JPH0536914A - Insulated gate type field effect transistor and semiconductor device using the same - Google Patents

Insulated gate type field effect transistor and semiconductor device using the same

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JPH0536914A
JPH0536914A JP3210368A JP21036891A JPH0536914A JP H0536914 A JPH0536914 A JP H0536914A JP 3210368 A JP3210368 A JP 3210368A JP 21036891 A JP21036891 A JP 21036891A JP H0536914 A JPH0536914 A JP H0536914A
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substrate
layer
single crystal
field effect
porous
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JP3210368A
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Japanese (ja)
Inventor
Takao Yonehara
隆夫 米原
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Original Assignee
Canon Inc
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a semiconductor device which can operate at a high speed, has no latchup, etc., and excellent radiation resistant characteristic by manufacturing an insulated gate type field effect transistor in which stray capacitances of a source and a drain are reduced. CONSTITUTION:A single crystalline layer for constituting at least a channel region of an insulated gate type field effect transistor is formed of nonporous single crystalline layers 4, 5 on a light transmission insulator base 1 obtained by oxidizing a silicon base made porous from a nonporous single crystalline layer on the silicon base made porous.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、絶縁ゲート型電界効果
トランジスタ及びそれを用いた半導体装置に係り、特に
絶縁ゲート型電界効果トランジスタが光透過性絶縁物基
体上に形成された絶縁ゲート型電界効果トランジスタ及
びそれを用いた半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulated gate field effect transistor and a semiconductor device using the same, and particularly to an insulated gate field effect transistor in which an insulated gate field effect transistor is formed on a light transmissive insulator substrate. The present invention relates to an effect transistor and a semiconductor device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】絶縁物上の単結晶Si半導体層の形成
は、シリコン・オン・インシュレーター(SOI)技術
として広く知られ、通常のSi集積回路を作製するバル
クSi基板では到達しえない数々の優位点をSOI技術
を利用したデバイスが有することから多くの研究が成さ
れてきた。すなわち、SOI技術を利用することで、
.誘電体分離が容易で高集積化が可能、.対放射線
耐性に優れている、.浮遊容量が低減され高速化が可
能、.ウエル工程が省略できる、.ラッチアップを
防止できる、.薄膜化による完全空乏型電界効果トラ
ンジスタが可能、等の優位点が得られる。
2. Description of the Related Art The formation of a single crystal Si semiconductor layer on an insulator is widely known as a silicon-on-insulator (SOI) technique, and is unattainable in a bulk Si substrate for producing an ordinary Si integrated circuit. Much research has been done because the device utilizing the SOI technology has an advantage. In other words, by using SOI technology,
. Dielectric isolation is easy and high integration is possible. Excellent radiation resistance ,. Stray capacitance is reduced and speedup is possible. The well process can be omitted. Latch-up can be prevented. Advantages such as a fully depleted field effect transistor can be obtained by thinning the film.

【0003】上記したようなデバイス特性上の多くの利
点を実現するために、ここ数十年に渡り、SOI構造の
形成方法について研究されてきている。この内容は、例
えば、Special Issue: "Single-crystal silicon on no
n-single-crystal insulators"; edited by G.W.Culle
n, Journal of Crystal Growth, volume 63, no 3, pp4
29〜590 (1983). にまとめられている。
In order to realize the many advantages in device characteristics as described above, a method for forming an SOI structure has been researched for several decades. This content can be found in, for example, Special Issue: "Single-crystal silicon on no
n-single-crystal insulators "; edited by GWCulle
n, Journal of Crystal Growth, volume 63, no 3, pp4
29-590 (1983).

【0004】また、古くは、単結晶サファイア基板上
に、SiをCVD(化学気相法)法で、ヘテロエピタキ
シーさせて形成するSOS(シリコン・オン・サファイ
ア)が知られており、最も成熟したSOI技術として一
応の成功を収めはしたが、Si層と下地サファイア基板
界面の格子不整合により大量の結晶欠陥、サファイア基
板からのアルミニュームのSi層への混入、そして何よ
りも基板の高価格と大面積化への遅れにより、その応用
の広がりが妨げられている。比較的近年には、サファイ
ア基板を使用せずにSOI構造を実現しようという試み
が行なわれている。この試みは、次の二つに大別され
る。 (1)Si単結晶基板を表面酸化後に、窓を開けてSi
基板を部分的に表出させ、その部分をシードとして横方
向へエピタキシャル成長させ、SiO2 上へSi単結晶
層を形成する(この場合には、SiO2 上にSi層の堆
積をともなう。)。 (2)Si単結晶基板そのものを活性層として使用し、
その下部にSiO2 を形成する(この方法は、Si層の
堆積をともなわない。)。
Further, SOS (silicon on sapphire), which is formed by heteroepitaxy Si on a single crystal sapphire substrate by CVD (chemical vapor deposition) method, has been known for a long time and is the most mature. Although it was successful as an SOI technology, a large amount of crystal defects due to the lattice mismatch between the Si layer and the underlying sapphire substrate interface, mixing of aluminum from the sapphire substrate into the Si layer, and above all, the high cost of the substrate The delay in increasing the area prevents the spread of its application. In recent years, attempts have been made to realize an SOI structure without using a sapphire substrate. This attempt is roughly divided into the following two. (1) After the surface of the Si single crystal substrate is oxidized, a window is opened and Si is
The substrate is partially exposed and laterally epitaxially grown using the portion as a seed to form a Si single crystal layer on SiO 2 (in this case, Si layer is deposited on SiO 2 ). (2) Using the Si single crystal substrate itself as the active layer,
SiO 2 is formed thereunder (this method does not involve deposition of a Si layer).

【0005】これらの方法によって形成された絶縁物上
のシリコン層に種々の半導体素子及びそれらからなる集
積回路が作成されてきている。
Various semiconductor devices and integrated circuits made of them have been formed on a silicon layer on an insulator formed by these methods.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとしている課題】上記(1)を実現
する手段として、CVD法により、直接、単結晶層Si
を横方向エピタキシャル成長させる方法、非晶質Siを
堆積して、熱処理により固相横方向エピタキシャル成長
させる方法、非晶質あるいは、多結晶Si層に電子線、
レーザー光等のエネルギービームを収束して照射し、溶
融再結晶により単結晶層をSiO2 上に成長させる方
法、そして、棒状ヒーターにより帯状に溶融領域を走査
する方法(Zone melting recrystallization) が知られ
ている。これらの方法にはそれぞれ一長一短があるが、
その制御性、生産性、均一性、品質に多大の問題を残し
ており、いまだに、工業的に実用化したものはない。た
とえば、CVD法は平坦薄膜化するには、犠牲酸化が必
要となり、固相成長法ではその結晶性が悪い。また、ビ
ームアニール法では、収束ビーム走査による処理時間
と、ビームの重なり具合、焦点調整などの制御性に問題
がある。このうち、Zone Melting Recrystallization法
がもっとも成熟しており、比較的大規模な集積回路も試
作されてはいるが依然として、亜粒界等の結晶欠陥は、
多数残留しており、少数キャリヤーデバイスを作成する
にいたってない。また、いずれの方法もSi基板を必要
とするためガラスのような透明な非晶質絶縁物基板上に
良質なSi単結晶層は得られない。
As means for realizing the above (1), a single crystal layer Si is directly formed by a CVD method.
Lateral epitaxial growth, amorphous Si deposition, and solid phase lateral epitaxial growth by heat treatment, electron beam on the amorphous or polycrystalline Si layer,
A method of converging and irradiating an energy beam such as a laser beam to grow a single crystal layer on SiO 2 by melting and recrystallization, and a method of scanning a melting region in a band shape with a rod heater (Zone melting recrystallization) are known. ing. Each of these methods has advantages and disadvantages,
There are still many problems in its controllability, productivity, uniformity, and quality, and none has been industrially put to practical use. For example, the CVD method requires sacrificial oxidation to achieve a flat thin film, and the solid phase growth method has poor crystallinity. Further, the beam annealing method has problems in processing time by convergent beam scanning, controllability such as beam overlapping and focus adjustment. Of these, the Zone Melting Recrystallization method is the most mature, and relatively large-scale integrated circuits have been prototyped, but crystal defects such as sub-grain boundaries still occur.
Majority remains and has not led to the creation of minority carrier devices. Moreover, since neither method requires a Si substrate, a good quality Si single crystal layer cannot be obtained on a transparent amorphous insulator substrate such as glass.

【0007】上記(2)の方法であるSi基板をエピタ
キシャル成長の種子として用いない方法に於ては、次の
4種類の方法が挙げられる。
In the method of (2) above, in which the Si substrate is not used as seeds for epitaxial growth, there are the following four types of methods.

【0008】.V型の溝が表面に異方性エッチングさ
れたSi単結晶基板に酸化膜を形成し、該酸化膜上に多
結晶Si層をSi基板と同じ程厚く堆積した後、Si基
板の裏面から研磨によって、厚い多結晶Si層上にV溝
に囲まれて誘電分離されたSi単結晶領域を形成する方
法である。この方法に於ては、結晶性は、良好である
が、多結晶Siを数百ミクロンも厚く堆積する工程と、
単結晶Si基板を裏面より研磨して分離したSi活性層
のみを残す工程とを要するために、制御性及び生産性の
点から問題がある。
[0008] An oxide film is formed on a Si single crystal substrate in which V-shaped grooves are anisotropically etched on the surface, a polycrystalline Si layer is deposited on the oxide film to be as thick as the Si substrate, and then polished from the back surface of the Si substrate. Is a method for forming a Si single crystal region surrounded by V-grooves and dielectrically isolated on a thick polycrystalline Si layer. In this method, the crystallinity is good, but the step of depositing polycrystalline Si to a thickness of several hundreds of microns, and
This requires a step of polishing the single crystal Si substrate from the back surface to leave only the separated Si active layer, which is problematic in terms of controllability and productivity.

【0009】.サイモックス(SIMOX:Seperati
on by ion implanted oxygen) と称されるSi単結晶基
板中に酸素のイオン注入によりSiO2 層を形成する方
法であり、Siプロセスと整合性が良いため現在もっと
も成熟した方法である。しかしながら、SiO2 層形成
をするためには、酸素イオンを1018ions/cm2
以上も注入する必要があり、その注入時間は長大であ
り、生産性は高いとはいえず、また、ウエハーコストは
高い。更に、結晶欠陥は多く残存し、工業的に見て、少
数キャリヤーデバイスを作製できる充分な品質に至って
いない。
[0009]. SIMOX: Seperati
This is a method of forming a SiO 2 layer by ion implantation of oxygen in a Si single crystal substrate called “on by ion implanted oxygen”, which is the most mature method at present because it has good compatibility with the Si process. However, in order to form the SiO 2 layer, oxygen ions are added at 10 18 ions / cm 2.
It is necessary to implant the above, the implantation time is long, the productivity cannot be said to be high, and the wafer cost is high. Further, many crystal defects remain, and from an industrial point of view, the quality is not sufficient to produce a minority carrier device.

【0010】.Si単結晶基板を、熱酸化した別のS
i単結晶基板或は石英基板に、熱処理又は接着剤を用い
て貼り合わせ、SOI構造を形成する方法である。この
方法は、デバイスのための活性層を均一に薄膜化する必
要がある。すなわち、数百ミクロンもの厚さのSi単結
晶基板をミクロンオーダーかそれ以下に研磨する必要が
ある。したがって、本方法においては、その生産性、制
御性、均一性に多くの問題点が存在する。また、二枚の
基板を必要とするためにそのコストも高くなる。
[0010]. Another S obtained by thermally oxidizing a Si single crystal substrate
It is a method of forming an SOI structure by bonding to an i single crystal substrate or a quartz substrate using heat treatment or an adhesive. This method requires a uniform thinning of the active layer for the device. That is, it is necessary to polish a Si single crystal substrate having a thickness of several hundreds of microns to the micron order or less. Therefore, in this method, there are many problems in productivity, controllability, and uniformity. Further, the cost is high because two substrates are required.

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

【0012】ところで、光透過性基板上に半導体素子を
形成することは、光受光素子であるコンタクトセンサー
や、投影型液晶画像表示装置を構成する上において重要
である。さらに、センサーや表示装置の画素(絵素)を
より一層、高密度化、高解像度化、高精細化するには、
高性能な駆動素子が必要となる。又、画素を切り替える
スイッチング素子とその駆動回路及び周辺回路の端子数
は膨大なものとなり、両者を別々に作成して後の相互の
接続はもはや機械的な接続では不可能な密度となる。そ
の結果、上記半導体素子及び、周辺駆動回路は同一の基
板内に同一のプロセスを経ることにより、作成されるこ
とが望ましく、その相互間の接続は、通常の集積回路内
に行われているように導電性薄膜のパターニングによっ
て成されるべきものであり、そのことにより初めて、高
密度実装が可能となるのである。さらに作成されるべき
製品の高性能化という必然的な工業的要請から光透過性
基板上に設けられる素子としても優れた結晶性を有する
単結晶層を用いて作製されることが必要となる。
By the way, forming a semiconductor element on a light-transmissive substrate is important in constructing a contact sensor which is a light-receiving element and a projection type liquid crystal image display device. Furthermore, to further increase the density, resolution, and definition of pixels (pixels) of sensors and display devices,
High-performance drive elements are required. In addition, the number of terminals of the switching element for switching the pixel and its drive circuit and peripheral circuit becomes enormous, and the connection between them after making them separately becomes a density that is no longer possible by mechanical connection. As a result, it is desirable that the semiconductor device and the peripheral drive circuit are formed in the same substrate by the same process, and the mutual connection is performed in a normal integrated circuit. Moreover, it should be formed by patterning a conductive thin film, and only then can high-density mounting be possible. Further, from the inevitable industrial demand for higher performance of products to be produced, it is necessary to produce a device provided on a light transmissive substrate by using a single crystal layer having excellent crystallinity.

【0013】しかしながら、ガラスに代表される光透過
性基板上には一般には、その結晶構造の無秩序性を反映
して、非晶質か、良くて、多結晶層しか形成されず、そ
の欠陥の多い結晶構造故に、要求されるあるいは今後要
求されるに十分な性能を持った駆動素子を作製すること
は困難であった。それは、基板の結晶構造が非晶質であ
ることによっており、単にSi層を堆積しても、良質な
単結晶層は得られない。光透過性基板上に半導体素子等
を形成する場合には、Si単結晶基板を用いる上記のい
ずれの方法を用いても光透過性基板上に良質な単結晶層
を得るという目的には不適当である。
However, on a light-transmissive substrate typified by glass, in general, only a polycrystalline layer is formed, which is amorphous or good, reflecting the disorder of the crystal structure, and the defect Due to the large number of crystal structures, it has been difficult to fabricate a driving element having sufficient performance required or required in the future. This is due to the fact that the crystal structure of the substrate is amorphous, and simply depositing a Si layer will not yield a good-quality single crystal layer. When a semiconductor element or the like is formed on a light transmissive substrate, any of the above methods using a Si single crystal substrate is unsuitable for the purpose of obtaining a good quality single crystal layer on the light transmissive substrate. Is.

【0014】本発明は、上記したような問題点及び上記
したような要求に答え得る光透過性絶縁物基板上にある
良質な単結晶半導体層に形成できる集積回路の基本単位
である電界効果トランジスタ、及びそれらよりなる集積
回路を提供することを目的とする。
The present invention is a field effect transistor which is a basic unit of an integrated circuit which can be formed on a high quality single crystal semiconductor layer on a light transmissive insulator substrate which can meet the above problems and the above requirements. , And an integrated circuit comprising them.

【0015】更に本発明は、従来のSOI構造の利点を
実現した、半導体集積回路を提供することも目的とす
る。また、本発明は、SOI構造の大規模集積回路を作
製する際にも、高価なSOSや、SIMOXの代替たり
得、かつより高品質なる絶縁物上半導体基板上の半導体
素子及び集積回路を提供することを目的とする。
A further object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit which realizes the advantages of the conventional SOI structure. Further, the present invention provides a semiconductor element and an integrated circuit on a semiconductor-on-insulator substrate, which can replace expensive SOS and SIMOX even when manufacturing a large-scale integrated circuit having an SOI structure and have higher quality. The purpose is to do.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の絶縁ゲート型電
界効果トランジスタは、絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタの、少なくともチャネル領域を構成する単結晶層
が、多孔質化されたシリコン基体上の非多孔質単結晶層
について、該多孔質化されたシリコン基体を酸化して得
られた光透過性絶縁物基体上の該非多孔質単結晶層であ
ることを特徴とする。
According to another aspect of the present invention, there is provided an insulated gate field effect transistor comprising a non-porous silicon substrate on which a single crystal layer constituting at least a channel region of the insulated gate field effect transistor is made porous. The porous single crystal layer is characterized by being the non-porous single crystal layer on the light transmissive insulator substrate obtained by oxidizing the porous silicon substrate.

【0017】また、本発明の半導体装置は、上記絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタを用いたものである。
The semiconductor device of the present invention uses the above-mentioned insulated gate field effect transistor.

【0018】[0018]

【作 用】一般にSi単結晶の熱酸化速度は、毎時約1
ミクロン程度(1200℃、ウエット酸化、大気圧下)
であり、厚さが数百ミクロンもあるSiウエハー全体を
表面層を残して酸化するには数百時間も必要となる。し
かも、SiがSiO2 に酸化される場合には、2.2倍
の体積膨張を伴うことが知られており、Si基板をその
まま酸化すると表面残留Si層に弾性限界を超えた応力
が加わり、Si層にクラックが入ったり、反りが生じた
りする問題がある。
[Operation] Generally, the thermal oxidation rate of Si single crystal is about 1 hour / hour.
About micron (1200 ℃, wet oxidation, under atmospheric pressure)
Therefore, it takes hundreds of hours to oxidize the entire Si wafer having a thickness of hundreds of microns while leaving the surface layer. Moreover, it is known that when Si is oxidized to SiO 2 , the volume expansion of 2.2 times is accompanied, and when the Si substrate is oxidized as it is, a stress exceeding the elastic limit is applied to the surface residual Si layer, There are problems that the Si layer is cracked or warped.

【0019】ここで、多孔質層はその内部に大量の空隙
が形成されているために、密度が半分以下に減少する。
その結果、体積に比べて表面積が飛躍的に増大するた
め、その酸化速度は、通常の単結晶層の酸化速度に比べ
て、百倍以上も増速される。また多孔質Siの密度を制
御することにより、その体積膨張を抑制することが可能
である。
Here, since the porous layer has a large amount of voids formed therein, the density thereof is reduced to less than half.
As a result, the surface area is drastically increased as compared with the volume, so that the oxidation rate is increased 100 times or more as compared with the oxidation rate of a normal single crystal layer. Further, by controlling the density of the porous Si, it is possible to suppress the volume expansion thereof.

【0020】さらに、多孔質シリコンの密度は単結晶S
iに比べると、半分以下になるにもかかわらず、単結晶
性は維持されており、多孔質層の上部へ単結晶Si層を
エピタキシャル成長させることも可能である。
Further, the density of the porous silicon is the single crystal S
Compared with i, the single crystallinity is maintained even though it is less than half, and it is possible to epitaxially grow the single crystal Si layer on the upper part of the porous layer.

【0021】本発明は、このような多孔質シリコンの性
質を利用して、光透過性絶縁物基板上に単結晶半導体層
を作製し、この単結晶半導体層に絶縁ゲート型電界効果
トランジスタを作製するものである。すなわち、本発明
は、多孔質化されたシリコン基体上に結晶性の優れた非
多孔質単結晶層を形成してのち、通常の単結晶層に比べ
て酸化速度が増速されてなる該多孔質化したシリコン基
体を酸化することで、光透過性絶縁物基体(酸化された
多孔質化シリコン基体)上に単結晶半導体層を作製し、
この単結晶半導体層に絶縁ゲート型電界効果トランジス
タを作製したものである。
The present invention utilizes such properties of porous silicon to form a single crystal semiconductor layer on a light transmissive insulator substrate, and an insulated gate field effect transistor is formed on this single crystal semiconductor layer. To do. That is, according to the present invention, after forming a non-porous single crystal layer having excellent crystallinity on a porous silicon substrate, the oxidation rate is increased as compared with a normal single crystal layer. By oxidizing the modified silicon substrate, a single crystal semiconductor layer is formed on the light transmissive insulator substrate (oxidized porous silicon substrate),
An insulated gate field effect transistor was produced on this single crystal semiconductor layer.

【0022】本発明においては、光透過可能な基体上に
形成された、経済性に優れて、大面積に渡り均一平坦
な、極めて優れた結晶性を有する、欠陥の著しく少ない
Si単結晶層上に素子が作成されるため、ソース、およ
びドレインの浮遊容量の低減された絶縁ゲート型電界効
果トランジスタを作製でき、高速動作が可能で、ラッチ
アップ現象等のない、耐放射線特性の優れた半導体装置
を提供することができる。
In the present invention, on a Si single crystal layer formed on a light-transmissive substrate, which is economical, is even and flat over a large area, has extremely excellent crystallinity, and has extremely few defects. Since an element is formed in the semiconductor device, an insulated gate field effect transistor with reduced stray capacitance of the source and drain can be manufactured, high-speed operation is possible, a semiconductor device excellent in radiation resistance characteristics without latch-up phenomenon, etc. Can be provided.

【0023】[0023]

【実施態様例】以下、本発明の実施態様例を図面を参照
しながら詳述する。
Embodiments Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0024】図1は、本発明による半導体装置の一実施
例の概略的断面図である。同図において、基板1は、後
述するように多孔質Siを酸化することにより、形成さ
れたSiO2 よりなる光透過性基体である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of an embodiment of a semiconductor device according to the present invention. In the figure, the substrate 1 is a light-transmitting substrate made of SiO 2 formed by oxidizing porous Si as described later.

【0025】該基板1上には、Nチャネル電界効果トラ
ンジスタ2、Pチャネル電界効果トランジスタ3が形成
されており、両者の素子を互いに接続することにより相
補性電界効果型半導体装置が作製される。
An N-channel field effect transistor 2 and a P-channel field effect transistor 3 are formed on the substrate 1, and a complementary field effect semiconductor device is manufactured by connecting both elements to each other.

【0026】以下、各トランジスタ2,3の作製工程を
単結晶半導体層を光透過性基体上に作製する工程より図
2を用いて説明する。
The steps of manufacturing the transistors 2 and 3 will be described below with reference to FIG. 2 from the step of manufacturing the single crystal semiconductor layer on the light transmissive substrate.

【0027】図2(a)〜(c)は本発明による半導体
基体の作製方法を説明するための工程図で、夫々各工程
に於ける模式的断面図として示されている。
2 (a) to 2 (c) are process drawings for explaining a method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention, each of which is shown as a schematic sectional view in each process.

【0028】先ず、図2(a)に示される様に、P型S
i単結晶基体21の表面をプロトンをイオン注入してN
型単結晶層22を形成する。或は気相法によるエピタキ
シャル成長により真性或は、低濃度N型層22を形成す
る。
First, as shown in FIG. 2A, a P-type S
The surface of the i single crystal substrate 21 is ion-implanted with protons to obtain N
The mold single crystal layer 22 is formed. Alternatively, the intrinsic or low-concentration N-type layer 22 is formed by epitaxial growth by a vapor phase method.

【0029】次に、図2(b)に示される様にP型Si
単結晶基体21を裏面よりHF溶液を用いた陽極化成法
によって、多孔質Si基板23に変質させる。この多孔
質Si層は、単結晶Siの密度2.33g/cm3 に比
べて、その密度をHF溶液濃度を50〜20%に変化さ
せることで密度1.1〜0.6g/cm3 の範囲に変化
させることができる。この多孔質層は、下記の理由によ
り、真性或は、低濃度N型Si層には形成されにくく、
P型Si基板のみに形成されやすい。この多孔質Si層
は、透過電子顕微鏡による観察によれば、平均約十オン
グストローム程度の径の孔が形成される。その密度は単
結晶Siに比べると、半分以下になるにもかかわらず、
単結晶性は維持されており、多孔質層の上部へ単結晶S
i層をエピタキシャル成長させることも可能である。た
だし、1000℃以上では、内部の孔の再配列が起こ
り、後述する様な増速酸化の特性を失う。
Next, as shown in FIG. 2B, P-type Si
The single crystal substrate 21 is transformed into a porous Si substrate 23 from the back surface by an anodization method using an HF solution. This porous Si layer has a density of 1.1 to 0.6 g / cm 3 by changing the density of the single crystal Si from 2.33 g / cm 3 to an HF solution concentration of 50 to 20%. It can be changed into a range. This porous layer is difficult to be formed on the intrinsic or low-concentration N-type Si layer due to the following reasons.
It is easily formed only on the P-type Si substrate. According to observation with a transmission electron microscope, holes having an average diameter of about 10 angstroms are formed in this porous Si layer. Although its density is less than half that of single crystal Si,
The single crystal is maintained, and the single crystal S is added to the upper part of the porous layer.
It is also possible to epitaxially grow the i layer. However, at 1000 ° C. or higher, rearrangement of internal pores occurs, and the property of accelerated oxidation described later is lost.

【0030】多孔質Siは、Uhlir 等によって1956
年に半導体の電解研磨の研究過程に於て発見された(A.
Uhlir, Bell Syst.Tech.J., vol 35,p.333(1956)) 。ま
た、ウナガミ等は、陽極化成におけるSiの溶解反応を
研究し、HF溶液中のSiの陽極反応には正孔が必要で
あり、その反応は、次のようであると報告している(T.
ウナガミ: J. Electrochem.Soc., vol.127, p.476 (198
0) )。
Porous Si is described in 1956 by Uhlir et al.
It was discovered in the research process of electropolishing of semiconductors in 2010 (A.
Uhlir, Bell Syst.Tech.J., vol 35, p.333 (1956)). Also, Unagami et al. Studied the dissolution reaction of Si in anodization and reported that the anodic reaction of Si in HF solution requires holes, and the reaction is as follows (T .
Unagami: J. Electrochem. Soc., Vol.127, p.476 (198
0)).

【0031】 Si + 2HF + (2-n)e+ → SiF2 + 2H+ + ne- SiF2 + 2HF → SiF4 + H2 SiF4 + 2HF → H2SiF6 又は、 Si + 4HF + (4-λ)e+ → SiF4 + 4H+ + λe- SiF4 + 2HF → H2SiF6 ここで、e+ 及び、e- はそれぞれ、正孔と電子を表し
ている。また、n及びλは夫々シリコン1原子が溶解す
るために必要な正孔の数であり、n>2又は、λ>4な
る条件が満たされた場合に多孔質シリコンが形成される
としている。
Si + 2HF + (2-n) e + → SiF 2 + 2H + + ne - SiF 2 + 2HF → SiF 4 + H 2 SiF 4 + 2HF → H 2 SiF 6 or Si + 4HF + (4 -λ) e + → SiF 4 + 4H + + λe - SiF 4 + 2HF → H 2 SiF 6 Here, e + and e represent a hole and an electron, respectively. Further, n and λ are the numbers of holes required for dissolving one silicon atom, respectively, and porous silicon is formed when the condition of n> 2 or λ> 4 is satisfied.

【0032】以上のことから、正孔の存在するP型シリ
コンは、多孔質化されるが、N型シリコンは多孔質化さ
れない。この多孔質化に於ける選択性は、長野ら及びイ
マイによって実証されている(長野、中島、安野、大
中、梶原; 電子通信学会技術研究報告、vol 79,SSD 79-
9549(1979)、(K.イマイ; Solid-State Electronics vo
l 24,159 (1981) )。
From the above, P-type silicon having holes is made porous, but N-type silicon is not made porous. The selectivity of this porosification has been demonstrated by Nagano et al. And Imai (Nagano, Nakajima, Anno, Ohnaka, Kajiwara; IEICE technical report, vol 79, SSD 79-
9549 (1979), (K. Imai; Solid-State Electronics vo
l 24,159 (1981)).

【0033】しかし、高濃度N型Siであれば多孔質化
されるという報告もあり(R.P.Holmstrom and J.Y.Chi.
Appl.Phys.Lett. Vol.42,386(1983) )、P型、N型の
別にこだわらず、多孔質化を実現できる基板を選ぶこと
が重要である。
However, there is also a report that high-concentration N-type Si is made porous (RP Holmstrom and JY Chi.
Appl.Phys.Lett. Vol.42,386 (1983)), P type and N type, it is important to select a substrate that can realize porosity.

【0034】また、多孔質層はその内部に大量の空隙が
形成されているために、密度が半分以下に減少する。そ
の結果、体積に比べて表面積が飛躍的に増大するため、
その酸化速度は、通常の単結晶層の酸化速度に比べて、
百倍以上も増速される(H.高井、T.伊藤,J.Appl.Phys.
vol 60,no1,p.222(1986))。
Further, since the porous layer has a large amount of voids formed therein, its density is reduced to less than half. As a result, the surface area increases dramatically compared to the volume,
Its oxidation rate is higher than that of a normal single crystal layer.
Accelerated over 100 times (H. Takai, T. Ito, J. Appl. Phys.
vol 60, no1, p.222 (1986)).

【0035】即ち、前述したように、Si単結晶基体の
1200℃における酸化速度は毎時約1ミクロン程度で
あるから、多孔質Siの酸化速度は、毎時約100ミク
ロン以上にも達し、数百ミクロンの厚みを持つウエハー
全体を酸化することも実用の領域で可能となる。更に大
気圧以上の高圧下の酸化における酸化速度増速現象を利
用すれば、酸化時間をより短縮できる(N. ツボウチ、H.
ミヨシ、A.ニシモト and H. アベ,Japan J.Appl.Phys.
vol 16,no5,855,(1977))。
That is, as described above, since the oxidation rate of the Si single crystal substrate at 1200 ° C. is about 1 micron / hour, the oxidation rate of the porous Si reaches about 100 micron / hour or more, that is, several hundreds of microns. It is also possible to oxidize the entire wafer having a thickness of 1 to 3 in a practical range. Furthermore, the oxidation time can be further shortened by utilizing the phenomenon that the oxidation rate is increased in the oxidation under a pressure higher than atmospheric pressure (N. Tsubouchi, H.
Miyoshi, A. Nishimoto and H. Abe, Japan J.Appl.Phys.
vol 16, no 5,855, (1977)).

【0036】図2(b)に示すように、真性或は、低濃
度N型Si層表面に酸化防止膜として、Si34 層2
4を堆積して、上述したようにP型多孔質Si基体23
を全部酸化してSiO2 とし、光透過性絶縁物基体25
を作成する。真性或は、低濃度N型Si層表面と酸化防
止膜、Si34 層24の間に歪みによる欠陥導入を避
けるためにバッファー層して薄いSiO2 層を挿入して
もよい。
As shown in FIG. 2B, the Si 3 N 4 layer 2 is formed on the surface of the intrinsic or low concentration N type Si layer as an antioxidant film.
4 is deposited, and as described above, the P-type porous Si substrate 23 is formed.
Is oxidized to form SiO 2 and the light-transmissive insulating substrate 25
To create. A thin SiO 2 layer may be inserted as a buffer layer between the intrinsic or low-concentration N-type Si layer surface and the anti-oxidation film or Si 3 N 4 layer 24 in order to avoid introducing defects due to strain.

【0037】一般にSi単結晶を酸化すると、その体積
は約2.2倍に増大するが、多孔質Siの密度を制御す
ることにより、その体積膨張を抑制することが可能とな
り、基板の反りと、表面残留単結晶層に導入されるクラ
ックを回避できる。単結晶Siの多孔質Siに対する酸
化後の体積比Rは次のように表わすことができる。
In general, when a single crystal of Si is oxidized, its volume is increased by about 2.2 times, but by controlling the density of porous Si, it is possible to suppress the volume expansion of the single crystal and to prevent warpage of the substrate. It is possible to avoid cracks introduced into the surface residual single crystal layer. The volume ratio R of the single crystal Si after the oxidation to the porous Si can be expressed as follows.

【0038】R=2.2×(A/2.33) ここで、Aは多孔質Siの密度である。もし、R=1、
すなわち酸化後の体積膨張がない場合には、A=1.0
6(g/cm2 )となり、多孔質層の密度を1.06に
すれば、体積膨張を抑制することができる。
R = 2.2 × (A / 2.33) where A is the density of porous Si. If R = 1,
That is, when there is no volume expansion after oxidation, A = 1.0
It becomes 6 (g / cm 2 ), and volume expansion can be suppressed by setting the density of the porous layer to 1.06.

【0039】図2(c)には本発明で得られる半導体基
体が示される。すなわち、図2(b)に於ける酸化防止
膜としてのSi34 層24を除去することによって、
SiO2 光透過性絶縁物基体25上に結晶性がシリコン
ウエハーと同等な単結晶Si層22が平坦に、しかも均
一に薄層化されて、ウエハー全域に、大面積に形成され
る。
FIG. 2C shows the semiconductor substrate obtained by the present invention. That is, by removing the Si 3 N 4 layer 24 as an antioxidant film in FIG. 2B,
A single crystal Si layer 22 having a crystallinity equivalent to that of a silicon wafer is flatly and uniformly thinned on the SiO 2 light transmissive insulating substrate 25, and is formed in a large area over the entire wafer.

【0040】こうして得られた半導体基体は、光透過性
基体上の絶縁分離された電子素子作製という点から見て
も好適に使用することができる。
The semiconductor substrate thus obtained can be preferably used from the viewpoint of producing an electronic element on a light transmissive substrate which is insulated and separated.

【0041】以上は、多孔質化を行なう前に真性或は、
低濃度N型層を形成し、その後、陽極化成により選択的
に、P型基体のみを多孔質化する方法である。
The above is the intrinsic or porosity before being made porous.
In this method, a low-concentration N-type layer is formed, and then only the P-type substrate is made porous by anodization.

【0042】前述したように、多孔質Si層には、透過
電子顕微鏡による観察によれば、平均約十オングストロ
ーム程度の径の孔が形成されており、その密度は単結晶
Siに比べると、半分以下になるにもかかわらず、単結
晶性は維持されており、多孔質層の上部へ単結晶Si層
をエピタキシャル成長させることも可能である。ただ
し、1000℃以上では、内部の孔の再配列が起こり、
増速酸化の特性を失う。このため、Si層のエピタキシ
ャル成長には、減圧CVD法、分子線エピタキシャル成
長法、プラズマCVD法、光CVD法、バイアス・スパ
ッター法等の低温成長が好適とされる。
As described above, the porous Si layer has pores with an average diameter of about 10 angstroms formed by observation with a transmission electron microscope, and its density is half that of single crystal Si. Despite the following, single crystallinity is maintained, and it is also possible to epitaxially grow a single crystal Si layer on top of the porous layer. However, at 1000 ° C or higher, rearrangement of internal pores occurs,
Loss of enhanced oxidation properties. Therefore, for the epitaxial growth of the Si layer, low temperature growth such as low pressure CVD, molecular beam epitaxial growth, plasma CVD, photo CVD, bias sputtering, etc. is suitable.

【0043】また、P型基体の全てを多孔質化した後に
単結晶層をエピタキシャル成長させる方法も有効であ
る。
A method of epitaxially growing a single crystal layer after making the entire P-type substrate porous is also effective.

【0044】P型基体の全てを多孔質化した後に単結晶
層をエピタキシャル成長させる方法について簡単に説明
する。
A method for epitaxially growing a single crystal layer after making all of the P-type substrate porous will be briefly described.

【0045】先ず、P型Si単結晶基体を用意して、そ
の全部を多孔質化する。次に低温成長により、エピタキ
シャル成長を多孔質化した基体表面に行ない、薄膜単結
晶層を形成する。そして酸化防止膜の窒化珪素を該エピ
タキシャル層表面に堆積して後、酸化して、多孔質基体
を全て、酸化珪素に変質させる。最終的には、表面の酸
化防止膜を除去して光透過性絶縁物基体上の単結晶層が
得られる。
First, a P-type Si single crystal substrate is prepared, and the whole is made porous. Next, epitaxial growth is performed on the surface of the porous substrate by low temperature growth to form a thin film single crystal layer. Then, after depositing silicon nitride of the anti-oxidation film on the surface of the epitaxial layer, it is oxidized to transform the entire porous substrate into silicon oxide. Finally, the anti-oxidation film on the surface is removed to obtain a single crystal layer on the light transmissive insulator substrate.

【0046】次に、このようにして作製された、光透過
性基体表面の単結晶薄層を図1に示すように部分酸化法
或いは、島状にエッチングして分離する。次に、Nチャ
ネルトランジスタ(図1の2)を形成しようとする単結
晶シリコン島(図1の4)にP型不純物イオン、Pチャ
ネルトランジスタ(図1の3)を形成しようとする単結
晶シリコン島(図1の5)にN型不純物イオンをそれぞ
れ独立に打ち込む。
Next, the single crystal thin layer on the surface of the light transmissive substrate thus produced is separated by the partial oxidation method or island-shaped etching as shown in FIG. Next, P-type impurity ions are formed on the single crystal silicon island (4 in FIG. 1) in which the N channel transistor (2 in FIG. 1) is to be formed, and single crystal silicon in which the P channel transistor (3 in FIG. 1) is to be formed. N-type impurity ions are independently implanted into the island (5 in FIG. 1).

【0047】次に、それぞれの単結晶シリコン層上(図
1の4,5)にゲート絶縁膜(図1の6,7)を形成
し、さらに多結晶シリコンのゲート電極(図1の8,
9)をパターニングして形成する。
Next, a gate insulating film (6, 7 in FIG. 1) is formed on each of the single crystal silicon layers (4, 5 in FIG. 1), and a gate electrode of polycrystalline silicon (8, FIG. 1) is formed.
9) is patterned and formed.

【0048】多結晶シリコンゲート電極をマスクにし
て、自己整合的に不純物をイオン注入することによりソ
ース、ドレイン領域を形成する。Nチャネルトランジス
タ(図1の2)に対しては、N型不純物イオンを注入し
てソース(図1の10)、ドレイン領域(図1の11)
とし、Pチャネルトランジスタ(図1の3)に対して
は、P型不純物イオンを注入してソース(図1の1
2)、ドレイン領域(図1の13)とする。ソース、ド
レイン電極(図1の14,15,16,17)を金属薄
膜の堆積とパターニングによって形成して、素子が完成
する。各素子を相互に薄膜電極によって接続することに
より、相補性電界効果型トランジスタが製造される。
Source and drain regions are formed by self-aligned ion implantation of impurities using the polycrystalline silicon gate electrode as a mask. A source region (10 in FIG. 1) and a drain region (11 in FIG. 1) are formed by implanting N-type impurity ions into the N-channel transistor (2 in FIG. 1).
For the P-channel transistor (3 in FIG. 1), P-type impurity ions are implanted and the source (1 in FIG.
2) and the drain region (13 in FIG. 1). Source and drain electrodes (14, 15, 16 and 17 in FIG. 1) are formed by depositing and patterning a metal thin film to complete the device. A complementary field effect transistor is manufactured by connecting each element to each other by a thin film electrode.

【0049】[0049]

【実施例】以下、具体的な実施例によって本発明を説明
する。 (実施例1)200ミクロンの厚みを持ったP型(10
0)単結晶Si基板上にCVD法により、N型Siエピ
タキシャル層を1ミクロン成長させた。堆積条件は、以
下のとおりである。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to specific examples. (Example 1) A P-type (10
0) An N-type Si epitaxial layer was grown to 1 micron on the single crystal Si substrate by the CVD method. The deposition conditions are as follows.

【0050】 反応ガス流量: SiH2 Cl2 1000 SCCM H2 230 l/min. PH3 (50ppm) 72 SCCM 温度: 1080 ℃ 圧力: 80 Torr 時間: 2 min. この基板を50%のHF溶液中において陽極化成を行っ
た。この時の電流密度は、100mA/cm2 であっ
た。又、この時の多孔質化速度は、8.4μm/mi
n.であり200ミクロンの厚みを持ったP型(10
0)Si基板全体は、24分で多孔質化された。前述し
たようにこの陽極化成では、P型(100)Si基板の
みが多孔質化され、N型Siエピタキシャル層には変化
がなかった。次に、このエピタキシャル層の表面に減圧
CVD法によってSi34 を0.1μm堆積して、酸
化防止膜を形成してのちにP型(100)Si基板のみ
を酸化した。前述したように通常のSi単結晶の熱酸化
速度は、約毎時1ミクロン程度(1200℃ウエット酸
化、大気圧)であるが、多孔質層の酸化速度はその百倍
程酸化速度が高い。すなわち、200ミクロンの厚みを
持った多孔質化されたP型(100)Si基板は、2時
間で酸化された。Si34 層を除去した後には、透明
なSiO2 基板上に1μmの厚みを持った単結晶Si層
が形成できた。
Reaction gas flow rate: SiH 2 Cl 2 1000 SCCM H 2 230 l / min. PH 3 (50 ppm) 72 SCCM Temperature: 1080 ° C. Pressure: 80 Torr Time: 2 min. This substrate was anodized in a 50% HF solution. The current density at this time was 100 mA / cm 2 . The rate of porosity at this time is 8.4 μm / mi.
n. And a P-type (10
0) The entire Si substrate became porous in 24 minutes. As described above, in this anodization, only the P-type (100) Si substrate was made porous, and the N-type Si epitaxial layer remained unchanged. Next, 0.1 μm of Si 3 N 4 was deposited on the surface of this epitaxial layer by a low pressure CVD method to form an antioxidant film, and then only the P-type (100) Si substrate was oxidized. As described above, the thermal oxidation rate of a normal Si single crystal is approximately 1 micron / hour (1200 ° C. wet oxidation, atmospheric pressure), but the oxidation rate of the porous layer is about 100 times higher than that. That is, a porous P-type (100) Si substrate having a thickness of 200 microns was oxidized in 2 hours. After removing the Si 3 N 4 layer, a single crystal Si layer having a thickness of 1 μm could be formed on the transparent SiO 2 substrate.

【0051】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、S
i層には新たな結晶欠陥は導入されておらず、良好な結
晶性が維持されていることが確認された。
As a result of cross-sectional observation with a transmission electron microscope, S
No new crystal defect was introduced into the i layer, and it was confirmed that good crystallinity was maintained.

【0052】上記単結晶シリコン薄膜に電界効果トラン
ジスタを作製し、相互に接続することにより、相補性素
子、及びその集積回路を作製した。なお、各トランジス
タの製造方法については公知のMOS集積回路製造技術
が用いられるので省略するものとし、実質的な単結晶半
導体層の形成方法についてのみ説明を行った。また以下
の実施例についても同様である。 (実施例2)200ミクロンの厚みを持ったP型(10
0)Si基板上にCVD法により、N型Siエピタキシ
ャル層を0.5ミクロン成長させた。堆積条件は、以下
のとおりである。
A field effect transistor was formed on the above single crystal silicon thin film and connected to each other to manufacture a complementary element and its integrated circuit. Since a known MOS integrated circuit manufacturing technique is used for the method of manufacturing each transistor, description thereof will be omitted, and only the method of forming a substantial single crystal semiconductor layer will be described. The same applies to the following examples. (Example 2) P-type (10
0) An N-type Si epitaxial layer was grown to 0.5 μm on the Si substrate by the CVD method. The deposition conditions are as follows.

【0053】 反応ガス流量: SiH2 Cl2 1000 SCCM H2 230 l/min. PH3 (50ppm) 72 SCCM 温度: 1080 ℃ 圧力: 80 Torr 時間: 1 min. この基板を50%のHF溶液中において陽極化成を行っ
た。この時の電流密度は、100mA/cm2 であっ
た。この時の多孔質化速度は、8.4μm/min.で
あり200ミクロンの厚みを持ったP型(100)Si
基板全体は、24分で多孔質化された。前述したように
この陽極化成では、P型(100)Si基板のみが多孔
質化され、N型Siエピタキシャル層には変化がなかっ
た。このエピタキシャル層の表面に減圧CVD法によっ
てSi34 を0.1μm堆積して、酸化防止膜を形成
してのちにP型(100)Si基板のみを酸化した。通
常のSi単結晶の熱酸化速度は、約毎時1ミクロン程度
(1200℃ウエット酸化、大気圧)であるが、多孔質
層の酸化速度はその百倍ほど酸化速度が高い。更に、酸
化時間を短縮するため高圧下の酸化を行った。6.57
kg/cm2 の加圧下で1200℃ウエット酸化を行っ
たところ5倍の酸化速度が得られ、200ミクロンの厚
みを持った多孔質化されたP型(100)Si基板は、
24分で酸化が完了した。Si34 層を除去した後に
は、透明なSiO2 基板上部に0.5μmの厚みを持っ
た単結晶Si層が形成できた。
Reaction gas flow rate: SiH 2 Cl 2 1000 SCCM H 2 230 l / min. PH 3 (50 ppm) 72 SCCM Temperature: 1080 ° C. Pressure: 80 Torr Time: 1 min. This substrate was anodized in a 50% HF solution. The current density at this time was 100 mA / cm 2 . The porosification rate at this time was 8.4 μm / min. And P-type (100) Si with a thickness of 200 microns
The entire substrate became porous in 24 minutes. As described above, in this anodization, only the P-type (100) Si substrate was made porous, and the N-type Si epitaxial layer remained unchanged. Si 3 N 4 was deposited to a thickness of 0.1 μm on the surface of this epitaxial layer by a low pressure CVD method to form an antioxidant film, and then only the P-type (100) Si substrate was oxidized. The thermal oxidation rate of a normal Si single crystal is about 1 micron per hour (1200 ° C. wet oxidation, atmospheric pressure), but the oxidation rate of the porous layer is about 100 times higher. Furthermore, in order to shorten the oxidation time, oxidation was performed under high pressure. 6.57
When wet oxidation at 1200 ° C. was performed under a pressure of kg / cm 2 , a 5 times higher oxidation rate was obtained, and a P-type (100) Si substrate having a thickness of 200 μm and made porous was
Oxidation was complete in 24 minutes. After removing the Si 3 N 4 layer, a single crystal Si layer having a thickness of 0.5 μm could be formed on the transparent SiO 2 substrate.

【0054】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、S
i層には新たな結晶欠陥は導入されておらず、良好な結
晶性が維持されていることが確認された。 (実施例3)200ミクロンの厚みを持ったP型(10
0)単結晶Si基板を50%のHF溶液中において陽極
化成を行った。この時の電流密度は、100mA/cm
2 であった。この時の多孔質化速度は、8.4μm/m
in.であり200ミクロンの厚みを持ったP型(10
0)Si基板全体は、24分で多孔質化された。該P型
(100)多孔質Si基板上にMBE(分子線エピタキ
シー:Molecular BeamEpitaxy)法により、Siエピタ
キシャル層を0.5ミクロン低温成長させた。堆積条件
は、以下のとおりである。
As a result of cross-sectional observation with a transmission electron microscope, S
No new crystal defect was introduced into the i layer, and it was confirmed that good crystallinity was maintained. (Example 3) A P-type (10
0) The single crystal Si substrate was anodized in a 50% HF solution. The current density at this time is 100 mA / cm
Was 2 . The porosity rate at this time was 8.4 μm / m.
in. And a P-type (10
0) The entire Si substrate became porous in 24 minutes. On the P-type (100) porous Si substrate, a Si epitaxial layer was grown at a low temperature of 0.5 μm by MBE (Molecular Beam Epitaxy) method. The deposition conditions are as follows.

【0055】 温度: 700℃ 圧力: 1×10-9Torr 成長速度: 0.1nm/sec このエピタキシャル層の表面を50nm酸化した後に減
圧CVD法によってSi34 を0.1μm堆積して、
酸化防止膜を形成してのちにP型(100)Si基板の
みを酸化した。200ミクロンの厚みを持った多孔質化
されたP型(100)Si基板は、2時間で酸化され
た。Si34 層を除去した後には、透明なSiO2
板上部に0.5μmの厚みを持った単結晶Si層が形成
できた。
Temperature: 700 ° C. Pressure: 1 × 10 −9 Torr Growth rate: 0.1 nm / sec After the surface of this epitaxial layer was oxidized by 50 nm, Si 3 N 4 was deposited by 0.1 μm by the low pressure CVD method,
After forming the antioxidant film, only the P-type (100) Si substrate was oxidized. The porous P-type (100) Si substrate with a thickness of 200 microns was oxidized in 2 hours. After removing the Si 3 N 4 layer, a single crystal Si layer having a thickness of 0.5 μm could be formed on the transparent SiO 2 substrate.

【0056】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、S
i層には新たな結晶欠陥は導入されておらず、良好な結
晶性が維持されていることが確認された。 (実施例4)200ミクロンの厚みを持ったP型(10
0)単結晶Si基板を50%のHF溶液中において陽極
化成を行った。この時の電流密度は、100mA/cm
2 であった。この時の多孔質化速度は、8.4μm/m
in.であり200ミクロンの厚みを持ったP型(10
0)Si基板全体は、24分で多孔質化された。該P型
(100)多孔質Si基板上にプラズマCVD法によ
り、Siエピタキシャル層を0.5ミクロン低温成長さ
せた。堆積条件は、以下のとおりである。 ガス: SiH4 高周波電力: 100W 温度: 800℃ 圧力: 1×10-2Torr 成長速度: 2.5nm/sec このエピタキシャル層の表面を50nm酸化した後に減
圧CVD法によってSi34 を0.1μm堆積して、
酸化防止膜を形成してのちにP型(100)Si基板の
みを酸化した。200ミクロンの厚みを持った多孔質化
されたP型(100)Si基板は、2時間で酸化され
た。Si34 層を除去した後には、透明なSiO2
板の上部に0.5μmの厚みを持った単結晶Si層が形
成できた。透過電子顕微鏡による断面観察の結果、Si
層には新たな結晶欠陥は導入されておらず、良好な結晶
性が維持されていることが確認された。 (実施例5)200ミクロンの厚みを持ったP型(10
0)単結晶Si基板を50%のHF溶液中において陽極
化成を行った。この時の電流密度は、100mA/cm
2 であった。この時の多孔質化速度は、8.4μm/m
in.であり200ミクロンの厚みを持ったP型(10
0)Si基板全体は、24分で多孔質化された。該P型
(100)多孔質Si基板上にMBE法により、Siエ
ピタキシャル層を0.5ミクロン低温成長させた。堆積
条件は、以下のとおりである。
As a result of cross-sectional observation with a transmission electron microscope, S
No new crystal defect was introduced into the i layer, and it was confirmed that good crystallinity was maintained. (Example 4) A P-type (10
0) The single crystal Si substrate was anodized in a 50% HF solution. The current density at this time is 100 mA / cm
Was 2 . The porosity rate at this time was 8.4 μm / m.
in. And a P-type (10
0) The entire Si substrate became porous in 24 minutes. On the P-type (100) porous Si substrate, a Si epitaxial layer was grown at a low temperature of 0.5 μm by the plasma CVD method. The deposition conditions are as follows. Gas: SiH 4 High frequency power: 100 W Temperature: 800 ° C. Pressure: 1 × 10 -2 Torr Growth rate: 2.5 nm / sec After oxidizing the surface of this epitaxial layer by 50 nm, Si 3 N 4 was 0.1 μm by low pressure CVD method. Pile up,
After forming the antioxidant film, only the P-type (100) Si substrate was oxidized. The porous P-type (100) Si substrate with a thickness of 200 microns was oxidized in 2 hours. After removing the Si 3 N 4 layer, a single crystal Si layer having a thickness of 0.5 μm could be formed on the transparent SiO 2 substrate. As a result of cross-section observation with a transmission electron microscope, Si
It was confirmed that no new crystal defect was introduced into the layer and that good crystallinity was maintained. (Example 5) A P-type (10
0) The single crystal Si substrate was anodized in a 50% HF solution. The current density at this time is 100 mA / cm
Was 2 . The porosity rate at this time was 8.4 μm / m.
in. And a P-type (10
0) The entire Si substrate became porous in 24 minutes. A Si epitaxial layer was grown at a low temperature of 0.5 micron on the P-type (100) porous Si substrate by the MBE method. The deposition conditions are as follows.

【0057】 温度: 700℃ 圧力: 1×10-9Torr 成長速度: 0.1nm/sec このエピタキシャル層の表面に減圧CVD法によってS
34 を0.1μm堆積して、酸化防止膜を形成して
のちにP型(100)Si基板のみを酸化した。なお、
酸化時間を短縮するため高圧下の酸化を行った(6.5
7kg/cm2の加圧下で1200℃、ウエット酸
化)。200ミクロンの厚みを持った多孔質化されたP
型(100)Si基板は、24分が完了した。Si3
4 層を除去した後には、透明なSiO2 基板の上部に
0.5μmの厚みを持った単結晶Si層が形成できた。
Temperature: 700 ° C. Pressure: 1 × 10 −9 Torr Growth rate: 0.1 nm / sec S was formed on the surface of this epitaxial layer by a low pressure CVD method.
After depositing i 3 N 4 to a thickness of 0.1 μm to form an antioxidant film, only the P-type (100) Si substrate was oxidized. In addition,
Oxidation under high pressure was performed to shorten the oxidation time (6.5.
1200 ° C. under a pressure of 7 kg / cm 2 , wet oxidation). Porous P with a thickness of 200 microns
The mold (100) Si substrate was completed in 24 minutes. Si 3 N
After removing the four layers, a single crystal Si layer having a thickness of 0.5 μm could be formed on the transparent SiO 2 substrate.

【0058】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、S
i層には新たな結晶欠陥は導入されておらず、良好な結
晶性が維持されていることが確認された。 (実施例6)200ミクロンの厚みを持ったP型(10
0)単結晶Si基板上を50%のHF溶液中において陽
極化成を行った。この時の電流密度は、100mA/c
2であった。この時の多孔質化速度は、8.4μm/
min.であり200ミクロンの厚みを持ったP型(1
00)Si基板全体は、24分で多孔質化された。
As a result of the cross-section observation by the transmission electron microscope, S
No new crystal defect was introduced into the i layer, and it was confirmed that good crystallinity was maintained. (Example 6) A P-type (10
0) Anodization was performed on a single crystal Si substrate in a 50% HF solution. The current density at this time is 100 mA / c
It was m 2 . The porosity rate at this time is 8.4 μm /
min. And a P-type (1
The entire 00) Si substrate was made porous in 24 minutes.

【0059】該P型(100)多孔質Si基板上にプラ
ズマCVD法により、Siエピタキシャル層を0.5ミ
クロン低温成長させた。堆積条件は、以下のとおりであ
る。 ガス: SiH4 高周波電力: 100W 温度: 800℃ 圧力: 1×10-2Torr 成長速度: 2.5nm/sec このエピタキシャル層の表面を50nm熱酸化した後に
減圧CVD法によってSi34 を0.1μm堆積し
て、酸化防止膜を形成してのちにP型(100)Si基
板のみを酸化した。なお、酸化時間を短縮するため高圧
下の酸化を行った(6.57kg/cm2 の加圧下で1
200℃、ウエット酸化)。200ミクロンの厚みを持
った多孔質化されたP型(100)Si基板は、24分
で酸化が完了した。Si34 層を除去した後には、透
明なSiO2 基板の上部に0.5μmの厚みを持った単
結晶Si層が形成できた。
On the P-type (100) porous Si substrate, a Si epitaxial layer was grown at a low temperature of 0.5 μm by the plasma CVD method. The deposition conditions are as follows. Gas: SiH 4 High frequency power: 100 W Temperature: 800 ° C. Pressure: 1 × 10 -2 Torr Growth rate: 2.5 nm / sec After the surface of this epitaxial layer was thermally oxidized by 50 nm, Si 3 N 4 was reduced to 0. After depositing 1 μm and forming an antioxidant film, only the P-type (100) Si substrate was oxidized. In addition, in order to shorten the oxidation time, oxidation was performed under high pressure (1 at a pressure of 6.57 kg / cm 2).
200 ° C, wet oxidation). The oxidized P-type (100) Si substrate having a thickness of 200 μm was completely oxidized in 24 minutes. After removing the Si 3 N 4 layer, a single crystal Si layer having a thickness of 0.5 μm could be formed on the transparent SiO 2 substrate.

【0060】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、S
i層には新たな結晶欠陥は導入されておらず、良好な結
晶性が維持されていることが確認された。 (実施例7)200ミクロンの厚みを持ったP型(10
0)Si基板表面にプロトンのイオン注入によって、N
型Si層を1ミクロン形成した。H+ 注入量は、5×1
15(ions/cm2 )であった。この基板を50%
のHF溶液中において陽極化成を行った。この時の電流
密度は、100mA/cm2 であった。この時の多孔質
化速度は、8.4μm/min.であり、200ミクロ
ンの厚みを持ったP型(100)Si基板全体は、24
分で多孔質化された。前述したようにこの陽極化成で
は、P型(100)Si基板のみが多孔質化されN型S
i層には変化がなかった。このN型Si層の表面を50
nm熱酸化した後に表面に減圧CVD法によってSi3
4 を0.1μm堆積して、酸化防止膜を形成してのち
にP型(100)Si基板のみを酸化した。200ミク
ロンの厚みを持った多孔質化されたP型(100)Si
基板は、2時間で酸化された。Si34 層を除去した
後には、透明なSiO2 基板の上部に1μmの厚みを持
った単結晶Si層が形成できた。
As a result of cross-sectional observation by a transmission electron microscope, S
No new crystal defect was introduced into the i layer, and it was confirmed that good crystallinity was maintained. (Example 7) P-type (10
0) N ions are formed on the surface of the Si substrate by ion implantation of protons.
A type Si layer was formed to 1 micron. H + injection amount is 5 × 1
It was 0 15 (ions / cm 2 ). 50% of this board
Anodization was performed in the HF solution. The current density at this time was 100 mA / cm 2 . The porosification rate at this time was 8.4 μm / min. And the total thickness of the P-type (100) Si substrate with a thickness of 200 microns is 24
Porosified in minutes. As described above, in this anodization, only the P-type (100) Si substrate is made porous and the N-type S is formed.
There was no change in the i layer. The surface of this N-type Si layer is 50
nm thermal oxidation and then Si 3
After depositing 0.1 μm of N 4 to form an antioxidant film, only the P-type (100) Si substrate was oxidized. Porous P-type (100) Si with a thickness of 200 microns
The substrate was oxidized in 2 hours. After removing the Si 3 N 4 layer, a single crystal Si layer having a thickness of 1 μm could be formed on the transparent SiO 2 substrate.

【0061】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、S
i層には新たな結晶欠陥は導入されておらず、良好な結
晶性が維持されていることが確認された。
As a result of cross-section observation by a transmission electron microscope, S
No new crystal defect was introduced into the i layer, and it was confirmed that good crystallinity was maintained.

【0062】[0062]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明による絶縁
ゲート型電界効果トランジスタ及びそれを用いた半導体
装置によれば、多孔質基体の酸化により得られた光透過
性基体上に形成された良質なる単結晶層に作製されるこ
とによって、高性能の絶縁ゲート型電界効果トランジス
タが作製される。そのため光透過性基体に浮遊容量が少
なく高速動作が可能なうえ、ラッチアップ現象等のな
い、集積回路を低価格で提供することが可能となる。
As described in detail above, according to the insulated gate field effect transistor and the semiconductor device using the same according to the present invention, it is formed on the light transmissive substrate obtained by oxidizing the porous substrate. A high-performance insulated gate field effect transistor is manufactured by forming a high-quality single crystal layer. As a result, it is possible to provide an integrated circuit at a low price, in which the light-transmissive substrate has little stray capacitance and can operate at high speed, and does not have a latch-up phenomenon.

【0063】なお、従来、ガラスに代表される光透過性
基体上には、一般には、基体の結晶構造が非晶質である
がゆえに、良質な単結晶層は得らなかったが、本発明に
よれば、多孔質Si基体上の元々良質な単結晶Si層を
出発材料として、単結晶層を表面にのみ残して下部の多
孔質Si基体を透明なSiO2 に変質することができる
ので、コンタクトセンサーや、投影型液晶画像表示装置
に必須である光透過性基体上に高性能な駆動素子を作製
することが可能となり、また多数処理を短時間に行うこ
とが可能となり、その生産性と経済性にも多大の進歩が
ある。
Conventionally, a good quality single crystal layer could not be obtained on a light-transmissive substrate typified by glass because the crystal structure of the substrate is generally amorphous. According to this, since the originally good quality single crystal Si layer on the porous Si substrate is used as a starting material, the single crystal layer can be left only on the surface, and the lower porous Si substrate can be transformed into transparent SiO 2 . It becomes possible to fabricate a high-performance drive element on a light-transmissive substrate, which is essential for a contact sensor or a projection-type liquid crystal image display device, and it is possible to perform a large number of processes in a short time. There has been a great deal of economic progress.

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

【図1】本発明による相補性絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタの模式的断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a complementary insulated gate field effect transistor according to the present invention.

【図2】本発明の基体作製工程を説明するための模式的
断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining a substrate manufacturing process of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光透過性酸化珪素基板、 2 Nチャネル電界効果
トランジスタ、3 Pチャネル電界効果トランジスタ、
4 島状単結晶層、5 島状単結晶層、 6 ゲート
酸化膜、 7 ゲート酸化膜、8 ゲート電極、 9
ゲート電極、 10 ソース領域、11 ドレイン領
域、 12 ソース領域、 13 ドレイン領域、14
ソース電極、 15 ドレイン電極、 16 ソース
電極、17 ドレイン電極、21 Si単結晶基板、
22 Si単結晶層、 23 多孔質Si基板、24
Si34 酸化防止膜、 25 光透過性SiO2
板。
1 light transmissive silicon oxide substrate, 2 N-channel field effect transistor, 3 P-channel field effect transistor,
4 island-shaped single crystal layer, 5 island-shaped single crystal layer, 6 gate oxide film, 7 gate oxide film, 8 gate electrode, 9
Gate electrode, 10 source region, 11 drain region, 12 source region, 13 drain region, 14
Source electrode, 15 drain electrode, 16 source electrode, 17 drain electrode, 21 Si single crystal substrate,
22 Si single crystal layer, 23 Porous Si substrate, 24
Si 3 N 4 antioxidant film, 25 light transmissive SiO 2 substrate.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】絶縁ゲート型電界効果トランジスタの、少
なくともチャネル領域を構成する単結晶層が、多孔質化
されたシリコン基体上の非多孔質単結晶層について、該
多孔質化されたシリコン基体を酸化して得られた光透過
性絶縁物基体上の該非多孔質単結晶層であることを特徴
とする絶縁ゲート型電界効果トランジスタ。
1. A non-porous single crystal layer on a silicon substrate in which a single crystal layer constituting at least a channel region of an insulated gate field effect transistor is made porous. An insulated gate field effect transistor, which is the non-porous single crystal layer on a light-transmitting insulating substrate obtained by oxidation.
【請求項2】 請求項1記載の絶縁ゲート型電界効果ト
ランジスタのチャネル領域がN型チャネルである絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタ。
2. The insulated gate field effect transistor according to claim 1, wherein the channel region of the insulated gate field effect transistor is an N type channel.
【請求項3】 請求項1記載の絶縁ゲート型電界効果ト
ランジスタのチャネル領域がP型チャネルである絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタ。
3. The insulated gate field effect transistor according to claim 1, wherein the channel region of the insulated gate field effect transistor is a P type channel.
【請求項4】 請求項2又は請求項3記載の絶縁ゲート
型電界効果トランジスタを構成要素とする半導体装置。
4. A semiconductor device comprising the insulated gate field effect transistor according to claim 2 or 3 as a constituent element.
【請求項5】 請求項2及び請求項3記載の絶縁ゲート
型電界効果トランジスタを構成要素にした相補性電界効
果型半導体装置。
5. A complementary field effect semiconductor device comprising the insulated gate field effect transistor according to claim 2 or claim 3 as a constituent element.
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