制造隔着缓冲层而具有单晶半导体层的半导体衬底。对半导体衬底掺杂氢，形成包含大量氢的损伤层。在将单晶半导体衬底和支撑衬底接合在一起之后，加热半导体衬底，在损伤区域中分离单晶半导体衬底。通过从具有单晶半导体层的一侧对单晶半导体层照射激光束，使单晶半导体层的照射激光束的区域的从表面有深度方向的一部分区域熔化，基于不熔化而留下的单晶半导体层的平面取向进行再晶化，恢复结晶性，并且使单晶半导体层的表面平坦化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种隔着緩冲层而固定着单晶半导体层的半导体衬 底的制造方法、利用该制造方法而制造的半导体装置、以及具备该半 导体装置的电子设备。
技术介绍
近年来，对于利用SOI (Silicon On Insulator,即绝缘体上硅)衬底代替体状硅片的集成电路进行研究开发。通过利用形成于绝缘层 上的薄单晶硅层的特征，可以将集成电路中的晶体管的半导体层形成为彼此完全分离，并且使晶体管成为完全耗尽型。因此，可以实现高 集成、高速驱动、低耗电量等附加价值高的半导体集成电路。作为SOI衬底，已知SIMOX衬底、贴合衬底。例如，关于SIMOX 衬底，通过将氧离子注入单晶硅衬底并以1300。C以上进行热处理来形 成掩埋氧化膜(BOX; Buried Oxide)层，从而在表面上形成单晶珪 薄膜，以获得SOI结构。关于贴合衬底，隔着氧化膜贴合两个单晶硅衬底(基底衬底及键 合衬底)，并对一个单晶硅衬底(键合衬底)从其背面(不是贴合表 面的一侧)进行薄膜化来形成单晶硅膜，以获得SOI结构。因为当利 用磨削、抛光处理时难以形成均匀且薄的单晶硅膜，所以已提出了被 称为智能剥离(Smart-Cut,注册商标)的利用氢离子注入的技术(例 如，参照专利文献l)。说明该SOI衬底的制造方法的概要，即通过对硅片注入氢离子， 在离其表面有预定深度的区域中形成离子注入层。接着，通过使成为 基底衬底的另外的硅片氧化，形成氧化硅膜。然后，通过将注入有氢 离子的硅片和另外的硅片的氧化硅膜接合在 一起，来将两个硅片贴合5在一起。通过进行加热处理，以离子注入层为分离面来分离硅片，以 形成薄单晶硅层被贴附到基底衬底上的衬底。此外，已知形成单晶硅层被贴附到玻璃衬底的SOI衬底的方法 (例如，参照专利文件2)。在专利文件2中，为了去除通过氢离子 注入而形成的缺陷层、分离面上的几nm至几十nm的台阶，对分离 面进行机械抛光。此夕卜，本申请人在专利文件3及专利文件4中公开了通过利用智 能剥离(Smart-Cut，注册商标)而使用耐热性高的衬底作为支撑衬 底的半导体装置的制造方法，并且在专利文件5中公开了通过利用智 能剥离(Smart-Cut,注册商标)而使用透光衬底作为支撑衬底的半 导体装置的制造方法。日本专利申请公开平11-097379号公报 [专利文件3日本专利申请公开平U-l63363号公报 [专利文件4日本专利申请公开2000-012864号公报专利文件5日本专利申请公开2000-150卯5号>5^才艮 与硅片相比，玻璃衬底是面积大且廉价的衬底，所以通过将玻璃 衬底用作支撑衬底，可以制造面积大且廉价的SOI衬底。然而，玻璃 衬底的应变点为700。C以下，耐热性低。因此，不能以超过玻璃衬底 的耐热温度的温度进行加热，从而工艺温度限于70(TC以下。就是说， 当去除分离面上的结晶缺陷以及表面凹凸时，也有对工艺温度的限 制。以往，可以通过以IOOO'C以上的温度进行加热，实现贴附到珪 片的半导体层的结晶缺陷的去除，但是当去除贴附到应变点为700'C以下的玻璃衬底的半导体层的结晶缺陷时，不能使用这种高温工艺。 就是说，以往，没确立将贴附到应变点为700。C以下的玻璃衬底的单 晶半导体层恢复到具有与加工之前的单晶半导体衬底相同程度的结 晶性的单晶半导体层的再晶化法。此外，与硅片相比，玻璃衬底容易弯曲而在其表面上有起伏，特别地，对于一边超过30cm的大面积玻璃衬底进行利用机械抛光的处 理是很困难的。从而，从加工精度、成品率等的观点来看，不推荐当 对于贴附到支撑衬底的半导体层进行平坦化处理时利用对于分离面 进行的利用机械抛光的处理。另一方面，当制造高性能的半导体元件 时，要求抑制分离面的表面上的凹凸。当利用SOI衬底制造晶体管时， 在半导体层上隔着栅绝缘层形成栅电极。因此，当半导体层的凹凸大 时，制造绝缘耐压性高的栅绝缘层是很困难的。由此，为了提高绝缘 耐压性，需要的厚栅绝缘层。因此，当半导体层的表面的凹凸大时， 半导体元件的性能降低诸如电场效应迁移率降低、阈值电压值的大小 增加等。如上所述，当使用耐热性低且容易弯曲的如玻璃村底那样的衬底 作为支撑衬底时，会出现如下那样的问题改善从硅片分离而固定到 支撑衬底上的半导体层的表面凹凸是很困难的。
技术实现思路
鉴于上述问题点，本专利技术的目的之一在于提供一种半导体衬底的 制造方法，其中即使当将耐热性低的衬底用作支撑衬底时，也可以形 成高性能的半导体元件。本专利技术的半导体衬底的制造方法之一如下准备单晶半导体衬底及支撑衬底；激发源气体来产生包含离子的等离子体；从单晶半导体衬底的一个表面将等离子体所包含的离子添加到单晶半导体衬底，在 离单晶半导体衬底的表面有预定深度的区域中形成损伤层；在支撑衬底和单晶半导体衬底中的至少一方的表面上形成緩冲层；隔着緩冲层将支撑衬底和单晶半导体衬底贴紧，将緩冲层的表面和与该緩沖层的 接触面接合在一起，以将支撑衬底和单晶半导体衬底贴合在一起；对 单晶半导体衬底进行加热，以损伤层为分离面，从支撑衬底分离单晶半导体衬底，以形成从单晶半导体衬底分离了的单晶半导体层被固定 的支撑衬底；从具有所述单晶半导体层的一侧对所述单晶半导体层照 射激光束，使所述单晶半导体层的照射激光束的区域的从表面向深度方向的 一部分区域熔化，以使所述单晶半导体层的熔化部分再晶化。在此，单晶是指当关注某结晶轴时其结晶轴的方向在样品的哪部 分中,也朝向相同方向的结晶，并且是指在结晶和结晶之间没有晶界的 结晶。注意，在本说明书中，即使包括结晶缺陷、悬空键，也如上那 样结晶轴的方向相同并且没有晶界的结晶是单晶。此外，单晶半导体 层的再晶化是指单晶结构的半导体层经过不同于该单晶结构的状态 (例如，液相状态)而再成为单晶结构。或者，单晶半导体层的再晶 化是指通过使单晶半导体层再晶化以形成单晶半导体层。通过从单晶半导体层一侧照射激光束，可以使单晶半导体层的照射激光束的区域的从表面向深度方向的一部分区域熔化。例如，可以 以留下单晶半导体层和緩冲层接触的界面及界面附近的区域的方式使单晶半导体层熔化。在本专利技术的半导体衬底的制造方法中，优选在惰性气体气氛中对 半导体层照射激光束。在本专利技术的半导体衬底的制造方法中，可以将照射到单晶半导体 层的激光束的截面形状成为直线状、正方形、或者长方形。通过扫描 具有这种截面形状的激光束，可以使通过熔化而发生再晶化的地方移 动。此外，通过对同一个表面反复进行激光束的照射，延长单晶半导 体层熔化的时间，因此部分地反复进行单晶的精炼，而可以得到具有 优良特性的单晶半导体层。注意，通过对单晶半导体层照射激光束，使单晶半导体层的照射 激光束的区域的从表面向深度方向的一部分区域熔化，可以得到以下 效果。作为本专利技术的半导体村底的制造方法所带来的效果之一，通过从 单晶半导体层一侧照射激光束，可以使单晶半导体层的表面以及向深度方向的一部分区域熔化。由此，通过利用表面张力的作用，可以显 著提高被照射面的单晶半导体层表面的平坦性。作为本专利技术的半导体衬底的制造方法所带来的效果之一，通过对 单晶半导体层照射激光束进行加热，可以降低当在单晶半导体衬底形8成损伤层时的单晶半导体层中的晶格缺陷，因此可以得到更优良的单 晶半导体层。关于照本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体衬底的制造方法，该半导体衬底具有支撑衬底以及所述支撑衬底上的单晶半导体层，包括如下步骤： 对单晶半导体衬底添加离子，在所述单晶半导体衬底中以预定深度形成损伤层； 在所述单晶半导体衬底上形成缓冲层； 隔着所述缓冲层 将所述单晶半导体衬底和所述支撑衬底贴紧； 对所述单晶半导体衬底进行加热，以所述损伤层为劈开面从所述支撑衬底分离所述单晶半导体衬底的一部分；以及 从所述单晶半导体衬底一侧对所述单晶半导体层照射激光束，使从照射激光束的所述单晶半导体 层的表面向深度方向的区域熔化，并且使所述单晶半导体层再晶化。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：下村明久，井坂史人，永野庸治，桃纯平，
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[日本]
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