[发明专利]SOI衬底及其制造方法以及半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及SOI(Silicon on Insulator)衬底及由其制造的半导体装置。本发明特别涉及通过键合的SOI技术，并且涉及将单晶或多晶半导体层键合到如玻璃等具有绝缘表面的衬底的SOI衬底及由其制造的半导体装置。

背景技术

目前正在开发使用被称为绝缘体上硅片(下面也称为SOI)的半导体衬底的集成电路，该半导体衬底在绝缘表面上设置有较薄的单晶半导体层而代替将单晶半导体锭切成薄片来制造的硅片。使用SOI衬底的集成电路因为使晶体管的漏极和衬底之间的寄生电容降低而提高半导体集成电路的性能而引人注目。

作为制造SOI衬底的方法，已知氢离子注入剥离法(例如参照专利文件1)。在氢离子注入剥离法中，通过将氢离子注入到硅片，在离其表面有预定的深度的区域中形成微小气泡层，并且使氢离子注入面和另外的硅片重叠在一起，然后进行热处理以该微小气泡层为解理面来剥离，而使另外的硅片和较薄的硅层(SOI层)键合。除了剥离SOI层的热处理，还需要通过在氧气气氛中的热处理来在SOI层形成氧化膜，然后去除该氧化膜，其次在1000℃至1300℃的还原性气氛中进行热处理来提高键合强度。如此需要改善SOI层的表面的损伤层。

作为使用SOI衬底的半导体装置的一例，已知由本申请人申请的发明(专利文件2)。在此情况下也示出，为了去除在SOI层中起因于应力的陷阱能级或缺陷，需要1050℃至1150℃的热处理。

专利文件1美国专利第6372609号

专利文件2日本专利申请公开2000-12864号公报

在现有的SOI衬底的制造方法中，为了使衬底与SOI层的接合坚固且改善SOI层的表面的损伤层，需要以1000℃以上的高温度进行热处理。因此，在如用于制造液晶面板的的玻璃衬底那样，其耐热温度大约为700℃的衬底上不能形成SOI层。假如通过氢离子注入剥离法将SOI层设在玻璃衬底上，因为不能采用为了提高键合强度的高温的热处理，有SOI层的键合强度欠佳的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种SOI衬底，该SOI衬底具备即使在使用玻璃衬底等耐热温度低的衬底时也可以承受实际工作的SOI层。另外，本发明的目的还在于提供使用这种SOI衬底的半导体装置。

在具有绝缘表面的衬底或绝缘衬底和单晶半导体层键合时，对形成键合的面的一方或者双方优选使用以有机硅烷为原材料来淀积了的氧化硅膜。作为有机硅烷气体，使用含有硅的化合物，如四乙氧基硅烷(TEOS；Tetraethoxysilane：化学式Si(OC₂H₅)₄)、四甲基硅烷(化学式Si(CH₃)₄)、四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、八甲基环四硅氧烷(OMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)、三乙氧基硅烷(化学式SiH(OC₂H₅)₃)、三(二甲基氨基)硅烷(化学式SiH(N(CH₃)₂)₃)等。就是，在具有对具有绝缘表面的衬底或绝缘衬底键合单晶半导体层(SOI层)的结构的SOI衬底中，对于形成键合的面的一方或双方设置具有亲水性表面的平滑的层作为键合面。