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JP2010087345A - Manufacturing method of semiconductor substrate - Google Patents

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JP2010087345A
JP2010087345A JP2008256321A JP2008256321A JP2010087345A JP 2010087345 A JP2010087345 A JP 2010087345A JP 2008256321 A JP2008256321 A JP 2008256321A JP 2008256321 A JP2008256321 A JP 2008256321A JP 2010087345 A JP2010087345 A JP 2010087345A
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single crystal
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crystal semiconductor
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JP2008256321A
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Japanese (ja)
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Tomoaki Moriwaka
智昭 森若
Ryota Imabayashi
良太 今林
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a semiconductor substrate for an SOI substrate or laminated substrate, which prevents an unbonded region from being formed, and to reduce the unbonded region in a manufacturing process of the SOI substrate or the laminated substrate. <P>SOLUTION: A peripheral region of a first single crystal semiconductor substrate (s101) having an edge roll off region at the peripheral part is so cut that the edge roll off region is removed, and a second single crystal semiconductor substrate (s102) having a vertical edge form is formed, to provide a semiconductor substrate for SOI substrate. The single crystal semiconductor substrate having the vertical edge form and a base substrate are bonded while interposing a buffer layer between them, and the single crystal semiconductor substrate on the base substrate is made thinner, to manufacture the SOI substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、半導体基板の作製方法に関する。特に、基板貼り合わせ技術に関するものであって、SOI(Silicon On Insulator)基板の作製方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate. In particular, the present invention relates to a substrate bonding technique and relates to a method for manufacturing an SOI (Silicon On Insulator) substrate.

基板貼り合わせ技術の応用が広がっている。特に、貼り合わせSOI技術は、VLSI技術発展の鍵を握るとして、注目されている。   Applications of substrate bonding technology are expanding. In particular, the bonded SOI technology is attracting attention as a key to the development of VLSI technology.

貼り合わせSOI技術は、ボンド基板とベース基板とを貼り合わせ、ボンド基板を薄膜化することで、ベース基板上に半導体薄膜を形成するものである。ボンド基板とベース基板との間には、絶縁層などバッファ層が設けられる。貼り合わせSOI技術により作製された基板は、既に実用化および量産されている。そのなかでも、Smartcut(登録商標)技術やELTRAN(登録商標)技術は、ボンド基板の再利用が可能であるというメリットを有している。例えば、Smartcut(登録商標)技術は、ボンド基板である単結晶シリコン基板に水素をイオン注入することで微小気泡層を形成する。熱処理により、該微小気泡層でボンド基板を劈開させて、単結晶シリコン薄膜をベース基板である単結晶シリコン基板に結合させる技術である(特許文献1参照)。   In the bonded SOI technology, a bond substrate and a base substrate are bonded together, and the bond substrate is thinned to form a semiconductor thin film on the base substrate. A buffer layer such as an insulating layer is provided between the bond substrate and the base substrate. Substrates manufactured by the bonded SOI technology have already been put into practical use and mass-produced. Among them, Smartcut (registered trademark) technology and ELTRAN (registered trademark) technology have an advantage that the bond substrate can be reused. For example, the Smartcut (registered trademark) technology forms a microbubble layer by ion-implanting hydrogen into a single crystal silicon substrate which is a bond substrate. In this technique, the bond substrate is cleaved by the microbubble layer by heat treatment, and the single crystal silicon thin film is bonded to the single crystal silicon substrate which is a base substrate (see Patent Document 1).

ガラス基板など単結晶シリコン基板と異なる基板をベース基板に用いる新規貼り合わせSOI技術も研究・開発されている。例えば、高耐熱性ガラスである結晶化ガラス基板上に単結晶シリコン薄膜を形成する技術が開発されている(特許文献2参照)。   A new bonded SOI technology using a substrate different from a single crystal silicon substrate, such as a glass substrate, as a base substrate is also being researched and developed. For example, a technique for forming a single crystal silicon thin film on a crystallized glass substrate which is a high heat resistant glass has been developed (see Patent Document 2).

また、大面積炭素系基板上に複数のシリコン基板を配置して結合させた複合基板を用いて、大面積の薄膜単結晶シリコン基板を作製する技術が開示されている。複合基板のシリコン基板上にポーラスSi層を形成し、該ポーラスSi層上にエピタキシャル成長層を形成し、該エピタキシャル成長層上に熱酸化膜を形成する。熱酸化膜とガラス基板を接合させて複合基板とガラス基板の貼り合わせを行い、ポーラスSi層を剥離層として剥離を行い、エピタキシャル成長層からなる大面積の薄膜単結晶シリコン基板を作製している(特許文献3参照)。   Also disclosed is a technique for manufacturing a large-area thin-film single-crystal silicon substrate using a composite substrate in which a plurality of silicon substrates are arranged and bonded on a large-area carbon-based substrate. A porous Si layer is formed on the silicon substrate of the composite substrate, an epitaxial growth layer is formed on the porous Si layer, and a thermal oxide film is formed on the epitaxial growth layer. A thermal oxide film and a glass substrate are bonded together to bond the composite substrate and the glass substrate, and the porous Si layer is peeled off as a peeling layer to produce a large-area thin-film single crystal silicon substrate composed of an epitaxial growth layer ( (See Patent Document 3).

ところで、SOI基板の作製プロセスにおいて、ボンド基板とベース基板との接合界面における接合強度は、重要な要素の一つである。特に、Smartcut(登録商標)技術に代表されるボンド基板の表面薄膜層をベース基板に固定するSOI基板の作製プロセスでは、十分な接合強度を得るために、ボンド基板側の接合面、および、ベース基板側の接合面の表面平坦性が優れていることが必要である。   By the way, in the manufacturing process of the SOI substrate, the bonding strength at the bonding interface between the bond substrate and the base substrate is one of important factors. In particular, in a manufacturing process of an SOI substrate in which a surface thin film layer of a bond substrate typified by Smartcut (registered trademark) technology is fixed to a base substrate, in order to obtain sufficient bonding strength, a bonding surface on the bond substrate side and a base It is necessary that the surface flatness of the bonding surface on the substrate side is excellent.

一般に、基板表面の平坦化には研磨が行われる。特に、基板貼り合わせ技術に用いる基板のように、優れた表面平坦性が必要とされる場合は、化学機械研磨により研磨が行われる。化学機械研磨は、基板表面の平坦性を高めるのに好適な研磨方法である。しかし、一方で、化学機械研磨後は、基板周縁部にエッジロールオフ(ERO;Edge Roll Off)領域が形成され、基板中央に比べて基板周縁部の平坦性が低くなると言われている。エッジロールオフ領域は、基板周縁部に数mm(例えば2mm〜3mm)の幅で形成される。エッジロールオフ領域が形成される主要因として、化学機械研磨により生じる研磨ダレが挙げられている。   In general, polishing is performed to planarize the substrate surface. In particular, when excellent surface flatness is required, such as a substrate used in a substrate bonding technique, polishing is performed by chemical mechanical polishing. Chemical mechanical polishing is a polishing method suitable for improving the flatness of the substrate surface. However, on the other hand, after chemical mechanical polishing, an edge roll-off (ERO) edge region is formed at the peripheral edge of the substrate, and the flatness of the peripheral edge of the substrate is said to be lower than at the center of the substrate. The edge roll-off region is formed with a width of several mm (for example, 2 mm to 3 mm) at the peripheral edge of the substrate. As a main factor for forming the edge roll-off region, polishing sagging caused by chemical mechanical polishing is cited.

エッジロールオフ領域が形成されている基板周縁部は、平坦性が低いため、接合を形成することが難しい。したがって、SOI基板の作製プロセスにおいて、平坦性の低い基板周縁部で、未接合領域が生じてしまう問題があった。また、接合された場合でも、他の領域(例えば、平坦性が良好な基板中央部)と比較して接合強度が弱くなりやすい問題があった。   Since the edge of the substrate on which the edge roll-off region is formed has low flatness, it is difficult to form a bond. Therefore, in the manufacturing process of the SOI substrate, there is a problem that an unbonded region is generated at the peripheral portion of the substrate having low flatness. In addition, even when bonded, there is a problem that the bonding strength tends to be weak compared to other regions (for example, the central portion of the substrate having good flatness).

そこで、未接合領域を低減するために、貼り合わせに用いる基板の研磨工程および面取り工程を工夫する方法が開示されている(特許文献4参照)。ここでは、面取り加工した基板を鏡面研磨した後に、再度面取り加工を行い、研磨ダレを面取り幅に取り込むことで、研磨ダレを低減させることが開示されている。
特開平5−211128号公報 特開平11−163363号公報 特開2003−257804号公報 特開2001−345435号公報
Therefore, a method of devising a polishing process and a chamfering process for substrates used for bonding in order to reduce unbonded regions has been disclosed (see Patent Document 4). Here, it is disclosed that after the chamfered substrate is mirror-polished, the chamfering is performed again to incorporate the polishing sag into the chamfering width, thereby reducing the polishing sag.
JP-A-5-211128 JP 11-163363 A JP 2003-257804 A JP 2001-345435 A

化学機械研磨による基板表面の平坦化とエッジロールオフ領域の形成は、トレードオフの関係にある。優れた表面平坦性を得るためには、化学機械研磨による平坦化処理が好適である。しかし、化学機械研磨により、基板周縁部にはエッジロールオフ領域が形成されてしまう。化学機械研磨により、基板表面の全体で見れば平坦性は向上するが、基板周縁部を見ると平坦性が低下してしまう。   The planarization of the substrate surface by chemical mechanical polishing and the formation of the edge roll-off region are in a trade-off relationship. In order to obtain excellent surface flatness, a flattening process by chemical mechanical polishing is suitable. However, an edge roll-off region is formed at the peripheral edge of the substrate by chemical mechanical polishing. By chemical mechanical polishing, the flatness is improved when viewed from the entire surface of the substrate, but the flatness is degraded when the peripheral edge of the substrate is viewed.

エッジロールオフ領域は、SOI基板および貼り合わせ基板の作製において、未接合領域を生じる要因となる。未接合領域は、SOI基板または貼りあわせ基板の作製プロセスにおける貼りあわせ工程や分割工程などで生じ、未接合領域がきっかけとなって膜剥がれなどを引き起こしてしまう。膜剥がれなど接合不良が起きることでSOI基板および貼り合わせ基板の歩留まりが低下する。さらに、このようなSOI基板などを用いて素子を形成することで、素子の形成途中でも膜剥がれなど生じるおそれがあり、素子の歩留まりを低下させる要因ともなる。   The edge roll-off region becomes a factor that causes an unbonded region in manufacturing an SOI substrate and a bonded substrate. The unbonded region is generated in a bonding step or a division step in the manufacturing process of the SOI substrate or the bonded substrate, and the unbonded region is a trigger and causes film peeling. When a bonding failure such as film peeling occurs, the yield of the SOI substrate and the bonded substrate is lowered. Furthermore, when an element is formed using such an SOI substrate or the like, film peeling or the like may occur even during the formation of the element, which causes a decrease in the yield of the element.

本発明は、上記問題に鑑み、未接合領域の形成を防ぐSOI基板用または貼りあわせ基板用の半導体基板を提供することを課題の一とする。または、歩留まりの低下を防ぐSOI基板用または貼り合わせ基板用の半導体基板を提供することを課題の一とする。または、SOI基板または貼り合わせ基板の作製プロセスにおいて、未接合領域を低減させることを課題の一とする。または、歩留まり良くSOI基板または貼り合わせ基板を作製することを課題の一とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor substrate for an SOI substrate or a bonded substrate that prevents formation of an unbonded region. Another object is to provide a semiconductor substrate for an SOI substrate or a bonded substrate which prevents a decrease in yield. Another object is to reduce an unbonded region in a manufacturing process of an SOI substrate or a bonded substrate. Another object is to manufacture an SOI substrate or a bonded substrate with high yield.

本発明は、作製プロセスにおいて、周縁部に未接合領域が形成されることを防ぐSOI基板用または貼りあわせ基板用の半導体基板を提供することを要旨とする。また、本発明は、周縁部の未接合領域が低減されたSOI基板または貼り合わせ基板を提供することを他の要旨とする。   The gist of the present invention is to provide a semiconductor substrate for an SOI substrate or a bonded substrate which prevents an unbonded region from being formed in the peripheral portion in the manufacturing process. Another gist of the present invention is to provide an SOI substrate or a bonded substrate in which the unbonded region at the peripheral portion is reduced.

なお、本明細書中で未接合領域とは、ボンド基板とベース基板を貼り合わせる工程、さらに、貼り合わせたボンド基板を分割する工程などに生じる密着性不良部分を指す。   Note that an unbonded region in this specification refers to a poor adhesion portion that occurs in a step of bonding a bond substrate and a base substrate, a step of dividing the bonded bond substrate, and the like.

本発明では、SOI基板またはSOI基板を作製するボンド基板として、単結晶半導体基板を用いる。単結晶半導体基板における周縁部の平坦性を向上させることで、ベース基板との接合不良を抑制し、未接合領域を低減させる。   In the present invention, a single crystal semiconductor substrate is used as an SOI substrate or a bond substrate for manufacturing an SOI substrate. By improving the flatness of the peripheral edge of the single crystal semiconductor substrate, bonding failure with the base substrate is suppressed, and the unbonded region is reduced.

単結晶半導体基板は、化学機械研磨(CMP;Chemical Mechanical Polishing)による表面研磨後に、エッジロールオフ領域など平坦性の低い領域を除去し、垂直のエッジ形状を有する単結晶半導体基板とすることで、周縁部の平坦性を向上させる。   The single crystal semiconductor substrate is formed by removing a region with low flatness such as an edge roll-off region after surface polishing by chemical mechanical polishing (CMP; Chemical Mechanical Polishing), thereby forming a single crystal semiconductor substrate having a vertical edge shape. Improves the flatness of the peripheral edge.

なお、好ましくは、所望の形状に単結晶半導体基板を形成する際に、エッジロールオフ領域が除去されるように切断し、垂直のエッジ形状を有する単結晶半導体基板とする。または、垂直のエッジ形状を有する単結晶半導体基板のエッジ部に面取り加工を行う。このようにすることで、所望の形状であり、基板周縁部まで平坦性が向上されたボンド基板を提供することができる。そして、該ボンド基板をベース基板に貼り合わせ、適宜薄膜化など行うことにより、貼り合わせ基板またはSOI基板を作製する。   Note that preferably, when the single crystal semiconductor substrate is formed into a desired shape, the single crystal semiconductor substrate is cut so that the edge roll-off region is removed, so that the single crystal semiconductor substrate has a vertical edge shape. Alternatively, chamfering is performed on an edge portion of a single crystal semiconductor substrate having a vertical edge shape. By doing so, it is possible to provide a bond substrate having a desired shape and improved flatness up to the peripheral edge of the substrate. Then, a bonded substrate or an SOI substrate is manufactured by bonding the bond substrate to a base substrate and performing thinning or the like as appropriate.

本発明の一は、周縁部にエッジロールオフ領域を有する第1の単結晶半導体基板の周辺領域をエッジロールオフ領域が除去されるように切断して、垂直のエッジ形状を有する第2の単結晶半導体基板を作製するSOI基板用半導体基板の作製方法である。   According to one aspect of the present invention, a peripheral region of a first single crystal semiconductor substrate having an edge roll-off region at a peripheral portion is cut so that the edge roll-off region is removed, and a second single unit having a vertical edge shape is cut. This is a method for manufacturing a semiconductor substrate for an SOI substrate for manufacturing a crystalline semiconductor substrate.

上記構成において、第2の単結晶半導体基板の垂直であるエッジ部に面取り加工を行うことができる。   In the above structure, chamfering can be performed on an edge portion which is perpendicular to the second single crystal semiconductor substrate.

また、第2の単結晶半導体基板はエッジ部の角度が90°±10°の範囲となるように切断され垂直のエッジ形状とされる。   The second single crystal semiconductor substrate is cut into a vertical edge shape so that the angle of the edge portion is in the range of 90 ° ± 10 °.

また、第2の単結晶半導体基板は、平面形状で四角形状とされることが好ましい。   The second single crystal semiconductor substrate is preferably a quadrangular shape in plan view.

また、本発明の一は、垂直のエッジ形状を有する単結晶半導体基板と、ベース基板と、を、バッファ層を間に介在させて貼り合わせ、ベース基板上の単結晶半導体基板を薄膜化するSOI基板の作製方法である。   Another aspect of the present invention is an SOI in which a single crystal semiconductor substrate having a vertical edge shape and a base substrate are bonded to each other with a buffer layer interposed therebetween, and the single crystal semiconductor substrate over the base substrate is thinned. This is a method for manufacturing a substrate.

上記構成において、単結晶半導体基板の薄膜化としては、単結晶半導体基板の内部に脆化層を形成し、該脆化層を境として単結晶半導体基板を分割することができる。   In the above structure, the single crystal semiconductor substrate can be thinned by forming an embrittlement layer inside the single crystal semiconductor substrate and dividing the single crystal semiconductor substrate with the embrittlement layer as a boundary.

また、単結晶半導体基板はエッジ部の角度が90°±10°の範囲となるように切断され垂直のエッジ形状とされる。   In addition, the single crystal semiconductor substrate is cut into a vertical edge shape so that the edge portion has an angle of 90 ° ± 10 °.

上記構成において、単結晶半導体基板の垂直であるエッジ部に面取り加工を行い、該面取り加工がされた単結晶半導体基板を、ベース基板との貼り合わせに用いることができる。   In the above structure, the edge portion which is perpendicular to the single crystal semiconductor substrate is chamfered, and the single crystal semiconductor substrate which has been chamfered can be used for bonding to the base substrate.

また、上記構成において、垂直のエッジ形状を有する単結晶半導体基板は、周縁部にエッジロールオフ領域を有する単結晶半導体基板の周辺領域をエッジロールオフ領域が除去されるように切断して、得られることができる。   In the above structure, a single crystal semiconductor substrate having a vertical edge shape is obtained by cutting a peripheral region of a single crystal semiconductor substrate having an edge roll-off region at a peripheral portion so that the edge roll-off region is removed. Can be done.

なお、垂直のエッジ形状を有する単結晶半導体基板は四角形状とされることが好ましい。   Note that the single crystal semiconductor substrate having a vertical edge shape is preferably square.

また、ベース基板としては、ガラス基板を用いることが好ましい。   Further, a glass substrate is preferably used as the base substrate.

また、本明細書において、「単結晶」とは、結晶面、結晶軸が揃っている結晶であり、それを構成している原子又は分子が空間的に規則正しい配列になっているものをいう。もっとも、単結晶は原子が規則正しく配列することによって構成されるものであるが、一部にこの配列の乱れがある格子欠陥を含むもの、意図的又は非意図的に格子歪みを有するものも含むものとする。   Further, in this specification, “single crystal” refers to a crystal having a crystal plane and a crystal axis that are aligned, and atoms or molecules constituting the crystal are spatially ordered. However, a single crystal is composed of regularly arranged atoms, but also includes those that include lattice defects that have some disorder in this arrangement, and those that intentionally or unintentionally have lattice distortion. .

また、本明細書における「脆化層」とは、分割工程で、単結晶半導体基板が分割される領域およびその近傍のことを示す。「脆化層」を形成する手段によって「脆化層」の状態は異なるが、例えば、「脆化層」は、局所的に結晶構造が乱され、脆弱化された領域である。なお、場合によっては単結晶半導体基板の表面側から「脆化層」までの領域も多少脆弱化される場合があるが、本明細書の「脆化層」は後に分割される領域及びその近傍を指すものとする。   In addition, the “brittle layer” in this specification refers to a region where a single crystal semiconductor substrate is divided and its vicinity in a division step. Although the state of the “brittle layer” varies depending on the means for forming the “brittle layer”, for example, the “brittle layer” is a region where the crystal structure is locally disturbed and weakened. In some cases, the region from the surface side of the single crystal semiconductor substrate to the “brittle layer” may be somewhat weakened, but the “brittle layer” in this specification refers to the region to be divided later and its vicinity. Shall be pointed to.

また、本明細書において「第1」、「第2」、又は「第3」等の数詞の付く用語は、要素を区別するために便宜的に付与しているものであり、数的に限定するものではなく、また配置及び段階の順序を限定するものでもない。   In addition, in this specification, terms with numerals such as “first”, “second”, or “third” are given for convenience in order to distinguish elements and are limited numerically. It is not intended to limit the order of arrangement and steps.

本発明により、未接合領域の形成または歩留まりの低下を抑制できるSOI基板用または貼り合わせ基板用の半導体基板を提供することができる。また、SOI基板または貼り合わせ基板の作製プロセスにおいて、周縁部に未接合領域が形成されることを防ぐことができ、接合不良や、膜剥がれなどの不良を抑制することができる。その結果、歩留まり良くSOI基板および貼り合わせ基板を作製することができる。   According to the present invention, a semiconductor substrate for an SOI substrate or a bonded substrate that can suppress formation of an unbonded region or a decrease in yield can be provided. In addition, in the manufacturing process of the SOI substrate or the bonded substrate, it is possible to prevent an unbonded region from being formed in the peripheral portion, and it is possible to suppress defects such as bonding failure and film peeling. As a result, an SOI substrate and a bonded substrate can be manufactured with high yield.

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を変更しうることが当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、本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、実施の形態を説明するための全図において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, it will be readily understood by those skilled in the art that the present invention can be implemented in many different modes, and that the forms and details can be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. . Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiment modes. Note that in all the drawings for describing the embodiments, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof is omitted.

(実施の形態1)
図1は、本発明に係るSOI基板用または貼り合わせ基板用の半導体基板の加工工程の流れと、SOI基板または貼り合わせ基板の作製工程の流れを示している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a flow of processing steps of a semiconductor substrate for an SOI substrate or a bonded substrate according to the present invention and a flow of manufacturing steps of the SOI substrate or the bonded substrate.

まず、SOI基板用または貼り合わせ基板用である半導体基板の加工工程の流れについて説明する。   First, a flow of processing steps of a semiconductor substrate for an SOI substrate or a bonded substrate will be described.

表面が研磨され周縁部にエッジロールオフ領域を有する第1の単結晶半導体基板(図1の(s101)において、第1の単結晶半導体基板の周辺領域をエッジロールオフ領域が除去されるように切断して、垂直のエッジ形状を有する第2の単結晶半導体基板を作製する(図1の(s102))。   A first single crystal semiconductor substrate having a polished surface and an edge roll-off region at the peripheral edge (in FIG. 1, (s101), the edge roll-off region is removed from the peripheral region of the first single crystal semiconductor substrate. By cutting, a second single crystal semiconductor substrate having a vertical edge shape is manufactured ((s102) in FIG. 1).

第1の単結晶半導体基板は、少なくとも一表面が化学機械研磨により研磨される。また、第1の単結晶半導体基板は、研磨された表面側の周縁部にエッジロールオフ領域を有する。なお、単結晶半導体基板と代えて多結晶半導体基板を用いてもよく、その場合は以下の説明における「単結晶」は「多結晶」と置き換えられることとなる。   At least one surface of the first single crystal semiconductor substrate is polished by chemical mechanical polishing. In addition, the first single crystal semiconductor substrate has an edge roll-off region in the peripheral portion on the polished surface side. Note that a polycrystalline semiconductor substrate may be used instead of the single crystal semiconductor substrate. In that case, “single crystal” in the following description is replaced with “polycrystal”.

上記エッジロールオフ領域を有する第1の単結晶半導体基板の周辺領域を、エッジロールオフ領域が除去されるように切断し、垂直のエッジ形状を有する第2の単結晶半導体基板を作製することで、基板周縁部まで平坦性を向上させることができる。   A peripheral region of the first single crystal semiconductor substrate having the edge roll-off region is cut so that the edge roll-off region is removed, and a second single crystal semiconductor substrate having a vertical edge shape is manufactured. The flatness can be improved up to the peripheral edge of the substrate.

なお、本明細書における「垂直」とは、エッジ部の角度が90°±10°、好ましくは90°±5°の範囲にあるものとする。   In this specification, “vertical” means that the angle of the edge portion is in the range of 90 ° ± 10 °, preferably 90 ° ± 5 °.

図2(A)は、エッジロールオフ領域を有する第1の単結晶半導体基板1003を切断して、垂直のエッジ形状を有する第2の単結晶半導体基板1005を作製する例を示している。図2(B)は、図2(A)に示す第2の単結晶半導体基板1005における周縁部の側面における線分XY間の拡大断面図である。また、図2(C)、(D)は、図2(A)に示す第1の単結晶半導体基板1003における周縁部における側面の線分OP間の拡大断面図である。   FIG. 2A illustrates an example in which the first single crystal semiconductor substrate 1003 having an edge roll-off region is cut to manufacture a second single crystal semiconductor substrate 1005 having a vertical edge shape. FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view between line segments XY on the side surface of the peripheral edge portion of the second single crystal semiconductor substrate 1005 illustrated in FIG. FIGS. 2C and 2D are enlarged cross-sectional views taken along a line segment OP on the side surface in the peripheral portion of the first single crystal semiconductor substrate 1003 shown in FIG.

第1の単結晶半導体基板1003は、表面が研磨されエッジロールオフ領域を有する。図2(C)、(D)に示すように、第1の単結晶半導体基板1003の周縁部は基板中央側よりも厚みが薄く、基板中央から側面にかけてだれた形状となっている。領域1015は、エッジロールオフ領域であり、基板中央側よりも厚みが薄く平坦性の低い領域である。領域1015の側面からの長さLeや形状は、研磨工程の条件により変化する。   The first single crystal semiconductor substrate 1003 has a polished surface and an edge roll-off region. As shown in FIGS. 2C and 2D, the peripheral edge portion of the first single crystal semiconductor substrate 1003 is thinner than the center side of the substrate and has a shape leaning from the center of the substrate to the side surface. A region 1015 is an edge roll-off region, and is a region that is thinner and less flat than the substrate center side. The length Le and the shape from the side surface of the region 1015 vary depending on the conditions of the polishing process.

なお、第1の単結晶半導体基板として、市販されているシリコンウェーハを用いることができる。流通しているシリコンウェーハは、従来の作製方法では、半導体インゴットから円盤状のウェーハを切り出した後、面取り加工してから鏡面研磨加工(CMPによる研磨)される。そのため、市販されるシリコンウェーハの多くには、基板周縁部に、面取り部と、エッジロールオフ領域が形成されている。そのため、図2(D)に示すように、面取り部と、エッジロールオフ領域と、が形成された平坦性の低い領域1016を有する。面取り加工および研磨工程の条件などにより、領域1016の側面からの長さLe’や形状が変化する。市販されているシリコンウェーハなどは、面取り部がおよそ0.2mm幅〜0.5mm幅で形成され、エッジロールオフ領域がおよそ2mm幅〜3mm幅で形成される。   Note that a commercially available silicon wafer can be used as the first single crystal semiconductor substrate. In the conventional manufacturing method, a distributed silicon wafer is cut out of a disk-shaped wafer from a semiconductor ingot, then chamfered and then mirror-polished (polished by CMP). For this reason, in many commercially available silicon wafers, a chamfered portion and an edge roll-off region are formed on the periphery of the substrate. For this reason, as shown in FIG. 2D, a region 1016 having low flatness in which a chamfered portion and an edge roll-off region are formed is provided. Depending on the conditions of the chamfering process and the polishing process, the length Le ′ from the side surface of the region 1016 and the shape change. In a commercially available silicon wafer or the like, the chamfered portion is formed with a width of approximately 0.2 mm to 0.5 mm, and the edge roll-off region is formed with a width of approximately 2 mm to 3 mm.

これに対し、本発明は、図2(B)に示すように、第2の単結晶半導体基板1005の周縁部における側面1011のエッジ部1012の角度が垂直(90°±10°、好ましくは90°±5°の範囲)となるように、第1の単結晶半導体基板1003の切断を行う。エッジロールオフ領域を有する第1の単結晶半導体基板1003の周辺領域をエッジロールオフ領域が除去されるように切断することで、平坦性の低い領域をなくす、又は、低減した単結晶半導体基板を作製することができる。   On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 2B, the angle of the edge portion 1012 of the side surface 1011 at the peripheral edge portion of the second single crystal semiconductor substrate 1005 is vertical (90 ° ± 10 °, preferably 90 ° The first single crystal semiconductor substrate 1003 is cut so as to be in a range of ± 5 °. By cutting the peripheral region of the first single crystal semiconductor substrate 1003 having an edge roll-off region so that the edge roll-off region is removed, a region with low flatness is eliminated or a single crystal semiconductor substrate with a reduced level is obtained. Can be produced.

第2の単結晶半導体基板1005は、基板表面は化学機械研磨により研磨されているため平坦化されており、さらにエッジロールオフ領域など平坦性の低い領域を除去するため、周縁部まで平坦化が図られ、基板表面全体の平坦性が向上される。基板表面の平坦性は、SOI基板および貼り合わせ基板の作製において接合の可否および接合強度に関わる重要なパラメータである。基板表面の平坦性が向上することで、SOI基板および貼り合わせ基板の作製において未接合領域が形成されることを防ぐことができ、SOI基板または貼り合わせ基板用の半導体基板として好適に用いることができる。   The second single crystal semiconductor substrate 1005 is planarized because the substrate surface is polished by chemical mechanical polishing, and further planarized to the peripheral portion in order to remove regions with low flatness such as edge roll-off regions. As a result, the flatness of the entire substrate surface is improved. The flatness of the substrate surface is an important parameter related to the possibility of bonding and bonding strength in the production of SOI substrates and bonded substrates. By improving the flatness of the substrate surface, formation of an unbonded region can be prevented in manufacturing an SOI substrate and a bonded substrate, and the substrate can be preferably used as an SOI substrate or a semiconductor substrate for a bonded substrate. it can.

また、基板表面の平坦性が向上することで、作製するSOI基板および貼り合わせ基板の接合強度が高まり、作製時および流通後に、密着性不良による品質低下や歩留まり低下などを抑制することができる。   Further, by improving the flatness of the substrate surface, the bonding strength of the manufactured SOI substrate and the bonded substrate is increased, and deterioration in quality and yield due to poor adhesion can be suppressed during and after the production.

ここで、表面が研磨され周縁部にエッジロールオフ領域を有する第1の単結晶半導体基板が得られるまでの一例について、図3を用いて説明する。   Here, an example until a first single crystal semiconductor substrate having a polished surface and an edge roll-off region at the peripheral edge is obtained will be described with reference to FIGS.

第1の単結晶半導体基板としては、単結晶シリコン基板、単結晶ゲルマニウム基板、単結晶シリコンゲルマニウム基板など、周期表第14族元素でなる単結晶半導体基板が挙げられる。その他、ガリウムヒ素やインジウムなどの化合物半導体基板を用いることもできる。   As the first single crystal semiconductor substrate, a single crystal semiconductor substrate made of a group 14 element of the periodic table, such as a single crystal silicon substrate, a single crystal germanium substrate, or a single crystal silicon germanium substrate, can be given. In addition, a compound semiconductor substrate such as gallium arsenide or indium can be used.

第1の単結晶半導体基板は、半導体インゴットから所定の厚さに切り出した円盤状の基板を用いることができる。基となる半導体インゴットの多くは円柱状であり、該円柱状の半導体インゴットを所定の厚さに切り出すことで、円盤状の単結晶半導体基板が作製される。   As the first single crystal semiconductor substrate, a disk-shaped substrate cut out from a semiconductor ingot to a predetermined thickness can be used. Many of the semiconductor ingots serving as a base are cylindrical, and a disk-shaped single crystal semiconductor substrate is manufactured by cutting the cylindrical semiconductor ingot to a predetermined thickness.

なお、本明細書における円盤状とは、正円に限定されず、一部欠けているもの(オリエンテーションフラット(オリフラ)、ノッチなどが形成されているものを含む)や楕円など、概略円状であるものを範疇に含む。   In addition, the disc shape in this specification is not limited to a perfect circle, but is a substantially circular shape such as a part lacking (including an orientation flat (orientation flat), a notch, etc.) or an ellipse. Some are included in the category.

半導体インゴット(代表的には単結晶シリコンインゴットまたは多結晶シリコンインゴット)は、CZ法またはFZ法により作製される。例えば、CZ法またはFZ法により、円柱状の単結晶シリコンインゴットを引き上げる。円柱状の単結晶シリコンインゴットを適宜ブロック切断した後、所定の厚さで切り出すことにより、円盤状の単結晶シリコン基板が得られる。具体的には、図3(A)に示すように円柱状の単結晶シリコンインゴット101の短軸方向(底面)と平行な面で、所定の厚さで切り出すことにより、図3(B)に示すように円盤状である第1の単結晶シリコン基板103(第1の単結晶シリコン基板103m、第1の単結晶シリコン基板103m+1・・・第1の単結晶シリコン基板103n)が得られる。半導体インゴットの切り出しは、ワイヤソーまたは内周刃切断機などの切断装置を用いて行う。   A semiconductor ingot (typically, a single crystal silicon ingot or a polycrystalline silicon ingot) is manufactured by a CZ method or an FZ method. For example, a cylindrical single crystal silicon ingot is pulled up by the CZ method or the FZ method. A columnar single crystal silicon ingot is appropriately cut into blocks, and then cut out with a predetermined thickness to obtain a disk-shaped single crystal silicon substrate. Specifically, as shown in FIG. 3A, by cutting out with a predetermined thickness on a plane parallel to the short axis direction (bottom surface) of the cylindrical single crystal silicon ingot 101, FIG. As shown, a disk-shaped first single crystal silicon substrate 103 (first single crystal silicon substrate 103m, first single crystal silicon substrate 103m + 1... First single crystal silicon substrate 103n) is obtained. The semiconductor ingot is cut out using a cutting device such as a wire saw or an inner peripheral cutting machine.

切断装置を用いて半導体インゴットから切り出した単結晶半導体基板は、表面の平坦性が良好でない。SOI基板およびSOI基板の作製において、要求される接合面の平坦性は厳しい。そのため、半導体インゴットから切り出した段階の単結晶半導体基板は、表面の平坦化処理を行うことが必須となる。平坦化処理としては、化学機械研磨を行う。化学機械研磨を行うことにより、第1の単結晶半導体基板表面の平坦性は向上するが、基板周縁部には研磨ダレを含むエッジロールオフ領域が形成される。   A single crystal semiconductor substrate cut out from a semiconductor ingot using a cutting device does not have good surface flatness. In manufacturing an SOI substrate and an SOI substrate, required flatness of a bonding surface is severe. Therefore, it is essential that the single crystal semiconductor substrate at the stage of being cut out from the semiconductor ingot be subjected to surface planarization treatment. As the planarization treatment, chemical mechanical polishing is performed. By performing chemical mechanical polishing, the flatness of the surface of the first single crystal semiconductor substrate is improved, but an edge roll-off region including polishing sagging is formed at the peripheral edge of the substrate.

なお、「接合面」とは、材料層または材料基板など対象物と接合を形成する面のことを指す。本形態では、ベース基板とボンド基板とが貼り合わされるため、ベース基板側の接合面と、ボンド基板側の接合面が存在する。   The “bonding surface” refers to a surface that forms a bond with an object such as a material layer or a material substrate. In this embodiment, since the base substrate and the bond substrate are attached to each other, a base substrate-side bonding surface and a bond substrate-side bonding surface exist.

第1の単結晶半導体基板は、少なくとも一表面を化学機械研磨により研磨する。例えば、図3(C)に示すように、CMP装置181により第1の単結晶シリコン基板103の一表面を研磨する。ここでは、基板保持部(研磨ヘッド)に第1の単結晶シリコン基板103を保持させ、所定流量で研磨剤(スラリー)を供給しながら、第1の単結晶シリコン基板103の一表面を回転定盤に貼着されたパッド(研磨布)に押しつけて表面研磨する例を示している。基板保持部および回転定盤は、それぞれ回転することができる。また、回転定盤は、揺動させることができる。第1の単結晶シリコン基板103のパッドに押しつけられて研磨された表面側には、周縁部に研磨ダレを含むエッジロールオフ領域が形成される。化学機械研磨を行うCMP装置の構成は図3(C)に示す構成に限定されるものではない。   At least one surface of the first single crystal semiconductor substrate is polished by chemical mechanical polishing. For example, as shown in FIG. 3C, one surface of the first single crystal silicon substrate 103 is polished by a CMP apparatus 181. Here, the first single crystal silicon substrate 103 is held by the substrate holding portion (polishing head), and one surface of the first single crystal silicon substrate 103 is rotationally fixed while supplying an abrasive (slurry) at a predetermined flow rate. An example is shown in which surface polishing is performed by pressing against a pad (polishing cloth) affixed to a board. The substrate holding part and the rotating surface plate can rotate respectively. Further, the rotating surface plate can be swung. An edge roll-off region including a polishing sag is formed at the peripheral portion on the surface side pressed against the pad of the first single crystal silicon substrate 103 and polished. The configuration of the CMP apparatus that performs chemical mechanical polishing is not limited to the configuration shown in FIG.

第1の単結晶半導体基板の周縁部には、化学機械研磨により生じた研磨ダレを含むエッジロールオフ領域が形成されている。表面が研磨されエッジロールオフ領域を有する第1の単結晶半導体基板の周辺領域をエッジロールオフ領域が除去されるように適宜切断して、垂直のエッジ形状を有する第2の単結晶半導体基板を作製する(図3(D))。   An edge roll-off region including a polishing sag generated by chemical mechanical polishing is formed at the peripheral edge of the first single crystal semiconductor substrate. A second single crystal semiconductor substrate having a vertical edge shape is obtained by appropriately cutting a peripheral region of the first single crystal semiconductor substrate having a polished surface and having an edge roll-off region so that the edge roll-off region is removed. It is manufactured (FIG. 3D).

なお、上記特許文献3では、炭素系基板に配置するシリコン基板として、シリコン基板の側面が垂直に研磨されたものを用いるとされている。これは、炭素系基板上に配置した隣接するシリコン基板同士の側面の面方位を揃えることが主な目的であって、この工程で研磨ダレなど平坦性の低い周縁部を除去するという目的のものではない。そもそも、シリコン基板は、陽極化成を行うための炭素系基板に接合させるものであって、ベース基板に直接接合させるものではない。ベース基板に貼り合わされるのは、エピタキシャル成長層である。そのため、ボンド基板をベース基板に貼り合わせた際の接合不良などは、全く考慮されていない。   In Patent Document 3, it is assumed that a silicon substrate disposed on a carbon-based substrate is a silicon substrate whose side surface is polished vertically. The main purpose of this is to align the surface orientation of the side surfaces of adjacent silicon substrates placed on a carbon-based substrate, and the purpose is to remove peripheral portions with low flatness such as polishing sagging in this process. is not. In the first place, the silicon substrate is bonded to the carbon-based substrate for anodizing, and not directly bonded to the base substrate. The epitaxial growth layer is bonded to the base substrate. Therefore, no consideration is given to bonding failure when the bond substrate is bonded to the base substrate.

また、基板周縁部の平坦性の低い領域を低減し、基板表面全体の平坦性を向上させることで、SOI基板および貼り合わせ基板における接合面全体の接合強度の均一化を図ることができる。その結果、2枚の基板(ベース基板とボンド基板)を貼り合わせ、ボンド基板を分割して薄膜化するSOI基板において、ベース基板に固定されたボンド基板の薄膜層の周縁部がぎざぎざ形状となることを防ぐことができる。例えば、エッジロールオフ領域などにより基板中央から基板周縁部にかけてだれた形状となっていると、基板周縁部にかけて接合強度が弱まりやすい。接合強度が弱いと、ボンド基板を分割する際に、基板周縁部が分割工程に耐えきれず、ベース基板に接合できずに剥離されやすい。また、平坦性の低い領域では接合強度にムラが生じやすい。そのため、分割工程で接合されたままの領域と接合できずに剥離される領域が出てしまい、貼り合わされたボンド基板の薄膜層の周縁部がぎざぎざ形状になることがある。そこで、基板周縁部まで平坦性を高め、接合強度の均一化を図ることで、ボンド基板の薄膜層の周縁部がぎざぎざ形状となることを防ぐことができる。ボンド基板の薄膜層の周縁部がぎざぎざ形状となることを防ぐことで、周縁部からの剥がれを抑制することができる。   In addition, by reducing the region with low flatness at the periphery of the substrate and improving the flatness of the entire substrate surface, the bonding strength of the entire bonding surface of the SOI substrate and the bonded substrate can be made uniform. As a result, in an SOI substrate in which two substrates (a base substrate and a bond substrate) are bonded and the bond substrate is divided into thin films, the peripheral portion of the thin film layer of the bond substrate fixed to the base substrate has a jagged shape. Can be prevented. For example, if the edge roll-off region or the like is in a shape that is inclined from the center of the substrate to the peripheral edge of the substrate, the bonding strength tends to be weakened from the peripheral edge of the substrate. When the bonding strength is weak, when the bond substrate is divided, the peripheral edge portion of the substrate cannot withstand the dividing process, and cannot be bonded to the base substrate and is easily peeled off. Also, unevenness is likely to occur in the bonding strength in regions where the flatness is low. For this reason, a region that is not bonded to the region that is bonded in the dividing step and is peeled off may appear, and the peripheral portion of the thin film layer of the bonded substrate substrate may have a jagged shape. Therefore, it is possible to prevent the peripheral portion of the thin film layer of the bond substrate from having a jagged shape by increasing the flatness to the peripheral portion of the substrate and making the bonding strength uniform. By preventing the peripheral portion of the thin film layer of the bond substrate from having a jagged shape, peeling from the peripheral portion can be suppressed.

例えば、図3(D)は、図2(A)に示したように、円盤状である第1の単結晶シリコン基板103の基板周縁部を除去するように切断して、第2の単結晶シリコン基板105を矩形に形成する例を示している。なお、第1の単結晶シリコン基板103の切り口は、第2の単結晶シリコン基板105の周縁部における側面のエッジ部が垂直形状となるようにする。   For example, in FIG. 3D, as shown in FIG. 2A, the first single crystal silicon substrate 103 that is disk-shaped is cut so as to remove the peripheral portion of the second single crystal. An example in which the silicon substrate 105 is formed in a rectangular shape is shown. Note that the cut edge of the first single crystal silicon substrate 103 is formed so that the edge portion of the side surface in the peripheral edge portion of the second single crystal silicon substrate 105 has a vertical shape.

なお、第2の単結晶半導体基板の形状は、円柱状である半導体インゴットを所定の厚さに切り出した単結晶半導体基板の形状をそのまま反映させた円盤状ではなく、多角形状、代表的には四角形状に形成することが好ましい。第2の単結晶半導体基板を四角形状に加工することが好ましい理由として、後にSOI基板または貼り合わせ基板を作製する際、ベース基板として好適に用いられるガラス基板の一般的な形状が四角形であることが挙げられる。基板の取り扱い性(ハンドリング性)、製造装置や搬送ラインの構成などを考慮すると、貼り合わせる基板同士は類似の形状であるほうが好ましい。また、素子を形成する際には円形よりも多角形の方が素子を形成する有効面積を広く取りやすい。微細な素子の形成に必要となる露光装置(例えば、ステップ・アンド・スキャン方式を用いるステッパーや、ミラープロジェクション方式を用いるMPA(Mirror Projection Mask Aligner)など)により露光されるパターン形状を考慮しても、四角形状とすることが好ましい。   The shape of the second single crystal semiconductor substrate is not a disk shape that directly reflects the shape of the single crystal semiconductor substrate obtained by cutting a cylindrical semiconductor ingot to a predetermined thickness, but is typically a polygonal shape. It is preferable to form in a quadrangular shape. The reason why it is preferable to process the second single crystal semiconductor substrate into a quadrangular shape is that, when a SOI substrate or a bonded substrate is manufactured later, the general shape of a glass substrate that is preferably used as a base substrate is a quadrangular shape. Is mentioned. In consideration of the handling properties (handling properties) of the substrates, the configuration of the manufacturing apparatus and the conveyance line, it is preferable that the substrates to be bonded have similar shapes. Further, when forming an element, a polygonal shape is easier to take a wider effective area for forming the element than a circular shape. Even if the pattern shape exposed by an exposure apparatus (for example, a stepper using a step-and-scan method or an MPA (Mirror Projection Mask Aligner) using a mirror projection method) necessary for forming a fine element is considered. A quadrangular shape is preferable.

なお、本明細書における「多角形状」は、三角形以上の、四角形、五角形、六角形などの形状を含む。「四角形」は、正方形および長方形など矩形状を含む。なお、平面における角部(隅部)に斜辺を有するものも範疇に含む。   In addition, the “polygonal shape” in the present specification includes shapes such as a quadrilateral, pentagon, hexagon and the like that are more than a triangle. “Rectangle” includes rectangular shapes such as a square and a rectangle. In addition, what has a hypotenuse in the corner | angular part (corner part) in a plane is also included in a category.

また、図3(A)、(B)に示すように、円柱状である半導体インゴットを短軸方向と平行な面で切り出すことで円盤状である第1の単結晶半導体基板を切り出し、該第1の単結晶半導体基板を切断して矩形である第2の単結晶半導体基板を作製することが好ましい。このようにすることで、半導体インゴットから同じ形状、および、同じ寸法である複数の第2の単結晶半導体基板を得ることができる。なお、上述の特許文献3では、Siインゴットを短軸方向(底面)と平行な面で複数のブロックに切断し、円柱の切断片を形成している。円柱の切断片を長手方向(底面と直交する方向)に切り出すことで、長尺シリコン分割基板原材を得ている。該長尺シリコン分割基板原材を研磨することで周縁部のエッジが垂直な平坦面となるように加工し、洗浄して、長尺シリコン基板分割片を形成している。長尺シリコン分割基板原材は、円柱体の円弧が側面となるため、切り出された複数の基板は、それぞれ幅が異なる。したがって、寸法の異なるシリコン基板が形成される。また、同じ寸法の長尺シリコン基板分割片を得ようとすれば、小さい寸法の分割片に揃えなければならず、無駄となるシリコン材料が増えてしまう。   Further, as shown in FIGS. 3A and 3B, a disk-shaped first single crystal semiconductor substrate is cut out by cutting a cylindrical semiconductor ingot along a plane parallel to the minor axis direction. It is preferable to cut a single single crystal semiconductor substrate to produce a rectangular second single crystal semiconductor substrate. Thus, a plurality of second single crystal semiconductor substrates having the same shape and the same dimensions can be obtained from the semiconductor ingot. In Patent Document 3 described above, the Si ingot is cut into a plurality of blocks along a plane parallel to the minor axis direction (bottom surface) to form a cylindrical cut piece. A long silicon divided substrate raw material is obtained by cutting a cylindrical cut piece in the longitudinal direction (direction perpendicular to the bottom surface). The long silicon divided substrate raw material is polished so that the edge of the peripheral edge becomes a vertical flat surface and is washed to form a long silicon substrate divided piece. Since the long silicon divided substrate raw material has a circular arc as a side surface, the plurality of cut out substrates have different widths. Accordingly, silicon substrates having different dimensions are formed. In addition, if an attempt is made to obtain a long silicon substrate divided piece having the same dimensions, it is necessary to align the divided pieces with small dimensions, resulting in an increase in wasted silicon material.

また、図4(A)〜(C)には、円盤状である第1の単結晶半導体基板1003を切断して、多角形状である第2の単結晶半導体基板1005(1005a〜1005c)を作製する例を示している。図4(A)〜(C)は平面形状を示している。   4A to 4C, the first single crystal semiconductor substrate 1003 having a disk shape is cut to form second single crystal semiconductor substrates 1005 (1005a to 1005c) having a polygonal shape. An example is shown. 4A to 4C show a planar shape.

例えば、図4(A)は、第1の単結晶半導体基板1003を切断して、第2の単結晶半導体基板1005aを矩形に形成する例を示している。ここでは、円盤状である第1の単結晶半導体基板1003に内接する大きさで最大となるように、矩形である第2の単結晶半導体基板1005aを形成する例を示している。第2の単結晶半導体基板1005aの角部(4隅部)の頂点の角度は、ほぼ90°とする。   For example, FIG. 4A illustrates an example in which the first single crystal semiconductor substrate 1003 is cut to form a second single crystal semiconductor substrate 1005a in a rectangular shape. Here, an example is shown in which the second single crystal semiconductor substrate 1005a having a rectangular shape is formed so as to have the maximum size inscribed in the first single crystal semiconductor substrate 1003 having a disk shape. The angle of the apex of the corner (four corners) of the second single crystal semiconductor substrate 1005a is approximately 90 °.

図4(B)は、第1の単結晶半導体基板1003を切断して、円盤状である第1の単結晶半導体基板1003に内接する最大の矩形領域よりも対辺の間隔が長くなるように、第2の単結晶半導体基板1005bを形成する例を示している。第1の単結晶半導体基板1003の周縁部は、除去するように切断をする。また、ここでは、第2の単結晶半導体基板1005bが角部(4隅部)に斜辺(例えば領域1030)を有している。図4(B)に示すような、4角形と類似の形状は、四角形状に含むものとする。   In FIG. 4B, the first single crystal semiconductor substrate 1003 is cut so that the distance between opposite sides is longer than the largest rectangular region inscribed in the disc-shaped first single crystal semiconductor substrate 1003. An example in which the second single crystal semiconductor substrate 1005b is formed is shown. The peripheral edge portion of the first single crystal semiconductor substrate 1003 is cut so as to be removed. Further, here, the second single crystal semiconductor substrate 1005b has a hypotenuse (eg, a region 1030) at corners (four corners). A shape similar to a quadrangular shape as shown in FIG.

なお、図4(A)に示す矩形の第2の単結晶半導体基板1005aの角部(4隅部)を面取り加工して、図4(B)に示すような角部(4隅部)に斜辺を有する形状としてもよい。   Note that the corners (four corners) of the rectangular second single crystal semiconductor substrate 1005a illustrated in FIG. 4A are chamfered into corners (four corners) as illustrated in FIG. It is good also as a shape which has a hypotenuse.

図4(C)では、第1の単結晶半導体基板1003を切断して、円盤状である第1の単結晶半導体基板1003から、6角形である第2の単結晶半導体基板1005cを形成する例を示している。第1の単結晶半導体基板1003の周縁部は、除去するように切断する。第2の単結晶半導体基板1005cの形状を6角形とすることで、切り代となり無駄になる半導体材料を減らすことができる。   In FIG. 4C, the first single crystal semiconductor substrate 1003 is cut to form a hexagonal second single crystal semiconductor substrate 1005c from the disc-shaped first single crystal semiconductor substrate 1003. Is shown. The peripheral edge portion of the first single crystal semiconductor substrate 1003 is cut so as to be removed. When the shape of the second single crystal semiconductor substrate 1005c is a hexagon, a semiconductor material that becomes a cutting margin and is wasted can be reduced.

化学機械研磨による基板表面の研磨後、該研磨基板のエッジロールオフ領域が除去されるように基板の周辺領域を切断し、垂直のエッジ形状を有する研磨基板を形成する。また、研磨基板は、エッジロールオフ領域を除去するとともに所望の形状となるよう切断加工する。つまり、化学機械研磨による表面研磨後、該研磨基板を切断加工することで、所望の形状であり、且つ周縁部まで平坦性が良好である単結晶半導体基板を作製することができる。好ましくは、半導体インゴットから切り出した円盤状基板を所望の形状に切断し、四角形基板を形成することで、ガラス基板に代表されるベース基板との貼り合わせにおいて、基板取り扱い性が良好で、且つ周縁部まできれいに貼り合わせることが可能となるボンド基板を作製することができる。したがって、未接合領域の形成を抑制したボンド基板を提供することができる。   After polishing the substrate surface by chemical mechanical polishing, the peripheral region of the substrate is cut so that the edge roll-off region of the polishing substrate is removed, thereby forming a polishing substrate having a vertical edge shape. In addition, the polishing substrate is cut to have a desired shape while removing the edge roll-off region. That is, after polishing the surface by chemical mechanical polishing, the polishing substrate is cut to form a single crystal semiconductor substrate having a desired shape and good flatness to the peripheral edge. Preferably, the disc-shaped substrate cut out from the semiconductor ingot is cut into a desired shape to form a quadrangle substrate, so that the substrate handling property is good in bonding with a base substrate typified by a glass substrate, and the periphery It is possible to manufacture a bond substrate that can be bonded to even a portion. Accordingly, it is possible to provide a bond substrate in which formation of an unbonded region is suppressed.

また、従来では、インゴットから切り出したウェーハを面取り加工した後、CMPにより鏡面研磨加工してシリコンウェーハを作製していた。そのため、シリコンウェーハ周縁部に研磨ダレを含むエッジロールオフ領域が形成されていた。本形態では、インゴットから切り出した基板をCMPにより研磨した後、基板を所望の形状に形成するとともに、研磨され所望の形状に形成された基板のエッジロールオフ領域が除去され、垂直のエッジ形状を有する単結晶半導体基板を形成する。したがって、未接合領域の形成を防ぐことができ、SOI基板用および貼り合わせ基板用のボンド基板として好適な単結晶半導体基板を提供することができる。   Conventionally, a wafer cut out from an ingot is chamfered, and then mirror polished by CMP to produce a silicon wafer. Therefore, an edge roll-off region including polishing sagging is formed at the peripheral edge of the silicon wafer. In this embodiment, after the substrate cut out from the ingot is polished by CMP, the substrate is formed into a desired shape, and the edge roll-off region of the substrate that has been polished and formed into the desired shape is removed, so that a vertical edge shape is obtained. A single crystal semiconductor substrate is formed. Accordingly, formation of an unbonded region can be prevented, and a single crystal semiconductor substrate suitable as a bond substrate for an SOI substrate and a bonded substrate can be provided.

次に、貼り合わせ基板およびSOI基板の作製工程の流れについて説明する。   Next, a flow of manufacturing steps of the bonded substrate substrate and the SOI substrate will be described.

(s102)で得られた表面が研磨され垂直のエッジ形状を有する第2の単結晶半導体基板と、ベース基板と、を貼り合わせる(図1の(s121))。ここまでで、貼り合わせ基板が作製される。   The second single crystal semiconductor substrate having a vertical edge shape whose surface obtained in (s102) is polished is bonded to the base substrate ((s121) in FIG. 1). Thus far, a bonded substrate is manufactured.

SOI基板を作製する場合は、ボンド基板である第2の単結晶半導体基板を薄膜化し、該第2の単結晶半導体基板表面の薄膜層をベース基板に固定する(図1の(s122))。   In the case of manufacturing an SOI substrate, the second single crystal semiconductor substrate which is a bond substrate is thinned, and the thin film layer on the surface of the second single crystal semiconductor substrate is fixed to the base substrate ((s122) in FIG. 1).

ベース基板としては、ガラス基板、石英基板、セラミック基板、またはサファイア基板など絶縁体でなる基板を用いる。好適にはガラス基板を用いることで低コスト化を図ることができ、具体的には、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような電子工業用に使われる基板を用いることが好ましい。また、作製する半導体基板の用途によっては、ベース基板として、金属基板を用いることもできる。ベース基板の平面形状は多角形状であり、代表的には矩形(四角形)状であることが好ましい。   As the base substrate, a substrate made of an insulator such as a glass substrate, a quartz substrate, a ceramic substrate, or a sapphire substrate is used. The cost can be reduced by using a glass substrate, and specifically, a substrate used for the electronic industry such as aluminosilicate glass, aluminoborosilicate glass, and barium borosilicate glass is used. preferable. Further, a metal substrate can be used as the base substrate depending on the use of the semiconductor substrate to be manufactured. The planar shape of the base substrate is a polygonal shape, and is preferably a rectangular (quadrangle) shape.

ボンド基板である第2の単結晶半導体基板は、表面が研磨され、垂直のエッジ形状を有する。したがって、従来のエッジロールオフ領域を有する基板をボンド基板として用いるよりも、貼り合わせ基板およびSOI基板の作製プロセスにおいて、未接合領域が生じることを防ぐことができる。その結果、貼り合わせ基板およびSOI基板作製における歩留まり向上につなげることができる。   The surface of the second single crystal semiconductor substrate which is a bond substrate is polished and has a vertical edge shape. Therefore, it is possible to prevent a non-bonded region from being generated in a manufacturing process of a bonded substrate and an SOI substrate, compared to the case where a substrate having a conventional edge roll-off region is used as a bond substrate. As a result, it is possible to improve the yield in manufacturing a bonded substrate and an SOI substrate.

ここで、SOI基板を作製するまでの一例について、図5を用いて説明する。   Here, an example of manufacturing an SOI substrate will be described with reference to FIGS.

図5に示すように、ボンド基板である第2の単結晶シリコン基板105側の接合面と、ベース基板111側の接合面とを接合させて貼り合わせる。SOI基板を作製する場合は、第2の単結晶シリコン基板105と、ベース基板111と、の間に、バッファ層を介在させて貼り合わせる。バッファ層は、第2の単結晶シリコン基板105の研磨された表面上およびベース基板111の表面上のいずれか一方または双方に形成する。いずれにしても、第2の単結晶シリコン基板105の研磨された表面が、接合面側となるようにする。   As shown in FIG. 5, the bonding surface on the second single crystal silicon substrate 105 side which is a bond substrate and the bonding surface on the base substrate 111 side are bonded and bonded together. In the case of manufacturing an SOI substrate, a buffer layer is interposed between the second single crystal silicon substrate 105 and the base substrate 111 and then bonded to each other. The buffer layer is formed on one or both of the polished surface of the second single crystal silicon substrate 105 and the surface of the base substrate 111. In any case, the polished surface of the second single crystal silicon substrate 105 is set to the bonding surface side.

SOI基板を作製する場合は、ボンド基板である第2の単結晶シリコン基板105を薄膜化し、該第2の単結晶シリコン基板105表面の薄膜層をベース基板111に固定する構成とする。ここでは、第2の単結晶シリコン基板105を分割して、ベース基板111上に単結晶シリコン層120を形成する。また、単結晶シリコン層120が分離された単結晶シリコン基板130が得られる。   In the case of manufacturing an SOI substrate, the second single crystal silicon substrate 105 which is a bond substrate is thinned, and a thin film layer on the surface of the second single crystal silicon substrate 105 is fixed to the base substrate 111. Here, the second single crystal silicon substrate 105 is divided and a single crystal silicon layer 120 is formed over the base substrate 111. Further, the single crystal silicon substrate 130 from which the single crystal silicon layer 120 is separated is obtained.

ボンド基板は、周縁部まで平坦性が向上されているため、周縁部までベース基板に密着させ接合を形成することができる。したがって、貼り合わせ工程および分割工程において未接合領域が形成されにくくなり、歩留まり良くSOI基板または貼り合わせ基板を作製することができる。   Since the bond substrate has improved flatness up to the peripheral portion, the bond substrate can be brought into close contact with the base substrate to form a bond. Therefore, unbonded regions are hardly formed in the bonding step and the dividing step, and an SOI substrate or a bonded substrate can be manufactured with high yield.

また、基板周縁部の平坦性の低い領域を低減し、基板表面全体の平坦性を向上させることで、SOI基板および貼り合わせ基板における接合面全体の接合強度の均一化を図ることができる。その結果、2枚の基板(ベース基板とボンド基板)を貼り合わせ、ボンド基板を分割して薄膜化するSOI基板において、ベース基板に固定されたボンド基板の薄膜層の周縁部がぎざぎざ形状となることを防ぐことができる。例えば、エッジロールオフ領域などにより基板中央から基板周縁部にかけてだれた形状となっていると、基板周縁部にかけて接合強度が弱まりやすい。接合強度が弱いと、ボンド基板を分割する際に、基板周縁部が分割工程に耐えきれず、ベース基板に接合できずに剥離されやすい。また、平坦性の低い領域では接合強度にムラが生じやすい。そのため、分割工程で接合されたままの領域と接合できずに剥離される領域が出てしまい、貼り合わされたボンド基板の薄膜層の周縁部がぎざぎざ形状になることがある。そこで、基板周縁部まで平坦性を高め、接合強度の均一化を図ることで、ボンド基板の薄膜層の周縁部がぎざぎざ形状となることを防ぐことができる。ボンド基板の薄膜層の周縁部がぎざぎざ形状となることを防ぐことで、周縁部からの剥がれを抑制することができる。その結果、歩留まり向上につなげることができる。   In addition, by reducing the region with low flatness at the periphery of the substrate and improving the flatness of the entire substrate surface, the bonding strength of the entire bonding surface of the SOI substrate and the bonded substrate can be made uniform. As a result, in an SOI substrate in which two substrates (a base substrate and a bond substrate) are bonded and the bond substrate is divided into thin films, the peripheral portion of the thin film layer of the bond substrate fixed to the base substrate has a jagged shape. Can be prevented. For example, if the edge roll-off region or the like is in a shape that is inclined from the center of the substrate to the peripheral edge of the substrate, the bonding strength tends to be weakened from the peripheral edge of the substrate. When the bonding strength is weak, when the bond substrate is divided, the peripheral edge portion of the substrate cannot withstand the dividing process, and cannot be bonded to the base substrate and is easily peeled off. Also, unevenness is likely to occur in the bonding strength in regions where the flatness is low. For this reason, a region that is not bonded to the region that is bonded in the dividing step and is peeled off may appear, and the peripheral portion of the thin film layer of the bonded substrate substrate may have a jagged shape. Therefore, it is possible to prevent the peripheral portion of the thin film layer of the bond substrate from having a jagged shape by increasing the flatness to the peripheral portion of the substrate and making the bonding strength uniform. By preventing the peripheral portion of the thin film layer of the bond substrate from having a jagged shape, peeling from the peripheral portion can be suppressed. As a result, the yield can be improved.

なお、本実施の形態で示した構成は、本明細書の他の実施の形態で示す構成と適宜組み合わせることができる。   Note that the structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any structure described in the other embodiments in this specification.

(実施の形態2)
本実施の形態では、SOI基板または貼り合わせ基板用の半導体基板の加工工程について、上記実施の形態1と異なる例について、図6、図7を参照して説明する。具体的には、垂直のエッジ形状を有するボンド基板(第2の単結晶半導体基板)の垂直であるエッジ部に面取り加工を行う例について説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, an example of a process for processing an SOI substrate or a semiconductor substrate for a bonded substrate, which is different from that in Embodiment 1, is described with reference to FIGS. Specifically, an example in which chamfering is performed on a vertical edge portion of a bond substrate (second single crystal semiconductor substrate) having a vertical edge shape will be described.

表面が研磨され周縁部にエッジロールオフ領域を有する第1の単結晶半導体基板(図6の(s201)において、第1の単結晶半導体基板の周辺領域をエッジロールオフ領域が除去されるように切断して、垂直のエッジ形状を有する第2の単結晶半導体基板を作製する(図6の(s202))。第2の単結晶半導体基板の垂直であるエッジ部に面取り加工を行う(図6の(s203))。   A first single crystal semiconductor substrate having a polished surface and an edge roll-off region at the peripheral edge (in FIG. 6, (s201), the edge roll-off region is removed from the peripheral region of the first single crystal semiconductor substrate. A second single crystal semiconductor substrate having a vertical edge shape is manufactured by cutting (FIG. 6 (s202)), and chamfering is performed on the edge portion which is perpendicular to the second single crystal semiconductor substrate (FIG. 6). (S203)).

図6(s201)、(s202)の詳細は、上記実施の形態1の図1(s101)、(s102)と同じである。表面研磨されエッジロールオフ領域を有する第1の単結晶半導体基板の周辺領域をエッジロールオフ領域が除去されるように切断して、垂直のエッジ形状を有する第2の単結晶半導体基板を形成する。   The details of FIG. 6 (s201) and (s202) are the same as FIG. 1 (s101) and (s102) of the first embodiment. The second single crystal semiconductor substrate having a vertical edge shape is formed by cutting the peripheral region of the first single crystal semiconductor substrate having the edge roll-off region so that the edge roll-off region is removed. .

上記実施の形態1で説明した第2の単結晶半導体基板1005は、周縁部における側面のエッジ部が垂直形状とされている。本形態では、垂直のエッジ形状を有する第2の単結晶半導体基板の垂直であるエッジ部を面取り加工し、SOI基板または貼り合わせ基板用の半導体基板(ボンド基板)を形成する。なお、面取り加工としては、C面取り加工とR面取り加工があり、いずれの面取り加工を行ってもよい。   In the second single crystal semiconductor substrate 1005 described in Embodiment Mode 1, the edge portion of the side surface in the peripheral edge portion has a vertical shape. In this embodiment, a vertical edge portion of the second single crystal semiconductor substrate having a vertical edge shape is chamfered to form an SOI substrate or a semiconductor substrate (bond substrate) for a bonded substrate. As chamfering, there are C chamfering and R chamfering, and either chamfering may be performed.

図7(A)は、垂直のエッジ形状を有する第2の単結晶シリコン基板2005において、垂直であるエッジ部の面取り加工を行った例を示している。図7(B)、図7(C)は、図7(A)に示す第2の単結晶シリコン基板2005の周縁部における側面の線分QR間の拡大断面図である。   FIG. 7A illustrates an example in which a chamfering process is performed on a vertical edge portion in the second single crystal silicon substrate 2005 having a vertical edge shape. FIGS. 7B and 7C are enlarged cross-sectional views taken along a line QR on the side surface of the second single crystal silicon substrate 2005 shown in FIG. 7A.

第2の単結晶シリコン基板2005の垂直であるエッジ部を面取り加工する。図7(B)は、エッジ部1013をC面取り加工する例を示している。エッジ部は、平坦傾斜断面となるように面取り加工されている。面取り幅(表面と側面との長さLc)は、0.1mm〜0.5mm程度とする。   The edge portion which is perpendicular to the second single crystal silicon substrate 2005 is chamfered. FIG. 7B shows an example in which the edge portion 1013 is chamfered. The edge portion is chamfered so as to have a flat inclined cross section. The chamfer width (the length Lc between the surface and the side surface) is about 0.1 mm to 0.5 mm.

図7(C)は、エッジ部1014をR面取り加工する例を示している。エッジ部は、円弧断面となるように面取り加工されている。面取り幅(表面と側面との長さLr)は、0.1mm〜0.5mm程度とする。   FIG. 7C shows an example in which the edge portion 1014 is R-chamfered. The edge portion is chamfered so as to have an arc cross section. The chamfer width (the length Lr between the surface and the side surface) is about 0.1 mm to 0.5 mm.

本形態のように、ボンド基板となる第2の単結晶半導体基板の垂直であるエッジ部を面取り加工することで、基板の搬送時や位置合わせ時、その他の作製工程における外部衝撃などによる基板の欠けや割れを防ぐことができる。   As in this embodiment, by chamfering the vertical edge portion of the second single crystal semiconductor substrate to be a bond substrate, the substrate can be transported or aligned, or the substrate can be affected by external impact in other manufacturing processes. Chipping and cracking can be prevented.

(s203)で得られた表面が研磨され、垂直であるエッジ部が面取り加工された第2の単結晶半導体基板と、ベース基板と、を貼り合わせる(図6の(s221))。さらに、SOI基板を作製する場合は、ボンド基板である第2の単結晶半導体基板を薄膜化し、該第2の単結晶半導体基板表面の薄膜層をベース基板に固定する(図6の(s222))。   The second single crystal semiconductor substrate whose surface obtained in (s203) is polished and whose vertical edge portion is chamfered is bonded to the base substrate ((s221) in FIG. 6). Further, in the case of manufacturing an SOI substrate, the second single crystal semiconductor substrate which is a bond substrate is thinned, and the thin film layer on the surface of the second single crystal semiconductor substrate is fixed to the base substrate ((s222) in FIG. 6). ).

なお、図6(s221)、(s222)の詳細は、上記実施の形態1の図1(s121)、(s122)と同じである。   The details of FIGS. 6 (s221) and (s222) are the same as those of FIGS. 1 (s121) and (s122) of the first embodiment.

本形態における第2の単結晶半導体基板は、垂直であるエッジ部を面取り加工している。そのため、基板の取り扱い性が良好であり、作製工程中や基板搬送中などに、欠け、割れなどの不良が生じるのを抑制できる。したがって、基板貼り合わせ技術を適用した半導体基板を歩留まり良く作製することができる。また、化学機械研磨による基板表面研磨後、エッジロールオフ領域など平坦性の低い領域は除去しているため、周縁部において面取り加工領域との境界までベース基板と密着性良く接合させることができる。   In the second single crystal semiconductor substrate in this embodiment, a vertical edge portion is chamfered. Therefore, the handleability of the substrate is good, and it is possible to suppress the occurrence of defects such as chipping and cracking during the manufacturing process and the substrate transport. Therefore, a semiconductor substrate to which the substrate bonding technique is applied can be manufactured with high yield. Further, after the substrate surface is polished by chemical mechanical polishing, regions having low flatness, such as edge roll-off regions, are removed, so that the peripheral edge can be bonded to the base substrate with good adhesion to the chamfered region.

従来では、インゴットからウェーハを切り出し、面取り加工し、CMPにより鏡面研磨加工するという順序で、シリコンウェーハを作製していた。本形態では、インゴットから基板を切り出し、CMPにより研磨し、エッジロールオフ領域が除去されるように基板の周辺領域を切断して、垂直のエッジ形状を有する基板を形成し、さらに垂直であるエッジ部の面取り加工を行う、という順序でボンド基板を作製している。本形態で示す順序および方法を適用することで、基板表面全体の平坦性が良好で、基板の取り扱い性が良い、好適なボンド基板を提供することができる。   Conventionally, silicon wafers are manufactured in the order of cutting out a wafer from an ingot, chamfering, and mirror polishing by CMP. In this embodiment, the substrate is cut out from the ingot, polished by CMP, the peripheral region of the substrate is cut so that the edge roll-off region is removed, and a substrate having a vertical edge shape is formed. Bond substrates are manufactured in the order of chamfering the parts. By applying the order and method shown in this embodiment mode, a suitable bond substrate can be provided in which the flatness of the entire surface of the substrate is good and the handleability of the substrate is good.

なお、本実施の形態で示した構成は、本明細書の他の実施の形態で示す構成と適宜組み合わせることができる。   Note that the structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any structure described in the other embodiments in this specification.

(実施の形態3)
本形態では、上記実施の形態1または2で形成した本発明に係るボンド基板を用い、SOI基板を作製する具体的な作製方法について、図8を参照して詳細に説明する。本形態では、SOI基板を作製するための薄膜化する手段の一つとして、加速されたイオンを照射することにより、単結晶半導体基板内部に結晶構造が損傷された脆化層を形成し、熱処理により脆化層を境として単結晶半導体基板を分割することで、単結晶半導体基板表面の薄膜層をベース基板に固定する例について説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment mode, a specific manufacturing method of manufacturing an SOI substrate using the bond substrate according to the present invention formed in Embodiment Mode 1 or 2 will be described in detail with reference to FIGS. In this embodiment mode, as one of means for thinning an SOI substrate, accelerated ions are irradiated to form an embrittled layer whose crystal structure is damaged inside the single crystal semiconductor substrate, and heat treatment is performed. An example of fixing the thin film layer on the surface of the single crystal semiconductor substrate to the base substrate by dividing the single crystal semiconductor substrate with the embrittlement layer as a boundary will be described.

単結晶半導体基板601を準備する(図8(A−1))。また、ベース基板611を準備する(図8(B))。   A single crystal semiconductor substrate 601 is prepared (FIG. 8A-1). In addition, a base substrate 611 is prepared (FIG. 8B).

単結晶半導体基板601はボンド基板であり、上記実施の形態1または2で説明した第2の単結晶半導体基板に相当する。単結晶半導体基板601は、少なくとも一表面を化学機械研磨により研磨した後、表面が研磨されエッジロールオフ領域を有する基板の周辺領域をエッジロールオフ領域が除去されるように切断し、垂直のエッジ形状を有するようにされている。   The single crystal semiconductor substrate 601 is a bond substrate and corresponds to the second single crystal semiconductor substrate described in Embodiment 1 or 2. The single crystal semiconductor substrate 601 is formed by polishing at least one surface by chemical mechanical polishing, and then cutting a peripheral region of the substrate having the edge roll-off region so that the edge roll-off region is removed, so that a vertical edge is removed. It is made to have a shape.

例えば、単結晶半導体基板601として、矩形状であり、垂直であるエッジ部が面取り加工された単結晶シリコン基板を用いる。具体的には、単結晶シリコンインゴットを所定の厚さ(例えば数100μm)に切り出して、円盤状の単結晶シリコン基板を得る。次に、化学機械研磨により、円盤状の単結晶シリコン基板の表面を研磨する。次に、表面研磨されエッジロールオフ領域を有する円盤状の単結晶シリコン基板の周辺領域をエッジロールオフ領域が除去されるように切断して、垂直のエッジ形状を有し平面矩形状である単結晶シリコン基板を形成する。必要に応じて、基板周縁部における垂直のエッジ部に面取り加工を行う。   For example, as the single crystal semiconductor substrate 601, a single crystal silicon substrate having a rectangular shape and having a vertical edge portion chamfered is used. Specifically, a single crystal silicon ingot is cut into a predetermined thickness (for example, several hundred μm) to obtain a disk-shaped single crystal silicon substrate. Next, the surface of the disk-shaped single crystal silicon substrate is polished by chemical mechanical polishing. Next, the peripheral region of the disk-shaped single crystal silicon substrate having a surface-polished edge roll-off region is cut so that the edge roll-off region is removed, so that a single unit having a vertical edge shape and a planar rectangular shape is obtained. A crystalline silicon substrate is formed. If necessary, chamfering is performed on the vertical edge portion at the peripheral edge portion of the substrate.

ベース基板611としては、ガラス基板、石英基板、セラミック基板、またはサファイア基板など絶縁体でなる基板を用いる。例えば、ベース基板611として、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような電子工業用に使われるガラス基板を用いる。   As the base substrate 611, a substrate made of an insulator such as a glass substrate, a quartz substrate, a ceramic substrate, or a sapphire substrate is used. For example, as the base substrate 611, a glass substrate used for the electronic industry such as aluminosilicate glass, aluminoborosilicate glass, or barium borosilicate glass is used.

単結晶半導体基板601およびベース基板611の表面は、汚染除去の点から、硫酸過水(SPM)、アンモニア過水(APM)、塩酸過水(HPM)、貴フッ酸(DHF)などを用いて適宜洗浄することが好ましい。また、希フッ酸とオゾン水を交互に吐出して、単結晶半導体基板601またはベース基板611の表面を洗浄してもよい。   The surfaces of the single crystal semiconductor substrate 601 and the base substrate 611 are made of sulfuric acid / hydrogen peroxide (SPM), ammonia / hydrogen peroxide (APM), hydrochloric acid / hydrogen peroxide (HPM), noble hydrofluoric acid (DHF), or the like from the viewpoint of contamination removal. It is preferable to wash appropriately. Alternatively, the surface of the single crystal semiconductor substrate 601 or the base substrate 611 may be cleaned by alternately discharging dilute hydrofluoric acid and ozone water.

単結晶半導体基板601の内部に脆化層603を形成する。また、単結晶半導体基板601の表面上にバッファ層605を形成する(図8(A−2))。   An embrittlement layer 603 is formed inside the single crystal semiconductor substrate 601. In addition, a buffer layer 605 is formed over the surface of the single crystal semiconductor substrate 601 (FIG. 8A-2).

単結晶半導体基板601の研磨された表面側から所定の深さの領域に、結晶構造が損傷された脆化層603を形成する。脆化層603は、運動エネルギーを有する水素等のイオンを単結晶半導体基板601に照射することで形成できる。   An embrittlement layer 603 having a damaged crystal structure is formed in a region having a predetermined depth from the polished surface side of the single crystal semiconductor substrate 601. The embrittlement layer 603 can be formed by irradiating the single crystal semiconductor substrate 601 with ions such as hydrogen having kinetic energy.

バッファ層605は、酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化シリコン層、または窒化酸化シリコン層などの絶縁層を用いて、単層構造または2層以上の積層構造で形成する。バッファ層605を形成する絶縁層は、CVD法、スパッタリング法、原子層エピタキシ(ALE)法、又は熱酸化法などにより形成する。   The buffer layer 605 is formed with a single-layer structure or a stacked structure including two or more layers using an insulating layer such as a silicon oxide layer, a silicon oxynitride layer, a silicon nitride layer, or a silicon nitride oxide layer. The insulating layer for forming the buffer layer 605 is formed by a CVD method, a sputtering method, an atomic layer epitaxy (ALE) method, a thermal oxidation method, or the like.

ここで、本明細書における酸化窒化シリコン層とは、組成として窒素よりも酸素の含有量が多く、好ましくは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)を用いて測定した場合に、組成範囲として酸素が50atoms%乃至70atoms%、窒素が0.5atoms%乃至15atoms%、シリコンが25atoms%乃至35atoms%、水素が0.1atoms%乃至10atoms%の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコン層とは、組成として酸素よりも窒素の含有量が多く、RBS及びHFSを用いて測定した場合に、酸素が5atoms%乃至30atoms%、窒素が20atoms%乃至55atoms%、シリコンが25atoms%乃至35atoms%、水素が10atoms%乃至30atoms%の範囲で含まれるものをいう。   Here, the silicon oxynitride layer in this specification has a higher oxygen content than nitrogen, and preferably Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS) and Hydrogen Forward Scattering (HFS: Hydrogen Forward Scattering). ), The composition ranges from 50 atoms% to 70 atoms%, nitrogen from 0.5 atoms% to 15 atoms%, silicon from 25 atoms% to 35 atoms%, and hydrogen from 0.1 atoms% to 10 atoms%. It means what is included. The silicon nitride oxide layer has a nitrogen content higher than that of oxygen as a composition. When measured using RBS and HFS, oxygen is 5 atoms% to 30 atoms%, nitrogen is 20 atoms% to 55 atoms%, and silicon is This means that 25 to 35 atoms% and hydrogen is contained in the range of 10 to 30 atoms%.

なお、バッファ層605は、単結晶半導体基板601およびベース基板611のうち、いずれか一方の基板の表面上、又は、双方の基板の表面上に設ければよい。単結晶半導体基板601側には、脆化層603を形成する前、脆化層603を形成した後、または、脆化層603を形成する前および脆化層602を形成した後に、バッファ層を形成する。また、ベース基板611側にのみバッファ層を形成してもよく、単結晶半導体基板601側およびベース基板611側にバッファ層を形成してもよい。形成されるそれぞれのバッファ層は、単層構造でも2層以上の積層構造でもよい。   Note that the buffer layer 605 may be provided on the surface of one of the single crystal semiconductor substrate 601 and the base substrate 611 or on the surfaces of both substrates. The buffer layer is formed on the single crystal semiconductor substrate 601 side before the embrittlement layer 603 is formed, after the embrittlement layer 603 is formed, or before the embrittlement layer 603 is formed and after the embrittlement layer 602 is formed. Form. Further, the buffer layer may be formed only on the base substrate 611 side, or the buffer layer may be formed on the single crystal semiconductor substrate 601 side and the base substrate 611 side. Each buffer layer to be formed may have a single layer structure or a stacked structure of two or more layers.

例えば、塩素(Cl)が添加された酸化性雰囲気中で単結晶半導体基板601に熱酸化処理(例えば、HCl酸化処理)を行い、単結晶半導体基板601の表面上に塩素原子を含有する酸化シリコン層(第1のバッファ層)を形成することができる。第1のバッファ層は、塩素原子を含有しているため、水分を素早く吸収し拡散させることができる。また、外因性不純物である重金属(例えば、Fe、Cr、Ni、Mo等)を捕集し、単結晶半導体基板601が汚染されることを防止する効果を奏する。ここで、第1のバッファ層が形成された単結晶半導体基板601に、加速されたイオンを照射して脆化層603を形成することで、イオンの照射による単結晶半導体基板601の表面荒れを防ぐことができる。また、ベース基板611の一表面上に、窒化シリコン層または窒化酸化シリコン層などの窒素含有層(第2のバッファ層)を形成する。ベース基板611は好適にはガラス基板が用いられるため、窒素含有層である第2のバッファ層を設けることで、Na等の不純物が単結晶半導体基板601側へ拡散することを防止することができる。   For example, thermal oxidation treatment (for example, HCl oxidation treatment) is performed on the single crystal semiconductor substrate 601 in an oxidizing atmosphere to which chlorine (Cl) is added, and silicon oxide containing chlorine atoms on the surface of the single crystal semiconductor substrate 601 is obtained. A layer (first buffer layer) can be formed. Since the first buffer layer contains chlorine atoms, it can quickly absorb and diffuse moisture. Further, heavy metals (eg, Fe, Cr, Ni, Mo, etc.) that are exogenous impurities are collected, and the single crystal semiconductor substrate 601 is prevented from being contaminated. Here, the single crystal semiconductor substrate 601 with the first buffer layer is irradiated with accelerated ions to form the embrittlement layer 603, so that the surface roughness of the single crystal semiconductor substrate 601 due to ion irradiation is reduced. Can be prevented. Further, a nitrogen-containing layer (second buffer layer) such as a silicon nitride layer or a silicon nitride oxide layer is formed over one surface of the base substrate 611. Since a glass substrate is preferably used for the base substrate 611, an impurity such as Na can be prevented from diffusing to the single crystal semiconductor substrate 601 side by providing the second buffer layer which is a nitrogen-containing layer. .

バッファ層605を間に介在させて、単結晶半導体基板601と、ベース基板611と、を貼り合わせる(図6(C))。   The single crystal semiconductor substrate 601 and the base substrate 611 are attached to each other with the buffer layer 605 interposed therebetween (FIG. 6C).

単結晶半導体基板601の表面上のみにバッファ層を形成した場合は、該バッファ層の表面と、ベース基板611の表面と、を接合させる。ベース基板611の表面上のみにバッファ層を形成した場合は、該バッファ層の表面と、単結晶半導体基板601の表面と、を接合させる。単結晶半導体基板601の表面上にバッファ層を形成し、且つ、ベース基板611の表面上にバッファ層を形成した場合は、単結晶半導体基板601側バッファ層の表面と、ベース基板611側バッファ層の表面と、を接合させる。   In the case where the buffer layer is formed only on the surface of the single crystal semiconductor substrate 601, the surface of the buffer layer and the surface of the base substrate 611 are bonded. In the case where the buffer layer is formed only on the surface of the base substrate 611, the surface of the buffer layer and the surface of the single crystal semiconductor substrate 601 are bonded. When the buffer layer is formed on the surface of the single crystal semiconductor substrate 601 and the buffer layer is formed on the surface of the base substrate 611, the surface of the buffer layer on the single crystal semiconductor substrate 601 side and the buffer layer on the base substrate 611 side And the surface of each other.

ここでは、単結晶半導体基板601とベース基板611とを対向させ、単結晶半導体基板601表面上のバッファ層605とベース基板611の表面とを密着させた後、単結晶半導体基板601の一箇所に1N/cm〜500N/cm、好ましくは1N/cm〜20N/cm、例えば17N/cm程度の圧力を加える。圧力を加えた部分からバッファ層605とベース基板611とが接合しはじめ、自発的に接合され全面におよぶ。接合は、ファンデルワールス力や水素結合が作用しており、熱処理を伴わず、常温で行うことができる。そのため、ベース基板611に、ガラス基板のように耐熱温度が低い基板を用いることができる。 Here, the single crystal semiconductor substrate 601 and the base substrate 611 are opposed to each other, the buffer layer 605 over the surface of the single crystal semiconductor substrate 601 and the surface of the base substrate 611 are closely attached, and then the single crystal semiconductor substrate 601 is provided at one place. 1N / cm 2 ~500N / cm 2 , preferably 1N / cm 2 ~20N / cm 2 , for example, apply a pressure of about 17N / cm 2. The buffer layer 605 and the base substrate 611 start to be joined from the portion where the pressure is applied, and spontaneously joined to the entire surface. Joining can be performed at room temperature without van der Waals force or hydrogen bonding and without heat treatment. Therefore, a substrate having a low heat resistant temperature such as a glass substrate can be used for the base substrate 611.

なお、単結晶半導体基板601側接合面、およびベース基板611側接合面に対し、表面処理を行ってから貼り合わせを行ってもよい。表面処理としては、プラズマ処理、オゾン処理、メガソニック洗浄、2流体洗浄(純水や水素添加水等の機能水を窒素等のキャリアガスとともに吹き付ける方法)又はこれらの方法の組み合わせが挙げられる。接合面にプラズマ処理を行った後、オゾン処理、メガソニック洗浄、2流体洗浄等を行うことによって、接合面に付着する有機物等のゴミを除去し、表面を親水化することができる。その結果、単結晶半導体基板601とベース基板611の接合界面での接合強度を向上させることができる。   Note that the single crystal semiconductor substrate 601 side bonding surface and the base substrate 611 side bonding surface may be bonded together after surface treatment. Examples of the surface treatment include plasma treatment, ozone treatment, megasonic cleaning, two-fluid cleaning (a method in which functional water such as pure water or hydrogenated water is sprayed together with a carrier gas such as nitrogen), or a combination of these methods. After performing plasma treatment on the bonding surface, ozone treatment, megasonic cleaning, two-fluid cleaning, and the like can be performed to remove dust such as organic substances attached to the bonding surface and to make the surface hydrophilic. As a result, the bonding strength at the bonding interface between the single crystal semiconductor substrate 601 and the base substrate 611 can be improved.

また、バッファ層605の表面とベース基板611の表面とを密着させ、接合させた後、熱処理を行うことで接合界面の接合強度を高めることが好ましい。熱処理の温度は、脆化層603に亀裂を発生させない温度とし、例えば、室温以上410℃未満の温度範囲で処理する。また、室温以上410℃未満の温度範囲で加熱した雰囲気下で、バッファ層605の表面とベース基板611の表面とを密着させ接合させてもよい。熱処理には、拡散炉、抵抗加熱炉などの加熱炉、RTA(瞬間熱アニール、Rapid Thermal Anneal)装置、マイクロ波加熱装置などを用いることができる。接合強度を高めるための熱処理は、貼り合わせを行った装置或いは場所で、そのまま連続して行うことが好ましい。また、接合強度を高めるための熱処理からそのまま連続して、脆化層603を境とした単結晶半導体基板601を分割する熱処理を行ってもよい。   In addition, it is preferable to increase the bonding strength of the bonding interface by performing heat treatment after the surface of the buffer layer 605 and the surface of the base substrate 611 are brought into close contact with each other and bonded. The heat treatment is performed at a temperature that does not cause cracks in the embrittlement layer 603, for example, in a temperature range from room temperature to less than 410 ° C. Further, the surface of the buffer layer 605 and the surface of the base substrate 611 may be brought into close contact with each other in an atmosphere heated in a temperature range of room temperature or higher and lower than 410 ° C. For the heat treatment, a heating furnace such as a diffusion furnace or a resistance heating furnace, an RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus, a microwave heating apparatus, or the like can be used. The heat treatment for increasing the bonding strength is preferably performed continuously as it is in the apparatus or place where the bonding is performed. Alternatively, heat treatment for dividing the single crystal semiconductor substrate 601 with the embrittlement layer 603 as a boundary may be performed continuously from the heat treatment for increasing the bonding strength.

単結晶半導体基板601の内部に形成された脆化層603を境として、単結晶半導体基板601を分割することで、ベース基板611上にバッファ層605を間に介在させて単結晶半導体層620が形成されたSOI基板を作製する(図8(D)参照)。   By dividing the single crystal semiconductor substrate 601 with the embrittlement layer 603 formed inside the single crystal semiconductor substrate 601 as a boundary, the single crystal semiconductor layer 620 is formed over the base substrate 611 with the buffer layer 605 interposed therebetween. The formed SOI substrate is manufactured (see FIG. 8D).

例えば、熱処理を行うことにより、脆化層603に沿って単結晶半導体基板601を分割することができる。これは、熱処理による温度上昇によって、脆化層603に形成されている微小な空洞の体積変化が起こり、脆化層603に亀裂が生じるためである。バッファ層605とベース基板611が接合しているため、ベース基板611上に単結晶半導体基板601から分離された単結晶半導体層620が形成される。なお、ここでの熱処理は、ベース基板611の歪み点を超えない温度とする。   For example, the single crystal semiconductor substrate 601 can be divided along the embrittlement layer 603 by performing heat treatment. This is because a change in volume of a minute cavity formed in the embrittlement layer 603 occurs due to a temperature rise due to heat treatment, and a crack occurs in the embrittlement layer 603. Since the buffer layer 605 and the base substrate 611 are bonded to each other, the single crystal semiconductor layer 620 separated from the single crystal semiconductor substrate 601 is formed over the base substrate 611. Note that the heat treatment here is performed at a temperature that does not exceed the strain point of the base substrate 611.

ここで、単結晶半導体基板601は、接合面側の表面は化学機械研磨により研磨されている。また、エッジロールオフ領域など平坦性の低い領域は除去されている。つまり、周縁部まで接合面の平坦性が良好であるため、周縁部の接合界面においても十分な接合強度を有することができる。その結果、単結晶半導体基板601を分割する工程の衝撃に対する耐性が強くなり、周縁部まで単結晶半導体層620をベース基板611に固定させることができる。   Here, the surface of the single crystal semiconductor substrate 601 on the bonding surface side is polished by chemical mechanical polishing. Also, regions with low flatness such as edge roll-off regions are removed. In other words, since the flatness of the bonding surface is good up to the peripheral edge, sufficient bonding strength can be obtained even at the bonding interface of the peripheral edge. As a result, resistance to impact in the step of dividing the single crystal semiconductor substrate 601 is increased, and the single crystal semiconductor layer 620 can be fixed to the base substrate 611 up to the peripheral edge.

また、ボンド基板である単結晶半導体基板601は、周縁部まで平坦性が良好であるため、周縁部の接合界面における接合強度の均一性を向上させることができる。それにより、ベース基板611上に固定される単結晶半導体層620の外周端がぎざぎざ形状となることを防ぐことができる。単結晶半導体層の外周端がぎざぎざ形状となるのは、平坦性が低いなどの要因により接合強度が十分でないと、分割する工程で接合が耐えきれず、ベース基板に固定されないまま剥離されてしまう領域が出てしまうためである。周縁部の接合強度が不均一になることで、ベース基板に固定される領域と固定されないまま剥離されてしまう領域が不規則に表れる。そのため、ベース基板上に固定される単結晶半導体層の外周端がぎざぎざ形状となってしまうことが多い。SOI基板を構成する単結晶半導体層外周端がぎざぎざ形状であると、作製プロセス中や、該SOI基板を用いた素子形成工程などで膜剥がれが生じやすい。したがって、本発明に係るボンド基板を用いることで、単結晶半導体層620の剥がれを防ぐことができ、歩留まり良くSOI基板を作製することができる。   In addition, since the single crystal semiconductor substrate 601 that is a bond substrate has good flatness to the periphery, the uniformity of bonding strength at the bonding interface of the periphery can be improved. Accordingly, the outer peripheral end of the single crystal semiconductor layer 620 fixed over the base substrate 611 can be prevented from being jagged. The reason why the outer peripheral edge of the single crystal semiconductor layer has a jagged shape is that if the bonding strength is not sufficient due to factors such as low flatness, the bonding cannot be endured in the dividing step, and the single crystal semiconductor layer is peeled off without being fixed to the base substrate. This is because the area appears. Since the bonding strength at the peripheral portion becomes nonuniform, the region fixed to the base substrate and the region that is peeled off without being fixed appear irregularly. Therefore, the outer peripheral end of the single crystal semiconductor layer fixed over the base substrate often has a jagged shape. When the outer peripheral edge of the single crystal semiconductor layer constituting the SOI substrate has a jagged shape, film peeling is likely to occur during a manufacturing process, an element formation step using the SOI substrate, or the like. Therefore, by using the bond substrate according to the present invention, the single crystal semiconductor layer 620 can be prevented from being peeled off, and an SOI substrate can be manufactured with high yield.

なお、熱処理には、拡散炉、抵抗加熱炉などの加熱炉、RTA(瞬間熱アニール、Rapid Thermal Anneal)装置、マイクロ波加熱装置などを用いることができる。例えば、RTA装置を用いる場合、加熱温度550℃以上730℃以下、処理時間0.5分以上60分以内で、単結晶半導体基板601の分割を行うことができる。   Note that for the heat treatment, a diffusion furnace, a heating furnace such as a resistance heating furnace, an RTA (rapid thermal annealing) apparatus, a microwave heating apparatus, or the like can be used. For example, when an RTA apparatus is used, the single crystal semiconductor substrate 601 can be divided at a heating temperature of 550 ° C. to 730 ° C. and a processing time of 0.5 minutes to 60 minutes.

また、上述したバッファ層605とベース基板611との接合強度を高めるための熱処理を行わず、単結晶半導体基板601を分割するための熱処理工程で、接合界面の接合強度を高める熱処理を兼ねてもよい。   Further, the heat treatment for increasing the bonding strength between the buffer layer 605 and the base substrate 611 is not performed, and the heat treatment process for dividing the single crystal semiconductor substrate 601 may also serve as a heat treatment for increasing the bonding strength at the bonding interface. Good.

以上により、ベース基板611上に、バッファ層605を間に介在させて単結晶半導体層620が固定されたSOI基板を作製することができる。   Through the above steps, an SOI substrate in which the single crystal semiconductor layer 620 is fixed over the base substrate 611 with the buffer layer 605 interposed therebetween can be manufactured.

なおSOI基板の有する単結晶半導体層は、結晶性の改善および平坦性の向上を図る処理を行ってもよい。   Note that the single crystal semiconductor layer included in the SOI substrate may be subjected to treatment for improving crystallinity and planarity.

例えば、ボンド基板を分割して形成した単結晶半導体層にレーザビームを照射することで、結晶性の改善および平坦化を図る。具体的には、単結晶半導体層の分離面側からレーザビームを照射し、単結晶半導体層を部分溶融させる。単結晶半導体層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、結晶性を低下させることなく、結晶欠陥を修復することができる。なお、本明細書において部分溶融とは、単結晶半導体層の一部(例えば上層部分)は溶融されて液相状態となるが、その他(例えば下層部分)は溶融せずに固相状態のままであることをいう。これに対し、完全溶融とは、単結晶半導体層が下部界面付近まで溶融されて、液相状態になることをいう。なお、結晶性の改善や平坦性の向上を図る処理に適用するレーザビームは、単結晶半導体層に吸収される波長のものを選択する。また、レーザビーム照射の代わりにRTAやフラッシュランプ照射を行ってもよい。   For example, the crystallinity is improved and planarized by irradiating a single crystal semiconductor layer formed by dividing a bond substrate with a laser beam. Specifically, the single crystal semiconductor layer is partially melted by irradiation with a laser beam from the separation surface side of the single crystal semiconductor layer. By partially melting the single crystal semiconductor layer, crystal growth proceeds from a solid phase portion that is not melted, and crystal defects can be repaired without reducing crystallinity. In this specification, partial melting means that a part of the single crystal semiconductor layer (for example, the upper layer part) is melted to be in a liquid phase state, but the other part (for example, the lower layer part) is not melted but remains in a solid state. It means that. On the other hand, complete melting means that the single crystal semiconductor layer is melted to the vicinity of the lower interface to be in a liquid phase state. Note that a laser beam applied to a process for improving crystallinity or planarity is selected with a wavelength that is absorbed by the single crystal semiconductor layer. Further, RTA or flash lamp irradiation may be performed instead of laser beam irradiation.

レーザビームの照射による結晶性の改善は、ガラス基板のような耐熱性の低い基板を用いる場合に好適である。単結晶半導体層にレーザビームを照射しても、ガラス基板は直接加熱されず、ガラス基板に与えられる熱を抑えることができるからである。   Improvement of crystallinity by laser beam irradiation is suitable when a substrate having low heat resistance such as a glass substrate is used. This is because even when a single crystal semiconductor layer is irradiated with a laser beam, the glass substrate is not directly heated, and heat applied to the glass substrate can be suppressed.

また、単結晶半導体層の分離面側からエッチング処理を行うことによって結晶欠陥の除去および平坦化を図ることができる。エッチング処理としてはドライエッチング、ウェットエッチング、または両者を組み合わせて行う。また、エッチング処理の代わりにCMP等の研磨処理を行うことで、結晶欠陥の除去、平坦化を図ってもよい。   Further, by performing etching treatment from the separation surface side of the single crystal semiconductor layer, removal and planarization of crystal defects can be achieved. Etching is performed by dry etching, wet etching, or a combination of both. Further, removal of crystal defects and planarization may be achieved by performing a polishing process such as CMP instead of the etching process.

さらに、レーザ処理とエッチング処理とを組み合わせて行ってもよい。一例としては、単結晶半導体層の分離面をドライエッチングしてから、レーザビームを照射する。そして、再度ドライエッチング(またはウェットエッチング)を行う。このようにすることで、単結晶半導体層中に結晶欠陥を取り込んでしまうことを防ぐことができる。また、エッチング処理を2段階に分けることにより、レーザ処理による膜飛びなどを抑制し、薄膜化を図ることができる。   Further, laser treatment and etching treatment may be combined. As an example, the separation surface of the single crystal semiconductor layer is dry-etched and then irradiated with a laser beam. Then, dry etching (or wet etching) is performed again. By doing so, it is possible to prevent crystal defects from being taken into the single crystal semiconductor layer. Further, by dividing the etching process into two stages, film skipping due to the laser process can be suppressed and the film thickness can be reduced.

また、図8(D)に示すように、単結晶半導体基板601から単結晶半導体層620が分離され、単結晶半導体基板640が残存する。単結晶半導体基板640は、再生処理を行うことで、再利用することができる。再生処理としては、エッチング処理、レーザ処理などが挙げられる。   Further, as illustrated in FIG. 8D, the single crystal semiconductor layer 620 is separated from the single crystal semiconductor substrate 601, and the single crystal semiconductor substrate 640 remains. The single crystal semiconductor substrate 640 can be reused by performing a regeneration process. Examples of the regeneration process include an etching process and a laser process.

なお、本実施の形態で示した構成は、本明細書の他の実施の形態で示す構成と適宜組み合わせることができる。   Note that the structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any structure described in the other embodiments in this specification.

(実施の形態4)
本形態では、本発明に係るSOI基板を用いて半導体素子を作製する例について説明する。ここでは、半導体素子として、nチャネル型電界効果トランジスタとpチャネル型電界効果トランジスタを作製する例について、図9〜図11の断面図を用いて説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment mode, an example of manufacturing a semiconductor element using an SOI substrate according to the present invention will be described. Here, an example in which an n-channel field effect transistor and a p-channel field effect transistor are manufactured as semiconductor elements will be described with reference to cross-sectional views in FIGS.

まず、本発明を用いて作製されたSOI基板を準備する。該SOI基板は、ベース基板611上に、バッファ層605を間に介在させて単結晶半導体層620が形成されている。   First, an SOI substrate manufactured using the present invention is prepared. In the SOI substrate, a single crystal semiconductor layer 620 is formed over a base substrate 611 with a buffer layer 605 interposed therebetween.

単結晶半導体層620には、nチャネル型電界効果トランジスタ及びpチャネル型電界効果トランジスタの形成領域に合わせて、硼素、アルミニウム、ガリウムなどのp型不純物元素、若しくはリン、砒素などのn型不純物元素を添加することが好ましい。例えば、nチャネル型電界効果トランジスタの形成領域に対応してp型不純物元素を添加し、pチャネル型電界効果トランジスタの形成領域に対応してn型不純物元素を添加して、所謂ウェル領域を形成する。不純物イオンのドーズ量は1×1012ions/cm乃至1×1014ions/cm程度で行えばよい。さらに、電界効果トランジスタのしきい値電圧を制御する場合には、これらのウェル領域にn型不純物元素若しくはp型不純物元素を添加すればよい。 The single crystal semiconductor layer 620 includes a p-type impurity element such as boron, aluminum, or gallium, or an n-type impurity element such as phosphorus or arsenic, in accordance with the formation region of the n-channel field effect transistor and the p-channel field effect transistor. Is preferably added. For example, a so-called well region is formed by adding a p-type impurity element corresponding to the formation region of the n-channel field effect transistor and adding an n-type impurity element corresponding to the formation region of the p-channel field effect transistor. To do. The dose of impurity ions may be about 1 × 10 12 ions / cm 2 to 1 × 10 14 ions / cm 2 . Furthermore, when controlling the threshold voltage of the field effect transistor, an n-type impurity element or a p-type impurity element may be added to these well regions.

次に、図9(B)に示すように、単結晶半導体層620をエッチングして、素子の配置に合わせて島状に分離した単結晶半導体層620c、単結晶半導体層620dを形成する。本実施形態では、単結晶半導体層620cからnチャネル型電界効果トランジスタを作製し、単結晶半導体層620dからpチャネル型電界効果トランジスタを作製する。   Next, as illustrated in FIG. 9B, the single crystal semiconductor layer 620 is etched to form a single crystal semiconductor layer 620 c and a single crystal semiconductor layer 620 d which are separated into island shapes in accordance with the arrangement of elements. In this embodiment, an n-channel field effect transistor is manufactured from the single crystal semiconductor layer 620c, and a p-channel field effect transistor is manufactured from the single crystal semiconductor layer 620d.

次に、図9(C)に示すように、単結晶半導体層620c、単結晶半導体層620d上に、ゲート絶縁層310、ゲート電極を形成する導電層312、及び導電層314を順に形成する。   Next, as illustrated in FIG. 9C, a gate insulating layer 310, a conductive layer 312 for forming a gate electrode, and a conductive layer 314 are formed in this order over the single crystal semiconductor layer 620c and the single crystal semiconductor layer 620d.

ゲート絶縁層310は、CVD法、スパッタリング法、又はALE法等により、酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化シリコン層、又は窒化酸化シリコン層等の絶縁層を用いて、単層構造又は積層構造で形成する。   The gate insulating layer 310 is formed using a single layer structure or a stacked layer structure using an insulating layer such as a silicon oxide layer, a silicon oxynitride layer, a silicon nitride layer, or a silicon nitride oxide layer by a CVD method, a sputtering method, an ALE method, or the like. Form with.

また、ゲート絶縁層310は、単結晶半導体層620c、単結晶半導体層620dに対してプラズマ処理を行うことにより、表面を酸化又は窒化することで形成してもよい。この場合のプラズマ処理はマイクロ波(代表的な周波数は2.45GHz)を用いて励起したプラズマによるプラズマ処理も含むものとする。例えばマイクロ波で励起され、電子密度が1×1011/cm以上1×1013/cm以下、且つ電子温度が0.5eV以上1.5eV以下のプラズマを用いた処理も含むものとする。このようなプラズマ処理を適用して半導体層表面の酸化処理又は窒化処理を行うことにより、薄くて緻密な膜を形成することが可能である。また、半導体層表面を直接酸化するため、界面特性の良好な膜を得ることができる。また、ゲート絶縁層310は、CVD法、スパッタリング法、又はALE法により形成した膜に対してマイクロ波を用いたプラズマ処理を行うことで形成してもよい。 The gate insulating layer 310 may be formed by oxidizing or nitriding the surface by performing plasma treatment on the single crystal semiconductor layer 620c and the single crystal semiconductor layer 620d. The plasma treatment in this case also includes plasma treatment using plasma excited using microwaves (typical frequency is 2.45 GHz). For example, a treatment using plasma excited by microwaves and having an electron density of 1 × 10 11 / cm 3 to 1 × 10 13 / cm 3 and an electron temperature of 0.5 eV to 1.5 eV is also included. A thin and dense film can be formed by performing oxidation treatment or nitridation treatment on the surface of the semiconductor layer by applying such plasma treatment. In addition, since the surface of the semiconductor layer is directly oxidized, a film having good interface characteristics can be obtained. Alternatively, the gate insulating layer 310 may be formed by performing plasma treatment using a microwave on a film formed by a CVD method, a sputtering method, or an ALE method.

なお、ゲート絶縁層310は半導体層との界面を形成するため、酸化シリコン層若しくは酸化窒化シリコン層が界面となるように形成することが好ましい。これは、窒化シリコン層又は窒化酸化シリコン層のように酸素よりも窒素の含有量が多い膜を形成すると、トラップ準位が形成され界面特性が問題となる恐れがあるからである。   Note that since the gate insulating layer 310 forms an interface with the semiconductor layer, the gate insulating layer 310 is preferably formed so that the silicon oxide layer or the silicon oxynitride layer serves as the interface. This is because when a film containing more nitrogen than oxygen is formed, such as a silicon nitride layer or a silicon nitride oxide layer, trap levels are formed and interface characteristics may become a problem.

ゲート電極を形成する導電層は、タングステン、タンタル、チタン、モリブデン、アルミニウム、銅、クロム、或いはニオブ等から選択された元素、前述の元素を含む合金材料、又は前述の元素を含む化合物材料などの導電材料を用いて、スパッタリング法やCVD法により、単層構造又は積層構造で形成する。その他、ゲート電極を形成する導電層としては、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコンに代表される半導体材料を用いることもできる。ゲート電極を積層構造とする場合は、異なる導電材料を用いて形成することもできるし、同一の導電材料を用いて形成することもできる。本形態では、ゲート電極を形成する導電層を、導電層312及び導電層314の2層構造で形成する例を示す。   The conductive layer forming the gate electrode is made of an element selected from tungsten, tantalum, titanium, molybdenum, aluminum, copper, chromium, niobium, an alloy material containing the above element, or a compound material containing the above element. A single layer structure or a stacked layer structure is formed using a conductive material by a sputtering method or a CVD method. In addition, as the conductive layer for forming the gate electrode, a semiconductor material typified by polycrystalline silicon doped with an impurity element such as phosphorus can be used. When the gate electrode has a stacked structure, it can be formed using different conductive materials or can be formed using the same conductive material. In this embodiment, an example in which a conductive layer for forming a gate electrode is formed to have a two-layer structure of a conductive layer 312 and a conductive layer 314 is described.

本形態のように、導電層312及び導電層314の2層の積層構造でゲート電極を形成する場合は、例えば、窒化タンタル層とタングステン層、窒化チタン層とタングステン層、窒化モリブデン層とモリブデン層などの積層構造を形成することができる。窒化タンタル層とタングステン層との積層構造を形成すると、両者のエッチングレートに差がつけやすく、エッチングの選択比を高くできるため好ましい。なお、例示した2層の積層構造において、先に記載した層(例えば窒化タンタル層)をゲート絶縁層310上に接して形成することが好ましい。例えば、導電層312を20nm乃至100nmの厚さで形成し、導電層314を100nm乃至400nmの厚さで形成する。もちろん、ゲート電極は、導電層を3層以上積層した構造とすることもできる。   In the case where the gate electrode is formed with a two-layer structure of the conductive layer 312 and the conductive layer 314 as in this embodiment mode, for example, a tantalum nitride layer and a tungsten layer, a titanium nitride layer and a tungsten layer, a molybdenum nitride layer and a molybdenum layer are used. A laminated structure such as can be formed. It is preferable to form a stacked structure of a tantalum nitride layer and a tungsten layer because the etching rate between the two is easily different and the etching selectivity can be increased. Note that in the two-layer structure illustrated as an example, the above-described layer (eg, a tantalum nitride layer) is preferably formed in contact with the gate insulating layer 310. For example, the conductive layer 312 is formed with a thickness of 20 nm to 100 nm, and the conductive layer 314 is formed with a thickness of 100 nm to 400 nm. Needless to say, the gate electrode can have a structure in which three or more conductive layers are stacked.

次に、導電層314上にレジストマスク320c、レジストマスク320dを選択的に形成する。そして、レジストマスク320c、レジストマスク320dを用いて第1のエッチング処理及び第2のエッチング処理を行う。   Next, a resist mask 320c and a resist mask 320d are selectively formed over the conductive layer 314. Then, a first etching process and a second etching process are performed using the resist mask 320c and the resist mask 320d.

まず、レジストマスク320cを用いた第1のエッチング処理により導電層312及び導電層314を選択的にエッチングして、単結晶半導体層620c上に導電層316cおよび導電層318cを形成する。同時に、レジストマスク320dを用いた第1のエッチング処理により導電層312および導電層314を選択的にエッチングして、単結晶半導体層620d上に導電層316d及び導電層318dを形成する(図9(D)参照)。   First, the conductive layer 312 and the conductive layer 314 are selectively etched by a first etching process using the resist mask 320c, so that the conductive layer 316c and the conductive layer 318c are formed over the single crystal semiconductor layer 620c. At the same time, the conductive layer 312 and the conductive layer 314 are selectively etched by the first etching treatment using the resist mask 320d, so that the conductive layer 316d and the conductive layer 318d are formed over the single crystal semiconductor layer 620d (FIG. 9 ( D)).

次に、レジストマスク320cを用いた第2のエッチング処理により導電層318cの端部をエッチングして、導電層322cを形成する。同時に、レジストマスク320dを用いた第2のエッチング処理により導電層318dの端部をエッチングして、導電層322dを形成する(図9(E)参照)。なお、導電層322cは導電層316cよりも幅(キャリアがチャネル形成領域を流れる方向(ソース領域とドレイン領域を結ぶ方向)に平行な方向の長さ)が小さくなるように形成する。同様に、導電層322dは、導電層316dよりも幅が小さくなるように形成する。このようにして、導電層316c及び導電層322cからなる2層構造のゲート電極324c、並びに導電層316d及び導電層322dからなる2層構造のゲート電極324dを形成する。   Next, the end portion of the conductive layer 318c is etched by a second etching process using the resist mask 320c, so that the conductive layer 322c is formed. At the same time, an end portion of the conductive layer 318d is etched by a second etching process using the resist mask 320d to form a conductive layer 322d (see FIG. 9E). Note that the conductive layer 322c is formed to have a smaller width (length in a direction parallel to a direction in which carriers flow in a channel formation region (a direction connecting a source region and a drain region)) than the conductive layer 316c. Similarly, the conductive layer 322d is formed to have a smaller width than the conductive layer 316d. In this manner, a two-layer gate electrode 324c including the conductive layer 316c and the conductive layer 322c, and a two-layer gate electrode 324d including the conductive layer 316d and the conductive layer 322d are formed.

第1のエッチング処理及び第2のエッチング処理に適用するエッチング法は適宜選択すればよいが、ECR(Electron Cyclotron Resonance)方式やICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)方式などの高密度プラズマ源を用いたドライエッチング装置を用いるとエッチング速度を向上できるため好ましい。第1のエッチング処理および第2のエッチング処理のエッチング条件(コイル型の電極や平行平板型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節することで、導電層316c、316d、及び導電層322c、322dの側面を所望のテーパー形状とすることができる。所望のゲート電極324c、324dを形成した後、レジストマスク320c、320dは除去すればよい。   An etching method applied to the first etching process and the second etching process may be selected as appropriate. A high-density plasma source such as an ECR (Electron Cyclotron Resonance) method or an ICP (Inductively Coupled Plasma) method may be used. The dry etching apparatus used is preferable because the etching rate can be improved. Etching conditions for the first etching process and the second etching process (the amount of power applied to the coil-type electrode and the parallel plate-type electrode, the amount of power applied to the electrode on the substrate side, the electrode temperature on the substrate side, etc.) By adjusting appropriately, the side surfaces of the conductive layers 316c and 316d and the conductive layers 322c and 322d can be formed into a desired tapered shape. After the desired gate electrodes 324c and 324d are formed, the resist masks 320c and 320d may be removed.

次に、単結晶半導体層620cを覆うようにレジストマスク381を選択的に形成する。そして、レジストマスク381をマスクとして、単結晶半導体層620dに不純物元素380を添加する。単結晶半導体層620dは、上方に形成された導電層316dおよび導電層322dがマスクとなって、自己整合的に一対の第1不純物領域328dと、一対の第2不純物領域330dと、チャネル形成領域326dが形成される(図10(A)参照)。   Next, a resist mask 381 is selectively formed so as to cover the single crystal semiconductor layer 620c. Then, the impurity element 380 is added to the single crystal semiconductor layer 620d using the resist mask 381 as a mask. The single crystal semiconductor layer 620d includes a pair of first impurity regions 328d, a pair of second impurity regions 330d, a channel formation region in a self-alignment manner using the conductive layer 316d and the conductive layer 322d formed above as a mask. 326d is formed (see FIG. 10A).

不純物元素380としては、硼素、アルミニウム、ガリウムなどのp型不純物元素、若しくはリン、砒素などのn型不純物元素を添加する。ここでは、pチャネル型電界効果トランジスタを形成するため、不純物元素380としてp型不純物元素であるボロンを添加する。また、第1不純物領域328dに、1×1020atoms/cm乃至5×1021atoms/cm程度の濃度で硼素が含まれるようにする。第1不純物領域328dは、ソース領域又はドレイン領域として機能する。 As the impurity element 380, a p-type impurity element such as boron, aluminum, or gallium, or an n-type impurity element such as phosphorus or arsenic is added. Here, boron, which is a p-type impurity element, is added as the impurity element 380 in order to form a p-channel field effect transistor. Further, boron is contained in the first impurity region 328d at a concentration of about 1 × 10 20 atoms / cm 3 to 5 × 10 21 atoms / cm 3 . The first impurity region 328d functions as a source region or a drain region.

単結晶半導体層620dにおいて、導電層316dと重ならない領域に第1不純物領域328dが形成され、導電層316dと重なり導電層322dと重ならない領域に第2不純物領域330dが形成され、導電層322dと重なる領域にチャネル形成領域326dが形成される。第2不純物領域330dは、第1不純物領域328dよりも低不純物濃度となる。   In the single crystal semiconductor layer 620d, a first impurity region 328d is formed in a region that does not overlap with the conductive layer 316d, a second impurity region 330d is formed in a region that overlaps with the conductive layer 316d and does not overlap with the conductive layer 322d, and the conductive layer 322d A channel formation region 326d is formed in the overlapping region. The second impurity region 330d has a lower impurity concentration than the first impurity region 328d.

レジストマスク381を除去した後、単結晶半導体層620dを覆うようにレジストマスク382を選択的に形成する。そして、レジストマスク382をマスクとして、単結晶半導体層620cに不純物元素384を添加する。単結晶半導体層620cは、上方に形成された導電層316cおよび導電層322cがマスクとなって、自己整合的に一対の第3不純物領域328cと、一対の第4不純物領域330cと、チャネル形成領域326cが形成される(図10(B)参照)。   After the resist mask 381 is removed, a resist mask 382 is selectively formed so as to cover the single crystal semiconductor layer 620d. Then, the impurity element 384 is added to the single crystal semiconductor layer 620c using the resist mask 382 as a mask. The single crystal semiconductor layer 620c includes a pair of third impurity regions 328c, a pair of fourth impurity regions 330c, a channel formation region in a self-aligning manner using the conductive layer 316c and the conductive layer 322c formed above as a mask. 326c is formed (see FIG. 10B).

ここでは、nチャネル型電界効果トランジスタを形成するため、不純物元素384としてn型不純物元素を添加する。例えば不純物元素384としてリンを添加し、第3不純物領域328cに5×1019atoms/cm乃至5×1020atoms/cm程度の濃度でリンが含まれるようにする。第3不純物領域328cは、ソース領域又はドレイン領域として機能する。 Here, an n-type impurity element is added as the impurity element 384 in order to form an n-channel field effect transistor. For example, phosphorus is added as the impurity element 384 so that the third impurity region 328c contains phosphorus at a concentration of about 5 × 10 19 atoms / cm 3 to 5 × 10 20 atoms / cm 3 . The third impurity region 328c functions as a source region or a drain region.

単結晶半導体層620cにおいて、導電層316cと重ならない領域に第3不純物領域328cが形成され、導電層316cと重なり導電層322cと重ならない領域に第4不純物領域330cが形成され、導電層322cと重なる領域にチャネル形成領域326cが形成される。第4不純物領域330cは、第3不純物領域328cよりも低不純物濃度となる。   In the single crystal semiconductor layer 620c, a third impurity region 328c is formed in a region not overlapping with the conductive layer 316c, a fourth impurity region 330c is formed in a region overlapping with the conductive layer 316c and not overlapping with the conductive layer 322c, and the conductive layer 322c A channel formation region 326c is formed in the overlapping region. The fourth impurity region 330c has a lower impurity concentration than the third impurity region 328c.

なお、単結晶半導体層620dに第1不純物領域328d、第2不純物領域330d、チャネル形成領域326dを形成し、単結晶半導体層620cに第3不純物領域328c、第4不純物領域330c、チャネル形成領域326cを形成する順序などは本形態に限られるものでなく、適宜変更することができる。また、単結晶半導体層620c、620dに不純物領域(第1不純物領域328d〜第4不純物領域330c)形成後は、熱処理やレーザビームの照射などを適宜行うことにより、活性化(低抵抗化)する。   Note that the first impurity region 328d, the second impurity region 330d, and the channel formation region 326d are formed in the single crystal semiconductor layer 620d, and the third impurity region 328c, the fourth impurity region 330c, and the channel formation region 326c are formed in the single crystal semiconductor layer 620c. The order of forming the layers is not limited to this embodiment, and can be changed as appropriate. Further, after the impurity regions (first impurity region 328d to fourth impurity region 330c) are formed in the single crystal semiconductor layers 620c and 620d, activation (low resistance) is performed by appropriately performing heat treatment, laser beam irradiation, or the like. .

次に、ゲート電極324c、ゲート電極324d、およびゲート絶縁層310上を覆う絶縁層を単層構造または積層構造で形成する。ゲート絶縁層310およびその上層の絶縁層に、単結晶半導体層620cに形成された一対の第3不純物領域328c、および単結晶半導体層620dに形成された一対の第1不純物領域328d、それぞれに達するコンタクトホールを形成する。該コンタクトホールに、ソース電極又はドレイン電極として機能する導電層336c、導電層336dを形成する。   Next, an insulating layer covering the gate electrode 324c, the gate electrode 324d, and the gate insulating layer 310 is formed with a single-layer structure or a stacked structure. The gate insulating layer 310 and the upper insulating layer reach the pair of third impurity regions 328c formed in the single crystal semiconductor layer 620c and the pair of first impurity regions 328d formed in the single crystal semiconductor layer 620d, respectively. A contact hole is formed. A conductive layer 336c and a conductive layer 336d functioning as a source electrode or a drain electrode are formed in the contact holes.

まず、ゲート電極324c、ゲート電極324d、およびゲート絶縁層310上を覆う絶縁層331を形成する(図11(A)参照)。絶縁層331は、CVD法やスパッタリング法により、酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、又は窒化酸化シリコン層などを形成する。例えば、絶縁層331として、プラズマCVD法により酸化窒化シリコン層(膜厚50nm)を形成する。次に、400℃以上ベース基板611の歪み点温度以下で熱処理を行うことで、不純物領域(第1不純物領域328d〜第4不純物領域330c)の活性化を行うことができる。例えば、窒素雰囲気下で480℃、1時間の熱処理を行う。絶縁層331を形成した後に熱処理を行うことで、該熱処理によるゲート電極の酸化を防ぐことができる。なお、熱処理の際に雰囲気を制御することで、絶縁層331を形成しなくともゲート電極の酸化を防ぐこともできる。   First, the insulating layer 331 which covers the gate electrode 324c, the gate electrode 324d, and the gate insulating layer 310 is formed (see FIG. 11A). As the insulating layer 331, a silicon oxide layer, a silicon oxynitride layer, a silicon nitride oxide layer, a silicon nitride oxide layer, or the like is formed by a CVD method or a sputtering method. For example, a silicon oxynitride layer (with a thickness of 50 nm) is formed as the insulating layer 331 by a plasma CVD method. Next, the impurity regions (the first impurity region 328 d to the fourth impurity region 330 c) can be activated by performing heat treatment at 400 ° C. or higher and below the strain point temperature of the base substrate 611. For example, heat treatment is performed at 480 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. By performing heat treatment after the insulating layer 331 is formed, oxidation of the gate electrode due to the heat treatment can be prevented. Note that by controlling the atmosphere during heat treatment, the gate electrode can be prevented from being oxidized without the insulating layer 331 being formed.

次に、絶縁層331上に、絶縁層332および絶縁層334を形成する(図11(B)参照)。   Next, the insulating layer 332 and the insulating layer 334 are formed over the insulating layer 331 (see FIG. 11B).

絶縁層332、絶縁層334としては、CVD法やスパッタリング法により、酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化シリコン層、又は窒化酸化シリコン層等を形成することができる。また、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル若しくはエポキシ等の有機材料、シロキサン樹脂等のシロキサン材料、又はオキサゾール樹脂などを用いて、スピンコート法などの塗布法により形成することができる。なお、シロキサン材料とは、Si−O−Si結合を含む材料に相当する。   As the insulating layer 332 and the insulating layer 334, a silicon oxide layer, a silicon oxynitride layer, a silicon nitride layer, a silicon nitride oxide layer, or the like can be formed by a CVD method or a sputtering method. Alternatively, an organic material such as polyimide, polyamide, polyvinyl phenol, benzocyclobutene, acrylic or epoxy, a siloxane material such as a siloxane resin, or an oxazole resin can be used by a coating method such as a spin coating method. Note that the siloxane material corresponds to a material including a Si—O—Si bond.

なお、ゲート電極324c、324d上層に形成される絶縁層としては、水素を含有する絶縁層を少なくとも1層形成し、熱処理を行うことにより、単結晶半導体層に存在するダングリングボンドの水素終端化を図ることが好ましい。水素を含有する絶縁層を形成した後、例えば350℃以上480℃以下、好ましくは400℃以上450℃以下の処理温度で熱処理を行うことで、絶縁層に含有された水素が熱処理により熱的に励起して拡散され、絶縁層を通過して単結晶半導体層に到達する。そして、到達した水素により単結晶半導体層に存在するダングリングボンドが水素終端される。半導体層、特にチャネル形成領域にダングリングボンドが存在すると、完成するトランジスタの電気的特性に悪影響を与えかねないため、本形態のように水素終端を行うことは効果的である。水素終端を行うことで、ゲート絶縁層と単結晶半導体層との界面特性の改善を図ることができる。   Note that as the insulating layer formed over the gate electrodes 324c and 324d, at least one insulating layer containing hydrogen is formed, and heat treatment is performed, so that dangling bonds existing in the single crystal semiconductor layer are hydrogen-terminated. It is preferable to aim for. After forming the insulating layer containing hydrogen, heat treatment is performed at a processing temperature of, for example, 350 ° C. or higher and 480 ° C. or lower, preferably 400 ° C. or higher and 450 ° C. or lower. Excited and diffused, passes through the insulating layer and reaches the single crystal semiconductor layer. Then, dangling bonds existing in the single crystal semiconductor layer are terminated with hydrogen by the reached hydrogen. If dangling bonds are present in the semiconductor layer, particularly in the channel formation region, the electrical characteristics of the completed transistor may be adversely affected, so that hydrogen termination is effective as in this embodiment. By performing hydrogen termination, interface characteristics between the gate insulating layer and the single crystal semiconductor layer can be improved.

水素を含有する絶縁層は、プラズマCVD法により、Hを含む成膜用のプロセスガスを用いることで形成することができる。また、水素を含有する絶縁層を形成しなくとも、水素を含む雰囲気中で熱処理を行うことにより、単結晶半導体層の水素終端化を行うこともできる。例えば、絶縁層332として水素を含有する絶縁層を形成し、その上層に絶縁層334を形成した後、水素終端する熱処理を行う。この場合、絶縁層334は、絶縁層332に含まれる水素が脱水素化しない温度で成膜する。   The insulating layer containing hydrogen can be formed by a plasma CVD method using a process gas for film formation containing H. In addition, even when an insulating layer containing hydrogen is not formed, hydrogen termination of the single crystal semiconductor layer can be performed by performing heat treatment in an atmosphere containing hydrogen. For example, after an insulating layer containing hydrogen is formed as the insulating layer 332 and the insulating layer 334 is formed thereover, heat treatment for hydrogen termination is performed. In this case, the insulating layer 334 is formed at a temperature at which hydrogen contained in the insulating layer 332 is not dehydrogenated.

例えば、プラズマCVD法により、絶縁層332である窒化酸化シリコン層(膜厚300nm)と絶縁層334である酸化窒化シリコン層(膜厚450nm)とを連続成膜する。窒化酸化シリコン層は成膜用のプロセスガスとしてモノシラン、アンモニア、水素および酸化窒素を用いる。酸化窒化シリコン層は成膜用のプロセスガスとしてモノシランと亜酸化窒素を用いる。また、処理温度は200℃〜300℃程度とすることで、窒化酸化シリコン層に含有される水素を脱水素化することなく、絶縁層を形成できる。そして、絶縁層334を形成した後、窒素雰囲気下で450℃1時間の熱処理を行うことにより、単結晶半導体層の水素終端化を行う。   For example, a silicon nitride oxide layer (film thickness of 300 nm) as the insulating layer 332 and a silicon oxynitride layer (film thickness of 450 nm) as the insulating layer 334 are continuously formed by a plasma CVD method. The silicon nitride oxide layer uses monosilane, ammonia, hydrogen, and nitrogen oxide as process gases for film formation. The silicon oxynitride layer uses monosilane and nitrous oxide as process gases for film formation. In addition, when the treatment temperature is approximately 200 ° C. to 300 ° C., an insulating layer can be formed without dehydrogenating hydrogen contained in the silicon nitride oxide layer. Then, after the insulating layer 334 is formed, the single crystal semiconductor layer is subjected to hydrogen termination by performing heat treatment at 450 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere.

次に、絶縁層334、絶縁層332、絶縁層331およびゲート絶縁層310にコンタクトホールを形成し、該コンタクトホールを埋めるように導電層336c、導電層336dを形成する(図11(C)参照)。ここでは、一対の第1不純物領域328dそれぞれに達する一対のコンタクトホールを形成し、該コンタクトホールを通じて第1不純物領域328dに達する一対の導電層336cを形成する。同時に、一対の第3不純物領域328cそれぞれに達する一対のコンタクトホールを形成し、該コンタクトホールを通じて第3不純物領域328cに達する一対の導電層336dを形成する。導電層336c、導電層336dは、ソース電極又はドレイン電極として機能する。導電層336cは第3不純物領域328cと電気的に接続する。導電層336dは、第1不純物領域328dと電気的に接続する。   Next, contact holes are formed in the insulating layer 334, the insulating layer 332, the insulating layer 331, and the gate insulating layer 310, and conductive layers 336c and 336d are formed so as to fill the contact holes (see FIG. 11C). ). Here, a pair of contact holes reaching each of the pair of first impurity regions 328d is formed, and a pair of conductive layers 336c reaching the first impurity regions 328d through the contact holes are formed. At the same time, a pair of contact holes reaching each of the pair of third impurity regions 328c is formed, and a pair of conductive layers 336d reaching the third impurity regions 328c through the contact holes are formed. The conductive layer 336c and the conductive layer 336d function as a source electrode or a drain electrode. The conductive layer 336c is electrically connected to the third impurity region 328c. The conductive layer 336d is electrically connected to the first impurity region 328d.

導電層336c、導電層336dは、アルミニウム、タングステン、チタン、タンタル、モリブデン、ニッケル、ネオジム、或いは銅等から選択された元素、前述の元素を含有する合金材料、又は前述の元素を含有する化合物材料を用いて形成する。前述の元素を含有する合金材料としては、例えば、チタンを含有したアルミニウム合金、ネオジムを含有したアルミニウム合金、シリコンを含有するアルミニウム合金(アルミニウムシリコンとも言われる)などが挙げられる。また、上記元素を含有する化合物としては、窒化タングステン、窒化チタン、窒化タンタルなどの窒化物が挙げられる。導電層336c、導電層336dは、上述の材料を用いてスパッタリング法やCVD法により全面に形成した後、選択的にエッチングして所望の形状に加工すればよい。また、導電層336c、導電層336dは、単層構造又は2層以上の積層構造で形成することができる。例えば、チタン層、窒化チタン層、アルミニウム層およびチタン層を順に積層した構造とすることができる。アルミニウム層をチタン層で挟む構成とすることで、耐熱性を向上させることができる。また、チタン層とアルミニウム層との間に形成する窒化チタン層はバリア層として機能できる。   The conductive layer 336c and the conductive layer 336d are formed using an element selected from aluminum, tungsten, titanium, tantalum, molybdenum, nickel, neodymium, copper, or the like, an alloy material containing the above element, or a compound material containing the above element It forms using. Examples of the alloy material containing the above-described element include an aluminum alloy containing titanium, an aluminum alloy containing neodymium, and an aluminum alloy containing silicon (also referred to as aluminum silicon). In addition, examples of the compound containing the element include nitrides such as tungsten nitride, titanium nitride, and tantalum nitride. The conductive layers 336c and 336d are formed over the entire surface by a sputtering method or a CVD method using the above materials, and then selectively etched and processed into a desired shape. The conductive layer 336c and the conductive layer 336d can be formed to have a single-layer structure or a stacked structure including two or more layers. For example, a structure in which a titanium layer, a titanium nitride layer, an aluminum layer, and a titanium layer are sequentially stacked can be employed. By adopting a configuration in which the aluminum layer is sandwiched between titanium layers, heat resistance can be improved. Further, the titanium nitride layer formed between the titanium layer and the aluminum layer can function as a barrier layer.

以上で、単結晶半導体層を有するSOI基板を用いて、nチャネル型電界効果トランジスタおよびpチャネル型電界効果トランジスタを作製することができる。   Through the above, an n-channel field effect transistor and a p-channel field effect transistor can be manufactured using an SOI substrate having a single crystal semiconductor layer.

本形態では、半導体素子のような微細なパターンを形成するため、フォトリソグラフィ法およびエッチング法が適用される。所望のパターン形状を形成するためのレジストマスクの形成には、一般にステッパーやMPAなどの露光装置が用いられる。ステッパーやMPAなどの露光装置により露光される1ショットのパターン形状は、代表的には四角形状である。本形態で用いるSOI基板の半導体層は多角形状、代表的には四角形状である。半導体層が円形状よりも四角形状であることで、効率よくパターン形成することができる。   In this embodiment mode, a photolithography method and an etching method are applied in order to form a fine pattern such as a semiconductor element. An exposure apparatus such as a stepper or MPA is generally used for forming a resist mask for forming a desired pattern shape. The pattern shape of one shot exposed by an exposure apparatus such as a stepper or MPA is typically a square shape. The semiconductor layer of the SOI substrate used in this embodiment has a polygonal shape, typically a quadrangular shape. Since the semiconductor layer has a quadrangular shape rather than a circular shape, the pattern can be efficiently formed.

また、本発明に係るSOI基板は、単結晶半導体層の周縁部まで接合強度良くベース基板に固定されている。また、単結晶半導体層の外周端は、ぎざぎざ形状となることを抑制して作製されている。そのため、半導体素子の作製途中で膜剥がれが生じるなどの不良を防ぐことができ、歩留まり良く半導体素子を作製することができる。   In addition, the SOI substrate according to the present invention is fixed to the base substrate with high bonding strength up to the peripheral portion of the single crystal semiconductor layer. In addition, the outer peripheral end of the single crystal semiconductor layer is manufactured so as to be prevented from being a jagged shape. Therefore, defects such as film peeling during the manufacturing of the semiconductor element can be prevented, and the semiconductor element can be manufactured with high yield.

なお、導電層336cおよび導電層336dを電気的に接続させることでnチャネル型電界効果トランジスタとpチャネル型電界効果トランジスタを電気的に接続させ、CMOSトランジスタとすることもできる。   Note that the n-channel field effect transistor and the p-channel field effect transistor can be electrically connected by electrically connecting the conductive layer 336c and the conductive layer 336d, whereby a CMOS transistor can be obtained.

また、本形態では、ゲート電極を2層の導電層の積層構造とし、各層で幅を異ならせる例を示したが、本発明は特に限定されない。例えば、ゲート電極は、導電層の単層構造で形成してもよいし、導電層を3層以上の積層構造としてもよい。また、導電層の積層構造で、各層の幅は略一致するように形成してもよいし、各層のテーパー形状を異ならせてもよい。さらに、ゲート電極の側面に接してサイドウォールと言われる絶縁層を形成してもよい。   In this embodiment mode, an example in which the gate electrode has a stacked structure of two conductive layers and each layer has a different width has been described, but the present invention is not particularly limited. For example, the gate electrode may be formed with a single layer structure of a conductive layer, or the conductive layer may have a stacked structure of three or more layers. In addition, in the stacked structure of the conductive layers, the widths of the layers may be formed so as to be substantially the same, or the taper shapes of the layers may be different. Further, an insulating layer called a sidewall may be formed in contact with the side surface of the gate electrode.

本形態で説明したトランジスタを複数組み合わせて、各種機能を有する半導体装置を提供することができる。また、本形態で示したトランジスタの構造は一例であり、図示した構造に限定されるものではない。   A semiconductor device having various functions can be provided by combining a plurality of transistors described in this embodiment mode. Further, the structure of the transistor described in this embodiment mode is an example, and the structure is not limited to the illustrated structure.

なお、本実施の形態で示した構成は、本明細書の他の実施の形態で示す構成と適宜組み合わせて行うことができる。   Note that the structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments in this specification.

(実施の形態5)
本発明に係るSOI基板を用いて、上記実施の形態4で示したようなトランジスタに加えて、容量、抵抗などの各種半導体素子を形成することで、高付加価値の半導体装置を作製することができる。本形態では、図面を参照しながら半導体装置の具体的な態様を説明する。
(Embodiment 5)
By using the SOI substrate according to the present invention and forming various semiconductor elements such as a capacitor and a resistor in addition to the transistor described in Embodiment Mode 4, a high-value-added semiconductor device can be manufactured. it can. In this embodiment mode, specific modes of a semiconductor device will be described with reference to the drawings.

なお、本明細書における半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置(EL表示装置、液晶表示装置を含む)、半導体回路、及び電子機器は全て範疇に含むものとする。   Note that a semiconductor device in this specification refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics, and electro-optical devices (including EL display devices and liquid crystal display devices), semiconductor circuits, and electronic devices are all categories. To include.

まず、半導体装置の一例として、マイクロプロセッサについて説明する。図12はマイクロプロセッサ200の構成例を示すブロック図である。マイクロプロセッサ200は、演算回路201(Arithmetic logic unit;ALUともいう。)、演算回路用制御部202(ALU Controller)、命令解析部203(Instruction Decoder)、割り込み制御部204(Interrupt Controller)、タイミング制御部205(Timing Controller)、レジスタ206(Register)、レジスタ制御部207(Register Controller)、バスインターフェース208(Bus I/F)、読み出し専用メモリ209、及びメモリインターフェース210を有している。   First, a microprocessor will be described as an example of a semiconductor device. FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration example of the microprocessor 200. The microprocessor 200 includes an arithmetic circuit 201 (also referred to as ALU), an arithmetic circuit controller 202 (ALU Controller), an instruction analyzer 203 (Instruction Decoder), an interrupt controller 204 (Interrupt Controller), and timing control. A unit 205 (Timing Controller), a register 206 (Register), a register control unit 207 (Register Controller), a bus interface 208 (Bus I / F), a read-only memory 209, and a memory interface 210 are provided.

バスインターフェース208を介してマイクロプロセッサ200に入力された命令は命令解析部203に入力され、デコードされた後に演算回路用制御部202、割り込み制御部204、レジスタ制御部207、タイミング制御部205に入力される。演算回路用制御部202、割り込み制御部204、レジスタ制御部207、タイミング制御部205は、デコードされた命令に基づき各種制御を行う。具体的に演算回路用制御部202は、演算回路201の動作を制御するための信号を生成する。また、割り込み制御部204は、マイクロプロセッサ200のプログラム実行中に、外部の入出力装置や周辺回路からの割り込み要求を、その優先度やマスク状態から判断して処理する。レジスタ制御部207は、レジスタ206のアドレスを生成し、マイクロプロセッサ200の状態に応じてレジスタ206の読み出しや書き込みを行う。タイミング制御部205は、演算回路201、演算回路用制御部202、命令解析部203、割り込み制御部204、レジスタ制御部207の動作のタイミングを制御する信号を生成する。例えばタイミング制御部205は、基準クロック信号CLK1を元に、内部クロック信号CLK2を生成する内部クロック生成部を備えており、クロック信号CLK2を上記各種回路に供給する。なお、図12に示すマイクロプロセッサ200は、その構成を簡略化して示した一例にすぎず、実際にはその用途によって多種多様な構成を備えることができる。   An instruction input to the microprocessor 200 via the bus interface 208 is input to the instruction analysis unit 203, decoded, and then input to the arithmetic circuit control unit 202, the interrupt control unit 204, the register control unit 207, and the timing control unit 205. Is done. The arithmetic circuit control unit 202, the interrupt control unit 204, the register control unit 207, and the timing control unit 205 perform various controls based on the decoded instruction. Specifically, the arithmetic circuit control unit 202 generates a signal for controlling the operation of the arithmetic circuit 201. The interrupt control unit 204 processes an interrupt request from an external input / output device or a peripheral circuit based on its priority or mask state during execution of the program of the microprocessor 200. The register control unit 207 generates an address of the register 206, and reads and writes the register 206 according to the state of the microprocessor 200. The timing control unit 205 generates a signal for controlling the operation timing of the arithmetic circuit 201, the arithmetic circuit control unit 202, the instruction analysis unit 203, the interrupt control unit 204, and the register control unit 207. For example, the timing control unit 205 includes an internal clock generation unit that generates an internal clock signal CLK2 based on the reference clock signal CLK1, and supplies the clock signal CLK2 to the various circuits. Note that the microprocessor 200 illustrated in FIG. 12 is only an example in which the configuration is simplified, and actually, the microprocessor 200 may have various configurations depending on the application.

次に、非接触でデータの送受信を行うことのできる演算機能を備えた半導体装置の一例について図13を参照して説明する。図13は、半導体装置として無線通信により外部装置と信号の送受信を行って動作するコンピュータ(以下、「RFCPU」という)の一例を示す。RFCPU211は、アナログ回路部212とデジタル回路部213を有している。アナログ回路部212として、共振容量を有する共振回路214、整流回路215、定電圧回路216、リセット回路217、発振回路218、復調回路219と、変調回路220を有している。デジタル回路部213は、RFインターフェース221、制御レジスタ222、クロックコントローラ223、CPUインターフェース224、中央処理ユニット(CPU)225、ランダムアクセスメモリ(RAM)226、読み出し専用メモリ(ROM)227を有している。   Next, an example of a semiconductor device having an arithmetic function capable of transmitting and receiving data without contact will be described with reference to FIGS. FIG. 13 illustrates an example of a computer (hereinafter referred to as “RFCPU”) that operates as a semiconductor device by transmitting and receiving signals to and from an external device by wireless communication. The RFCPU 211 has an analog circuit unit 212 and a digital circuit unit 213. The analog circuit unit 212 includes a resonance circuit 214 having a resonance capacitance, a rectifier circuit 215, a constant voltage circuit 216, a reset circuit 217, an oscillation circuit 218, a demodulation circuit 219, and a modulation circuit 220. The digital circuit unit 213 includes an RF interface 221, a control register 222, a clock controller 223, a CPU interface 224, a central processing unit (CPU) 225, a random access memory (RAM) 226, and a read only memory (ROM) 227. .

RFCPU211の動作は以下の通りである。アンテナ228が受信した信号は共振回路214により誘導起電力を生じる。誘導起電力は整流回路215を経て容量部229に充電される。容量部229はセラミックコンデンサーや電気二重層コンデンサーなどのキャパシタで形成されていることが好ましい。容量部229はRFCPU211と一体形成されている必要はなく、別部品としてRFCPU211を構成する絶縁表面を有する基板に取り付けられていれば良い。   The operation of the RFCPU 211 is as follows. A signal received by the antenna 228 generates an induced electromotive force by the resonance circuit 214. The induced electromotive force is charged in the capacitor unit 229 through the rectifier circuit 215. Capacitance portion 229 is preferably formed of a capacitor such as a ceramic capacitor or an electric double layer capacitor. The capacitor portion 229 does not need to be integrally formed with the RFCPU 211, and may be attached to a substrate having an insulating surface constituting the RFCPU 211 as a separate component.

リセット回路217は、デジタル回路部213をリセットし初期化する信号を生成する。例えば、電源電圧の上昇に遅延して立ち上がる信号をリセット信号として生成する。発振回路218は定電圧回路216により生成される制御信号に応じて、クロック信号の周波数とデューティー比を変更する。ローパスフィルタで形成される復調回路219は、例えば振幅変調(ASK)方式の受信信号の振幅の変動を二値化する。変調回路220は、送信データを振幅変調(ASK)方式の送信信号の振幅を変動させて送信する。変調回路220は、共振回路214の共振点を変化させることで通信信号の振幅を変化させている。クロックコントローラ223は、電源電圧又は中央処理ユニット225における消費電流に応じてクロック信号の周波数とデューティー比を変更するための制御信号を生成している。電源電圧の監視は電源管理回路230が行っている。   The reset circuit 217 generates a signal that resets and initializes the digital circuit unit 213. For example, a signal that rises after a rise in the power supply voltage is generated as a reset signal. The oscillation circuit 218 changes the frequency and duty ratio of the clock signal in accordance with the control signal generated by the constant voltage circuit 216. The demodulating circuit 219 formed of a low-pass filter binarizes fluctuations in the amplitude of an amplitude modulation (ASK) reception signal, for example. The modulation circuit 220 transmits transmission data by changing the amplitude of an amplitude modulation (ASK) transmission signal. The modulation circuit 220 changes the amplitude of the communication signal by changing the resonance point of the resonance circuit 214. The clock controller 223 generates a control signal for changing the frequency and duty ratio of the clock signal in accordance with the power supply voltage or the current consumption in the central processing unit 225. The power supply management circuit 230 monitors the power supply voltage.

アンテナ228からRFCPU211に入力された信号は復調回路219で復調された後、RFインターフェース221で制御コマンドやデータなどに分解される。制御コマンドは制御レジスタ222に格納される。制御コマンドには、読み出し専用メモリ227に記憶されているデータの読み出し、ランダムアクセスメモリ226へのデータの書き込み、中央処理ユニット225への演算命令などが含まれている。中央処理ユニット225は、CPUインターフェース224を介して読み出し専用メモリ227、ランダムアクセスメモリ226、制御レジスタ222にアクセスする。CPUインターフェース224は、中央処理ユニット225が要求するアドレスより、読み出し専用メモリ227、ランダムアクセスメモリ226、制御レジスタ222のいずれかに対するアクセス信号を生成する機能を有している。   A signal input from the antenna 228 to the RFCPU 211 is demodulated by the demodulation circuit 219 and then decomposed into a control command and data by the RF interface 221. The control command is stored in the control register 222. The control command includes reading of data stored in the read-only memory 227, writing of data to the random access memory 226, calculation instructions to the central processing unit 225, and the like. The central processing unit 225 accesses the read only memory 227, the random access memory 226, and the control register 222 via the CPU interface 224. The CPU interface 224 has a function of generating an access signal for any of the read-only memory 227, the random access memory 226, and the control register 222 from an address requested by the central processing unit 225.

中央処理ユニット225の演算方式は、読み出し専用メモリ227にOS(オペレーティングシステム)を記憶させておき、起動とともにプログラムを読み出し実行する方式を採用することができる。また、専用回路で演算回路を構成して、演算処理をハードウェア的に処理する方式を採用することもできる。ハードウェアとソフトウェアを併用する方式では、専用の演算回路で一部の処理を行い、残りの演算はプログラムを使って中央処理ユニット225が実行する方式を適用することができる。   As a calculation method of the central processing unit 225, a method in which an OS (operating system) is stored in the read-only memory 227, and a program is read and executed together with activation can be adopted. Further, it is also possible to adopt a method in which an arithmetic circuit is configured by a dedicated circuit and arithmetic processing is processed in hardware. In the method using both hardware and software, a method in which a part of processing is performed by a dedicated arithmetic circuit and the remaining processing is executed by the central processing unit 225 using a program can be applied.

マイクロプロセッサ200やRFCPU211などの半導体装置は、複数のトランジスタを組み合わせた各種機能を有する回路を適用して作製することができる。トランジスタは、本発明に係るSOI基板の単結晶半導体層を利用して作製することができる。また、ベース基板としてガラス基板などの安価な基板を用いることができるため、低コスト化を図ることもできる。このようなトランジスタを組み合わせて集積回路を作製することにより、マイクロプロセッサやRFCPUなどの半導体装置の高性能化、処理速度の高速化、さらには低コスト化などを実現できる。なお、図13ではRFCPUの形態について示しているが、通信機能、演算処理機能、メモリ機能を備えたものであれば、ICタグのようなものであっても良い。   A semiconductor device such as the microprocessor 200 or the RFCPU 211 can be manufactured by applying a circuit having various functions in which a plurality of transistors are combined. The transistor can be manufactured using the single crystal semiconductor layer of the SOI substrate according to the present invention. In addition, since an inexpensive substrate such as a glass substrate can be used as the base substrate, cost reduction can be achieved. By manufacturing an integrated circuit by combining such transistors, it is possible to realize higher performance, higher processing speed, and lower cost of a semiconductor device such as a microprocessor or an RFCPU. Although FIG. 13 shows the form of the RFCPU, an IC tag may be used as long as it has a communication function, an arithmetic processing function, and a memory function.

次に、図14および図15を用いて、本発明に係るSOI基板を利用した表示装置について説明する。   Next, a display device using an SOI substrate according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図14は、液晶表示装置の構成例を示す図面である。図14(A)は液晶表示装置の画素の平面図であり、図14(B)はJ−K切断線による図14(A)の断面図である。図14(A)において、単結晶半導体層511は、画素のトランジスタ525を構成する。画素は、単結晶半導体層511、当該単結晶半導体層511と交差している走査線522、当該走査線522と交差している信号線523、画素電極524、当該画素電極524と単結晶半導体層511を電気的に接続する電極528を有する。単結晶半導体層511は、本発明に係るSOI基板の有する単結晶半導体層から形成された層である。なお、基板510はベース基板であり、好適にはガラス基板を用いることができる。   FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration example of a liquid crystal display device. 14A is a plan view of a pixel of the liquid crystal display device, and FIG. 14B is a cross-sectional view of FIG. 14A taken along the line JK. In FIG. 14A, a single crystal semiconductor layer 511 forms a transistor 525 of a pixel. The pixel includes a single crystal semiconductor layer 511, a scan line 522 that intersects with the single crystal semiconductor layer 511, a signal line 523 that intersects with the scan line 522, a pixel electrode 524, the pixel electrode 524, and the single crystal semiconductor layer An electrode 528 which electrically connects 511 is provided. The single crystal semiconductor layer 511 is a layer formed from the single crystal semiconductor layer included in the SOI substrate according to the present invention. Note that the substrate 510 is a base substrate, and a glass substrate can be preferably used.

図14(B)に示すように、基板510上に、バッファ層605、単結晶半導体層511が積層されている。単結晶半導体層511は、単結晶半導体層620をエッチングによる素子分離により形成した層である。単結晶半導体層511には、チャネル形成領域512、n型の不純物領域514が形成されている。トランジスタ525のゲート電極は走査線522に含まれ、ソース電極またはドレイン電極の一方は信号線523に含まれている。   As shown in FIG. 14B, a buffer layer 605 and a single crystal semiconductor layer 511 are stacked over a substrate 510. The single crystal semiconductor layer 511 is a layer in which the single crystal semiconductor layer 620 is formed by element isolation by etching. In the single crystal semiconductor layer 511, a channel formation region 512 and an n-type impurity region 514 are formed. A gate electrode of the transistor 525 is included in the scan line 522, and one of the source electrode and the drain electrode is included in the signal line 523.

層間絶縁層527上には、信号線523、画素電極524および電極528が設けられている。層間絶縁層527上には、柱状スペーサ529が形成され、信号線523、画素電極524、電極528および柱状スペーサ529を覆って配向膜530が形成されている。対向基板532には、対向電極533、対向電極533を覆う配向膜534が形成されている。柱状スペーサ529は、基板510と対向基板532の隙間を維持するために形成される。柱状スペーサ529によって維持される対向基板532側の配向膜534と基板510側の配向膜530との隙間に液晶層535が形成されている。信号線523と不純物領域514、および電極528と不純物領域514の接続部は、層間絶縁層527や信号線523、電極528により段差が生じるので、接続部で液晶層535の液晶の配向が乱れやすい。そのため、段差部に柱状スペーサ529を形成して、液晶の配向の乱れを防ぐ。   A signal line 523, a pixel electrode 524, and an electrode 528 are provided over the interlayer insulating layer 527. A columnar spacer 529 is formed over the interlayer insulating layer 527, and an alignment film 530 is formed to cover the signal line 523, the pixel electrode 524, the electrode 528, and the columnar spacer 529. The counter substrate 532 is provided with a counter electrode 533 and an alignment film 534 that covers the counter electrode 533. The columnar spacer 529 is formed to maintain a gap between the substrate 510 and the counter substrate 532. A liquid crystal layer 535 is formed in the gap between the alignment film 534 on the counter substrate 532 side and the alignment film 530 on the substrate 510 side maintained by the columnar spacer 529. Since a connection portion between the signal line 523 and the impurity region 514 and between the electrode 528 and the impurity region 514 has a step due to the interlayer insulating layer 527, the signal line 523, and the electrode 528, the liquid crystal orientation of the liquid crystal layer 535 is easily disturbed at the connection portion. . For this reason, columnar spacers 529 are formed in the stepped portion to prevent liquid crystal alignment disorder.

なお、基板510としてガラス基板を適用することができる。つまり、基板510は透光性を有する基板とすることができ、本発明を適用する液晶表示装置は、反射型液晶表示装置に限定されず、透過型液晶表示装置または半透過型液晶表示装置とすることができる。   Note that a glass substrate can be used as the substrate 510. In other words, the substrate 510 can be a light-transmitting substrate, and a liquid crystal display device to which the present invention is applied is not limited to a reflective liquid crystal display device, but can be a transmissive liquid crystal display device or a transflective liquid crystal display device. can do.

次に、エレクトロルミネセンス表示装置(以下、EL表示装置という。)について、説明する。図15(A)はEL表示装置の画素の平面図であり、図15(B)は画素の断面図である。図15(A)に示すように、画素は、トランジスタでなる選択用トランジスタ401、表示制御用トランジスタ402、走査線405、信号線406、および電流供給線407、画素電極408を含む。エレクトロルミネセンス材料を含んで形成される層(EL層)が一対の電極間に挟まれた構造の発光素子が各画素に設けられている。発光素子の一方の電極が画素電極408である。   Next, an electroluminescence display device (hereinafter referred to as an EL display device) will be described. FIG. 15A is a plan view of a pixel of an EL display device, and FIG. 15B is a cross-sectional view of the pixel. As shown in FIG. 15A, the pixel includes a selection transistor 401 which is a transistor, a display control transistor 402, a scanning line 405, a signal line 406, a current supply line 407, and a pixel electrode 408. Each pixel is provided with a light-emitting element having a structure in which a layer containing an electroluminescent material (EL layer) is sandwiched between a pair of electrodes. One electrode of the light emitting element is a pixel electrode 408.

選択用トランジスタ401が有する単結晶半導体層403、表示制御用トランジスタ402が有する半導体層404は、本発明に係るSOI基板の有する単結晶半導体層から形成された層である。なお、基板400は好適にはガラス基板を用いることができる。   The single crystal semiconductor layer 403 included in the selection transistor 401 and the semiconductor layer 404 included in the display control transistor 402 are layers formed from the single crystal semiconductor layer included in the SOI substrate according to the present invention. Note that a glass substrate can be preferably used as the substrate 400.

選択用トランジスタ401において、ゲート電極は走査線405に含まれ、ソース電極またはドレイン電極の一方は信号線406に含まれ、他方は電極411として形成されている。表示制御用トランジスタ402は、ゲート電極412が電極411と電気的に接続され、ソース電極またはドレイン電極の一方は、画素電極408に電気的に接続される電極413として形成され、他方は、電流供給線407に含まれている。   In the selection transistor 401, the gate electrode is included in the scanning line 405, one of the source electrode and the drain electrode is included in the signal line 406, and the other is formed as the electrode 411. In the display control transistor 402, the gate electrode 412 is electrically connected to the electrode 411, one of the source electrode and the drain electrode is formed as an electrode 413 electrically connected to the pixel electrode 408, and the other is supplied with current. Included in line 407.

表示制御用トランジスタ402はpチャネル型電界効果トランジスタである。図15(B)に示すように、半導体層404には、チャネル形成領域451、p型の不純物領域452が形成されている。表示制御用トランジスタ402のゲート電極412を覆って、層間絶縁層427が形成されている。層間絶縁層427上に、信号線406、電流供給線407、電極411、電極413などが形成されている。また、層間絶縁層427上には、電極413に電気的に接続されている画素電極408が形成されている。画素電極408は周辺部が絶縁性の隔壁層428で囲まれている。画素電極408上にはEL層429が形成され、EL層429上には対向電極430が形成されている。補強板として対向基板431が設けられており、対向基板431は樹脂層432により基板400に固定されている。   The display control transistor 402 is a p-channel field effect transistor. As shown in FIG. 15B, a channel formation region 451 and a p-type impurity region 452 are formed in the semiconductor layer 404. An interlayer insulating layer 427 is formed to cover the gate electrode 412 of the display control transistor 402. Over the interlayer insulating layer 427, a signal line 406, a current supply line 407, an electrode 411, an electrode 413, and the like are formed. A pixel electrode 408 that is electrically connected to the electrode 413 is formed over the interlayer insulating layer 427. The peripheral portion of the pixel electrode 408 is surrounded by an insulating partition layer 428. An EL layer 429 is formed over the pixel electrode 408, and a counter electrode 430 is formed over the EL layer 429. A counter substrate 431 is provided as a reinforcing plate, and the counter substrate 431 is fixed to the substrate 400 with a resin layer 432.

なお、基板400としてはガラス基板を用いることができ、透光性を有する基板とすることができる。つまり、本発明を適用するEL表示装置は、対向基板側から光を取り出すトップエミッション構造に限定されず、ベース基板側から光を取り出すボトムエミッション構造とすることができる。   Note that a glass substrate can be used as the substrate 400 and a light-transmitting substrate can be used. In other words, the EL display device to which the present invention is applied is not limited to the top emission structure in which light is extracted from the counter substrate side, but may be a bottom emission structure in which light is extracted from the base substrate side.

図14に示す液晶表示装置や図15に示すEL表示装置に、本発明に係るSOI基板の単結晶半導体層を用いたトランジスタを適用することができる。単結晶半導体層でトランジスタのチャネルを形成できるため、高性能化を実現する。また、上述のように、ベース基板としてはガラス基板を用いることができ、ベース基板として半導体基板を適用する場合と異なり、光を透過することが可能となる。したがって、ベース基板側から光を取り出す構成(ベース基板側に光を透過させる構成)、対向基板側から光を取り出す構成(対向基板側に光を透過させる構成)、両方の基板から光を取り出す構成(両方の基板側から光を透過させる構成)など、適宜実施者が選択することができる。   The transistor using the single crystal semiconductor layer of the SOI substrate according to the present invention can be applied to the liquid crystal display device shown in FIG. 14 or the EL display device shown in FIG. Since a channel of a transistor can be formed using a single crystal semiconductor layer, high performance can be realized. In addition, as described above, a glass substrate can be used as the base substrate, and light can be transmitted unlike a case where a semiconductor substrate is used as the base substrate. Therefore, a configuration for extracting light from the base substrate side (configuration for transmitting light to the base substrate side), a configuration for extracting light from the counter substrate side (configuration for transmitting light to the counter substrate side), and a configuration for extracting light from both substrates The practitioner can appropriately select such as (a configuration in which light is transmitted from both substrate sides).

また、本発明に係るSOI基板を用いて半導体装置を作製し、様々な電子機器に適用することができる。電子機器としては、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍など)、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポなど)、コンピュータ、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ナビゲーションシステム、ゲーム機器、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDVD(digital versatile disc)などの画像データを表示する表示装置を備えた装置などが含まれる。   In addition, a semiconductor device can be manufactured using the SOI substrate according to the present invention and applied to various electronic devices. Electronic devices include portable information terminals (mobile computers, mobile phones, portable game machines, electronic books, etc.), sound playback devices (car audio, audio components, etc.), computers, video cameras, digital cameras, navigation systems, game devices In addition, an image reproducing device including a recording medium (specifically, a device including a display device for displaying image data such as a DVD (digital versatile disc)) is included.

図16を用いて、電子機器の具体的な態様を説明する。図16(A)は、携帯電話機900の一例を示す外観図である。携帯電話機900は、筐体901および筐体902の2つの筐体で構成されており、連結部903により折りたたみ可能に連結されている。筐体901には表示部904が組み込まれている。筐体902には操作キー906が設けられている。なお、携帯電話機900の構成は特に限定されず、少なくとも本発明に係るSOI基板を用いて作製した素子を備えた構成であればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。例えば、表示部904に、図14または図15で説明した表示装置を適用することで、高画質化を実現することができる。また、SOI基板を用いた半導体素子作製工程での不良を防止することができるため、携帯電話機に組み込む表示装置の歩留まり向上につなげることができる。   A specific aspect of the electronic device will be described with reference to FIG. FIG. 16A is an external view illustrating an example of a mobile phone 900. The mobile phone 900 includes two housings, a housing 901 and a housing 902, which are foldably connected by a connecting portion 903. A display portion 904 is incorporated in the housing 901. An operation key 906 is provided on the housing 902. Note that there is no particular limitation on the structure of the mobile phone 900, and any structure can be used as long as it includes at least an element manufactured using the SOI substrate according to the present invention, and any other accessory can be provided as appropriate. For example, by applying the display device described in FIG. 14 or 15 to the display portion 904, high image quality can be realized. In addition, since defects in a semiconductor element manufacturing process using an SOI substrate can be prevented, the yield of a display device incorporated in a mobile phone can be improved.

図16(B)は、PDA(Personal Digital Assistance)920の一例を示す外観図である。PDA920は、筐体921に組み込まれた表示部922の他、操作ボタン923、外部接続ポート924、スピーカー925、マイク926などを備えている。また、PDA920は、携帯電話機の機能を有していてもよい。PDA920の構成は特に限定されず、少なくとも本発明に係るSOI基板を用いて作製した素子を備えた構成であればよく、その他の付属設備が適宜設けられた構成としてもよい。例えば、表示部922に、図14または図15で説明した表示装置を適用することで、高画質化を実現することができる。   FIG. 16B is an external view illustrating an example of a PDA (Personal Digital Assistance) 920. The PDA 920 includes an operation button 923, an external connection port 924, a speaker 925, a microphone 926, and the like in addition to the display portion 922 incorporated in the housing 921. The PDA 920 may have a function of a mobile phone. The configuration of the PDA 920 is not particularly limited as long as the PDA 920 includes at least an element manufactured using the SOI substrate according to the present invention, and other auxiliary equipment may be appropriately provided. For example, by applying the display device described in FIG. 14 or FIG. 15 to the display portion 922, high image quality can be realized.

図16(B)に示すPDA920は、表示部922を指などで触れることで、情報を入力ことができる。また、電話を掛ける、或いはメールを打つ操作は、表示部922を指などで触れることにより行うことができる。   The PDA 920 illustrated in FIG. 16B can input information by touching the display portion 922 with a finger or the like. In addition, an operation of making a call or typing an e-mail can be performed by touching the display portion 922 with a finger or the like.

表示部922の画面は主として3つのモードがある。第1は、画像の表示を主とする表示モードであり、第2は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第3は表示モードと入力モードの2つのモードが混合した表示+入力モードである。   There are mainly three screen modes of the display portion 922. The first is a display mode mainly for displaying images, and the second is an input mode mainly for inputting information such as characters. The third is a display + input mode in which the display mode and the input mode are mixed.

例えば、情報を入力する、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部922を文字の入力を主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合、表示部922の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好ましい。   For example, when inputting information, making a call, or creating an e-mail, the display unit 922 may be set to a character input mode mainly for inputting characters and an operation for inputting characters displayed on the screen may be performed. In this case, it is preferable to display a keyboard or number buttons on most of the screen of the display portion 922.

また、PDA920内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、PDA920の向き(縦か横か)を判断して、表示部922の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。   In addition, by providing a detection device having a sensor for detecting the inclination, such as a gyroscope or an acceleration sensor, in the PDA 920, the orientation (vertical or horizontal) of the PDA 920 is determined, and the screen display of the display unit 922 is automatically displayed. Can be switched.

また、画面モードの切り替えは、表示部922を触れること、又は筐体921の操作ボタン923の操作により行われる。また、表示部922に表示される画像の種類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。   Further, the screen mode is switched by touching the display portion 922 or operating the operation button 923 of the housing 921. In addition, switching can be performed depending on the type of image displayed on the display portion 922. For example, if the image signal to be displayed on the display unit is moving image data, the display mode is switched, and if the image signal is text data, the mode is switched to the input mode.

また、入力モードにおいて、表示部922の光センサで検出される信号を検知し、表示部922のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モードから表示モードに切り替えるように制御してもよい。   In addition, in the input mode, when a signal detected by the optical sensor of the display unit 922 is detected and there is no input by a touch operation of the display unit 922 for a certain period, the screen mode is switched from the input mode to the display mode. You may control.

表示部922は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部922に掌や指を触れることで、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部に赤外光を発光するバックライトまたは赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。   The display portion 922 can also function as an image sensor. For example, by touching the display unit 922 with a palm or a finger, an image of a palm print, a fingerprint, or the like can be captured to perform personal authentication. In addition, if a backlight that emits infrared light or a sensing light source that emits infrared light is used for the display portion, finger veins, palm veins, and the like can be imaged.

図16(C)は、電子書籍970の一例を示している。例えば、電子書籍970は、筐体971および筐体973の2つの筐体で構成されている。筐体971および筐体973は、軸部978により一体とされており、該軸部978を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。   FIG. 16C illustrates an example of an electronic book 970. For example, the e-book reader 970 includes two housings, a housing 971 and a housing 973. The housing 971 and the housing 973 are integrated with a shaft portion 978 and can be opened and closed with the shaft portion 978 as an axis. With such a configuration, an operation like a paper book can be performed.

筐体971には表示部975が組み込まれ、筐体973には表示部977が組み込まれている。表示部975および表示部977は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部(表示部975)に文章を表示し、左側の表示部(表示部977)に画像を表示することができる。   A display portion 975 is incorporated in the housing 971, and a display portion 977 is incorporated in the housing 973. The display unit 975 and the display unit 977 may be configured to display a continuation screen or may be configured to display different screens. By adopting a configuration in which different screens are displayed, for example, a sentence can be displayed on the right display unit (display unit 975) and an image can be displayed on the left display unit (display unit 977).

電子書籍970の構成は特に限定されず、少なくとも本発明に係るSOI基板を用いて作製した素子を備えた構成であればよく、その他の付属設備が適宜設けられた構成としてもよい。   There is no particular limitation on the structure of the e-book reader 970, and any structure including at least an element manufactured using the SOI substrate according to the present invention may be used, and another accessory may be appropriately provided.

また、図16(C)では、筐体971に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体971において、電源974、操作キー972、スピーカー976などを備えている。操作キー972により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子(イヤホン端子、USB端子、またはACアダプタおよびUSBケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍970は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。   FIG. 16C illustrates an example in which the housing 971 is provided with an operation portion and the like. For example, the housing 971 includes a power supply 974, operation keys 972, a speaker 976, and the like. Pages can be sent with the operation keys 972. Note that a keyboard, a pointing device, or the like may be provided on the same surface as the display portion of the housing. In addition, an external connection terminal (such as an earphone terminal, a USB terminal, or a terminal that can be connected to various cables such as an AC adapter and a USB cable), a recording medium insertion unit, and the like may be provided on the back and side surfaces of the housing. . Further, the electronic book 970 may have a structure having a function as an electronic dictionary.

また、電子書籍970は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。   Further, the e-book reader 970 may have a configuration capable of transmitting and receiving information wirelessly. It is also possible to adopt a configuration in which desired book data or the like is purchased and downloaded from an electronic book server wirelessly.

なお、本実施の形態で示した構成は、本明細書の他の実施の形態で示す構成と適宜組み合わせて行うことができる。   Note that the structure described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures described in the other embodiments in this specification.

以下、単結晶シリコン基板表面を化学機械研磨により研磨し、表面が研磨されエッジロールオフ領域を有する単結晶シリコン基板の周辺領域をエッジロールオフ領域が除去されるように切断し、該単結晶シリコン基板をボンド基板として用いることで、貼り合わせ基板およびSOI基板の作製プロセスにおいて、周縁部の未接合領域を低減できることについて説明する。また、上記ボンド基板を用いてSOI基板を作製することで、単結晶シリコン層の周縁部がぎざぎざ形状になることを抑制できることについて説明する。   Hereinafter, the surface of the single crystal silicon substrate is polished by chemical mechanical polishing, and the peripheral region of the single crystal silicon substrate having a polished surface and having an edge roll-off region is cut so that the edge roll-off region is removed. It will be described that by using a substrate as a bond substrate, an unbonded region in a peripheral portion can be reduced in a manufacturing process of a bonded substrate substrate and an SOI substrate. Further, it will be described that by manufacturing an SOI substrate using the above bond substrate, the peripheral portion of the single crystal silicon layer can be prevented from having a jagged shape.

本実施例では、ボンド基板である単結晶シリコン基板と、ベース基板であるガラス基板と、を接合させて、貼り合わせ基板であるサンプルAとサンプルBを作製した。   In this example, a single crystal silicon substrate which is a bond substrate and a glass substrate which is a base substrate are bonded to produce Sample A and Sample B which are bonded substrates.

(サンプルA)
図17(A−1)に、サンプルAの平面の一部を観察した外観写真を示す。(A−2)は、(A−1)に示す外観写真の模式図である。サンプルAは、以下の手順で作製した。化学機械研磨により表面を研磨した円盤状の単結晶シリコン基板の周辺領域を切断し、四角形状に形成して単結晶シリコン基板2005を作製した。切断により、円盤状の単結晶シリコン基板のエッジロールオフ領域は除去されるように、且つ、垂直のエッジ形状を有する単結晶シリコン基板2005が形成されるようにした。そして、ガラス基板2011に、単結晶シリコン基板2005を重ね合わせて、ガラス基板2011と単結晶シリコン基板2005を接合させた。なお、単結晶シリコン基板2005の研磨された表面を接合面とした。
(Sample A)
FIG. 17A-1 shows an appearance photograph in which a part of the plane of the sample A is observed. (A-2) is a schematic diagram of an appearance photograph shown in (A-1). Sample A was prepared by the following procedure. A peripheral region of the disc-shaped single crystal silicon substrate whose surface was polished by chemical mechanical polishing was cut and formed into a quadrangular shape, whereby a single crystal silicon substrate 2005 was manufactured. By cutting, the edge roll-off region of the disc-shaped single crystal silicon substrate is removed, and a single crystal silicon substrate 2005 having a vertical edge shape is formed. Then, the single crystal silicon substrate 2005 was overlaid on the glass substrate 2011, and the glass substrate 2011 and the single crystal silicon substrate 2005 were bonded. Note that the polished surface of the single crystal silicon substrate 2005 was used as a bonding surface.

(サンプルB)
図17(B−1)に、サンプルBの平面の一部を観察した外観写真を示す。(B−2)は、(B−1)に示す外観写真の模式図である。サンプルBは、以下の手順で作製した。円盤状の単結晶シリコン基板を切断して四角形状に形成した後、面取り加工および化学機械研磨により表面の研磨を行った単結晶シリコン基板2103を用いた。ガラス基板2111に、単結晶シリコン基板2103を重ね合わせて、ガラス基板2111と単結晶シリコン基板2103を接合させた。単結晶シリコン基板2103の研磨された表面を接合面とした。
(Sample B)
FIG. 17B-1 shows an appearance photograph in which a part of the plane of the sample B is observed. (B-2) is a schematic diagram of an appearance photograph shown in (B-1). Sample B was produced by the following procedure. A disk-shaped single crystal silicon substrate was cut to form a square shape, and then a single crystal silicon substrate 2103 having a surface polished by chamfering and chemical mechanical polishing was used. The single crystal silicon substrate 2103 was overlapped with the glass substrate 2111 so that the glass substrate 2111 and the single crystal silicon substrate 2103 were bonded. The polished surface of the single crystal silicon substrate 2103 was used as a bonding surface.

図17より、(B−1)のサンプルBでは、単結晶シリコン基板2103の周縁部に基板中央よりも色が薄い領域2120が観察される。色が薄い領域2120は、ガラス基板2111と接合されなかった未接合領域を示している。これに対し、(A−1)のサンプルAでは、(B−1)のような色が薄い領域は観察されない。サンプルAは、単結晶シリコン基板2005の周縁部までガラス基板2011と接合されていることがわかる。このことから、化学機械研磨による研磨に、基板周縁部に未接合領域を形成する要因があることがわかる。つまり、化学機械研磨による研磨後に該研磨基板の周辺領域を除去することで、貼り合わせ基板の作製プロセスにおいて、周縁部に未接合領域が形成されるのを抑制できることが確認できる。   From FIG. 17, in the sample B of (B-1), a region 2120 having a lighter color than the center of the substrate is observed at the peripheral portion of the single crystal silicon substrate 2103. A light-colored region 2120 indicates an unbonded region that is not bonded to the glass substrate 2111. On the other hand, in the sample A of (A-1), a region with a light color as in (B-1) is not observed. It can be seen that the sample A is bonded to the glass substrate 2011 up to the periphery of the single crystal silicon substrate 2005. From this, it can be seen that polishing by chemical mechanical polishing has a factor of forming an unbonded region at the peripheral edge of the substrate. That is, it can be confirmed that by removing the peripheral region of the polishing substrate after polishing by chemical mechanical polishing, it is possible to suppress the formation of an unbonded region in the peripheral portion in the manufacturing process of the bonded substrate.

本実施例では、ボンド基板である単結晶シリコン基板と、ベース基板であるガラス基板と、を、バッファ層を間に介在させて貼り合わせ、ボンド基板を薄膜化して、ガラス基板上に単結晶シリコン層が形成されたSOI基板と、前記単結晶シリコン層が分離されたボンド基板を作製した。薄膜化により、単結晶シリコン層が分離されたボンド基板であるサンプルIとサンプルIIを作製した。   In this embodiment, a single crystal silicon substrate which is a bond substrate and a glass substrate which is a base substrate are bonded together with a buffer layer interposed therebetween, and the bond substrate is thinned to form a single crystal silicon on the glass substrate. An SOI substrate on which a layer was formed and a bond substrate on which the single crystal silicon layer was separated were manufactured. Samples I and II, which are bond substrates from which the single crystal silicon layer was separated by thinning, were prepared.

(サンプルI)
図18(A)はサンプルIにおける周縁部の一部を観察した光学顕微鏡写真である。図18(A)におけるサンプルIの断面模式図が図18(B)であり、上面模式図が図18(C)である。また、図18(D)は、サンプルIの作製方法を示す断面模式図である。
(Sample I)
FIG. 18A is an optical micrograph obtained by observing a part of the peripheral edge of Sample I. 18B is a schematic cross-sectional view of Sample I in FIG. 18A, and FIG. 18C is a schematic top view thereof. FIG. 18D is a schematic cross-sectional view illustrating a manufacturing method of Sample I.

サンプルIは、以下の手順で作製した。化学機械研磨により表面を研磨した円盤状の単結晶シリコン基板を切断し、四角形状に形成して単結晶シリコン基板を作製した。切断により、円盤状の単結晶シリコン基板のエッジロールオフ領域は除去されるように、且つ、垂直のエッジ形状を有する単結晶シリコン基板を形成した。次に、単結晶シリコン基板の垂直であるエッジ部を面取り加工し、面取り加工された単結晶シリコン基板1805を形成した。   Sample I was prepared by the following procedure. A disk-shaped single crystal silicon substrate whose surface was polished by chemical mechanical polishing was cut and formed into a quadrangular shape to produce a single crystal silicon substrate. A single crystal silicon substrate having a vertical edge shape was formed so that the edge roll-off region of the disk-shaped single crystal silicon substrate was removed by cutting. Next, a chamfered edge portion of the single crystal silicon substrate was chamfered to form a chamfered single crystal silicon substrate 1805.

単結晶シリコン基板1805の研磨された表面上にバッファ層1815を形成した。バッファ層1815としては、単結晶シリコン基板1805上から順に、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化シリコン層をプラズマCVD法により形成した。また、単結晶シリコン基板1805の内部に脆化層を形成した。具体的には、単結晶シリコン基板1805上に酸化窒化シリコン層および窒化酸化シリコン層を形成した。イオンドーピング装置を用いて、窒化酸化シリコン層表面から単結晶シリコン基板1805に水素を照射して、該単結晶シリコン基板1805の所定の深さの領域に脆化層を形成した。イオンドーピング装置を用いた脆化層の形成は、加速電圧35kv、ドーズ量2.2×1016ions/cmの条件で行った。そして、窒化酸化シリコン層上に酸化シリコン層を形成した。 A buffer layer 1815 was formed on the polished surface of the single crystal silicon substrate 1805. As the buffer layer 1815, a silicon oxynitride layer, a silicon nitride oxide layer, and a silicon oxide layer were formed in this order from the single crystal silicon substrate 1805 by a plasma CVD method. In addition, an embrittlement layer was formed inside the single crystal silicon substrate 1805. Specifically, a silicon oxynitride layer and a silicon nitride oxide layer were formed over the single crystal silicon substrate 1805. The single crystal silicon substrate 1805 was irradiated with hydrogen from the surface of the silicon nitride oxide layer using an ion doping apparatus, so that an embrittlement layer was formed in a region with a predetermined depth of the single crystal silicon substrate 1805. Formation of the embrittlement layer using an ion doping apparatus was performed under conditions of an acceleration voltage of 35 kv and a dose of 2.2 × 10 16 ions / cm 2 . Then, a silicon oxide layer was formed over the silicon nitride oxide layer.

ガラス基板1811に単結晶シリコン基板1805を重ね合わせ、バッファ層1815の最表面層である酸化シリコン層とガラス基板1811とを接合させた。熱処理により、脆化層を境として単結晶シリコン基板1805を分割させることで単結晶シリコン層1820を分離させ、サンプルIを作製した。熱処理は、炉にて、200℃2時間の熱処理をした後、600℃近傍まで昇温し2時間保持し、400℃から室温までの温度域に降温する条件で行った。また、単結晶シリコン層1820はバッファ層1815を間に介在させてガラス基板1811と貼り合わされており、ガラス基板1811上に単結晶シリコン層1820が形成されたSOI基板が作製された。図18(D)は、脆化層を境とした単結晶シリコン基板1805の分割を模式的に示している。   A single crystal silicon substrate 1805 was overlapped with the glass substrate 1811, and the silicon oxide layer which is the outermost surface layer of the buffer layer 1815 and the glass substrate 1811 were bonded to each other. The single crystal silicon layer 1820 was separated by heat treatment so that the single crystal silicon substrate 1805 was divided with the embrittlement layer as a boundary, whereby Sample I was manufactured. The heat treatment was performed in a furnace at 200 ° C. for 2 hours, then heated to near 600 ° C., held for 2 hours, and lowered to a temperature range from 400 ° C. to room temperature. The single crystal silicon layer 1820 is bonded to the glass substrate 1811 with the buffer layer 1815 interposed therebetween, and an SOI substrate in which the single crystal silicon layer 1820 was formed over the glass substrate 1811 was manufactured. FIG. 18D schematically illustrates division of the single crystal silicon substrate 1805 with the embrittlement layer as a boundary.

図18(A)において、写真左よりを縦方向に伸びる境界1850が観察される。境界1850は、分割後の単結晶シリコン基板1805において、単結晶シリコン層1820が分離された領域の境界を示している。また、サンプルIに用いた単結晶シリコン基板1805には面取り加工がされており、境界1850は、面取り加工された領域の境界ともほぼ一致している。   In FIG. 18A, a boundary 1850 extending in the vertical direction from the left of the photograph is observed. A boundary 1850 indicates a boundary of a region where the single crystal silicon layer 1820 is separated in the divided single crystal silicon substrate 1805. Further, the single crystal silicon substrate 1805 used for the sample I is chamfered, and the boundary 1850 substantially coincides with the boundary of the chamfered region.

(サンプルII)
図19(A)はサンプルIIにおける周縁部の一部を観察した光学顕微鏡写真である。図19(A)におけるサンプルIIの断面模式図が図19(B)であり、上面模式図が図19(C)である。また、図19(D)は、サンプルIIの作製方法を示す断面模式図である。
(Sample II)
FIG. 19A is an optical micrograph obtained by observing a part of the peripheral edge of Sample II. 19B is a schematic cross-sectional view of the sample II in FIG. 19A, and FIG. 19C is a schematic top view of the sample II. FIG. 19D is a schematic cross-sectional view illustrating a method for manufacturing Sample II.

サンプルIIは、化学機械研磨により表面を研磨した円盤状の単結晶シリコン基板を切断して四角形状に形成した後、面取り加工および化学機械研磨により表面の研磨を行った単結晶シリコン基板1903を用いた。   Sample II uses a single crystal silicon substrate 1903 that has been cut into a square shape by cutting a disk-shaped single crystal silicon substrate whose surface has been polished by chemical mechanical polishing, and then has its surface polished by chamfering and chemical mechanical polishing. It was.

以下は、サンプルIと同じ手順で作製した。単結晶シリコン基板1903上にバッファ層1915と、単結晶シリコン基板1903の内部に脆化層を形成した。単結晶シリコン基板1903とガラス基板1911を重ね合わせ、バッファ層1915とガラス基板1911とを接合させた。脆化層を境として単結晶シリコン基板1903を分割させることで単結晶シリコン層1920を分離させ、サンプルIIを作製した。また、ガラス基板1911上に単結晶シリコン層1920が形成されたSOI基板が作製された。図19(D)は、脆化層を境とした単結晶シリコン基板1903の分割を模式的に示している。   The following was prepared in the same procedure as Sample I. A buffer layer 1915 and a brittle layer were formed inside the single crystal silicon substrate 1903 over the single crystal silicon substrate 1903. The single crystal silicon substrate 1903 and the glass substrate 1911 were overlapped, and the buffer layer 1915 and the glass substrate 1911 were bonded. The single crystal silicon substrate 1920 was divided by dividing the single crystal silicon substrate 1903 with the embrittlement layer as a boundary, so that Sample II was manufactured. In addition, an SOI substrate in which a single crystal silicon layer 1920 was formed over a glass substrate 1911 was manufactured. FIG. 19D schematically illustrates division of the single crystal silicon substrate 1903 with the embrittlement layer as a boundary.

図19(A)において、写真右側に縦方向にぎざぎざに伸びる境界1950と、その左側に縦方向に伸びる境界1955が観察される。境界1950は、分割後の単結晶シリコン基板1903において、単結晶シリコン層1920が分離された領域の境界を示している。境界1955は、面取り加工された領域とほぼ一致している。また、サンプルIIに用いた単結晶シリコン基板1903は、形成後に化学機械研磨による研磨が行われており、境界1950と境界1955の距離は、エッジロールオフ領域が形成された長さとほぼ同じである。   In FIG. 19A, a boundary 1950 that jaggedly extends in the vertical direction on the right side of the photograph, and a boundary 1955 that extends in the vertical direction on the left side thereof are observed. A boundary 1950 indicates a boundary of a region where the single crystal silicon layer 1920 is separated in the divided single crystal silicon substrate 1903. The boundary 1955 substantially coincides with the chamfered region. Further, the single crystal silicon substrate 1903 used in Sample II is polished by chemical mechanical polishing after formation, and the distance between the boundary 1950 and the boundary 1955 is almost the same as the length in which the edge roll-off region is formed. .

図18より、サンプルIは、単結晶シリコン層が分離された領域の境界と面取り加工された領域の境界とがほぼ一致しており、面取り加工された領域の境界近傍まで単結晶シリコン層が分離されていることがわかる。一方、図19より、サンプルIIは、単結晶シリコン層が分離された領域の境界と面取り加工された領域の境界とが離れており、周縁部がガラス基板と接合を形成できないまま剥離されたことがわかる。また、単結晶シリコン層が分離された領域の境界と面取り加工された領域の境界との距離は、エッジロールオフ領域が形成された長さとほぼ一致している。このことから、エッジロールオフ領域が、未接合領域を形成する要因となることがわかる。サンプルIとサンプルIIの比較から、化学機械研磨による研磨後に該研磨基板の周辺領域をエッジロールオフ領域が除去されるように切断した単結晶シリコン基板を形成することで、分割工程で未接合領域として単結晶シリコン基板と剥離されてしまうのを抑制でき、ボンド基板の周縁部まで単結晶シリコン層として分離させることができることがわかる。   As shown in FIG. 18, in Sample I, the boundary of the region where the single crystal silicon layer is separated and the boundary of the chamfered region almost coincide with each other, and the single crystal silicon layer is separated to the vicinity of the boundary of the chamfered region. You can see that On the other hand, from FIG. 19, sample II was separated from the boundary of the region where the single crystal silicon layer was separated from the boundary of the chamfered region, and the peripheral portion was peeled off without being able to form a bond with the glass substrate. I understand. Further, the distance between the boundary of the region where the single crystal silicon layer is separated and the boundary of the chamfered region is substantially the same as the length in which the edge roll-off region is formed. From this, it can be seen that the edge roll-off region becomes a factor for forming an unjoined region. From the comparison between Sample I and Sample II, by forming a single crystal silicon substrate in which the peripheral region of the polishing substrate is cut so that the edge roll-off region is removed after polishing by chemical mechanical polishing, an unbonded region is formed in the dividing step. It can be seen that separation from the single crystal silicon substrate can be suppressed, and that the periphery of the bond substrate can be separated as a single crystal silicon layer.

また、図19(A)のサンプルIIにおいては、ぎざぎざとなっている境界1950が観察される。これに対し、図18(A)のサンプルIにおいては、ほぼ直線状となっている境界1850が観察される。境界1950および境界1850は、それぞれのサンプルである単結晶シリコン基板から単結晶シリコン層が分離された領域の境界である。サンプルIとサンプルIIの比較から、化学機械研磨による研磨後に該研磨基板の周辺領域をエッジロールオフ領域が除去されるように切断した単結晶シリコン基板を形成することで、分割工程で分離される単結晶シリコン層の境界(外周端)がぎざぎざ形状となることを抑制できることがわかる。   In Sample II in FIG. 19A, a jagged boundary 1950 is observed. On the other hand, in the sample I of FIG. 18A, a substantially straight boundary 1850 is observed. A boundary 1950 and a boundary 1850 are boundaries of regions where the single crystal silicon layer is separated from the single crystal silicon substrate which is the respective sample. From the comparison between Sample I and Sample II, a single crystal silicon substrate is formed by cutting the peripheral region of the polishing substrate so that the edge roll-off region is removed after polishing by chemical mechanical polishing. It can be seen that the boundary (peripheral edge) of the single crystal silicon layer can be prevented from having a jagged shape.

SOI基板および貼り合わせ基板の作製方法を説明するフロー図。FIG. 9 is a flow diagram illustrating a method for manufacturing an SOI substrate and a bonded substrate stack. 単結晶半導体基板の周縁部について説明する斜視図および拡大断面図。式図。FIGS. 7A and 7B are a perspective view and an enlarged cross-sectional view illustrating a peripheral portion of a single crystal semiconductor substrate. FIGS. Formula diagram. SOI基板および貼り合わせ基板の作製方法を説明する模式図。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a method for manufacturing an SOI substrate and a bonded substrate stack. 単結晶半導体基板の切断加工例を説明する平面図。The top view explaining the example of a cutting process of a single-crystal semiconductor substrate. SOI基板および貼り合わせ基板の作製方法を説明する模式図。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a method for manufacturing an SOI substrate and a bonded substrate stack. SOI基板および貼り合わせ基板の作製方法を説明するフロー図。FIG. 9 is a flow diagram illustrating a method for manufacturing an SOI substrate and a bonded substrate stack. 単結晶半導体基板の周縁部について説明する斜視図および拡大断面図。FIGS. 7A and 7B are a perspective view and an enlarged cross-sectional view illustrating a peripheral portion of a single crystal semiconductor substrate. FIGS. SOI基板の作製方法を説明する断面図。10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing an SOI substrate. FIG. 半導体装置の作製方法を説明する断面図。10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法を説明する断面図。10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device. 半導体装置の作製方法を説明する断面図。10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device. マイクロプロセッサの構成の一例を示すブロック図。1 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a microprocessor. RFCPUの構成の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of a structure of RFCPU. 液晶表示装置の画素の平面図および断面図。The top view and sectional drawing of the pixel of a liquid crystal display device. エレクトロルミネセンス表示装置の画素の平面図および断面図。The top view and sectional drawing of the pixel of an electroluminescent display apparatus. 電子機器の例を示す外観図。FIG. 6 is an external view illustrating an example of an electronic device. サンプルA、サンプルBの一部を観察した外観写真およびその模式図。The external appearance photograph which observed a part of sample A and sample B, and its schematic diagram. サンプルIの周縁部を観察した光学顕微鏡写真およびその模式図。The optical microscope photograph which observed the peripheral part of sample I, and its schematic diagram. サンプルIIの周縁部を観察した光学顕微鏡写真および模式図。The optical microscope photograph and schematic diagram which observed the peripheral part of sample II.

符号の説明Explanation of symbols

1003 単結晶半導体基板
1005 単結晶半導体基板
1011 側面
1012 エッジ部
1013 エッジ部
1014 エッジ部
1015 領域
1016 領域
1030 領域
1003 Single crystal semiconductor substrate 1005 Single crystal semiconductor substrate 1011 Side surface 1012 Edge portion 1013 Edge portion 1014 Edge portion 1015 Region 1016 Region 1030 Region

Claims (11)

表面が研磨され周縁部にエッジロールオフ領域を有する第1の単結晶半導体基板の周辺領域を前記エッジロールオフ領域が除去されるように切断して、垂直のエッジ形状を有する第2の単結晶半導体基板を作製する
ことを特徴とするSOI基板用半導体基板の作製方法。
A second single crystal having a vertical edge shape by cutting a peripheral region of the first single crystal semiconductor substrate having a polished surface and having an edge roll-off region at a peripheral edge so as to remove the edge roll-off region. A method for manufacturing a semiconductor substrate for an SOI substrate, comprising manufacturing a semiconductor substrate.
請求項1において、
前記垂直のエッジ形状を有する第2の単結晶半導体基板の前記垂直であるエッジ部に面取り加工を行う
ことを特徴とするSOI基板用半導体基板の作製方法。
In claim 1,
A method for manufacturing a semiconductor substrate for an SOI substrate, wherein chamfering is performed on the vertical edge portion of the second single crystal semiconductor substrate having the vertical edge shape.
請求項1又は請求項2において、
前記第2の単結晶半導体基板のエッジ部の角度が90°±10°とされ前記垂直のエッジ形状とされる
ことを特徴とするSOI基板用半導体基板の作製方法。
In claim 1 or claim 2,
A method for manufacturing a semiconductor substrate for an SOI substrate, wherein an angle of an edge portion of the second single crystal semiconductor substrate is 90 ° ± 10 ° to be the vertical edge shape.
請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記第2の単結晶半導体基板は四角形状とされる
ことを特徴とするSOI基板用半導体基板の作製方法。
In any one of Claim 1 thru | or 3,
The method for manufacturing a semiconductor substrate for an SOI substrate, wherein the second single crystal semiconductor substrate has a quadrangular shape.
表面が研磨され垂直のエッジ形状を有する単結晶半導体基板と、ベース基板とを、バッファ層を間に介在させて貼り合わせ、
前記ベース基板上の前記単結晶半導体基板を薄膜化する
ことを特徴とするSOI基板の作製方法。
A single crystal semiconductor substrate having a vertical edge shape with a polished surface and a base substrate are bonded together with a buffer layer interposed therebetween,
A method for manufacturing an SOI substrate, comprising: thinning the single crystal semiconductor substrate over the base substrate.
請求項5において、
前記単結晶半導体基板の薄膜化としては、
前記単結晶半導体基板の内部に脆化層を形成し、前記脆化層を境として前記単結晶半導体基板を分割する
ことを特徴とするSOI基板の作製方法。
In claim 5,
As the thinning of the single crystal semiconductor substrate,
A manufacturing method of an SOI substrate, wherein an embrittlement layer is formed inside the single crystal semiconductor substrate, and the single crystal semiconductor substrate is divided with the embrittlement layer as a boundary.
請求項5又は請求項6において、
前記単結晶半導体基板のエッジ部の角度が90°±10°とされ前記垂直のエッジ形状とされる
ことを特徴とするSOI基板の作製方法。
In claim 5 or claim 6,
A method for manufacturing an SOI substrate, wherein an angle of an edge portion of the single crystal semiconductor substrate is 90 ° ± 10 ° to be the vertical edge shape.
請求項5乃至請求項7のいずれか一において、
前記垂直のエッジ形状を有する単結晶半導体基板の前記垂直であるエッジ部に面取り加工がされ、前記面取り加工がされた前記単結晶半導体基板を、前記ベース基板との貼り合わせに用いる
ことを特徴とするSOI基板の作製方法。
In any one of Claims 5 thru | or 7,
The vertical edge portion of the single crystal semiconductor substrate having the vertical edge shape is chamfered, and the single crystal semiconductor substrate subjected to the chamfering process is used for bonding to the base substrate. A method for manufacturing an SOI substrate.
請求項5乃至請求項8のいずれか一において、
周縁部にエッジロールオフ領域を有する単結晶半導体基板の周辺領域を前記エッジロールオフ領域が除去されるように切断して、前記垂直のエッジ形状を有する単結晶半導体基板を作製し、
前記ベース基板との貼りあわせに用いる
ことを特徴とするSOI基板の作製方法。
In any one of Claims 5 thru | or 8,
A peripheral region of a single crystal semiconductor substrate having an edge roll-off region at a peripheral edge is cut so that the edge roll-off region is removed to produce a single crystal semiconductor substrate having the vertical edge shape,
A method for manufacturing an SOI substrate, which is used for bonding to the base substrate.
請求項5乃至請求項9のいずれか一において、
前記垂直のエッジ形状を有する単結晶半導体基板は四角形状とされる
ことを特徴とするSOI基板の作製方法。
In any one of Claims 5 thru | or 9,
The method for manufacturing an SOI substrate, wherein the single crystal semiconductor substrate having the vertical edge shape is formed in a quadrangular shape.
請求項5乃至請求項10のいずれか一において、
前記ベース基板としては、ガラス基板を用いる
ことを特徴とするSOI基板の作製方法。
In any one of Claims 5 thru | or 10,
A method for manufacturing an SOI substrate, wherein a glass substrate is used as the base substrate.
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