半导体衬底的制造工艺制造技术

一种半导体衬底的制造工艺，包括封闭多孔硅层的表面微孔，然后在多孔硅层上通过外延生长形成单晶层，在封闭之后外延生长之前，在高于封闭时的温度下进行中间热处理。这种工艺改善了具有通过外延生长形成的单晶层的半导体衬底的结晶质量，并且提高了用于键合晶片时的键合界面的平滑度，能够通过激光散射方法检测表面上的较小颗粒。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的
是主要用做采用MOSFET或双极晶体管的集成电路的基本部件的半导体衬底及其制造工艺。在硅型半导体器件和集成电路的技术中，绝缘体上的硅(SOI)结构作为一种通过使寄生电容降低，使器件隔离更容易，从而实现晶体管的高速运行、低功耗、高集成度和整体成本降低的技术已经得到各种研究。在二十世纪七十年代，Imai提出FIPOS(多孔硅完全隔离)工艺，其中采用多孔硅加速氧化的现象形成SOI结构(K.Imai，Solid-state Electronics24，1981，p.159)。在该工艺中，在p型衬底上形成n型岛。之后，通过阳极氧化使p型区、包括位于n型岛之下的部分有选择地多孔化。此时，n区保持未被多孔化。多孔硅由Uhlir等在1964年专利技术(A.Uhlir，Bell Syst.Tech.J.，35，1956，p.333)，类似于海绵，其在硅晶体内具有直径为几纳米到几十纳米的微孔，并且具有大至几百m2/cm3以上的单位体积的表面面积。因此，基于在含氧气氛中的热氧化，在已经到达多孔硅内部的氧的作用下，不仅多孔硅表面而且其内部被同时氧化，因此可以选择地氧化多孔层。对氧化膜厚度的控制取决于多孔层厚度而不是氧化时间，因此可以形成厚度是通过体硅的氧化所形成厚度的几十倍到几百倍的氧化硅膜。亦即，形成的多孔区可以完全氧化，而且硅岛区因n型硅岛不被完全氧化而可以保留。通过这种工艺在多孔硅上形成硅岛即为FIPOS。在氧化作用下硅的体积膨胀。因此，在FIPOS中也是考虑多孔硅最好具有约56％的孔隙率[孔隙率微孔体积/(剩余硅体积+微孔体积)]，以便防止体积因氧化而膨胀，以及防止晶片翘曲从而导致内部缺陷。在此之后，作为这种工艺的改进提出另一种工艺，其中在整个表面上形成多孔硅，然后在多孔硅上外延生长无孔单晶硅，之后去除形成的部分外延硅层暴露多孔硅，然后通过热氧化对多孔硅进行选择性氧化，制成SOI结构(H.Takai and T.Itoh，Journal of Electric Materials 12，1983，p.973)。作为近来引人注目的SOI形成技术，可以采用氧注入工艺(SIMOX，注氧隔离)和晶片键合技术。SIMOX是由Izumi等在1978年提出的工艺(K.Izumi，M.Doken and H.Ariyoshi，Electron Letters 14，1978，p.593)，在该工艺中在硅衬底中注入硅，随后在高于1300℃的高温加热，形成氧化硅埋层。氧化硅埋层存在许多限制，因为其取决于对缺陷(或故障)密度和氧化膜质量的控制。同时，相对于采用晶片键合技术制成SOI结构的工艺，提出了各种方法，因为SOI结构的表面硅层和氧化硅埋层可以制成具有任何要求的层厚度，并且表面硅层具有良好的可结晶性。直接键合工艺由Nakamura等提出，其中晶片相互键合，不插入任何中间层例如粘附层，但是在1984年的J.B.Lasky等的报道之后，这种工艺开始得到有力地研究；该报道(J.B.Lasky，S.R.Stiffler，F.R.White and J.r.abernathey，Technical Digest of theInternational Electron Devices Meeting，IEEE，New York，1985，p.684)涉及把键合的晶片之一形成为薄膜以及形成在其上的MOS晶体管如何工作。作为键合技术，提出了epock制造工艺，公开于日本专利申请特许公开5-21338和美国专利5371037。这种工艺的一个例子是如下所述的工艺通过阳极氧化把用做第一衬底的单晶硅晶片表面制成多孔，然后在其上外延生长无孔单晶硅层，提供第一衬底。之后，与第二衬底键合，随后加热提高其键合强度，然后通过研磨或抛光其背面去除第一衬底，在整个表面上暴露多孔硅层。之后，通过腐蚀选择地去除多孔硅，以使无孔单晶硅层转移到第二衬底上。作为实现高达100000倍的选择性的结果，已经了解到所得SOI层厚度的均匀性几乎不被腐蚀所损害，由此反映出外延生长的单晶硅层生长时的均匀性。更具体地讲，作为通过市售CVD外延生长系统实现的晶片内的均匀性，在SOI硅层中也实现了1.5％-3％的均匀性。在这种工艺中，在FIPOS中被用做选择氧化材料的多孔硅，被用于腐蚀材料。因此，它们的孔隙率最好不是56％左右而是20％左右。而且，由于多孔硅不用做最终产品的结构材料，所以只要不损害腐蚀的选择性，多孔硅的任何结构变化或粗化均是可允许的。与制造SOI结构的上述工艺类似的工艺公开于日本专利申请特许公开5-21338，还公开于Yonehara等的报道(T.Yonehara，K.Sakaguchi andN.Sato，Appl.Phys.Lett.64，1994，p.2108)，称为ELTRAN。在此工艺中，在多孔硅上外延生长无孔单晶硅是重要技术之一，在多孔硅上的外延硅层中的堆垛层错密度正如报道的是103/cm2-104/cm2。在如此获得的SOI晶片中，这种堆垛层错是主要缺陷。Sato等(N.Sato，K.Sakaguchi，K.Yamagata，Y.Fujiyama and t.yonehara，proc.of the Seventh Int.Symp.on Silicon Mater.Sci.andtech.，Semiconductor Silicon，Pennington，The Electrochem.soc.Inc.，1994，p.443)进行了CVD(化学汽相淀积)工艺，其中采用SiH2Cl2作为在多孔硅上外延生长的材料气体。用于预烘焙的处理温度是1040℃，用于生长的温度是900-950℃，这高于对传统FIPOS工艺报道中的温度。但是，由于引入用于氧化多孔硅的孔壁表面的预氧化(在O2中，400℃1小时)，多孔硅层基本防止了其结构粗化。他们报道包含在外延层中的缺陷主要由堆垛层错占据，并且呈现减少堆垛层错，有助于使多孔硅表面的微孔减少四个数量级以上，例如，通过在生长之前在外延生长炉中进行氢气预烘焙，使1011/cm2的密度降低到107/cm2以下，通过在紧接着把衬底放入外延生长炉之前，进行氢氟酸浸渍(以下称为HF酸浸渍)，降低多孔硅层表面附近的氧浓度，有利于减少堆垛层错。通过进行长时间的HF酸浸渍，多孔硅上的外延硅层中的堆垛层错密度降低到103/cm2或104/cm2，但是缺陷密度的降低开始饱和。同时，他们认为在氢气预烘焙之后仍旧残留于多孔硅表面的微孔是堆垛层错的起因。生长率基本在100nm/分钟以上。Sato等(N.Sato et al.，Jpn.J.Appl.Phs.35，1996，p.973)还公开了在多孔硅上外延生长中，在生长初始阶段以极小速率馈入材料硅，能够使吸附在表面上的硅原子表面扩散，使得即使在部分剩余微孔中也难以包含结晶缺陷，从而降低结晶缺陷密度，类似的技术也公开在日本专利申请特许公开9-100197和EP755068中。对SOI结构没有限制，通过传统工艺形成在多孔硅层上的无孔单晶硅层，试图进一步提高其表面平滑度，也试图利用多孔硅层提高表面微孔已封闭的表面平滑度。本专利技术的目的在于提供一种具有结晶缺陷少、特别是堆垛层错少的无孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体衬底的制造工艺，该衬底在多孔硅层表面上具有无孔单晶层，该工艺包括以下工序：封闭工序，封闭多孔硅层的表面微孔，降低其表面微孔密度；加热工序，在封闭工序之后，对多孔硅层在高于封闭工序的温度下进行热处理；生长工序，加热工序之 后，在封闭工序后的多孔硅层表面上外延生长无孔单晶层。

【技术特征摘要】
JP 1998-9-4 251272/19981.一种半导体衬底的制造工艺，该衬底在多孔硅层表面上具有无孔单晶层，该工艺包括以下工序封闭工序，封闭多孔硅层的表面微孔，降低其表面微孔密度；加热工序，在封闭工序之后，对多孔硅层在高于封闭工序的温度下进行热处理；生长工序，加热工序之后，在封闭工序后的多孔硅层表面上外延生长无孔单晶层。2.一种半导体衬底的制造工艺，该衬底在多孔硅层表面上具有无孔单晶层，该工艺包括以下工序封闭工序，封闭多孔硅层的表面微孔，降低其表面微孔密度；加热工序，在封闭工序之后，对其表面微孔已被封闭的多孔硅层，在高于封闭工序的温度下进行热处理；生长工序，加热工序之后，在封闭工序后的多孔硅层表面上外延生长无孔单晶层；键合工序，使无孔单晶层与支承衬底键合；去除工序，去除多孔硅层从而在支承衬底上留下无孔单晶层。3.根据权利要求1或2的工艺，其中，封闭工序包括在超高真空的气氛或在含氢气的还原气氛中烘焙的工序，和在烘焙工序之后对多孔硅层表面赋予硅原子的工序。4.根据权利要求3的工艺，其中，在烘焙工序中多孔硅被腐蚀2nm以下的厚度。5.根据权利要求1或2的工艺，其中，在不含硅源气体的气氛中进行加热工序。6.根据权利要求1或2的工艺，其中，在1000℃以上的温度进行加热工序。7.根据权利要求4的工艺，其中，多孔硅被腐蚀1nm以下的深度。8.根据权利要求1或2的工艺，其中，在氧化多孔硅层的微孔壁表面的预氧化工序之后进行封闭工序。9.根据权利要求8的工艺，其中，还包括去除通过预氧化工序在多孔硅层表面上形成的氧化膜的工序。10.根据权利要求1或2的工艺，其中，在与加载锁定室连接的反应室中，进行封闭工序、加热工序和生长工序。11.根据权利要求1的工艺，其中，在高于生长工序的压力下进行封闭工序。12.根据权利要求1的工艺，其中，无孔单晶层是通过异质外延生长形成的层。13.根据权利要求1的工艺...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤信彦，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]