[发明专利]SOI晶片的制造方法及SOI晶片

说明书

技术领域

本发明是关于一种于成为基板的绝缘层上覆硅(Silicon on Insulator；SOI) 晶片上使半导体单晶膜磊晶生长，增厚SOI层而成的制造SOI晶片的方法。

背景技术

将结合晶片与基底晶片贴合后，将结合晶片薄膜化后的贴合基板是使用 作为高性能组件用的半导体基板。如此的贴合基板之一，已知有硅的SOI基 板。

作为SOI基板的制造方法，例如，已知有以下的贴合法。也即，先准备 已镜面研磨的二片硅晶片(结合晶片与基底晶片)，至少于其中一方的晶片 形成氧化膜。然后，将这些晶片隔着氧化膜贴合之后，经热处理提高结合强 度。之后，将结合晶片薄膜化而得到形成有绝缘层上覆硅(Silicon on Insulator； SOI)层的SOI基板。作为此薄膜化的方法，是通过磨削、蚀刻结合晶片至某 程度薄膜化后，再通过化学机械研磨(chemical mechanical polishing)表面， 进行精加工而成为预定的SOI层厚度。

利用此方法制造出来的SOI晶片，其SOI层的结晶性、氧化膜的可靠性， 具有与通常的半导体晶片同样高的优点，但是此制造方法，其SOI层的膜厚 均匀性有极限，会有即使采用高精度的加工手法，对于目标膜厚至多也仅可 得到约±0.3μm的面内均匀性这样的缺点。又，从二片半导体晶片仅可得到 一片SOI晶片，有成本高的问题。

最近，作为新的SOI晶片的制造方法，是如日本特开平5-211128号中提 案的，将已注入离子的晶片与其他的晶片结合之后，通过热处理，利用离子 注入层(以离子注入层为界)来进行剥离的方法，也即被称为所谓的离子注入 剥离法的技术。此方法是在二片硅晶片之中，至少于其中一方形成氧化膜， 且从结合晶片的主表面注入氢离子或稀有气体离子，于该晶片内部形成微小 气泡(离子注入层)后，使该离子注入侧的面，隔着氧化膜与基底晶片密着， 之后，施加热处理(剥离热处理)，以微小气泡层作为劈开面，将结合晶片 薄膜状地剥离，依不同情况，再施加热处理(结合热处理)，强固地结合， 制成SOI晶片的技术。

以此方法比较容易得到膜厚均匀性是±0.01μm以下的SOI晶片。

但是，SOI层的膜厚是具有数μm至数十μm的较厚的膜厚的SOI晶片， 对于作为双极组件(Bipolar device)、功率组件(Power device)用，是极 有用，今后的发展也令人期待。先前，为了制造具有如此的较厚的膜厚的SOI 晶片，通过上述贴合法，首先，隔着氧化膜贴合结合晶片与基底晶片，于约 1100℃进行结合热处理，接着，进行磨削与研磨处理，制造具有预定的膜厚 的SOI晶片。但是此时，因为在晶片周边部发生未结合部，研磨前必须进行 除去未结合部的边缘处理工序，有工序变得复杂，导致成本增加的问题。另 外，如上所述，仅以研磨工序无法使SOI层的膜厚的均匀性良好，通过日本 特开平5-160074号所揭示的被称为等离子体辅助化学蚀刻法(Plasma Assisted Chemical Etching；PACE法)的气相蚀刻处理，使膜厚均匀化，再通过镜面 研磨进行雾面等的除去，但是若如此地在气相蚀刻后进行研磨，反而有SOI 层的膜厚的均匀性恶化，导入潜伤、损伤层，结晶性容易劣化这样的缺点， 且加工成本依然会变高。

另一方面，离子注入剥离法中，因不需要上述晶片结合法中不可缺的边 缘处理工序，于生产性、成本面有较大的优点。但是离子注入装置的加速电 压是决定离子的注入深度，此注入深度将决定SOI层的膜厚，因此，作为量 产机器而通常使用的大电流的离子注入装置中，因装置上的限制，约200keV 的加速电压为其限度，而仅可制作出至多具有约2μm的膜厚的SOI层。因 此，通过离子注入剥离法，为了形成具有此以上的膜厚的SOI层，必须有可 得到更高加速电压的大电流的离子注入装置，但是可得到超过200keV的高 加速电压的装置，其难以得到大电流，为了得到预定的注入量需要花费时间， 结果来说，将导致成本变高，因此，在量产方面尚未达到实用化。另外，从 为了改善剥离后的SOI表面的面粗度，而必须有研磨等的工序的观点来看， 与PACE法有相同的问题点。