SOI衬底的回收方法和再生的衬底技术

一种ＳＯＩ衬底１的回收方法，该ＳＯＩ衬底１具有半导体基板２和单晶半导体层４，且有夹在它们之间的绝缘层３，该方法包括去除单晶半导体层４的第一去除步骤和选择性去除绝缘层３的第二去除步骤。由此降低了在ＳＯＩ衬底制造过程中降低了回收时基板厚度的减小量。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体衬底及其制造方法。特别地本专利技术涉及用于制造电子器件、集成电路等的衬底以及制造该衬底的方法。更具体地，本专利技术涉及可再利用的回收衬底以及回收该衬底的方法，该衬底通过对在绝缘层上设置了单晶半导体层的衬底加工得到。在半导体加工方法中，大量的晶片被用作在制造步骤中检测膜厚和检测微粒的检验晶片以及加热设备中的虚拟晶片(dummy wafer)。在制造步骤中不可避免地要形成有缺陷的晶片，而且它们在最终检测步骤中要被除去。为了有效利用资源和降低半导体制造成本对大型晶片通常要回收和再利用。在回收过程中，晶片表面上形成的薄膜如LSI的多晶硅薄膜、绝缘膜和铝膜用腐蚀成磨光(lapping)、抛光或研磨(grinding)虚拟晶片等方法去除。机械清除如磨光用于去除仅用腐蚀去不掉的硬膜或复杂膜(多层)。如上所述，用作处理晶片、试验晶片、虚拟晶片之类的大型硅晶片在传统上是要回收的。日本专利特开平9-237771和7-122532中描述了典型的回收方法。另一方面，通过由各种步骤加工大型硅晶片得到的在绝缘层上设置有单晶半导体层的衬底(此后用“SOI衬底”)却不回收。制造后达不到质量标准如膜厚均匀性、层错密度、颗粒等要求的有缺陷SOI衬底总是被抛弃和扔掉。然而，从降低SOI衬底制造成本的角度考虑，应当回收有缺陷SOI衬底以在SOI衬底制造中重复利用或用作其它半导体衬底的晶片。单晶硅半导体层即SOI衬底在绝缘体上的形成工艺已被熟知为硅-绝缘体(silicon-on-insulator,SOI)技术。用SOI技术的器件具有许多硅集成电路的普通大型硅衬底所无法比拟的优点，如下所述1、容易介电隔离和可实现高度集成化；2、抗幅射线性能高；3、漂浮电容低，可高速动作；4、无须焊接工艺；5、可防止封闭(latch-up)，以及6、通过形成薄膜可以形成耗尽型的场效应晶体管。这些内容的详细论述参见文献特刊，“Single Crystal Silicon onNon-Single-Crystal Insulators”,G.W.Cullen编，晶体生长杂志，Vol.63,No.3,pp429-590(1983)。可用包括典型的氧离子注入工艺和粘接工艺的方法形成SOI结构。氧离子注入工艺，称作SIMOX，是K.Izumi首先报道的。在该工艺中，氧离子以1017～1018/cm2的密度注入硅晶片，然后，在氩-氧气氛中约1320℃的温度下退火。因此，在对应于离子注入的注入深度范围(Rp)的深度通过注入的氧离子和硅的键合形成氧化硅层。同时，在氧化硅层上面，由于氧离子注入已转变成非晶态的硅层再次结晶变成单晶硅层，这样就得到了SOI衬底。另一方面，在日本专利2,608,351和美国专利5,371,037中，本专利的专利技术者之一米田隆夫公开了粘接工艺的一种。在该工艺中，通过下述步骤制造SOI衬底准备具有多孔单晶半导体层和无孔单晶半导体层的第一部件；将所述第一部件与第二部件粘接，其中两个部件之间夹有绝缘层且上述无孔单晶半导体层朝内；以及去除多孔单晶半导体层。日本专利特开平5-211128中公开了制造SOI衬底的另一种方法，其中，用离子注入法在硅基板(第一基板)上形成微孔(micro-bubble)层(分离层)，把第一基板和第二基板相粘接，对粘接后的部件热处理使得晶体再分布和微孔层中的孔凝聚，由此在微孔层处分离出制造SOI衬底的最外层(在该专利公开文本中叫“半导体材料薄膜”)。用稀有气体离子或氢离子进行上述离子注入。用粘接方法准备SOI衬底时，SOI结构分离后具有分离层的第一衬底就没用处了。在日本专利特开平7-302889中本专利技术的专利技术人之一米田隆夫公开了一种在制造半导体衬底时再利用分离的第一基板的方法。下面参照附图说明图10A、10B、10C描述在上述专利公开文本中公开的该方法的一个实例。把第一硅基板1001的表层多孔化以形成多孔层1002。在多孔层1002上形成单晶硅层1003。把该单晶硅层1003与第二基板1004的主面相粘接，并在两基板之间夹入绝缘层1005(图10A)。然后在多孔层处将粘接的晶片分离(图10B)。选择性地去除第二硅基板的表面上裸露的多孔硅层以得到SOI结构(图10C)。去除残余的多孔层后，分离的第一硅基板1001可被再利用。根据上述方法，分离的第一硅基板可被再利用。另一方面，在第二硅基板上形成的SOI衬底可能有缺陷或不满足膜厚分布和颗粒的质量标准等等。在这种情况下，第二基板或SOI衬底也需要回收。第一和第二硅基板的回收(如果可能的话)会造成SOI衬底制造过程的成本的进一步下降。在最近几年，关于SOI结构在MOSFET的高速和低耗能上的作用已有许多报道(IEEE SOI Conference 1994)。与在大型硅晶片上形成的元件相比，在SOI结构中绝缘层下的元件能使元件分离工艺简化，由此简化器件制造工艺。因此，SOI结构不仅提高器件的性能，还从总体上降低晶片成本和加工成本。由于上述优点，希望SOI衬底的制造增加，而且SOI衬底的回收会成为重要的问题。本专利技术的目的在于提供回收SOI衬底的方法。本专利技术的目的还在于减小在回收方法中基板厚度的减少量，并减少表面上的基板厚度差异。本专利技术的目的还在于提供去除绝缘层后使硅基板表面平整化的方法。本专利技术的第一实施方案是一种回收SOI衬底的方法，包括提供SOI衬底的步骤，该SOI衬底具有第一半导体基板和在其上间隔绝缘层形成的单晶半导体层；去除单晶半导体层的第一去除步骤以及选择去除绝缘层的第二去除步骤。本专利技术的第二实施方案是一种回收SOI衬底的方法，包括准备SOI衬底的步骤，该SOI衬底具有在半导体基板上间隔绝缘层后形成的单晶半导体层；腐蚀或抛光去除单晶半导体层的第一去除步骤以及用腐蚀选择去除绝缘层的步骤。本专利技术的第三实施方案是一种回收SOI衬底的方法，在上述第一去除步骤前包括将单晶半导体层氧化的步骤。本专利技术的第四实施方案是一种回收SOI衬底的方法，在上述第二去除步骤之后包括在含氢的还原气氛中对裸露的半导体基板热处理的步骤。本专利技术的第五实施方案是一种回收SOI衬底的方法，在上述第二去除步骤之后包括对裸露的半导体基板表面化学和机械抛光的步骤。本专利技术的第六实施方案是一种回收SOI衬底的方法，其中，SOI衬底用粘接法制备。本专利技术的第七实施方案是一种回收SOI衬底的方法，其中，SOI衬底由粘接法制备，且半导体基板和绝缘层之间的界面是粘接面。根据本专利技术，SOI衬底可以回收并在半导体制造工艺中再利用。SOI衬底可以重复回收，且其基板厚度几乎不减少。因此，回收的基板可在基板厚度受限制的情况下重复利用。因此，从工业生产、节约资源和环境保护的角度出发，本专利技术意义重大。本专利技术的回收SOI衬底具有和大型晶片同样平整的表面，不仅可用于试验晶片或虚拟晶片，还可用于重复制造SOI衬底的晶片。图1是示出根据本专利技术的SOI衬底的回收方法的流程图。图2A、2B、2C和2D是说明根据本专利技术的SOI衬底的回收方法回收SOI衬底的步骤的示意截面图。图3A、3B和3C是说明用粘接法准备SOI衬底的步骤的示意截面图。图4A、4B、4C、4D、4E、4F、4G和4H是说明用粘接法准备SOI衬底的步骤和根据本专利技术的回收SOI衬底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种回收ＳＯＩ衬底的方法，包括下列步骤： 提供ＳＯＩ衬底的步骤，该ＳＯＩ衬底具有半导体基板和在其上形成的单晶半导体层，且在该基板和该单晶半导体层之间夹有绝缘层； 去除该单晶半导体层的第一去除步骤；以及 选择性地去除该绝缘层的第二去除步骤。

【技术特征摘要】
JP 1998-1-30 018811/981．一种回收SOI衬底的方法，包括下列步骤提供SOI衬底的步骤，该SOI衬底具有半导体基板和在其上形成的单晶半导体层，且在该基板和该单晶半导体层之间夹有绝缘层；去除该单晶半导体层的第一去除步骤；以及选择性地去除该绝缘层的第二去除步骤。2．如权利要求1所述的回收SOI衬底的方法，其中在第一去除步骤之前包括使所述单晶半导体层氧化的步骤。3．如权利要求1所述的回收SOI衬底的方法，其中执行第一去除步骤时采用腐蚀。4．如权利要求3所述的回收SOI衬底的方法，其中进行第一去除步骤的腐蚀时，腐蚀剂采用四甲基铵氢氧化物、KOH或三甲基-2-羟乙基铵氢氧化物。5．如权利要求1所述的回收SOI衬底的方法，其中执行第一去除步骤时采用抛光。6．如权利要求5所述的回收SOI衬底的方法，其中所述抛光是化学-机械抛光(CMP)。7．如权利要求1所述的回收SOI衬底的方法，其中执行第二去除步骤时采用腐蚀。8．如权利要求7所述的回收SOI衬底的方法，其中进行第二去除步骤的腐蚀时，腐蚀剂采用氢氟酸或缓冲氢氟酸。9．如权利要求1所述的回收SOI衬底的方法，其中包括在含氢的还原气氛中对由于第二去除步骤而裸露出的半导体基板热处理的步骤。10．如权利要求1所述的回收SOI衬底的方法，其中包括对由于第二去除步骤而裸露出的半导体基板进行抛光处理的步骤。11．如权利要求10所述的回收SOI衬底的方法，其中对由于第二去除步骤而裸露出的半导体基板进行的抛光处理采用化学-机械抛光法(CMP)。12．如权利要求10所述的回收SOI衬底的方法，其中对由于第二去除步骤而裸露出的半导体基板进行的抛光处理采用接触抛光法。13．如权利要求1所述的回收SOI衬底的方法，其中用粘接法准备SOI衬底。14．如权利要求13所述的回收SOI衬底的方法，其中粘接面是所述半导体基板和所述绝缘层的界面。15．如权利要求14所述的回收SOI衬底的方法，其中所述粘接法是通过下列步骤准备SOI衬底的方法，它包括准备第一基板的步骤，该基板具有多孔层上的单晶半导体层；以及通过把该第一基板和一个第二基板粘接起来形成多层结构的步骤，在两个基板之间夹有绝缘层并且单晶半导体层放置于里面。16．如权利要求15所述的回收SOI衬底的方法，其中在第一基板的所述单晶半导体层上形成所述绝缘层。17．如权利要求14所述的回收SOI衬底的方法，其中所述粘接法是通过下列步骤准备SOI衬底的方法，它包括准备第一基板的步骤，该第一基板具有分离层上的单晶半导体层；以及通过把该第一基板和一个第二基板粘接起来形成多层结构的步骤，在两个基板之间夹有绝缘层并且单晶半导体层放置于里面。18．如权利要求17所述的回收SOI衬底的方法，其中在第一基板的所述单晶半导体层上形成所述绝缘层。19．如权利要求17或18所述的回收SOI衬底的方法，其中通过将稀有气体离子或氢离子注入单晶硅基板形成分离层。20．如权利要求1所述的回收SOI衬底的方法，其中准备SOI衬底的方法包括将氧离子注入单晶硅基板的步骤以及对单晶硅基板热处理的步骤。21．如权利要求1～18中任一项所述的回收SOI衬底的方法，其中所述单晶半导体层是单晶硅层。22．如权利要求1～18中任一项所述的回收SOI衬底的方法，其中所述单晶半导体层...

【专利技术属性】
技术研发人员：米原隆夫，伊藤正孝，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]