SOI衬底的制造方法技术

本发明专利技术提供一种半导体衬底的制造方法，该半导体衬底具备即使是在使用玻璃衬底等耐热温度低的衬底的情况下、也可以实际使用的单晶半导体层。通过激发源气体产生等离子体，从单晶半导体衬底的一个表面添加等离子体中所包含的离子种，从而形成损伤区域；在单晶半导体衬底的另一个表面上形成绝缘层；以中间夹着绝缘层的方式而将支撑衬底与单晶半导体衬底紧贴，以使其面对单晶半导体衬底；通过加热单晶半导体衬底，在损伤区域中进行分离，将它分离成贴合有单晶半导体层的支撑衬底和单晶半导体衬底；对贴合在支撑衬底上的单晶半导体层的表面进行干法刻蚀；通过对单晶半导体层照射激光束，使单晶半导体层的至少一部分熔化，从而使单晶半导体层再单晶化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及SOI衬底的制造方法和具有SOI结构的半导体装置的制造方法，该SOI衬底具有在绝缘表面设置有单晶半导体层的所谓SOI(Silicon on Insulator绝缘体上硅)的结构。
技术介绍
一种使用半导体衬底的集成电路正在被研究开发，该半导体衬底是在绝缘表面上设置有薄的单晶半导体层、并被称为绝缘体上硅(以下也称为“SOI”)，来代替将单晶半导体块切成薄片而制造的硅晶片。使用SOI衬底的集成电路以其减少晶体管的漏极和衬底之间的寄生电容、并提高半导体集成电路的性能，正引人注目。 作为制造SOI衬底的方法，已知有氢离子注入剥离法(例如参照专利文献1)。氢离子注入剥离法是通过将氢离子注入到硅晶片，而在离其表面的规定深度处形成损伤区域，并使硅晶片在该损伤区域中分离，从而将薄硅层与另一硅片接合。此外，除了进行剥离硅层的热处理以外，还必须通过氧化性气氛下的热处理，在硅层上形成氧化膜，然后去除该氧化膜，再进行1000℃～1300℃的热处理来提高接合强度。 另一方面，还揭示了一种在高耐热性玻璃等的绝缘衬底上设置有硅层的半导体装置(例如参照专利文献2)。该半导体装置具有如下结构，即用绝缘硅膜保护应变点为750℃以上的晶化玻璃的整个表面，并且将通过氢离子注入剥离法而得到的硅层贴合到该绝缘硅膜上。 日本专利申请公开2000-124092号公报 日本专利申请公开H11-163363号公报 另外，在为形成损伤区域而进行的离子照射工序中，硅层因被照射的离子而受到损伤。在提高上述硅层和支撑衬底的接合强度的热处理中，还进行由离子照射工序所导致的对硅层的损坏的修复。 但是，对于支撑衬底使用玻璃衬底等的耐热温度低的衬底时，则不能进行1000℃以上的热处理，就不能对上述离子照射工序所导致的对硅层的损坏进行充分的修复。 另外，在现有的氢离子注入剥离法中，在从硅晶片分离了硅层之后，必须进行CMP(Chemical Mechanical Polishing化学机械抛光)工序，以使该分离面平坦化并使其变薄直到规定的厚度。但是，CMP工序需要耗费时间，并且难以形成具有平坦性的较大夹具(jig)。因此，现有的SOI衬底不适合大面积化，存在阻碍生产性提高和制造成本降低的因素。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的一个目的在于提供一种SOI衬底的制造方法，该SOI衬底具备即使是在使用玻璃衬底等的耐热温度低的衬底的情况下、也可以实际使用的单晶半导体层。本专利技术的另一个目的还在于制造使用了上述SOI衬底的高可靠性的SOI装置。 本专利技术的特征在于，通过激发源气体产生等离子体，从单晶半导体衬底的一个表面添加前述等离子体中所包含的离子，从而在前述单晶半导体衬底中形成损伤区域；在前述单晶半导体衬底的另一个表面上形成绝缘层；以中间夹着前述绝缘层的方式将支撑衬底与前述单晶半导体衬底贴合，以使其面对前述单晶半导体衬底；通过加热前述单晶半导体衬底，在所述损伤区域中，将其分离成贴合有单晶半导体层的前述支撑衬底和单晶半导体衬底的一部分；对贴合在前述支撑衬底上的前述单晶半导体层的表面进行干法刻蚀；对前述单晶半导体层照射激光束，并在前述单晶半导体层的至少表面熔化后，使其凝固。 另外，在对单晶半导体层照射了激光束之后，也可以进行干法刻蚀或湿法刻蚀中的一种、或对双方进行组合的刻蚀。 这里，对于单晶，若着眼于某一晶轴时，是指其晶轴的方向在样品的任一部分中都是向着同一方向的晶体，而且是在晶体和晶体之间不存在晶界的晶体。此外，在本说明书中，即使是含有晶体缺陷或悬空键，但如上所述的晶轴方向一致、且不存在晶界的晶体都被视为单晶。另外，单晶半导体层的再单晶化是指单晶结构的半导体层，经与其单晶结构不同的状态(例如液相状态)再次为单晶结构。或者，单晶半导体层的再单晶化也可以说是通过对单晶半导体层进行再结晶化而形成单晶半导体层。 在单晶半导体衬底的损伤区域中，将其分离成贴合有单晶半导体衬底的支撑衬底和单晶半导体衬底的一部分，并通过对贴合于支撑衬底上的单晶半导体层进行干法刻蚀，去除单晶半导体层表面的缺陷或损伤，并降低单晶半导体层的表面粗糙度，然后照射激光束，因此，在因激光束的照射而导致单晶半导体层熔化时，可以防止缺陷和损伤进入到单晶半导体层内部。由此，可以获得缺陷减少、且平坦性高的单晶半导体层。 另外，可以制造具备单晶半导体层的SOI衬底，该单晶半导体层即使是在使用玻璃衬底等的耐热温度低的衬底的情况下，也可以实际使用。再者，通过使用设置于上述SOI衬底上的单晶半导体层，可以高成品率地制作具备各种高性能和高可靠性的半导体元件、存储元件、集成电路等的半导体装置。 附图说明 图1是说明实施方式1有关的SOI衬底的制造方法的图。 图2是说明实施方式1有关的SOI衬底的制造方法的图。 图3是说明实施方式1有关的SOI衬底的制造方法的图。 图4是说明实施方式1有关的SOI衬底的制造方法的图。 图5是说明实施方式1有关的SOI衬底的制造方法的图。 图6是说明实施方式2有关的半导体装置的制造方法的图。 图7是说明实施方式2有关的半导体装置的制造方法的图。 图8是表示利用SOI衬底获得的微处理器的结构的框图。 图9是表示利用SOI衬底获得的RFCPU的结构的框图。 图10是对支撑衬底使用母体玻璃的SOI衬底的正面图。 图11(A)是液晶显示装置的像素的平面图。图11(B)是沿J-K切断线的图11(A)的截面图。 图12(A)是电致发光显示装置的像素的平面图。图12(B)是沿J-K切断线的图12(A)的截面图。 图13是表示应用本专利技术的电子设备的图。 图14是表示应用本专利技术的电子设备的主要结构的框图。 图15是表示应用本专利技术的电子设备的图。 图16是表示应用本专利技术的便携式电话的图。 图17是说明实施例1有关的SOI衬底的制造方法的图。 图18是说明实施例1有关的SOI衬底的制造方法的图。 图19是说明实施例1有关的SOI衬底的制造方法的图。 图20是单晶半导体层表面用AFM的观察结果(10μm×10μm)。 图21是单晶半导体层表面用AFM的观察结果(10μm×10μm)。 图22是说明实施例2有关的SOI衬底的制造方法的图。 图23是说明实施例2有关的SOI衬底的制造方法的图。 图24是阈值电压的概率统计分布图。 图25是亚阈值摆幅的概率统计分布图。 图26是场效应迁移率的概率统计分布图。 图27是说明实施方式3有关的半导体装置的制造方法的图。 图28是说明实施方式3有关的半导体装置的制造方法的图。 图29是说明实施方式3有关的半导体装置的制造方法的图。 图30是表示氢离子种的能量图。 图31是表示离子的质量分析结果的图。 图32是表示离子的质量分析结果的图。 图33是表示加速电压为80kV时的氢元素的深度方向轮廓(实测值和计算值)的图。 图34是表示加速电压为80kV时的氢元素的深度方向轮廓(实测值、计算值和拟合函数)的图。 图35是表示加速电压为60kV时的氢元素的深度方向轮廓(实测值、计算值和拟合函数)的图。 图36是表示加速电压为40kV时的氢元素的深度方向轮廓(实测值、计算值和拟合函数)的图。 图37是将拟合参数的比(氢元素比和氢离子种比)进行汇总的图。 标号说明 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＳＯＩ衬底的制造方法，其特征在于，包括以下工序：　通过产生等离子体并将所述等离子体中所包含的离子种添加到单晶半导体衬底，从而在所述单晶半导体衬底中形成损伤区域；　在所述单晶半导体衬底上形成绝缘层；　以中间夹着所述绝缘层 的方式将支撑衬底与所述单晶半导体衬底接合，以使其面对所述单晶半导体衬底；　通过加热所述单晶半导体衬底，在所述损伤区域将单晶半导体层从所述单晶半导体衬底分离，并且将所述单晶半导体层贴合在所述支撑衬底上；　对所述单晶半导体层进行干法 刻蚀；以及　用激光束照射所述单晶半导体层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大沼英人，挂端哲弥，下村明久，笹川慎也，仓田求，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]