JPH10326882A - Semiconductor substrate and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor substrate and manufacture thereof

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JPH10326882A
JPH10326882A JP10072006A JP7200698A JPH10326882A JP H10326882 A JPH10326882 A JP H10326882A JP 10072006 A JP10072006 A JP 10072006A JP 7200698 A JP7200698 A JP 7200698A JP H10326882 A JPH10326882 A JP H10326882A
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porous
porous layer
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semiconductor substrate
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信彦 佐藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an SOI wafer of high quality with superior controllability, productivity and economy, and a wafer manufactured in the method. SOLUTION: In a wafer manufactured by bonding, after bonding, separating at a high porosity layer interface in a porous region 1 which is formed on the principal surface of a first Si substrate 2 and contains a low porosity thin layer 12 and a high porosity layer 13, a nonporous layer 14 is moved/mounted on a second substrate 3. After separating with the high porosity layer, the remaining low porosity thin layer 12 is made nonporous without utilizing selective etching by a smoothening process, such as hydrogen annealing.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板の作製
方法に関し、更に詳しくは、誘電体分離層あるいは、絶
縁物上の単結晶半導体又はSi基板上の単結晶化合物半
導体の層に電子デバイス、集積回路を形成するに適した
半導体基板の作製方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate, and more particularly, to a method for forming an electronic device on a dielectric isolation layer or a single crystal semiconductor on an insulator or a single crystal compound semiconductor on a Si substrate. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate suitable for forming an integrated circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】絶縁物上の単結晶Si半導体層の形成
は、セミコンダクタ・オン・インシュレーター(SO
I)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S
OI技術を利用したデバイスが有することから多くの研
究が成されてきた。すなわち、SOI技術を利用するこ
とで、 1.誘電体分離が容易で高集積化が可能、 2.対放射線耐性に優れている、 3.浮遊容量が低減され高速化が可能、 4.ウエル工程が省略できる、 5.ラッチアップを防止できる、 6.薄膜化による完全空乏型電界効果トランジスタが可
能、等の優位点が得られる。これらは例えば以下の文献
に詳しい。Special Issue:"Single-crystal silicon on
non-single-crystal insulators"; edited by G.W.Cul
len, Journal of Crystal Growth, Vol.63, No.3, pp.4
29-590 (1983) さらに、ここ数年においては、SOI基板が、MOSF
ETの高速化、低消費電力化を実現する基板として多く
の報告がなされている。(IEEE SOIconfe
rence 1994) また、SOI構造を用いると
素子の下部に絶縁層があるので、バルクSiウエハ上に
素子を形成する場合と比べて、素子分離プロセスが単純
化できる結果、デバイスプロセス工程が短縮される。す
なわち、高性能化と合わせて、バルクSi上のMOSF
ET、ICに比べて、ウエハコスト、プロセスコストの
トータルでの低価格化が期待されている。
2. Description of the Related Art The formation of a single-crystal Si semiconductor layer on an insulator is performed by using a semiconductor-on-insulator (SO
I) The advantages of S, which are widely known as technologies and cannot be achieved with a bulk Si substrate for fabricating a normal Si integrated circuit,
Much research has been done on the use of devices utilizing OI technology. That is, by using the SOI technology, 1. Dielectric separation is easy and high integration is possible. 2. Excellent radiation resistance. 3. Higher speed due to reduced stray capacitance. 4. Well step can be omitted; 5. Latch-up can be prevented. Advantages such as the possibility of a fully depleted field-effect transistor by thinning can be obtained. These are described in detail in the following documents, for example. Special Issue: "Single-crystal silicon on
non-single-crystal insulators "; edited by GWCul
len, Journal of Crystal Growth, Vol. 63, No. 3, pp. 4
29-590 (1983) In recent years, SOI substrates have
Many reports have been made as substrates for realizing high-speed ET and low power consumption. (IEEE SOIConfe
Further, since the use of the SOI structure has an insulating layer below the device, the device isolation process can be simplified as compared with the case where the device is formed on a bulk Si wafer, and the device process process is shortened. . That is, the MOSF on the bulk Si
Compared with ETs and ICs, a reduction in the total cost of wafers and process costs is expected.

【0003】なかでも完全空乏型MOSFETは駆動力
の向上による高速化、低消費電力化が期待されている。
MOSFETの閾値電圧(Vth)は一般的にはチャネ
ル部の不純物濃度により決定されるが、SOIを用いた
完全空乏型(FD;Fully Depleted)M
OSFETの場合には空乏層厚がSOIの膜厚の影響も
受けることになる。したがって、大規模集積回路を歩留
まりよく作るためには、SOI膜厚の均一性が強く望ま
れていた。
[0003] Above all, a fully depleted MOSFET is expected to achieve higher speed and lower power consumption by improving the driving force.
The threshold voltage (Vth) of a MOSFET is generally determined by the impurity concentration of a channel portion, but is completely depleted (FD) using SOI.
In the case of OSFET, the thickness of the depletion layer is also affected by the thickness of the SOI. Therefore, in order to produce a large-scale integrated circuit with high yield, uniformity of the SOI film thickness has been strongly desired.

【0004】また、化合物半導体上のデバイスはSiで
は得られない高い性能、たとえば、高速、発光などの特
徴を持っている。現在は、これらのデバイスはほとんど
GaAs等の化合物半導体基板上にエピタキシャル成長
をしてその中に作り込まれている。しかし、化合物半導
体基板は、高価で、機械的強度が低く、大面積ウエハは
作製が困難などの問題点がある。
[0004] Devices on compound semiconductors have high performance that cannot be obtained with Si, such as high speed and light emission. At present, most of these devices are formed by epitaxial growth on a compound semiconductor substrate such as GaAs. However, compound semiconductor substrates have problems such as being expensive, having low mechanical strength, and making it difficult to manufacture large-area wafers.

【0005】このようなことから、安価で、機械的強度
も高く、大面積ウエハが作製できるSiウエハ上に、化
合物半導体をヘテロエピタキシャル成長させる試みがな
されている。
[0005] For these reasons, attempts have been made to heteroepitaxially grow compound semiconductors on Si wafers, which are inexpensive, have high mechanical strength, and can produce large-area wafers.

【0006】SOI基板の形成に関する研究は1970
年代頃から盛んであった。初期には、絶縁物であるサフ
ァイア基板の上に単結晶Siをヘテロエピタキシャル成
長する方法(SOS:Sapphire on Silicon)や、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(FIPOS:Fully Isolation by PorousOxi
dized Silicon)、酸素イオン注入法がよく研究され
た。
A study on the formation of SOI substrates was conducted in 1970.
It has been active since the age of. Initially, a method of heteroepitaxially growing single-crystal Si on a sapphire substrate, which is an insulator (SOS: Sapphire on Silicon), or a method of forming an SOI structure by dielectric isolation by oxidation of porous Si (FIPOS: Fully Isolation by PorousOxi
dized Silicon), an oxygen ion implantation method has been well studied.

【0007】FIPOS法は、P型Si単結晶基板表面
にN型Si層を、プロトンのイオン打ち込み、(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−ニングによって島状に
形成し、表面よりSi島を囲むようにHF溶液中の陽極
化成法によりP型Si基板のみを多孔質化したのち、増
速酸化によりN型Si島を誘電体分離する方法である。
本方法では、分離されているSi領域は、デバイス工程
の前に決定されており、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。
In the FIPOS method, an N-type Si layer is ion-implanted with protons on the surface of a P-type Si single crystal substrate (Imai et al., J. Crystal Growth, Vol. 63, 547 (1983)), or epitaxial growth and patterning are performed. After forming only the P-type Si substrate into a porous form by anodizing in an HF solution so as to surround the Si island from the surface, the N-type Si island is dielectrically separated by accelerated oxidation. Is the way.
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.

【0008】酸素イオン注入法は、K.Izumiによ
って始めて報告されたSIMOXと呼ばれる方法であ
る。Siウエハに酸素イオンを1017〜1018/cm2
程度注入したのち、アルゴン・酸素雰囲気中で1320
℃程度の高温でアニールする。その結果、イオン注入の
投影飛程(Rp)に相当する深さを中心に注入された酸
素イオンがSiと結合して酸化Si層が形成される。そ
の際、酸化Si層の上部の酸素イオン注入によりアモル
ファス化したSi層も再結晶化して、単結晶Si層とな
る。表面のSi層中に含まれる欠陥は従来105/cm2
と多かったが、酸素の打ち込み量を4×1017/cm2
付近にすることで、〜102/cm2まで低減することに
成功している。しかしながら、酸化Si層の膜質、表面
Si層の結晶性等を維持できるような注入エネルギー、
注入量の範囲が狭いために、表面Si層、埋め込み酸化
Si層(BOX;Burried Oxide)の膜厚は特定の値に
制限されていた。所望の膜厚の表面Si層を得るために
は、犠牲酸化、ないしは、エピタキシャル成長すること
が必要であった。その場合、膜厚の分布には、これらの
プロセスによる劣化分が重畳される結果、膜厚均一性が
劣化するという問題点がある。
The oxygen ion implantation method is described in K. This is a method called SIMOX first reported by Izumi. Oxygen ions are introduced into the Si wafer at 10 17 to 10 18 / cm 2
About 1320 in an argon / oxygen atmosphere.
Anneal at a high temperature of about ° C. As a result, oxygen ions implanted around the depth corresponding to the projection range (Rp) of the ion implantation are combined with Si to form an Si oxide layer. At this time, the Si layer which has been made amorphous by oxygen ion implantation on the upper part of the Si oxide layer is also recrystallized to become a single crystal Si layer. Defects contained in the surface Si layer are conventionally 10 5 / cm 2
But the amount of oxygen implanted was 4 × 10 17 / cm 2
By near, it has been successfully reduced to ~10 2 / cm 2. However, implantation energy that can maintain the film quality of the silicon oxide layer, the crystallinity of the surface Si layer, and the like,
Since the range of the implantation amount is narrow, the film thicknesses of the surface Si layer and the buried oxide Si layer (BOX; Burried Oxide) are limited to specific values. In order to obtain a surface Si layer having a desired film thickness, sacrificial oxidation or epitaxial growth was necessary. In this case, there is a problem in that the uniformity of the film thickness is deteriorated as a result of superimposing the deterioration due to these processes on the distribution of the film thickness.

【0009】また、BOXにはパイプと呼ばれる酸化S
iの形成不良領域が存在することが報告されている。こ
の原因のひとつとしては、注入時のダスト等の異物が考
えられている。パイプの存在する部分では活性層と支持
基板の間のリークによりデバイス特性の劣化が生じてし
まう。
[0009] The BOX has an oxidized S called a pipe.
It has been reported that a poorly formed region i exists. One of the causes is considered to be foreign matter such as dust at the time of injection. In the portion where the pipe is present, device characteristics deteriorate due to leakage between the active layer and the supporting substrate.

【0010】SIMOXのイオン注入は前述の通り、通
常の半導体プロセスで使用するイオン注入と比べ注入量
が多いため、専用の装置が開発されてもなお、注入時間
は長い。イオン注入は所定の電流量のイオンビームをラ
スタースキャンして、あるいは、ビームを拡げて行われ
るため、ウエハの大面積化に伴い、注入時間の増大が想
定される。また、大面積ウエハの高温熱処理では、ウエ
ハ内の温度分布によるスリップの発生などの問題がより
シビアになることが指摘されている。SIMOXでは1
300℃以上というSi半導体プロセスでは通常使用し
ない高温での熱処理が必須であることから、装置開発、
金属汚染、スリップなど克服すべき問題の重要性がさら
に大きくなることが懸念されている。
As described above, SIMOX ion implantation requires a larger amount of ion implantation than the ion implantation used in a normal semiconductor process. Therefore, even if a dedicated apparatus is developed, the implantation time is long. Since the ion implantation is performed by raster-scanning or expanding the ion beam having a predetermined current amount, the implantation time is expected to increase with an increase in the area of the wafer. In addition, it has been pointed out that in the high-temperature heat treatment of a large-area wafer, problems such as generation of slip due to temperature distribution in the wafer become more severe. 1 for SIMOX
In the Si semiconductor process of 300 ° C. or higher, heat treatment at a high temperature that is not usually used is essential.
There is concern that the issues to be overcome, such as metal contamination and slippage, will become even more important.

【0011】また、上記のような従来のSOIの形成方
法とは別に、近年、Si単結晶基板を、熱酸化した別の
Si単結晶基板に、熱処理又は接着剤を用いて張り合
せ、SOI構造を形成する方法が注目を浴びている。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μmもの厚さのSi単結晶
基板をμmオ−ダ−かそれ以下に薄膜化する必要があ
る。この薄膜化には以下のように3種類の方法がある。
In addition to the conventional SOI forming method as described above, in recent years, a Si single crystal substrate is bonded to another thermally oxidized Si single crystal substrate using a heat treatment or an adhesive to form an SOI structure. The method of forming has attracted attention. This method requires that the active layer for the device be uniformly thinned. That is, it is necessary to reduce the thickness of a Si single crystal substrate having a thickness of several hundred μm to the order of μm or less. There are three methods for reducing the thickness as follows.

【0012】1.研磨による薄膜化 2.局所プラズマエッチングによる薄膜化 3.選択エッチングによる薄膜化 方法1の研磨では均一に薄膜化することが困難である。
特にサブμmの薄膜化は、ばらつきが数十%にもなって
しまい、この均一化は大きな問題となっている。さらに
ウエハの大口径化が進めばその困難度は増すばかりであ
る。
1. 1. Thinning by polishing 2. Thinning by local plasma etching Thinning by Selective Etching It is difficult to achieve a uniform thinning by the polishing method 1.
In particular, when the thickness is reduced to sub-μm, the variation becomes several tens%, and the uniformity is a serious problem. Further, as the diameter of the wafer increases, the difficulty only increases.

【0013】方法2は、あらかじめ1〜3μm程度まで
1の研磨による方法で薄膜化したのち、膜厚分布を全面
で多点測定しておいてから、この膜厚分布にもとづい
て、直径数mmのSF6などを用いたプラズマをスキャ
ンさせることにより膜厚分布を補正しながらエッチング
して、所望の膜厚まで薄膜化する。この方法では膜厚分
布を±10nm程度にできることが報告されている。し
かし、プラズマエッチングの際に基板上異物(パーティ
クル)があるとこの異物がエッチングマスクとなるため
に基板上に突起が形成されてしまう。
In the method 2, a film is first thinned to a thickness of about 1 to 3 μm by a single polishing method, and then the film thickness distribution is measured at multiple points over the entire surface. Etching is performed while correcting the film thickness distribution by scanning a plasma using SF 6 or the like to reduce the film thickness to a desired film thickness. It is reported that this method can make the film thickness distribution approximately ± 10 nm. However, if foreign matter (particles) is present on the substrate during plasma etching, the foreign matter serves as an etching mask, so that a projection is formed on the substrate.

【0014】エッチング直後には表面が荒れているため
に、プラズマエッチング終了後にタッチポリッシングが
必要であるが、ポリッシング量の制御は時間管理によっ
て行われるので、最終膜厚の制御、および、ポリッシン
グによる膜厚分布の劣化が指摘されている。さらに研磨
ではコロイダルシリカ等の研磨剤が直接に活性層になる
表面を擦るので、研磨による破砕層の形成、加工歪みの
導入も懸念されている。さらにウエハが大面積化された
場合にはウエハ面積の増大に比例して、プラズマエッチ
ング時間が増大するため、スループットの著しい低下も
懸念される。
Since the surface is rough immediately after the etching, touch polishing is required after the plasma etching is completed. However, since the control of the polishing amount is performed by time management, the final film thickness is controlled, and the film by the polishing is controlled. Deterioration of thickness distribution has been pointed out. Further, in the polishing, since an abrasive such as colloidal silica directly rubs the surface to be the active layer, there is a concern about formation of a crushed layer and introduction of processing distortion by polishing. Further, when the area of the wafer is increased, the plasma etching time increases in proportion to the increase of the wafer area, and there is a concern that the throughput may be significantly reduced.

【0015】方法3は、あらかじめ薄膜化する基板に選
択エッチング可能な膜構成をつくり込んでおく方法であ
る。例えば、P型基板上にボロンを1019/cm3以上
の濃度に含んだP+Siの薄層とP型Siの薄層をエピ
タキシャル成長などの方法で積層し、第1の基板とす
る。これを酸化膜等の絶縁層を介して、第2の基板と貼
り合わせたのち、第1の基板の裏面を、研削、研磨で予
め薄くしておく。その後、P型層の選択エッチングで、
+層を露出、さらにP+層の選択エッチングでP型層を
露出させ、SOI構造を完成させるものである。この方
法はMaszaraの報告に詳しい(W.P.Maszara, J.E
lectrochem.Soc., Vol.138, 341(1991))。
Method 3 is a method in which a film structure that can be selectively etched is formed in advance on a substrate to be thinned. For example, a thin layer of P + Si containing boron at a concentration of 10 19 / cm 3 or more and a thin layer of P-type Si are stacked on a P-type substrate by a method such as epitaxial growth to form a first substrate. After bonding this to the second substrate via an insulating layer such as an oxide film, the back surface of the first substrate is thinned in advance by grinding and polishing. Then, by selective etching of the P-type layer,
The P + layer is exposed, and the P type layer is exposed by selective etching of the P + layer to complete the SOI structure. This method is detailed in the report of Maszara (WPMaszara, JE
electrochem. Soc., Vol. 138, 341 (1991)).

【0016】選択エッチングは均一な薄膜化に有効とさ
れているが、次のような問題がある。 ・せいぜい102程度と選択比が十分でない。 ・エッチング後の表面性が悪いため、エッチング後にタ
ッチポリッシュが必要。しかし、その結果、膜厚が減少
するとともに、膜厚均一性も劣化しやすい。特にポリッ
シングは時間によって研磨量を管理するが、研磨速度の
ばらつきが大きいため、研磨量の制御が困難。したがっ
て、100nmというような極薄SOI層の形成におい
て、特に問題となる。 ・イオン注入、高濃度BドープSi層上のエピタキシャ
ル成長あるいはヘテロエピタキシャル成長を用いている
ためSOI層の結晶性が悪い。また、被貼り合わせ面の
表面性も通常のSiウエハより劣る。
Although selective etching is effective for uniform thinning, it has the following problems. - at most 10 2 about the selection ratio is not sufficient. -Touch polish is required after etching due to poor surface properties after etching. However, as a result, as the film thickness decreases, the film thickness uniformity tends to deteriorate. Particularly, in polishing, the polishing amount is controlled depending on the time. However, since the polishing rate varies widely, it is difficult to control the polishing amount. Therefore, there is a particular problem in forming an ultra-thin SOI layer having a thickness of 100 nm. The crystallinity of the SOI layer is poor because ion implantation, epitaxial growth on a high concentration B-doped Si layer or heteroepitaxial growth is used. Further, the surface properties of the surface to be bonded are inferior to those of a normal Si wafer.

【0017】以上のことは、C. Harendt, et al., J.El
ect. Mater. Vol.20, 267 (1991),H. Baumgart, et a
l., Proceeding of the 1st International Symposium
on Semiconductor Wafer Bonding: Science, Technolog
y and Applications, (The Electrochemical Society)
Vol.92-7, p.375, C. E. Hunt et al., Proceeding oft
he 1st International Symposium on Semiconductor Wa
fer Bonding: Science, Technology and Applications,
(The Electrochemical Society) Vol.92-7, p.165に報
告されている。
The above is described in C. Harendt, et al., J. El.
ect. Mater. Vol. 20, 267 (1991), H. Baumgart, et a.
l., Proceeding of the 1st International Symposium
on Semiconductor Wafer Bonding: Science, Technolog
y and Applications, (The Electrochemical Society)
Vol.92-7, p.375, CE Hunt et al., Proceeding oft
he 1st International Symposium on Semiconductor Wa
fer Bonding: Science, Technology and Applications,
(The Electrochemical Society) Vol.92-7, p.165.

【0018】また、選択エッチングの選択性はボロン等
の不純物の濃度差とその深さ方向プロファイルの急峻性
に大きく依存している。したがって、貼り合わせ強度を
高めるための高温のボンディングアニールや結晶性を向
上させるために高温のエピタキシャル成長を行ったりす
ると、不純物濃度の深さ方向分布が拡がり、エッチング
の選択性が劣化してしまう。すなわち、エッチングの選
択比の向上と結晶性および貼り合わせ強度の向上との両
立は困難であった。
The selectivity of the selective etching largely depends on the concentration difference of impurities such as boron and the steepness of the profile in the depth direction. Therefore, when a high-temperature bonding anneal for increasing the bonding strength or a high-temperature epitaxial growth for improving the crystallinity are performed, the depth direction distribution of the impurity concentration is widened, and the etching selectivity is deteriorated. That is, it has been difficult to achieve both the improvement of the etching selectivity and the improvement of the crystallinity and the bonding strength.

【0019】最近、米原らはかかる問題点を解決し、膜
厚均一性や結晶性に優れ、バッチ処理が可能な貼り合わ
せSOIを報告した(T. Yonehara et al., Appl. Phy
s. Letter Vol.64, 2108(1994))。この方法は、Si基
板上31の多孔質層32を選択エッチングの材料として
用いる。多孔質層の上に非多孔質単結晶Si層33をエ
ピタキシャル成長した後、酸化Si層(絶縁膜)35を
介して第2の基板34と貼り合わせる(図5の
(a))。第1の基板を裏面より研削等の方法で薄層化
し、基板全面において多孔質Siを露出させる(図5の
(b))。露出させた多孔質SiはKOH、HF+H2
2などの選択エッチング液によりエッチングして除去
する(図5の(c))。このとき、多孔質Siのバルク
Si(非多孔質単結晶Si)に対するエッチングの選択
比を10万倍と十分に高くできるので、あらかじめ多孔
質上に成長した非多孔質単結晶Si層を膜厚を殆ど減じ
ることなく、第2の基板の上に残し、SOI基板を形成
することができる。したがって、SOIの膜厚均一性は
エピタキシャル成長時にほぼ決定づけられる。エピタキ
シャル成長は通常半導体プロセスで使用されるCVD装
置が使用できるので、佐藤らの報告(SSDM95)に
よれば、その均一性は例えば100nm±2%以内が実
現されている。また、エピタキシャルSi層の結晶性も
良好で3.5×102/cm2が報告された。
Recently, Yonehara et al. Solved such a problem and reported a bonded SOI having excellent film thickness uniformity and crystallinity and capable of batch processing (T. Yonehara et al., Appl. Phy.
s. Letter Vol. 64, 2108 (1994)). In this method, the porous layer 32 on the Si substrate 31 is used as a material for selective etching. After the non-porous single-crystal Si layer 33 is epitaxially grown on the porous layer, the non-porous single-crystal Si layer 33 is bonded to the second substrate 34 via the Si oxide layer (insulating film) 35 (FIG. 5A). The first substrate is thinned from the back surface by grinding or the like to expose the porous Si over the entire surface of the substrate (FIG. 5B). The exposed porous Si is KOH, HF + H 2
It is removed by etching with a selective etching solution such as O 2 (FIG. 5C). At this time, the etching selectivity of the porous Si to the bulk Si (non-porous single-crystal Si) can be sufficiently increased to 100,000 times, so that the non-porous single-crystal Si layer previously grown on the porous layer has a thickness of 100 nm. Can be left on the second substrate without substantially reducing the SOI substrate. Therefore, the thickness uniformity of the SOI is substantially determined during the epitaxial growth. Since epitaxial growth can use a CVD apparatus usually used in a semiconductor process, according to a report by Sato et al. (SSDM95), the uniformity is realized within, for example, 100 nm ± 2%. In addition, the crystallinity of the epitaxial Si layer was good, and 3.5 × 10 2 / cm 2 was reported.

【0020】多孔質SiはUhlir等によって195
6年に半導体の電解研磨の研究過程において発見された
(A.Uhlir, Bell Syst. Tech. J., Vol.35 333(195
6))。多孔質SiはSi基板をHF溶液中で陽極化成
(Anodization)することにより形成するこ
とができる。多孔質Siとはさながらスポンジのように
バルクSi中に電解エッチングによって微小な孔が形成
されたものであって、陽極化成の条件、Siの比抵抗に
よって異なるが、直径数nm程度の孔が例えば1011
/cm2程度の密度で形成されたものである。
[0020] Porous Si is manufactured by Uhlir et al.
It was discovered in the research process of electropolishing of semiconductors in 6 years (A. Uhlir, Bell Syst. Tech. J., Vol. 35 333 (195
6)). Porous Si can be formed by anodizing a Si substrate in an HF solution. Porous Si is fine pores formed by electrolytic etching in bulk Si like sponge just like sponge. Depending on the conditions of anodization and the specific resistance of Si, pores having a diameter of about several nm It is formed at a density of about 10 11 / cm 2 .

【0021】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.Unagami, J. Electrochem. Soc., Vol.127, 476
(1980))。
Unagami et al. Studied the dissolution reaction of Si in anodization and reported that the anodic reaction of Si in an HF solution requires holes, and the reaction is as follows (T .Unagami, J. Electrochem. Soc., Vol. 127, 476
(1980)).

【0022】Si+2HF+(2−n)e+ → Si
2+2H++ne- SiF2+2HF → SiF4+H2 SiF4+2HF → H2SiF6 または、 Si+4HF+(4−λ)e+ → SiF4+4H+
λe- SiF4+2HF → H2SiF6 ここで、e+およびe-はそれぞれ正孔と電子を表してい
る。また、nおよびλはそれぞれ1原子のSiが溶解す
るために必要な正孔の数であり、n>2またはλ>4な
る条件が満たされた場合に多孔質Siが形成されるとし
ている。
Si + 2HF + (2-n) e + → Si
F 2 + 2H + + ne - SiF 2 + 2HF → SiF 4 + H 2 SiF 4 + 2HF → H 2 SiF 6 or, Si + 4HF + (4- λ) e + → SiF 4 + 4H + +
λe SiF 4 + 2HF → H 2 SiF 6 Here, e + and e represent a hole and an electron, respectively. Further, n and λ are the number of holes required for dissolving one atom of Si, respectively, and it is assumed that porous Si is formed when the condition of n> 2 or λ> 4 is satisfied.

【0023】以上のことから、正孔の存在するP型Si
は多孔質化されるが、N型Siは多孔質化されない。こ
の多孔質化における選択性は長野等および今井によって
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, SSD79-9549(1979))、
(K. Imai, Solid-State Electronics, Vol.24, 159(19
81))。
From the above, it can be seen that P-type Si having holes exists.
Is made porous, but N-type Si is not made porous. The selectivity in this porous formation has been demonstrated by Nagano et al. And Imai (Nagano, Nakajima, Yasuno, Onaka, Kajiwara, IEICE Technical Report, Vol. 79, SSD79-9549 (1979)),
(K. Imai, Solid-State Electronics, Vol. 24, 159 (19
81)).

【0024】従来の方法ではエッチングの選択性は不純
物濃度の差とその深さ方向のプロファイルによっていた
ため、濃度分布を拡げてしまう熱処理の温度(貼り合わ
せ、エピタキシャル成長、酸化等)は概ね800℃以下
と大きく制約されていた。一方、この方法におけるエッ
チングは多孔質とバルクという構造の差がエッチングの
速度を決めているため、熱処理温度の制約は小さく、1
180℃程度の熱処理が可能であることが報告されてい
る。例えば貼り合わせ後の熱処理は、ウエハ同士の接着
強度を高め、貼り合わせ界面に生じる空隙(void)
の数、大きさを減少させることが知られている。また、
斯様な構造差にもとづくエッチングでは多孔質Si上に
付着したパーティクルがあっても、これが膜厚均一性に
影響を及ぼさない。
In the conventional method, the selectivity of etching depends on the difference in impurity concentration and the profile in the depth direction. Therefore, the temperature of heat treatment (bonding, epitaxial growth, oxidation, etc.) for expanding the concentration distribution is generally 800 ° C. or less. Was greatly restricted. On the other hand, in the etching in this method, since the difference in the structure between porous and bulk determines the etching speed, the restriction of the heat treatment temperature is small and
It is reported that heat treatment at about 180 ° C. is possible. For example, heat treatment after bonding increases the bonding strength between wafers, and voids generated at the bonding interface.
It is known to reduce the number and size of Also,
In the etching based on such a difference in structure, even if particles adhere to porous Si, they do not affect the uniformity of the film thickness.

【0025】また、ガラスに代表される光透過性基板上
には、一般には、その結晶構造の無秩序性から、堆積し
た薄膜Si層は、基板の無秩序性を反映して、非晶質
か、良くて多結晶層にしかならず、高性能なデバイスは
作製できない。それは、基板の結晶構造が非晶質である
ことによっており、単に、Si層を堆積しても、良質な
単結晶層は得られない。
In general, on a light-transmitting substrate represented by glass, the deposited thin-film Si layer is amorphous or amorphous due to the disorder of the crystal structure due to the disorder of the substrate. It is only a polycrystalline layer at best, and a high-performance device cannot be manufactured. This is due to the fact that the crystal structure of the substrate is amorphous, and even if a Si layer is simply deposited, a high-quality single crystal layer cannot be obtained.

【0026】しかしながら、貼り合わせを用いた半導体
基板は、必ず2枚のウエハを必要とし、そのうち1枚は
ほとんど大部分が研磨・エッチング等により無駄に除去
され捨てられてしまい、コストアップの要因となるばか
りか、限りある地球の資源を無駄使いしてしまうことに
なりかねない。
However, a semiconductor substrate using bonding always requires two wafers, and one of them is almost completely wasted and discarded by polishing, etching or the like, which is a factor of cost increase. Not only can it be wasted, but it could waste limited Earth resources.

【0027】貼り合わせを用いるSOIの特徴を活かす
ためには、品質が十分なSOI基板を再現性よく作製す
ると同時にウエハの再使用等による省資源、コストダウ
ンを実現する方法が望まれていた。
In order to take advantage of the characteristics of SOI using bonding, there has been a demand for a method of producing a SOI substrate of sufficient quality with good reproducibility, and at the same time, realizing resource saving and cost reduction by reusing a wafer.

【0028】貼り合わせ法において消費されてしまう、
第1の基板を再利用する方法が最近坂口らによって報告
された(特開平07−302889号公報)。
Consumed in the bonding method,
A method of reusing the first substrate has recently been reported by Sakaguchi et al. (JP-A-07-302889).

【0029】彼らは、前述した多孔質Siを用いる貼り
合わせ、エッチバックする方法において、第1の基板を
裏面より研削、エッチング等の方法で薄層化して多孔質
Siを露出させる工程に代えて以下のような方法を採用
した。
In the method of bonding and etching back using the porous Si described above, they replace the step of grinding and etching the first substrate from the back surface to expose the porous Si by thinning. The following method was adopted.

【0030】第1のSi基板41の表面層を多孔質化し
て多孔質層42にしたのち、その上に単結晶Si層43
を形成し、この単結晶Si層43と第1のSi基板41
とは別の第2のSi基板44の主面とを絶縁層45を界
して貼り合わせる(図6の(a))。この後、貼り合わ
せたウエハを多孔質層で分割し(図6の(b))、第2
のSi基体側の表面に露出した多孔質Si層を選択的に
エッチングにより除去することで、SOI基板を形成す
るのである(図6の(c))。貼り合わせたウエハの分
割は、貼り合わせたウエハに面内に対して垂直方向にさ
らに面内に均一に十分な引っ張り力、ないし、圧力を加
える、超音波等の波動エネルギーを印加する、ウエハ端
面に多孔質層を表出させ、多孔質Siをある程度エッチ
ングし、そこへ剃刀の刃のようなものを挿入する、ウエ
ハ端面に多孔質層を表出させ、多孔質Siに水等の液体
をしみ込ませた後、貼り合わせウエハ全体を加熱あるい
は冷却し液体の膨張させる、あるいは、第1(あるいは
第2)の基板に対して第2(あるいは第1)の基板に水
平方向に力を加える、等の方法により、多孔質Si層を
破壊するという方法を用いている。
After the surface layer of the first Si substrate 41 is made porous to form a porous layer 42, a single-crystal Si layer 43 is formed thereon.
Is formed, and the single crystal Si layer 43 and the first Si substrate 41 are formed.
Then, the main surface of the second Si substrate 44, which is different from the above, is bonded with the insulating layer 45 interposed therebetween (FIG. 6A). Thereafter, the bonded wafer is divided by a porous layer (FIG. 6 (b)),
The SOI substrate is formed by selectively removing the porous Si layer exposed on the surface on the side of the Si substrate by etching (FIG. 6C). Dividing the bonded wafers is performed by applying a sufficient tensile force or pressure evenly in the direction perpendicular to the surface to the bonded wafers, applying pressure, applying wave energy such as ultrasonic waves, and the wafer end surface. To expose the porous layer, etch the porous Si to some extent, insert something like a razor blade into it, expose the porous layer on the wafer end face, and apply a liquid such as water to the porous Si. After soaking, the whole bonded wafer is heated or cooled to expand the liquid, or a force is applied to the first (or second) substrate in the horizontal direction to the second (or first) substrate. The method of destroying the porous Si layer by such a method is used.

【0031】これらは、いずれも多孔質Siの機械的強
度が多孔度により異なるが、バルクSiよりも十分に弱
いと考えられることに基づく。たとえば、多孔度が50
%であれば機械的強度はバルクの半分と考えることがで
きる。すなわち、貼り合わせウエハに圧縮、引っ張りあ
るいは揃断力をかけると、まず多孔質Si層が破壊され
ることになる。また、多孔度を増加させればより弱い力
で多孔質層を破壊できる。
These are based on the fact that the mechanical strength of porous Si differs depending on the porosity, but is considered to be sufficiently weaker than bulk Si. For example, if the porosity is 50
%, The mechanical strength can be considered to be half that of the bulk. That is, when compressing, pulling, or applying a shearing force to the bonded wafer, the porous Si layer is first destroyed. Also, if the porosity is increased, the porous layer can be broken with a weaker force.

【0032】ここで、多孔度とは、多孔質層の体積の中
で多孔質層の素材に対して、孔が占める体積の割合とし
て定義される。
Here, the porosity is defined as the ratio of the volume occupied by the pores to the material of the porous layer in the volume of the porous layer.

【0033】しかし、特開平07−302889号公報
に記載の方法では、多孔質層中の剥がれの厚さ方向にお
ける位置は規定出来ず、ウエハに層中の剥がれる場所が
異なることによって、歩留まりが落ちることがあった。
更には、ウエハ面内で剥がした後の多孔質Si層の残留
部の残厚がばらばらで、高選択エッチングを用いても、
高膜厚均一性を目指すSOIの仕様を満たすためには歩
留まりが落ちることがあった。
However, in the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-302889, the position of the peeling in the porous layer in the thickness direction cannot be specified, and the yield is lowered due to the different places where the peeling occurs in the layer on the wafer. There was something.
Furthermore, even if the residual thickness of the remaining portion of the porous Si layer after being peeled off in the wafer surface varies, even if high selective etching is used,
In order to satisfy the SOI specification aiming at high film thickness uniformity, the yield may decrease.

【0034】また、特開平8−213645号公報には
多孔質層で分離する方法が記載されているが、 多孔質
層の層状の構成については記載されていない。これとは
別に、1996秋季応用物理学会予稿集p.673にソ
ニーの田舎中氏らが電流を途中で変化させて多孔質Si
を作製することが記されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-213645 describes a method for separation by a porous layer, but does not describe the layered structure of the porous layer. Separately from this, proceedings of the 1996 Autumn Meeting of the Japan Society of Applied Physics p. In 673, Sony's Inaka Nakanaka and others changed the current in the middle,
Is described.

【0035】[0035]

【発明が解決しようとする課題】特開平8−21364
5号公報には分離層のどこからでも剥がれる様に書かれ
ており、言い換えれば、剥がれる位置を規定できないと
いうことである。この場合、ウエハ面内で残留多孔質S
i層の厚さがばらばらであり、多孔質Siをエッチング
除去するにしても非多孔質単結晶層である活性層(デバ
イス層)に対するエッチング速度が0でないならば、活
性層を多少なりともエッチングしてしまい層厚の面内ば
らつきの原因となり、また残留したまま使用するにして
も、剥離位置に依存する表面段差がそのまま残ることに
なる。また、上記1996秋季応用物理学会予稿集p.
673の方法でも多孔質Siの中央部で剥がれるとされ
ており、必ず両方の基板側に残留した多孔質Si層の残
留部を除去する必要がある。
Problems to be Solved by the Invention
No. 5 describes that the separation layer can be peeled from any part of the separation layer. In other words, the position at which the separation layer is peeled cannot be specified. In this case, the residual porous S in the wafer surface
If the thickness of the i-layer is variable and the etching rate of the active layer (device layer), which is a non-porous single-crystal layer, is not 0 even when the porous Si is removed by etching, the active layer is etched to some extent. This causes in-plane variation of the layer thickness, and even when used while remaining, a surface step depending on the peeling position remains as it is. Also, the above-mentioned proceedings of the 1996 Autumn Society of Applied Physics, p.
Even in the method of No. 673, it is said that the porous Si layer is peeled off at the center of the porous Si, and it is necessary to remove the remaining portion of the porous Si layer remaining on both the substrate sides.

【0036】多孔質層のエッチング工程は、良質の貼り
合わせSOI基板を作製する為には、必須の工程と考え
られてきた。しかしながら、エッチング工程は、エッチ
ング装置内への基板の搬入や搬出、エッチング装置やエ
ッチャントの管理、エッチング後の洗浄等の実工程以外
の付随した工程を要する。エッチング工程を省略するこ
とが出来るならば、SOI基板の製造時間は大幅に短縮
可能である。
The step of etching the porous layer has been considered to be an indispensable step for producing a high-quality bonded SOI substrate. However, the etching step requires additional steps other than the actual steps such as loading and unloading the substrate into and out of the etching apparatus, management of the etching apparatus and etchant, and cleaning after etching. If the etching step can be omitted, the manufacturing time of the SOI substrate can be greatly reduced.

【0037】従来のエッチング工程全てを省略できなく
とも、エッチング時間を大幅に短縮できれば、SOI基
板の製造時間は短くなり、安価にSOI基板を提供でき
ることになる。
Even if all of the conventional etching steps cannot be omitted, if the etching time can be greatly reduced, the manufacturing time of the SOI substrate can be shortened, and the SOI substrate can be provided at low cost.

【0038】本発明の目的は、多孔質層の選択エッチン
グ工程を省略乃至短縮し得る半導体基板の作製方法を提
供することにある。
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor substrate which can omit or shorten the step of selectively etching a porous layer.

【0039】本発明の別の目的は、良質のSOI基板に
代表される半導体基板を安価に作製出来る半導体基板の
作製方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor substrate, which can manufacture a semiconductor substrate typified by a high-quality SOI substrate at low cost.

【0040】[0040]

【課題を解決するための手段】本発明は、多孔質の異な
る少なくとも2つの層を含む多孔質領域と、前記多孔質
領域上の非多孔質層とを有する第1の基体を用意する工
程、前記第1の基体の前記非多孔質層の表面と、第2の
基体の表面と、を貼り合わせる工程と、前記第1及び前
記第2の基体を分離して、前記非多孔質層を前記第2の
基体に移す工程と、前記第2の基体の分離面に残留する
多孔質領域の残留部を除去又は非多孔質化して、前記分
離面を平滑化する工程と、を含み、前記第1の基体を用
意する工程は、厚さ1μm以下の第1の多孔質層と、前
記第1の多孔質層に隣接し且つ多孔度の高い第2の多孔
質層と、前記第1の多孔質層に隣接する前記非多孔質層
と、を形成する工程を含むことを特徴とする半導体基板
の作成方法である。
According to the present invention, there is provided a first substrate having a porous region including at least two layers having different porosity, and a non-porous layer on the porous region. Adhering the surface of the non-porous layer of the first substrate and the surface of the second substrate, separating the first and second substrates, Transferring to a second substrate; and removing or rendering non-porous the remaining portion of the porous region remaining on the separation surface of the second substrate to smooth the separation surface. The step of preparing one substrate includes: a first porous layer having a thickness of 1 μm or less; a second porous layer adjacent to the first porous layer and having a high porosity; And forming the non-porous layer adjacent to the porous layer.

【0041】[0041]

【発明の実施の形態】図1は本発明による半導体基板の
作製方法を示す図である。図1の(a)に示すように、
多孔度が互いに異なる少なくとも2つの層12,13を
含む多孔質領域1と、前記多孔質領域1の上の非多孔質
層14と、を有する第1の基体2を用意する。11は基
板である。
FIG. 1 is a view showing a method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention. As shown in FIG.
A first substrate 2 having a porous region 1 including at least two layers 12 and 13 having different porosity and a non-porous layer 14 on the porous region 1 is prepared. Reference numeral 11 denotes a substrate.

【0042】次に図1の(b)に示すように第1の基体
2の非多孔質層14の表面と、第2の基体3の表面と、
を貼り合わせる。15は非多孔質の絶縁層、16は基板
である。
Next, as shown in FIG. 1B, the surface of the non-porous layer 14 of the first substrate 2 and the surface of the second substrate 3
Paste. Reference numeral 15 denotes a non-porous insulating layer, and reference numeral 16 denotes a substrate.

【0043】そして、図1の(c)に示すように、第1
の基体2と第2の基体3とを分離して、非多孔質層14
を第2の基体3に移す。
Then, as shown in FIG.
The substrate 2 and the second substrate 3 are separated from each other to form a non-porous layer 14.
Is transferred to the second substrate 3.

【0044】その後、図1の(d)に示すように、第2
の基体3の分離面に残留していた多孔質の層12の残留
部12′を除去又は非多孔質化して、その分離面を平滑
化する。
Thereafter, as shown in FIG.
The remaining portion 12 ′ of the porous layer 12 remaining on the separation surface of the substrate 3 is removed or made non-porous to smooth the separation surface.

【0045】特に図1の(a)に示したように第1の基
体2を用意する場合には、多孔質領域のうち非多孔質層
14に隣接する第1の多孔質層12の厚さを1μm以下
より好ましくは0.5μm以下とする。そして、第1の
多孔質層12に隣接する第2の多孔質層13の多孔度
(PS2)を、第1の多孔質層12の多孔度(PS1)
より高くする。
In particular, when the first substrate 2 is prepared as shown in FIG. 1A, the thickness of the first porous layer 12 adjacent to the non-porous layer 14 in the porous region is determined. Is set to 1 μm or less, more preferably 0.5 μm or less. Then, the porosity (PS2) of the second porous layer 13 adjacent to the first porous layer 12 is changed to the porosity (PS1) of the first porous layer 12.
Make it higher.

【0046】非多孔質層14と高多孔度(PS2)の第
2の多孔質層との間にある低多孔質(PS1)の第1の
多孔質層の厚さを1μm以下に薄くすることにより、非
多孔質層14の表面と平行な第1の多孔質層と第2の多
孔質層との界面付近で両基体が分離される。
The thickness of the low-porosity (PS1) first porous layer between the nonporous layer 14 and the high-porosity (PS2) second porous layer is reduced to 1 μm or less. Thereby, the two substrates are separated near the interface between the first porous layer and the second porous layer parallel to the surface of the non-porous layer 14.

【0047】第2の基体に移った非多孔質層表面上に残
留する第1の多孔質層の残留部12′は、低多孔度(P
S1)であり、その厚みが薄く、しかも分離面全面に亘
って厚みがほぼ均一になる。そして、第1の多孔質層の
残留部12′は、非酸化性雰囲気中で残留部12′を熱
処理することにより、非多孔質に変質し、下地の非多孔
質層14と一体化し、その表面は平滑化される。このよ
うに残留部12の除去の際に、選択エッチングや選択研
磨を全く行わないか、非常に短時間のエッチングで済
む。
The remaining portion 12 'of the first porous layer remaining on the surface of the non-porous layer transferred to the second substrate has a low porosity (P
S1), the thickness is small, and the thickness is substantially uniform over the entire separation surface. The remaining portion 12 'of the first porous layer is transformed into non-porous by heat-treating the remaining portion 12' in a non-oxidizing atmosphere, and is integrated with the underlying non-porous layer 14, and The surface is smoothed. In this manner, when removing the residual portion 12, no selective etching or selective polishing is performed at all, or only a very short etching is required.

【0048】本発明の第1の多孔質層の多孔度PS1
は、40%を越えない範囲から選択される。具体的には
1%〜40%である。
The porosity PS1 of the first porous layer of the present invention
Is selected from a range not exceeding 40%. Specifically, it is 1% to 40%.

【0049】より好ましくは、上限が25%を越えない
範囲から選択する。具体的には1%〜25%である。
More preferably, the upper limit is selected from a range not exceeding 25%. Specifically, it is 1% to 25%.

【0050】本発明の第2の多孔質層の多孔度PS2
は、PS2>PS1の関係を満足するものであればよ
い。好ましくは25%より高く、より好ましくは40%
より高くするとよい。具体的には25%〜90%より好
ましくは40%〜90%である。
The porosity PS2 of the second porous layer of the present invention
Satisfies the relationship of PS2> PS1. Preferably higher than 25%, more preferably 40%
It is better to be higher. Specifically, it is 25% to 90%, more preferably 40% to 90%.

【0051】そして、第2の多孔質層の厚みは、10n
m以上で1μm以下の範囲内から選択し得る。そして、
より好ましくは第2の多孔質層の厚さを、第1の多孔質
層の厚さより厚くすることが望ましい。
The thickness of the second porous layer is 10 n
m and 1 μm or less. And
More preferably, it is desirable that the thickness of the second porous layer is larger than the thickness of the first porous layer.

【0052】本発明に用いられる第1の基体としては、
半導体基板11の表面を多孔質化した後、その多孔質領
域上に非多孔質層を形成したもの、基板11の上に多孔
質層及び非多孔質層を形成したもの、基板の表面を多孔
質化した後、多孔質化した領域の表層を非多孔質に戻し
たもの等が挙げられる。
As the first substrate used in the present invention,
After the surface of the semiconductor substrate 11 is made porous, a non-porous layer is formed on the porous region, a porous layer and a non-porous layer are formed on the substrate 11, and the surface of the substrate is made porous. After the surface treatment, the surface layer of the porous region is returned to a non-porous state.

【0053】本発明に用いられる非多孔質層としては、
多孔質領域上へのエピタキシャル成長や、多孔質領域の
非多孔質化処理の少なくともいずれか一方により形成さ
れた半導体が挙げられる。
As the non-porous layer used in the present invention,
A semiconductor formed by at least one of epitaxial growth on the porous region and nonporous treatment of the porous region is included.

【0054】具体的には、非多孔質単結晶Si,GaA
s,InPなどの半導体である。また、これらの薄膜は
全面に形成されていることが必須ではなく、パターニン
グ処理により、部分的にエッチングされていてもよい。
Specifically, non-porous single-crystal Si, GaAs
semiconductors such as s and InP. Further, it is not essential that these thin films are formed on the entire surface, and they may be partially etched by a patterning process.

【0055】そして、非多孔質層の表面側には酸化膜の
ような絶縁層が形成されていてもよい。
An insulating layer such as an oxide film may be formed on the surface side of the non-porous layer.

【0056】例えば、多孔質領域は、Si基板をHF溶
液中で陽極化成(Anodization)することに
より形成することができる。多孔質層は10-1〜10n
m程度の直径の孔が10-1〜10nm程度の間隔で並ん
だスポンジのような構造をしている。その密度は、単結
晶Siの密度2.33g/cm3に比べて、HF溶液濃
度を50〜20%の範囲で変化させたり、アルコール添
加比率を変化させたり、電流密度を変化させることで
2.1〜0.6g/cm3の範囲に変化させることがで
きる。また、多孔質化される部分の比抵抗と電気伝導型
を予め変調しておけば、これに基づいて多孔度を変更す
ることも可能である。p型においては、同じ陽極化成条
件においては、縮退基板(P+)に比べ、非縮退基板
(P-)は孔径は細くなるものの孔密度が1桁程度増加
し、多孔度が高い。すなわち、多孔度はこれらの諸条件
を可変することによって制御することが可能である。こ
のように多孔質Siの密度は単結晶Siに比べると、半
分以下にできるにもかかわらず、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、増速エッチングの特
性が損なわれる。このため、多孔質層上のSi層のエピ
タキシャル成長には、分子線エピタキシャル成長、プラ
ズマCVD、減圧CVD法、光CVD、バイアス・スパ
ッタ−法、液相成長法等の低温成長が好適とされてい
る。しかし、あらかじめ酸化等の方法により多孔質層の
孔の側壁表面にあらかじめ保護膜を形成しておけば、高
温成長も可能である。
For example, the porous region can be formed by anodizing a Si substrate in an HF solution. The porous layer is 10 -1 to 10 n
It has a sponge-like structure in which holes having a diameter of about m are arranged at intervals of about 10 -1 to 10 nm. The density can be increased by changing the HF solution concentration in the range of 50 to 20%, changing the alcohol addition ratio, or changing the current density, as compared with the density of single crystal Si of 2.33 g / cm 3. 0.1 to 0.6 g / cm 3 . If the specific resistance and the electric conductivity type of the portion to be made porous are modulated in advance, it is possible to change the porosity based on this. In the p-type, under the same anodizing conditions, the non-degenerate substrate (P ) has a smaller pore diameter but a higher pore density by about one digit and higher porosity than the degenerate substrate (P + ). That is, the porosity can be controlled by varying these conditions. In this way, the density of porous Si can be reduced to less than half that of single-crystal Si, but the single-crystal property is maintained, and a single-crystal Si layer can be epitaxially grown on top of the porous layer. It is. However, if the temperature is higher than 1000 ° C., rearrangement of the internal holes occurs, and the characteristics of the accelerated etching are impaired. For this reason, low temperature growth such as molecular beam epitaxy, plasma CVD, low pressure CVD, photo CVD, bias sputtering, liquid phase epitaxy, etc. is suitable for the epitaxial growth of the Si layer on the porous layer. However, high-temperature growth is also possible if a protective film is previously formed on the side wall surfaces of the holes of the porous layer by a method such as oxidation.

【0057】そして、多孔質層は、その内部に微細な空
隙が大量に形成されるため、体積に比べて表面積が飛躍
的に増大する。同時に半導体材料は極薄な壁としてしか
存在しない。そのため、その化学エッチング速度は、エ
ッチング液の毛細管現象による染み込みとあいまって、
通常の単結晶層のエッチング速度に比べて、著しく増速
される。
In the porous layer, a large amount of fine voids are formed inside the porous layer, so that the surface area is dramatically increased as compared with the volume. At the same time, the semiconductor material exists only as very thin walls. Therefore, the chemical etching rate, coupled with the permeation of the etching solution by the capillary phenomenon,
The speed is significantly increased as compared with the etching rate of a normal single crystal layer.

【0058】多孔質領域の機械的強度は多孔度により異
なるが、バルクよりも弱いと考えられる。また、多孔度
が高いほど機械的強度は弱くなる。すなわち、貼り合わ
せウエハに圧縮、引っ張りあるいは揃断力をかけると、
まず多孔質層が破壊されることになる。また、多孔度を
増加させれば、より弱い力で多孔質層を破壊できる。
The mechanical strength of the porous region depends on the porosity, but is considered to be weaker than that of the bulk. Also, the higher the porosity, the lower the mechanical strength. That is, when compressing, pulling or applying a shearing force to the bonded wafer,
First, the porous layer is destroyed. Further, if the porosity is increased, the porous layer can be broken with a weaker force.

【0059】本発明における多孔質領域の層構造は、表
面側からの2層が順に低多孔度の薄層、高多孔度の層で
ある少なくとも2層以上の多孔度の異なる層を有する。
表面に低多孔度の多孔質層を配置することによって、多
孔質領域上に形成する非多孔質層、特にエピタキシャル
層の結晶性と表面ラフネス(surface roughness)が著
しく向上する。結晶性は本半導体基板上に形成される電
子デバイスの特性はもとより、歩留まりに大きく影響す
る。例えば、多孔度50%の多孔質上のエピタキシャル
Si層の結晶欠陥が1×105/cm2ある場合、同じ成
長条件で多孔度20%の多孔質上のエピタキシャル層の
結晶欠陥は5×103/cm2と1桁半も異なる。また、
表面ラフネスを50μm角の領域における原子間力顕微
鏡での測定においての平均二乗粗さRrmsで表すとそ
れぞれ1.2nmと0.3nmと大きく異なる。なお、
表面ラフネスが大きいと貼り合わせ工程において不利で
ある。
The layer structure of the porous region in the present invention has at least two layers having different porosity, that is, a thin layer having a low porosity and a layer having a high porosity in order from the surface side.
By arranging a low-porosity porous layer on the surface, the crystallinity and surface roughness of the non-porous layer formed on the porous region, especially the epitaxial layer, are significantly improved. The crystallinity greatly affects the yield as well as the characteristics of the electronic device formed on the semiconductor substrate. For example, when the crystal defects of the epitaxial Si layer on the porous body having the porosity of 50% are 1 × 10 5 / cm 2 , the crystal defects of the epitaxial layer on the porous body having the porosity of 20% are 5 × 10 5 under the same growth conditions. 3 / cm 2 and one and a half digits different. Also,
When the surface roughness is represented by the mean square roughness Rrms in the measurement with an atomic force microscope in a region of 50 μm square, the surface roughness greatly differs from 1.2 nm and 0.3 nm, respectively. In addition,
If the surface roughness is large, it is disadvantageous in the bonding step.

【0060】表面の低多孔度の第1の多孔質層は概ね1
μm以下であるが、より好ましくは0.5μm以下の厚
みであれば、分離工程後の表面平滑化処理によって、残
留した層を非多孔質化し、かつ、表面を平滑化すること
が可能である。この条件の上で、低多孔度の第1の多孔
質層の多孔度は40%以下、より好ましくは25%以下
であれば、エピタキシャル層の結晶品質と表面粗さを両
立させることが可能である。
The first porous layer having a low porosity on the surface is approximately 1
μm or less, but more preferably a thickness of 0.5 μm or less, it is possible to make the remaining layer non-porous and smooth the surface by a surface smoothing treatment after the separation step. . Under these conditions, if the porosity of the low-porosity first porous layer is 40% or less, more preferably 25% or less, it is possible to achieve both the crystal quality and the surface roughness of the epitaxial layer. is there.

【0061】低多孔度の第1の多孔質層直下の高多孔度
の第2の多孔質層は上記したような陽極化成の諸条件を
制御することによって作製できる。第2の高多孔質層の
厚みは、10nm以上あれば十分であり、剥離位置を限
定する意味から1μm以下、より好ましくは0.5μm
以下であることが望ましい。第2の多孔質層層より下に
更に第3の多孔質層を形成しても特に支障はないが、高
多孔度層直下の第3の多孔質層の多孔度を高多孔度の第
2の多孔質層よりも低くすることにより、剥離位置がよ
り安定化し、分離工程後の表面平滑化処理後の表面ラフ
ネスが向上する。
The second porous layer having a high porosity immediately below the first porous layer having a low porosity can be produced by controlling the various conditions of the anodization described above. It is sufficient that the thickness of the second highly porous layer is 10 nm or more, and 1 μm or less, more preferably 0.5 μm, in order to limit the peeling position.
It is desirable that: There is no particular problem if a third porous layer is further formed below the second porous layer, but the porosity of the third porous layer immediately below the high porosity layer is changed to the second porosity of the second porous layer. By making it lower than the porous layer, the peeling position is further stabilized, and the surface roughness after the surface smoothing treatment after the separation step is improved.

【0062】また、高多孔度の第2の多孔質層は多孔質
化処理とイオン注入を併用することによっても形成可能
である。
The second porous layer having a high porosity can also be formed by using both a porous treatment and ion implantation.

【0063】例えば、バルクSi中にヘリウムや水素の
イオンを注入し、熱処理を加えると注入された領域に直
径数nm〜数十nmの微小な空洞(micro−cav
ity)が〜1016-17/cm3もの密度で形成されるこ
とが報告されている(例えば、A. Van Veen, C. C. Gri
ffioen, and J. H. Evans, Mat, Res. Soc. Symp. Poro
c. 107 (1988, Material Res. Soc. Pittsburgh,Pennsy
lvania) p.449)。
For example, when helium or hydrogen ions are implanted into bulk Si and heat treatment is applied, a microcavity having a diameter of several nm to several tens nm is formed in the implanted region.
is reported to form at densities as high as -10 16-17 / cm 3 (eg, A. Van Veen, CC Grind).
ffioen, and JH Evans, Mat, Res.Soc.Symp.Poro
c. 107 (1988, Material Res.Soc.Pittsburgh, Pennsy
lvania) p.449).

【0064】最近はこれら微小空洞群を金属不純物のゲ
ッタリングサイトとして利用することも研究されてい
る。
Recently, studies have been made to utilize these microcavities as gettering sites for metal impurities.

【0065】V. RaineriとS. U. Campisanoは、バルク
Si中にヘリウムイオンを注入、熱処理して空洞群を形
成した後、基板に溝を形成して空洞群の空洞の側面を露
出し酸化処理を施した。その結果、空洞群は選択的に酸
化されて埋め込み酸化Si層を形成した。すなわち、S
OI構造を形成できることを報告した(V. Raineri,and
S. U. Canpisano, Appl. Phys. Lett. 66 (1995) p.36
54)。しかしながら、彼らの方法では表面Si層と埋め
込み酸化Si層の厚みは空洞群の形成と酸化時の体積膨
張により導入されるストレスの緩和の両方を両立させる
点に限定されている上に選択酸化のために溝の形成が必
要であり、基板全面にSOI構造を形成することができ
なかった。斯様な空洞群の形成は、金属への軽元素の注
入に伴う現象として、これら空洞群の膨れ、ないし、剥
離現象とともに、核融合炉の第一炉壁に関する研究の一
環として報告されてきた。
V. Raineri and SU Campisano implanted helium ions into bulk Si and heat-treated to form a group of cavities, then formed a groove in the substrate to expose the side surfaces of the cavities of the group of cavities and oxidized them. did. As a result, the cavities were selectively oxidized to form a buried Si oxide layer. That is, S
Reported that an OI structure can be formed (V. Raineri, and
SU Canpisano, Appl. Phys. Lett. 66 (1995) p.36
54). However, according to their method, the thicknesses of the surface Si layer and the buried Si oxide layer are limited to a point that both the formation of the cavity group and the relaxation of the stress introduced by the volume expansion during the oxidation are compatible. Therefore, a groove must be formed, and an SOI structure cannot be formed on the entire surface of the substrate. The formation of such cavities has been reported as a phenomenon associated with the injection of light elements into the metal, as well as the swelling or separation of these cavities, as part of a study on the first reactor wall of a fusion reactor. .

【0066】イオン注入層には、上記のように気泡が生
じることはよく知られており、あたかも多孔質を内部に
形成したような構造となる。したがって、この層は、機
械的にもろく、さらには、陽極化成の多孔質と同様に増
速酸化や増速エッチングが可能となる。
It is well known that bubbles are generated in the ion-implanted layer as described above, and the ion-implanted layer has a structure as if a porous material was formed inside. Therefore, this layer is mechanically fragile, and can be subjected to accelerated oxidation and accelerated etching as in the case of anodized porous material.

【0067】イオン注入元素は水素や希ガスに限定され
ることはなく、界面付近に注入損傷層、注入元素の高濃
度層(ひずみ層)あるいはバブル層が形成されれば良
い。
The ion-implanted element is not limited to hydrogen or a rare gas, but may be an implanted damage layer, a high-concentration layer (strained layer) of the implanted element, or a bubble layer near the interface.

【0068】陽極化成により形成された多孔質層中に投
影飛程が含まれるようにイオン注入を行なえば、投影飛
程近傍では多孔質の孔壁中に気泡が形成され、多孔度が
高まる。イオン注入は陽極化成による多孔質層形成の前
であっても、後であっても構わない。さらには、非多孔
質層構造を形成した後であっても構わない。
If ion implantation is performed so that the projection range is included in the porous layer formed by anodization, bubbles are formed in the porous pore walls near the projection range, and the porosity is increased. The ion implantation may be performed before or after the formation of the porous layer by anodization. Further, it may be after forming the non-porous layer structure.

【0069】多孔質層上のエピタキシャル成長工程で
は、その第1ステップとして多孔質Siの表面孔を埋め
るためのH2中のベーキング(熱処理)がエピタキシャ
ル層の高品質化には極めて有効である(N. Sato, et a
l., J. Electrochem. Soc., Vol.142, No.9, 3116 (199
5))。このH2ベークで多孔質の最表面層の構成原子は
孔を埋めるために消費される。したがって、H2ベーク
前の最表面が低多孔度の薄層であれば、この水素ベーク
における孔の封止は促進される。この低多孔度の薄層を
概ね1μm以下、より好ましくは0.5μm以下に薄く
すれば、エピタキシャル成長後のエピタキシャル層下方
近くに多孔度の大きい多孔質層を配することが可能で、
これによってエピタキシャル層近傍の多孔質領域中で分
離可能であり、かつ、分離後に残留する低多孔度薄層の
厚さは1μm未満、時には0.5μm未満にできるの
で、後の平滑化処理により平滑化可能である。また、H
2ベークに先立って多孔質領域を形成した基体をHF含
有液中に浸すことにより多孔質層の表面近傍の多孔質の
孔の側壁の酸化膜を除去しておけば、HFで酸化膜が除
されて露出した表面層のうち非多孔質化されなかった部
分はこのH2ベーク中を含む熱処理工程中で、孔の凝集
が起こり、孔の側壁の酸化膜もなく機械強度が弱くな
り、分離しやすい層が形成される。
In the step of epitaxial growth on the porous layer, baking (heat treatment) in H 2 to fill the surface pores of the porous Si is very effective in improving the quality of the epitaxial layer as the first step (N . Sato, et a
l., J. Electrochem.Soc., Vol. 142, No. 9, 3116 (199
Five)). In the H 2 bake, the constituent atoms of the porous outermost layer are consumed to fill the pores. Therefore, if the outermost surface before the H 2 bake is a thin layer having a low porosity, the sealing of pores in the hydrogen bake is promoted. If this low porosity thin layer is thinned to approximately 1 μm or less, more preferably 0.5 μm or less, it is possible to arrange a porous layer having high porosity near the lower portion of the epitaxial layer after epitaxial growth,
This allows separation in the porous region near the epitaxial layer, and the thickness of the low-porosity thin layer remaining after separation can be reduced to less than 1 μm, and sometimes to less than 0.5 μm. Is possible. Also, H
If to remove an oxide film on the side wall of porous holes in the vicinity of the surface of the porous layer by immersing a substrate to form a porous region prior to the two-bake in HF-containing solution, an oxide film divided by the HF The non-porous part of the exposed surface layer that has not been made non-porous during the heat treatment process including during the H 2 bake causes aggregation of the pores, lacks an oxide film on the sidewalls of the pores, reduces the mechanical strength, and causes separation. A layer that is easily formed is formed.

【0070】陽極化成後、多孔質層を低温酸化せずにエ
ピタキシャル成長、表面酸化、貼り合わせ熱処理等の高
温プロセスを通すと、多孔質層は構造変化をおこし、陽
極化成時は微小孔であったものが孔が凝集して孔の拡大
が起こる。これを利用するとエピタキシ層直下の孔の拡
大と多孔質SiとエピタキシャルSiとの間のひずみに
よりエピタキシャル層の下方近傍での分離を促進するこ
とができる。
After the anodization, if the porous layer is passed through a high-temperature process such as epitaxial growth, surface oxidation, and heat treatment for bonding without being oxidized at a low temperature, the porous layer undergoes a structural change, and has micropores during the anodization. The objects aggregate the pores and cause the pores to expand. By utilizing this, the separation near the lower portion of the epitaxial layer can be promoted due to the expansion of the hole immediately below the epitaxy layer and the strain between the porous Si and the epitaxial Si.

【0071】本発明では、貼り合わせたウエハの高多孔
度の第2の多孔質層における分離に引き続いて、転写さ
れた非多孔質層の表面上に残留する低多孔度の残留部の
平滑化処理を行なう。
In the present invention, following the separation of the bonded wafers in the second porous layer of high porosity, smoothing of the remaining portions of low porosity remaining on the surface of the transferred non-porous layer Perform processing.

【0072】平滑化処理としては、非酸化性雰囲気での
熱処理、ないしは、真空中での熱処理が好適であるが、
これに限定されるものではない。熱処理においては、特
に非酸化性雰囲気として水素、ないしは、He、Ne、
N、Ar、kr、Xe等の不活性ガス、あるいは、これ
らの混合雰囲気が望ましい。真空中での熱処理において
は、真空度は10-7Torr以下であることが望まし
い。いずれの場合においても、雰囲気内に不純物として
残る残留酸素、水分は、表面を酸化して保護膜にして表
面の平滑化を阻害するので、低く抑制することが必要で
ある。マイナス92℃以下の露点を呈する雰囲気にする
ことが望ましい。
As the smoothing treatment, a heat treatment in a non-oxidizing atmosphere or a heat treatment in a vacuum is preferable.
It is not limited to this. In the heat treatment, hydrogen, or He, Ne,
An inert gas such as N, Ar, kr, or Xe, or a mixed atmosphere thereof is desirable. In the heat treatment in a vacuum, the degree of vacuum is desirably 10 −7 Torr or less. In any case, residual oxygen and moisture remaining as impurities in the atmosphere must be kept low because they oxidize the surface to form a protective film and hinder the smoothing of the surface. It is desirable that the atmosphere has a dew point of −92 ° C. or less.

【0073】斯様な雰囲気中であれば、表面の凹凸は表
面エネルギーを最小化すべく表面原子のマイグレーショ
ンによって平滑化される。特に雰囲気中に水素を含め
ば、その還元作用により、保護膜の形成を抑制し、表面
平滑化を促進する。本発明者らは、かかる表面平滑化効
果と残留多孔質層の厚みの関係について検討した結果、
概ね1μm以下、より好ましくは0.5μm以下の多孔
質層であれば、熱処理によって表面が平滑化され、か
つ、平滑化された後の層中に残留孔に起因する空洞が生
成されないようにできること、すなわち、非多孔質化で
きることを知見するに至った。残留多孔質層厚が厚い場
合には残留孔が空洞として内部に残ってしまいやすい。
熱処理による平坦化においては、主として表面の平滑化
は表面原子のマイグレーションにより進行するのである
から、エッチング量は極めて低く抑制される。特に雰囲
気中の残留酸素、水分を低く抑制した場合にはエッチン
グ量はほとんど0にできる。
In such an atmosphere, surface irregularities are smoothed by migration of surface atoms in order to minimize surface energy. In particular, when hydrogen is contained in the atmosphere, the formation of the protective film is suppressed by the reducing action, and the surface smoothing is promoted. The present inventors have studied the relationship between such a surface smoothing effect and the thickness of the residual porous layer,
If the porous layer is approximately 1 μm or less, more preferably 0.5 μm or less, the surface can be smoothed by the heat treatment, and cavities due to residual pores can be prevented from being generated in the layer after the smoothing. In other words, they have found that it can be made nonporous. When the thickness of the residual porous layer is large, the residual holes are likely to remain inside as cavities.
In the flattening by the heat treatment, the smoothing of the surface mainly proceeds by migration of surface atoms, so that the etching amount is suppressed to a very low level. In particular, when the residual oxygen and moisture in the atmosphere are suppressed to a low level, the etching amount can be reduced to almost zero.

【0074】従来報告されていたが如く、長い選択エッ
チング工程を用いる必要がないため、工程短縮ないし削
減の効果はもとより、エッチングの選択比が十分でない
ような場合に生じる非多孔質層の過剰エッチングによる
膜厚均一性の劣化といった問題も生じにくい。よって、
非多結晶層としてのエピタキシャルSi膜の均一性は一
切劣化することがない。
As previously reported, since it is not necessary to use a long selective etching step, not only the effect of shortening or reducing the steps but also the excessive etching of the non-porous layer which occurs when the etching selectivity is not sufficient. The problem of deterioration of the film thickness uniformity due to the above is also unlikely to occur. Therefore,
The uniformity of the epitaxial Si film as the non-polycrystalline layer does not deteriorate at all.

【0075】本発明によれば、特に単結晶多孔質層上に
形成した非多結晶としてのエピタキシャルSi膜を分離
して選択エッチングをすることなく、別の基板に移設す
ることができる。特にエピタキシャルSi膜には、バル
クSiに特有の欠陥が伝播しないため、デバイスの歩留
まりを向上させることが可能となる。現在でも、CPU
等の高性能LSIには、エピタキシャルウエハが使用さ
れている。今後ウエハの大口径化が進み、高品質結晶の
引き上げ法による製造が難しくなると言われており、バ
ルクウエハの品質維持には困難が予想される。よって、
ますます、エピタキシャルウエハの必要性は高まる。当
然、バルクウエハを置き換えんとするSOI基板におい
てもエピタキシャル膜の必要性は高まる。
According to the present invention, the non-polycrystalline epitaxial Si film formed on the single-crystal porous layer can be transferred to another substrate without separating and selectively etching. In particular, since defects peculiar to bulk Si do not propagate to the epitaxial Si film, it is possible to improve the device yield. Even now, CPU
Epitaxial wafers are used for high-performance LSIs such as. It is said that in the future, the diameter of wafers will increase, and it will be difficult to manufacture high-quality crystals by the pulling method, and it will be difficult to maintain the quality of bulk wafers. Therefore,
Increasingly, the need for epitaxial wafers is increasing. Naturally, the need for an epitaxial film also increases in an SOI substrate that replaces a bulk wafer.

【0076】また、非多孔質層の電気伝導型や、不純物
濃度は、エピタキシャル成長時の電気伝導型や、不純物
濃度を制御して任意に設定できるため、同じ第1の基板
から電気伝導型や不純物濃度の異なる多種のSOI基板
を作製することができる。
The electric conductivity type and impurity concentration of the non-porous layer can be arbitrarily set by controlling the electric conduction type during epitaxial growth and the impurity concentration. Various types of SOI substrates having different concentrations can be manufactured.

【0077】さらに、電気伝導型や、不純物濃度の異な
る多層構造のエピタキシャル膜を形成すれば、元から多
層SOI基板として、特に高濃度埋め込み層をもつSO
I基板を作製することもできる。
Further, if an epitaxial film having a multi-layered structure of different electric conductivity type or impurity concentration is formed, the SOI substrate having a high concentration buried layer can be used as a multi-layer SOI substrate.
An I substrate can also be manufactured.

【0078】上記広範な多様な作用は、特開平5−21
1128の様なバルクウエハの最表面層をイオン注入で
剥がして別基板に転写する方法では不可能である。
The above-mentioned various functions are described in JP-A-5-21.
It is impossible with a method such as 1128 in which the outermost surface layer of a bulk wafer is peeled off by ion implantation and transferred to another substrate.

【0079】また、多孔質領域および非多孔質層中の多
孔質領域と接する下層部がともにエピタキシャル成長し
た層の場合には、第1の基板は、何度使用しても基板の
厚さを減じることがなく、半永久的に再使用できる。よ
って、上記高品質化に加えて、特に大口径ウエハでは省
資源、コスト面で大変なメリットがある。
In the case where both the porous region and the lower layer in contact with the porous region in the non-porous layer are layers epitaxially grown, the thickness of the first substrate is reduced even if it is used many times. Can be reused semi-permanently. Therefore, in addition to the above-mentioned high quality, there is a great advantage in terms of resource saving and cost particularly in the case of a large-diameter wafer.

【0080】また、化合物半導体単結晶は、大口径で結
晶性の良好なウエハを得ることは困難、かつ、高価であ
った。しかし、本方法によれば、多孔質Si領域上への
ヘテロエピタキシャル成長を利用することにより、結晶
性の良好な化合物半導体単結晶膜を大面積基板上に形成
することが可能である。
In addition, it was difficult and expensive to obtain a large-diameter wafer with good crystallinity from a compound semiconductor single crystal. However, according to the present method, a compound semiconductor single crystal film having good crystallinity can be formed on a large-area substrate by using heteroepitaxial growth on a porous Si region.

【0081】一方、本発明においては、基板を多孔質化
させてから、融点以下の温度による熱処理により、多孔
質化した基板の表面層を非多孔質単結晶層にすることが
できる。この場合、シラン等の半導体ソースガスを用い
ることなく、結晶性の良好な非多孔質単結晶層を多孔質
化した基板上の表面に形成できる。さらに、形成した非
多結晶単結晶層の表面を酸化してもう一方の基板に貼り
合わせたり、又は、表面を酸化したもう一方の基板に非
多孔質単結晶層を貼り合わせたり、あるいは、両方の表
面を酸化して貼り合わせた後に、高多孔度層より剥離し
たのち、残留する低多孔度の部分を平滑化すれば、酸化
層上に良質な単結晶構造を有する、大面積に渡り均一平
坦な、欠陥の著しく少ない単結晶層を形成することがで
きる。
On the other hand, in the present invention, after the substrate is made porous, the surface layer of the porous substrate can be made into a non-porous single crystal layer by a heat treatment at a temperature not higher than the melting point. In this case, a non-porous single crystal layer having good crystallinity can be formed on the surface of the porous substrate without using a semiconductor source gas such as silane. Furthermore, the surface of the formed non-polycrystalline single-crystal layer is oxidized and bonded to the other substrate, or the non-porous single-crystal layer is bonded to the other substrate whose surface is oxidized, or both. After the surface is oxidized and bonded, it is peeled off from the high porosity layer, and the remaining low porosity part is smoothed to have a good single crystal structure on the oxide layer, uniform over a large area A single crystal layer which is flat and has few defects can be formed.

【0082】さらに本発明の半導体基板の作製方法は、
上記方法で分離された第1のSi基体は残留する多孔質
層を除去した後、あるいは除去しなくても良ければその
まま、さらに表面平坦性が不十分であれば表面平坦化処
理を行うことにより、再び第1の基板、あるいは次の第
2の基板として、あるいは他の用途の基板として再利用
することが可能である。この表面平坦化処理は通常半導
体プロセスで使用される研磨、エッチング等の方法でも
よいが、非酸化性雰囲気での熱処理によっても構わな
い。非酸化性雰囲気としては特に水素、ないしは、不活
性ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気が好適であ
る。または、真空中での熱処理であっても構わない。こ
の熱処理は条件を選ぶことにより、局所的には原子ステ
ップが表出するほど平坦にすることができる。
Further, the method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention
The first Si substrate separated by the above method can be removed by removing the remaining porous layer, or if it is not necessary to remove the remaining porous layer, or if the surface flatness is insufficient, by performing a surface flattening treatment. It can be reused again as the first substrate, the next second substrate, or as a substrate for other uses. This surface flattening treatment may be a method such as polishing and etching usually used in a semiconductor process, but may be heat treatment in a non-oxidizing atmosphere. As the non-oxidizing atmosphere, hydrogen, an inert gas, or a mixed gas atmosphere thereof is particularly preferable. Alternatively, heat treatment in a vacuum may be used. By selecting the conditions of this heat treatment, the heat treatment can be made flat so that an atomic step is locally exposed.

【0083】また、非多孔質を転写した後の第1の基板
を、再度繰り返し第1の基板として用いる場合には、こ
の第1の基板は強度的に使用不可となるまで何度でも再
使用することが可能である。
When the first substrate after the transfer of the non-porous material is repeatedly used as the first substrate, the first substrate is reused as many times as possible until it becomes unusable in terms of strength. It is possible to

【0084】第1の基板はその表面層以外は多孔質化さ
れることなく元のまま保持されているため、第1の基板
の両面を共に主面とし、その面にそれぞれ支持基板を貼
り合わせることにより、2枚の貼り合わせSOI基板を
同時に1枚の第1の基板から作製することができるの
で、工程を短縮し、生産性を向上することができる。も
ちろん、分離された第1の基体は再利用することが可能
である。
Since the first substrate is kept intact without being made porous except for the surface layer, both surfaces of the first substrate are both main surfaces, and a supporting substrate is bonded to each surface. Thus, two bonded SOI substrates can be simultaneously manufactured from one first substrate, so that the number of steps can be reduced and productivity can be improved. Of course, the separated first substrate can be reused.

【0085】こうして得られた基板はSOI構造の大規
模集積回路を作製する際にも、高価なSOSや、SIM
OXの代替足り得る。
The substrate thus obtained can be used for manufacturing a large-scale integrated circuit having an SOI structure, even when an expensive SOS or SIM is used.
It can be an alternative to OX.

【0086】第2の基体としては、例えばSi基板、S
i基板に酸化Si膜を形成したものがある。或いは、石
英、溶融石英、シリカガラス、ガラス、サファイヤのよ
うな光透過性絶縁性基板でもよいし、あるいは、金属基
板などでもよく特に限定されるものではない。
As the second substrate, for example, a Si substrate, S
There is an i-substrate in which an Si oxide film is formed. Alternatively, a light-transmitting insulating substrate such as quartz, fused silica, silica glass, glass, and sapphire may be used, or a metal substrate may be used, and there is no particular limitation.

【0087】図2を参照して本発明の実施の形態につい
て説明する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0088】図2の(a)に示すように第1のSi単結
晶基板11を用意して、主表面上に表面側から低多孔度
の第1の多孔質層12、高多孔度の第2の多孔質層13
を有する少なくとも2層からなる多孔質領域を形成す
る。層13は少なくとも1層からなる。多孔質Siは、
Si基板をHF溶液中で陽極化成することにより形成す
ることができる。低多孔度薄層の厚みは前述したとおり
である。一方、第2の多孔質層である高多孔度層は低多
孔度薄層より多孔度が高いことはもちろんのこと、この
高多孔度層よりも下層に更に第3の多孔質層がある場合
は、この第2の多孔質層の多孔度はこの第3の多孔質層
よりも多孔度が高いことが望ましい。換言すると第2の
多孔質層の多孔度は多孔質領域中最大の多孔度を有する
ことが望ましい。また、2番目の多孔質層の厚みは、前
述したとおりである。
As shown in FIG. 2A, a first Si single crystal substrate 11 was prepared, and a first porous layer 12 having a low porosity and a first porous layer 12 having a high porosity were formed on the main surface from the surface side. 2 porous layer 13
To form a porous region composed of at least two layers. Layer 13 comprises at least one layer. Porous Si is
It can be formed by anodizing a Si substrate in an HF solution. The thickness of the low porosity thin layer is as described above. On the other hand, the high porosity layer, which is the second porous layer, has a higher porosity than the low porosity thin layer, and further has a third porous layer below the high porosity layer. Preferably, the porosity of the second porous layer is higher than that of the third porous layer. In other words, the porosity of the second porous layer desirably has the highest porosity in the porous region. The thickness of the second porous layer is as described above.

【0089】図2の(b)に示すように、多孔質領域1
2、13上に少なくとも1層の非多孔質層14を形成す
る。非多孔質層14は、前述した材料から選ばれ、具体
的には、単結晶Si、多結晶Si、非晶質Si、金属
膜、化合物半導体薄膜、超伝導薄膜などである。この非
多孔質層には、MOSFET等の素子構造を形成しても
構わない。多層構造であれば、埋め込み層を持ったSO
Iにもなる。さらに、最表面層にSiO2などの絶縁膜
15を形成しておいた方が、貼合わせ界面の界面準位を
活性層から離すことが出来るという意味でもよい。
As shown in FIG. 2B, the porous region 1
At least one non-porous layer 14 is formed on 2 and 13. The non-porous layer 14 is selected from the above-described materials, and specifically includes single crystal Si, polycrystalline Si, amorphous Si, a metal film, a compound semiconductor thin film, a superconducting thin film, and the like. An element structure such as a MOSFET may be formed on the non-porous layer. In the case of a multi-layer structure, SO having a buried layer
It becomes I. Further, forming the insulating film 15 such as SiO 2 on the outermost surface layer may mean that the interface state of the bonding interface can be separated from the active layer.

【0090】そして、図2の(c)に示すように、第2
の基板16の表面と第1の基板の表面とを室温で密着さ
せる。
Then, as shown in FIG. 2C, the second
The surface of the substrate 16 is brought into close contact with the surface of the first substrate at room temperature.

【0091】図2の(c)は第2の基板と第1の基板と
が、絶縁層15を介して貼り合わされた様子を示してあ
るが、非多孔質層14がSiでない場合、あるいは第2
の基板がSiでない場合には絶縁層15はなくてもよ
い。
FIG. 2C shows a state in which the second substrate and the first substrate are bonded together with the insulating layer 15 interposed therebetween. 2
When the substrate is not Si, the insulating layer 15 may not be provided.

【0092】貼り合わせに際しては絶縁性の薄板をはさ
み3枚重ねで貼り合わせることも可能である。
At the time of bonding, it is also possible to sandwich three thin insulating plates and to bond them together.

【0093】次に、図2の(d)に示すように第2の多
孔質層13における第1多孔質層12側の最表面の薄い
層で基板を分離する。分離する方法としては、加圧、引
っ張り、剪断、楔、等による外圧をかける方法、超音波
を印加する方法、熱をかける方法、酸化により多孔質領
域を周辺から膨張させ多孔質領域内に内圧をかける方
法、パルス状に加熱し、熱応力をかける方法、あるいは
軟化させる方法等があるがこの方法に限定されるもので
はない。
Next, as shown in FIG. 2D, the substrate is separated by the thinnest layer on the outermost surface of the second porous layer 13 on the first porous layer 12 side. As a method of separating, a method of applying external pressure by pressurizing, pulling, shearing, wedge, etc., a method of applying ultrasonic waves, a method of applying heat, an internal pressure is expanded by expanding the porous region from the periphery by oxidation, , A method of heating in a pulsed manner and applying a thermal stress, a method of softening, and the like, but are not limited thereto.

【0094】続いて、第2の基板側の表面に対して第1
の多孔質層14の残留部の非多孔質化作用も伴うその表
面の平滑化処理を行なう。平滑化処理は、前述したとお
りである。
Subsequently, the first substrate is brought into contact with the surface on the second substrate side.
Of the remaining portion of the porous layer 14 is subjected to a non-porous action to smooth the surface. The smoothing process is as described above.

【0095】以上の結果、図2の(e)に示すような半
導体基板が得られる。第2の基板16上に非多孔質層1
4、例えば単結晶Si薄膜が平坦に、しかも均一に薄層
化されて、ウエハ全域に、大面積に形成される。第2の
基板と第1の基板とを間に絶縁層15が介在するように
貼り合わせれば、絶縁分離された電子素子作製に好適な
半導体基板になる。
As a result, a semiconductor substrate as shown in FIG. 2E is obtained. Non-porous layer 1 on second substrate 16
4. For example, a single-crystal Si thin film is flattened and uniformly thinned, and formed over a large area over the entire wafer. When the second substrate and the first substrate are bonded to each other with the insulating layer 15 interposed therebetween, a semiconductor substrate suitable for manufacturing an insulated and separated electronic element is obtained.

【0096】第1のSi単結晶基板11は図2の(f)
のように第2の多孔質層の残留部が不要であれば除去し
て、表面平滑性が許容できないほど荒れている場合には
表面平滑化を行った後、再度、第1の基板11、あるい
は第2の基板16として使用し、図2に示した工程を再
び繰り返して、もう1つの半導体基板を作り得る。
The first Si single crystal substrate 11 corresponds to FIG.
If the remaining portion of the second porous layer is unnecessary as described above, the remaining portion is removed, and if the surface smoothness is unacceptably rough, the surface is smoothed, and then the first substrate 11, Alternatively, the semiconductor device may be used as the second substrate 16 and the process shown in FIG. 2 may be repeated to form another semiconductor substrate.

【0097】図1、2に示した工程を第2の基体を2枚
用いることにより第1の基体の両面に基板作製のプロセ
スを施し、半導体基板を同時に2枚作製することもでき
る。その様子を図3に示す。第1の基板11は、両面上
の残留多孔質層13を不要であれば除去して、表面平坦
性が許容できないほど荒れている場合には表面平滑化を
行った後、再度、第1の基板11として利用できる。あ
るいは2つの第2の基板16のうち一方としても使用で
きる。
By using the steps shown in FIGS. 1 and 2 using two second substrates, a process for producing a substrate can be performed on both surfaces of the first substrate, and two semiconductor substrates can be produced simultaneously. This is shown in FIG. The first substrate 11 removes the residual porous layer 13 on both surfaces if unnecessary, performs surface smoothing if the surface flatness is unacceptably rough, and then performs the first step again. It can be used as the substrate 11. Alternatively, it can be used as one of the two second substrates 16.

【0098】2つの支持基板16は、その大きさや材料
が同一でなくても良い。
The size and material of the two support substrates 16 need not be the same.

【0099】2つの非多孔質層14は、その大きさや材
料が同一でなくてもよい。
The size and material of the two non-porous layers 14 need not be the same.

【0100】絶縁層15はなくてもよい。The insulating layer 15 need not be provided.

【0101】従来の貼り合わせ基板の作製方法は第1の
Si基板を研削やエッチングにより片面から順次除去し
ていく方法を用いているため、第1のSi基板の両面を
有効活用し支持基板に貼り合わせることは不可能であ
る。しかし、上記実施例によれば、第1のSi基板はそ
の表面層以外は元のまま保持されているため、第1のS
i基板の両面を共に主面とし、その面にそれぞれ支持基
板を貼り合わせることにより、2枚の貼り合わせ基板を
同時に1枚の第1のSi基板から作製することができる
ので、工程を短縮し、生産性を向上することができる。
もちろん、分離された第1のSi基体は再利用すること
が可能である。
Since the conventional method of manufacturing a bonded substrate uses a method in which the first Si substrate is sequentially removed from one surface by grinding or etching, both surfaces of the first Si substrate are effectively used as a support substrate. It is impossible to attach. However, according to the above embodiment, since the first Si substrate is kept as it is except for the surface layer, the first S
By bonding both sides of the i-substrate as main surfaces and bonding a support substrate to each of the surfaces, two bonded substrates can be simultaneously manufactured from one first Si substrate, so that the process is shortened. , And productivity can be improved.
Of course, the separated first Si substrate can be reused.

【0102】例えば、シリコンの場合はSi基板を多孔
質化させてから、融点以下の温度により熱処理して、多
孔質化したシリコン基板の表面層を非多孔質シリコン単
結晶層にすることで、シラン等のシリコン含有ソースガ
スを用いることなく、結晶性の良好なシリコン単結晶層
を多孔質化したシリコン基板上の表面に形成できる。
For example, in the case of silicon, the Si substrate is made porous, and then heat-treated at a temperature equal to or lower than the melting point, so that the surface layer of the porous silicon substrate becomes a non-porous silicon single crystal layer. A silicon single crystal layer having good crystallinity can be formed on the surface of a porous silicon substrate without using a silicon-containing source gas such as silane.

【0103】図4は、本発明による第1の多孔質層と第
2の多孔質層との形成工程と、非多孔質層の形成工程
と、分離工程における多孔質領域の様子を模式的に示
す。
FIG. 4 schematically shows the steps of forming the first porous layer and the second porous layer, the step of forming the non-porous layer, and the state of the porous region in the separation step according to the present invention. Show.

【0104】図4の(a)は孔P1をもつ低多孔度の層
12aと、孔P1より大きな径の孔P2をもつ高多孔度
の第2の多孔質層13とが基板11の表面に形成されて
いる様子を模式的に示している。
FIG. 4A shows that a low porosity layer 12a having a hole P1 and a high porosity second porous layer 13 having a hole P2 having a larger diameter than the hole P1 are formed on the surface of the substrate 11. The state in which it is formed is schematically shown.

【0105】図4の(b)は非多孔質層の形成工程とし
て、低多孔度の層12aの表面側の部分を熱処理により
非多孔質化し、非多孔質層14を形成した時の様子を模
式的に示している。つまり、基板11の表面には、第2
の多孔質層13、第1の多孔質層12、非多孔質層14
が積層体が形成されている。
FIG. 4B shows a state in which the nonporous layer 14 is formed as a nonporous layer forming step by making the surface portion of the low porosity layer 12a nonporous by heat treatment. This is schematically shown. That is, the second surface of the substrate 11
Porous layer 13, first porous layer 12, non-porous layer 14
Is a laminate.

【0106】図4の(c)は、分離後の様子を模式的に
示しており、第1の多孔質層12と第2の多孔質層13
との界面if側にある、第2の多孔質層の界面部分が崩
壊して分離されている時の様子を示している。
FIG. 4C schematically shows the state after separation, in which the first porous layer 12 and the second porous layer 13 are separated.
This shows a state in which the interface portion of the second porous layer on the interface if side with the substrate is collapsed and separated.

【0107】図4は、本発明の理解を容易にする為に模
式的に示しているが、多孔質層の孔の形状や、分離され
た面の形状はより複雑であることが多い。
FIG. 4 is a schematic view for facilitating the understanding of the present invention, but the shape of the pores of the porous layer and the shape of the separated surface are often more complicated.

【0108】又、非多孔質化の工程(b)の後、エピタ
キシャル成長等を行って非多孔質層14の厚さを増大さ
せてもよい。
After the non-porous step (b), the thickness of the non-porous layer 14 may be increased by epitaxial growth or the like.

【0109】[0109]

【実施例】【Example】

[実施例1]第1の単結晶Si基板の表面層をHF溶液
中において陽極化成を行った。
Example 1 The surface layer of the first single crystal Si substrate was anodized in an HF solution.

【0110】陽極化成条件は以下の通りであった。The anodizing conditions were as follows.

【0111】 電流密度: 7(mA・cm-2) 陽極化成溶液: HF:H2O:C25OH=1:1:1 時間: t(min) 多孔質Siの厚み:x(μm) さらに、 電流密度: 50(mA・cm-2) 陽極化成溶液: HF:H2O:C25OH=1:1:1 時間: 10(sec) 多孔質Siの厚み:0.2(μm) 第1の陽極化成の時間tを、第1の低多孔度多孔質層厚
xが0, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5μmとなるように、それぞれ
0, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5minと変えて行った。
Current density: 7 (mA · cm −2 ) Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1: 1 Time: t (min) Thickness of porous Si: x (μm) Further, current density: 50 (mA · cm −2 ) Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1: 1 Time: 10 (sec) Thickness of porous Si: 0.2 (Μm) The first anodization time t was set such that the first low porosity porous layer thickness x was 0, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5 μm.
The test was performed by changing the values to 0, 0.2, 0.5, 1.0, and 1.5 min.

【0112】電流密度を50mA・cm-2としたこの陽
極化成により、第2の多孔質Si層の多孔度は大きくな
り、構造的に脆弱な高多孔度薄層が形成された。
By this anodization at a current density of 50 mA · cm −2 , the porosity of the second porous Si layer was increased, and a structurally brittle high-porosity thin layer was formed.

【0113】このウエハをエピタキシャル装置に入れた
後、水素中に配置して1060℃ベークした。この状態
でサンプルを取出して走査型電子顕微鏡で観察すると多
孔質Siの表面孔は封止されていることが確認された。
結果として、低多孔度薄層の最表面層は孔を埋めるため
に消費され、非多孔質状態になった。特に、低多孔度の
層を1.0μm以下の所定層厚に形成し、その後、表面
層を非多孔質化して、残りの低多孔質度の層の厚さは
0.5μm以下になった。引き続いて多孔質Si上にC
VD(Chemical Vapor Deposit
ion)法により単結晶Siを0.3μmエピタキシャ
ル成長した。成長条件は以下の通りである。
After placing this wafer in an epitaxial apparatus, it was placed in hydrogen and baked at 1060 ° C. In this state, a sample was taken out and observed with a scanning electron microscope, and it was confirmed that the surface pores of the porous Si were sealed.
As a result, the outermost layer of the low porosity thin layer was consumed to fill the pores and became non-porous. In particular, the low-porosity layer was formed to a predetermined thickness of 1.0 μm or less, and then the surface layer was made nonporous, and the thickness of the remaining low-porosity layer became 0.5 μm or less. . Subsequently, C on porous Si
VD (Chemical Vapor Deposit)
Single-crystal Si was epitaxially grown to 0.3 μm by the (ion) method. The growth conditions are as follows.

【0114】 ソ−スガス: SiH2Cl2/H2 ガス流量: 0.2/180 l/min ガス圧力: 760 Torr 温度: 1060 ℃ 成長速度: 0.15 μm/min さらに、このエピタキシャルSi層表面に熱酸化により
200nmのSiO2層を形成した。
Source gas: SiH 2 Cl 2 / H 2 gas flow rate: 0.2 / 180 l / min Gas pressure: 760 Torr Temperature: 1060 ° C. Growth rate: 0.15 μm / min Further, the surface of this epitaxial Si layer A 200 nm SiO 2 layer was formed by thermal oxidation.

【0115】前記SiO2層表面を別に用意したSi基
板(第2の基板)の表面に重ね合わせ、接触させた後、
1180℃で5分間アニールしたところ、貼り合わせは
強固になった。
After the surface of the SiO 2 layer was superimposed on and contacted with the surface of a separately prepared Si substrate (second substrate),
After annealing at 1180 ° C. for 5 minutes, the bonding became strong.

【0116】貼り合わせウエハを分離させたところ、高
多孔度層中の高多孔度層と低多孔度層との界面付近で分
割された。そのどの方法でも分離することは可能であっ
た。引き続いて、常圧の水素雰囲気中に基板を設置し、
1100度4時間の熱処理を施した。その結果、第2の
基板上に残留していた低多孔度薄層はすべて非多孔質化
された。断面を電子顕微鏡で観察したところ、残留する
空洞等は確認できなかった。表面粗さを原子間力顕微鏡
で評価したところ、50μm角の領域での平均2乗粗さ
は低多孔度層の厚みが0, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5μmに対し
てそれぞれ、およそ0.5, 0.2, 0.2, 0.4, 1.5nmで、1.0
μm以下の厚さの低多孔度薄層に対する表面ラフネスは
通常市販されているSiウエハと同等であった。同様に
結晶欠陥密度を測定したところ、積層欠陥密度は低多孔
度層の厚みが0, 0.2, 0.5, 1.0,1.5μmに対してそれぞ
れ、およそ1×105,6×103,5×103,5×103,5×103
cm 2で、低多孔度薄層を導入することによって結晶欠陥
密度は激減した。
When the bonded wafer was separated,
Near the interface between the high and low porosity layers in the porosity layer
Cracked. It is possible to separate in any of these ways
Was. Subsequently, the substrate is placed in a hydrogen atmosphere at normal pressure,
Heat treatment was performed at 1100 ° C. for 4 hours. As a result, the second
All low-porosity thin layers remaining on the substrate are made non-porous
Was done. The cross section remains when observed with an electron microscope
No cavities or the like could be confirmed. Atomic force microscope for surface roughness
The average square roughness in a 50 μm square area
Indicates that the thickness of the low porosity layer is 0, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5 μm.
About 0.5, 0.2, 0.2, 0.4, 1.5 nm, respectively, 1.0
The surface roughness for low porosity thin layers less than μm thick is
It was equivalent to a commercially available Si wafer. Likewise
When the crystal defect density was measured, the stacking fault density was low.
For each thickness of 0, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5μm
About 1 × 10Five, 6 × 10Three, 5 × 10Three, 5 × 10Three, 5 × 10Three/
cm TwoIntroduce crystal defects by introducing a low porosity thin layer
Density dropped dramatically.

【0117】こうして、Si酸化膜上に低欠陥密度の単
結晶Si層が形成できた。形成された単結晶Si層の膜
厚を面内全面について100点を測定したところ、膜厚
の均一性はそれぞれ211nm±4nm、412nm±
9nm、690nm±14nm、1201nm±24n
m、1707nm±34nm、であった。この単結晶S
i層は、低多孔度の層が非多孔質化した部分も含むので
厚さが異なっている。
In this manner, a single crystal Si layer having a low defect density was formed on the Si oxide film. When the film thickness of the formed single crystal Si layer was measured at 100 points on the entire surface in the plane, the uniformity of the film thickness was 211 nm ± 4 nm and 412 nm ± 4, respectively.
9 nm, 690 nm ± 14 nm, 1201 nm ± 24 n
m, 1707 nm ± 34 nm. This single crystal S
The i-layer has a different thickness because it also includes a nonporous portion of the low porosity layer.

【0118】第1のSi基板側に残った荒れは、水素ア
ニール、あるいは表面研磨等の表面処理を施して表面平
滑化処理をして後、再び第1の基板としてあるいは第2
の基板として使用することができた。この時、多孔質S
iが比較的多く残っている場合には、予め49%弗酸と
30%過酸化水素水との混合液で攪はんしながら選択エ
ッチングし、その後、水素アニール、あるいは表面研磨
等の表面処理を施せば、再び第1の基板としてあるいは
第2の基板として使用できる。
Roughness remaining on the first Si substrate side is subjected to a surface treatment such as hydrogen annealing or surface polishing to perform a surface smoothing treatment, and then used again as the first substrate or the second substrate.
Could be used as a substrate. At this time, the porous S
If a relatively large amount of i remains, selective etching is performed in advance while stirring with a mixed solution of 49% hydrofluoric acid and 30% hydrogen peroxide, followed by surface treatment such as hydrogen annealing or surface polishing. Can be used again as the first substrate or the second substrate.

【0119】[実施例2]第1の単結晶Siウエハの表
面層をHF溶液中において陽極化成を行った。
Example 2 The surface layer of the first single crystal Si wafer was anodized in an HF solution.

【0120】陽極化成条件は以下の通りであった。The anodizing conditions were as follows.

【0121】 電流密度: 7(mA・cm-2) 陽極化成溶液: HF:H2O:C25OH=1:1:1 時間: 0.1(min) 第1の多孔質Siの層厚み:0.1(μm) さらに、 電流密度: 50(mA・cm-2) 陽極化成溶液:HF:H2O:C25OH=1:1:1 時間: 5(sec) 第2の多孔質Si層の厚み: 0.1(μm) さらに3層目を作製してもよい。条件は例えば 電流密度: 7(mA・cm-2) 陽極化成溶液: HF:H2O:C25OH=1:1:1 時間: 1(min) 第3の多孔質層Siの厚み:1(μm) この陽極化成により、50(mA・cm-2)による多孔
質Si層の多孔度は多孔質領域中もっとも大きくなり、
構造的に脆弱な高多孔度層が低多孔度薄層の下に形成さ
れた。
Current density: 7 (mA · cm −2 ) Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1: 1 Time: 0.1 (min) First porous Si Layer thickness: 0.1 (μm) Further, current density: 50 (mA · cm −2 ) Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1: 1 Time: 5 (sec) Thickness of porous Si layer 2: 0.1 (μm) Further, a third layer may be formed. Conditions are, for example, current density: 7 (mA · cm −2 ) Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1: 1 Time: 1 (min) Thickness of third porous layer Si : 1 (μm) By this anodization, the porosity of the porous Si layer at 50 (mA · cm −2 ) becomes the largest in the porous region,
A structurally brittle high porosity layer formed below the low porosity lamina.

【0122】このウエハを酸素雰囲気中400℃で1時
間酸化した。この酸化により多孔質Siの孔の内壁は熱
酸化膜で覆われた。このウエハを1%のHF水溶液に3
0秒程度浸積することで多孔質表面および、表面近傍の
孔の内壁に形成された極薄の熱酸化膜を除去した。この
ウエハを超高真空装置に入れた後、1×10-9Torr
で1000℃で5分間ベークした。この状態でサンプル
を取出して走査型電子顕微鏡で観察すると多孔質Siの
表面孔を封止されていることが確認された。結果とし
て、低多孔度薄層の最表面層は孔を埋めるために消費さ
れ、非多孔質状態になった。この基板をエピタキシャル
成長装置に設置し、多孔質Si上にCVD法により単結
晶Siを1.0μmエピタキシャル成長した。成長条件
は以下の通りである。
This wafer was oxidized in an oxygen atmosphere at 400 ° C. for 1 hour. Due to this oxidation, the inner wall of the porous Si hole was covered with the thermal oxide film. This wafer was placed in a 1% aqueous HF solution for 3 hours.
By immersion for about 0 seconds, the ultra-thin thermal oxide film formed on the porous surface and the inner wall of the hole near the surface was removed. After placing this wafer in an ultra-high vacuum apparatus, 1 × 10 −9 Torr
And baked at 1000 ° C. for 5 minutes. In this state, a sample was taken out and observed with a scanning electron microscope. As a result, it was confirmed that the surface pores of the porous Si were sealed. As a result, the outermost layer of the low porosity thin layer was consumed to fill the pores and became non-porous. This substrate was set in an epitaxial growth apparatus, and single-crystal Si was epitaxially grown on porous Si by 1.0 μm by CVD. The growth conditions are as follows.

【0123】 ソ−スガス: SiH2Cl2/H2 ガス流量: 0.4/180 l/min ガス圧力: 80 Torr 温度: 900 ℃ 成長速度: 0.15 μm/min さらに、このエピタキシャルSi層表面に熱酸化により
200nmのSiO2層を形成した。
Source gas: SiH 2 Cl 2 / H 2 gas flow rate: 0.4 / 180 l / min Gas pressure: 80 Torr Temperature: 900 ° C. Growth rate: 0.15 μm / min Further, the surface of this epitaxial Si layer A 200 nm SiO 2 layer was formed by thermal oxidation.

【0124】前記SiO2層表面を別に用意したSi基
板(第2の基板)の表面に重ね合わせ、接触させた後、
1100℃で10分間でアニールしたところ、貼り合わ
せは強固になった。
After the surface of the SiO 2 layer was superimposed on and contacted with the surface of a separately prepared Si substrate (second substrate),
After annealing at 1100 ° C. for 10 minutes, the bonding became strong.

【0125】貼り合わせウエハを分離させたところ、3
層目の化成電流密度が7mA/cm 2とした方は2層目
の高多孔度層の第1の多孔質層と第2の多孔質層との界
面付近で分割された。すなわち、2層目の多孔度を多孔
質層構造中最大多孔度とすると分割しやすかった。引き
続いて、水素雰囲気、50Torrの圧力下に第2の基
板を設置し、1100度2時間の熱処理を施した。その
結果、第2の基板上の転写されたエピタキシャルSi層
表面に残留する低多孔度薄層はすべて非多孔質化され
た。断面を電子顕微鏡で観察したところ、残留する空洞
等は確認できなかった。表面粗さを原子間力顕微鏡で評
価したところ、50μm角の領域での平均2乗粗さはお
よそ0.3nmで表面ラフネスは通常市販されているS
iウエハと同等であった。同様に結晶欠陥密度を測定し
たところ、積層欠陥密度は 5×103/cm2で、低多
孔度薄層を導入することによって結晶欠陥密度は激減し
た。
When the bonded wafer was separated, 3
The formation current density of the layer is 7 mA / cm TwoAnd the second layer
Between the first porous layer and the second porous layer of the high porosity layer of FIG.
Split near the plane. That is, the porosity of the second layer is
When the porosity was the highest in the porous layer structure, it was easy to split. pull
Subsequently, the second substrate is placed in a hydrogen atmosphere under a pressure of 50 Torr.
The plate was placed and heat treated at 1100 ° C. for 2 hours. That
As a result, the transferred epitaxial Si layer on the second substrate
All low-porosity thin layers remaining on the surface are made non-porous
Was. When the cross section was observed with an electron microscope, the remaining cavities
Etc. could not be confirmed. Evaluate surface roughness with an atomic force microscope
As a result, the mean square roughness in the area of 50 μm square was
At about 0.3 nm, the surface roughness is usually S
It was equivalent to i wafer. Measure the crystal defect density in the same way
As a result, the stacking fault density was 5 × 10Three/ CmTwoAnd low
Crystal defect density is drastically reduced by introducing a thin porosity layer.
Was.

【0126】以上の結果、第2の基板のSi酸化膜上に
低欠陥密度の単結晶Si層が形成できた。形成された単
結晶Si層の膜厚を面内全面について100点を測定し
たところ、膜厚の均一性はそれぞれ1011nm±22
nmであった。
As a result, a single crystal Si layer having a low defect density was formed on the Si oxide film of the second substrate. When the film thickness of the formed single crystal Si layer was measured at 100 points over the entire surface, the uniformity of the film thickness was 1011 nm ± 22.
nm.

【0127】酸化膜は、エピタキシャル層表面でなく、
第2の基板表面に形成しても、あるいは、その両者に形
成しても同様の結果が得られた。
The oxide film is not on the surface of the epitaxial layer,
The same result was obtained whether it was formed on the surface of the second substrate or on both.

【0128】第2の基板表面に残っていた多孔質Si
は、49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液で攪は
んしながら選択エッチングした。その後、水素アニール
の表面処理を施して再び第1の基板としてあるいは第2
の基板として使用できるようにした。
The porous Si remaining on the surface of the second substrate
Was selectively etched while stirring with a mixed solution of 49% hydrofluoric acid and 30% hydrogen peroxide solution. After that, a surface treatment such as hydrogen annealing is performed, and the surface is again used as the first substrate or the second substrate.
It can be used as a substrate.

【0129】[実施例3]第1の単結晶Si基板の表面
層をHF溶液中において陽極化成を行った。
Example 3 The surface layer of the first single crystal Si substrate was anodized in an HF solution.

【0130】陽極化成条件は以下の通りであった。The anodizing conditions were as follows.

【0131】 電流密度: 7(mA・cm-2) 陽極化成溶液: HF:H2O:C25OH=1:1:1 時間: 3(min) 多孔質Siの厚み:3(μm) この基板を酸素雰囲気中400℃で1時間酸化した。こ
の酸化により多孔質Siの孔の内壁は熱酸化膜で覆われ
た。このウエハ表面から投影飛程が多孔質Si中でかつ
表面から0.3μm付近になるようにイオン打ち込みし
た。このイオン注入される元素は限定されることはな
く、界面付近に注入損傷層、注入元素の高濃度層(ひず
み層)あるいはバブル層が形成されれば良い。
Current density: 7 (mA · cm −2 ) Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1: 1 Time: 3 (min) Thickness of porous Si: 3 (μm) This substrate was oxidized at 400 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. Due to this oxidation, the inner wall of the porous Si hole was covered with the thermal oxide film. Ion implantation was performed so that the projection range from the wafer surface was in porous Si and near 0.3 μm from the surface. The element to be ion-implanted is not limited, and it suffices that an implantation damage layer, a high concentration layer (strain layer) of the implanted element, or a bubble layer is formed near the interface.

【0132】多孔質Si上にCVD法により単結晶Si
を0.15μmエピタキシャル成長した。成長条件は以
下の通りである。
Single-crystal Si is formed on porous Si by CVD.
Was epitaxially grown by 0.15 μm. The growth conditions are as follows.

【0133】 ソ−スガス: SiH2Cl2/H2 ガス流量: 0.5/180 l/min ガス圧力: 80 Torr 温度: 900 ℃ 成長速度: 0.15 μm/min さらに、このエピタキシャルSi層表面に熱酸化により
100nmのSiO2層を形成した。
Source gas: SiH 2 Cl 2 / H 2 gas flow rate: 0.5 / 180 l / min Gas pressure: 80 Torr Temperature: 900 ° C. Growth rate: 0.15 μm / min Further, the surface of this epitaxial Si layer Then, a 100 nm SiO 2 layer was formed by thermal oxidation.

【0134】前記SiO2層表面と別に用意したSi基
板(第2の基板)の表面とを重ね合わせ、接触させた
後、アニールしたところ、貼り合わせは強固になった。
アニール条件は、上記注入損傷層、注入元素の高濃度層
(ひずみ層)あるいはバブル層が拡散しない条件で行
う。この状態の断面を電子顕微鏡で観察するとイオン注
入した位置の多孔質の多孔度が上昇していることが確認
された。すなわち、イオン注入によって後に分離層とな
る高多孔度層が形成された。
When the surface of the SiO 2 layer and the surface of a separately prepared Si substrate (second substrate) were overlapped and brought into contact with each other and then annealed, the bonding became strong.
Annealing conditions are such that the implant damage layer, the high concentration layer (strain layer) of the implant element or the bubble layer does not diffuse. When the cross section in this state was observed with an electron microscope, it was confirmed that the porosity of the porous material at the ion-implanted position was increased. That is, a high porosity layer to be a separation layer later was formed by ion implantation.

【0135】貼り合わせウエハを分離させたところ、イ
オン注入によって形成された高多孔度層で分割された。
When the bonded wafer was separated, it was divided by a high porosity layer formed by ion implantation.

【0136】引き続いて、H2をArで希釈した雰囲気
中に第2の基板を設置し、1200度2時間の熱処理を
施した。その結果、第2の基板の転写された単結晶Si
層上に残留する低多孔度薄層はすべて非多孔質化され
た。断面を電子顕微鏡で観察したところ、残留する空洞
等は確認できなかった。表面粗さを原子間力顕微鏡で評
価したところ、50μm角の領域での平均2乗粗さはお
よそ0.3nmで表面ラフネスは通常市販されているS
iウエハと同等であった。同様に結晶欠陥密度を測定し
たところ、積層欠陥密度は6×103/cm2で、低多孔
度薄層を導入することによって結晶欠陥密度は激減し
た。
Subsequently, the second substrate was placed in an atmosphere in which H 2 was diluted with Ar, and heat treatment was performed at 1200 ° C. for 2 hours. As a result, the transferred single-crystal Si
Any low porosity thin layers remaining on the layer were rendered non-porous. Observation of the cross section with an electron microscope revealed no remaining cavities or the like. When the surface roughness was evaluated with an atomic force microscope, the mean square roughness in a 50 μm square region was about 0.3 nm, and the surface roughness was S which is usually commercially available.
It was equivalent to i wafer. When the crystal defect density was measured similarly, the stacking fault density was 6 × 10 3 / cm 2 , and the crystal defect density was drastically reduced by introducing a low-porosity thin layer.

【0137】以上の結果、Si酸化膜上に低欠陥密度の
単結晶Si層が形成できた。形成された単結晶Si層の
膜厚を面内全面について100点を測定したところ、膜
厚の均一性はそれぞれ311nm±6.2nmであっ
た。
As a result, a single crystal Si layer having a low defect density was formed on the Si oxide film. When the film thickness of the formed single crystal Si layer was measured at 100 points over the entire in-plane surface, the film thickness uniformity was 311 nm ± 6.2 nm.

【0138】第1の基板の表面に残っている多結晶Si
は、49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液で攪は
んしながら選択エッチングした。その後、水素アニール
の表面処理を第1の基板に施して再び第1の基板として
あるいは第2の基板として使用できるようにした。
Polycrystalline Si remaining on the surface of the first substrate
Was selectively etched while stirring with a mixed solution of 49% hydrofluoric acid and 30% hydrogen peroxide solution. Thereafter, the surface treatment of hydrogen annealing was performed on the first substrate so that the substrate could be used again as the first substrate or the second substrate.

【0139】[実施例4]第1のp-単結晶Si基板の
表面に予めボロンを拡散し、p+層をおよそ0.2μm
の厚さに形成した。
Example 4 Boron was previously diffused into the surface of the first p - single crystal Si substrate to make the p + layer approximately 0.2 μm
It was formed in thickness.

【0140】続いて、この基板の表面層をHF溶液中に
おいて陽極化成を行った。
Subsequently, the surface layer of the substrate was anodized in an HF solution.

【0141】陽極化成条件は以下の通りであった。The anodizing conditions were as follows.

【0142】 電流密度: 7(mA・cm-2) 陽極化成溶液: HF:H2O:C25OH=1:1:1 時間: 2(min) この基板を走査型電子顕微鏡で観察すると表面に多孔度
20%の層がおよそ0.2μmの厚さ、その下に多孔度
50%の多孔質層がおよそ0.4μm形成されていた。
Current density: 7 (mA · cm −2 ) Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1: 1 Time: 2 (min) This substrate was observed with a scanning electron microscope. As a result, a layer having a porosity of 20% was formed on the surface to a thickness of about 0.2 μm, and a porous layer having a porosity of 50% was formed under the layer to a thickness of about 0.4 μm.

【0143】この基板を酸素雰囲気中400℃で1時間
酸化した。この酸化により多孔質Siの孔の内壁は熱酸
化膜で覆われた。このウエハをエピタキシ装置に入れた
後、水素中で1060℃で5分間ベークし、さらにSi
ソースを微小量供給しながら、ベークすることで、多孔
質Siの表面孔を埋めた。表面孔の埋まった多孔質Si
上にCVD法により単結晶Siをp−エピタキシャル層
を0.45μm 、n +エピタキシャル層を1.0μm
エピタキシャル成長した。成長条件は以下の通りであ
る。
This substrate was placed in an oxygen atmosphere at 400 ° C. for one hour.
Oxidized. Due to this oxidation, the inner wall of the porous Si
Covered with oxide film. This wafer was put in the epitaxy equipment
Thereafter, the substrate is baked at 1060 ° C. for 5 minutes in hydrogen,
By baking while supplying a small amount of sauce,
The surface pores of the porous Si were filled. Porous Si filled with surface pores
A single crystal Si is formed on the p-epitaxial layer by the CVD method.
Is 0.45 μm, n +1.0 μm epitaxial layer
It was epitaxially grown. The growth conditions are as follows
You.

【0144】 ソ−スガス: SiH2Cl2/H2 ガス流量: 0.5/180 l/min ガス圧力: 80 Torr 温度: 900 ℃ 成長速度: 0.15 μm/min さらに、このエピタキシャルSi層表面に熱酸化により
100nmのSiO2層を形成した。
Source gas: SiH 2 Cl 2 / H 2 gas flow rate: 0.5 / 180 l / min Gas pressure: 80 Torr Temperature: 900 ° C. Growth rate: 0.15 μm / min Further, the surface of this epitaxial Si layer Then, a 100 nm SiO 2 layer was formed by thermal oxidation.

【0145】前記SiO2層表面と別に用意したSi基
板(第2の基板)の表面をO2プラズマで処理をし、水
洗した後に重ね合わせ、接触させた後、400℃で60
分間アニールしたところ、貼り合わせは強固になった。
The surface of the Si substrate (second substrate) prepared separately from the surface of the SiO 2 layer was treated with O 2 plasma, washed with water, superposed, brought into contact, and then heated at 400 ° C. for 60 hours.
After annealing for a minute, the bonding became strong.

【0146】貼り合わせウエハを分離させたところ、低
多孔質層側界面付近の高多孔度層で分割された。
When the bonded wafer was separated, the wafer was divided into high porosity layers near the interface with the low porosity layer.

【0147】引き続いて、残留酸素、水分を十分に除去
した超高真空装置中に第2の基板を設置し、1×10-9
Torrの圧力下で950度4時間の熱処理を施した。
その結果、第2の基板上に残留する低多孔度薄層はすべ
て非多孔質化された。断面を電子顕微鏡で観察したとこ
ろ、残留する空洞等は確認できなかった。表面粗さを原
子間力顕微鏡で評価したところ、50μm角の領域での
平均2乗粗さはおよそ0.5nmで表面ラフネスは通常
市販されているSiウエハと同等であった。同様に結晶
欠陥密度を測定したところ、積層欠陥密度は6×103
/cm2で、低多孔度薄層を導入することによって結晶
欠陥密度は激減した。
Subsequently, the second substrate was placed in an ultra-high vacuum apparatus from which residual oxygen and moisture were sufficiently removed, and 1 × 10 -9
Heat treatment was performed at 950 ° C. for 4 hours under a pressure of Torr.
As a result, all the low porosity thin layers remaining on the second substrate were made nonporous. Observation of the cross section with an electron microscope revealed no remaining cavities or the like. When the surface roughness was evaluated with an atomic force microscope, the mean square roughness in a 50 μm square region was about 0.5 nm, and the surface roughness was equivalent to that of a commercially available Si wafer. Similarly, when the crystal defect density was measured, the stacking fault density was 6 × 10 3
/ Cm 2 , the crystal defect density was drastically reduced by introducing a low porosity thin layer.

【0148】以上の結果、第2の基板のSi酸化膜上に
+埋込み層を含み1.6μmの厚みを持った単結晶S
i層が形成できた。形成された単結晶Si層の膜厚を面
内全面について100点を測定したところ、膜厚の均一
性は1.6μm±0.03μmであった。
As a result, a single crystal S having a thickness of 1.6 μm including an n + buried layer was formed on the Si oxide film of the second substrate.
An i-layer was formed. When the film thickness of the formed single crystal Si layer was measured at 100 points on the entire surface in the plane, the uniformity of the film thickness was 1.6 μm ± 0.03 μm.

【0149】第1の基板側に残った荒れは、水素アニー
ルの表面処理を施して表面平坦化処理をして後、再び第
1の基板としてあるいは第2の基板として使用すること
ができた。多孔質Siが残っている場合には、49%弗
酸と30%過酸化水素水との混合液で攪はんしながら選
択エッチングし、その後、水素アニール、あるいは表面
研磨等の表面処理を施せば、再び第1の基板としてある
いは第2の基板として投入することができる。
The rough surface remaining on the first substrate side was subjected to a surface treatment of hydrogen annealing and a surface flattening treatment, and then used again as the first substrate or the second substrate. If porous Si remains, it is selectively etched while stirring with a mixed solution of 49% hydrofluoric acid and 30% hydrogen peroxide, and then subjected to a surface treatment such as hydrogen annealing or surface polishing. For example, it can be loaded again as the first substrate or as the second substrate.

【0150】[実施例5]第1の単結晶Si基板の表面
層をHF溶液中において陽極化成を行った。
Example 5 The surface layer of the first single crystal Si substrate was anodized in an HF solution.

【0151】陽極化成条件は以下の通りであった。The anodizing conditions were as follows.

【0152】 電流密度: 7(mA・cm-2) 陽極化成溶液: HF:H2O:C25OH=1:1:1 時間: 0.1(min) 多孔質Siの厚み:0.1(μm) 続いて、溶液の濃度を下記の通り変えて、陽極化成を行
なった。
Current density: 7 (mA · cm −2 ) Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1: 1 Time: 0.1 (min) Thickness of porous Si: 0 .1 (μm) Subsequently, anodization was performed by changing the concentration of the solution as described below.

【0153】 電流密度: 7(mA・cm-2) 陽極化成溶液: HF:H2O:C25OH=1:2:1 時間: 1(min) 多孔質Siの厚み:0.6(μm) この基板を走査型電子顕微鏡で観察すると第2の化成に
相当する高多孔度層が表面からおよそ0.1μmの深さ
に形成されていた。
Current density: 7 (mA · cm −2 ) Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 2: 1 Time: 1 (min) Thickness of porous Si: 0.6 (Μm) Observation of this substrate with a scanning electron microscope revealed that a high porosity layer corresponding to the second chemical formation was formed at a depth of about 0.1 μm from the surface.

【0154】この基板を酸素雰囲気中400℃で1時間
酸化した。この酸化により多孔質Siの孔の内壁は熱酸
化膜で覆われた。この多孔質Siの表面付近の酸化膜を
HF除去した。このウエハをエピタキシ装置に入れた
後、水素中で1040℃で5分間ベークし、多孔質Si
の表面孔を埋めた。表面孔の埋まった多孔質Si上にM
OCVD(Metal Organic Chemical Vapor Depositio
n)法により単結晶GaAsを0.5μmエピタキシャ
ル成長した。成長条件は以下の通りである。
This substrate was oxidized in an oxygen atmosphere at 400 ° C. for 1 hour. Due to this oxidation, the inner wall of the porous Si hole was covered with the thermal oxide film. The oxide film near the surface of the porous Si was removed by HF. After placing the wafer in an epitaxy apparatus, the wafer was baked in hydrogen at 1040 ° C. for 5 minutes to obtain porous Si.
Surface pores were filled. M on the porous Si filled with surface pores
OCVD (Metal Organic Chemical Vapor Depositio
Single-crystal GaAs was epitaxially grown to 0.5 μm by the n) method. The growth conditions are as follows.

【0155】 ソ−スガス: TMG/AsH3/H2 ガス圧力: 80 Torr 温度: 700 ℃ 前記GaAs層表面と別に用意したSi基板(第2の基
板)の表面とを重ね合わせ、接触させた後、700℃で
1時間でアニールしたところ、貼り合わせは強固になっ
た。
Source gas: TMG / AsH 3 / H 2 Gas pressure: 80 Torr Temperature: 700 ° C. After the surface of the GaAs layer and the surface of a separately prepared Si substrate (second substrate) are overlapped and contacted After annealing at 700 ° C. for 1 hour, the bonding became strong.

【0156】貼り合わせウエハを分離させたところ、低
多孔度層側界面近傍の高多孔度層で分割された。
When the bonded wafer was separated, it was divided into high porosity layers near the interface on the low porosity layer side.

【0157】以上の結果、第2のSi基板上に0.5μ
mの厚みを持った単結晶GaAS層が形成できた。形成
された単結晶GaAs層の膜厚を面内全面について10
0点を測定したところ、膜厚の均一性は0.5μm±
0.01μmであった。
As a result, 0.5 μm was deposited on the second Si substrate.
A single-crystal GaAs layer having a thickness of m was formed. The thickness of the formed single crystal GaAs layer is set to 10
When the zero point was measured, the uniformity of the film thickness was 0.5 μm ±
It was 0.01 μm.

【0158】GaAs層の表面は荒れており、さらに多
孔質Siの残さが残っている可能性があったため、表面
タッチポリッシュを行った。その結果、通常市販されて
いるGaAsウエハと同等な表面平滑性が得られた。
The surface of the GaAs layer was rough, and there was a possibility that the porous Si remained. Therefore, surface touch polishing was performed. As a result, surface smoothness equivalent to that of a commercially available GaAs wafer was obtained.

【0159】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、S
i層には新たな結晶欠陥は導入されておらず、良好な結
晶性が維持されていることが確認された。
As a result of observation of a cross section by a transmission electron microscope, S
No new crystal defects were introduced into the i-layer, and it was confirmed that good crystallinity was maintained.

【0160】第2の基板としては、Si基板の代わりに
表面を酸化したSi基板を用いることもできる。また、
Si基板あるいはGaAs層表面に堆積SiO2膜を形
成して後、貼り合せてもよい。この場合には、出来た基
板は絶縁性基板上のGaAsとして使用される。
As the second substrate, a Si substrate having an oxidized surface can be used instead of the Si substrate. Also,
After a deposited SiO 2 film is formed on the surface of the Si substrate or the GaAs layer, it may be bonded. In this case, the resulting substrate is used as GaAs on an insulating substrate.

【0161】第1の基板側に残った荒れは、水素アニー
ル、あるいは表面研磨等の表面処理を施して表面平坦化
処理をすれば、再び第1の基板としてあるいは第2の基
板として使用することができる。多孔質Siが残ってい
る場合には、49%弗酸と30%過酸化水素水との混合
液で攪はんしながら選択エッチングすればよく、その
後、水素アニール、あるいは表面研磨等の表面処理を施
して再び第1の基板としてあるいは第2の基板として使
用できる。
If the surface remaining on the first substrate is subjected to a surface treatment such as hydrogen annealing or surface polishing and the surface is flattened, it can be used again as the first substrate or the second substrate. Can be. If porous Si remains, it may be selectively etched while stirring with a mixed solution of 49% hydrofluoric acid and 30% hydrogen peroxide, and then surface treatment such as hydrogen annealing or surface polishing is performed. And can be used again as a first substrate or as a second substrate.

【0162】[実施例6]第1の単結晶Si基板の表面
層をHF溶液中において陽極化成を行った。
Example 6 The surface layer of the first single crystal Si substrate was anodized in an HF solution.

【0163】陽極化成条件は以下の通りであった。The anodizing conditions were as follows.

【0164】 電流密度: 7(mA・cm-2) 陽極化成溶液: HF:H2O:C25OH=1:1:1 時間: 0.2(min) 多孔質Siの厚み:0.2(μm) さらに、 電流密度: 50(mA・cm-2) 陽極化成溶液: HF:H2O:C25OH=1:1:1 時間: 10(sec) 多孔質Siの厚み:0.2(μm) この陽極化成により、50(mA・cm-2)による多孔
質Si層の多孔度は大きくなり、構造的に脆弱な高多孔
度薄層が形成された。
Current density: 7 (mA · cm −2 ) Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1: 1 Time: 0.2 (min) Thickness of porous Si: 0 0.2 (μm) Further, current density: 50 (mA · cm −2 ) Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1: 1 Time: 10 (sec) Thickness of porous Si : 0.2 (μm) By this anodization, the porosity of the porous Si layer at 50 (mA · cm −2 ) was increased, and a structurally fragile high-porosity thin layer was formed.

【0165】このウエハをエピタキシ装置に入れた後、
水素中で1060℃で5分間ベークした。この状態でサ
ンプルを取出して走査型電子顕微鏡で観察すると多孔質
Siの表面孔を封止されていることが確認された。結果
として、低多孔度薄層の最表面は孔を埋めるために消費
され、非多孔質状態になった。引き続いて多孔質Si上
にCVD法により単結晶Siを0.3μmエピタキシャ
ル成長した。成長条件は以下の通りである。
After placing this wafer in the epitaxy apparatus,
Bake in hydrogen at 1060 ° C. for 5 minutes. In this state, a sample was taken out and observed with a scanning electron microscope. As a result, it was confirmed that the surface pores of the porous Si were sealed. As a result, the outermost surface of the low porosity thin layer was consumed to fill the pores and became non-porous. Subsequently, 0.3 μm of single-crystal Si was epitaxially grown on the porous Si by CVD. The growth conditions are as follows.

【0166】 ソ−スガス: SiH2Cl2/H2 ガス流量: 0.2/180 l/min ガス圧力: 760 Torr 温度: 1060 ℃ 成長速度: 0.15 μm/min さらに、このエピタキシャルSi層表面に熱酸化により
200nmのSiO2層を形成した。
Source gas: SiH 2 Cl 2 / H 2 gas flow rate: 0.2 / 180 l / min Gas pressure: 760 Torr Temperature: 1060 ° C. Growth rate: 0.15 μm / min Further, the surface of this epitaxial Si layer A 200 nm SiO 2 layer was formed by thermal oxidation.

【0167】前記SiO2層表面と別に用意した石英基
板(第2の基板)の表面とN2プラズマで処理をし、水
洗した後に重ね合わせ、接触させた後、400℃で60
分間でアニールしたところ、貼り合わせは強固になっ
た。
The surface of the quartz substrate (second substrate) prepared separately from the surface of the SiO 2 layer was treated with N 2 plasma, washed with water, superposed and brought into contact, and then heated at 400 ° C. for 60 hours.
After annealing for a minute, the bonding became strong.

【0168】貼り合わせウエハを分離させたところ、低
多孔度層側界面近傍の高多孔度層で分割された。引き続
いて80Torrの水素雰囲気中に第2の基板を設置
し、950度6時間の熱処理を施した。その結果、第2
の基板上に残留する低多孔度薄層はすべて非多孔質化さ
れた。断面を電子顕微鏡で観察したところ、残留する空
洞等は確認できなかった。表面粗さを原子間力顕微鏡で
評価したところ、50μm角の領域での平均2乗粗さは
0.4nmで、表面ラフネスは通常市販されているSi
ウエハと同等であった。同様に結晶欠陥密度を測定した
ところ、積層欠陥密度は5×103/cm2であった。
When the bonded wafer was separated, it was divided into high porosity layers near the interface with the low porosity layer. Subsequently, the second substrate was placed in a hydrogen atmosphere of 80 Torr, and heat treatment was performed at 950 ° C. for 6 hours. As a result, the second
All the low porosity thin layers remaining on the substrate were made nonporous. Observation of the cross section with an electron microscope revealed no remaining cavities or the like. When the surface roughness was evaluated with an atomic force microscope, the mean square roughness in a 50 μm square region was 0.4 nm, and the surface roughness was usually obtained from commercially available Si.
It was equivalent to a wafer. Similarly, when the crystal defect density was measured, the stacking fault density was 5 × 10 3 / cm 2 .

【0169】以上の結果、第2の基板のSi酸化膜上に
低欠陥密度の単結晶Si層が形成できた。形成された単
結晶Si層の膜厚を面内全面について100点を測定し
たところ、膜厚の均一性はそれぞれ412nm±9nm
であった。
As a result, a single crystal Si layer having a low defect density was formed on the Si oxide film of the second substrate. When the film thickness of the formed single crystal Si layer was measured at 100 points over the entire surface, the uniformity of the film thickness was 412 nm ± 9 nm.
Met.

【0170】第1の基板側に残った荒れは、水素アニー
ル、あるいは表面研磨等の表面処理を施して表面平滑化
処理をして後、再び第1の基板としてあるいは第2の基
板として用いるすることができる。多孔質Siが残って
いる場合には、49%弗酸と30%過酸化水素水との混
合液で攪はんしながら選択エッチングして、その後、水
素アニール、あるいは表面研磨等の表面処理を施して再
び第1の基板としてあるいは第2の基板として用いるこ
とができた。
The roughness remaining on the first substrate side is subjected to a surface treatment such as hydrogen annealing or surface polishing to smooth the surface, and then used again as the first substrate or the second substrate. be able to. If porous Si remains, it is selectively etched while being stirred with a mixed solution of 49% hydrofluoric acid and 30% hydrogen peroxide, and then subjected to a surface treatment such as hydrogen annealing or surface polishing. It could be used again as a first substrate or as a second substrate.

【0171】[実施例7]第1の単結晶Si基板の表面
層をHF溶液中において陽極化成を行った。
Example 7 The surface layer of the first single crystal Si substrate was anodized in an HF solution.

【0172】陽極化成条件は以下の通りであった。The anodizing conditions were as follows.

【0173】 電流密度: 1(mA・cm-2) 陽極化成溶液: HF:H2O:C25OH=1:1:1 時間: 2(min) 多孔質Siの厚み:0.4(μm) さらに、 電流密度: 50(mA・cm-2) 陽極化成溶液: HF:H2O:C25OH=1:1:1 時間: 5(sec) 多孔質Siの厚み:0.1(μm) さらに3層目を作製してもよい。条件は例えば 電流密度: 7(mA・cm-2) 陽極化成溶液: HF:H2O:C25OH=1:1:1 時間: 1(min) 多孔質Siの厚み:1(μm) この陽極化成により、50(mA・cm-2)による多孔
質Si層の多孔度は大きくなり、構造的に脆弱な高多孔
度層が形成された。
Current density: 1 (mA · cm −2 ) Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1: 1 Time: 2 (min) Thickness of porous Si: 0.4 (Μm) Further, current density: 50 (mA · cm −2 ) Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1: 1: 1 Time: 5 (sec) Thickness of porous Si: 0 .1 (μm) Further, a third layer may be formed. Conditions are, for example, current density: 7 (mA · cm −2 ) Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1: 1 Time: 1 (min) Thickness of porous Si: 1 (μm) By the anodization, the porosity of the porous Si layer was increased by 50 (mA · cm −2 ), and a structurally fragile high porosity layer was formed.

【0174】この基板を酸素雰囲気中400℃で1時間
酸化した。この酸化により多孔質Siの孔の内壁は熱酸
化膜で覆われた。このウエハを水素ベーク装置に入れた
後、水素中で1040℃で5分間ベークし、多孔質Si
の表面孔を埋めた。結果として、低多孔度薄層(1mA
・cm-2で形成した層)の表面近傍は孔を埋めるために
消費され、非多孔質状態になった。すなわち、良質な非
多孔質単結晶層がおよそ0.05μmの厚さで形成され
た。
This substrate was oxidized in an oxygen atmosphere at 400 ° C. for 1 hour. Due to this oxidation, the inner wall of the porous Si hole was covered with the thermal oxide film. After placing the wafer in a hydrogen baking apparatus, the wafer was baked in hydrogen at 1040 ° C. for 5 minutes to form a porous Si wafer.
Surface pores were filled. As a result, a low porosity thin layer (1 mA
The portion near the surface of the layer (formed at cm −2 ) was consumed to fill the pores and became non-porous. That is, a good quality non-porous single crystal layer was formed with a thickness of about 0.05 μm.

【0175】さらに、この非多孔質単結晶層表面に熱酸
化により20nmのSiO2層を形成した。
Further, a 20 nm SiO 2 layer was formed on the surface of the non-porous single crystal layer by thermal oxidation.

【0176】前記SiO2層表面と別に用意したSi基
板(第2の基板)の表面とを重ね合わせ、接触させた
後、1180℃で5分間アニールしたところ、貼り合わ
せは強固になった。
When the surface of the SiO 2 layer and the surface of a separately prepared Si substrate (second substrate) were overlapped and brought into contact with each other, and then annealed at 1180 ° C. for 5 minutes, the bonding became strong.

【0177】貼り合わせウエハを分離させたところ、低
多孔度層側界面近傍の高多孔度層で分割された。
When the bonded wafer was separated, it was divided into high porosity layers near the interface on the low porosity layer side.

【0178】引き続いて80Torrの水素雰囲気中に
基板を設置し、1100度6時間の熱処理を施した結
果、第2の基板の表面に残留する低多孔度層はすべて非
多孔質化され単結晶シリコン層と同一化していた。表面
粗さを原子間力顕微鏡で評価したところ、50μm角の
領域での平均2乗粗さは0.4nmで、表面ラフネスは
通常市販されているSiウエハと同等であった。
Subsequently, the substrate was placed in a hydrogen atmosphere of 80 Torr and subjected to a heat treatment at 1100 ° C. for 6 hours. As a result, the low porosity layer remaining on the surface of the second substrate was all made nonporous and single crystal silicon Layer. When the surface roughness was evaluated by an atomic force microscope, the mean square roughness in a 50 μm square region was 0.4 nm, and the surface roughness was equivalent to that of a commercially available Si wafer.

【0179】以上の結果、Si酸化膜上に400nmの
厚みを持った単結晶Si層が形成できた。形成された単
結晶Si層の膜厚を面内全面について100点を測定し
たところ、膜厚の均一性は403nm±8nmであっ
た。
As a result, a single-crystal Si layer having a thickness of 400 nm was formed on the Si oxide film. When the thickness of the formed single-crystal Si layer was measured at 100 points over the entire surface, the uniformity of the film thickness was 403 nm ± 8 nm.

【0180】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、S
i層には新たな結晶欠陥は導入されておらず、良好な結
晶性が維持されていることが確認された。
As a result of observation of a cross section by a transmission electron microscope, S
No new crystal defects were introduced into the i-layer, and it was confirmed that good crystallinity was maintained.

【0181】第1の基板側に残った荒れは、水素アニー
ル、あるいは表面研磨等の表面処理を施して表面平坦化
処理をして後、再び第1の基板としてあるいは第2の基
板として用いることができる。多孔質Siが残っている
場合には、49%弗酸と30%過酸化水素水との混合液
で攪はんしながら選択エッチングし、その後、水素アニ
ール、あるいは表面研磨等の表面処理を施して再び第1
の基板としてあるいは第2の基板として用いることがで
きる。
The roughness remaining on the first substrate side is subjected to a surface treatment such as hydrogen annealing or surface polishing to make the surface flat, and then used again as the first substrate or the second substrate. Can be. If porous Si remains, it is selectively etched while stirring with a mixed solution of 49% hydrofluoric acid and 30% hydrogen peroxide, and then subjected to a surface treatment such as hydrogen annealing or surface polishing. First again
Or as a second substrate.

【0182】図に示したように、第1の基板の両面にお
いて、前述した各実施例の方法を実施できる。
As shown in the figure, the method of each embodiment described above can be carried out on both surfaces of the first substrate.

【0183】各実施例において、貼り合わせ基板分離後
の第1の基板側に残った多孔質Si層を除去するのに以
下に示す選択エッチング液を用いてもよい。
In each embodiment, the following selective etching solution may be used to remove the porous Si layer remaining on the first substrate side after the separation of the bonded substrate.

【0184】弗酸、 弗酸+過酸化水素水 弗酸+アルコール 弗酸+アルコール+過酸化水素水 バッファード弗酸、 バッファード弗酸+過酸化水素水 バッファード弗酸+アルコール バッファード弗酸+アルコール+過酸化水素水 また、一般的なSiのエッチング液を用いても、多孔質
Siの膨大な表面積によってある程度選択エッチング出
来る。
Hydrofluoric acid, hydrofluoric acid + hydrogen peroxide water hydrofluoric acid + alcohol hydrofluoric acid + alcohol + hydrogen peroxide buffered hydrofluoric acid, buffered hydrofluoric acid + hydrogen peroxide buffered hydrofluoric acid + alcohol buffered hydrofluoric acid + Alcohol + Hydrogen peroxide solution Even if a general Si etchant is used, selective etching can be performed to some extent due to the huge surface area of porous Si.

【0185】以上の各実施例によれば、選択エッチング
工程を用いる必要がないため、工程削減の効果はもとよ
り、エッチングの選択比が十分でないような場合に生じ
る非多孔質層の過剰エッチングによる膜厚均一性の劣化
といった問題も生じにくく、第2の基板に転写された膜
の均一性は一切劣化することがない。
According to each of the above embodiments, it is not necessary to use a selective etching step, so that not only the effect of the step reduction but also the film due to the excessive etching of the non-porous layer which occurs when the etching selectivity is not sufficient. Problems such as deterioration in thickness uniformity hardly occur, and uniformity of the film transferred to the second substrate does not deteriorate at all.

【0186】そして、各実施例によれば、大面積にわた
って多孔質層領域中の高多孔度層と低多孔質層との界面
又は前記界面付近の高多孔度層中でウエハ全面に渡って
分離することが出来る。このため、分離後には第2の基
板側の残留する低多孔度薄層を平滑化すればよいのであ
って、多孔質層の残留層の研削、研磨、エッチングなど
による除去工程を短縮ないし省略することが出来る。更
に、残留層の厚みは多孔質層構造の形成条件によって制
御できる。特に熱処理を行なえば、残留する低多孔度薄
層は熱処理工程によって、内部に空洞を残留させること
なく非多孔質化し、表面も平滑化できる。こうして、膜
厚均一性を向上させることが出来る。これは、超高均一
性の要求に対しても歩留まりよくウエハを作製できるこ
とを意味する。
According to each embodiment, the wafer is separated over the entire surface of the wafer in the interface between the high porosity layer and the low porosity layer in the porous layer region over a large area or in the high porosity layer near the interface. You can do it. For this reason, after the separation, the remaining low-porosity thin layer on the second substrate side may be smoothed, and a removal step of the remaining layer of the porous layer by grinding, polishing, etching or the like is shortened or omitted. I can do it. Further, the thickness of the residual layer can be controlled by the conditions for forming the porous layer structure. In particular, if heat treatment is performed, the remaining low-porosity thin layer can be made non-porous by the heat treatment step without leaving voids therein, and the surface can be smoothed. Thus, the film thickness uniformity can be improved. This means that a wafer can be manufactured with a high yield even for a demand for ultra-high uniformity.

【0187】また、分離後の第1の基板を次のSOI基
板作製サイクル時に再び第1の基板として用いる場合に
は、この第1の基板は強度的に使用不可となるまで何度
でも再使用することが可能である。
When the separated first substrate is used again as the first substrate in the next SOI substrate manufacturing cycle, the first substrate is reused as many times as possible until it becomes unusable in terms of strength. It is possible to

【0188】また、多孔質層構造および非多孔質層構造
中の低多孔度薄層構造と接する層がともにエピタキシャ
ル層の場合には、第1の基板は、何度使用しても基板の
厚さを減じることなく半永久的に再使用できるため、上
記高品質化に加えて、省資源、コスト面で大変なメリッ
トがある。
In the case where the layers in contact with the low-porosity thin layer structure in the porous layer structure and the non-porous layer structure are both epitaxial layers, the thickness of the first substrate can be increased even if it is used many times. Since it can be reused semi-permanently without reducing its quality, in addition to the above-mentioned high quality, there are great merits in resource saving and cost.

【0189】ヘテロエピタキシの材料の差による格子定
数の違いからその界面あるいはエピタキシャル層には欠
陥が導入されることが知られている。さらに、ダブルヘ
テロエピタキシの場合、両者の膜厚との関係により片方
が超薄膜の場合、そちら側に欠陥を導入しやすい。した
がって、超薄膜エピタキシャル層上にさらに異種材料を
エピタキシャル成長すると超薄膜エピタキシ層に欠陥が
導入されることになる。このように格子定数の差と欠陥
導入により界面が弱くなり、そこから剥がれることにな
る。
It is known that a defect is introduced into the interface or the epitaxial layer due to a difference in lattice constant due to a difference in heteroepitaxy material. Furthermore, in the case of double heteroepitaxy, if one of them is an ultra-thin film due to the relationship between the thicknesses of the two, defects are likely to be introduced on that side. Therefore, when a heterogeneous material is further epitaxially grown on the ultra-thin epitaxial layer, defects are introduced into the ultra-thin epitaxial layer. As described above, the interface becomes weak due to the difference between the lattice constants and the introduction of defects, and the interface is peeled off from the interface.

【0190】[0190]

【発明の効果】本発明によれば、多孔質層の選択エッチ
ング工程を省略乃至短縮することができ、SOI構造の
大規模集積回路を作製する際にも、高価なSOSや、S
IMOXの代替足り得る安価で高品質の半導体基板の作
製方法を提供することができる。
According to the present invention, the step of selectively etching the porous layer can be omitted or shortened, and even when a large-scale integrated circuit having an SOI structure is manufactured, expensive SOS or S
An inexpensive and high-quality method for manufacturing a semiconductor substrate which can be substituted for IMOX can be provided.

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

【図1】本発明による半導体基板の作製工程を説明する
ための模式的断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing process of a semiconductor substrate according to the present invention.

【図2】本発明による半導体基板の作製工程の別の例を
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 another example of a manufacturing process of a semiconductor substrate according to the present invention.

【図3】本発明の別の半導体基板の作製工程を説明する
ための模式的断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining another semiconductor substrate manufacturing process of the present invention.

【図4】非多孔質化工程を示す模式的断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a nonporous process.

【図5】第1の従来例の工程を説明するための模式的断
面図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining a process of a first conventional example.

【図6】第2の従来例の工程を説明するための模式的断
面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining a process of a second conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 多孔質領域 2 基板 3 第2の基板 11 基板 12 低多孔度薄層 13 高多孔度層 14 非多孔質層 15 第2の層構造あるいは第2の基板の表面に形成し
た層 16 第2の基板 31 基板 32 多孔質層 33 非多孔質単結晶層 34 支持基板 35 絶縁層 41 基板 42 多孔質 43 非多孔質単結晶層 44 支持基板 45 絶縁層
Reference Signs List 1 Porous region 2 Substrate 3 Second substrate 11 Substrate 12 Low porosity thin layer 13 High porosity layer 14 Non-porous layer 15 Second layer structure or layer formed on surface of second substrate 16 Second Substrate 31 Substrate 32 Porous layer 33 Non-porous single crystal layer 34 Support substrate 35 Insulating layer 41 Substrate 42 Porous 43 Non-porous single crystal layer 44 Support substrate 45 Insulating layer

Claims (40)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 多孔度の異なる少なくとも2つの層を含
む多孔質領域と、前記多孔質領域上の非多孔質層とを有
する第1の基体を用意する工程、 前記第1の基体の前記非多孔質層の表面と、第2の基体
の表面と、を貼り合わせる工程と、 前記第1及び前記第2の基体を分離して、前記非多孔質
層を前記第2の基体に移す工程と、 前記第2の基体の分離面に残留する多孔質領域の残留部
を除去又は非多孔質化して、前記分離面を平滑化する工
程と、 を含み、 前記第1の基体を用意する工程は、厚さ1μm以下の第
1の多孔質層と、前記第1の多孔質層に隣接し且つ多孔
度の高い第2の多孔質層と、前記第1の多孔質層に隣接
する前記非多孔質層と、を形成する工程を含むことを特
徴とする半導体基板の作製方法。
Providing a first substrate having a porous region including at least two layers having different porosity and a non-porous layer on the porous region; Laminating the surface of the porous layer and the surface of the second base, separating the first and second bases, and transferring the non-porous layer to the second base; Removing the remaining portion of the porous region remaining on the separation surface of the second substrate or making it non-porous to smooth the separation surface. The step of preparing the first substrate includes: A first porous layer having a thickness of 1 μm or less, a second porous layer adjacent to the first porous layer and having a high porosity, and the non-porous layer adjacent to the first porous layer. And a step of forming a semiconductor layer.
【請求項2】 前記非多孔質層の形成工程は、前記第1
の多孔質層の表面側の部分を非多孔質化する工程、及び
/又は前記第1の多孔質層上に非多孔質の層を形成する
工程を含む請求項1記載の半導体基板の作製方法。
2. The method according to claim 1, wherein the step of forming the non-porous layer comprises:
2. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, further comprising: a step of making the surface-side portion of the porous layer nonporous; and / or a step of forming a nonporous layer on the first porous layer. .
【請求項3】 前記第1の多孔質層を形成する工程は、
多孔質の層を形成した後、前記多孔質の層の表面側の部
分を非多孔質化して残りの多孔質の層の厚さを1μm以
下とする請求項1記載の半導体基板の作製方法。
3. The step of forming the first porous layer,
2. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein after forming the porous layer, a portion on the surface side of the porous layer is made nonporous so that the thickness of the remaining porous layer is 1 μm or less.
【請求項4】 前記第1の多孔質層より、前記第2の多
孔質層の厚さを厚くする請求項1記載の半導体基板の作
製方法。
4. The method according to claim 1, wherein the thickness of the second porous layer is larger than that of the first porous layer.
【請求項5】 前記第1の多孔質層より薄い第2の多孔
質層を形成した後、前記第1の多孔質層の表面側の部分
を非多孔質化して、前記第1の多孔質層の厚さを薄くす
る請求項1又は4に記載の半導体基板の作製方法。
5. After forming a second porous layer thinner than the first porous layer, a surface portion of the first porous layer is made non-porous to form the first porous layer. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the thickness of the layer is reduced.
【請求項6】 前記第2の多孔質層の、前記第1の多孔
質層とは反対側に、前記第2の多孔質層より厚く且つ多
孔度の低い第3の多孔質層を形成する工程を含む請求項
1記載の半導体基板の作製方法。
6. A third porous layer, which is thicker and less porous than the second porous layer, is formed on the second porous layer on the side opposite to the first porous layer. 2. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, comprising a step.
【請求項7】 前記分離面を平滑化する工程は、選択エ
ッチング及び研磨のいずれも用いることなく、非酸化性
雰囲気中での熱処理により行われる請求項1記載の半導
体基板の作製方法。
7. The method according to claim 1, wherein the step of smoothing the separation surface is performed by heat treatment in a non-oxidizing atmosphere without using any of selective etching and polishing.
【請求項8】 前記非酸化性雰囲気は水素、不活性ガス
又はこれらの混合雰囲気である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。
8. The method according to claim 6, wherein the non-oxidizing atmosphere is hydrogen, an inert gas, or a mixed atmosphere thereof.
【請求項9】 前記分離面を平滑化する工程は選択エッ
チング又は研磨のいずれも用いることなく真空中での熱
処理により行われ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。
9. The method according to claim 1, wherein the step of smoothing the separation surface is performed by heat treatment in a vacuum without using either selective etching or polishing.
【請求項10】 前記多孔質領域は単結晶からなること
を特徴とする請求項1に記載の半導体基板の作製方法。
10. The method according to claim 1, wherein the porous region is made of a single crystal.
【請求項11】 前記多孔質領域は単結晶Si層である
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。
11. The method according to claim 1, wherein the porous region is a single-crystal Si layer.
【請求項12】 前記多孔質領域の形成は前記第1の基
板を陽極化成して作製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。
12. The method according to claim 1, wherein the formation of the porous region is performed by anodizing the first substrate.
【請求項13】 前記第1の多孔質層、前記第2の多孔
質層は陽極化成により作製され、第1の基体中の不純物
の種類・濃度、陽極化成時の電流密度、薬液組成、薬液
の温度又はこれらの組み合わせによって作り分けされる
ことを特徴とする請求項12に記載の半導体基板の作製
方法。
13. The first porous layer and the second porous layer are formed by anodization, and the type and concentration of impurities in the first base, current density at the time of anodization, chemical composition, and chemical solution. 13. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 12, wherein the semiconductor substrate is separately formed according to the temperature or a combination thereof.
【請求項14】 第1の基体の一方の面に多孔質領域を
形成した後にイオン打ち込みによりイオンの投影飛程位
置に前記第2の多孔質層を形成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。
14. The method according to claim 1, wherein after forming a porous region on one surface of the first base, the second porous layer is formed at a projected range of ions by ion implantation. A method for manufacturing a semiconductor substrate as described above.
【請求項15】 非多孔質層の形成前に、多孔質領域の
孔の側壁の内部に多孔質の結晶構造が残留する程度に、
側壁表面を酸化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。
15. Before the formation of the non-porous layer, to the extent that the porous crystal structure remains inside the side walls of the pores of the porous region,
The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the side wall surface is oxidized.
【請求項16】 前記多孔質領域の表面及び表面付近の
孔の側壁に形成された酸化膜を前記非多孔質層形成前に
除去することを特徴とする請求項15に記載の半導体基
板の作製方法。
16. The fabrication of a semiconductor substrate according to claim 15, wherein an oxide film formed on a surface of the porous region and a side wall of a hole near the surface is removed before forming the non-porous layer. Method.
【請求項17】 前記非多孔質層は、前記第1の多孔質
層の表面を非酸化性雰囲気中、ないしは真空中での熱処
理により非多孔質化した部分を含む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。
17. The non-porous layer includes a portion in which the surface of the first porous layer has been made non-porous by a heat treatment in a non-oxidizing atmosphere or in a vacuum. 2. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to item 1.
【請求項18】 前記非多孔質層は、前記第1の多孔質
層の表面を非酸化性雰囲気中、ないしは真空中での熱処
理により非多孔質化した部分と前記非多孔質層の表面に
形成した酸化膜を含む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。
18. The non-porous layer includes a portion in which the surface of the first porous layer is made non-porous by a heat treatment in a non-oxidizing atmosphere or in a vacuum, and a surface of the non-porous layer. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, comprising the formed oxide film.
【請求項19】 前記非酸化性雰囲気は水素、不活性ガ
ス又はこれらの混合ガス雰囲気中であることを特徴とす
る請求項17又は18に記載の半導体基板の作製方法。
19. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 17, wherein the non-oxidizing atmosphere is an atmosphere of hydrogen, an inert gas, or a mixed gas thereof.
【請求項20】 前記非酸化性雰囲気はSiも微量に含
むことを特徴とする請求項17又は18に記載の半導体
基板の作製方法。
20. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 17, wherein the non-oxidizing atmosphere also contains a small amount of Si.
【請求項21】 前記非多孔質層は前記第1の多孔質層
の結晶方位に基づくエピタキシによって形成されること
を特徴とする請求項1に記載の半導体基板の作製方法。
21. The method according to claim 1, wherein the non-porous layer is formed by epitaxy based on a crystal orientation of the first porous layer.
【請求項22】 前記非多孔質層は前記第1の多孔質層
の結晶方位に基づくエピタキシによって形成された単結
晶層とその上部の酸化膜層からな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。
22. The non-porous layer according to claim 1, wherein the non-porous layer comprises a single crystal layer formed by epitaxy based on the crystal orientation of the first porous layer and an oxide film layer thereon. Of manufacturing a semiconductor substrate.
【請求項23】 前記エピタキシによって形成された非
多孔質層は、単結晶Si層であることを特徴とする請求
項21又は22に記載の半導体基板の作製方法。
23. The method according to claim 21, wherein the non-porous layer formed by the epitaxy is a single-crystal Si layer.
【請求項24】 前記エピタキシによって形成された非
多孔質層は、単結晶化合物半導体層を有することを特徴
とする請求項21又は22に記載の半導体基板の作製方
法。
24. The method according to claim 21, wherein the non-porous layer formed by the epitaxy has a single-crystal compound semiconductor layer.
【請求項25】 前記非多孔質層は電気伝導型あるいは
不純物濃度の異なる複数の層からな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。
25. The method according to claim 1, wherein the non-porous layer is formed of a plurality of layers having different electric conductivity types or different impurity concentrations.
【請求項26】 前記分離した後の第1の基体を、再利
用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。
26. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the separated first substrate is reused.
【請求項27】 前記再利用のための前処理は、平滑化
処理のみからなることを特徴とする請求項26に記載の
半導体基板の作製方法。
27. The method according to claim 26, wherein the preprocessing for reuse includes only a smoothing process.
【請求項28】 前記再利用のための前処理は分離後に
残留した多孔質領域の残留部の除去と平坦化処理からな
ることを特徴とする請求項26に記載の半導体基板の作
製方法。
28. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 26, wherein the pretreatment for reuse includes removing a remaining portion of a porous region remaining after separation and flattening.
【請求項29】 前記分離工程は、加圧、引っ張り、剪
断、楔挿入、熱処理、酸化、波動印加、ワイヤカットの
いずれか、ないしは、これらの組み合わせによることを
特徴とする請求項1に記載の半導体基板の作製方法。
29. The method according to claim 1, wherein the separation step is performed by any one of pressure, pulling, shearing, wedge insertion, heat treatment, oxidation, wave application, and wire cutting, or a combination thereof. A method for manufacturing a semiconductor substrate.
【請求項30】 前記第2の基体は、Siからなること
を特徴とする請求項1に記載の半導体基板の作製方法。
30. The method according to claim 1, wherein the second base is made of Si.
【請求項31】 前記第2の基体は、少なくとも貼り合
わせる面に酸化Si膜を形成したSi基体からなること
を特徴とする請求項1に記載の半導体基板の作製方法。
31. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the second substrate is made of a Si substrate having a Si oxide film formed on at least a surface to be bonded.
【請求項32】 前記第2の基体は、光透過性基体から
な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。
32. The method according to claim 1, wherein the second base is made of a light-transmitting base.
【請求項33】 前記第1の多孔質層は0.5μm以下
の厚さ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。
33. The method according to claim 1, wherein the first porous layer has a thickness of 0.5 μm or less.
【請求項34】 前記第2の多孔質層の多孔度は多孔質
領域中最大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。
34. The method according to claim 1, wherein the porosity of the second porous layer is the largest in a porous region.
【請求項35】 前記多孔質層領域は第1の多孔質層と
第2の多孔質層の2層のみからな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。
35. The method according to claim 1, wherein the porous layer region comprises only two layers, a first porous layer and a second porous layer.
【請求項36】 前記第2の多孔質層は1μm以下の厚
さ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。
36. The method according to claim 1, wherein the second porous layer has a thickness of 1 μm or less.
【請求項37】 前記第2の多孔質層は0.5μm以下
の厚さであることを特徴とする請求項36に記載の半導
体基板の作製方法。
37. The method according to claim 36, wherein the second porous layer has a thickness of 0.5 μm or less.
【請求項38】 前記多孔質領域は2μm以下の厚さで
ある請求項1に記載の半導体基板の作製方法。
38. The method according to claim 1, wherein the porous region has a thickness of 2 μm or less.
【請求項39】 前記第1の多孔質層を形成する工程
は、厚さ1μm以下の多孔質層を形成した後、前記多孔
質層の表面側の部分を非多孔質化して残りの多孔質層の
厚さを0.5μm以下とする請求項1に記載の半導体基
板の作製方法。
39. The step of forming the first porous layer comprises, after forming a porous layer having a thickness of 1 μm or less, making the surface side portion of the porous layer non-porous and forming the remaining porous layer. 2. The method according to claim 1, wherein the thickness of the layer is 0.5 μm or less.
【請求項40】 請求項1乃至39に記載の半導体基板
の作製方法によって作製された半導体基板。
40. A semiconductor substrate manufactured by the method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1.
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