[发明专利]制备半导体衬底的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备半导体衬底的方法，更确切地说涉及一种在不使用氧化物膜的条件下利用层压方法直接使硅片彼此层压制备半导体衬底的方法。

背景技术

最近，具有其中硅层或所谓的SOI层形成在氧化物膜上的SOI结构的半导体衬底作为高性能LSI晶片用于电子设备，原因在于它们能够适应设备加速并且耗能低，具有优异的耐压、耐环境等性能。特别地，其为生产高度集成半导体设备方面具有较高质量的SOI晶片所需要，因此其越来越为通过薄化埋置氧化物膜，例如与传统相比厚度最薄达约20nm或不使用氧化物膜直接层压硅片生产层压晶片所需求。

至于SOI结构的半导体衬底，公知的有所谓的SIMOX方法和称为层压的方法，在前述方法中氧离子以高浓度注入硅片中，然后在较高温度下进行热处理以在其内部形成氧化物膜。在层压方法中，氧化物膜在下述至少一个晶片上形成：用于形成SOI层的活性层晶片和用于车削(turning)支撑衬底的支撑衬底晶片，而且活性层晶片通过氧化物膜层压在衬底晶片上，然后使活性层晶片薄化以产生其中SOI层形成在作为绝缘层的埋置氧化物膜上的半导体衬底。

此外，层压方法可分类为研磨和抛光法、PACE(等离子辅助化学蚀刻)法、离子注入剥落方法(又称为Smart Cut(注册商标))、ELTRAN法等。其中，基于活性层结晶性良好、活性层厚度均匀性良好和表面平整度良好等优点，离子注入剥落方法常常被采用。

针对不使用氧化物膜使硅片直接彼此层压的情况，图1给出了通过离子注入剥落方法生产半导体衬底的步骤。具体是，预先提供用于活性层的晶片1和用于支撑衬底的晶片2(步骤(a))，在这些晶片(在列举的实施方案中，晶片1用于活性层)的至少一个中注入氢离子(或惰性气体离子)以在用于活性层的晶片1内部形成离子注入层3(步骤(b))。下一步，将用于活性层的晶片1的注入离子的一面层压到支撑衬底晶片2上(步骤(c))，之后，进行剥落热处理以使活性层晶片1利用离子注入层3作为分离面(剥落面)局部剥落(步骤(d))，然后再次进行氧化处理以除去在活性层表面形成的损坏层(步骤(e))，并且进行除去所形成的氧化物膜4的步骤(f)和平坦化处理以产生其中硅层5形成在用于支撑衬底的晶片2上的半导体衬底6(步骤(g))。

在通过离子注入剥落方法生产层压晶片过程中，没有形成氧化物膜的晶片的制备通过在两个晶片上都不形成氧化物膜条件下使活性层晶片和支撑衬底晶片彼此层压进行。

但是，当晶片在不形成埋置的氧化物膜条件下制备时，如果剥落热处理在晶片层压后进行，在支撑衬底晶片和活性层晶片之间产生气泡或空穴。

也就是说，当半导体衬底通过传统层压方法制备时，缺陷如空穴、气泡可在层压界面产生。随着两个半导体衬底之间存在的埋置氧化物膜厚度变薄，这些空穴或气泡缺陷存在更频繁发生的趋势，特别在无氧化物膜的层压半导体晶片生产中发展为一个严重问题。

由于空穴或气泡随着两个半导体衬底之间存在的埋置氧化物膜厚度变薄而频繁产生，JP-A-2004-259970建议了一种应对措施：提高用于活性层的晶片厚度以提高活性层的厚度并且提高活性层的硬度。

但是，由于薄膜薄化是针对活性层进行的，为了提高硬度而在中间步骤增加活性层的厚度需要在后续步骤中为薄化薄膜付出劳动并且导致质量恶化。也就说，当活性层在中间步骤较厚时，为达到活性层的最终厚度，需要通过热氧化并除去氧化物膜或通过研磨或抛光处理降低厚度。由于处理量(氧化量、蚀刻量、研磨或抛光量)增加，难以使活性层厚度均匀。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种甚至在无氧化物膜的层压晶片中抑制缺陷如空穴或气泡出现的方法。

本发明人对无氧化物膜层压晶片生产中频繁产生缺陷如空穴和气泡的原因进行了广泛研究并取得了以下发现。

即，空穴或气泡的产生基于下述事实：注入活性层的氢离子在剥落热处理中扩散进入层压界面形成氢气，其减弱了活性层晶片与用于支撑衬底的晶片之间的键结强度。当形成在活性层晶片上的氧化物膜较厚时，由于氢离子注入的注入能量较大，导致了下述现象：氢离子使氧从氧化物膜溅射从而将氧注入活性层。

在用于活性层的晶片和用于支撑衬底的晶片被层压并且进行剥落热处理的条件下，新近发现注入活性层的氧捕获氢离子以抑制氢离子扩散进入层压界面并因此抑制空穴或气泡缺陷出现。而且，还已经发现由于大剂量的氧被注入活性层，用于活性层的晶片变硬而且还有助于抑制空穴或气泡出现。