半导体衬底的制造方法技术

本发明专利技术提供一种半导体衬底的制造方法，可以高生产率且高成品率地在大面积衬底上制造高性能的半导体元件及集成电路。当从单晶半导体衬底(键合片)转置单晶半导体层时，通过对单晶半导体衬底选择性地进行蚀刻(也称为形成槽的加工)来形成分成为多个的单晶半导体层，然后将该多个单晶半导体层转置到异种衬底(支撑衬底)，该单晶半导体层的尺寸是所制造的半导体元件的尺寸。因此，可以在支撑衬底上形成多个岛状单晶半导体层(SOI层)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有在绝缘表面上设置半导体层的所谓SOI (Silicon on Insulator 绝缘体上硅片)结构的。
技术介绍
目前正在开发使用被称为绝缘体上硅片(下面也称为S0I)的半导体衬底的集成电路，该半导体衬底在绝缘表面上设置有较薄的单晶半导体层而代替将单晶半导体锭切成薄片来制造的硅片。使用SOI衬底的集成电路因为使晶体管的漏极和衬底之间的寄生电容降低而提高半导体集成电路的性能而引人注目。虽然SOI衬底的制造方法各种各样，但是作为兼容SOI层的高质量和高生产率 (throughput)的制造方法，已知被称为智能切割(Smart-Cut，注册商标)的SOI衬底。在该SOI衬底中，将氢离子注入到成为硅层的键合片(Bond Wafer)，并且将该键合片与成为支撑的另外的支撑片贴合在一起。与支撑片接合了的硅层通过以大约500°C的温度进行加热处理而从键合片分离。作为使用这种SOI衬底的半导体装置的一例，已知由本申请人申请的专利技术(参照专利文件1)。日本专利公开2000-012864如此，虽然历来存在SOI技术，但是根据硅片的尺寸决定SOI衬底的面积。因此， 不能使用大面积衬底提高生产率。另一方面，虽然有通过激光退火使通过淀积法所形成的非晶硅层晶化，来在衬底上形成晶体硅层的方法，但是不能获得单晶硅层，并且硅层的取向控制等也是困难的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于在大面积衬底上高生产率及高成品率地制造高性能的半导体元件及集成电路。在本专利技术中，当从单晶半导体衬底(键合片)转置单晶半导体层时，通过对单晶半导体衬底选择性地进行蚀刻(也称为形成槽的加工)来形成分成为多个的单晶半导体层， 然后将该单晶半导体层转置到异种衬底(支撑衬底)，该单晶半导体层的尺寸是所制造的半导体元件的尺寸。因此，可以在支撑衬底上形成多个岛状单晶半导体层(S0I层)。由于先加工为元件尺寸的单晶半导体层且转置，所以可以以单晶半导体层为单位转置到支撑衬底，不受单晶半导体衬底的尺寸或形状的限制。因而，可以进一步效率好地进行对大型支撑衬底的单晶半导体层的转置。注意，在本说明书中，将转置到支撑衬底上的单晶半导体层也称为SOI层。进而，由于转置之前在键合片上将单晶半导体层加工为所希望的半导体元件的形状及布置，所以不需要在支撑衬底上的单晶半导体膜的蚀刻等的加工处理。因此，可以减少转置到支撑衬底之后的加工处理时发生的加热或蚀刻损坏。另外，因为不需要形成元件分离区域，所以可以使制造工序简化。因此，通过本专利技术可以在支撑衬底上高成品率地形成所希望的形状的多个单晶半导体层(S0I层)。因此，可以高生产率及高成品率地制造在大面积衬底上具有高性能的半导体元件及集成电路的半导体装置。此外，在本专利技术中半导体装置是指可以通过利用半导体特性来工作的装置。利用本专利技术可以制造具有包括半导体元件(晶体管、存储器元件、二极管等)的电路的装置或具有处理器电路的芯片等半导体装置。本专利技术的半导体装置的制造方法的一个方式包括形成单晶半导体层，该单晶半导体层由包含氢及/或稀有气体元素的分离层和形成为深于在单晶半导体衬底中的分离层的纵槽分成为多个，该分离层形成在单晶半导体衬底的离其表面有一定的深度的位置上；将单晶半导体衬底的形成有单晶半导体层的面和具有绝缘表面的衬底的绝缘表面在内侧方向彼此相对，以将单晶半导体层接合到绝缘表面；通过加热处理将单晶半导体衬底和单晶半导体层彼此分离；以及，在具有绝缘表面的衬底的绝缘表面上设置多个单晶半导体层。本专利技术的半导体装置的制造方法的一个方式包括将氢及/或稀有气体元素照射到单晶半导体衬底，以在单晶半导体衬底的离其表面有一定的深度的位置上形成包含氢及/或稀有气体元素的分离层，并且在该分离层上形成单晶半导体膜；选择性地蚀刻分离层及单晶半导体膜，以形成单晶半导体层，该单晶半导体层由分离层和形成为深于在单晶半导体衬底中的分离层的纵槽分成为多个；将单晶半导体衬底的形成有单晶半导体层的面和具有绝缘表面的衬底的绝缘表面在内侧方向彼此相对，以将单晶半导体层接合到绝缘表面；通过加热处理将单晶半导体衬底和单晶半导体层彼此分离；以及，在具有绝缘表面的衬底的绝缘表面上设置多个单晶半导体层。本专利技术的半导体装置的制造方法的一个方式包括选择性地蚀刻单晶半导体衬底，在单晶半导体衬底中形成纵槽；将氢及/或稀有气体元素照射到单晶半导体衬底，以形成单晶半导体层，该单晶半导体层由包含氢及/或稀有气体元素的分离层和形成为深于在单晶半导体衬底中的分离层的纵槽分成为多个，该分离层形成在单晶半导体衬底的离其表面有一定的深度的位置上；将单晶半导体衬底的形成有单晶半导体层的面和具有绝缘表面的衬底的绝缘表面在内侧方向彼此相对，以将单晶半导体层接合到绝缘表面；通过加热处理将单晶半导体衬底和单晶半导体层彼此分离；以及，在具有绝缘表面的衬底的绝缘表面上设置多个单晶半导体层。本专利技术的半导体装置的制造方法的一个方式包括在单晶半导体衬底上形成氧化硅膜及氮化硅膜；中间夹着氧化硅膜及氮化硅膜将氢及/或稀有气体元素照射到单晶半导体衬底，以在单晶半导体衬底的离其表面有一定的深度的位置上形成包含氢及/或稀有气体元素的分离层，并且在该分离层上形成单晶半导体膜；选择性地蚀刻氧化硅膜及氮化硅膜，以形成氧化硅层及氮化硅层；氮化硅层用作掩模且选择性地蚀刻分离层及单晶半导体膜，以形成单晶半导体层，该单晶半导体层由分离层和形成为深于在单晶半导体衬底中的分离层的纵槽分成为多个；去除氮化硅层；将单晶半导体衬底的形成有单晶半导体层和氧化硅层的面和具有绝缘表面的衬底的绝缘表面内侧方向地彼此相对，并且中间夹着氧化硅层将单晶半导体层接合到绝缘表面；通过加热处理从单晶半导体层及氧化硅层分离单晶半导体衬底；以及，中间夹着氧化硅层在具有绝缘表面的衬底的绝缘表面上设置多个单晶半导体层。本专利技术的半导体装置的制造方法的一个方式包括在单晶半导体衬底上形成氧化硅膜及氮化硅膜；选择性地蚀刻氧化硅膜及氮化硅膜，以形成氧化硅层及氮化硅层；氮化硅层用作掩模且选择性地蚀刻单晶半导体衬底，以在单晶半导体衬底中形成纵槽；中间夹着氧化硅层及氮化硅层将氢及/或稀有气体元素照射到单晶半导体衬底，以形成单晶半导体层，该单晶半导体层由包含氢及/或稀有气体元素的分离层和形成为深于在单晶半导体衬底中的分离层的纵槽分成为多个，该分离层形成在单晶半导体衬底的离其表面有一定的深度的位置上；将单晶半导体衬底的形成有单晶半导体层及氧化硅层的面和具有绝缘表面的衬底的绝缘表面在内侧方向彼此相对，并且中间夹着氧化硅层将单晶半导体层接合到绝缘表面；通过加热处理从单晶半导体层及氧化硅层分离单晶半导体衬底；以及，中间夹着氧化硅层在具有绝缘表面的衬底的绝缘表面上设置多个单晶半导体层。在上述结构中，形成在具有绝缘表面的衬底的支撑衬底上的单晶半导体层可以通过与多个单晶半导体衬底接合且从多个单晶半导体衬底分离，来转置并设置在所述支撑衬底上，并且可以对应于所希望的半导体元件形成各种各样的尺寸或形状的单晶半导体层。使用通过转置而设置到支撑衬底的单晶半导体层，可以制造高性能的各种各样的半导体元件、存储元件、集成电路等。因此，通过本专利技术可以在支撑衬底上高成品率地形成所希望的形状的多个单晶半导体层(S0I层)。因此，可以高生产率地本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种半导体衬底的制造方法，包括如下步骤：在单晶半导体衬底上形成氧化硅膜和氮化硅膜；在照射氢和稀有气体元素中的至少一种的离子之后，形成多个分离层和在所述多个分离层上的多个单晶半导体层，其中，所述多个分离层形成在所述单晶半导体衬底的离其表面有一定深度的位置上；将具有绝缘表面的衬底及所述单晶半导体衬底彼此接合；以及将所述单晶半导体衬底和所述多个单晶半导体层彼此分离，来在所述衬底的所述绝缘表面上设置所述多个单晶半导体层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，川俣郁子，荒井康行，
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