半导体基板的制造方法及半导体基板技术

本发明专利技术涉及一种半导体基板的制造方法，通过在单晶硅基板的表面依次形成绝缘膜及半导体单晶层，而制造在所述绝缘膜上具有所述半导体单晶层的半导体基板，至少包含以下工序：在含氮气气氛下对单晶硅基板进行热处理，在所述单晶硅基板的表面形成与所述单晶硅基板保持外延关系的氮化硅膜作为绝缘膜；以及在所述氮化硅膜上外延生长所述半导体单晶层。由此，提供一种半导体基板的制造方法及半导体基板，即使在将设置于单晶硅基板与半导体单晶层之间的绝缘膜设置为氮化硅膜的情况下，也能够以简便的方法高生产率且低成本地获得半导体基板。便的方法高生产率且低成本地获得半导体基板。便的方法高生产率且低成本地获得半导体基板。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体基板的制造方法及半导体基板


[0001]本专利技术涉及SOI(Silicon On Insulator，绝缘体上硅)基板等在绝缘膜上具有半导体单晶层的半导体基板的制造方法及半导体基板。

技术介绍

[0002]作为半导体元件用的半导体基板之一，有在作为绝缘膜的氧化硅膜之上形成有硅层(以下，有时称为SOI层)的SOI(Silicon On Insulator，绝缘体上硅)基板。在该SOI基板中，由于作为器件制作区域的基板表层部的SOI层通过埋入式氧化膜层(BOX层)而与基板内部电分离，因此具有寄生电容小，抗放射性能力高等特征。因此，期待高速、低功耗动作、防止软错误等效果，而有望成为高性能半导体元件用的基板。
[0003]作为制造该SOI基板的代表性方法，可举出晶圆贴合法、SIMOX法。晶圆贴合法例如在两片单晶硅基板(硅晶圆)中的一个的表面形成热氧化膜后，经由该形成的热氧化膜使两片晶圆贴紧，通过实施结合热处理而提高结合力，之后，通过镜面抛光等将其中一个晶圆(形成SOI层的晶圆(以下称为结合晶圆)薄膜化，由此制造SOI基板。作为该薄膜化的方法，有将结合晶圆磨削、磨光至所期望厚度的方法、或称为离子注入剥离法的方法等，该离子注入剥离法预先将氢离子或稀有气体离子的至少一种注入至结合晶圆的内部而形成离子注入层，贴合后，在离子注入层中将结合晶圆剥离。SIMOX法将氧离子注入至单晶硅基板的内部，之后进行高温热处理(氧化膜形成热处理)，使注入的氧与硅反应而形成BOX层，由此制造SOI基板。
[0004]专利文献1、2记载了：通过在单晶硅基板的表面形成与单晶硅基板保持外延关系的氧化膜，并在该氧化膜上堆积外延层，而制作SOI晶圆。另外，专利文献3记载了：在以离子注入剥离法进行的SOI晶圆的制造方法中，可使用氮化硅膜作为埋入式绝缘膜。现有技术文献专利文献
[0005]专利文献1：日本专利公报第5168990号专利文献2：日本专利公报第5205840号专利文献3：国际公开第2004/010505号

技术实现思路

(一)要解决的技术问题
[0006]作为SOI晶圆的制造方法，如上所述有贴合法，但是由于贴合两片晶圆，因此有耗费材料成本、制造工序数较多的问题。另外，在SIMOX法中，也有离子注入、高温热处理等制造工序数较多的问题。如果考虑形成的SOI层与BOX层的品质、膜厚的自由度及均匀性，则在前述SOI基板的制造方法中，离子注入剥离法最有前景，但是，例如为了获得厚度10nm的SOI层，需要在形成了比该厚度厚的SOI层之后，进行牺牲氧化处理来调整膜厚，因此工序变得复杂，无法避免高成本。
[0007]记载于专利文献3的作为绝缘膜的氮化硅膜与氧化硅膜相比介电常数大，因此具有以较薄的膜厚作为SOI晶圆的埋入式绝缘膜发挥功能的优点。然而，在专利文献1、2中，并未公开形成氮化硅膜作为埋入式绝缘膜的内容或给出启示。在形成氮化硅膜作为埋入式绝缘膜的情况下，尚未知晓能够以简便的方法高生产率地获得SOI基板的方法。
[0008]本专利技术是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种半导体基板的制造方法及半导体基板，在SOI基板那样的半导体基板中，即使在将设置于单晶硅基板与半导体单晶层之间的绝缘膜设置为氮化硅膜的情况下，也能够以简便的方法高生产率且低成本地获得半导体基板，该SOI基板在单晶硅基板的表面具有绝缘膜和该绝缘膜上的半导体单晶层。(二)技术方案
[0009]本专利技术为了实现上述目的而做出，提供一种半导体基板的制造方法，通过在单晶硅基板的表面依次形成绝缘膜及半导体单晶层，而制造在所述绝缘膜上具有所述半导体单晶层的半导体基板，至少包含以下工序：在含氮气气氛下对单晶硅基板进行热处理，在所述单晶硅基板的表面形成与所述单晶硅基板保持外延关系的氮化硅膜作为绝缘膜；以及在所述氮化硅膜上外延生长所述半导体单晶层。
[0010]根据这样的半导体基板的制造方法，能够以简便的方法高生产率且低成本地获得半导体基板。
[0011]此时，可以设置为将在所述含氮气气氛下进行热处理的温度设置为800℃以上的半导体基板的制造方法。
[0012]由此，能够更稳定可靠地在不使生产率降低的情况下形成氮化硅膜。
[0013]此时，可以设置为以下的半导体基板的制造方法，该方法使用外延生长装置作为所述热处理装置，在形成所述氮化硅膜之后，将所述外延生长装置内的气氛气体转换为半导体单晶层生长用气体，并进行所述外延生长。
[0014]由此，能够以极简便的方法更有效率、高生产率、低成本地获得高品质的半导体基板。
[0015]此时，可以设置为将所述半导体单晶层设置为Si层、SiGe层、Ge层、化合物半导体层中的任一个的半导体基板的制造方法。
[0016]由此，能够获得具有更优质的半导体单晶层的半导体基板。
[0017]此时，可以设置为将所述半导体单晶层设置为Si层，将该Si层的外延生长用气体设置为三氯硅烷的半导体基板的制造方法。
[0018]由此，能够以更高的生产率、低成本获得SOI半导体基板。
[0019]此时，可以设置为将所述氮化硅膜的膜厚设置为2nm以下的半导体基板的制造方法。
[0020]由此，能够更稳定可靠地获得保持与基底的单晶硅基板的外延关系的氮化硅膜。
[0021]此时，可以设置为交替地形成多层所述氮化硅膜和所述半导体单晶层的半导体基板的制造方法。
[0022]由此，能够调整至合计所需的单晶硅基板与最表面的半导体单晶层间的绝缘耐压。同样地，通过交替地层叠多层，也能够形成纵型多层存储器的层叠构造、三维层叠型的集成电路等。
[0023]此时，可以设置为使用预先掺杂有氮或氧的单晶硅基板作为所述单晶硅基板的半
导体基板的制造方法。
[0024]由此，通过氮化硅膜的形成、之后的半导体结晶层的形成热历史及之后的追加热历史，从而追加形成氮化硅层本身、氮氧化硅层或氧化硅层，能够使氮化硅层的初始形成厚度变厚。
[0025]此时，可以设置为使用晶面方向(日语：面方位)为(111)的单晶硅基板作为所述单晶硅基板的半导体基板的制造方法。
[0026]晶面方向为(111)的单晶硅基板的表面构造由于与氮化硅膜(Si3N4)的原子构造类似，能够适合用于形成与单晶硅基板保持外延关系的氮化硅膜，能够更稳定可靠地获得保持与基底的单晶硅基板的外延关系的氮化硅膜。
[0027]本专利技术还提供一种半导体基板，其在单晶硅基板的表面具有绝缘膜、及该绝缘膜上的半导体单晶层，所述绝缘膜是与所述单晶硅基板保持外延关系的氮化硅膜，所述半导体单晶层是外延生长层。
[0028]根据这样的半导体基板，能够简便且低成本地获得的具有高品质的半导体单晶层的半导体基板。
[0029]此时，可以设置为所述半导体单晶层是Si层、SiGe层、Ge层、化合物半导体层中的任一个的半导体基板。
[0030]由此，成为具有更优质的半导体单晶层的半导体基板。
[0031]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体基板的制造方法，通过在单晶硅基板的表面依次形成绝缘膜及半导体单晶层，而制造在所述绝缘膜上具有所述半导体单晶层的半导体基板，其特征在于，至少包含以下工序：在含氮气气氛下对单晶硅基板进行热处理，在所述单晶硅基板的表面形成与所述单晶硅基板保持外延关系的氮化硅膜作为绝缘膜；以及在所述氮化硅膜上外延生长所述半导体单晶层。2.根据权利要求1所述的半导体基板的制造方法，其特征在于，将在所述含氮气气氛下进行热处理的温度设置为800℃以上。3.根据权利要求1或2所述的半导体基板的制造方法，其特征在于，使用外延生长装置作为所述热处理装置，在形成所述氮化硅膜之后，将所述外延生长装置内的气氛气体转换为半导体单晶层生长用气体，并进行所述外延生长。4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体基板的制造方法，其特征在于，将所述半导体单晶层设置为Si层、SiGe层、Ge层、化合物半导体层中的任一个。5.根据权利要求4所述的半导体基板的制造方法，其特征在于，将所述半导体单晶层设置为Si层，将该Si层的外延生长用气体设置为三氯硅烷。6.根据权利要求1至5中任一项所述的导体基板的制造方法，其特征在于，将所述氮化硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：二井谷美保，若林大士，山田健人，吉田和彦，
申请(专利权)人：信越半导体株式会社，
类型：发明
国别省市：