[发明专利]SOI衬底的制造方法及SOI衬底

说明书

技术领域

本发明涉及一种SOI(Silicon on Insulator：绝缘体上硅)衬底的制造方法、SOI衬底以及使用该衬底的半导体装置的制造方法。

背景技术

近年来，对利用在绝缘表面上存在有较薄的单晶半导体层的SOI(Silicon on Insulator：绝缘体上硅)衬底来代替大块状硅片进行了研讨。通过使用SOI衬底，可以减小由晶体管的漏极与衬底形成的寄生电容，为此SOI衬底因其可以提高半导体集成电路的性能而被受关注。

作为SOI衬底的制造方法之一，已知智能切割(注册商标)法(例如，参照专利文献1)。以下对利用智能切割法的SOI衬底的制造方法的概要进行说明。首先，利用离子注入法对硅片进行氢离子注入，以在离其表面有预定的深度处形成微小气泡层。接着，隔着氧化硅膜，将注入有氢离子的硅片与其他的硅片接合。然后，通过进行加热处理，将注入有氢离子的硅片的一部分以微小气泡层为边界分离为薄膜状，并在接合的其他的硅片上形成单晶硅膜。

此外，还提出有一种利用该种智能切割法将单晶硅层形成在由玻璃构成的支撑衬底上的方法(例如，参照专利文献2)。与硅片相比，玻璃衬底容易实现大面积化，并且其是廉价的衬底，因此被主要用于液晶显示装置等的制造。通过使用玻璃衬底作为支撑衬底，可以制造大面积且廉价的SOI衬底。

[专利文献1]日本专利申请公开H05-211128号公报

[专利文献2]日本专利申请公开2005-252244号公报

当通过上述智能切割法等在玻璃衬底上形成单晶硅层时，与使硅片彼此贴合而制造SOI衬底时相比，会有硅层的表面的粗糙度变大的趋势。这种表面的粗糙在后面的工序中引发各种缺陷，而结果成为使半导体元件或半导体装置的成品率降低的主要因素。

发明内容

鉴于上述问题，所公开的本发明的一个方式的目的之一在于抑制当通过贴合玻璃衬底等支撑衬底和作为接合衬底的单晶半导体衬底制造SOI衬底时产生的硅层表面的粗糙。并且，所公开的本发明的另一目的在于通过抑制上述粗糙的产生来提高半导体装置的成品率。

在所公开的本发明的一个方式中，当通过贴合接合衬底和支撑衬底时，在接合衬底和支撑衬底的界面的一部分(特别是边缘部)意图性地形成不贴合的区域。下面进行详细的说明。

所公开的本发明的一个方式是一种SOI衬底的制造方法，包括以下步骤：通过对接合衬底照射加速了的离子来在该接合衬底中形成脆化区；在接合衬底或支撑衬底的表面上形成绝缘层；隔着绝缘层使接合衬底和支撑衬底贴合并在接合衬底和支撑衬底的一部分中形成不贴合的区域；以及通过进行热处理，在脆化区中分离接合衬底来在支撑衬底上形成半导体层。

在上述制造方法中，优选对半导体层照射激光。此外，通过在接合衬底或支撑衬底的表面形成凹部和凸部中的一方或双方来形成不贴合的区域。此外，通过将支撑衬底和接合衬底贴合时的按压力设定为20N/cm²以上来形成不贴合的区域。

优选将不贴合的区域的面积设定为1.0mm²以上。此外，优选将不贴合的区域形成在接合衬底的角部。此外，优选使接合衬底和支撑衬底的贴合从接合衬底的角部开始进展。此外，热处理的温度优选是500℃以下。

通过上述方法可以提供缺陷(尤其是，其直径是1μm以上的缺陷)的数密度例如是5.0个/cm²以下、优选是1.0个/cm²以下的SOI衬底。此外，通过上述方法可以提供半导体层的表面的P-V是120nm以下的SOI衬底。此外，通过使用上述SOI衬底制造并提供半导体装置。

一般来说，SOI衬底是指具有在绝缘表面上设置有硅半导体层的结构的半导体衬底，但是在本说明书等中，作为包括在绝缘表面上设置有半导体层的结构的半导体衬底的概念而使用。换言之，用于SOI衬底的半导体层不局限于硅半导体层。此外，在本说明书等中，半导体衬底不但表示仅由半导体材料构成的衬底，而且表示包含半导体材料的所有的衬底。换言之，SOI衬底也包括在半导体衬底的范畴内。

注意，在本说明书等中，单晶是指在注目于某个晶轴时，该晶轴的方向在样品的任何部分都朝向相同方向的结晶。换言之，即使包含结晶缺陷或悬空键，只要是如上述那样晶轴方向一致的结晶，则都视为单晶。