半导体基片及其制造方法技术

一种制造半导体衬底的方法，包括以下步骤：使用扩散法将能控制导电类型的元素扩散进硅衬底，形成扩散区；在扩散区中形成多孔层；在多孔层上形成无孔单晶层；粘接无孔单晶层与底部衬底，同时提供其一个表面与无孔单晶层粘接而另一表面与底部衬底粘接的绝缘层；以及除去多孔层。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体衬底及其制造方法。更具体地说，本专利技术涉及一种能用来介质隔离的半导体衬底，或用于在绝缘体上的单晶半导体层上制造的电子器件或集成电路，及半导体衬底的制造方法。绝缘膜上单晶Si半导体层的形成是一种早已公知的被称作绝缘体上的硅(SOI)技术的工艺过程。对该技术已进行了许多研究，这是因为，由于利用该SOI技术的器件可获得许多用体Si衬底来制造的常规Si集成电路不能获得的优点。因此，在这种情况下，利用SOI技术，提供了以下优点1)容易介质隔离，并具有大规模集成能力。2)优异的抗辐射能力。3)寄生电容减小，速度增加。4)可省去制作阱的步骤。5)具有防止闩锁的能力。6)在膜厚减小时，可制备充分耗尽型场效应晶体管。例如，在Special Issue“Single-crystal silicon on non-singlecrystalinsulators”(edited by G.W Cullen，journal of CrystalGrowth，Volume 63，No.3，pp.429 to 590(1983))中说明了形成SOI衬底的方法有许多有利于器件的特性。先前已研究的方法有一种被称作SOS(兰宝石上硅)的方法，它包括利用CVD法由异质外延生长在单晶兰宝石衬底上形成Si。该方法，作为最成熟的SOI技术，已成功地应用；但，因为Si层和兰宝石衬底底层间的表面晶格不匹配，铝从兰宝石衬底向Si层渗透，而导致了许多晶体缺陷，及尤其是因为该衬底的生产成本高，和增加衬底尺寸的技术正在研究之中，所以SOS的应用受到了限制。因此，近来，人们已试图提供不用兰宝石衬底的SOI衬底。通常，这些努力是通过以下两种工艺之一来实现的。1)在氧化了单晶Si衬底的表面之后，露出Si衬底的一部分，并用该部分作籽晶，在SiO2上外延横向生长Si，形成单晶Si层(在这种情况下，与该步骤同时在SiO2上淀积Si)。2)用一种单晶Si衬底作有源层，并在有源层下形成SiO2(这里不与该步骤同时淀积Si层)。进行工艺1)的公知方法有用CVD法直接外延横向生长单晶层Si的方法；淀积，并通过热处理以固相外延横向生长非晶Si的方法；用会聚能量束，如电子束或激光束照射非晶或多晶Si层，由熔融重结晶在SiO2上生长单晶层的方法；以及用棒加热器将熔融区作为一个带进行扫描的方法(区熔和重结晶)。这些方法都有优点和缺点，并且它们都或多或少地存在控制、生产率、均匀性和质量上的问题，其中任何一个都没有实际应用。例如，用CVD法，为了形成一平面薄膜，需要牺牲氧化，而其在固相生长法中提供的结晶化并不好。而且，关于光束退火处理法，会有会聚光束扫描所需的处理时间、光束覆盖的控制和焦点调节等问题。尽管区熔重结晶法最成熟，并且以实验为基础已用于制造较大集成电路，但用该方法，会产生许多晶体缺陷，例如亚晶粒边界缺陷，所以该方法也没有实际用于制造少子器件。关于工艺2)，可用三种方法进行该工艺。1)在其表面上有各向异性腐蚀的V形槽的Si单晶衬底上形成氧化膜，并在氧化膜上淀积多晶Si层，该层与Si衬底一样厚。磨光衬底的反面，在厚多晶Si层上形成并由V形槽所限定的是介质隔离的Si单晶区。用该方法，尽管结晶度较佳，但在用淀积几百微米的多晶Si层的方法时，和在用磨光单晶Si衬底的反面以获得隔离的有源Si层的方法时，仍存在控制和生产率问题。2)一种叫做SIMOX(离子注入氧隔离)的方法，是将氧离子注入到单晶Si衬底中，形成SiO2层，该方法是目前最成熟的方法，因为该方法与Si工艺能很好地匹配。但，由于必须注入1018离子/cm2氧离子，以形成SiO2层，且离子注入所需时间长，所以生产率不高。另外，SIMOX晶片很贵，并且具有很多晶体缺陷。关于工业应用，用于制造少子器件，最终产品的质量不高。3)利用多孔Si的氧化介质隔离形成SOI衬底的方法；其一是在P型Si单晶衬底上由质子离子注入(Imai，et al.“J.Crystal growth”，Vol.63，547(1983))或外延生长和构图形成岛形N型Si层，用在HF溶液中的阳极氧化使P型Si衬底变成多孔，从而在表面上露出Si岛，并由高速氧化来介质隔离N型Si岛。根据该方法，应在进行器件形成工艺之前确定隔离的Si区，这样便限制了器件设计的自由度。在日本特许公开5-21338中，本申请人提出了解决上述问题的新方法。根据该公开于日本特许公开5-21338中的制造半导体部件的方法，用其上设置了无孔单晶半导体区的多孔单晶半导体区形成部件；然后，将其表面为绝缘材料的另一部件粘接到无孔单晶半导体区；最后，腐蚀除去多孔单晶半导体区。该方法能用于制造SOI衬底，是一个很好的方法，用它可选择地腐蚀多孔单晶半导体区和无孔单晶半导体区，获得具有例如厚度均匀的硅有源层的SOI衬底。公开于日本特许公开5-21338中的制造SOI衬底的方法的一个实例主要包括以下步骤使单晶硅衬底变成具有多孔性；在多孔硅层上外延生长单晶硅；形成在多孔硅层上的外延硅膜通过一绝缘层粘接到另一衬底上；并从粘接的衬底上除去多孔硅层，以留下绝缘层上的外延层。从该实例可明显看出，对于在绝缘层上形成象单晶片一样有很好结晶度的Si单晶层来说，上述方法可提供很好的生产率、均匀性、控制性和简化的操作，根据该方法，可由如CVD法等膜形成技术来形成构成SOI衬底的单晶硅层(有源层)，进行粘接工艺，不对单晶硅层(有源层)而是对多孔硅选择腐蚀，除去多孔硅层。为了作进一步的改进，本专利技术者研究了公开于日本特许公开5-21338中的方法，并确定可以减少制造成本。即，在实验室水平可很好地实现日本特许公开5-21338中的方法，并且，如果用该方法在大工厂中制造半导体部件可进一步减少成本，则该方法会对产业发展做出更大贡献。为此，本专利技术者研究了上述方法，得到了以下认识，选择欲使之变成多孔性的硅衬底的类型，可使制造本成本进一步降低。下面说明使硅(Si)变成多孔性的转变。用HF溶液通过阳极氧化可将Si衬底变成多孔性。因为下述理由，在P型Si层中比在N型Si层中更容易形成多孔Si层。Uhlir在1956年，在研究半导体的电解研磨工艺时，发现了多孔Si(A.Uhlir，Bell syst.Tech.J.，Vol.35，333，(1956))。Unagami等人研究了在阳极氧化过程中Si的溶解反应，报道了在HF溶液中Si的阳极反应需要正空穴，反应如下(T.Unagami，J.Electrochem.Soc.Vol.127，476(1980))。或式中e+和e-分别表示正空穴和电子，n和λ分别表示溶解Si原子所需空穴数。假定当满足n＞2或λ＞4时形成多孔Si。结果，有正空穴的P型Si容易变成多孔，而N型Si则难以变成多孔。由Nagano等人和Imai(Nagano，Nakajima，Yasuno，Onaka andKajiwara，Electronic communication society study report，Vol.79，SSD79-9549(1979))和(K.Imai，“Solid-state Electronics”，Vol.24，159(1981)证实了多孔硅衬底转变的选择性。从用透射电子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体衬底的方法，包括以下步骤： 使用扩散法将能控制导电类型的元素扩散进硅衬底，形成扩散区； 在所说扩散区中形成多孔层； 在所说多孔层上形成无孔单晶层； 粘接所说无孔单晶层与底部衬底，同时提供其一个表面与无孔单晶层粘接而另一表面与底部衬底粘接的绝缘层；以及 除去所说多孔层。

【技术特征摘要】
JP 1995-8-2 197545/951.一种制造半导体衬底的方法，包括以下步骤使用扩散法将能控制导电类型的元素扩散进硅衬底，形成扩散区；在所说扩散区中形成多孔层；在所说多孔层上形成无孔单晶层；粘接所说无孔单晶层与底部衬底，同时提供其一个表面与无孔单晶层粘接而另一表面与底部衬底粘接的绝缘层；以及除去所说多孔层。2.根据权利要求1的制造半导体衬底的方法，其特征在于；能控制所说导电类型的所说元素是能控制导电N型硅的元素。3.根据权利要求2的制造半导体衬底的方法，其特征在于能控制所说导电类型的所说元素选自由P、As、和Sb组成的元素组。4.根据权利要求1的制造半导体衬底的方法，其特征在于能控制所说导电类型的所说元素是能控制导电P型硅的元素。5.根据权利要求4的制造半导体衬底的方法，其特征在于能控制所说导电类型的所说元素是B。6.根据权利要求1的制造半导体衬底的方法，其特征在于所说扩散法是将所说元素热扩散进硅衬底的工艺。7.根据权利要求5的制造半导体衬底的方法，其特征在于能控制所说导电类型的所说元素是由用作源的气体供应的。8.根据权利要求7的制造半导体衬底的方法，其特征在于所说气体是B2H6。9.根据权利要求5的制造半导体衬底的方法，其特征在于能控制所说导电类型的所说元素是由用作源的液体供应的。10.根据权利要求9的制造半导体衬底的方法，其特征在于所说液体是BBr3。11.根据权利要求5的制造半导体衬底的方法，其特征在于能控制所说导电类型的所说元素是由用作源的固体供应的。12.根据权利要求11的制造半导体衬底的方法，其特征在于所说固体是B2O3。13.根据权利要求5的制造半导体衬底的方法，其特征在于能控制所说导电类型的所说元素是由形成在所说硅衬底上的固体材料供应的。14.根据权利要求13的制造半导体衬底的方法，其特征在于所说固体材料选自CVD膜、BSG和旋涂膜。15.根据权利要求1的制造半导体衬底的方法，其特征在于能控制所说导电类型且包含在所说扩散层中的所说元素的浓度被调节成使所说浓度在5.0×1016/cm35.0×1020/cm3范围内。16.根据权利要求15的制造半导体衬底的方法，其特征在于能控制所说导电类型且包含在所说扩散层中的所说元素的浓度被调节成使所说浓度在1.0×1017cm3至2.0×1020/cm3范围内。17.根据权利要求16的制造半导体衬底的方法，其特征在于能控制所说导电类型且包含在所说扩散层中的所说元素的浓度被调节成使所说浓度在5.0×1017/cm3至1.0×1020/cm3范围内。18.根据权利要求1的制造半导体衬底的方法，其特征在于所说扩散层的厚度为500埃以上。19.根据权利要求1的制造半导体衬底的方法，其特征在于所说多孔层的孔隙率被控制在50％以下。20.根据权利要求19制造半导体衬底的方法，其特征在于所说多孔层的孔隙率被控制在1％至40％范围内。21.根据权利要求20制造半导体衬底的方法，其特征在于所说多孔层的孔隙率被控制在5％至30％的范围内。22.根据权利要求1的制造半导体衬底的方法，其特征在于所说无孔单晶层是单晶Si层。23.根据权利要求1的制造半导体衬底的方法，其特征在于所说无孔单晶层是单晶化合物半导体层。24.根据权利要求22的制造半导体衬底的方法，其特征在于所说绝缘层选自由热氧化膜、淀积SiO2膜和淀积Si3N4组成的组中。25.根据权利要求24的制造半导体衬底的方法，其特征在于所说绝缘层形成在所说无孔单晶层的一边。26.根据权利要求24的制造半导体衬底的方法，其特征在于所说绝缘层是由热氧化所说单晶硅层的表面形成的。27.根据权利要求1的制造半导体衬底的方法，其特征在于所说底部衬底是单晶硅衬底。28.根据权利要求27的制造半导体衬底的方法，其特征在于氧化层形成在欲粘接的所说底部衬底的一个面上。29.根据权利要求27的制造半导体衬底的方法，其特征在于欲粘接的所说底部衬底的所说面是由单晶硅形成的。30.根据权利要求1的制造半导体衬底的方法，其特征在于所说底部衬底是玻璃制成的。31.根据权利要求24的制造半导体衬底的方法，其特征在于所说绝缘层形成在所说底部衬底的一边。32.根据权利要求31的制造半导体衬底的方法，其特征在于所说绝缘层是由热氧化单晶硅衬底形成的。33.根据权利要求31制造半导体衬底的方法，其特征在于所说绝缘层构成玻璃衬底。34.根据权利要求31的制造半导体衬底的方法，其特征在于不用所说的绝缘层形成在所说无孔单晶层上即进行粘接。35.根据权利要求22的制造半导体衬底的方法，其特征在于所说无孔硅层是在氧化了所说多孔层的孔内壁后由外延生长形成的。36.根据权利要求35的制造半导体衬底的方法，其特征在于所说无孔硅层是在氢气氛中对所说多孔层上进行了热处理后由外延生长形成的。37.根据权利要求1的制造半导体衬底的方法，其特征在于所说多孔层是用氢氟酸、氢氟酸和醇或过氧化氢中至少一种的混合液、或缓冲氢氟酸和醇或过氧化氢中至少一种的混合液除去的。38.根据权利要求1的制造半导体衬底的方法，其特征在于在除去所说多孔层后，在氢气氛中进行热处理。39.一种制造半导体衬底的方法，包括以下步骤使用扩散法将能控制导电类型的元素扩散进硅衬底的第一表面和与第一表面相反的第二表面，形成扩散区；在...

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