[发明专利]复合部件及其分离方法和半导体衬底的制备方法

说明书

本发明涉及复合部件及其分离方法和半导体衬底的制备方法，特别涉及在其内有低机械强度的脆性(fragile)结构的复合部件、及其分离方法和半导体衬底的制备方法。本发明特别适用于具有作为半导体衬底一种的SOI(绝缘体上的半导体)结构的衬底(SOI衬底)的制备方法。

采用SOI衬底的器件有使用普通硅衬底所不能获得的许多优点。例如，这些优点如下：

(1)电介质容易被隔离，器件适合高集成化；

(2)器件抗射线能力强；

(3)浮动电容小，和可实现元件的高速工作；

(4)不需要阱处理工艺；

(5)可以防止闭锁；和

(6)通过薄膜可形成完全耗尽型场效应晶体管。

由于SOI结构有上述各种优点，所以有关其形成方法的研究在近十几年来得到发展。已知的普通SOI技术是SOS(蓝宝石上的硅)技术，在单晶蓝宝石衬底上通过CVD(化学汽相淀积)方法异质外延生长形成硅。SOS技术已经被评价为最成熟的SOI技术，但由于因硅层和基底蓝宝石衬底的交界面上晶格失配造成的大量晶体缺陷、构成蓝宝石衬底的铝混合进硅层、衬底价格、面积增大的迟缓和其它原因，所以该SOI技术一直未实际使用。

在SOS技术之后，出现了SIMOX(离子注入氧隔离)技术。有关SIMOX技术，已经发展了以降低晶体缺陷或降低制造成本为目的的各种方法。这些方法的实例包括把氧离子注入衬底以形成嵌入的氧化层的方法；通过氧化膜键合两晶片，抛光或腐蚀一个晶片和在氧化膜上留下薄单晶硅层的方法；把氢离子按预定深度注入其上形成氧化膜的硅衬底表面，与其它衬底键合，通过加热或其它处理在氧化膜上留下薄单晶硅层，并剥离被键合的衬底(另一衬底)的方法等。

在日本专利No.2608351或美国专利No.5371037中披露了新的SOI技术。该技术中，通过在其上形成有多孔层的单晶半导体衬底上形成无孔单晶层获得的第一衬底被键合在第二衬底上，并使这些衬底键合，然后除去不需要的部分，以便无孔单晶层被转移给第二衬底。该技术的优势在于SOI层有良好的膜厚度均匀性，可以减少SOI层的晶体缺陷密度，SOI层有良好的表面平坦性，不需要昂贵和特殊规格的制造装置，用相同的制造装置可以制造带有厚度范围约几十nm至10μm的SOI膜的SOI衬底。

此外，本申请披露了日本专利申请公开No.7-302889中的技术，在该技术中，在第一衬底和第二衬底键合后，把第一衬底从第二衬底上分离而没有破裂，然后使被分离的第一衬底的表面平滑，在其上再次形成多孔层，使第一衬底可被再次使用。下面，参照图12A至图12C说明所提出方法的实例。在把第一硅衬底1001的表面层制成多孔以形成多孔层1002后，在层1002上形成单晶硅层1003，单晶硅层和与第一硅基底衬底分离的第二硅衬底1004的主表面通过隔离层1005相互键合(图12A)。随后，分割通过多孔层键合的晶片(图12B)，有选择地除去露出第二硅基底衬底表面的多孔硅层以形成SOI衬底(图12C)。通过除去其上残留的多孔层，可以再次使用第一硅衬底1001。

在日本专利申请公开No.7-302889披露的发明中，使用比无孔硅更易碎的多孔硅层结构的性质分离衬底。由于在半导体衬底制备中使用了一次的衬底可以在半导体衬底的制备中再次使用，所以可以有效地降低半导体衬底的成本。此外，在该技术中，由于可以在没有损耗的情况下使用第一衬底，所以可以极大地降低制造成本。另外，制造工艺明显简化。

分离第一基底和第二基底衬底(基板)方法的实例包括加压、拉伸、剪切、楔入、热处理、氧化、振动、线切割等。此外，本发明者们建议采用在日本专利申请No.9-75498或1998年3月25日申请的美国专利申请No.047327中披露的方法，在该方法中，用流体喷射分离区。气体和/或液体作为流体，最好使用主要由水构成的液体的水射流。该方法中，在分离时，水不仅切割键合表面，而且均匀地进入第一基底和第二基底之间的缝隙，以致可将相当均匀的分离压力施加给整个分离表面。此外，在该方法中，与不使用气体的情况不同，在不散射情况下颗粒可以被冲刷掉。该方法的优点在于这两方法涉及利用楔入的分离方法。特别是当把分离区的机械强度设定得小于被键合地方的机械强度时，通过把流体流喷射至分离区，只有易碎部分破裂、断裂或被除去，而显然可以保留其它坚硬部分而不会断裂。