JPH08148659A - Manufacture of soi substrate - Google Patents

Manufacture of soi substrate

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JPH08148659A
JPH08148659A JP28851994A JP28851994A JPH08148659A JP H08148659 A JPH08148659 A JP H08148659A JP 28851994 A JP28851994 A JP 28851994A JP 28851994 A JP28851994 A JP 28851994A JP H08148659 A JPH08148659 A JP H08148659A
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JP
Japan
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layer
substrate
forming
compound semiconductor
insulating layer
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Application number
JP28851994A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Hasegawa
博之 長谷川
Takeshi Matsushita
孟史 松下
Tsuneo Nakajima
庸男 中島
Takayuki Shingyouchi
隆之 新行内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Silicon Corp
Mitsubishi Materials Corp
Sony Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Silicon Corp
Mitsubishi Materials Corp
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To form the final Si-Ge, Si-C, or Si active layer, which has an equal thickness with small dispersion (TTV) and besides has small surface roughness, on an insulating layer, and also, to reduce the probability of void occurrence at the lamination face. CONSTITUTION: An Si buffer layer 12 less than 1×10<18> /cm<3> in impurity concentration is made on the first Si substrate 1 containing As or Sb by 1×10<18> /cm<3> or more, and a compound semiconductor layer 13 consisting of Si and Ge, or Si and C is made on this Si buffer layer 12, and an insulating layer 16 is made on this compound semiconductor layer 13. Next, the main face of a support substrate 17 is stuck together to the insulating layer 16, and a great part of the first Si substrate 1 is removed to make it into an Si film 11a 5μm or under in thickness, and this Si film 11a is removed in the first chemical etchant, and then the Si buffer layer 12 is removed in the second chemical etchant, leaving the insulating layer 16 and the compound semiconductor layer 13 on the main face of the support substrate 17.

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SiO2絶縁層上にSi
−Ge、Si−C又はSiの活性層を形成するSOI
(Silicon-On-Insulator)基板の製造方法に関する。更
に詳しくはシリコンウェーハ同士を絶縁膜を介して貼り
合わせる貼り合わせウェーハ法に基づくSOI基板の製
造方法に関するものである。
The present invention relates to a Si on SiO 2 insulation layer
-Ge, Si-C or SOI forming an active layer of Si
(Silicon-On-Insulator) Substrate manufacturing method. More specifically, it relates to a method for manufacturing an SOI substrate based on a bonded wafer method in which silicon wafers are bonded to each other via an insulating film.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコン(Si)を用いた超LSIの限
界を打破するために、絶縁基体上に単結晶Si層を形成
するSOI技術が世界的に広く研究されている。このS
OI技術としては、現在、SIMOX(Separation by
Implanted Oxygen)法及び貼り合わせウェーハ法が注目
されている。
2. Description of the Related Art In order to break the limit of VLSI using silicon (Si), SOI technology for forming a single crystal Si layer on an insulating substrate has been widely studied worldwide. This S
As OI technology, SIMOX (Separation by
Implanted Oxygen) method and bonded wafer method are attracting attention.

【0003】このうちSIMOX法は、Si基板中に酸
素を高濃度にイオン注入してSOI(SiO2絶縁層上
のSi活性層)を形成する方法であるが、このように酸
素を高濃度にイオン注入することによりSi活性層に発
生する転位などの結晶欠陥がこのSi活性層を用いて形
成される素子(例えば、CMOS)の性能を制限してし
まう。一方、貼り合わせウェーハ法では、二枚のウェー
ハのうち一枚又は二枚のウェーハを熱酸化した後、二枚
のウェーハ同士を接着し、一方のウェーハを薄膜化する
ことによりSOIを形成する。このウェーハの薄膜化の
ための技術としては、研削や研磨などの技術が用いられ
ているが、現状の機械研磨法では研磨精度に限界があ
り、1μm±10%程度の膜厚のSi活性層しか得るこ
とができなかった。
Among them, the SIMOX method is a method for forming a SOI (Si active layer on a SiO 2 insulating layer) by ion-implanting oxygen into a Si substrate at a high concentration. Crystal defects such as dislocations generated in the Si active layer due to the ion implantation limit the performance of a device (for example, CMOS) formed using the Si active layer. On the other hand, in the bonded wafer method, one or two of the two wafers are thermally oxidized, then the two wafers are bonded to each other, and one wafer is thinned to form an SOI. Techniques such as grinding and polishing are used as the technique for thinning the wafer, but the current mechanical polishing method has a limitation in polishing accuracy, and the Si active layer having a film thickness of about 1 μm ± 10% is used. I could only get it.

【0004】更に、超LSI・CMOSにおいては、S
i活性層として0.1μm以下の厚さのものが必要であ
るため、ボンド及びエッチバックSOI(Bond and Etc
h back Silicon-On-Insulator, BESOI)法と呼ば
れる方法が研究されている。このBESOI法には、S
i基板上にエッチングストップ層を設け、エッチバック
を選択的に行うことによりSi活性層の膜厚を制御する
方法と、Si活性層の厚さを計測し、そのデータを基に
して局部的にプラズマエッチングを行うことによりSi
活性層の膜厚を制御する方法とがある。
Further, in VLSI / CMOS, S
Since an i active layer having a thickness of 0.1 μm or less is required, bond and etch back SOI (Bond and Etc
A method called h back Silicon-On-Insulator (BESOI) method has been studied. In this BESOI method, S
A method of controlling the film thickness of the Si active layer by providing an etching stop layer on the i substrate and selectively performing etch back, and measuring the thickness of the Si active layer and locally based on the data. Si by plasma etching
There is a method of controlling the film thickness of the active layer.

【0005】ここで、一般的なBESOI基板の製造方
法を図8を参照して説明すると、次の通りである。即
ち、図8(a)に示すように、先ずシードウェーハとな
るSi基板51上にエッチングストップ層となる高濃度
ホウ素(B)ドープp+型Si層52を形成し、このp+
型Si層52上にSi活性層53を形成した後、このS
i活性層53上に二酸化シリコン(SiO2)膜54を
形成する。
A general method for manufacturing a BESOI substrate will be described below with reference to FIG. That is, as shown in FIG. 8 (a), first, a Si high concentration boron (B) doped p + -type Si layer 52 as an etching stop layer on the substrate 51 as a seed wafer to form, this p +
After the Si active layer 53 is formed on the type Si layer 52, the S
A silicon dioxide (SiO 2 ) film 54 is formed on the i active layer 53.

【0006】次に、図8(b)に示すように、このSi
2膜54に支持基板(ハンドルウェーハとも呼ばれ
る)となる別のSi基板55を貼り合わせる。次に、シ
ードウェーハであるSi基板51をその裏面側から研削
及び研磨することにより厚さ1〜2μmまで薄膜化した
後、この薄膜化された残りのSi基板51を、Journal
of Electrochemical Society, Vol.137, 3626 (1990)に
記載されているように、エチレンジアミン−純水−ピロ
カテコール−ピラジンの混合液を用いた化学エッチング
により除去する。このエッチング時には、Si中のBの
濃度差によりp+型Si層52に対するSi基板51の
選択エッチング比を大きくとることができるので、残り
のSi基板51を完全にエッチング除去した後にもp+
型Si層52は殆どエッチングされない。この後、p+
型Si層52をフッ酸−硝酸−酢酸の混合液を用いた化
学エッチングにより完全に除去する。これによって、図
8(c)に示すようにSi活性層53の表面が露出さ
れ、目的とするSOI基板が製造される。
Next, as shown in FIG.
Another Si substrate 55 serving as a support substrate (also called a handle wafer) is attached to the O 2 film 54. Next, after the Si substrate 51, which is a seed wafer, is thinned to a thickness of 1 to 2 μm by grinding and polishing from the back surface side, the remaining thinned Si substrate 51 is
As described in Electrochemical Society, Vol. 137, 3626 (1990), it is removed by chemical etching using a mixed solution of ethylenediamine-pure water-pyrocatechol-pyrazine. During this etching, the selective etching ratio of the Si substrate 51 with respect to the p + -type Si layer 52 can be increased due to the difference in the concentration of B in Si. Therefore, even if the remaining Si substrate 51 is completely removed by etching, p +
The type Si layer 52 is hardly etched. After this, p +
The type Si layer 52 is completely removed by chemical etching using a mixed solution of hydrofluoric acid-nitric acid-acetic acid. As a result, the surface of the Si active layer 53 is exposed as shown in FIG. 8C, and the desired SOI substrate is manufactured.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来のSOI基板の製造方法では、将来の超LSI・C
MOSを製造する場合に要求される膜厚が50nm以
下、膜のTTV(Total Thickness Variation)が膜厚
の10%以下、表面粗度が0.3nm以下のSOI(S
i活性層)を実現することは困難であった。例えば、プ
ラズマエッチングを用いた局部的なエッチバックでは、
膜厚が100nm以下の場合、膜のTTVとしての膜厚
の10%以下のSOI(Si活性層)を達成することは
困難である。またエッチングストップ層としてBドープ
+型Si層52を設けて選択的にエッチバックする方
法において選択エッチング比を高くするためにはBをよ
り高濃度にドープするが、そうするとこのp+型Si層
52内に転位などの結晶欠陥が生じたり、このp+型S
i層52上にエピタキシャル成長されるSi活性層53
にも結晶欠陥が発生したり、或いはウェーハ貼り合わせ
時の高温熱処理によりp+型Si層52中のBがSi活
性層53中に拡散し、CMOSの製造に支障を生じてし
まう。
However, in the above-described conventional method of manufacturing an SOI substrate, the future ultra LSI.
An SOI (S) having a film thickness of 50 nm or less, a TTV (Total Thickness Variation) of the film of 10% or less of the film thickness, and a surface roughness of 0.3 nm or less, which is required when manufacturing a MOS.
It was difficult to realize the i-active layer). For example, in local etch back using plasma etching,
When the film thickness is 100 nm or less, it is difficult to achieve an SOI (Si active layer) of 10% or less of the film thickness as TTV. Also heavily doped more of B in order to increase the selective etching ratio in a method for selectively etched back by a B-doped p + -type Si layer 52 as an etching stop layer is provided, but then the p + -type Si layer Crystal defects such as dislocations are generated in 52, and p + type S
Si active layer 53 epitaxially grown on i layer 52
In addition, crystal defects are generated, or B in the p + -type Si layer 52 diffuses into the Si active layer 53 due to high-temperature heat treatment during wafer bonding, which interferes with CMOS manufacturing.

【0008】一方、特表平4−506587号公報に
は、Siとその他のIV族元素との化合物からなるエッ
チングストップ層を用いたBESOI法に基づいたSO
I基板の製造方法が開示されている。この方法によれ
ば、最終Si層を実質的に均一にして、最終Si層中に
不純物や欠陥をなくすことができる。しかしながら、上
記エッチングストップ層を用いて、選択エッチング比を
高めるためにその他のIV族元素の含有量を増加させた
場合には、そのエッチングストップ層内に歪みが生じ、
その歪みを緩和するために転位が発生したり、或いはそ
のエッチングストップ層を設けることによりSi活性層
53のTTV及び表面粗度が増大する。これは、ウェー
ハ貼り合わせ面にバブルが発生して貼り合わせ強度の低
下などをもたらすとともに、例えば厚さが5nmの極薄
ゲート酸化膜をこのSi活性層53の表面に形成する場
合にその絶縁耐圧の劣化を招き、将来の超LSIの製造
に適用することを困難にする。即ち、上述の従来のSO
I基板の製造方法は、いずれも超LSI・CMOSを製
造する場合に要求される程度のTTVが小さくて均一な
活性層の膜厚を有し、かつ小さな表面粗度を有するSO
I基板を製造することは困難であった。
On the other hand, Japanese Patent Publication No. 4-506587 discloses an SO based on the BESOI method using an etching stop layer made of a compound of Si and other group IV elements.
A method of manufacturing an I substrate is disclosed. According to this method, it is possible to make the final Si layer substantially uniform and eliminate impurities and defects in the final Si layer. However, when the content of the other group IV element is increased to increase the selective etching ratio by using the above etching stop layer, distortion occurs in the etching stop layer,
Dislocations are generated in order to relax the strain, or the etching stop layer is provided to increase the TTV and surface roughness of the Si active layer 53. This causes a bubble to be generated on the bonded surface of the wafer and lowers the bonding strength. In addition, when an ultrathin gate oxide film having a thickness of 5 nm is formed on the surface of the Si active layer 53, the dielectric breakdown voltage thereof is increased. In the future, which makes it difficult to apply to future VLSI manufacturing. That is, the conventional SO described above
Each of the I substrate manufacturing methods is an SO having a small TTV, a uniform active layer thickness, and a small surface roughness required for manufacturing a VLSI / CMOS.
It was difficult to manufacture the I substrate.

【0009】従って、本発明の目的は、TTVが小さく
て均一な活性層の膜厚を有しかつ小さな表面粗度を有す
る最終のSi−Ge、Si−C又はSiの活性層を絶縁
層上に形成するSOI基板の製造方法を提供することに
ある。本発明の別の目的は、貼り合わせ面のボイド発生
の確率を低減するSOI基板の製造方法を提供すること
にある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a final Si-Ge, Si-C or Si active layer having a small TTV, a uniform active layer thickness and a small surface roughness on the insulating layer. It is to provide a method for manufacturing an SOI substrate to be formed in. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an SOI substrate that reduces the probability of void generation on the bonding surface.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来のS
OI基板の製造方法の上記課題を解決すべく鋭意研究を
行った結果、以下のような知見を得た。即ち、Si基板
の表面にBを熱拡散させることにより高濃度Bドープp
+型Si層を形成した試料を作製し、このp+型Si層の
表面粗度を原子間力顕微鏡(AFM)により測定した。
この結果、p+型Si層の表面粗度は、B濃度によって
も異なるが、0.2〜0.4nm程度と大きく、また熱
拡散の条件によってはこのp+型Si層の表面に深さ1
〜3nmの深い凹部が発生することが分かった。更にこ
の深い凹部は試料の洗浄を行ったりすることによっても
発生することが分かった。
The inventors of the present invention have proposed the conventional S
As a result of intensive research to solve the above problems of the method for manufacturing an OI substrate, the following findings were obtained. That is, the high concentration B-doped p is obtained by thermally diffusing B on the surface of the Si substrate.
A sample having a + type Si layer was prepared, and the surface roughness of this p + type Si layer was measured by an atomic force microscope (AFM).
As a result, the surface roughness of the p + -type Si layer varies depending on the B concentration, but is as large as about 0.2 to 0.4 nm, and the depth of the surface of the p + -type Si layer depends on the thermal diffusion conditions. 1
It was found that a deep recess of ~ 3 nm was generated. Furthermore, it was found that this deep recess is also generated by cleaning the sample.

【0011】p+型Si層の表面にこのような深い凹部
が発生する原因については未だ解明されていないが、S
i基板表面にBを熱拡散させてp+型Si層を形成した
ときにその表面に硬度が大きいシリコンのホウ化物が微
粒子状に形成され、それが何らかの原因によって取れる
ことが原因の一つとして考えられる。このように、Bド
ープp+型Si層の表面粗度は大きく、その表面に深い
凹部が存在することがあり、更に後工程の熱処理による
Bの拡散により高濃度Bドープp+型Si層とSi基板
との界面のBの濃度分布が不明瞭になり、かつ界面が移
動し易いという問題点が考えられるため、本発明者らは
従来のBESOI法によるSOI基板の製造方法におい
て、Bドープp+型Si層の代わりに、Si中の拡散係
数がBより小さく、Siと比べてエッチング速度を高め
ることができるAs又はSbを高濃度に含む層を用いる
ことにより本発明に到達した。
The cause of such deep recesses on the surface of the p + -type Si layer has not been clarified yet, but S
One of the causes is that boride of silicon, which has high hardness, is formed into fine particles on the surface when B + is thermally diffused on the surface of the i substrate to form a p + type Si layer, and that is taken for some reason. Conceivable. Thus, B-doped p + surface roughness of the type Si layer is large, the possibility exists for deeper recesses on its surface, a high concentration B-doped p + -type Si layer by the diffusion of B by annealing further subsequent step Since the concentration distribution of B at the interface with the Si substrate becomes unclear and the interface is likely to move, the inventors of the present invention have used the conventional method of manufacturing an SOI substrate by the BESOI method to produce B-doped p The present invention has been achieved by using a layer containing As or Sb in a high concentration, which has a diffusion coefficient in Si smaller than B and can increase the etching rate as compared with Si, instead of the + type Si layer.

【0012】(a) 第1のSOI基板の製造方法 本発明の第1のSOI基板の製造方法は、図1に示すよ
うに、As又はSbを1×1018/cm3以上含む第1
Si基板11上に不純物濃度が1×1018/cm3未満
のSiバッファ層12を形成する工程と(図1
(a))、このSiバッファ層12上にSiとGe又は
SiとCからなる化合物半導体層13を形成する工程と
(図1(b))、この化合物半導体層13上に絶縁層1
6を形成する工程と(図1(c))、この絶縁層16上
に支持基板17の主面を貼り合わせる工程と(図1
(d),(e))、第1Si基板11の大部分を除去し
て厚さ5μm以下のSi薄膜11aにする工程と(図1
(f))、このSi薄膜11aを第1化学エッチング液
で除去する工程と(図1(g))、Siバッファ層12
を第2化学エッチング液で除去して支持基板17の主面
上に絶縁層16と化合物半導体層13とを残す工程と
(図1(h))を有することを特徴とする。
(A) First SOI Substrate Manufacturing Method As shown in FIG. 1, the first SOI substrate manufacturing method according to the first embodiment of the present invention includes a first SOI substrate containing As or Sb of 1 × 10 18 / cm 3 or more.
A step of forming the Si buffer layer 12 having an impurity concentration of less than 1 × 10 18 / cm 3 on the Si substrate 11 (see FIG.
(A)), a step of forming a compound semiconductor layer 13 made of Si and Ge or Si and C on the Si buffer layer 12 (FIG. 1B), and an insulating layer 1 on the compound semiconductor layer 13.
6 (FIG. 1C), and a step of bonding the main surface of the support substrate 17 onto the insulating layer 16 (FIG. 1C).
(D), (e)), a step of removing most of the first Si substrate 11 to form a Si thin film 11a having a thickness of 5 μm or less (FIG.
(F)), a step of removing the Si thin film 11a with the first chemical etching solution (FIG. 1 (g)), the Si buffer layer 12
Is removed by the second chemical etching solution to leave the insulating layer 16 and the compound semiconductor layer 13 on the main surface of the supporting substrate 17 (FIG. 1 (h)).

【0013】第1Si基板11はSi中における拡散係
数が比較的小さいAs又はSbを1×1018/cm3
上含むn+型Si単結晶基板である。As又はSbの濃
度は1019/cm3以上であることが好ましい。このS
i基板11のAs又はSbの濃度及びSiバッファ層1
2の不純物濃度が上記値でないと、エッチング選択比を
十分にとることができない。Si基板11に含まれる不
純物として、AsとSbを比較した場合、Asの方がS
bよりSi中への固溶度が高く、かつ拡散係数がより小
さいため、好ましい。Siバッファ層12はB,P,A
s,Sb等の不純物濃度が1×1018/cm3未満のも
のであって、不純物を含まない所謂「ノンドープ」層で
あってもよい。この不純物濃度は1017/cm3以下が
好ましい。このSiバッファ層の膜厚はSi基板11中
のAs又はSbが後工程の熱処理でSiバッファ層の全
領域にまで拡散しない厚さに決められる。このSiバッ
ファ層の形成方法としては、CVD(化学気相成長)
法、MBE(分子線エピタキシャル成長)法等によりエ
ピタキシャル成長させるか、或いはSi基板11を熱処
理して基板表層のSi中のAs又はSbを外方拡散させ
る方法がある。
The first Si substrate 11 is an n + type Si single crystal substrate containing As or Sb having a relatively small diffusion coefficient in Si of 1 × 10 18 / cm 3 or more. The concentration of As or Sb is preferably 10 19 / cm 3 or more. This S
Concentration of As or Sb of i substrate 11 and Si buffer layer 1
If the impurity concentration of 2 is not the above value, a sufficient etching selection ratio cannot be obtained. When As and Sb are compared as impurities contained in the Si substrate 11, As is S
It is preferable because it has a higher solid solubility in Si and a smaller diffusion coefficient than b. The Si buffer layer 12 is B, P, A
It may be a so-called “non-doped” layer having an impurity concentration of s, Sb or the like of less than 1 × 10 18 / cm 3 and containing no impurities. The impurity concentration is preferably 10 17 / cm 3 or less. The film thickness of the Si buffer layer is determined so that As or Sb in the Si substrate 11 does not diffuse to the entire region of the Si buffer layer by the heat treatment in the subsequent process. As a method of forming this Si buffer layer, CVD (chemical vapor deposition) is used.
Method, MBE (Molecular Beam Epitaxial Growth) method, or the like, or a method of heat-treating the Si substrate 11 to diffuse As or Sb in Si of the substrate surface layer outward.

【0014】Siバッファ層12上には化合物半導体層
13が形成される。化合物半導体層としては、SiとG
e又はSiとCの化合物が挙げられる。具体的にはSi
1-xGex層又はSi1-xx層であって、組成比xは0.
03〜0.3である。この化合物半導体層は層厚が10
〜150nmであって、CVD法、MBE法等により形
成される。化合物半導体層13上の絶縁層16は熱酸化
又はCVD法により形成される。熱酸化の場合、Si基
板11中のAs又はSbがSiバッファ層12の全領域
を越えて熱拡散することを防止するために熱酸化温度は
950℃以下が好ましい。900℃程度がより好まし
い。
A compound semiconductor layer 13 is formed on the Si buffer layer 12. As the compound semiconductor layer, Si and G
Examples thereof include compounds of e or Si and C. Specifically, Si
1-x Ge x layer or Si 1-x C x layer with a composition ratio x of 0.
It is 03-0.3. This compound semiconductor layer has a layer thickness of 10
It is up to 150 nm and is formed by the CVD method, the MBE method or the like. The insulating layer 16 on the compound semiconductor layer 13 is formed by thermal oxidation or a CVD method. In the case of thermal oxidation, the thermal oxidation temperature is preferably 950 ° C. or lower in order to prevent As or Sb in the Si substrate 11 from thermally diffusing over the entire region of the Si buffer layer 12. About 900 ° C is more preferable.

【0015】絶縁層16上に支持基板17の主面を貼り
合わせるには、両基板11,17の表面をSC1等の洗
浄液で洗浄して活性化した後、互いに重ね合わせて熱処
理を行い固着させる。熱処理温度は熱酸化と同じ理由で
950℃以下が好ましく、900℃程度がより好まし
い。第1Si基板11を研削、研磨して除去し、As又
はSbが高濃度のSi薄膜11aにする。このSi薄膜
11aは5μm以下、好ましくは2μm以下にする。こ
の膜厚を薄くし、TTVを小さくする程最終的な活性層
の平坦度が良くなる。Si薄膜11aを第1化学エッチ
ング液で完全に除去する。この第1化学エッチング液と
しては、例えばフッ酸−硝酸−酢酸の混合液が挙げられ
る。不純物濃度が1×1017/cm3以下のSi単結晶
と1×1019/cm3以上のSi単結晶とでは1:10
0以上のエッチング選択比が得られる。Si薄膜11a
を除去後、第2化学エッチング液でSiバッファ層12
を除去することにより、化合物半導体層13を最終的な
活性層とするSOI基板が得られる。この第2化学エッ
チング液としては、例えば水酸化カリウム−重クロム酸
カリウム−イソプロピルアルコールの混合液が挙げられ
る。なお、最終的な活性層を熱酸化して絶縁膜を形成
し、この絶縁膜をフッ酸処理して除去すると、この活性
層をより薄くすることができる。
In order to bond the main surface of the supporting substrate 17 onto the insulating layer 16, the surfaces of the two substrates 11 and 17 are cleaned and activated with a cleaning liquid such as SC1 and then activated, and then they are heat-laid on each other and fixed. . The heat treatment temperature is preferably 950 ° C. or lower, and more preferably about 900 ° C. for the same reason as in the thermal oxidation. The first Si substrate 11 is ground and polished to be removed to form a Si thin film 11a having a high concentration of As or Sb. This Si thin film 11a has a thickness of 5 μm or less, preferably 2 μm or less. The thinner the film thickness and the smaller the TTV, the better the flatness of the final active layer. The Si thin film 11a is completely removed by the first chemical etching solution. Examples of the first chemical etching solution include a mixed solution of hydrofluoric acid-nitric acid-acetic acid. The Si single crystal having an impurity concentration of 1 × 10 17 / cm 3 or less and the Si single crystal having an impurity concentration of 1 × 10 19 / cm 3 or more are 1:10.
An etching selection ratio of 0 or more can be obtained. Si thin film 11a
After removing the Si buffer layer 12 with the second chemical etching solution.
Is removed, an SOI substrate having the compound semiconductor layer 13 as a final active layer is obtained. Examples of the second chemical etching solution include a mixed solution of potassium hydroxide-potassium dichromate-isopropyl alcohol. If the final active layer is thermally oxidized to form an insulating film and the insulating film is treated with hydrofluoric acid and removed, the active layer can be made thinner.

【0016】(b) 第2のSOI基板の製造方法 本発明の第2のSOI基板の製造方法は、図2に示すよ
うに、As又はSbを1×1018/cm3以上含む第1
Si基板11上に不純物濃度が1×1018/cm3未満
のSiバッファ層12を形成する工程と(図2
(a))、このSiバッファ層12上にSiとGe又は
SiとCからなる化合物半導体層13を形成する工程と
(図2(b))、この化合物半導体層13上にSi活性
層14を形成する工程と(図2(c))、このSi活性
層14上に絶縁層16を形成する工程と(図2
(d))、この絶縁層16上に支持基板17の主面を貼
り合わせる工程と(図2(e),(f))、第1Si基
板11の大部分を除去して厚さ5μm以下のSi薄膜1
1aにする工程と(図2(g))、このSi薄膜11a
を第1化学エッチング液で除去する工程と(図2
(h))、Siバッファ層12を第2化学エッチング液
で除去して支持基板17の主面上に絶縁層16とSi活
性層14と化合物半導体層13とを残す工程と(図2
(i))を有することを特徴とする。
(B) Second SOI Substrate Manufacturing Method As shown in FIG. 2, the second SOI substrate manufacturing method according to the second embodiment of the present invention includes a first SOI substrate containing As or Sb of 1 × 10 18 / cm 3 or more.
A step of forming the Si buffer layer 12 having an impurity concentration of less than 1 × 10 18 / cm 3 on the Si substrate 11 (see FIG.
(A)), a step of forming a compound semiconductor layer 13 made of Si and Ge or Si and C on the Si buffer layer 12 (FIG. 2B), and a Si active layer 14 on the compound semiconductor layer 13. The step of forming (FIG. 2C) and the step of forming the insulating layer 16 on the Si active layer 14 (FIG. 2C).
(D)), a step of adhering the main surface of the support substrate 17 onto the insulating layer 16 (FIGS. 2E and 2F), and most of the first Si substrate 11 is removed to have a thickness of 5 μm or less. Si thin film 1
1a (FIG. 2 (g)), this Si thin film 11a
With a first chemical etching solution (see FIG. 2).
(H)), a step of removing the Si buffer layer 12 with a second chemical etching solution to leave the insulating layer 16, the Si active layer 14, and the compound semiconductor layer 13 on the main surface of the supporting substrate 17 (FIG. 2).
(I)) is included.

【0017】Si活性層14を形成する以外は、上記
(a)の第1の製造方法と同様である。Si活性層14は
Siバッファ層12と同様に形成され、その膜厚は所望
の最終的な活性層の厚さに応じて3nm〜3μmの範囲
に決められる。なお、Si活性層14を形成した後、深
さ5〜200nmの範囲で層表面を研磨すると、表面粗
度がより向上し、好ましい。
Other than forming the Si active layer 14,
This is similar to the first manufacturing method of (a). The Si active layer 14 is formed in the same manner as the Si buffer layer 12, and the film thickness thereof is determined in the range of 3 nm to 3 μm according to the desired final thickness of the active layer. After forming the Si active layer 14, it is preferable to polish the layer surface in the depth range of 5 to 200 nm because the surface roughness is further improved.

【0018】(c) 第3のSOI基板の製造方法 本発明の第3のSOI基板の製造方法は、図3に示すよ
うに、不純物濃度が1×1018/cm3未満の第2Si
基板18上にAs又はSbを1×1018/cm3以上含
む不純物リッチSi層19を形成する工程と(図3
(a))、この不純物リッチSi層19上に不純物濃度
が1×1018/cm3未満のSiバッファ層12を形成
する工程と(図3(b))、このSiバッファ層12上
にSiとGe又はSiとCからなる化合物半導体層13
を形成する工程と(図3(c))、この化合物半導体層
13上に絶縁層16を形成する工程と(図3(d))、
この絶縁層16上に支持基板17の主面を貼り合わせる
工程と(図3(e),(f))、第2Si基板18の全
部及び不純物リッチSi層19の一部を除去して厚さ5
μm以下のSi薄膜19aにする工程と(図3
(g))、このSi薄膜19aを第1化学エッチング液
で除去する工程と(図3(h))、Siバッファ層12
を第2化学エッチング液で除去して支持基板17の主面
上に絶縁層16と化合物半導体層13とを残す工程と
(図3(i))を有することを特徴とする。
(C) Third Method for Manufacturing SOI Substrate A third method for manufacturing an SOI substrate according to the present invention is, as shown in FIG. 3, a second Si substrate having an impurity concentration of less than 1 × 10 18 / cm 3 .
A step of forming an impurity rich Si layer 19 containing 1 × 10 18 / cm 3 or more of As or Sb on the substrate 18 (FIG.
(A)), a step of forming the Si buffer layer 12 having an impurity concentration of less than 1 × 10 18 / cm 3 on the impurity-rich Si layer 19 (FIG. 3B), and Si on the Si buffer layer 12. And Ge or compound semiconductor layer 13 composed of Si and C
And a step of forming an insulating layer 16 on the compound semiconductor layer 13 (FIG. 3D),
The step of attaching the main surface of the support substrate 17 onto the insulating layer 16 (FIGS. 3E and 3F), the second Si substrate 18 and the impurity-rich Si layer 19 are partially removed to have a thickness. 5
a step of forming a Si thin film 19a having a thickness of less than or equal to μm (see FIG.
(G)), a step of removing the Si thin film 19a with the first chemical etching solution (FIG. 3 (h)), the Si buffer layer 12
Is removed by the second chemical etching solution to leave the insulating layer 16 and the compound semiconductor layer 13 on the main surface of the supporting substrate 17 (FIG. 3 (i)).

【0019】第2Si基板18はB,P,As,Sb等
の不純物濃度が1×1018/cm3未満のものである。
不純物濃度がこの数値未満であれば、Si基板18はn
型のSi単結晶基板であってもp型のSi単結晶基板で
あってもよい。不純物リッチSi層19は図1及び図2
の第1Si基板11に相当するものである。不純物リッ
チ層19の不純物は所謂「ドーパント(dopant)」をい
う。この不純物リッチSi層19の形成方法としてはイ
オン注入法の他に熱拡散法、CVD法、MBE法等のエ
ピタキシャル成長法がある。この不純物リッチSi層1
9の形成工程以降の工程は、第1の製造方法と同様であ
る。なお、不純物リッチSi層19を形成した後、深さ
5〜200nmの範囲で層表面を研磨すると、表面粗度
がより向上し、好ましい。
The second Si substrate 18 has an impurity concentration of B, P, As, Sb, etc. less than 1 × 10 18 / cm 3 .
If the impurity concentration is less than this value, the Si substrate 18 is n
Type Si single crystal substrate or p type Si single crystal substrate. The impurity-rich Si layer 19 is shown in FIGS.
Of the first Si substrate 11. The impurities in the impurity-rich layer 19 are so-called “dopants”. As a method for forming the impurity-rich Si layer 19, there are an epitaxial growth method such as a thermal diffusion method, a CVD method, and an MBE method, in addition to the ion implantation method. This impurity-rich Si layer 1
The steps after the step of forming 9 are the same as those of the first manufacturing method. After forming the impurity-rich Si layer 19, it is preferable to polish the layer surface in the depth range of 5 to 200 nm because the surface roughness is further improved.

【0020】(d) 第4のSOI基板の製造方法 本発明の第4のSOI基板の製造方法は、図4に示すよ
うに、不純物濃度が1×1018/cm3未満の第2Si
基板18上にAs又はSbを1×1018/cm3以上含
む不純物リッチSi層19を形成する工程と(図4
(a))、この不純物リッチSi層19上に不純物濃度
が1×1018/cm3未満のSiバッファ層12を形成
する工程と(図4(b))、このSiバッファ層12上
にSiとGe又はSiとCからなる化合物半導体層13
を形成する工程と(図4(c))、この化合物半導体層
13上にSi活性層14を形成する工程と(図4
(d))、このSi活性層14上に絶縁層16を形成す
る工程と(図4(e))、この絶縁層16上に支持基板
17の主面を貼り合わせる工程と(図4(f),
(g))、第2Si基板18の全部及び不純物リッチS
i層19の一部を除去して厚さ5μm以下のSi薄膜1
9aにする工程と(図4(h))、このSi薄膜19a
を第1化学エッチング液で除去する工程と(図4
(i))、Siバッファ層12を第2化学エッチング液
で除去して支持基板17の主面上に絶縁層16とSi活
性層14と化合物半導体層13とを残す工程と(図4
(j))を有することを特徴とする。Si活性層14を
形成する以外は、上記(c)の第3の製造方法と同様であ
る。Si活性層14はSiバッファ層12と同様に形成
され、その膜厚は所望の最終的な活性層の厚さに応じて
3nm〜3μmの範囲に決められる。
(D) Fourth SOI Substrate Manufacturing Method As shown in FIG. 4, the fourth SOI substrate manufacturing method according to the present invention is performed with the second Si having an impurity concentration of less than 1 × 10 18 / cm 3 .
A step of forming an impurity-rich Si layer 19 containing 1 × 10 18 / cm 3 or more of As or Sb on the substrate 18 (FIG.
(A)), a step of forming the Si buffer layer 12 having an impurity concentration of less than 1 × 10 18 / cm 3 on the impurity-rich Si layer 19 (FIG. 4B), and Si on the Si buffer layer 12 And Ge or compound semiconductor layer 13 composed of Si and C
And a step of forming the Si active layer 14 on the compound semiconductor layer 13 (FIG. 4C).
(D)), a step of forming the insulating layer 16 on the Si active layer 14 (FIG. 4 (e)), and a step of bonding the main surface of the support substrate 17 on the insulating layer 16 (FIG. 4 (f)). ),
(G)), the entire second Si substrate 18 and the impurity rich S
A part of the i layer 19 is removed to remove the Si thin film 1 having a thickness of 5 μm or less.
9a (FIG. 4 (h)), this Si thin film 19a
With a first chemical etching solution (see FIG.
(I)) a step of removing the Si buffer layer 12 with a second chemical etching solution to leave the insulating layer 16, the Si active layer 14, and the compound semiconductor layer 13 on the main surface of the supporting substrate 17 (FIG. 4).
(J)) is included. Except that the Si active layer 14 is formed, it is the same as the third manufacturing method of (c) above. The Si active layer 14 is formed in the same manner as the Si buffer layer 12, and the film thickness thereof is determined in the range of 3 nm to 3 μm according to the desired final thickness of the active layer.

【0021】(e) 第5のSOI基板の製造方法 本発明の第5のSOI基板の製造方法は、図5に示すよ
うに、不純物濃度が1×1018/cm3未満の第3Si
基板21中に基板表面から所定の深さにAs又はSbを
1×1018/cm3以上含むように埋込んだ埋込みSi
層22を形成する工程と(図5(a),(b))、この
埋込みSi層22より上層の第3Si基板21のSiバ
ッファ層21a上にSiとGe又はSiとCからなる化
合物半導体層13を形成する工程と(図5(c))、こ
の化合物半導体層13上に絶縁層16を形成する工程と
(図5(d))、この絶縁層16上に支持基板17の主
面を貼り合わせる工程と(図5(e),(f))、埋込
みSi層22より下層の第3Si基板21及び埋込みS
i層22の一部を除去して厚さ5μm以下のSi薄膜2
2aにする工程と(図5(g))、このSi薄膜22a
を第1化学エッチング液で除去する工程と(図5
(h))、Siバッファ層21aを第2化学エッチング
液で除去して支持基板17の主面上に絶縁層16と化合
物半導体層13とを残す工程と(図5(i))を有する
ことを特徴とする。
(E) Fifth SOI Substrate Manufacturing Method In the fifth SOI substrate manufacturing method of the present invention, as shown in FIG. 5, the third Si substrate having an impurity concentration of less than 1 × 10 18 / cm 3 is used.
Embedded Si embedded in the substrate 21 to a predetermined depth from the substrate surface so as to contain As or Sb of 1 × 10 18 / cm 3 or more.
A step of forming the layer 22 (FIGS. 5A and 5B), and a compound semiconductor layer made of Si and Ge or Si and C on the Si buffer layer 21a of the third Si substrate 21 above the embedded Si layer 22. 13 (FIG. 5C), the step of forming the insulating layer 16 on the compound semiconductor layer 13 (FIG. 5D), and the main surface of the support substrate 17 on the insulating layer 16. The step of bonding (FIGS. 5E and 5F), the third Si substrate 21 and the embedded S below the embedded Si layer 22.
A part of the i layer 22 is removed to remove the Si thin film 2 having a thickness of 5 μm or less.
2a (FIG. 5 (g)), this Si thin film 22a
With a first chemical etching solution (see FIG.
(H)), a step of removing the Si buffer layer 21a with a second chemical etching solution to leave the insulating layer 16 and the compound semiconductor layer 13 on the main surface of the supporting substrate 17 (FIG. 5 (i)). Is characterized by.

【0022】埋込みSi層22はAsイオン又はSbイ
オンを高濃度に第3Si基板21の内部に注入した後、
アニール処理して形成される。この埋込みSi層22は
Si基板21表面から所定の深さ、例えば3nm〜3μ
mの領域に500nm〜3μmの厚さで形成される。そ
の表面側のSiバッファ層21a上に化合物半導体層1
3を形成する工程以降の工程は、第3の製造方法と同様
である。
The buried Si layer 22 is formed by implanting As ions or Sb ions into the third Si substrate 21 at a high concentration.
It is formed by annealing. The embedded Si layer 22 has a predetermined depth from the surface of the Si substrate 21, for example, 3 nm to 3 μ.
It is formed in a region of m with a thickness of 500 nm to 3 μm. The compound semiconductor layer 1 is formed on the surface of the Si buffer layer 21a.
The steps after the step of forming 3 are the same as those in the third manufacturing method.

【0023】(f) 第6のSOI基板の製造方法 本発明の第6のSOI基板の製造方法は、図6に示すよ
うに、不純物濃度が1×1018/cm3未満の第3Si
基板21中に基板表面から所定の深さにAs又はSbを
1×1018/cm3以上含むように埋込んだ埋込みSi
層22を形成する工程と(図6(a),(b))、この
埋込みSi層22より上層の第3Si基板21のSiバ
ッファ層21a上にSiとGe又はSiとCからなる化
合物半導体層13を形成する工程と(図6(c))、こ
の化合物半導体層13上にSi活性層14を形成する工
程と(図6(d))、Si活性層14上に絶縁層16を
形成する工程と(図6(e))、この絶縁層16上に支
持基板17の主面を貼り合わせる工程と(図6(f),
(g))、埋込みSi層22より下層の第3Si基板2
1及び埋込みSi層22の一部を除去して厚さ5μm以
下のSi薄膜22aにする工程と(図6(h))、この
Si薄膜22aを第1化学エッチング液で除去する工程
と(図6(i))、Siバッファ層21aを第2化学エ
ッチング液で除去して支持基板17の主面上に絶縁層1
6とSi活性層14と化合物半導体層13とを残す工程
と(図6(j))を有することを特徴とする。Si活性
層14を形成する以外は、上記(e)の第5の製造方法と
同様である。Si活性層14は第1の製造方法のSiバ
ッファ層12と同様に形成される。
(F) Sixth SOI Substrate Manufacturing Method In the sixth SOI substrate manufacturing method of the present invention, as shown in FIG. 6, an impurity concentration of the third Si substrate is less than 1 × 10 18 / cm 3 .
Embedded Si embedded in the substrate 21 to a predetermined depth from the substrate surface so as to contain As or Sb of 1 × 10 18 / cm 3 or more.
A step of forming the layer 22 (FIGS. 6A and 6B), and a compound semiconductor layer made of Si and Ge or Si and C on the Si buffer layer 21 a of the third Si substrate 21 above the embedded Si layer 22. 13 (FIG. 6C), the step of forming the Si active layer 14 on the compound semiconductor layer 13 (FIG. 6D), and the formation of the insulating layer 16 on the Si active layer 14. Process (FIG. 6 (e)), bonding the main surface of the support substrate 17 on the insulating layer 16 (FIG. 6 (f),
(G)), the third Si substrate 2 below the embedded Si layer 22
1 and a part of the embedded Si layer 22 to form a Si thin film 22a having a thickness of 5 μm or less (FIG. 6 (h)), and a step of removing the Si thin film 22a with a first chemical etching solution (FIG. 6 (i)), the Si buffer layer 21a is removed by the second chemical etching solution to remove the insulating layer 1 on the main surface of the supporting substrate 17.
6, a step of leaving the Si active layer 14 and the compound semiconductor layer 13 (FIG. 6 (j)). Except that the Si active layer 14 is formed, it is the same as the fifth manufacturing method (e). The Si active layer 14 is formed similarly to the Si buffer layer 12 of the first manufacturing method.

【0024】(g) 第7のSOI基板の製造方法 更に、本発明の第7のSOI基板の製造方法は、図7に
示すように、第2、第4及び第6のSOI基板の製造方
法で得られた最終の化合物半導体層13(図7(a))
を除去して支持基板17の主面上に絶縁層16とSi活
性層14とを残す工程(図7(b))を更に有すること
を特徴とする。この化合物半導体層13は研磨又はフッ
酸−硝酸−酢酸の混合液を用いた化学エッチング液によ
り除去する。
(G) Seventh SOI Substrate Manufacturing Method Further, as shown in FIG. 7, the seventh SOI substrate manufacturing method of the present invention is a method for manufacturing second, fourth and sixth SOI substrates. Final compound semiconductor layer 13 obtained in (FIG. 7 (a))
Is further removed to leave the insulating layer 16 and the Si active layer 14 on the main surface of the support substrate 17 (FIG. 7B). The compound semiconductor layer 13 is removed by polishing or a chemical etching solution using a mixed solution of hydrofluoric acid-nitric acid-acetic acid.

【0025】[0025]

【作用】従来では、Si中の拡散係数の大きなBをドー
プしたp+型Si層をエッチングストップ層とすると、
表面粗度は大きく、しかも絶縁層を形成するための熱酸
化、又は貼り合わせ後のアニール処理でBの濃度のプロ
ファイルが大きく変化して、化学エッチング後の層表面
の平坦性及び層厚の均一性に劣ったものが、本発明では
Si中の拡散係数がBより小さいAs又はSbを高濃度
に含むSi基板又はSi層をBドープp+型Si層の代
わりに用いるので、従来の方法と比較して高温熱処理し
てもAs又はSbの濃度のプロファイルを急峻に保てる
ため、化学エッチング後の活性層の厚みのばらつきは小
さく、しかも層表面の平坦性が良好となる。
Conventionally, if the p + type Si layer doped with B having a large diffusion coefficient in Si is used as an etching stop layer,
The surface roughness is large, and the profile of the B concentration is largely changed by thermal oxidation for forming an insulating layer or annealing treatment after bonding, and the flatness of the layer surface after chemical etching and the uniform layer thickness are obtained. However, in the present invention, since a Si substrate or Si layer containing As or Sb having a diffusion coefficient in Si smaller than B in a high concentration is used in place of the B-doped p + type Si layer in the present invention, In comparison, since the As or Sb concentration profile can be kept steep even after high-temperature heat treatment, the thickness variation of the active layer after chemical etching is small, and the flatness of the layer surface is good.

【0026】[0026]

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳し
く説明する。ここでは、第2の製造方法から更に第7の
製造方法で得られるSOI基板について、図2及び図7
に基づいて説明する。図2(a)〜図2(i)に示すよ
うに、先ずシードウェーハとなる例えば(100)面方
位のAsを5×1019/cm3含む第1Si基板11上
にノンドープのSiバッファ層12をCVD法により形
成した。具体的にはH2雰囲気中、3Torrで900
℃、3分間前処理した後、反応ガスとしてSiH4ガス
又はSi26ガスを用いて、700℃の温度で成長さ
せ、Siバッファ層12を形成した。このSiバッファ
層12の厚さは後述する熱酸化及びウェーハ貼り合わせ
の各熱処理の際にSi基板11中のAsが拡散してSi
1-xGex層13に到達しない厚さにすることが必要であ
る。この例では50nmであった。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. Here, the SOI substrate obtained by the seventh manufacturing method from the second manufacturing method will be described with reference to FIGS.
It will be described based on. As shown in FIG. 2A to FIG. 2I, first, a non-doped Si buffer layer 12 is formed on the first Si substrate 11 containing 5 × 10 19 / cm 3 of As having a (100) plane orientation, which is a seed wafer. Was formed by the CVD method. Specifically, 900 at 3 Torr in H 2 atmosphere
After pretreatment at 3 ° C. for 3 minutes, SiH 4 gas or Si 2 H 6 gas was used as a reaction gas and grown at a temperature of 700 ° C. to form the Si buffer layer 12. The thickness of the Si buffer layer 12 is such that As in the Si substrate 11 is diffused during each heat treatment of thermal oxidation and wafer bonding described later.
It is necessary to have a thickness that does not reach the 1-x Ge x layer 13. In this example, it was 50 nm.

【0027】Siバッファ層12に引き続いてCVD法
によりSi1-xGex層13及びSi活性層14を形成し
た。Si1-xGex層13をエピタキシャル成長させる際
には反応ガスとしてSiH4ガスとGeH4ガスとを用い
るか、又はSi26ガスとGeH4ガスとを用い、50
0〜800℃の温度で成長させる。Si1-xGex層13
の表面の凹凸を抑制するため、この例では700℃でG
e組成比xを0.1、厚さを80nmに設定した。また
反応ガスとしてSi26ガスとGeH4ガスとを用い
た。Si活性層14は上記Siバッファ層12と同様
に、ただし厚さは100nmに形成した。Si活性層1
4を表面研磨した後、水蒸気雰囲気中900℃で熱酸化
してSi活性層14上にSiO2絶縁層16を形成し
た。Si基板11及びハンドルウエーハとなる別の支持
基板17をSC1の洗浄液で洗浄して両基板の貼り合わ
せ面を活性化した後、絶縁層16を支持基板17の主面
と重ね合わせ、900℃で熱処理した。
Subsequently to the Si buffer layer 12, a Si 1-x Ge x layer 13 and a Si active layer 14 were formed by the CVD method. When epitaxially growing the Si 1-x Ge x layer 13, SiH 4 gas and GeH 4 gas are used as reaction gases, or Si 2 H 6 gas and GeH 4 gas are used, and
Grow at a temperature of 0-800 ° C. Si 1-x Ge x layer 13
In order to suppress the unevenness of the surface of the
e The composition ratio x was set to 0.1 and the thickness was set to 80 nm. Further, Si 2 H 6 gas and GeH 4 gas were used as reaction gases. The Si active layer 14 was formed in the same manner as the Si buffer layer 12 except that the thickness was 100 nm. Si active layer 1
4 was surface-polished and then thermally oxidized at 900 ° C. in a water vapor atmosphere to form a SiO 2 insulating layer 16 on the Si active layer 14. After cleaning the Si substrate 11 and another supporting substrate 17 to be the handle wafer with the cleaning liquid of SC1 to activate the bonding surface of both substrates, the insulating layer 16 is superposed on the main surface of the supporting substrate 17, and at 900 ° C. Heat treated.

【0028】次にSi基板11の貼り合わせ面と反対面
からSi基板11を研削及び研磨してその大部分を除去
して薄膜化し、約1μmのSi薄膜11aを残した。こ
のSi薄膜11aをフッ酸−硝酸−酢酸の混合液により
化学エッチングして除去した。この例ではAsが高濃度
のSi基板11とSiバッファ層12との選択エッチン
グ比は、1:150程度とることができる。続いてSi
バッファ層12を水酸化カリウム−重クロム酸カリウム
−イソプロピルアルコールの混合液により化学エッチン
グして除去した。この例ではSiバッファ層12とSi
1-xGex層13との選択エッチング比は、1:25程度
とることができる。最後にSi1-xGex層13をフッ酸
−硝酸−酢酸の混合液により化学エッチングして除去
し、図7(b)に示すように支持基板17の主面上に絶
縁層16とSi活性層14とを残したSOI基板を得
た。この例ではSi1-xGex層13とSi活性層14と
の選択エッチング比は、1:20程度とることができ
る。このSOI基板はSi活性層14の膜厚が50nm
であって、TTVが膜厚の3%で、表面粗度が0.2n
mであった。
Next, the Si substrate 11 was ground and polished from the surface opposite to the bonding surface of the Si substrate 11 to remove most of the thin film to make a thin film, and a Si thin film 11a of about 1 μm was left. This Si thin film 11a was removed by chemical etching with a mixed solution of hydrofluoric acid-nitric acid-acetic acid. In this example, the selective etching ratio between the Si substrate 11 having a high As concentration and the Si buffer layer 12 can be about 1: 150. Then Si
The buffer layer 12 was removed by chemical etching with a mixed solution of potassium hydroxide-potassium dichromate-isopropyl alcohol. In this example, the Si buffer layer 12 and Si
The selective etching ratio with the 1-x Ge x layer 13 can be about 1:25. Finally, the Si 1-x Ge x layer 13 is removed by chemical etching with a mixed solution of hydrofluoric acid-nitric acid-acetic acid. As shown in FIG. An SOI substrate having the active layer 14 left was obtained. In this example, the selective etching ratio between the Si 1-x Ge x layer 13 and the Si active layer 14 can be about 1:20. In this SOI substrate, the Si active layer 14 has a film thickness of 50 nm.
Where TTV is 3% of film thickness and surface roughness is 0.2n
It was m.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上述べたように、本発明のSOI基板
の製造方法によれば、Si中の拡散係数がBより小さい
As又はSbを高濃度に含むSi基板又はSi層を従来
のBドープp+型Si層の代わりに用いるので、従来の
方法と比較して高温熱処理してもAs又はSbの濃度の
プロファイルを急峻に保てるため、化学エッチング後の
活性層の厚みのばらつき(TTV)は小さく、しかも層
表面の平坦性が良好となる。また貼り合わせ面の表面粗
度が小さいため、貼り合わせ面のボイド発生の確率を低
くすることができる。これらのことから、本発明のSO
I基板は高集積の半導体集積回路基板に好適なものとな
る。
As described above, according to the method for manufacturing an SOI substrate of the present invention, a Si substrate or Si layer containing As or Sb having a diffusion coefficient in Si smaller than B at a high concentration is conventionally B-doped. Since it is used instead of the p + -type Si layer, the As or Sb concentration profile can be kept steep even when subjected to a high temperature heat treatment as compared with the conventional method, so that the variation in the thickness (TTV) of the active layer after chemical etching is reduced. It is small and the flatness of the layer surface is good. Further, since the surface roughness of the bonded surface is small, the probability of occurrence of voids in the bonded surface can be reduced. From these things, the SO of the present invention
The I substrate is suitable for a highly integrated semiconductor integrated circuit substrate.

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

【図1】本発明の第1のSOI基板の製造方法を工程順
に示す断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a first SOI substrate of the present invention in the order of steps.

【図2】本発明の第2のSOI基板の製造方法を工程順
に示す断面図。
2A to 2D are cross-sectional views showing a method of manufacturing a second SOI substrate of the present invention in the order of steps.

【図3】本発明の第3のSOI基板の製造方法を工程順
に示す断面図。
3A to 3C are cross-sectional views showing a method of manufacturing a third SOI substrate of the present invention in the order of steps.

【図4】本発明の第4のSOI基板の製造方法を工程順
に示す断面図。
4A to 4D are cross-sectional views showing a fourth SOI substrate manufacturing method of the present invention in the order of steps.

【図5】本発明の第5のSOI基板の製造方法を工程順
に示す断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the fifth method of manufacturing an SOI substrate of the present invention in the order of steps.

【図6】本発明の第6のSOI基板の製造方法を工程順
に示す断面図。
6A to 6C are cross-sectional views showing a method of manufacturing a sixth SOI substrate of the present invention in the order of steps.

【図7】本発明の第7のSOI基板の製造方法を工程順
に示す断面図。
7A to 7D are cross-sectional views showing a seventh SOI substrate manufacturing method of the present invention in the order of steps.

【図8】従来のSOI基板の製造方法を工程順に示す断
面図。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a conventional SOI substrate in the order of steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 第1Si基板 11a Si薄膜 12 Siバッファ層 13 化合物半導体層 14 Si活性層 16 絶縁層 17 支持基板 18 第2Si基板 19 不純物リッチSi層 19a Si薄膜 21 第3Si基板 21a Siバッファ層 22 埋込みSi層 22a Si薄膜 11 1st Si substrate 11a Si thin film 12 Si buffer layer 13 compound semiconductor layer 14 Si active layer 16 insulating layer 17 supporting substrate 18 2nd Si substrate 19 impurity rich Si layer 19a Si thin film 21 3rd Si substrate 21a Si buffer layer 22 embedded Si layer 22a Si thin film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松下 孟史 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 中島 庸男 東京都千代田区岩本町3丁目8番16号 三 菱マテリアルシリコン株式会社内 (72)発明者 新行内 隆之 埼玉県大宮市北袋町1丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takeshi Matsushita 6-735 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation (72) In-house Yoshio Nakajima 3-8-16 Iwamoto-cho, Chiyoda-ku, Tokyo No. Sanritsu Material Silicon Co., Ltd. (72) Inventor Takayuki Shinko, 297-1, Kitabukuro-cho, Omiya City, Saitama Prefecture Central Research Laboratory, Mitsubishi Materials Corporation

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 As又はSbを1×1018/cm3以上
含む第1Si基板(11)上に不純物濃度が1×1018/c
3未満のSiバッファ層(12)を形成する工程と、 前記Siバッファ層(12)上にSiとGe又はSiとCか
らなる化合物半導体層(13)を形成する工程と、 前記化合物半導体層(13)上に絶縁層(16)を形成する工程
と、 前記絶縁層(16)上に支持基板(17)の主面を貼り合わせる
工程と、 前記第1Si基板(11)の大部分を除去して厚さ5μm以
下のSi薄膜(11a)にする工程と、 前記Si薄膜(11a)を第1化学エッチング液で除去する
工程と、 前記Siバッファ層(12)を第2化学エッチング液で除去
して前記支持基板(17)の主面上に前記絶縁層(16)と前記
化合物半導体層(13)とを残す工程とを有することを特徴
とするSOI基板の製造方法。
1. An impurity concentration of 1 × 10 18 / c on a first Si substrate (11) containing 1 × 10 18 / cm 3 or more of As or Sb.
forming a Si buffer layer (12) of less than m 3 ; forming a compound semiconductor layer (13) made of Si and Ge or Si and C on the Si buffer layer (12); (13) forming an insulating layer (16) on the insulating layer (16), attaching the main surface of the supporting substrate (17) on the insulating layer (16), and removing most of the first Si substrate (11) To form a Si thin film (11a) having a thickness of 5 μm or less, a step of removing the Si thin film (11a) with a first chemical etching solution, and a step of removing the Si buffer layer (12) with a second chemical etching solution. And a step of leaving the insulating layer (16) and the compound semiconductor layer (13) on the main surface of the supporting substrate (17).
【請求項2】 As又はSbを1×1018/cm3以上
含む第1Si基板(11)上に不純物濃度が1×1018/c
3未満のSiバッファ層(12)を形成する工程と、 前記Siバッファ層(12)上にSiとGe又はSiとCか
らなる化合物半導体層(13)を形成する工程と、 前記化合物半導体層(13)上にSi活性層(14)を形成する
工程と、 前記Si活性層(14)上に絶縁層(16)を形成する工程と、 前記絶縁層(16)上に支持基板(17)の主面を貼り合わせる
工程と、 前記第1Si基板(11)の大部分を除去して厚さ5μm以
下のSi薄膜(11a)にする工程と、 前記Si薄膜(11a)を第1化学エッチング液で除去する
工程と、 前記Siバッファ層(12)を第2化学エッチング液で除去
して前記支持基板(17)の主面上に前記絶縁層(16)と前記
Si活性層(14)と前記化合物半導体層(13)とを残す工程
とを有することを特徴とするSOI基板の製造方法。
2. An impurity concentration of 1 × 10 18 / c on a first Si substrate (11) containing 1 × 10 18 / cm 3 or more of As or Sb.
forming a Si buffer layer (12) of less than m 3 ; forming a compound semiconductor layer (13) made of Si and Ge or Si and C on the Si buffer layer (12); Forming a Si active layer (14) on (13), forming an insulating layer (16) on the Si active layer (14), and supporting substrate (17) on the insulating layer (16) Bonding the main surfaces of the first Si substrate (11), removing most of the first Si substrate (11) into a Si thin film (11a) having a thickness of 5 μm or less, and forming the Si thin film (11a) into a first chemical etching solution. And a step of removing the Si buffer layer (12) with a second chemical etching solution to form the insulating layer (16), the Si active layer (14), and the Si active layer (14) on the main surface of the supporting substrate (17). A step of leaving the compound semiconductor layer (13) and a method of manufacturing an SOI substrate.
【請求項3】 不純物濃度が1×1018/cm3未満の
第2Si基板(18)上にAs又はSbを1×1018/cm
3以上含む不純物リッチSi層(19)を形成する工程と、 前記不純物リッチSi層(19)上に不純物濃度が1×10
18/cm3未満のSiバッファ層(12)を形成する工程
と、 前記Siバッファ層(12)上にSiとGe又はSiとCか
らなる化合物半導体層(13)を形成する工程と、 前記化合物半導体層(13)上に絶縁層(16)を形成する工程
と、 前記絶縁層(16)上に支持基板(17)の主面を貼り合わせる
工程と、 前記第2Si基板(18)の全部及び前記不純物リッチSi
層(19)の一部を除去して厚さ5μm以下のSi薄膜(19
a)にする工程と、 前記Si薄膜(19a)を第1化学エッチング液で除去する
工程と、 前記Siバッファ層(12)を第2化学エッチング液で除去
して前記支持基板(17)の主面上に前記絶縁層(16)と前記
化合物半導体層(13)とを残す工程とを有することを特徴
とするSOI基板の製造方法。
3. As or Sb on the second Si substrate (18) having an impurity concentration of less than 1 × 10 18 / cm 3 and 1 × 10 18 / cm.
A step of forming an impurity-rich Si layer (19) containing 3 or more, and an impurity concentration of 1 × 10 on the impurity-rich Si layer (19).
A step of forming a Si buffer layer (12) of less than 18 / cm 3, a step of forming a compound semiconductor layer (13) made of Si and Ge or Si and C on the Si buffer layer (12), A step of forming an insulating layer (16) on the semiconductor layer (13); a step of bonding the main surface of a supporting substrate (17) on the insulating layer (16); The impurity-rich Si
By removing a part of the layer (19), a Si thin film (19
a), a step of removing the Si thin film (19a) with a first chemical etching solution, and a step of removing the Si buffer layer (12) with a second chemical etching solution. And a step of leaving the insulating layer (16) and the compound semiconductor layer (13) on the surface thereof.
【請求項4】 不純物濃度が1×1018/cm3未満の
第2Si基板(18)上にAs又はSbを1×1018/cm
3以上含む不純物リッチSi層(19)を形成する工程と、 前記不純物リッチSi層(19)上に不純物濃度が1×10
18/cm3未満のSiバッファ層(12)を形成する工程
と、 前記Siバッファ層(12)上にSiとGe又はSiとCか
らなる化合物半導体層(13)を形成する工程と、 前記化合物半導体層(13)上にSi活性層(14)を形成する
工程と、 前記Si活性層(14)上に絶縁層(16)を形成する工程と、 前記絶縁層(16)上に支持基板(17)の主面を貼り合わせる
工程と、 前記第2Si基板(18)の全部及び前記不純物リッチSi
層(19)の一部を除去して厚さ5μm以下のSi薄膜(19
a)にする工程と、 前記Si薄膜(19a)を第1化学エッチング液で除去する
工程と、 前記Siバッファ層(12)を第2化学エッチング液で除去
して前記支持基板(17)の主面上に前記絶縁層(16)と前記
Si活性層(14)と前記化合物半導体層(13)とを残す工程
とを有することを特徴とするSOI基板の製造方法。
4. As or Sb of 1 × 10 18 / cm on a second Si substrate (18) having an impurity concentration of less than 1 × 10 18 / cm 3.
A step of forming an impurity-rich Si layer (19) containing 3 or more, and an impurity concentration of 1 × 10 on the impurity-rich Si layer (19).
A step of forming a Si buffer layer (12) of less than 18 / cm 3, a step of forming a compound semiconductor layer (13) made of Si and Ge or Si and C on the Si buffer layer (12), A step of forming a Si active layer (14) on the semiconductor layer (13), a step of forming an insulating layer (16) on the Si active layer (14), and a supporting substrate ( 17) bonding the main surfaces of the second Si substrate (18) and the impurity-rich Si
By removing a part of the layer (19), a Si thin film (19
a), a step of removing the Si thin film (19a) with a first chemical etching solution, and a step of removing the Si buffer layer (12) with a second chemical etching solution. A method of manufacturing an SOI substrate, comprising a step of leaving the insulating layer (16), the Si active layer (14) and the compound semiconductor layer (13) on the surface.
【請求項5】 不純物濃度が1×1018/cm3未満の
第3Si基板(21)中に基板表面から所定の深さにAs又
はSbを1×1018/cm3以上含むように埋込んだ埋
込みSi層(22)を形成する工程と、 前記埋込みSi層(22)より上層の第3Si基板(21)のS
iバッファ層(21a)上にSiとGe又はSiとCからな
る化合物半導体層(13)を形成する工程と、 前記化合物半導体層(13)上に絶縁層(16)を形成する工程
と、 前記絶縁層(16)上に支持基板(17)の主面を貼り合わせる
工程と、 前記埋込みSi層(22)より下層の第3Si基板(21)及び
前記埋込みSi層(22)の一部を除去して厚さ5μm以下
のSi薄膜(22a)にする工程と、 前記Si薄膜(22a)を第1化学エッチング液で除去する
工程と、 前記Siバッファ層(21a)を第2化学エッチング液で除
去して前記支持基板(17)の主面上に前記絶縁層(16)と前
記化合物半導体層(13)とを残す工程とを有することを特
徴とするSOI基板の製造方法。
5. A third Si substrate (21) having an impurity concentration of less than 1 × 10 18 / cm 3 is embedded to a predetermined depth from the substrate surface so as to contain As or Sb of 1 × 10 18 / cm 3 or more. A step of forming a buried Si layer (22), and S of the third Si substrate (21) above the buried Si layer (22).
forming a compound semiconductor layer (13) made of Si and Ge or Si and C on the i buffer layer (21a); forming an insulating layer (16) on the compound semiconductor layer (13); Bonding the main surface of the support substrate (17) on the insulating layer (16), and removing a part of the third Si substrate (21) and the embedded Si layer (22) below the embedded Si layer (22) To form a Si thin film (22a) having a thickness of 5 μm or less, a step of removing the Si thin film (22a) with a first chemical etching solution, and a step of removing the Si buffer layer (21a) with a second chemical etching solution. And a step of leaving the insulating layer (16) and the compound semiconductor layer (13) on the main surface of the supporting substrate (17).
【請求項6】 不純物濃度が1×1018/cm3未満の
第3Si基板(21)中に基板表面から所定の深さにAs又
はSbを1×1018/cm3以上含むように埋込んだ埋
込みSi層(22)を形成する工程と、 前記埋込みSi層(22)より上層の第3Si基板(21)のS
iバッファ層(21a)上にSiとGe又はSiとCからな
る化合物半導体層(13)を形成する工程と、 前記化合物半導体層(13)上にSi活性層(14)を形成する
工程と、 前記Si活性層(14)上に絶縁層(16)を形成する工程と、 前記絶縁層(16)上に支持基板(17)の主面を貼り合わせる
工程と、 前記埋込みSi層(22)より下層の第3Si基板(21)及び
前記埋込みSi層(22)の一部を除去して厚さ5μm以下
のSi薄膜(22a)にする工程と、 前記Si薄膜(22a)を第1化学エッチング液で除去する
工程と、 前記Siバッファ層(21a)を第2化学エッチング液で除
去して前記支持基板(17)の主面上に前記絶縁層(16)と前
記Si活性層(14)と前記化合物半導体層(13)とを残す工
程とを有することを特徴とするSOI基板の製造方法。
6. A third Si substrate (21) having an impurity concentration of less than 1 × 10 18 / cm 3 is embedded to a predetermined depth from the substrate surface so as to contain As or Sb of 1 × 10 18 / cm 3 or more. A step of forming a buried Si layer (22), and S of the third Si substrate (21) above the buried Si layer (22).
a step of forming a compound semiconductor layer (13) made of Si and Ge or Si and C on the i buffer layer (21a), and a step of forming a Si active layer (14) on the compound semiconductor layer (13), A step of forming an insulating layer (16) on the Si active layer (14); a step of bonding a main surface of a support substrate (17) on the insulating layer (16); and a step of forming the embedded Si layer (22). A step of removing a part of the lower third Si substrate (21) and the embedded Si layer (22) to form a Si thin film (22a) having a thickness of 5 μm or less; And a step of removing the Si buffer layer (21a) with a second chemical etching solution to form the insulating layer (16), the Si active layer (14), and the Si active layer (14) on the main surface of the supporting substrate (17). A step of leaving the compound semiconductor layer (13) and a method of manufacturing an SOI substrate.
【請求項7】 化合物半導体層(13)を除去して支持基板
(17)の主面上に絶縁層(16)とSi活性層(14)とを残す工
程を更に有することを特徴とする請求項2、4又は6い
ずれか記載のSOI基板の製造方法。
7. A supporting substrate obtained by removing a compound semiconductor layer (13).
7. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 2, further comprising the step of leaving the insulating layer (16) and the Si active layer (14) on the main surface of (17).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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