ＳＯＩ衬底及其制造方法和半导体器件技术

提供半导体衬底的制造方法，其中接合强度甚至在使用具有低耐热温度的衬底、如玻璃衬底时也可提高。在包含卤素的氧化气氛中在高于或等于支承衬底的应变点的温度进行热处理，使得半导体衬底的表面覆盖有绝缘膜。分离层在半导体衬底中形成。提供阻挡层。然后，热处理在以下状态中进行：在低于或等于支承衬底的温度，将半导体衬底和支承衬底重叠，其中氧化硅膜介于其间，使得半导体衬底的一部分在分离层被分离。这样，在支承衬底上形成单晶半导体层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有绝缘体上硅(SOI)结构的衬底，其中通过薄化结晶半导体衬底所形成的结晶半导体层接合到不同类型的衬底。具体来说，本专利技术涉及使用接合的SOI技术以及SOI衬底的制造方法，其中单晶半导体层接合到具有绝缘表面、如玻璃的衬底。此外，本专利技术涉及使用具有这种SOI结构的衬底所形成的显示器件和半导体器件。
技术介绍
已经研制称作绝缘体上硅的半导体衬底(SOI村底)来代替对单晶半导体晶锭切薄片而形成的硅晶圆，并且半导体衬底各具有在具有绝缘表面的衬底之上的薄单晶半导体层。通过使用SOI衬底，可减小晶体管的寄生电容。如果集成电路使用这种晶体管来形成，则可以说对于加速操作和降低所消耗电力是有效的。因此，已经预期将SOI衬底应用于高性能半导体器件、如微处理器。作为一种用于制造SOI衬底的方法，氢离子注入分离方法是已知 的(例如参见参考文献l:美国专利No.6372609)。氢离子注入分离方 法是一种方法，其中，将氢离子注入硅晶圆，以在距离表面的预定深 度形成微泡层，其中被注入氢离子的表面重叠在另一个硅晶圆上，执 行热处理，以使用微泡层作为分裂面而引起分离，并且薄硅层(SOI 层)接合到另一个硅晶圆。在这种方法中，除了用于分离作为表面层 的SOI层的热处理之外，还需要在氧化气氛中执行热处理，以在SOI7层上形成氧化膜，去除氧化膜，在还原气氛中在1000。C至1300°C 执行热处理以提高接合强度，并且恢复SOI层的表面上的损坏层。 另一方面，公开一种半导体器件，其中，为使用高耐热玻璃的绝 缘衬底提供单晶硅层(参考文献2:日本已发布专利申请No. H 11-163363)。该半导体器件具有一种结构，其中，由具有应变点为 750°C或更高的结晶玻璃制成的衬底的整个表面用绝缘硅膜进行保 护，并且通过氢离子注入分离方法所得到的单晶硅层接合到该绝缘珪 膜
技术实现思路
需要在600°C或更高的高温进行热处理，以通过氢离子注入分离 方法分离作为硅晶圆的表面层的单晶硅层来获得单晶硅层。但是，当 玻璃衬底(往往用于液晶面板等)为了降低成本而用作支承衬底并且 单晶硅层接合到玻璃衬底、并且因而形成SOI衬底时存在问题，因为 在高温进行热处理时发生玻璃衬底的翘曲。如果玻璃衬底翘曲，则玻 璃衬底与单晶硅层之间的接合强度变弱。此外，在将单晶硅层接合到玻璃衬底时，例如从玻璃村底扩散的金属等杂质可能污染单晶硅层。 换言之，在常规技术中，如果单晶硅层在玻璃衬底上形成并且使用单 晶硅层来形成晶体管，则无法得到晶体管的充分特性。 考虑到上述问题而作出了本专利技术。本专利技术的一个目的是提供一种 包含结晶半导体层的SOI衬底，即使使用具有低耐热温度的衬底、如 玻璃衬底，该SOI衬底仍适合于实际使用。此外，本专利技术的另一个目 的是提供一种使用这种SOI衬底的半导体器件。单晶半导体层在低于或等于具有绝缘表面的支承衬底的应变点的温度接合到支承衬底。对于作为这个单晶半导体层的基底的半导体 衬底，其表面通过在高于或等于支承衬底的应变点的高温的热处理而 涂敷有绝缘膜。分离层在半导体衬底中形成。另一方面，对于支承衬的应变点的温度形成。此后，其中形成了分离层的半导体衬底和支承 衬底接合，用于分裂半导体衬底的热处理在等于或低于支承衬底的应 变点的温度进行，因而获得接合到支承衬底的单晶半导体层。注意，离子的注入(包括被注入、正注入等)在本说明书中表示 用加速离子来照射半导体衬底，以及组成离子的元素包含在半导体衬 底中。例如，给出离子掺杂作为这种离子注入。另外，分离层表示 其中晶体结构是无序的以及产生小空洞的区域，它通过用电场所加速的离子照射半导体衬底并且将离子注入到半导体村底时的碰撞而变 弱。然后，通过在稍后的热处理中沿分离层分离半导体衬底，可将作 为半导体层的单晶半导体衬底的一部分留在支承衬底上。此外，在本 说明书中，分裂(包括被分裂、正分裂等)表示半导体衬底的一部分 沿分离层分离，以便在支承衬底上形成半导体层。在本说明书中，分 裂在下文中由分离(包括被分离、正分离等)来表示。 用于形成绝缘膜的半导体衬底的热处理优选地在氧化气氛中进 行。具体来说，热处理优选地在包含卣素的氧化气氛中进行。例如， 热处理在其中在氧中加入少量盐酸的气氛中进行，以在半导体衬底上 形成氧化膜。通过氧化膜中包含的氬，半导体衬底与氧化膜之间的界 面处的悬挂键终止，以便钝化该界面，由此实现电特性的稳定性。此 外，氯与半导体衬底中包含的金属起反应，并且作用以去除金属(吸 杂)。作为阻挡层，为支承衬底提供用于防止杂质扩散的氮化硅膜或氧4blU匕石圭(silicon nitride oxide )月莫。i匕夕卜，氧IU匕石圭(silicon oxynitride film)膜可组合为具有降低应力的功能的绝缘膜。注意，在这里，氧 氮化硅膜表示一种膜，它包含比氮含量更多的氧含量并且在使用卢瑟 福后向散射能谱测量(RBS)和氢前向散射(HFS)来执行测量的情况下 包含浓度范围分别从50 at.o/。至70 at.%、 0.5 at.。/。至15 at.%、 25 at.% 至35at,。/。和0.1 at.。/。至10at.。/。的氧、氮、硅和氢。此外，氧化氮化硅 膜表示一种膜，它包含比氧含量更多的氮含量并且在使用RBS和HFS 来执行测量的情况下包含浓度范围分别从5 at.。/。至30 at.%、 20 at.% 至55 at.%、 25 at.。/。至35 at.。/。和10 at.。/。至30 at.。/。的氧、氮、硅和氢。 注意，氮、氧、硅和氢的百分比落入上述范围之内，其中氧氮化硅膜 或氧化氮化硅膜中包含的原子总数定义为100 at.%。 对半导体村底进行在等于或高于支承衬底的应变点的温度的热处理，以便为半导体衬底提供绝缘膜。此外，在等于或低于支承衬底 的应变点的温度为支承衬底提供阻挡层。然后，半导体衬底和支承衬 底相互接合且该绝缘膜和阻挡层位于其间，从而可防止单晶半导体层 受到杂质污染。另外，通过在包含卣素的氧化气氛中对半导体衬底进 行热处理来形成绝缘膜，使得单晶半导体层与支承衬底之间的界面态密度(interface state density)可降低。因此可提供适合于实际使用的 半导体器件。附图说明 附图包括图1A和图1B分别是具有SOI结构的衬底的结构的横截面图 图2A至图2C是具有SOI结构的衬底的制造过程的横截面图 图3A和图3B是具有SOI结构的衬底的制造过程的横截面图 图4A和图4B是具有SOI结构的衬底的制造过程的横截面5A和图5B是具有SOI结构的衬底的制造过程的横截面图； 图6A和图6B是具有SOI结构的衬底的制造过程的横截面图； 图7A和图7B是具有SOI结构的衬底的制造过程的横截面图； 图8A和图8B是具有SOI结构的村底的制造过程的横截面图； 图9A至图9D是使用具有SOI结构的衬底的半导体器件的制造过程的横截面图IOA和图IOB是使用具有SOI结构的衬底的半导体器件的制造过程的横截面图11是示出使用具有SOI结构的村底所形成的微处理器的结构的框图；，图12是示出使用具有SOI结构的衬底所形成的RFCPU的结构 的框图13是其中单晶半导体层接合到用于制造显示面板的母板玻璃 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造半导体器件的方法，包括以下步骤：　在包含卤素的氧化气氛中对半导体衬底进行热处理，以在所述半导体衬底上形成氧化膜；　采用离子来照射所述氧化膜，以在所述半导体衬底中形成分离层；　在所述氧化膜之上形成阻挡层；　 在所述阻挡层之上形成接合层；　将所述半导体衬底和具有绝缘表面的衬底重叠，其中所述氧化膜、所述阻挡层和所述接合层介于其间；以及　在所述分离层中进行分离，以使得所述半导体衬底的一部分留在具有所述绝缘表面的衬底之上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-4-27 120288/20071.一种用于制造半导体器件的方法，包括以下步骤在包含卤素的氧化气氛中对半导体衬底进行热处理，以在所述半导体衬底上形成氧化膜；采用离子来照射所述氧化膜，以在所述半导体衬底中形成分离层；在所述氧化膜之上形成阻挡层；在所述阻挡层之上形成接合层；将所述半导体衬底和具有绝缘表面的衬底重叠，其中所述氧化膜、所述阻挡层和所述接合层介于其间；以及在所述分离层中进行分离，以使得所述半导体衬底的一部分留在具有所述绝缘表面的衬底之上。2. 如权利要求1所述的用于制造半导体器件的方法，其中，所 述半导体衬底是单晶半导体衬底或多晶半导体衬底。3. 如权利要求1所述的用于制造半导体器件的方法，其中，所 述分离层具有多孔结构。4. 如权利要求1所述的用于制造半导体器件的方法，其中，包 含囟素的所述氧化气氛是其中将HC1加入氧中的气氛。5. 如权利要求1所述的用于制造半导体器件的方法，其中，包 含卣素的所述氧化气氛是其中将一种或多种从HF、 NF3、 Hbr、 Cl2、 C1F3、 BC13、 F2和Br2中选取的气体加入氧中的气氛。6. 如权利要求1所述的用于制造半导体器件的方法，其中，所 述阻挡层是由从氮化硅膜、氧化氮化硅膜和氧氮化硅膜选取的组所形 成的单层或堆叠层。7. 如权利要求1所述的用于制造半导体器件的方法，其中，所 述接合层包括氧化硅。8. 如权利要求1所述的用于制造半导体器件的方法，其中，所述接合层由TEOS形成。9. 一种用于制造半导体器件的方法，包括以下步骤在包含卣素的氧化气氛中对半导体衬底进行热处理，以在所述半 导体衬底上形成氧化膜；采用离子来照射所述氧化膜，以在所述半导体衬底中形成分离层；在具有绝缘表面的衬底之上形成接合层； 在形成所述接合层之后，在所述接合层之上形成阻挡层； 将所述半导体村底和具有绝缘表面的村底重叠，其中所述氧化膜、所述阻挡层和所述接合层介于其间；以及在所述分离层中进行分离，以通过热处理而使得所述半导体衬底的 一部分留在具有所述绝缘表面的衬底之上。10. 如权利要求9所述的用于制造半导体器件的方法，其中，所 述半导体衬底是单晶半导体村底或多晶半导体衬底。11. 如权利要求9所述的用于制造半导体器件的方法，其中，所 述分离层具有多孔结构。12. 如权利要求9所述的用于制造半导体器件的方法，其中，包 含囟素的所述氧化气氛是其中将HC1加入氧中的气氛。13. 如权利要求9所述的用于制造半导体器件的方法，其中，包 含卣素的所述氧化气氛是其中把从HF、 NF3、 Hbr、 Cl2、 C1F3、 BC13、 F2和Br2中选取的一种或多种气体加入氧中的气氛。14. 如权利要求9所述的用于制造半导体器件的方法，其中，所 述阻挡层是由从氮化硅膜、氧化氮化硅膜和氧氮化硅膜选取的组所形 成的单层或堆叠层。15. 如权利要求9所述的用于制造半导体器件的方法，其中，所 述接合层包括氧化硅。16. 如权利要求9所述的用于制造半导体器件的方法，其中，所 述接合由TEOS形成。17. —种用于制造半导体器件的方法，包括以下步骤在包含卣素的氧化气氛中对半导体衬底进行热处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，
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]