not be in contact with each other in the region. Further, the base substrate 120 and the semiconductor substrate 100 do not come into contact with each other even at the chamfered portion that exists outside the edge roll-off region (near the edge of the semiconductor substrate 100).

一のベース基板120に複数の半導体基板100を貼り合わせる場合には、各半導体基板100に圧力をかけるようにすることが望ましい。半導体基板100の厚さの違いにより、ベース基板120と接触しない半導体基板100が生じうるためである。なお、半導体基板100の厚さが多少異なる場合であっても、ベース基板120のたわみなどによって半導体基板100とベース基板120とを密着させることができる場合には、貼り合わせを良好に行うことができるため、この限りでない。 When a plurality of semiconductor substrates 100 are bonded to one base substrate 120, it is desirable to apply pressure to each semiconductor substrate 100. This is because the semiconductor substrate 100 that is not in contact with the base substrate 120 may be generated due to the difference in thickness of the semiconductor substrate 100. Note that even when the thickness of the semiconductor substrate 100 is slightly different, when the semiconductor substrate 100 and the base substrate 120 can be brought into close contact with each other by bending of the base substrate 120, bonding can be performed well. This is not the case because it is possible.

≪工程(C−2):熱処理≫
ベース基板120に半導体基板100を貼り合わせた後には、接合を強化するための熱処理を行うことが望ましい。当該熱処理の温度は、脆化領域104に亀裂を発生させない温度、例えば、200℃以上450℃以下とすることが好適である。また、この温度範囲で加熱した状態で、ベース基板120に半導体基板100を貼り合わせることで、同様の効果を得ることができる。なお、上述の熱処理は、貼り合わせを行った装置又は場所において連続的に行うことが望ましい。熱処理前の基板の搬送による基板の剥離を防止できるためである。
<< Step (C-2): Heat treatment >>
After the semiconductor substrate 100 is bonded to the base substrate 120, it is desirable to perform heat treatment for strengthening the bonding. The temperature of the heat treatment is preferably a temperature at which cracks are not generated in the embrittled region 104, for example, 200 ° C. or higher and 450 ° C. or lower. In addition, the same effect can be obtained by bonding the semiconductor substrate 100 to the base substrate 120 while being heated in this temperature range. Note that the above-described heat treatment is desirably performed continuously in an apparatus or a place where bonding is performed. This is because peeling of the substrate due to the conveyance of the substrate before the heat treatment can be prevented.

なお、半導体基板100とベース基板120とを貼り合わせる際に、接合面にパーティクルなどが付着すると、付着部分では貼り合わせが行われない。パーティクルの付着を防ぐためには、半導体基板100とベース基板120との貼り合わせは、気密性が確保された処理室内で行うことが望ましい。さらに、半導体基板100とベース基板120とを貼り合わせる際に、処理室内を減圧状態(例えば、5.0×10−3Pa程度)とし、貼り合わせ処理の雰囲気を清浄にするようにしても良い。 Note that when the semiconductor substrate 100 and the base substrate 120 are bonded to each other, if particles or the like adhere to the bonding surface, the bonding is not performed on the bonded portion. In order to prevent adhesion of particles, it is preferable that the semiconductor substrate 100 and the base substrate 120 be bonded to each other in a processing chamber in which airtightness is ensured. Furthermore, when the semiconductor substrate 100 and the base substrate 120 are bonded to each other, the processing chamber may be in a reduced pressure state (for example, about 5.0 × 10 −3 Pa) to clean the bonding process atmosphere. .

≪工程(C−3):分離≫
次いで、熱処理を行うことで、脆化領域104において半導体基板100を分離し、ベース基板120上に半導体層124を形成すると共に、半導体基板121を形成する(図4(B))。上述のエッジロールオフ領域及び面取部以外の領域では、半導体基板100とベース基板120とは接合されているため、ベース基板120上には、半導体基板100から分離された半導体層124が固定されることになる。
<< Step (C-3): Separation >>
Next, by performing heat treatment, the semiconductor substrate 100 is separated in the embrittled region 104, the semiconductor layer 124 is formed over the base substrate 120, and the semiconductor substrate 121 is formed (FIG. 4B). In the region other than the edge roll-off region and the chamfered portion, the semiconductor substrate 100 and the base substrate 120 are bonded to each other, and thus the semiconductor layer 124 separated from the semiconductor substrate 100 is fixed on the base substrate 120. Will be.

ここで、半導体基板100を分離するための熱処理の温度は、ベース基板120の歪み点を越えない温度とする。当該熱処理は、RTA(Rapid Thermal Anneal)装置、抵抗加熱炉、マイクロ波加熱装置などを用いて行うことができる。RTA装置には、GRTA(Gas Rapid Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal)装置などがある。GRTA装置を用いる場合には、温度550℃以上650℃以下、処理時間0.5分以上60分以内とすることができる。抵抗加熱炉を用いる場合は、温度200℃以上650℃以下、処理時間2時間以上4時間以内とすることができる。 Here, the temperature of the heat treatment for separating the semiconductor substrate 100 is set so as not to exceed the strain point of the base substrate 120. The heat treatment can be performed using an RTA (Rapid Thermal Anneal) apparatus, a resistance heating furnace, a microwave heating apparatus, or the like. The RTA apparatus includes a GRTA (Gas Rapid Thermal Anneal) apparatus and an LRTA (Lamp Rapid Thermal Anneal) apparatus. When the GRTA apparatus is used, the temperature can be set to 550 ° C. or higher and 650 ° C. or lower, and the treatment time can be set to 0.5 minutes or longer and within 60 minutes. In the case of using a resistance heating furnace, the temperature can be 200 ° C. or more and 650 ° C. or less, and the treatment time can be 2 hours or more and 4 hours or less.

また、上記熱処理は、マイクロ波などの照射によって行っても良い。具体的には、例えば、2.45GHzのマイクロ波を900W、5〜30分程度で照射することにより、半導体基板100を分離させることができる。 The heat treatment may be performed by irradiation with microwaves or the like. Specifically, for example, the semiconductor substrate 100 can be separated by irradiating a microwave of 2.45 GHz at 900 W for about 5 to 30 minutes.

半導体層124及び半導体基板121の分離に係る界面には、イオンビームの照射処理などによって損傷した半導体領域129及び半導体領域133が残存する。当該領域は、分離前の半導体基板100における脆化領域104に対応(相当)する。このため、半導体領域129及び半導体領域133は多くの水素を含み、多くの結晶欠陥やボイドを含んでいる。 A semiconductor region 129 and a semiconductor region 133 that are damaged by ion beam irradiation treatment or the like remain at the interface related to the separation of the semiconductor layer 124 and the semiconductor substrate 121. This region corresponds to (corresponds to) the embrittled region 104 in the semiconductor substrate 100 before separation. For this reason, the semiconductor region 129 and the semiconductor region 133 contain a lot of hydrogen and contain a lot of crystal defects and voids.

また、半導体基板121の貼り合わせが行われなかった領域(具体的には、半導体基板100のエッジロールオフ領域及び面取部に対応する領域)には、凸部110が存在する。凸部110は、イオンが添加された半導体領域127、未分離の半導体領域126、及び絶縁層125によって構成されている。半導体領域127は半導体領域129などと同様に脆化領域104の一部であったものであるから、多くの水素を含み、多くの結晶欠陥やボイドを含んでいる。また、半導体領域126は、半導体領域127などと比較して水素の含有量は小さいが、イオン等の打ち込みに起因する結晶欠陥が形成されている。 Further, the convex portion 110 exists in a region where the semiconductor substrate 121 is not bonded (specifically, a region corresponding to the edge roll-off region and the chamfered portion of the semiconductor substrate 100). The convex portion 110 includes a semiconductor region 127 to which ions are added, an unseparated semiconductor region 126, and an insulating layer 125. Since the semiconductor region 127 is a part of the embrittled region 104 like the semiconductor region 129 and the like, it contains a lot of hydrogen and a lot of crystal defects and voids. In addition, the semiconductor region 126 has a smaller hydrogen content than the semiconductor region 127 or the like, but has crystal defects caused by implantation of ions or the like.

[工程D:半導体層への処理]
図5に示す工程Dでは、ベース基板120に貼り合わせられた半導体層124の表面を平坦化し、結晶性を回復させる。
[Step D: Treatment of semiconductor layer]
In Step D shown in FIG. 5, the surface of the semiconductor layer 124 bonded to the base substrate 120 is planarized to recover crystallinity.

≪工程(D−1):平坦化≫
ベース基板120に密着された半導体層124上の半導体領域133では、脆化領域104の形成及び脆化領域104における半導体基板100の分離によって、結晶欠陥が形成され、平坦性が損なわれている。よって、半導体領域133を研磨やエッチングなどによって除去し、半導体層124の表面を平坦化しても良い(図4(C))。平坦化は必須ではないが、平坦化を行うことで、半導体層と、後に半導体層上に形成される層(例えば、絶縁層)との界面の特性を向上させることができる。
<< Step (D-1): Planarization >>
In the semiconductor region 133 over the semiconductor layer 124 that is in close contact with the base substrate 120, crystal defects are formed due to the formation of the embrittlement region 104 and the separation of the semiconductor substrate 100 in the embrittlement region 104, and flatness is impaired. Therefore, the semiconductor region 133 may be removed by polishing, etching, or the like, and the surface of the semiconductor layer 124 may be planarized (FIG. 4C). Although planarization is not essential, planarization can improve the characteristics of the interface between the semiconductor layer and a layer (eg, an insulating layer) formed later over the semiconductor layer.

研磨は、例えば、CMP又は液体ジェット研磨などにより行うことができる。ここで、半導体領域133を除去する際に、半導体層124も研磨され、半導体層124が薄膜化されることもある。 Polishing can be performed, for example, by CMP or liquid jet polishing. Here, when the semiconductor region 133 is removed, the semiconductor layer 124 is also polished, and the semiconductor layer 124 may be thinned.

エッチングは、例えば、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)法、ICPエッチング法、ECR(Electron Cyclotron Resonance)エッチング法、平行平板型(容量結合型)エッチング法、マグネトロンプラズマエッチング法、2周波プラズマエッチング法、又はヘリコン波プラズマエッチング法等のドライエッチング法を用いて行うことができる。なお、研磨とエッチングの両方を用いて、半導体領域133を除去し、半導体層124の表面を平坦化しても良い。 Etching is, for example, reactive ion etching (RIE) method, ICP etching method, ECR (Electron Cyclotron Resonance) etching method, parallel plate type (capacitive coupling type) etching method, magnetron plasma etching method, dual frequency plasma An etching method or a dry etching method such as a helicon wave plasma etching method can be used. Note that the semiconductor region 133 may be removed by using both polishing and etching, and the surface of the semiconductor layer 124 may be planarized.

また、研磨及びエッチングにより、半導体層124の表面を平坦化すると共に、後に形成される半導体素子にとって最適な厚さまで半導体層124を薄膜化することができる。 Further, the surface of the semiconductor layer 124 can be planarized by polishing and etching, and the semiconductor layer 124 can be thinned to an optimum thickness for a semiconductor element to be formed later.

≪工程(D−2):レーザ照射≫
また、結晶欠陥の低減及び平坦性向上のために、半導体領域133及び半導体層124にレーザビームを照射しても良い。
<< Step (D-2): Laser irradiation >>
In addition, the semiconductor region 133 and the semiconductor layer 124 may be irradiated with a laser beam in order to reduce crystal defects and improve flatness.

なお、レーザビームを照射する前にドライエッチングにより半導体領域133を除去し、半導体層124の表面を平坦化している場合、半導体層124の表面付近では欠陥が生じていることがある。しかし、上記レーザビームの照射により、このような欠陥を補修することが可能である。 Note that in the case where the semiconductor region 133 is removed by dry etching before the laser beam irradiation and the surface of the semiconductor layer 124 is planarized, a defect may occur near the surface of the semiconductor layer 124. However, such defects can be repaired by irradiation with the laser beam.

レーザビームの照射工程では、ベース基板120の温度上昇を小さくできるため、耐熱性の低い基板をベース基板120として用いることが可能になる。当該レーザビームの照射によって、半導体領域133を完全溶融し、半導体層124は部分溶融させることが望ましい。半導体層124を完全溶融させると、液相となった半導体層124での無秩序な核発生によって半導体層124が再結晶化することとなり、半導体層124の結晶性が低下するからである。半導体層124を部分溶融させることで、溶融されていない固相部分から結晶成長が進行し、半導体層124の結晶欠陥が減少され、結晶性が回復する。なお、半導体層124が完全溶融するとは、半導体層124が絶縁層123との界面まで溶融され、液体状態になることをいう。他方、半導体層124が部分溶融するとは、半導体層124の一部(ここでは上層)が溶融して液相となり、別の一部(ここでは下層)が固相を維持することをいう。 In the laser beam irradiation step, the temperature rise of the base substrate 120 can be reduced, so that a substrate with low heat resistance can be used as the base substrate 120. It is desirable that the semiconductor region 133 be completely melted and the semiconductor layer 124 be partially melted by irradiation with the laser beam. This is because when the semiconductor layer 124 is completely melted, the semiconductor layer 124 is recrystallized due to disordered nucleation in the semiconductor layer 124 in a liquid phase, and the crystallinity of the semiconductor layer 124 is lowered. By partially melting the semiconductor layer 124, crystal growth proceeds from a solid phase portion that is not melted, crystal defects in the semiconductor layer 124 are reduced, and crystallinity is recovered. Note that the semiconductor layer 124 being completely melted means that the semiconductor layer 124 is melted to the interface with the insulating layer 123 to be in a liquid state. On the other hand, the partial melting of the semiconductor layer 124 means that a part (here, the upper layer) of the semiconductor layer 124 is melted to become a liquid phase, and another part (here, the lower layer) maintains the solid phase.

レーザビームを照射した後には、半導体層124の表面をエッチングしても良い。なお、この場合には、レーザビームの照射を行う前に半導体領域133をエッチングしても良いし、しなくとも良い。当該エッチングにより、半導体層124の表面を平坦化すると共に、後に形成される半導体素子にとって最適な厚さまで半導体層124を薄膜化することができる。 After the laser beam irradiation, the surface of the semiconductor layer 124 may be etched. Note that in this case, the semiconductor region 133 may or may not be etched before the laser beam irradiation. By the etching, the surface of the semiconductor layer 124 can be planarized and the semiconductor layer 124 can be thinned to an optimum thickness for a semiconductor element to be formed later.

≪工程(D−3):加熱処理≫
レーザビームを照射した後には、半導体層124に500℃以上650℃以下の熱処理を行うことが望ましい。この熱処理によって、半導体層124の欠陥をさらに低減させ、また、半導体層124の歪みを緩和させることができる。熱処理には、RTA装置、抵抗加熱炉、マイクロ波加熱装置などを用いることができる。例えば、抵抗加熱炉を用いる場合には、600℃で4時間程度の熱処理を行えば良い。
<< Step (D-3): Heat treatment >>
After the laser beam irradiation, the semiconductor layer 124 is preferably subjected to heat treatment at 500 ° C. to 650 ° C. By this heat treatment, defects in the semiconductor layer 124 can be further reduced and distortion of the semiconductor layer 124 can be reduced. For the heat treatment, an RTA apparatus, a resistance heating furnace, a microwave heating apparatus, or the like can be used. For example, when a resistance heating furnace is used, heat treatment may be performed at 600 ° C. for about 4 hours.

なお、ベース基板として耐熱性の高い基板を用いる場合は、工程Dにおいて、高温で熱処理を行って、結晶欠陥を低減させると共に、表面の平坦性を向上させるのが好適である。上記熱処理は、800℃以上1300℃以下、代表的には、850℃以上1200℃以下の温度条件で行うことが望ましい。このような比較的高温の条件での熱処理を行うことにより、結晶欠陥を十分に低減し、表面の平坦性を向上させることが可能である。 Note that in the case where a highly heat-resistant substrate is used as the base substrate, it is preferable to perform heat treatment at high temperature in Step D to reduce crystal defects and improve surface flatness. The heat treatment is desirably performed at a temperature of 800 ° C. to 1300 ° C., typically 850 ° C. to 1200 ° C. By performing heat treatment under such a relatively high temperature condition, crystal defects can be sufficiently reduced and surface flatness can be improved.

熱処理には、RTA装置、抵抗加熱炉、マイクロ波加熱装置などを用いることができる。例えば、抵抗加熱炉を用いる場合には、950℃以上1150℃以下で1分間以上4時間以下程度の熱処理を行えば良い。なお、半導体基板を分離させる際の熱処理を高温で行って、当該熱処理に代えることもできる。 For the heat treatment, an RTA apparatus, a resistance heating furnace, a microwave heating apparatus, or the like can be used. For example, when a resistance heating furnace is used, heat treatment may be performed at 950 ° C. to 1150 ° C. for 1 minute to 4 hours. Note that the heat treatment for separating the semiconductor substrate can be performed at a high temperature to replace the heat treatment.

熱処理前又は熱処理後において、半導体層にレーザビームを照射しても良い。レーザビームを照射することによって、熱処理では修復しきれない結晶欠陥をも修復することが可能である。レーザビーム照射の詳細については、先の記載を参酌できる。 The semiconductor layer may be irradiated with a laser beam before or after the heat treatment. Irradiation with a laser beam can repair crystal defects that cannot be repaired by heat treatment. The above description can be referred to for details of laser beam irradiation.

また、熱処理前又は熱処理後には、半導体層上方の半導体領域を研磨やエッチングなどによって除去し、表面を平坦化しても良い。当該平坦化処理によって、半導体層表面を一層平坦にすることができる。研磨やエッチングは、先の記載を参酌できる。 Further, before or after the heat treatment, the semiconductor region above the semiconductor layer may be removed by polishing or etching, and the surface may be planarized. By the planarization treatment, the surface of the semiconductor layer can be further planarized. The above description can be referred to for polishing and etching.

[工程E:半導体基板の再生処理]
図5に示す工程Eでは、半導体基板121に再生処理を施し、再生半導体基板を作製する。なお、当該工程の詳細については、実施の形態1を参酌することができる。
[Step E: Reprocessing of semiconductor substrate]
In step E shown in FIG. 5, the semiconductor substrate 121 is subjected to a regeneration process to produce a recycled semiconductor substrate. Note that Embodiment 1 can be referred to for details of this step.

[工程F:半導体装置の作製工程]
図5に示す工程Fでは、上述の工程(工程A乃至工程D)により得られたSOI基板を用いて、各種の半導体装置を作製することができる。
[Process F: Semiconductor device manufacturing process]
In Step F illustrated in FIG. 5, various semiconductor devices can be manufactured using the SOI substrate obtained through the above-described steps (Step A to Step D).

以上により、半導体基板121は再生半導体基板132へと再生される。得られた再生半導体基板132は工程Aにおいて半導体基板100として再度利用することができる。 As described above, the semiconductor substrate 121 is regenerated into the regenerated semiconductor substrate 132. The obtained recycled semiconductor substrate 132 can be reused as the semiconductor substrate 100 in the process A.

本実施の形態で示したように、本発明の一態様の再生処理工程を経た半導体基板を繰り返し使用することによって、SOI基板の作製コストを低減することができる。 As described in this embodiment, the cost for manufacturing an SOI substrate can be reduced by repeatedly using a semiconductor substrate which has been subjected to the regeneration treatment process of one embodiment of the present invention.

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 The structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments.

(実施の形態3)
本実施の形態では、ボンド基板として半導体基板を繰り返し使用する場合の再生処理工程を含んだSOI基板の作製方法の一例を示す。図6に、本実施の形態のSOI基板の作製方法のフローチャートを示す。
(Embodiment 3)
In this embodiment, an example of a method for manufacturing an SOI substrate including a regeneration treatment step in the case where a semiconductor substrate is repeatedly used as a bond substrate is described. FIG. 6 shows a flowchart of a method for manufacturing an SOI substrate of this embodiment mode.

SOI基板の作製に用いるボンド基板(半導体基板)は、無欠陥領域(DZ:Denuded Zone)を広く有することが好ましい。 A bond substrate (semiconductor substrate) used for manufacturing the SOI substrate preferably has a wide defect-free region (DZ).

本実施の形態では、まず、新品の(1度もSOI基板の作製に用いていない)半導体基板に対して、非酸化性雰囲気下での熱処理を行う(後述のステップS2に相当)。この熱処理は、半導体基板中の酸素を外方拡散させて、表面近傍を無欠陥領域とするために行う。また、この熱処理によって、半導体基板内部には、半導体基板内部で過飽和の酸素が酸化物となって析出し、微小な結晶欠陥を生成する。このような酸素析出物による微小な欠陥はBMD(Bulk Micro Defect)と呼ばれている。半導体基板内部に形成されたBMDはSOI基板の作製過程で金属元素のゲッタリングシンクとして機能させることができる。 In the present embodiment, first, a new semiconductor substrate (which has never been used for manufacturing an SOI substrate) is subjected to heat treatment in a non-oxidizing atmosphere (corresponding to step S2 described later). This heat treatment is performed in order to diffuse the oxygen in the semiconductor substrate outward and make the vicinity of the surface a defect-free region. In addition, by this heat treatment, supersaturated oxygen is precipitated as an oxide inside the semiconductor substrate to generate minute crystal defects. Such minute defects due to oxygen precipitates are called BMD (Bulk Micro Defect). The BMD formed inside the semiconductor substrate can function as a gettering sink for a metal element in the manufacturing process of the SOI substrate.

なお、本明細書において、無欠陥領域(DZ)とは完全な無欠陥領域のことではなく、BMDが存在しない領域の意味で使用される。 In this specification, the defect-free region (DZ) is not a complete defect-free region, but is used to mean a region where no BMD exists.

新品の半導体基板に無欠陥領域を形成することにより、再生処理の度に高温の熱処理をせずに、半導体基板を複数回利用することができる。よって、高温の熱処理の回数が少なくなるため、半導体基板の機械的強度が低下することを抑えることができる。また、SOI基板作製のコスト削減、生産性の向上につながる。また、SOI基板の半導体膜を初期の半導体基板よりも酸素が低減された無欠陥領域から形成することが可能になる。したがって、SOI基板からトランジスタなどの半導体装置を作製する過程で、半導体膜にBMDが発生することが抑制されるため、信頼性の高い半導体装置を作製することが可能である。 By forming a defect-free region in a new semiconductor substrate, the semiconductor substrate can be used a plurality of times without performing high-temperature heat treatment for each regeneration process. Therefore, since the number of high-temperature heat treatments is reduced, it is possible to suppress a decrease in mechanical strength of the semiconductor substrate. In addition, the manufacturing cost of the SOI substrate can be reduced and productivity can be improved. In addition, the semiconductor film of the SOI substrate can be formed from a defect-free region in which oxygen is reduced as compared with the initial semiconductor substrate. Therefore, in the process of manufacturing a semiconductor device such as a transistor from an SOI substrate, generation of BMD in the semiconductor film is suppressed, so that a highly reliable semiconductor device can be manufactured.

次に、SOI基板の作製及び半導体基板の再生を繰り返し行う(後述のステップS4乃至S6に相当)。そして、SOI基板の作製をN回行った後、非酸化性雰囲気下での熱処理を再び行う(後述のステップS7に相当)。 Next, the fabrication of the SOI substrate and the regeneration of the semiconductor substrate are repeated (corresponding to steps S4 to S6 described later). Then, after the SOI substrate is manufactured N times, heat treatment in a non-oxidizing atmosphere is performed again (corresponding to step S7 described later).

高温の熱処理をせずに半導体基板を再利用できる回数は、熱処理の温度及び時間や、無欠陥領域の厚さや、再生処理での研磨処理の条件などに依存する。例えば、無欠陥領域の厚さが100nm程度形成された半導体基板を用い、本発明の一態様の半導体基板の再生方法を適用した場合、1回の再生処理における半導体基板の研磨量を1.4μm以下(1回の再生処理における半導体基板の板厚の減少量を2.0μm以下)とすることができるため、ステップS7の高温の熱処理を行わずに、市販のMCZ単結晶シリコンウエハを少なくとも50回利用することが可能である(N≧50)。 The number of times that the semiconductor substrate can be reused without high-temperature heat treatment depends on the temperature and time of the heat treatment, the thickness of the defect-free region, the polishing treatment conditions in the regeneration treatment, and the like. For example, when a semiconductor substrate in which a defect-free region has a thickness of about 100 nm is used and the semiconductor substrate regeneration method of one embodiment of the present invention is applied, the polishing amount of the semiconductor substrate in one regeneration process is 1.4 μm. Since the amount of reduction in the thickness of the semiconductor substrate in one regeneration process can be 2.0 μm or less, at least 50 commercially available MCZ single crystal silicon wafers can be obtained without performing the high-temperature heat treatment in step S7. Can be used twice (N ≧ 50).

以下に、本実施の形態のSOI基板の作製方法を具体的に記す。 Hereinafter, a method for manufacturing the SOI substrate of this embodiment mode is specifically described.

≪ステップS1:半導体基板の準備≫
まず、ボンド基板となる半導体基板を準備する。本実施の形態ではシリコン基板を用いる。
<< Step S1: Preparation of Semiconductor Substrate >>
First, a semiconductor substrate to be a bond substrate is prepared. In this embodiment, a silicon substrate is used.

≪ステップS2:非酸化性雰囲気下での熱処理≫
SOI基板の作製(ステップS4)を行う前に、半導体基板に対して、非酸化性雰囲気下での熱処理を行う(ステップS2)。
<< Step S2: Heat treatment in non-oxidizing atmosphere >>
Prior to manufacturing the SOI substrate (step S4), the semiconductor substrate is heat-treated in a non-oxidizing atmosphere (step S2).

なお、ステップS2において半導体基板の表面領域に無欠陥領域をより確実に形成するには、ステップS1において、酸素濃度が低い半導体基板を準備すると良い。 In order to more reliably form a defect-free region in the surface region of the semiconductor substrate in step S2, it is preferable to prepare a semiconductor substrate having a low oxygen concentration in step S1.

半導体基板に含まれる酸素濃度が低いと、半導体基板表面近傍で酸素に起因する結晶欠陥の発生が抑制されるため、ステップS2で無欠陥領域をより確実に形成でき、また無欠陥領域を厚くすることが容易になる。無欠陥領域を確実に形成することは、SOI基板の歩留まりの向上につながる。また、無欠陥領域を厚くすることは、半導体基板の再利用回数に対して、再生処理のための高温の熱処理の回数を少なくすること、及び処理時間を短縮することにつながる。 When the concentration of oxygen contained in the semiconductor substrate is low, generation of crystal defects due to oxygen near the surface of the semiconductor substrate is suppressed, so that the defect-free region can be more reliably formed in step S2 and the defect-free region is thickened. It becomes easy. The reliable formation of the defect-free region leads to an improvement in the yield of the SOI substrate. Further, increasing the thickness of the defect-free region leads to reducing the number of times of high-temperature heat treatment for the regeneration process and shortening the processing time with respect to the number of times the semiconductor substrate is reused.

また、半導体基板に対する熱処理の繰り返しによって、半導体基板中のBMDが成長して、転位、積層欠陥などの結晶欠陥になることもある。よって、半導体基板の酸素濃度を低くすることは、BMDに起因する結晶欠陥の発生を抑制するができ、半導体基板の利用回数の増加、及びSOI基板の半導体膜の品質向上などにつながる。 In addition, the BMD in the semiconductor substrate may grow due to repeated heat treatment on the semiconductor substrate, resulting in crystal defects such as dislocations and stacking faults. Therefore, reducing the oxygen concentration of the semiconductor substrate can suppress the generation of crystal defects due to BMD, leading to an increase in the number of times the semiconductor substrate is used and improvement in the quality of the semiconductor film of the SOI substrate.

具体的には、ステップS1では、酸素濃度が2×1018atoms/cmを越えない半導体基板を準備することが好ましい。このような半導体基板として、例えば、市販のCZ単結晶ウエハが挙げられる。また、半導体基板の酸素濃度は1.8×1018atoms/cm以下が好ましく、1.4×1018atoms/cm以下がより好ましい。酸素濃度が1.4×1018atoms/cm以下の半導体基板としては、例えば、MCZ単結晶シリコンウエハなどがある。 Specifically, in step S1, it is preferable to prepare a semiconductor substrate whose oxygen concentration does not exceed 2 × 10 18 atoms / cm 3 . An example of such a semiconductor substrate is a commercially available CZ single crystal wafer. Further, the oxygen concentration of the semiconductor substrate is preferably 1.8 × 10 18 atoms / cm 3 or less, and more preferably 1.4 × 10 18 atoms / cm 3 or less. Examples of the semiconductor substrate having an oxygen concentration of 1.4 × 10 18 atoms / cm 3 or less include an MCZ single crystal silicon wafer.

半導体基板の酸素濃度は、SIMS(二次イオン質量分析法)や赤外分光法(Infrared Absorption Spectroscopy)により測定することができる。例えば、赤外分光法では、換算係数4.81×1017/cmを用いて酸素濃度を算出すれば良い。 The oxygen concentration of the semiconductor substrate can be measured by SIMS (secondary ion mass spectrometry) or infrared spectroscopy (Infrared Absorption Spectroscopy). For example, in infrared spectroscopy, the oxygen concentration may be calculated using a conversion factor of 4.81 × 10 17 / cm 2 .

ステップS2における熱処理は、バッチ式の加熱炉(拡散炉なども含む)で行うことができる。バッチ式の加熱炉は、一度に複数の基板を処理することができ、また温度の制御性が良い。 The heat treatment in step S2 can be performed in a batch-type heating furnace (including a diffusion furnace). A batch-type heating furnace can process a plurality of substrates at a time and has good temperature controllability.

具体的に、ステップS2での熱処理温度は、酸素の外方拡散が生じる温度であり、1100℃以上が好ましく、1200℃以上がより好ましい。加熱温度の上限は半導体基板が変形しない温度であり、シリコンの融点1415℃を考慮して、熱処理温度は1100℃以上1300℃以下が好ましく、1200℃以上1300℃以下がより好ましい。 Specifically, the heat treatment temperature in step S2 is a temperature at which oxygen outward diffusion occurs, preferably 1100 ° C. or higher, and more preferably 1200 ° C. or higher. The upper limit of the heating temperature is a temperature at which the semiconductor substrate is not deformed, and the heat treatment temperature is preferably 1100 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower, more preferably 1200 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower in consideration of the melting point of silicon of 1415 ° C.

加熱炉での処理時間(被処理物の温度を処理温度で維持する時間)は、少なくとも1時間とする。加熱時間が短いと酸素の外方拡散が十分に行われず、半導体基板表面近傍の酸素濃度が高くなるからである。熱処理の効果と生産性を考慮すると、処理時間は1時間以上24時間以下が適当であり、6時間以上20時間以下がより好ましい。 The processing time in the heating furnace (the time for maintaining the temperature of the object to be processed at the processing temperature) is at least 1 hour. This is because when the heating time is short, the outward diffusion of oxygen is not sufficiently performed, and the oxygen concentration in the vicinity of the semiconductor substrate surface becomes high. Considering the effect of heat treatment and productivity, the treatment time is suitably 1 hour or more and 24 hours or less, more preferably 6 hours or more and 20 hours or less.

また、処理ガスとして、ヘリウム、アルゴンなどの希ガス、水素、及び希ガスと水素の混合ガスを用いることができる。コスト面、安全性、雰囲気の制御性の点から、処理ガスとしてアルゴンガスを用いることが好ましい。上述の処理ガスを用いることにより、処理室内を非酸化性雰囲気とする。また、上述のガスの流量は、5SLM以上20SLM以下(8.35atm・cm/s以上3.34×10atm・cm/s)とする。なお、SLM(standard liter/min)とは、1atm、0℃における1分間あたり流量(リットル)をいう。 Further, as the processing gas, a rare gas such as helium or argon, hydrogen, or a mixed gas of a rare gas and hydrogen can be used. From the viewpoint of cost, safety, and controllability of the atmosphere, it is preferable to use argon gas as the processing gas. By using the above-described processing gas, the processing chamber is made a non-oxidizing atmosphere. The flow rate of the aforementioned gases, the more 5 SLM 20 SLM less (8.35atm · cm 3 / s or more 3.34 × 10 2 atm · cm 3 / s). SLM (standard liter / min) refers to a flow rate (liter) per minute at 1 atm and 0 ° C.

さらに、処理ガスには、窒素、炭素、水などの不純物が含まれないことが好ましい。例えば、加熱炉に導入する処理ガスの純度を、7N(99.99999)以上、好ましくは8N(99.999999%)以上、より好ましくは9N(99.9999999%)以上(即ち、不純物濃度が100ppb以下、好ましくは10ppb以下、より好ましくは1ppb未満)とする。また、非酸化性雰囲気に含まれる水の濃度は、0.01ppb以上1%以下、好ましくは0.1ppb以上300ppb以下とすることが好ましい。非酸化性雰囲気に含まれる不純物の濃度を低減することにより、熱処理の際、不純物と半導体基板とが反応して不均一に自然酸化膜が形成されるのを抑制することができるため、半導体基板表面の平均面粗さを低減することができる。 Further, it is preferable that the processing gas does not contain impurities such as nitrogen, carbon, and water. For example, the purity of the processing gas introduced into the heating furnace is 7N (99.99999) or higher, preferably 8N (99.99999999%) or higher, more preferably 9N (99.9999999%) or higher (that is, the impurity concentration is 100 ppb). Hereinafter, it is preferably 10 ppb or less, more preferably less than 1 ppb. The concentration of water contained in the non-oxidizing atmosphere is 0.01 ppb or more and 1% or less, preferably 0.1 ppb or more and 300 ppb or less. By reducing the concentration of impurities contained in the non-oxidizing atmosphere, it is possible to suppress the formation of a non-uniform natural oxide film due to the reaction between the impurities and the semiconductor substrate during heat treatment. The average surface roughness of the surface can be reduced.

非酸化性雰囲気には、酸素が0.1ppb以上1%以下含まれていても良い。このような非酸化性雰囲気で半導体基板に熱処理を行うことにより、半導体基板に均一に酸化膜を形成することができる。半導体基板に形成される酸化膜(自然酸化膜)の膜厚は、数nm以上40nm以下であることが好ましい。自然酸化膜の膜厚が数nm未満であると、熱処理の際に半導体基板の表面が荒れてしまうおそれがあり、40nmを超えると半導体基板から酸素の外方拡散が効率よく行われないからである。例えば、水が300ppb含まれるアルゴン雰囲気中で、1200℃で16時間熱処理を行うと、半導体基板の表面には、1〜2nm程度の自然酸化膜が形成される。また、酸素ガスが1%含まれるアルゴン雰囲気中で、1200℃で2時間熱処理を行うと、半導体基板の表面には、40nm程度の酸化膜が形成される。酸化膜(自然酸化膜)の膜厚が上記の範囲内であれば、半導体基板から酸素の外方拡散を促進することができる。 The non-oxidizing atmosphere may contain oxygen in an amount of 0.1 ppb to 1%. By performing heat treatment on the semiconductor substrate in such a non-oxidizing atmosphere, an oxide film can be uniformly formed on the semiconductor substrate. The thickness of the oxide film (natural oxide film) formed on the semiconductor substrate is preferably several nm or more and 40 nm or less. If the thickness of the natural oxide film is less than a few nm, the surface of the semiconductor substrate may be roughened during the heat treatment, and if it exceeds 40 nm, the outward diffusion of oxygen from the semiconductor substrate is not efficiently performed. is there. For example, when heat treatment is performed at 1200 ° C. for 16 hours in an argon atmosphere containing 300 ppb of water, a natural oxide film of about 1 to 2 nm is formed on the surface of the semiconductor substrate. When heat treatment is performed at 1200 ° C. for 2 hours in an argon atmosphere containing 1% oxygen gas, an oxide film of about 40 nm is formed on the surface of the semiconductor substrate. If the thickness of the oxide film (natural oxide film) is within the above range, the outward diffusion of oxygen from the semiconductor substrate can be promoted.

≪ステップS3:k=0≫
図6のフローチャートにおいて、kは、ステップS1、S2で用意された半導体基板を用いてSOI基板の作製工程を実施した回数を示す(kは0以上N以下の整数、Nは2以上の整数)。よって、ステップS3において、k=0である。図6において、SOI基板の作製工程をN回ごとに1回、再生処理として半導体基板を熱処理して、半導体ウエハ表面近傍の結晶欠陥を低減する。
<< Step S3: k = 0 >>
In the flowchart of FIG. 6, k indicates the number of times that the SOI substrate manufacturing process is performed using the semiconductor substrate prepared in steps S1 and S2 (k is an integer of 0 or more and N or less, and N is an integer of 2 or more). . Therefore, k = 0 in step S3. In FIG. 6, the semiconductor substrate is heat-treated as a regeneration process once every N times for the manufacturing process of the SOI substrate to reduce crystal defects near the surface of the semiconductor wafer.

≪ステップS4:SOI基板の作製及び半導体基板の再生≫
先の実施の形態で一例を説明した、SOI基板の作製(図5の工程A乃至工程D)及び本発明の一態様を適用した半導体基板の再生(図5の工程E)を行う。
<< Step S4: Production of SOI Substrate and Regeneration of Semiconductor Substrate >>
An SOI substrate is manufactured (step A to step D in FIG. 5) and a semiconductor substrate to which one embodiment of the present invention is applied (step E in FIG. 5) is described as an example in the above embodiment.

≪ステップS5:kに1を加える≫
ステップS4が終了したため、ステップS5において、kに1を加える。例えば、ステップS4で、1回目のSOI基板の作製が完了した場合、ステップS5において、k=1である。
<< Step S5: Add 1 to k >>
Since step S4 is completed, 1 is added to k in step S5. For example, when the first SOI substrate fabrication is completed in step S4, k = 1 in step S5.

≪ステップS6:ステップS4をN回行ったか≫
ステップS4(SOI基板の作製)をN回行った(k=Nである)か否かによって、次のプロセスが異なる。
<< Step S6: Has Step S4 been performed N times? >>
The next process differs depending on whether step S4 (production of the SOI substrate) is performed N times (k = N).

kがNより小さい場合、この時点では、SOI基板の不良の原因となるような結晶欠陥が半導体ウエハの表面近傍に存在しないため、再生処理として欠陥低減のための高温の熱処理を行う必要がない。したがって、ステップS6の次は、ステップS4を行う。 When k is smaller than N, there is no crystal defect in the vicinity of the surface of the semiconductor wafer at this time, which causes a defect of the SOI substrate, so that it is not necessary to perform a high-temperature heat treatment for reducing defects as a regeneration process. . Therefore, step S4 is performed after step S6.

ステップS6においてk=Nになるまで(SOI基板の作製をN回行うまで)、ステップS4乃至ステップS6を繰り返す。 Steps S4 to S6 are repeated until k = N in Step S6 (until the SOI substrate is manufactured N times).

そして、ステップS6においてk=Nになった(SOI基板の作製をN回行った)場合、ステップS7に進む。 If k = N in step S6 (the SOI substrate is manufactured N times), the process proceeds to step S7.

なお、ステップS6において、半導体ウエハが有する無欠陥領域の厚さによって、ステップS7の熱処理の要否を決定しても良い。半導体ウエハが有する無欠陥領域の厚さは、半導体ウエハに形成された結晶欠陥を測定することで評価することができる。半導体ウエハに形成された結晶欠陥の測定方法は、非破壊で半導体ウエハの結晶欠陥を評価できればよく、例えば、赤外光吸収分光法、赤外干渉法、ラマン分光法、カソードルミネッセンス法、フォトルミネッセンス法、及びマイクロ波光導伝減衰法などが挙げられる。 In step S6, the necessity of the heat treatment in step S7 may be determined depending on the thickness of the defect-free region of the semiconductor wafer. The thickness of the defect-free region of the semiconductor wafer can be evaluated by measuring crystal defects formed in the semiconductor wafer. Any method for measuring crystal defects formed on a semiconductor wafer may be used as long as the crystal defects of the semiconductor wafer can be evaluated nondestructively. For example, infrared absorption spectroscopy, infrared interferometry, Raman spectroscopy, cathodoluminescence, and photoluminescence. And a microwave optical transmission attenuation method.

≪ステップS7:非酸化性雰囲気下での熱処理≫
ステップS7の熱処理は、半導体ウエハの酸素析出物による結晶欠陥(BMD)を消滅するための熱処理である。ステップS4を繰り返すことにより、半導体ウエハ内部にBMDが発生し、また半導体ウエハの無欠陥領域は次第に薄くなる。よって、ステップS4を繰り返すと、半導体ウエハ表面近傍は、結晶欠陥の増加により、SOI基板の半導体膜とすることができなくなる。
<< Step S7: Heat Treatment in Non-oxidizing Atmosphere >>
The heat treatment in step S7 is a heat treatment for eliminating crystal defects (BMD) due to oxygen precipitates in the semiconductor wafer. By repeating step S4, BMD is generated inside the semiconductor wafer, and the defect-free region of the semiconductor wafer becomes gradually thinner. Therefore, if step S4 is repeated, the vicinity of the surface of the semiconductor wafer cannot be made a semiconductor film of the SOI substrate due to an increase in crystal defects.

そこで、ステップS7では、半導体ウエハに対して、非酸化性雰囲気下で1100℃以上1300℃以下の熱処理を行う。この熱処理は、半導体ウエハ中の酸素を外方拡散させる条件で行われ、ステップS2と同様に行うことができる。よって、ステップS7の熱処理については、ステップS2の記載を準用する。なお、ステップS2とステップS7の熱処理は同じ条件である必要はない。また、ステップS7を複数回行う場合、それらの熱処理は同じ条件である必要はない。 Therefore, in step S7, the semiconductor wafer is heat-treated at 1100 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower in a non-oxidizing atmosphere. This heat treatment is performed under the condition of outward diffusion of oxygen in the semiconductor wafer, and can be performed in the same manner as in step S2. Therefore, the description of step S2 applies mutatis mutandis for the heat treatment in step S7. Note that the heat treatment in step S2 and step S7 need not be under the same conditions. Moreover, when performing step S7 several times, those heat processing does not need to be the same conditions.

そして、ステップS7を行った後、ステップS3に戻る。ここで、SOI基板の作製工程の回数kがゼロにリセットされる。そして、SOI基板の作製をN回行った後、ステップS7の熱処理を行う。半導体ウエハを再利用できるかぎり、ステップS3乃至ステップS7が繰り返される。 And after performing step S7, it returns to step S3. Here, the number k of manufacturing steps of the SOI substrate is reset to zero. Then, after the SOI substrate is manufactured N times, the heat treatment in step S7 is performed. As long as the semiconductor wafer can be reused, steps S3 to S7 are repeated.

なお、Nの値は特に限定されない。Nの値は、ステップS2又はステップS7に示す熱処理の後に、半導体ウエハに含まれる酸素の濃度や、半導体ウエハに形成された無欠陥領域の厚さなどで決めることができる。また、Nの値は、ステップS7を実施する度に異なっていても良い。例えば、SOI基板の作製工程を6回繰り返した後に1回目のステップS7の熱処理を行い、次に、SOI基板の作製工程を4回繰り返した後に2回目のステップS7の熱処理を行うことができる。 Note that the value of N is not particularly limited. The value of N can be determined by the concentration of oxygen contained in the semiconductor wafer, the thickness of the defect-free region formed in the semiconductor wafer, or the like after the heat treatment shown in step S2 or step S7. Also, the value of N may be different each time step S7 is performed. For example, the first heat treatment in step S7 can be performed after the SOI substrate manufacturing process is repeated 6 times, and then the second heat treatment in step S7 can be performed after the SOI substrate manufacturing process is repeated 4 times.

以上のように、SOI基板の作製の前に、非酸化性雰囲気下での熱処理を行い、半導体基板に無欠陥領域を形成することで、再生処理の度に高温の熱処理をせずに、半導体基板を複数回利用することができる。よって、高温の熱処理の回数が少なくなるため、半導体基板の機械的強度が低下することを抑えることができる。 As described above, heat treatment in a non-oxidizing atmosphere is performed before manufacturing an SOI substrate, and a defect-free region is formed in the semiconductor substrate. The substrate can be used multiple times. Therefore, since the number of high-temperature heat treatments is reduced, it is possible to suppress a decrease in mechanical strength of the semiconductor substrate.

特に、本発明の一態様の半導体基板の再生方法を適用すると、一度の再生処理における研磨量を少なくすることができるため、半導体基板の再利用回数に対して、無欠陥領域を形成するための高温の熱処理の回数を少なくすることができる。よって、処理時間の短縮が実現できる。 In particular, when the semiconductor substrate regeneration method of one embodiment of the present invention is applied, the amount of polishing in one regeneration process can be reduced, so that a defect-free region can be formed with respect to the number of reuses of a semiconductor substrate. The number of high-temperature heat treatments can be reduced. Therefore, the processing time can be shortened.

例えば、本発明の一態様の半導体基板の再生方法を適用した場合、1回の再生処理における半導体基板の研磨量を1.4μm以下(1回の再生処理における半導体基板の板厚の減少量を2.0μm以下)とすることができるため、形成する無欠陥領域の厚みや半導体基板の厚みによっては、ステップS7の高温の熱処理を行うことなく、半導体基板が再利用できなくなる限界まで使用することも可能である。 For example, when the semiconductor substrate regeneration method of one embodiment of the present invention is applied, the amount of polishing of the semiconductor substrate in one regeneration process is 1.4 μm or less (the amount of reduction in the thickness of the semiconductor substrate in one regeneration process). 2.0 μm or less), depending on the thickness of the defect-free region to be formed and the thickness of the semiconductor substrate, the semiconductor substrate can be used to the limit where it cannot be reused without performing the high-temperature heat treatment in step S7. Is also possible.

具体的には、無欠陥領域を除く領域の厚みが0μm以上450μm未満、好ましくは0μm以上100μm未満である半導体基板を用いて、SOI基板の作製及び本発明の一態様の再生処理を繰り返し行うことで、ステップS7の高温の熱処理を行うことなく、半導体基板が再利用できなくなる限界まで使用することができる。 Specifically, an SOI substrate is manufactured and a regeneration process of one embodiment of the present invention is repeatedly performed using a semiconductor substrate in which a thickness of a region excluding a defect-free region is 0 μm or more and less than 450 μm, preferably 0 μm or more and less than 100 μm. Thus, the semiconductor substrate can be used to the limit where it cannot be reused without performing the high-temperature heat treatment in step S7.

ここで、ボンド基板として、非酸化性雰囲気下での熱処理が施されたMCZウエハであり、酸素濃度が低く、広く無欠陥領域が形成されたウエハを用いることが好ましい。このようなウエハを採用することで、本実施の形態におけるステップS2を省略することができる。そして、本発明の一態様の半導体基板の再生方法を適用することで、再生処理における研磨量を少なくすることができるため、ステップS7の高温の熱処理を行うことなく、半導体基板が再利用できなくなる限界まで使用することができる。つまり、非酸化性雰囲気下での熱処理のプロセスが不要となる。 Here, as the bond substrate, it is preferable to use an MCZ wafer that has been heat-treated in a non-oxidizing atmosphere and has a low oxygen concentration and a wide defect-free region. By adopting such a wafer, step S2 in the present embodiment can be omitted. Then, by applying the semiconductor substrate regeneration method of one embodiment of the present invention, the amount of polishing in the regeneration process can be reduced. Therefore, the semiconductor substrate cannot be reused without performing the high-temperature heat treatment in step S7. Can be used to the limit. That is, a heat treatment process in a non-oxidizing atmosphere is not necessary.

このようなウエハを採用し、本発明の一態様を適用することで、非酸化性雰囲気下での熱処理を行うための設備投資を削減できるため好ましい。 Employing such a wafer and applying one embodiment of the present invention is preferable because capital investment for performing heat treatment in a non-oxidizing atmosphere can be reduced.

上述のウエハとしては、例えば、シリコン単結晶ウエハであるECAS−Zウエハ(品名:EZ−WF、コバレントシリコン株式会社製)を用いることが好ましい。ECAS−Zウエハは、アルゴン雰囲気中でアニールされたMCZウエハであり、酸素濃度が低く(0.9〜1.1×10−18atoms/cm)、無欠陥領域が広い(100μm以上の無欠陥領域を有する)。 As the above-mentioned wafer, for example, an ECAS-Z wafer (product name: EZ-WF, manufactured by Covalent Silicon Corporation), which is a silicon single crystal wafer, is preferably used. The ECAS-Z wafer is an MCZ wafer annealed in an argon atmosphere, and has a low oxygen concentration (0.9 to 1.1 × 10 −18 atoms / cm 3 ) and a wide defect-free region (100 μm or more). With defective areas).

以上に示したように、本発明の一態様を適用することで、一度の再生処理における半導体基板の研磨量を少なくすることができるため、該半導体基板の再生回数や使用回数を多くすることができる。また、無欠陥領域を有し、該無欠陥領域を除く領域の厚みが0μm以上450μm未満である半導体基板に対して、本発明の一態様を適用することで、無欠陥領域を形成するための高温の熱処理を行うことなく、該半導体基板が再利用できなくなる限界まで使用することができる。 As described above, by applying one embodiment of the present invention, the amount of polishing of a semiconductor substrate in one regeneration process can be reduced. Therefore, the number of times of regeneration and use of the semiconductor substrate can be increased. it can. In addition, by applying one embodiment of the present invention to a semiconductor substrate which has a defect-free region and the thickness of the region excluding the defect-free region is greater than or equal to 0 μm and less than 450 μm, the defect-free region can be formed. The semiconductor substrate can be used to the limit where it cannot be reused without performing high-temperature heat treatment.

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 The structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments.

(実施の形態4)
先の実施の形態において作製されたSOI基板を用いた半導体装置の一例を、図7に示す。
(Embodiment 4)
FIG. 7 illustrates an example of a semiconductor device using the SOI substrate manufactured in the above embodiment.

図7に示す半導体装置は、nチャネル型薄膜トランジスタであるトランジスタ280、及びpチャネル型薄膜トランジスタであるトランジスタ281を有する。 The semiconductor device illustrated in FIG. 7 includes a transistor 280 which is an n-channel thin film transistor and a transistor 281 which is a p-channel thin film transistor.

トランジスタ280及びトランジスタ281は、絶縁層123及び絶縁層122を介してベース基板120上に形成されている。このような複数の薄膜トランジスタ(TFT)を組み合わせることで、各種の半導体装置を形成することができる。 The transistor 280 and the transistor 281 are formed over the base substrate 120 with the insulating layer 123 and the insulating layer 122 interposed therebetween. Various semiconductor devices can be formed by combining such a plurality of thin film transistors (TFTs).

以下、図7に示す半導体装置の作製方法について説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor device illustrated in FIGS.

はじめに、SOI基板を用意する。SOI基板としては、先の実施の形態で作製したSOI基板を用いることができる。 First, an SOI substrate is prepared. As the SOI substrate, the SOI substrate manufactured in the above embodiment can be used.

次に、エッチングにより、半導体層を分離して島状の半導体層251及び島状の半導体層252を形成する。半導体層251はnチャネル型のTFTを構成し、半導体層252はpチャネル型のTFTを構成する。 Next, the semiconductor layer is separated by etching to form an island-shaped semiconductor layer 251 and an island-shaped semiconductor layer 252. The semiconductor layer 251 constitutes an n-channel TFT, and the semiconductor layer 252 constitutes a p-channel TFT.

半導体層251及び半導体層252上に絶縁層254を形成した後、絶縁層254を介して、半導体層251上にゲート電極255を形成し、半導体層252上にゲート電極256を形成する。 After the insulating layer 254 is formed over the semiconductor layers 251 and 252, the gate electrode 255 is formed over the semiconductor layer 251 through the insulating layer 254, and the gate electrode 256 is formed over the semiconductor layer 252.

なお、半導体層には、TFTのしきい値電圧を制御するために、ホウ素、アルミニウム、ガリウムなどのアクセプタとなる不純物元素、又はリン、ヒ素などのドナーとなる不純物元素を添加しておくことが望ましい。例えば、nチャネル型TFTが形成される領域にアクセプタとなる不純物元素を添加し、pチャネル型TFTが形成される領域にドナーとなる不純物元素を添加する。 Note that an impurity element serving as an acceptor such as boron, aluminum, or gallium or an impurity element serving as a donor such as phosphorus or arsenic is added to the semiconductor layer in order to control the threshold voltage of the TFT. desirable. For example, an impurity element serving as an acceptor is added to a region where an n-channel TFT is formed, and an impurity element serving as a donor is added to a region where a p-channel TFT is formed.

次に、半導体層251にn型の低濃度不純物領域257を形成し、半導体層252にp型の高濃度不純物領域259を形成する。具体的には、まず、半導体層252をレジストマスクで覆い、不純物元素を半導体層251に添加して、半導体層251にn型の低濃度不純物領域257を形成する。添加する不純物元素としては、リン、ヒ素等を用いれば良い。ゲート電極255がマスクとなることにより、半導体層251に自己整合的にn型の低濃度不純物領域257が形成される。また、半導体層251のゲート電極255と重なる領域はチャネル形成領域258となる。次に、半導体層252を覆うマスクを除去した後、半導体層251をレジストマスクで覆う。そして、不純物元素を半導体層252に添加する。添加する不純物元素としては、ホウ素、アルミニウム、ガリウム等を用いれば良い。ここでは、ゲート電極256がマスクとして機能して、半導体層252に自己整合的にp型の高濃度不純物領域259が形成される。半導体層252のゲート電極256と重なる領域はチャネル形成領域260となる。なお、ここでは、n型の低濃度不純物領域257を形成した後、p型の高濃度不純物領域259を形成する方法を説明したが、先にp型の高濃度不純物領域259を形成することもできる。 Next, an n-type low concentration impurity region 257 is formed in the semiconductor layer 251, and a p-type high concentration impurity region 259 is formed in the semiconductor layer 252. Specifically, first, the semiconductor layer 252 is covered with a resist mask, an impurity element is added to the semiconductor layer 251, and an n-type low-concentration impurity region 257 is formed in the semiconductor layer 251. As an impurity element to be added, phosphorus, arsenic, or the like may be used. By using the gate electrode 255 as a mask, an n-type low concentration impurity region 257 is formed in the semiconductor layer 251 in a self-aligning manner. Further, a region of the semiconductor layer 251 that overlaps with the gate electrode 255 becomes a channel formation region 258. Next, after the mask covering the semiconductor layer 252 is removed, the semiconductor layer 251 is covered with a resist mask. Then, an impurity element is added to the semiconductor layer 252. As the impurity element to be added, boron, aluminum, gallium, or the like may be used. Here, the gate electrode 256 functions as a mask, and a p-type high concentration impurity region 259 is formed in the semiconductor layer 252 in a self-aligning manner. A region overlapping with the gate electrode 256 of the semiconductor layer 252 becomes a channel formation region 260. Although the method of forming the p-type high-concentration impurity region 259 after forming the n-type low-concentration impurity region 257 has been described here, the p-type high-concentration impurity region 259 may be formed first. it can.

次に、半導体層251を覆うレジストマスクを除去した後、プラズマCVD法等によって、窒化シリコン等の窒化物や酸化シリコン等の酸化物を含む単層構造又は積層構造の絶縁層を形成する。そして、当該絶縁層に垂直方向の異方性エッチングを適用することで、ゲート電極255及びゲート電極256の側面に接するサイドウォール絶縁層261及びサイドウォール絶縁層262を形成する。なお、上記異方性エッチングにより、絶縁層254もエッチングされる。 Next, after the resist mask covering the semiconductor layer 251 is removed, an insulating layer having a single-layer structure or a stacked structure including a nitride such as silicon nitride or an oxide such as silicon oxide is formed by a plasma CVD method or the like. Then, the sidewall insulating layer 261 and the sidewall insulating layer 262 in contact with the side surfaces of the gate electrode 255 and the gate electrode 256 are formed by applying vertical anisotropic etching to the insulating layer. Note that the insulating layer 254 is also etched by the anisotropic etching.

次に、半導体層252をレジストマスクで覆い、半導体層251に高ドーズ量で不純物元素を添加する。これにより、ゲート電極255及びサイドウォール絶縁層261がマスクとなり、n型の高濃度不純物領域267が形成される。 Next, the semiconductor layer 252 is covered with a resist mask, and an impurity element is added to the semiconductor layer 251 with a high dose. Thus, the n-type high concentration impurity region 267 is formed using the gate electrode 255 and the sidewall insulating layer 261 as a mask.

不純物元素の活性化処理(熱処理)の後、水素を含む絶縁層268を形成する。絶縁層268を形成後、350℃以上450℃以下の温度による熱処理を行い、絶縁層268中に含まれる水素を半導体層251中及び半導体層252中に拡散させる。絶縁層268は、プロセス温度が350℃以下のプラズマCVD法により窒化シリコン又は窒化酸化シリコンを堆積することで形成できる。半導体層251及び半導体層252に水素を供給することで、半導体層251中や半導体層252中、又はこれらと絶縁層254との界面での捕獲中心となるような欠陥を効果的に補償することができる。 After the impurity element activation treatment (heat treatment), an insulating layer 268 containing hydrogen is formed. After the insulating layer 268 is formed, heat treatment is performed at a temperature of 350 ° C. to 450 ° C., so that hydrogen contained in the insulating layer 268 is diffused in the semiconductor layer 251 and the semiconductor layer 252. The insulating layer 268 can be formed by depositing silicon nitride or silicon nitride oxide by a plasma CVD method with a process temperature of 350 ° C. or lower. By supplying hydrogen to the semiconductor layer 251 and the semiconductor layer 252, defects that become trapping centers in the semiconductor layer 251, the semiconductor layer 252, or an interface between them and the insulating layer 254 are effectively compensated. Can do.

その後、層間絶縁層269を形成する。層間絶縁層269は、酸化シリコン、BPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass)などの無機材料を含む絶縁膜、もしくはポリイミド、アクリルなどの有機材料を含む絶縁膜を用いた単層構造又は積層構造とすることができる。層間絶縁層269にコンタクトホールを形成した後、配線270を形成する。配線270の形成には、例えば、アルミニウム膜又はアルミニウム合金膜などの低抵抗金属膜をバリアメタル膜で挟んだ3層構造の導電膜を用いることができる。バリアメタル膜は、モリブデン、クロム、チタンなどを用いて形成することができる。 After that, an interlayer insulating layer 269 is formed. The interlayer insulating layer 269 may have a single-layer structure or a stacked structure using an insulating film containing an inorganic material such as silicon oxide or BPSG (Boron Phosphorus Silicon Glass), or an insulating film containing an organic material such as polyimide or acrylic. it can. After a contact hole is formed in the interlayer insulating layer 269, a wiring 270 is formed. For the formation of the wiring 270, for example, a conductive film having a three-layer structure in which a low-resistance metal film such as an aluminum film or an aluminum alloy film is sandwiched between barrier metal films can be used. The barrier metal film can be formed using molybdenum, chromium, titanium, or the like.

以上の工程により、nチャネル型TFTとpチャネル型TFTを有する半導体装置を作製することができる。本実施の形態の半導体装置に用いるSOI基板は、先の実施の形態で示したように、低いコストで作製することができる。このため、半導体装置の作製に係るコストを低減することが可能である。 Through the above steps, a semiconductor device having an n-channel TFT and a p-channel TFT can be manufactured. An SOI substrate used for the semiconductor device of this embodiment can be manufactured at low cost as described in the above embodiment. Therefore, the cost for manufacturing a semiconductor device can be reduced.

なお、本実施の形態では、図7に係る半導体装置及びその作製方法について説明したが、本発明の一態様に係る半導体装置の構成はこれに限定されない。半導体装置は、TFTの他、容量素子、抵抗素子、光電変換素子、発光素子などを有していても良い。 Note that in this embodiment, the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to FIGS. 7A to 7C are described; however, the structure of the semiconductor device according to one embodiment of the present invention is not limited thereto. The semiconductor device may include a capacitor, a resistor, a photoelectric conversion element, a light-emitting element, and the like in addition to the TFT.

なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 Note that the structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments.

本実施例では、SOI基板の作製において半導体層を分離した後の半導体基板(ボンド基板)に対して、本発明の一態様の再生処理を行った結果を示す。 In this example, a result of performing a regeneration process of one embodiment of the present invention on a semiconductor substrate (bond substrate) after a semiconductor layer is separated in manufacturing an SOI substrate is shown.

まず、本実施例で用いた半導体基板について説明する。 First, the semiconductor substrate used in this example will be described.

本実施例では、半導体基板として5インチ角の矩形状単結晶シリコン基板を用いた。まず、半導体基板をHCl雰囲気下で熱酸化処理を行い、基板表面に100nmの厚さの熱酸化膜を形成した。熱酸化処理は、HClが酸素に対して3体積%の割合で含まれる雰囲気下、950℃で9時間行った。 In this embodiment, a rectangular single crystal silicon substrate of 5 inches square is used as the semiconductor substrate. First, the semiconductor substrate was subjected to thermal oxidation treatment in an HCl atmosphere to form a thermal oxide film having a thickness of 100 nm on the substrate surface. The thermal oxidation treatment was performed at 950 ° C. for 9 hours in an atmosphere containing HCl at 3 volume% with respect to oxygen.

次に、熱酸化膜の表面からイオンドーピング装置を用いて半導体基板にイオンビームを照射した。本実施例では、水素ガスを励起してプラズマを生成し、質量分離せずにプラズマ中に含まれるイオンを加速し、加速されたイオンを半導体基板に打ち込むことで、半導体基板に脆化領域を形成した。イオンドーピングの条件は、加速電圧を50kV、ドーズ量を2.7×1016ions/cmとした。 Next, the semiconductor substrate was irradiated with an ion beam from the surface of the thermal oxide film using an ion doping apparatus. In this embodiment, plasma is generated by exciting hydrogen gas, ions contained in the plasma are accelerated without mass separation, and the embrittled region is formed in the semiconductor substrate by implanting the accelerated ions into the semiconductor substrate. Formed. The ion doping conditions were an acceleration voltage of 50 kV and a dose of 2.7 × 10 16 ions / cm 2 .

そして、半導体基板を、熱酸化膜を介してガラス基板に貼り合わせた。その後、200℃での熱処理を120分間行い、さらに、600℃での熱処理を120分間行って、脆化領域において半導体基板から薄膜の単結晶シリコン層を分離した。これにより、SOI基板が作製されると共に、周縁部に凸部を有する半導体基板が作製された。 And the semiconductor substrate was bonded together to the glass substrate through the thermal oxide film. After that, heat treatment at 200 ° C. was performed for 120 minutes, and heat treatment at 600 ° C. was further performed for 120 minutes to separate the thin single crystal silicon layer from the semiconductor substrate in the embrittled region. Thus, an SOI substrate was manufactured and a semiconductor substrate having a convex portion at the peripheral edge was manufactured.

次に、上述の半導体基板に対する処理について説明する。以下では、本発明の一態様の再生処理を行った3枚の半導体基板を試料A〜C、本発明の一態様の再生処理とは異なる再生処理を行った4枚の半導体基板を比較試料D〜Gとして説明する。 Next, processing for the above-described semiconductor substrate will be described. Hereinafter, three semiconductor substrates subjected to the regeneration process of one embodiment of the present invention are samples A to C, and four semiconductor substrates subjected to a regeneration process different from the regeneration process of one embodiment of the present invention are comparative samples D. This will be described as ~ G.

(試料A〜Cに行った処理)
≪絶縁層の除去≫
まず、半導体基板を覆うように形成されている絶縁層を除去するために、半導体基板に5%フッ酸溶液を用いたウェットエッチング処理を施した。このとき、液温は室温、エッチング時間は300秒とした。この工程でのエッチング量は0.1μmであった。
(Processing performed on samples A to C)
≪Removal of insulating layer≫
First, in order to remove the insulating layer formed so as to cover the semiconductor substrate, the semiconductor substrate was subjected to a wet etching process using a 5% hydrofluoric acid solution. At this time, the liquid temperature was room temperature and the etching time was 300 seconds. The etching amount in this step was 0.1 μm.

≪第1の工程≫
次に、絶縁層を除去した半導体基板に対して、フッ酸と硝酸と酢酸とを、1:2:10の体積比で混合した混合液をエッチャントとして用いてウェットエッチング処理を行った。また、該エッチャントの亜硝酸濃度は、80mg/l〜100mg/lであった。なお、該亜硝酸濃度は、半定量イオン試験紙(QUANTOFIX Nitrite及びNitrite3000)によって評価した。また、本実施例で用いたエッチャントにおいて、フッ酸は濃度が50重量%のもの(ステラケミファ社製)、硝酸は濃度が70重量%のもの(和光純薬株式会社製)、酢酸は、濃度が99.7重量%のもの(キシダ化学株式会社製)を用いた。また、エッチャントの液温は30℃とし、エッチング時間は75秒とした。第1の工程でのエッチング量は、0.3μmであった。
≪First step≫
Next, wet etching treatment was performed on the semiconductor substrate from which the insulating layer had been removed using a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid in a volume ratio of 1: 2: 10 as an etchant. The nitrite concentration of the etchant was 80 mg / l to 100 mg / l. The nitrous acid concentration was evaluated using a semi-quantitative ion test paper (QUANTOFFIX Nitrite and Nitrite 3000). In the etchant used in this example, hydrofluoric acid has a concentration of 50% by weight (manufactured by Stella Chemifa), nitric acid has a concentration of 70% by weight (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and acetic acid has a concentration of Of 99.7% by weight (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) was used. The liquid temperature of the etchant was 30 ° C., and the etching time was 75 seconds. The etching amount in the first step was 0.3 μm.

≪第2の工程≫
次に、バッチ式の洗浄機を用いて、アルカリ系薬液であるPK−LCG407(株式会社パーカーコーポレーション製)に半導体基板を浸した。液温は40℃、処理時間は300秒とした。
≪Second process≫
Next, the semiconductor substrate was immersed in PK-LCG407 (manufactured by Parker Corporation), which is an alkaline chemical solution, using a batch type cleaning machine. The liquid temperature was 40 ° C. and the treatment time was 300 seconds.

その後、純水で満たされた洗浄槽に浸して洗浄した後、IPA(Isopropyl Alcohol)乾燥を行った。 Then, after immersing and washing in a washing tank filled with pure water, IPA (Isopropyl Alcohol) drying was performed.

≪第3の工程≫
そして、CMP処理を行った。CMP処理としては、高い研磨レートの第1のCMP処理と、低い研磨レートの第2のCMP処理をこの順で行った。第3の工程での研磨量は、1.2μmであった。
≪Third process≫
Then, a CMP process was performed. As the CMP process, a first CMP process with a high polishing rate and a second CMP process with a low polishing rate were performed in this order. The polishing amount in the third step was 1.2 μm.

第1のCMP処理では、研磨布である、ニッタ・ハース株式会社製SUBA800M3(SUBAは登録商標)、及びシリカ系スラリー液(ニッタ・ハース株式会社製NP6601、100倍希釈)を用いた。また、スラリー流量を185ml/min、研磨圧を0.01MPa、スピンドル回転数を39rpm、テーブル回転数を35rpm、処理時間を160秒とした。 In the first CMP treatment, polishing cloth, SUBA800M3 (SUBA is a registered trademark) manufactured by Nita Haas Co., Ltd., and silica-based slurry (NP6601, manufactured by Nitta Haas Co., Ltd., diluted 100 times) were used. The slurry flow rate was 185 ml / min, the polishing pressure was 0.01 MPa, the spindle rotation speed was 39 rpm, the table rotation speed was 35 rpm, and the processing time was 160 seconds.

第2のCMP処理では、研磨布である、ニッタ・ハース株式会社製supreme、及びシリカ系スラリー液(ニッタ・ハース株式会社製NP8020、20倍希釈)を用いた。また、スラリー流量を185ml/min、研磨圧を0.01MPa、スピンドル回転数を39rpm、テーブル回転数を35rpm、処理時間を160秒とした。 In the second CMP treatment, a polishing cloth, supreme manufactured by Nitta Haas Co., Ltd., and a silica-based slurry (NP8020 manufactured by Nitta Haas Co., Ltd., diluted 20 times) were used. The slurry flow rate was 185 ml / min, the polishing pressure was 0.01 MPa, the spindle rotation speed was 39 rpm, the table rotation speed was 35 rpm, and the processing time was 160 seconds.

(比較例)
まず、構成例と同様に、絶縁層の除去及び第1の工程を行った。ただし、第1の工程におけるエッチング時間は、105秒とした。
(Comparative example)
First, similarly to the configuration example, the removal of the insulating layer and the first step were performed. However, the etching time in the first step was 105 seconds.

次に、純水で洗浄し、リンサードライヤーで乾燥させた。 Next, it was washed with pure water and dried with a rinser dryer.

その後、構成例と同様に、第3の工程を行った。つまり、比較例では、第2の工程を行っていない。 Then, the 3rd process was performed like the example of composition. That is, in the comparative example, the second step is not performed.

以上の方法により作製された試料A〜C及び比較試料D〜Fの再生半導体基板について、光学顕微鏡による観察を行った。 The reproduction semiconductor substrates of Samples A to C and Comparative Samples D to F manufactured by the above method were observed with an optical microscope.

また、光学顕微鏡による観察は、オリンパス株式会社製光学顕微鏡MX61Lを用いて基板周辺部の写真撮影を行った。なお、光学顕微鏡写真は、倍率50倍のノマルスキー像で撮影した。 Moreover, observation with the optical microscope performed photography of the board | substrate peripheral part using optical microscope MX61L by Olympus Corporation. The optical micrograph was taken as a Nomarski image with a magnification of 50 times.

試料A〜Cの再生半導体基板の光学顕微鏡写真をそれぞれ図8(A)乃至(C)に示す。また、比較試料D〜Gの再生半導体基板の光学顕微鏡写真を図8(D−1)(D−2)乃至(F−1)(F−2)に示す。比較試料の再生半導体基板1枚につき、光学顕微鏡写真を2枚示す。具体的には、図8(D−1)(D−2)が比較試料Dの結果であり、同様に、図8(E−1)(E−2)が比較試料E、図8(F−1)(F−2)が比較試料F、図8(G−1)(G−2)が比較試料Gの結果である。 Optical micrographs of the regenerated semiconductor substrates of Samples A to C are shown in FIGS. 8A to 8C, respectively. Moreover, the optical microscope photograph of the reproduction | regeneration semiconductor substrate of comparative sample DG is shown to FIG. 8 (D-1) (D-2) thru | or (F-1) (F-2). Two optical micrographs are shown for one recycled semiconductor substrate as a comparative sample. Specifically, FIGS. 8D-1 and 8D-2 show the results of the comparative sample D. Similarly, FIGS. 8E-1 and E-2 show the comparative sample E and FIG. -1) (F-2) is the result of the comparative sample F and FIGS. 8 (G-1) and (G-2) are the results of the comparative sample G.

また、光学顕微鏡により観察することで、再生半導体基板上のムラの数を数えた。 Further, the number of unevenness on the regenerated semiconductor substrate was counted by observing with an optical microscope.

試料A〜Cの再生半導体基板は、ムラの数がいずれも0個であった。一方、比較試料D〜Gの再生半導体基板は、ムラの数が、それぞれ、20個、19個、22個、19個であった。 The number of unevennesses in the recycled semiconductor substrates of Samples A to C was zero. On the other hand, the number of unevennesses in the recycled semiconductor substrates of Comparative Samples D to G was 20, 19, 22, and 19, respectively.

以上の結果から、本発明の一態様を適用して作製した再生半導体基板は、半導体基板表面の研磨ムラや凹凸が極めて少なく、平坦性が良好であることがわかった。 From the above results, it has been found that a recycled semiconductor substrate manufactured by applying one embodiment of the present invention has very little polishing unevenness and unevenness on the surface of the semiconductor substrate and has good flatness.

100 半導体基板
102 絶縁層
104 脆化領域
110 凸部
120 ベース基板
121 半導体基板
122 絶縁層
123 絶縁層
124 半導体層
125 絶縁層
126 半導体領域
127 半導体領域
129 半導体領域
132 再生半導体基板
133 半導体領域
251 半導体層
252 半導体層
254 絶縁層
255 ゲート電極
256 ゲート電極
257 低濃度不純物領域
258 チャネル形成領域
259 高濃度不純物領域
260 チャネル形成領域
261 サイドウォール絶縁層
262 サイドウォール絶縁層
267 高濃度不純物領域
268 絶縁層
269 層間絶縁層
270 配線
280 トランジスタ
281 トランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Semiconductor substrate 102 Insulating layer 104 Embrittlement area 110 Convex part 120 Base substrate 121 Semiconductor substrate 122 Insulating layer 123 Insulating layer 124 Semiconductor layer 125 Insulating layer 126 Semiconductor region 127 Semiconductor region 129 Semiconductor region 132 Reproduction semiconductor substrate 133 Semiconductor region 251 Semiconductor layer 252 Semiconductor layer 254 Insulating layer 255 Gate electrode 256 Gate electrode 257 Low concentration impurity region 258 Channel forming region 259 High concentration impurity region 260 Channel forming region 261 Side wall insulating layer 262 Side wall insulating layer 267 High concentration impurity region 268 Insulating layer 269 Interlayer Insulating layer 270 Wiring 280 Transistor 281 Transistor

Claims (4)

傷領を有する半導体基板に対し、第1の工程、第2の工程及び第3の工程を行う半導体基板の再生方法であって、
前記第1の工程は、
前記半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質と、酸化された前記半導体材料を溶解する物質と、前記半導体材料の酸化速度及び前記酸化された半導体材料の溶解速度を制御する物質とを含む混合液を用いたエッチングにより、記損傷領域を選択的に除去する工程を有し
前記第2の工程は、
アルカリ性の溶液を用いて、前記第1の工程で除去されなかった前記損傷領域を除去する工程を有し
前記第3の工程は、
研磨処理を有することを特徴とする半導体基板の再生方法。
To the semiconductor substrate having a damaged area, the first step, a second step and the third step the semiconductor substrate playback method for performing,
The first step includes
A mixture comprising a substance that oxidizes a semiconductor material constituting the semiconductor substrate, a substance that dissolves the oxidized semiconductor material, and a substance that controls an oxidation rate of the semiconductor material and a dissolution rate of the oxidized semiconductor material by etching using a liquid, comprising the step of selectively removing the prior destruction wound area,
The second step includes
Using an alkaline solution, and a step of removing the damaged wound area before that were not removed in the first step,
The third step includes
A method for reclaiming a semiconductor substrate, comprising polishing treatment.
請求項1において、In claim 1,
前記研磨処理は、高い研磨レートの処理と、低い研磨レートの処理とを、順に行うことを特徴とする半導体基板の再生方法。The method for reclaiming a semiconductor substrate, wherein the polishing treatment is performed in order of a high polishing rate treatment and a low polishing rate treatment.
請求項1又は請求項2において、
前記混合液が、さらに亜硝酸を含むことを特徴とする半導体基板の再生方法。
In claim 1 or claim 2,
The method for regenerating a semiconductor substrate, wherein the mixed solution further contains nitrous acid .
請求項1乃至3に記載の半導体基板の再生方法を経て再生された半導体基板中にイオンを添加することで脆化領域を形成し、
絶縁層を介して前記導体基板とベース基板とを貼り合わせ、
熱処理によって、前記導体基板を分離して、前記ベース基板上に半導体層を形成するSOI基板の作製方法。
In the semiconductor substrate which is reproduced through a reproducing method of a semiconductor substrate according to claims 1 to 3, to form an embrittled region by adding ions,
Via an insulating layer, bonding the said semi-conductor substrate and the base substrate,
By heat treatment, the separated semi conductor substrate, the method for manufacturing an SOI substrate forming the semiconductor layer on the base substrate.
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