JPS59502047A - Semiconductor epitaxial phase and growth method with controlled defect concentration cross section for mixed epitaxial semiconductors on insulating mixed substrates - Google Patents

Semiconductor epitaxial phase and growth method with controlled defect concentration cross section for mixed epitaxial semiconductors on insulating mixed substrates

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JPS59502047A
JPS59502047A JP50347883A JP50347883A JPS59502047A JP S59502047 A JPS59502047 A JP S59502047A JP 50347883 A JP50347883 A JP 50347883A JP 50347883 A JP50347883 A JP 50347883A JP S59502047 A JPS59502047 A JP S59502047A
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バスデブ・プラハラド・ケイ
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ヒユ−ズ・エアクラフト・カンパニ−
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 絶縁性混合基板上の混合エピタキシャル半導体の為の半導体エピタキシ相と成長 法本発明は一般に、たとえばシリコン−オン−サファイヤ(SOS)等、あるい はその他のものでシリコン単結晶のエピタキシャル層を有し、サファイア基板で 使用するアルミニウムのように本来の基板の不純物が極めて低濃度で+m度の断 面の欠損を高度に制御した絶縁混合基板上の半導体の製造に関する。[Detailed description of the invention] Semiconductor epitaxial phase and growth for mixed epitaxial semiconductors on insulating mixed substrates The present invention generally relates to silicon-on-sapphire (SOS), etc. is another type with an epitaxial layer of silicon single crystal and a sapphire substrate. The impurities in the original substrate, such as the aluminum used, can be This paper relates to the production of semiconductors on insulating mixed substrates with highly controlled surface defects.

2、従来技術の説明 利用性に長所を有する。シリコンの様な単結晶の半導体層からなり絶縁基板上に 保持される混合基板のエピタキシャルの沈澱は良く知られている。2. Description of conventional technology It has the advantage of usability. It consists of a single crystal semiconductor layer such as silicon and is placed on an insulating substrate. Epitaxial precipitation of mixed substrates is well known.

このような利用性は実質的にはアクティブ領域と基板との間の浮遊容量を減少す ることに含まれ、それによって隣接した能動素子間に流れる漏れ電流を除去する 効果を得ることができる。Such utilization substantially reduces stray capacitance between the active area and the substrate. , thereby eliminating leakage currents flowing between adjacent active devices. effect can be obtained.

そして基板をサファイア(Al2O3>の様な堅固な高給R体である絶縁物質と して用いるという目的を果たすことができ、基板を流過させるべき内部素子の漏 れ電流の通る導電路を供給することかできる。Then, the substrate is made of an insulating material such as sapphire (Al2O3), which is a strong, high-density R material. It can serve the purpose of being used as a It is also possible to provide a conductive path through which the current flows.

現時点では、従来計画され、実際に実現した混合基板上の。At present, conventionally planned and actually realized on a mixed board.

理想的なシリコン−オン−絶縁体は、複数の重大な問題の為に失敗している。最 も簡単に言えば理想的な混合基板は、完全な単結晶で、欠陥が無く、能動素子の 製作に適応できる充分な厚みのシリコンの層であればよい。 このシリコンの層 は近隣に対して高い絶縁状態に保持された基板で、かつシリコン基板の境界の結 晶格子の非連続性が最少のものである。Ideal silicon-on-insulators have failed due to several significant problems. most Simply put, an ideal mixed substrate is a perfect single crystal, free of defects, and has no active elements. Any silicon layer may be used as long as it is thick enough to accommodate the manufacturing process. This silicon layer is a substrate that is kept in a highly insulated state from its neighbors, and that is Discontinuities in the crystal lattice are minimal.

以下、概要を述べると、特に濃度の断面の欠損を含む、極めて入相んだ混合基板 は簡単さに関しては優れ、理想的な混合基板である。To give an overview below, a mixed substrate with extremely mixed phases, including defects in the cross section of the concentration, in particular. is superior in terms of simplicity and is an ideal mixed board.

歴史的には、最初の重大な問題は、不純物を加えてシリコ。Historically, the first major problem was adding impurities to silico.

ン層にエピタキシャル層を堆積させて、理想的な混合基板の組立てを意図した段 階で発生した。An epitaxial layer is deposited on top of the main layer to form a step intended for the assembly of an ideal mixed substrate. It happened on the floor.

特に、Al2O3の基板を用いた場合、アルミニウムの不純物の濃度はシリコン のエピタキシャル層を通り抜ける事があった。本質的に、高濃度のアルミニウム の不純物を用いる結果シリコンのエピタキシャル層の不純物は添加物のタイプに 応じた効果を奏することになり、MO3FETs (Metal 0xide  3emiconductor FieldEffect Transistor )やMESFETS(Metal Sem1conductor FET)の様 なPチャンネルの能動素子のソースとドレイン領域の間に歓迎し難い漏洩電流を 生じることになる。この様な漏洩電流は上記のP−チャンネルの能動素子を常に オンあるいは導通状態にするために十分な大きさである。当初の基板のシリコン 層への不純物の混入量は高温度の工程の段階に於ける固有の結果に基づく。この 段階の代表的な効用はシリコン層に対するエピタキシャルの初期の堆積とその後 の自身に含まれる結晶のシリコン層の焼き戻しによる。このようにして主に、試 験と失敗とにより、本来の基板のシリコン層の不純物を実質的に増加することな く、処理温度が約910℃で最高の効用が認められた。In particular, when using an Al2O3 substrate, the concentration of aluminum impurities is Sometimes it passed through the epitaxial layer. Essentially, a high concentration of aluminum As a result of using impurities in the silicon epitaxial layer, the impurities are of the type of additives. MO3FETs (Metal Oxide) 3emiconductor Field Effect Transistor ) and MESFETS (Metal Sem1 conductor FET) unwelcome leakage current between the source and drain regions of a P-channel active device. will occur. Such leakage current always causes the above P-channel active element to Large enough to turn on or conductive. Original substrate silicon The amount of impurities incorporated into the layer is based on the inherent consequences of the high temperature process steps. this The typical utility of the steps is the initial deposition of the epitaxial layer on the silicon layer and the subsequent By tempering the crystalline silicon layer contained within itself. In this way, mainly Trials and failures have shown that the silicon layer of the original substrate is not substantially enriched with impurities. The highest efficacy was observed at a treatment temperature of approximately 910°C.

実際上、高温度の焼き戻しを阻む事か、第2の問題であることは即座に理解され よう。エピタキシャルの堆積によるシリコン層の単結晶の品質は、そこに能動素 子を組立てるためには不充分な品質である。近時、ソリッド・フェーズ・エピタ キシ(EPE)と称される手法が知られている。” A OI)lierj P hysics Letters、”Vol、34、No、1.1)p、76−7 8.Januaryl、1979、にはS、S、ラウ氏等による「イオン注入手 段によるエピタキシャルシリコン層の単結晶の品質の向上」が見られる。SEP プロセスはシリコン−オン−サファイアの混合基板のエピタキシャルシリコン層 の単結晶を向上させる為に低温度のサブプロセスを提供する。SEPプロセスは 、本来のエピタキシャル層の表面に実質的に単結晶の層を残して、シリコン/サ ファイアの境界付近に実質的に非晶質のシリコン層を形成する、イオンによるシ リコンやシリコン・エピタキシ層のイオン注入(代表値として250KeVから 600KeV)を含む。シリコン・エピタキシャル層の厚みは実質的にシリコン −オン−インシュレータ複合基板(代表値として4000人またはそれ以上)に なる。イオンの大部分はエピタキシャル層を介して注入されるので、横切ること なく、シリコン/サファイアの境界に続く非晶質の領域のサファイア層で、シリ コン結晶の格子の近くで分裂は最大になる。イオン注入の間サファイア基板は、 液体二トロゲン(約77.’、、 K >の低温度に保たれる。単一段階の低温 度(500℃乃至575°C)の複合基板の焼き戻しは非晶質のシリコン層をシ リコン単結晶へ変換する。この再生期間中、残った単結晶のシリコン層の表面部 分は核の種として有効に作用するのでシリコン・エピタキシャル層の再生部分は 、一般的な結晶学上の配置となり、実質的に結晶の欠損を生じる事もない。In practice, it was immediately understood that the second problem was preventing high-temperature tempering. Good morning. The single-crystal quality of the silicon layer due to epitaxial deposition is due to the fact that there are no active elements in it. The quality is insufficient for assembling the child. Recently, solid phase epitaph A method called EPE is known. ” A OI)lierj P hysics Letters,” Vol, 34, No. 1.1) p., 76-7 8. January 1979, “Ion Implantation Handbook” by S. S. Lau et al. An improvement in the single-crystal quality of the epitaxial silicon layer due to the steps is observed. SEP The process is an epitaxial silicon layer on a silicon-on-sapphire mixed substrate. Provides a low temperature sub-process to improve single crystals. The SEP process is , leaving a substantially single-crystalline layer on the surface of the original epitaxial layer. The ion-driven silicon layer forms a substantially amorphous silicon layer near the fire boundary. Ion implantation of silicon and silicon epitaxial layers (from 250 KeV as a typical value) 600KeV). The thickness of the silicon epitaxial layer is essentially silicon -On-insulator composite board (typically 4000 or more) Become. Since most of the ions are implanted through the epitaxial layer, The sapphire layer is in the amorphous region following the silicon/sapphire boundary. The splitting is greatest near the lattice of the con crystal. During ion implantation, the sapphire substrate is Liquid nitrogen (kept at a low temperature of about 77', K). Single stage low temperature Tempering of the composite substrate at a Convert to Recon single crystal. During this regeneration period, the surface of the remaining single crystal silicon layer The regenerated portion of the silicon epitaxial layer is , it has a general crystallographic arrangement and virtually no crystal defects occur.

SPEプロセスの期間中のシリコン−オン−インシュレイター複合基板を製作す るサブプロセスでは、シリコン・エピタキシャル層の、本来の絶縁物に不純物の 混入を容易に行なえる事がの結晶性の重要な改善となる。不純物の濃度は、SP Eプロセスを実行した結果であって、不運にもSPEプロセスによる複合基板上 の集積回路の製造を、十分に実用を妨げることになる。能動素子が正しく動作し ない不良品となる理由は、本質的に、上述のように複合基板の製造工程で高温度 のプロセス段階を用いることにある。Fabrication of silicon-on-insulator composite substrate during SPE process In this subprocess, impurities are added to the original insulator of the silicon epitaxial layer. The ease of mixing is an important improvement in crystallinity. The concentration of impurities is SP This is the result of executing the E process, and unfortunately, on a composite substrate by the SPE process. The production of integrated circuits would be sufficiently impeded to practical use. active elements are working properly. The reason for the defective products is essentially the high temperature in the composite board manufacturing process as mentioned above. process steps.

本発明の他の利点は以下の概要の記述を形態の部分を示す複数の参考と考えるこ とによって明白かつ容易に認識できる。Another advantage of the invention is that the following summary description may be considered a multiple reference to portions of the form. clearly and easily recognized by

第1図は絶縁基板およびその表面のシリコン層のエピタキシャル堆積を示す断面 図、 第2図はシリコン層に形成した非晶質の埋め込んだシリコン層を有する第1図に 示す複合基板の断面図、第3図はRpを中心とする非晶質層の除去した境界を理 想的なグラフで注入イオン濃度対シリコン層の表面からの深さで示し、ひとつの 境界は絶縁物の表面に隣接し、非晶質層は第2図のそれに対応する、 第4図は非晶質の埋め込みシリコンをシリコン層内に形成した第1図に示す複合 基板の断面図で、非晶質層は、結晶質シリコン境界層の残りの厚みに相当して絶 縁基板から離している、 第5図は第4図に示す非晶質層の除去した境界を示し、注入イオン濃度対シリコ ンエピタキシャル層の表面から直下の深さの理想的なグラフでイオンの注入され た表面であり、第6図は第2図に示す複合基板の自己封止、仮想的な自己焼き捩 し層か非晶質埋め込みシリコン層からシリコン絶縁基板境界へ増大して示す断面 図、 第7図は第2図に示す複合基板の初期焼き恢し/再成長の埋め込み非晶質シリコ ン層を用いた結晶シリコン表面層の再生長の種の発生を示す断面図、 浄書(内容、G、: 変。Z L) G ”表昭59−” O2” 7(4)第 8図は、完全な再生長埋め込みシリコン層を示す断面図、第9図は、絶縁基板に 隣接した再生長結晶シリコン層の残りを除去した結晶シリコン層の表面の棟を示 す第8図の複合基板の断面図、 第10図は再生長結晶シリコン層の第2のエピタキシャル堆積シリコン層を含む 完全な複合基板ン示す断面・図、第11図は絶縁基板に隣接した薄い部分的な焼 き捩しまたは残りの欠損したシリコン境界層乞島形の部分に製造したMESFE Tのような理想的な能動表示を示す断面図発明の開示 本発明は、高速半導体回路の製造に用いる為に渇望されている、複合基板の絶縁 部の表面の半導体の単結晶の層を提供することを含む。プロセスは半導体および 絶縁物について種々の広範な変化を、本質的に付加することができる。このよう なものは、米国特許No3,393,088 (α−酸化アルミニウム上のシリ コン)、米国特許No、3.414,434(スピネル絶縁物上のシリコン)、 米国特許No、3.475゜209(金縁石工のシリコン)、米国特許No、3 ,664.866(絶縁基板上のJib−■a半導体化合物)に示されている。Figure 1 is a cross section showing an insulating substrate and the epitaxial deposition of a silicon layer on its surface. figure, Figure 2 is similar to Figure 1 with an amorphous embedded silicon layer formed on the silicon layer. The cross-sectional view of the composite substrate shown in Figure 3 shows the removed boundary of the amorphous layer centered on Rp. A hypothetical graph showing the implanted ion concentration versus the depth from the surface of the silicon layer, showing one The boundary is adjacent to the surface of the insulator and the amorphous layer corresponds to that in FIG. Figure 4 shows the composite shown in Figure 1 in which amorphous embedded silicon is formed within a silicon layer. In the cross-section of the substrate, the amorphous layer has an absolute thickness corresponding to the remaining thickness of the crystalline silicon boundary layer. away from the edge board, Figure 5 shows the removed boundary of the amorphous layer shown in Figure 4, and shows the implanted ion concentration versus silicon An ideal graph of the depth just below the surface of the epitaxial layer shows how the ions are implanted. Figure 6 shows the self-sealing and virtual self-sintering surface of the composite substrate shown in Figure 2. A cross section showing an increase in thickness from an amorphous buried silicon layer to a silicon insulating substrate boundary. figure, Figure 7 shows the initial annealing/regrowth of embedded amorphous silicon on the composite substrate shown in Figure 2. A cross-sectional view showing the generation of seeds for regrowth of a crystalline silicon surface layer using a thin layer. Engraving (Contents, G,: Changed. Z L) G ”Omote 1984-” O2” 7(4) No. Figure 8 is a cross-sectional view showing a fully regenerated buried silicon layer, and Figure 9 is a cross-sectional view showing a fully regenerated buried silicon layer. The ridges on the surface of the crystalline silicon layer are shown after the remnants of the adjacent regrown crystalline silicon layer have been removed. A cross-sectional view of the composite substrate in Figure 8, FIG. 10 includes a second epitaxially deposited silicon layer of the regrown crystalline silicon layer. A cross-sectional diagram showing the complete composite substrate, Figure 11, shows a thin partial burnout adjacent to the insulating substrate. MESFE fabricated on the island-shaped part of the silicon boundary layer with torsion or remaining defects Cross-sectional view showing an ideal active display such as T Disclosure of the invention The present invention provides insulation for composite substrates, which is desired for use in the production of high-speed semiconductor circuits. providing a single crystal layer of semiconductor on the surface of the portion. The process is semiconductor and A wide variety of variations in insulation can be made in nature. like this U.S. Patent No. 3,393,088 (Silicon on α-aluminum oxide) Con), U.S. Patent No. 3,414,434 (Silicon on Spinel Insulator); U.S. Patent No. 3.475°209 (Gold Curb Silicone), U.S. Patent No. 3 , 664.866 (Jib-■a semiconductor compound on an insulating substrate).

以下の主張を明瞭にすることを目的とすれば、シリコンは、例えば半導体物質と して用い、(Al2O2)は例えば絶縁物として用いる。それゆえに以下に述べ る明細書の実施例は本発明で実施した多くの試みの代表例を示すに過ぎない。For the purpose of clarifying the following assertion, silicon is, for example, a semiconductor material. (Al2O2) is used as an insulator, for example. Therefore, the following The examples in this specification are merely representative of the many attempts made with the present invention.

第1図において、シリコン層12は、複合基板10.12のサファイア基板10 上のエピタキシャル層の堆積として示している。基板10を準備するためにエピ タキシャルを堆積させる技術は良く知られている。米国特許No、3,508, 962、米国特許No、 3 、546 、036そしてJ、Cど−ン等による ”Journal of Applied Physi C5,Vo l、50 .No、2.pp、881−885.February 1979.に°′非晶 質のシリコンのレーザーによるエピタキシの基板およびドーピング効果″が見ら れる。In FIG. 1, the silicon layer 12 is connected to the sapphire substrate 10 of the composite substrate 10.12. The epitaxial layer is shown as being deposited on top. To prepare the substrate 10, Techniques for depositing taxial layers are well known. U.S. Patent No. 3,508, 962, U.S. Patent No. 3, 546, 036 and J. C. Don et al. “Journal of Applied Physi C5, Vol. 50 .. No, 2. pp, 881-885. February 1979. to°′amorphous Laser epitaxy of quality silicon substrate and doping effects are observed. It will be done.

サファイア基板10は、10ないし13ミルの厚みで、表面の結晶軸の配列は( 1102)(六方晶系の鏡指数表記法)に対して1°以内が望ましい。このよう な特殊な、結晶の配列は、結晶軸の配列が(100)(正六方晶系の鏡指数表記 法)のシリコン層のエピタキシャルの成長の為に必要である。The sapphire substrate 10 has a thickness of 10 to 13 mils, and the crystal axes on the surface are arranged in ( 1102) (hexagonal system mirror index notation) is preferably within 1°. like this In the special crystal arrangement, the crystal axis arrangement is (100) (regular hexagonal system mirror index notation) This method is necessary for the epitaxial growth of silicon layers.

シリコン・エピタキシャル@12は、以下概要を述べる用に、表面の結晶軸の配 列(100)を有することが望ましい。第1のシリコン・エピタキシャル層12 はサファイア10の表面に堆積してなるもので、望ましくは化学的な蒸着(CV D)のステップによるものである。このCvDによるエピタキシャル層12の成 長は水酸化珪素(Sit−1+)の化学分解による適当な反応を白熱高温度計で 測定して、約910℃(誤差は含まれる)で行なう事が望ましい。シリコン・エ ピタキシャルの厚みは望ましくは1000乃至2500人の間なので、エピタキ シャルの成長率は、約0.3乃至2.4InrL/分、好ましくは2.4譚/分 である。最少のフィルムの厚みは、複合基板io、i2の製造を容易にするよう に、実質的に均一な表面を有するシリコンのフィルムを充分に連続的に供給圧・ 来なければならない。最良の最少の厚みである1 000人は、シリコン/サフ ァイア境界の欠陥の結果、初期の間、複合基板の製造に於ける影響は極めて小さ く、エピタキシャルの堆積の初期段階における、jみの程度に対応して実験にも とづいて決定する。最良の最大の厚みである2500人は、概要を以下に述べる 理由により定めている。最良のエピタキシャルの成長率である2、4pm7分は シリコン/サファイア境界のシリコン中の最少の傷の密度となる低成長率から選 択している。この低成長率は高濃度の傷を許容し、代表的な型として、サファイ アの表面60のエピタキシャル層のシリコン層12の初期の部分に形成されるマ イクロツイン形の傷がある。Silicon epitaxial @12 is characterized by the arrangement of crystal axes on the surface, as outlined below. It is desirable to have columns (100). First silicon epitaxial layer 12 is deposited on the surface of the sapphire 10, preferably by chemical vapor deposition (CV). This is due to step D). Formation of the epitaxial layer 12 by this CvD He measured the appropriate reaction by chemical decomposition of silicon hydroxide (Sit-1+) using an incandescent pyrometer. It is desirable to measure at approximately 910°C (errors included). Silicon E The epitaxial thickness is preferably between 1000 and 2500, so the epitaxial The growth rate of Char is about 0.3 to 2.4 InrL/min, preferably 2.4 InrL/min. It is. The minimum film thickness is such that it facilitates the manufacture of composite substrates io, i2. A film of silicone having a substantially uniform surface is applied continuously with sufficient pressure to Must come. The best minimum thickness is 1000, silicone/saf As a result of the defects at the wire boundary, the impact on the manufacturing of composite substrates is initially very small. In the early stages of epitaxial deposition, the degree of distortion corresponds to the experimental Decide accordingly. The best maximum thickness is 2500 people, outlined below. It is determined based on the reason. The best epitaxial growth rate is 2.4 pm 7 min. Selected from low growth rates resulting in the lowest density of flaws in the silicon at the silicon/sapphire interface. I am choosing. This low growth rate allows a high concentration of scratches, making sapphire a typical type. A matrix formed in the initial part of the silicon layer 12 of the epitaxial layer on the surface 60 of There is an icrotwin-shaped scar.

最良の低成長率を選択する、第2の理由はシリコン/サファイア複合基板は上述 の、各要求にもとすいて製造されるので、従来の成長率である2、4譚/分を含 みUnion Carbide、■nc、、8888 Ba1boa Ave。The second reason to choose the best low growth rate is that the silicon/sapphire composite substrate is Since it is manufactured to meet each requirement of Union Carbide, NC, 8888 Balboa Ave.

San Diego、CA92123の結晶層M 部Cハ商業的な生産として有 用である。San Diego, CA92123 crystal layer M part C is available for commercial production. It is for use.

第2図を参照して、理想的な複合基板に本質的に同等なものとして示す、本発明 の重要な第一の実施例を説明する。イオン18をシリコンそう12aの露出した 表面を介して注入することにより実質的に結晶シリコン層16でカバーした非晶 質のシリコン層14を作るようにしている。シリコン・エピタキシャル層12a の、表面のシリコン結晶層の好ましからざる不純物を排除するために好ましいイ オンは、シリコンである。アルゴンとネオンを含む不活性な好ましい他のイオン が適宜に使用される。With reference to FIG. 2, the present invention is shown as being essentially equivalent to an ideal composite substrate. The first important example will be explained. Ion 18 is exposed to silicon 12a. Amorphous silicon covered with a substantially crystalline silicon layer 16 by implanting through the surface The silicon layer 14 is made to have a high quality. Silicon epitaxial layer 12a A preferred method for eliminating undesirable impurities in the silicon crystal layer on the surface of On is silicon. Other preferred inert ions include argon and neon is used as appropriate.

理想的な複合基板という目的を厳密に達成するためにイオン注入のエネルギーは 、サファイア基板10の近隣に直接存在する非晶質層14とするために厳密に制 御しなければならない。第3図に示すように、注入されたイオンはシリコン・エ ピタキシャルそう12aの真下の距離Rpの中央が最大となる統計的な分布を示 す。RpおよびRpに関する注入したイオンの襟章的な鍋差の分布△R1)は、 半導体の材料のタイプおよび注入したイオンによる。Rpと△Rpは、またイ第 18郵H59−502047(5) ン注入エネルギーに比例するので、注入エネルギーの増加に対応して両者も増加 する。種々の標準的なイオンと半導体物質の組合わせと同様にシリコン・イオン を種々のエネルギーでシリコン材料中に注入して値Rpと△Rpを決定し作表し た。J、F、ギボンズ氏、W、F、ジョンソン氏、S、W。In order to strictly achieve the purpose of an ideal composite substrate, the energy of ion implantation is , strictly controlled to form the amorphous layer 14 directly adjacent to the sapphire substrate 10. must be controlled. As shown in Figure 3, the implanted ions It shows a statistical distribution in which the center of the distance Rp directly below the pitaxial layer 12a is the maximum. vinegar. The distribution ΔR1) of the lapel-like pot difference of the injected ions with respect to Rp and Rp is Depending on the type of semiconductor material and the implanted ions. Rp and △Rp are also 18 Post H59-502047 (5) is proportional to the implantation energy, so both increase as the implantation energy increases. do. Silicon ions as well as various standard ion and semiconductor material combinations is injected into silicon material with various energies, and the values Rp and △Rp are determined and tabulated. Ta. J.F., Mr. Gibbons, W.F., Mr. Johnson, S.W.

ミラー氏、により”projectecl Ranqi 5tatiatics 、2 ed、Haistead Press 3troudfburg 197 5.に示されている。Mr. Miller, “projectecl Ranqi 5tatiatics , 2 ed, Haistead Press 3troudfburg 197 5. is shown.

シリコン結晶格子の構造の最大の崩壊は、Rpから注入イオン濃度の最大値の所 にあり、その深さは、エピタキシャルそう12aの露出した表面の真下である。The maximum collapse of the structure of the silicon crystal lattice occurs at the maximum implanted ion concentration from Rp. and its depth is just below the exposed surface of epitaxial layer 12a.

しかしながら、崩壊させ、それによって非晶質とするためには、充分な数のイオ ンを注入してシリコン層12aの部分のRpのまわりの配列を実質的に対称とし なければならない。本来、非晶質化した層の幅は、与えられた注入エネルギーで 、注入を行なう際のイオンの量(表面域のイオン量/単位)の増加に対応して、 実質的に依存し増加する。注入エネルギーの増加はイオン注入の分布を広くし、 それによって望ましい大量のイオンが非晶質化した層の幅の維持または増加をお こなう。However, a sufficient number of ions must be present to collapse and thereby become amorphous. The silicon layer 12a is implanted with silicon to make the arrangement of the silicon layer 12a substantially symmetrical around Rp. There must be. Originally, the width of the amorphous layer is determined by the given implantation energy. , corresponding to the increase in the amount of ions (ion amount/unit in the surface area) during implantation, Substantively dependent and increasing. Increasing the implantation energy broadens the distribution of ion implantation, Thereby, the desired large amount of ions can maintain or increase the width of the amorphous layer. Let's do it.

本発明では、注入エネルギーおよび与えられるイオンのイオン量を選択するので 、もし完璧でないと、Rpの付近に形成する非晶質層14は、約Rp−1,5△ RpからR,l)+1゜5△Rpまで広がる。本発明では注入エネルギー及びイ オンの量は、非晶質の幅に達する事をなし遂げるために必要とし、約3倍の定数 は容易に得ることができる。サファイア層10/¥ に近接して非晶質そう14を形成するために初期のシリコン結晶層の厚みは約R p+1,5△Rpである。従来の技術に対して明瞭に本発明を見る鍵は、上記注 入エネルギー及びイオンの量は、サファイア基板10が欠損品となる濃度の閾値 を越えないように強制的に充分に低くしたことにある。結晶物質が欠損品となる 濃度は、結晶の表面を貫通するイオンの量、貫通するイオンの平均ネルギーの期 間として、ここに限定している。種々の結晶絶縁物質において欠損品となる濃度 の閾値は実験的な過程において決定される。このようなことはM、w、トンプソ ンの”[)ifects and Radi at ion Damage i  n fvleta l s、” Cambridge University  press、Cambr idge、 Mass、、1969に見られる。サ ファイアの、実験的に決定した欠損品となる濃度の閾値はサファイアの表面で推 定して、約1X10 ke−イオン/ ctjである。In the present invention, the implantation energy and the amount of ions given are selected. , if it is not perfect, the amorphous layer 14 formed near Rp will be approximately Rp-1,5Δ It spreads from Rp to R,l)+1°5△Rp. In the present invention, the implantation energy and The amount of on required to achieve the amorphous width is approximately 3 times the constant. can be easily obtained. Sapphire layer 10/¥ The thickness of the initial silicon crystal layer is approximately R to form an amorphous layer 14 in close proximity to p+1,5ΔRp. The key to seeing the invention clearly with respect to the prior art is the above note. The input energy and the amount of ions are the concentration threshold at which the sapphire substrate 10 becomes a defective product. The reason is that it is forced to be low enough so that it does not exceed. Crystalline material becomes defective item The concentration is the amount of ions penetrating the surface of the crystal, and the period of the average energy of the penetrating ions. For the time being, it is limited here. Concentration that causes defects in various crystalline insulating materials The threshold value of is determined in an experimental process. This kind of thing is M, w, Tompso '[)ifects and Radio Damage i n fvleta l s,” Cambridge University Press, Cambr., Mass., 1969. sa The experimentally determined concentration threshold for fire failure is estimated at the surface of sapphire. approximately 1×10 ke-ions/ctj.

非晶質層14を形成する期間中のサファイアの欠損濃度の閾値はサファイアの結 晶の境界60付近の領域の欠損による。The threshold value of the defect concentration of sapphire during the period of forming the amorphous layer 14 is determined by the crystallization of sapphire. This is due to defects in the region near the crystal boundary 60.

この欠損はサファイア10の高い移動性を有するAlO2の断片が導くものと信 ぜられる。エピタキシャル・シリコン層とサファイアきばん10との境界の領域 の欠損の結果、欠挺の拡散は増大し、または現在および次のプロセスのステップ において低温度であるとはいえ′°ゲッタリング″を生じることになる。移動性 の高いAlO2はサファイア基板10から外部へ拡散してエピタキシャル・シリ コン層12aへ入り有効な不純物となる。イオン注入のエネルギーと、イオンの 数/、S′″ と、■ビタキシャル層12の厚みとの、トレードオフのバランスの数は、実質的 に非晶質層14を、サファイア1oの欠損の濃度を越えることなくサファイア基 板10に近接して形成するものでなければならない。非晶質層のシリコン層14 を、サファイアの欠陥の濃度の閾値を越えることなく提供するために、最大のシ リコンそう12aの厚みは、約2500人である。最大の注入エネルギーおよび イオンの数は、それ+r ぞれ、約90±10Keおよび2X10 イオン/dに対応し、それは実質的に 従来技術によって規定されるものよりも少ない。It is believed that this defect is caused by highly mobile AlO2 fragments in Sapphire 10. be lost. Boundary region between epitaxial silicon layer and sapphire layer 10 As a result of the defect, the diffusion of the defect increases or the current and next process step ``Gettering'' occurs even though the temperature is low.Mobility High AlO2 diffuses from the sapphire substrate 10 to the epitaxial silicon. It enters the conductive layer 12a and becomes an effective impurity. Ion implantation energy and ion number/, S′″ The number of trade-off balances between and ■ the thickness of the bitaxial layer 12 is substantially The amorphous layer 14 is formed with sapphire groups without exceeding the defect concentration of sapphire 1o. It must be formed close to the plate 10. Amorphous silicon layer 14 to provide maximum sapphire defect concentration without exceeding the threshold concentration of sapphire defects. The thickness of Recon Sou 12a is approximately 2,500 people. maximum injection energy and The number of ions is that+r corresponding to approximately 90±10Ke and 2X10 ions/d, respectively, which is substantially less than that prescribed by the prior art.

例えば、第2図に示すような複合基板は、約10ミルの厚みのサファイア基板の 表面の、2000人±10%の厚みのエピタキシャルの堆積層を用いて製造する 。約55Keのエネルギーのシリコン・イオンはエピタキシャル・シリコン層1 2a、の露出した表面に垂直に注入されその数の割合いは、1X10 イオン/  ciで実行する。このイオン注入を実行する間、サファイア基板の裏側の表面 は20℃よりも低い一定値に維持する。温度制御および、その特別の値の理由に ついては以下の概要において議論する。For example, a composite substrate such as that shown in Figure 2 may be made of a sapphire substrate approximately 10 mils thick. Manufactured using an epitaxial deposited layer of 2000 ± 10% thickness on the surface. . Silicon ions with an energy of about 55 Ke form the epitaxial silicon layer 1. 2a, the number of ions perpendicular to the exposed surface is 1X10 ions/ Run with ci. While performing this ion implantation, the back surface of the sapphire substrate is maintained at a constant value below 20°C. Temperature control and the reason for its special value This will be discussed in the overview below.

第4図を参照して、本発明の第2の実施例を説明する。本実施例は、本質的に、 結晶体からなるもので、非晶質のシリコン層22とサファイア基板10との間に はさまれたシリコン/サファイアの境界60によって提供される、残りの欠損し たシリコン結晶の境界層20とは、第2図に示すもののように重いイオンを注入 するという点に差異がある。本構造は、lρ イオン26を、エピタキシャル堆積のシリコン層12bのシリコンへ注入するこ とによって達成される。エピタキシャル層12bの一部の表面層16は大部分の エピタキシャル層12bが、重いイオン注入によって非晶質のあいだ実質的に結 晶のままである。注入エネルギーは制御されているとはいえ、そのような薄い残 りの層20は、非晶質化するために注入を行なうには不充分である。注入イオン の濃度断面は、第4図、第5図に示すような複合基板に対応する。断面は実質的 に対称形で、最大注入イオン濃度のまわりを中心として、露出したシリコン層1 2bの表面から深さがRpに位置する。適切な注入を行なうことにより、非晶質 層22は約R1)−1,5△RpからRp+1.5△Rpまで広がる。エピタキ シャル・シリコン層12aの厚みtはRp+i、5△Rpよりも大きい。結果的 に激しく注入を行なった残りの薄いシリコン層20は、それによって実質的に多 数の結晶の傷を含み、サファイア基板10と、非晶質のシリコン層22との間に 有効に挟まれ、層20は約t−Rp+1.5△Rpの幅を有する。A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This example essentially consists of: It is made of a crystalline material, and is formed between the amorphous silicon layer 22 and the sapphire substrate 10. The remaining defects provided by the sandwiched silicon/sapphire interface 60 The boundary layer 20 of the silicon crystal is formed by implanting heavy ions as shown in Figure 2. There is a difference in that. This structure is lρ Injecting ions 26 into the silicon of the epitaxially deposited silicon layer 12b. This is achieved by Most of the surface layer 16 of the epitaxial layer 12b is The epitaxial layer 12b is made substantially crystalline while being amorphous by heavy ion implantation. It remains crystalline. Although the implant energy is controlled, such thin residual The remaining layer 20 is insufficient for implantation to make it amorphous. implanted ions The concentration cross section corresponds to a composite substrate as shown in FIGS. 4 and 5. The cross section is substantial symmetrically, centered around the maximum implanted ion concentration, the exposed silicon layer 1 The depth is Rp from the surface of 2b. With proper injection, amorphous Layer 22 extends from approximately R1)-1,5ΔRp to Rp+1.5ΔRp. epitaxy The thickness t of the silicon layer 12a is larger than Rp+i and 5ΔRp. consequential The remaining thin silicon layer 20, which has been heavily implanted, is thereby substantially There are several crystal scratches between the sapphire substrate 10 and the amorphous silicon layer 22. Effectively sandwiched, layer 20 has a width of approximately t-Rp+1.5ΔRp.

好ましい残りの境界層の幅は約200±1oo人である。本来、この用意された 薄い、欠損した境界層20はエピタキシャル・シリコン層12bの厚みtを増す ことができ、Rpを減じてイオン注入エネルギーを減少させ、非晶質層22の幅 を減じてイオンの数を減少させ、もしくはこれらを複合して生じさせる。ひとつ の特別な結果として、エピタキシャル・シリコン層12bと、サファイア基板1 0との境界に用意される残された欠損した境界す20は、わずかに残りの層2゜ の厚みに比例して、最大のピタキシャル層12bの厚み、注入エネルギー、そし てイオンのドーズは、上記した様に、全て増加し得る。他の結果については以下 の概要において述べる。The preferred remaining boundary layer width is about 200±1 oo. Originally, this prepared The thin, missing boundary layer 20 increases the thickness t of the epitaxial silicon layer 12b. The width of the amorphous layer 22 can be reduced by reducing Rp and reducing the ion implantation energy. The number of ions is reduced by reducing the number of ions, or a combination of these is generated. one As a special result, the epitaxial silicon layer 12b and the sapphire substrate 1 The remaining missing boundary 20 prepared at the boundary with 0 is slightly removed from the remaining layer 2° The maximum pitaxial layer 12b thickness, implantation energy, and The ion dose can all be increased as described above. More results below This is explained in the overview.

上述の本発明の二つの主たる実施例のプロセスによって提供される構成の、最大 の変形は、基板の温度を制御することによる。この変形例は、結局、シリコン/ サファイアの境界60の欠損したシリコン結晶の境界層を部分的に焼きなますこ とにある。この変形は、第6図に示すように、必要に応じて、本発明の種たる実 施例の複合基板10.12のプロセスを適用するものである。イオン58は、好 ましいシリコンでは、サファイア基板10の表面のエピタキシャルの堆積のシリ コン層12Cへイオン注入を行なったものである。イオン注入の間は、サファイ ア基板10の裏側の表面は、特別の高い制御温度を維持する。これはサファイア 基板10にヒートシンク(図示せず)を取付けることによってなしうる。薄いフ ィルムの温度ペーストまたはシリコンの薄いフィルムがヒートシンクとサファイ ア基板との間のインターフェイスとして高い熱伝導率を提供し得る為に有用であ る。このような手法で温度ペーストを用いることは、良く知られている技術であ る。シリコン放熱層用いることは、薄い均一なシリコン層は不均一な温度ペース トのフィルムに対する相対的な厚みは熱伝導の点から最良であり、複合基板10 .12cをその後のプロセスのステップ、特にイオン注入においてで容易かつ正 確に位置させうる。シリコン層は高い熱伝導率を有するの/ざ で、シリコン放熱器のインタフェイスの層は適宜な厚みでよい。さらに、このイ ンタフェイスの層は、適時にサファイア基板の裏側の表面にエピタキシャルを堆 積でき、それ以前のサファイア基板10の裏面のシリコン層へエピタキシャルを 堆積するので、放熱インターフェイス層は相対的に低レベルの不純物に対する耐 量を高くてきる。イオン注入の間、シリコン層132Cの温度は実質的に上昇し 、基板10の裏側の表面に関してイオン注入エネルギーを吸収するように反応す る。シリコン層12Gの厚みおよびシリコン本来の高い熱伝導性のために、シリ コン層12Cの温度は本質的に均一であるとみなすことができる。相対的にサフ ァイア基板の熱伝導性は低く、その厚みがより厚いことと相まって、サファイア 基板に於ける温度勾配はく代表値150&−200℃)シリコン/サファイアの 境界60の裏側の表面62から増大する。シリコン層12Gの温度は、シリコン 層12Gへ与えるエネルギーの大きさを変えて、注入イオン58のイオン注入の エネルギー、あるいはイオンドーズまたは、その両方を変更することによって変 化させることができる。これは、さらにイオンドーズの割合いを変えることによ って、シリコン層12cへ与えるエネルギーを変更してなし遂げることができる 。ヒートシンク(図示せず)によって制御した:温度の調整およびサファイアき ばん10の裏側の表面対応の二者択一は、シリコン層12cの温度を変更するこ とができる。シリコン層12Gの高い温度は、シリコン境界層の部分的な焼きな ましを許容しシリコン/サファイア境界層60を形成する。第6図は、多数の結 晶の欠陥を含む、自己焼き戻し層30、すなわち換言すれば損傷を受け、非晶質 化されるべきエピタキシャル・シリコン層12Cに部分的に形成されたものであ る。Of the configurations provided by the processes of the two main embodiments of the invention described above, the maximum The deformation of is by controlling the temperature of the substrate. This modification ultimately leads to silicon/ Partially annealing the defective silicon crystal boundary layer at the sapphire boundary 60 It's there. As shown in FIG. The process for composite substrate 10.12 of Example is applied. Ion 58 is a good In the preferred silicon, the epitaxially deposited silicon on the surface of the sapphire substrate 10 is In this example, ions were implanted into the contact layer 12C. During ion implantation, sapphire The backside surface of the substrate 10 maintains a particularly high controlled temperature. this is sapphire This can be achieved by attaching a heat sink (not shown) to the substrate 10. Thin flap Film temperature paste or a thin film of silicone is applied to the heat sink and sapphire. It is useful because it can provide high thermal conductivity as an interface between the Ru. Using thermal paste in this manner is a well-known technique. Ru. Using silicon heat dissipation layer, thin uniform silicon layer prevents uneven temperature pace The relative thickness of the composite substrate 10 to the film is optimal from the point of view of heat conduction. .. 12c in subsequent process steps, especially in ion implantation. It can be positioned accurately. Does the silicon layer have high thermal conductivity? The interface layer of the silicon heatsink may have an appropriate thickness. Furthermore, this The interface layer is deposited epitaxially on the back surface of the sapphire substrate at the appropriate time. can be deposited, and epitaxially applied to the silicon layer on the back side of the previous sapphire substrate 10. As deposited, the thermal interface layer is resistant to relatively low levels of impurities. I'll get a higher portion. During ion implantation, the temperature of silicon layer 132C increases substantially. , which reacts with respect to the back surface of the substrate 10 to absorb ion implantation energy. Ru. Due to the thickness of the silicon layer 12G and the inherent high thermal conductivity of silicon, silicon The temperature of the contact layer 12C can be considered to be essentially uniform. relatively safe The lower thermal conductivity of the sapphire substrate, combined with its greater thickness, makes the sapphire Temperature gradient in the substrate (typical value 150 & -200℃) of silicon/sapphire It increases from the surface 62 on the back side of the boundary 60. The temperature of the silicon layer 12G is The ion implantation of the implanted ions 58 is performed by changing the amount of energy given to the layer 12G. by changing the energy and/or ion dose. can be made into This can be achieved by further changing the ion dose rate. This can be accomplished by changing the energy applied to the silicon layer 12c. . Controlled by heat sink (not shown): temperature regulation and sapphire The choice between the two surfaces of the back side of the band 10 is to change the temperature of the silicon layer 12c. I can do it. The high temperature of the silicon layer 12G causes partial annealing of the silicon boundary layer. A silicon/sapphire boundary layer 60 is formed by allowing the process to proceed. Figure 6 shows a number of results. A self-tempering layer 30 containing crystal defects, in other words damaged and amorphous It is formed partially on the epitaxial silicon layer 12C to be Ru.

イオン注入の初期の間、結晶格子の最大の崩壊および初期の部分的な加熱かシリ コン層12Gの露出した表面の真下の深さR1)で起こる。提供されるこのよう な加熱は、深さ約Rpのシリコン分子の温度を、平均温度、約150°Cまたは それ以上に充分に上昇させ、シリコン結晶格子のRpの上下で仮想的な焼ぎ戻し を生じる。薄い、Rpの下の、自己焼き戻し層30はシリコン/サファイア境界 層60の方向へ効果的に増加する。これは、疑似的な非晶質の点に対するイオン の注入によってますます損傷を受ける、シリコン層32の真下の自己焼き戻し層 30で起こる。自己焼き戻し層30は疑似的な非晶質層の種を作るように作用し 、自己焼き戻し層30の下方の境界をシリコン/サファイア境界60の方向に効 果的に成長させる。自己焼き戻し層30の上方の境界も同様に、シリコン/サフ ァイアの境界60の方向に増大する。この上方の境界の退行は、Rpに関してイ オンの注入が対称かつ連続してなされることにあり、自己焼き戻し層30は連続 的に崩壊し、特にその上方の境界は、シリコン結晶を部分的な焼き戻しによりだ んだんに結晶化する。結果的に、薄い、自己焼き戻し境界層30は、非晶質層1 4aで埋めた部分を介して、シリコン/サファイアの境界6oまたは一定幅に安 定化した残りの境界層20のような実質的な結晶層に届くまで増大する。Rpの 上に直接形成した自己焼き戻し境界層は、第−20 6図には示していないが、以前の完全に品質化した代表的な層から、残りのシリ コン結晶層16と非晶質のシリコン層28との間の、結晶質/非晶貿のシリコン 境界64に届くように形成される。この上側の層の完全な結晶質は、注入したイ オンから大きな磁界をうけるという事実に起因し、それによって結晶質の自己焼 きもどし層の成長率は実質的に失敗する。During the initial period of ion implantation, maximum collapse of the crystal lattice and initial partial heating or silicate This occurs at a depth R1) directly below the exposed surface of the contact layer 12G. Provided like this The heating increases the temperature of the silicon molecules at a depth of about Rp to an average temperature of about 150°C or Raise the temperature sufficiently higher than that and virtually temper it above and below Rp of the silicon crystal lattice. occurs. A thin, self-tempering layer 30 under Rp is at the silicon/sapphire interface. effectively increases in the direction of layer 60. This is an ion for a pseudo-amorphous point. The self-tempering layer directly beneath the silicon layer 32 is increasingly damaged by the implantation of It happens at 30. The self-tempering layer 30 acts to seed a pseudo-amorphous layer. , the lower boundary of the self-tempering layer 30 is directed toward the silicon/sapphire boundary 60. grow effectively. The upper boundary of the self-tempering layer 30 is similarly increases towards the boundary 60 of the fire. This upper boundary regression is equivalent to Rp. The self-tempering layer 30 is continuously implanted symmetrically and continuously. Particularly its upper boundary collapses due to partial tempering of the silicon crystal. Gradually crystallizes. As a result, a thin, self-tempering boundary layer 30 forms an amorphous layer 1 4a to the silicon/sapphire boundary 6o or a certain width. It increases until a substantial crystalline layer, such as the stabilized remaining boundary layer 20, is reached. Rp's The self-tempering boundary layer formed directly on the -20th Although not shown in Figure 6, the remaining series from the previous fully qualified representative layer Crystalline/amorphous silicon between the crystalline layer 16 and the amorphous silicon layer 28 It is formed to reach the boundary 64. The fully crystalline nature of this upper layer is due to the implanted Due to the fact that it is subjected to a large magnetic field from the The growth rate of the returning layer essentially fails.

注入エネルギー、イオンドーズ、イオンドーズの率、そしてヒートシンクの温度 は自己焼きもどし@3oを増大させ、構成を保障する目的の為にバランスしなけ ればならない。2゜O±100人の最良の厚みを有するシリコン・サファイアの 境界60に隣接する部分的な焼き戻しインターフェイス層30を最終的に提供す る為に、イオン注入ステップは複合1110.12および、さもなければ上述の 本発明の主たる実施例で提供されるものにひとしい、注入エネルギー55KeV 、供給されるイオンドーズlX10 イオノ/ cti、イオンドーズの率1x io イオン/ ci−秒を、約23℃の一定温度をヒートシンクが維持する間 、最良の状態(上述の例に矛盾しない)として達成されなければならない。薄く 、明瞭でない焼き戻した境界層はヒートシンクの温度を約、−20℃まで下げる ことによって得られ、本質的に焼き戻さない境界層30によって実現する。言替 えれば、上記ヒートシンクの温度、約250℃は品質層14bを最終的に形成す る為に自己焼き戻しを、極端に速める結果となる。選び出した第2のイオン注入 ステップは部分的な自己焼き戻し層30の提供を行なう。Implant energy, ion dose, ion dose rate, and heat sink temperature must be balanced for the purpose of increasing self-tempering @3o and ensuring composition. Must be. Silicon sapphire with the best thickness of 2゜±100 people Finally providing a partially tempered interface layer 30 adjacent boundary 60. 1110.12 and otherwise described above. Implant energy 55 KeV, equivalent to that provided in the main embodiment of the invention , supplied ion dose lX10 iono/cti, ion dose rate 1x io ions/ci-second while the heat sink maintains a constant temperature of approximately 23°C. , must be achieved as best as possible (consistent with the example above). thinly , the indistinct tempered boundary layer reduces the heat sink temperature to about -20°C. This is achieved by an essentially untempered boundary layer 30. paraphrase In other words, the temperature of the heat sink, approximately 250°C, is the temperature at which the quality layer 14b is finally formed. This results in extremely rapid self-tempering. Selected second ion implantation The step carries out the provision of a partial self-tempering layer 30.

本発明の主たる実施例に従って複合基板の形成を始める際に、ばむように充分に 低い温度に維持し、第2のイオン注入を水素のような低質量のイオンをもちいて 行なう。、注入エネルギーおよびイオーおよびイオンドーズは非晶質層14(第 2図)、22(第4図)を部分的な焼き戻しにより実質的に均一層とする闇、充 分に局部的な加熱を行なうように調整する。低質量のイオンを用いると、部分的 に焼き戻し層を形成する際に、実質的な崩壊がなく、層の形成時にシリコン層1 2の表面直下の深さRpに実質的に残すことができる。このようにし、望ましい シリコン/サファイア境界層60(第1の主たる実施例の〉または、非晶質層2 2と残りの損傷した境界層20の間の境界を介して非晶質層14(第2図)、2 2(第4図)の間のどこの層へも部分的に焼き戻し層を形成できる。When beginning to form a composite substrate in accordance with the principal embodiment of the present invention, The temperature is kept low and the second ion implantation is performed using low mass ions such as hydrogen. Let's do it. , the implantation energy and the ion and ion doses are determined by the amorphous layer 14 (first 2), 22 (Fig. 4) into a substantially uniform layer by partial tempering. Adjust to provide localized heating in minutes. With low mass ions, partial There is no substantial collapse when forming the tempering layer on the silicon layer 1 during the formation of the layer. 2 can be left substantially at a depth Rp just below the surface of No. 2. In this way, it is desirable Silicon/sapphire boundary layer 60 (in the first main embodiment) or amorphous layer 2 2 and the remaining damaged boundary layer 20 via the amorphous layer 14 (FIG. 2), 2 A tempering layer can be partially formed on any layer between 2 (FIG. 4).

しかしながら全てのケースで、サファイア基板10が欠損濃度の閾値の限度を越 えないように、注入エネルギーおよびイオンドーズは制限しなければならない。However, in all cases, the sapphire substrate 10 exceeds the defect concentration threshold limit. Implant energy and ion dose must be limited to avoid

ひとたび望ましいイオン注入のステップを、本発明の主たる実施例および任意の 変形例を用いて完全に行なうと、上述の、二段階の加熱処理プロセスにより、埋 められた非晶質層を焼き戻すことができる。第7図に示すように第1のステップ では、初期の非晶質のシリコン層14bが、結晶質/非晶質シリコン境界64( 代表的な温度の範囲は500℃乃至600℃)だけを凝集することを始めるのに 充分な温度を達成する。明瞭にすることを目的として残りの損傷した層20およ び部分的に焼き戻した境界層30を、第7図、第8図に示す。通常の凝集源を: 22 用いることは、通常の結晶配列のシリコンとなる非晶質層14bの成長の為には 望ましい。焼き戻しは大部分の非晶質層14bの範囲を避けて自発的に凝集する 充分な温度で行ない、残りの非晶質層のシリコン層36の結晶の再生は相対的に 欠損のない結晶シリコン層34の後に置かれ、代表的には□シリコン/サファイ ア境界60の再生する結晶質、/非晶質シリコンの境界に届くまで進行する。再 生した結晶の層34は初期のエピタキシャル・シリコン層12の結晶学的な配列 の選択で意図した結果のように、本来は結晶学的な配列(1102>を有するサ ファイア基板上のシリコン層のエピタキシャルの堆積の成長は(100)の方向 である。このようにして、その後のシリコン結晶層34の成長は、また本質的に (100)の方向となる。シリコン/サファイア境界の欠損は、残りの欠損が境 界の欠損からシリコン層12へ増大するが、主として結晶学上の配列(111) を有する。その後、欠損は凝集して再生した境界である本来の結晶の成長の増大 とは同じ結晶学的な配列を持たないので、代表的な配列の大きさは、結晶の再生 の速さよりも少ないのでそれらの欠損は有効に°°アウト・グロー″する。その 結果として結晶化したシリコン層34と非晶質のシリコン層36との間の再生し た境界は、本来の結晶質7/非晶 質シリコンの境界64から増殖する。自然に、もし、本発明の第2の主たる実施 例として提供される残りの欠損した境界層20が、又は本発明のふたつの主たる 実施例の変形例として提供される焼き戻して欠損した境界層30、又はその両方 3 があるので結晶質/非晶質シリコン境界の増大は、それらの層に届くと、一旦停 止する。非晶質のシリコンだけは、明らかに再結晶する。再結晶の焼き戻しは3 0分乃至3時間が要求される。一度、第2の温度による焼き戻しステップが実施 されると、再結晶が終了する。温度は、約910℃以上で用いることができ、そ の後いかなる非晶質シリコンも少しもランダムに凝集する恐れはない。さらにこ の後、サファイア基板10の表面はシリコン層16.38の基板の本来の不純物 に汚染される危険は無いので損傷しない。この高温度の焼き戻しは、1時間以上 の短期間になし遂げ、主に本来の結晶の再生の初期段階の結晶/シリコンの非晶 質のシリコン境界層64に生じたいかなる損傷も除去できる。同様に、残された 損傷した境界層20および部分的に焼き戻した境界層30無いの欠損は、もしあ るならば完全に排除されずに所望の濃度を均一に下げる。これは、所望の欠損濃 度断面を確立する。Once the desired ion implantation step has been completed, both the main embodiment of the invention and the optional When fully implemented using the modified example, the two-step heat treatment process described above The amorphous layer can be tempered. The first step as shown in Figure 7 , the initial amorphous silicon layer 14b forms a crystalline/amorphous silicon boundary 64 ( Typical temperature range is 500°C to 600°C) to start agglomerating. Achieve sufficient temperature. The remaining damaged layers 20 and 20 are shown for clarity purposes. A partially tempered boundary layer 30 is shown in FIGS. 7 and 8. Usual sources of flocculation: 22 In order to grow the amorphous layer 14b, which becomes silicon with a normal crystal orientation, desirable. The tempering avoids most of the amorphous layer 14b and spontaneously aggregates. The crystal regeneration of the remaining amorphous silicon layer 36 is performed at a sufficient temperature. placed after the defect-free crystalline silicon layer 34, typically □silicon/sapphire. The process proceeds until it reaches the regenerated crystalline/amorphous silicon boundary 60. Re The resulting crystalline layer 34 follows the crystallographic alignment of the initial epitaxial silicon layer 12. As was the intended result in the choice of Growth of epitaxial deposition of silicon layer on fire substrate is in (100) direction It is. In this way, the subsequent growth of silicon crystal layer 34 also essentially (100) direction. Defects at the silicon/sapphire boundary are bounded by remaining defects. increases from field defects to silicon layer 12, but mainly due to crystallographic alignment (111) has. Afterwards, the defects agglomerate and regenerate boundaries due to increased growth of the original crystal. does not have the same crystallographic arrangement, so the typical arrangement size is Their defects effectively “glow out” because the speed of As a result, regeneration between the crystallized silicon layer 34 and the amorphous silicon layer 36 occurs. The boundary between the original crystalline 7/amorphous The cells grow from the boundary 64 of the quality silicon. Naturally, if the second main implementation of the invention The remaining missing boundary layer 20, provided as an example, or the two main Tempered and defective boundary layer 30 provided as a variation of the embodiment, and/or 3 Therefore, the growth of the crystalline/amorphous silicon boundary stops once it reaches those layers. Stop. Only amorphous silicon clearly recrystallizes. Recrystallization tempering is 3 0 minutes to 3 hours are required. Once a second temperature tempering step is carried out Then, recrystallization is completed. Temperatures above about 910°C can be used; There is no risk of any random agglomeration of any amorphous silicon after this. Furthermore, this After that, the surface of the sapphire substrate 10 is cleaned of the original impurities of the silicon layer 16.38. There is no risk of contamination, so no damage will occur. This high temperature tempering takes more than 1 hour. This was achieved in a short period of time, mainly in the early stages of regeneration of original crystals/amorphous silicon. Any damage caused to the quality silicon boundary layer 64 can be removed. Similarly, left Damaged boundary layer 20 and partially tempered boundary layer 30 defects may occur. If so, the desired concentration is uniformly lowered without being completely eliminated. This is the desired defect concentration. Establish a degree cross section.

上述の例では非晶質層14bを再結易化する初期の焼き戻しステップは望ましく は窒素雰囲気で6oo℃で3時間行なう。In the example described above, an initial tempering step to recrystallize the amorphous layer 14b is desirable. is carried out at 60° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere.

第2の焼き戻しステップは望ましくは同様に窒素雰囲気で850℃で1時間行な う。勿論、焼き戻しステップではシリコン層にアルミニウム不純物を熱により侵 入させるように充分な温度でなければならない。この時点で複合基板は、第8図 に示すようにサファイア基板10と初期のエピタキシャル層12の本来の結晶層 16との間に挟まれた本質的に損傷の無い結晶シリコン層38からなる。複合基 板の処理の為にプロセスのステップの間、相対的に薄い不純物層66は存在して 2Z もよく、さもなければシリコン結晶層16の表面が露出する。The second tempering step is preferably also carried out at 850°C for 1 hour in a nitrogen atmosphere. cormorant. Of course, the tempering step heats the silicon layer with aluminum impurities. The temperature must be sufficient to allow it to enter. At this point, the composite board is as shown in Figure 8. The original crystalline layer of the sapphire substrate 10 and the initial epitaxial layer 12 is It consists of an essentially intact crystalline silicon layer 38 sandwiched between 16 and 16. compound group A relatively thin impurity layer 66 is present during the process steps for processing the plate. 2Z Otherwise, the surface of the silicon crystal layer 16 will be exposed.

この不純物層66は従来のプロセスに含まれる技術で、望ましくは複合基板の表 面の不純物を容積日で50 : 50のH2SO4とHFとの混合物でエツチン グにより除去して用いる。This impurity layer 66 is preferably formed on the surface of the composite substrate using techniques included in conventional processes. Surface impurities were etched with a mixture of H2SO4 and HF at a volume of 50:50. Remove by cleaning and use.

残された本来の結晶シリコン層16はそののち再生した結晶シリコン層38から なる複合基板の残りを除去し、第9図に示すようにサファイア基板10に隣接さ せる。もち論、いかなる焼き戻し層または残りの欠損境界層は再結晶シリコン層 38とサファイア基板10の間にはさむ初期のイオン注入プロセスの間、提供す る。明瞭にすることを目的としてこれらの各層は第9図、第10図には示してい ない。むしろ残りの結晶シリコン層16は、温度、約910℃にシステムを約2 時間、保持して1分間に100リツトルの割合いでH2が流れる雰囲気で複合基 板10.38.16の反応的なプロセスで除去する。このステップは、CVD反 応装置で行なう事が出来、シリコン層の再成長シリコン結晶層38の露出した表 面へのエピタキシャル堆積を行なう次のステップはさらに複合基板10.38の 処理を行なわずに実施できる。第1図に示すようにエピタキシャル層40は再生 長結晶シリコン層38に堆積しているのでサファイア基板10に隣接して本質的 に均一なシリコン層42を形成する。第2のエピタキシャル・シリコン層40も 堆積できるので全てシリコンからなる層42は所望の厚みにできる。当然、シリ コン・エピタキシャル層40を提供する従来のいかなる手法も用いることができ る。しかしながら、複合基板1o、3sに対する要求に矛:2夕 特表昭59− 502047(8)盾が無く、いかなる不必要な処理も行なわずにシリコン層4 0のエピタキシャル堆積はCVD反応器内で望ましく完了する。複合基板10. 38上のシラン混合物による。化学的な反応は、シランを流量率が100100 3c標準Cm3/分)で内部の複合基板を910℃の保持し、この結果、エピタ キシャル、シリコンを約2.4μm/分の率で成長させる。エピタキシャル堆積 はシリコン層42が所望の厚みと成るまで継続し、望ましくはおよそ5000人 である。 この時点で、複合基板10.42の形成は実質的に完了し複合基板1 0.42はさらにシリコン層42にそれぞれ能動素子を構成する準備をする。第 11図に示すように標準プロセスのステップではシリコン層42のゲート領域4 6(P型で示す)で分割したソースおよびドレイン領域48.50(N型で示す )へイオン注入を行なう。従来のM E S F E Tではアルミニウムまた は溶解しにくい金属のコンタクト52,54.56を所望のゲート46、ソース 48およびドレイン50の各領域の表面にそれぞれ形成する。シリコン層42の 一部はエツチングにより除去するように露出したサファイア基板10は能動素子 で囲むように島に形成し、そして、それぞれシリコン層42に構成した他のすべ ての素子から有効に素子を絶縁する。同様に第11図に境界層44を示す。この 層44は上述のイオン注入ステップの期間に供給される残りの欠損した境界層ま たは焼き戻した境界層である。境界@44は、同様に焼き戻した境界層および互 いに隣接した残りの欠損した層の両方を含み、残りの欠損した境界層は、さらに サファイア基板10に隣接する。概要で述べた理由は以下のように著しく望まし い完成した複合基板10.42の境界層のひとつまたは両方は、FET素子のゲ ート領域の少なくともひとつの境界層を含む第一の基本的な理由は、この層は大 部分のゲート領域の材料に関して高い欠@濃度を有しチャージポンプとして知ら れる現象を防止するFET能動素子の動作は、ゲート物質内の反転領域は導通お よび非導通の間で周期的に素子をスイッチする。阻止の高速動作を良好に行なう 為にふたつの導通状態を満たさなければならない。ひとつは、能動素子のゲート 領域を通過するチャージ電荷は高い移動性を有さなければならないので初期化時 の導通状態の電流は制限しない。これは発生と再結合とを交互に繰返すチャージ 電荷は長い寿命を持っていなければならない事を意味する。本来の品質、本質的 に欠損の内シリコンのような半導体結晶物質ではチャージ化かは高い移動性と、 その結果長寿命を示ず。The remaining original crystalline silicon layer 16 is then recovered from the regenerated crystalline silicon layer 38. The remaining part of the composite substrate is removed and the remaining part is placed adjacent to the sapphire substrate 10 as shown in FIG. let In theory, any tempered layer or remaining defect boundary layer is a recrystallized silicon layer. 38 and the sapphire substrate 10 during the initial ion implantation process. Ru. These layers are not shown in Figures 9 and 10 for clarity. do not have. Rather, the remaining crystalline silicon layer 16 brings the system to a temperature of about 910° C. The complex group is maintained in an atmosphere where H2 flows at a rate of 100 liters per minute. Removal in the reactive process of plate 10.38.16. This step The regrowth of the silicon layer 38 can be carried out in a The next step of epitaxially depositing further on the surface of the composite substrate 10.38 It can be implemented without any processing. As shown in FIG. 1, the epitaxial layer 40 is regenerated. Since it is deposited on the long-crystalline silicon layer 38, it is essentially adjacent to the sapphire substrate 10. A uniform silicon layer 42 is then formed. The second epitaxial silicon layer 40 also The all-silicon layer 42 can be deposited to any desired thickness. Of course, Siri Any conventional technique for providing the cone epitaxial layer 40 can be used. Ru. However, the demand for composite substrates 1o and 3s was met with: 502047(8) Silicon layer 4 without shielding and without any unnecessary processing The epitaxial deposition of 0 is preferably completed in a CVD reactor. Composite substrate 10. With the silane mixture above No. 38. The chemical reaction was performed using silane at a flow rate of 100 to 100 The internal composite substrate was maintained at 910°C at The crystalline silicon is grown at a rate of approximately 2.4 μm/min. epitaxial deposition continues until the desired thickness of the silicon layer 42 is achieved, preferably approximately 5,000 times. It is. At this point, the formation of composite substrate 10.42 is substantially complete and composite substrate 1 0.42 further prepares the silicon layer 42 for forming active elements, respectively. No. As shown in FIG. 11, in the standard process step, gate region 4 of silicon layer 42 is Source and drain regions 48.50 (denoted as N-type) divided by 6 (denoted as P-type) ). In the conventional M ME FET ET, aluminum or The metal contacts 52, 54, 56 which are difficult to melt are connected to the desired gate 46, source 48 and the drain 50, respectively. of silicon layer 42 The exposed sapphire substrate 10, which is partially removed by etching, is an active element. , and the other parts formed in the silicon layer 42 respectively. effectively insulating the device from all other devices. Similarly, a boundary layer 44 is shown in FIG. this Layer 44 is the remaining missing boundary layer or layer provided during the ion implantation step described above. or a tempered boundary layer. Boundary @44 consists of a similarly tempered boundary layer and an alternating The remaining missing boundary layer is further Adjacent to the sapphire substrate 10. The reasons stated in the summary are highly desirable as follows: One or both of the boundary layers of the completed composite substrate 10.42 are connected to the gate of the FET device. The first fundamental reason for including at least one boundary layer in the It has a high concentration of defects in the material of the gate region of the part and is known as a charge pump. The operation of the FET active device prevents the phenomenon that the inversion region in the gate material is conductive or The device is periodically switched between conduction and non-conduction. Good high-speed blocking operation Therefore, two conduction conditions must be satisfied. One is the gate of the active element. During initialization, the charge passing through the region must have high mobility. The current in the conductive state is not limited. This is a charge that alternates between generation and recombination. This means that the charge must have a long lifetime. original quality, essential In semiconductor crystalline materials such as silicon, defects can be converted into charges due to their high mobility and As a result, it does not exhibit long life.

能動素子の導通状態を決定する他の要求は、ゲート領域内のチャージ電荷は速く 再結合することである。能動素子のゲート領域内のチャージ電荷の寿命は素子の 動作周波数に匹敵し結果的にゲート領域内のチャージ電荷は蓄積される。これは 能動素子の動作のパラメータが劇的に変化し周波数のファンクションおよび潜在 的に素子が非導通状態にスイッチするのを防ぐ原因となる。このような、ゲート 領域内のチャージ電荷のHaはチャージポンピングとして代表的に知られている 。Another requirement that determines the conduction state of an active device is that the charge in the gate region is quickly charged. It is about recombining. The lifetime of the charge in the gate region of an active device is As a result, the charge in the gate region is accumulated. this is The operating parameters of active elements change dramatically as a function of frequency and potential. This causes the device to be prevented from switching to a non-conducting state. A gate like this The charge Ha within the region is typically known as charge pumping. .

高い欠損濃度領域内の予知は少なくとも能動素子のゲート:27 領域のチャージポンピングを有効に妨げる。半導体物質の結晶内の欠損はチャー ジ電荷の移動性および寿命の両方で効果的に減少し、本質的に散乱と再結合の中 心となる。ゲート領域内の高濃度欠損領域はすべてのゲート領域の破片だけが占 有し導通状態でチャージ電荷の移動性は、効果的に非充電である。しかしながら 極めて小さいとはいえゲート内の高濃度欠損領域はチャージポンピングを充分に 排除しチャージ電荷をその蓄積よりも速く再結合させることを目的とする。この ように高濃度の欠損を有する境界@44を供給し、それによって、所望の高深度 欠損領域で能動素子の最適化した高速動作を許容する。高濃度欠損層に含まれる 第2の基本的な理由は、複合基板10.42上の集積回路の組立てに放熱をはげ しく増すことがある。放熱の為に集積回路を露出する第1の結果はシリコン層1 2内のにせのチャージ電荷の発生である。発生したチャージ電荷の放熱もまた実 質的に集積回路の能動素子の意図する動作を放熱の強さおよび発生するチャージ 電荷の数に応じて妨げる。発生したチャージ電荷の放熱はシリコン/サファイア 境界60に蓄積する傾向がある。シリコン/サファイア境界60に高い欠損濃度 を有する連続的な境界層44を準備する結果として、それによってそれぞれの集 積回路の能動素子の基礎をなし集積回路の放熱の許容誤差または堅さを増す。再 度の再結合の中心の結晶の欠陥は、実質的に再び結合したチャージ電荷の放熱の 割合いは増加しそれによって、それらの境界を能動素子に所望の動作に制限する 。高い欠損:農度のシリコン層を提供する基本的な第3の理由(ま、バ 少なくとも能動素子のゲート領域内はバックチャンネルリケージとして知られる 事象を防止する。本来、併置したふたつの異なる結晶物質は境界に近い電位とな る。この電位は本質的に境界の電位を抜出す為に重要である。さらに加えてサフ ァイア基板10のバルク内の抜き出した電荷は露出した放熱を同様に発生するよ うにしてもよい。それらの電荷を抜き出したバルクは境界を横切るだけ電荷が増 加する。この電荷は小さいけれども能動素子のソースおよびドレイン領域48. 50の間のシリコン/サファイア境界60の薄い反転層を効果的に導く。この反 転層に導通した電流は通常バックチャンネルリケージといわれる。その後、反転 部はシリコン、/サファイア境界60で扱き出したチャージ電荷を発生させ、い くつかの最少の反転層は実質的に不変である。しかしながら、漏洩電流は実質的 に、効果的に反転層を介してチャージ電荷の移動性を減じる原因となる。これは シリコン/サファイア境界60の境界層のような薄く高欠損濃度領域を提供する ことをなしとげる。境界層44の厚みはバックチャンネル反転層の厚み以上には 必要としない。結晶の欠損は本質的に散乱の中心で、それによって効果的に能動 素子のソースとドレイン領域48.50の間のバックチャンネルリケージ電流の ネットとなる。Prediction in the high defect concentration region is at least active element gate: 27 Effectively prevents charge pumping in the area. Defects in the crystals of semiconductor materials are called char. This effectively reduces both the mobility and the lifetime of dicharges, essentially reducing the scattering and recombination Becomes the heart. The high concentration defect region in the gate region is occupied only by the fragments of all the gate regions. The mobility of the charged charge in the conducting state is effectively non-charging. however Although extremely small, the highly concentrated defect region within the gate is sufficient for charge pumping. The purpose is to eliminate and recombine charges faster than their accumulation. this provides a boundary @44 with a high concentration of defects such that the desired high depth Allows optimized high-speed operation of active elements in the defect region. Included in high concentration defect layer The second fundamental reason is that the assembly of integrated circuits on composite substrates requires heat dissipation. It may increase significantly. The first result of exposing the integrated circuit for heat dissipation is the silicon layer 1 This is the generation of a false charge within 2. The heat dissipation of the generated charge is also effective. Qualitatively, the intended operation of the active elements of an integrated circuit is determined by the intensity of heat dissipation and the charge generated. Disturb depending on the number of charges. Silicon/sapphire dissipates heat from generated charges. There is a tendency to accumulate at the boundary 60. High defect concentration at silicon/sapphire boundary 60 As a result of providing a continuous boundary layer 44 with increases the tolerance or tightness of the heat dissipation of the integrated circuit; Re Defects in the crystal at the center of recombination substantially reduce the heat dissipation of the recombined charges. ratios increase thereby limiting their boundaries to the desired behavior of the active elements. . High Defects: A fundamental third reason for providing a silicon layer (well, a At least within the gate region of the active device is known as back channel re-cage. Prevent events. Originally, two different crystalline materials placed side by side have a potential close to the boundary. Ru. This potential is essentially important for extracting the boundary potential. In addition, Saf The extracted charge within the bulk of the fire substrate 10 causes exposed heat dissipation to occur as well. You may do so. The bulk from which those charges are extracted has an increased charge as it crosses the boundary. Add. Although this charge is small, the active device source and drain regions 48. effectively introducing a thin inversion layer of silicon/sapphire interface 60 between 50 and 50. This anti The current conducted through the inversion is commonly referred to as back channel retraction. then reverse The part generates a charge that is handled at the silicon/sapphire boundary 60, and Some minimal inversion layers remain substantially unchanged. However, the leakage current is substantially This effectively causes a reduction in the mobility of charge charges through the inversion layer. this is Provide a thin, high defect concentration region such as the boundary layer of the silicon/sapphire interface 60 accomplish something. The thickness of the boundary layer 44 must be greater than the thickness of the back channel inversion layer. do not need. Defects in the crystal are essentially centers of scattering, thereby effectively of the back channel re-cage current between the source and drain regions 48.50 of the device. It becomes a net.

同時に考察すると寸法の適当な選択、位置および境界層44の特別な欠損濃度が 上述の理由から望まれ、正確な必要性を確実にすることを含み、最少の接合漏れ 電流を有する高い生産性の能動素子を得られる。能動素子の製作は第1に露出待 人1@59−502047 (9) したシリコン層42であり、所望の高欠損濃度領域を露出したシリコン層42の 表面からできるだけ遠ざけて位置するように用意することであると考える。シリ コン/サファイア境界60に高欠損濃度境界層44を置く、層44における最良 の結果は能動素子のせさくを一層妨げるも、のではなく、またそれらの重要な影 響を与えるものでもない。接合漏洩電流を最少にするために、高欠損濃度境界層 44はできるだけ薄く作り、所望の数の必要な欠損濃度の再結合中心を提供する 。Considering at the same time, the appropriate choice of dimensions, location and special defect concentration of the boundary layer 44 Desired for the reasons mentioned above, including ensuring the exact need for minimal joint leakage A highly productive active element having current can be obtained. The first step in manufacturing active devices is the exposure process. Person 1 @59-502047 (9) The silicon layer 42 is a silicon layer 42 with a desired high defect concentration region exposed. The idea is to prepare it so that it is located as far away from the surface as possible. Siri The best in layer 44, placing a high defect concentration boundary layer 44 at the con/sapphire boundary 60. Although the results of It doesn't even make a sound. High defect concentration boundary layer to minimize junction leakage current 44 is made as thin as possible to provide the desired number of recombination centers for the required defect concentration. .

特°に、再結合中心の欠損は漏洩電流が反転部を横切って流れP−N接合をバイ アスする。能動素子のソース48およびゲート46の領域またはドレイン50お よびゲート46の領域の漏洩電流は高濃度欠損境界層44のP−N接合領域に正 比例する。このようにして境界層44の接合領域の厚みと対応はできるだけ小さ く保持しなければならず、層44は望ましくは約200人程度程度の厚みを有す る。このようにして高度に制御した濃度断面を有する絶縁材上の半導体の複合基 板の製造プロセスを明らかにした。In particular, the defect at the recombination center causes leakage current to flow across the reversal section and bypass the P-N junction. Ass. The active device source 48 and gate 46 regions or drain 50 and The leakage current in the region of the Proportional. In this way, the thickness of the junction area of the boundary layer 44 and the correspondence are as small as possible. The layer 44 preferably has a thickness of about 200 layers. Ru. In this way, a semiconductor composite substrate on an insulating material with a highly controlled concentration cross section can be obtained. The manufacturing process of the board was clarified.

明らかに、情実の最良の実施例に照らして本発明の多くの変形および変更が可能 である。それらの変形は指定した半導体および絶縁物質の使用、特定の導電形の 半導体層、特定のイオン、イオンドーズ、およびドーズ串、注入エネルギーおよ びプロセスの時間および温度のここで発表した限界内での変更をふくんでもよい 。さらに本プロセツを不明瞭にしないように重要で述べなかった、種々の物質お よび絶縁材上の半導体物質のエピタキシャル堆積の準備を含む、特定の従来お0 よび周知のプロセスのステップをもちいうる。理解する為に付加したクレームの 範囲内で発明を特に上述したものとはへつな方法で実施できる。Obviously, many variations and modifications of this invention are possible in light of the best best practice in the circumstances. It is. Their variations include the use of specified semiconductor and insulating materials, specific conductivity types, and Semiconductor layer, specific ion, ion dose, and dose skewer, implant energy and may include variations in process times and temperatures within the limits published herein. . In addition, there are various substances and substances that are important and have not been mentioned so as not to obscure this process. Certain conventional methods include preparing for epitaxial deposition of semiconductor materials on and steps of well-known processes. Added claims for understanding Within the scope, the invention may be practiced otherwise than as specifically described above.

Fig 1゜ Fig、 9、 手続補正書 1、事件の表示 PCT/US83101622 2、発明の名称 絶縁性混合基板上の混合エピタキシャル半導体の為の欠損濃度断面全制御した半 導体エピタキシ相と成長法3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称 ヒユーズ・エアクラフト・カンパニー4、代理人 住所 東京都港区虎ノ門1丁目26番5号 第17森ピル〒105 電話03  (502) 3181 (大代表)明a舊(1頁及び5乃至9頁)及び請求の範 囲これらをj手書したもの 浄書(内容に変更なしン 明 細 書 絶縁性混合基板上の混合エピタキシャル半導体の為の欠損濃度断面全制御した半 導体エピタキシ相と成長法技術分野 1、発明の分野 不発明は一般に、たとえばシリコンーオンーサフフイヤ。Fig 1゜ Fig, 9, Procedural amendment 1.Display of the incident PCT/US83101622 2. Name of the invention Fully controlled defect concentration cross-section for mixed epitaxial semiconductors on insulating mixed substrates Conductor epitaxy phase and growth method 3, person performing correction Relationship to the incident: Patent applicant Name: Hughes Aircraft Company 4, Agent Address: 1-26-5 Toranomon, Minato-ku, Tokyo 17th Mori Pill 105 Phone: 03 (502) 3181 (Main representative) Ming ao (pages 1 and 5 to 9) and scope of claims These are handwritten Engraving (no changes to the content) Specification Fully controlled defect concentration cross-section for mixed epitaxial semiconductors on insulating mixed substrates Conductor epitaxy phase and growth method technology field 1. Field of invention Non-inventions generally include, for example, silicone-on-sapphire.

(SOS)等、あるいはその他のものでシリコン単結晶のエピタキシャル層を有 し、サファイア基板で使用するアルミニウムのように本来の基板の不純物が極め て低濃度で、濃度の断面の欠損を高度に制御した絶縁混合基板上の半導体の製造 に関する。(SOS), etc., or other devices with a silicon single crystal epitaxial layer. However, the original substrate has extremely high levels of impurities, such as the aluminum used in sapphire substrates. Manufacturing of semiconductors on insulating mixed substrates with low concentration and highly controlled defects in the cross section of the concentration Regarding.

2、従来技術の説明 利用性に長所を有する。シリコンの様な単結晶の半導体層からなり絶縁基板上に 保持される混合基板のエピタキシャルの沈澱は良く知られている。2. Description of conventional technology It has the advantage of usability. It consists of a single crystal semiconductor layer such as silicon and is placed on an insulating substrate. Epitaxial precipitation of mixed substrates is well known.

このような利用性は実質的にはアクティブ領域と基板との間の浮遊容量f:減少 することに含でれ、それによって隣接した能動素子間に流れる漏れ電流を除去す る効果を得ることができる。Such utilization substantially reduces the stray capacitance f between the active area and the substrate. , which eliminates leakage current flowing between adjacent active devices. You can get the same effect.

そして基板をサファイア(A’zOs)の様な堅固な高f色縁体である絶縁物質 として用いるという目的を果たすことができ、基板全流過させるべき内部素子の 漏れ電流の通る導電路を供給することができる。The substrate is made of an insulating material such as sapphire (A'zOs), which is a hard high-f color material. It can serve the purpose of being used as A conductive path for leakage current can be provided.

現時点では、従来計画され、実際に実現した混合基板上の。At present, conventionally planned and actually realized on a mixed board.

理想的なシリコンーズンー示色縁体ば、複数の重大な問題の為国際調査報告Ideal silicone material - International investigation report due to several serious problems

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、a)与えられた厚みを有し、与えられた絶縁材の表面に近接して準備した半 導体物質の層と、b)この半導体層の埋め込み部分を非晶質化し、上記絶縁物質 は・実質的に半導体層の埋めた部分の非晶質化の影響を受けない半導体層からな るステップを特徴とする複合基板の製造方法。 2、特許請求の範囲第1項の方法で上記半導体層の上記埋めた部分の非晶質化の ステップはさらに、上記半導体層へ与えられた注入エネルギーで、与えられたイ オンを、与えられたドーズで注入し、そして上記半導体層の上記埋めた部分を非 晶質化し、ドーズおよびそれぞれの残シのエネルギーのイオンが不充分な損傷を 与えて上記半導体層を通過し、および上記絶縁物質内へ入シ、複数の不純物を消 散する結果、上記絶縁材のどんな欠損もわずかな不純物となる上記半導体層 3、請求の範囲第2項の方法でイオンを注入するステップを、さらに上記与えら れた半導体層の厚み、上記与えられたイオンドーズおよび上記与えられた注入エ ネルギーは、上記絶縁材の表面に極めて近接して存在する上記埋め込んだ非晶質 部分へ行々うことを特徴とする。 4、請求の範囲第2項の方法でイオンを注入するステップでイオンはさらに、 上記与えられた半導体層の厚み、上記与えられたイオンドーズおよび上記与えら れた注入エネルギーで、上記絶縁物質の与えられた厚みと与えられた結晶格子の 欠損の濃度を有する残された境界層の表面から空間で離れた上記半導体物質内に 存在する上記埋め込んだ非晶質部分の上記半導体層へ行なうことを特徴とする。 5、請求の範囲第1、第2、第3または第4項の方法で上記半導体層の上記埋め 込み部分の上記非晶質化のステップは、 与えられた厚みおよび与えられた結晶格子の欠陥濃度の仮想焼き戻し層のために 与えられた一定温度の上記絶縁物質と半導体物質との間の境界を用いて上記半導 体物質に近接した上記半導体物質の表面に近接して配置した上記半導体層の非晶 質部分の境界に隣接した上記半導体物質内で成形するように調整するステップを 含む。 6、請求の範囲第5項の方法で a)上記半導体層の上記埋め込んだ非晶質部分の結晶化と、 b)上記半導体層の上記再結晶化部分を実質的にX出させ上記半導体層に部分的 に残し、C)上記半導体層の上記再結晶部分に上記加えた層は、上記半導体層の 上記再結晶部分を上記半導体物質に近接して加えた層を提供し、実質的に結晶格 子の欠損をなくす、 ステップからなる。 7、請求の範囲第1.第2または第3の方法でa)上記半導体層の上記埋め込ん だ非晶質部分の結晶化と、 b)上記半導体層の上記再結晶化部分を実質的に】出させ上記半導体層に部分的 に残し、C)上記半導体層の上記再結晶部分に上記加えた層は上記半導体層の上 記再結晶部分を上記半導体物質に近接して加えた層を提供し実質的に結晶格子の 欠損をなくす、 ステップからなる。 8、請求の範囲第4項の方法で a)上記半導体層の上記埋め込んだ部分の結晶化と、 b)上記半導体層の上記再結晶化部分全実質的に露出させ上記半導体層に部分的 に残し、C)上記半導体層の上記再結晶部分に上記加えた層は上記半導体層の上 記再結晶部分を上記半導体物質に近接して那えた層を提供し、実質的に結晶格子 の欠損をなくす、 ステップからなる。 9、請求の範囲第6項の方法で上記半導体層の上記符表111159−5020 47 (2)埋め込んだ非晶質部分を再結晶化するステップを有し、&)再結晶 層を均一な結晶学的な配列を実質的に有するように成形するように、上記半導体 層の上記埋め込んだ非晶質部分を再生長させ b)そこに多数の結晶格子の欠陥が含まれ、上記結晶化層の欠損濃度が低くかつ 均一に関連し、上記結晶化層および上記絶縁物質から離れて上記半導体層の領域 に実質的に多数の欠損を作シ上記半導体層を焼き戻す ステップを含む。 10、請求の範囲第8項の方法で上記半導体層の上記埋め込んだ非晶質部分を再 結晶化するステップを有し、a)再結晶層を均一な結晶学的な配列を実質的忙有 するように成形するように、上記半導体層の上記埋め込んだ非晶質部分を再生長 させ b)そこに多数の結晶格子の欠陥が含まれ、上記結晶化層の欠損濃度が低くかつ 均一に関連し、上記結晶化層および上記絶縁物質から離れて上記半導体層の領域 に実質的に多数の欠損を作シ上記半導体層を焼き戻す ステップを含む。 11、請求の範囲第2、第3または第4の方法で上記絶縁物質は、欠損濃度のし きい値、シよびドーズおよびイオンが上記半導体層を通過する平均化した残シの 3玄 エネルギーを有し、そして上記絶縁物質内は上記絶縁物質の欠損濃度のしきい値 よシも少ないか等しいことを特徴とするイオンの注入ステップを有する。 12、特許請求の範囲第11項の方法でイオンの注入ステップは、上記絶縁物質 はサファイアで、上記絶縁物質の欠損濃度しきい値は約I X 1015keV イオン/crn2であることを特徴とする。 13、請求の範囲第2、第3または第4の方法でイオンの注入ステップは、上記 半導体層の厚みは約2,500Xに等しいか少ないことを特徴とする。 14、請求の範囲第13項の方法でイオンの注入ステップは、上記注入エネルギ ーは約90 keVに等しいか少ないことを特徴とする。 15、請求の範囲第14項の方法でイオンの注入ステップは、イオンドーズは約 2×1015イオン/LM2と等しいか少ないことを特徴とする。 16、請求の範囲第15項の方法でイオンの注入ステップは、上記イオンシよび 上記半導体物質はシリコンを特徴とする。 17、請求の範囲第2項、第3項および第4項の方法でイオンの注入ステップは 、イオンは上記半導体物質と同じエレメントまたはエレメントの構成であること を特徴とする。 18 請求の範囲第17項の方法でイオンの注入ステe ノブのイオンは、上記イオンおよび上記半導体物質はシリコンを特徴とする。 19 請求の範囲第17項の方法で注入ステップのイオンは、上記イオンは砒素 で上記半導体物質はGaAs5 を特徴とする特[Claims] 1.a) A semi-finished material of a given thickness and prepared close to the surface of a given insulation material. a) a layer of a conductive material; b) a buried portion of this semiconductor layer is made amorphous; is made of a semiconductor layer that is substantially unaffected by the amorphization of the buried portion of the semiconductor layer. A method for manufacturing a composite substrate, characterized by steps of: 2. Amorphousization of the buried portion of the semiconductor layer by the method of claim 1 The step further includes a given implantation energy given to the semiconductor layer. ion at a given dose and non-implanting the buried portion of the semiconductor layer. Crystallization occurs when the dose and energy of each residual ion causes insufficient damage. and passes through the semiconductor layer and into the insulating material to eliminate a plurality of impurities. As a result of the dispersion, any defects in the insulating material become slight impurities in the semiconductor layer. 3. The step of implanting ions by the method of claim 2 further comprises the thickness of the semiconductor layer given above, the ion dose given above and the implantation etching given above. energy is generated by the embedded amorphous material that exists in close proximity to the surface of the insulating material. It is characterized by going to the part. 4. In the step of implanting ions by the method of claim 2, the ions further: The thickness of the semiconductor layer given above, the ion dose given above and the given above For a given thickness of the insulating material and a given crystal lattice of the above insulating material, within said semiconductor material spaced apart from the surface of the remaining boundary layer having a concentration of defects. It is characterized in that it is applied to the existing buried amorphous portion of the semiconductor layer. 5. The filling of the semiconductor layer by the method of claim 1, 2, 3, or 4. The step of amorphizing the included part is as follows: For a virtual tempered layer of given thickness and given crystal lattice defect concentration Using the boundary between the insulating material and the semiconductor material at a given constant temperature, an amorphous layer of the semiconductor layer disposed proximate to the surface of the semiconductor material proximate to the body material; arranging to form within said semiconductor material adjacent a boundary of said semiconductor material; include. 6. By the method set forth in claim 5 a) crystallizing the buried amorphous portion of the semiconductor layer; b) The recrystallized portion of the semiconductor layer is substantially exposed to X to partially form the semiconductor layer. and C) the layer added to the recrystallized portion of the semiconductor layer is providing a layer in which the recrystallized portion is added in close proximity to the semiconductor material to substantially form the crystalline structure; eliminate child loss, Consists of steps. 7. Scope of Claims No. 1. in a second or third method a) said embedding of said semiconductor layer; crystallization of the amorphous part, b) causing the recrystallized portion of the semiconductor layer to substantially come out and partially exposing the semiconductor layer to C) The layer added to the recrystallized portion of the semiconductor layer is left on the semiconductor layer. providing a layer in which a recrystallized portion is added in close proximity to the semiconductor material, substantially altering the crystal lattice; eliminate defects, Consists of steps. 8. By the method set forth in claim 4 a) crystallizing the buried portion of the semiconductor layer; b) exposing substantially all of the recrystallized portion of the semiconductor layer and partially exposing the recrystallized portion of the semiconductor layer; C) The layer added to the recrystallized portion of the semiconductor layer is left on the semiconductor layer. providing a layer with a recrystallized portion in close proximity to the semiconductor material, substantially forming a crystal lattice; Eliminate the loss of Consists of steps. 9. The above code table 111159-5020 of the above semiconductor layer by the method according to claim 6. 47 (2) having a step of recrystallizing the embedded amorphous portion, &) recrystallization said semiconductor so as to shape the layer to have a substantially uniform crystallographic arrangement. The buried amorphous part of the layer is regenerated and grown. b) It contains many defects in the crystal lattice, and the defect concentration in the crystallized layer is low and a region of the semiconductor layer uniformly related to and apart from the crystallized layer and the insulating material; Temper the semiconductor layer by creating a substantial number of defects in the semiconductor layer. Contains steps. 10. Regenerating the buried amorphous portion of the semiconductor layer by the method according to claim 8. a) crystallizing the recrystallized layer to a uniform crystallographic alignment; The buried amorphous portion of the semiconductor layer is regenerated to form the semiconductor layer. let me b) It contains many defects in the crystal lattice, and the defect concentration in the crystallized layer is low and a region of the semiconductor layer uniformly related to and apart from the crystallized layer and the insulating material; Temper the semiconductor layer by creating a substantial number of defects in the semiconductor layer. Contains steps. 11. In the second, third or fourth method, the insulating material has a defect concentration. Threshold, dose, and averaged residual value of ions passing through the semiconductor layer. 3 Gen energy, and the inside of the insulating material has a threshold concentration of defects in the insulating material. ion implantation step characterized by less than or equal to the number of ions. 12. In the method according to claim 11, the step of implanting ions is performed on the insulating material. is sapphire, and the defect concentration threshold of the insulating material is approximately I x 1015 keV. ion/crn2. 13. The step of implanting ions in the second, third, or fourth method comprises the steps described above. The thickness of the semiconductor layer is characterized as being less than or equal to about 2,500X. 14. In the method according to claim 13, the ion implantation step is performed at the above-mentioned implantation energy. - is characterized by being less than or equal to about 90 keV. 15. In the method of claim 14, in the ion implantation step, the ion dose is approximately It is characterized by being equal to or less than 2×10 15 ions/LM2. 16. In the method of claim 15, the ion implantation step includes the ion implantation step described above. The semiconductor material is characterized by silicon. 17. In the method of claims 2, 3 and 4, the ion implantation step is , the ion is the same element or composition of elements as the above semiconductor material. It is characterized by 18 Ion implantation step e by the method of claim 17 The knob ion is characterized in that the ion and the semiconductor material are silicon. 19 In the method of claim 17, the ions in the implantation step are arsenic. The above semiconductor material is characterized by GaAs5.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54161268A (en) * 1978-06-09 1979-12-20 Hewlett Packard Yokogawa Method of manufacturing semiconductor device growing silicon layer on sapphire substrate
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