[发明专利]一种具有隔离层的复合衬底及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造半导体器件的衬底，尤其涉及一种具有隔离层的复合衬底及其制造方法。

背景技术

在半导体工业中，通常使用硅材料作为衬底，通过掺杂、光刻、沉积等手段在硅衬底上制作出各种半导体器件，但是这种在硅衬底上直接制作的半导体器件与硅衬底是电气耦合的，会导致较大的漏电流、高功耗和大的寄生电容。

近年来发展出了一种新的半导体器件衬底——绝缘体上硅晶片（SOI,Silicon On Insulator），它由顶层的单晶硅、中间层的绝缘体氧化硅和底层的衬底单晶硅组成，在顶层的单晶硅中形成半导体器件。SOI利用氧化硅绝缘层隔断了顶层的半导体器件与底层衬底之间的电气耦合。基于SOI的集成电路具有漏电流小、功耗低、寄生电容小、响应速度快等一系列优点，是新一代集成电路芯片的主流技术。

硅SOI衬底一般包括硅基底、绝缘隔离层和硅外延层，其中的隔离层用于在电学等性质上使半导体外延层与硅基底相隔离。

常规硅SOI衬底的制备方法比较复杂、工艺难度大、高成本、环保性差，例如申请号为200510115630.4的专利中所描述的，主要的步骤是在硅衬底上形成氧化层，之后通过邦定（bonding）工艺和另一硅片键和，再通过减薄工艺将其中一面硅片减薄，制备成SOI衬底。

之所以现有技术中通常采用复杂的“邦定（bonding）工艺”，是因为具有绝缘隔离层的SOI衬底无法通过多层连续生长的方式在基底上先后生长隔离层和半导体层而形成。这是因为绝缘隔离层通常为非晶态，因此后续生长的硅半导体外延层难以形成完整的晶格结构。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种具有隔离层的复合衬底及其制造方法。

本发明提供了一种具有隔离层的复合衬底的制造方法，包括：

1）在硅基底上形成具有露出该硅基底的开口的第一子隔离层；

2）利用横向生长法在第一子隔离层和所述硅基底上形成硅薄膜构成的种子层；

3）在种子层上形成掩膜，覆盖所述开口之间的部分种子层；

4）将种子层热氧化为二氧化硅层以作为第二子隔离层，其中所述掩膜的熔点高于热氧化种子层的温度；

5）去除掩膜，露出被所述掩膜覆盖的部分种子层，以作为种子区。

根据本发明提供的方法，还包括步骤6）以所述种子区的至少一部分作为种子，利用横向生长法在第二子隔离层上生长硅或硅锗半导体层。

根据本发明提供的方法，其中步骤2）中，所述种子层由多个开口处的硅基底上开始外延生长，并在两个开口中间的位置处接合，形成接合区，其中所述种子区不包括所述接合区。

根据本发明提供的方法，其中所述第一子隔离层由绝缘介质材料构成。

根据本发明提供的方法，其中所述第一子隔离层由金属材料构成。

根据本发明提供的方法，其中步骤1）中，第一子隔离层通过热氧化硅基底而形成。

根据本发明提供的方法，其中所述第一子隔离层的材料为SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、Ti₃O₅、ZrO₂、Ta₂O₅、SiN、AlN、钼、铑、钯、钽、铂、钛、钨、铬中的一种或多种的组合。

根据本发明提供的方法，其中步骤3）还包括刻蚀掉一部分厚度的未被掩膜覆盖的种子层。

本发明还提供一种由上述方法制造的复合衬底，包括：

硅基底；

硅基底上的具有开口的第一子隔离层；

第二子隔离层，覆盖第一子隔离层的开口以及至少部分第一子隔离层，由硅薄膜氧化而成，且其中具有未被氧化的部分硅薄膜以用作种子区，种子区位于第一子隔离层的开口以外的区域上方。

根据本发明提供的复合衬底，还包括覆盖第一子隔离层和第二子隔离层的半导体层，该半导体层由种子区的至少一部分通过横向生长而形成。

本发明提供的方法能够采用多层连续生长的方式形成，同时还能够确保顶层的半导体层具有良好的晶体质量，从而提高半导体层中所制作的半导体器件的性能。

另外本发明提供的方法通过二次横向外延，避免了高密度位错缺陷区，利用位错缺陷较低的区域作为种子层进行第二次横向外延，可以生长高性能的异质外延材料。