半导体衬底及其制造方法技术

生产平整、质量好ＳＯＩ衬底的方法，同时包括多孔形成步骤，在硅衬底的至少一个表面上形成多孔硅层；及大孔隙率层形成步骤，在多孔硅层中形成大孔隙率层。把离子注入多孔硅层并伸入到给定区域，或者在多孔形成步骤中改变阳极氧化的电流密度，进行大孔隙率层形成步骤。在多孔硅层上面外延生长非多孔单晶硅层。把多孔硅层表面和支撑衬底连接在一起，在具有大孔隙率的多孔硅层处进行分离。接着进行选择刻蚀，以便除掉多孔硅层。通过重复利用衬底能节省资源和降低成本。（*该技术在2016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。特别是，本专利技术涉及介质隔离或者在绝缘体上制造单晶半导体的方法，以及在硅衬底上制造单晶化合物半导体的方法，还涉及适用于在单晶半导体层上形成电子器件或集成电路的半导衬底的制造方法。众所周知，在绝缘片上形成单晶硅半导体层称为在绝缘体上生长硅(SOI)技术，而且已经进行了深入的研究，因为利用SOI技术制造的器件有很多优点，这不是利用体硅衬底形成一般的集成电路所能获得的。例如，具体地说，利用SOI技术可能有下列优点1 容易进行介质隔离和可能获得高集成度；2 抗辐射非常好；3 减少浮动电容，可能获得高速度；4 省略制阱工艺；5 可能防止闩锁现象；6 通过减少膜厚度，可能制成全耗尽(FD)型场效应晶体管。例如，在特刊文献中“Single-crystal silicon on-single-crystal insulators”；edited by G.W.cullen，Journal of Crystal Growth，Volume 63. no3，pp 429-590(1983)详细地报道了上述优点。此外，在过去几年里，报道了大量利用SOI作为衬底的情况，这可实现MOSFET的加速并使其降低了功耗(IEEE SOIConference 1994)。因为当利用SOI结构时，元件在其底部有一绝缘层，和利用体硅片形成元件相比，则可简化元件的隔离工艺，所以可以缩短制造器件的工艺流程。具体地说，除了实现高性能以外，和利用在体硅片上制造MOSFET或IC相比可减少制片成本和工艺成本。特别是通过改善驱动能力希望全耗尽型(FD)MOSFET达到高速和降低功耗。通常，由沟道的杂质浓度确定MOSFET的阈值电压Vth。另一方面，在利用SOI的FD MOSFET情况，耗尽层受到SOI膜厚的影响。这样，为了高合格率的生产大规模集成电路，特别要求SOI厚度要均匀。另一方面，化合物半导体上制作的器件，具有如高速和发光的优良性能，硅器件不能达到上述性能。目前，通常在如GaAS衬底的化合物半导体衬底上生长的外延层中，形成上述的器件。但是，存在下述问题，化合物半导体衬底昂贵而且机械强度低，所以难于生产大面积的晶片。在这种情况下，人们打算在硅片上进行化合物半导体的异质外延生长，其成本低机械强度高，能生产大面积的晶片。关于SOI，自从70年代就开始积极地进行研究SOI衬底的形成。开始，充分地研究SOS(在蓝宝石上生长硅)方法，其能在作为绝缘体的蓝宝石上异质外延生长单晶硅，还研究了FIPOS方法(由多孔的硅氧化物进行全隔离)，由氧化多孔硅进行介质隔离形成SOI结构，此外，还研究了氧离子注入方法。在FIPOS方法中，在岛状的P型硅单晶衬底表面上，通过利用质子离子注入[Imai and Collaborator.J.Crystal Growth，Vol.63 547(1983)]方法，或者利用外延生长和构图方法形成n-型Si层，只有p-型硅衬底变成多孔硅以利用在HF酸溶液中进行阳极氧化的方法从表面包围Si岛，此后，n-型Si由于加速氧化被介质隔离。该方法存在下列问题，在进行器件工艺之前，确定隔离Si区，所以限制了设计器件的自由度。氧离子注入方法是一种由K.Izumi第一个报道的被称为SIMOX的方法。在把大约1017-1018/cm2的氧离子注入到Si片中后，在约1320℃高温下，在氩/氧气氛下，对注入离子的Si片进行退火。结果，注入到某一深度的氧离子与Si结合，所说深度对应于离子注入的设计深度，以便形成硅氧化物层。在这种情况下，由于氧离子注入，把硅氧化物层上部的硅层变成非晶硅，变成的非晶硅被再结晶，由此，使其成为单晶硅层。通常，在硅层表面有很多缺陷，即大约105cm-2。另一方面，通过注入大约4×1017/cm2的氧，可成功地把缺陷降低到102cm-2。但是，由于保证硅氧化物质量的注入能量和注入剂量以及保证表面硅层结晶性质等的注入能量和注入剂量的范围是如此窄，使得表面硅层和埋层硅氧化物(BOX隐埋氧化物)被限制到特殊值。为使硅表面层达到要求的厚度，需要进行减薄氧化和外延生长。因此，存在下述问题，由这些工艺引起的质量下降进一步影响厚度分布，结果引起厚度的不均匀。据报道，在BOX层中，存在有称为管道的不良硅氧化物区。其原因之一，认为是由于注入了如灰尘的杂质引起的。在有管道的部分，因在有源层和支撑衬底之间有漏电流，则降低了器件的特性。并且，在SIMOX中的离子注入，和常规半导体工艺中的离子注入相比，注入剂量大，即使利用排除了上述问题的专用设备，注入时间也很长。利用光栅-扫描给定电流量的离子束，或扩展离子束，进行离子注入，预计注入时间的增加取决于晶片面积的增加。在大面积高温热处理过程中，由于晶片温度分布不均匀，使注入产生偏差的问题变得比较严重。在SIMOX中，利用高温热处理，即1320℃是必要的。在硅半导体工艺中，通常不采用这样高的温度，所以涉及到研制设备的问题，变得越来越重要。另一方面，除前述常规SOI形成方法以外，最近，提出一种形成SOI结构的方法，利用热处理或粘合方法把硅单晶衬底粘贴到热硅氧化物单晶衬底上。该方法要求为器件形成一均匀的有源层。具体地说，形成几百微米厚的Si单晶衬底，然后使其减薄到几微米或更少。有如下所述的三种减薄厚度的方法1 通过抛光减薄厚度；2 通过局部等离子刻蚀减薄厚度；3 通过选择刻蚀减薄厚度。按照方法1，难于均匀减薄厚度。特别是，在厚度减到亚微米的情况，偏差量达到数十个百分比，使均匀性成为大问题。如果进一步增大晶片尺寸，则困难相应地增加。按照方法2，在利用抛光方法1，减薄厚度到大约1-3μm后，逐点测量厚度分布。然后，根据厚度分布情况，利用直径为几毫米的SF6进行等离子扫描处理，进行刻蚀同时校正厚度分布，以使厚度减薄到预定值。据报道，这种方法可使厚度分布在大约±10nm的范围内。但是，如果杂质(颗粒)由于等离子刻蚀存在于衬底上，该杂质作为刻蚀掩模，则在衬底上形成凸出物。因为刚刻蚀后表面是粗糙的，所以在等离子刻蚀后需要进行接触抛光。根据抛光处理时间来控制抛光掉的数量，因此指出了由于抛光而使最终膜厚的控制和膜厚分布的退化。另外在抛光工艺中，用胶体状的二氧化硅磨料，直接研磨作为有源层的表面，所以由于抛光和加工引起的形变，形成有裂痕的表面层。而且如果显著增加晶片的面积，因等离子刻蚀时间正比于晶片面积的增加，则会相应大大地降低生产率。按照方法3，在要形成膜的衬底中。预先形成能够选择刻蚀的膜结构。例如，采用如外延生长的方法，在p-硅衬底上形成硼浓度不小于1019cm-3的P+硅薄硅层和p-硅层，以便形成第1衬底。通过诸如氧化膜的绝缘层，把第1衬底连接到第2衬底上，然后预先把第1衬底下面进行研磨或者进行抛光，以便减薄其厚度。以后通过选择刻蚀p-层来暴露P+层，然后再选择刻蚀P+层暴露p-层，以便制成SOI结构。在Maszara的报告中，详细地叙述了这种方法。虽然所述的选择刻蚀对于均匀厚度减薄是有效的，但它存在下列问题选择刻蚀率至多是102，其不够大。因为刻蚀后表面特性不好，所以刻蚀后需要进行接触抛光。然而，结果，减少了膜厚，并且膜厚的均匀性趋于下降。特别是，虽然根据时间控制抛光数量，但是由于抛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体衬底的方法，包括下列步骤： 多孔形成步骤，用于在硅衬底的至少一个表面上形成多孔硅层；以及 大孔隙率层形成步骤，用于在所述多孔硅层内，距所述多孔硅表面有恒定深度的位置形成大孔隙率的层。

【技术特征摘要】
JP 1995-10-6 260100/95;JP 1996-10-4 264386/961 一种制造半导体衬底的方法，包括下列步骤多孔形成步骤，用于在硅衬底的至少一个表面上形成多孔硅层；以及大孔隙率层形成步骤，用于在所述多孔硅层内，距所述多孔硅表面有恒定深度的位置形成大孔隙率的层。2 按照权利要求1的制造半导体衬底的方法，其特征在于所述的大孔隙率层的形成步骤包含离子注入步骤，把离子注入到所述的多孔硅层内，并伸入到给定区域。3 按照权利要求2的制造半导体衬底的方法，还包括非多孔层形成步骤，在所述离子注入步骤之前，在所述多孔层表面形成非多孔层。4 按照权利要求2的制造半导体衬底的方法，其特征在于所述离子包括惰性气体、氢、氮中的至少一种离子。5 按照权利要求3的制造半导体衬底方法，还包括连接步骤，用于连接所述的非多孔层和支撑衬底；及分离步骤，用于在所述大孔隙率层处把所述硅衬底分成两部分。6 按照权利要求5的制造半导体衬底的方法，其特征在于通过热处理所述硅衬底进行所述分离步骤。7 按照权利要求5的制造半导体衬底的方法，其特征在于通过在与衬底表面垂直的方向给所述硅衬底加压，进行所述分离步骤。8 按照权利要求5的制造半导体衬底的方法，其特征在于通过在与衬底表面垂直的方向冲压所述硅衬底，进行所述分离步骤。9 按照权利要求5的制造半导体衬底的方法，其特征在于通过向所述硅衬底加剪切力来进行所述分离步骤。10 按照权利要求3的制造半导体衬底的方法，其特征在于所述非多孔硅层由单晶硅层制成。11 按照权利要求3的制造半导体衬底的方法，其特征在于所述非多孔层由单晶硅制成，在该单晶硅被连接的表面上有硅氧化物层。12 按照权利要求3的制造半导体衬底的方法，其特征在于所述非多孔层由单晶化合物半导体制成。13 按照权利要求5的制造半导体衬底的方法，其特征在于所述支撑衬底是硅衬底。14 按照权利要求5的制造半导体衬底的方法，其特征在于所述支撑衬底是在其被连接表面上有硅氧化物层的硅衬底。15 按照权利要求5的制造半导体衬底的方法，其特征在于所述支撑衬底是透光...

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