半导体衬底的制造方法、半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种半导体衬底的制造方法、半导体装置及其制造方法，该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第一绝缘膜；通过向所述单晶半导体衬底导入第一离子而在所述单晶半导体衬底中形成分离层；在所述第一绝缘膜中导入第二离子，其中所述第二离子是卤素离子；中间夹着第二绝缘膜地接合所述单晶半导体衬底和支撑衬底；进行加热处理，以单晶半导体膜残留在所述支撑衬底上的方式分离所述单晶半导体衬底，并由此使所述单晶半导体膜中包含所述卤素；以及在所述单晶半导体膜上进行化学机械抛光。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有SOI (Silicon On Insulator ；绝缘体上硅)结构的半导体装置制造用衬底及其制造方法。在本说明书中，半导体装置指的是能够通过利用半导体特性而工作的所有装置， 电光学装置、半导体电路及电子产品全部包括在内。
技术介绍
随着VLSI技术的发展，要求超过体单晶硅能够实现的等比例缩放定律的低耗电量化及高速化。为了满足这些要求，SOI结构受到关注。这个技术是在现有由体单晶硅构成的场效应晶体管(FET ；Field Effect Transistor)的有源区域(沟道形成区域)中使用单晶硅薄膜的技术。已知可以通过使用SOI结构制造场效应晶体管而使其寄生电容比使用体单晶硅衬底的情况小，这有利于高速化。作为SOI衬底，已知SIMOX衬底或贴合衬底。关于SIMOX衬底，通过将氧离子注入到单晶硅衬底并以1300°C以上进行加热处理来形成掩埋氧化膜，从而在表面上形成单晶硅膜，以获得SOI结构。SIMOX衬底由于能够精确地控制氧离子的注入而可以以均勻的膜厚度形成单晶硅膜。但是，氧离子的注入需要花费长时间，因此有时间及成本的问题。另外，还有如下问题当注入氧离子时单晶硅衬底容易受到损伤，这影响到所获得的单晶硅膜。关于贴合衬底，中间夹着绝缘膜贴合两个单晶硅衬底，并将一个单晶硅衬底薄膜化来形成单晶硅膜，以获得SOI结构。作为薄膜化方法之一，已知氢离子注入剥离法。在氢离子注入剥离法中，通过将氢离子注入到一个单晶硅衬底，在离硅衬底的表面预定的深度处形成微小气泡层，并以该微小气泡层为劈开面，从而可以将薄单晶硅膜固定于另一个单晶硅衬底上(参照专利文件1)。近年来，进行研究来在诸如玻璃的具有绝缘表面的衬底上形成单晶硅膜。作为在玻璃衬底上形成有单晶硅膜的SOI衬底的一个例子，已知本申请人所提出的技术方案(参照专利文件2)。专利文件1日本专利申请公开2000-1M092号公报专利文件2日本专利申请公开平11-163363号公报在利用氢离子注入剥离法形成SOI结构的情况下，由于将离子直接注入到作为半导体膜的基础的半导体衬底，所以在所获得的半导体膜上容易产生悬空键(dangling bond)等的结构缺陷。悬空键有可能成为在半导体膜中产生局域态(localized level)的原因，而使半导体装置的电特性退化
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种能够制造电特性提高了的半导体装置的半导体装置制造用衬底及其制造方法。本专利技术的目的还在于提供一种可靠性高的半导体装置。通过将从半导体衬底分离的半导体膜转移到具有绝缘表面的支撑衬底上，制造半导体装置制造用衬底。在作为半导体膜的基础的半导体衬底上依次形成在成份中包含硅和氧的绝缘膜及在成份中包含硅和氮的绝缘膜，然后将离子注入到半导体衬底以在预定深度处形成分离层。接着，将卤素离子注入到形成在半导体衬底上的在成份中包含硅和氧的绝缘膜以获得包含卤素离子的在成份中包含硅和氧的绝缘膜，然后在在成份中包含硅和氮的绝缘膜上形成接合层。将半导体衬底和支撑衬底重叠并贴合，其中间夹着从所述半导体衬底一侧依次层叠的所述在成份中包含硅和氧的绝缘膜、所述在成份中包含硅和氮的绝缘膜及所述接合层。通过进行加热处理，以分离层为境界来分离半导体衬底的一部分，并使半导体膜残留在支撑衬底上，以制造半导体装置制造用衬底。在本说明书中，“注入离子”指的是通过照射由电场加速了的离子将构成该照射了的离子的元素引入到半导体衬底中。另外，“分离层”指的是通过将离子照射到半导体衬底而具有微小空洞的脆弱化区域，可以通过进行之后的加热处理在分离层处分离来在支撑衬底上形成半导体层。再者，“接合层”指的是形成在与支撑衬底(或形成在支撑衬底上的绝缘膜)实现接合的接合面上的膜(典型地是绝缘膜)。本专利技术之一是一种半导体装置制造用衬底的制造方法，包括如下步骤在单晶半导体衬底的一个表面上依次层叠在成份中包含硅和氧的绝缘膜和在成份中包含硅和氮的绝缘膜；通过将离子照射到单晶半导体衬底，在单晶半导体衬底的预定深度处形成分离层； 通过将卤素离子照射到在成份中包含硅和氧的绝缘膜，使在成份中包含硅和氧的绝缘膜中包含商素；在在成份中包含硅和氮的绝缘膜上形成接合层；将单晶半导体衬底和支撑衬底重叠并接合，其中间夹着从单晶半导体衬底一侧依次层叠的在成份中包含硅和氧的绝缘膜、在成份中包含硅和氮的绝缘膜及接合层；通过以550°C以上的温度进行加热处理，以分离层为境界来分离单晶半导体衬底的一部分，以在支撑衬底上形成单晶半导体膜。本专利技术之一是一种半导体装置制造用衬底的制造方法，包括如下步骤在单晶半导体衬底的一个表面上依次层叠在成份中包含硅和氧的绝缘膜和在成份中包含硅和氮的绝缘膜；通过将离子照射到单晶半导体衬底，在单晶半导体衬底的预定深度处形成分离层； 通过将卤素离子照射到在成份中包含硅和氧的绝缘膜，使在成份中包含硅和氧的绝缘膜中包含商素；在在成份中包含硅和氮的绝缘膜上形成接合层；将单晶半导体衬底和支撑衬底重叠并接合，其中间夹着从单晶半导体衬底一侧依次层叠的在成份中包含硅和氧的绝缘膜、在成份中包含硅和氮的绝缘膜及接合层；通过以550°C以上的温度进行加热处理，以分离层为境界来分离单晶半导体衬底的一部分，以在支撑衬底上形成单晶半导体膜，并使卤素分布在单晶半导体膜中。在上述结构中，优选使用氟或氯作为卤素。在上述结构中，优选形成氧化硅膜或氧氮化硅膜作为在成份中包含硅和氧的绝缘膜。优选形成氮化硅膜或氮氧化硅膜作为在成份中包含硅和氮的绝缘膜。另外，优选形成氧化硅膜或具有硅氧烷键的膜作为接合层。形成接合层的氧化硅膜优选通过将有机硅烷或无机硅烷用作原料气体并使用化学气相沉积法而形成。在上述结构中，可以使用玻璃衬底、石英衬底、陶瓷衬底、蓝宝石衬底、或其表面被绝缘膜覆盖的金属衬底作为支撑衬底。本专利技术之一是一种半导体装置制造用衬底，包括固定于支撑衬底上并包含卤素的单晶半导体膜；与该单晶半导体膜接触并包含与该单晶半导体膜所包含的卤素相同的卤素的在成份中包含硅和氧的绝缘膜，该在成份中包含硅和氧的绝缘膜形成在支撑衬底和单晶半导体膜之间；与所述在成份中包含硅和氧的绝缘膜接触的在成份中包含硅和氮的绝缘膜；以及与所述在成份中包含硅和氮的绝缘膜接触的接合层。在上述结构中，包含在单晶半导体膜及在成份中包含硅和氧的绝缘膜中的卤素优选是氟或氯。在上述结构中，优选地是，在成份中包含硅和氧的绝缘膜是氧化硅膜或氧氮化硅膜，而在成份中包含硅和氮的绝缘膜是氮化硅膜或氮氧化硅膜。另外，接合层优选是氧化硅膜或具有硅氧烷键的膜。在上述结构中，可以使用玻璃衬底、石英衬底、陶瓷衬底、蓝宝石衬底、或其表面被绝缘膜覆盖的金属衬底作为支撑衬底。通过应用根据本专利技术的半导体装置制造用衬底，可以制造具有良好电特性的半导体装置。还可以实现可靠性提高了的半导体装置的制造。附图说明图1是表示半导体装置制造用衬底的结构例子的图；图2A至2E是表示半导体装置制造用衬底的制造方法的例子的图；图3A至3E是表示半导体装置制造用衬底的制造方法的例子的图；图4A至4E是表示半导体装置制造用衬底的制造方法的例子的图；图5A至5E是表示半导体装置制造用衬底的制造方法的例子的图；图6A至6E是表示半导体装置制造用衬底的制造方法的例子的图；图7A至本文档来自技高网...

【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第一绝缘膜；通过向所述单晶半导体衬底导入第一离子而在所述单晶半导体衬底中形成分离层；在所述第一绝缘膜中导入第二离子，其中所述第二离子是卤素离子；中间夹着第二绝缘膜地接合所述单晶半导体衬底和支撑衬底；进行加热处理，以单晶半导体膜残留在所述支撑衬底上的方式分离所述单晶半导体衬底，并由此使所述单晶半导体膜中包含所述卤素；以及在所述单晶半导体膜上进行化学机械抛光。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：掛端哲弥，
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