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JP2013115210A - Manufacturing method for soi substrate and bonding device - Google Patents

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JP2013115210A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture an SOI substrate using a semiconductor substrate and a substrate with a different thermal expansion coefficient from the semiconductor substrate by performing thermal treatment after bonding the substrates to each other while suppressing the damage of the substrates or the separation of the bonded substrates caused due to the difference in thermal expansion coefficient.SOLUTION: A semiconductor substrate and a substrate with a different thermal expansion coefficient from the semiconductor substrate are bonded to each other with the temperature of the substrate having the larger thermal expansion coefficient set higher than that of the substrate having the smaller thermal expansion coefficient. Moreover, the substrates are bonded to each other with the temperatures of the substrates set higher than room temperature and set lower than the temperature of thermal treatment after the bonding of the substrates. Thus, the difference in expansion amount between the substrates can be reduced in the thermal treatment after the bonding of the substrates, so that the damage or separation of the substrates can be suppressed.

Description

SOI基板の作製方法および貼り合わせ装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an SOI substrate and a bonding apparatus.

単結晶シリコンのインゴットを薄くスライスして作製されるシリコンウエハーに代わり、絶縁膜表面に薄い単結晶半導体層を設けた基板が製造され、半導体集積回路素子の製造などに用いられている。 Instead of a silicon wafer produced by thinly slicing a single crystal silicon ingot, a substrate provided with a thin single crystal semiconductor layer on the surface of an insulating film is manufactured and used for manufacturing semiconductor integrated circuit elements.

絶縁膜表面に薄い単結晶半導体層を設けた基板を作製する方法としては、例えば、単結晶シリコン薄膜を合成石英などの基板上に形成する貼り合わせSOI(Silicon On Insulator)技術がある。 As a method for manufacturing a substrate provided with a thin single crystal semiconductor layer on the surface of an insulating film, for example, there is a bonded SOI (Silicon On Insulator) technique in which a single crystal silicon thin film is formed on a substrate such as synthetic quartz.

SOI基板を作製する方法の1つとして、半導体基板中に加速された水素イオンを照射する方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。当該方法は、まず、半導体基板(例えば、単結晶シリコン基板など)の表面に絶縁膜(例えば、熱酸化膜など)を形成し、絶縁膜が形成された面側から半導体基板に対して加速された水素イオンを照射し、照射された水素イオンにより終端化された微小気泡領域を、表面近傍の所定の深さに形成する。次に、微小気泡領域を形成した面側に別の基板(例えば、合成石英基板など)を接合して加熱処理を行う。これにより、半導体基板に照射された水素イオン(半導体基板中では、水素イオンの形態だけでなく、水素原子や水素分子の形態も取り得る。)が微小気泡領域に集中し、半導体基板は微小気泡領域において容易に分離できる状態となる。そして、貼り合わせた別の基板から半導体基板を分離することにより、半導体膜および半導体膜に接して形成された絶縁膜を、別の基板に転載することができる。 As one of methods for manufacturing an SOI substrate, a method of irradiating accelerated hydrogen ions in a semiconductor substrate is known (see, for example, Patent Document 1). In this method, first, an insulating film (for example, a thermal oxide film) is formed on the surface of a semiconductor substrate (for example, a single crystal silicon substrate), and the semiconductor substrate is accelerated from the surface side on which the insulating film is formed. The microbubble region terminated by the irradiated hydrogen ions is formed at a predetermined depth near the surface. Next, another substrate (for example, a synthetic quartz substrate) is bonded to the surface side on which the microbubble region is formed, and heat treatment is performed. As a result, the hydrogen ions irradiated on the semiconductor substrate (in the semiconductor substrate, not only the form of hydrogen ions but also the form of hydrogen atoms and hydrogen molecules) are concentrated in the microbubble region, and the semiconductor substrate is microbubbles. The region can be easily separated. Then, by separating the semiconductor substrate from another bonded substrate, the semiconductor film and the insulating film formed in contact with the semiconductor film can be transferred to another substrate.

特開2000−124092号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-124092

しかし、上述のように半導体基板と別の基板を貼り合わせると、両基板の熱膨張係数が異なる場合において、基板貼り合わせ後の加熱処理の際に、半導体基板に照射した元素が微小気泡領域に集中(以下、当該現象を「元素集中」と呼称する。半導体基板に照射したイオンは、半導体基板中ではイオン状態だけでなく、原子や分子の状態も取り得る。そのため、「元素」という言葉を用いている。以下の文章に記載される「元素集中」も同様の意味を持つ。)により半導体基板が容易に分離できる状態となる前に、両基板が剥がれてしまう、熱歪みにより基板が破壊する、といった現象が生じる可能性がある。 However, when a semiconductor substrate and another substrate are bonded together as described above, when the thermal expansion coefficients of the two substrates are different, the element irradiated to the semiconductor substrate becomes a microbubble region during the heat treatment after bonding the substrates. Concentration (Hereinafter, this phenomenon is called “element concentration.” The ions irradiated on the semiconductor substrate can take not only an ionic state but also an atomic or molecular state in the semiconductor substrate. Therefore, the term “element” is used. “Concentration of elements” described in the following text has the same meaning.) Before the semiconductor substrates can be easily separated, both substrates are peeled off, and the substrates are destroyed due to thermal strain. May occur.

例えば、合成石英基板とシリコンウエハーとを貼り合わせると、両基板の熱膨張係数(熱膨張率とも言える。)の差が大きいため、300℃程度の加熱で破壊が起こることが報告されている(阿部孝夫:第24回アモルファス物質の物性と応用セミナーテキスト、p.25〜32、1997)。 For example, it is reported that when a synthetic quartz substrate and a silicon wafer are bonded together, the difference between the thermal expansion coefficients (also referred to as thermal expansion coefficients) of the two substrates is large, so that destruction occurs by heating at about 300 ° C. ( Takao Abe: Physical Properties and Application Seminar Text of the 24th Amorphous Material, p.25-32, 1997).

上述の問題点を鑑み、本明細書では、半導体基板と、半導体基板とは異なる熱膨張係数を有する基板を用いてSOI基板を作製するにあたり、熱膨張係数の差異に起因した剥がれや破壊の抑制されたSOI基板の作製方法を提供することを目的の一つとする。 In view of the above-described problems, in this specification, in manufacturing an SOI substrate using a semiconductor substrate and a substrate having a different thermal expansion coefficient from that of the semiconductor substrate, suppression of peeling and destruction due to a difference in thermal expansion coefficient is described. Another object is to provide a method for manufacturing a manufactured SOI substrate.

また、上述のSOI基板の作製に用いることのできる、貼り合わせ装置の構成を提供することを目的の一つとする。 Another object is to provide a structure of a bonding apparatus that can be used for manufacturing the above SOI substrate.

熱膨張係数の差異に起因した破壊は、微小気泡領域(以下、本明細書中では「脆化領域」と表現することもある。)への元素集中により半導体基板が容易に分離できる状態となる加熱処理(以下、当該加熱処理を「分離加熱処理」と呼称する。)により、半導体基板の膨張量と、半導体基板と貼り合わせる基板(以下、接合基板と呼称する。)の膨張量に差が生じ、この膨張量の差により半導体基板や接合基板にかかるストレスが、半導体基板の強度または接合基板の強度を上回った場合に生じる。 The destruction caused by the difference in thermal expansion coefficient is in a state where the semiconductor substrate can be easily separated by the concentration of elements in the microbubble region (hereinafter also referred to as “embrittlement region” in this specification). By the heat treatment (hereinafter, the heat treatment is referred to as “separation heat treatment”), there is a difference between the expansion amount of the semiconductor substrate and the expansion amount of the substrate to be bonded to the semiconductor substrate (hereinafter referred to as a bonding substrate). Occurs when the stress applied to the semiconductor substrate or the bonding substrate exceeds the strength of the semiconductor substrate or the bonding substrate due to the difference in expansion amount.

また、熱膨張係数の差異に起因した剥がれは、分離加熱処理により、半導体基板の膨張量と、半導体基板と貼り合わせる基板の膨張量に差が生じ、この膨張量の差により半導体基板と接合基板の界面にかかるストレスが、半導体基板と接合基板の接合力を上回った場合に生じる。 In addition, peeling due to the difference in thermal expansion coefficient causes a difference between the expansion amount of the semiconductor substrate and the expansion amount of the substrate to be bonded to the semiconductor substrate due to the separation heat treatment, and the difference between the expansion amounts causes the semiconductor substrate and the bonding substrate to be separated. This occurs when the stress on the interface exceeds the bonding force between the semiconductor substrate and the bonding substrate.

したがって、上述の熱膨張係数の際に起因した破壊や剥がれは、分離加熱処理を行った際における、半導体基板の膨張量と接合基板の膨張量の差を小さくすることにより抑制することができる。 Therefore, breakage or peeling due to the above-described thermal expansion coefficient can be suppressed by reducing the difference between the expansion amount of the semiconductor substrate and the expansion amount of the bonding substrate when the separation heat treatment is performed.

すなわち、本発明の一態様は、半導体基板の表面に絶縁膜を形成し、絶縁膜を介して半導体基板の一面に対して加速されたイオンを照射することで半導体基板の内部に脆化領域を形成し、半導体基板の一面に接合基板を貼り合わせる、貼り合わせ処理を行い、半導体基板および接合基板を加熱し、半導体基板から接合基板を分離することにより、絶縁膜を介して接合基板上に半導体膜を形成する工程を有し、接合基板の熱膨張係数は半導体基板の熱膨張係数よりも小さく、貼り合わせ処理において、半導体基板の温度を接合基板の温度よりも高い状態として半導体基板と接合基板を貼り合わせることを特徴とするSOI基板の作製方法である。 That is, according to one embodiment of the present invention, an embrittlement region is formed inside a semiconductor substrate by forming an insulating film on the surface of the semiconductor substrate and irradiating the surface of the semiconductor substrate with accelerated ions through the insulating film. Forming and bonding the bonding substrate to one surface of the semiconductor substrate, performing a bonding process, heating the semiconductor substrate and the bonding substrate, and separating the bonding substrate from the semiconductor substrate, thereby providing a semiconductor on the bonding substrate through the insulating film A step of forming a film, the thermal expansion coefficient of the bonding substrate being smaller than the thermal expansion coefficient of the semiconductor substrate, and in the bonding process, the temperature of the semiconductor substrate is set higher than the temperature of the bonding substrate. Is a method for manufacturing an SOI substrate.

上述の作製方法を用いることにより、貼り合わせ処理後の加熱処理において、半導体基板の温度上昇量は接合基板の温度上昇量よりも小さくなるため、半導体基板の膨張量と接合基板の膨張量の差を小さくすることができる。 By using the above-described manufacturing method, the temperature increase amount of the semiconductor substrate is smaller than the temperature increase amount of the bonding substrate in the heat treatment after the bonding process, and thus the difference between the expansion amount of the semiconductor substrate and the expansion amount of the bonding substrate. Can be reduced.

なお、半導体基板の温度を接合基板の温度よりも高い状態として両基板を貼り合わせるには、半導体基板に対して加熱処理を行い両基板を貼り合わせる、接合基板に対して冷却処理を行い両基板を貼り合わせるといった方法がある。これにより、半導体基板の温度上昇量よりも接合基板の温度上昇量を大きくできるため、半導体基板の膨張量と接合基板の膨張量の差を小さくすることができる。 In addition, in order to bond both substrates with the temperature of the semiconductor substrate higher than the temperature of the bonding substrate, heat treatment is performed on the semiconductor substrate to bond both substrates, and cooling processing is performed on the bonding substrate. There is a method of pasting together. Thereby, since the temperature rise amount of the bonding substrate can be made larger than the temperature rise amount of the semiconductor substrate, the difference between the expansion amount of the semiconductor substrate and the expansion amount of the bonding substrate can be reduced.

また、半導体基板に対して加熱処理を行い、かつ、接合基板に対して冷却処理を行い両基板を貼り合わせる方法もある。これにより、半導体基板の膨張量と接合基板の膨張量の差を、更に小さくすることができる。 There is also a method in which a heat treatment is performed on a semiconductor substrate, and a cooling process is performed on a bonded substrate to bond both substrates together. Thereby, the difference between the expansion amount of the semiconductor substrate and the expansion amount of the bonding substrate can be further reduced.

また、本発明の一態様は、半導体基板の表面に絶縁膜を形成し、絶縁膜を介して半導体基板の一面に対して加速されたイオンを照射することで半導体基板の内部に脆化領域を形成し、半導体基板の一面に接合基板を貼り合わせる、貼り合わせ処理を行い、半導体基板および接合基板を加熱し、半導体基板から接合基板を分離することにより、接合基板上に絶縁膜を介して半導体膜を形成する工程を有し、接合基板の熱膨張係数は半導体基板の熱膨張係数よりも小さく、貼り合わせにおいて、半導体基板および接合基板の両方に加熱処理を行い、半導体基板および接合基板の温度を室温よりも高い状態として半導体基板と接合基板を貼り合わせることを特徴とするSOI基板の作製方法である。 Another embodiment of the present invention is to form an insulating film on a surface of a semiconductor substrate and irradiate accelerated ions to one surface of the semiconductor substrate through the insulating film to form an embrittled region in the semiconductor substrate. Forming and bonding a bonding substrate to one surface of the semiconductor substrate, performing a bonding process, heating the semiconductor substrate and the bonding substrate, and separating the bonding substrate from the semiconductor substrate, thereby providing a semiconductor over the bonding substrate via an insulating film A step of forming a film, the thermal expansion coefficient of the bonding substrate is smaller than the thermal expansion coefficient of the semiconductor substrate, and heat treatment is performed on both the semiconductor substrate and the bonding substrate in bonding, and the temperature of the semiconductor substrate and the bonding substrate is determined. A method for manufacturing an SOI substrate, in which a semiconductor substrate and a bonding substrate are attached to each other with a temperature higher than room temperature.

上述の作製方法を用いた場合、貼り合わせ後の加熱処理での半導体基板と接合基板の温度上昇量は、半導体基板と接合基板を室温で貼り合わせた後に加熱処理を行う場合と比較して小さくなるため、半導体基板の膨張量と接合基板の膨張量の差を小さくすることができる。 When the above-described manufacturing method is used, the temperature increase of the semiconductor substrate and the bonding substrate in the heat treatment after bonding is smaller than that in the case where the heat treatment is performed after bonding the semiconductor substrate and the bonding substrate at room temperature. Therefore, the difference between the expansion amount of the semiconductor substrate and the expansion amount of the bonding substrate can be reduced.

なお、上述の作製方法において、脆化領域形成後から貼り合わせ処理までの間に、半導体基板に対してプラズマ処理を行うことにより、半導体基板と接合基板の貼り合わせ強度を向上させることができる。上述のSOI基板の作製方法のように、半導体基板および接合基板のいずれか一方または両方に対して加熱処理を行って貼り合わせを行う場合、当該加熱処理により半導体基板と接合基板の貼り合わせ強度が低下するため、プラズマ処理を行うことが好ましいと言える。なおプラズマ処理としては、Heガス、Arガス、Krガス、Xeガス、酸素ガス、酸化窒素ガス、アンモニアガス、窒素ガス、水素ガスまたはこれらの混合ガスを用いて行えばよい。 Note that in the above manufacturing method, the bonding strength between the semiconductor substrate and the bonding substrate can be improved by performing plasma treatment on the semiconductor substrate between the formation of the embrittlement region and the bonding treatment. When bonding is performed by performing heat treatment on one or both of the semiconductor substrate and the bonding substrate as in the above-described method for manufacturing an SOI substrate, the bonding strength between the semiconductor substrate and the bonding substrate is increased by the heat treatment. It can be said that it is preferable to perform a plasma treatment because of a decrease. Note that the plasma treatment may be performed using He gas, Ar gas, Kr gas, Xe gas, oxygen gas, nitrogen oxide gas, ammonia gas, nitrogen gas, hydrogen gas, or a mixed gas thereof.

また、プラズマ処理の代わりに、またはプラズマ処理に追加して、半導体基板に対してイオンビーム照射処理を行うことにより、半導体基板と接合基板の貼り合わせ強度を向上させることができる。なおイオンビーム処理は、上述のプラズマ処理と同様のガスを用いて得られたイオン種を、10eV以上200eV以下の加速電圧で半導体基板に対して照射すればよい。 Further, by performing ion beam irradiation treatment on the semiconductor substrate instead of or in addition to the plasma treatment, the bonding strength between the semiconductor substrate and the bonding substrate can be improved. Note that the ion beam treatment may be performed by irradiating the semiconductor substrate with an ion species obtained using a gas similar to the above plasma treatment with an acceleration voltage of 10 eV or more and 200 eV or less.

また、上述の作製方法において、半導体基板よりもサイズの大きな接合基板を用い、接合基板に対して半導体基板を複数枚貼り合わせ、接合基板から半導体基板を分離することにより、大面積のSOI基板を作製することができる。 Further, in the above manufacturing method, a large-area SOI substrate can be obtained by bonding a plurality of semiconductor substrates to the bonding substrate using a bonding substrate larger in size than the semiconductor substrate and separating the semiconductor substrate from the bonding substrate. Can be produced.

上述のSOI基板の作製には、半導体基板を設置する第1の設置台と、接合基板を設置する第2の設置台と、半導体基板と前記接合基板を貼り合わせるための駆動装置に加え、半導体基板を加熱するために、第1の設置台を加熱する第1の温度調整装置を備える構造の貼り合わせ装置を用いることができる。また、第1の設置台を加熱する第1の温度調整装置の代わりに、第2の設置台を冷却する第2の温度調整装置を備え、接合基板を冷却できる構造であってもよい。望ましくは、第1の設置台を加熱する第1の温度調整装置と、第2の設置台を冷却する第2の温度調整装置の両方を備えることが好ましい。 In order to manufacture the above-described SOI substrate, in addition to the first installation base on which the semiconductor substrate is installed, the second installation base on which the bonding substrate is installed, and the driving device for bonding the semiconductor substrate and the bonding substrate, the semiconductor In order to heat a board | substrate, the bonding apparatus of a structure provided with the 1st temperature control apparatus which heats a 1st installation stand can be used. Further, instead of the first temperature adjustment device that heats the first installation table, a structure that includes a second temperature adjustment device that cools the second installation table and can cool the bonding substrate may be used. Desirably, it is preferable to include both a first temperature adjustment device that heats the first installation table and a second temperature adjustment device that cools the second installation table.

なお、貼り合わせ基板の構造を、第2の設置台の接合基板を設置する面が、第1の設置台の半導体基板を設置する面より広く、第1の設置台を複数台備える構造とすることにより、接合基板に対して半導体基板を複数枚貼り合わせることが可能となるため、当該構造は大面積のSOI基板の作製に適している。 Note that the structure of the bonded substrate has a structure in which the surface on which the bonding substrate of the second installation table is installed is wider than the surface on which the semiconductor substrate of the first installation table is installed, and a plurality of first installation tables are provided. Accordingly, a plurality of semiconductor substrates can be attached to the bonding substrate, and thus the structure is suitable for manufacturing a large-area SOI substrate.

また、第2の設置台に接合基板を設置し、第1の設置台に半導体基板を設置した際において、半導体基板に対向する接合基板の一面と、接合基板に対向する半導体基板の一面との角度差が0度超3度未満となるように、第1の設置台に対して第2の設置台に傾きを持たせ、かつ、第1の設置台の半導体基板設置面が、半導体基板よりも小さい構造とすることにより、半導体基板と接合基板の接触箇所を限定する事ができるため、半導体基板と接合基板の界面に空気層が混入することなく安定した貼り合わせを行うことができる。 Further, when the bonding substrate is installed on the second installation table and the semiconductor substrate is installed on the first installation table, one surface of the bonding substrate facing the semiconductor substrate and one surface of the semiconductor substrate facing the bonding substrate The second installation table is inclined with respect to the first installation table so that the angle difference is more than 0 degrees and less than 3 degrees, and the semiconductor substrate installation surface of the first installation table is more than the semiconductor substrate. In addition, since the contact portion between the semiconductor substrate and the bonding substrate can be limited by using a small structure, stable bonding can be performed without an air layer entering the interface between the semiconductor substrate and the bonding substrate.

本発明に記載されたSOI基板の作製方法および装置を適用することにより、半導体基板と、半導体基板とは異なる熱膨張係数を有する接合基板を貼り合わせてSOI基板を作製する際に生じる、熱膨張係数の際に起因した、半導体基板と接合基板の剥がれ、半導体基板または接合基板の破壊などを抑制することができる。 By applying the method and apparatus for manufacturing an SOI substrate described in the present invention, thermal expansion that occurs when an SOI substrate is manufactured by bonding a semiconductor substrate and a bonding substrate having a different thermal expansion coefficient from the semiconductor substrate. It is possible to suppress peeling of the semiconductor substrate and the bonding substrate, destruction of the semiconductor substrate or the bonding substrate, and the like caused by the coefficient.

SOI基板の作製方法を説明する図。10A and 10B illustrate a method for manufacturing an SOI substrate. SOI基板の作製方法および作製装置を説明する図。3A and 3B illustrate a method for manufacturing an SOI substrate and a manufacturing apparatus. SOI基板の作製方法および作製装置を説明する図。3A and 3B illustrate a method for manufacturing an SOI substrate and a manufacturing apparatus. SOI基板の作製方法および作製装置を説明する図。3A and 3B illustrate a method for manufacturing an SOI substrate and a manufacturing apparatus. SOI基板の作製方法および作製装置を説明する図。3A and 3B illustrate a method for manufacturing an SOI substrate and a manufacturing apparatus. SOI基板を用いた半導体素子の構造を説明する図。3A and 3B each illustrate a structure of a semiconductor element using an SOI substrate. SOI基板を用いた半導体素子の作製方法を説明する図。8A and 8B illustrate a method for manufacturing a semiconductor element using an SOI substrate. SOI基板を用いた半導体素子の作製方法を説明する図。8A and 8B illustrate a method for manufacturing a semiconductor element using an SOI substrate. SOI基板を用いた半導体素子を備える電子機器を説明する図。6A and 6B illustrate electronic devices each including a semiconductor element using an SOI substrate. 半導体基板および接合基板を貼り合わせたサンプルの反り量を示す図。The figure which shows the curvature amount of the sample which bonded the semiconductor substrate and the joining board | substrate.

以下では、本明細書に開示する発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、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様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す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。 Hereinafter, embodiments of the invention disclosed in this specification will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously 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 embodiments below.

なお、以下に説明する実施の形態において、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異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Note that in the embodiments described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and description thereof is not repeated.

また、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。 In addition, the position, size, range, and the like of each component illustrated in the drawings and the like may not represent the actual position, size, range, or the like for easy understanding. Therefore, the disclosed invention is not necessarily limited to the position, size, range, or the like disclosed in the drawings and the like.

また、本明細書等における「第1」、「第2」、「第3」などの序数は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。 In addition, ordinal numbers such as “first”, “second”, and “third” in this specification and the like are added to avoid confusion between components, and are not limited numerically. To do.

また、本明細書等において「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が「直上」または「直下」であることを限定するものではない。例えば、「A上のB」の表現であれば、AとBとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。 Further, in this specification and the like, the terms “upper” and “lower” do not limit that the positional relationship between the constituent elements is “directly above” or “directly below”. For example, if the expression “B on A” is used, an expression including another component between A and B is not excluded.

なお、本明細書中において用いられている「SOI基板」という単語は、絶縁膜の表面にシリコン薄膜が設けられた構造(Silicon On Insulator)を表す単語として用いられるが、本明細書における「SOI基板」は上述の意味に限定されず、絶縁膜(または絶縁基板)上に半導体膜が設けられた構造(Semiconductor On Insulator)を表す単語して用いており、石英基板上にシリコン薄膜が設けられた構造(Silicon On Quartz。「SOQ」と略記されることもある。)や、シリコン薄膜の代わりに窒化ガリウム(GaN)薄膜や炭化シリコン(SiC)薄膜が設けられた構造なども、本明細書中の「SOI基板」に含まれるものである。 Note that the word “SOI substrate” used in the present specification is used as a word indicating a structure in which a silicon thin film is provided on the surface of an insulating film (Silicon On Insulator). “Substrate” is not limited to the above-mentioned meaning, and is used as a word representing a structure (Semiconductor On Insulator) in which a semiconductor film is provided on an insulating film (or insulating substrate), and a silicon thin film is provided on a quartz substrate. In addition, a structure in which a gallium nitride (GaN) thin film or a silicon carbide (SiC) thin film is provided in place of the silicon thin film, or the like is also described in the present specification (Silicon On Quartz; sometimes abbreviated as “SOQ”). It is included in the “SOI substrate”.

(実施の形態1)
本実施の形態では、半導体基板と、半導体基板とは異なる熱膨張係数を有する基板を用いてSOI基板を作製するにあたり、熱膨張係数の差異に起因した剥がれや破壊の抑制されたSOI基板の作製方法および作製装置を、図1乃至図6を用いて説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, when an SOI substrate is manufactured using a semiconductor substrate and a substrate having a different thermal expansion coefficient from the semiconductor substrate, an SOI substrate in which peeling or destruction due to a difference in thermal expansion coefficient is suppressed is manufactured. A method and a manufacturing apparatus will be described with reference to FIGS.

まず、半導体基板100を準備し、表面に絶縁膜102を形成する(図1(A)参照。)。 First, the semiconductor substrate 100 is prepared, and the insulating film 102 is formed on the surface (see FIG. 1A).

半導体基板100としては、例えば、単結晶シリコン基板、単結晶ゲルマニウム基板または単結晶シリコンゲルマニウム基板などの第14族元素でなる基板を用いることができる。また、窒化ガリウム、ガリウムヒ素またはインジウムリンなどの化合物半導体基板を用いることもできる。なお、市販のシリコン基板としては、直径5インチ(125mm)、直径6インチ(150mm)、直径8インチ(100mm)、直径12インチ(300mm)、直径16インチ(700mm)サイズの円形のものが代表的である。また、半導体基板100の形状は円形に限らず、例えば、矩形等に加工したものであっても良い。また、半導体基板100は、CZ(チョクラルスキー)法やFZ(フローティングゾーン)法を用いて作製することができる。 As the semiconductor substrate 100, for example, a substrate made of a Group 14 element such as a single crystal silicon substrate, a single crystal germanium substrate, or a single crystal silicon germanium substrate can be used. Alternatively, a compound semiconductor substrate such as gallium nitride, gallium arsenide, or indium phosphide can be used. As a commercially available silicon substrate, a circular substrate having a diameter of 5 inches (125 mm), a diameter of 6 inches (150 mm), a diameter of 8 inches (100 mm), a diameter of 12 inches (300 mm), and a diameter of 16 inches (700 mm) is representative. Is. Further, the shape of the semiconductor substrate 100 is not limited to a circle, and may be a shape processed into a rectangle, for example. The semiconductor substrate 100 can be manufactured using a CZ (Czochralski) method or an FZ (floating zone) method.

絶縁膜102としては、例えば、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等を単層で、または積層させて形成すればよい。なお、当該膜の作製方法としては、熱酸化法、CVD法、スパッタリング法などがある。また、CVD法を用いて絶縁膜102を形成する場合、良好な貼り合わせを実現するためには、テトラエトキシシラン(略称;TEOS:化学式Si(OC)等の有機シランを用いて酸化シリコン膜を形成することが好ましい。 As the insulating film 102, for example, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or the like may be formed as a single layer or a stacked layer. Note that examples of a method for manufacturing the film include a thermal oxidation method, a CVD method, and a sputtering method. In the case where the insulating film 102 is formed using a CVD method, an organic silane such as tetraethoxysilane (abbreviation: TEOS: chemical formula Si (OC 2 H 5 ) 4 ) is used in order to achieve good bonding. It is preferable to form a silicon oxide film.

なお、熱酸化処理により絶縁膜102を形成する場合、酸化性雰囲気中にハロゲンを添加して行うことが好ましい。例えば、塩素(Cl)が添加された酸化性雰囲気中で半導体基板100に熱酸化処理を行うことにより、塩素酸化された絶縁膜102を形成することができる。この場合、絶縁膜102は、塩素原子を含有する膜となる。このような塩素酸化により、後の工程にて半導体基板100と接合基板を貼り合わせた後に、接合基板から混入するNaなどの不純物を固定して、半導体基板100の汚染を防止できる。なお、絶縁膜102に含有させるハロゲン原子は塩素原子に限られない。絶縁膜102にはフッ素原子を含有させてもよい。 Note that in the case where the insulating film 102 is formed by thermal oxidation treatment, halogen is preferably added to the oxidizing atmosphere. For example, by performing thermal oxidation treatment on the semiconductor substrate 100 in an oxidizing atmosphere to which chlorine (Cl) is added, the insulating film 102 that has been subjected to chlorine oxidation can be formed. In this case, the insulating film 102 is a film containing chlorine atoms. By such chlorine oxidation, after the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate are bonded together in a later process, impurities such as Na mixed from the bonding substrate can be fixed to prevent the semiconductor substrate 100 from being contaminated. Note that the halogen atoms contained in the insulating film 102 are not limited to chlorine atoms. The insulating film 102 may contain fluorine atoms.

また、絶縁膜102の形成前に、塩酸過酸化水素水混合溶液(HPM)、硫酸過酸化水素水混合溶液(SPM)、アンモニア過酸化水素水混合溶液(APM)、希フッ酸(DHF)、フッ酸、過酸化水素水および純水の混合液(FPM)などを用いて半導体基板100の表面を洗浄しておくことが好ましい。 Before the insulating film 102 is formed, a hydrochloric acid hydrogen peroxide mixed solution (HPM), a sulfuric acid hydrogen peroxide mixed solution (SPM), an ammonia hydrogen peroxide mixed solution (APM), dilute hydrofluoric acid (DHF), It is preferable to clean the surface of the semiconductor substrate 100 using a mixed solution (FPM) of hydrofluoric acid, hydrogen peroxide solution, and pure water.

次に、半導体基板100の一面からイオン照射処理104を行うことにより、半導体基板100中の所定の深さに、脆化領域106を形成する(図1(B)参照。)。 Next, an ion irradiation treatment 104 is performed from one surface of the semiconductor substrate 100, whereby an embrittled region 106 is formed at a predetermined depth in the semiconductor substrate 100 (see FIG. 1B).

照射するイオン種としては、水素イオンを用いればよい。加速された水素イオンを照射する場合は、H の比率を高くすると良い。具体的には、H、H 、H の総量に対してH の割合が50%以上(より好ましくは80%以上)となるようにする。H の割合を高めることで、イオン照射の効率を向上させることができる。また、水素イオン以外に、希ガスイオンを用いることもできる。具体的には、Heイオン、Neイオン、Arイオン、KrプトンイオンまたはXeイオンを用いることができる。 As ion species to be irradiated, hydrogen ions may be used. In the case of irradiation with accelerated hydrogen ions, the ratio of H 3 + is preferably increased. Specifically, H +, H 2 +, the proportion of H 3 + to the total amount of H 3 + is made to be 50% or more (more preferably 80% or more). Increasing the proportion of H 3 + can improve the efficiency of ion irradiation. In addition to hydrogen ions, rare gas ions can also be used. Specifically, He ion, Ne ion, Ar ion, Kr pton ion, or Xe ion can be used.

脆化領域106が形成される深さは、照射するイオンの運動エネルギー、質量と電荷、入射角などによって調節することができる。また、脆化領域106は、イオンの平均侵入深さとほぼ同じ深さの領域に形成される。このため、照射するイオン種や照射条件を調整することにより、後の工程にて半導体基板100から分離する、半導体膜108の厚さを調節することができる。 The depth at which the embrittlement region 106 is formed can be adjusted by the kinetic energy, mass and charge, incident angle, and the like of the irradiated ions. The embrittlement region 106 is formed in a region having a depth substantially equal to the average penetration depth of ions. Therefore, the thickness of the semiconductor film 108 that is separated from the semiconductor substrate 100 in a later step can be adjusted by adjusting the ion species to be irradiated and the irradiation conditions.

なお、半導体膜108の厚さについては特に限定は無いが、分離された半導体膜108を高性能な半導体集積回路を形成する用途に用いる場合は、当該膜厚を厚くしすぎるとS値が増加する、トランジスタがノーマリーオンになるといった恐れがあるため、1nm以上200nm以下、好ましくは3nm以上100nm以下とすることが望ましい。このため、半導体基板100中における脆化領域106の形成深さが、1nm以上200nm以下、好ましくは3nm以上100nm以下程度となるように、照射するイオンの平均侵入深さを調節すればよい。 Note that there is no particular limitation on the thickness of the semiconductor film 108; however, when the separated semiconductor film 108 is used for forming a high-performance semiconductor integrated circuit, the S value increases when the film thickness is too thick. In addition, since there is a possibility that the transistor is normally on, it is desirable that the transistor be 1 nm to 200 nm, preferably 3 nm to 100 nm. Therefore, the average penetration depth of the irradiated ions may be adjusted so that the formation depth of the embrittlement region 106 in the semiconductor substrate 100 is 1 nm to 200 nm, preferably 3 nm to 100 nm.

当該イオン照射処理104は、イオンドーピング装置やイオン注入装置を用いて行うことができる。特にイオン注入装置では、プラズマ中のイオン種を質量分離し、ある特定の質量のイオン種のみを半導体基板中に照射することができるため、トランジスタの特性に影響を及ぼす不純物の混入を抑制できるため望ましい。 The ion irradiation treatment 104 can be performed using an ion doping apparatus or an ion implantation apparatus. In particular, in an ion implantation apparatus, ion species in plasma can be mass-separated and only a specific mass of ion species can be irradiated into a semiconductor substrate, so that contamination of impurities that affect transistor characteristics can be suppressed. desirable.

しかし、イオンドーピング装置を用いてイオン照射処理104を行う場合においても、絶縁膜102を介してイオン照射処理104を行うことにより、トランジスタの特性に影響を及ぼす物質(例えば重金属など)をトラップすることができる。 However, even when the ion irradiation treatment 104 is performed using an ion doping apparatus, the ion irradiation treatment 104 is performed through the insulating film 102 to trap a substance (such as heavy metal) that affects the characteristics of the transistor. Can do.

なお、イオン照射処理104の後に結晶欠陥を回復させるための熱処理を行ってもよい。この熱処理の温度は、脆化領域106において元素集中による剥離が生じない温度とする。当該加熱温度は、半導体基板100として用いる材質や半導体基板100中に照射するイオン種などにより変化するため、実施者が実施条件を鑑みて適宜調整すればよい。例えば、100℃以上400℃未満で加熱を行えばよい。なお、上記熱処理には、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。 Note that heat treatment for recovering crystal defects may be performed after the ion irradiation treatment 104. The temperature of this heat treatment is a temperature at which separation due to element concentration does not occur in the embrittled region 106. Since the heating temperature varies depending on the material used for the semiconductor substrate 100, the ion species irradiated into the semiconductor substrate 100, and the like, the practitioner may adjust appropriately in consideration of the implementation conditions. For example, heating may be performed at 100 ° C. or higher and lower than 400 ° C. 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.

次に、接合基板110を準備する。接合基板110としては、絶縁体でなる基板を用いることができる。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各種ガラス基板、天然石英基板、合成石英基板などが挙げられる。 Next, the bonding substrate 110 is prepared. As the bonding substrate 110, a substrate made of an insulator can be used. Specific examples include various glass substrates used in the electronic industry such as aluminosilicate glass, aluminoborosilicate glass, and barium borosilicate glass, natural quartz substrates, and synthetic quartz substrates.

また、接合基板110として、300℃以上の耐熱性を有するフィルム(例えば、ポリイミドフィルムなど)やプリプレグ(例えば、ガラス繊維にポリイミド樹脂を含浸させたものなど)などを用いたり、また、金属板や金属箔を用いることもできる。これらの基板は可撓性を有しているため、本実施の形態に記載の作製方法により作製されたSOI基板を用いた半導体装置に、可とう性を持たせることができる。 Further, as the bonding substrate 110, a film having a heat resistance of 300 ° C. or higher (for example, a polyimide film), a prepreg (for example, a glass fiber impregnated with a polyimide resin), or the like, a metal plate, Metal foil can also be used. Since these substrates have flexibility, a semiconductor device using an SOI substrate manufactured by the manufacturing method described in this embodiment can have flexibility.

なお、接合基板110は、半導体基板100よりも大きなサイズの基板を用いることが望ましい。具体的には、接合基板110に対して半導体基板100を重なり合うことなく複数枚貼り合わせ可能な大きさであることが望ましく、より好ましくは接合基板110の面積が半導体基板100の面積の2倍より大きいことが望ましい。これにより、大面積のSOI基板を作製することが可能となり、1枚のSOI基板から多くの半導体装置を作製できるため、半導体装置のコスト低減を図ることができる。 Note that the bonding substrate 110 is desirably a substrate having a size larger than that of the semiconductor substrate 100. Specifically, it is desirable that a plurality of semiconductor substrates 100 be bonded to the bonding substrate 110 without overlapping, and more preferably, the area of the bonding substrate 110 is more than twice the area of the semiconductor substrate 100. Larger is desirable. Accordingly, a large-area SOI substrate can be manufactured, and many semiconductor devices can be manufactured from one SOI substrate, so that the cost of the semiconductor device can be reduced.

なお、接合基板110は、表面をあらかじめ洗浄しておくことが好ましい。具体的には、接合基板110に対して、塩酸過酸化水素水混合溶液(HPM)、硫酸過酸化水素水混合溶液(SPM)、アンモニア過酸化水素水混合溶液(APM)、希フッ酸(DHF)、フッ酸、過酸化水素水、純水の混合液(FPM)等を用いて超音波洗浄を行う。このような洗浄処理を行うことによって、接合基板110表面の平坦性向上や、接合基板110表面に残存する研磨粒子や有機物などの除去などが実現される。 Note that the bonding substrate 110 is preferably cleaned in advance. Specifically, hydrochloric acid hydrogen peroxide solution mixed solution (HPM), sulfuric acid hydrogen peroxide solution mixed solution (SPM), ammonia hydrogen peroxide solution mixed solution (APM), dilute hydrofluoric acid (DHF) with respect to bonding substrate 110. ), Ultrasonic cleaning using a mixed solution (FPM) of hydrofluoric acid, hydrogen peroxide, pure water, or the like. By performing such a cleaning process, it is possible to improve the flatness of the surface of the bonding substrate 110 and to remove abrasive particles or organic substances remaining on the surface of the bonding substrate 110.

また、半導体基板100と接合基板110を貼り合わせる前には、貼り合わせに係る表面に対して表面処理を行うことが好ましい。表面処理としては、ウェット処理、ドライ処理、またはウェット処理とドライ処理の組み合わせ、を用いることができる。また、異なるウェット処理どうしを組み合わせて用いても良いし、異なるドライ処理どうしを組み合わせて用いても良い。これにより。半導体基板100と接合基板110との界面での接合強度を向上させることができる。 Further, before the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 are bonded together, it is preferable to perform a surface treatment on the surfaces related to the bonding. As the surface treatment, wet treatment, dry treatment, or a combination of wet treatment and dry treatment can be used. Different wet treatments may be used in combination, or different dry treatments may be used in combination. By this. The bonding strength at the interface between the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 can be improved.

次に、半導体基板100の温度と接合基板110の温度を異なる状態として、半導体基板100と接合基板110を貼り合わせる(図1(C)参照。)。なお、「温度を異なる状態として」とは、具体的には、熱膨張係数の小さい基板の温度よりも熱膨張係数の大きい基板の温度を高くした状態のことを示すものである。 Next, the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 are attached to each other with the temperature of the semiconductor substrate 100 and the temperature of the bonding substrate 110 being different (see FIG. 1C). Note that “with different temperatures” specifically indicates a state in which the temperature of the substrate having a large thermal expansion coefficient is set higher than the temperature of the substrate having a small thermal expansion coefficient.

ここで、半導体基板100と接合基板110の貼り合わせを行う装置(以下、単に「貼り合わせ装置」と略記する。)および貼り合わせについての具体的な内容を、以下で説明する。 Here, an apparatus for bonding the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 (hereinafter, simply referred to as “bonding apparatus”) and specific contents of the bonding will be described below.

本明細書に記載するように、半導体基板100の温度と接合基板110の温度を異なる状態とするには、まず、半導体基板100を設置する設置台(以下、第1の設置台と呼称する。)または接合基板110を設置する設置台(以下、第2の設置台と呼称する。)の少なくとも一方、好ましくは両方に、設置台の温度を調整できる温度調整装置を設ける必要がある。温度調整装置としては、例えばニクロム線やタングステン線のような電気抵抗の大きな導線に電流を流すことで加熱する(抵抗加熱装置などとも言われる。)、設置台に吸収される波長の光を放出する光源を用いて加熱する(ランプ加熱装置などとも言われる。)といった各種加熱機構を用いることができる。また、温度調整装置として、例えば冷却液を循環させることで冷却する、金属の接合部に電流を流すことにより一方の金属からもう一方の金属に熱が移動するペルティエ効果を用いて冷却する(ペルティエ素子などとも言われる。)といった各種冷却機構を用いることもできる。 As described in this specification, in order to make the temperature of the semiconductor substrate 100 different from the temperature of the bonding substrate 110, first, an installation base (hereinafter referred to as a first installation base) on which the semiconductor substrate 100 is installed. ) Or an installation table (hereinafter referred to as a second installation table) on which the bonding substrate 110 is installed, it is necessary to provide a temperature adjusting device capable of adjusting the temperature of the installation table on at least one, preferably both. As a temperature control device, for example, heating is performed by passing a current through a conductive wire having a large electrical resistance such as a nichrome wire or a tungsten wire (also called a resistance heating device), and light having a wavelength absorbed by the installation base is emitted. Various heating mechanisms such as heating using a light source (also referred to as a lamp heating device) can be used. Further, as a temperature adjusting device, for example, cooling is performed by circulating a coolant, and cooling is performed using a Peltier effect in which heat is transferred from one metal to the other by flowing an electric current through a metal joint (Peltier). Various cooling mechanisms such as an element can also be used.

また、半導体基板100と接合基板110の温度が異なる状態で両基板を貼り合わせるために、第1の設置台および第2の設置台のうち少なくとも一方を、移動させる駆動装置を設ける必要がある。駆動装置としては、例えば、モーターを用いて設置台を昇降させる構造や、通電により磁力を発生する電磁石を用いて設置台を昇降させる構造などを用いればよい。 In addition, in order to bond the two substrates in a state where the temperatures of the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 are different, it is necessary to provide a driving device that moves at least one of the first installation table and the second installation table. As the drive device, for example, a structure in which the installation table is moved up and down using a motor, a structure in which the installation table is moved up and down using an electromagnet that generates a magnetic force by energization, and the like may be used.

上述のような温度調整装置および駆動装置を有する貼り合わせ装置の一例を、図2に示す。なお、本実施の形態に示す貼り合わせ装置の構成では、接合基板110に対して半導体基板100を同時に9枚まで貼り合わせることが可能であるが、勿論、貼り合わせ数を限定するものではない。 An example of a bonding apparatus having the temperature adjusting apparatus and the driving apparatus as described above is shown in FIG. Note that in the structure of the bonding apparatus described in this embodiment, up to nine semiconductor substrates 100 can be bonded to the bonding substrate 110 at the same time, but the number of bonding is not limited.

図2に示す貼り合わせ装置は、第1の設置台211と、第2の設置台212と、第1の設置台211および第2の設置台212に設けられた温度調整装置220と、第1の設置台211を上下に動かす駆動装置230を有している。そして、絶縁膜102および脆化領域106を有する半導体基板100が第1の設置台211に設置され、接合基板110が第2の設置台212に設置されている。なお、第2の設置台212は、設置した接合基板110が落下しないように基板固定機構234を備えていることが望ましい。基板固定機構234としては、例えば、真空チャックなどの吸着機構を用いることができる。また、第2の設置台212の接合基板110を設置する面に、熱剥離テープ、熱剥離接着剤、UV剥離テープまたはUV剥離接着剤などの仮固定材料を設け、これを基板固定機構234としてもよい。 2 includes a first installation table 211, a second installation table 212, a temperature adjustment device 220 provided on the first installation table 211, and the second installation table 212, and a first installation table 212. Drive device 230 for moving the installation table 211 up and down. The semiconductor substrate 100 having the insulating film 102 and the embrittled region 106 is installed on the first installation table 211, and the bonding substrate 110 is installed on the second installation table 212. Note that the second installation base 212 preferably includes a substrate fixing mechanism 234 so that the installed bonded substrate 110 does not fall. As the substrate fixing mechanism 234, for example, an adsorption mechanism such as a vacuum chuck can be used. In addition, a temporary fixing material such as a heat release tape, a heat release adhesive, a UV release tape, or a UV release adhesive is provided on the surface on which the bonding substrate 110 of the second installation table 212 is installed, and this is used as the substrate fixing mechanism 234. Also good.

図2(A)は本明細書に係る貼り合わせ装置の一例を表す斜視図であり、図2(B)は図2(A)を点線で示すZ面で分断した際の断面図である。第1の設置台211は駆動装置230により、図2(B)の矢印で示すように上下方向(Z軸方向とも言える)に第1の設置台211を動かすことができる。 2A is a perspective view illustrating an example of a bonding apparatus according to the present specification, and FIG. 2B is a cross-sectional view when FIG. 2A is cut along a Z plane indicated by a dotted line. The first installation base 211 can move the first installation base 211 in the vertical direction (also referred to as the Z-axis direction) as shown by the arrow in FIG.

なお、図2(A)では、駆動装置230としてモーターを用い、軸232を介してモーターの駆動力を第1の設置台に伝え、第1の設置台を上下に動かしている。また、温度調整装置220として抵抗加熱装置を用いている。 In FIG. 2A, a motor is used as the driving device 230, and the driving force of the motor is transmitted to the first installation table via the shaft 232, and the first installation table is moved up and down. Further, a resistance heating device is used as the temperature adjustment device 220.

図2における半導体基板100と接合基板110の貼り合わせ方法の流れを、図3を用いて簡潔に説明する。なお、図3の説明では、半導体基板100としてシリコン基板(熱膨張係数が接合基板110より大きい)を、接合基板110として合成石英基板(熱膨張係数が半導体基板100より小さい)を用いた場合の説明を行う。 A flow of a method for bonding the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 in FIG. 2 will be briefly described with reference to FIG. In the description of FIG. 3, a silicon substrate (thermal expansion coefficient is larger than the bonding substrate 110) is used as the semiconductor substrate 100, and a synthetic quartz substrate (thermal expansion coefficient is smaller than the semiconductor substrate 100) is used as the bonding substrate 110. Give an explanation.

まず、第1の設置台211に半導体基板100を、第2の設置台212に接合基板110を設置する(図3(A)参照)。第1の設置台211および第2の設置台212の材質については特段の限定はないが、温度調整装置を設ける設置台においては、熱伝導率の良い材料、例えばアルミニウム、銅、真鍮、ニッケル、タングステンなどを用いることが好ましい。これにより、設置台を効率よく加熱または冷却することができる。 First, the semiconductor substrate 100 is installed on the first installation table 211, and the bonding substrate 110 is installed on the second installation table 212 (see FIG. 3A). The material of the first installation table 211 and the second installation table 212 is not particularly limited. However, in the installation table provided with the temperature adjustment device, a material having good thermal conductivity, such as aluminum, copper, brass, nickel, It is preferable to use tungsten or the like. Thereby, an installation stand can be heated or cooled efficiently.

なお、図3のように、接合基板110のサイズは半導体基板100よりも大きいことが好ましい。これにより、接合基板110に対して複数枚の半導体基板100を貼り合わせることができるため、大面積のSOI基板を作製することができる。 As shown in FIG. 3, the size of the bonding substrate 110 is preferably larger than that of the semiconductor substrate 100. Accordingly, since a plurality of semiconductor substrates 100 can be bonded to the bonding substrate 110, a large-area SOI substrate can be manufactured.

次に、第1の設置台211に設けられた温度調整装置220および第2の設置台212に設けられた温度調整装置220を用いて、接合基板110よりも半導体基板100の温度を高くする。つまり、熱膨張係数の小さい基板(接合基板110)よりも熱膨張係数の大きい基板(半導体基板100)の基板温度を高くする。これにより、半導体基板100と接合基板110を貼り合わせた後の分離加熱処理時において、半導体基板100の温度上昇量よりも接合基板110の温度上昇量の方が大きくなるため、半導体基板100の膨張量と接合基板110の膨張量の差を近づけることができる。 Next, the temperature of the semiconductor substrate 100 is set higher than that of the bonding substrate 110 by using the temperature adjustment device 220 provided on the first installation table 211 and the temperature adjustment device 220 provided on the second installation table 212. That is, the substrate temperature of the substrate (semiconductor substrate 100) having a large thermal expansion coefficient is made higher than that of the substrate having a small thermal expansion coefficient (bonding substrate 110). As a result, the temperature increase amount of the bonding substrate 110 is larger than the temperature increase amount of the semiconductor substrate 100 during the separation heat treatment after the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 are bonded together. The difference between the amount and the expansion amount of the bonding substrate 110 can be made closer.

上述の概念を分かり易くするため、簡単な数値を用いて上述内容説明する。 In order to make the above concept easy to understand, the above contents will be described using simple numerical values.

例えば、半導体基板100として、一辺の長さ(L)がXmmの正方形状、熱膨張率(α1)が2.5[×10−6/K]のシリコンウエハーを用い、接合基板110として、一辺の長さ(L)がXmmの正方形状、熱膨張率(α2)が1.0[×10−6/K]の合成石英基板を用いる。 For example, a silicon wafer having a square shape with a side length (L) of X mm and a thermal expansion coefficient (α1) of 2.5 [× 10 −6 / K] is used as the semiconductor substrate 100. A synthetic quartz substrate having a square shape with a length (L) of X mm and a thermal expansion coefficient (α2) of 1.0 [× 10 −6 / K] is used.

上述の半導体基板100および接合基板110を室温状態(ここでは20℃とする。)で貼り合わせ、両基板に対して400℃の加熱処理を行った場合、半導体基板100の加熱前後の温度差(ΔT)および接合基板110の加熱前後の温度差(ΔT)は共に380℃となる。 When the above-described semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 are bonded together at room temperature (here, 20 ° C.) and heat treatment is performed on both the substrates at 400 ° C., the temperature difference between before and after the semiconductor substrate 100 is heated ( ΔT 1 ) and the temperature difference (ΔT 2 ) before and after heating the bonding substrate 110 are both 380 ° C.

なお、熱膨張係数に起因する物質の変位量ΔLは概ね、ΔL=α×L×ΔTの式に従った変形量となる。 The displacement amount ΔL of the substance due to the thermal expansion coefficient is generally a deformation amount according to the equation: ΔL = α × L × ΔT.

したがって、半導体基板100の変位量(ΔL)は、ΔL=α×L×ΔTであり、およそ9.50×10−2[mm]となる。また、接合基板110の変位量(ΔL)は、ΔL=α×L×ΔTであり、およそ3.80×10−2[mm]となる。このため、熱膨張係数の差異に起因した半導体基板100と接合基板110の膨張量の差は、およそ5.70×10−2[mm]程度となる。 Therefore, the displacement (ΔL 1 ) of the semiconductor substrate 100 is ΔL 1 = α 1 × L × ΔT 1, which is approximately 9.50 × 10 −2 [mm]. Further, the displacement amount (ΔL 2 ) of the bonding substrate 110 is ΔL 2 = α 2 × L × ΔT 2 , and is approximately 3.80 × 10 −2 [mm]. For this reason, the difference in the amount of expansion between the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 due to the difference in thermal expansion coefficient is approximately 5.70 × 10 −2 [mm].

これに対し、熱膨張係数の大きい基板の温度が熱膨張係数の小さい基板の温度よりも高くなるように、半導体基板100を、例えば予め200℃に加熱、接合基板110を、例えば予め10℃に冷却した状態で両基板を貼り合わせ、両基板に対して400℃の加熱処理を行った場合、半導体基板100の加熱前後の温度差(ΔT)は200℃、接合基板110の加熱前後の温度差(ΔT)は390℃となる。 On the other hand, the semiconductor substrate 100 is heated to, for example, 200 ° C. in advance and the bonding substrate 110 is, for example, previously set to 10 ° C. so that the temperature of the substrate having a large coefficient of thermal expansion becomes higher than the temperature of the substrate having a small coefficient of thermal expansion. When both substrates are bonded together in a cooled state and subjected to heat treatment at 400 ° C., the temperature difference (ΔT 1 ) before and after heating the semiconductor substrate 100 is 200 ° C., and the temperature before and after heating the bonding substrate 110. The difference (ΔT 2 ) is 390 ° C.

したがって、半導体基板100の変位量(ΔL)は、およそ5.0×10−2[mm]となり、接合基板110の変位量(ΔL)は、およそ3.9×10−2[mm]となる。このため、熱膨張係数の差異に起因した半導体基板100と接合基板110の膨張量の差はおよそ1.1×10−2[mm]程度と、半導体基板100を加熱および接合基板110を冷却しない場合と比較して1/5以下の値となる。 Therefore, the displacement amount (ΔL 1 ) of the semiconductor substrate 100 is approximately 5.0 × 10 −2 [mm], and the displacement amount (ΔL 2 ) of the bonding substrate 110 is approximately 3.9 × 10 −2 [mm]. It becomes. Therefore, the difference in expansion between the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 due to the difference in thermal expansion coefficient is approximately 1.1 × 10 −2 [mm], and the semiconductor substrate 100 is not heated and the bonding substrate 110 is not cooled. The value is 1/5 or less compared to the case.

このように、第1の設置台211に設けられた温度調整装置220、および第2の設置台212に設けられた温度調整装置220を用いて、熱膨張係数の大きい基板の温度が熱膨張係数の小さい基板の温度よりも高い状態で両基板を貼り合わせることにより、分離加熱処理を行った際の、半導体基板100の膨張量と接合基板110の膨張量の差を近づけることができる。 In this way, the temperature of the substrate having a large thermal expansion coefficient is increased by using the temperature adjustment device 220 provided on the first installation table 211 and the temperature adjustment device 220 provided on the second installation table 212. By bonding the two substrates together in a state higher than the temperature of the small substrate, the difference between the expansion amount of the semiconductor substrate 100 and the expansion amount of the bonding substrate 110 can be made closer to each other when the separation heat treatment is performed.

なお、本実施の形態では第1の設置台211に設けられた温度調整装置220および第2の設置第212に取り付けられた温度調整装置220の両方を動作させたが、片方のみを動作させてもよい。その場合、熱膨張係数の小さい基板(接合基板110)よりも熱膨張係数の大きい基板(半導体基板100)の基板温度が高くなるように、第1の設置台211に取り付けられた温度調整装置220を用いて半導体基板100を加熱する、または、第2の設置台212に取り付けられた温度調整装置220を用いて接合基板110を冷却すればよい。 In the present embodiment, both the temperature adjustment device 220 provided on the first installation base 211 and the temperature adjustment device 220 attached to the second installation table 212 are operated, but only one of them is operated. Also good. In that case, the temperature adjustment device 220 attached to the first installation base 211 so that the substrate temperature of the substrate (semiconductor substrate 100) having a larger thermal expansion coefficient becomes higher than that of the substrate having a small thermal expansion coefficient (bonding substrate 110). The bonding substrate 110 may be cooled by using the temperature adjusting device 220 attached to the second installation table 212 or by heating the semiconductor substrate 100 using the temperature.

また、本実施の形態では、第1の設置台211および第2の設置第212の両方に温度調整装置220が設置されているが、片側のみでもよく、温度調整装置220は、熱膨張係数の大きい基板を設置する設置台側に設ける場合は、加熱機構を有する温度調整装置220を、熱膨張係数の小さい基板を設置する設置台側に設ける場合は、冷却機構を有する温度調整装置220を設ければよい。 Further, in the present embodiment, the temperature adjustment device 220 is installed on both the first installation table 211 and the second installation table 212. However, the temperature adjustment device 220 may have only one side. In the case where the large substrate is installed on the installation table side, the temperature adjustment device 220 having a heating mechanism is provided. In the case where the large temperature substrate is provided on the installation table side, a temperature adjustment device 220 having a cooling mechanism is provided. Just do it.

なお、上述のように、半導体基板100に対して加熱処理を行う場合、脆化領域106において元素集中による剥離が生じない温度(例えば、100℃以上400℃未満)を、半導体基板100に対して加える必要がある。この場合、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。なお、脆化領域106において元素集中による剥離が生じる温度は、半導体基板100の材質やイオン照射処理104の条件などにより変化するため、上記温度条件はあくまで一例に過ぎず、開示する発明の一態様がこれに限定して解釈されるものではない。しかし、熱膨張係数の小さい基板(接合基板110)よりも熱膨張係数の大きい基板(半導体基板100)の基板温度を50℃以上高くする、より好ましくは100℃以上高くする、更に好ましくは200℃以上高くすることが望ましい。 Note that as described above, when heat treatment is performed on the semiconductor substrate 100, a temperature at which separation due to element concentration does not occur in the embrittled region 106 (for example, 100 ° C. or more and less than 400 ° C.) is applied to the semiconductor substrate 100. Need to add. In this case, 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. Note that the temperature at which separation due to element concentration in the embrittlement region 106 varies depending on the material of the semiconductor substrate 100, the conditions of the ion irradiation treatment 104, and the like, and thus the above temperature condition is merely an example, and one embodiment of the disclosed invention However, this is not to be interpreted as limiting. However, the substrate temperature of the substrate (semiconductor substrate 100) having a larger thermal expansion coefficient than that of the substrate having a small thermal expansion coefficient (bonding substrate 110) is increased by 50 ° C. or more, more preferably by 100 ° C. or more, and further preferably by 200 ° C. It is desirable to make it higher.

次に、軸232を介して駆動装置230の駆動力を第1の設置台211に伝えて第1の設置台211を移動させ、半導体基板100と接合基板110を貼り合わせる(図3(B)参照。)。半導体基板100の一部が接合基板110に接触することにより、半導体基板100と接合基板110はファンデルワールス力や水素結合などにより、貼り合わせが自発的に進行する。 Next, the driving force of the driving device 230 is transmitted to the first installation base 211 via the shaft 232 to move the first installation base 211, and the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 are bonded together (FIG. 3B). reference.). When a part of the semiconductor substrate 100 comes into contact with the bonding substrate 110, the bonding of the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 proceeds spontaneously by van der Waals force, hydrogen bonding, or the like.

本実施の形態に記載する貼り合わせ装置は、第1の設置台211が各々別の駆動装置により移動する構造であるが、複数の第1の設置台211が1つの駆動装置により移動する構造や、1つの駆動装置で全ての第1の設置台211が移動する構造としてもよい。当該構造とすることで、駆動装置230の台数を少なくすることができるため、貼り合わせ装置の製造コストを低減することができる。また、本実施の形態に記載する貼り合わせ装置は、第1の設置台211がZ軸方向に動作する構造であるが、第2の設置台212に駆動装置230を設け、第2の設置台212が移動する構造としてもよい。また、第1の設置台211および第2の設置第212の両方が移動する構造としてもよい。加えて、第1の設置台211および第2の設置台212の一方または両方は、貼り合わせ位置を調整のために前後方向や左右方向(X軸方向やY軸方向とも言える。)に動作する機構を備えていてもよい。 The bonding apparatus described in this embodiment has a structure in which each of the first installation bases 211 is moved by a separate driving device. However, a structure in which a plurality of first installation bases 211 are moved by one driving apparatus, A structure may be adopted in which all the first installation bases 211 are moved by one drive device. With this structure, the number of driving devices 230 can be reduced, so that the manufacturing cost of the bonding device can be reduced. Further, the bonding apparatus described in this embodiment has a structure in which the first installation base 211 operates in the Z-axis direction, but the second installation base 212 is provided with a driving device 230 to provide a second installation base. It is good also as a structure where 212 moves. Moreover, it is good also as a structure where both the 1st installation stand 211 and the 2nd installation 2nd 212 move. In addition, one or both of the first installation table 211 and the second installation table 212 operate in the front-rear direction and the left-right direction (also referred to as the X-axis direction and the Y-axis direction) in order to adjust the bonding position. A mechanism may be provided.

なお、上述のように2つ以上の第1の設置台211を1つの駆動装置230により移動する構造の場合、第1の設置台211上に設置する半導体基板100の厚さが異なっていると、特定の半導体基板100に力(駆動装置230の駆動力)が集中してしまい、特定の半導体基板が破壊する可能性がある。このため、2つ以上の第1の設置台211を1つの駆動装置230により移動させる場合は、図4に示すように、軸232の一部に可動部236を設けることが好ましい。可動部236としては、例えば、図4(A)に示すように油圧シリンダーや空気圧シリンダーなどの各種シリンダーを用いることができる。また、図4(B)のように、軸232の一部にウレタン、スポンジ、ゴム(天然ゴム、合成ゴムなど)またはバネなどの弾性体を挟んで用いることもできる。 In the case of a structure in which two or more first installation bases 211 are moved by one driving device 230 as described above, the thickness of the semiconductor substrate 100 installed on the first installation base 211 is different. The force (driving force of the driving device 230) concentrates on the specific semiconductor substrate 100, and the specific semiconductor substrate may be destroyed. For this reason, when two or more first installation bases 211 are moved by one drive device 230, it is preferable to provide a movable portion 236 on a part of the shaft 232 as shown in FIG. As the movable portion 236, for example, various cylinders such as a hydraulic cylinder and a pneumatic cylinder can be used as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 4B, an elastic body such as urethane, sponge, rubber (natural rubber, synthetic rubber, etc.) or a spring may be sandwiched between a part of the shaft 232.

上述の貼り合わせ装置を用いて半導体基板100と接合基板110を貼り合わせることにより、半導体基板100の温度と接合基板110の温度を異なる状態、具体的には、熱膨張係数の小さい基板の温度よりも熱膨張係数の大きい基板の温度を高くした状態で貼り合わせることができるため、後の工程で行う分離加熱処理時において、半導体基板100の温度上昇量よりも接合基板110の温度上昇量の方が大きくなるため、半導体基板100の膨張量と接合基板110の膨張量の差を近づけることができる。したがって、半導体基板100と接合基板110の熱膨張係数の差異に起因した基板の剥がれや破壊を抑制することができる。 By bonding the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 using the bonding apparatus described above, the temperature of the semiconductor substrate 100 and the temperature of the bonding substrate 110 are different, specifically, the temperature of the substrate having a small thermal expansion coefficient. In addition, since the bonding can be performed in a state where the temperature of the substrate having a large thermal expansion coefficient is increased, the temperature increase amount of the bonding substrate 110 is higher than the temperature increase amount of the semiconductor substrate 100 in the separation heating process performed in a later process. Therefore, the difference between the expansion amount of the semiconductor substrate 100 and the expansion amount of the bonding substrate 110 can be made closer. Therefore, peeling or destruction of the substrate due to the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 can be suppressed.

なお、本実施の形態では、半導体基板100を接合基板110に対して平行な状態で貼り合わせているが、例えば図5(A)に示すように、半導体基板100を接合基板110に対して傾斜角を持たせた状態で貼り合わせてもより。ここで、上述の「半導体基板100を、接合基板110の設置角度に対して傾斜角を持たせた状態で貼り合わせる」とは、図5(B)に示すように、接合基板110のX軸およびY軸の、Z軸方向への傾きを0度と規定した場合において、半導体基板100のX軸が、Z軸方向に0度より大きく3度より小さい範囲、好ましくは0.01度以上2度以下の範囲で傾きを有している状態(図5(B)の左図に概念模式図を示す。)、または、半導体基板100のY軸が、Z軸方向に0度より大きく3度より小さい範囲、好ましくは0.01度以上2度以下の範囲で傾きを有している状態(図5(B)の右図に概念模式図を示す。)の少なくともいずれかを満たしていることが望ましい。このように貼り合わせることにより、半導体基板100と接合基板110の間に空気層(エアボイドなどとも言われる。)が混入することを抑制できる。 Note that in this embodiment mode, the semiconductor substrate 100 is bonded to the bonding substrate 110 in a parallel state, but the semiconductor substrate 100 is inclined with respect to the bonding substrate 110 as illustrated in FIG. 5A, for example. Even if pasted together with a corner. Here, “the semiconductor substrate 100 is bonded to the bonding substrate 110 with an inclination angle with respect to the installation angle of the bonding substrate 110” means that the X axis of the bonding substrate 110 is, as shown in FIG. When the inclination of the Y-axis in the Z-axis direction is defined as 0 degree, the X-axis of the semiconductor substrate 100 is in the range of more than 0 degree and less than 3 degrees in the Z-axis direction, preferably 0.01 degrees or more and 2 (The conceptual diagram is shown in the left diagram of FIG. 5B), or the Y axis of the semiconductor substrate 100 is larger than 0 degree and larger than 3 degrees in the Z axis direction. Satisfy at least one of the smaller ranges (preferably in the range of 0.01 degrees to 2 degrees) (the schematic diagram is shown in the right diagram of FIG. 5B). Is desirable. By bonding in this manner, an air layer (also referred to as an air void or the like) can be prevented from being mixed between the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110.

また、半導体基板100と接合基板110の貼り合わせに際し、半導体基板100と接合基板110の接触箇所を始点とする自発的な貼り合わせが始まった後は、第1の設置台の移動(つまり、第1の設置台211と第2の設置台212を近づける動作)を停止することが望ましい。これは、自発的な貼り合わせ開始後に第1の設置台211の移動を続けると、接合基板110に対して半導体基板100が強く押し当てられ、半導体基板100と接合基板110の自発的な貼り合わせが阻害されたり、半導体基板100と接合基板110の間に空気層(エアボイドなどとも言われる。)が混入するなどの恐れがあるためである。 In addition, when the bonding between the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 is started, after the spontaneous bonding starting from the contact point between the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 starts, the movement of the first installation base (that is, the first mounting table) It is desirable to stop the operation of bringing the first installation table 211 and the second installation table 212 closer. This is because the semiconductor substrate 100 is strongly pressed against the bonding substrate 110 when the movement of the first mounting base 211 is continued after the spontaneous bonding starts, and the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 are spontaneously bonded. This is because the air layer (also referred to as an air void) may be mixed between the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110.

なお、貼り合わせの前に、半導体基板100および接合基板110の少なくともいずれかに対して予めプラズマ処理を行うことが好ましい。これにより、半導体基板100と接合基板110の接合強度を増加させることができるため、熱膨張係数の際に起因した、半導体基板100と接合基板110の剥がれを抑制することができる。特に、半導体基板100または接合基板110のいずれかに一方または両方を加熱した状態で貼り合わせる場合、半導体基板100と接合基板110の接合強度が加熱により低下するため、予めプラズマ処理を行うことが好ましい。なお、プラズマ処理は、例えば、He、Ar、Kr、Xeなどの希ガス、酸素、酸化窒素、アンモニア、窒素、水素などのガスおよびこれらの混合ガスを用いて行うことができる。特に、酸素ガスやアルゴンガスなどを用いることが好ましい。 Note that plasma treatment is preferably performed in advance on at least one of the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 before bonding. Thereby, since the bonding strength between the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 can be increased, peeling of the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 due to the thermal expansion coefficient can be suppressed. In particular, when one or both of the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 are bonded in a heated state, the bonding strength between the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 is reduced by heating, and thus it is preferable to perform plasma treatment in advance. . Note that the plasma treatment can be performed using, for example, a rare gas such as He, Ar, Kr, or Xe, a gas such as oxygen, nitrogen oxide, ammonia, nitrogen, or hydrogen, or a mixed gas thereof. In particular, it is preferable to use oxygen gas, argon gas, or the like.

次に、半導体基板100が貼り合わされた接合基板110を第2の設置台212から外し、半導体基板100に対して分離加熱処理を行う。これにより、脆化領域106に元素集中が生じ、半導体基板100が容易に分離できる状態となる。なお、分離加熱処理は、半導体基板100として用いる材質や半導体基板100中に照射するイオン種などにより変化するため、実施者が実施条件を鑑みて適宜調整すればよい。例えば、半導体基板100としてシリコンウエハーを用いる場合は、一例として400℃以上600℃以下で加熱を行えばよい。 Next, the bonding substrate 110 to which the semiconductor substrate 100 is bonded is removed from the second installation table 212, and the semiconductor substrate 100 is subjected to separation heating treatment. Thereby, element concentration occurs in the embrittled region 106, and the semiconductor substrate 100 can be easily separated. Note that the separation heat treatment changes depending on the material used for the semiconductor substrate 100, the ion species irradiated into the semiconductor substrate 100, and the like, and therefore, the practitioner may adjust appropriately in consideration of the implementation conditions. For example, when a silicon wafer is used as the semiconductor substrate 100, heating may be performed at 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower as an example.

なお、半導体基板100と接合基板110の接合強度を増加させるため、貼り合わせ後から分離加熱処理を行うまでの間に、半導体基板100と接合基板110の接合強度を高めるため、半導体基板に対して加熱処理(当該加熱処理を、以下では「接合加熱処理」と記載することもある。)を行うことが好ましい。なお、接合加熱処理は100℃以上400℃未満、好ましくは100℃以上350℃以下の温度で行うことが望ましい。 Note that, in order to increase the bonding strength between the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110, the bonding strength between the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 is increased between the bonding and the separation heating treatment. It is preferable to perform heat treatment (this heat treatment may be referred to as “joining heat treatment” below). Note that the bonding heat treatment is desirably performed at a temperature of 100 ° C. or higher and lower than 400 ° C., preferably 100 ° C. or higher and 350 ° C. or lower.

接合加熱処理および分離加熱処理には、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。 For the bonding heat treatment and the separation 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.

このように、本実施の形態に記載のとおり、半導体基板100と接合基板110を貼り合わせる間に予め、熱膨張係数の小さい基板(接合基板110)よりも熱膨張係数の大きい基板(半導体基板100)の基板温度が高くした状態で両基板を貼り合わせ、その後、半導体基板100に対して分離加熱処理を行うことにより、接合基板110から半導体基板100を分離する前に両基板が剥がれてしまう、熱歪みにより基板が破壊する、といった現象を抑制できる。 Thus, as described in this embodiment, a substrate (semiconductor substrate 100) having a larger thermal expansion coefficient than a substrate having a smaller thermal expansion coefficient (bonding substrate 110) is bonded in advance while the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 are bonded to each other. The two substrates are bonded together in a state in which the substrate temperature is high, and then the semiconductor substrate 100 is separated and heated, whereby both substrates are peeled off before separating the semiconductor substrate 100 from the bonded substrate 110. It is possible to suppress the phenomenon that the substrate is broken due to thermal strain.

そして、接合基板110から半導体基板100を分離することにより、半導体基板100より分離された半導体膜108が、絶縁膜102を介して接合基板110上に転載される(図1(D)参照。)。 Then, by separating the semiconductor substrate 100 from the bonding substrate 110, the semiconductor film 108 separated from the semiconductor substrate 100 is transferred onto the bonding substrate 110 with the insulating film 102 interposed therebetween (see FIG. 1D). .

なお、半導体基板100から半導体膜108を分離した後に、半導体膜108が転載された接合基板110を、100℃以上接合基板110の歪点以下の温度で熱処理を行い、半導体膜108中に残存する水素の濃度を低減させてもよい。 Note that after the semiconductor film 108 is separated from the semiconductor substrate 100, the bonding substrate 110 on which the semiconductor film 108 is transferred is subjected to heat treatment at a temperature of 100 ° C. or more and below the strain point of the bonding substrate 110, and remains in the semiconductor film 108. The concentration of hydrogen may be reduced.

以上の工程により、半導体基板と、半導体基板とは異なる熱膨張係数を有する基板を用いてSOI基板を作製するにあたり、熱膨張係数の差異に起因した剥がれや破壊の抑制された高品位なSOI基板120を作製することができる(図1(E)参照。)。 Through the above steps, when manufacturing an SOI substrate using a semiconductor substrate and a substrate having a thermal expansion coefficient different from that of the semiconductor substrate, a high-quality SOI substrate in which peeling and destruction due to a difference in thermal expansion coefficient are suppressed. 120 can be manufactured (see FIG. 1E).

なお、図1では、接合基板110に対して半導体基板100を1枚貼り合わせ、加熱処理および分離をする説明を行ったが、図2などのように接合基板110に対して複数枚の半導体基板100を貼り合わせ、加熱処理および分離をしてSOI基板を作製してもよい。これにより、接合基板110上には絶縁膜102を介して複数の半導体膜108が形成され、1枚の接合基板110から、より多くの半導体装置を作製することができる、つまり、1枚の基板からの取り数が増加するため、半導体装置のコスト低減を図ることができる。 Note that in FIG. 1, the description has been given of bonding one semiconductor substrate 100 to the bonding substrate 110 and performing heat treatment and separation. However, a plurality of semiconductor substrates are bonded to the bonding substrate 110 as illustrated in FIG. 2 and the like. 100 may be attached, and heat treatment and separation may be performed to manufacture an SOI substrate. Thus, a plurality of semiconductor films 108 are formed over the bonding substrate 110 with the insulating film 102 interposed therebetween, and more semiconductor devices can be manufactured from one bonding substrate 110. That is, one substrate Therefore, the cost of the semiconductor device can be reduced.

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments.

(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1にて記載した方法とは異なる方法を用いて半導体基板100の膨張量と接合基板110の膨張量の差を近づけ、熱膨張係数の差異に起因した剥がれや破壊の抑制されたSOI基板の作製方法を説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, the difference between the expansion amount of the semiconductor substrate 100 and the expansion amount of the bonding substrate 110 is brought close by using a method different from the method described in Embodiment 1, and peeling due to the difference in thermal expansion coefficient is reduced. A method for manufacturing an SOI substrate in which destruction is suppressed will be described.

まず、実施の形態1にて説明した図1(A)および図1(B)、ならびに当該図面の説明に対応する実施の形態1の内容を参酌して、絶縁膜102および脆化領域106を備えた半導体基板100を作製する。そして、図3(A)に示すように、貼り合わせ装置の第1の設置台211に半導体基板100を設置し、第2の設置台212に接合基板110を設置する。なお、ここで用いる貼り合わせ装置は、実施の形態1にて説明した貼り合わせ装置と同じものを用いることができる。 First, with reference to FIGS. 1A and 1B described in Embodiment 1 and the contents of Embodiment 1 corresponding to the description of the drawings, the insulating film 102 and the embrittlement region 106 are formed. The provided semiconductor substrate 100 is manufactured. Then, as shown in FIG. 3A, the semiconductor substrate 100 is installed on the first installation table 211 of the bonding apparatus, and the bonding substrate 110 is installed on the second installation table 212. Note that as the bonding apparatus used here, the same bonding apparatus as that described in Embodiment Mode 1 can be used.

次に、第1の設置台211に設けられた温度調整装置220、および第2の設置台212に設けられた温度調整装置220を用いて、半導体基板100および接合基板110の温度が共に室温よりが高くなるように、両基板を加熱する。これにより、半導体基板100と接合基板110を貼り合わせた後の分離加熱処理時において、半導体基板100および接合基板110の温度上昇量は、両基板を室温から加熱する場合と比較して小さくなる。このため、分離加熱処理を行った際における、半導体基板の膨張量と接合基板の膨張量の差を近づけることができる。 Next, using the temperature adjustment device 220 provided on the first installation table 211 and the temperature adjustment device 220 provided on the second installation table 212, the temperature of both the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 is lower than room temperature. Both substrates are heated so as to be high. As a result, during the separation heating process after the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 are bonded together, the amount of temperature increase of the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 is smaller than when both substrates are heated from room temperature. For this reason, the difference between the expansion amount of the semiconductor substrate and the expansion amount of the bonding substrate when performing the separation heat treatment can be made closer.

上述の概念を分かり易くするため、簡単な数値を用いて上述内容説明する。 In order to make the above concept easy to understand, the above contents will be described using simple numerical values.

例えば、半導体基板100として、一辺の長さ(L)がXmmの正方形状、熱膨張率(α1)が2.5[×10−6/K]のシリコンウエハーを用い、接合基板110として、一辺の長さ(L)がXmmの正方形状、熱膨張率(α2)が1.0[×10−6/K]の合成石英基板を用いる。 For example, a silicon wafer having a square shape with a side length (L) of X mm and a thermal expansion coefficient (α1) of 2.5 [× 10 −6 / K] is used as the semiconductor substrate 100. A synthetic quartz substrate having a square shape with a length (L) of X mm and a thermal expansion coefficient (α2) of 1.0 [× 10 −6 / K] is used.

上述の半導体基板100および接合基板110を室温状態(ここでは20℃とする。)で貼り合わせ、両基板に対して400℃の加熱処理を行った場合、半導体基板100の加熱前後の温度差(ΔT1)および接合基板110の加熱前後の温度差(ΔT2)は共に380℃となる。 When the above-described semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 are bonded together at room temperature (here, 20 ° C.) and heat treatment is performed on both the substrates at 400 ° C., the temperature difference between before and after the semiconductor substrate 100 is heated ( Both ΔT1) and the temperature difference (ΔT2) before and after heating the bonding substrate 110 are 380 ° C.

なお、熱膨張係数に起因する物質の変位量ΔLは概ね、α×L×ΔTの式に従った変形量となる。 The displacement amount ΔL of the substance due to the thermal expansion coefficient is generally a deformation amount according to the formula α × L × ΔT.

したがって、半導体基板100の変位量(ΔL)は、およそ9.50×10−2[mm]となり、接合基板110の変位量(ΔL)は、およそ3.80×10−2[mm]となる。このため、熱膨張係数の差異に起因した半導体基板100と接合基板110の膨張量の差(ΔL−ΔL)は、およそ5.70×10−2[mm]程度となる。 Therefore, the displacement amount (ΔL 1 ) of the semiconductor substrate 100 is approximately 9.50 × 10 −2 [mm], and the displacement amount (ΔL 2 ) of the bonding substrate 110 is approximately 3.80 × 10 −2 [mm]. It becomes. For this reason, the difference in expansion amount (ΔL 1 −ΔL 2 ) between the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 due to the difference in thermal expansion coefficient is approximately 5.70 × 10 −2 [mm].

これに対し、半導体基板100および接合基板110を予め150℃に加熱した状態で貼り合わせ、両基板に対して400℃の加熱処理を行った場合、半導体基板100の加熱前後の温度差(ΔT)および接合基板110の加熱前後の温度差(ΔT)は共に250℃となる。 On the other hand, when the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 are bonded together in a state of being heated to 150 ° C. in advance, and a heat treatment at 400 ° C. is performed on both the substrates, the temperature difference (ΔT 1) before and after the semiconductor substrate 100 is heated. ) And the temperature difference (ΔT 2 ) before and after heating the bonding substrate 110 are both 250 ° C.

したがって、半導体基板100の変位量(ΔL)は、およそ6.25×10−2[mm]となり、接合基板110の変位量(ΔL)は、およそ2.50×10−2[mm]となる。このため、熱膨張係数の差異に起因した半導体基板100と接合基板110の膨張量の差(ΔL−ΔL)は、およそ3.75×10−2[mm]程度と、室温から加熱した場合の膨張量の差(ΔL−ΔL)の6割強の値となる。 Therefore, the displacement amount (ΔL 1 ) of the semiconductor substrate 100 is approximately 6.25 × 10 −2 [mm], and the displacement amount (ΔL 2 ) of the bonding substrate 110 is approximately 2.50 × 10 −2 [mm]. It becomes. Therefore, the difference in expansion amount (ΔL 1 −ΔL 2 ) between the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 due to the difference in thermal expansion coefficient is about 3.75 × 10 −2 [mm], which is heated from room temperature. In this case, the difference is a little over 60% of the difference in expansion amount (ΔL 1 −ΔL 2 ).

このように、半導体基板100および接合基板110を貼り合わせる前に、第1の設置台211に設けられた温度調整装置220、および第2の設置台212に設けられた温度調整装置220を用いて両基板の温度を予め室温よりが高くすることにより、分離加熱処理を行った際における、半導体基板100の膨張量と接合基板110の膨張量の差を近づけることができる。 Thus, before the semiconductor substrate 100 and the bonding substrate 110 are bonded together, the temperature adjustment device 220 provided on the first installation table 211 and the temperature adjustment device 220 provided on the second installation table 212 are used. By making the temperature of both the substrates higher than room temperature in advance, the difference between the expansion amount of the semiconductor substrate 100 and the expansion amount of the bonding substrate 110 when performing the separation heat treatment can be made closer.

以下の工程については、実施の形態1にて説明した図1(D)および図1(E)、ならびに当該図面の説明に対応する実施の形態1の内容を参酌することで、熱膨張係数の差異に起因した剥がれや破壊の抑制された高品位なSOI基板120を作製することができる。 For the following steps, the thermal expansion coefficient is determined by referring to FIGS. 1D and 1E described in Embodiment 1 and the contents of Embodiment 1 corresponding to the description of the drawings. A high-quality SOI substrate 120 in which peeling or breakage due to the difference is suppressed can be manufactured.

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments.

(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態1に記載の方法により作製したSOI基板を用いた半導体素子について記載する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, a semiconductor element using an SOI substrate manufactured by the method described in Embodiment 1 will be described.

図6に、実施の形態1の方法により作製したSOI基板120を用いた半導体素子の一例として、トランジスタ720の構造を示す。 FIG. 6 illustrates a structure of a transistor 720 as an example of a semiconductor element using the SOI substrate 120 manufactured by the method of Embodiment 1.

トランジスタ720は、基板700上に設けられた下地膜701と、下地膜701上に設けられた、ソース領域またはドレイン領域として機能する低抵抗領域702aおよび低抵抗領域702aに挟まれたチャネル形成領域702bを有する半導体層702と、低抵抗領域702aおよびチャネル形成領域702b上に設けられたゲート絶縁膜704と、ゲート絶縁膜704上に設けられゲート電極706と、ゲート絶縁膜704およびゲート電極706上に設けられた第1の絶縁膜708および第2の絶縁膜710と、ゲート絶縁膜704、第1の絶縁膜708および第2の絶縁膜710に形成された開口部を介して低抵抗領域702aと電気的に接続された、ソース配線またはドレイン配線として機能する配線層712を備えている。 The transistor 720 includes a base film 701 provided over the substrate 700, a low resistance region 702a functioning as a source region or a drain region provided on the base film 701, and a channel formation region 702b sandwiched between the low resistance regions 702a. A gate insulating film 704 provided over the low resistance region 702a and the channel formation region 702b, a gate electrode 706 provided over the gate insulating film 704, and over the gate insulating film 704 and the gate electrode 706. The first insulating film 708 and the second insulating film 710 provided, the gate insulating film 704, the low resistance region 702a through the opening formed in the first insulating film 708 and the second insulating film 710, A wiring layer 712 that functions as a source wiring or a drain wiring is provided.

SOI基板120を用いてトランジスタ720を作製する方法としては、まず、実施の形態1に記載の方法により作製したSOI基板120の半導体膜108を、フォトリソグラフィ法やエッチング法などの公知の技術を用いて島状に加工して、下地膜701上に半導体層702を形成する(図7(A)参照。)。なお、SOI基板120の接合基板110が本実施の形態の基板700に相当し、また、SOI基板120の絶縁膜102が本実施の形態の下地膜701に相当する。なお、下地膜701は、基板700から半導体層702にナトリウム等のトランジスタの特性に悪影響を及ぼす不純物の拡散を抑制する機能を有している。 As a method for manufacturing the transistor 720 using the SOI substrate 120, first, a known technique such as a photolithography method or an etching method is used for the semiconductor film 108 of the SOI substrate 120 manufactured by the method described in Embodiment 1. Then, a semiconductor layer 702 is formed over the base film 701 (see FIG. 7A). Note that the bonding substrate 110 of the SOI substrate 120 corresponds to the substrate 700 of this embodiment, and the insulating film 102 of the SOI substrate 120 corresponds to the base film 701 of this embodiment. Note that the base film 701 has a function of suppressing diffusion of impurities such as sodium that adversely affect the characteristics of the transistor, such as sodium, from the substrate 700 to the semiconductor layer 702.

次に、半導体層702に対して、n型の導電性を付与する不純物元素や、p型の導電性を付与する不純物元素を、イオン注入法などの公知の技術を用いて半導体層702に添加する。半導体層702がシリコンである場合、n型の導電性を付与する不純物元素としては、例えば、リン(P)やヒ素(As)などを用いることができる。また、p型の導電性を付与する不純物元素としては、例えば、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)などを用いることができる。 Next, an impurity element imparting n-type conductivity or an impurity element imparting p-type conductivity is added to the semiconductor layer 702 using a known technique such as an ion implantation method. To do. In the case where the semiconductor layer 702 is silicon, phosphorus (P), arsenic (As), or the like can be used as the impurity element imparting n-type conductivity, for example. As the impurity element imparting p-type conductivity, for example, boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), or the like can be used.

次に、半導体層702を覆うゲート絶縁膜704を、CVD法やスパッタリング法などの公知の技術を用いて形成する(図7(B)参照。)。ゲート絶縁膜704は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、ハフニウムシリケート(HfSixOy(x>0、y>0))、窒素が添加されたハフニウムシリケート(HfSixOy(x>0、y>0))、窒素が添加されたハフニウムアルミネート(HfAlxOy(x>0、y>0))等を含む単層構造または積層構造とすることが望ましい。なお、ゲート絶縁膜704の厚さは、例えば、1nm以上200nm以下、好ましくは10nm以上100nm以下とすればよく、例えばゲート絶縁膜704として、CVD法により酸化窒化シリコンと窒化酸化シリコンの積層膜を50nm厚さで形成して用いればよい。 Next, a gate insulating film 704 that covers the semiconductor layer 702 is formed using a known technique such as a CVD method or a sputtering method (see FIG. 7B). The gate insulating film 704 is doped with silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride, silicon nitride oxide, hafnium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, yttrium oxide, hafnium silicate (HfSixOy (x> 0, y> 0)), or nitrogen. A single-layer structure or a stacked structure including a hafnium silicate (HfSixOy (x> 0, y> 0)), a hafnium aluminate added with nitrogen (HfAlxOy (x> 0, y> 0)), or the like. desirable. Note that the thickness of the gate insulating film 704 may be, for example, not less than 1 nm and not more than 200 nm, preferably not less than 10 nm and not more than 100 nm. For example, as the gate insulating film 704, What is necessary is just to form and use by 50 nm thickness.

次に、ゲート絶縁膜704上に、スパッタリング法や蒸着法などの公知の技術を用いて導電層を形成した後に、フォトリソグラフィ法やエッチング法などの公知の技術を用いて導電層をパターン形成し、ゲート電極706を形成する(図7(C)参照。)。ゲート電極706に用いる導電層としては、アルミニウム、銅、チタン、タンタルおよびタングステン等の金属材料や、当該金属材料の窒化物を用い、単層または複層にて形成することができる。また、多結晶シリコンなどの半導体材料を用いて導電層を形成しても良い。なお、ゲート電極の厚さは、例えば、10nm以上1000nm以下、好ましくは50nm以上500nm以下とすればよく、例えばゲート電極706として、スパッタリング法によりタンタルと銅とチタンの積層膜を300nmの厚さで形成して用いればよい。 Next, a conductive layer is formed over the gate insulating film 704 using a known technique such as sputtering or vapor deposition, and then the conductive layer is patterned using a known technique such as photolithography or etching. A gate electrode 706 is formed (see FIG. 7C). The conductive layer used for the gate electrode 706 can be formed using a single layer or multiple layers using a metal material such as aluminum, copper, titanium, tantalum, or tungsten, or a nitride of the metal material. Alternatively, the conductive layer may be formed using a semiconductor material such as polycrystalline silicon. Note that the thickness of the gate electrode may be, for example, 10 nm to 1000 nm, preferably 50 nm to 500 nm. For example, as the gate electrode 706, a stacked film of tantalum, copper, and titanium is formed to a thickness of 300 nm by a sputtering method. It may be formed and used.

次に、ゲート電極706をマスクとして、イオン注入法などの公知の技術を用いて半導体層702に対して一導電型を付与する不純物元素を添加し、低抵抗領域702aおよびチャネル形成領域702bを形成する(図7(D)参照。)。例えば、n型トランジスタを形成するためには、リン(P)やヒ素(As)などの不純物元素を添加すればよく、p型トランジスタを形成するためには、硼素(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)などの不純物元素を添加すればよい。なお、不純物元素を添加した後には、活性化のための熱処理を行ってもよい。 Next, using the gate electrode 706 as a mask, an impurity element imparting one conductivity type is added to the semiconductor layer 702 using a known technique such as an ion implantation method, so that the low resistance region 702a and the channel formation region 702b are formed. (See FIG. 7D.) For example, an impurity element such as phosphorus (P) or arsenic (As) may be added to form an n-type transistor, and boron (B) or aluminum (Al) may be formed to form a p-type transistor. Or an impurity element such as gallium (Ga) may be added. Note that heat treatment for activation may be performed after the impurity element is added.

次に、スパッタリング法やCVD法やスピンコート法などの公知の技術を用いて、ゲート絶縁膜704およびゲート電極706を覆うように第1の絶縁膜708および第2の絶縁膜710を形成する(図8(A)参照。)。第1の絶縁膜708および第2の絶縁膜710としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム等の無機絶縁材料を含む材料を用いることができる。また、第1の絶縁膜708および第2の絶縁膜710として、ポリイミド、アクリル等の有機絶縁材料を用いることも可能である。なお、第1の絶縁膜708および第2の絶縁膜710の厚さは、例えば、100nm以上5000nm以下、好ましくは300nm以上3000nm以下とすればよく、例えば第1の絶縁膜708として、CVD法により酸化シリコン膜を300nmの厚さで形成した後に、第2の絶縁膜710として、スピンコート法によりポリイミド樹脂を1000nmの厚さで形成して用いればよい。 Next, a first insulating film 708 and a second insulating film 710 are formed so as to cover the gate insulating film 704 and the gate electrode 706 by using a known technique such as a sputtering method, a CVD method, or a spin coating method ( (See FIG. 8A.) As the first insulating film 708 and the second insulating film 710, a material containing an inorganic insulating material such as silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, or aluminum oxide can be used. Alternatively, an organic insulating material such as polyimide or acrylic can be used for the first insulating film 708 and the second insulating film 710. Note that the thickness of the first insulating film 708 and the second insulating film 710 may be, for example, 100 nm to 5000 nm, preferably 300 nm to 3000 nm. For example, the first insulating film 708 may be formed by a CVD method. After the silicon oxide film is formed with a thickness of 300 nm, a polyimide resin with a thickness of 1000 nm may be used as the second insulating film 710 by spin coating.

次に、ゲート絶縁膜704、第1の絶縁膜708および第2の絶縁膜710に、フォトリソグラフィ法やエッチング法などの公知の技術を用いて、低抵抗領域702aに到達する開口部を形成する。 Next, an opening reaching the low resistance region 702a is formed in the gate insulating film 704, the first insulating film 708, and the second insulating film 710 by using a known technique such as a photolithography method or an etching method. .

次に、当該開口部を覆う状態に、スパッタリング法や蒸着法などの公知の技術を用いて導電層を形成した後に、フォトリソグラフィ法やエッチング法などの公知の技術を用いて導電層をパターン形成して配線層712を形成する。配線層712を形成するための導電層としては、ゲート電極706と同様の方法および材料を用いることができる。なお、導電層の厚さは、例えば100nm以上1000nm以下、好ましくは200nm以上800nm以下とすればよく、例えば導電層として、スパッタリング法によりアルミニウムをチタンで挟んだ積層構造を500nmの厚さで形成して用いればよい。 Next, after forming a conductive layer using a known technique such as sputtering or vapor deposition so as to cover the opening, the conductive layer is patterned using a known technique such as photolithography or etching. Thus, the wiring layer 712 is formed. As a conductive layer for forming the wiring layer 712, a method and a material similar to those of the gate electrode 706 can be used. Note that the thickness of the conductive layer may be, for example, 100 nm or more and 1000 nm or less, preferably 200 nm or more and 800 nm or less. For example, as the conductive layer, a stacked structure in which aluminum is sandwiched between titanium by a sputtering method is formed with a thickness of 500 nm. Can be used.

以上の工程により、トランジスタ720を形成することができる(図8(B)参照。)。実施の形態1にて作製したSOI基板120を用いたトランジスタ720は、チャネル領域が形成される活性層(半導体層とも言う。)として単結晶構造の半導体膜を用いることができるため、移動度が高く、且つ安定した電気特性を有するトランジスタとすることができる。また、実施の形態1にて記載した貼り合わせ方法を用いることにより、単結晶半導体基板と、単結晶半導体とは異なる熱膨張係数を有する基板(例えば、ガラス基板などの安価で且つ大型化が可能な基板)を貼り合わせた、大型のSOI基板を作製することができるため、1枚の基板に対してより多くのトランジスタを形成することができる。 Through the above steps, the transistor 720 can be formed (see FIG. 8B). The transistor 720 using the SOI substrate 120 manufactured in Embodiment 1 can use a semiconductor film having a single crystal structure as an active layer (also referred to as a semiconductor layer) in which a channel region is formed; A transistor having high and stable electric characteristics can be obtained. In addition, by using the bonding method described in Embodiment Mode 1, a single crystal semiconductor substrate and a substrate having a thermal expansion coefficient different from that of the single crystal semiconductor (for example, a glass substrate or the like can be inexpensive and large) A large SOI substrate to which a large substrate is attached can be manufactured, so that more transistors can be formed over one substrate.

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments.

(実施の形態4)
本明細書等に開示する半導体装置は、さまざまな電子機器(遊技機も含む)に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置(テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。上記実施の形態で説明した液晶表示装置を具備する電子機器の例について説明する。
(Embodiment 4)
The semiconductor device disclosed in this specification and the like can be applied to a variety of electronic devices (including game machines). Examples of the electronic device include a television device (also referred to as a television or a television receiver), a monitor for a computer, a camera such as a digital camera or a digital video camera, a digital photo frame, a mobile phone (a mobile phone or a mobile phone). Large-sized game machines such as portable game machines, portable information terminals, sound reproduction apparatuses, and pachinko machines. Examples of electronic devices each including the liquid crystal display device described in the above embodiment will be described.

図9(A)は、携帯型のパーソナルコンピュータであり、筐体1011、筐体1012、第1の表示部1013a、第2の表示部1013bなどによって構成されている。筐体1011と筐体1012の内部には、様々な電子部品(例えば、CPU、MPU、記憶素子など。)が組み込まれている。また、第1の表示部1013aと第2の表示部1013bには、画像を表示するために必要な電子回路(例えば、駆動回路や選択回路など。)が搭載されている。これら電子部品や電子回路の中に、上述の実施の形態で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い携帯型の情報端末とすることができる。なお、先の実施の形態に示す半導体装置は、筐体1011、筐体1012の少なくとも一に設けられていればよい。 FIG. 9A illustrates a portable personal computer, which includes a housing 1011, a housing 1012, a first display portion 1013a, a second display portion 1013b, and the like. Various electronic components (eg, a CPU, an MPU, a memory element, and the like) are incorporated in the housing 1011 and the housing 1012. The first display portion 1013a and the second display portion 1013b are equipped with electronic circuits (for example, a drive circuit and a selection circuit) necessary for displaying an image. By applying the semiconductor device described in any of the above embodiments to these electronic components and electronic circuits, a highly reliable portable information terminal can be obtained. Note that the semiconductor device described in any of the above embodiments may be provided in at least one of the housing 1011 and the housing 1012.

なお、第1の表示部1013aおよび第2の表示部1013bの少なくとも一方は、タッチ入力機能を有するパネルとなっており、例えば図9(A)の左図のように、第1の表示部1013aに表示される選択ボタン1014により「タッチ入力」を行うか、「キーボード入力」を行うかを選択できる。選択ボタンは様々な大きさで表示できるため、幅広い世代の人が使いやすさを実感できる。ここで、例えば「タッチ入力」を選択した場合、図9(A)の右図のように第1の表示部1013aにはキーボード1015が表示される。これにより、従来の情報端末と同様に、キー入力による素早い文字入力などが可能となる。 Note that at least one of the first display portion 1013a and the second display portion 1013b is a panel having a touch input function. For example, as shown in the left diagram of FIG. 9A, the first display portion 1013a It is possible to select whether to perform “touch input” or “keyboard input” using a selection button 1014 displayed on the screen. Since the selection buttons can be displayed in various sizes, a wide range of people can feel ease of use. Here, for example, when “touch input” is selected, a keyboard 1015 is displayed on the first display portion 1013a as shown in the right diagram of FIG. As a result, as in the conventional information terminal, quick character input by key input and the like are possible.

また、図9(A)に示す携帯型の情報端末は、図9(A)の右図のように、筐体1011と筐体1012を分離することができる。これにより、筐体1011を壁に掛けて大人数で画面情報を共有しながら、筐体1012で画面情報をコントロールするといった操作が可能となり、非常に便利である。なお、当該装置を使用しない場合は、第1の表示部1013a及び第2の表示部1013bが向かい合うように、筐体1011および筐体1012を重ねた状態とすることが好ましい。これにより、外部より加わる衝撃などから第1の表示部1013a及び第2の表示部1013bを保護することができる。第1の表示部1013aもタッチ入力機能を有するパネルとし、持ち運びの際、さらなる軽量化を図ることができ、一方の手で筐体1012を持ち、他方の手で操作することができるため非常に便利である。 In addition, the portable information terminal illustrated in FIG. 9A can separate the housing 1011 and the housing 1012 as illustrated on the right in FIG. 9A. Accordingly, it is possible to perform operations such as controlling the screen information with the housing 1012 while sharing the screen information with a large number of people by hanging the housing 1011 on the wall, which is very convenient. Note that in the case where the device is not used, the housing 1011 and the housing 1012 are preferably overlapped so that the first display portion 1013a and the second display portion 1013b face each other. Accordingly, the first display portion 1013a and the second display portion 1013b can be protected from an impact applied from the outside. The first display portion 1013a is also a panel having a touch input function, and can be further reduced in weight when carried, and can be operated with the other hand while holding the housing 1012 with one hand. Convenient.

図9(A)は、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報を操作又は編集する機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、等を有することができる。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端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。 FIG. 9A illustrates a function for displaying various types of information (still images, moving images, text images, etc.), a function for displaying a calendar, date, time, or the like on the display unit, and operating or editing information displayed on the display unit. A function, a function of controlling processing by various software (programs), and the like can be provided. In addition, an external connection terminal (such as an earphone terminal or a USB terminal), a recording medium insertion portion, or the like may be provided on the rear surface or side surface of the housing.

また、図9(A)に示す携帯型の情報端末は、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 portable information terminal illustrated in FIG. 9A may have a structure in which information can be transmitted and received 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.

さらに、図9(A)に示す筐体1011や筐体1012にアンテナやマイク機能や無線機能を持たせ、携帯電話として用いてもよい。 Further, the housing 1011 or the housing 1012 illustrated in FIG. 9A may have an antenna, a microphone function, or a wireless function, and may be used as a mobile phone.

図9(B)は、電子書籍1020の一例を示している。例えば、電子書籍1020は、筐体1021および筐体1023の2つの筐体で構成されている。筐体1021および筐体1023は、軸部1022により一体とされており、該軸部1022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. 9B illustrates an example of an electronic book 1020. For example, the electronic book 1020 includes two housings, a housing 1021 and a housing 1023. The housing 1021 and the housing 1023 are integrated with a shaft portion 1022, and can be opened and closed with the shaft portion 1022 as an axis. With such a configuration, an operation like a paper book can be performed.

筐体1021には表示部1025が組み込まれ、筐体1023には表示部1027が組み込まれている。表示部1025および表示部1027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(図9(B)では表示部1025)に文章を表示し、左側の表示部(図9(B)では表示部1027)に画像を表示することができる。上述の実施の形態で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高い電子書籍1020とすることができる。 A display portion 1025 is incorporated in the housing 1021 and a display portion 1027 is incorporated in the housing 1023. The display unit 1025 and the display unit 1027 may be configured to display a continuous screen or may be configured to display different screens. By adopting a configuration in which different screens are displayed, for example, text is displayed on the right display unit (display unit 1025 in FIG. 9B) and an image is displayed on the left display unit (display unit 1027 in FIG. 9B). Can be displayed. By applying the semiconductor device described in any of the above embodiments, a highly reliable e-book reader 1020 can be provided.

また、図9(B)では、筐体1021に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体1021において、電源1026、操作キー1028、スピーカー1029などを備えている。操作キー1028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1020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. 9B illustrates an example in which the housing 1021 is provided with an operation portion and the like. For example, the housing 1021 is provided with a power source 1026, operation keys 1028, a speaker 1029, and the like. Pages can be sent with the operation keys 1028. 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 or a USB terminal), a recording medium insertion portion, or the like may be provided on the rear surface or side surface of the housing. Further, the e-book reader 1020 may have a structure having a function as an electronic dictionary.

また、電子書籍1020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 1020 may be configured to transmit and receive 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.

図9(C)は、スマートフォンであり、筐体1030と、ボタン1031と、マイクロフォン1032と、タッチパネルを備えた表示部1033と、スピーカー1034と、カメラ用レンズ1035と、を具備し、携帯型電話機としての機能を有する。実施の形態1または2で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いスマートフォンとすることができる。 FIG. 9C illustrates a smartphone, which includes a housing 1030, a button 1031, a microphone 1032, a display portion 1033 including a touch panel, a speaker 1034, and a camera lens 1035, and is a mobile phone. As a function. By applying the semiconductor device described in Embodiment 1 or 2, the smartphone can have high reliability.

表示部1033は、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。また、表示部1033と同一面上にカメラ用レンズ1035を備えているため、テレビ電話が可能である。スピーカー1034及びマイクロフォン1032は音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再生などが可能である。 In the display portion 1033, the display direction can be appropriately changed depending on a usage pattern. In addition, since the camera lens 1035 is provided on the same surface as the display portion 1033, a videophone can be used. The speaker 1034 and the microphone 1032 can be used for videophone calls, recording and playing sound, and the like as well as voice calls.

また、外部接続端子1036はACアダプタ及びUSBケーブルなどの各種ケーブルと接続可能であり、充電及びパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部メモリスロット(図示せず)に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動に対応できる。 The external connection terminal 1036 can be connected to an AC adapter and various types of cables such as a USB cable, and charging and data communication with a personal computer are possible. Further, a recording medium can be inserted into an external memory slot (not shown), and a larger amount of data can be stored and moved.

また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能などを備えたものであってもよい。 In addition to the above functions, an infrared communication function, a television reception function, or the like may be provided.

図9(D)は、デジタルビデオカメラであり、本体1041、表示部1042、操作スイッチ1043、バッテリー1044などによって構成されている。上述の実施の形態で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いデジタルビデオカメラとすることができる。 FIG. 9D illustrates a digital video camera which includes a main body 1041, a display portion 1042, operation switches 1043, a battery 1044, and the like. By applying the semiconductor device described in any of the above embodiments, a highly reliable digital video camera can be obtained.

図9(E)は、テレビジョン装置1050の一例を示している。テレビジョン装置1050は、筐体1051に表示部1053が組み込まれている。表示部1053により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド1055により筐体1051を支持した構成を示している。上述の実施の形態で示した半導体装置を適用することにより、信頼性の高いテレビジョン装置1050とすることができる。 FIG. 9E illustrates an example of the television device 1050. In the television device 1050, a display portion 1053 is incorporated in a housing 1051. An image can be displayed on the display portion 1053. Here, a configuration in which the housing 1051 is supported by a stand 1055 is shown. By using the semiconductor device described in any of the above embodiments, a highly reliable television set 1050 can be provided.

テレビジョン装置1050の操作は、筐体1051が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機により行うことができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。 The television device 1050 can be operated with an operation switch provided in the housing 1051 or a separate remote controller. Further, the remote controller may be provided with a display unit that displays information output from the remote controller.

なお、テレビジョン装置1050は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または双方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。 Note that the television set 1050 is provided with a receiver, a modem, and the like. General TV broadcasts can be received by a receiver, and connected to a wired or wireless communication network via a modem, so that it can be unidirectional (sender to receiver) or bidirectional (sender and receiver). It is also possible to perform information communication between each other or between recipients).

以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。 The structures, methods, and the like described in this embodiment can be combined as appropriate with any of the structures, methods, and the like described in the other embodiments.

本実施例では、半導体基板100として単結晶シリコンウエハー(結晶方位:(100)、厚み:0.7mm、形状:一辺126.6mm略四角形、熱膨張係数:2.551[×10−6/K](20℃)〜4.335[×10−6/K](727℃))を、接合基板110として合成石英基板(厚み:1.1mm、一辺が126.6mmの略四角形、熱膨張係数:0.55[×10−6/K](20℃〜320℃))を用い、基板に対して温度調整処理を行わずに両基板を貼り合わせたサンプル(以下、サンプルAと略記する。)および温度調整処理を行って両基板を貼り合わせたサンプル(以下、サンプルBと略記する。)を作製し、両サンプルに対して加熱処理(分離加熱処理)を行った場合において、温度調整処理の有無により、どの程度の温度まで半導体基板と接合基板の剥がれ、半導体基板または接合基板の破壊などが発生することなく加熱することができるかについて調査を行った。 In this embodiment, a single crystal silicon wafer (crystal orientation: (100), thickness: 0.7 mm, shape: a side of 126.6 mm, substantially square, thermal expansion coefficient: 2.551 [× 10 −6 / K] as the semiconductor substrate 100. ] (20 ° C.) to 4.335 [× 10 −6 / K] (727 ° C.)) as a bonded substrate 110, a synthetic quartz substrate (thickness: 1.1 mm, a substantially rectangular shape with a side of 126.6 mm), thermal expansion coefficient : 0.55 [× 10 −6 / K] (20 ° C. to 320 ° C.)), a sample in which both substrates are bonded to each other without performing temperature adjustment treatment (hereinafter abbreviated as sample A). ) And a temperature adjustment process to prepare a sample (hereinafter abbreviated as sample B) in which the two substrates are bonded together, and both the samples are subjected to a heat treatment (separation heat treatment). Depending on whether or not Peeling of the semiconductor substrate and the bonding substrate to a temperature of the order of, or destruction of the semiconductor substrate or the bonded substrate was investigated whether it is possible to heat without generating.

<SOI基板の作製方法>
まず、単結晶シリコンウエハーに対し熱酸化処理を行うことにより、単結晶シリコンウエハーの表面に酸化シリコン膜を形成した。酸化シリコン膜は、HClを3%含有させた酸素雰囲気中において950℃の加熱処理を行うことにより、100nmの厚さで形成した。
<Method for Manufacturing SOI Substrate>
First, a silicon oxide film was formed on the surface of the single crystal silicon wafer by performing thermal oxidation treatment on the single crystal silicon wafer. The silicon oxide film was formed to a thickness of 100 nm by performing heat treatment at 950 ° C. in an oxygen atmosphere containing 3% HCl.

次に、酸化シリコン膜を介して単結晶シリコンウエハー中に加速された水素イオンを照射することにより、単結晶シリコンウエハー中に脆化領域を形成した。水素イオンの照射は、イオンドーピング装置を用いた。ソースガスとしては100%の水素ガスを用い、水素ガスを励起してプラズマを生成した。生成されたプラズマには3種類のイオン種(H、H およびH )が含まれている。3種のイオン種を分離せずに電界で加速し、単結晶シリコンウエハーに照射した。また、水素ガスの流量は50sccm、加速電圧は50kV、電流密度は6.35μA/cm、ドーズ量は2.9×1016ions/cmとした。 Next, an embrittled region was formed in the single crystal silicon wafer by irradiating accelerated hydrogen ions into the single crystal silicon wafer through the silicon oxide film. An ion doping apparatus was used for irradiation with hydrogen ions. 100% hydrogen gas was used as the source gas, and plasma was generated by exciting the hydrogen gas. The generated plasma includes three types of ion species (H + , H 2 + and H 3 + ). The three types of ion species were accelerated by an electric field without being separated, and irradiated to a single crystal silicon wafer. The flow rate of hydrogen gas was 50 sccm, the acceleration voltage was 50 kV, the current density was 6.35 μA / cm 2 , and the dose was 2.9 × 10 16 ions / cm 2 .

次に、シリコンウエハーに対して洗浄処理を行った。洗浄処理は、アルカリ薬液を用いて60secの洗浄を行い、その後IPA(Isopropyl Alcohol)を用いてシリコンウエハーを乾燥させた。 Next, a cleaning process was performed on the silicon wafer. In the cleaning process, cleaning was performed for 60 seconds using an alkaline chemical solution, and then the silicon wafer was dried using IPA (Isopropyl Alcohol).

次に、単結晶シリコンウエハーと合成石英基板を貼り合わせた。なお、当該貼り合わせは、両基板に対して温度調整を行わずに貼り合わせたもの(以下、サンプルAと呼称する。)、温度調整処理として、大気雰囲気下において単結晶シリコンウエハーを抵抗加熱装置の設置されたステージに設置して200℃に加熱し、合成石英基板は室温状態(約20℃)として両基板を貼り合わせたもの(以下、サンプルBと呼称する。)の2種類を作製した。 Next, the single crystal silicon wafer and the synthetic quartz substrate were bonded together. Note that the bonding is performed by bonding the two substrates without adjusting the temperature (hereinafter referred to as sample A), and as a temperature adjusting process, the single crystal silicon wafer is subjected to a resistance heating apparatus in an air atmosphere. The synthetic quartz substrate was set at room temperature (about 20 ° C.) and the two substrates were bonded together (hereinafter referred to as sample B). .

上述の工程により作製した、サンプルAおよびサンプルBを、加熱機構を備えたステージを有する反り量測定装置(ケーエルエー・テンコール株式会社、TencorFLX−2320)を用い、ステージ温度を室温から7℃/minステップで温度を上昇させながら、サンプルAおよびサンプルBの反り量の推移を測定した。なお、反り量測定装置へのサンプルの設置は、熱膨張係数の大きいシリコンウエハーが下に(つまり、加熱ステージに接した状態。)、熱膨張係数の小さい合成石英基板が上となる状態設置した。また、シリコンウエハーと合成石英基板の貼り合わせは、両基板の4隅が概ね一致する状態に貼り合わせた。 Sample A and Sample B produced by the above-described steps were subjected to a stage temperature from room temperature to 7 ° C./min using a warpage measuring device (KLA Tencor Corporation, Tencor FLX-2320) having a stage equipped with a heating mechanism. While changing the temperature, the transition of the amount of warpage of Sample A and Sample B was measured. The sample was placed in the warpage measurement device with the silicon wafer having a large thermal expansion coefficient down (that is, in contact with the heating stage) and the synthetic quartz substrate having a small thermal expansion coefficient facing up. . Further, the silicon wafer and the synthetic quartz substrate were bonded to each other so that the four corners of the both substrates were substantially aligned.

サンプルAおよびサンプルBの基板温度と反り量の関係を図10に示す。図10の横軸は基板加熱温度、縦軸は基板の反り量である。基板の反り量は、反り量測定装置のステージに対して、サンプルの形状が平行な状態である場合、その値は0[μm]となる。そして、サンプルがU字状態に変形した場合はマイナスの値となり、逆U字状態に変形した場合はプラスの値となる。なお、図10において、サンプルBはシリコンウエハーと合成石英基板を200℃で貼り合わせているため、基板温度が200℃程度で、反り量は概ね0[μm]となる。そして、基板温度がそれより低い温度範囲ではシリコンウエハーの収縮により、反り量はプラスの値となっている。 FIG. 10 shows the relationship between the substrate temperature and the amount of warpage of Sample A and Sample B. In FIG. 10, the horizontal axis represents the substrate heating temperature, and the vertical axis represents the amount of warpage of the substrate. The amount of warpage of the substrate is 0 [μm] when the shape of the sample is parallel to the stage of the warpage amount measuring device. When the sample is deformed into a U-shape, the value is negative, and when the sample is deformed into an inverted U-shape, the value is positive. In FIG. 10, since the silicon wafer and the synthetic quartz substrate are bonded to each other at 200 ° C. in the sample B, the substrate temperature is about 200 ° C., and the amount of warpage is approximately 0 [μm]. In the temperature range where the substrate temperature is lower than that, the warpage amount becomes a positive value due to the shrinkage of the silicon wafer.

サンプルAでは、基板温度が200℃程度まではサンプルの反り量は概ね直線的にマイナス方向(サンプルがU字状態に変形する方向)に大きくなっていくが、基板温度が200℃程度になると、シリコンウエハーの膨張量に対して合成石英基板の膨張量が追従することができなくなり、シリコンウエハーの膨張を合成石英基板が抑制しようとする力が強く働き始めるため、基板温度が増加しても基板の反り量はほぼ横ばい状態で推移する。そして、基板温度が350℃程度になると、サンプルの反り量が一気に0[μm]となる。これは、シリコンウエハーと合成石英基板の接合力よりも、シリコンウエハーと合成石英基板の膨張量の差により生じる力が大きくなったため、シリコンウエハーと合成石英基板が分離したものある。 In sample A, until the substrate temperature is about 200 ° C., the amount of warpage of the sample increases linearly in the negative direction (the direction in which the sample is deformed into a U-shape), but when the substrate temperature is about 200 ° C., The expansion amount of the synthetic quartz substrate cannot follow the expansion amount of the silicon wafer, and the force that the synthetic quartz substrate suppresses the expansion of the silicon wafer starts to work strongly. The amount of warpage in the market is almost flat. When the substrate temperature reaches about 350 ° C., the amount of warping of the sample becomes 0 [μm] at a stretch. This is because the force generated by the difference in expansion between the silicon wafer and the synthetic quartz substrate is larger than the bonding force between the silicon wafer and the synthetic quartz substrate, so that the silicon wafer and the synthetic quartz substrate are separated.

シリコンウエハーに照射した水素イオンを、脆化領域に元素集中させ、脆化領域において容易に分離できる状態とするためには、400℃程度の温度で加熱することが必要となる。しかしながら、上述のように温度調整処理を行わずにシリコンウエハーと合成石英基板を貼り合わせた場合、基板温度が350℃程度で両基板が分離してしまう。 Heating at a temperature of about 400 ° C. is necessary in order to concentrate the hydrogen ions irradiated to the silicon wafer in the embrittled region so that the silicon ion can be easily separated in the embrittled region. However, when the silicon wafer and the synthetic quartz substrate are bonded together without performing the temperature adjustment process as described above, the substrates are separated at a substrate temperature of about 350 ° C.

これに対しサンプルBでは、基板温度が300℃程度まではサンプルの反り量が概ね直線的にマイナス方向(サンプルがU字状態に変形する方向)に大きくなり、その後、460℃程度まではシリコンウエハーと合成石英基板が剥がれることなくサンプルを加熱することができる。このため、シリコンウエハーと合成石英基板が剥がれることなく分離加熱処理を行うことができる。 On the other hand, in sample B, the amount of warpage of the sample increases linearly in the negative direction (the direction in which the sample is deformed into a U-shape) until the substrate temperature is about 300 ° C., and then the silicon wafer is increased to about 460 ° C. The sample can be heated without peeling off the synthetic quartz substrate. For this reason, the separation heat treatment can be performed without peeling off the silicon wafer and the synthetic quartz substrate.

以上の結果より、半導体基板の熱膨張係数と接合基板の熱膨張係数の差が大きい場合においても、半導体基板と接合基板の貼り合わせを行う前に、両基板に対して温度調整処理を行うことにより、基板の剥がれや破壊などを抑制してSOI基板を作製することができる。 From the above results, even when the difference between the thermal expansion coefficient of the semiconductor substrate and the thermal expansion coefficient of the bonding substrate is large, the temperature adjustment processing is performed on both substrates before bonding the semiconductor substrate and the bonding substrate. Thus, an SOI substrate can be manufactured while suppressing peeling and destruction of the substrate.

100 半導体基板
102 絶縁膜
104 イオン照射処理
106 脆化領域
108 半導体膜
110 接合基板
120 SOI基板
211 第1の設置台
212 第2の設置台
220 温度調整装置
230 駆動装置
232 軸
234 基板固定機構
236 可動部
700 基板
701 下地膜
702 半導体層
702a 低抵抗領域
702b チャネル形成領域
704 ゲート絶縁膜
706 ゲート電極
708 第1の絶縁膜
710 第2の絶縁膜
712 配線層
720 トランジスタ
1011 筐体
1012 筐体
1013a 第1の表示部
1013b 第2の表示部
1014 選択ボタン
1015 キーボード
1020 電子書籍
1021 筐体
1022 軸部
1023 筐体
1025 表示部
1026 電源
1027 表示部
1028 操作キー
1029 スピーカー
1030 筐体
1031 ボタン
1032 マイクロフォン
1033 表示部
1034 スピーカー
1035 カメラ用レンズ
1036 外部接続端子
1041 本体
1042 表示部
1043 操作スイッチ
1044 バッテリー
1050 テレビジョン装置
1051 筐体
1053 表示部
1055 スタンド
100 Semiconductor substrate 102 Insulating film 104 Ion irradiation treatment 106 Embrittlement region 108 Semiconductor film 110 Bonding substrate 120 SOI substrate 211 First installation table 212 Second installation table 220 Temperature adjustment device 230 Drive device 232 Axis 234 Substrate fixing mechanism 236 Movable Part 700 Substrate 701 Base film 702 Semiconductor layer 702a Low resistance region 702b Channel formation region 704 Gate insulating film 706 Gate electrode 708 First insulating film 710 Second insulating film 712 Wiring layer 720 Transistor 1011 Housing 1012 Housing 1013a First Display unit 1013b Second display unit 1014 Select button 1015 Keyboard 1020 Electronic book 1021 Case 1022 Shaft unit 1023 Case 1025 Display unit 1026 Power supply 1027 Display unit 1028 Operation key 1029 Speaker 1030 Case 103 Button 1032 microphone 1033 display unit 1034 speaker 1035 camera lens 1036 external connection terminal 1041 body 1042 display unit 1043 operation switch 1044 battery 1050 television device 1051 housing 1053 display unit 1055 stand

Claims (15)

半導体基板の表面に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜を介して前記半導体基板の一面に対して加速されたイオンを照射することで前記半導体基板の内部に脆化領域を形成し、
前記半導体基板の一面に形成された前記絶縁膜に接合基板を貼り合わせる、貼り合わせ処理を行い、
前記半導体基板および前記接合基板を加熱し、
前記半導体基板から前記接合基板を分離することにより、前記絶縁膜を介して前記接合基板上に半導体膜を形成する工程を有し、
前記接合基板の熱膨張係数は、前記半導体基板の熱膨張係数より小さく、
前記貼り合わせに処理おいて、前記半導体基板の温度を前記接合基板の温度よりも高い状態として前記半導体基板と前記接合基板を貼り合わせることを特徴とする、SOI基板の作製方法。
Forming an insulating film on the surface of the semiconductor substrate;
Forming an embrittled region inside the semiconductor substrate by irradiating accelerated ions to one surface of the semiconductor substrate through the insulating film,
Bonding a bonding substrate to the insulating film formed on one surface of the semiconductor substrate, performing a bonding process,
Heating the semiconductor substrate and the bonding substrate;
Separating the bonding substrate from the semiconductor substrate to form a semiconductor film on the bonding substrate via the insulating film;
The thermal expansion coefficient of the bonding substrate is smaller than the thermal expansion coefficient of the semiconductor substrate,
In the bonding process, the semiconductor substrate and the bonding substrate are bonded to each other with the temperature of the semiconductor substrate being higher than the temperature of the bonding substrate.
前記貼り合わせ処理において、前記半導体基板に対して加熱処理を行うことで、前記半導体基板の温度を前記接合基板の温度よりも高い状態として前記半導体基板と前記接合基板を貼り合わせる、請求項1に記載のSOI基板の作製方法。 2. The bonding process according to claim 1, wherein in the bonding process, the semiconductor substrate and the bonding substrate are bonded together by performing a heat treatment on the semiconductor substrate so that the temperature of the semiconductor substrate is higher than the temperature of the bonding substrate. A manufacturing method of the described SOI substrate. 前記貼り合わせ処理において、前記接合基板に対して冷却処理を行うことで、前記半導体基板の温度を前記接合基板の温度よりも高い状態として前記半導体基板と前記接合基板を貼り合わせる、請求項1に記載のSOI基板の作製方法。 In the bonding process, the semiconductor substrate and the bonding substrate are bonded to each other by performing a cooling process on the bonding substrate so that the temperature of the semiconductor substrate is higher than the temperature of the bonding substrate. A manufacturing method of the described SOI substrate. 前記貼り合わせ処理において、前記半導体基板に対して加熱処理を行い、かつ、前記接合基板に対して冷却処理を行うことで、前記半導体基板の温度を前記接合基板の温度よりも高い状態として前記半導体基板と前記接合基板を貼り合わせる、請求項1に記載のSOI基板の作製方法。 In the bonding process, the semiconductor substrate is heated to a temperature, and the bonding substrate is cooled to make the temperature of the semiconductor substrate higher than the temperature of the bonding substrate. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 1, wherein the substrate and the bonding substrate are bonded together. 半導体基板の表面に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜を介して前記半導体基板の一面に対して加速されたイオンを照射することで前記半導体基板の内部に脆化領域を形成し、
前記半導体基板の一面に形成された前記絶縁膜に接合基板を貼り合わせる、貼り合わせ処理を行い、
前記半導体基板および前記接合基板を加熱し、
前記半導体基板から前記接合基板を分離することにより、前記接合基板上に前記絶縁膜を介して半導体膜を形成する工程を有し、
前記接合基板の熱膨張係数は、前記半導体基板の熱膨張係数より小さく、
前記貼り合わせにおいて、前記半導体基板および前記接合基板の両方に加熱処理を行い、前記半導体基板および前記接合基板の温度を室温より高い状態として前記半導体基板と前記接合基板を貼り合わせることを特徴とする、SOI基板の作製方法。
Forming an insulating film on the surface of the semiconductor substrate;
Forming an embrittled region inside the semiconductor substrate by irradiating accelerated ions to one surface of the semiconductor substrate through the insulating film,
Bonding a bonding substrate to the insulating film formed on one surface of the semiconductor substrate, performing a bonding process,
Heating the semiconductor substrate and the bonding substrate;
Separating the bonding substrate from the semiconductor substrate to form a semiconductor film on the bonding substrate via the insulating film;
The thermal expansion coefficient of the bonding substrate is smaller than the thermal expansion coefficient of the semiconductor substrate,
In the bonding, heat treatment is performed on both the semiconductor substrate and the bonding substrate, and the semiconductor substrate and the bonding substrate are bonded to each other with the temperature of the semiconductor substrate and the bonding substrate being higher than room temperature. And manufacturing method of SOI substrate.
前記脆化領域形成後から前記貼り合わせ処理までの間に、前記半導体基板上の前記絶縁膜に対してプラズマ処理を行う、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のSOI基板の作製方法。   6. The SOI substrate according to claim 1, wherein plasma processing is performed on the insulating film on the semiconductor substrate between the formation of the embrittlement region and the bonding process. Manufacturing method. 前記プラズマ処理を、Heガス、Arガス、Krガス、Xeガス、酸素ガス、酸化窒素ガス、アンモニアガス、窒素ガス、水素ガスまたはこれらの混合ガスのいずれか用いて行う、請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のSOI基板の作製方法。   The plasma treatment is performed using any one of He gas, Ar gas, Kr gas, Xe gas, oxygen gas, nitrogen oxide gas, ammonia gas, nitrogen gas, hydrogen gas, or a mixed gas thereof. 7. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 6. 前記脆化領域形成後から前記貼り合わせ処理までの間に、前記半導体基板上の前記絶縁膜に対してイオンビーム照射処理を行う、請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載のSOI基板の作製方法。 8. The SOI according to claim 1, wherein an ion beam irradiation process is performed on the insulating film on the semiconductor substrate between the formation of the embrittlement region and the bonding process. A method for manufacturing a substrate. 前記イオンビーム照射処理を、Heガス、Arガス、Krガス、Xeガス、酸素ガス、酸化窒素ガス、アンモニアガス、窒素ガス、水素ガスまたはこれらの混合ガスのいずれか用い、10eV以上200ev以下の加速電圧で照射する、請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載のSOI基板の作製方法。 The ion beam irradiation treatment is performed using He gas, Ar gas, Kr gas, Xe gas, oxygen gas, nitrogen oxide gas, ammonia gas, nitrogen gas, hydrogen gas, or a mixed gas thereof, and acceleration of 10 eV or more and 200 ev or less. The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 1, wherein irradiation is performed with a voltage. 前記接合基板は前記半導体基板より大きく、
前記接合基板に対して前記半導体基板を複数枚貼り合わせる、請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載のSOI基板の作製方法。
The bonded substrate is larger than the semiconductor substrate,
The method for manufacturing an SOI substrate according to claim 1, wherein a plurality of the semiconductor substrates are bonded to the bonding substrate.
半導体基板を設置する第1の設置台と、
接合基板を設置する第2の設置台と、
前記半導体基板と前記接合基板を貼り合わせるための駆動装置と、
前記第1の設置台を加熱する第1の温度調整装置を備えることを特徴とする、貼り合わせ装置。
A first installation base for installing a semiconductor substrate;
A second installation base for installing the bonding substrate;
A driving device for bonding the semiconductor substrate and the bonding substrate;
A laminating apparatus comprising a first temperature adjusting device for heating the first installation table.
半導体基板を設置する第1の設置台と、
接合基板を設置する第2の設置台と、
前記半導体基板と前記接合基板を貼り合わせるための駆動装置と、
前記第2の設置台を冷却する第2の温度調整装置を備えることを特徴とする、貼り合わせ装置。
A first installation base for installing a semiconductor substrate;
A second installation base for installing the bonding substrate;
A driving device for bonding the semiconductor substrate and the bonding substrate;
A laminating apparatus comprising a second temperature adjusting device for cooling the second installation table.
半導体基板を設置する第1の設置台と、
接合基板を設置する第2の設置台と、
前記半導体基板と前記接合基板を貼り合わせるための駆動装置と、
前記第1の設置台を加熱する第1の温度調整装置と、
前記第2の設置台を冷却する第2の温度調整装置を備えることを特徴とする、貼り合わせ装置。
A first installation base for installing a semiconductor substrate;
A second installation base for installing the bonding substrate;
A driving device for bonding the semiconductor substrate and the bonding substrate;
A first temperature adjusting device for heating the first installation table;
A laminating apparatus comprising a second temperature adjusting device for cooling the second installation table.
前記第2の設置台の前記接合基板を設置する面が、前記第1の設置台の前記半導体基板を設置する面より広く、
前記第1の設置台を複数台備える、請求項11乃至請求項13のいずれか一項に記載の貼り合わせ装置。
The surface of the second installation table on which the bonding substrate is installed is wider than the surface of the first installation table on which the semiconductor substrate is installed,
The bonding apparatus according to any one of claims 11 to 13, comprising a plurality of the first installation tables.
前記第1の設置台は、前記第2の設置台に対して傾きを有し、
前記傾きは、前記第2の設置台に前記接合基板を設置し、前記第1の設置台に前記半導体基板を設置した際において、前記半導体基板に対向する前記接合基板の一面と、前記接合基板に対向する前記半導体基板の一面との角度差が0度超3度未満であり、
前記第1の設置台の前記半導体基板を設置する面が、前記半導体基板より小さい、請求項11乃至請求項14のいずれか一項に記載の貼り合わせ装置。
The first installation table has an inclination with respect to the second installation table;
The inclination includes the one surface of the bonding substrate facing the semiconductor substrate when the bonding substrate is installed on the second installation table and the semiconductor substrate is installed on the first installation table, and the bonding substrate. The angle difference with one surface of the semiconductor substrate facing the substrate is more than 0 degree and less than 3 degrees,
The bonding apparatus according to any one of claims 11 to 14, wherein a surface of the first installation base on which the semiconductor substrate is installed is smaller than the semiconductor substrate.
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