JPH11233449A - Manufacture of semiconductor substrate - Google Patents

Manufacture of semiconductor substrate

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Publication number
JPH11233449A
JPH11233449A JP3103798A JP3103798A JPH11233449A JP H11233449 A JPH11233449 A JP H11233449A JP 3103798 A JP3103798 A JP 3103798A JP 3103798 A JP3103798 A JP 3103798A JP H11233449 A JPH11233449 A JP H11233449A
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JP
Japan
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semiconductor substrate
forming
semiconductor
ion implantation
substrate material
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Application number
JP3103798A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shoichi Yamauchi
庄一 山内
Masaki Matsui
正樹 松井
Hisazumi Oshima
大島  久純
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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Publication of JPH11233449A publication Critical patent/JPH11233449A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve uniformity in the film thickness of a semiconductor layer and reduce the time required for manufacturing, in manufacturing a semiconductor substrate having a semiconductor layer electrically insulated from a base substrate provided on the base substrate. SOLUTION: A SOI substrate 8 is completed by carrying out (a) a first ion implantation step of implanting fluorine ions into a single crystal silicon substrate 1 having a contamination protective film 2 formed thereon and thus forming a crystal defect region 3, (b) a second ion implantation step of implanting hydrogen ions into the single crystal silicon substrate 1 and thus forming a peel-off element distribution layer 4 in the crystal defect region 3, (c) and (d) a bonding step of carrying out hydrophilic treatment on the surfaces of the single crystal silicon substrate 1 and a base substrate 5 and then bonding the substrates 1 and 5 on the hydrophilic-treated surfaces, (e) a peel-off step of peeling off the single crystal silicon substrate 1 at the part of the peel-off element distribution layer 4 by heat treatment and thus forming a single crystal silicon thin film 7, and (f) a planarization step of improving the surface roughness of the peel-off surface of the single crystal silicon thin film 7.

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、ベース基板上にこ
れと電気的に絶縁した状態で素子形成用の半導体層を設
けて成る半導体基板の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate comprising a base substrate and a semiconductor layer for forming an element provided on the base substrate while being electrically insulated therefrom.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の半導体基板としては、例えば、
半導体層として単結晶シリコン薄膜を設ける構成とした
SOI基板がある。このようなSOI基板は従来より種
々の方法で製造されているが、比較的簡単に製造できる
方法として、特開平5−211128号公報中に記載さ
れたような製造方法が知られている。
2. Description of the Related Art As a semiconductor substrate of this kind, for example,
There is an SOI substrate in which a single crystal silicon thin film is provided as a semiconductor layer. Such an SOI substrate has been conventionally manufactured by various methods. As a method that can be manufactured relatively easily, a manufacturing method as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-211128 is known.

【0003】即ち、この製造方法は、第1段階として、
上面に汚染保護用の酸化膜が成膜された単結晶シリコン
基板中へ、その酸化膜側から水素ガス若しくは希ガスを
イオン注入することにより、単結晶シリコン基板の所定
深さに注入イオンが分布したイオン注入層を形成する。
次に、第2段階として、上記単結晶シリコン基板のイオ
ン注入側の面に、絶縁膜により被覆されたシリコンウェ
ハより成るベース基板を貼り合わせ法などにより結合さ
せる。さらに、第3段階として、上記単結晶シリコン基
板及びベース基板の一体物に対して熱処理を施すことに
より、前記イオン注入層に形成されるマイクロボイド部
分を境界とした剥離現象を引き起こす。これにより、ベ
ース基板上に絶縁膜を介して単結晶シリコン薄膜が接着
された状態のSOI基板が形成される。
[0003] That is, in this manufacturing method, as a first step,
Hydrogen gas or rare gas is ion-implanted from the oxide film side into a single-crystal silicon substrate on which an oxide film for contamination protection is formed on the upper surface, so that implanted ions are distributed at a predetermined depth of the single-crystal silicon substrate. The formed ion implantation layer is formed.
Next, as a second step, a base substrate made of a silicon wafer covered with an insulating film is bonded to the surface of the single crystal silicon substrate on the ion implantation side by a bonding method or the like. Further, as a third step, by subjecting the integrated body of the single crystal silicon substrate and the base substrate to a heat treatment, a separation phenomenon occurs at a microvoid portion formed in the ion implantation layer as a boundary. Thus, an SOI substrate in a state where the single crystal silicon thin film is bonded to the base substrate with the insulating film interposed therebetween is formed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のような製造方法
では、単結晶シリコン基板中で剥離現象を引き起こすの
に十分な状態のイオン注入層を形成するためには、イオ
ンのドーズ量をきわめて多量に設定する必要がある(水
素イオンの場合、1×1016〜1×1017atoms /
cm程度)。このため、そのイオン注入工程でのスルー
プットが悪化して、SOI基板の製造に長時間を要する
という問題点が出てくる。
In the above manufacturing method, in order to form an ion-implanted layer in a single crystal silicon substrate in a state sufficient to cause a peeling phenomenon, an extremely large ion dose is required. (In the case of hydrogen ions, 1 × 10 16 to 1 × 10 17 atoms /
cm about 2). For this reason, the throughput in the ion implantation process deteriorates, and a problem arises that it takes a long time to manufacture the SOI substrate.

【0005】これに対して、基板剥離現象をヘリウム・
水素2段イオン注入技術(ヘリウム:5×1015atom
s /cm、水素:1.5×1016atoms /cm)によ
って達成可能であることが知られている(第58回応用
物理学会学術講演会講演予稿集(1997.10/秋田
大学)の第2分冊、818頁、3p−PB−2参照)。
しかしながら、この技術をSOI基板加工に適用したと
しても水素のみを注入した場合に比較してさほど注入量
は低減できない。従って、ヘリウム・水素2段イオン注
入はスループットの点から考えても必ずしも有効な手法
とは考えにくい。
On the other hand, the substrate peeling phenomenon is considered to be helium.
Hydrogen two-stage ion implantation technology (helium: 5 × 10 15 atom
s / cm 2 , hydrogen: 1.5 × 10 16 atoms / cm 2 ) (Proceedings of the 58th Annual Meeting of the Japan Society of Applied Physics (1997.10 / Akita University)) 2nd volume, p. 818, 3p-PB-2).
However, even if this technique is applied to the processing of an SOI substrate, the injection amount cannot be reduced much as compared with the case where only hydrogen is injected. Therefore, helium / hydrogen two-stage ion implantation is not always considered to be an effective technique from the viewpoint of throughput.

【0006】また、一般的に固体中に注入されたイオン
の分布は、平均的な注入深さに対してある程度の広がり
を持って分布する。この注入深さの広がりは基板剥離に
よって得られる薄膜層の膜厚の均一性に影響を与えると
考えられる。注入深さの広がりを決める要因は様々であ
るが、注入量が大きくなると注入元素の空間的な分布量
が多くなるため深さ方向の広がりも大きくなる。従っ
て、注入量を低減させることが可能であれば、基板剥離
によって得られる薄膜の膜厚均一性の向上も可能とな
る。
[0006] Generally, the distribution of ions implanted into a solid is distributed with a certain extent with respect to the average implantation depth. It is considered that the spread of the implantation depth affects the uniformity of the thickness of the thin film layer obtained by peeling the substrate. There are various factors that determine the spread of the implantation depth, but when the implantation amount is large, the spatial distribution of the implantation element is large, so that the spread in the depth direction is also large. Therefore, if the amount of implantation can be reduced, the uniformity of the thickness of the thin film obtained by peeling the substrate can be improved.

【0007】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたものであり、その目的は、基板剥離工程で
用いるイオン注入量の低減若しくは注入工程の削減を図
ることにある。特に、イオン注入量を低減することによ
り製造に要する時間を大幅に短縮可能となり、場合によ
っては剥離した薄膜の膜厚均一性を向上させることがで
きる半導体基板の製造方法を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to reduce the amount of ion implantation or the number of implantation steps used in a substrate peeling step. In particular, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor substrate, which can significantly reduce the time required for manufacturing by reducing the amount of ion implantation, and in some cases, can improve the uniformity of the thickness of a peeled thin film.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載した半導
体基板の製造方法によれば、第1のイオン注入工程にお
いて、半導体基板材料(1)の表面から重量が比較的大
きいイオンが注入されて所定深さ範囲に分布した結晶欠
陥領域(3、12)が形成され、この第1のイオン注入
工程の実行後若しくは実行前に行われる第2のイオン注
入工程において、前記半導体基板材料(1)の表面から
第1のイオン注入工程とは異なるイオンが注入されて、
前記結晶欠陥領域(3、12)中に上記半導体基板材料
(1)の剥離現象を引き起こすための剥離用元素分布層
(4)が形成される。
According to the first aspect of the present invention, in the first ion implantation step, relatively heavy ions are implanted from the surface of the semiconductor substrate material (1). Crystal defect regions (3, 12) distributed in a predetermined depth range are formed, and in the second ion implantation step performed after or before the execution of the first ion implantation step, the semiconductor substrate material (1) is formed. Ions different from those of the first ion implantation step are implanted from the surface of
A separation element distribution layer (4) for causing a separation phenomenon of the semiconductor substrate material (1) is formed in the crystal defect regions (3, 12).

【0009】次いで、貼り合わせ工程において、前記ベ
ース基板(5)と前記半導体基板材料(1)とが貼り合
わされた後に、剥離工程において熱処理が施される。こ
のような熱処理に伴い、半導体基板材料(1)において
前記剥離用元素分布層(4)部分で生じた微小気泡の圧
力上昇により、当該剥離用元素分布層(4)部分を境界
とした剥離が生ずる。この結果、ベース基板(5)上に
素子形成用の半導体層(7)を薄膜状に形成できること
になる。
Next, in the bonding step, after the base substrate (5) and the semiconductor substrate material (1) are bonded, a heat treatment is performed in a peeling step. Along with such a heat treatment, the pressure increase of the microbubbles generated in the portion of the element distribution layer for separation (4) in the semiconductor substrate material (1) causes the separation with the boundary of the element distribution layer for separation (4) as a boundary. Occurs. As a result, a semiconductor layer (7) for element formation can be formed in a thin film shape on the base substrate (5).

【0010】このような製造方法によれば、第1のイオ
ン注入工程では、結晶欠陥領域(3、12)が、比較的
大きい重量のイオンの注入により効率良く形成されるこ
とになって、そのドーズ量を多くする必要がなくなる。
また、第2のイオン注入工程において、上記結晶欠陥領
域(3、12)中に第1のイオン注入工程とは異なるイ
オンを注入して剥離用元素分布層(4)を形成した場合
には、当該イオンにより剥離用元素分布層のみを形成し
た場合に比べて、半導体基板材料(1)に剥離現象を引
き起こすのに必要なドーズ量が大幅に減少すると考えら
れる。
According to such a manufacturing method, in the first ion implantation step, the crystal defect regions (3, 12) are formed efficiently by implantation of relatively large weight ions. There is no need to increase the dose.
In the second ion implantation step, when ions different from those in the first ion implantation step are implanted into the crystal defect regions (3, 12) to form the separation element distribution layer (4), It is considered that the dose required to cause the peeling phenomenon in the semiconductor substrate material (1) is significantly reduced as compared with the case where only the peeling element distribution layer is formed by the ions.

【0011】このため、第1のイオン注入工程及び第2
のイオン注入工程を行うものでありながら、各イオン注
入工程でのドーズ量を、1回のイオン注入により剥離用
元素分布層を形成する場合に比べて大幅に低減させるこ
とができる。この結果、第1及び第2のイオン注入工程
でのスループットが向上して、半導体基板(8、16)
の製造に要する時間を大幅に短縮できるようになる。ま
た、第1のイオン注入工程を行った後に第2のイオン注
入工程を行うようにした場合、つまり結晶欠陥領域
(3、12)中に後から剥離用元素分布層(4)を形成
するようにした場合には、その剥離用元素分布層(4)
の深さ位置のばらつき(観測値は±3σの範囲)が、1
回のイオン注入により剥離用元素分布層を形成する場合
に比べて1/3程度に小さくなることが実験的に分かっ
ている。このため、第1及び第2のイオン注入工程をこ
の順に行うようにすれば、剥離用元素分布層(4)の深
さ位置がイオン注入対象の半導体基板材料(1)の各ロ
ット毎に安定するようになって、半導体層(7)の膜厚
均一性を高めることが可能になる。
Therefore, the first ion implantation step and the second ion implantation step are performed.
Although the ion implantation step is performed, the dose in each ion implantation step can be greatly reduced as compared with the case where the stripping element distribution layer is formed by one ion implantation. As a result, the throughput in the first and second ion implantation steps is improved, and the semiconductor substrate (8, 16)
Can significantly reduce the time required for the production of When the second ion implantation step is performed after the first ion implantation step, that is, the separation element distribution layer (4) is formed later in the crystal defect regions (3, 12). In the case of the above, the element distribution layer for stripping (4)
Of the depth position (observed value is in the range of ± 3σ) is 1
It has been experimentally found that the size of the element distribution layer is reduced to about 1/3 as compared with the case where the separation element distribution layer is formed by one ion implantation. Therefore, if the first and second ion implantation steps are performed in this order, the depth position of the separation element distribution layer (4) is stable for each lot of the semiconductor substrate material (1) to be ion-implanted. As a result, the uniformity of the film thickness of the semiconductor layer (7) can be improved.

【0012】請求項4に記載した半導体基板の製造方法
によれば、イオン注入工程において、半導体基板材料
(1)の表面から重量が比較的大きいイオンが注入され
て所定深さ範囲に分布した結晶欠陥領域(3)が形成さ
れ、この後の拡散工程において、前記半導体基板材料
(1)に対しその剥離現象が生じる温度より低い温度の
熱処理が施されるのに応じて、上記元素が前記結晶欠陥
領域(3)中に取り込まれ、当該結晶欠陥領域(3)中
に位置した状態の剥離用元素分布層(17)が形成され
るようなる。
According to the method of manufacturing a semiconductor substrate of the present invention, in the ion implantation step, relatively heavy ions are implanted from the surface of the semiconductor substrate material (1) and distributed in a predetermined depth range. A defect region (3) is formed, and in the subsequent diffusion step, the above-mentioned element is converted into the crystal by the heat treatment at a temperature lower than the temperature at which the semiconductor substrate material (1) causes the delamination phenomenon. The separation element distribution layer (17) is taken in the defect region (3) and located in the crystal defect region (3).

【0013】次いで、貼り合わせ工程において、前記ベ
ース基板(5)と前記半導体基板材料(1)とが貼り合
わされた後に、剥離工程において熱処理が施される。こ
のような熱処理に伴い、半導体基板材料(1)において
前記剥離用元素分布層(17)部分で生じた微小気泡の
圧力上昇により、当該剥離用元素分布層(17)部分を
境界とした剥離が生ずる。この結果、ベース基板(5)
上に素子形成用の半導体層(7)を薄膜状に形成できる
ことになる。
Next, in the bonding step, after the base substrate (5) and the semiconductor substrate material (1) are bonded, a heat treatment is performed in a peeling step. Along with such a heat treatment, the pressure increase of the microbubbles generated in the separation element distribution layer (17) in the semiconductor substrate material (1) causes separation with the separation element distribution layer (17) as a boundary. Occurs. As a result, the base substrate (5)
The semiconductor layer (7) for forming an element can be formed in a thin film thereon.

【0014】このような製造方法によれば、イオン注入
工程では、結晶欠陥領域(3)が、比較的大きい重量の
イオンの注入により効率良く形成されることになって、
そのドーズ量を多くする必要がなくなる。このイオン注
入工程後に拡散工程が行われる構成、つまり結晶欠陥領
域(3)中に後から剥離用元素分布層(17)が形成さ
れる構成により、基板剥離を達成する。
According to such a manufacturing method, in the ion implantation step, the crystal defect region (3) is formed efficiently by implantation of relatively large weight ions.
It is not necessary to increase the dose. Substrate separation is achieved by a configuration in which a diffusion step is performed after this ion implantation step, that is, a configuration in which a separation element distribution layer (17) is formed later in the crystal defect region (3).

【0015】請求項8に記載した半導体基板の製造方法
によれば、イオン注入工程において、半導体基板材料
(1)の表面から重量が比較的大きいイオンが注入され
て所定深さ範囲に分布した結晶欠陥領域(3)が形成さ
れると共に、成膜工程において、半導体基板材料(1)
上に水素化アモルファス半導体膜(18)が成膜され
る。そして、この後の拡散工程において、前記半導体基
板材料(1)に対しその剥離現象が生じる温度より低い
温度の熱処理が施されるのに応じて、上記水素化アモル
ファス半導体膜(18)中から拡散する水素が前記結晶
欠陥領域(3)中に取り込まれて当該結晶欠陥領域
(3)中に位置した状態の剥離用元素分布層(17)が
形成される。
According to the method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention, in the ion implantation step, relatively heavy ions are implanted from the surface of the semiconductor substrate material (1) and distributed in a predetermined depth range. A defect region (3) is formed and a semiconductor substrate material (1)
A hydrogenated amorphous semiconductor film (18) is formed thereon. Then, in the subsequent diffusion step, the semiconductor substrate material (1) is diffused from the hydrogenated amorphous semiconductor film (18) according to the heat treatment at a temperature lower than the temperature at which the peeling phenomenon occurs. The resulting hydrogen is taken into the crystal defect region (3) to form a stripping element distribution layer (17) located in the crystal defect region (3).

【0016】次いで、貼り合わせ工程において、前記ベ
ース基板(5)と前記半導体基板材料(1)とが貼り合
わされた後に、剥離工程において熱処理が施される。こ
のような熱処理に伴い、半導体基板材料(1)において
前記剥離用元素分布層(17)部分で生じた微小気泡の
圧力上昇により、当該剥離用元素分布層(17)部分を
境界とした剥離が生ずる。この結果、ベース基板(5)
上に素子形成用の半導体層(7)を薄膜状に形成できる
ことになる。
Next, in a bonding step, after the base substrate (5) and the semiconductor substrate material (1) are bonded, a heat treatment is performed in a peeling step. Along with such a heat treatment, the pressure increase of the microbubbles generated in the separation element distribution layer (17) in the semiconductor substrate material (1) causes separation with the separation element distribution layer (17) as a boundary. Occurs. As a result, the base substrate (5)
The semiconductor layer (7) for forming an element can be formed in a thin film thereon.

【0017】このような製造方法によっても、イオン注
入工程では、結晶欠陥領域(3)が、比較的大きい重量
のイオンの注入により効率良く形成されることになっ
て、そのドーズ量を多くする必要がなくなる。また、水
素供給源となる水素化アモルファス半導体膜(18)の
成膜工程が行われた後に、その水素を上記結晶欠陥領域
(3)に取り込む拡散工程が行われる構成、つまり結晶
欠陥領域(3)中に後から剥離用元素分布層(17)が
形成される構成により、基板剥離を達成する。
According to such a manufacturing method as well, in the ion implantation step, the crystal defect region (3) is efficiently formed by implanting relatively large weight ions, so that the dose amount needs to be increased. Disappears. Further, after a film forming step of the hydrogenated amorphous semiconductor film (18) serving as a hydrogen supply source is performed, a diffusion step of taking in the hydrogen into the crystal defect area (3) is performed, that is, the crystal defect area (3) is formed. The substrate peeling is achieved by the structure in which the peeling element distribution layer (17) is formed later during the step ()).

【0018】請求項10に記載した半導体基板の製造方
法によれば、イオン注入工程において、半導体基板材料
(1)の表面から比較的重量の大きいイオンが注入され
て所定深さ範囲に分布した結晶欠陥領域(3)が形成さ
れると共に、成膜工程において、ベース基板(5)上に
水素化アモルファス半導体膜(19)が成膜される。こ
の後、貼り合わせ工程において、前記ベース基板(5)
の前記水素化アモルファス半導体膜(19)側の面と前
記半導体基板材料(1)とが貼り合わされる。さらに、
拡散工程において、前記ベース基板(5)及び半導体基
板材料(1)の一体物に対しその半導体基板材料(1)
で剥離現象が生じる温度より低い温度の熱処理が施され
るのに応じて、上記水素化アモルファス半導体膜(1
9)中から拡散する水素が前記結晶欠陥領域(3)中に
取り込まれ、当該結晶欠陥領域(3)中に位置した状態
の剥離用元素分布層(17)が形成されるようになる。
According to a tenth aspect of the present invention, in the ion implantation step, relatively heavy ions are implanted from the surface of the semiconductor substrate material (1) and distributed in a predetermined depth range. The defect region (3) is formed, and a hydrogenated amorphous semiconductor film (19) is formed on the base substrate (5) in the film forming process. Thereafter, in a bonding step, the base substrate (5)
The surface on the side of the hydrogenated amorphous semiconductor film (19) is bonded to the semiconductor substrate material (1). further,
In the diffusion step, the semiconductor substrate material (1) is formed on the integrated body of the base substrate (5) and the semiconductor substrate material (1).
In accordance with the heat treatment at a temperature lower than the temperature at which the peeling phenomenon occurs in the hydrogenated amorphous semiconductor film (1),
9) Hydrogen diffused from inside is taken into the crystal defect region (3), and a stripping element distribution layer (17) positioned in the crystal defect region (3) is formed.

【0019】次いで、剥離工程において熱処理が施され
るのに伴い、半導体基板材料(1)において前記剥離用
元素分布層(17)部分で生じた微小気泡の圧力上昇に
より、当該剥離用元素分布層(17)部分を境界とした
剥離が生ずる。この結果、ベース基板(5)上に素子形
成用の半導体層(7)を薄膜状に形成できることにな
る。
Next, as the heat treatment is performed in the stripping step, the pressure rise of the microbubbles generated in the portion of the stripping element distribution layer (17) in the semiconductor substrate material (1) causes the stripping element distribution layer to rise. (17) Peeling occurs at the boundary. As a result, a semiconductor layer (7) for element formation can be formed in a thin film shape on the base substrate (5).

【0020】このような製造方法によっても、イオン注
入工程では、結晶欠陥領域(3)が、比較的大きい重量
のイオンの注入により効率良く形成されることになっ
て、そのドーズ量を多くする必要がなくなる。また、ベ
ース基板(5)側に水素供給源となる水素化アモルファ
ス半導体膜(19)を成膜する成膜工程、及びこのベー
ス基板(5)と半導体基板材料(1)を貼り合わせる貼
り合わせ工程が行われた後に、その水素化アモルファス
半導体(19)中の水素を前記結晶欠陥領域(3)に取
り込む拡散工程が行われる構成、つまり結晶欠陥領域
(3)中に後から剥離用元素分布層(17)が形成され
る構成により、基板剥離を達成する。
According to such a manufacturing method as well, in the ion implantation step, the crystal defect region (3) is efficiently formed by ion implantation of a relatively large weight, and the dose thereof needs to be increased. Disappears. Further, a film forming step of forming a hydrogenated amorphous semiconductor film (19) serving as a hydrogen supply source on the base substrate (5) side, and a bonding step of bonding the base substrate (5) and the semiconductor substrate material (1) Is performed, a diffusion step of taking in hydrogen in the hydrogenated amorphous semiconductor (19) into the crystal defect region (3) is performed, that is, a separation element distribution layer for separation is later provided in the crystal defect region (3). With the configuration in which (17) is formed, substrate peeling is achieved.

【0021】請求項12に記載した半導体基板の製造方
法によれば、イオン注入工程において、半導体基板材料
(1)の表面から、水素及び重量が比較的大きい結晶欠
陥形成用元素の化合物より成る水素化分子イオンが注入
されるのに応じて、所定深さ範囲に分布した上記結晶欠
陥形成用元素より成る結晶欠陥領域(20)並びにこの
結晶欠陥領域(20)中に位置した水素より成る剥離用
元素分布層(21)が形成される。そして、貼り合わせ
工程において、ベース基板(5)と半導体基板材料
(1)とが貼り合わされた後に、剥離工程において熱処
理が施されるのに伴い、半導体基板材料(1)において
前記剥離用元素分布層(21)部分で生じた微小気泡の
圧力上昇により、当該剥離用元素分布層(21)部分を
境界とした剥離が生ずる。この結果、ベース基板(5)
上に素子形成用の半導体層(7)を薄膜状に形成できる
ことになる。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the ion implantation step, from the surface of the semiconductor substrate material (1), hydrogen and hydrogen composed of a compound of a relatively large crystal defect forming element are used. Defect region (20) composed of the above-described crystal defect forming element distributed in a predetermined depth range in accordance with the implantation of the oxidized molecular ions, and a stripping region composed of hydrogen located in the crystal defect region (20). An element distribution layer (21) is formed. Then, in the bonding step, after the base substrate (5) and the semiconductor substrate material (1) are bonded, heat treatment is performed in the peeling step, so that the peeling element distribution in the semiconductor substrate material (1) is obtained. Due to the pressure rise of the microbubbles generated in the layer (21), peeling occurs at the boundary of the peeling element distribution layer (21). As a result, the base substrate (5)
The semiconductor layer (7) for forming an element can be formed in a thin film thereon.

【0022】このような製造方法によれば、1回のイオ
ン注入工程によって、重量が比較的大きい元素による結
晶欠陥領域(20)と、この結晶欠陥領域(20)中に
位置された水素による剥離用元素分布層(21)が同時
に形成されることになり、このように異なる元素より成
る結晶欠陥領域(20)及び剥離用元素分布層(21)
が形成される結果、イオンのドーズ量を多くする必要が
なくなる。このため、イオン注入工程でのスループット
が向上するようになり、また、複数回に分けてイオン注
入を行う必要がなくなるため、総じて半導体基板(8)
の製造に要する時間を大幅に短縮できるようになる。
According to such a manufacturing method, the crystal defect region (20) due to the relatively heavy element and the exfoliation due to the hydrogen located in the crystal defect region (20) are obtained by one ion implantation step. The element distribution layer (21) is formed simultaneously, and the crystal defect region (20) and the element distribution layer (21) made of different elements are thus formed.
As a result, it is not necessary to increase the dose of ions. For this reason, the throughput in the ion implantation step is improved, and it is not necessary to perform the ion implantation in a plurality of times.
Can significantly reduce the time required for the production of

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)図1及び図
2には本発明をSOI基板の製造方法に適用した第1実
施例が示されており、以下これについて説明する。図1
には、SOI基板を製造する場合の基本工程が模式的な
断面図により示されている。即ち、図1(a)に示す第
1のイオン注入工程では、単結晶シリコン基板1(本発
明でいう半導体基板材料に相当)上に、熱酸化などによ
ってシリコン酸化膜より成る汚染保護膜2を成膜した上
で、その単結晶シリコン基板1に対し、図中矢印で示す
ように汚染保護膜2側から例えばフッ素イオンを注入す
ることにより、所定深さ範囲に単結晶シリコン基板1の
表面と平行した状態で分布した結晶欠陥領域3を形成す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) FIGS. 1 and 2 show a first embodiment in which the present invention is applied to a method for manufacturing an SOI substrate, which will be described below. FIG.
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a basic process for manufacturing an SOI substrate. That is, in the first ion implantation step shown in FIG. 1A, a contamination protection film 2 made of a silicon oxide film is formed on a single crystal silicon substrate 1 (corresponding to a semiconductor substrate material in the present invention) by thermal oxidation or the like. After the film is formed, the surface of the single crystal silicon substrate 1 is brought into a predetermined depth range by implanting, for example, fluorine ions from the contamination protection film 2 side into the single crystal silicon substrate 1 as shown by an arrow in the figure. The crystal defect regions 3 distributed in a parallel state are formed.

【0024】この場合、フッ素イオンのドーズ量は、1
×1014atoms /cm以上、好ましくは1×1015
atoms /cm以上に設定する。また、イオン注入エネル
ギーは、結晶欠陥領域3を形成する深さに応じて設定す
ることになる。具体的には、フッ素イオンを注入して、
例えば単結晶シリコン基板1の約450nm程度の深さ
にピークを形成した分布状態を得ようとする場合には、
約200KeV前後の注入エネルギーに設定される。
In this case, the dose of fluorine ions is 1
× 10 14 atoms / cm 2 or more, preferably 1 × 10 15
Set to atoms / cm 2 or more. Further, the ion implantation energy is set according to the depth at which the crystal defect region 3 is formed. Specifically, fluorine ions are implanted,
For example, to obtain a distribution state in which a peak is formed at a depth of about 450 nm in the single crystal silicon substrate 1,
The implantation energy is set to about 200 KeV.

【0025】尚、上記第1のイオン注入工程で使用する
イオンは、水素、ヘリウム以外のイオン重量が比較的大
きく且つ熱処理に応じて単結晶シリコン中から脱離可能
なイオン種であればフッ素に限らないものであり、単結
晶シリコン基板1に悪影響を及ぼさないものであれば良
い。従って、例えば塩素やシリコン、或いはネオン、ア
ルゴン、キセノンのような希ガスなどを使用できる。ま
た、上記汚染保護膜2は、熱酸化による成膜或いはCV
D法やPVD法などのような堆積法によって、均一な膜
厚(好ましくは50〜100nm程度)となるように形
成されるものであるが、必要に応じて設ければ良いもの
である。
The ion used in the first ion implantation step is fluorine if it is an ion species other than hydrogen and helium which has a relatively large ion weight and can be desorbed from single crystal silicon in accordance with heat treatment. The material is not limited, and any material that does not adversely affect the single crystal silicon substrate 1 may be used. Therefore, for example, chlorine, silicon, or a rare gas such as neon, argon, or xenon can be used. The contamination protective film 2 is formed by thermal oxidation or CV.
It is formed to have a uniform film thickness (preferably about 50 to 100 nm) by a deposition method such as the D method or the PVD method, but may be provided as needed.

【0026】この後、図1(b)に示す第2のイオン注
入工程では、単結晶シリコン基板1の表面から前記第1
のイオン注入工程とは異なるイオンである例えば水素イ
オンを注入することにより、前記結晶欠陥領域3中に上
記単結晶シリコン基板1の剥離現象を引き起こすための
剥離用元素分布層4を形成する。尚、この剥離用元素分
布層4は、単結晶シリコン基板1の表面と平行した状態
で分布するように形成されるものである。
Thereafter, in a second ion implantation step shown in FIG. 1B, the first
By implanting ions, for example, hydrogen ions, which are different from the ion implantation process of step (a), a separation element distribution layer 4 for causing a separation phenomenon of the single crystal silicon substrate 1 is formed in the crystal defect region 3. The separation element distribution layer 4 is formed so as to be distributed in a state parallel to the surface of the single crystal silicon substrate 1.

【0027】この場合、水素イオンのドーズ量は、5×
1015atoms /cm以上、好ましくは1×1016at
oms /cm以上に設定する。また、イオン注入エネルギ
ーは、このときに形成される剥離用元素分布層4の濃度
のピークが前記結晶欠陥領域3の濃度のピークと一致す
るように設定することが望ましい。具体的には、水素イ
オンを注入して、結晶欠陥領域3と同一深さ(単結晶シ
リコン基板1の約450nm程度の深さ)にピークを形
成した分布状態を得ようとする場合には、約50KeV
程度の注入エネルギーに設定することになる。
In this case, the dose of hydrogen ions is 5 ×
10 15 atoms / cm 2 or more, preferably 1 × 10 16 at
Set to oms / cm 2 or more. It is desirable that the ion implantation energy be set so that the concentration peak of the stripping element distribution layer 4 formed at this time matches the concentration peak of the crystal defect region 3. Specifically, when hydrogen ions are implanted to obtain a distribution state in which a peak is formed at the same depth as the crystal defect region 3 (a depth of about 450 nm of the single crystal silicon substrate 1), About 50 KeV
It will be set to about the implantation energy.

【0028】ここで、第1のイオン注入工程でのフッ素
イオンのドーズ量を1×1015atoms /cm、そのイ
オン注入エネルギーを約200KeV、また、第2のイ
オン注入工程での水素イオンのドーズ量を1×1016
atoms /cm、そのイオン注入エネルギーを約50Ke
Vとした場合、単結晶シリコン基板1中におけるフッ素
及び水素の濃度分布のプロファイルは図2に示すように
なる。
Here, the dose amount of fluorine ions in the first ion implantation step is 1 × 10 15 atoms / cm 2 , the ion implantation energy is about 200 KeV, and the hydrogen ion Dose amount 1 × 10 16
atoms / cm 2 and its ion implantation energy is about 50 Ke
When V is set, the profile of the concentration distribution of fluorine and hydrogen in the single crystal silicon substrate 1 is as shown in FIG.

【0029】そして、このように結晶欠陥領域3及び剥
離用元素分布層4の濃度ピークがほぼ一致するように構
成された場合には、後述の剥離工程での熱処理によっ
て、単結晶シリコン基板1が当該剥離用元素分布層4部
分で剥離される現象を引き起こすのに必要となるドーズ
量は、上記のような例(フッ素イオン:1×1015at
oms /cm、水素イオン:1×1016atoms /cm
で十分な状態になる。尚、第2のイオン注入工程では、
水素の原子イオン若しくは分子イオン以外に、ヘリウム
のような希ガスなどの原子イオン若しくは分子イオンを
用いることができる。
When the concentration peaks of the crystal defect region 3 and the separation element distribution layer 4 are substantially coincident with each other, the single crystal silicon substrate 1 is subjected to heat treatment in a separation step described later. The dose required to cause the phenomenon of exfoliation in the exfoliation element distribution layer 4 portion is as described above (fluorine ion: 1 × 10 15 at)
oms / cm 2 , hydrogen ion: 1 × 10 16 atoms / cm 2 )
Is enough. In the second ion implantation step,
In addition to hydrogen atomic ions or molecular ions, atomic ions or molecular ions of a rare gas such as helium can be used.

【0030】上記第2のイオン注入工程の実行後には、
図1(c)、(d)に示す貼り合わせ工程を実行する。
この貼り合わせ工程では、まず、単結晶シリコン基板1
上の汚染保護膜2を、例えばフッ酸水溶液を用いた化学
エッチング、或いは機械研磨やドライエッチングによっ
て全部除去して、そのイオン注入側の面を露出させる。
次いで、例えば単結晶シリコン基板より成るベース基板
5を用意し、このベース基板5上に、熱酸化やCVD法
などにより均一な膜厚のシリコン酸化膜より成る絶縁膜
6を形成する。尚、この絶縁膜6は、最終的にSOI構
造を形成した場合に絶縁分離膜になるものであり、その
膜厚はSOI基板の設計形状に応じた値に設定される。
After the execution of the second ion implantation step,
The bonding step shown in FIGS. 1C and 1D is performed.
In this bonding step, first, the single-crystal silicon substrate 1
The above contamination protection film 2 is entirely removed by, for example, chemical etching using a hydrofluoric acid aqueous solution, mechanical polishing or dry etching, and the surface on the ion implantation side is exposed.
Next, a base substrate 5 made of, for example, a single crystal silicon substrate is prepared, and an insulating film 6 made of a silicon oxide film having a uniform thickness is formed on the base substrate 5 by thermal oxidation, CVD, or the like. The insulating film 6 becomes an insulating separation film when the SOI structure is finally formed, and its thickness is set to a value corresponding to the design shape of the SOI substrate.

【0031】さらに、単結晶シリコン基板1のイオン注
入側の表面、並びにベース基板5の絶縁膜6側の表面に
親水化処理を施す。具体的には、例えば90〜120℃
程度に保温された硫酸と過酸化水素水との混合溶液(H
2 SO4 :H2 O2 =4:1)による洗浄及び純水洗浄
を順次行った後に、スピン乾燥により各基板1及び5の
表面に吸着する水分量を制御する。そして、この後に、
単結晶シリコン1及びベース基板5を上記親水化処理面
で密着させて貼り合わせる。これにより各基板1及び5
は、各々の表面に形成されたシラノール基及び表面に吸
着した水分子の水素結合によって接着される。
Further, the surface of the single crystal silicon substrate 1 on the ion implantation side and the surface of the base substrate 5 on the side of the insulating film 6 are subjected to a hydrophilic treatment. Specifically, for example, 90 to 120 ° C.
A mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution (H
After sequentially performing cleaning with 2 SO4: H2 O2 = 4: 1) and cleaning with pure water, the amount of water adsorbed on the surfaces of the substrates 1 and 5 is controlled by spin drying. And after this,
The single-crystal silicon 1 and the base substrate 5 are attached to each other in close contact with the above-mentioned hydrophilized surface. Thereby, each substrate 1 and 5
Are bonded by hydrogen bonding between silanol groups formed on each surface and water molecules adsorbed on the surfaces.

【0032】尚、この実施例では、単結晶シリコン基板
1上の汚染保護膜2を全部除去する構成としたが、その
汚染保護膜2の表面のみを除去することにより貼り合わ
せ面として利用する構成としても良く、また、このよう
な汚染保護膜2をSOI構造における絶縁分離膜として
利用できる場合には、前記ベース基板5側に絶縁膜6を
形成する必要がなくなる。
In this embodiment, the contamination protection film 2 on the single crystal silicon substrate 1 is entirely removed. However, only the surface of the contamination protection film 2 is removed to use it as a bonding surface. When such a contamination protection film 2 can be used as an insulation separation film in an SOI structure, it is not necessary to form an insulation film 6 on the base substrate 5 side.

【0033】上記貼り合わせ工程の実行後には図1
(e)に示す剥離工程を行う。この剥離工程では、単結
晶シリコン基板1及びベース基板5の一体物に対して熱
処理を施すことによって、単結晶シリコン基板1を前記
剥離用元素分布層4部分で剥離するものであり、これに
より、ベース基板5上に絶縁膜6を介して単結晶シリコ
ン薄膜7(本発明でいう半導体層に相当)が積層された
形態のSOI構造が形成されることになる。
After execution of the above-mentioned bonding step, FIG.
The peeling step shown in (e) is performed. In this separation step, the single-crystal silicon substrate 1 and the base substrate 5 are subjected to a heat treatment to separate the single-crystal silicon substrate 1 at the separation element distribution layer 4 portion. An SOI structure in which a single crystal silicon thin film 7 (corresponding to a semiconductor layer in the present invention) is stacked on a base substrate 5 with an insulating film 6 interposed therebetween is formed.

【0034】このとき、具体的には、本実施例のように
剥離用元素分布層4が水素イオンの注入により形成され
たものであった場合には、500〜600℃程度で熱処
理を行うことが好ましい。このような熱処理によって、
結晶欠陥領域3中に形成された剥離用元素分布層4内に
配置された水素により生じる微小気泡の圧力が上昇する
ようになり、これに応じて当該剥離用元素分布層4部分
を境界とした剥離が生ずることになる。
At this time, specifically, when the separation element distribution layer 4 is formed by implanting hydrogen ions as in this embodiment, heat treatment is performed at about 500 to 600 ° C. Is preferred. By such heat treatment,
The pressure of the microbubbles generated by the hydrogen arranged in the separation element distribution layer 4 formed in the crystal defect region 3 increases, and accordingly, the separation element distribution layer 4 portion is used as a boundary. Peeling will occur.

【0035】この剥離工程の実行後には、引き続いて熱
処理工程を実行する。この熱処理工程では、剥離工程で
の熱処理温度より高温(1000℃以上、好ましくは1
150℃〜1200℃程度)の熱処理を施すことによ
り、前記貼り合わせ面の接合強度を強化すると共に、剥
離を引き起こした剥離用元素分布層4部分の緩和、並び
に結晶欠陥領域3を構成するフッ素の結晶構造中からの
脱離を促進する。
After the execution of the peeling step, a heat treatment step is subsequently performed. In this heat treatment step, the temperature is higher than the heat treatment temperature in the peeling step (1000 ° C. or higher, preferably 1 ° C. or more).
By performing a heat treatment of about 150 ° C. to 1200 ° C.), the bonding strength of the bonding surface is strengthened, the part of the separation element distribution layer 4 that caused the separation is relaxed, and the fluorine constituting the crystal defect region 3 is removed. Promotes desorption from the crystal structure.

【0036】この場合、上記のような単結晶シリコン薄
膜7の剥離面には、イオン注入に伴い形成された欠陥層
が残存すると共に、微小段差が生ずることになる。この
ため、本実施例では、上記剥離面に対し化学的機械研磨
を施すことにより、上記欠陥層及び微小段差を除去して
面粗度を向上させるという平坦化工程(図1(f)参
照)を実行し、以て最終的に同図1(f)に示すような
SOI基板8(本発明でいう半導体基板に相当)を完成
させるようにしている。但し、上記平坦化工程は必要に
応じて行えば良いものである。
In this case, a defect layer formed by the ion implantation remains on the peeled surface of the single crystal silicon thin film 7 as described above, and a minute step is generated. Therefore, in the present embodiment, a flattening step of improving the surface roughness by removing the defect layer and the minute steps by performing chemical mechanical polishing on the peeled surface (see FIG. 1F). Is performed, so that an SOI substrate 8 (corresponding to a semiconductor substrate in the present invention) as shown in FIG. 1F is finally completed. However, the above-mentioned flattening step may be performed as needed.

【0037】尚、剥離工程を経て単結晶シリコン薄膜7
部分が剥離された単結晶シリコン基板1は、例えば、残
置された結晶欠陥領域3中からフッ素を脱離させる熱処
理工程、剥離面を平坦化するという再生用の平坦化工程
を実行することによって、他のSOI基板の製造のため
に再利用されるものである。
It should be noted that the single crystal silicon thin film 7
The single-crystal silicon substrate 1 from which the part has been separated is subjected to, for example, a heat treatment step of desorbing fluorine from the remaining crystal defect region 3 and a regeneration flattening step of flattening the separated surface. It is reused for manufacturing another SOI substrate.

【0038】上記したSOI基板8の製造方法によれ
ば、第1のイオン注入工程においては、結晶欠陥を効率
良く形成することができる比較的重量の大きいイオン
(本実施例ではフッ素イオン)の注入により、結晶欠陥
領域3を形成しているから、そのドーズ量を多くする必
要がなくなる。また、第2のイオン注入工程の実行に応
じて、上記結晶欠陥領域3中に第1のイオン注入工程と
は異なるイオン(本実施例では水素イオン)を注入して
剥離用元素分布層4を形成した場合には、当該水素イオ
ンにより剥離用元素分布層4のみを形成した場合に比べ
て、単結晶シリコン基板1に剥離現象を引き起こすのに
必要なドーズ量が大幅に減少することが知られている。
According to the method for manufacturing the SOI substrate 8 described above, in the first ion implantation step, relatively heavy ions (fluorine ions in this embodiment) capable of efficiently forming crystal defects are implanted. Accordingly, since the crystal defect region 3 is formed, it is not necessary to increase the dose. In addition, in accordance with the execution of the second ion implantation step, ions (hydrogen ions in this embodiment) different from those in the first ion implantation step are implanted into the crystal defect region 3 so that the separation element distribution layer 4 is formed. It is known that when formed, the dose required to cause the separation phenomenon in the single crystal silicon substrate 1 is significantly reduced as compared with the case where only the separation element distribution layer 4 is formed by the hydrogen ions. ing.

【0039】このため、第1のイオン注入工程及び第2
のイオン注入工程を行うものでありながら、各イオン注
入工程でのドーズ量を、1回のイオン注入により剥離用
元素分布層を形成する場合に比べて大幅に低減させるこ
とができる。
For this reason, the first ion implantation step and the second
Although the ion implantation step is performed, the dose in each ion implantation step can be greatly reduced as compared with the case where the stripping element distribution layer is formed by one ion implantation.

【0040】このことを具体的な実例を挙げて説明する
と、以下のようになる。即ち、従来のように、単結晶シ
リコン基板中に水素イオンのみを注入して剥離用元素分
布層を形成した場合、熱処理に応じて上記剥離用元素分
布層部分で確実な剥離現象を発生させるためには、例え
ば8×1016atoms /cm程度のドーズ量に設定する
ことが望ましい。これに対して、本実施例による製造方
法において、剥離用元素分布層4部分で確実な剥離現象
を発生させるためには、結晶欠陥領域3のためのフッ素
イオンのドーズ量は1×1015atoms /cm程度、剥
離用元素分布層4のための水素イオンのドーズ量は1×
1016atoms /cm程度で済むことが実験的に明らか
となっている。
This will be described below with reference to a concrete example. That is, as in the conventional case, when only a hydrogen ion is implanted into a single crystal silicon substrate to form a separation element distribution layer, a reliable separation phenomenon occurs in the separation element distribution layer according to the heat treatment. For example, it is desirable to set the dose to about 8 × 10 16 atoms / cm 2 . On the other hand, in the manufacturing method according to the present embodiment, the dose of fluorine ions for the crystal defect region 3 is 1 × 10 15 atoms in order to cause a reliable separation phenomenon in the separation element distribution layer 4. / Cm 2 , and the dose of hydrogen ions for the element distribution layer 4 for stripping is 1 ×
It has been experimentally found that only about 10 16 atoms / cm 2 is required.

【0041】このような第1のイオン注入工程及び第2
のイオン注入工程を行う場合のイオン注入時間の合計は
0.45時間程度(実際には、この他に各工程間の切換
のために5〜10分程度必要)で済むのに対して、従来
の製造方法では、水素イオンの注入時間が3.2時間程
度必要になる。従って、本実施例の製造方法によれば、
第1及び第2のイオン注入工程を通じてのスループット
が、水素イオンの注入のみを行う従来の製造方法に比べ
て格段に向上するものであり、SOI基板8の製造に要
する時間を大幅に短縮できるようになる。
The first ion implantation step and the second
The total ion implantation time when performing the ion implantation step of (1) is about 0.45 hours (actually, about 5 to 10 minutes are required for switching between each step), Requires about 3.2 hours of hydrogen ion implantation time. Therefore, according to the manufacturing method of the present embodiment,
Throughput through the first and second ion implantation steps is significantly improved as compared with the conventional manufacturing method in which only hydrogen ions are implanted, and the time required for manufacturing the SOI substrate 8 can be significantly reduced. become.

【0042】また、本実施例のように、第1のイオン注
入工程を行った後に第2のイオン注入工程を行うように
した場合、つまり結晶欠陥領域3中に後から剥離用元素
分布層4を形成するようにした場合には、その剥離用元
素分布層4の深さ位置のばらつき(観測値は±3σの範
囲)が結晶欠陥領域3を形成しない場合に比べて1/3
程度に小さくなることが実験的に知られている。これは
少ないイオン注入量で基板剥離を実現したことによるも
のであり、単結晶シリコン薄膜7の膜厚均一性を高める
ことが可能になる。尚、上記第1実施例において、第1
のイオン注入工程及び第2のイオン注入工程は、逆順で
行っても良いものである。
In the case where the second ion implantation step is performed after the first ion implantation step as in this embodiment, that is, the separation element distribution layer 4 is formed in the crystal defect region 3 later. Is formed, the variation in the depth position of the stripping element distribution layer 4 (observed value is in a range of ± 3σ) is 1/3 as compared with the case where the crystal defect region 3 is not formed.
It is experimentally known to be as small as possible. This is due to the fact that the substrate is peeled with a small amount of ion implantation, and the uniformity of the thickness of the single crystal silicon thin film 7 can be improved. In the first embodiment, the first
The ion implantation step and the second ion implantation step may be performed in reverse order.

【0043】(第2の実施の形態)図3及び図4には本
発明の第2実施例が示されており、以下これについて前
記第1実施例と異なる部分についてのみ説明する。尚、
図3及び図4は、前記図1と同様にSOI基板を製造す
る場合の基本工程を模式的な断面図により示したもので
ある。即ち、この第2実施例は、SOI基板におけるベ
ース基板及び単結晶シリコン薄膜間に、埋込パターン構
造(例えばFETのような素子のためのバックゲートな
ど)を形成する場合に適した製造方法を開示しようとす
るものである。
(Second Embodiment) FIGS. 3 and 4 show a second embodiment of the present invention. Only the portions different from the first embodiment will be described below. still,
FIGS. 3 and 4 are schematic cross-sectional views showing the basic steps in the case of manufacturing an SOI substrate in the same manner as in FIG. That is, the second embodiment provides a manufacturing method suitable for forming a buried pattern structure (for example, a back gate for an element such as an FET) between a base substrate and a single crystal silicon thin film in an SOI substrate. It is intended to be disclosed.

【0044】まず、図3(a)に示すパターン構造形成
工程では、単結晶シリコン基板1の表面側に、熱酸化な
どによって最終的に絶縁膜9(図4(j)参照)となる
シリコン酸化膜9aを形成する。続いて、CVD法など
により多結晶シリコンを堆積させた後に、その堆積膜を
フォトリソグラフィ処理及びエッチング処理によりパタ
ーニングすることにより、所定形状の多結晶シリコン膜
10を形成する。さらに、CVD法などによって最終的
に絶縁膜9となるシリコン酸化膜9bを堆積させ、以て
埋込パターン構造11を形成する。
First, in a pattern structure forming step shown in FIG. 3A, a silicon oxide film to be finally formed into an insulating film 9 (see FIG. 4J) is formed on the surface side of the single crystal silicon substrate 1 by thermal oxidation or the like. The film 9a is formed. Subsequently, after polycrystalline silicon is deposited by a CVD method or the like, the deposited film is patterned by photolithography and etching to form a polycrystalline silicon film 10 having a predetermined shape. Further, a silicon oxide film 9b which will eventually become the insulating film 9 is deposited by a CVD method or the like, thereby forming a buried pattern structure 11.

【0045】次に、図3(b)に示す第1のイオン注入
工程では、単結晶シリコン基板1に対し、図中矢印で示
すように埋込パターン構造11側から例えばフッ素イオ
ンを注入することにより、所定深さ範囲に分布した結晶
欠陥領域12を形成する。尚、この結晶欠陥領域12
は、埋込パターン構造11の存在に起因して波打った状
態となる。この場合、フッ素イオンのドーズ量は、1×
1014atoms /cm以上、好ましくは1×1015at
oms /cm以上に設定する。また、イオン注入エネルギ
ーは、結晶欠陥領域12を形成する深さに応じて設定す
ることになる。
Next, in a first ion implantation step shown in FIG. 3B, for example, fluorine ions are implanted into the single crystal silicon substrate 1 from the side of the buried pattern structure 11 as shown by arrows in the figure. Thereby, crystal defect regions 12 distributed in a predetermined depth range are formed. The crystal defect region 12
Becomes wavy due to the presence of the buried pattern structure 11. In this case, the dose amount of fluorine ions is 1 ×
10 14 atoms / cm 2 or more, preferably 1 × 10 15 at
Set to oms / cm 2 or more. The ion implantation energy is set according to the depth at which the crystal defect region 12 is formed.

【0046】この後には、図3(c)、(d)に示すよ
うに、単結晶シリコン基板1に対し前記第1のイオン注
入工程とは異なるイオンである例えば水素イオンを注入
するための第2のイオン注入工程を2回に分けて実行す
る。つまり、前記結晶欠陥領域12中に単結晶シリコン
基板1の表面と平行した状態で分布した剥離用元素分布
層4を形成するためには、イオン注入領域の構造の相違
によるイオン注入深さの変化を考慮してイオン注入エネ
ルギーを制御する必要が出てくるため、第2のイオン注
入工程を2回に分けて実行するものである。
Thereafter, as shown in FIGS. 3 (c) and 3 (d), a second step for implanting, for example, hydrogen ions, which are different from the first ion implantation step, into the single crystal silicon substrate 1 is performed. The second ion implantation step is performed twice. That is, in order to form the separation element distribution layer 4 distributed in a state parallel to the surface of the single crystal silicon substrate 1 in the crystal defect region 12, it is necessary to change the ion implantation depth due to the difference in the structure of the ion implantation region. Therefore, it is necessary to control the ion implantation energy in consideration of the above, so that the second ion implantation step is performed in two steps.

【0047】具体的には、第2のイオン注入工程では、
まず、図3(c)に示すように、単結晶シリコン基板1
上の埋込パターン構造11における多結晶シリコン膜1
0と対応した部分にフォトレジストによるレジストパタ
ーン13を形成し、この状態で1回目の水素イオンの注
入を行うことによりイオン注入領域4aを形成する。次
いで、図3(d)に示すように、上記レジストパターン
13を剥離した後に、埋込パターン構造11における多
結晶シリコン膜10と対応しない部分にフォトレジスト
によるレジストパターン14を形成し、この状態で2回
目の水素イオンの注入を、そのイオン注入エネルギーを
1回目より大きくした状態で行うことによりイオン注入
領域4bを形成する。尚、水素イオンのドーズ量は、5
×10 atoms /cm以上、好ましくは1×1016
atoms /cm以上に設定する。また、レジストパターン
14は、イオン注入後に剥離される。
Specifically, in the second ion implantation step,
First, as shown in FIG.
Polysilicon film 1 in buried pattern structure 11 above
A resist pattern 13 of a photoresist is formed in a portion corresponding to 0, and a first ion implantation of hydrogen is performed in this state to form an ion-implanted region 4a. Next, as shown in FIG. 3D, after the resist pattern 13 is peeled off, a resist pattern 14 of a photoresist is formed on a portion of the buried pattern structure 11 which does not correspond to the polycrystalline silicon film 10, and in this state, The second implantation of hydrogen ions is performed in a state where the ion implantation energy is larger than that of the first implantation, thereby forming the ion implantation region 4b. The dose of hydrogen ions is 5
× 10 1 5 atoms / cm 2 or more, preferably 1 × 10 16
Set to atoms / cm 2 or more. The resist pattern 14 is peeled off after the ion implantation.

【0048】この場合、1回目及び2回目のイオン注入
エネルギーは、イオン注入領域4a及び4bの濃度ピー
クが同一の深さとなるように設定されるものであり、こ
れにより、結晶欠陥領域12中に単結晶シリコン基板1
の表面と平行した状態で分布した剥離用元素分布層4が
形成される。
In this case, the first and second ion implantation energies are set so that the concentration peaks of the ion implantation regions 4a and 4b have the same depth. Single crystal silicon substrate 1
The element distribution layer 4 for stripping distributed in a state parallel to the surface is formed.

【0049】また、この場合において、フッ素イオンの
注入により形成された結晶欠陥領域12は波打った状態
となっているが、前述した図2に示すように、単結晶シ
リコン基板1中におけるフッ素の濃度分布は、その深さ
の変化に対し比較的緩やかに変化しているから、大きな
支障が出ることはない。つまり、結晶欠陥領域12は、
その濃度が1×1019atoms /cm以上あれば所期の
目的を達成できるものであり、従って、波打った状態の
結晶欠陥領域12中に単結晶シリコン基板1の表面と平
行した状態の剥離用元素分布層4を形成しても支障がな
くなるものである。
In this case, the crystal defect region 12 formed by the implantation of fluorine ions is wavy. However, as shown in FIG. Since the concentration distribution changes relatively slowly with respect to the change in the depth, no great hindrance occurs. That is, the crystal defect region 12
If the concentration is at least 1 × 10 19 atoms / cm 3, the intended purpose can be achieved. Therefore, in the wavy crystal defect region 12, a state parallel to the surface of the single-crystal silicon substrate 1 is obtained. Even if the stripping element distribution layer 4 is formed, there is no problem.

【0050】尚、前記第1のイオン注入工程を、上述し
たような第2のイオン注入工程と同様の手法により2回
に分けて実行することにより、所定深さ範囲に単結晶シ
リコン基板1の表面と平行した状態で分布した結晶欠陥
領域を形成する構成とすることもできる。
By performing the first ion implantation step twice in the same manner as in the second ion implantation step as described above, the single-crystal silicon substrate 1 can be placed in a predetermined depth range. A configuration in which crystal defect regions distributed in a state parallel to the surface may be formed.

【0051】次に、図3(e)に示す平坦化膜成膜工程
では、埋込パターン構造11上に、CVD法やPVD法
などを用いて多結晶シリコン、アモルファスシリコン或
いは酸化シリコンなどより成る平坦化処理膜15を形成
する。この後、図3(f)に示す貼り合わせ面形成工程
では、上記平坦化処理膜15の表面を研磨することによ
り、下地となる埋込パターン構造11に起因する表面段
差を除去し、以てその表面を平坦化する。
Next, in the step of forming a flattening film shown in FIG. 3E, the buried pattern structure 11 is made of polycrystalline silicon, amorphous silicon, silicon oxide, or the like by using a CVD method or a PVD method. A flattening film 15 is formed. Thereafter, in the bonding surface forming step shown in FIG. 3F, the surface of the flattening film 15 is polished to remove a surface step caused by the buried pattern structure 11 serving as a base. The surface is flattened.

【0052】この後には、図4(g)、(h)に示す貼
り合わせ工程を実行する。この貼り合わせ工程では、ま
ず、単結晶シリコン基板1における平坦化処理膜15の
表面、並びにベース基板5の表面に、前記第1実施例と
同様の親水化処理を施す。そして、この後に、単結晶シ
リコン1及びベース基板5を上記親水化処理面で密着さ
せて貼り合わせる。これにより各基板1及び5は、各々
の表面に形成されたシラノール基及び表面に吸着した水
分子の水素結合によって接着される。
Thereafter, a bonding step shown in FIGS. 4G and 4H is performed. In this bonding step, first, the surface of the planarization film 15 on the single crystal silicon substrate 1 and the surface of the base substrate 5 are subjected to the same hydrophilic treatment as in the first embodiment. Then, after that, the single crystal silicon 1 and the base substrate 5 are closely attached to each other on the hydrophilized surface to be bonded. As a result, the substrates 1 and 5 are adhered by a hydrogen bond between the silanol groups formed on the respective surfaces and the water molecules adsorbed on the surfaces.

【0053】上記貼り合わせ工程の実行後には図4
(i)に示す剥離工程を行う。この剥離工程では、単結
晶シリコン基板1及びベース基板5の一体物に対して、
第1実施例と同様の熱処理を施すことによって、単結晶
シリコン基板1を前記剥離用元素分布層4部分で剥離す
るものであり、これにより、ベース基板5上に埋込パタ
ーン構造11などを介して単結晶シリコン薄膜7が積層
された形態のSOI構造が形成されることになる。
After execution of the above-mentioned bonding step, FIG.
The peeling step shown in (i) is performed. In this separation step, the single-crystal silicon substrate 1 and the base substrate 5 are integrated with each other.
By performing the same heat treatment as in the first embodiment, the single-crystal silicon substrate 1 is separated at the separation element distribution layer 4 part, whereby the embedded pattern structure 11 and the like are formed on the base substrate 5. As a result, an SOI structure in which the single crystal silicon thin films 7 are stacked is formed.

【0054】この剥離工程の実行後には、引き続いて熱
処理工程(処理条件は第1実施例と同じ)を実行するこ
とにより、前記貼り合わせ面の接合強度を強化すると共
に、剥離を引き起こした剥離用元素分布層4部分の緩
和、並びに結晶欠陥領域12を構成するフッ素の結晶構
造中からの脱離を促進する。さらに、上記剥離面に対し
化学的機械研磨を施すという平坦化工程(図4(j)参
照)を実行し、以て最終的に同図4(j)に示すような
埋込パターン構造11を備えたSOI基板16(本発明
でいう半導体基板に相当)を完成させるようにしてい
る。尚、上記平坦化工程は必要に応じて行えば良いもの
である。
After the peeling step is performed, a heat treatment step (the processing conditions are the same as in the first embodiment) is subsequently performed to enhance the bonding strength of the bonded surface and to perform the peeling that caused the peeling. This promotes relaxation of the element distribution layer 4 and desorption of fluorine constituting the crystal defect region 12 from the crystal structure. Further, a flattening step (see FIG. 4 (j)) of subjecting the peeled surface to chemical mechanical polishing is executed, and finally the buried pattern structure 11 as shown in FIG. 4 (j) is formed. The provided SOI substrate 16 (corresponding to the semiconductor substrate in the present invention) is completed. Note that the above-mentioned flattening step may be performed as needed.

【0055】このように構成した本実施例によっても、
前記第1実施例と同様の効果を奏するものである。特
に、本実施例によれば、SOI基板16における単結晶
シリコン薄膜7と埋込パターン構造11との間の接合面
が、単結晶シリコン基板1とこれの表面に熱酸化などに
よって形成されたシリコン酸化膜9aとの界面に相当す
ることになるから、その界面を安定した状態とすること
ができてSOI基板としての特性が向上するようにな
る。
According to the present embodiment configured as described above,
The same effects as in the first embodiment can be obtained. In particular, according to the present embodiment, the bonding surface between the single crystal silicon thin film 7 and the buried pattern structure 11 in the SOI substrate 16 is the single crystal silicon substrate 1 and the silicon formed on the surface thereof by thermal oxidation or the like. Since this corresponds to the interface with the oxide film 9a, the interface can be made stable and the characteristics of the SOI substrate can be improved.

【0056】尚、上記第2実施例では、パターン構造形
成工程において、単結晶シリコン基板1側に埋込パター
ン構造11を形成しておく構成としたが、これに代え
て、ベース基板5の表面側に加工処理を行うことにより
埋込パターン構造を形成するパターン構造形成工程を実
行し、この後に、平坦化膜成膜工程、貼り合わせ面形成
工程、貼り合わせ工程、剥離工程などを同様に行うこと
により、ベース基板5及び単結晶シリコン薄膜7間に前
記埋込パターン構造を設ける構成としても良い。この場
合には、第2実施例のように第2のイオン注入工程を2
回に分けて行う必要がなくなる。
In the second embodiment, the buried pattern structure 11 is formed on the single crystal silicon substrate 1 in the pattern structure forming step. A pattern structure forming step of forming a buried pattern structure by performing processing on the side is performed, and thereafter, a flattening film forming step, a bonding surface forming step, a bonding step, a peeling step, etc. are similarly performed. Thereby, the buried pattern structure may be provided between the base substrate 5 and the single-crystal silicon thin film 7. In this case, as in the second embodiment, the second ion implantation step is performed in two steps.
There is no need to perform it in separate times.

【0057】(第3の実施の形態)図5には本発明の第
3実施例が示されており、以下これについて前記第1実
施例と異なる部分についてのみ説明する。尚、図5は、
前記図1と同様にSOI基板を製造する場合の基本工程
を模式的な断面図により示したものである。
(Third Embodiment) FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. Only the portions different from the first embodiment will be described below. In addition, FIG.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a basic process in the case of manufacturing an SOI substrate as in FIG.

【0058】即ち、図5(a)に示すイオン注入工程で
は、第1実施例における第1のイオン注入工程と同様
に、単結晶シリコン基板1上に、熱酸化などによってシ
リコン酸化膜より成る汚染保護膜2を成膜した上で、そ
の単結晶シリコン基板1に対し、図中矢印で示すように
汚染保護膜2側から例えばフッ素イオンを注入すること
により、所定深さ範囲に単結晶シリコン基板1の表面と
平行した状態で分布した結晶欠陥領域3を形成する。
That is, in the ion implantation step shown in FIG. 5A, similarly to the first ion implantation step in the first embodiment, contamination of a silicon oxide film on the single crystal silicon substrate 1 by thermal oxidation or the like is performed. After the protection film 2 is formed, the single crystal silicon substrate 1 is implanted with, for example, fluorine ions from the contamination protection film 2 side as shown by an arrow in the drawing, so that the single crystal silicon substrate 1 has a predetermined depth range. Crystal defect regions 3 distributed in a state parallel to the surface of No. 1 are formed.

【0059】この後、図5(b)に示す拡散工程では、
上記イオン注入工程での注入イオン元素(フッ素)と異
なる元素である例えば水素ガスを含む雰囲気中におい
て、単結晶シリコン基板1に対しその剥離現象が生じる
温度(500℃程度以上)の下限値より低い温度の熱処
理を施す。尚、上記水素ガス雰囲気は、例えば、大気圧
或いは減圧した状態(真空状態も含む)のエアチャンバ
ー内にキャリアガスとして水素を流すことにより形成す
れば良い。
Thereafter, in the diffusion step shown in FIG.
In an atmosphere containing, for example, hydrogen gas, which is an element different from the ion element (fluorine) implanted in the ion implantation step, the temperature is lower than the lower limit of the temperature (about 500 ° C. or higher) at which the single crystal silicon substrate 1 peels off. A temperature heat treatment is performed. The hydrogen gas atmosphere may be formed, for example, by flowing hydrogen as a carrier gas into an air chamber at an atmospheric pressure or a reduced pressure (including a vacuum state).

【0060】このような熱処理に応じて、水素ガス雰囲
気中から前記結晶欠陥領域3中に水素が取り込まれるよ
うになり、これにより当該結晶欠陥領域3中の高濃度部
分(結晶欠陥が相対的に多い部分)に集中的に位置した
状態の剥離用元素分布層17が形成される。この場合、
剥離用元素分布層17の水素濃度は、1×1020atom
s/cm以上に設定することが望ましい。
In response to such a heat treatment, hydrogen is taken into the crystal defect region 3 from a hydrogen gas atmosphere, whereby a high-concentration portion (crystal defects are relatively The stripping element distribution layer 17 in a state intensively formed is formed on the (large portion). in this case,
The hydrogen concentration of the stripping element distribution layer 17 is 1 × 10 20 atom
It is desirable to set s / cm 3 or more.

【0061】尚、上記のような剥離用元素分布層17を
形成するのに必要な熱処理時間(拡散工程の所要時間)
は、以下の関係式から導き出すことができる。即ち、例
えばS.J.Pearton 、J.W.Corbett 、M.Stavola 著の“Hy
drogen in Crystalline Semiconductors”,Springer-Ve
rlag社発刊(1991年10月)に記載されているよう
に、シリコンに対し熱処理により不純物拡散するときの
拡散長X(cm)の平均値は、 X=(D・t)1/2 で与えられる。但し、Dは拡散係数(cm/sec )、t
は熱処理時間 (sec)である。また、拡散係数Dは、次式
で与えられる。
The heat treatment time required for forming the above-described separation element distribution layer 17 (the time required for the diffusion step).
Can be derived from the following relation: That is, for example, "Hy by SJPearton, JWCorbett, M. Stavola
drogen in Crystalline Semiconductors ”, Springer-Ve
As described in rlag (October 1991), the average value of the diffusion length X (cm) when diffusing impurities into silicon by heat treatment is given by X = (D · t) 1/2 Can be Here, D is the diffusion coefficient (cm 2 / sec), t
Is the heat treatment time (sec). The diffusion coefficient D is given by the following equation.

【0062】D=D0 ・exp(−Ea /kT) 但し、D0 は温度が無限大のときのDの値で、D0 =
4.2×10−5(cm/sec )、Ea は活性化エネル
ギー(=0.56(eV))、kはボルツマン係数(=
8.667×10−5(eV/K))、Tは温度(K)
である。
D = D0.exp (-Ea / kT) where D0 is the value of D when the temperature is infinite and D0 =
4.2 × 10 −5 (cm 2 / sec), Ea is activation energy (= 0.56 (eV)), k is Boltzmann coefficient (=
8.667 × 10 -5 (eV / K)), T is temperature (K)
It is.

【0063】例えば、熱処理温度が200℃、汚染保護
膜2の膜厚が100nmの状態で、単結晶シリコン基板
1中に400nmの深さまで水素を拡散させる際の熱処
理時間を求める場合において、上記汚染保護膜2を構成
するシリコン酸化膜中の拡散係数もほぼ同等として大ざ
っぱに仮定した場合には、上記各関係式に基づいた演算
によれば、おおよそ1.5時間程度の熱処理を施せば良
いことが分かる。
For example, when the heat treatment temperature is 200 ° C. and the thickness of the contamination protective film 2 is 100 nm, the heat treatment time when hydrogen is diffused into the single crystal silicon substrate 1 to a depth of 400 nm is determined. If it is roughly assumed that the diffusion coefficient in the silicon oxide film constituting the protective film 2 is also substantially the same, according to the calculations based on the above-mentioned relational expressions, it is sufficient to perform the heat treatment for about 1.5 hours. I understand.

【0064】一方、上記のような拡散工程の実行後に
は、図5(c)、(d)に示す貼り合わせ工程を第1実
施例と同様に実行して、単結晶シリコン基板1とベース
基板5とを貼り合わせた後に、図5(e)に示す剥離工
程を第1実施例と同様に実行して、単結晶シリコン基板
1を剥離用元素分布層17部分で剥離し、SOI構造を
形成する。さらに、剥離工程の実行後に高温の熱処理工
程を第1実施例と同様に実行して、両基板1及び5の貼
り合わせ面の接合強度の強化や結晶欠陥領域3を構成す
るフッ素の結晶構造中からの脱離の促進などを図った後
に、図5(f)に示す平坦化工程を第1実施例と同様に
実行して、SOI基板8を完成させることになる。
On the other hand, after the above-described diffusion step is performed, the bonding step shown in FIGS. 5C and 5D is performed in the same manner as in the first embodiment, and the single-crystal silicon substrate 1 and the base substrate 5 and then, the single crystal silicon substrate 1 is separated at the separation element distribution layer 17 by performing the separation step shown in FIG. 5E in the same manner as in the first embodiment to form an SOI structure. I do. Further, a high-temperature heat treatment step is performed in the same manner as in the first embodiment after the peeling step is performed, so that the bonding strength of the bonding surfaces of the substrates 1 and 5 is strengthened, and the crystal structure of fluorine constituting the crystal defect region 3 is reduced. After promoting the desorption from the substrate, the planarization process shown in FIG. 5F is performed in the same manner as in the first embodiment, and the SOI substrate 8 is completed.

【0065】この第3実施例による製造方法によって
も、イオン注入工程では、結晶欠陥を効率良く形成する
ことができる比較的重量の大きいフッ素イオンの注入に
より、結晶欠陥領域3を形成しているから、そのドーズ
量を多くする必要がなくなり、当該イオン注入工程の所
要時間が短くなる。また、この後に行われる拡散工程の
所要時間も、前述したような条件によれば1.5時間程
度程度で済むものであり、イオン注入工程及び拡散工程
を通じてのスループットが、水素イオンの注入のみを行
う従来の製造方法に比べて向上するものであり、SOI
基板8の製造に要する時間を短縮できるようになる。
Also in the manufacturing method according to the third embodiment, in the ion implantation step, the crystal defect region 3 is formed by implanting relatively heavy fluorine ions capable of efficiently forming crystal defects. It is not necessary to increase the dose, and the time required for the ion implantation step is reduced. Further, the time required for the diffusion step performed thereafter is only about 1.5 hours under the above-described conditions, and the throughput through the ion implantation step and the diffusion step is limited to only the implantation of hydrogen ions. SOI is improved as compared with the conventional manufacturing method.
The time required for manufacturing the substrate 8 can be reduced.

【0066】尚、この第3実施例において、拡散工程で
の熱処理を水素ガス雰囲気中で行う構成としたが、水素
をプラズマ化した真空状態の雰囲気中で行う構成として
も良い。また、拡散工程で使用する元素は水素に限ら
ず、ヘリウムなどの希ガスや、NH4 、CH4 、H2 O
などの水素化物を使用しても良いものである。
In the third embodiment, the heat treatment in the diffusion step is performed in a hydrogen gas atmosphere. However, the heat treatment in the diffusion step may be performed in a vacuum atmosphere in which hydrogen is converted into plasma. The element used in the diffusion step is not limited to hydrogen, but may be a rare gas such as helium, NH4, CH4, or H2O.
Such a hydride may be used.

【0067】(第4の実施の形態)図6には、上記第3
実施例とほぼ同様の効果を奏する本発明の第4実施例が
示されており、以下これについて前記第1実施例及び第
3実施例と異なる部分についてのみ説明する。尚、図6
は、前記図1と同様にSOI基板を製造する場合の基本
工程を模式的な断面図により示したものである。
(Fourth Embodiment) FIG. 6 shows the third embodiment.
A fourth embodiment of the present invention having substantially the same effects as the embodiment is shown, and only the portions different from those of the first and third embodiments will be described below. FIG.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a basic process in the case of manufacturing an SOI substrate in the same manner as in FIG.

【0068】即ち、図6(a)に示すイオン注入工程で
は、第1実施例における第1のイオン注入工程と同様
に、単結晶シリコン基板1上に、熱酸化などによってシ
リコン酸化膜より成る汚染保護膜2を成膜した上で、そ
の単結晶シリコン基板1に対し、図中矢印で示すように
汚染保護膜2側から例えばフッ素イオンを注入すること
により、所定深さ範囲に単結晶シリコン基板1の表面と
平行した状態で分布した結晶欠陥領域3を形成する。
That is, in the ion implantation step shown in FIG. 6A, similarly to the first ion implantation step in the first embodiment, contamination of a silicon oxide film on the single crystal silicon substrate 1 by thermal oxidation or the like is performed. After the protection film 2 is formed, the single crystal silicon substrate 1 is implanted with, for example, fluorine ions from the contamination protection film 2 side as shown by an arrow in the drawing, so that the single crystal silicon substrate 1 has a predetermined depth range. Crystal defect regions 3 distributed in a state parallel to the surface of No. 1 are formed.

【0069】次に、図6(b)に示す成膜工程では、汚
染保護膜2を残した状態若しくは除去した状態(図6
(b)以降の例は残した状態を示す)において、単結晶
シリコン基板1上に、水素化アモルファスシリコン膜1
8(本発明でいう水素化アモルファス半導体膜に相当)
を形成する。具体的には、上記水素化アモルファスシリ
コン膜18は、シリコン系のガスソース(例えばSiH
4 のArまたはH2 希釈ガス)を用いた高周波プラズマ
CVD法によって例えば350℃、0.5torrの条件下
で堆積されるもので、その水素濃度は、例えば5×10
21atoms /cm程度とされる。また、水素化アモルフ
ァスシリコン膜18の膜厚は、その水素濃度が上記のよ
うな状態であった場合に10nm程度以上に設定すれば
良い。
Next, in the film forming step shown in FIG. 6B, the contamination protection film 2 is left or removed (FIG. 6).
(B) The following example shows a state in which the hydrogenated amorphous silicon film 1 is formed on the single crystal silicon substrate 1.
8 (corresponding to the hydrogenated amorphous semiconductor film in the present invention)
To form Specifically, the hydrogenated amorphous silicon film 18 is formed of a silicon-based gas source (eg, SiH
4 is deposited under a condition of, for example, 350 ° C. and 0.5 torr by a high-frequency plasma CVD method using Ar or H 2 diluted gas, and its hydrogen concentration is, for example, 5 × 10 5
It is about 21 atoms / cm 3 . Further, the thickness of the hydrogenated amorphous silicon film 18 may be set to about 10 nm or more when the hydrogen concentration is in the above state.

【0070】この後、図6(c)に示す拡散工程では、
単結晶シリコン基板1に対しその剥離現象が生じる温度
(500℃程度以上)の下限値より低い温度の熱処理を
施す。このような熱処理に応じて、水素化アモルファス
シリコン膜18中から固相拡散する水素が前記結晶欠陥
領域3中に取り込まれるようになり、これにより当該結
晶欠陥領域3中の高濃度部分(結晶欠陥が相対的に多い
部分)に集中的に位置した状態の剥離用元素分布層17
が形成される。この場合、剥離用元素分布層17の水素
濃度は、1×1020atoms/cm以上に設定することが
望ましい。尚、上記のような剥離用元素分布層17を形
成するのに必要な熱処理時間(拡散工程の所要時間)
は、前記第3実施例における拡散工程での熱処理時間と
ほぼ同等になると考えられる。
Thereafter, in the diffusion step shown in FIG.
The single crystal silicon substrate 1 is subjected to a heat treatment at a temperature lower than the lower limit of the temperature at which the separation phenomenon occurs (about 500 ° C. or higher). In response to such a heat treatment, hydrogen diffused in a solid phase from the hydrogenated amorphous silicon film 18 is taken into the crystal defect region 3, and thereby, a high concentration portion (crystal defect) in the crystal defect region 3 is obtained. Element distribution layer 17 in a state where the element distribution layer 17 is concentrated
Is formed. In this case, it is desirable to set the hydrogen concentration of the stripping element distribution layer 17 to 1 × 10 20 atoms / cm 3 or more. In addition, the heat treatment time required for forming the above-described separation element distribution layer 17 (the time required for the diffusion step).
Is considered to be substantially equal to the heat treatment time in the diffusion step in the third embodiment.

【0071】上記のような拡散工程の実行後には、例え
ばTMAH或いはフッ硝酸系のエッチング液を使用して
水素化アモルファスシリコン膜18を取り除く除去工程
を行った後に、図6(c)、(d)に示す貼り合わせ工
程を前記第1実施例と同様に実行する。この貼り合わせ
工程では、汚染保護膜2の除去や、貼り合わせ面の親水
化処理などを行った状態で、単結晶シリコン基板1とベ
ース基板5とを貼り合わせる。この後に、図6(e)に
示す剥離工程を第1実施例と同様に実行して、単結晶シ
リコン基板1を剥離用元素分布層17部分で剥離し、S
OI構造を形成する。さらに、剥離工程の実行後に高温
の熱処理工程を第1実施例と同様に実行して、両基板1
及び5の貼り合わせ面の接合強度の強化や結晶欠陥領域
3を構成するフッ素の結晶構造中からの脱離の促進など
を図った後に、図6(f)に示す平坦化工程を第1実施
例と同様に実行して、SOI基板8を完成させることに
なる。
After the above-described diffusion step is performed, a removing step of removing the hydrogenated amorphous silicon film 18 using, for example, a TMAH or hydrofluoric-nitric acid-based etchant is performed. The bonding step shown in (1) is performed in the same manner as in the first embodiment. In this bonding step, the single-crystal silicon substrate 1 and the base substrate 5 are bonded together in a state where the contamination protective film 2 has been removed and the bonding surface has been subjected to a hydrophilic treatment. Thereafter, the peeling step shown in FIG. 6E is performed in the same manner as in the first embodiment, and the single crystal silicon substrate 1 is peeled at the peeling element distribution layer 17 and S
An OI structure is formed. Furthermore, a high-temperature heat treatment step is performed in the same manner as in the first embodiment after the peeling step is performed.
After the enhancement of the bonding strength of the bonded surfaces of FIGS. 5 and 5 and the promotion of the desorption of fluorine forming the crystal defect region 3 from the crystal structure, the flattening step shown in FIG. By executing the same as in the example, the SOI substrate 8 is completed.

【0072】尚、この第4実施例において、汚染保護膜
2を残すことによって、これをSOI構造の絶縁分離膜
として機能させる構成とする場合には、水素化アモルフ
ァスシリコン膜18を取り除くための除去工程は、必要
に応じて行えば良いものである。
In the fourth embodiment, when the contamination protection film 2 is left to function as an insulating isolation film having an SOI structure, the removal for removing the hydrogenated amorphous silicon film 18 is performed. The steps may be performed as needed.

【0073】(第5の実施の形態)図7には、上記第4
実施例に変更を加えた本発明の第5実施例が示されてお
り、以下これについて前記第1実施例及び第4実施例と
異なる部分についてのみ説明する。尚、図7は、前記図
1と同様にSOI基板を製造する場合の基本工程を模式
的な断面図により示したものである。
(Fifth Embodiment) FIG. 7 shows the fourth embodiment.
A fifth embodiment of the present invention in which the embodiment is modified is shown, and only the portions different from the first and fourth embodiments will be described below. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the basic steps in the case of manufacturing an SOI substrate as in FIG.

【0074】即ち、図7(a)に示すイオン注入工程で
は、第1実施例における第1のイオン注入工程と同様の
処理を行う。次に、図7(b)に示す成膜工程では、ベ
ース基板5上に、水素化アモルファスシリコン膜19
(本発明でいう水素化アモルファス半導体膜に相当)
を、第4実施例と同様に形成する。
That is, in the ion implantation step shown in FIG. 7A, the same processing as in the first ion implantation step in the first embodiment is performed. Next, in a film forming step shown in FIG. 7B, a hydrogenated amorphous silicon film 19 is formed on the base substrate 5.
(Corresponding to the hydrogenated amorphous semiconductor film in the present invention)
Is formed in the same manner as in the fourth embodiment.

【0075】この後、図7(c)に示す貼り合わせ工程
を実行する。この貼り合わせ工程では、まず、単結晶シ
リコン基板1上の汚染保護膜2(これは最終的にSOI
構造を形成した場合の絶縁分離膜となる)の表面を平坦
化する処理を行った後に、その汚染保護膜2の表面、並
びにベース基板5の水素化アモルファスシリコン膜19
側の表面に、第1実施例における貼り合わせ工程の場合
と同様の親水化処理を施す。この後に、単結晶シリコン
1及びベース基板5を上記親水化処理面で密着させて貼
り合わせることにより各基板1及び5を、各々の表面に
形成されたシラノール基及び表面に吸着した水分子の水
素結合によって接着する。
Thereafter, a bonding step shown in FIG. 7C is performed. In this bonding step, first, the contamination protection film 2 on the single crystal silicon substrate 1 (this is finally
The surface of the contamination protection film 2 and the hydrogenated amorphous silicon film 19 of the base substrate 5 are subjected to a process for planarizing the surface of the base substrate 5.
The surface on the side is subjected to the same hydrophilic treatment as in the bonding step in the first embodiment. Thereafter, the single-crystal silicon 1 and the base substrate 5 are adhered to each other on the above-mentioned hydrophilized surface so that the substrates 1 and 5 are bonded to each other with silanol groups formed on the respective surfaces and hydrogen of water molecules adsorbed on the surfaces. Glue by bonding.

【0076】次いで、図7(d)に示す拡散工程では、
単結晶シリコン基板1及びベース基板5の一体物に対し
その剥離現象が生じる温度(500℃程度以上)の下限
値より低い温度の熱処理を施す。このような熱処理に応
じて、水素化アモルファスシリコン膜19中から固相拡
散する水素が前記結晶欠陥領域3中に取り込まれるよう
になり、これにより当該結晶欠陥領域3中の高濃度部分
(結晶欠陥が相対的に多い部分)に集中的に位置した状
態の剥離用元素分布層17が形成される。この場合、剥
離用元素分布層17の水素濃度は、1×1020atoms/
cm以上に設定することが望ましい。尚、上記のような
剥離用元素分布層17を形成するのに必要な熱処理時間
(拡散工程の所要時間)も、前記第3実施例における拡
散工程での熱処理時間とほぼ同等になると考えられる。
Next, in the diffusion step shown in FIG.
The single-crystal silicon substrate 1 and the base substrate 5 are subjected to a heat treatment at a temperature lower than the lower limit of the temperature at which the peeling phenomenon occurs (about 500 ° C. or higher). In response to such a heat treatment, hydrogen diffused in a solid phase from the hydrogenated amorphous silicon film 19 is taken into the crystal defect region 3, whereby a high concentration portion (crystal defect) in the crystal defect region 3 is obtained. (Relatively large portion), the stripping element distribution layer 17 located intensively is formed. In this case, the hydrogen concentration of the stripping element distribution layer 17 is 1 × 10 20 atoms /
It is desirable to set it to cm 3 or more. The heat treatment time (time required for the diffusion step) required to form the above-described separation element distribution layer 17 is considered to be substantially equal to the heat treatment time in the diffusion step in the third embodiment.

【0077】上記のような拡散工程の実行後には、図7
(e)に示す剥離工程を第1実施例と同様に実行して、
単結晶シリコン基板1を剥離用元素分布層17部分で剥
離し、SOI構造を形成する。さらに、剥離工程の実行
後に高温の熱処理工程を第1実施例と同様に実行して、
両基板1及び5の貼り合わせ面の接合強度の強化や結晶
欠陥領域3を構成するフッ素の結晶構造中からの脱離の
促進などを図った後に、図7(f)に示す平坦化工程を
第1実施例と同様に実行して、SOI基板8′を完成さ
せることになる。
After the above-described diffusion step is performed, FIG.
The peeling step shown in (e) is performed in the same manner as in the first embodiment, and
The single crystal silicon substrate 1 is separated at the separation element distribution layer 17 to form an SOI structure. Furthermore, a high-temperature heat treatment step is performed in the same manner as in the first embodiment after the execution of the peeling step.
After enhancing the bonding strength of the bonding surfaces of the substrates 1 and 5 and promoting the desorption of fluorine constituting the crystal defect region 3 from the crystal structure, the flattening step shown in FIG. By performing the same operation as in the first embodiment, the SOI substrate 8 'is completed.

【0078】尚、この第5実施例では、単結晶シリコン
基板1側の汚染保護膜2を、最終的にSOI構造を形成
した場合の絶縁分離膜として利用する構成としたが、ベ
ース基板5側の水素化アモルファスシリコン膜19上に
熱酸化などによりに絶縁膜を形成する構成とすれば、こ
の絶縁膜を絶縁分離膜として利用できるようになって、
上記汚染保護膜2を除去することも可能になる。
In the fifth embodiment, the contamination protection film 2 on the single crystal silicon substrate 1 is used as an insulating separation film when an SOI structure is finally formed. If an insulating film is formed on the hydrogenated amorphous silicon film 19 by thermal oxidation or the like, this insulating film can be used as an insulating separation film.
The contamination protection film 2 can be removed.

【0079】(第6の実施の形態)図8には本発明の第
6実施例が示されており、以下これについて前記第1実
施例と異なる部分についてのみ説明する。尚、図8は、
前記図1と同様にSOI基板を製造する場合の基本工程
を模式的な断面図により示したものである。
(Sixth Embodiment) FIG. 8 shows a sixth embodiment of the present invention. Only the portions different from the first embodiment will be described below. In addition, FIG.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a basic process in the case of manufacturing an SOI substrate as in FIG.

【0080】即ち、図8(a)に示すイオン注入工程で
は、単結晶シリコン基板1上に、熱酸化などによってシ
リコン酸化膜より成る汚染保護膜2を成膜した上で、そ
の単結晶シリコン基板1に対し、図中矢印で示すように
汚染保護膜2側から、水素と重量が比較的大きい結晶欠
陥形成用元素(例えば炭素、シリコン、酸素など)との
化合物(CH4 、SiH4 、Si2 H3 、H2 Oなど)
より成るイオンを注入する。
That is, in the ion implantation step shown in FIG. 8A, the contamination protection film 2 made of a silicon oxide film is formed on the single crystal silicon substrate 1 by thermal oxidation or the like, and then the single crystal silicon substrate On the other hand, as shown by the arrow in the figure, from the contamination protective film 2 side, a compound (CH4, SiH4, Si2H3, H2O etc.)
Is implanted.

【0081】このような水素化物をイオン注入する上で
は、結晶欠陥形成用元素と水素とで形成される分子につ
いて何種類かの選択が可能である。具体的には、CH4
を用いる場合には、イオン注入装置内でイオン化される
際に、CH4 の他に、CH3 、CH2 、CH
どの水素化物イオンが発生する。これらの水素化物は何
れも水素やヘリウムなどに比べてイオン重量が大きいた
め、単結晶シリコン中で容易に結晶欠陥領域20を形成
し、なおかつ、分子イオン注入の水素がその欠陥領域2
0内に配置されることにより剥離用元素分布層21が形
成される。
In ion implantation of such a hydride, several types of molecules formed by the crystal defect forming element and hydrogen can be selected. Specifically, CH4
In the case where is used, hydride ions such as CH3 + , CH2 + and CH + are generated in addition to CH4 + when ionized in the ion implantation apparatus. Each of these hydrides has a larger ion weight than hydrogen, helium, or the like, and thus easily forms a crystal defect region 20 in single-crystal silicon.
The element distribution layer 21 for stripping is formed by being arranged in 0.

【0082】この場合、イオン注入エネルギーは、結晶
欠陥領域20及び剥離用元素分布層21を形成する深さ
に応じて設定することになる。また、イオンのドーズ量
は、水素原子に換算した状態で5×1015atoms /cm
以上、好ましくは1×1016atoms /cm以上とな
るように設定する。
In this case, the ion implantation energy is set according to the depth at which the crystal defect region 20 and the separation element distribution layer 21 are formed. The ion dose is 5 × 10 15 atoms / cm in terms of hydrogen atoms.
It is set to be 2 or more, preferably 1 × 10 16 atoms / cm 2 or more.

【0083】この後には、図8(b)、(c)に示す貼
り合わせ工程を第1実施例と同様に実行して、単結晶シ
リコン基板1とベース基板5とを貼り合わせた後に、図
8(d)に示す剥離工程を第1実施例と同様に実行し
て、単結晶シリコン基板1を剥離用元素分布層21部分
で剥離し、SOI構造を形成する。さらに、剥離工程の
実行後に高温の熱処理工程を第1実施例と同様に実行し
て、両基板1及び5の貼り合わせ面の接合強度の強化や
結晶欠陥領域20を構成するフッ素の結晶構造中からの
脱離の促進などを図った後に、図8(e)に示す平坦化
工程を第1実施例と同様に実行して、SOI基板8を完
成させることになる。
Thereafter, the bonding steps shown in FIGS. 8B and 8C are performed in the same manner as in the first embodiment, and after the single crystal silicon substrate 1 and the base substrate 5 are bonded, The separation step shown in FIG. 8D is performed in the same manner as in the first embodiment, and the single crystal silicon substrate 1 is separated at the separation element distribution layer 21 to form an SOI structure. Furthermore, a high-temperature heat treatment step is performed in the same manner as in the first embodiment after the peeling step is performed, so that the bonding strength of the bonding surfaces of the two substrates 1 and 5 is enhanced, and the crystal structure of fluorine forming the crystal defect region 20 is reduced. After promoting the desorption from the substrate, the planarization process shown in FIG. 8E is performed in the same manner as in the first embodiment, and the SOI substrate 8 is completed.

【0084】このようなSOI基板8の製造方法によれ
ば、1回のイオン注入工程によって、重量が比較的大き
い元素による結晶欠陥領域20と、この結晶欠陥領域2
0中に位置された水素による剥離用元素分布層21が同
時に形成されることになって、そのイオン注入工程での
ドーズ量を多くする必要がなくなる。この結果、イオン
注入工程でのスループットが向上すると共に、複数回に
分けてイオン注入を行う必要がなくなるものであり、総
じてSOI基板8の製造に要する時間を大幅に短縮でき
るようになる。
According to the method of manufacturing the SOI substrate 8, the crystal defect region 20 made of a relatively heavy element and the crystal defect region 2
Since the stripping element distribution layer 21 made of hydrogen positioned at 0 is formed at the same time, it is not necessary to increase the dose in the ion implantation step. As a result, the throughput in the ion implantation step is improved, and it is not necessary to perform the ion implantation in a plurality of times, so that the time required for manufacturing the SOI substrate 8 can be greatly reduced as a whole.

【0085】(その他の実施の形態)本発明は上記した
各実施例に限定されるものではなく、次のような変形ま
たは拡張が可能である。第2実施例中で述べたような埋
込パターン構造の製造手法を第3ないし第6の各実施例
に適用することもできる。半導体基板材料として単結晶
シリコン基板1を用いる構成としたが、4族元素を主体
とした半導体であれば、例えば、Ge、SiC、SiG
e或いはダイヤモンドなどの基板を用いることができ、
また多結晶シリコン基板や、単結晶若しくは多孔質シリ
コン基板上に、エピタキシャル成長により単結晶膜を形
成した基板を用いることもできる。第4及び第5実施例
では、水素化アモルファス半導体膜として、水素化アモ
ルファスシリコン膜18及び19をそれぞれ形成する構
成としたが、これらも他の半導体材料を元に形成しても
良いものである。
(Other Embodiments) The present invention is not limited to the embodiments described above, and the following modifications or extensions are possible. The method of manufacturing the buried pattern structure described in the second embodiment can be applied to the third to sixth embodiments. Although the single-crystal silicon substrate 1 is used as the semiconductor substrate material, if it is a semiconductor mainly containing a group 4 element, for example, Ge, SiC, SiG
e or a substrate such as diamond can be used,
Alternatively, a substrate in which a single crystal film is formed by epitaxial growth on a polycrystalline silicon substrate or a single crystal or porous silicon substrate can be used. In the fourth and fifth embodiments, the hydrogenated amorphous silicon films 18 and 19 are formed as the hydrogenated amorphous semiconductor films. However, these may be formed based on other semiconductor materials. .

【0086】ベース基板5の材料としては、単結晶シリ
コン基板に限らず、他の半導体基板或いは絶縁性を有す
るセラミック基板やガラス基板などを用いることができ
る。この場合、ベース基板そのものが絶縁性を有するも
のであれば、ベース基板15に絶縁膜6を設ける必要が
なくなる。
The material of the base substrate 5 is not limited to a single crystal silicon substrate, but may be another semiconductor substrate or a ceramic substrate or a glass substrate having an insulating property. In this case, if the base substrate itself has an insulating property, it is not necessary to provide the insulating film 6 on the base substrate 15.

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

【図1】本発明の第1実施例による製造方法を示す模式
的に示す断面図
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing method according to a first embodiment of the present invention.

【図2】製造途中の段階での単結晶シリコン基板中のフ
ッ素及び水素の濃度分布のプロファイルを示す図
FIG. 2 is a view showing a profile of a concentration distribution of fluorine and hydrogen in a single crystal silicon substrate at a stage during manufacturing.

【図3】本発明の第2実施例による製造方法を示す模式
的に示す断面図その1
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing method according to a second embodiment of the present invention;

【図4】同第2実施例による製造方法を示す模式的に示
す断面図その2
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing method according to the second embodiment.

【図5】本発明の第3実施例による製造方法を示す模式
的に示す断面図
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing method according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4実施例による製造方法を示す模式
的に示す断面図
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing method according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第5実施例による製造方法を示す模式
的に示す断面図
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing method according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第6実施例による製造方法を示す模式
的に示す断面図
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing method according to a sixth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1は単結晶シリコン基板(半導体基板材料)、2は汚染
保護膜、3は結晶欠陥領域、4は剥離用元素分布層、5
はベース基板、6は絶縁膜、7は単結晶シリコン薄膜
(半導体層)、8、8′はSOI基板(半導体基板)、
9は絶縁膜、10は多結晶シリコン膜、11は埋込パタ
ーン構造、12は結晶欠陥領域、15は平坦化処理膜、
16はSOI基板(半導体基板)、17は剥離用元素分
布層、18、19は水素化アモルファスシリコン膜(水
素化アモルファス半導体膜)、20は結晶欠陥領域、2
1は剥離用元素分布層を示す。
1 is a single-crystal silicon substrate (semiconductor substrate material), 2 is a contamination protection film, 3 is a crystal defect region, 4 is an element distribution layer for peeling, 5
Is a base substrate, 6 is an insulating film, 7 is a single crystal silicon thin film (semiconductor layer), 8, 8 'are SOI substrates (semiconductor substrate),
9 is an insulating film, 10 is a polycrystalline silicon film, 11 is a buried pattern structure, 12 is a crystal defect region, 15 is a planarization film,
16 is an SOI substrate (semiconductor substrate), 17 is an element distribution layer for stripping, 18 and 19 are hydrogenated amorphous silicon films (hydrogenated amorphous semiconductor films), 20 is a crystal defect region,
Reference numeral 1 denotes an element distribution layer for peeling.

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ベース基板(5)上に、当該ベース基板
(5)と電気的に絶縁した状態で素子形成用の半導体層
(7)を設けて成る半導体基板(8、16)の製造方法
において、 前記半導体層(7)を形成するための半導体基板材料
(1)の表面から重量が比較的大きいイオンを注入する
ことにより、所定深さ範囲に分布した結晶欠陥領域
(3、12)を形成する第1のイオン注入工程と、 この第1のイオン注入工程の実行後若しくは実行前に、
前記半導体基板材料(1)の表面から第1のイオン注入
工程とは異なるイオンを注入することにより、前記結晶
欠陥領域(3、12)に剥離用元素分布層(4)を形成
する第2のイオン注入工程と、 前記ベース基板(5)と前記半導体基板材料(1)とを
貼り合わせる貼り合わせ工程と、 熱処理を行うことによって前記半導体基板材料(1)を
前記剥離用元素分布層(4)部分で剥離して前記半導体
層(7)を形成する剥離工程とを実行することを特徴と
する半導体基板の製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor substrate (8, 16) comprising a semiconductor layer (7) for element formation provided on a base substrate (5) in a state of being electrically insulated from the base substrate (5). In the method, relatively heavy ions are implanted from the surface of the semiconductor substrate material (1) for forming the semiconductor layer (7), thereby forming crystal defect regions (3, 12) distributed in a predetermined depth range. A first ion implantation step to be formed; and after or before the execution of the first ion implantation step,
A second step of forming a separation element distribution layer (4) in the crystal defect regions (3, 12) by implanting ions different from those in the first ion implantation step from the surface of the semiconductor substrate material (1). An ion implantation step, a bonding step of bonding the base substrate (5) and the semiconductor substrate material (1), and a heat treatment to remove the semiconductor substrate material (1) from the release element distribution layer (4). And a peeling step of forming the semiconductor layer (7) by peeling at a portion.
【請求項2】 前記第1のイオン注入工程では、水素、
ヘリウム以外のイオン重量が比較的大きく且つ熱処理に
応じて半導体基板材料(1)中から脱離可能なイオン種
を使用することを特徴とする請求項1記載の半導体基板
の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein in the first ion implantation step, hydrogen,
2. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein an ion species other than helium having a relatively large ion weight and capable of being desorbed from the semiconductor substrate material according to the heat treatment is used.
【請求項3】 前記第2のイオン注入工程では、水素、
希ガスなどの原子イオン若しくは分子イオンを用いるこ
とを特徴とする請求項1または2記載の半導体基板の製
造方法。
3. The method according to claim 2, wherein in the second ion implantation step, hydrogen,
3. The method according to claim 1, wherein an atomic ion or a molecular ion such as a rare gas is used.
【請求項4】 ベース基板(5)上に、当該ベース基板
(5)と電気的に絶縁した状態で素子形成用の半導体層
(7)を設けて成る半導体基板(8)の製造方法におい
て、 前記半導体層(7)を形成するための半導体基板材料
(1)の表面から重量が比較的大きいイオンを注入する
ことにより、所定深さ範囲に分布した結晶欠陥領域
(3)を形成するイオン注入工程と、 このイオン注入工程の実行後に、当該イオン注入工程で
の注入イオン元素と異なる元素を含む雰囲気中におい
て、前記半導体基板材料(1)に対しその剥離現象が生
じる温度より低い温度の熱処理を施すことにより、上記
元素を前記結晶欠陥領域(3)中に取り込んで当該結晶
欠陥領域(3)中に剥離用元素分布層(17)を形成す
る拡散工程と、 前記ベース基板(5)と前記半導体基板材料(1)とを
貼り合わせる貼り合わせ工程と、 熱処理を行うことによって前記半導体基板材料(1)を
前記剥離用元素分布層(17)部分で剥離して前記半導
体層(7)を形成する剥離工程とを実行することを特徴
とする半導体基板の製造方法。
4. A method of manufacturing a semiconductor substrate (8) comprising: forming a semiconductor layer (7) for element formation on a base substrate (5) in a state of being electrically insulated from the base substrate (5). Ion implantation for forming crystal defect regions (3) distributed in a predetermined depth range by implanting relatively heavy ions from the surface of the semiconductor substrate material (1) for forming the semiconductor layer (7); After the step of performing the ion implantation step, the semiconductor substrate material (1) is subjected to a heat treatment at a temperature lower than the temperature at which the peeling phenomenon occurs in an atmosphere containing an element different from the ion element implanted in the ion implantation step. A diffusion step of taking in the element into the crystal defect region (3) to form a separation element distribution layer (17) in the crystal defect region (3); A bonding step of bonding the semiconductor substrate material (1) to the semiconductor substrate material (1); and performing heat treatment to separate the semiconductor substrate material (1) at the separation element distribution layer (17). A method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising: performing a peeling step of forming.
【請求項5】 前記拡散工程では、前記半導体基板材料
(1)に対する熱処理を、当該半導体基板材料(1)の
剥離現象を引き起こすための元素若しくはその元素の化
合物を含むガス雰囲気中において行うことを特徴とする
請求項4記載の半導体基板の製造方法。
5. In the diffusion step, the heat treatment of the semiconductor substrate material (1) is performed in a gas atmosphere containing an element for causing a peeling phenomenon of the semiconductor substrate material (1) or a compound of the element. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 4, wherein:
【請求項6】 前記拡散工程では、前記半導体基板材料
(1)に対する熱処理を、当該半導体基板材料(1)の
剥離現象を引き起こすための元素若しくはその元素の化
合物をプラズマ化した雰囲気中で行うことを特徴とする
請求項4記載の半導体基板の製造方法。
6. In the diffusion step, the heat treatment of the semiconductor substrate material (1) is performed in an atmosphere in which an element for causing a peeling phenomenon of the semiconductor substrate material (1) or a compound of the element is turned into plasma. 5. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 4, wherein:
【請求項7】 前記拡散工程では、水素、希ガス元素若
しくは水素化物を用いることを特徴とする請求項4ない
し6の何れかに記載の半導体基板の製造方法。
7. The method according to claim 4, wherein hydrogen, a rare gas element, or a hydride is used in the diffusion step.
【請求項8】 ベース基板(5)上に、当該ベース基板
(5)と電気的に絶縁した状態で素子形成用の半導体層
(7)を設けて成る半導体基板(8)の製造方法におい
て、 前記半導体層(7)を形成するための半導体基板材料
(1)の表面から重量が比較的大きいイオンを注入する
ことにより、所定深さ範囲に分布した結晶欠陥領域
(3)を形成するイオン注入工程と、 前記半導体基板材料(1)上に水素化アモルファス半導
体膜(18)を成膜する成膜工程と、 この成膜工程を経た前記半導体基板材料(1)に対し、
当該半導体基板材料(1)で剥離現象が生じる温度より
低い温度の熱処理を施すことにより、前記水素化アモル
ファス半導体膜(18)中から拡散する水素を前記結晶
欠陥領域(3)中に取り込んで当該結晶欠陥領域(3)
中に剥離用元素分布層(17)を形成する拡散工程と、 前記ベース基板(5)と前記半導体基板材料(1)とを
貼り合わせる貼り合わせ工程と、 熱処理を行うことによって前記半導体基板材料(1)を
前記剥離用元素分布層(17)部分で剥離して前記半導
体層(7)を形成する剥離工程とを実行することを特徴
とする半導体基板の製造方法。
8. A method of manufacturing a semiconductor substrate (8) comprising: forming a semiconductor layer (7) for element formation on a base substrate (5) in a state of being electrically insulated from the base substrate (5). Ion implantation for forming crystal defect regions (3) distributed in a predetermined depth range by implanting relatively heavy ions from the surface of the semiconductor substrate material (1) for forming the semiconductor layer (7); A film forming step of forming a hydrogenated amorphous semiconductor film (18) on the semiconductor substrate material (1);
By subjecting the semiconductor substrate material (1) to a heat treatment at a temperature lower than the temperature at which the separation phenomenon occurs, hydrogen diffused from the hydrogenated amorphous semiconductor film (18) is taken into the crystal defect region (3) and Crystal defect area (3)
A diffusion step of forming a peeling element distribution layer (17) therein; a bonding step of bonding the base substrate (5) and the semiconductor substrate material (1); (1) a peeling step of forming the semiconductor layer (7) by peeling off the peeling element distribution layer (17).
【請求項9】 前記貼り合わせ工程の実行前に、前記水
素化アモルファス半導体膜(18)を取り除く除去工程
を実行することを特徴とする請求項8記載の半導体基板
の製造方法。
9. The method according to claim 8, wherein a removing step of removing the hydrogenated amorphous semiconductor film is performed before the bonding step.
【請求項10】 ベース基板(5)上に、当該ベース基
板(5)と電気的に絶縁した状態で素子形成用の半導体
層(7)を設けて成る半導体基板(8′)の製造方法に
おいて、 前記半導体層(7)を形成するための半導体基板材料
(1)の表面から重量が比較的大きいイオンを注入する
ことにより、所定深さ範囲に分布した結晶欠陥領域
(3)を形成するイオン注入工程と、 前記ベース基板(5)上に水素化アモルファス半導体膜
(19)を成膜する成膜工程と、 前記ベース基板(5)の水素化アモルファス半導体膜
(19)側の面と前記半導体基板材料(1)とを貼り合
わせる貼り合わせ工程と、 この貼り合わせ工程を経た前記ベース基板(5)及び半
導体基板材料(1)の一体物に対し、当該半導体基板材
料(1)で剥離現象が生じる温度より低い温度の熱処理
を施すことにより、前記水素化アモルファス半導体膜
(19)中から拡散する水素を前記結晶欠陥領域(3)
中に取り込んで当該結晶欠陥領域(3)中に剥離用元素
分布層(17)を形成する拡散工程と、 熱処理を行うことによって前記半導体基板材料(1)を
前記剥離用元素分布層(17)部分で剥離して前記半導
体層(7)を形成する剥離工程とを実行することを特徴
とする半導体基板の製造方法。
10. A method for manufacturing a semiconductor substrate (8 ') comprising a semiconductor layer (7) for element formation provided on a base substrate (5) in a state of being electrically insulated from the base substrate (5). A relatively large weight of ions are implanted from the surface of the semiconductor substrate material (1) for forming the semiconductor layer (7) to form crystal defect regions (3) distributed in a predetermined depth range. An implantation step; a film forming step of forming a hydrogenated amorphous semiconductor film (19) on the base substrate (5); and a surface of the base substrate (5) on the hydrogenated amorphous semiconductor film (19) side and the semiconductor. A bonding step of bonding the substrate material (1) to the base substrate (5) and the semiconductor substrate material (1) after the bonding step; Arise By heat treatment of less than degrees temperatures, the hydrogen diffusing from the hydrogenated amorphous semiconductor film (19) in said crystal defect region (3)
A diffusion step of forming the element distribution layer (17) for separation in the crystal defect region (3), and performing a heat treatment to convert the semiconductor substrate material (1) to the element distribution layer (17) for separation. And a peeling step of forming the semiconductor layer (7) by peeling at a portion.
【請求項11】 前記イオン注入工程では、水素、ヘリ
ウム以外のイオン重量が比較的大きいイオン種を使用す
ることを特徴とする請求項4ないし10の何れかに記載
の半導体基板の製造方法。
11. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 4, wherein in the ion implantation step, an ion species having a relatively large ion weight other than hydrogen and helium is used.
【請求項12】 ベース基板(5)上に、当該ベース基
板(5)と電気的に絶縁した状態で素子形成用の半導体
層(7)を設けて成る半導体基板(8)の製造方法にお
いて、 前記半導体層(7)を形成するための半導体基板材料
(1)の表面から、水素及び重量が比較的大きい結晶欠
陥形成用元素の化合物より成る水素化物分子イオンを注
入することにより、所定深さ範囲に分布した上記結晶欠
陥形成用元素より成る結晶欠陥領域(20)並びにこの
結晶欠陥領域(20)中に位置した水素より成る剥離用
元素分布層(21)を形成するイオン注入工程と、 前記ベース基板(5)と前記半導体基板材料(1)とを
貼り合わせる貼り合わせ工程と、 熱処理を行うことによって前記半導体基板材料(1)を
前記剥離用元素分布層(21)部分で剥離して前記半導
体層(7)を形成する剥離工程とを実行することを特徴
とする半導体基板の製造方法。
12. A method for manufacturing a semiconductor substrate (8) comprising: forming a semiconductor layer (7) for element formation on a base substrate (5) in a state of being electrically insulated from the base substrate (5). A predetermined depth is obtained by implanting hydrogen and hydride molecular ions composed of a compound of a relatively large crystal defect forming element from the surface of the semiconductor substrate material (1) for forming the semiconductor layer (7). An ion implantation step of forming a crystal defect region (20) composed of the crystal defect forming element distributed in a range and a separation element distribution layer (21) composed of hydrogen located in the crystal defect region (20); A bonding step of bonding the base substrate (5) and the semiconductor substrate material (1); and performing heat treatment to peel the semiconductor substrate material (1) at the separation element distribution layer (21). And a peeling step of forming the semiconductor layer (7) apart from each other.
【請求項13】 前記貼り合わせ工程の実行前におい
て、前記半導体基板材料(1)の表面側に加工処理を行
うことにより埋込パターン構造(11)を形成するパタ
ーン構造形成工程を実行し、 この後に前記剥離工程を行うことにより、前記ベース基
板(5)及び半導体層(7)間に前記埋込パターン構造
(11)を設けることを特徴とする請求項1ないし12
の何れかに記載の半導体基板の製造方法。
13. A pattern structure forming step of forming a buried pattern structure (11) by performing a processing process on a surface side of the semiconductor substrate material (1) before the execution of the bonding step. 13. The buried pattern structure (11) is provided between the base substrate (5) and the semiconductor layer (7) by performing the peeling step later.
The method for manufacturing a semiconductor substrate according to any one of the above.
【請求項14】 前記貼り合わせ工程の実行前におい
て、前記ベース基板(5)の表面側に加工処理を行うこ
とにより埋込パターン構造(11)を形成するパターン
構造形成工程を実行し、 この後に前記剥離工程を行うことにより、前記ベース基
板(5)及び半導体層(7)間に前記埋込パターン構造
(11)を設けることを特徴とする請求項1ないし12
の何れかに記載の半導体基板の製造方法。
14. A pattern structure forming step of forming a buried pattern structure (11) by performing a processing process on a surface side of the base substrate (5) before performing the bonding step. The buried pattern structure (11) is provided between the base substrate (5) and the semiconductor layer (7) by performing the peeling step.
The method for manufacturing a semiconductor substrate according to any one of the above.
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