JP2011228651A - Method for reclaiming semiconductor substrate, method for manufacturing reclaimed semiconductor substrate, and method for manufacturing soi substrate - Google Patents
Method for reclaiming semiconductor substrate, method for manufacturing reclaimed semiconductor substrate, and method for manufacturing soi substrate Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011228651A JP2011228651A JP2011065371A JP2011065371A JP2011228651A JP 2011228651 A JP2011228651 A JP 2011228651A JP 2011065371 A JP2011065371 A JP 2011065371A JP 2011065371 A JP2011065371 A JP 2011065371A JP 2011228651 A JP2011228651 A JP 2011228651A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor
- semiconductor substrate
- substrate
- region
- etching
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Description
本発明の一態様は、半導体基板の再生方法に関する。または、半導体基板の再生方法を利用した再生半導体基板の作製方法、SOI(Silicon on Insulator)基板の作製方法に関する。 One embodiment of the present invention relates to a method for recycling a semiconductor substrate. Alternatively, the present invention relates to a method for manufacturing a regenerated semiconductor substrate using a method for regenerating a semiconductor substrate, and a method for manufacturing an SOI (Silicon on Insulator) substrate.
近年、バルク状のシリコンウエハに代わり、絶縁表面に薄い単結晶シリコン層が設けられたSOI(Silicon on Insulator)基板を使った集積回路が開発されている。絶縁表面上に形成された薄い単結晶シリコン層を用いれば、集積回路を構成する各トランジスタを容易に分離できることに加え、完全空乏型とすることができる。従って、高集積、高速駆動、低消費電力など、付加価値の高い半導体集積回路を実現することができる。 In recent years, integrated circuits using an SOI (Silicon on Insulator) substrate in which a thin single crystal silicon layer is provided on an insulating surface instead of a bulk silicon wafer have been developed. When a thin single crystal silicon layer formed over an insulating surface is used, each transistor included in the integrated circuit can be easily separated and a fully depleted type can be obtained. Accordingly, a semiconductor integrated circuit with high added value such as high integration, high speed driving, and low power consumption can be realized.
SOI基板を作製する方法の一つとして、水素イオン注入剥離法が知られている。水素イオン注入剥離法は、水素イオンを注入した単結晶シリコン基板(ボンド基板)を絶縁層を介して別の基板(ベース基板)に貼り合わせ、その後の熱処理によって単結晶シリコン基板(ボンド基板)をイオン注入領域において分離することで、単結晶シリコン層を得る方法である。上記水素イオン注入剥離法を用いることで、ガラス基板等の絶縁基板上に単結晶シリコン層を有するSOI基板を作製することが可能である(例えば、特許文献1参照)。 As one of methods for manufacturing an SOI substrate, a hydrogen ion implantation separation method is known. In the hydrogen ion implantation separation method, a single crystal silicon substrate (bond substrate) into which hydrogen ions are implanted is bonded to another substrate (base substrate) through an insulating layer, and then the single crystal silicon substrate (bond substrate) is bonded by heat treatment. This is a method of obtaining a single crystal silicon layer by separating in an ion implantation region. By using the hydrogen ion implantation separation method, an SOI substrate having a single crystal silicon layer over an insulating substrate such as a glass substrate can be manufactured (see, for example, Patent Document 1).
水素イオン注入剥離法を用いるSOI基板の作製方法では、一つのボンド基板から複数のSOI基板を作製できるため、SOI基板の作製に占めるボンド基板のコストを圧縮できるというメリットがある。単結晶シリコン層が分離された後のボンド基板に対して再生処理を施すことで、使用後のボンド基板を再度SOI基板の作製に用いることができるためである。 In an SOI substrate manufacturing method using a hydrogen ion implantation separation method, a plurality of SOI substrates can be manufactured from one bond substrate, which has an advantage of reducing the cost of the bond substrate in manufacturing the SOI substrate. This is because the bond substrate after use can be reused for manufacturing an SOI substrate by performing a regeneration process on the bond substrate after the single crystal silicon layer is separated.
ここで、上記水素イオン注入剥離法に用いられるボンド基板の周縁部には、CMP(Chemical Mechanical Polishing)処理に起因したエッジロールオフ(E.R.O.:Edge Roll Off)と呼ばれる領域(エッジロールオフ領域ともいう)が存在する。当該領域は、研磨布によってボンド基板のエッジが研磨されることにより形成されるものである。ボンド基板のエッジロールオフ領域では、その表面が曲面状になっており、ボンド基板の中央部よりも板厚が薄くなっている。 Here, a region (edge) called edge roll-off (ERO: Edge Roll Off) caused by CMP (Chemical Mechanical Polishing) processing is provided at the periphery of the bond substrate used in the hydrogen ion implantation separation method. A roll-off region). The region is formed by polishing the edge of the bond substrate with a polishing cloth. In the edge roll-off region of the bond substrate, the surface is curved, and the plate thickness is thinner than the central portion of the bond substrate.
水素イオン注入剥離法を用いたSOI基板の作製方法では、ボンド基板とベース基板の貼り合わせを行う。当該貼り合わせは、分子間力やファン・デル・ワールス力をメカニズムとするものであるため、貼り合わせ表面には所定の平坦性が求められる。従って、表面の平坦性が確保できないエッジロールオフ領域では、ボンド基板とベース基板との貼り合わせは行われない。 In a method for manufacturing an SOI substrate using a hydrogen ion implantation separation method, a bond substrate and a base substrate are bonded to each other. Since the bonding is based on an intermolecular force or van der Waals force, a predetermined flatness is required on the bonding surface. Therefore, the bond substrate and the base substrate are not bonded in the edge roll-off region where the surface flatness cannot be ensured.
このため、単結晶シリコン層を分離した後のボンド基板において、上記エッジロールオフ領域が存在する半導体基板周縁部には、単結晶シリコン層領域及び絶縁層が凸部として残存することになる。そして、当該凸部は、ボンド基板の再生処理の段階において問題となる。当該凸部と、それ以外の領域(貼り合わせが適切になされた領域)との高低差は、僅か数百nm程度である。しかしながら、CMP処理による表面研磨により当該凸部を除去して新たなボンド基板として再生するには、基板を板厚方向に10μm前後除去しなければならず、ボンド基板の再生回数、使用回数を十分に確保できないという問題を有している。 For this reason, in the bond substrate after separating the single crystal silicon layer, the single crystal silicon layer region and the insulating layer remain as protrusions on the periphery of the semiconductor substrate where the edge roll-off region exists. And the said convex part becomes a problem in the step of the reproduction | regeneration processing of a bond substrate. The height difference between the convex portion and the other region (a region where bonding is appropriately performed) is only about several hundred nm. However, in order to remove the convex portion by surface polishing by CMP treatment and regenerate it as a new bond substrate, the substrate must be removed about 10 μm in the thickness direction, and the bond substrate is regenerated and used sufficiently. It has a problem that it cannot be secured.
従って、本明細書で開示する本発明の一態様は、上記課題の解決に関し、半導体基板の再生に適した方法、半導体基板の再生に適した方法を用いた再生半導体基板の作製方法、及び当該再生半導体基板を用いたSOI基板の作製方法を提供するものである。 Accordingly, one embodiment of the present invention disclosed in this specification relates to a solution to the above problem, a method suitable for regenerating a semiconductor substrate, a method for manufacturing a regenerated semiconductor substrate using a method suitable for regenerating a semiconductor substrate, and the method A method for manufacturing an SOI substrate using a recycled semiconductor substrate is provided.
本明細書で開示する本発明の一態様は、イオンの添加等により損傷した半導体領域を優先的、言い換えると選択的に除去することが可能な方法を用いて凸部を除去する。または、上記方法を用いて再生半導体基板を作製し、当該再生半導体基板を用いてSOI基板を作製することに関する。 In one embodiment of the present invention disclosed in this specification, a convex portion is removed using a method in which a semiconductor region damaged by addition of ions or the like can be preferentially, in other words, selectively removed. Alternatively, the present invention relates to manufacturing a recycled semiconductor substrate using the above method and manufacturing an SOI substrate using the recycled semiconductor substrate.
本明細書で開示する本発明の一態様は、損傷半導体領域と絶縁層とを含む凸部が周縁部に存在する半導体基板に対し、絶縁層を除去するエッチング処理と、半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質、酸化された半導体材料を溶解する物質、及び、半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質、を含む混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理と、損傷半導体領域が優先的に除去された面側から半導体基板にレーザ光を照射するレーザ光照射処理と、を有することを特徴とする半導体基板の再生方法である。 One embodiment of the present invention disclosed in this specification is directed to a semiconductor substrate in which a protruding portion including a damaged semiconductor region and an insulating layer is present at a peripheral portion. Damaged semiconductor regions with respect to an undamaged semiconductor region using a mixed solution comprising a substance that oxidizes the material, a substance that dissolves the oxidized semiconductor material, and a substance that controls the oxidation rate and dissolution rate of the semiconductor material And a laser beam irradiation process for irradiating the semiconductor substrate with laser light from the surface side from which the damaged semiconductor region has been removed preferentially. is there.
また、本明細書で開示する本発明の他の一態様は、イオンの照射及び熱処理を経て一部が半導体層として分離することにより、周縁部に損傷半導体領域と絶縁層とを含む凸部が残存した半導体基板に対し、絶縁層を除去するエッチング処理と、半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質、酸化された半導体材料を溶解する物質、及び、半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質、を含む混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理と、損傷半導体領域が優先的に除去された面側から半導体基板にレーザ光を照射するレーザ光照射処理と、を有することを特徴とする半導体基板の再生方法である。 In addition, according to another embodiment of the present invention disclosed in this specification, a protrusion including a damaged semiconductor region and an insulating layer is formed at a peripheral portion by being partly separated as a semiconductor layer through ion irradiation and heat treatment. Etching treatment to remove the insulating layer on the remaining semiconductor substrate, a substance that oxidizes the semiconductor material constituting the semiconductor substrate, a substance that dissolves the oxidized semiconductor material, and the oxidation rate and dissolution rate of the semiconductor material are controlled. An etching process for preferentially removing the damaged semiconductor region with respect to an undamaged semiconductor region using a liquid mixture containing a substance to be damaged; And a laser beam irradiation treatment for irradiating the semiconductor substrate.
また、本明細書で開示する本発明の他の一態様は、イオンの照射及び熱処理を経て一部が半導体層として分離することにより、周縁部に損傷半導体領域と絶縁層とを含む凸部が残存し、それ以外の領域にも損傷半導体領域が残存する半導体基板に対し、絶縁層を除去するエッチング処理と、半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質、酸化された半導体材料を溶解する物質、及び、半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質、を含む混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理と、損傷半導体領域が優先的に除去された面側から半導体基板にレーザ光を照射するレーザ光照射処理と、を有することを特徴とする半導体基板の再生方法である。 In addition, according to another embodiment of the present invention disclosed in this specification, a protrusion including a damaged semiconductor region and an insulating layer is formed at a peripheral portion by being partly separated as a semiconductor layer through ion irradiation and heat treatment. Etching treatment to remove the insulating layer and a substance that oxidizes the semiconductor material constituting the semiconductor substrate and a substance that dissolves the oxidized semiconductor material to the remaining semiconductor substrate where the damaged semiconductor region remains in other regions And an etching process for preferentially removing the damaged semiconductor region over the undamaged semiconductor region using a mixed solution containing a material that controls the oxidation rate and dissolution rate of the semiconductor material, and the damaged semiconductor region takes precedence And a laser beam irradiation process for irradiating the semiconductor substrate with a laser beam from the side of the surface that has been removed.
上記イオンの照射は、質量分離を行わないイオンドーピング法で行うことが好ましい。イオンドーピング装置は廉価で、大面積処理に優れている。また、イオンドーピング装置を用いてH3 +を照射することで、水素イオンを効率よく、半導体基板に添加することができる。 The ion irradiation is preferably performed by an ion doping method in which mass separation is not performed. The ion doping apparatus is inexpensive and excellent for large area processing. In addition, by irradiating H 3 + with an ion doping apparatus, hydrogen ions can be efficiently added to the semiconductor substrate.
また、損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理では、未損傷の半導体領域に対する損傷半導体領域のエッチング選択比が2以上で処理することが好ましい。また、未損傷の半導体領域に対する上記凸部のエッチング選択比が2未満に低下した後でエッチング処理を停止させることが好ましい。 In the etching process for removing the damaged semiconductor region preferentially, it is preferable that the etching selectivity of the damaged semiconductor region with respect to the undamaged semiconductor region is 2 or more. Further, it is preferable to stop the etching process after the etching selectivity of the convex portion with respect to the undamaged semiconductor region is lowered to less than 2.
また、損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理によって、凸部の接平面と半導体基板の裏面とのなす角が0.5°以下の領域を少なくとも除去することが好ましい。更に、その後に半導体基板の表面を研磨しても良い。 In addition, it is preferable to remove at least a region having an angle of 0.5 ° or less between the tangent plane of the convex portion and the back surface of the semiconductor substrate by an etching process that preferentially removes the damaged semiconductor region. Further, the surface of the semiconductor substrate may be polished thereafter.
また、半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質としては硝酸が好ましく、酸化された半導体材料を溶解する物質としてはフッ酸が好ましく、半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質としては酢酸が好ましい。 Further, nitric acid is preferable as the substance that oxidizes the semiconductor material constituting the semiconductor substrate, hydrofluoric acid is preferable as the substance that dissolves the oxidized semiconductor material, and acetic acid is used as the substance that controls the oxidation rate and dissolution rate of the semiconductor material. Is preferred.
また、レーザ光照射処理には、パルス発振のレーザだけでなく、連続発振のレーザを用いることもできる。 For the laser light irradiation treatment, not only a pulsed laser but also a continuous wave laser can be used.
以上の方法を用いて、再生半導体基板を作製することができる。また、該方法で作製された再生半導体基板中にイオンを添加して脆化領域を形成し、絶縁層を介して、再生半導体基板とベース基板を貼り合わせ、熱処理によって再生半導体基板を分離して、ベース基板上に半導体層を形成することにより、SOI基板を作製することができる。 A recycled semiconductor substrate can be manufactured using the above method. Further, ions are added to the regenerated semiconductor substrate manufactured by the method to form an embrittled region, the regenerated semiconductor substrate and the base substrate are bonded to each other through an insulating layer, and the regenerated semiconductor substrate is separated by heat treatment. By forming a semiconductor layer over a base substrate, an SOI substrate can be manufactured.
なお、本明細書等において、SOI基板とは、絶縁表面上に半導体層が形成された基板を指し、絶縁層上にシリコン層が設けられた構成には限定されない。例えば、ガラス基板上に直接シリコン層が形成された構成や、絶縁層上に炭化シリコン層が形成されたものなども含む。 Note that in this specification and the like, an SOI substrate refers to a substrate in which a semiconductor layer is formed over an insulating surface, and is not limited to a structure in which a silicon layer is provided over an insulating layer. For example, a structure in which a silicon layer is directly formed on a glass substrate and a structure in which a silicon carbide layer is formed on an insulating layer are included.
本明細書で開示する発明の一態様では、損傷していない半導体領域または損傷度合いが小さい半導体領域に対して、損傷した半導体領域を優先的に除去することができる。そのため、半導体基板の再生処理において研磨等で除去されていた損失分を抑制することができ、半導体基板の再生回数、使用回数を増加させることができる。 In one embodiment of the invention disclosed in this specification, a damaged semiconductor region can be preferentially removed with respect to an undamaged semiconductor region or a semiconductor region with a small degree of damage. Therefore, it is possible to suppress a loss that has been removed by polishing or the like in the recycling process of the semiconductor substrate, and to increase the number of times the semiconductor substrate is recycled and used.
また、上記再生半導体基板を用いてSOI基板を作製することで、SOI基板の作製に掛かるコストを低減することができる。 In addition, by manufacturing an SOI substrate using the recycled semiconductor substrate, the cost for manufacturing the SOI substrate can be reduced.
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、その趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。従って、発明は、実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本明細書等において、同一または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その説明は省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. However, it will be apparent to those skilled in the art that the invention can be implemented in many different forms and that various changes can be made in form and detail without departing from the spirit and scope thereof. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments. Note that in this specification and the like, portions having the same or similar functions are denoted by the same reference numerals, and description thereof may be omitted.
(実施の形態1)
本実施の形態では、半導体基板の再生方法について、図1を用いて説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment mode, a method for regenerating a semiconductor substrate is described with reference to FIGS.
図1(A)に再生処理前の半導体基板121(半導体層が分離された後の半導体基板)の構成の一例を示す。 FIG. 1A illustrates an example of a structure of a semiconductor substrate 121 (a semiconductor substrate after a semiconductor layer is separated) before a regeneration process.
半導体基板121の周縁部には凸部126が存在する。当該凸部126は、絶縁層123、未分離の半導体領域125、イオンが添加された半導体領域127を含む。なお、未分離の半導体領域125及びイオンが添加された半導体領域127は、SOI基板の作製工程におけるイオンの添加処理などによって、いずれも損傷し、結晶欠陥やボイドなどを多く含んでいる。このため、未分離の半導体領域125及びイオンが添加された半導体領域127をまとめて、損傷半導体領域と呼ぶことができる。 A convex portion 126 exists at the peripheral edge of the semiconductor substrate 121. The convex portion 126 includes an insulating layer 123, an unseparated semiconductor region 125, and a semiconductor region 127 to which ions are added. Note that the unseparated semiconductor region 125 and the semiconductor region 127 to which ions are added are damaged by an ion addition process in the manufacturing process of the SOI substrate and include many crystal defects and voids. Therefore, the unseparated semiconductor region 125 and the semiconductor region 127 to which ions are added can be collectively referred to as a damaged semiconductor region.
なお、例えば単結晶半導体基板の場合、損傷半導体領域とは、結晶を構成している原子が空間的に規則的に配列されている単結晶半導体領域に対し、イオン等の添加に起因して、結晶を構成している原子の配列(結晶構造)の乱れ、結晶欠陥、または結晶格子の歪み等を一部に含む領域のことをいう。また、未損傷半導体領域とは、イオン等の添加のない単結晶半導体領域と同等の領域のことをいう。 Note that, for example, in the case of a single crystal semiconductor substrate, a damaged semiconductor region is due to the addition of ions or the like to the single crystal semiconductor region in which atoms constituting the crystal are arranged spatially and regularly. This refers to a region partially including disordered arrangement (crystal structure) of atoms constituting a crystal, crystal defects, distortion of crystal lattice, and the like. An undamaged semiconductor region refers to a region equivalent to a single crystal semiconductor region to which ions or the like are not added.
上述の凸部126は、半導体基板のエッジロールオフ領域を含んでいる。エッジロールオフ領域は、半導体基板の表面処理(CMP処理)に起因して生じるものである。CMP処理とは、被処理物の表面を化学的・機械的な複合作用により平坦化する処理である。当該エッジロールオフ領域近傍の板厚は、半導体層が分離される前の半導体基板の中央部の板厚と比べて薄くなっており、当該エッジロールオフ領域は、SOI基板の作製の際に貼り合わせが行われない領域となる。その結果、半導体基板121のエッジロールオフ領域には、上記凸部126が残存することになる。 The above-mentioned convex portion 126 includes an edge roll-off region of the semiconductor substrate. The edge roll-off region is caused by the surface treatment (CMP treatment) of the semiconductor substrate. The CMP process is a process for planarizing the surface of an object to be processed by a chemical / mechanical combined action. The plate thickness in the vicinity of the edge roll-off region is thinner than the thickness of the central portion of the semiconductor substrate before the semiconductor layer is separated, and the edge roll-off region is attached when the SOI substrate is manufactured. This is an area where alignment is not performed. As a result, the protrusion 126 remains in the edge roll-off region of the semiconductor substrate 121.
なお、半導体基板121の凸部126以外の領域(特に、上記エッジロールオフ領域に囲まれる領域)には、イオンが添加された半導体領域129が存在している。イオンが添加された半導体領域129は、SOI基板の作製工程において形成されるイオンが添加された領域が、半導体層が分離された後の半導体基板121に残存することで形成されるものである。 Note that a semiconductor region 129 to which ions are added exists in a region other than the convex portion 126 of the semiconductor substrate 121 (particularly, a region surrounded by the edge roll-off region). The semiconductor region 129 to which ions are added is formed by leaving the region to which ions formed in the manufacturing process of the SOI substrate are added to the semiconductor substrate 121 after the semiconductor layer is separated.
ここで、イオンが添加された半導体領域129は、凸部126における半導体領域(半導体領域125及び半導体領域127)と比較して十分に薄い。また、イオンが添加された半導体領域129は、イオンによる損傷で発生した結晶欠陥等を多く含んでいる。このため、イオンが添加された半導体領域129も、半導体領域125及び半導体領域127と同様に、損傷半導体領域と呼ぶことができる。 Here, the semiconductor region 129 to which ions are added is sufficiently thin as compared to the semiconductor regions (the semiconductor region 125 and the semiconductor region 127) in the convex portion 126. Further, the semiconductor region 129 to which ions are added contains many crystal defects and the like that are generated by damage due to ions. Therefore, the semiconductor region 129 to which ions are added can also be referred to as a damaged semiconductor region, like the semiconductor region 125 and the semiconductor region 127.
図1(B)に凸部126を拡大した模式図を示す。凸部126は、上記エッジロールオフ領域に対応する領域と面取部に対応する領域とを含む。本実施の形態では、エッジロールオフ領域を、上記凸部126の表面における接平面と、基準面とのなす角θが0.5°以下となる点が集合した領域をいうものとする。ここで、基準面としては、半導体基板の表面または裏面に平行な平面が採用される。 FIG. 1B is a schematic diagram in which the convex portion 126 is enlarged. The convex portion 126 includes a region corresponding to the edge roll-off region and a region corresponding to the chamfered portion. In the present embodiment, the edge roll-off region is a region in which points where the angle θ between the tangent plane on the surface of the convex portion 126 and the reference surface is 0.5 ° or less are gathered. Here, a plane parallel to the front surface or the back surface of the semiconductor substrate is employed as the reference surface.
また、面取部を基板の端からの距離が0.2mm未満の領域とし、エッジロールオフ領域をこれより内側の貼り合わせが行われなかった領域と規定することもできる。具体的には、基板の端からの距離が0.2mm以上0.9mm以下の領域をエッジロールオフ領域と呼ぶことができる。 Further, the chamfered portion may be defined as a region having a distance of less than 0.2 mm from the edge of the substrate, and the edge roll-off region may be defined as a region where the inner side is not bonded. Specifically, a region whose distance from the edge of the substrate is 0.2 mm or more and 0.9 mm or less can be referred to as an edge roll-off region.
なお、面取部はベース基板とボンド基板との貼り合わせには関与しないため、面取部の平坦性は基板の再生処理において問題とならない。一方で、エッジロールオフ領域の近傍はベース基板とボンド基板との貼り合わせに関与する。よって、エッジロールオフ領域の平坦性次第では、再生半導体基板をSOI基板の作製工程に用いることができないこともある。このような理由から、半導体基板の再生処理において、エッジロールオフ領域における凸部126を除去し、平坦性を向上させることが極めて重要となる。 Note that since the chamfered portion is not involved in the bonding of the base substrate and the bond substrate, the flatness of the chamfered portion does not cause a problem in the substrate recycling process. On the other hand, the vicinity of the edge roll-off region is involved in the bonding of the base substrate and the bond substrate. Therefore, depending on the flatness of the edge roll-off region, the recycled semiconductor substrate may not be used for the manufacturing process of the SOI substrate. For these reasons, it is extremely important to improve the flatness by removing the convex portions 126 in the edge roll-off region in the semiconductor substrate recycling process.
半導体基板の再生処理は、少なくとも、絶縁層123を除去するエッチング処理(以下、第1のエッチング処理と呼ぶ)及び、損傷半導体領域を除去するエッチング処理(以下、第2のエッチング処理)の二つのエッチング処理を含む。以下、これらについて詳述する。 The semiconductor substrate regeneration process includes at least two processes, namely, an etching process for removing the insulating layer 123 (hereinafter referred to as a first etching process) and an etching process for removing a damaged semiconductor region (hereinafter referred to as a second etching process). Includes an etching process. These will be described in detail below.
はじめに、第1のエッチング処理について図1(C)を参照して説明する。第1のエッチング処理は、上述のように、半導体基板121の絶縁層123を除去するエッチング処理である。 First, the first etching process is described with reference to FIG. The first etching process is an etching process for removing the insulating layer 123 of the semiconductor substrate 121 as described above.
ここで、絶縁層123は、フッ酸を含む溶液をエッチャントとするウェットエッチング処理によって除去することができる。フッ酸を含む溶液としては、フッ酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤を含む混合溶液(例えば、ステラケミファ社製、商品名:LAL500)などを用いることが好ましい。当該ウェットエッチング処理は、120秒間から1200秒間程度行うことが好ましく、例えば、600秒間程度行うことが好適である。 Here, the insulating layer 123 can be removed by wet etching using a solution containing hydrofluoric acid as an etchant. As the solution containing hydrofluoric acid, it is preferable to use a mixed solution containing hydrofluoric acid, ammonium fluoride, and a surfactant (for example, trade name: LAL500, manufactured by Stella Chemifa Corporation). The wet etching process is preferably performed for about 120 seconds to 1200 seconds, for example, about 600 seconds.
なお、ウェットエッチング処理は、半導体基板121を処理槽内の溶液に浸漬することによって行うことができるため、複数の半導体基板121を一括処理することが可能である。このため、再生処理の効率化を図ることができる。 Note that the wet etching process can be performed by immersing the semiconductor substrate 121 in a solution in the treatment tank, and thus a plurality of semiconductor substrates 121 can be collectively processed. For this reason, the efficiency of the reproduction process can be improved.
また、第1のエッチング処理として、ドライエッチング処理を行っても良い。また、ウェットエッチング処理とドライエッチング処理とを組み合わせて用いても良い。ドライエッチング処理としては、平行平板型RIE(Reactive Ion Etching)法や、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法などを用いることができる。 Further, a dry etching process may be performed as the first etching process. Further, a wet etching process and a dry etching process may be used in combination. As the dry etching process, a parallel plate RIE (Reactive Ion Etching) method, an ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method, or the like can be used.
次に、第2のエッチング処理について説明する。第2のエッチング処理では、損傷半導体領域、すなわち、凸部126を構成する未分離の半導体領域125、イオンが添加された半導体領域127、及び、イオンが添加された半導体領域129を優先的、言い換えると選択的に除去する。 Next, the second etching process will be described. In the second etching process, the damaged semiconductor region, that is, the unseparated semiconductor region 125 constituting the convex portion 126, the semiconductor region 127 to which ions are added, and the semiconductor region 129 to which ions are added is preferentially expressed in other words. And selectively remove.
より具体的には、半導体材料を酸化する物質と、酸化された半導体材料を溶解する物質と、半導体材料の酸化の速度及び酸化された半導体材料の溶解の速度を制御する物質を含む混合液をエッチャントとしたウェットエッチング処理を行う。当該エッチング処理は、1分間以上10分間以下程度行うことが好ましく、例えば、後述するフッ酸と硝酸と酢酸の体積比が1:3:10の混合液を用いる場合は、2分間以上4分間以下程度行うことが好適である。また、混合液の温度は、10℃以上30℃以下程度とすることが好ましく、例えば、25℃とすることが好適である。 More specifically, a liquid mixture containing a substance that oxidizes the semiconductor material, a substance that dissolves the oxidized semiconductor material, and a substance that controls the rate of oxidation of the semiconductor material and the rate of dissolution of the oxidized semiconductor material. A wet etching process using an etchant is performed. The etching treatment is preferably performed for about 1 minute to 10 minutes. For example, in the case of using a mixed solution having a volume ratio of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid described below of 1: 3: 10, 2 minutes to 4 minutes. It is preferable to do so. Moreover, it is preferable that the temperature of a liquid mixture shall be about 10 degreeC or more and 30 degrees C or less, for example, it is suitable to set it as 25 degreeC.
ここで、半導体材料を酸化する物質としては、硝酸を用いることが好ましい。また、酸化された半導体材料を溶解する物質としては、フッ酸を用いることが好ましい。また、半導体材料の酸化の速度及び酸化された半導体材料の溶解の速度を制御する物質としては、酢酸を用いることが好ましい。 Here, nitric acid is preferably used as the substance that oxidizes the semiconductor material. Further, hydrofluoric acid is preferably used as the substance that dissolves the oxidized semiconductor material. In addition, acetic acid is preferably used as a substance that controls the rate of oxidation of the semiconductor material and the rate of dissolution of the oxidized semiconductor material.
上記エッチャントとして、硝酸(濃度:70重量%)、フッ酸(濃度:50重量%)及び酢酸(濃度:97.7重量%)の混合液を用いる場合、硝酸の体積は、酢酸の体積の0.01倍より大きく1倍未満とし、かつ、フッ酸の体積の0.1倍より大きく100倍未満とし、フッ酸の体積は、酢酸の体積の0.01倍より大きく0.5倍未満とすることが好ましい。例えば、フッ酸と硝酸と酢酸の体積比を1:3:10とすることが好ましい。当該構成を、構成分子のモル比で表現すると、HF:HNO3:CH3COOH:H2O=2.1:3.3:12:7.5となる。なお、他の分子の構成については、特に限定する必要はない。 When a mixed solution of nitric acid (concentration: 70% by weight), hydrofluoric acid (concentration: 50% by weight) and acetic acid (concentration: 97.7% by weight) is used as the etchant, the volume of nitric acid is 0% of the volume of acetic acid. More than 0.01 times and less than 1 time and more than 0.1 times and less than 100 times the volume of hydrofluoric acid, and the volume of hydrofluoric acid is more than 0.01 times and less than 0.5 times the volume of acetic acid It is preferable to do. For example, the volume ratio of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid is preferably 1: 3: 10. When the structure is expressed by the molar ratio of the constituent molecules, HF: HNO 3 : CH 3 COOH: H 2 O = 2.1: 3.3: 12: 7.5. In addition, it does not need to specifically limit about the structure of another molecule | numerator.
損傷半導体領域には、イオンの添加に伴って形成された結晶欠陥やボイドなどが存在しており、エッチャントが浸透しやすい。このため、損傷半導体領域では、表面のみでなく、内部からもエッチングが進行することになる。 In the damaged semiconductor region, there are crystal defects and voids formed with the addition of ions, and the etchant easily penetrates. For this reason, in the damaged semiconductor region, etching proceeds not only from the surface but also from the inside.
具体的には、エッチングは基板平面に垂直な方向に深い縦穴を形成するように進行し、その縦穴を拡大するように行われる傾向にある。つまり、損傷半導体領域では、低損傷の半導体領域または未損傷の半導体領域と比較して大きなエッチングレートでエッチング処理が進行することになる。 Specifically, etching proceeds to form deep vertical holes in a direction perpendicular to the substrate plane, and tends to be performed to enlarge the vertical holes. That is, in the damaged semiconductor region, the etching process proceeds at a higher etching rate than the low-damaged semiconductor region or the undamaged semiconductor region.
具体的には、上記エッチャントを用いた場合の損傷半導体領域のエッチングレートは、未損傷の半導体領域(または低損傷の半導体領域)のエッチングレートの2倍以上となる。すなわち、未損傷の半導体領域(または低損傷の半導体領域)に対する損傷半導体領域のエッチング選択比は2以上になる。 Specifically, the etching rate of the damaged semiconductor region when the above etchant is used is twice or more the etching rate of the undamaged semiconductor region (or the low-damage semiconductor region). That is, the etching selection ratio of the damaged semiconductor region to the undamaged semiconductor region (or the low-damage semiconductor region) is 2 or more.
ここで、「エッチングレート」とは、単位時間あたりのエッチング量(被エッチング量)をいう。つまり、「エッチングレートが大きい」とは、よりエッチングされやすいことを意味し、「エッチングレートが小さい」とは、よりエッチングされにくいことを意味する。また、「エッチング選択比がとれる」とは、例えば、A層とB層をエッチングする場合に、A層のエッチングレートとB層のエッチングレートに十分な差が存在する条件を意味する。また、低損傷の半導体領域とは、未分離の半導体領域125やイオンが添加された半導体領域127、イオンが添加された半導体領域129等と比較して、相対的に損傷の程度が小さい半導体領域をいう。 Here, “etching rate” refers to the etching amount per unit time (the amount to be etched). That is, “high etching rate” means that etching is easier, and “low etching rate” means that etching is more difficult. Further, “the etching selectivity can be taken” means, for example, a condition where there is a sufficient difference between the etching rate of the A layer and the etching rate of the B layer when the A layer and the B layer are etched. The low-damage semiconductor region is a semiconductor region that is relatively less damaged than the unisolated semiconductor region 125, the semiconductor region 127 to which ions are added, the semiconductor region 129 to which ions are added, and the like. Say.
このように、半導体材料を酸化する物質と、酸化された半導体材料を溶解する物質と、半導体材料の酸化の速度及び酸化された半導体材料の溶解の速度を制御する物質と、を含む混合液をエッチャントとしてウェットエッチング処理を行うことにより、損傷半導体領域を優先的、言い換えると選択的に除去することができる。 As described above, a mixed liquid containing a substance that oxidizes a semiconductor material, a substance that dissolves the oxidized semiconductor material, and a substance that controls the rate of oxidation of the semiconductor material and the rate of dissolution of the oxidized semiconductor material. By performing a wet etching process as an etchant, the damaged semiconductor region can be selectively removed, that is, selectively removed.
故に、基板の再生処理において、これまで研磨等により除去されていた損失分を大幅に低減することができ、再生使用回数を増加させることができる。また、ウェットエッチング処理を用いることで、複数の半導体基板121を一括処理することが可能になるため、基板の再生処理の効率化を図ることができる。更に、第2のエッチング処理はCMP処理などに比べて短時間で行うことが可能であり、この点においても基板の再生処理の効率化が達成される。 Therefore, in the substrate recycling process, the loss that has been removed by polishing or the like can be greatly reduced, and the number of times of recycling can be increased. Further, by using the wet etching process, a plurality of semiconductor substrates 121 can be processed at once, so that the efficiency of the substrate recycling process can be improved. Furthermore, the second etching process can be performed in a shorter time than the CMP process, and the efficiency of the substrate regeneration process is also achieved in this respect.
なお、凸部126における損傷半導体領域(半導体領域125及び半導体領域127)の厚さと、それ以外の領域における損傷半導体領域(半導体領域129)の厚さは、大きく異なっている。このため、凸部126(周縁部)と、それ以外の領域(中央部)とのエッチング選択比は、第2のエッチング処理の間において一定ではない。 Note that the thickness of the damaged semiconductor region (semiconductor region 125 and semiconductor region 127) in the protrusion 126 and the thickness of the damaged semiconductor region (semiconductor region 129) in other regions are greatly different. For this reason, the etching selectivity between the convex portion 126 (peripheral portion) and the other region (central portion) is not constant during the second etching process.
具体的には、次の通りである。まず、第2のエッチング処理を開始した直後は、凸部126及びそれ以外の領域において、いずれも損傷半導体領域がエッチングされることになり、エッチング選択比は1前後となる。そして、凸部126以外の損傷半導体領域(半導体領域129)が除去された後には、当該領域に低損傷の半導体領域または未損傷の半導体領域が現れることになる。そのため、凸部126の損傷半導体領域が優先的に除去されることになり、エッチング選択比は2以上となる。そして、凸部126の損傷半導体領域(半導体領域125、半導体領域127)が除去されると、当該領域にも低損傷の半導体領域または未損傷の半導体領域が表れることになるため、エッチング選択比は再び1前後となる。 Specifically, it is as follows. First, immediately after the start of the second etching process, the damaged semiconductor region is etched in both the convex portion 126 and other regions, and the etching selectivity is about 1. After the damaged semiconductor region (semiconductor region 129) other than the convex portion 126 is removed, a low-damage semiconductor region or an undamaged semiconductor region appears in the region. Therefore, the damaged semiconductor region of the protrusion 126 is preferentially removed, and the etching selectivity is 2 or more. When the damaged semiconductor region (semiconductor region 125, semiconductor region 127) of the protrusion 126 is removed, a low-damage semiconductor region or an undamaged semiconductor region also appears in the region, so that the etching selectivity is Again around 1.
このように、第2のエッチング処理の間でエッチング選択比は変動するため、この選択比の変化をエッチング終了時の目安とすることが可能である。例えば、エッチング選択比が2未満に低下した段階で、エッチング処理を停止させることで、第2のエッチング処理における不必要なオーバーエッチングを抑制しつつ、損傷半導体領域を除去することができる。 As described above, since the etching selection ratio varies between the second etching processes, the change in the selection ratio can be used as a guide at the end of etching. For example, by stopping the etching process when the etching selectivity is reduced to less than 2, the damaged semiconductor region can be removed while suppressing unnecessary over-etching in the second etching process.
なお、エッチング選択比は、所定時間(例えば、30秒、1分など)における凸部126(周縁部)と、それ以外の領域(中央部)のそれぞれの膜厚の減少量を比較して求めたもの(差分値)であっても良いし、瞬間の膜厚の減少量を比較して求めたもの(微分値)であっても良い。 The etching selection ratio is obtained by comparing the reduction amounts of the film thicknesses of the convex portion 126 (peripheral portion) and the other region (center portion) at a predetermined time (for example, 30 seconds, 1 minute, etc.). It may be a difference value (difference value), or may be a difference value (differential value) obtained by comparing instantaneous film thickness reduction amounts.
次に、半導体基板の表面を平坦化させるレーザ光照射処理について図1(D)を参照して説明する。レーザ光照射処理では、第2のエッチング処理が行われた後に損傷半導体領域が優先的に除去された面側から半導体基板にレーザ光134を照射する。 Next, laser light irradiation treatment for planarizing the surface of the semiconductor substrate will be described with reference to FIG. In the laser beam irradiation process, the semiconductor substrate is irradiated with the laser beam 134 from the surface side from which the damaged semiconductor region is preferentially removed after the second etching process is performed.
イオン照射によって形成された損傷半導体領域は、深さ方向に一様に形成されていないため、第2のエッチングが終了した段階では、半導体基板の表面平坦性が失われている状態である。 Since the damaged semiconductor region formed by ion irradiation is not uniformly formed in the depth direction, the surface flatness of the semiconductor substrate is lost when the second etching is completed.
表面平坦性が失われている状態では、ボンド基板としての再利用に不具合を生じるため、表面を平坦化させるレーザ光照射処理を行う。 In a state where the surface flatness is lost, a problem occurs in reuse as a bond substrate, and thus laser light irradiation treatment for flattening the surface is performed.
レーザ光134としては、例えばパルスレーザを用いることができる。また、擬似CWレーザを用いても良く、例えば、エキシマレーザ、Arレーザ、Krレーザ、CO2レーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YAlO3レーザ、GdVO4レーザ、KGWレーザ、KYWレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイアレーザ、Y2O3レーザ、色素レーザ、半導体レーザ等を用いることができる。なお、疑似CWレーザは、CWレーザと同様にレーザ光が照射されている部分を完全溶融状態に保つことができる。 As the laser beam 134, for example, a pulse laser can be used. A pseudo CW laser may also be used. For example, an excimer laser, an Ar laser, a Kr laser, a CO 2 laser, a YVO 4 laser, a YLF laser, a YAlO 3 laser, a GdVO 4 laser, a KGW laser, a KYW laser, an alexandrite laser, Ti: sapphire laser, Y 2 O 3 laser, dye laser, semiconductor laser, or the like can be used. Note that the pseudo CW laser can keep the portion irradiated with the laser light in a completely melted state in the same manner as the CW laser.
レーザ光134を照射することにより、半導体基板が部分溶融する。なお、部分溶融とは、溶融している部分と、固体の部分がある状態をいう。部分溶融させることによって、溶融領域下部の固体部分が種となり、表面は単結晶に再結晶化する。このとき、製造過程に生じた結晶欠陥は減少し、かつ半導体基板表面は平坦化する。 By irradiating the laser beam 134, the semiconductor substrate is partially melted. Note that partial melting refers to a state where there are a molten portion and a solid portion. By partial melting, the solid portion below the melting region becomes a seed, and the surface is recrystallized into a single crystal. At this time, crystal defects generated in the manufacturing process are reduced, and the surface of the semiconductor substrate is flattened.
以上により半導体基板121が再生され、図1(E)に示すように再生半導体基板132が完成する。 Thus, the semiconductor substrate 121 is regenerated, and the regenerated semiconductor substrate 132 is completed as shown in FIG.
なお、上記第2のエッチング処理によって、イオンが添加された半導体領域129の大部分は除去されることになるが、その一部が残存する場合もある。このような場合には、第2のエッチング処理後に別の表面処理を行ってイオンが添加された半導体領域129を完全に除去することが好ましい。上記表面処理としては、CMP処理を代表とする研磨処理などがある。 Note that most of the semiconductor region 129 to which ions are added is removed by the second etching treatment, but a part of the semiconductor region 129 may remain. In such a case, it is preferable to perform another surface treatment after the second etching treatment to completely remove the semiconductor region 129 to which ions are added. Examples of the surface treatment include polishing treatment represented by CMP treatment.
また、研磨処理やレーザ光の照射処理は、複数回行っても良い。処理工程の順序も限定されず適宜選択することができる。レーザ光の照射に代えて、ランプ光の照射処理を行っても良い。 Further, the polishing process and the laser beam irradiation process may be performed a plurality of times. The order of the processing steps is not limited and can be selected as appropriate. Instead of laser light irradiation, lamp light irradiation processing may be performed.
本実施の形態で示したように、第1のエッチング処理で絶縁層を除去した後、半導体材料を酸化する物質と、酸化された半導体材料を溶解する物質と、半導体材料の酸化の速度及び酸化された半導体材料の溶解の速度を制御する物質を含む混合液を用いて第2のエッチング処理を行うことにより、半導体基板の周縁部に残存する損傷半導体領域を優先的に除去することができる。従って、これまで研磨等により除去されていた基板の損失分を大幅に低減することができ、半導体基板の再生回数、使用回数を増加させることができる。 As shown in this embodiment mode, after the insulating layer is removed by the first etching process, the substance that oxidizes the semiconductor material, the substance that dissolves the oxidized semiconductor material, the oxidation rate and the oxidation of the semiconductor material By performing the second etching process using the mixed liquid containing the substance that controls the dissolution rate of the semiconductor material, the damaged semiconductor region remaining on the peripheral edge of the semiconductor substrate can be removed preferentially. Accordingly, the loss of the substrate that has been removed by polishing or the like can be greatly reduced, and the number of times the semiconductor substrate is regenerated and used can be increased.
また、本実施の形態で示したように、レーザ光照射処理を行うことにより、第1のエッチング処理及び第2のエッチング処理後の半導体基板の表面の平坦性を向上させることができる。 Further, as shown in this embodiment mode, by performing the laser light irradiation treatment, the planarity of the surface of the semiconductor substrate after the first etching treatment and the second etching treatment can be improved.
また、レーザ光照射処理を行うことにより、半導体基板が部分溶融するため、製造過程に生じた欠陥が減少し、半導体基板の表面の結晶性を向上させることができる。 Moreover, since the semiconductor substrate is partially melted by performing the laser light irradiation treatment, defects generated in the manufacturing process are reduced, and the crystallinity of the surface of the semiconductor substrate can be improved.
なお、最終の表面処理に研磨処理を行っても良い。該研磨処理の前にレーザ光照射処理を行うことにより、研磨処理による研磨量を低減することができ、レーザ光照射処理を行わない場合と比較して製造コストを低減することができる。 Note that polishing treatment may be performed as the final surface treatment. By performing the laser light irradiation treatment before the polishing treatment, the amount of polishing by the polishing treatment can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced as compared with the case where the laser light irradiation treatment is not performed.
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 The structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments.
(実施の形態2)
本実施の形態では、半導体基板の再生処理方法の別の一例について、図2を用いて説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, another example of a method for reprocessing a semiconductor substrate will be described with reference to FIGS.
まず、半導体基板121に、第1のエッチング処理を行う(図2(A)参照)。詳細については実施の形態1を参酌すればよい。これによって、半導体基板121の表面に存在する絶縁層が除去される。 First, a first etching process is performed on the semiconductor substrate 121 (see FIG. 2A). For details, Embodiment 1 may be referred to. As a result, the insulating layer present on the surface of the semiconductor substrate 121 is removed.
次に、半導体基板121に第2のエッチング処理を行う(図2(B)参照)。第2のエッチング処理の詳細についても実施の形態1を参酌できる。これによって、半導体領域125、半導体領域127及び半導体領域129が除去された半導体基板130が形成される。 Next, a second etching process is performed on the semiconductor substrate 121 (see FIG. 2B). Embodiment 1 can be referred to for details of the second etching process. Thereby, the semiconductor substrate 130 from which the semiconductor region 125, the semiconductor region 127, and the semiconductor region 129 are removed is formed.
本実施の形態では、第2のエッチング処理の後の半導体基板130に平坦化処理を行い、再生半導体基板132を作製する(図2(C)参照)。これは、図2(B)に示す場合のように、第2のエッチング処理後の半導体基板130表面の平坦性が十分でない場合には、当該半導体基板をSOI基板の作製工程に用いることができないためである。 In this embodiment, a planarization process is performed on the semiconductor substrate 130 after the second etching process, so that the recycled semiconductor substrate 132 is manufactured (see FIG. 2C). This is because, as shown in FIG. 2B, when the flatness of the surface of the semiconductor substrate 130 after the second etching process is not sufficient, the semiconductor substrate cannot be used for the manufacturing process of the SOI substrate. Because.
なお、本実施の形態では、第2のエッチング処理で半導体領域129が完全に除去される場合を示しているが、第2のエッチング処理で半導体領域129を十分に除去することができなかった場合には、以下に示す平坦化処理によって残存した半導体領域129を併せて除去すると良い。 Note that in this embodiment mode, the semiconductor region 129 is completely removed by the second etching process, but the semiconductor region 129 cannot be sufficiently removed by the second etching process. For this, the remaining semiconductor region 129 is preferably removed by the planarization treatment described below.
本実施の形態においては、平坦化処理に研磨処理を用いる手段を説明する。もちろん、実施の形態1で説明したレーザ光照射処理を行っても良い。また、これらの処理を組み合わせても良く、処理の順序や回数も限定されない。また、レーザ光の照射処理に代えてランプ光の照射処理を行うこともできる。 In this embodiment mode, means for using a polishing process for the planarization process will be described. Needless to say, the laser light irradiation treatment described in Embodiment Mode 1 may be performed. These processes may be combined, and the order and number of processes are not limited. Further, a lamp light irradiation process may be performed instead of the laser light irradiation process.
半導体基板130の研磨処理としては、CMP処理を用いることが好ましい。 As the polishing process for the semiconductor substrate 130, a CMP process is preferably used.
例えば、研磨ステージの上に研磨布を貼り付け、被処理物と研磨布との間にスラリー(研磨剤)を供給しながら、研磨ステージと被処理物を各々回転または揺動させることにより行われる。これによって、スラリーと被処理物表面との間の化学反応、及び、研磨布による被処理物の機械的研磨の作用によって、被処理物の表面が研磨される。 For example, it is performed by attaching a polishing cloth on the polishing stage and rotating or swinging the polishing stage and the workpiece while supplying slurry (abrasive) between the workpiece and the polishing cloth. . Thus, the surface of the object to be processed is polished by the chemical reaction between the slurry and the surface of the object to be processed and the action of mechanical polishing of the object to be processed by the polishing cloth.
CMP処理を用いた研磨処理の回数は、1回であっても良いし、複数回としても良い。研磨処理を複数回行う場合には、例えば、高い研磨レートの一次研磨を行った後に、低い研磨レートの仕上げ研磨を行うことが好ましい。一次研磨には、ポリウレタン研磨布を用いることが好ましく、スラリーの粒径は120nm以上180nm以下とし、例えば、150nm程度とすることが好ましい。仕上げ研磨には、スウェード地の研磨布を用いることが好ましく、スラリーの粒径は45nm以上75nm以下とし、例えば、60nm程度とすることが好ましい。 The number of times of the polishing process using the CMP process may be one or a plurality of times. When the polishing treatment is performed a plurality of times, for example, it is preferable to perform final polishing at a low polishing rate after performing primary polishing at a high polishing rate. For primary polishing, a polyurethane polishing cloth is preferably used, and the particle size of the slurry is preferably 120 nm or more and 180 nm or less, for example, about 150 nm. For the final polishing, it is preferable to use a suede polishing cloth, and the particle diameter of the slurry is 45 nm or more and 75 nm or less, for example, about 60 nm.
このように、上述の再生方法に加えて、半導体基板130にCMP処理を用いた研磨処理を行うことによって、平均表面粗さ0.2nm以上0.5nm以下程度に平坦化された再生半導体基板132を形成することができる。また、研磨レートの異なる複数回の研磨処理を行うことによって、短時間での半導体基板130の平坦化が実現できる。 As described above, in addition to the above-described regeneration method, the semiconductor substrate 130 is subjected to a polishing process using a CMP process, and thereby the regenerated semiconductor substrate 132 planarized to have an average surface roughness of about 0.2 nm to 0.5 nm. Can be formed. In addition, the semiconductor substrate 130 can be planarized in a short time by performing a plurality of polishing processes with different polishing rates.
以上の通り、第1のエッチング処理及び第2のエッチング処理で半導体領域125、半導体領域127、及び、半導体領域129を除去した後、CMP処理による表面の研磨処理を行うことで、より平坦性の良好な再生半導体基板132を得ることができる。 As described above, after the semiconductor region 125, the semiconductor region 127, and the semiconductor region 129 are removed by the first etching process and the second etching process, the surface is polished by the CMP process, so that the planarity is further improved. A good recycled semiconductor substrate 132 can be obtained.
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 The structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments.
(実施の形態3)
本実施の形態に係るSOI基板の製造方法は、ボンド基板である半導体基板から分離させた半導体層をベース基板に接合してSOI基板を製造するものである。そして、半導体層を分離した後の半導体基板に再生処理を施して、ボンド基板として再利用する。以下、本形態に係るSOI基板の製造方法の一例について説明する。
(Embodiment 3)
In the method for manufacturing an SOI substrate according to this embodiment, an SOI substrate is manufactured by bonding a semiconductor layer separated from a semiconductor substrate which is a bond substrate to a base substrate. Then, the semiconductor substrate after the semiconductor layer is separated is subjected to a regeneration process and reused as a bond substrate. Hereinafter, an example of a method for manufacturing an SOI substrate according to this embodiment will be described.
はじめに、半導体基板100に脆化領域104を形成し、ベース基板120との貼り合わせの準備を行う工程について説明する。当該工程は、半導体基板100に対する処理に関するものであり、図6に示すSOI基板作製工程図の工程Aに相当する。 First, a process of forming the embrittled region 104 in the semiconductor substrate 100 and preparing for bonding with the base substrate 120 will be described. This process relates to a process for the semiconductor substrate 100 and corresponds to the process A in the SOI substrate manufacturing process diagram shown in FIG.
まず、半導体基板100を準備する(図3(A)、及び図6の工程(A−1)参照)。半導体基板100としては、例えば、シリコンなどの単結晶半導体基板または多結晶半導体基板を用いることができる。市販のシリコン基板としては、直径5インチ(約125mm)、直径6インチ(約150mm)、直径8インチ(約200mm)、直径12インチ(約300mm)、及び直径16インチ(約400mm)サイズの円形のものが代表的である。 First, the semiconductor substrate 100 is prepared (see FIG. 3A and the step (A-1) in FIG. 6). As the semiconductor substrate 100, for example, a single crystal semiconductor substrate such as silicon or a polycrystalline semiconductor substrate can be used. Commercially available silicon substrates include circular shapes having a diameter of 5 inches (about 125 mm), a diameter of 6 inches (about 150 mm), a diameter of 8 inches (about 200 mm), a diameter of 12 inches (about 300 mm), and a diameter of 16 inches (about 400 mm). The ones are typical.
また、シリコン基板の周縁部には、図3(A)に示すような、欠けやひび割れを防ぐための面取り部が存在する。なお、形状は円形に限られず矩形状等に加工したシリコン基板を用いることも可能である。以下の説明では、半導体基板100として、矩形状の単結晶シリコン基板を用いる場合について示す。 Further, a chamfered portion for preventing chipping and cracking as shown in FIG. The shape is not limited to a circular shape, and a silicon substrate processed into a rectangular shape or the like can also be used. In the following description, a case where a rectangular single crystal silicon substrate is used as the semiconductor substrate 100 is described.
なお、半導体基板100の表面は、硫酸過水(SPMともいう)、アンモニア過水(APMともいう)、塩酸過水(HPMともいう)、希フッ酸(DHFともいう)などを用いて適宜洗浄しておくことが好ましい。また、希フッ酸とオゾン水を交互に吐出して半導体基板100の表面を洗浄してもよい。 Note that the surface of the semiconductor substrate 100 is appropriately cleaned using sulfuric acid / hydrogen peroxide (also referred to as SPM), ammonia / hydrogen peroxide (also referred to as APM), hydrochloric acid / hydrogen peroxide (also referred to as HPM), dilute hydrofluoric acid (also referred to as DHF), or the like. It is preferable to keep it. Alternatively, the surface of the semiconductor substrate 100 may be cleaned by alternately discharging dilute hydrofluoric acid and ozone water.
次に、半導体基板100の表面を洗浄した後、半導体基板100上に絶縁層102を形成する(図3(B)及び、図6の工程(A−2)参照)。絶縁層102は、単層だけでなく、複数の絶縁膜の積層でも良い。絶縁層102は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜などのシリコンを組成に含む絶縁膜を用いて形成することができる。本実施の形態では、一例として、酸化シリコンを絶縁層102として用いる場合について説明する。 Next, after cleaning the surface of the semiconductor substrate 100, the insulating layer 102 is formed over the semiconductor substrate 100 (see FIG. 3B and step (A-2) in FIG. 6). The insulating layer 102 is not limited to a single layer, and may be a stack of a plurality of insulating films. The insulating layer 102 can be formed using an insulating film containing silicon as a composition, such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or a silicon nitride oxide film. In this embodiment, as an example, the case where silicon oxide is used for the insulating layer 102 is described.
なお、本明細書等において、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素原子よりも酸素原子の数が多く、ラザフォード後方散乱法(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometry)及び水素前方散乱法(HFS:Hydrogen Forward scattering Spectrometry)を用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が50原子%以上70原子%以下、窒素が0.5原子%以上15原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が0.1原子%以上10原子%以下の範囲で含まれるものをいう。 Note that in this specification and the like, a silicon oxynitride film has a composition that includes more oxygen atoms than nitrogen atoms, and includes Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS) and Hydrogen Forward Scattering (HFS). When measured using Forward Scattering Spectrometry), oxygen concentration ranges from 50 atom% to 70 atom%, nitrogen ranges from 0.5 atom% to 15 atom%, silicon ranges from 25 atom% to 35 atom%, The hydrogen is contained in the range of 0.1 atomic% to 10 atomic%.
また、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素原子より窒素原子の数が多く、RBS及びHFSを用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が5原子%以上30原子%以下、窒素が20原子%以上55原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が10原子%以上30原子%以下の範囲で含まれるものをいう。但し、酸化窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を100原子%としたとき、窒素、酸素、シリコン、及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。 In addition, the silicon nitride oxide film has a composition in which the number of nitrogen atoms is larger than that of oxygen atoms, and when measured using RBS and HFS, oxygen concentration ranges from 5 atomic percent to 30 atomic percent, and nitrogen concentration. It includes 20 atomic% to 55 atomic%, silicon in a range of 25 atomic% to 35 atomic%, and hydrogen in a range of 10 atomic% to 30 atomic%. However, when the total number of atoms constituting silicon oxynitride or silicon nitride oxide is 100 atomic%, the content ratio of nitrogen, oxygen, silicon, and hydrogen is included in the above range.
酸化シリコンを絶縁層102として用いる場合、絶縁層102はシランと酸素、テトラエトキシシラン(TEOS)と酸素等の混合ガスを用い、熱CVD、プラズマCVD、常圧CVD、バイアスECRCVD等の化学気相成長法によって形成することができる。この場合、絶縁層102の表面を酸素プラズマ処理で緻密化しても良い。 In the case where silicon oxide is used as the insulating layer 102, the insulating layer 102 uses a mixed gas such as silane and oxygen, tetraethoxysilane (TEOS) and oxygen, or a chemical vapor phase such as thermal CVD, plasma CVD, atmospheric pressure CVD, or bias ECRCVD. It can be formed by a growth method. In this case, the surface of the insulating layer 102 may be densified by oxygen plasma treatment.
また、有機シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化シリコンを絶縁層102として用いても良い。有機シランガスとしては、テトラエトキシシラン(TEOS)、テトラメチルシラン(TMS)、テトラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS)、オクタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、トリエトキシシラン(TRIES)、トリスジメチルアミノシラン(TDMAS)等のシリコン含有化合物を用いることができる。 Alternatively, silicon oxide formed by a chemical vapor deposition method using an organosilane gas may be used as the insulating layer 102. Examples of the organic silane gas include tetraethoxysilane (TEOS), tetramethylsilane (TMS), tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS), octamethylcyclotetrasiloxane (OMCTS), hexamethyldisilazane (HMDS), and triethoxysilane (TRIES). ), And a silicon-containing compound such as trisdimethylaminosilane (TDMAS) can be used.
また、半導体基板100を酸化することで得られる酸化膜で、絶縁層102を形成することもできる。該酸化膜は熱酸化処理で形成することができ、このとき、酸化雰囲気中にハロゲンまたはハロゲンを含むガスを添加しても良い。ハロゲンまたはハロゲンを含むガスとしては、HCl、HF、NF3、HBr、Cl2、ClF、BCl3、F2、Br2などから選ばれた一種または複数種のガスを用いることができる。 Alternatively, the insulating layer 102 can be formed using an oxide film obtained by oxidizing the semiconductor substrate 100. The oxide film can be formed by thermal oxidation treatment. At this time, halogen or a gas containing halogen may be added to the oxidizing atmosphere. As the halogen or a gas containing halogen, one or more kinds of gases selected from HCl, HF, NF 3 , HBr, Cl 2 , ClF, BCl 3 , F 2 , Br 2, and the like can be used.
なお、図3(B)では、半導体基板100を覆うように絶縁層102が形成されているが、本実施の形態はこれに限定されない。半導体基板100にCVD法等を用いて絶縁層102を設ける場合は、半導体基板100の一方の面のみに絶縁層102が形成されていても良い。 Note that in FIG. 3B, the insulating layer 102 is formed so as to cover the semiconductor substrate 100; however, this embodiment is not limited thereto. In the case where the insulating layer 102 is provided on the semiconductor substrate 100 using a CVD method or the like, the insulating layer 102 may be formed only on one surface of the semiconductor substrate 100.
上記酸化膜の形成条件の一例としては、酸素に対しHClを0.5体積%以上10体積%以下(好ましくは3体積%)の割合で含む雰囲気中で、700℃以上1100℃以下(代表的には、950℃程度)で熱処理を行うというものがある。処理時間は0.1時間以上6時間以下、好ましくは0.5時間以上1時間以下とすればよい。形成される酸化膜の膜厚は、10nm以上1100nm以下(好ましくは50nm以上150nm以下)であり、例えば100nmとすることができる。 As an example of the conditions for forming the oxide film, 700 ° C. or more and 1100 ° C. or less (typical) in an atmosphere containing HCl in a ratio of 0.5 volume% to 10 volume% (preferably 3 volume%) with respect to oxygen. In some cases, the heat treatment is performed at about 950 ° C. The treatment time may be 0.1 to 6 hours, preferably 0.5 to 1 hour. The thickness of the oxide film to be formed is 10 nm or more and 1100 nm or less (preferably 50 nm or more and 150 nm or less), and can be, for example, 100 nm.
このような、ハロゲン元素を含む雰囲気での熱酸化処理により、酸化膜にハロゲン元素を含ませることができる。ハロゲン元素を1×1017atoms/cm3以上1×1021atoms/cm3以下の濃度で酸化膜に含ませることにより、外因性の不純物である重金属(例えば、Fe、Cr、Ni、Mo等)が酸化膜中に捕獲されるため、後に形成される半導体層の汚染を防止することができる。 By such thermal oxidation treatment in an atmosphere containing a halogen element, the oxide film can contain the halogen element. By including a halogen element in the oxide film at a concentration of 1 × 10 17 atoms / cm 3 or more and 1 × 10 21 atoms / cm 3 or less, heavy metals (for example, Fe, Cr, Ni, Mo, etc.) that are extrinsic impurities are contained. ) Is trapped in the oxide film, so that contamination of a semiconductor layer to be formed later can be prevented.
また、絶縁層102中に塩素等のハロゲン元素を含ませることにより、半導体基板100に悪影響を与える不純物(例えば、Na等の可動イオン)をゲッタリングすることができる。 In addition, by including a halogen element such as chlorine in the insulating layer 102, impurities (for example, movable ions such as Na) that adversely affect the semiconductor substrate 100 can be gettered.
具体的には、絶縁層102を形成した後に行われる熱処理により、半導体基板100に含まれる不純物が絶縁層102中に析出し、ハロゲン原子(例えば塩素原子)と反応して捕獲される。そのため、当該不純物は絶縁層102中に固定され、半導体基板100の汚染を防ぐことができる。また、絶縁層102はガラス基板と貼り合わせた場合に、ガラスに含まれるNa等の不純物を固定する膜としても機能する。 Specifically, impurities included in the semiconductor substrate 100 are precipitated in the insulating layer 102 by heat treatment performed after the insulating layer 102 is formed, and are reacted with and captured by halogen atoms (for example, chlorine atoms). Therefore, the impurity is fixed in the insulating layer 102 and contamination of the semiconductor substrate 100 can be prevented. The insulating layer 102 also functions as a film that fixes impurities such as Na contained in the glass when bonded to a glass substrate.
特に、上記プロセスにおいて絶縁層102中に塩素等のハロゲンを含ませることは、半導体基板100の洗浄が不十分である場合や、繰り返し再生処理を施して用いられる半導体基板の汚染除去において有効である。 In particular, inclusion of halogen such as chlorine in the insulating layer 102 in the above process is effective in the case where the semiconductor substrate 100 is not sufficiently cleaned or in the removal of contamination of the semiconductor substrate that is used after repeated regeneration treatment. .
また、酸化処理雰囲気に含まれるハロゲン元素により、半導体基板100の表面の欠陥が終端されるため、酸化膜と半導体基板100との界面の局在準位密度を低減することができる。 In addition, since the defects on the surface of the semiconductor substrate 100 are terminated by the halogen element contained in the oxidation treatment atmosphere, the localized level density at the interface between the oxide film and the semiconductor substrate 100 can be reduced.
また、絶縁層102中に含まれるハロゲン元素は、絶縁層102に歪みを形成する。その結果、絶縁層102の水分に対する吸収率が向上し、水分の拡散速度が増加する。つまり、絶縁層102の表面に水分が存在する場合に、当該表面に存在する水分を絶縁層102中に素早く吸収し、拡散させることができる。 Further, the halogen element contained in the insulating layer 102 causes distortion in the insulating layer 102. As a result, the moisture absorption rate of the insulating layer 102 is improved, and the moisture diffusion rate is increased. That is, when moisture exists on the surface of the insulating layer 102, moisture present on the surface can be quickly absorbed and diffused into the insulating layer 102.
また、ベース基板として、アルカリ金属またはアルカリ土類金属などの半導体装置の信頼性を低下させる不純物を含むガラス基板を用いる場合は、絶縁層102に該不純物の半導体層への拡散を防止できる絶縁膜を1層以上含むことが好ましい。このような絶縁膜には、窒化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜などがある。該絶縁膜を有する絶縁層102は、バリア膜(ブロッキング膜とも呼ぶ)として機能させることができる。 In the case where a glass substrate containing an impurity that lowers the reliability of a semiconductor device such as an alkali metal or an alkaline earth metal is used as the base substrate, an insulating film that can prevent diffusion of the impurity into the semiconductor layer is used as the insulating layer 102 It is preferable to contain one or more layers. Examples of such an insulating film include a silicon nitride film and a silicon nitride oxide film. The insulating layer 102 including the insulating film can function as a barrier film (also referred to as a blocking film).
窒化シリコン膜は、例えば、シランとアンモニアの混合ガスを用い、プラズマCVD等の化学気相成長法によって形成することができる。また、窒化酸化シリコン膜は、例えば、シランとアンモニアと一酸化二窒素の混合ガスを用い、プラズマCVD等の化学気相成長法によって形成することができる。 The silicon nitride film can be formed, for example, by a chemical vapor deposition method such as plasma CVD using a mixed gas of silane and ammonia. The silicon nitride oxide film can be formed by a chemical vapor deposition method such as plasma CVD using a mixed gas of silane, ammonia, and dinitrogen monoxide, for example.
例えば、絶縁層102を単層構造のバリア膜として形成する場合、厚さ15nm以上300nm以下の窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜で形成することができる。 For example, when the insulating layer 102 is formed as a barrier film having a single-layer structure, the insulating layer 102 can be formed using a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film with a thickness of 15 nm to 300 nm.
絶縁層102を2層構造のバリア膜として形成する場合、上層にはバリア機能の高い絶縁膜を用いる。上層の絶縁膜は、例えば厚さ15nm以上300nm以下の窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜で形成することができる。これらの膜は、不純物の拡散を防止するブロッキング効果が高いが、内部応力が高い。そのため、半導体基板100と接する下層の絶縁膜には、上層の絶縁膜の応力を緩和する効果のある膜を選択することが好ましい。上層の絶縁膜の応力を緩和する効果のある絶縁膜として、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜及び半導体基板100を熱酸化して形成した酸化膜などがある。下層の絶縁膜の厚さは5nm以上200nm以下とすることができる。 In the case where the insulating layer 102 is formed as a barrier film having a two-layer structure, an insulating film having a high barrier function is used as an upper layer. The upper insulating film can be formed of, for example, a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film with a thickness of 15 nm to 300 nm. These films have a high blocking effect for preventing the diffusion of impurities, but have a high internal stress. Therefore, it is preferable to select a film having an effect of relaxing the stress of the upper insulating film as the lower insulating film in contact with the semiconductor substrate 100. As an insulating film having an effect of relieving the stress of the upper insulating film, there are a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, an oxide film formed by thermally oxidizing the semiconductor substrate 100, and the like. The thickness of the lower insulating film can be greater than or equal to 5 nm and less than or equal to 200 nm.
例えば、絶縁層102をバリア膜として機能させるために、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜と窒化シリコン膜、酸化シリコン膜と窒化酸化シリコン膜、または酸化窒化シリコン膜と窒化酸化シリコン膜などの組み合わせで絶縁層102を形成すると良い。 For example, in order to function the insulating layer 102 as a barrier film, a silicon oxide film and a silicon nitride film, a silicon oxynitride film and a silicon nitride film, a silicon oxide film and a silicon nitride oxide film, or a silicon oxynitride film and a silicon nitride oxide film The insulating layer 102 is preferably formed by a combination of the above.
次に、電界で加速されたイオンでなるイオンビームを矢印で示すように絶縁層102を介して半導体基板100に照射し、半導体基板100の表面から所望の深さの領域に脆化領域104を形成する(図3(C)及び、図6の工程(A−3)参照)。脆化領域104が形成される深さは、イオンの平均侵入深さとほぼ同じ深さであり、これは、イオンビームの加速エネルギーとイオンビームの入射角によって調節することができる。イオンビームの加速エネルギーは、加速電圧やドーズ量などにより調節できる。 Next, an ion beam composed of ions accelerated by an electric field is irradiated to the semiconductor substrate 100 through the insulating layer 102 as indicated by an arrow, and an embrittled region 104 is formed in a region at a desired depth from the surface of the semiconductor substrate 100. It forms (refer FIG.3 (C) and the process (A-3) of FIG. 6). The depth at which the embrittlement region 104 is formed is approximately the same as the average penetration depth of ions, and this can be adjusted by the acceleration energy of the ion beam and the incident angle of the ion beam. The acceleration energy of the ion beam can be adjusted by the acceleration voltage and the dose amount.
脆化領域104が形成される深さによって、後に半導体基板100から分離される半導体層124の厚さが決定される。脆化領域104が形成される深さは、例えば半導体基板100の表面から10nm以上500nm以下とすることができ、好ましい深さの範囲は、50nm以上200nm以下であり、例えば100nm程度である。なお、本実施の形態では、イオンの照射を絶縁層102の形成後に行っているが、これに限られず、絶縁層102の形成前にイオンの照射を行っても良い。 The thickness of the semiconductor layer 124 to be separated from the semiconductor substrate 100 later is determined by the depth at which the embrittled region 104 is formed. The depth at which the embrittled region 104 is formed can be, for example, from 10 nm to 500 nm from the surface of the semiconductor substrate 100, and the preferable depth range is from 50 nm to 200 nm, for example, about 100 nm. Note that in this embodiment mode, ion irradiation is performed after the insulating layer 102 is formed; however, the present invention is not limited to this, and ion irradiation may be performed before the insulating layer 102 is formed.
脆化領域104の形成は、イオンドーピング装置を用いたイオンドーピング法で行うことができる。イオンドーピング装置の代表的な例としては、プラズマ中のイオン種を質量分離せず、全てのイオン種を被処理体に照射する非質量分離型の装置が知られている。 The embrittlement region 104 can be formed by an ion doping method using an ion doping apparatus. As a typical example of an ion doping apparatus, a non-mass separation type apparatus that irradiates an object to be processed with all ion species without mass separation of ion species in plasma is known.
イオンドーピング装置の主要な構成は、被処理物を配置するチャンバー、所望のイオンを発生させるイオン源、及びイオンを加速し照射するための加速機構である。 The main components of the ion doping apparatus are a chamber in which an object to be processed is arranged, an ion source for generating desired ions, and an acceleration mechanism for accelerating and irradiating ions.
イオン源は、所望のイオン種を生成するためのソースガスを供給するガス供給装置、ソースガスを励起してプラズマを生成させるための電極などで構成される。プラズマを形成するための電極としては、フィラメント型の電極や容量結合高周波放電用の電極などが用いられる。 The ion source includes a gas supply device that supplies a source gas for generating a desired ion species, an electrode for generating a plasma by exciting the source gas, and the like. As an electrode for forming plasma, a filament-type electrode, an electrode for capacitively coupled high-frequency discharge, or the like is used.
加速機構は、引出電極、加速電極、減速電極、及び接地電極などの電極と、これらの電極に電力を供給するための電源などで構成される。加速機構を構成する電極には複数の開口やスリットが設けられており、イオン源で生成されたイオンは、電極に設けられた開口やスリットを通過して加速される。なお、イオンドーピング装置の構成は上述したものに限定されず、必要に応じてその構成を変更することができる。 The acceleration mechanism includes electrodes such as an extraction electrode, an acceleration electrode, a deceleration electrode, and a ground electrode, and a power source for supplying power to these electrodes. The electrode constituting the acceleration mechanism is provided with a plurality of openings and slits, and ions generated by the ion source are accelerated through the openings and slits provided in the electrodes. The configuration of the ion doping apparatus is not limited to that described above, and the configuration can be changed as necessary.
本実施の形態では、イオンドーピング装置を用い、水素ガスから生成されるイオンを半導体基板100に添加する場合について説明する。プラズマソースガスとしては、水素または水素を含むガスを供給する。例えば、水素ガスを励起してプラズマを生成し、質量分離せずに、プラズマ中に含まれるイオンを加速し、加速されたイオンを半導体基板100に照射する。 In this embodiment, the case where ions generated from hydrogen gas are added to the semiconductor substrate 100 using an ion doping apparatus will be described. As the plasma source gas, hydrogen or a gas containing hydrogen is supplied. For example, plasma is generated by exciting hydrogen gas, ions included in the plasma are accelerated without mass separation, and the semiconductor substrate 100 is irradiated with the accelerated ions.
上記イオンの添加処理においては、水素ガスから生成されるイオン種(H+、H2 +、H3 +)の総量に対してH3 +の割合を50%以上とする。より好ましくは、H3 +の割合を80%以上とする。プラズマ中のH3 +イオンの割合を高くすることで、半導体基板100に水素イオンを効率良く添加することができる。 In the ion addition treatment, the ratio of H 3 + to the total amount of ion species (H + , H 2 + , H 3 + ) generated from hydrogen gas is set to 50% or more. More preferably, the ratio of H 3 + is 80% or more. By increasing the ratio of H 3 + ions in the plasma, hydrogen ions can be efficiently added to the semiconductor substrate 100.
なお、H3 +イオンはH+イオンの3倍の質量を持つことから、同じ深さに水素原子を1つ添加する場合、H3 +イオンの加速電圧は、H+イオンの加速電圧の3倍にすることが可能である。これにより、イオンの照射工程のタクトタイムを短縮することが可能となり、生産性やスループットの向上を図ることができる。また、同じ質量のイオンを照射することで、半導体基板100の同じ深さに集中させてイオンを添加することができる。 In the case H 3 + ions are because of its 3-fold the mass of H + ions, which one hydrogen atom is added to the same depth, the acceleration voltage of H 3 + ions, 3 an accelerating voltage of H + ions It is possible to double. As a result, the tact time of the ion irradiation process can be shortened, and productivity and throughput can be improved. Further, by irradiating ions with the same mass, the ions can be added while being concentrated at the same depth of the semiconductor substrate 100.
イオンドーピング装置は比較的廉価であり、大面積処理に優れているため、イオンドーピング装置を用いてH3 +を照射することで低コスト化、及び生産性向上などの効果を得ることができる。また、イオンドーピング装置を用いた場合には、重金属も同時に半導体基板に添加される場合もあるが、前述したハロゲンを含有する絶縁層102を介してイオンの照射を行うことによって、重金属による半導体基板100の汚染を防ぐことができる。 Since the ion doping apparatus is relatively inexpensive and excellent in large-area processing, effects such as cost reduction and productivity improvement can be obtained by irradiating H 3 + using the ion doping apparatus. When an ion doping apparatus is used, heavy metal may be added to the semiconductor substrate at the same time. By irradiating ions through the above-described insulating layer 102 containing halogen, the semiconductor substrate made of heavy metal is used. 100 contamination can be prevented.
また、脆化領域104の形成は、イオン注入装置を用いて行っても良い。イオン注入装置は、ソースガスをプラズマ励起して生成された複数のイオン種を質量分離し、チャンバー内に配置された被処理体に特定のイオン種を照射する質量分離型の装置である。イオン注入装置を用いる場合には、水素ガスやPH3を励起して生成されたH+イオン、H2 +イオン、H3 +イオンを質量分離して、これらのいずれかを半導体基板100に照射する。 The embrittlement region 104 may be formed using an ion implantation apparatus. The ion implantation apparatus is a mass separation type apparatus that mass-separates a plurality of ion species generated by plasma excitation of a source gas and irradiates a target object disposed in a chamber with specific ion species. When an ion implantation apparatus is used, H + ions, H 2 + ions, and H 3 + ions generated by exciting hydrogen gas or PH 3 are mass-separated and the semiconductor substrate 100 is irradiated with any of these. To do.
イオン注入装置では、半導体基板100に対して単一のイオンを照射することが可能であり、半導体基板100の同じ深さに集中させてイオンを添加することができる。このため、半導体基板100に添加されるイオンのデプスプロファイルはシャープとなり、分離される半導体層の表面平坦性が比較的良好となる。また、その電極構造から、半導体層の重金属による汚染は比較的少ないという特徴を持つ。 In the ion implantation apparatus, it is possible to irradiate a single ion to the semiconductor substrate 100, and ions can be added while being concentrated at the same depth of the semiconductor substrate 100. For this reason, the depth profile of the ions added to the semiconductor substrate 100 becomes sharp, and the surface flatness of the separated semiconductor layer becomes relatively good. In addition, due to the electrode structure, the semiconductor layer is characterized by relatively little contamination by heavy metals.
次に、絶縁層102が形成された半導体基板100を洗浄する工程を行う。この洗浄工程は、純水による超音波洗浄や、純水と窒素による2流体ジェット洗浄などで行うと良い。超音波洗浄としては、メガヘルツ超音波洗浄(メガソニック洗浄)を用いることが好ましい。半導体基板100は、超音波洗浄や2流体ジェット洗浄の後にオゾン水で洗浄しても良い。オゾン水で洗浄することで、有機物の除去と、絶縁層102表面の親水性を向上させる表面の活性化処理を行うことができる。 Next, a step of cleaning the semiconductor substrate 100 over which the insulating layer 102 is formed is performed. This cleaning step may be performed by ultrasonic cleaning with pure water, two-fluid jet cleaning with pure water and nitrogen, or the like. As the ultrasonic cleaning, megahertz ultrasonic cleaning (megasonic cleaning) is preferably used. The semiconductor substrate 100 may be cleaned with ozone water after ultrasonic cleaning or two-fluid jet cleaning. By washing with ozone water, organic substances can be removed and the surface can be activated to improve the hydrophilicity of the surface of the insulating layer 102.
絶縁層102の表面の活性化処理は、オゾン水による洗浄の他、原子ビームまたはイオンビームの照射処理、紫外線処理、オゾン処理、プラズマ処理、バイアス印加プラズマ処理またはラジカル処理で行うことができる(図6の工程(A−4)参照)。原子ビームまたはイオンビームを利用する場合には、アルゴン等の不活性ガス中性原子ビームまたは不活性ガスイオンビームを用いることができる。 The surface activation treatment of the insulating layer 102 can be performed by cleaning with ozone water, irradiation treatment with an atomic beam or ion beam, ultraviolet treatment, ozone treatment, plasma treatment, biased plasma treatment, or radical treatment (see FIG. Step 6 (A-4)). When an atomic beam or an ion beam is used, an inert gas neutral atom beam or inert gas ion beam such as argon can be used.
ここで、オゾン処理の一例を説明する。例えば、酸素を含む雰囲気下で紫外線(UV)を照射することにより、被処理体表面にオゾン処理を行うことができる。酸素を含む雰囲気下で紫外線を照射するオゾン処理は、UVオゾン処理または紫外線オゾン処理などとも呼ばれる。酸素を含む雰囲気下において、紫外線のうち200nm未満の波長を含む光と200nm以上の波長を含む光を照射することにより、オゾンを生成させるとともに、オゾンから一重項酸素を生成させることができる。また、紫外線のうち180nm未満の波長を含む光を照射することにより、オゾンを生成させるとともに、オゾンから一重項酸素を生成させることもできる。 Here, an example of ozone treatment will be described. For example, the surface of the object to be processed can be subjected to ozone treatment by irradiation with ultraviolet light (UV) in an atmosphere containing oxygen. The ozone treatment in which ultraviolet rays are irradiated in an atmosphere containing oxygen is also called UV ozone treatment or ultraviolet ozone treatment. In an atmosphere containing oxygen, irradiation with light having a wavelength of less than 200 nm and light having a wavelength of 200 nm or more of ultraviolet light can generate ozone and singlet oxygen can be generated from ozone. Further, by irradiating light including a wavelength of less than 180 nm among ultraviolet rays, ozone can be generated and singlet oxygen can be generated from ozone.
酸素を含む雰囲気下で、200nm未満の波長を含む光及び200nm以上の波長を含む光を照射することにより起きる反応例を以下に示す。
O2+hν1(λ1nm)→O(3P)+O(3P) (1)
O(3P)+O2→O3 (2)
O3+hν2(λ2nm)→O(1D)+O2 (3)
Examples of reactions that occur by irradiation with light having a wavelength of less than 200 nm and light having a wavelength of 200 nm or more in an atmosphere containing oxygen are shown below.
O 2 + hν 1 (λ 1 nm) → O ( 3 P) + O ( 3 P) (1)
O ( 3 P) + O 2 → O 3 (2)
O 3 + hν 2 (λ 2 nm) → O ( 1 D) + O 2 (3)
上記反応式(1)において、酸素(O2)を含む雰囲気下で200nm未満の波長(λ1nm)を含む光(hν1)を照射することにより基底状態の酸素原子(O(3P))が生成される。 In the above reaction formula (1), irradiation with light (hν 1 ) containing a wavelength (λ 1 nm) of less than 200 nm in an atmosphere containing oxygen (O 2 ) results in ground-state oxygen atoms (O ( 3 P) ) Is generated.
次に、反応式(2)において、基底状態の酸素原子(O(3P))と酸素(O2)とが反応してオゾン(O3)が生成される。 Next, in reaction formula (2), ground state oxygen atoms (O ( 3 P)) and oxygen (O 2 ) react to generate ozone (O 3 ).
そして、反応式(3)において、生成されたオゾン(O3)を含む雰囲気下で200nm以上の波長(λ2nm)を含む光(hν2)が照射されることにより、励起状態の一重項酸素O(1D)が生成される。 In the reaction formula (3), light (hν 2 ) including a wavelength (λ 2 nm) of 200 nm or more is irradiated in an atmosphere including the generated ozone (O 3 ), whereby a singlet in an excited state. Oxygen O ( 1 D) is generated.
酸素を含む雰囲気下において、紫外線のうち200nm未満の波長を含む光を照射することによりオゾンを生成させるとともに、200nm以上の波長を含む光を照射することによりオゾンを分解して一重項酸素を生成する。上記のようなオゾン処理は、例えば、酸素を含む雰囲気下での低圧水銀ランプの照射(λ1=185nm、λ2=254nm)により行うことができる。 In an atmosphere containing oxygen, ozone is generated by irradiating light having a wavelength of less than 200 nm among ultraviolet rays, and singlet oxygen is generated by decomposing ozone by irradiating light having a wavelength of 200 nm or more. To do. The ozone treatment as described above can be performed, for example, by irradiation with a low-pressure mercury lamp (λ 1 = 185 nm, λ 2 = 254 nm) in an atmosphere containing oxygen.
また、酸素を含む雰囲気下で、180nm未満の波長を含む光を照射することにより起きる反応例を示す。
O2+hν3(λ3nm)→O(1D)+O(3P) (4)
O(3P)+O2→O3 (5)
O3+hν3(λ3nm)→O(1D)+O2 (6)
An example of a reaction that occurs by irradiation with light having a wavelength of less than 180 nm in an oxygen-containing atmosphere is shown.
O 2 + hν 3 (λ 3 nm) → O ( 1 D) + O ( 3 P) (4)
O ( 3 P) + O 2 → O 3 (5)
O 3 + hν 3 (λ 3 nm) → O ( 1 D) + O 2 (6)
上記反応式(4)において、酸素(O2)を含む雰囲気下で180nm未満の波長(λ3nm)を含む光(hν3)を照射することにより、励起状態の一重項酸素(O(1D))と基底状態の酸素原子(O(3P))が生成する。 In the reaction formula (4), irradiation with light (hν 3 ) containing a wavelength (λ 3 nm) of less than 180 nm in an atmosphere containing oxygen (O 2 ) results in singlet oxygen (O ( 1 D)) and a ground state oxygen atom (O ( 3 P)).
次に、反応式(5)において、基底状態の酸素原子(O(3P))と酸素(O2)とが反応してオゾン(O3)が生成する。 Next, in reaction formula (5), oxygen atoms (O ( 3 P)) in the ground state and oxygen (O 2 ) react to generate ozone (O 3 ).
反応式(6)において、生成されたオゾン(O3)を含む雰囲気下で180nm未満の波長(λ3nm)を含む光(hν3)が照射されることにより、励起状態の一重項酸素(O(1D))と酸素(O2)が生成される。 In the reaction formula (6), light (hν 3 ) containing a wavelength (λ 3 nm) of less than 180 nm is irradiated in an atmosphere containing the generated ozone (O 3 ), whereby singlet oxygen ( O ( 1 D)) and oxygen (O 2 ) are produced.
酸素を含む雰囲気下において、紫外線のうち180nm未満の波長を含む光を照射することによりオゾンを生成させるとともに、オゾンまたは酸素を分解して一重項酸素を生成する。上記のようなオゾン処理は、例えば、酸素を含む雰囲気下でのXeエキシマUVランプの照射(λ3=172nm)により行うことができる。 In an atmosphere containing oxygen, ozone is generated by irradiating light having a wavelength of less than 180 nm among ultraviolet rays, and ozone or oxygen is decomposed to generate singlet oxygen. The ozone treatment as described above can be performed, for example, by irradiation with a Xe excimer UV lamp (λ 3 = 172 nm) in an atmosphere containing oxygen.
上記200nm未満の波長を含む光を照射することにより、被処理体表面に付着する有機物の化学結合は切断される。そして、オゾンまたはオゾンから生成された一重項酸素により被処理体表面に付着する有機物、または化学結合を切断した有機物などを酸化分解して除去することができる。上記のようなオゾン処理を行うことで、被処理体表面の親水性及び清浄性を高めることができ、接合を良好に行うことができる。 By irradiating with light having a wavelength of less than 200 nm, the chemical bond of the organic substance attached to the surface of the object to be processed is cut. Then, the organic substance adhering to the surface of the object to be processed or the organic substance having a broken chemical bond can be removed by oxidative decomposition by ozone or singlet oxygen generated from ozone. By performing the ozone treatment as described above, the hydrophilicity and cleanliness of the surface of the object to be processed can be improved, and bonding can be performed satisfactorily.
酸素を含む雰囲気下で紫外線を照射することによりオゾンが生成される。オゾンは、被処理体表面に付着する有機物の除去に効果を奏する。また、一重項酸素もオゾンと同等またはそれ以上に、被処理体表面に付着する有機物の除去に効果を奏する。オゾン及び一重項酸素は、活性状態にある酸素の例であり、総称して活性酸素とも言われる。上記反応式等で説明したとおり、一重項酸素を生成する際にオゾンが生じる、またはオゾンから一重項酸素を生成する反応もあるため、ここでは一重項酸素が寄与する反応も含めて、便宜的にオゾン処理と称する。 Ozone is generated by irradiating ultraviolet rays in an atmosphere containing oxygen. Ozone is effective in removing organic substances adhering to the surface of the object to be processed. Singlet oxygen is also effective in removing organic substances adhering to the surface of the object to be processed, equivalent to or higher than ozone. Ozone and singlet oxygen are examples of oxygen in an active state, and are collectively referred to as active oxygen. As explained in the above reaction formulas and the like, ozone is generated when singlet oxygen is generated, or there is a reaction that generates singlet oxygen from ozone. This is called ozone treatment.
次に、ベース基板120に対し、半導体基板100との貼り合わせの準備を行う工程について説明する。当該工程は、ベース基板120に対する処理に関するものであり、図6の工程Bに相当する。 Next, a process for preparing the base substrate 120 for bonding to the semiconductor substrate 100 will be described. This process relates to a process for the base substrate 120 and corresponds to the process B in FIG.
まず、ベース基板120を準備する(図6の工程(B−1)参照)。ベース基板120としては、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどの電子工業用に使われる各種ガラス基板の他、石英基板、セラミック基板、サファイア基板などを用いることができる。更に、ベース基板120として単結晶半導体基板(例えば、単結晶シリコン基板)や多結晶半導体基板(例えば、多結晶シリコン基板)を用いてもよい。例えば、多結晶シリコン基板は、単結晶シリコン基板より安価であり、ガラス基板より耐熱性が高いという利点を有している。 First, the base substrate 120 is prepared (see step (B-1) in FIG. 6). As the base substrate 120, a quartz substrate, a ceramic substrate, a sapphire substrate, and the like can be used in addition to various glass substrates used for the electronic industry such as aluminosilicate glass, barium borosilicate glass, and aluminoborosilicate glass. Further, a single crystal semiconductor substrate (for example, a single crystal silicon substrate) or a polycrystalline semiconductor substrate (for example, a polycrystalline silicon substrate) may be used as the base substrate 120. For example, a polycrystalline silicon substrate is advantageous in that it is cheaper than a single crystal silicon substrate and has higher heat resistance than a glass substrate.
ベース基板120としてガラス基板を用いる場合には、例えば、液晶パネルの製造用に開発されたマザーガラス基板を用いることが好ましい。マザーガラスとしては、第3世代(550mm×650mm)、第3.5世代(600mm×720mm)、第4世代(680mm×880mmまたは、730mm×920mm)、第5世代(1100mm×1300mm)、第6世代(1500mm×1850mm)、第7世代(1870mm×2200mm)、第8世代(2200mm×2400mm)、第9世代(2400mm×2800mm)、第10世代(2850mm×3050mm)などのサイズのものが知られている。大面積のマザーガラス基板をベース基板120として用いてSOI基板を製造することで、SOI基板の大面積化が実現できる。SOI基板の大面積化が実現すれば、一度に複数の半導体装置を製造することができ、1枚の基板から製造される半導体装置の取り数が増加するため、生産性を飛躍的に向上させることができる。 When a glass substrate is used as the base substrate 120, for example, a mother glass substrate developed for manufacturing a liquid crystal panel is preferably used. As the mother glass, the third generation (550 mm × 650 mm), the third generation (600 mm × 720 mm), the fourth generation (680 mm × 880 mm or 730 mm × 920 mm), the fifth generation (1100 mm × 1300 mm), the sixth Generation (1500mm x 1850mm), 7th generation (1870mm x 2200mm), 8th generation (2200mm x 2400mm), 9th generation (2400mm x 2800mm), 10th generation (2850mm x 3050mm), etc. are known ing. By manufacturing an SOI substrate using a large-area mother glass substrate as the base substrate 120, an increase in the area of the SOI substrate can be realized. If an SOI substrate with a large area is realized, a plurality of semiconductor devices can be manufactured at a time, and the number of semiconductor devices manufactured from a single substrate increases, thereby dramatically improving productivity. be able to.
また、ベース基板120上には、絶縁層122を形成しておくことが好ましい(図6の工程(B−2)参照)。ここで、ベース基板120上に形成する絶縁層122は必須の構成ではないが、バリア膜としても機能する窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、または窒化酸化アルミニウム膜などを形成しておくことが好ましい。バリア膜は、ベース基板120から半導体基板100への不純物の拡散を防ぐことができる。 In addition, an insulating layer 122 is preferably formed over the base substrate 120 (see step (B-2) in FIG. 6). Here, the insulating layer 122 formed over the base substrate 120 is not an essential component; however, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, an aluminum nitride film, an aluminum nitride oxide film, or the like that also functions as a barrier film is formed. It is preferable to keep. The barrier film can prevent impurities from diffusing from the base substrate 120 to the semiconductor substrate 100.
また、絶縁層122は接合層として用いるため、接合不良を抑制するためには絶縁層122の表面を平滑とすることが好ましい。具体的には、絶縁層122の表面の平均面粗さ(Ra)を0.50nm以下、自乗平均粗さ(Rms)を0.60nm以下、より好ましくは、平均面粗さを0.35nm以下、自乗平均粗さを0.45nm以下となるように絶縁層122を形成する。膜厚は、10nm以上200nm以下、好ましくは50nm以上100nm以下の範囲で適宜設定する。 In addition, since the insulating layer 122 is used as a bonding layer, the surface of the insulating layer 122 is preferably smoothed in order to suppress bonding failure. Specifically, the average surface roughness (Ra) of the surface of the insulating layer 122 is 0.50 nm or less, the root mean square roughness (Rms) is 0.60 nm or less, and more preferably the average surface roughness is 0.35 nm or less. The insulating layer 122 is formed so that the root mean square roughness is 0.45 nm or less. The film thickness is appropriately set in the range of 10 nm to 200 nm, preferably 50 nm to 100 nm.
貼り合わせを行う前に、ベース基板120の表面を洗浄する。ベース基板120の表面の洗浄は、塩酸と過酸化水素水を用いた洗浄や、メガヘルツ超音波洗浄、2流体ジェット洗浄、オゾン水による洗浄などを用いて行うと良い。また、絶縁層102と同様に、絶縁層122の表面に、原子ビームまたはイオンビームの照射処理、紫外線処理、オゾン処理、プラズマ処理、バイアス印加プラズマ処理またはラジカル処理などの表面活性化処理を行ってから貼り合わせを行うと良い(図6の工程(B−3)参照)。 Before the bonding, the surface of the base substrate 120 is cleaned. The surface of the base substrate 120 may be cleaned using cleaning using hydrochloric acid and hydrogen peroxide, megahertz ultrasonic cleaning, two-fluid jet cleaning, cleaning using ozone water, or the like. Similarly to the insulating layer 102, surface activation treatment such as atomic beam or ion beam irradiation treatment, ultraviolet treatment, ozone treatment, plasma treatment, bias application plasma treatment, or radical treatment is performed on the surface of the insulating layer 122. (See step (B-3) in FIG. 6).
次に、半導体基板100とベース基板120を貼り合わせ、半導体基板100を半導体層124と半導体基板121に分離する工程について説明する。当該工程は、図6の工程Cに相当する。 Next, a process of bonding the semiconductor substrate 100 and the base substrate 120 and separating the semiconductor substrate 100 into the semiconductor layer 124 and the semiconductor substrate 121 will be described. This step corresponds to step C in FIG.
まず、上述の工程を経た半導体基板100とベース基板120を貼り合わせる(図4(A)及び、図6の工程(C−1)参照)。ここでは、絶縁層102及び絶縁層122を介して、半導体基板100とベース基板120を貼り合わせるが、絶縁層が形成されていない場合はこの限りでない。 First, the semiconductor substrate 100 and the base substrate 120 that have undergone the above-described steps are bonded together (see FIG. 4A and the step (C-1) in FIG. 6). Here, the semiconductor substrate 100 and the base substrate 120 are attached to each other with the insulating layer 102 and the insulating layer 122 interposed therebetween, but this is not the case when the insulating layer is not formed.
貼り合わせは、ベース基板120の端の一箇所に0.1N/cm2以上500N/cm2以下、好ましくは1N/cm2以上20N/cm2以下程度の圧力を加えることで実現される。ベース基板120の一部に圧力をかけると、その部分から半導体基板100との接合が始まり、更に自発的に接合が全面に広がってベース基板120と半導体基板100との貼り合わせが完了する。当該貼り合わせは、ファン・デル・ワールス力などを原理とするものであり、室温でも強固な接合状態が形成される。 The bonding is realized by applying a pressure of 0.1 N / cm 2 or more and 500 N / cm 2 or less, preferably 1 N / cm 2 or more and 20 N / cm 2 or less to one end of the base substrate 120. When pressure is applied to a part of the base substrate 120, the bonding with the semiconductor substrate 100 starts from that part, and the bonding is spontaneously spread over the entire surface to complete the bonding between the base substrate 120 and the semiconductor substrate 100. The bonding is based on the principle of van der Waals force and the like, and a strong bonded state is formed even at room temperature.
なお、半導体基板100の周縁部にはエッジロールオフ領域が存在し、当該領域では、半導体基板100上に形成された絶縁層102とベース基板120上に形成された絶縁層122が接触しないことがある。また、エッジロールオフ領域より外側(半導体基板100の端寄り)に存在する面取部でも同様である。 Note that an edge roll-off region exists in the peripheral portion of the semiconductor substrate 100, and the insulating layer 102 formed over the semiconductor substrate 100 and the insulating layer 122 formed over the base substrate 120 may not contact with each other in the region. is there. The same applies to the chamfered portion existing outside the edge roll-off region (near the end of the semiconductor substrate 100).
半導体基板100の作製に用いられるCMP処理では、原理的に半導体基板周縁部の研磨が中央部より早く進む傾向がある。そのため、半導体基板100の周縁部には、半導体基板100の中央部より板厚が薄く、平坦性の低い領域が形成される。当該領域がエッジロールオフ領域である。半導体基板100の端部が面取加工されていない場合であっても、このようなエッジロールオフ領域では、ベース基板120との貼り合わせができないことがある。 In the CMP process used for manufacturing the semiconductor substrate 100, the polishing of the peripheral portion of the semiconductor substrate tends to proceed faster than the central portion in principle. Therefore, a region having a lower thickness and a lower flatness than the central portion of the semiconductor substrate 100 is formed in the peripheral portion of the semiconductor substrate 100. This area is an edge roll-off area. Even in the case where the end portion of the semiconductor substrate 100 is not chamfered, it may be impossible to bond the base substrate 120 to the edge roll-off region.
また、一つのベース基板に複数の半導体基板を貼り合わせる場合には、半導体基板毎に個別の圧力がかかるような機構を用いることが好ましい。この機構を用いることで、半導体基板の厚さが異なっていたとしても、ベース基板と複数の半導体基板を良好に貼り合わせることができる。なお、複数の半導体基板の厚さが異なる場合でも、単一の機構で複数の半導体基板とベース基板とを密着させることができる場合には、この限りでない。 In addition, when a plurality of semiconductor substrates are bonded to one base substrate, it is preferable to use a mechanism that applies an individual pressure to each semiconductor substrate. By using this mechanism, even if the thickness of the semiconductor substrate is different, the base substrate and the plurality of semiconductor substrates can be favorably bonded. Note that this is not the case when the plurality of semiconductor substrates and the base substrate can be brought into close contact with each other even when the thicknesses of the plurality of semiconductor substrates are different.
ベース基板120に半導体基板100を貼り合わせた後には、接合を強化するための熱処理を行うことが好ましい(図6の工程(C−2)参照)。当該熱処理の温度は、脆化領域104に亀裂を発生させない温度、例えば、200℃以上450℃以下とすることが好ましい。 After the semiconductor substrate 100 is bonded to the base substrate 120, heat treatment for strengthening bonding is preferably performed (see step (C-2) in FIG. 6). The temperature of the heat treatment is preferably a temperature at which cracks are not generated in the embrittled region 104, for example, 200 ° C. or higher and 450 ° C. or lower.
また、この温度範囲で加熱した状態でベース基板120に半導体基板100を貼り合わせることでも同様に接合を強化することができる。なお、上述の熱処理は、搬送等の振動による基板の剥離を防止するため、貼り合わせを行った装置または場所において連続的に行うことが好ましい。 In addition, bonding can be similarly strengthened by bonding the semiconductor substrate 100 to the base substrate 120 while being heated in this temperature range. Note that the above heat treatment is preferably performed continuously in an apparatus or a place where bonding is performed in order to prevent the substrate from being peeled off due to vibrations such as conveyance.
なお、半導体基板100とベース基板120とを貼り合わせる際に、接合面にパーティクルなどが付着すると、その部分では貼り合わせが行われない。パーティクルの付着を防ぐためには、半導体基板100とベース基板120との貼り合わせは、気密性が確保された処理室内で行うことが好ましい。更に、半導体基板100とベース基板120とを貼り合わせる際に、処理室内を減圧状態(例えば、5.0×10−3Pa程度)とし、貼り合わせ処理の雰囲気を清浄にするようにしても良い。 Note that when the semiconductor substrate 100 and the base substrate 120 are bonded to each other, if particles or the like adhere to the bonding surface, the bonding is not performed on that portion. In order to prevent adhesion of particles, it is preferable that the semiconductor substrate 100 and the base substrate 120 be bonded in a processing chamber in which airtightness is ensured. Further, when the semiconductor substrate 100 and the base substrate 120 are bonded to each other, the processing chamber may be in a reduced pressure state (for example, about 5.0 × 10 −3 Pa) to clean the bonding process atmosphere. .
次いで、熱処理を行うことで、脆化領域104において半導体基板100を分離し、ベース基板120上に半導体層124を形成するとともに、半導体基板121を形成する(図4(B)及び、図6の工程(C−3)参照)。上述のエッジロールオフ領域及び面取部以外の領域では、半導体基板100とベース基板120とは接合されているため、ベース基板120上には、半導体基板100から分離された半導体層124が固定されることになる。 Next, by performing heat treatment, the semiconductor substrate 100 is separated in the embrittled region 104, the semiconductor layer 124 is formed over the base substrate 120, and the semiconductor substrate 121 is formed (FIG. 4B and FIG. 6). Step (see C-3)). In the region other than the edge roll-off region and the chamfered portion, the semiconductor substrate 100 and the base substrate 120 are bonded to each other, and thus the semiconductor layer 124 separated from the semiconductor substrate 100 is fixed on the base substrate 120. Will be.
ここで、半導体層124を分離するための熱処理の温度は、ベース基板120の歪み点を越えない温度とする。当該熱処理は、RTA(Rapid Thermal Anneal)装置、抵抗加熱炉、またはマイクロ波加熱装置などを用いて行うことができる。 Here, the temperature of the heat treatment for separating the semiconductor layer 124 is set so as not to exceed the strain point of the base substrate 120. The heat treatment can be performed using an RTA (Rapid Thermal Anneal) apparatus, a resistance heating furnace, a microwave heating apparatus, or the like.
RTA装置には、GRTA(Gas Rapid Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal)装置などがある。GRTA装置を用いる場合には、温度550℃以上650℃以下で、処理時間を0.5分以上60分以内とすることができる。抵抗加熱炉を用いる場合は、温度200℃以上650℃以下で、処理時間を2時間以上4時間以内とすることができる。 The RTA apparatus includes a GRTA (Gas Rapid Thermal Anneal) apparatus and an LRTA (Lamp Rapid Thermal Anneal) apparatus. When the GRTA apparatus is used, the treatment time can be set to 0.5 to 60 minutes at a temperature of 550 ° C. to 650 ° C. In the case of using a resistance heating furnace, the treatment time can be 2 hours or more and 4 hours or less at a temperature of 200 ° C. or more and 650 ° C. or less.
また、上記熱処理は、マイクロ波などの照射によって行っても良い。具体的には、例えば、2.45GHzのマイクロ波を900W、5分以上30分以下程度で照射することにより、半導体基板100を分離させることができる。 The heat treatment may be performed by irradiation with microwaves or the like. Specifically, for example, the semiconductor substrate 100 can be separated by irradiating a microwave of 2.45 GHz at 900 W for about 5 minutes to 30 minutes.
半導体層124と半導体基板121には、それぞれイオンが添加された領域である半導体領域129と半導体領域133が残存する。当該領域は、分離前の脆化領域104に対応する。このため、半導体領域129及び半導体領域133は、多くの水素を含み、多くの結晶欠陥が存在する。 In the semiconductor layer 124 and the semiconductor substrate 121, a semiconductor region 129 and a semiconductor region 133 that are regions to which ions are added respectively remain. This region corresponds to the embrittled region 104 before separation. For this reason, the semiconductor region 129 and the semiconductor region 133 contain a lot of hydrogen and have many crystal defects.
また、半導体基板121の貼り合わせが行われなかった領域(具体的には、半導体基板100のエッジロールオフ領域及び面取部に対応する領域)は、凸部126になる。凸部126は、イオンが添加された半導体領域127、未分離の半導体領域125、及び絶縁層123で構成されている。半導体領域127は、半導体領域129などと同様に脆化領域104の一部であったものであるため多くの水素を含み、多くの結晶欠陥を有する。また、半導体領域125は、半導体領域127などと比較して水素の含有量は小さいが、イオンの添加などで生成した結晶欠陥を含んでいる。 In addition, a region where the semiconductor substrate 121 is not bonded (specifically, a region corresponding to the edge roll-off region and the chamfered portion of the semiconductor substrate 100) is a convex portion 126. The protrusion 126 includes a semiconductor region 127 to which ions are added, an unseparated semiconductor region 125, and an insulating layer 123. Since the semiconductor region 127 is a part of the embrittlement region 104 like the semiconductor region 129 and the like, it contains a lot of hydrogen and has many crystal defects. In addition, the semiconductor region 125 has a smaller hydrogen content than the semiconductor region 127 or the like, but includes crystal defects generated by the addition of ions or the like.
次に、ベース基板120に貼り合わせられた半導体層124の表面を平坦化し、結晶性を回復する工程について説明する。当該工程は、図6の工程Dに相当する。 Next, a process of planarizing the surface of the semiconductor layer 124 bonded to the base substrate 120 and restoring crystallinity will be described. This step corresponds to step D in FIG.
ベース基板120に密着された半導体層124上の半導体領域133は、結晶欠陥を含む脆化領域104の一部であったものであり、平坦性が損なわれている。よって、半導体領域133を研磨などによって除去し、半導体層124の表面を平坦化しても良い(図4(C)及び、図6の工程(D−1)参照)。 The semiconductor region 133 over the semiconductor layer 124 that is in close contact with the base substrate 120 is a part of the embrittled region 104 including crystal defects, and flatness is impaired. Therefore, the semiconductor region 133 may be removed by polishing or the like, and the surface of the semiconductor layer 124 may be planarized (see FIG. 4C and FIG. 6D-1).
平坦化は必須ではないが、平坦化を行うことで、半導体層と、後に半導体層表面に形成される層(例えば、絶縁層)との界面の特性を向上させることができる。具体的に研磨は、CMP処理または液体ジェット研磨などにより行うことができる。ここで、半導体領域133を除去する際に半導体層124の一部も研磨され、半導体層124が薄膜化されることもある。 Although planarization is not essential, planarization can improve the characteristics of the interface between the semiconductor layer and a layer (eg, an insulating layer) formed later on the surface of the semiconductor layer. Specifically, the polishing can be performed by CMP treatment or liquid jet polishing. Here, when the semiconductor region 133 is removed, part of the semiconductor layer 124 is also polished, and the semiconductor layer 124 may be thinned.
また、半導体領域133をエッチングによって除去し、半導体層124を平坦化することもできる。上記エッチングには、例えば、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)法、ICP(Inductively Coupled Plasma)エッチング法、ECR(Electron Cyclotron Resonance)エッチング法、平行平板型(容量結合型)エッチング法、マグネトロンプラズマエッチング法、2周波プラズマエッチング法またはヘリコン波プラズマエッチング法等のドライエッチング法を用いることができる。なお、上記研磨と上記エッチングの両方を用いて、半導体領域133を除去し、半導体層124の表面を平坦化してもよい。 Alternatively, the semiconductor region 133 can be removed by etching, and the semiconductor layer 124 can be planarized. Examples of the etching include a reactive ion etching (RIE) method, an ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method, an ECR (Electron Cyclotron Resonance) etching method, a parallel plate type (capacitive coupling type) etching method, and a magnetron. A dry etching method such as a plasma etching method, a two-frequency plasma etching method, or a helicon wave plasma etching method can be used. Note that the semiconductor region 133 may be removed by using both the polishing and the etching, and the surface of the semiconductor layer 124 may be planarized.
また、上記研磨及び上記エッチングにより、半導体層124の表面を平坦化するとともに、後に形成される半導体素子にとって最適な厚さまで半導体層124を薄膜化することができる。 Further, by the polishing and the etching, the surface of the semiconductor layer 124 can be planarized and the semiconductor layer 124 can be thinned to an optimum thickness for a semiconductor element to be formed later.
また、結晶欠陥の低減及び平坦性向上のために、半導体領域133及び半導体層124にレーザ光を照射しても良い(図6の工程(D−2)参照)。 In addition, the semiconductor region 133 and the semiconductor layer 124 may be irradiated with laser light in order to reduce crystal defects and improve planarity (see step (D-2) in FIG. 6).
なお、ドライエッチングにより半導体領域133を除去し、半導体層124の表面を平坦化している場合は、半導体層124の表面付近では欠陥が生じていることがある。このような場合には、上記レーザ光の照射により、該欠陥を補修することが可能である。 Note that in the case where the semiconductor region 133 is removed by dry etching and the surface of the semiconductor layer 124 is planarized, defects may occur near the surface of the semiconductor layer 124. In such a case, the defect can be repaired by irradiation with the laser beam.
レーザ光の照射工程では、ベース基板120の温度上昇を小さくできるため、耐熱性の低い基板をベース基板120として用いることが可能になる。当該レーザ光の照射によって、半導体領域133を完全溶融し、半導体層124は部分溶融させることが好ましい。 In the laser light irradiation step, the temperature rise of the base substrate 120 can be reduced, so that a substrate with low heat resistance can be used as the base substrate 120. It is preferable that the semiconductor region 133 is completely melted and the semiconductor layer 124 is partially melted by the laser light irradiation.
半導体層124を完全溶融させると、液相となった半導体層124での無秩序な核発生によって半導体層124が再結晶化することとなり、半導体層124の結晶性が低下してしまう。半導体層124を部分溶融させることで、溶融されていない固相部分から結晶成長が進行し、半導体層124の結晶欠陥が減少され、結晶性が回復する。 When the semiconductor layer 124 is completely melted, the semiconductor layer 124 is recrystallized due to disordered nucleation in the semiconductor layer 124 in a liquid phase, so that the crystallinity of the semiconductor layer 124 is lowered. By partially melting the semiconductor layer 124, crystal growth proceeds from a solid phase portion that is not melted, crystal defects in the semiconductor layer 124 are reduced, and crystallinity is recovered.
なお、半導体層124が完全溶融するとは、半導体層124が絶縁層102との界面まで溶融され、液体状態になることをいう。一方、半導体層124が部分溶融するとは、半導体層124の一部(ここでは上層)が溶融して液相となり、別の一部(ここでは下層)が固相を維持することをいう。 Note that the semiconductor layer 124 being completely melted means that the semiconductor layer 124 is melted to the interface with the insulating layer 102 to be in a liquid state. On the other hand, the partial melting of the semiconductor layer 124 means that a part (here, the upper layer) of the semiconductor layer 124 is melted to become a liquid phase, and another part (here, the lower layer) maintains the solid phase.
ここで、レーザ光を照射する工程の前後のどちらかで半導体層124の表面をエッチングしても良い。当該エッチングにより、半導体層124の表面を平坦化するとともに、後に形成される半導体素子にとって最適な厚さまで半導体層124を薄膜化することができる。 Here, the surface of the semiconductor layer 124 may be etched either before or after the step of laser irradiation. By the etching, the surface of the semiconductor layer 124 can be planarized and the semiconductor layer 124 can be thinned to an optimum thickness for a semiconductor element to be formed later.
レーザ光を照射した後には、半導体層124に500℃以上650℃以下の熱処理を行うことが好ましい(図6の工程(D−3)参照)。この熱処理によって、半導体層124の欠陥をさらに低減させ、また、半導体層124の歪みを緩和させることができる。 After the laser light irradiation, heat treatment at 500 ° C. to 650 ° C. is preferably performed on the semiconductor layer 124 (see step (D-3) in FIG. 6). By this heat treatment, defects in the semiconductor layer 124 can be further reduced and distortion of the semiconductor layer 124 can be reduced.
熱処理には、RTA装置、抵抗加熱炉、またはマイクロ波加熱装置などを用いることができる。RTA装置には、GRTA装置やLRTA装置などがある。例えば、抵抗加熱炉を用いる場合には、600℃で4時間程度の熱処理を行えばよい。 For the heat treatment, an RTA apparatus, a resistance heating furnace, a microwave heating apparatus, or the like can be used. The RTA device includes a GRTA device and an LRTA device. For example, when a resistance heating furnace is used, heat treatment may be performed at 600 ° C. for about 4 hours.
上述の工程により得られたSOI基板を、その後の半導体装置の製造工程に用いて、各種の半導体装置を作製することができる(図6参照)。 Various semiconductor devices can be manufactured by using the SOI substrate obtained by the above-described steps in the subsequent manufacturing steps of the semiconductor device (see FIG. 6).
次に、半導体基板121に再生処理を施し、再生半導体基板を製造する工程について説明する。当該工程は、図6の工程Eに相当する。なお、当該工程の詳細については、実施の形態1を参酌することができるため、ここでは当該工程の概略を説明する。 Next, a process for manufacturing a recycled semiconductor substrate by performing a recycling process on the semiconductor substrate 121 will be described. This step corresponds to step E in FIG. Note that the first embodiment can be referred to for details of the process, and thus an outline of the process will be described here.
半導体基板121の周縁部には凸部126が形成されている(図5(A)参照)。当該凸部126は、イオンが添加された半導体領域127、未分離の半導体領域125、絶縁層123によって構成されている。半導体領域125及び半導体領域127は、上述のイオン照射により結晶欠陥が形成されている。また、半導体基板121の半導体領域129にも結晶欠陥が形成されており、その平坦性は損なわれている。このため、半導体領域125、半導体領域127、及び半導体領域129をまとめて損傷半導体領域と呼ぶことができる。 A protrusion 126 is formed on the peripheral edge of the semiconductor substrate 121 (see FIG. 5A). The protrusion 126 includes a semiconductor region 127 to which ions are added, an unseparated semiconductor region 125, and an insulating layer 123. Crystal defects are formed in the semiconductor region 125 and the semiconductor region 127 by the above-described ion irradiation. In addition, crystal defects are also formed in the semiconductor region 129 of the semiconductor substrate 121, and the flatness is impaired. Therefore, the semiconductor region 125, the semiconductor region 127, and the semiconductor region 129 can be collectively referred to as a damaged semiconductor region.
上記半導体基板121に対して、第1のエッチング処理を行って、半導体基板121の絶縁層123を除去する(図5(B)及び、図6の工程(E−1)参照)。当該工程の詳細については実施の形態1を参酌することができる。 A first etching process is performed on the semiconductor substrate 121 to remove the insulating layer 123 of the semiconductor substrate 121 (see FIG. 5B and step (E-1) in FIG. 6). Embodiment 1 can be referred to for details of this step.
次に、第2のエッチング処理を行って、半導体基板121の凸部126を形成する半導体領域125及び半導体領域127を優先的に除去し、再生半導体基板132を形成する(図5(B)及び、図6の工程(E−2)参照)。また、このとき同時に半導体領域129の除去も行われる。当該工程の詳細についても、実施の形態1を参酌することができる。 Next, a second etching process is performed to preferentially remove the semiconductor region 125 and the semiconductor region 127 that form the protrusions 126 of the semiconductor substrate 121, thereby forming the regenerated semiconductor substrate 132 (FIG. 5B and FIG. FIG. 6 (see step (E-2)). At the same time, the semiconductor region 129 is also removed. Embodiment 1 can also be referred to for details of this step.
ここで、第2のエッチング処理後の半導体基板121の平坦性が十分でない場合には、半導体基板121を研磨して平坦化することができる(図6の工程(E−3)参照)。詳細については実施の形態1を参酌することができる。 Here, when the flatness of the semiconductor substrate 121 after the second etching treatment is not sufficient, the semiconductor substrate 121 can be polished and planarized (see step (E-3) in FIG. 6). Embodiment 1 can be referred to for details.
このように、第1のエッチング処理及び第2のエッチング処理で半導体基板121の凸部126を除去した後、研磨処理を行うことによって、平坦性の高い再生半導体基板132を得ることができる。 As described above, after removing the convex portion 126 of the semiconductor substrate 121 by the first etching process and the second etching process, the polishing process is performed, whereby the regenerated semiconductor substrate 132 with high flatness can be obtained.
以上により、半導体基板121は再生半導体基板132へと再生する。得られた再生半導体基板132は工程Aにおいて半導体基板100として再度利用することができる。 As described above, the semiconductor substrate 121 is regenerated into the regenerated semiconductor substrate 132. The obtained recycled semiconductor substrate 132 can be reused as the semiconductor substrate 100 in the process A.
本実施の形態で示したように、再生処理工程を経た半導体基板を繰り返し使用することによって、SOI基板の製造コストを抑制することができる。特に、本実施の形態等において説明する方法を用いる場合には、損傷半導体領域を優先的に除去することができるため、これまで研磨等で除去されていた基板の損失分を抑制することができ、半導体基板の再生回数、使用回数を増加させることができる。 As shown in this embodiment mode, the manufacturing cost of an SOI substrate can be reduced by repeatedly using a semiconductor substrate that has undergone a regeneration treatment process. In particular, when the method described in this embodiment and the like is used, a damaged semiconductor region can be removed preferentially, so that the loss of the substrate that has been removed by polishing or the like can be suppressed. In addition, the number of times the semiconductor substrate is regenerated and used can be increased.
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 The structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments.
(実施の形態4)
本実施の形態では、耐熱性の高いシリコン基板等をベース基板として用いてSOI基板を作製する場合について説明する。なお、本実施の形態において示す方法は、多くの部分で先の実施の形態と共通している。よって、本実施の形態では、主に相違点について説明することとする。図面については、先の実施の形態と共通であるため、ここでは特に示さない。
(Embodiment 4)
In this embodiment, the case where an SOI substrate is manufactured using a silicon substrate or the like with high heat resistance as a base substrate will be described. Note that the method described in this embodiment mode is common to the above embodiment mode in many parts. Therefore, in the present embodiment, differences will be mainly described. Since the drawing is common to the previous embodiment, it is not particularly shown here.
ボンド基板として用いられる半導体基板に絶縁層及び脆化領域を形成する。絶縁層、脆化領域の形成を含む半導体基板に対する処理等については、先の実施の形態に示したものと同様である。よって、これらの詳細に関しては、先の実施の形態の記載を参酌できる。 An insulating layer and an embrittlement region are formed in a semiconductor substrate used as a bond substrate. The processing for the semiconductor substrate including the formation of the insulating layer and the embrittlement region is the same as that described in the above embodiment. Therefore, the description of the above embodiment can be referred to for these details.
本実施の形態では、ベース基板として耐熱性の高い基板を用いる。耐熱性の高い基板の例としては、石英基板、サファイア基板、または半導体基板(例えば、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板)などがある。本実施の形態では、ベース基板として単結晶シリコン基板を用いる場合について説明する。 In this embodiment, a substrate having high heat resistance is used as the base substrate. Examples of the substrate having high heat resistance include a quartz substrate, a sapphire substrate, and a semiconductor substrate (for example, a single crystal silicon substrate or a polycrystalline silicon substrate). In this embodiment, the case where a single crystal silicon substrate is used as a base substrate is described.
単結晶シリコン基板としては、直径5インチ(約125mm)、直径6インチ(約150mm)、直径8インチ(約200mm)、直径12インチ(約300mm)、直径16インチ(約400mm)サイズの円形のものが代表的である。なお、形状は円形に限られず矩形状等に加工したシリコン基板を用いることも可能である。以下の説明では、ベース基板として、矩形状の単結晶シリコン基板を用いる場合について説明する。なお、ベース基板とボンド基板の大きさは、同程度としても良いし、異なっていても良い。 As a single crystal silicon substrate, a circular shape having a diameter of 5 inches (about 125 mm), a diameter of 6 inches (about 150 mm), a diameter of 8 inches (about 200 mm), a diameter of 12 inches (about 300 mm), and a diameter of 16 inches (about 400 mm). Things are typical. The shape is not limited to a circular shape, and a silicon substrate processed into a rectangular shape or the like can also be used. In the following description, a case where a rectangular single crystal silicon substrate is used as the base substrate will be described. Note that the base substrate and the bond substrate may have the same size or different sizes.
ベース基板の表面は、硫酸過水、アンモニア過水、塩酸過水、希フッ酸などを用いて適宜洗浄しておくことが好ましい。また、希フッ酸とオゾン水を交互に吐出してベース基板の表面を洗浄してもよい。 The surface of the base substrate is preferably cleaned as appropriate using sulfuric acid / hydrogen peroxide, ammonia / hydrogen peroxide, dilute hydrofluoric acid, or the like. Alternatively, the surface of the base substrate may be cleaned by alternately discharging dilute hydrofluoric acid and ozone water.
ベース基板上には、絶縁層を形成しても良い。ベース基板上に絶縁層を形成する場合には、ボンド基板側の絶縁層を省略した構成とすることもできる。絶縁層は、単層だけでなく、複数の絶縁膜の積層でも良い。絶縁層には、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜などのシリコンを組成に含む絶縁膜を用いることができる。 An insulating layer may be formed over the base substrate. In the case where an insulating layer is formed over the base substrate, a structure in which the insulating layer on the bond substrate side is omitted can be employed. The insulating layer is not limited to a single layer, and may be a stack of a plurality of insulating films. As the insulating layer, an insulating film containing silicon as a composition such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or a silicon nitride oxide film can be used.
一例として、上記絶縁層を熱酸化処理によって形成することができる。熱酸化処理としては、ドライ酸化を用いることが好ましく、酸化雰囲気中にハロゲンまたはハロゲンを含むガスを添加しても良い。ハロゲンまたはハロゲンを含むガスとしては、HCl、HF、NF3、HBr、Cl2、ClF、BCl3、F2、Br2などから選ばれた一種または複数種のガスを用いることができる。 As an example, the insulating layer can be formed by thermal oxidation treatment. As the thermal oxidation treatment, dry oxidation is preferably used, and halogen or a gas containing halogen may be added to the oxidizing atmosphere. As the halogen or a gas containing halogen, one or more kinds of gases selected from HCl, HF, NF 3 , HBr, Cl 2 , ClF, BCl 3 , F 2 , Br 2, and the like can be used.
貼り合わせを行う前には、ベース基板の表面を洗浄する。ベース基板の表面の洗浄は、塩酸と過酸化水素水を用いた洗浄や、メガヘルツ超音波洗浄、2流体ジェット洗浄、またはオゾン水による洗浄などを用いて行うと良い。また、表面に、原子ビームまたはイオンビームの照射処理、紫外線処理、オゾン処理、プラズマ処理、バイアス印加プラズマ処理またはラジカル処理などの表面活性化処理を行ってから貼り合わせを行っても良い。 Before the bonding, the surface of the base substrate is cleaned. The surface of the base substrate is preferably cleaned using cleaning using hydrochloric acid and hydrogen peroxide, megahertz ultrasonic cleaning, two-fluid jet cleaning, or cleaning using ozone water. Alternatively, the surfaces may be bonded after performing surface activation treatment such as irradiation treatment with an atomic beam or ion beam, ultraviolet treatment, ozone treatment, plasma treatment, biased plasma treatment or radical treatment.
次に、半導体基板(ボンド基板)とベース基板とを貼り合わせ、半導体基板を分離する。これにより、ベース基板上には、半導体層が形成されることになる。当該工程の詳細については、先の実施の形態を参酌できる。 Next, the semiconductor substrate (bond substrate) and the base substrate are bonded together, and the semiconductor substrate is separated. As a result, a semiconductor layer is formed on the base substrate. For the details of this step, the previous embodiment can be referred to.
本実施の形態では、ベース基板として耐熱性の高い単結晶シリコン基板を用いている。このため、各種熱処理温度の上限を、単結晶シリコン基板の融点付近まで引き上げることが可能である。 In this embodiment, a single crystal silicon substrate with high heat resistance is used as the base substrate. For this reason, it is possible to raise the upper limit of various heat treatment temperatures to near the melting point of the single crystal silicon substrate.
例えば、半導体基板を分離するための熱処理温度の上限を1200℃程度とすることができる。また、当該熱処理の温度を700℃以上とすることにより、ベース基板との接合が一層強化される。 For example, the upper limit of the heat treatment temperature for separating the semiconductor substrate can be about 1200 ° C. Further, by setting the temperature of the heat treatment to 700 ° C. or higher, the bonding with the base substrate is further strengthened.
次に、ベース基板に貼り合わせられた半導体層の表面を平坦化し、結晶性を回復させる。 Next, the surface of the semiconductor layer bonded to the base substrate is planarized to recover crystallinity.
ベース基板に密着された半導体層の表面は、結晶欠陥を含む脆化領域の一部であったものであり、その平坦性は損なわれている。よって、熱処理を行って、結晶欠陥を低減させるとともに、表面の平坦性を向上させることが好ましい。 The surface of the semiconductor layer in close contact with the base substrate is a part of the embrittled region including crystal defects, and the flatness is impaired. Therefore, it is preferable to perform heat treatment to reduce crystal defects and improve surface flatness.
上記熱処理は、800℃以上1300℃以下、代表的には、850℃以上1200℃以下の温度条件で行うことが好ましい。このような比較的高温の条件での熱処理を行うことにより、結晶欠陥を低減し、表面の平坦性を向上させることが可能である。 The heat treatment is preferably performed at a temperature of 800 ° C. to 1300 ° C., typically 850 ° C. to 1200 ° C. By performing heat treatment under such a relatively high temperature condition, crystal defects can be reduced and surface flatness can be improved.
熱処理には、RTA装置、抵抗加熱炉、マイクロ波加熱装置などを用いることができる。例えば、抵抗加熱炉を用いる場合には、950℃以上1150℃以下で1分以上4時間以下程度の熱処理を行えばよい。なお、半導体基板を分離させる際の熱処理を高温で行って、当該熱処理に代えることもできる。 For the heat treatment, an RTA apparatus, a resistance heating furnace, a microwave heating apparatus, or the like can be used. For example, in the case of using a resistance heating furnace, heat treatment may be performed at 950 ° C. to 1150 ° C. for about 1 minute to 4 hours. Note that the heat treatment for separating the semiconductor substrate can be performed at a high temperature to replace the heat treatment.
熱処理前または熱処理後において、半導体層にレーザ光を照射しても良い。レーザ光を照射することによって、熱処理では修復しきれない結晶欠陥をも修復することが可能である。レーザ光照射の詳細については、先の実施の形態を参酌できる。 The semiconductor layer may be irradiated with laser light before or after heat treatment. By irradiating laser light, crystal defects that cannot be repaired by heat treatment can be repaired. For the details of the laser light irradiation, the previous embodiment can be referred to.
また、熱処理の前後を問わず、半導体層上方の半導体領域を研磨等によって除去し、表面を平坦化しても良い。当該平坦化処理によって、半導体層表面を一層平坦にすることができる。具体的に研磨は、CMP処理または液体ジェット研磨などにより、行うことができる。なお、当該処理によって、半導体層が薄膜化されることもある。 Further, the semiconductor region above the semiconductor layer may be removed by polishing or the like before and after the heat treatment to planarize the surface. By the planarization treatment, the surface of the semiconductor layer can be further planarized. Specifically, the polishing can be performed by CMP treatment or liquid jet polishing. Note that the semiconductor layer may be thinned by the treatment.
また、半導体層上方の半導体領域をエッチングによって除去し、平坦化することもできる。上記エッチングには、例えば、反応性イオンエッチング法、ICPエッチング法、ECRエッチング法、平行平板型エッチング法、マグネトロンプラズマエッチング法、2周波プラズマエッチング法またはヘリコン波プラズマエッチング法等のドライエッチング法を用いることができる。なお、上記研磨と上記エッチングの両方を用いて平坦化してもよい。 Further, the semiconductor region above the semiconductor layer can be removed by etching and planarized. For the etching, for example, a dry etching method such as a reactive ion etching method, an ICP etching method, an ECR etching method, a parallel plate etching method, a magnetron plasma etching method, a two-frequency plasma etching method or a helicon wave plasma etching method is used. be able to. Note that planarization may be performed using both the polishing and the etching.
また、上記研磨及び上記エッチングにより、半導体層の表面を平坦化するとともに、後に形成される半導体素子にとって最適な厚さまで半導体層を薄膜化することができる。 Further, by the polishing and the etching, the surface of the semiconductor layer can be planarized and the semiconductor layer can be thinned to an optimum thickness for a semiconductor element to be formed later.
上述の工程により得られたSOI基板を、その後の半導体装置の製造工程に用いて、各種の半導体装置を作製することができる。 Various semiconductor devices can be manufactured by using the SOI substrate obtained by the above-described process in the subsequent manufacturing process of the semiconductor device.
再生処理の詳細については、先の実施の形態を参酌することができる。 For the details of the reproduction process, the previous embodiment can be referred to.
本実施の形態で示したように、再生処理工程を経た半導体基板を繰り返し使用することによって、SOI基板の製造コストを抑制することができる。特に、本実施の形態等において示すような高温での熱処理を用いる場合には、ボンド基板に極僅かな欠陥が残存する場合であっても、良好な特性を有するSOI基板を製造することが可能である。 As shown in this embodiment mode, the manufacturing cost of an SOI substrate can be reduced by repeatedly using a semiconductor substrate that has undergone a regeneration treatment process. In particular, when heat treatment at a high temperature as shown in this embodiment mode or the like is used, an SOI substrate having favorable characteristics can be manufactured even when a slight defect remains in the bond substrate. It is.
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 The structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments.
(実施の形態5)
本実施の形態では、先の実施の形態において作製されたSOI基板を用いて形成した半導体装置の一例を説明する。
(Embodiment 5)
In this embodiment, an example of a semiconductor device formed using the SOI substrate manufactured in the above embodiment will be described.
図7は、nチャネル型トランジスタであるトランジスタ280、及びpチャネル型トランジスタであるトランジスタ281を有する半導体装置の一例である。トランジスタ280及びトランジスタ281は、絶縁層102及び絶縁層122を介してベース基板120上に形成されている。このような複数のトランジスタを組み合わせることで、各種の半導体装置を形成することができる。以下、図7に示す半導体装置の作製方法について説明する。 FIG. 7 illustrates an example of a semiconductor device including the transistor 280 which is an n-channel transistor and the transistor 281 which is a p-channel transistor. The transistor 280 and the transistor 281 are formed over the base substrate 120 with the insulating layer 102 and the insulating layer 122 interposed therebetween. Various semiconductor devices can be formed by combining such a plurality of transistors. Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor device illustrated in FIGS.
はじめに、SOI基板を用意する。SOI基板としては、先の実施の形態で作製したSOI基板を用いることができる。 First, an SOI substrate is prepared. As the SOI substrate, the SOI substrate manufactured in the above embodiment can be used.
次に、エッチングにより、半導体層を分離して島状の半導体層251、及び半導体層252を形成する。半導体層251はnチャネル型のトランジスタを構成し、半導体層252はpチャネル型のトランジスタを構成する。 Next, the semiconductor layers are separated by etching to form island-shaped semiconductor layers 251 and 252. The semiconductor layer 251 constitutes an n-channel transistor, and the semiconductor layer 252 constitutes a p-channel transistor.
半導体層251、半導体層252上に絶縁層254を形成した後、絶縁層254を介して、半導体層251上にゲート電極255を形成し、半導体層252上にゲート電極256を形成する。 After the insulating layer 254 is formed over the semiconductor layers 251 and 252, the gate electrode 255 is formed over the semiconductor layer 251 with the insulating layer 254 interposed therebetween, and the gate electrode 256 is formed over the semiconductor layer 252.
なお、半導体層には、トランジスタのしきい値電圧を制御するために、ホウ素、アルミニウム、ガリウムなどのアクセプタとなる不純物元素、またはリン、ヒ素などのドナーとなる不純物元素を適量添加しておくことが好ましい。例えば、nチャネル型トランジスタが形成される領域にアクセプタとなる不純物元素を添加し、pチャネル型トランジスタが形成される領域にドナーとなる不純物元素を添加する。 Note that an impurity element serving as an acceptor such as boron, aluminum, or gallium, or an impurity element serving as a donor such as phosphorus or arsenic is added to the semiconductor layer in order to control the threshold voltage of the transistor. Is preferred. For example, an impurity element serving as an acceptor is added to a region where an n-channel transistor is formed, and an impurity element serving as a donor is added to a region where a p-channel transistor is formed.
次に、半導体層251にn型の低濃度不純物領域257を形成し、半導体層252にp型の高濃度不純物領域259を形成する。具体的には、まず、pチャネル型トランジスタとなる半導体層252をレジストマスクで覆い、不純物元素を半導体層251に添加して、半導体層251にn型の低濃度不純物領域257を形成する。添加する不純物元素としては、リンまたはヒ素を用いればよい。ゲート電極255がマスクとなることにより、半導体層251に自己整合的にn型の低濃度不純物領域257が形成される。また、半導体層251のゲート電極255と重なる領域はチャネル形成領域258となる。 Next, an n-type low concentration impurity region 257 is formed in the semiconductor layer 251, and a p-type high concentration impurity region 259 is formed in the semiconductor layer 252. Specifically, first, a semiconductor layer 252 to be a p-channel transistor is covered with a resist mask, an impurity element is added to the semiconductor layer 251, and an n-type low-concentration impurity region 257 is formed in the semiconductor layer 251. As an impurity element to be added, phosphorus or arsenic may be used. By using the gate electrode 255 as a mask, an n-type low concentration impurity region 257 is formed in the semiconductor layer 251 in a self-aligning manner. Further, a region of the semiconductor layer 251 that overlaps with the gate electrode 255 becomes a channel formation region 258.
次に、半導体層252を覆うマスクを除去した後、nチャネル型トランジスタとなる半導体層251をレジストマスクで覆う。そして、不純物元素を半導体層252に添加する。添加する不純物元素としては、ホウ素、アルミニウム、ガリウム等を用いればよい。ここでは、ゲート電極256がマスクとして機能して、半導体層252に自己整合的にp型の高濃度不純物領域259が形成される。半導体層252のゲート電極256と重なる領域はチャネル形成領域260となる。なお、ここでは、n型の低濃度不純物領域257を形成した後、p型の高濃度不純物領域259を形成する方法を説明したが、先にp型の高濃度不純物領域259を形成することもできる。 Next, after removing the mask covering the semiconductor layer 252, the semiconductor layer 251 to be an n-channel transistor is covered with a resist mask. Then, an impurity element is added to the semiconductor layer 252. As the impurity element to be added, boron, aluminum, gallium, or the like may be used. Here, the gate electrode 256 functions as a mask, and a p-type high concentration impurity region 259 is formed in the semiconductor layer 252 in a self-aligning manner. A region overlapping with the gate electrode 256 of the semiconductor layer 252 becomes a channel formation region 260. Although the method of forming the p-type high-concentration impurity region 259 after forming the n-type low-concentration impurity region 257 has been described here, the p-type high-concentration impurity region 259 may be formed first. it can.
次に、半導体層251を覆うレジストマスクを除去した後、プラズマCVD法等によって、窒化シリコン等の窒化物や酸化シリコン等の酸化物を含む単層構造または積層構造の絶縁層を形成する。そして、当該絶縁層に垂直方向の異方性エッチングを適用することで、ゲート電極255、ゲート電極256の側面に接するサイドウォール絶縁層261、サイドウォール絶縁層262を形成する。なお、上記異方性エッチングにより、絶縁層254もエッチングされる。 Next, after removing the resist mask covering the semiconductor layer 251, an insulating layer having a single-layer structure or a stacked structure including a nitride such as silicon nitride or an oxide such as silicon oxide is formed by a plasma CVD method or the like. Then, anisotropic etching in the vertical direction is applied to the insulating layer, so that the side wall insulating layer 261 and the side wall insulating layer 262 in contact with the side surfaces of the gate electrode 255 and the gate electrode 256 are formed. Note that the insulating layer 254 is also etched by the anisotropic etching.
次に、半導体層252をレジストマスクで覆い、半導体層251に高ドーズ量で不純物元素を添加する。これにより、ゲート電極255及びサイドウォール絶縁層261がマスクとなり、n型の高濃度不純物領域267が形成される。 Next, the semiconductor layer 252 is covered with a resist mask, and an impurity element is added to the semiconductor layer 251 with a high dose. Thus, the n-type high concentration impurity region 267 is formed using the gate electrode 255 and the sidewall insulating layer 261 as a mask.
不純物元素の活性化処理(熱処理)の後、水素を含む絶縁層268を形成する。絶縁層268を形成後、350℃以上450℃以下の温度による熱処理を行い、絶縁層268中に含まれる水素を半導体層251、及び半導体層252中に拡散させる。絶縁層268は、プロセス温度が350℃以下のプラズマCVD法により窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを堆積することで形成できる。半導体層251、及び半導体層252に水素を供給することで、半導体層251や半導体層252中、またはこれらと絶縁層254との界面での捕獲中心となるような欠陥を効果的に補償することができる。 After the impurity element activation treatment (heat treatment), an insulating layer 268 containing hydrogen is formed. After the insulating layer 268 is formed, heat treatment is performed at a temperature of 350 ° C. to 450 ° C., and hydrogen contained in the insulating layer 268 is diffused into the semiconductor layer 251 and the semiconductor layer 252. The insulating layer 268 can be formed by depositing silicon nitride or silicon nitride oxide by a plasma CVD method with a process temperature of 350 ° C. or lower. By supplying hydrogen to the semiconductor layer 251 and the semiconductor layer 252, defects that become trapping centers in the semiconductor layer 251 and the semiconductor layer 252 or at the interface between them and the insulating layer 254 are effectively compensated. Can do.
その後、層間絶縁層269を形成する。層間絶縁層269は、酸化シリコン、BPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass)などの無機材料を含む絶縁膜、または、ポリイミド、アクリルなどの有機材料を含む絶縁膜、を用いた単層構造または積層構造とすることができる。層間絶縁層269にコンタクトホールを形成した後、配線270を形成する。配線270の形成には、例えば、アルミニウム膜またはアルミニウム合金膜などの低抵抗金属膜をバリアメタル膜で挟んだ3層構造の導電膜を用いることができる。バリアメタル膜には、モリブデン、クロム、チタンなどを用いることができる。 After that, an interlayer insulating layer 269 is formed. The interlayer insulating layer 269 has a single-layer structure or a stacked structure using an insulating film containing an inorganic material such as silicon oxide or BPSG (Boron Phosphorus Silicon Glass), or an insulating film containing an organic material such as polyimide or acrylic. be able to. After a contact hole is formed in the interlayer insulating layer 269, a wiring 270 is formed. For the formation of the wiring 270, for example, a conductive film having a three-layer structure in which a low-resistance metal film such as an aluminum film or an aluminum alloy film is sandwiched between barrier metal films can be used. For the barrier metal film, molybdenum, chromium, titanium, or the like can be used.
以上の工程により、nチャネル型トランジスタとpチャネル型トランジスタを有する半導体装置を作製することができる。本実施の形態の半導体装置に用いるSOI基板は、先の実施の形態で示したように、非常に低コストに製造される。このため、半導体装置の製造に係るコストを抑制することが可能である。 Through the above steps, a semiconductor device including an n-channel transistor and a p-channel transistor can be manufactured. The SOI substrate used in the semiconductor device of this embodiment is manufactured at a very low cost as shown in the previous embodiment. For this reason, it is possible to suppress the cost concerning manufacture of a semiconductor device.
なお、本実施の形態では、図7に係る半導体装置及びその作製方法について説明したが、本発明の一態様に係る半導体装置の構成はこれに限定されない。半導体装置は、トランジスタの他、容量素子、抵抗素子、光電変換素子、発光素子などを有していても良い。 Note that in this embodiment, the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to FIGS. 7A to 7C are described; however, the structure of the semiconductor device according to one embodiment of the present invention is not limited thereto. The semiconductor device may include a capacitor, a resistor, a photoelectric conversion element, a light-emitting element, and the like in addition to the transistor.
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 Note that the structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments.
本実施例では、SOI基板の作製で生じる半導体基板に対して、絶縁層の除去、及び各種エッチャントを用いるウェットエッチングを行った。以下に、その結果を示す。 In this example, the insulating layer was removed and wet etching using various etchants was performed on a semiconductor substrate produced by manufacturing an SOI substrate. The results are shown below.
まず、本実施例で用いた半導体基板について説明する。 First, the semiconductor substrate used in this example will be described.
本実施例では、半導体基板として5インチ角の矩形状単結晶シリコン基板を用いた。まず、半導体基板をHClを含む雰囲気下で熱酸化し、基板表面に100nmの厚さの酸化膜を形成した。熱酸化の条件は、950℃で4時間であり、熱酸化の雰囲気は、HClが酸素に対して3体積%の割合で含まれるものとした。 In this embodiment, a rectangular single crystal silicon substrate of 5 inches square is used as the semiconductor substrate. First, the semiconductor substrate was thermally oxidized in an atmosphere containing HCl to form an oxide film having a thickness of 100 nm on the substrate surface. The thermal oxidation conditions were 950 ° C. for 4 hours, and the thermal oxidation atmosphere contained HCl at a rate of 3% by volume with respect to oxygen.
次に、酸化膜の表面からイオンドーピング装置を用いて半導体基板にイオンを添加した。本実施例では、水素をイオン化して照射することで、半導体基板に脆化領域を形成した。イオンドーピングの条件は、加速電圧を40kV、ドーズを2.0×1016ions/cm2とした。 Next, ions were added from the surface of the oxide film to the semiconductor substrate using an ion doping apparatus. In this example, hydrogen was ionized and irradiated to form an embrittled region in the semiconductor substrate. The ion doping conditions were an acceleration voltage of 40 kV and a dose of 2.0 × 10 16 ions / cm 2 .
そして、半導体基板を、酸化膜を介してガラス基板に貼り合わせた。その後、200℃で120分の熱処理を行い、更に、600℃で120分の熱処理を行って、脆化領域を境に半導体基板から単結晶シリコン層を分離した。これにより、SOI基板が作製されるとともに、周縁部に凸部を有する半導体基板が作製された。 And the semiconductor substrate was bonded together to the glass substrate through the oxide film. After that, heat treatment was performed at 200 ° C. for 120 minutes, and further, heat treatment was performed at 600 ° C. for 120 minutes, so that the single crystal silicon layer was separated from the semiconductor substrate with the embrittled region as a boundary. As a result, an SOI substrate was manufactured and a semiconductor substrate having a convex portion at the peripheral edge was manufactured.
次に、上述の半導体基板に対する処理について説明する。 Next, processing for the above-described semiconductor substrate will be described.
まず、半導体基板を覆うように形成されている絶縁層を除去するために、半導体基板にフッ酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤を含む混合液(ステラケミファ社製、商品名:LAL500)を用いたウェットエッチング処理を施した。このとき、液温は室温、エッチング時間は5分とした。 First, in order to remove the insulating layer formed so as to cover the semiconductor substrate, a mixed solution containing hydrofluoric acid, ammonium fluoride, and a surfactant (product name: LAL500, manufactured by Stella Chemifa Corporation) is used for the semiconductor substrate. Wet etching treatment was applied. At this time, the liquid temperature was room temperature and the etching time was 5 minutes.
次に、絶縁層を除去した半導体基板に対して、フッ酸と硝酸と酢酸とを1:3:10の体積比で混合した混合液(以下、混合液A)、フッ酸と硝酸と酢酸とを1:100:100の体積比で混合した混合液(以下、混合液B)、フッ酸と硝酸と酢酸とを1:0.1:10の体積比で混合した混合液(以下、混合液C)、フッ酸と硝酸と酢酸とを1:10:10の体積比で混合した混合液(以下、混合液D)、フッ酸と過酸化水素水とを1:5の体積比で混合した混合液(以下、混合液E)、TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide)を2.38重量%含む水溶液(TMAH水溶液ともいう)のいずれかをエッチャントとして用いてウェットエッチングを行った。 Next, a mixed solution (hereinafter referred to as a mixed solution A) in which hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid are mixed at a volume ratio of 1: 3: 10 to the semiconductor substrate from which the insulating layer has been removed, hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid. Is mixed at a volume ratio of 1: 100: 100 (hereinafter referred to as “mixture B”), and a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid and acetic acid is mixed at a volume ratio of 1: 0.1: 10 (hereinafter referred to as “mixed liquid”). C), a mixed liquid in which hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid were mixed at a volume ratio of 1:10:10 (hereinafter, mixed liquid D), and hydrofluoric acid and hydrogen peroxide solution were mixed at a volume ratio of 1: 5. Wet etching was performed using either a mixed solution (hereinafter referred to as a mixed solution E) or an aqueous solution (also referred to as a TMAH aqueous solution) containing 2.38 wt% of TMAH (Tetra Methyl Ammonium Hydroxide) as an etchant.
上記混合液の作製においては、濃度50重量%のフッ酸(ステラケミファ社製)、濃度70重量%の硝酸(和光純薬株式会社製)、濃度97.7重量%の酢酸(キシダ化学株式会社製)、濃度31重量%の過酸化水素水(三菱ガス化学株式会社製)を用いた。また、エッチャントの液温は室温とし、エッチング時間は30秒、1分、2分、4分、6分、8分のいずれかとした。上記エッチャントの詳細を表1に示す。 In the preparation of the above mixture, hydrofluoric acid having a concentration of 50% by weight (manufactured by Stella Chemifa), nitric acid having a concentration of 70% by weight (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and acetic acid having a concentration of 97.7% by weight (Kishida Chemical Co., Ltd.) And hydrogen peroxide water (Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.) having a concentration of 31% by weight was used. The etchant liquid temperature was room temperature, and the etching time was 30 seconds, 1 minute, 2 minutes, 4 minutes, 6 minutes, or 8 minutes. The details of the etchant are shown in Table 1.
上述の6種類のエッチャントを用いてそれぞれの時間でウェットエッチングを行った半導体基板に、半導体基板周縁部の段差測定(小坂研究所株式会社製サーフコーダー(段差測定装置)ET4100を使用)、及び、半導体基板中央部のエッチング量測定(ラップマスターSFT株式会社製Sorter1000及びキーエンス社製LK−G30を使用)を行った。また、混合液Aを用いてエッチングを行った基板に対しては、半導体基板周縁部の写真撮影(オリンパス株式会社製光学顕微鏡MX61Lを使用、ノマルスキー像)を行った。ここで、半導体基板中央部とは段差の形成された半導体基板周縁部を除く領域を指すものとする。 Step measurement of the periphery of the semiconductor substrate (using a surf coder (step difference measuring device) ET4100 manufactured by Kosaka Laboratories) on the semiconductor substrate wet-etched at each time using the above six types of etchants, and The etching amount measurement of the central part of the semiconductor substrate (using Sorter 1000 manufactured by Lappmaster SFT Co., Ltd. and LK-G30 manufactured by Keyence Corporation) was performed. In addition, the substrate etched with the mixed solution A was photographed at the periphery of the semiconductor substrate (using an optical microscope MX61L manufactured by Olympus Corporation, a Nomarski image). Here, the central portion of the semiconductor substrate refers to a region excluding the peripheral portion of the semiconductor substrate where a step is formed.
図8(A)に半導体基板が分離した直後の周縁部の光学顕微鏡写真、図8(B)に絶縁層を除去した後の光学顕微鏡写真を示す。また、図9(A)及び図9(B)には、それぞれ図8(A)及び図8(B)に対応する半導体基板周縁部の段差測定の結果を示す。ここで、段差測定結果のグラフは、縦軸が半導体基板中央部を0(基準)としたときの段差(μm)を示し、横軸が半導体基板の幅(mm)を示す。これは、以降の段差測定のグラフについても同様である。 FIG. 8A shows an optical micrograph of the periphery immediately after the semiconductor substrate is separated, and FIG. 8B shows an optical micrograph after the insulating layer is removed. 9A and 9B show the results of the step measurement at the periphery of the semiconductor substrate corresponding to FIGS. 8A and 8B, respectively. Here, in the graph of the level difference measurement results, the vertical axis indicates the level difference (μm) when the central portion of the semiconductor substrate is 0 (reference), and the horizontal axis indicates the width (mm) of the semiconductor substrate. The same applies to the graphs of the subsequent step measurement.
図8(A)及び図8(B)では、写真左側が基板周縁の凸部、右側が単結晶シリコン層を分離した分離部、それらの境界が段差部分に対応する。図8(A)では、残存した絶縁層が観察され、図8(B)では、除去された絶縁層の下層に残存したシリコンが観察されている。また、半導体基板周縁部では、微小ボイドによる凹凸が形成されており、平坦性が低いことがわかる。写真右側では、半導体基板中央部に続くシリコンが観察される。 In FIG. 8A and FIG. 8B, the left side of the photograph corresponds to the convex portion on the peripheral edge of the substrate, the right side represents the separation portion where the single crystal silicon layer is separated, and the boundary corresponds to the step portion. In FIG. 8A, the remaining insulating layer is observed, and in FIG. 8B, silicon remaining in the lower layer of the removed insulating layer is observed. Moreover, it can be seen that unevenness due to minute voids is formed at the peripheral edge of the semiconductor substrate, and the flatness is low. On the right side of the photograph, silicon that follows the center of the semiconductor substrate is observed.
図9(A)及び図9(B)の段差測定のグラフからも同様のことが言える。図9(A)では、半導体基板周縁部と半導体基板中央部の段差が0.2μm程度あるのに対し、図9(B)では、絶縁層を除去しているため、半導体基板周縁部と半導体基板中央部の段差が0.1μm程度となっている。 The same can be said from the step measurement graphs of FIGS. 9A and 9B. In FIG. 9A, the step between the peripheral portion of the semiconductor substrate and the central portion of the semiconductor substrate is about 0.2 μm, whereas in FIG. 9B, since the insulating layer is removed, the peripheral portion of the semiconductor substrate and the semiconductor The step at the center of the substrate is about 0.1 μm.
次に、混合液Aを用いてウェットエッチングを行った半導体基板の周縁部の光学顕微鏡写真を図10及び図11に示す。ここで、それぞれの光学顕微鏡写真とエッチング時間は次のように対応する。図10(A1)及び図10(A2)は30秒、図10(B1)及び図10(B2)は1分、図10(C1)及び図10(C2)は2分、図11(A1)及び図11(A2)は4分、図11(B1)及び図11(B2)は6分、図11(C1)及び図11(C2)は8分である。また、図10及び図11において、(A1)、(B1)、(C1)は倍率50倍、(A2)、(B2)、(C2)は倍率500倍である。 Next, optical micrographs of the peripheral portion of the semiconductor substrate that has been wet-etched using the mixed solution A are shown in FIGS. Here, each optical micrograph and etching time correspond as follows. 10 (A1) and FIG. 10 (A2) are 30 seconds, FIG. 10 (B1) and FIG. 10 (B2) are 1 minute, FIG. 10 (C1) and FIG. 10 (C2) are 2 minutes, FIG. 11 (A1) 11 (A2) is 4 minutes, FIG. 11 (B1) and FIG. 11 (B2) are 6 minutes, and FIG. 11 (C1) and FIG. 11 (C2) are 8 minutes. 10 and 11, (A1), (B1), and (C1) are 50 times magnification, and (A2), (B2), and (C2) are 500 times magnification.
図12には、混合液Aを用いてウェットエッチングを行った半導体基板周縁部の段差測定の結果を示す。それぞれの図とエッチング時間は次のように対応する。図12(A)は30秒、図12(B)は1分、図12(C)は2分、図12(D)は4分、図12(E)は6分、図12(F)は8分である。 In FIG. 12, the result of the level | step difference measurement of the semiconductor substrate peripheral part which performed the wet etching using the liquid mixture A is shown. Each figure corresponds to the etching time as follows. 12 (A) is 30 seconds, FIG. 12 (B) is 1 minute, FIG. 12 (C) is 2 minutes, FIG. 12 (D) is 4 minutes, FIG. 12 (E) is 6 minutes, FIG. Is 8 minutes.
更に、図13乃至図17には、混合液B、混合液C、混合液D、混合液E、TMAH水溶液のいずれかを用いて、30秒、1分、2分、4分、6分、8分のウェットエッチングを行った半導体基板周縁部の段差測定の結果を示す。それぞれの図とエッチャントは次のように対応する。図13は混合液B、図14は混合液C、図15は混合液D、図16は混合液E、図17はTMAH水溶液を用いた場合の結果である。また、図13乃至図17の各図とエッチング時間は次のように対応する。(A)は30秒、(B)は1分、(C)は2分、(D)は4分、(E)は6分、(F)は8分である。 Further, in FIGS. 13 to 17, 30 seconds, 1 minute, 2 minutes, 4 minutes, 6 minutes, using any of the mixed solution B, mixed solution C, mixed solution D, mixed solution E, and TMAH aqueous solution, The result of the level | step difference measurement of the semiconductor substrate peripheral part which performed the wet etching for 8 minutes is shown. Each figure and etchant correspond as follows. FIG. 13 shows the result when the mixed solution B, FIG. 14 shows the mixed solution C, FIG. 15 shows the mixed solution D, FIG. 16 shows the mixed solution E, and FIG. Moreover, each figure of FIG. 13 thru | or FIG. 17 respond | corresponds as follows. (A) is 30 seconds, (B) is 1 minute, (C) is 2 minutes, (D) is 4 minutes, (E) is 6 minutes, and (F) is 8 minutes.
また、図18に、混合液Aと混合液Dを用いてウェットエッチングを行った場合の、半導体基板中央部のエッチング量測定の結果を示す。図18において、黒丸は混合液Aを用いた場合の、白丸は混合液Dを用いた場合の結果である。図18に示すグラフの縦軸は、半導体基板中央部における半導体基板のエッチング量(μm)を示し、横軸は、エッチング時間(分)を示している。 FIG. 18 shows the result of measuring the etching amount at the center of the semiconductor substrate when wet etching is performed using the mixed solution A and the mixed solution D. In FIG. 18, black circles are results when the mixed solution A is used, and white circles are results when the mixed solution D is used. The vertical axis of the graph shown in FIG. 18 indicates the etching amount (μm) of the semiconductor substrate in the central portion of the semiconductor substrate, and the horizontal axis indicates the etching time (minutes).
ここで、半導体基板中央部のエッチング量の測定は、エッチング前後における半導体基板中央部の基板厚みの変化から算出している。また、基板厚みは、測定ステージ(ラップマスターSFT株式会社製Sorter1000)の上下に設けたレーザ変位計(キーエンス社製LK−G30)の差分により求めた。基板厚みの測定は、半導体基板中央部の107mm角の領域において、測定点数を10点×10点として行った。また、それらの平均値の比較により半導体基板中央部のエッチング量を求めた。レーザ変位計の繰り返し精度は±0.05μmであり、基板厚みの繰り返し精度は±0.5μmである。 Here, the measurement of the etching amount in the central part of the semiconductor substrate is calculated from the change in the substrate thickness in the central part of the semiconductor substrate before and after the etching. The substrate thickness was determined from the difference between laser displacement meters (LK-G30 manufactured by Keyence) provided above and below the measurement stage (Sorter 1000 manufactured by Lapmaster SFT Co., Ltd.). The substrate thickness was measured at 10 × 10 points in a 107 mm square area at the center of the semiconductor substrate. Moreover, the etching amount of the semiconductor substrate center part was calculated | required by the comparison of those average values. The repeatability of the laser displacement meter is ± 0.05 μm, and the repeatability of the substrate thickness is ± 0.5 μm.
図10及び図11に示す光学顕微鏡写真の比較から、写真左側の凸部による段差が、エッチング時間が増えるにつれて低減されている様子が分かる。例えば、図11(A)に示すエッチング時間が4分の場合には、段差はほとんど存在しない。図12に示す段差測定のグラフからも同様のことが言える。 From the comparison of the optical micrographs shown in FIGS. 10 and 11, it can be seen that the level difference due to the convex portion on the left side of the photo is reduced as the etching time increases. For example, when the etching time shown in FIG. 11A is 4 minutes, there is almost no step. The same can be said from the step measurement graph shown in FIG.
また、図12より、混合液Aを用いたウェットエッチングでは、まず、半導体基板周縁部の段差に、基板平面に対して垂直な方向に縦穴が形成され、その縦穴を拡大するようにエッチングが進行することがわかる。これは、半導体基板周縁部の段差を形成する半導体領域(結晶欠陥や微小ボイドを有する損傷半導体領域)に混合液Aが浸透し、当該半導体領域の内部から段差が除去されることを示している。このような混合液Aによるウェットエッチングの様子は、後述する他のエッチャントの場合とは異なる傾向にある。 From FIG. 12, in the wet etching using the mixed solution A, first, a vertical hole is formed in a step perpendicular to the substrate plane at the step of the peripheral edge of the semiconductor substrate, and the etching proceeds so as to enlarge the vertical hole. I understand that This indicates that the mixed solution A penetrates into a semiconductor region (damaged semiconductor region having crystal defects or microvoids) forming a step at the periphery of the semiconductor substrate, and the step is removed from the inside of the semiconductor region. . The state of wet etching with such a mixed solution A tends to be different from that of other etchants described later.
また、図18に示す半導体基板中央部の半導体基板のエッチング量のグラフから、少なくともエッチング時間6分までは、半導体基板のエッチング量は十分に小さく、基板厚み測定における誤差の範囲内にある。 Further, from the graph of the etching amount of the semiconductor substrate in the central portion of the semiconductor substrate shown in FIG. 18, the etching amount of the semiconductor substrate is sufficiently small and within the error range in the substrate thickness measurement until at least the etching time of 6 minutes.
表2には、エッチング時間と、半導体基板中央部のエッチング量(μm)、半導体基板周縁部のエッチング量(μm)、との関係を示す。また、半導体基板中央部のエッチング量と半導体基板周縁部のエッチング量とから求めたエッチング選択比(選択比1)と、差分の選択比(選択比2)を合わせて示す。 Table 2 shows the relationship between the etching time, the etching amount (μm) at the central portion of the semiconductor substrate, and the etching amount (μm) at the peripheral portion of the semiconductor substrate. Further, an etching selection ratio (selection ratio 1) obtained from the etching amount at the central portion of the semiconductor substrate and the etching amount at the peripheral edge portion of the semiconductor substrate and the selection ratio of the difference (selection ratio 2) are shown together.
ここで、選択比1は、半導体基板周縁部の段差(幅0.1mmの領域)におけるエッチング量の平均値を半導体基板中央部のエッチング量の平均値で割ったものである。また、差分の選択比(選択比2)は、それぞれ、0分から1分の間におけるエッチング量、1分から2分の間におけるエッチング量、2分から4分の間におけるエッチング量、4分から6分の間におけるエッチング量から求めた選択比である。例えば、1分から2分の間における半導体基板中央部のエッチング量は、0.14−0.096=0.044(μm)であり、半導体基板周縁部のエッチング量は、0.225−0.101=0.124(μm)であるから、この場合の選択比2は、0.124/0.044=2.818となる。 Here, the selection ratio 1 is obtained by dividing the average value of the etching amount in the step (region having a width of 0.1 mm) at the peripheral edge of the semiconductor substrate by the average value of the etching amount in the central portion of the semiconductor substrate. The difference selection ratio (selection ratio 2) is the etching amount between 0 minute and 1 minute, the etching amount between 1 minute and 2 minutes, the etching amount between 2 minutes and 4 minutes, and 4 minutes to 6 minutes, respectively. It is the selection ratio calculated | required from the etching amount in between. For example, the etching amount in the central portion of the semiconductor substrate between 1 minute and 2 minutes is 0.14-0.096 = 0.044 (μm), and the etching amount in the peripheral portion of the semiconductor substrate is 0.225-0. Since 101 = 0.124 (μm), the selection ratio 2 in this case is 0.124 / 0.044 = 2.818.
表2より、差分の選択比(選択比2)は、エッチング時間とともに変動することが分かる。具体的には、エッチング開始から間もない時点では1程度であった選択比が、2以上となり、再び1程度に戻る。これは、次の理由によるものと考察される。 From Table 2, it can be seen that the difference selection ratio (selection ratio 2) varies with the etching time. Specifically, the selection ratio, which was about 1 at the time immediately after the start of etching, becomes 2 or more and returns to about 1 again. This is considered to be due to the following reason.
まず、エッチング開始時には、半導体基板周縁部の損傷半導体領域が除去されるとともに、半導体基板中央部に残存する損傷半導体領域が除去されることになるため、半導体基板周縁部と半導体基板中央部では、エッチングレートは大きく異ならない。つまり、選択比は1程度となる。半導体基板中央部の損傷半導体領域が除去された後には、半導体基板中央部ではエッチングレートが低下するのに対して、半導体基板周縁部では未だ損傷半導体領域が残存しており、エッチングレートは低下しない。このため、選択比は大きくなる(具体的には、2以上となる)。その後、半導体基板周縁部における損傷半導体領域が除去されることにより、半導体基板周縁部と半導体基板中央部のエッチングレートが同程度となる。つまり、選択比は1程度に戻る。このような選択比の変動を伴い、損傷半導体領域が優先的に除去されるといえる。 First, at the start of etching, the damaged semiconductor region at the peripheral portion of the semiconductor substrate is removed and the damaged semiconductor region remaining at the central portion of the semiconductor substrate is removed, so in the peripheral portion of the semiconductor substrate and the central portion of the semiconductor substrate, Etching rates are not significantly different. That is, the selection ratio is about 1. After the damaged semiconductor region in the central part of the semiconductor substrate is removed, the etching rate decreases in the central part of the semiconductor substrate, but the damaged semiconductor region still remains in the peripheral part of the semiconductor substrate, and the etching rate does not decrease. . For this reason, the selection ratio is increased (specifically, 2 or more). Thereafter, the damaged semiconductor region in the peripheral portion of the semiconductor substrate is removed, so that the etching rates of the peripheral portion of the semiconductor substrate and the central portion of the semiconductor substrate become approximately the same. That is, the selection ratio returns to about 1. It can be said that the damaged semiconductor region is removed preferentially with such a change in the selection ratio.
また、エッチング時間2分及び4分の選択比1はそれぞれ、1.607、1.748と高い。そして、1分から2分、2分から4分の選択比2についても、それぞれ、2.818、2.609と高い。このように、エッチャントとして混合液A(フッ酸と硝酸と酢酸とを1:3:10の体積比で混合した混合液)を用いることにより、短時間で半導体基板周縁部の段差(凸部)を優先的に除去できる。 Further, the selection ratio 1 of the etching time of 2 minutes and 4 minutes is as high as 1.607 and 1.748, respectively. The selection ratio 2 of 1 minute to 2 minutes, 2 minutes to 4 minutes is also as high as 2.818 and 2.609, respectively. As described above, by using the mixed solution A (a mixed solution in which hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid are mixed at a volume ratio of 1: 3: 10) as an etchant, a step (convex portion) at the peripheral edge of the semiconductor substrate can be obtained in a short time. Can be removed preferentially.
混合液Bを用いたエッチングでは、エッチングの進行が遅く、エッチング時間を8分としても段差は除去されない(図13参照)。また、混合液Aの場合と異なり、半導体基板周縁部の段差は表面から徐々にエッチングされ、深い縦穴は形成されない。このように、混合液Bを用いて半導体基板をエッチングしても、半導体基板周縁部の段差は除去されない、または、段差の除去に長時間を要することが分かった。 In the etching using the mixed solution B, the progress of the etching is slow, and the step is not removed even if the etching time is 8 minutes (see FIG. 13). Further, unlike the case of the mixed liquid A, the step at the periphery of the semiconductor substrate is gradually etched from the surface, and no deep vertical hole is formed. Thus, it has been found that even when the semiconductor substrate is etched using the mixed solution B, the step at the periphery of the semiconductor substrate is not removed, or it takes a long time to remove the step.
混合液Cを用いたエッチングでは、半導体基板周縁部の段差は除去されない(図14参照)。このように、混合液Cを用いて半導体基板をエッチングしても、半導体基板のエッチングはほとんど進行しないことが分かった。 In the etching using the mixed liquid C, the step at the peripheral edge of the semiconductor substrate is not removed (see FIG. 14). Thus, it was found that even when the semiconductor substrate was etched using the mixed solution C, the etching of the semiconductor substrate hardly progressed.
混合液Dを用いたエッチングでは、図18に示すように半導体基板中央部のエッチング量はエッチング時間に比例して増加するが、半導体基板周縁部の段差は、維持されたままである(図15参照)。このように、混合液Dをエッチング液として用いても、半導体基板全体が一様にエッチングされ、半導体基板周縁部の段差を優先的に除去することができないことが分かった。 In the etching using the mixed solution D, as shown in FIG. 18, the etching amount at the central portion of the semiconductor substrate increases in proportion to the etching time, but the step at the peripheral portion of the semiconductor substrate remains maintained (see FIG. 15). ). Thus, it was found that even when the mixed solution D was used as the etching solution, the entire semiconductor substrate was etched uniformly, and the step at the peripheral edge of the semiconductor substrate could not be removed preferentially.
混合液Eを用いたエッチングでは、混合液Cを用いた場合と同様に、半導体基板周縁部の段差は除去されない(図16参照)。このように、混合液Eを用いて半導体基板をエッチングしても、半導体基板のエッチングはほとんど進行しないことが分かった。 In the etching using the mixed liquid E, the step at the peripheral edge of the semiconductor substrate is not removed as in the case of using the mixed liquid C (see FIG. 16). Thus, it was found that even when the semiconductor substrate was etched using the mixed solution E, the etching of the semiconductor substrate hardly progressed.
TMAH水溶液を用いたエッチングでは、エッチングの進行が遅く、エッチング時間を8分としても段差が除去されていない(図17参照)。このように、TMAH水溶液を用いて半導体基板をエッチングしても、半導体基板周縁部の段差は除去されない、または、段差の除去に長時間を要することが分かった。 In the etching using the TMAH aqueous solution, the progress of the etching is slow, and the step is not removed even if the etching time is 8 minutes (see FIG. 17). Thus, it has been found that even when the semiconductor substrate is etched using the TMAH aqueous solution, the step at the periphery of the semiconductor substrate is not removed, or it takes a long time to remove the step.
ここで、混合液A、混合液B、混合液C、混合液Dは、フッ酸、硝酸、酢酸からなる3元系の混合液であり、各要素の役割及び反応は次の通りである。 Here, the mixed solution A, the mixed solution B, the mixed solution C, and the mixed solution D are ternary mixed solutions composed of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid, and the role and reaction of each element are as follows.
硝酸はシリコンを酸化する。当該反応は、式(1)のように表される。
3Si+4HNO3 → 3SiO2+2H2O+4NO (1)
Nitric acid oxidizes silicon. The reaction is expressed as in Formula (1).
3Si + 4HNO 3 → 3SiO 2 + 2H 2 O + 4NO (1)
フッ酸は、酸化シリコンを溶解する。当該反応は、式(2)のように表される。
SiO2+6HF → 2H++〔SiF6〕2−+2H2O (2)
Hydrofluoric acid dissolves silicon oxide. The reaction is expressed as shown in Formula (2).
SiO 2 + 6HF → 2H + + [SiF 6 ] 2 + 2H 2 O (2)
酢酸は混合液の安定化を行うとともに、急激なエッチングを抑制する。 Acetic acid stabilizes the mixed solution and suppresses rapid etching.
このように、フッ酸、硝酸、酢酸からなる3元系の混合液は、式(1)に示すシリコンの酸化と、式(2)に示す酸化シリコンの溶解を繰り返すことにより、シリコンをエッチングする機能を有する。つまり、フッ酸、硝酸、酢酸からなる3元系の混合液において、フッ酸の量が多い場合には、式(1)に示す硝酸によるシリコンの酸化が律速となり、硝酸の量が多い場合には、式(2)に示すフッ酸による酸化シリコンの溶解が律速となる。 In this way, the ternary mixed liquid composed of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid etches silicon by repeating the oxidation of silicon shown in formula (1) and the dissolution of silicon oxide shown in formula (2). It has a function. In other words, in a ternary mixture composed of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid, when the amount of hydrofluoric acid is large, the oxidation of silicon by nitric acid shown in the formula (1) is rate limiting, and the amount of nitric acid is large. The rate of dissolution of silicon oxide by hydrofluoric acid shown in formula (2) becomes the rate-limiting factor.
このことから、混合液Cでは、硝酸の量が少ないためにシリコンの酸化が律速となり、ウェットエッチングが進行しなかったと考察される。これは、過酸化水素がシリコンを酸化する混合液Eについても同様である。混合液Eでは過酸化水素の酸化力が小さいために、ウェットエッチングが進行しなかったと考察される。 From this, it is considered that in the mixed solution C, the amount of nitric acid is small, so that the oxidation of silicon becomes rate limiting, and wet etching has not progressed. The same applies to the mixed solution E in which hydrogen peroxide oxidizes silicon. It is considered that the wet etching did not proceed in the mixed solution E because the oxidizing power of hydrogen peroxide was small.
また、混合液Dでは、フッ酸及び硝酸の量が多いために、式(1)及び式(2)の反応が急速に進行し、結果として、半導体基板周縁部と半導体基板中央部との選択比がとれず、基板全体で一様にウェットエッチングされたものと考察される。 Further, in the mixed solution D, since the amounts of hydrofluoric acid and nitric acid are large, the reactions of the formulas (1) and (2) proceed rapidly, and as a result, the selection between the semiconductor substrate peripheral portion and the semiconductor substrate central portion is performed. It is considered that the ratio was not achieved and the entire substrate was wet etched uniformly.
また、混合液Bでは、フッ酸の量が少ないために酸化シリコンの溶解が律速となり、ウェットエッチングが進行しなかったと考察される。フッ酸の量が少なくなると、結晶欠陥や微小ボイドに起因する損傷半導体領域内部からのエッチングが起こりにくく、損傷半導体領域表面からのエッチングが優先的に進行するためである。 In the mixed solution B, since the amount of hydrofluoric acid is small, the dissolution of silicon oxide becomes rate limiting, and it is considered that wet etching did not proceed. This is because when the amount of hydrofluoric acid is reduced, etching from the inside of the damaged semiconductor region due to crystal defects and microvoids hardly occurs, and etching from the surface of the damaged semiconductor region proceeds preferentially.
一方で、混合液Aでは、フッ酸、硝酸、酢酸のバランスが良いため、式(1)または式(2)のいずれかの反応が律速となることがない。また、酢酸によるエッチング抑制の効果が得られるため、基板全体が一様にエッチングされることもない。 On the other hand, in the mixed solution A, since the balance of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid is good, the reaction of either formula (1) or formula (2) does not become rate-limiting. Moreover, since the effect of suppressing etching by acetic acid is obtained, the entire substrate is not etched uniformly.
このように、混合液A(フッ酸、硝酸、酢酸の体積比が1:3:10の混合液)を用いて半導体基板周縁部の段差をエッチングすることによって、半導体基板周縁部と半導体基板中央部の選択比をとりながら、半導体基板周縁部に存在する凸部を短時間で除去することができる。このため、半導体基板の再生処理を確実に、かつ、効率的に行うことが可能である。 In this way, by etching the step at the periphery of the semiconductor substrate using the mixed solution A (mixed solution having a volume ratio of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid of 1: 3: 10), the periphery of the semiconductor substrate and the center of the semiconductor substrate are etched. The convex portions present on the peripheral edge of the semiconductor substrate can be removed in a short time while taking the selection ratio of the portions. For this reason, it is possible to reliably and efficiently perform the regeneration processing of the semiconductor substrate.
なお、本実施例に示す構成は、他の実施の形態や他の実施例に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 Note that the structure described in this example can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments and examples.
本実施例では、再生処理として、フッ酸と硝酸と酢酸の混合液を用いたウェットエッチング処理とCMP処理とを組み合わせて用いた場合と、前述のウェットエッチング処理を用いず、主にCMP処理を用いた場合について、比較した結果を示す。 In this embodiment, as a regeneration process, a wet etching process using a mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid and acetic acid and a CMP process are used in combination, and a CMP process is mainly performed without using the wet etching process described above. The results of comparison are shown for the case of use.
CMP処理としては、研磨レートの高い処理の後に、研磨レートの低い処理(仕上げ研磨)を用いた。なお、上述のウェットエッチング処理を用いない場合においては、ウェットエッチング処理を用いる場合と同等の再生処理を実現するために、CMP処理の時間を長時間にした。 As the CMP process, a process with a low polishing rate (finish polishing) was used after a process with a high polishing rate. In the case where the above-described wet etching process is not used, the CMP process is performed for a long time in order to realize a regeneration process equivalent to the case where the wet etching process is used.
再生処理の対象となる半導体基板は、先の実施例と同様にして作製した。詳細については先の実施例を参酌できる。 The semiconductor substrate to be subjected to the regeneration process was manufactured in the same manner as in the previous example. For details, refer to the previous example.
上述のウェットエッチング処理と研磨時間の短いCMP処理を用いた再生半導体基板(以下、基板A)は、以下のように作製した。 A recycled semiconductor substrate (hereinafter referred to as substrate A) using the above-described wet etching process and CMP process with a short polishing time was manufactured as follows.
まず、半導体基板を覆うように形成されている絶縁層を除去するために、半導体基板にフッ酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤を含む混合液(ステラケミファ社製、商品名:LAL500)を用いたウェットエッチング処理を施した。このとき、液温は室温、エッチング時間は300秒とした。 First, in order to remove the insulating layer formed so as to cover the semiconductor substrate, a mixed solution containing hydrofluoric acid, ammonium fluoride, and a surfactant (product name: LAL500, manufactured by Stella Chemifa Corporation) is used for the semiconductor substrate. Wet etching treatment was applied. At this time, the liquid temperature was room temperature and the etching time was 300 seconds.
次に、絶縁層を除去した半導体基板に対して、フッ酸と硝酸と酢酸とを1:3:10の体積比で混合した混合液(先の実施例における、混合液Aに相当)を用いたウェットエッチング処理を施した。このとき、液温は室温、エッチング時間は2分とした。なお、上記混合液の作製においては、濃度50重量%のフッ酸(ステラケミファ社製)、濃度70重量%の硝酸(和光純薬株式会社製)、濃度97.7重量%の酢酸(キシダ化学株式会社製)を用いた。 Next, a mixed solution (corresponding to the mixed solution A in the previous embodiment) in which hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid are mixed at a volume ratio of 1: 3: 10 is used for the semiconductor substrate from which the insulating layer has been removed. Wet etching treatment was applied. At this time, the liquid temperature was room temperature and the etching time was 2 minutes. In the preparation of the above mixture, hydrofluoric acid having a concentration of 50% by weight (manufactured by Stella Chemifa), nitric acid having a concentration of 70% by weight (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and acetic acid having a concentration of 97.7% by weight (Kishida Chemical). Used).
次に、半導体基板に高い研磨レートのCMP処理を行った。当該CMP処理では、ポリウレタン地の研磨布、及び、シリカ系スラリー液(ニッタ・ハース株式会社製ILD1300、粒径150nm、20倍希釈)を用いた。また、スラリー流量を200ml/min、研磨圧を0.02MPa、スピンドル回転数を30rpm、テーブル回転数を30rpm、処理時間を3分とした。 Next, CMP processing at a high polishing rate was performed on the semiconductor substrate. In the CMP treatment, a polyurethane-based polishing cloth and a silica-based slurry liquid (ILD1300 manufactured by Nitta Haas Co., Ltd., particle size 150 nm, diluted 20 times) were used. The slurry flow rate was 200 ml / min, the polishing pressure was 0.02 MPa, the spindle rotation speed was 30 rpm, the table rotation speed was 30 rpm, and the treatment time was 3 minutes.
その後、半導体基板に低い研磨レートのCMP処理を行った。当該CMP処理では、スウェード地の研磨布(ニッタ・ハース株式会社製supreme)、及び、シリカ系スラリー液(ニッタ・ハース株式会社製NP8020、粒径60nm、20倍希釈)を用いた。また、スラリー流量を200ml/min、研磨圧を0.01MPa、スピンドル回転数を30rpm、テーブル回転数を30rpm、処理時間を3分とした。 Thereafter, CMP processing at a low polishing rate was performed on the semiconductor substrate. In the CMP treatment, a suede polishing cloth (supreme manufactured by Nitta Haas Co., Ltd.) and a silica-based slurry (NP8020 manufactured by Nitta Haas Co., Ltd., particle size 60 nm, diluted 20 times) were used. The slurry flow rate was 200 ml / min, the polishing pressure was 0.01 MPa, the spindle rotation speed was 30 rpm, the table rotation speed was 30 rpm, and the treatment time was 3 minutes.
一方で、上述のウェットエッチング処理を用いない再生半導体基板(以下、基板B)は、以下のように作製される。 On the other hand, a recycled semiconductor substrate (hereinafter referred to as substrate B) that does not use the above-described wet etching process is manufactured as follows.
まず、半導体基板を覆うように形成されている絶縁層を除去するために、半導体基板にフッ酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤を含む混合液(ステラケミファ社製、商品名:LAL500)を用いたウェットエッチング処理を施した。このとき、液温は室温、エッチング時間は300秒とした。 First, in order to remove the insulating layer formed so as to cover the semiconductor substrate, a mixed solution containing hydrofluoric acid, ammonium fluoride, and a surfactant (product name: LAL500, manufactured by Stella Chemifa Corporation) is used for the semiconductor substrate. Wet etching treatment was applied. At this time, the liquid temperature was room temperature and the etching time was 300 seconds.
次に、半導体基板に高い研磨レートのCMP処理を行った。当該CMP処理では、ポリウレタン地の研磨布、及び、シリカ系スラリー液(ニッタ・ハース株式会社製ILD1300、粒径150nm、20倍希釈)を用いた。また、スラリー流量を200ml/min、研磨圧を0.02MPa、スピンドル回転数を30rpm、テーブル回転数を30rpm、処理時間を12分とした。 Next, CMP processing at a high polishing rate was performed on the semiconductor substrate. In the CMP treatment, a polyurethane-based polishing cloth and a silica-based slurry liquid (ILD1300 manufactured by Nitta Haas Co., Ltd., particle size 150 nm, diluted 20 times) were used. The slurry flow rate was 200 ml / min, the polishing pressure was 0.02 MPa, the spindle rotation speed was 30 rpm, the table rotation speed was 30 rpm, and the treatment time was 12 minutes.
その後、半導体基板に低い研磨レートのCMP処理を行った。当該CMP処理では、スウェード地の研磨布(ニッタ・ハース株式会社製supreme)、及び、シリカ系スラリー液(ニッタ・ハース株式会社製NP8020、粒径60nm、20倍希釈)を用いた。また、スラリー流量を200ml/min、研磨圧を0.01MPa、スピンドル回転数を30rpm、テーブル回転数を30rpm、処理時間を10分とした。 Thereafter, CMP processing at a low polishing rate was performed on the semiconductor substrate. In the CMP treatment, a suede polishing cloth (supreme manufactured by Nitta Haas Co., Ltd.) and a silica-based slurry (NP8020 manufactured by Nitta Haas Co., Ltd., particle size 60 nm, diluted 20 times) were used. The slurry flow rate was 200 ml / min, the polishing pressure was 0.01 MPa, the spindle rotation speed was 30 rpm, the table rotation speed was 30 rpm, and the treatment time was 10 minutes.
上述の方法により作製された2種類の再生半導体基板につき、光学顕微鏡による観察と、段差測定装置による段差測定(小坂研究所株式会社製サーフコーダーを使用)、走査型プローブ顕微鏡による平坦性の評価(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製SPA−500及びエスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製SPI3800Nを使用)、及び再生処理における半導体基板の厚さの減少量の測定(ラップマスターSFT株式会社製Sorter1000を使用)を行った。 For two types of regenerative semiconductor substrates produced by the above-described method, observation with an optical microscope, level difference measurement with a level difference measuring device (using a surf coder manufactured by Kosaka Laboratory Ltd.), evaluation of flatness with a scanning probe microscope ( SII NanoTechnology Co., Ltd. SPA-500 and SII NanoTechnology Co., Ltd. SPI3800N are used), and the measurement of the reduction in the thickness of the semiconductor substrate in the recycling process (Sorter1000 manufactured by LAPMASTER SFT Co., Ltd. is used). Went.
図19(A)に再生処理前の半導体基板周縁部、図19(B)に上述のウェットエッチング処理後の半導体基板周縁部の光学顕微鏡写真(倍率50倍のノマルスキー像)を示す。また、同様に、段差測定の結果を図20(A)及び図20(B)に示す。 FIG. 19A shows an optical micrograph (a Nomarski image at a magnification of 50) of the periphery of the semiconductor substrate before the regeneration process, and FIG. 19B shows the periphery of the semiconductor substrate after the wet etching process described above. Similarly, the results of the step measurement are shown in FIGS. 20 (A) and 20 (B).
図19(A)に示すように、再生処理を行う前の半導体基板は、周縁部に段差(凸部)が存在しており、周縁部の表層には絶縁層が、中央側の表層にはシリコンが観察される。図20(A)からも、再生処理の前には、半導体基板の周縁部には0.2μm程度の段差が存在していることが分かる。 As shown in FIG. 19A, the semiconductor substrate before the regeneration process has a step (convex portion) at the periphery, an insulating layer on the peripheral surface, and an insulating layer on the central surface. Silicon is observed. FIG. 20A also shows that there is a step of about 0.2 μm at the periphery of the semiconductor substrate before the regeneration process.
一方で、図19(B)に示す半導体基板では、周縁部に存在した段差(凸部)が消失し、全面においてシリコンが観察されている。なお、図19(B)の左側に縦に走る白い線は、半導体基板の端を表している。図20(B)からも、段差が消失していることが確認できる。 On the other hand, in the semiconductor substrate shown in FIG. 19B, the step (convex portion) present at the peripheral edge disappears, and silicon is observed on the entire surface. Note that the white line running vertically to the left in FIG. 19B represents the edge of the semiconductor substrate. It can be confirmed from FIG. 20B that the level difference disappears.
次に、走査型プローブ顕微鏡を用いて2種の再生半導体基板の平坦性評価を行った結果を示す。走査型プローブ顕微鏡による測定条件は、走査速度を1.0Hz、測定面積を1μm×1μm、測定点数を2点とした。また、当該測定には、ダイナミックフォースモード(DFM:dynamic force mode)を用いた。ここで、ダイナミックフォースモードとは、カンチレバーを共振させた状態で、レバーの振動振幅が一定になるように探針と試料との間の距離を制御しながら、表面形状を測定する方法である。 Next, the results of evaluating the flatness of two types of regenerative semiconductor substrates using a scanning probe microscope are shown. The measurement conditions with the scanning probe microscope were a scanning speed of 1.0 Hz, a measurement area of 1 μm × 1 μm, and two measurement points. Moreover, the dynamic force mode (DFM: dynamic force mode) was used for the said measurement. Here, the dynamic force mode is a method of measuring the surface shape while controlling the distance between the probe and the sample so that the vibration amplitude of the lever is constant in a state where the cantilever is resonated.
再生半導体基板の平坦性は、平均面粗さ(Ra)及び最大高低差(P−V)によって評価した。ここで、平均面粗さ(Ra)は、JISB0601:2001(ISO4287:1997)で定義されている中心線平均粗さRaを、測定面に対して適用できるよう三次元に拡張したものであり、基準面から指定面までの偏差の絶対値を平均した値で表現される。また、最大高低差(P−V)は、指定面において、最も高い山頂の標高と最も低い谷底の標高の差で表現される。山頂と谷底は、JISB601:2001(ISO4287:1997)で定義されている「山頂」「谷底」を三次元に拡張したものであり、山頂とは指定面の山において最も標高の高い点を、谷底とは指定面において最も標高の低い点をいう。 The flatness of the regenerated semiconductor substrate was evaluated by average surface roughness (Ra) and maximum height difference (P-V). Here, the average surface roughness (Ra) is a three-dimensional extension of the centerline average roughness Ra defined in JIS B0601: 2001 (ISO 4287: 1997) so that it can be applied to the measurement surface. It is expressed as an average value of absolute values of deviation from the reference plane to the specified plane. Further, the maximum height difference (P−V) is expressed by a difference between the highest altitude at the highest peak and the lowest altitude at the lowest valley bottom on the designated plane. The summit and valley floor are three-dimensional extensions of the “mountain peak” and “valley floor” defined in JIS B601: 2001 (ISO 4287: 1997). The summit is the highest point on the specified mountain. The point with the lowest elevation on the designated surface.
走査型プローブ顕微鏡による再生半導体基板の平坦性の評価結果を表3に示す。 Table 3 shows the evaluation results of the flatness of the regenerated semiconductor substrate using a scanning probe microscope.
基板A、基板B、いずれに関しても中央部と周縁部の段差はなくなっており、中央部と周縁部の平坦性もほぼ同程度である。基板Aと基板Bとを比較すると、基板Aでは周縁部においてRaが0.05nm、P−Vが0.393nmであるのに対して、基板Bでは、周縁部においてRaが0.06nm、P−Vが0.47nmである。このことから、基板Aの方が平坦性は良好であるといえる。 For both the substrate A and the substrate B, there is no step between the central portion and the peripheral portion, and the flatness of the central portion and the peripheral portion is almost the same. Comparing the substrate A and the substrate B, in the substrate A, Ra is 0.05 nm and PV is 0.393 nm in the peripheral portion, whereas in the substrate B, Ra is 0.06 nm and P in the peripheral portion. -V is 0.47 nm. From this, it can be said that the flatness of the substrate A is better.
次に、再生処理における半導体基板の厚さの減少量を測定した結果について示す。ここでは、再生処理工程の前後における厚みの変化から、半導体基板中央部の減少量(半導体の除去量)を測定した。基板A及び基板Bの作製における減少量(除去量)を表4に示す。 Next, the result of measuring the reduction amount of the thickness of the semiconductor substrate in the regeneration process will be described. Here, the reduction amount (semiconductor removal amount) in the central portion of the semiconductor substrate was measured from the change in thickness before and after the regeneration treatment step. Table 4 shows the reduction amount (removal amount) in the production of the substrate A and the substrate B.
基板Aの作製において、半導体基板の厚さの減少量は1.38μmであった。一方、基板Bの作製において、半導体基板の厚さの減少量は6.96μmであった。このことから、基板Aの作製における減少量は、基板Bの作製における減少量の約4分の1であることが分かる。特に、基板Aの作製におけるエッチングでの減少量は、わずか0.41μmであった。 In the production of the substrate A, the amount of decrease in the thickness of the semiconductor substrate was 1.38 μm. On the other hand, in the production of the substrate B, the amount of decrease in the thickness of the semiconductor substrate was 6.96 μm. From this, it can be seen that the reduction amount in the production of the substrate A is about one-fourth of the reduction amount in the production of the substrate B. In particular, the amount of reduction in etching in the production of the substrate A was only 0.41 μm.
以上より、上記エッチング処理とCMP処理を組み合わせた再生処理を行うことによって、再生半導体基板の平坦性を同等に保ちつつ、再生処理における半導体基板の減少を抑制することができる。 As described above, by performing the regenerating process in which the etching process and the CMP process are combined, it is possible to suppress the reduction of the semiconductor substrate in the regenerating process while maintaining the flatness of the regenerated semiconductor substrate.
なお、本実施例に示す構成は、他の実施の形態や他の実施例に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 Note that the structure described in this example can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments and examples.
本実施例では、半導体基板に酸化膜を形成した後、水素イオンを照射して、該半導体基板の断面を観察した結果を示す。 In this example, an oxide film is formed on a semiconductor substrate and then irradiated with hydrogen ions, and a cross section of the semiconductor substrate is observed.
本実施例では、半導体基板として5インチ角の矩形状単結晶シリコン基板を用いた。まず、半導体基板を、HClを含む雰囲気下で熱酸化し、基板表面に100nmの厚さの酸化膜を形成した。熱酸化の条件は、950℃で4時間であり、熱酸化の雰囲気は、HClが酸素に対して3体積%の割合で含まれるものとした。 In this embodiment, a rectangular single crystal silicon substrate of 5 inches square is used as the semiconductor substrate. First, the semiconductor substrate was thermally oxidized in an atmosphere containing HCl to form an oxide film having a thickness of 100 nm on the substrate surface. The thermal oxidation conditions were 950 ° C. for 4 hours, and the thermal oxidation atmosphere contained HCl at a rate of 3% by volume with respect to oxygen.
次に、酸化膜の表面からイオンドーピング装置を用いて半導体基板に水素を添加した。本実施例では、水素をイオン化して照射することで、半導体基板に脆化領域を形成した。イオンドーピングの条件は、加速電圧を50kV、ドーズを2.0×1016ions/cm2とした。これにより、酸化膜の表面から約250nm前後の深さに脆化領域が形成された。 Next, hydrogen was added to the semiconductor substrate from the surface of the oxide film using an ion doping apparatus. In this example, hydrogen was ionized and irradiated to form an embrittled region in the semiconductor substrate. The ion doping conditions were an acceleration voltage of 50 kV and a dose of 2.0 × 10 16 ions / cm 2 . As a result, an embrittled region was formed at a depth of about 250 nm from the surface of the oxide film.
図21(A)には、上述の処理を施した半導体基板の断面TEM像を示す。また、図21(B)には、該半導体基板に熱処理を施して、脆化領域で分離した後の断面TEM像を示す。 FIG. 21A shows a cross-sectional TEM image of the semiconductor substrate subjected to the above-described treatment. FIG. 21B shows a cross-sectional TEM image after the semiconductor substrate is subjected to heat treatment and separated in the embrittled region.
図21(A)及び図21(B)から、単結晶基板表面付近には、多くの結晶欠陥が形成されていることが分かる。また、図21(B)から、半導体基板は、その表面から深さ約139nmの位置で分離していることが分かる。 21A and 21B that many crystal defects are formed near the surface of the single crystal substrate. Further, FIG. 21B shows that the semiconductor substrate is separated from the surface at a depth of about 139 nm.
ここで、上述の分離後の半導体基板の周縁部には、ベース基板との貼り合わせがなされないことに起因して凸部が形成される。そして、凸部を構成する残存した半導体層(損傷半導体領域)は、分離された半導体層と同様に結晶欠陥や微小ボイドを有する。このため、先の実施例で示したようなフッ酸、硝酸、酢酸を含む混合液を用いてエッチングを行うことにより、分離後の半導体基板の周縁部に形成される凸部を優先的に除去しやすくなる。 Here, a convex portion is formed on the peripheral edge portion of the semiconductor substrate after the separation described above, because it is not bonded to the base substrate. Then, the remaining semiconductor layer (damaged semiconductor region) constituting the convex portion has crystal defects and microvoids in the same manner as the separated semiconductor layer. Therefore, by performing etching using a mixed solution containing hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid as shown in the previous embodiment, the protrusions formed on the peripheral edge of the semiconductor substrate after separation are preferentially removed. It becomes easy to do.
なお、本実施例に示す構成は、他の実施の形態や他の実施例に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 Note that the structure described in this example can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments and examples.
本実施例では、フッ酸と硝酸と酢酸とを1:3:10の体積比で混合した混合液(混合液A)と、フッ酸と硝酸と酢酸とを1:2:10の体積比で混合した混合液(以下、混合液A+)をエッチャントとして用いる場合の調査結果について示す。 In this embodiment, a mixed liquid (mixed liquid A) obtained by mixing hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid at a volume ratio of 1: 3: 10, and hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid at a volume ratio of 1: 2: 10. An investigation result in the case of using a mixed liquid mixture (hereinafter, mixed liquid A +) as an etchant will be described.
なお、本実施例で用いた半導体基板は、実施例1において用いたものと同様であり、その詳細については省略する。 The semiconductor substrate used in this example is the same as that used in Example 1, and details thereof are omitted.
上述の半導体基板に対する処理は、次の通りである。 The processing for the semiconductor substrate described above is as follows.
まず、半導体基板を覆うように形成されている絶縁層を除去するために、半導体基板にフッ酸とフッ化アンモニウムと界面活性剤を含む混合液(ステラケミファ社製、商品名:LAL500)を用いたウェットエッチング処理を施した。このとき、液温は室温、エッチング時間は300秒とした。 First, in order to remove the insulating layer formed so as to cover the semiconductor substrate, a mixed solution containing hydrofluoric acid, ammonium fluoride, and a surfactant (product name: LAL500, manufactured by Stella Chemifa Corporation) is used for the semiconductor substrate. Wet etching treatment was applied. At this time, the liquid temperature was room temperature and the etching time was 300 seconds.
次に、絶縁層を除去した半導体基板に対して、フッ酸と硝酸と酢酸とを1:3:10の体積比で混合した混合液(混合液A)、または、フッ酸と硝酸と酢酸とを1:2:10の体積比で混合した混合液(混合液A+)をエッチャントとして用いてウェットエッチングを行った。混合液A及び混合液A+の作製においては、濃度50重量%のフッ酸(ステラケミファ社製)、濃度70重量%の硝酸(和光純薬株式会社製)、濃度97.7重量%の酢酸(キシダ化学株式会社製)を用いた。 Next, a mixed solution (mixed solution A) in which hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid are mixed at a volume ratio of 1: 3: 10, or hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid, with respect to the semiconductor substrate from which the insulating layer has been removed. Wet etching was performed using a mixed liquid (mixed liquid A +) mixed at a volume ratio of 1: 2: 10 as an etchant. In the preparation of the mixed solution A and the mixed solution A +, hydrofluoric acid having a concentration of 50% by weight (manufactured by Stella Chemifa), nitric acid having a concentration of 70% by weight (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and acetic acid having a concentration of 97.7% by weight ( Kishida Chemical Co., Ltd.) was used.
図22(A)には、混合液A+を用いたウェットエッチング後の半導体基板周縁部の様子を観察した光学顕微鏡写真(倍率50倍のノマルスキー像)を示す。また、図22(B)には、倍率を500倍とした光学顕微鏡写真(ノマルスキー像)を示す。図22から分かるように、混合液A+を用いたウェットエッチングの場合、混合液Aを用いたウェットエッチングにおいてエッチング残渣が生じうる条件であっても、残渣は確認されなかった。硝酸に対するフッ酸の割合を、1:3(フッ酸:硝酸)から僅かに高めることで、形成される酸化膜を素早く除去し、残渣の発生を抑制しているものと考察される。 FIG. 22A shows an optical micrograph (a Nomarski image with a magnification of 50 times) observing the periphery of the semiconductor substrate after wet etching using the mixed solution A +. FIG. 22B shows an optical micrograph (Nomarski image) with a magnification of 500 times. As can be seen from FIG. 22, in the case of the wet etching using the mixed solution A +, no residue was confirmed even under the condition that the etching residue may be generated in the wet etching using the mixed solution A. It is considered that by slightly increasing the ratio of hydrofluoric acid to nitric acid from 1: 3 (hydrofluoric acid: nitric acid), the formed oxide film is quickly removed and the generation of residues is suppressed.
このように、混合液A+(フッ酸、硝酸、酢酸の体積比が1:2:10の混合液)を用いて半導体基板周縁部の段差をエッチングする場合には、混合液A(フッ酸、硝酸、酢酸の体積比が1:3:10の混合液)を用いる場合と比較して残渣の発生を抑制できることが分かった。これは、フッ酸、硝酸、酢酸の体積比が1.5:3:10の混合液を用いる場合においても同様である。一方で、フッ酸、硝酸、酢酸の体積比が1:1:10の混合液のように、フッ酸、硝酸、酢酸の体積比が1:3:10の混合液と比較して硝酸に対するフッ酸の割合を高めすぎた場合には、表面荒れ、段差の残存などが確認された。 In this way, when etching the step at the peripheral edge of the semiconductor substrate using the mixed solution A + (mixed solution having a volume ratio of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid of 1: 2: 10), the mixed solution A (hydrofluoric acid, It was found that the generation of residues can be suppressed as compared with the case of using a mixed solution having a volume ratio of nitric acid and acetic acid of 1: 3: 10. The same applies to the case where a mixed solution having a volume ratio of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid of 1.5: 3: 10 is used. On the other hand, as compared with a mixed solution having a volume ratio of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid of 1: 1: 10, a hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid solution having a volume ratio of 1: 3: 10 was used. When the ratio of the acid was increased too much, surface roughness, remaining steps, etc. were confirmed.
本実施例により、硝酸に対するフッ酸の割合を1:3(フッ酸:硝酸)から僅かに高めることで、半導体基板の再生処理をより確実に、より効率的に行うことが可能であることが理解される。 According to this embodiment, the ratio of hydrofluoric acid to nitric acid is slightly increased from 1: 3 (hydrofluoric acid: nitric acid), so that the semiconductor substrate can be regenerated more reliably and efficiently. Understood.
なお、本実施例に示す構成は、他の実施の形態や他の実施例に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。 Note that the structure described in this example can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments and examples.
100 半導体基板
102 絶縁層
104 脆化領域
120 ベース基板
121 半導体基板
122 絶縁層
123 絶縁層
124 半導体層
125 半導体領域
126 凸部
127 半導体領域
129 半導体領域
130 半導体基板
132 再生半導体基板
133 半導体領域
134 レーザ光
251 半導体層
252 半導体層
254 絶縁層
255 ゲート電極
256 ゲート電極
257 低濃度不純物領域
258 チャネル形成領域
259 高濃度不純物領域
260 チャネル形成領域
261 サイドウォール絶縁層
262 サイドウォール絶縁層
267 高濃度不純物領域
268 絶縁層
269 層間絶縁層
270 配線
280 トランジスタ
281 トランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Semiconductor substrate 102 Insulating layer 104 Embrittlement region 120 Base substrate 121 Semiconductor substrate 122 Insulating layer 123 Insulating layer 124 Semiconductor layer 125 Semiconductor region 126 Protruding portion 127 Semiconductor region 129 Semiconductor region 130 Semiconductor substrate 132 Reproduction semiconductor substrate 133 Semiconductor region 134 Laser light 251 Semiconductor layer 252 Semiconductor layer 254 Insulating layer 255 Gate electrode 256 Gate electrode 257 Low concentration impurity region 258 Channel formation region 259 High concentration impurity region 260 Channel formation region 261 Side wall insulating layer 262 Side wall insulating layer 267 High concentration impurity region 268 Insulation Layer 269 Interlayer insulating layer 270 Wiring 280 Transistor 281 Transistor
Claims (12)
前記絶縁層を除去するエッチング処理と、
前記半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質、前記酸化された半導体材料を溶解する物質、及び、前記半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質、を含む混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して前記損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理と、
前記損傷半導体領域が優先的に除去された面側から前記半導体基板にレーザ光を照射するレーザ光照射処理と、
を有することを特徴とする半導体基板の再生方法。 For a semiconductor substrate in which a convex portion including a damaged semiconductor region and an insulating layer exists in the peripheral portion,
An etching process for removing the insulating layer;
Using a liquid mixture comprising a substance that oxidizes a semiconductor material constituting the semiconductor substrate, a substance that dissolves the oxidized semiconductor material, and a substance that controls the oxidation rate and dissolution rate of the semiconductor material, An etching process for preferentially removing the damaged semiconductor region with respect to the semiconductor region;
A laser beam irradiation process for irradiating the semiconductor substrate with a laser beam from the surface side from which the damaged semiconductor region has been removed preferentially;
A method for reclaiming a semiconductor substrate, comprising:
前記絶縁層を除去するエッチング処理と、
前記半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質、前記酸化された半導体材料を溶解する物質、及び、前記半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質、を含む混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して前記損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理と、
前記損傷半導体領域が優先的に除去された面側から前記半導体基板にレーザ光を照射するレーザ光照射処理と、
を有することを特徴とする半導体基板の再生方法。 By separating a part as a semiconductor layer through ion irradiation and heat treatment, for the semiconductor substrate in which the convex part including the damaged semiconductor region and the insulating layer remains in the peripheral part,
An etching process for removing the insulating layer;
Using a liquid mixture comprising a substance that oxidizes a semiconductor material constituting the semiconductor substrate, a substance that dissolves the oxidized semiconductor material, and a substance that controls the oxidation rate and dissolution rate of the semiconductor material, An etching process for preferentially removing the damaged semiconductor region with respect to the semiconductor region;
A laser beam irradiation process for irradiating the semiconductor substrate with a laser beam from the surface side from which the damaged semiconductor region has been removed preferentially;
A method for reclaiming a semiconductor substrate, comprising:
前記絶縁層を除去するエッチング処理と、
前記半導体基板を構成する半導体材料を酸化する物質、前記酸化された半導体材料を溶解する物質、及び、前記半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質、を含む混合液を用いて、未損傷の半導体領域に対して前記損傷半導体領域を優先的に除去するエッチング処理と、
前記損傷半導体領域が優先的に除去された面側から前記半導体基板にレーザ光を照射するレーザ光照射処理と、
を有することを特徴とする半導体基板の再生方法。 A semiconductor substrate in which a convex portion including a damaged semiconductor region and an insulating layer remains in the peripheral portion by separating a part as a semiconductor layer through ion irradiation and heat treatment, and a damaged semiconductor region remains in other regions. Whereas
An etching process for removing the insulating layer;
Using a liquid mixture comprising a substance that oxidizes a semiconductor material constituting the semiconductor substrate, a substance that dissolves the oxidized semiconductor material, and a substance that controls the oxidation rate and dissolution rate of the semiconductor material, An etching process for preferentially removing the damaged semiconductor region with respect to the semiconductor region;
A laser beam irradiation process for irradiating the semiconductor substrate with a laser beam from the surface side from which the damaged semiconductor region has been removed preferentially;
A method for reclaiming a semiconductor substrate, comprising:
前記酸化された半導体材料を溶解する物質としてフッ酸を、
前記半導体材料の酸化速度及び溶解速度を制御する物質として酢酸を、
用いることを特徴とする半導体基板の再生方法。 In any one of Claims 1 thru | or 9, Nitric acid is used as a substance which oxidizes the semiconductor material which comprises the said semiconductor substrate,
Hydrofluoric acid as a substance that dissolves the oxidized semiconductor material,
Acetic acid as a substance that controls the oxidation rate and dissolution rate of the semiconductor material,
A method for reclaiming a semiconductor substrate, comprising using the semiconductor substrate.
絶縁層を介して、前記再生半導体基板とベース基板を貼り合わせ、
熱処理によって前記再生半導体基板を分離して、前記ベース基板上に半導体層を形成することを特徴とするSOI基板の作製方法。 An ion is added to the regenerated semiconductor substrate manufactured by the method according to claim 11 to form an embrittled region,
Through the insulating layer, the regenerated semiconductor substrate and the base substrate are bonded together,
A method for manufacturing an SOI substrate, wherein the recycled semiconductor substrate is separated by heat treatment, and a semiconductor layer is formed over the base substrate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011065371A JP2011228651A (en) | 2010-03-30 | 2011-03-24 | Method for reclaiming semiconductor substrate, method for manufacturing reclaimed semiconductor substrate, and method for manufacturing soi substrate |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010078994 | 2010-03-30 | ||
JP2010078994 | 2010-03-30 | ||
JP2011065371A JP2011228651A (en) | 2010-03-30 | 2011-03-24 | Method for reclaiming semiconductor substrate, method for manufacturing reclaimed semiconductor substrate, and method for manufacturing soi substrate |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011228651A true JP2011228651A (en) | 2011-11-10 |
JP2011228651A5 JP2011228651A5 (en) | 2014-03-27 |
Family
ID=45043618
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011065371A Withdrawn JP2011228651A (en) | 2010-03-30 | 2011-03-24 | Method for reclaiming semiconductor substrate, method for manufacturing reclaimed semiconductor substrate, and method for manufacturing soi substrate |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011228651A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160098169A (en) * | 2013-12-18 | 2016-08-18 | 인텔 코포레이션 | Planar heterogeneous device |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4936792B1 (en) * | 1970-10-15 | 1974-10-03 | ||
JPS60249332A (en) * | 1984-04-26 | 1985-12-10 | エッチエムシー・パテンツ・ホールディング・カンパニー・インコーポレーテッド | Etching solution and method of producing same |
JP2001085648A (en) * | 1999-07-15 | 2001-03-30 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Method for manufacturing bonding wafer and bonding wafer |
JP2001155978A (en) * | 1999-11-29 | 2001-06-08 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Regeneration processing method of flaked wafer and regenerated flaked wafer |
JP2002083820A (en) * | 2000-06-19 | 2002-03-22 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2004087606A (en) * | 2002-08-23 | 2004-03-18 | Sharp Corp | Soi substrate, display device using the same and manufacturing method of soi substrate |
JP2008131052A (en) * | 2006-11-23 | 2008-06-05 | Soitec Silicon On Insulator Technologies | ETCHANT NOT CONTAINING CHROMIUM FOR Si SUBSTRATE AND SiGe SUBSTRATE, METHOD FOR REVEALING DEFECT BY USING THIS ETCHANT, AND PROCESS OF PROCESSING Si SUBSTRATE AND SiGe SUBSTRATE BY USING THIS ETCHANT |
JP2008306166A (en) * | 2007-05-10 | 2008-12-18 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Method of manufacturing substrate for manufacturing semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device |
JP2009004749A (en) * | 2007-05-18 | 2009-01-08 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Semiconductor substrate, semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP2009124117A (en) * | 2007-10-10 | 2009-06-04 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Method for manufacturing semiconductor substrate, and method for manufacturing semiconductor device |
JP2009272471A (en) * | 2008-05-08 | 2009-11-19 | Sumco Corp | Bonded wafer manufacturing method |
-
2011
- 2011-03-24 JP JP2011065371A patent/JP2011228651A/en not_active Withdrawn
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4936792B1 (en) * | 1970-10-15 | 1974-10-03 | ||
JPS60249332A (en) * | 1984-04-26 | 1985-12-10 | エッチエムシー・パテンツ・ホールディング・カンパニー・インコーポレーテッド | Etching solution and method of producing same |
JP2001085648A (en) * | 1999-07-15 | 2001-03-30 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Method for manufacturing bonding wafer and bonding wafer |
JP2001155978A (en) * | 1999-11-29 | 2001-06-08 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Regeneration processing method of flaked wafer and regenerated flaked wafer |
JP2002083820A (en) * | 2000-06-19 | 2002-03-22 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2004087606A (en) * | 2002-08-23 | 2004-03-18 | Sharp Corp | Soi substrate, display device using the same and manufacturing method of soi substrate |
JP2008131052A (en) * | 2006-11-23 | 2008-06-05 | Soitec Silicon On Insulator Technologies | ETCHANT NOT CONTAINING CHROMIUM FOR Si SUBSTRATE AND SiGe SUBSTRATE, METHOD FOR REVEALING DEFECT BY USING THIS ETCHANT, AND PROCESS OF PROCESSING Si SUBSTRATE AND SiGe SUBSTRATE BY USING THIS ETCHANT |
JP2008306166A (en) * | 2007-05-10 | 2008-12-18 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Method of manufacturing substrate for manufacturing semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device |
JP2009004749A (en) * | 2007-05-18 | 2009-01-08 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Semiconductor substrate, semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP2009124117A (en) * | 2007-10-10 | 2009-06-04 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Method for manufacturing semiconductor substrate, and method for manufacturing semiconductor device |
JP2009272471A (en) * | 2008-05-08 | 2009-11-19 | Sumco Corp | Bonded wafer manufacturing method |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160098169A (en) * | 2013-12-18 | 2016-08-18 | 인텔 코포레이션 | Planar heterogeneous device |
JP2017504951A (en) * | 2013-12-18 | 2017-02-09 | インテル・コーポレーション | Planar type heterogeneous device |
US10014374B2 (en) | 2013-12-18 | 2018-07-03 | Intel Corporation | Planar heterogeneous device |
KR102203033B1 (en) * | 2013-12-18 | 2021-01-14 | 인텔 코포레이션 | Planar heterogeneous device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5622988B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor substrate | |
TWI524409B (en) | Method for reprocessing semiconductor substrate and method for manufacturing soi substrate | |
US8278187B2 (en) | Method for reprocessing semiconductor substrate by stepwise etching with at least two etching treatments | |
JP5572347B2 (en) | Method for manufacturing SOI substrate | |
JP5728180B2 (en) | Semiconductor substrate recycling method | |
JP5865786B2 (en) | Semiconductor substrate recycling method and SOI substrate manufacturing method | |
JP5520744B2 (en) | Semiconductor substrate recycling method | |
JP5865057B2 (en) | Semiconductor substrate recycling method and SOI substrate manufacturing method | |
JP2011228651A (en) | Method for reclaiming semiconductor substrate, method for manufacturing reclaimed semiconductor substrate, and method for manufacturing soi substrate | |
JP5634210B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor substrate |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140212 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140212 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150109 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150120 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20150302 |