SOI衬底的制造方法技术

本发明专利技术名称为SOI衬底的制造方法。准备半导体衬底和由绝缘体 构成的支撑衬底，在半导体衬底上形成包含氯原子的氧化膜，通过隔 着氧化膜对半导体衬底照射加速了的离子，来在离半导体衬底的表面 有预定的深度中形成脆弱区域，对氧化膜施加偏压而进行等离子体处 理，将半导体衬底的表面与支撑衬底的表面相对，以将氧化膜的表面 与支撑衬底的表面接合，在将氧化膜的表面与支撑衬底的表面接合之 后进行热处理，并以脆弱区域为边界进行分离，从而中间夹着氧化膜 在支撑衬底上形成半导体膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种SOI(Silicon on Insulator;绝缘体上硅)衬底的制造 方法以及半导体装置的制造方法。
技术介绍
近年开发出利用绝缘表面上存在有较薄的单晶半导体膜的 SOI(Silicon on Insulator:绝缘体上珪)衬底来代替块状硅片的集成电路。 通过使用SOI衬底，可以减小晶体管的漏极与村底之间的寄生电容， 由此SOI衬底因其可以提高半导体集成电路的性能而受到瞩目。作为SOI衬底的制造方法之一，已知氢离子注入剥离法(例如，参 照专利文献1)。以下对利用氢离子注入剥离法的SOI衬底的制造方法 的概要进行说明。首先，通过利用离子注入法对硅片进行氢离子注入， 以在离表面有预定的深度中形成微小气泡层。接下来，中间夹着氧化 硅膜，将注入有氢离子的硅片与其它的硅片接合。之后，通过进行加 热处理，可以以该微小气泡层为分离面，将注入有氢离子的硅片的一 部分以微小气泡层为边界分离为薄膜状，并在接合的其他的硅片上形 成单晶硅膜。此外，还提出有 一种利用该氢离子注入剥离法将单晶硅层形成在 由玻璃形成的支撑衬底上的方法(例如，参照专利文献2)。与硅片相比， 玻璃衬底可以实现大面积化且为廉价的衬底，由此通过将玻璃衬底用 作支撑衬底，可以制造大面积且廉价的SOI衬底。日本专利申请公开2000-124092号公报 日本专利申请公开2004-87606号公报 当将半导体衬底与支撑衬底贴合时，通过进行高温热处理，形成5很多共价键，以便使接合牢固。然而，当使用玻璃衬底等的耐热性低 的衬底作为支撑衬底时，与使用硅衬底作为支撑衬底相比，热处理温 度上有限制(需要进行低温处理)，因此有可能导致半导体衬底与支撑 衬底的接合强度不足。当接合强度不足时有可能导致设置在支撑衬底 上的半导体膜剥离。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的之一在于提供即使在低温下进行半 导体衬底与支撑衬底的接合，也充分提高半导体衬底与支撑衬底的接 合强度。中间夹着包含氯原子的氧化膜，将半导体衬底与由绝缘体构成的 支撑衬底贴合。在此情况下，即使在低温下进行贴合，也可以提高半 导体衬底与支撑衬底的接合强度。此外，公开的本专利技术的一个例子如下在单晶半导体衬底上形成 包含氯原子的氧化膜，通过隔着氧化膜对单晶半导体衬底照射加速了 的离子，在离单晶半导体村底的表面有预定的深度的区域中形成脆弱 区域，施加偏压，对单晶半导体衬底上的氧化膜进行等离子体处理， 将单晶半导体衬底与由绝缘体构成的支撑衬底相对，并将氧化膜的表 面与支撑衬底的表面接合，在将氧化膜的表面与支撑衬底的表面接合 之后进行热处理，通过在脆弱区域中进行分离，来中间夹着氧化膜在 支撑衬底上形成单晶半导体膜。此外，公开的本专利技术的一个例子如下在单晶半导体衬底上形成 包含氯原子的第 一氧化膜，在由绝缘体构成的支撑村底上形成包含氯 原子的第二氧化膜,通过隔着第一氧化膜对单晶半导体衬底照射加速了的离子，在离单晶半导体衬底的表面有预定的深度的区域中形成脆 弱区域，施加偏压，对单晶半导体衬底上的第一氧化膜进行等离子体 处理，将单晶半导体衬底与支撑衬底相对，将第一氧化膜的表面与第 二氧化膜的表面接合，在将第一氧化膜的表面与第二氧化膜的表面接合之后进行热处理，通过在脆弱区域中进行分离，来中间夹着第二氧 化膜及第 一氧化膜在支撑衬底上形成单晶半导体膜。在本说明书中，"单晶"是指晶面、晶轴一致的结晶，并且构成它 的原子或分子在空间有规律地排列。理所当然，单晶是由原子有规律 地排列而构成的，但是单晶也包括其一部分具有排列无序的晶格缺陷、 有意地或无意地具有晶格畸变的单晶。在本说明书中，半导体装置是指能够通过利用半导体特性而工作 的所有装置,电光装置、半导体电路及电子设备都包括在半导体装置的 范畴内。在本说明书中显示装置包括发光装置、液晶显示装置。发光装置 包括发光元件，液晶显示装置包括液晶元件。作为发光元件，其灰度由电流或电压控制的元件都包括在其范畴内，具体包括无机EL(电致发 光)元件和有纟几EL元件等。通过中间夹着包含氯原子的氧化膜，将半导体衬底与由绝缘体构 成的支撑衬底贴合，即使在低温下进行半导体衬底与支撑衬底的贴合， 也可以充分提高半导体衬底与支撑衬底的接合强度。附图说明图1A-1至1D是示出SOI衬底的制造方法的一个例子的图2A至2C是示出SOI衬底的制造方法的一个例子的图3A-1至3D是示出SOI衬底的制造方法的一个例子的图4A至4D是示出SOI衬底的制造方法的一个例子的图5A至5C是示出SOI衬底的制造方法的一个例子的图6是示出使用SOI衬底的半导体装置的一个例子的图7是示出使用SOI衬底的半导体装置的 一个例子的图8A和8B是示出使用SOI衬底的显示装置的一个例子的图9A和9B是示出使用SOI衬底的显示装置的一个例子的图IOA至IOC是示出使用SOI衬底的电子设备的一个例子的7图11是说明SOI衬底中的包含氯的氧化膜的图12是说明形成在硅衬底上的氧化膜表面的特性的图。具体实施例方式参照附图对实施方式进行详细说明。但是，本专利技术不局限于以下 所示的实施方式中记载的内容，所属
的普通技术人员可以很 容易地理解一个事实就是其方式及详细内容在不脱离本专利技术的宗旨及 其范围下可以被变换为各种各样的形式。此外，根据不同的实施方式 的结构可以适当地组合而实施。注意，在以下所说明的专利技术的结构中， 使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省 略其重复说明。实施方式1在本实施方式中，参照附图对将半导体衬底与支撑衬底贴合而制 造SOI村底的方法进行说明。首先，准备半导体衬底100 (参照图1A-1 )。作为半导体衬底100可以使用单晶半导体衬底或多晶半导体衬底， 例如可以举出单晶或多晶硅衬底、锗衬底、镓砷或铟磷等化合物半导 体衬底。市场上销售的硅衬底的典型例子是大小为直径5英寸 (125mm)、直径6英寸(150mm)、直径8英寸(200mm)、直径12 英寸(300mm)、直径16英寸(400mm)的圆形衬底。注意，其形状 不局限于圆形，还可以使用^皮加工成矩形等形状的硅衬底。在以下i兌 明中，示出使用单晶硅衬底作为半导体衬底100的情况。优选预先使用硫酸和过氧化氢以及纯水的混合液(SPM)、氨水和 过氧化氢以及纯水的混合液(APM )、盐酸和过氧化氢以及纯水的混合 液(HPM)、氟酸和纯水的混合液(DHF)等适当地清洗半导体衬底100 的表面。接着,对半导体衬底100进行热氧化处理来形成氧化膜102 (在此， 为氧化硅(SiOx)膜)(参照图1A-2)。此外，热氧化处理在氧化气氛8中添力口卣素来进4亍。在本实施方式中，在引入了氯(C1)气体的氧化气氛中对半导体衬底100进行热氧化处理来形成被氯氧化的氧化膜102。因此，氧化膜 102成为包含氯原子的膜。在氧化膜102中包含的氯原子形成应变而截断Si-O键，并在膜中 形成微小的空洞，而使氧化膜102低密度化。其结果，氧化膜102的 对水分的吸收比率得到提高，而增大水的扩散速度。换言之，当在氧 化膜102表面存在有水分时，通过将存在于该氧化膜102表面的水分 迅速地吸收到氧化膜102的膜中，可以扩散水分。此外，作为包含在氧化膜102中的卣原子优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＳＯＩ衬底的制造方法，包括如下步骤：　在单晶半导体衬底上形成包含氯原子的氧化膜；　隔着所述氧化膜对所述单晶半导体衬底照射加速了的离子，以在离所述单晶半导体衬底的表面有预定的深度的区域中形成脆弱区域；　施加偏压，以对所述 单晶半导体衬底上的所述氧化膜进行等离子体处理；　将所述单晶半导体衬底与由绝缘体构成的支撑衬底相对，以将所述氧化膜的表面与所述支撑衬底的表面接合；以及　在将所述氧化膜的表面与所述支撑衬底的表面接合之后进行热处理，以在所述脆弱区域中 进行分离，来中间夹着所述氧化膜在所述支撑衬底上形成单晶半导体膜。

【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，山崎舜平，
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