JPH0832037A - Manufacture of semiconductor substrate - Google Patents

Manufacture of semiconductor substrate

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JPH0832037A
JPH0832037A JP16518394A JP16518394A JPH0832037A JP H0832037 A JPH0832037 A JP H0832037A JP 16518394 A JP16518394 A JP 16518394A JP 16518394 A JP16518394 A JP 16518394A JP H0832037 A JPH0832037 A JP H0832037A
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JP
Japan
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substrate
semiconductor
manufacturing
layer
semiconductor layer
Prior art date
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JP16518394A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiromitsu Takase
博光 高瀬
Nobuhiko Sato
信彦 佐藤
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Publication of JPH0832037A publication Critical patent/JPH0832037A/en
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Abstract

PURPOSE:To reduce remaining crystal defects, improve semiconductor characteristics, and avoid deterioration of semiconductor characteristics caused by the new surface level. CONSTITUTION:In a manufacturing method of a semiconductor substrate wherein after a semiconductor layer 3 formed on a first substratum 1 is stuck on a second substratum 6, the first substratum 1 is selectively eliminated to leave the semiconductor layer 3, an amorphous region is re-crystallized by heat treatment at a temperature lower than the melting point before the sticking of the substratums, after at least crystal defect existing in the semiconductor layer 3 on the first substratum 1 is selectively turned into the amorphous state.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体基板の作製方法に
係わり、特に、エピタキシャルシリコン−オン−シリコ
ンウエハー、シリコン−オン−インシュレーターの作製
に好適な半導体基板の作製方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor substrate suitable for manufacturing an epitaxial silicon-on-silicon wafer and a silicon-on-insulator.

【0002】[0002]

【従来の技術】SOI基板は集積回路製作に必要な素子
間分離を行う上で有用である。これを実現する手法とし
て、特開平5−21338号公報では多孔質シリコン上
にエピタキシャルシリコン層を成長させ、その後この基
板を第2の基板と絶縁層を介して貼りあわせ、第1の基
板を裏面より除去し、さらに多孔質層も除去するという
SOI基板の形成方法を開示している。しかしこの公知
の手法では多孔質シリコンから成長した単結晶シリコン
中に結晶欠陥が存在することがあった。また、不純物の
拡散を抑制するために低温で成長を行う場合にも結晶欠
陥が導入されることがあった。
2. Description of the Related Art SOI substrates are useful in performing element isolation required for integrated circuit fabrication. As a technique for realizing this, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-21338, an epitaxial silicon layer is grown on porous silicon, and then this substrate is bonded to a second substrate via an insulating layer, and the first substrate is placed on the back surface. A method of forming an SOI substrate is disclosed in which the removal is further performed and the porous layer is also removed. However, in this known method, crystal defects may exist in single crystal silicon grown from porous silicon. Further, crystal defects may be introduced even when growing at a low temperature in order to suppress the diffusion of impurities.

【0003】また、単結晶基体上へのエピタキシャル成
長によりSOI基板を作製することも広く行われている
が、基板とエピタキシャル成長層に格子の不整合がある
場合は結晶欠陥が導入されてしまう。たとえば、サファ
イア上のシリコンエピタキシャル成長(SOS)では、
基体材料と単結晶薄層との格子定数の違いに起因するマ
イクロツインなどの結晶欠陥がエピタキシャル層と基体
界面近傍に多く発生することが報告されている。
It is also widely practiced to manufacture an SOI substrate by epitaxial growth on a single crystal substrate, but if there is a lattice mismatch between the substrate and the epitaxial growth layer, crystal defects will be introduced. For example, in silicon epitaxial growth (SOS) on sapphire,
It has been reported that many crystal defects such as micro twins due to the difference in lattice constant between the substrate material and the single crystal thin layer occur near the interface between the epitaxial layer and the substrate.

【0004】これらの結晶欠陥を低減するために井上ら
は特開昭56−45047号公報において、サファイア
上に形成されたエピタキシャルシリコン層に第1のラン
ダムイオン注入を行って、結晶欠陥の多いエピタキシャ
ルシリコン層下部を非晶質化した後、熱処理を行い、非
晶質化されていないエピタキシャルシリコン上部からの
固相エピタキシャル成長により結晶性を回復させること
によりエピタキシャルシリコン中の結晶欠陥を低減して
いる。その後、同様にランダムイオン注入を行ってエピ
タキシャルシリコン層上部を非晶質化した後熱処理を行
い、第1のランダムイオン注入により結晶欠陥密度が低
減したエピタキシャルシリコン層下部からの固相エピタ
キシャル成長により単結晶薄層を形成している。
In order to reduce these crystal defects, Inoue et al., In JP-A-56-45047 discloses an epitaxial silicon layer formed on sapphire by performing a first random ion implantation to form an epitaxial film having many crystal defects. After amorphizing the lower portion of the silicon layer, heat treatment is performed to recover crystallinity by solid-phase epitaxial growth from the upper portion of the non-amorphous epitaxial silicon to reduce crystal defects in the epitaxial silicon. After that, similarly, random ion implantation is performed to amorphize the upper portion of the epitaxial silicon layer and then heat treatment is performed, and single crystal is grown by solid phase epitaxial growth from the lower portion of the epitaxial silicon layer where the crystal defect density is reduced by the first random ion implantation. It forms a thin layer.

【0005】また、LAU等はAppl.Phys.L
ett.34(1),1January,76,197
9において、チャネリングイオン注入および固相成長に
よりサファイア上のエピタキシャルシリコンの結晶欠陥
を低減させることを示している。
Further, LAU, etc. are described in Appl. Phys. L
ett. 34 (1), 1 January, 76, 197.
9 shows that crystal defects of epitaxial silicon on sapphire are reduced by channeling ion implantation and solid phase growth.

【0006】一方、シリコン単結晶基体上でのCVDに
よるシリコン単結晶のホモエピタキシャル成長では一般
的に確認される結晶欠陥密度は102 個/cm2 以下で
はあるが、不純物の拡散を抑えるために低温成長させた
場合でも結晶欠陥が増加してしまうことがあった。ま
た、多孔質シリコン上にエピタキシャル成長させる場
合、積層欠陥やマイクロツイン、転位などの結晶欠陥が
多く存在することが知られている。
On the other hand, the crystal defect density generally confirmed by homoepitaxial growth of a silicon single crystal by CVD on a silicon single crystal substrate is 10 2 / cm 2 or less, but in order to suppress the diffusion of impurities, the temperature is low. Even when grown, the crystal defects may increase. Further, it is known that when epitaxially growing on porous silicon, many crystal defects such as stacking faults, micro twins, and dislocations exist.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】SOI基板ではシリコ
ン層の結晶欠陥はキャリア移動度を低下させ、リーク電
流を増大させる問題を持っていた。シリコン層中の結晶
欠陥を低減させることは集積回路の特性向上には欠かせ
ない。結晶欠陥としては、積層欠陥、転位、マイクロツ
インがあるが、特に積層欠陥、転位は膜厚方向に貫通し
ていることが多い。井上らが特開昭56−45047号
公報で検討したランダムイオン注入法や、LauらがA
ppl.Phys.Lett.34(1),1Janu
ary,76,1979で検討したチャネルイオン注入
法は膜中の特定深さに存在する結晶欠陥を回復させた
が、膜厚方向に連続して分布する積層欠陥や転位に対し
ては、その一部分を含む領域しか非晶質化されないた
め、その後の熱処理により結晶性を回復させる段階で非
晶質化されなかった部分に残留する積層欠陥や転位から
欠陥の再成長によりこれらの欠陥を除去することは困難
であった。
In the SOI substrate, crystal defects in the silicon layer have a problem that carrier mobility is lowered and leak current is increased. Reducing crystal defects in the silicon layer is essential for improving the characteristics of integrated circuits. The crystal defects include stacking faults, dislocations, and micro twins. In particular, stacking faults and dislocations often penetrate in the film thickness direction. Inoue et al. Examined the random ion implantation method in Japanese Patent Laid-Open No. 56-45047, and Lau et al.
ppl. Phys. Lett. 34 (1), 1Janu
The channel ion implantation method studied by Ary, 76, 1979 recovered the crystal defects existing at a specific depth in the film, but for stacking faults and dislocations continuously distributed in the film thickness direction, a part thereof was recovered. Since only the region containing is amorphized, it is necessary to remove these defects by regrowth of stacking faults and dislocations remaining in the non-amorphized portion at the stage of recovering the crystallinity by the subsequent heat treatment. Was difficult.

【0008】また、SOI基板を作製した後にイオン注
入法により結晶欠陥を低減させる場合には半導体層と絶
縁層の界面でアトミックミキシングが起こると、新たな
界面準位を発生しリーク電流の増大、半導体層中への不
純物の混入につながるため注入エネルギーの厳密なコン
トロールが必要であった。そのため、もっとも結晶欠陥
の多い半導体層と絶縁層界面で、非晶質化が不十分とな
り熱処理により欠陥を回復させることが困難であった。
Further, when the crystal defects are reduced by the ion implantation method after the SOI substrate is manufactured, if atomic mixing occurs at the interface between the semiconductor layer and the insulating layer, a new interface level is generated and the leak current increases, Strict control of the implantation energy was necessary because it leads to the incorporation of impurities into the semiconductor layer. Therefore, at the interface between the semiconductor layer having the most crystal defects and the insulating layer, amorphization becomes insufficient, and it is difficult to recover the defects by heat treatment.

【0009】また、特開平5−21338号公報で開示
されている手法は、多孔質層を除去する時に実施される
化学エッチングにおいて結晶欠陥部が選択的にエッチン
グされてエッチャントが侵入して埋め込み絶縁層を侵食
し、第1の基体と第2の基体の貼りあわせ面に空隙が形
成されることがあった。
Further, in the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-21338, the crystal defects are selectively etched in the chemical etching carried out when the porous layer is removed, and the etchant invades so that the buried insulating layer is formed. The layer may be eroded to form voids on the bonding surface of the first substrate and the second substrate.

【0010】本発明は膜厚方向に貫通することの多い転
位、積層欠陥および半導体層と絶縁層界面近傍の結晶欠
陥を選択的に回復させて結晶欠陥のない半導体基板を作
製するものである。
The present invention is intended to produce a semiconductor substrate having no crystal defects by selectively recovering dislocations, stacking faults, and crystal defects near the interface between the semiconductor layer and the insulating layer, which often penetrate in the film thickness direction.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体基板の作
製方法は、第1の基体上に形成された半導体層を第2の
基体と貼りあわせた後、第1の基体を半導体層を残して
選択的に除去する半導体基板の作製方法において、両基
体の貼りあわせに先立ち、少なくとも第1の基体上の半
導体層中に存在する結晶欠陥を選択的に非晶質化した
後、融点より小さい温度で熱処理することにより非晶質
領域を再結晶化させたことを特徴とする。
According to a method of manufacturing a semiconductor substrate of the present invention, a semiconductor layer formed on a first substrate is bonded to a second substrate, and then the first substrate is left as the semiconductor layer. In the method for manufacturing a semiconductor substrate which is selectively removed by selective removal, at least crystal defects existing in the semiconductor layer on the first substrate are selectively amorphized before bonding the two substrates, and then the melting point is smaller than the melting point. The amorphous region is recrystallized by heat treatment at a temperature.

【0012】本発明においては、前記第1の基体上に形
成された半導体層中に存在する結晶欠陥の選択的な非晶
質化は、その転位線以外の方位からチャネリングイオン
注入を行い、膜厚方向に貫通する結晶欠陥である積層欠
陥や転位とその近傍部のみを選択的に非晶質化すること
で行なわれ、その後、半導体層全体に分布する結晶部分
を核とした固相エピタキシャル成長により結晶欠陥のな
い半導体単結晶層を形成し、さらに少なくとも表面に絶
縁層を有する第2の基体と貼りあわせた後、第1の基体
上の単結晶下部を選択的に除去することにより界面急峻
性の良いSOI基板を提供することができる。
In the present invention, in order to selectively amorphize the crystal defects existing in the semiconductor layer formed on the first substrate, channeling ion implantation is performed from an orientation other than the dislocation line to form a film. This is performed by selectively amorphizing only stacking faults and dislocations, which are crystal defects penetrating in the thickness direction, and the vicinity thereof, and then by solid phase epitaxial growth with the crystal part distributed throughout the semiconductor layer as a nucleus. After forming a semiconductor single crystal layer having no crystal defects and further bonding it to a second substrate having an insulating layer on at least the surface thereof, the single crystal lower portion on the first substrate is selectively removed to obtain interface steepness. It is possible to provide a good SOI substrate.

【0013】以下、本発明について更に詳細に説明す
る。単結晶では低指数軸または低指数面に沿った格子原
子の列に囲まれた、電子密度が比較的疎になっているチ
ャネルが形成されている。一般にチャネルに沿って注入
されたイオンは結晶の格子原子と小角散乱をしながら格
子原子の外殻電子にエネルギーを与えて進む。ランダム
方向から注入された場合に比べ、同じエネルギーでは深
い位置まで注入できる。
The present invention will be described in more detail below. In a single crystal, a channel having a relatively sparse electron density is formed surrounded by rows of lattice atoms along a low index axis or a low index plane. In general, the ions injected along the channel give energy to the outer shell electrons of the lattice atoms while propagating at a small angle with the lattice atoms of the crystal. Compared to the case of implanting from a random direction, it can be implanted to a deep position with the same energy.

【0014】ここで、結晶欠陥が単結晶層に存在する場
合を考えてみる。結晶欠陥部分の原子は結晶格子からず
れた位置に存在するため、チャネリングに沿って進むイ
オンは結晶欠陥部分の原子のみと衝突する確率が高くな
る。その結果、結晶欠陥部分とその近傍が選択的に非晶
質化される。本発明者は、後述する実施例に示すよう
に、シリコン基体上に形成された単結晶シリコンに特定
の方位からチャネリングイオン注入を行うことにより結
晶欠陥を選択的に非晶質化し、欠陥を含まない部分では
元の単結晶性を維持できることを見いだした。さらに本
発明者は、結晶欠陥部分のみを選択的に非晶質化した試
料を固相エピタキシャル成長が進行する温度で熱処理を
施すことにより、単結晶領域に囲まれた非晶質領域が単
結晶領域からの固相エピタキシャル成長により単結晶化
し、かつ、新たな結晶欠陥も導入されないことを確認し
た。
Now, consider the case where a crystal defect exists in the single crystal layer. Since the atoms in the crystal defect portion are present at positions deviated from the crystal lattice, the ions traveling along the channeling have a high probability of colliding with only the atoms in the crystal defect portion. As a result, the crystal defect portion and its vicinity are selectively made amorphous. The present inventor, as shown in Examples to be described later, selectively amorphizes crystal defects by performing channeling ion implantation on a single crystal silicon formed on a silicon substrate from a specific orientation to include the defects. It was found that the original single crystallinity can be maintained in the non-existing part. Further, the present inventor has performed a heat treatment on a sample in which only the crystal defect portion is selectively made amorphous, so that the amorphous region surrounded by the single crystal regions is a single crystal region. It was confirmed that solid-phase epitaxial growth from No. 1 made a single crystal and no new crystal defects were introduced.

【0015】本発明はSOI構造を作製するに先立ち、
チャネリングイオン注入を行うために、従来、井上らが
特開昭56−45047号で示した手法やLauらがA
ppl.Phys.Lett.34(1),1Janu
ary,76,1979で示した手法がSOS構造を作
製した後でイオン注入する場合に比較して、単結晶シリ
コン層中の特に膜厚方向に貫通する場合の多い積層欠陥
や転位および半導体層と絶縁層界面近傍に多い結晶欠陥
の非晶質化に効果を見出だした。
Prior to fabricating the SOI structure, the present invention
In order to perform channeling ion implantation, Inoue et al. Have previously disclosed the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 56-45047 and Lau et al.
ppl. Phys. Lett. 34 (1), 1Janu
Compared with the case where the method shown in Ary, 76, 1979 is used to perform ion implantation after the SOS structure is formed, stacking faults, dislocations, and semiconductor layers that often penetrate the single crystal silicon layer particularly in the film thickness direction. We have found an effect on amorphization of many crystal defects near the interface of the insulating layer.

【0016】また、半導体層中に存在する結晶欠陥を消
失させることにより、特開平5−21338号公報で開
示された多孔質を除去する時に実施される化学エッチン
グでも特定部の選択的エッチングによる貼りあわせ界面
での空隙の発生も改善される。
Further, by eliminating the crystal defects existing in the semiconductor layer, even the chemical etching which is carried out when removing the porosity disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 21338/1993 is applied by selective etching of a specific portion. The generation of voids at the mating interface is also improved.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。 〔実施例1〕図1(a)〜(d)に本発明の半導体基板
の作製方法の第1実施例の製造工程の断面図を示す。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. [Embodiment 1] FIGS. 1 (a) to 1 (d) are sectional views showing the manufacturing steps of the first embodiment of the method for producing a semiconductor substrate of the present invention.

【0018】図1(a)に示すように、5インチ〈00
1〉単結晶シリコンウエハー1をHF水溶液中とアルコ
ールの混合溶液中で陽極化成して多孔質化し、多孔質シ
リコン層2を形成した後、CVD法により多孔質シリコ
ン層2上にエピタキシャルシリコン層3を成長させる。
該シリコン層3には[011]方向、[134]方向お
よび[112]方向をもつ転位線4が透過電子顕微鏡に
より確認された。
As shown in FIG. 1A, 5 inches <00
1> Single-crystal silicon wafer 1 is anodized in a mixed solution of HF aqueous solution and alcohol to be porous to form porous silicon layer 2, and then epitaxial silicon layer 3 is formed on porous silicon layer 2 by CVD method. Grow.
Dislocation lines 4 having [011] direction, [134] direction and [112] direction were confirmed in the silicon layer 3 by a transmission electron microscope.

【0019】該シリコン層3の結晶の転位線方向以外の
チャネリング方位に対して1°以内の方向からSi+
オン、C+ イオン、Ge+ イオンまたはPb+ イオンを
1×1013〜1×1014atoms/cm2 注入する。
注入方位としては〈111〉よりは〈100〉が好まし
い。注入イオンはチャネリングするため、転位位置の原
子のみと衝突し転位を含む近傍を非晶質化する。また、
TEMの観察では欠陥は見られず、非晶質領域が点在す
ることを確認した。またそのほかの領域では単結晶であ
ることを電子線回折により確認した。注入イオンとの衝
突により非晶質化する時、注入イオンはその位置にとど
まるため、注入イオンとしてはシリコンと同じIV族のイ
オンを用いるのが望ましい。または、不活性ガスのイオ
ンも使うことができる。図1(b)に示すように、イオ
ン注入の後、N2 雰囲気で1000℃2hrの熱処理を
行ない、非晶質部の結晶性を固相成長により回復させ
た。TEM観察では欠陥は確認されなかった。また、セ
コエッチング(K2 Cr2 7 をHF+H2 Oで希釈し
た原液を原液:HF:H2 O=1:2:3で希釈した液
中で3minエッチング)でも欠陥が顕在化されること
はなかった。
Other than in the dislocation line direction of the crystal of the silicon layer 3
Si from a direction within 1 ° to the channeling direction+I
On, C+Ion, Ge+Ion or Pb+Ion
1 × 1013~ 1 × 1014atoms / cm2inject.
<100> is preferable to <111> as the injection direction.
Yes. Since the implanted ions are channeled, the
It collides with only the child and amorphizes the vicinity including dislocations. Also,
No defects are observed by TEM observation, and amorphous regions are scattered.
I was sure that. In other areas, it is a single crystal.
It was confirmed by electron diffraction. Impulse with injected ions
When it becomes amorphous due to a collision, the implanted ions remain at that position.
Therefore, the implanted ions are the same group IV ions as silicon.
It is preferable to use ON. Or, the inert gas Io
Can also be used. As shown in FIG. 1 (b),
N after injection2Heat treatment at 1000 ° C for 2 hours in an atmosphere
To recover the crystallinity of the amorphous part by solid phase growth.
Was. No defects were confirmed by TEM observation. In addition,
Co-etching (K2Cr2O 7To HF + H2Diluted with O
Undiluted solution undiluted solution: HF: H2Liquid diluted with O = 1: 2: 3
Defects are revealed even after etching for 3 min.
There was no.

【0020】次に図1(c)に示すように、該単結晶シ
リコン層3を0.5μm厚のSiO 2 層5を表面に有す
るシリコンウエハー6と貼りあわせ、N2 雰囲気中10
00℃2hrの熱処理で完全に接着させた。イオン注入
の後結晶性を回復させるために行う熱処理を省略してこ
の接着工程での熱処理のみにしても良い。
Next, as shown in FIG. 1 (c), the single crystal
The recon layer 3 is made of SiO 2 with a thickness of 0.5 μm. 2Has layer 5 on the surface
Bonded with silicon wafer 6210 in the atmosphere
It was completely adhered by heat treatment at 00 ° C. for 2 hours. Ion implantation
The heat treatment to recover the post-crystallinity should be omitted.
Alternatively, only the heat treatment in the bonding step may be performed.

【0021】次に図1(d)に示すように、49%H
F:70%HNO3 :CH3 COOH=1.2:10:
10液で基板裏面よりエッチングして多孔質シリコンを
露出させた後、49%HF:30%H2 2 =1:5液
で多孔質シリコンをエッチングして除去しSOI基板を
作製した。
Next, as shown in FIG. 1D, 49% H
F: 70% HNO 3 : CH 3 COOH = 1.2: 10:
After etching the back surface of the substrate with 10 liquid to expose the porous silicon, the porous silicon was removed by etching with 49% HF: 30% H 2 O 2 = 1: 5 liquid to manufacture an SOI substrate.

【0022】本発明により作製したSOIのシリコン層
中には、従来の特開平5−21338号公報で開示され
た手法で作製したSOIシリコン層中に見られた膜厚方
向に貫通する欠陥部は見いだされず、貼りあわせ界面で
の空隙の形成も従来の1/3まで抑制することができ
た。 〔実施例2〕図2(a)〜(d)に本発明の半導体基板
の作製方法の第2実施例の製造工程の断面図を示す。
In the SOI silicon layer manufactured according to the present invention, the defect portion penetrating in the film thickness direction, which is seen in the SOI silicon layer manufactured by the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-21338, is formed. It was not found, and the formation of voids at the bonding interface could be suppressed to 1/3 of the conventional case. [Embodiment 2] FIGS. 2A to 2D are sectional views showing the manufacturing steps of the second embodiment of the method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention.

【0023】図2(a)に示すように、5インチ〈00
1〉単結晶シリコンウエハー1をHF水溶液中とアルコ
ールの混合溶液中で陽極化成して多孔質化して、多孔質
シリコン層2を形成した後、CVD法により多孔質シリ
コン層2上にエピタキシャルシリコン層3を成長させ
る。該シリコン層3には[011]方向、[134]方
向および[112]方向をもつ転位線4が透過電子顕微
鏡により確認された。
As shown in FIG. 2A, 5 inches <00
1> Single-crystal silicon wafer 1 is anodized in a mixed solution of HF aqueous solution and alcohol to be porous to form porous silicon layer 2, and then epitaxial silicon layer is formed on porous silicon layer 2 by CVD method. Grow 3 Dislocation lines 4 having [011] direction, [134] direction and [112] direction were confirmed in the silicon layer 3 by a transmission electron microscope.

【0024】該シリコン層3の結晶の転位線方向以外の
チャネリング方位に対して1°以内の方向からSi+
オン、C+ イオン、Ge+ イオンまたはPb+ イオンを
1×1013〜1×1014atoms/cm2 注入する。
注入方位としては〈111〉よりは〈100〉が好まし
い。注入イオンはチャネリングするため、転位位置の原
子のみと衝突し転位を含む近傍を非晶質化する。また、
TEMの観察では欠陥は見られず、非晶質領域が点在す
ることを確認した。またそのほかの領域では単結晶であ
ることを電子線回折により確認した。注入イオンとの衝
突により非晶質化する時、注入イオンはその位置にとど
まるため、注入イオンとしてはシリコンと同じIV族のイ
オンを用いるのが望ましい。または、不活性ガスのイオ
ンも使うことができる。図2(b)に示すように、イオ
ン注入の後、N2 雰囲気で1000℃2hrの熱処理を
行ない、非晶質部の結晶性を固相成長により回復させ
た。TEM観察では欠陥は確認されなかった。また、セ
コエッチング(K2 Cr2 7 をHF+H2 Oで希釈し
た原液を原液:HF:H2 O=1:2:3で希釈した液
中で3minエッチング)でも欠陥が顕在化されること
はなかった。
Other than the dislocation line direction of the crystal of the silicon layer 3
Si from a direction within 1 ° to the channeling direction+I
On, C+Ion, Ge+Ion or Pb+Ion
1 × 1013~ 1 × 1014atoms / cm2inject.
<100> is preferable to <111> as the injection direction.
Yes. Since the implanted ions are channeled, the
It collides with only the child and amorphizes the vicinity including dislocations. Also,
No defects are observed by TEM observation, and amorphous regions are scattered.
I was sure that. In other areas, it is a single crystal.
It was confirmed by electron diffraction. Impulse with injected ions
When it becomes amorphous due to a collision, the implanted ions remain at that position.
Therefore, the implanted ions are the same group IV ions as silicon.
It is preferable to use ON. Or, the inert gas Io
Can also be used. As shown in FIG. 2 (b),
N after injection2Heat treatment at 1000 ° C for 2 hours in an atmosphere
To recover the crystallinity of the amorphous part by solid phase growth.
Was. No defects were confirmed by TEM observation. In addition,
Co-etching (K2Cr2O 7To HF + H2Diluted with O
Undiluted solution undiluted solution: HF: H2Liquid diluted with O = 1: 2: 3
Defects are revealed even after etching for 3 min.
There was no.

【0025】次に図2(c)に示すように、該単結晶シ
リコン層3を少なくとも表面に酸化アルミ層7を有する
アルミ基板等の第2の基体8と貼りあわせた後、N2
囲気中1000℃,2hrの熱処理により密着させた。
Next, as shown in FIG. 2 (c), the single crystal silicon layer 3 is bonded to a second substrate 8 such as an aluminum substrate having an aluminum oxide layer 7 on at least the surface thereof, and then in a N 2 atmosphere. It was made to adhere by heat treatment at 1000 ° C. for 2 hours.

【0026】次に図2(d)に示すように、49%H
F:70%HNO3 :CH3 COOH=1.2:10:
10液で基板裏面よりエッチングして多孔質シリコンを
露出させた後、49%HF:30%H2 2 =1:5液
で多孔質シリコンをエッチングして除去し結晶欠陥のな
いSOI基板を作製した。
Next, as shown in FIG. 2D, 49% H
F: 70% HNO 3 : CH 3 COOH = 1.2: 10:
After etching the back surface of the substrate with 10 liquid to expose the porous silicon, 49% HF: 30% H 2 O 2 = 1: 5 liquid is used to etch and remove the porous silicon to obtain an SOI substrate without crystal defects. It was made.

【0027】第2の基体としてサファイアを用いること
ができる。この場合の製造工程の断面図を図3(a)〜
(d)に示した。図中、9はサファイア基板を示す。
Sapphire can be used as the second substrate. 3A to 3C are cross-sectional views of the manufacturing process in this case.
It is shown in (d). In the figure, 9 indicates a sapphire substrate.

【0028】以上説明した各実施例では、結晶欠陥をな
くした後に第2の基体と貼りあわせているため、半導体
層と絶縁層の界面の急峻性は良く、イオン注入により界
面に導入される凹凸に伴うキャリヤ移動度の低下を改善
することができる。
In each of the embodiments described above, since the crystal defects are eliminated and the second substrate is bonded to the second substrate, the steepness of the interface between the semiconductor layer and the insulating layer is good, and the unevenness introduced into the interface by ion implantation is good. It is possible to improve the decrease in carrier mobility due to.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来問題とされていたSOI基板等での結晶欠陥の残留を
低減でき、半導体特性を向上できる。また、従来手法で
はイオン注入に伴い導入される単結晶層と絶縁層近傍で
の原子撹拌が本発明では抑えられるため、新たな界面準
位の発生による半導体特性の低下も回避できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to reduce residual crystal defects in an SOI substrate or the like, which has been a problem in the past, and to improve semiconductor characteristics. Further, according to the present invention, atomic agitation in the vicinity of the single crystal layer and the insulating layer, which is introduced by ion implantation in the conventional method, is suppressed in the present invention, so that deterioration of semiconductor characteristics due to generation of a new interface state can be avoided.

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

【図1】(a)〜(d)は、本発明の半導体基板の作製
方法の第1実施例の製造工程の断面図である。
1A to 1D are cross-sectional views of a manufacturing process of a first embodiment of a method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention.

【図2】(a)〜(d)は、本発明の半導体基板の作製
方法の第2実施例の製造工程の断面図である。
2A to 2D are cross-sectional views of a manufacturing process of a second embodiment of the method for manufacturing a semiconductor substrate of the present invention.

【図3】(a)〜(d)は、第2の基体としてサファイ
アを用いた場合の製造工程の断面図である。
3A to 3D are cross-sectional views of a manufacturing process when sapphire is used as the second substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 単結晶シリコンウエハー 2 多孔質シリコン層 3 エピタキシャルシリコン層 4 転位線(結晶欠陥) 5 SiO2 層 6 シリコンウエハー 7 酸化アルミ層 8 アルミ基板 9 サファイア基板1 Single Crystal Silicon Wafer 2 Porous Silicon Layer 3 Epitaxial Silicon Layer 4 Dislocation Lines (Crystal Defects) 5 SiO 2 Layer 6 Silicon Wafer 7 Aluminum Oxide Layer 8 Aluminum Substrate 9 Sapphire Substrate

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の基体上に形成された半導体層を第
2の基体と貼りあわせた後、第1の基体を半導体層を残
して選択的に除去する半導体基板の作製方法において、 両基体の貼りあわせに先立ち、少なくとも第1の基体上
の半導体層中に存在する結晶欠陥を選択的に非晶質化し
た後、融点より小さい温度で熱処理することにより非晶
質領域を再結晶化させたことを特徴とする半導体基板の
作製方法。
1. A method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising: bonding a semiconductor layer formed on a first substrate to a second substrate; and then selectively removing the first substrate while leaving the semiconductor layer. Prior to bonding the substrates, at least crystal defects existing in the semiconductor layer on the first substrate are selectively amorphized, and then a heat treatment is performed at a temperature lower than the melting point to recrystallize the amorphous regions. A method for manufacturing a semiconductor substrate, wherein the method comprises:
【請求項2】 前記第1の基体は少なくとも表面に多孔
質層を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体
基板の作製方法。
2. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the first substrate has a porous layer on at least a surface thereof.
【請求項3】 前記第2の基体は少なくとも表面に酸化
シリコン層を有することを特徴とする請求項1に記載の
半導体基板の作製方法。
3. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the second substrate has a silicon oxide layer on at least a surface thereof.
【請求項4】 前記第2の基体は少なくとも表面に酸化
アルミ層を有することを特徴とする請求項1に記載の半
導体基板の作製方法。
4. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the second substrate has an aluminum oxide layer on at least a surface thereof.
【請求項5】 前記第2の基体はサファイアであること
を特徴とする請求項1に記載の半導体基板の作製方法。
5. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the second substrate is sapphire.
【請求項6】 前記結晶欠陥の選択的非晶質化は、前記
半導体層へのチャネリングイオン打ち込みにより行なう
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体基板の作製方
法。
6. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the selective amorphization of the crystal defects is performed by implanting channeling ions into the semiconductor layer.
【請求項7】 前記結晶欠陥の選択的非晶質化は、前記
半導体層に存在する転位線以外の方向からのチャネリン
グイオン打ち込みにより行なうことを特徴とする請求項
6に記載の半導体基板の作製方法。
7. The production of a semiconductor substrate according to claim 6, wherein the selective amorphization of the crystal defects is performed by channeling ion implantation from a direction other than a dislocation line existing in the semiconductor layer. Method.
【請求項8】 前記チャネリングイオン打ち込みは、前
記半導体層を構成する元素と同族の元素のイオンないし
は不活性ガスのイオンによるものであることを特徴とす
る請求項6又は請求項7に記載の半導体基板の作製方
法。
8. The semiconductor according to claim 6, wherein the channeling ion implantation is performed by an ion of an element in the same group as an element forming the semiconductor layer or an ion of an inert gas. Substrate manufacturing method.
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