[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埋置氧化物膜厚度较薄状态下通过层压方法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。

关于半导体衬底的制备方法，公知的有所谓的SIMOX方法和被称为层压方法的方法，在前一方法中硅片注入高浓度氧离子，然后在较高温度下进行热处理以在其内部形成氧化物膜。在所述层压方法中，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支撑衬底的晶片，使所述两种晶片通过氧化物膜彼此层压，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)法)、ELTRAN法等。其中，基于获得的活性层结晶性良好、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。

通过所述层压方法制备半导体衬底的制备步骤示于图1.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))，在所述两种晶片(在示例实施方案中的活性层晶片1)中的至少一种晶片上形成氧化物膜3(步骤(b))，然后将氢离子(或惰性气体离子)注入用于活性层的晶片1以在活性层晶片1内部形成离子注入层4(步骤(c))。之后，通过氧化物膜3将活性层晶片1注入离子的一面层压到支撑衬底晶片2上(步骤(d))，并且进行剥落热处理以使活性层晶片1在离子注入层处作为分离面(剥落面)局部剥落(步骤(e))，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(f))，然后通过除去所形成的氧化物膜的步骤(g)进行平坦化处理以产生其中硅层6形成在埋置氧化物膜5上的半导体衬底7。

近期，需要制备在高度集成半导体设备方面具有较高质量的SOI晶片。为此，对于使埋置氧化物膜厚度更薄，例如，直到厚度约20nm，或不利用氧化物膜直接彼此层压硅片以制备层压晶片的需求日益增多。

当层压晶片通过使埋置的氧化物膜变薄或不形成氧化物膜通过离子注入剥落方法制备时，活性层晶片和支承衬底晶片通过使形成在任意晶片上的氧化物膜变薄或不形成氧化物膜彼此层压。

但是，在制备具有较薄氧化物膜晶片的过程中，其中包括埋置氧化物膜没有形成的情况，当剥落热处理在层压后实施，在支承衬底晶片与氧化物膜之间产生气泡，或气泡的产生由氧化物膜延伸到活性层。

也就是说，在通过层压方法制备半导体衬底的传统过程中，缺陷如气泡或空穴可在层压界面产生。特别是，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，这在具有较薄氧化物膜或无氧化物膜的层压半导体衬底制备中发展为一个严重问题。

关于空穴或气泡随着两个半导体晶片之间存在的埋置氧化物膜厚度变薄而频繁产生的应对措施，JP-A-2004-259970建议：提高用于活性层的晶片厚度以提高活性层的厚度，借此提高活性层的硬度。

但是，即使在活性层厚度较厚情况下，如果埋置氧化物膜的厚度较薄，气泡或空穴自然产生。还有，当活性层的薄化得到加强时，为了提高硬度，活性层的厚度在中间步骤被增厚，这样在后续的薄化处理中占有大量劳力并且导致质量恶化。确切地说，当活性层厚度在中间步骤较厚时，需要通过热氧化处理+除去氧化物膜或通过研磨或抛光处理进行活性层薄化以获得期望的活性层最终厚度。在后一种情况下，由于处理量(氧化量、蚀刻量、研磨或抛光量)增加，活性层厚度均匀性下降。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种甚至在具有的氧化物膜厚度比传统氧化物膜薄的层压晶片制备中抑制缺陷如空穴或气泡出现的方法。

本发明人对在层压晶片制备中氧化物膜较薄情况下频繁产生缺陷如空穴和气泡的原因进行了广泛研究并获得以下知识。

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，后者减弱了活性层晶片与用于支撑衬底的晶片之间的结合强度。如果形成在活性层晶片上氧化物膜较厚，由于氢离子注入的注入能量变大，从而导致了下述现象：氢离子使氧由氧化物膜溅射并因此将氧注入活性层。