JP2014078541A - Semiconductor thin film manufacturing method - Google Patents
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Abstract
【課題】より少ない水素イオン注入量で半導体薄膜フィルムを厚い基板から剥離することを可能にする。
【解決手段】シリコンを含有するシリコン系結晶基板に第1のイオン種として水素イオンを注入する工程と、第2のイオン種を当該シリコン系結晶基板に注入する工程と、前記シリコン系結晶基板を加熱して前記注入層を加熱する工程と、前記シリコン系結晶基板の前記注入層から上側を剥離させてシリコン系結晶薄板を得る剥離工程と、を備える。ここで、第1のイオン種である水素イオンは、シリコン系結晶基板に均一に注入され、第2のイオン種は、周期的な直線状のパターンで注入され、第2のイオン種の注入領域は、互いにオーバーラップしない。
【選択図】図1A semiconductor thin film can be peeled from a thick substrate with a smaller amount of hydrogen ion implantation.
A step of implanting hydrogen ions as a first ion species into a silicon-based crystal substrate containing silicon, a step of implanting a second ion species into the silicon-based crystal substrate, and the silicon-based crystal substrate include: Heating and heating the implantation layer; and a peeling step of peeling the upper side of the silicon-based crystal substrate from the implantation layer to obtain a silicon-based crystal thin plate. Here, the hydrogen ions as the first ion species are uniformly implanted into the silicon crystal substrate, the second ion species are implanted in a periodic linear pattern, and the second ion species implantation region. Do not overlap each other.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、例えばパワー半導体デバイス、太陽電池、液晶ディスプレイなどの基板として用いられるシリコンを含有するシリコン系結晶薄板の製造方法に関するものであり、特にシリコン系結晶薄膜がシリコンカーバイドであるものに関する。 The present invention relates to a method for producing a silicon-based crystal thin plate containing silicon used as a substrate for power semiconductor devices, solar cells, liquid crystal displays, etc., and particularly relates to a method in which the silicon-based crystal thin film is silicon carbide.
図4は、水素イオン9を注入することによって、厚さ数mmの厚いシリコン基板4から薄膜を剥離させる従来の技術の説明図であり、図4では基板4の断面図を表している。図4(A)では、シリコン系基板4の表面に均一に注入面1から水素イオン9を注入する。注入層11は水素イオンが注入された位置である。イオン注入量は、1×1017原子/cm2レベルである。基板4の表面からのイオン注入の深さは数μm以下程度である。図4(B)から(C)では、支持基板10を用意し、支持基板10をイオン注入側表面に押圧して接着する。接着のために1000℃程度に加熱する。12は結晶基板4と支持基板10との接合面である。
FIG. 4 is an explanatory view of a conventional technique for peeling a thin film from a
例えば、シリコン系基板をシリコン結晶基板4とすると、この加熱過程で、注入された水素原子は、Si−Si結合をSi−H結合へと変換し、結合を切断する効果を有する。さらに余剰の水素原子は水素分子(水素ガス)を生成する過程でシリコン結晶中には空孔が形成される。図4(D)は、厚いシリコン系結晶基板4から支持基板10を引っ張り力によって、イオン注入層を剥離面13として分離することを示す。このようにして、支持基板10上にシリコン系結晶薄層が形成された基板を形成することができる。
For example, when the silicon-based substrate is the
特許文献1には、半導体結晶基板に、イオン注入により、注入箇所に微小気泡の層を形成して、半導体材料フィルムを製造する方法が開示されている。
シリコン系結晶基板をシリコン単結晶とすると、基板を剥離するための水素イオン濃度は1×1021原子/cm3レベルである。つまり、シリコン原子の原子密度は5×1022原子/cm3であるから、ほぼ、シリコン原子の1割ほどの水素イオンを注入することが必要と考えられている。シリコン系基板にイオンを注入する場合、打ち込まれたイオンが分布する範囲は、平均の注入深さの増加にともなって拡大してしまうことが知られている。したがって、イオン注入によって5μm〜100μm程度の層を剥離するためには、より多くの水素イオンを注入することが必要となる。
本発明が解決しようとする課題は、より少ない水素イオン量で半導体薄膜フィルムを厚い基板から剥離することにある。
When the silicon-based crystal substrate is a silicon single crystal, the hydrogen ion concentration for peeling the substrate is at a level of 1 × 10 21 atoms / cm 3 . That is, since the atomic density of silicon atoms is 5 × 10 22 atoms / cm 3 , it is considered necessary to implant approximately 10% of hydrogen ions of silicon atoms. In the case of implanting ions into a silicon-based substrate, it is known that the range in which implanted ions are distributed increases as the average implantation depth increases. Therefore, in order to peel a layer of about 5 μm to 100 μm by ion implantation, it is necessary to implant more hydrogen ions.
The problem to be solved by the present invention is to peel a semiconductor thin film from a thick substrate with a smaller amount of hydrogen ions.
本発明によれば、上記した課題を解決するために、
シリコンを含有するシリコン系結晶基板に第1のイオン種として水素イオンを注入する工程と、第2のイオン種を当該シリコン系結晶基板に注入する工程と、前記シリコン系結晶基板を加熱して前記注入層を加熱する工程と、前記シリコン系結晶基板の前記注入層から上側を剥離させてシリコン系結晶薄板を得る剥離工程と、を備えることとする。
According to the present invention, in order to solve the above problems,
A step of implanting hydrogen ions as a first ion species into a silicon-based crystal substrate containing silicon; a step of implanting a second ion species into the silicon-based crystal substrate; and heating the silicon-based crystal substrate to A step of heating the injection layer and a peeling step of peeling the upper side from the injection layer of the silicon-based crystal substrate to obtain a silicon-based crystal thin plate are provided.
ここで、第1のイオン種である水素イオンは、シリコン系結晶基板に均一に注入され、第2のイオン種は、周期的な直線状のパターンで注入され、第2のイオン種の注入領域は、互いにオーバーラップしないこと、が好ましい。オーバーラップすると、イオン注入量が増えてしまう。 Here, the hydrogen ions as the first ion species are uniformly implanted into the silicon crystal substrate, the second ion species are implanted in a periodic linear pattern, and the second ion species implantation region. Are preferably non-overlapping with each other. If they overlap, the amount of ion implantation increases.
また、さらに第3のイオン種が注入され、第3のイオン種は、周期的な直線状のパターンで注入され、第3のイオン種の注入領域は、互いにオーバーラップせず、かつ、第2と第3のイオン種の注入走査方向は、互いに交差していること、が好適である。 Further, a third ion species is implanted, the third ion species is implanted in a periodic linear pattern, and the implantation regions of the third ion species do not overlap each other and It is preferable that the scanning directions of the third and third ion species intersect each other.
加えて、第1のイオン種、第2のイオン種、第3のイオン種の平均の注入深さは、それぞれシリコン系結晶基板の表面から5μm〜100μmである。注入深さが、5μm〜100μmが好ましい理由は、半導体薄膜フィルムとして使用される、パワーICから高耐圧パワーデバイス(耐圧13kV)に求められる基板厚さが、この範囲であるためである。第1のイオン種、第2のイオン種、第3のイオン種は、互いに1μm以下の深さの違いで注入されること、がさらに好ましい。 In addition, the average implantation depth of the first ion species, the second ion species, and the third ion species is 5 μm to 100 μm from the surface of the silicon-based crystal substrate, respectively. The reason why the implantation depth is preferably 5 μm to 100 μm is that the substrate thickness required for a high-withstand-voltage power device (withstand voltage 13 kV) used as a semiconductor thin film is within this range. More preferably, the first ion species, the second ion species, and the third ion species are implanted with a difference in depth of 1 μm or less.
さらにまた、第1のイオン種は水素イオンであり、第2のイオン種ならびに第3のイオン種は、水素、シリコン、炭素、窒素、または希ガス元素のいずれかの同種または異種であること、が適している。 Furthermore, the first ion species is a hydrogen ion, and the second ion species and the third ion species are the same or different from any one of hydrogen, silicon, carbon, nitrogen, or a rare gas element, Is suitable.
薄膜の作り方としては、少なくとも第1のイオン種と第2のイオン種とが注入されたシリコン系結晶基板に支持基板を接しさせて、熱処理によりシリコン系結晶基板と支持基板とを密着させ、支持基板とシリコン系結晶基板のイオン種が注入された領域よりも表面側とを、シリコン系結晶基板から引き剥がし、半導体薄膜フィルムとすることが好適である。 As a method of forming a thin film, a support substrate is brought into contact with a silicon crystal substrate into which at least a first ion species and a second ion species are implanted, and the silicon crystal substrate and the support substrate are brought into close contact with each other by heat treatment. It is preferable to peel the substrate and the surface side of the silicon-based crystal substrate from the region into which the ion species are implanted from the silicon-based crystal substrate to form a semiconductor thin film.
注入するイオン種としては、シリコンの結晶にシリコンを注入すれば、注入箇所が膨張する。またシリコンカーバイドの結晶に炭素を注入すれば、注入箇所が膨張する。窒素はシリコンカーバイドの結合を切り、同じく体積膨張する。酸素もシリコンカーバイドの結合を切り、体積膨張する。希ガスは注入箇所にダメージを与え、剥離し易くする。希ガスとしては、原子番号が大きいほど与えるダメージが大きいので好ましい。
そして上記のような発明によって、厚いシリコン基板(またはシリコンカーバイド基板)から薄膜が剥離する過程は、次のようにして起こると考えている。
As the ion species to be implanted, if silicon is implanted into a silicon crystal, the implantation site expands. Further, when carbon is injected into the silicon carbide crystal, the injection site expands. Nitrogen breaks the bond of silicon carbide and also expands in volume. Oxygen also breaks silicon carbide bonds and expands in volume. The rare gas damages the injection site and makes it easy to peel off. As the rare gas, the larger the atomic number, the greater the damage given, which is preferable.
According to the invention as described above, the process of peeling the thin film from the thick silicon substrate (or silicon carbide substrate) is considered to occur as follows.
・ 注入された水素イオンは、シリコンと反応し、Si−Hの結合を持つ複合構造を形成する。Si−H結合の生成は、Si−Si結合を切断することになり、結晶の脆化を引き起こし、剥離し易くなる。 The implanted hydrogen ions react with silicon to form a composite structure having Si—H bonds. Generation of the Si—H bond breaks the Si—Si bond, causes embrittlement of the crystal, and becomes easy to peel off.
・ 注入された過剰な水素が水素ガスを発生させ、ガスの膨張により結晶内に応力を発生させるとともに、空孔を形成し、空孔の膨張力で剥離し易くなる。
このように、剥離は、水素イオンによるSi−Si結合が切断され結合の弱い微小な領域(脆化した領域)が形成される過程と、過剰な水素原子が水素ガスを形成し、熱によって移動、凝集しながら巨視的なサイズの空孔に成長する過程とにより構成されている。水素ガスが膨張する過程では、空孔の内圧が高まり、この応力によって脆化した層を境に剥離が発生すると考えている。
本発明は、水素イオン濃度の高い部分と低い部分を効果的にイオン注入層に配置することによって、より少ないイオン注入量で剥離を誘起させようとするものである。
-Excess hydrogen injected generates hydrogen gas, which generates stress in the crystal due to the expansion of the gas, and forms vacancies, which are easily separated by the expansion force of the vacancies.
In this way, peeling is a process in which Si-Si bonds by hydrogen ions are broken to form minute regions (embrittled regions) with weak bonds, and excessive hydrogen atoms form hydrogen gas and move by heat. The process of growing into macroscopic sized vacancies while agglomerating. In the process of hydrogen gas expansion, the internal pressure of the vacancies increases, and it is thought that separation occurs at the boundary of the layer embrittled by this stress.
The present invention intends to induce separation with a smaller ion implantation amount by effectively arranging a portion having a high hydrogen ion concentration and a portion having a low hydrogen ion concentration in an ion implantation layer.
本発明によれば、より少ないイオン注入量で、剥離のスループットを上げて、シリコン系結晶基板から半導体薄膜フィルムを、容易に製造することができる。 According to the present invention, it is possible to easily manufacture a semiconductor thin film from a silicon crystal substrate with a smaller ion implantation amount and an increased throughput of peeling.
本発明は、トータルのイオン注入量を少なくして、半導体薄膜フィルムを製造するものである。
そのために、水素をイオン注入して、
Si−Si+2H→2Si−H
の反応を生じせしめてシリコン結合を切り、フィルムを剥離させる。
The present invention is to manufacture a semiconductor thin film by reducing the total amount of ion implantation.
For that purpose, hydrogen is ion-implanted,
Si-Si + 2H → 2Si-H
Then, the silicon bond is cut and the film is peeled off.
また水素イオンの注入により、
2H→H2
の反応も生じせしめてイオン注入箇所を膨張させて、フィルムを剥離させる。
Also, by implanting hydrogen ions,
2H → H 2
This reaction is also caused to expand the ion implantation site and peel the film.
イオン注入のトータルの量を減少させるには、第2、第3のイオン種を注入して、第1(水素イオン)の注入量を減らして、トータルのイオン注入の量を減らすとともに、ある箇所だけイオン注入の量を大きくして、半導体薄膜フィルムの剥離のスループットを上げる。ある箇所だけ体積膨張させて、応力を基板に与えて剥離するわけである。 In order to reduce the total amount of ion implantation, the second and third ion species are implanted, the first (hydrogen ion) implantation amount is reduced, the total ion implantation amount is reduced, and a certain location Only increase the amount of ion implantation and increase the throughput of semiconductor thin film peeling. Only a certain part is expanded in volume, and stress is applied to the substrate to peel off.
イオン注入は、深さが深くなるほど、注入深さがずれてくる。本発明では、イオン注入の加速電圧(eV)を調節して、第1のイオン種、第2のイオン種、第3のイオン種の注入深さのずれが、1μm以下の範囲に収まるようにする。 As the depth of ion implantation increases, the implantation depth shifts. In the present invention, the ion implantation acceleration voltage (eV) is adjusted so that the deviation of the implantation depth of the first ion species, the second ion species, and the third ion species is within a range of 1 μm or less. To do.
半導体薄膜フィルムを、イオン注入箇所から剥離するために、支持基板を結晶基板に密着させる。支持基板を結晶基板に密着させる際には、静電圧力で1気圧から10気圧を発生させる。また半導体薄膜フィルムを引き剥がす力は、ほぼ剥離しているものを引き剥がすだけなので、マイナス0.1気圧〜マイナス1気圧程度である。
In order to peel the semiconductor thin film from the ion implantation site, the support substrate is brought into close contact with the crystal substrate. When the support substrate is brought into close contact with the crystal substrate, 1 to 10 atm is generated by electrostatic pressure. Moreover, the force to peel off the semiconductor thin film is only about minus 0.1 atm to
剥離反応を引き起こすための温度と時間の条件は、昇温は500℃/分で降温は−50℃/分程度となるように、900℃の炉に、室温から1分程度で入れ、900℃に炉内で保持る時間は15分程度の時間である。 The temperature and time conditions for causing the peeling reaction were as follows. The temperature was raised to 500 ° C./min and the temperature was lowered to about −50 ° C./min. In addition, the holding time in the furnace is about 15 minutes.
支持基板としては、結晶基板がシリコンカーバイドの場合、シリコンカーバイドの価格の安い物(例えばSiC焼結体)を用いる。このようにすれば、熱膨張係数も、基板のSiCと同じくらいになる。 As the support substrate, when the crystal substrate is silicon carbide, a silicon carbide with a low price (for example, SiC sintered body) is used. In this way, the thermal expansion coefficient is also the same as that of the SiC of the substrate.
結晶基板の表面、ならびに支持基板の表面は、密着性を高めるため、前記熱膨張係数に加え、清浄であることが必要である。また表面が酸化されていても良い。
図1は、本発明の第1の実施形態を表すものである。図1(A)は、従来技術の図4(A)のイオン注入の工程に対応する。
本実施形態では、第2のイオン種も水素イオンである。
The surface of the crystal substrate and the surface of the support substrate need to be clean in addition to the thermal expansion coefficient in order to improve adhesion. The surface may be oxidized.
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. FIG. 1A corresponds to the ion implantation step of FIG. 4A of the prior art.
In the present embodiment, the second ionic species is also a hydrogen ion.
まず、第1のイオン種として、水素イオンを注入層3の平均深さがR1(例えば15μm〜20μm)になるように注入面全体が均一になるように、注入量D1原子/cm2で照射する(図1(A))。その後、注入層3の平均深さがR1になるように、次に第2のイオン種も水素イオンとして、水素イオンを、図1(B)の走査路の位置に注入量D2原子/cm2で照射する。ここで、注入量D2はD1よりも高濃度である。図1(C)は、図1(B)の断面位置5における表面からの深さR1での水素濃度を表している。イオン注入量D1とD2の例としては、それぞれ、1×1016原子/cm2、1×1017原子/cm2である。図1(C)は、注入量D1とD2の幅が、それぞれW1、W2であることを表している。W1の幅は数μmであり、W2の幅は、W1の幅の4分の1〜5分の1程度である。高濃度のD2の走査路の幅W2を拡げるためには、走査路6に沿って複数回走査位置をスライドさせてイオン照射を実施することによっておこなう。ただし、走査位置はオーバーラップさせない。 First, as a first ion species, hydrogen ions are irradiated at an implantation amount D1 atoms / cm 2 so that the entire implantation surface is uniform so that the average depth of the implantation layer 3 is R1 (for example, 15 μm to 20 μm). (FIG. 1A). Thereafter, as the mean depth of the implanted layer 3 is R1, then as a second ionic species which hydrogen ions, hydrogen ions, 1 injection volume on the position of the scanning path (B) D2 atoms / cm 2 Irradiate with. Here, the injection amount D2 is higher in concentration than D1. FIG. 1C shows the hydrogen concentration at the depth R1 from the surface at the cross-sectional position 5 in FIG. Examples of the ion implantation amounts D1 and D2 are 1 × 10 16 atoms / cm 2 and 1 × 10 17 atoms / cm 2 , respectively. FIG. 1C shows that the widths of the injection amounts D1 and D2 are W1 and W2, respectively. The width of W1 is several μm, and the width of W2 is about one fourth to one fifth of the width of W1. In order to increase the width W2 of the high-density D2 scanning path, the scanning position is slid a plurality of times along the scanning path 6 to perform ion irradiation. However, the scanning positions are not overlapped.
図2は、本発明の第2の実施形態を表すものであり、図2(A)は図1(A)と同じく、従来技術の図4(A)のイオン注入の工程に対応する。
第1のイオン種として、水素イオンを注入層の平均深さがR1になるように注入面全体に均一に、注入量D1原子/cm2で照射し(図2(A))、その後、注入層の平均深さがR1になるように、今度は水素イオンと異なる第2のイオン種を、図2(B)の走査路の位置に注入量D2原子/cm2で照射する。ここで、注入量D2はD1よりも高濃度である。
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention, and FIG. 2 (A) corresponds to the ion implantation step of FIG. 4 (A) of the prior art as in FIG. 1 (A).
As a first ion species, hydrogen ions are uniformly irradiated over the entire implantation surface at an implantation amount of D1 atoms / cm 2 so that the average depth of the implantation layer is R1 (FIG. 2A), and then implantation is performed. This time, a second ion species different from hydrogen ions is irradiated to the position of the scanning path in FIG. 2B at an implantation amount of D2 atoms / cm 2 so that the average depth of the layer becomes R1. Here, the injection amount D2 is higher in concentration than D1.
図2(C)は、図2(B)の断面位置5における表面からの深さR1での水素注入量および第2のイオン種の注入量を表している。点線が水素注入量8を示し、実線が第2のイオン種の注入量7を示している。
この図のように、走査路の位置の第2のイオン種の濃度は水素イオンの注入量よりも高い。イオン注入量D1とD2の例としては、それぞれ、1×1016原子/cm2、1×1017原子/cm2である。図2(C)におけるW1、W2を調整するためには、図1(C)で説明したように、イオン照射の走査路6に沿って複数回走査位置をスライドさせて、イオン照射を実施することによっておこなう。
FIG. 2C shows the hydrogen implantation amount and the implantation amount of the second ion species at the depth R1 from the surface at the cross-sectional position 5 in FIG. The dotted line indicates the hydrogen implantation amount 8 and the solid line indicates the implantation amount 7 of the second ion species.
As shown in this figure, the concentration of the second ion species at the position of the scanning path is higher than the implantation amount of hydrogen ions. Examples of the ion implantation amounts D1 and D2 are 1 × 10 16 atoms / cm 2 and 1 × 10 17 atoms / cm 2 , respectively. In order to adjust W1 and W2 in FIG. 2C, the ion irradiation is performed by sliding the scanning position a plurality of times along the ion irradiation scanning path 6 as described in FIG. By doing.
図3は、本発明の第3の実施形態を表すものであり、上記第1、第2の実施形態と同じく、従来技術の図4(A)のイオン注入の工程に対応する。本実施形態では、第1のイオン種として、水素イオンを注入層の平均深さがR1になるように注入面全体に均一に、注入量D1原子/cm2で照射し(図1(A))、その後、注入層の平均深さがR1になるように、今度は水素イオンまたは水素イオンと異なる第2のイオン種を、図1(B)の走査路の位置に注入量D2原子/cm2で照射する。ここで、注入量D2はD1よりも高濃度である。図3(B)に示すように、走査路6は、縦と横の走査路から構成されており、互いに垂直な場合を表している。縦、横の走査路に沿って注入する第2のイオン種としては、縦横ともに、第1のイオン種と同じ水素イオン、あるいは第1のイオン種とは異なる第2のイオン種である。縦が水素、横が水素と異なる第2のイオン種であってもよい。また、結晶基板4に水素イオンを均一に注入し、縦に第2のイオン種、横に第3のイオン種を注入してもよい。この他、縦、横の走査路の相互の交差角は、90°から外れてもよい。また、縦横の2種類の走査路に加えて、必要に応じて第3の走査路を設けてイオン注入することもある。イオン注入量D1とD2の例としては、それぞれ、1×1016原子/cm2、1×1017原子/cm2である。図2(C)におけるW1、W2を調整するためには、図1(C)で説明したように、走査路6に沿って複数回走査位置をスライドさせてイオン照射を実施することによっておこなう。
FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention, and corresponds to the prior art ion implantation step of FIG. 4A, as in the first and second embodiments. In the present embodiment, as the first ion species, hydrogen ions are uniformly irradiated over the entire implantation surface at an implantation amount of D1 atoms / cm 2 so that the average depth of the implantation layer is R1 (FIG. 1A). Then, hydrogen ions or a second ion species different from hydrogen ions are implanted at the position of the scanning path in FIG. 1B so that the average depth of the implanted layer is R1. Irradiate with 2 . Here, the injection amount D2 is higher in concentration than D1. As shown in FIG. 3B, the scanning path 6 is composed of vertical and horizontal scanning paths, and represents a case where they are perpendicular to each other. The second ion species implanted along the vertical and horizontal scanning paths is the same hydrogen ion as the first ion species, or the second ion species different from the first ion species, both vertically and horizontally. The second ionic species may be different from hydrogen in the vertical direction and hydrogen in the horizontal direction. Alternatively, hydrogen ions may be uniformly implanted into the
上記第2のイオン種、第3のイオン種としては、Si、炭素(C)、酸素(O)、窒素(N)、希ガス(He、Ne、Ar、Xe、Rn)が挙げられる。注入の順序に関しては、水素を先にする場合も、第2のイオン種を先に注入する場合がある。上記実施形態においては、R1=15μm〜20μmである。 Examples of the second ion species and the third ion species include Si, carbon (C), oxygen (O), nitrogen (N), and rare gases (He, Ne, Ar, Xe, Rn). Regarding the order of implantation, the second ion species may be implanted first even when hydrogen is first. In the embodiment, R1 = 15 μm to 20 μm.
上記イオン注入を行った後、従来技術と同様に支持基板10を用意し、イオン注入した結晶基板4の表面に支持基板10を接合させた状態で高温の熱処理を実施する。熱処理温度は、シリコン系の基板の種類によって異なるが、シリコンの場合は、900℃〜1000℃、シリコンカーバイドの場合は、900℃〜1300℃が多く採用される。剥離条件に対しては、熱処理条件(最高温度、昇温および降温の条件など)は最適化がおこなわれる。熱処理によって、支持基板10がシリコン系結晶基板4に接合されると同時に、イオン注入層11が脆化し、空孔が形成される。最後にシリコン系結晶基板4と支持基板10に引っ張り力を加えることによって、イオン注入層11の部分から剥離が発生し、基板4と支持基板10とが分離される。
After the ion implantation, a support substrate 10 is prepared as in the prior art, and high-temperature heat treatment is performed in a state where the support substrate 10 is bonded to the surface of the ion-implanted
図5は、本発明の原理の説明図である。
図5は、シリコン系結晶基板4にイオン注入をおこなった試料の走査路に垂直な断面を示している。ここでは、シリコン系結晶基板4をシリコン単結晶基板として原理を説明する。
水素イオンを平均の深さR1=15μm〜20μmの位置に打ち込んだ後、熱処理をおこなうと注入層11は脆化し、この位置で剥離が発生する(Si−Si+2H→2Si−H)。過剰な水素は水素ガス(2H→H2)として凝集、膨張して空孔を形成する。この膨張(膨張の方向16を矢印で示す)によって空孔内の圧力が増加することにより、剥離が促進される。図1(C)で説明したとおり、本発明では、基板表面に均一にイオン注入量D1で注入した部分と、均一なイオン注入量に加え、走査路に沿って注入量D2を注入している。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the principle of the present invention.
FIG. 5 shows a cross section perpendicular to the scanning path of a sample ion-implanted into the silicon-based
When hydrogen ions are implanted at a position having an average depth R1 = 15 μm to 20 μm and then heat treatment is performed, the
図5の高濃度の注入層14は、走査方向に対して垂直な断面を表している。図1の発明のように走査路に高濃度の水素を注入した場合、過剰の水素がガス化することによって内圧を増加させ、空孔を形成するとともに、高濃度の注入層14に挟まれた低濃度の注入層15(水素による注入層の脆化は起こっているが、空孔は生成していない領域)を上下に引き剥がす力を与える。この結果、低濃度の領域でも剥離を誘起させる効果がある。 The high concentration injection layer 14 in FIG. 5 represents a cross section perpendicular to the scanning direction. When high concentration hydrogen is injected into the scanning path as in the invention of FIG. 1, excess hydrogen is gasified to increase the internal pressure and form vacancies, and is sandwiched between high concentration injection layers 14. The low concentration injection layer 15 (region where the embrittlement of the injection layer due to hydrogen has occurred but no vacancies are generated) is given a force to peel up and down. As a result, there is an effect of inducing peeling even in a low concentration region.
図2の実施形態では、走査路に沿った高濃度の注入領域には、水素と異なる第2のイオン種が注入される。この場合も、高濃度の注入領域で体積の膨張が生じ、低濃度の水素を注入した領域を上下に引き剥がす効果がある。 In the embodiment of FIG. 2, a second ion species different from hydrogen is implanted into the high concentration implantation region along the scanning path. Also in this case, volume expansion occurs in the high concentration injection region, and there is an effect that the region into which the low concentration hydrogen is injected is peeled up and down.
1:イオン注入面
2:イオン
3:イオン注入層
4:シリコン系結晶基板
5:断面位置
6:イオン照射の走査路
7:第2のイオン種の注入量
8:水素注入量
10:支持基板
11:イオン注入層
12:支持基板と結晶基板との接合面
13:剥離面
14:高濃度の注入層
15:低濃度の注入層
16:膨張の方向
1: Ion implantation surface 2: Ion 3: Ion implantation layer 4: Silicon-based crystal substrate 5: Cross-sectional position 6: Ion irradiation scanning path 7: Second ion species implantation amount 8: Hydrogen implantation amount 10: Support substrate 11 : Ion implantation layer 12: bonding surface 13 between support substrate and crystal substrate: peeling surface 14: high concentration implantation layer 15: low concentration implantation layer 16: direction of expansion
Claims (6)
A support substrate is brought into contact with a silicon crystal substrate into which at least a first ion species and a second ion species are implanted, and the silicon crystal substrate and the support substrate are brought into close contact with each other by heat treatment. 6. The method for producing a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the surface side of the region implanted with the ion species is peeled off from the silicon-based crystal substrate to form a semiconductor thin film. .
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