制造半导体产品的工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种制造半导体产品的新型工艺，包括以下步骤：制备包括硅衬底的第一衬底。将无孔半导体层形成在硅衬底上，在硅衬底和无孔半导体层中的至少一层内形成离子注入层；将第一衬底粘接到第二衬底上得到无孔半导体层置于其内的多层结构，在离子注入层处分离多层结构；并除去留在分离的第二衬底上的离子注入层。（*该技术在2017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产品的制造工艺，该工艺适于制造如半导体集成电路、太阳能电池、半导体激光器或发光二极管等的半导体器件。特别涉及包括将半导体层生长到衬底上的步骤的半导体产品的制造工艺。半导体产品通常指半导体晶片、半导体衬底和各种半导体器件，并且包括利用半导体区制造半导体器件的器件和用做制造半导体器件的预制件的器件。所考虑的这类半导体器件包括在绝缘体上设置的半导体层。在绝缘体上形成单晶硅半导体层的技术称做绝缘体上硅(SOI)技术，该技术已广泛公知。现已进行了各种研究探索SOI引人注目的优点，SOI不能用制造常规的Si集成电路的体Si衬底得到。SOI技术的优点包括1.易于介质隔离，能够增加集成度；2.优良的抗辐射性；3.减少浮动电容，提高器件的工作速度；4.省却了阱形成步骤；5.防止了闩锁效应；并且6.使利用薄膜技术制造全耗尽场效应晶体管成为可能。在Journalof Crystal Growth的63卷，No.3，pp429-590(1983)G.W.Cullen编辑的文章“非单晶绝缘体上的单晶硅”中作为专题详尽地讨论了SOI技术的优点。近年来，已公开了许多关于用于提供能实现MOSFET的高工作速度和低功率消耗的衬底的SOI技术的报道(IEEE SOI conference 1994)。如果与在体Si晶片上制造器件的工艺相比，由于实行了非常简化的器件隔离步骤，使用SOI结构的半导体器件制造工艺可以有效地缩减。因此，如果从体Si衬底上制造MOSFET或IC的常规技术来看，特别是就晶片成本和工艺成本而论，使用SOI技术可显著地降低半导体器件的制造成本，更不必说这种半导体器件的显著特性。假设提高驱动功率，全耗尽MOSFET很有希望获得高工作速度和低功率消耗。一般来说，MOSFET的阈值电压(Vth)由它的沟道部分的杂质浓度的函数决定，对于全耗尽(FD)MOSFET，耗尽层的特性受SOI膜厚度影响。因此，要严格控制SOI膜的厚度，以便改善制造LSI的成品率。同时，特别是就高工作速度和发光而论，在化合物半导体上形成的器件显示出出色的特性，这是硅器件所无法比拟的。这种器件目前是在GaAs或类似的化合物制成的化合物半导体衬底上外延生长形成的。然而，化合物半导体衬底成本很高并且机械性能不够强，所以不适于生产大晶片。因此，现已研究在Si晶片上进行异质结外延生长形成化合物衬底，这种衬底便宜、机械强度高并且适于生产大晶片。关于形成SOI衬底的研究在七十年代就已引人注目。最初，关注的是在蓝宝石衬底上进行外延生长制造单晶硅的技术(SOS蓝宝石上硅)，即通过多孔氧化硅完全隔离(FIPOS)和氧离子注入技术制造SOI结构。FIPOS方法包括以下步骤通过质子/离子注入(Imai et al.，J.CrystalGrowth，Vol.63，547(1983))或外延生长和构图，P型单晶Si衬底上形成隔离的N型Si层；通过在HF溶液中阳极化仅将P型硅Si衬底生长到多孔衬底中；从表面上遮蔽Si岛；然后通过加速氧化对N型Si岛进行介质隔离。然而，该技术也存在一个问题，在制造器件的工艺之前限定隔离的Si区，限制了器件设计的自由度。氧离子注入法也称做SIMOX法，是由K.Izumi首次提出的。使用该技术，注入到Si晶片中的氧离子浓度级别为1017-1018/cm2，然后在氩气/氧气的气氛中在约1,320℃的高温下对Si晶片退火。结果，注入的氧离子与Si原子化合产生硅氧化层，聚集的深度对应于注入离子的投影射程(Rp)。在此情况下，通过氧离子注入变为无定形状态的Si氧化层的上部分再结晶产生单晶Si层。而表面Si层显示出高达105/cm2的缺陷率，目前的技术发展通过选择约4×1017/cm2的氧注入速率，可以将缺陷率降到约102/cm2。然而，如果表面Si层的结晶度和Si氧化层的膜质量分别保持在所需的级别，那么能量注入和离子注入的允许范围受到限制，因此表面Si层和掩埋的Si氧化物(BOX；掩埋的氧化物)的膜厚度只能取有限的数值。换句话说，牺牲氧化或外延生长的工艺为形成具有所需厚度的必不可少的工艺。反过来，由于该工艺固有的反型效应，产生了膜厚不均匀的问题。也有报道称SIMOX在Si氧化层中可产生有缺陷的Si氧化区，称做管(pipes)。引起这种现象的可能原因之一是如灰尘等的异物在离子注入期间进入层中。由于有源层和下面的衬底之间的漏电流，使制作在管区中的器件显示出特性下降。SIMOX技术使用大量的离子，其量远大于常规半导体工艺中使用的量，因此，如果使用专门设计的装置，离子注入工艺需要很长时间。由于离子注入工艺一般借助具有预定流速的电流的离子束光栅扫描或通过分散离子束来进行，所以生长大晶片需要很长时间。此外，在高温下生长大晶片时，晶片内温度分布不均匀会使特性退化(slip)问题变得更严重。由于SIMOX工艺要求使用高达1,320℃的非常高的温度，这在常规Si半导体工艺中是观察不到的，如果要制备大晶片，温度分布不均匀的问题会变得更严重，没有非常有效的装置不能实现。除了以上介绍的形成SOI已知技术之外，最近提出了将单晶Si衬底粘接到已进行热氧化的另一单晶Si衬底上产生SOI结构的技术。该方法要求具有均匀厚度的有源层形成在器件上。特别是，厚度为几百微米的单晶Si衬底要制作薄至几微米或更小。减薄单晶Si层已知有三种技术(1)抛光(2)局部等离子腐蚀(3)选择性腐蚀借助以上的抛光技术(1)很难获得均匀的膜厚度。特别是，当膜要减薄到亚微米数量级时，膜厚度的偏差大到百分之几十，使得该技术不可行。对于具有大直径的晶片，该问题尤其显著。技术(2)一般与技术(1)结合使用。具体地说，通过技术(1)将膜厚减薄到约1到3μm，通过在许多点处观察膜厚度来决定膜厚度的分布。然后，在用直径为几毫米的SF6等离子颗粒扫描处对膜进行腐蚀操作，校正膜厚度的分布，直至达到所需的膜厚度。有报道称通过该技术可以将膜厚度的分布限制在约±10nm或更小。然而，该工艺也存在不足，如果在等离子腐蚀期间衬底上有颗粒状异物存在，当腐蚀操作结束时，要进行许多腐蚀掩模形成衬底上的突起。此外，由于腐蚀操作后衬底表面马上会很粗糙，所以在等离子腐蚀结束后，在表面上进行接触抛光(touch-polishing)操作，仅在接触抛光操作期间进行控制。然后，由于抛光引起的膜厚度偏差再次出现。再者，一般含有硅胶(colloidal silica)的抛光剂用于抛光操作，因此抛光剂直接摩擦制成有源层的层，所以可能产生划破和/或变形。当处理大晶片时，由于等离子腐蚀操作的周期的延长与生产的晶片表面积成函数关系，所以工艺的产量明显下降。包含使用被减薄衬底的膜结构的技术(3)包括选择性地腐蚀一层或多层膜。例如，假设含有多于1019/cm3的P+型Si薄层和P型Si薄层通过外延生长依次生长在P型衬底上形成第一衬底，然后将其粘接在第二衬底上，绝缘层插在两者之间，绝缘层一般为氧化膜，通过摩擦和抛光首先使第一衬底的后表面变得足够薄。随后，通过选择性腐蚀上面的P型层露出P+层，然后选择性腐蚀P+层露出P型衬底，形成SOI结构。该技术在Maszara的报告中有详尽的讨论(W.P.Maszara，J.Electrochem.Soc.，V本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体产品的工艺，包括以下步骤：制备包括硅衬底的第一衬底，无孔半导体层形成在硅衬底上，在硅衬底和无孔半导体层中的至少一层内形成离子注入层；将第一衬底粘接到第二衬底上得到无孔半导体层置于其内的多层结构，在离子注入层处分离多层结构；并除去留在分离的第二衬底上的离子注入层。

【技术特征摘要】
JP 1996-11-15 304541/961.一种制造半导体产品的工艺，包括以下步骤制备包括硅衬底的第一衬底，无孔半导体层形成在硅衬底上，在硅衬底和无孔半导体层中的至少一层内形成离子注入层；将第一衬底粘接到第二衬底上得到无孔半导体层置于其内的多层结构，在离子注入层处分离多层结构；并除去留在分离的第二衬底上的离子注入层。2.一种制造半导体产品的工艺，包括以下步骤制备包括硅衬底的第一衬底，将无孔半导体层形成在硅衬底上，在硅衬底和无孔半导体层中的至少一层内形成离子注入层；将第一衬底粘接到第二衬底上得到无孔半导体层置于其内的多层结构；在离子注入层处分离多层结构；除去留在分离的第二衬底上的离子注入层；除去留下的离子注入层后，再次将第一衬底作为第一衬底材料使用。3.一种制造半导体产品的工艺，包括以下步骤制备包括硅衬底的第一衬底，将无孔半导体层形成在硅衬底上，在硅衬底和无孔半导体层中的至少一层内形成离子注入层；将第一衬底粘接到第二衬底上得到无孔半导体层置于其内的多层结构；在离子注入层处分离多层结构；除去留在分离的第二衬底上的离子注入层；从其上除去留下的离子注入层后，再次将第一衬底作为第二衬底材料使用。4.根据权利要求1-3中的任意一个制造半导体产品的工艺，其中在硅衬底上形成无孔半导体层后形成离子注入层。5.根据权利要求1-3中的任意一个制造半导体产品的工艺，其中在硅衬底上形成无孔半导体层和在无孔半导体层上形成绝缘膜后形成离子注入层。6.根据权利要求1-3中的任意一个制造半导体产品的工艺，其中离子注入层用选自稀有气体元素、氢和氮的组中的离子元素形成。7.根据权利要求6的制造半导体产品的工艺，其中离子的注入剂量控制在1016-1017/cm2的范围内。8.根据权利要求1-3中的任意一个制造半导体产品的工艺，其中离子注入层的厚度控制不大于500埃。9.根据权利要求8的制造半导体产品的工艺，其中离子注入层的厚度控制不大于200埃。10.根据权利要求1-3中的任意一个制造半导体产品的工艺，其中对离子注入层施加外力将多层结构分开。11.根据权利要求10的制造半导体产品的工艺，其中通过与衬底表面垂直的方向按压、通过与衬底表面垂直的方向拉离，或通过加剪切力施加外力。12.根据权利...

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