專利名稱：制造半導體部件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造半導體部件的方法及利用它的方法。具體說，本發(fā)明涉及一種制造半導體晶片的方法，所說半導體晶片用于制造半導體器件，例如微處理器、存儲器、邏輯電路、系統(tǒng)LSI、太陽能電池、圖像傳感器、發(fā)光元件、顯示元件等，或作為監(jiān)測晶片，用于膜形成時的膜厚監(jiān)測，腐蝕時的腐蝕深度監(jiān)測，用于雜質(zhì)顆粒的探測及其數(shù)量的測量的顆粒監(jiān)測等，作為設(shè)置于處理裝置中用于使例如膜形成、熱處理、摻雜、腐蝕等各種處理條件良好的假片，還涉及使用這些晶片的方法及利用這些晶片的方法。另外，本發(fā)明涉及制造兩種半導體晶片的系統(tǒng)、控制半導體晶片制造的方法及利用淀積膜形成裝置的方法。
半導體晶片包括具有例如Si、GaAs、InP、GaN等不同半導體材料的層的晶片。其中，由于在具有絕緣表面的支撐襯底上有半導體層的SOI晶片可以作為適于制造能夠以低功耗高速工作的半導體器件的晶片，所以這種晶片引起了人們的關(guān)注。
SOI晶片包括已知的進行了氧離子注入步驟和熱處理步驟的SIMOX晶片、進行了氫離子注入步驟和剝離步驟的鍵合晶片，日本專利申請公開5-211128(美國專利5374564)和日本專利申請公開10-200080(美國專利5966620)中介紹了這些晶片，還包括國際申請公開WO98/52216等中介紹的利用等離子腐蝕的鍵合晶片。此外，關(guān)于優(yōu)良SOI晶片的制造方法，日本專利申請公開2608351(美國專利5371037)中提出了一種將外延層轉(zhuǎn)移到另一支撐襯底材料上的方法。
另外，日本專利申請公開7-302889(美國專利5856229)中提出了一種轉(zhuǎn)移外延層的改進方法。下面將具體介紹該方法。


圖19A-19E是展示轉(zhuǎn)移日本專利申請公開7-302889中介紹的轉(zhuǎn)移外延層的方法的示意圖。
首先，如圖19A所示，制備Si晶片1作為第一晶片(某些情況下稱為主要晶片、鍵合晶片、器件晶片、籽晶片、施主晶片等)，其表面層進行了陽極氧化從而使之多孔，形成多孔層4。
然后，如圖19B所示，進行CVD法等，在多孔層4上外延生長無孔單晶半導體層5。
另外，如圖19C所示，氧化無孔單晶半導體層5的表面，形成絕緣層6。絕緣層6鍵合到分開制備的第二晶片2(Si晶片或二氧化硅玻璃等)的表面上。于是得到其內(nèi)具有無孔單晶半導體層5的多層結(jié)構(gòu)100。
如圖19D所示，當在該多層結(jié)構(gòu)100的側(cè)面打入楔子，或在施加外力或內(nèi)應(yīng)力以分開該多層結(jié)構(gòu)時，多層結(jié)構(gòu)100在多孔層部分分開(圖19D中的參考數(shù)字41和42表示分開的多孔層)。
多孔層42留在無孔單晶半導體層5即轉(zhuǎn)移到上述第二晶片2(某些情況下，稱作支撐晶片或基底晶片等)上的外延層的表面上，用氟酸和過氧化氫溶液的混合液濕式腐蝕該多孔層以去除之。
此外，如圖19E所示，利用氫退火等平整暴露的外延層表面，完成SOI晶片。
另一方面，由于分離Si的晶片1保持其作為晶片的形狀，所以，用上述混合液等腐蝕留在其分離表面上的多孔層，并拋光，該分離晶片可再作為圖19A所示第一晶片用于制造另一個SOI晶片。
或者，分離晶片可用作圖19B所示的第二晶片2，以制造另一SOI晶片。
如上所述，上述日本專利申請公開7-302889介紹了用剝離的Si晶片1作為圖19A所示的第一晶片或圖19B所示的第二晶片2。
然而，上述方法存在幾個待解決的潛在問題。
即，希望利用較少晶片制造盡可能多的SOI晶片，但一個在SOI晶片制造步驟中多次使用的晶片最終要被放棄。這無法適應(yīng)希望減少廢品的產(chǎn)生和有效利用再生資源的不久的將來的工業(yè)。
此外，在有時再利用Si晶片作第一晶片的情況下，由于使晶片多孔的步驟和分離后去掉多孔層的步驟的緣故，每次再利用后，第一晶片都要損失其膜厚。因此，在有時再利用了幾次該晶片的情況下，未再利用的晶片與以上介紹的再利用晶片的厚度差變得非常顯著。在根據(jù)晶片厚度，在使晶片多孔的步驟中再對晶片進行處理步驟的情況下，各晶片厚度的明顯不同可能需要設(shè)定或調(diào)節(jié)不同的處理條件時間消耗。
此外，在形成多層結(jié)構(gòu)時，第一晶片的厚度在某些情況下對多層結(jié)構(gòu)的翹曲有明顯的影響。
另外，考慮到由于重復的分離步驟蓄積的損傷會負面影響使晶片多孔的隨后步驟等，因而無法獲得具有希望特性的SOI晶片。
即，按常規(guī)再利用方法，只考慮了SOI晶片制造步驟可得到的可再利用的第一晶片重復用于相同的SOI晶片制造步驟，因此，上述問題相當嚴重。
本發(fā)明的目的是提供一種制造半導體晶片的方法，具有有效用且經(jīng)濟的晶片應(yīng)用模式。
此外，本發(fā)明另一目的是提供一種半導體晶片制造系統(tǒng)，能夠有效且經(jīng)濟地應(yīng)用半導體晶片。
根據(jù)本發(fā)明制造半導體晶片的方法包括形成在半導體襯底上具有無孔層的第一部件的第一步驟；從第一部件上分離無孔層，并將無孔層轉(zhuǎn)移到第二部件上的第二步驟，其中(n-1)(“n”是不小于2的自然數(shù))次使用在第二步驟中無孔層從其上分離下的半導體襯底，作為第一步驟的第一部件的構(gòu)成材料，重復n次第一和第二步驟，在第n次使用時，在第二步驟，分離該半導體襯底，分離的半導體襯底用于除第一和第二步驟外的應(yīng)用。第一部件可以通過分離層在半導體襯底上形成無孔層。
根據(jù)本發(fā)明的制造半導體部件的方法包括制備在半導體襯底上具有無孔層的第一部件的第一步驟；從第一部件上將無孔層轉(zhuǎn)移到第二部件上的第二步驟，其中(n-1)(“n”是不小于2的自然數(shù))次使用在第二步驟中無孔層從其上分離下的半導體襯底，作為第一步驟的第一部件的構(gòu)成材料，重復n次第一和第二步驟，在第n次使用時，在第二步驟，分離該半導體襯底，分離的半導體襯底用于除第一和第二步驟外的應(yīng)用。
具體說，在本發(fā)明中，第一部件具有在半導體襯底上通過分離層形成的無孔層，第二步驟包括將第一和第二部分彼此鍵合，無孔層定位于其內(nèi)，形成多層結(jié)構(gòu)，并在分離層分離多層結(jié)構(gòu)的步驟。
本發(fā)明中，除第一和第二步驟外的目的可以是出售在第n次使用時在第二步驟分離的半導體襯底，并利用該半導體襯底制造外延層并出售之。
上述分離層可以是利用陽極氧化形成的層，或通過在層中離子注入例如氫離子等形成的離子注入層。
按本發(fā)明的方法，制備第一部件的步驟可以包括在半導體襯底上形成第一外延半導體層的步驟；至少使第一外延半導體層的部分多孔形成多孔層的步驟；在多孔層上形成無孔層，從而制備第一部件的步驟。
按本發(fā)明的方法，制備第一部件的步驟可以包括在半導體襯底上，從半導體襯底側(cè)起按順序形成作為外延層的第一半導體層、雜質(zhì)濃度或?qū)щ婎愋筒煌诘谝话雽w層的第二半導體層的步驟；至少使第一和第二半導體層的部分多孔形成多孔層的步驟；在多孔層上形成無孔層，從而制備第一部件的步驟。
按本發(fā)明的方法，半導體襯底可以是P型半導體襯底，第一半導體層可以具有將P型導電率控制為小于半導體襯底的雜質(zhì)濃度。第二半導體層可具有將P型導電率控制為大于第一半導體層的雜質(zhì)濃度。
按本發(fā)明的方法，制備第一部件的步驟可以包括在半導體襯底上形成第一外延半導體層的步驟；在第一外延半導體層內(nèi)形成離子注入層，以制備第一部件的步驟。
按本發(fā)明的方法，制備第一部件的步驟可以包括在半導體襯底上，從半導體襯底側(cè)算起，按順序形成作為外延層的第一半導體層、雜質(zhì)濃度或?qū)щ婎愋筒煌诘谝话雽w層的第二半導體層；在第一半導體層和/或第二半導體層內(nèi)形成離子注入層，從而制備第一部件的步驟。
第二部件的表面上可以具有絕緣層。
第二步驟可以包括平整通過在第二步驟中從第一部件上分離無孔層得到的半導體襯底表面。
平整可利用半導體襯底的表面拋光、腐蝕和熱處理進行。
在半導體部件的制造中使用了n次的半導體襯底的表面平整處理后，本發(fā)明的方法還包括至少一個表面雜質(zhì)顆粒密度檢測、厚度分布、缺陷密度檢測、表面形狀檢測或邊緣檢測等檢測步驟。
按本發(fā)明的方法，n可以是通過對在第二步驟中從第一部件分離無孔層得到的半導體襯底，進行至少一次表面雜質(zhì)顆粒密度檢測、厚度分布、缺陷密度檢測、表面形狀檢測或邊緣檢測等檢測步驟確定。
按本發(fā)明的方法，半導體部件可以是SOI晶片，半導體襯底用于第一和第二步驟兩次或多次后，半導體襯底可用于制造應(yīng)用于制造半導體部件的方法外的外延晶片。
按本發(fā)明的方法，除第一和第二步驟外的應(yīng)用是制造外延層，可以根據(jù)記錄在計算機中的有序外延晶片數(shù)限定上述n值。
利用本發(fā)明的半導體襯底的方法包括將在鍵合SOI晶片的制造步驟中使用了多次的半導體襯底應(yīng)用于除鍵合SOI晶片的制造步驟外的應(yīng)用中。
除鍵合SOI晶片的制造步驟外的應(yīng)用包括出售使用了多次的半導體襯底。
除鍵合SOI晶片的制造步驟外的應(yīng)用包括用已使用了多次的半導體襯底制造外延晶片，并出售該外延晶片。
制造本發(fā)明的半導體部件的系統(tǒng)是制造兩類半導體部件的系統(tǒng)，包括在SOI襯底制造步驟中，n(n≥2)次使用鍵合法，使用SOI襯底制造步驟得到的半導體部件的步驟；利用已使用了多次的半導體部件，制造用于除SOI襯底制造步驟外的應(yīng)用的外延晶片的步驟。
控制本發(fā)明的半導體部件的制造的方法包括在鍵合SOI晶片的制造步驟中n(n≥2)次使用一個半導體襯底，形成n片SOI晶片，用該半導體襯底作外延晶片，用于除鍵合SOI襯底的制造步驟外的應(yīng)用，并控制使用次數(shù)n，調(diào)節(jié)SOI晶片和外延晶片的制造量。
本發(fā)明的使用淀積膜形成裝置的方法包括一般地采用淀積膜形成設(shè)備，形成在半導體襯底上具有外延層的外延晶片，以用于多片鍵合SOI晶片的制造步驟中，使用淀積膜形成設(shè)備，形成半導體襯底應(yīng)用于除SOI晶片的制造步驟外的應(yīng)用的外延晶片。
本發(fā)明的制造方法還包括在氧化氣氛中熱處理多層結(jié)構(gòu)的步驟。
圖1是展示根據(jù)本發(fā)明基本實施例制造半導體部件的方法的流程圖；圖2是展示根據(jù)本發(fā)明基本實施例制造半導體部件的各步驟的示意剖面圖；圖3A和3B是展示根據(jù)本發(fā)明基本實施例制造半導體部件的各步驟的示意剖面圖；圖4是展示根據(jù)本發(fā)明基本實施例制造半導體部件的各步驟的示意剖面圖；圖5是展示根據(jù)本發(fā)明基本實施例制造半導體部件的各步驟的示意剖面圖6是展示根據(jù)本發(fā)明基本實施例制造半導體部件的各步驟的示意剖面圖；圖7是展示根據(jù)本發(fā)明基本實施例的制造系統(tǒng)的一個例子的例示圖；圖8是展示根據(jù)本發(fā)明的制造系統(tǒng)的一個例子的例示圖；圖9是展示本發(fā)明的檢測步驟的流程圖；圖10是展示根據(jù)本發(fā)明基本實施例制造半導體部件的方法的流程圖；圖11是展示根據(jù)本發(fā)明基本實施例制造半導體器件的方法的流程圖；圖12是展示根據(jù)本發(fā)明基本實施例制造半導體器件的方法的流程圖；圖13是展示根據(jù)本發(fā)明基本實施例制造半導體部件的各步驟的示意剖面圖；圖14是展示根據(jù)本發(fā)明基本實施例制造半導體部件的各步驟的示意剖面圖；圖15是展示根據(jù)本發(fā)明基本實施例的制造系統(tǒng)的一個例子的例示圖；圖16是展示根據(jù)本發(fā)明的制造系統(tǒng)的一個例子的例示圖；圖17是展示本發(fā)明的檢測步驟的流程圖；圖18A、18B和18C是解釋根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的示意剖面圖；及圖19A-19E是解釋轉(zhuǎn)移外延層的常規(guī)方法的示意剖面圖。
圖1是根據(jù)本發(fā)明基本實施例的制造半導體晶片的方法的流程圖。
首先，如圖1中的步驟S1所示，制造半導體晶片作為第一晶片。關(guān)于半導體晶片，可以用SOI晶片及非SOI晶片，不會引起任何問題，特別是，較好是使用例如CZ晶片、MCZ晶片、FZ晶片、外延晶片、用氫退火處理過的晶片、本征吸雜(IG)晶片等非SOI晶片。
然后，在步驟S2，在半導體晶片上形成分離層，并在半導體襯底上形成具有通過分離層形成的單晶半導體層的第一部件。
形成分離層的方法大致分為兩種，一是形成多孔層，然后在其表面上形成無孔層的方法。無孔層利用在多孔層上進行外延生長的方法，和在含氫氣氛中熱處理多孔層表面的方法等形成。
另一分離層形成方法是這樣一種方法，即，在從第一晶片的表面算起的預定深度位置，形成包括通過在第一晶片中注入例如氫離子、稀有氣體離子、氮離子等產(chǎn)生的微腔的層，和包括可以由隨后的熱處理產(chǎn)生微腔的潛在微腔的層。
在任何一種情況下，在形成分離層前，在半導體晶片的表面上可以形成預定厚度的單晶半導體層，以便分離層形成于半導體層內(nèi)。
分離層上的層選自單晶半導體層、多晶半導體層或非晶半導體層等。具體說，包括Si、Ge、SiGe、SiC、C、GaAs、GaN、AlGaAs、InGaAs、InP、InAs等。另外，這些半導體層的表面可以進行熱氧化、CVD、和濺射等處理，以便在其上形成氧化硅、氮化硅和氮氧化硅等絕緣層。
順便提及，在預先不形成任何分離層的情況下，如以后所述，形成多層結(jié)構(gòu)后，在合適的位置進行切割，或形成產(chǎn)生應(yīng)力的界面，以產(chǎn)生應(yīng)力，并在該界面進行分離。即，該步驟可以在步驟S1→S3→S4之后。
此后，在步驟S3，在其中形成了分離層的半導體晶片上，形成作為支撐基底部件的部分，從而獲得多層結(jié)構(gòu)。
形成用作支撐基底部件的部分的方法大致分為兩種，一種方法是，分開制備的例如第二晶片等基底部件鍵合到其中已形成了分離層的第一晶片上。
另一方法是，通過在第一晶片上，淀積更厚的例如多晶硅或非晶硅等材料，形成支撐基底部分。
關(guān)于第二晶片，可以采用與第一晶片相同結(jié)構(gòu)的CZ晶片、MCZ晶片、FZ晶片、外延晶片、用氫退火處理過的晶片等。
此外，第一晶片可以直接鍵合到這些晶片的半導體表面上，或可以用第一晶片和支撐基底部件間的中間位置絕緣層和/或粘附層鍵合。
代替第二晶片，可以用例如石英玻璃和塑料等絕緣透明基底材料，由柔韌膜構(gòu)成的導電基底材料，例如鋁、不銹鋼等金屬以及陶瓷等。第一晶片可以直接鍵合于其上，或通過絕緣層和/或粘附層鍵合于其上。自然，在步驟S2，在可以剝離形成于第一晶片上的單晶半導體層時，不需要支撐基底部件。
然后，在步驟S4，在分離層中，分離該多層結(jié)構(gòu)。分離的方法大致分為兩種。一種方法是，從外部加熱多層結(jié)構(gòu)，或用照射之使之吸收光，從而在多層結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生分離能量。
具體說，包括微腔的層，或包括通過在第一晶片的預定深度，注入氫離子、稀有氣體離子、氮離子等，形成的潛在微腔的層，接收熱能，從而微腔變大，并減小了分離層的密度。這引發(fā)了多層結(jié)構(gòu)的剝離現(xiàn)象。這是一種在多層結(jié)構(gòu)的內(nèi)部產(chǎn)生用于分離的能量的方法。此外，可以進行這種方法，熱處理分離層和/或其附近，從而氧化其側(cè)表面，利用氧化膜生長產(chǎn)生的應(yīng)力分離該多層結(jié)構(gòu)。
另一種方法是，把用于分離的能量直接從外部給予多層結(jié)構(gòu)。具體說，該分離方法包括在多層結(jié)構(gòu)的側(cè)表面中插入楔子以進行分離的方法；由液體和/或氣體構(gòu)成的流體噴射到多層結(jié)構(gòu)的側(cè)表面上進行分離的方法；在多層結(jié)構(gòu)的正面及背面上施加方向相反的張力進行分離的方法；在多層結(jié)構(gòu)的正面及背面上施加方向相反的推力，破壞分離層進行分離的方法；在多層結(jié)構(gòu)的側(cè)面上施加切力，破壞分離層進行分離的方法；利用內(nèi)緣刮刀和線鋸切割的方法；給予超聲振動，破壞分離層的方法等。水和氮氣等用作噴射的流體。順便提及，楔子插入的位置或流體噴射到多層結(jié)構(gòu)側(cè)面上的位置較好靠近分離層。
自然，上述分離方法可以結(jié)合使用。順便提及，流體噴射的部分主要是陽極氧化或用氫離子注入等形成的分離層的側(cè)表面，但該部分不限于此。
這樣得到的一個晶片便變成SOI晶片等，這是一個具有極高附加值的晶片(S5)，可以用于制造半導體器件。所制造的半導體器件可以變?yōu)槟芤愿咚俣?、低功耗工作的很好的半導體器件。
另一方面，分離的第一晶片(半導體襯底)可在上述步驟中再用作第一晶片或第二晶片。
這種循環(huán)進行(n-1)次(“n”是不小于2的自然數(shù))。因此，SOI晶片的制造工藝進行“n”次，可以制造n片SOI晶片。此外，在分離步驟S4分離的n次使用的第一晶片不能在上述步驟中再用作第一晶片或第二晶片，但如果必要，平整其表面，該晶片用作非SOI晶片，可用于制造普通的半導體器件。
另外，該晶片可轉(zhuǎn)用作外延晶片、監(jiān)測晶片或假片(步驟S6)。這種情況下，監(jiān)測晶片包括用于控制檢測每個工藝步驟的質(zhì)量水平的各步驟的晶片。假片包括用于保持開始時和器件特性的均勻性的晶片。此外，通過采用日本專利申請公開8-213645、日本專利申請公開10-233352及日本專利申請公開10-270361中公開的工藝，該晶片可轉(zhuǎn)用于制造太陽能電池。即，在分離步驟S4分離的用了n次的第一晶片轉(zhuǎn)用作除SOI制造工藝外的工藝中的晶片。
SOI制造工藝中使用第一晶片的次數(shù)即上述“n”，可根據(jù)以下標準(1)至(3)確定。順便提及，為了降低SOI晶片的制造成本，希望建立一種制造系統(tǒng)，使兩個或多個SOI晶片可由一個第一晶片得到。即希望n≥2。
(1)制造的調(diào)節(jié)在SOI晶片更有序時，可以增大SOI制造工藝中分離得到的第一晶片的重復使用次數(shù)。另一方面，在轉(zhuǎn)用的需求更大時，在更早的階段進行轉(zhuǎn)用(步驟S6)。
(2)步驟控制預先設(shè)定SOI制造工藝中分離步驟(步驟S4)后，得到第一晶片的重復使用次數(shù)，并在重復次數(shù)達到設(shè)定的次數(shù)時，轉(zhuǎn)用晶片(步驟S6)。
(3)通過檢測分類通過檢測將晶片的使用目的分類。例如，在判斷了第一晶片表面質(zhì)量、晶片形狀等能夠耐受在SOI制造工藝中使用后，可以重復在SOI制造工藝中的再利用。在判斷了晶片不再能耐受在SOI制造工藝中使用后，進行轉(zhuǎn)用(步驟S6)。這里“不再能耐受在SOI制造工藝中使用”表示包括所制造的SOI晶片不滿足希望的規(guī)格的情況。
順便提及，這里所述檢測包括測量光點缺陷、表面粗糙度等，如圖9所示。
自然，“n”可以根據(jù)SOI晶片所需要的規(guī)格(SOI晶片表面的平整度，SOI層的晶格缺陷密度等)確定，或“n”可以根據(jù)用戶所提供的價格確定。
此外，在SOI制造工藝包括一個制造系統(tǒng)的情況下，其中一個硅晶片多次(n次)用作第一晶片，然后該晶片轉(zhuǎn)用作外延晶片，上述“n”可以根據(jù)市場上對SOI晶片和外延晶片的要求確定。
即，“n”可以根據(jù)源于用戶的有序SOI晶片的數(shù)和有序外延晶片的數(shù)確定。
例如，在滿足αsol≤3αePi關(guān)系的情況下，其中αsol是周期中有序SOI的數(shù)，αePi是周期中有序外延晶片的數(shù)，則可以確定“n＝3”等。
較好是用計算機記錄有序片數(shù)，并且根據(jù)記錄的內(nèi)容確定“n”。
其中，在步驟S6中進行的轉(zhuǎn)用步驟較好是形成外延晶片。
制造外延晶片時，可以采用常壓CVD系統(tǒng)、低壓CVD系統(tǒng)、等離子增強CVD系統(tǒng)、光輔助CVD系統(tǒng)、PVD系統(tǒng)等。
本發(fā)明中，用于鍵合SOI晶片制造步驟的第一晶片可用于制造應(yīng)用于除SOI晶片制造步驟外的外延晶片。
取決于生長方法的外延生長的合適溫度基本上不低于500℃，且不高于構(gòu)成晶片的材料的熔點。在對單晶硅晶片施加一個溫度的情況下，溫度的最低限是600℃或更好是800℃，該溫度的上限是硅的熔點，或更好是1400℃，再好是1200℃。
在用CVD法或濺射法進行外延生長時，合適的氣氛可以是大氣壓和低壓，但不大于大氣壓，且不小于3.9×10-4Pa，更好是不大于大氣壓且不小于1.3Pa。
提供外延生長的氣氛的氣體至少是選自例如SiH4、SiCl3H、SiCl2H2、SiCl4、Si2H6、SiF4等硅烷中的一種氣體。為了于其中摻雜，可以摻入含例如B2H6、BF3、BBr3等受主的氣體和含例如PH3、AsH3等施主的氣體。
另外，除此以外，可以摻入鹽酸、氯等，或可以摻入氫或稀有氣體等，即，可以用氫氣作攜帶氣體。
順便提及，在用P+晶片作第一晶片重復制造SOI晶片，且分離后轉(zhuǎn)用第一晶片時，在第一晶片的表面上進行外延層的生長，從而制造較好的外延晶片。所制造的外延晶片適于制造例如存儲器、邏輯電路、模擬信號處理電路、模-數(shù)混合電路等集成電路，或適于制造半導體功能元件例如CCD和太陽能電池等。
此外，在一系列制造步驟中，可以制造多個SOI晶片和外延晶片，可以降低綜合材料成本。
下面介紹外延晶片。
“低功耗高速LSI技術(shù)”(Realize Corporation)中的第3.3.2節(jié)模-數(shù)一體襯底分離技術(shù)討論了P-外延層/P+襯底作一個襯底結(jié)構(gòu)以減小數(shù)字噪聲。
此外，根據(jù)“硅科學”(UCS半導體技術(shù)研究所編輯，Realize Corporation出版)第5章第1節(jié)，在用外延晶片制造MOSLSI時，多數(shù)使用P+襯底上具有P型外延層的襯底結(jié)構(gòu)(此后稱為“P型外延/P+襯底”)。使用外延晶片的最主要因素是可以改善軟失效和閂鎖問題。此外，在第5章第4節(jié)中，描述了就MOS結(jié)構(gòu)的氧化物膜-介質(zhì)擊穿特性中的TDDB特性而言，P型外延/P+襯底的外延晶片優(yōu)于CZ體Si晶片，表現(xiàn)出在襯底的高硼濃度區(qū)的強吸雜效應(yīng)。
另外，與上述相同的一節(jié)中討論了外延晶片的價格，介紹了在直徑變得較大時，外延晶片和CZ晶片間的價格差將變得更小。此外，介紹了如果要求超高質(zhì)量的Si晶體向著兆位時代發(fā)展，則較大直徑的CZ晶體的價格比(與外延晶片的價格比)將變大，因此，大量使用外延晶片的時代即將來臨。
所以，從建立制造半導體的經(jīng)濟工藝及提高晶片的利用率的角度考慮，第一晶片較好多次用于制造SOI晶片的工藝，然后，利用第一晶片制造外延晶片。
順便提及，較好是利用第一晶片制造SOI晶片后，且在利用該第一晶片進行轉(zhuǎn)用步驟(S6)之前，對第一晶片的表面進行平整/平滑步驟。
為了表面平整/平滑，可以對分離的第一晶片進行至少一次拋光、腐蝕、熱處理等。
其中，在含氫的減壓氣氛中，熱處理分離的第一晶片的方法(氫退火)是優(yōu)選的方法，是由于可以在禁止晶片厚度減小的同時允許表面平滑處理，并且分離后包含于晶片表面層中的例如硼等雜質(zhì)同時會向外擴散，雜質(zhì)的密度會降低。
氫退火的合適溫度不低于300℃，且不高于構(gòu)成晶片的材料的熔點，但在應(yīng)用于單晶硅晶片的情況下，溫度的下限是800℃，或更好是1000℃，溫度的上限是硅的熔點，更好是1400℃，再好一些是1200℃。
適于氫退火的減壓氣氛可以是高壓、常壓和低壓中的任一種，但不應(yīng)高于常壓，且不低于3.9×10-4Pa，更好是不大于常壓，且不低于1.3Pa。
氫退火的處理時間可以根據(jù)所需要的特性適當選擇，因此，對其沒有特別限制，但合適的范圍為大約1分鐘到10小時。
關(guān)于提供含氫的減壓氣氛的氣體，可以用100％的氫氣或氫與惰性氣體的混合氣體。
通過這種氫退火得到的剝離后第一晶片落在與市售氫退火處理的晶片相同的標準范圍內(nèi)，變得適用于制造例如LSIs等半導體器件。
通過拋光平滑是很好的方法，化學機械拋光(CMP)是一種方法。如果發(fā)生表面異常，則通過拋光可以將之完全去掉?？梢岳门c普通硅晶片拋光相同的方法進行處理，這是批量生產(chǎn)的很好的方法。順便提及，表面異常是指通過晶片表面觀察探測的缺陷或顆粒。
順便提及，本發(fā)明中，尤其是在高濃度P型半導體晶片較好用作第一晶片，以便如圖10所示，在n次使用時，在分離步驟S4，形成例如SOI晶片等第一半導體晶片，根據(jù)需要平整在第n次分離步驟分離的高濃度P型半導體晶片，以便較好是能進行P-層、N層等外延生長(步驟S7)。所以，可以制造P-層、N層等形成于高濃度P型半導體晶片上的外延晶片(步驟S6)。如上所述，P-外延/P+襯底的模式最廣泛應(yīng)用于目前的應(yīng)用。順便提及，一次平整后，可以對剝離后的第一晶片的表面進行外延生長處理，但可以在剝離后只清洗而不進行拋光、腐蝕、或熱處理，之后進行外延生長處理。
此外，在第一晶片為通過在高濃度P型半導體晶片上形成外延半導體層(P-層、N層等)得到的晶片時，分離步驟S4形成SOI晶片(步驟S5)，P-層或N層等形成于分離的高濃度P型半導體晶片上，因此，在不進行新的外延生長的情況下，可以形成外延晶片(步驟S6)。即，由于步驟S1已形成了外延半導體層，所以不必在步驟S7制備新外延半導體層，如圖10所示。
根據(jù)情況，可以用N型半導體進行多孔層的形成，但希望使用P型半導體。Unagami等人對陽極氧化中Si的溶解反應(yīng)進行了研究，證實陽極反應(yīng)需要HF溶液中的正空穴(T.Unagami，J.Electrochem.Soc.，Vol.127，476(1980))。希望用高濃度的P型半導體進行多孔層的形成，其雜質(zhì)濃度一般為5.0×1016/cm3至5.0×1020/cm3，較好是1.0×1017/cm3至2.0×1020/cm3，更好是5.0×1017/cm3至1.0×1020/cm3。
關(guān)于第一晶片，使用高濃度P+晶片，重復進行制造SOI的工藝，然后將分離的高濃度P+晶片(半導體襯底)轉(zhuǎn)用作用于P-外延的襯底，而不放棄P+晶片，因而可以制造SOI晶片和外延晶片。
因此，如上所述，在趨于大量消耗外延晶片時，可以建立經(jīng)濟有利的半導體制造系統(tǒng)。
順便提及，在P-晶片用作第一晶片時，只通過平滑該晶片的表面，而不進行外延處理，該晶片便可以變成適用于制造上述集成電路或半導體功能元件的晶片。
自然，在要求高質(zhì)量的層作為制造集成電路或半導體功能元件的層時，可以在平滑過的表面上再形成外延層。使用并轉(zhuǎn)用分離的第一晶片(半導體襯底)，然后，可以以大概與原始晶片相同或便宜的價格再出售，進一步增加附加值(例如，制造外延晶片)，晶片可以以更高的價格出售，可以建立經(jīng)濟有利的半導體制造系統(tǒng)。
此外，如圖11所示，可以采取制造多片SOI晶片和一片外延晶片的模式。
如圖11所示的步驟S1，制備第一晶片。
上述半導體晶片適合用作第一晶片。
然后，在步驟S2，在半導體晶片上形成分離層，在半導體襯底上形成具有通過分離層形成的單晶層的第一部件。關(guān)于分離層的形成方法，采用形成多孔層，然后在其表面上形成無孔層的方法?？梢岳迷诙嗫讓由线M行外延生長的方法，或在含氫氣氛中熱處理多孔層表面的方法形成無孔層。
這種情況下，在形成分離層前，在半導體晶片上形成具有預定厚度的單晶半導體層，并在半導體層內(nèi)形成分離層。
這里，單晶半導體層由至少具有不同雜質(zhì)濃度的兩層構(gòu)成。例如，從半導體晶片側(cè)算起，在半導體晶片上，形成第一單晶半導體層和雜質(zhì)濃度高于第一單晶半導體層的第二單晶半導體層。在使單個半導體層多孔時，低濃度雜質(zhì)的區(qū)具有高于高濃度雜質(zhì)區(qū)的孔隙率，因而變得易受損傷。因此，可以更嚴格地確定分離位置。
順便提及，形成多孔層以便留下低濃度雜質(zhì)區(qū)。
順便提及，分離層可以通過注入例如以后介紹的氫和氮等離子實現(xiàn)。
此后，在步驟S3，變成支撐襯底(第二部件)的部分形成于已形成分離層的半導體晶片上，形成多層結(jié)構(gòu)。形成將變成支撐襯底的該部分的方法如上所述。
然后，在步驟S4，在分離層分離多層結(jié)構(gòu)。關(guān)于分離的方法，采用以上所述的方法。
于是這樣得到的一個晶片變成具有極高附加值的晶片，例如SOI晶片，利用它可以形成半導體器件(步驟S5)。所制造的半導體器件可以變?yōu)榉浅：玫陌雽w器件，能夠以低功耗高速工作。
另一方面，分離的第一晶片再用作上述步驟中的第一晶片或第二晶片。根據(jù)需要，在分離的第一晶片上形成外延層(例如，P+外延層)(步驟S8)。順便提及，如已介紹的，由于實施了多孔層的形成，留下了低濃度雜質(zhì)區(qū)，所以在半導體晶片上留下了外延層，在該外延層可以提供具有希望質(zhì)量和足夠厚度的SOI晶片的情況下，不必在步驟S8形成外延層。
在引入該晶片作為第一晶片時，可以在外延層形成上述分離層。順便提及，較好是平滑一次剝離后的第一晶片的表面，然后進行外延生長(圖12中的步驟S7)。自然，不進行拋光、腐蝕、和熱處理，可以在剝離后只清洗晶片，然后對晶片進行外延生長處理(步驟S8)。
上述第一晶片的循環(huán)進行n-1次(n是不小于2的自然數(shù))。因此，實施n次SOI晶片的制造工藝，形成n片SOI晶片。此外，在第n次使用時，在分離步驟S4中分離的第一晶片不再用作上述步驟的第一晶片或第二晶片，但，根據(jù)要求，平滑其表面，然后該晶片用作非SOI晶片(例如，在高濃度型半導體晶片用作第一晶片時，P-層置于高濃度P型半導體晶片上的外延晶片)(步驟S6)。
該晶片也可以轉(zhuǎn)用作監(jiān)測晶片或假片。此外，利用日本專利申請公開8-213645、日本專利申請公開10-233352及日本專利申請公開10-270361中公開的工藝，該晶片可轉(zhuǎn)用于制造太陽能電池。上述“n”可利用已介紹的標準等確定。
下面結(jié)合附圖進一步驟詳細介紹本發(fā)明的各實施例。
(實施例1)圖2是展示根據(jù)本發(fā)明第一實施例制造晶片的工藝的各步驟的流程圖。
首先，步驟S11，制備由CZ硅晶片、FZ硅晶片、外延硅晶片或用氫退火處理的硅晶片等構(gòu)成的第一晶片1和將變成第二部件的第二晶片2。其中，陽極氧化第一晶片1的表面，并使之多孔，形成多孔層4。第二晶片2可以是由之暴露半導體的晶片，或其表面形成絕緣膜的晶片，代替第二晶片，可以用如石英二氧化硅玻璃等絕緣透光襯底。
然后，在步驟S12，在多孔層4上形成無孔層5，以便形成第一部件。關(guān)于無孔層5的形成方法，有一種通過氫退火封閉多孔層4的孔，以便在表面層中形成無孔結(jié)構(gòu)的方法，或利用外延生長形成無孔單晶層的方法。
取決于生長方法的外延生長的合適溫度大致不低于500℃，且不高于構(gòu)成晶片的材料的熔點。在溫度加于單晶硅的晶片上的情況下，溫度的下限是600℃，或更好是800℃，溫度的上限是硅的熔點，更好是1400℃，或再好是1200℃。
此外，根據(jù)需要，氧化無孔層5的表面等，以便在無孔層5上形成絕緣層6。代替氧化，可用CVD或濺射等形成絕緣層6。順便提及，在本實施例中，多孔層4變?yōu)榉蛛x層。
在步驟S13，通過鍵合第一晶片1的絕緣層6的表面與第二晶片2的表面，形成多層結(jié)構(gòu)100。自然，可以在第二晶片上形成絕緣層，從而第一晶片和第二晶片上的絕緣層鍵合在一起。另外，絕緣層可以只形成于第二晶片上，絕緣層不形成于第一晶片1上，從而絕緣層與無孔層鍵合。在鍵合時，兩晶片可以在室溫下接觸，然后進行熱處理，增強鍵合強度，或可以通過陽極鍵合法鍵合。此外，接觸可以與熱處理一起進行。另外，在鍵合步驟中，可以實施熱處理，同時將兩晶片放置于高壓下，以便更緊密地接觸。熱處理較好是在氧化氣氛中或惰性氣體(N2，Ar等)氣氛中進行。
此外，較好是用氧、氮、硅、氫、稀有氣體(Ar，Ne)、氨、水蒸汽等等離子處理一對鍵合表面中的任一個，從而預先激活鍵合表面。
另外，通過將粘合層設(shè)置在它們中間，進行鍵合。關(guān)于形成粘合層的粘合劑，可以用環(huán)氧和聚酰亞胺等。
此外，在步驟S14，在分離層(多孔層4)，利用上述方法分離多層結(jié)構(gòu)(參考數(shù)字41和42表示分離的多孔層)。剝離或分離的第一晶片的無孔部分保持晶片形狀，在某些情況下，在分離表面上存在多孔層的殘留部分41。另一方面，無孔層5與絕緣層6一起從第一晶片上轉(zhuǎn)移到第二晶片2上，并且，自然其分離的表面上具有多孔層的殘留部分42，在多層結(jié)構(gòu)在多孔層4的上下界面分離時，殘留部分不留在無孔層5或第一晶片上。
在步驟S15，根據(jù)需要，去掉多孔層的殘留部分42。在殘留部分42的厚度較厚時，利用氟酸、過氧化氫和/或醇的混合液作腐蝕劑，對殘部分42進行濕式腐蝕，選擇性去除之，然后，通過氫退火平滑表面。
在殘留部分42的厚度薄時，或只有很少殘留部分時，對該部分進行氫退火進行平滑處理，同時去掉殘留部分42，而不進行濕腐蝕。于是，可以得到高附加值SOI晶片。自然，為去除殘留部分42，可以使用例如RIE等干法腐蝕(基本的干法腐蝕)。
在步驟S16，通過拋光、濕式腐蝕、氫退火等去掉剝離后晶片1上的殘留部分41，并平滑。
于是得到體晶片。該體晶片用作步驟S11的第一晶片1，并再實施步驟S11到S15的制造SOI晶片的工藝。可在步驟S16中得到的體晶片的再使用n-1次，步驟S11至S15重復“n”次，得到“n”個SOI晶片。重復的次數(shù)根據(jù)例如制造、步驟控制、晶片的表面條件的上述調(diào)節(jié)等檢測結(jié)果為標準確定。自然，步驟S16得到的體晶片可用作步驟S11中的第二晶片。
在“第n”次使用的步驟S16，通過拋光、濕式腐蝕、氫退火等去掉剝離后晶片1(半導體襯底)上的殘留部分41，并平滑之得到體晶片。這樣得到的體晶片用于制造非SOI的工藝。該晶片可用作形成器件及假片等的晶片。順便提及，可以對該表面只進行去除殘留部分41的處理，而不進行平滑處理。這是由于發(fā)生在S17的外延生長可同時將表面平滑到一定程度。
另外，根據(jù)需要，如圖S17所示，剝離后的晶片1的表面可以進行外延生長處理，以便形成由無孔P型單晶半導體構(gòu)成的外延層7。于是，得到外延晶片。在圖2中，在步驟S17中例示了外延晶片，然而，它不總是限于此。
順便提及，如上所述，高濃度P型半導體晶片用作第一晶片，該晶片將變得適于產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)，步驟S17中得到的外延晶片將變成在P+晶片上形成外延層的晶片。如果晶片上有P-外延層，它將能夠變成適合的外延晶片。
在陽極氧化第一晶片1的表面，并使之多孔時，可以改變電流密度或陽極氧化溶液，以便具有兩個或多個具有不同孔隙率的多孔層。
其中，多孔層較好是包括從無孔層5一側(cè)算起依次具有第一孔隙率的第一多孔層、具有大于第一孔隙率的第二孔隙率的第二多孔層。這種結(jié)構(gòu)可以在第一多孔層上形成較少缺陷的無孔層(例如，無孔單晶硅層)等。此外，第二多孔層可以用作分離層。
第一多孔層的第一孔隙率較好是10％-30％，更好是15％-25％。
此外，第二多孔層的第二孔隙率較好是35％-70％，更好是40％-60％。
關(guān)于陽極氧化的溶液，可以用含氫氟酸的溶液、含氫氟酸和乙醇的溶液、含氫氟酸和異丙醇的溶液、含氫氟酸和過氧化氫的溶液、含氫氟酸和螯合物的溶液、及含氫氟酸和表面活性劑的溶液等。
這里，在多孔層4上形成無孔層5之前，還可以加入以下所述的步驟(1)至(4)中至少一個步驟。較好是實施步驟(1)→(2)，更好是實施步驟(1)→(2)→(3)或(1)→(2)→(4)，再好是實施步驟(1)→(2)→(3)→(4)。
(1)在具有小孔的壁上形成保護膜的步驟可以在具有小孔的多孔層的壁上提供例如氧化膜或氮化膜等保護膜，以便防止由于熱處理小孔粗糙化。例如，在氧化氣氛中，實施熱處理(在200℃到700℃)。此時，可以去掉形成于多孔層的表面上的氧化膜等(例如通過將表面暴露于HF的溶液中)。
(2)氫烘焙步驟在含氫的減壓氣氛中，在800℃至1200℃，對多孔層進行熱處理，使該多孔層層表面上存在的小孔被密封到一定程度。
(3)微量原材料供應(yīng)步驟在上述氫烘焙步驟不能完成密封的情況下，以微量供應(yīng)無孔層5的原材料，從而將層表面上的小孔密封到更高程度。
具體說，原材料供應(yīng)控制為生長速度變得不大于20nm/min，較好是不大于10nm/min，更好是不大于2nm/min。
(4)高溫烘焙步驟在高于上述氫烘焙步驟和/或微量原材料供應(yīng)步驟的處理溫度下，在含氫的減壓氣氛中，實施熱處理。
這可以使多孔層表面被充分密封及平滑。
分離多層結(jié)構(gòu)的方法100包括施加拉伸力、壓力和切力等，并噴射流體的方法。
關(guān)于要用的流體，可以用水、例如醇等有機溶劑，和例如氟酸和硝酸等酸，或例如氫氧化鉀等堿。和包括用于實施選擇腐蝕分離區(qū)的其它流體?？梢杂玫蜏乩鋮s流體、極冷液體、光子束及電子束。
另外，關(guān)于流體，可以用例如空氣、氮氣、氧氣、二氧化碳氣和稀有氣體等氣體。可以使用氣體和用于腐蝕分離區(qū)的等離子體。在使用射流形式的水的情況下，可以使用去掉了其中的雜質(zhì)金屬或顆粒的例如純水、超純水等高純水。
此外，通過完全的低溫度工藝實施分離步驟，以便在用水射流分離后，通過清洗充分去除附著于晶片上的顆粒。
自然，可以結(jié)合使用上述不同分離方法。
在多孔層的殘留部分41和42需要被去除時，可以通過拋光、研磨、腐蝕或它們的組合實施這種去除。
關(guān)于拋光的方法，較好是化學機械拋光(CMP)。
實施CMP時的拋光劑，可以使用例如硼硅玻璃、二氧化鈦、氮化鈦、氧化鋁、硝酸鐵、二氧化硒、二氧化鈷、氮化硅、碳化硅、石墨和金剛石等拋光顆粒，或混合這些研磨顆粒和例如H2O2、KIO3等氧化劑得到的研磨顆粒液和例如NaOH、KOH等堿溶液。
順便提及，在鍵合之前，在氧化氣氛中對晶片進行熱處理，以便在無孔層5的表面上形成絕緣層6，然后，如圖3A所示，在第一晶片的背面及側(cè)面形成氧化膜6。
此外，可通過多層結(jié)構(gòu)形成步驟和分離步驟得到的第一晶片(圖3B)重復用作制造SOIs工藝中的第一晶片，氧化膜6可以按逐漸加厚的方式形成。
順便提及，在通過陽極氧化形成分離層的情況下，氧化膜剝離一次。甚至這種情況下，可以在制造SOIs的工藝中，再次形成氧化膜。
此外，目前可以在制造了n片SOI晶片后得到的一個體晶片其側(cè)面和/或表面具有氧化膜，因此，可以用作CMOS器件工藝等中背面密封的體晶片。
背面密封可以防止晶片中的雜質(zhì)由于在晶片上形成器件期間的熱處理而向外擴散。
自然，在某些情況下，在一次SOI制造工藝時，在第一晶片的側(cè)表面或背面上形成的背面密封是足夠的，但較好是SOI制造步驟中便用兩次或更多次。
因此，為確定重復次數(shù)“n”，可以標準化以確定第一晶片的側(cè)表面和背面上形成的背面密封的厚度是否是希望的厚度。在通過離子注入形成分離層的情況下，由于不必去掉已形成于晶片表面上的氧化膜，所以由于上述“n”，背面密封的厚度變得較大。
順便提及，到目前為止所詳細介紹的自然可應(yīng)用于以后的第二實施例。
(實施例2)圖4是展示本發(fā)明第二實施例的制造晶片的工藝的各步驟的流程圖。
首先在步驟S20，制備包括例如CZ硅晶片和FZ硅晶片等體晶片的第一晶片1，對第一晶片的正面層進行擴散或離子注入，從而在其上形成摻入了摻雜劑的單晶半導體層3。作為該單晶半導體層3，較好是P+層的硼濃度大約為1×1017cm-3至1×1020cm-3。
在步驟S21，制備由例如CZ硅晶片、FZ硅晶片等體晶片構(gòu)成的將變成第二部件的第二晶片2。
第二晶片可以是由之暴露半導體，或可以具有形成于其表面上的絕緣膜的晶片，或代替第二晶片，可以用例如石英玻璃等絕緣透光襯底。
此外，對第一晶片1的單晶半導體層3的表面進行陽極氧化等，使之多孔，形成多孔層4。此時，只有單晶半導體層3的表面層較好制成多孔，以便在多孔層4下留下大約100nm到20微米的無孔層10。
然后，在步驟S22，在多孔層4上形成無孔層5，以便形成第一部件。關(guān)于無孔層5的形成方法，有通過氫退火封閉多孔層4的小孔，使表面層無孔的方法，或利用外延生長形成無孔單晶層的方法。
此外，根據(jù)需要，氧化無孔層5的表面等，以便在無孔層5上形成絕緣層6。代替熱氧化，可以利用CVD、濺射等形成絕緣層6。按本實施例，多孔層4將變成分離層。
在步驟S23，通過鍵合第一晶片1的絕緣層6的表面與第二晶片2的表面，形成多層結(jié)構(gòu)100。在鍵合時，兩晶片在室溫下彼此接觸，此后，進行熱處理，以增強鍵合強度，或通過陽極鍵合法鍵合。同時進行熱處理。另外，在鍵合步驟中，可以在將兩個晶片設(shè)置在高壓下的同時實施熱處理，以便更緊密接觸。
此外，較好是用氧、氮、硅、氫、稀有氣體等等離子處理一對鍵合表面中至少一個，以便預先激活該鍵合表面。另外，可以通過在兩者間插入粘合層，進行鍵合。
此外，在步驟S24，按上述方法，在分離層(多孔層4)分離多層結(jié)構(gòu)100。剝離的第一晶片的無孔部分保持晶片形狀，某些情況下，分離表面上存在著多孔層的殘留部分41。另一方面，無孔層5與絕緣層6一起從第一晶片上轉(zhuǎn)移到第二晶片2上，在某些情況下，第二晶片的表面上具有多孔層的殘留部分42。
在步驟S25，根據(jù)需要，去掉多孔層的殘留部分42。在殘留部分42的厚度較厚時，利用氟酸、過氧化氫和醇的混合液作腐蝕劑，對殘留部分42進行濕式腐蝕，從而該部分被選擇性去除，然后通過氫退火平滑表面。在殘留部分42的厚度薄時，可以對該部分進行氫退火做平滑處理，同時去除殘留部分42，而不用進行濕式腐蝕。于是可以得到高附加值的SOI晶片。自然，在實際不存任何殘留部分時，可去掉去除殘留部分42的步驟。
在步驟S26，通過拋光、濕式腐蝕、氫退火等去除剝離后第一晶片1(半導體襯底〕殘留部分41，并平滑。此時，無孔層10留在晶片1上。然后進行步驟S20到S24。
此外，去掉具有該無孔層10的晶片1的無孔層10(步驟S28)，形成體晶片，體晶片中的晶片1用作步驟S20的第一晶片1，可以再實施步驟S20至S25的制造SOI晶片的工藝。
可在步驟S26或S28中得到的晶片再使用n-1次，步驟S20至S25重復“n”次，可以得到“n”片SOI晶片。
在第“n”次使用的步驟S26中，通過拋光、濕式腐蝕、氫退火等去除剝離后晶片1(半導體襯底)上的殘留部分41，并平滑，以便得到具有無孔層10的晶片，此外，如果去除無孔層10，則可以得到與第一種情況相同的體晶片(步驟S28)。
另外，根據(jù)需要，如步驟S27所示，可以對剝離后的晶片1的表面進行外延生長處理，從而形成由無孔P型單晶半導體構(gòu)成的外延層7。于是得到外延晶片。
(實施例3)接著，再結(jié)合圖4介紹本發(fā)明第三實施例的制造晶片的工藝。
首先在步驟S20，制備包括例如CZ硅晶片和FZ硅晶片及用氫退火處理過的晶片等體晶片的第一晶片1，對表面層進行外延生長處理，從而在其上形成單晶硅半導體層3。該單晶半導體層3較好是硼濃度約為1×1017cm-3至1×1020cm-3的P+層。
在步驟S21，制備由例如CZ硅晶片、FZ硅晶片等體晶片構(gòu)成的將變成第二部件的第二晶片2。
第二晶片可以是由之暴露半導體，或可以具有形成于其表面上的絕緣膜的晶片，或代替第二晶片，可以用例如石英玻璃等絕緣透光襯底。
此外，對第一晶片的單晶半導體層3的表面進行陽極氧化等，使之多孔，形成多孔層4。此時，只有外延層3的表面層較好制成多孔，以便在多孔層4下留下大約100nm到20微米的外延層10。自然，所有外延層3都可以制成多孔，或在不小于外延層厚度的深度，將外延層制成多孔。
然后，在步驟S22，在多孔層4上形成無孔層5，以便形成第一部件。關(guān)于無孔層5的形成方法，有通過氫退火封閉多孔層4的小孔，使表面層無孔的方法，或利用外延生長形成無孔單晶層的方法。此外，根據(jù)需要，氧化無孔層5的表面等，以便在無孔層5上形成絕緣層6。代替熱氧化，可以利用CVD、濺射等形成絕緣層6。按本實施例，多孔層4將變成分離層。
在步驟S23，通過鍵合第一晶片1的絕緣層6的表面與第二晶片2的表面，形成多層結(jié)構(gòu)100。在鍵合時，兩晶片在室溫下彼此接觸，此后，進行熱處理，以增強鍵合強度，或通過陽極鍵合法鍵合。在發(fā)生接觸時可以實施另外的熱處理。另外，在鍵合步驟中，可以在將兩個晶片設(shè)置于高壓下的同時實施熱處理等，以便更緊密接觸。
此外，較好是用氧、氮、硅、氫、稀有氣體等等離子處理一對鍵合表面中至少一個，以便預先激活該鍵合表面。另外，可以通過在兩者間插入粘合層，進行鍵合。
此外，在步驟S24，按上述方法，在分離層(多孔層4)分離多層結(jié)構(gòu)100。剝離的第一晶片的無孔部分保持晶片形狀，某些情況下，分離表面上存在著多孔層的殘留部分41。另一方面，無孔層5與絕緣層6一起從第一晶片上轉(zhuǎn)移到第二晶片2上，在某些情況下，第二晶片的表面上具有多孔層的殘留部分42。
在步驟S25，根據(jù)需要，去掉多孔層的殘留部分42。在殘留部分42的厚度較厚時，利用氟酸、過氧化氫和醇的混合液作腐蝕劑，對殘留部分42進行濕式腐蝕，從而該部分被選擇性去除，然后通過氫退火平滑表面。在殘留部分42的厚度薄時，可以對該部分進行氫退火做平滑處理，同時去除殘留部分42，而不用進行濕式腐蝕。于是可以得到高附加值的SOI晶片。
在步驟S26，通過拋光、濕式腐蝕、氫退火等去除剝離后第一晶片1(半導體襯底)上的殘留部分41，并平滑。此時，外延層10留在晶片1上。此外，具有該外延層10的晶片1或從其上去除了外延層10(S28)形成體晶片的晶片1用作步驟S20的第一晶片1或第二晶片2，再進行步驟S20到S25制造SOI晶片的工藝。可在步驟S26或S28中得到的晶片再使用n-1次，步驟S20至S25重復“n”次，可以得到“n”片SOI晶片。
在第“n”次使用的步驟S26中，通過拋光、濕式腐蝕、氫退火等去除剝離后晶片1(半導體襯底)上的殘留部分41，并平滑，以便得到具有外延層10的晶片。這種條件下，對晶片進行氫退火處理，平滑其表面，并且由于外擴散，其中所含的硼的濃度降低，層10將變成P-型單晶半導體層。這是一個與所謂的P-外延晶片有相同質(zhì)量的晶片。如果不需要活性外擴散，則通過拋光或短時間的氫退火的表面平滑可形成與P+外延晶片有相同質(zhì)量的晶片。
此外，在去除外延層10時，可以得到與第一情況下相同的體晶片(步驟28)另外，根據(jù)需要，如步驟S27所示，可以對剝離后的晶片1的表面進行外延生長處理，從而形成由無孔P型單晶半導體構(gòu)成的外延層7。于是得到外延晶片。該外延層包括P-外延層、n外延層等。
(實施例4)圖5是展示根據(jù)本發(fā)明第四實施例制造晶片的工藝的各步驟的流程圖。
首先在步驟S31，制備包括例如CZ硅晶片和FZ硅晶片等體晶片的第一晶片1和將變成第二部件的第二晶片2。
就此而言，需要通過氧化第一晶片的表面形成絕緣層6。第二晶片可以是由之暴露半導體，或可以具有形成于其表面上的絕緣膜的晶片，或代替第二晶片，可以用例如石英玻璃等絕緣透光襯底。也可用蘭寶石襯底或SiC或金剛石薄膜。
然后，在步驟S32，注入選自氫、氮、例如He、Ar等的稀有氣體、水蒸汽、甲烷、氫化化合物等中的離子，從而在預定深度位置形成包括潛在微腔的層14作為分離層。于是在分離層14上留下單晶半導體的無孔層5。由此形成第一部件。離子注入層表示由于聚集而形成微腔的層。例如美國專利5374564中介紹了利用離子注入層分離的例子。
在步驟S33，通過鍵合第一晶片1的絕緣層6的表面與第二晶片2的表面，形成多層結(jié)構(gòu)100。在鍵合時，整個處理中，兩晶片在室溫下彼此接觸，或首先在室溫下接觸，然后進行熱處理，以增強鍵合強度，或通過陽極鍵合法鍵合。在進行接觸時可以實施進行熱處理。另外，在鍵合步驟中，可以在將兩個晶片設(shè)置于高壓下的同時實施熱處理，以便更緊密接觸。另外，可以通過在兩者間插入粘合層，進行鍵合。此外，較好是用氧、氮、硅、氫、稀有氣體(Ar，Ne)等等離子處理一對鍵合表面中至少一個，以便預先激活該鍵合表面。
此外，在步驟S34，按上述方法，在分離層14分離多層結(jié)構(gòu)100。按本實施例方法，在步驟S33的熱處理時，在不低于500℃的溫度下，在發(fā)生分離現(xiàn)象的同時發(fā)生鍵合。
剝離的第一晶片的無孔部分保持晶片形狀，某些情況下，分離表面上存在著分離層14的殘留部分141。另一方面，無孔層5與絕緣層6一起從第一晶片上轉(zhuǎn)移到第二晶片2上，在某些情況下，在分離表面上具有分離層14的殘留部分142。
在步驟S35，去掉多孔層的殘留部分142。此時，可以按低拋光速率進行拋光，然后進行氫退火處理。對該部分進行氫退火處理，而不進行做平滑處理的拋光，可以同時去除殘留部分142。于是可以得到高附加值的SOI晶片。
在步驟S36，通過拋光、濕式腐蝕、氫退火等去除剝離后第一晶片1(半導體襯底〕上的殘留部分141，并平滑。于是得到體晶片。
該晶片用作步驟S31的第一晶片1或第二晶片2，可以再實施步驟S31至S35的制造SOI晶片的工藝?？梢栽诓襟ES36中得到的體晶片n-1次用于制造SOI晶片的工藝，步驟S31至S35重復“n”次，可以得到“n”片SOI晶片。
在第“n”次使用的步驟S36中，通過拋光、濕式腐蝕、氫退火等去除剝離后晶片1(半導體襯底)上的殘留部分41，并平滑，從而得到體晶片。
另外，根據(jù)需要，如步驟S37所示，可以對剝離后的晶片1的表面進行外延生長處理，從而形成由無孔P型單晶半導體構(gòu)成的外延層7。于是得到外延晶片。
高濃度的P型晶片用作第一晶片1，P-單晶層用作外延層7，所以在步驟S37形成P-外延/P+襯底，在步驟S35進行氫退火，然后由于外擴散高濃度P+層5濃度較低，于是形成SOI晶片(P-層)。
下面詳細介紹分離層14的形成。
利用束線離子注入設(shè)備和等離子浸沒式離子注入(PIII)工藝可以實施離子注入，國際申請W98/52216、W99/06110及Proceeding 1998 IEEEInternational SOI Conference Oct.1998中皆介紹了所說等離子浸沒式離子注入(PIII)工藝。
關(guān)于要注入的離子籽晶，可以用氫、水蒸汽、甲烷、氫化化合物和例如He、Ar、Kr、Xe等稀有氣體。
在用氫時，除H+外，還可用H2+和H3+。較好是不僅可以用正離子，而且可以用例如H-等負離子。此外，還可以組合使用它們。
注入的劑量應(yīng)不小于1015，且不大于1018atm/cm2，較好是不小于1016且不大于1017atm/cm2。
可以用1KeV至1MeV的注入能量。
注入在-200℃到600℃的溫度下進行，但希望溫度低于400℃，以便不發(fā)生氣泡(由于鍵合步驟前的微腔在晶片表面中的凸出)或剝落(晶片表面層的剝離)。
因此，在形成多層結(jié)構(gòu)100時，希望熱處理的溫度不高于400℃。
在對多層結(jié)構(gòu)進行熱處理以便分離的情況下，熱處理在不低于400℃，且不高于1000℃，較好是不低于400℃，且不高于600℃的溫度下進行。
此外，該多層結(jié)構(gòu)可用已介紹的流體射流分離，或利用熱處理與流體射流結(jié)合分離。
關(guān)于流體射流，可以用例如高壓水等流體、例如氮氣等氣體、及已介紹過的流體。
在將例如氮氣等流體噴射到分離層14附近時，甚至在室溫下也發(fā)生分離。
(實施例5)圖6是展示根據(jù)本發(fā)明第五實施例的制造晶片的工藝的各步驟的流程圖。
首先在步驟S40，制備包括例如CZ硅晶片、FZ硅晶片等體晶片的第一晶片1，對其表面層進行外延生長處理，以便在其上形成單晶半導體層3。
在步驟S41，制備由例如CZ硅晶片、FZ硅晶片等體晶片構(gòu)成的將變成第二部件的第二晶片2。
第二晶片可以是由其暴露半導體的晶片，或可以具有形成于其表面上的絕緣膜，代替第一晶片，可以是例如石英玻璃等絕緣透光襯底。
此外，根據(jù)需要，熱氧化外延層3的表面等，以便形成絕緣層6。然后，注入選自氫、氮、稀有氣體等的離子，從而在預定深度的位置形成將變成分離層的包括微腔的層14。于是在分離層14上留下單晶半導體的無孔層5。從而形成第一部件。順便提及，為形成分離層14，可以采用實施例4所介紹的方法。
此時，較好是在外延層3中注入離子，在分離層14下留下大約10nm至20微米的無孔外延層10。
在步驟S43，通過鍵合第一晶片1的絕緣層6的表面與第二晶片2的表面，形成多層結(jié)構(gòu)100。鍵合時，整個處理過程中，可以在室溫下使兩晶片接觸，或首先在室溫下接觸，然后進行熱處理，以增強鍵合強度，或通過陽極鍵合法鍵合?？梢栽诮佑|的同時實施熱處理。另外，在鍵合步驟中，可以在將兩晶片設(shè)置于高壓下的同時實施熱處理等，以實現(xiàn)更緊密的接觸。此外，可以通過在第一晶片和第二晶片間插入粘合層進行鍵合。
此外，較好是用氧、氮、硅、氫、稀有氣體等對一對鍵合表面中任何一個進行等離子處理，以便預先激活鍵合表面。
此外，在步驟S44，利用上述方法在分離層14分離多層結(jié)構(gòu)。按本實施例方法，在步驟S33的熱處理時，在不低于500℃的溫度下分離現(xiàn)象與鍵合同時發(fā)生。
剝離的第一晶片1保持晶片形狀，不會減小其厚度，在分離表面上具有分離層14的殘留部分141。另一方面，無孔層5與絕緣層6一起從第一晶片轉(zhuǎn)移到第二晶片2上，并在分離表面上具有分離層14的殘留部分142。
在步驟S45，去除殘留部分142。
此時，以低拋光速率拋光，然后進行氫退火處理。或者，對該部分實施氫退火處理以進行平滑處理，同時在不拋光的情況下去除殘留部分142。于是可以得到高附加值的SOI晶片。
在步驟S46，通過拋光、濕式腐蝕、氫退火等，去除剝離后晶片1(半導體襯底)上的殘留部分141。此時，外延層10留在晶片1上，此外，具有外延層10的晶片1，或從其上去除(步驟S48)外延層10以產(chǎn)生體晶片的晶片1，用作步驟S40的第一晶片1，并再實施步驟S40至S45制造SOI晶片的工藝。在步驟S46或S48中得到的晶片可再使用n-1次，步驟S40至S45重復“n”次，得到n片SOI晶片。
在第“n”次使用的步驟S46，通過拋光、濕式腐蝕、氫退火等，去除剝離后晶片1(半導體襯底)上的殘留部分141，并進行平滑，從而可以得到具有外延層10的晶片。
在這種條件下，對晶片進行氫退火，平滑其表面，如果硼濃度高，則其中所含硼由于外擴散而減少，層10變成P-型單晶半導體層。
此外，如果去掉外延層10，則將得到與第一種情況下相同的體晶片(步驟S48)。
另外，根據(jù)需要，如步驟S47所示，對剝離后的晶片1的表面進行外延生長處理，以便形成由無孔P型單晶半導體構(gòu)成的外延層7。于是得到外延晶片。
高濃度P型晶片用作第一晶片1，P-單晶層用作外延層7，所以在步驟S47形成P-外延/P+襯底，并在步驟S45進行氫退火，則高濃度P+層5中硼濃度因硼的外擴散而降低，由此形成SOI晶片(P-層)。順便提及，本發(fā)明中，高濃度P型半導體晶片的電阻率(電阻率)為0.001-0.5Ωcm，硼濃度大約不小于1×1017cm-3，且不大于1×1020cm-3。
(實施例6)關(guān)于第一襯底，制備例如硅晶片等半導體襯底。通過例如CVD或分子束外延生長，在半導體襯底上形成包括進行異質(zhì)外延生長的其它半導體的半導體層，該半導體是是SiGe或Ge。
另一方面，關(guān)于第二襯底，制備硅晶片，在所說半導體層的表面和/或第二襯底表面中至少任一個上形成例如氧化膜等絕緣膜。
鍵合第一和第二襯底，得到多層結(jié)構(gòu)。
在這樣得到的多層結(jié)構(gòu)中，應(yīng)力集中在異質(zhì)界面，即第一襯底和所說半導體層間的界面，因此，多層結(jié)構(gòu)構(gòu)成為適于在該界面進行剝離。
因此，為以上介紹的分離提供的能量啟動多層結(jié)構(gòu)的分離，所說半導體層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。順便提及，分離表面可以有或多或少的起伏，根據(jù)需要，進行平整。在分離的第一襯底上進行異質(zhì)外延層生長，以便重復多次異質(zhì)外延層到第二襯底上的轉(zhuǎn)移，此后，第一襯底轉(zhuǎn)用作體晶片，或外延晶片。
(制造系統(tǒng))下面介紹適于實施制造本發(fā)明晶片的工藝的制造系統(tǒng)(制造廠)。
圖7是展示制造系統(tǒng)的一個實施例的示意圖。如圖7所示，第一襯底(晶片)1傳輸?shù)教幚碓O(shè)備組51，以進行上述的步驟S2等，所說處理設(shè)備組包括陽極氧化設(shè)備、處延生長設(shè)備、離子注入設(shè)備、氧化設(shè)備等。
分離層形成于其上的第一晶片1傳輸?shù)芥I合設(shè)備組52，在此與第二襯底(晶片)2進行鍵合，從而得到多層結(jié)構(gòu)。
多層結(jié)構(gòu)傳到分離設(shè)備組53，該設(shè)備組例如包括水射流設(shè)備、熱處理設(shè)備、插楔設(shè)備等，在此進行分離。
分離后，第二襯底傳到分離層去除和表面平滑設(shè)備組54，該設(shè)備組包括腐蝕設(shè)備、拋光設(shè)備、熱處理設(shè)備等，在此進行處理，從而完成SOI晶片20。
另一方面，用設(shè)備組54對分離的第一襯底進行平滑處理，然后變成一個體晶片，或再作為第一襯底，然后，將之傳到處理設(shè)備組51。
于是SOI晶片的制造進行要求的次數(shù)(“n”次)，制造出n片SOI晶片。
“n”次分離后，用設(shè)備組54對分離的第一襯底進行平滑處理，并傳到體制品或外延設(shè)備55，進行外延生長處理，從而完成外延晶片21。
順便提及，在實施外延生長處理時，外延設(shè)備55的操作與處理設(shè)備組51中的外延設(shè)備的操作是一樣的，所以可以提高這設(shè)備的工作效率。
這種SOI晶片20和外延晶片21(或體晶片)傳到檢測分析設(shè)備組56，以進行膜厚分布測量、雜質(zhì)顆粒密度測量、缺陷密度測量等，然后通過封裝運輸設(shè)備組57裝到包裝盒中，以便于運輸。參考數(shù)字58表示維護區(qū)，參考數(shù)字59表示要傳輸晶片的清潔區(qū)。
圖8展示了對圖7所示系統(tǒng)作了局部改變以便分別對將得到的SOI晶片20和外延晶片21進行檢測和裝于包裝盒的系統(tǒng)。
圖9是展示確定第“n”次分離后(即，一個晶片“n”次用于SOI制造步驟)的第一晶片的轉(zhuǎn)用目標的檢測步驟的流程圖。
如圖9所示，首先，在第“n”次分離后，第一晶片進行表面雜質(zhì)測量(步驟S50)。如果測量不到晶片表面上的光點缺陷(例如顆粒)，或不比參考值更多，則根據(jù)第一標準(低級標準)實施表面粗糙度的測量(步驟S51)。
在滿足表面粗糙度的第一標準的情況下，根據(jù)第二標準(比第一標準高的標準)實施表面粗糙度的測量(步驟S52)。
在滿足表面粗糙度的第二標準的情況下，測定邊緣部分(步驟S53)。如果就邊緣部分而言沒有問題，則晶片可以作為用作器件制造的晶片、外延晶片、高質(zhì)量假片的產(chǎn)品輸出(步驟S54)。
在步驟S50，表面雜質(zhì)超過參考值時，或步驟51中表面粗糙度不滿足第一標準時，進行包括再清洗和再拋光等的再次表面處理(步驟S55)。
再次表面處理后，根據(jù)需要，再按步驟S50至S54對晶片進行檢測，或用作假片(步驟S56)。
此外，在步驟S52中表面粗糙度不滿足第二標準時，晶片可用作假片(步驟S56)。
如果步驟S53中邊緣測定有問題，則進行包括邊緣拋光的再次邊緣處理(步驟S57)。在邊緣規(guī)格設(shè)問題后，晶片作為產(chǎn)品輸出，并用作器件晶片、外延晶片和高質(zhì)量的假片(步驟S54)。
下面參考附圖介紹本發(fā)明的各實施例。
(實施例7)圖13是展示根據(jù)本發(fā)明第七實施例的制造晶片的各工藝步驟的流程圖。
首先，在步驟S80，制備由高濃度P型硅晶片構(gòu)成的第一晶片1，并進行外延生長，形成第一外延層31和雜質(zhì)濃度高于外延層31的第二外延層32。
在本實施例中，高濃度P型硅晶片用作第一晶片，自然并不限于此。在實施以下介紹的步驟時，可以采用n型硅晶片。
較好是外延層32的雜質(zhì)濃度高于外延層31的雜質(zhì)濃度，具體說第一外延層31的電阻率為0.02到10000Ωcm，更好為0.1到100Ωcm，第二外延層32的電阻率為0.001到0.1Ωcm，更好為0.005至0.02Ωcm，以便外延層32的電阻率低于外延層31的電阻率。根據(jù)雜質(zhì)濃度，1.3×1012cm-3至3.2×1018cm-3的雜質(zhì)濃度規(guī)定了第一外延層的導電類型，2.5×1017cm-3至1.2×1020cm-3的雜質(zhì)濃度規(guī)定了第二外延層的導電類型。
在步驟S81，制備將變成第二部件的由例如CZ硅晶片、FZ硅晶片等體晶片構(gòu)成的第二晶片2。第二晶片可以是由其暴露半導體的晶片，或可以是其表面上形成有絕緣膜的晶片，或代替第二晶片，可以用例如石英玻璃等透光襯底。
此外，對第一晶片1的外延半導體層32和其外延層31的一部分進行陽極氧化，使它們多孔，形成多孔層4。
不管陽極氧化時的電流恒定與否，雜質(zhì)濃度彼此不同的外延層31和32可以形成具有不同孔隙率的多孔層。
在多孔層4中，第一外延半導體層31的多孔部分具有高于第二外延半導體層32的多孔部分的孔隙率，且變得易受損傷。此時，較好是還進行多孔性處理，在多孔層4的下面留下大約100nm至20微米的無孔層10。
具有不同雜質(zhì)濃度的外延層的形成再介紹如下。
外延生長層由組分、雜質(zhì)濃度和外延生長層類型中至少一種改變(本實施例中雜質(zhì)濃度改變)的兩層或多層構(gòu)成，以便要在這種外延生長層中形成的多孔層具有孔隙率不同的兩層或多層結(jié)構(gòu)。所以如果可以控制多孔層的孔隙率，則可以在以后介紹的鍵合后的分離步驟中確定多孔層中的分離位置。
希望多孔層結(jié)構(gòu)包括置于表面?zhèn)鹊牡涂紫堵蕦?，和置于?nèi)部的高孔隙率多孔層。表面?zhèn)鹊牡涂紫堵蕦邮歉纳埔院髮⑿纬傻臒o孔單晶層的結(jié)晶特性所必需的。置于內(nèi)部的高孔隙率層機械上易受損傷，該層是具有高孔隙率的層內(nèi)優(yōu)先進行分離或在分離步驟中靠近高孔隙率層的層的界面分離的層。
此外，第一半導體層自身可以分成兩層，變?yōu)槎嗫?，以便形成作為分離層的一層和留在第一襯底上不變?yōu)槎嗫椎囊粚印＿@種情況下，通過改變陽極氧化電流和陽極氧化溶液的組分及濃度，進行這種形成。
在多個第一襯底設(shè)置于陽極氧化溶液中形成多孔層時，某些情況下，在陽極側(cè)設(shè)置一個硅晶片作為屏蔽晶片。這是為了防止從陽極熔掉的金屬離子附著于第一襯底的背面上。在不同電流強度形成兩個或多個多孔層時，某些情況下，在屏蔽晶片的表面上形成有類似的結(jié)構(gòu)。
如果屏蔽晶片用“m”次，則將在屏蔽晶片形成2m個多孔層，該多孔層變得極不穩(wěn)定。因此，例如，在第m+1次使用的屏蔽晶片上形成的多孔層剝離，散布到容器中，成為問題。
尤其是，在交替形成低孔隙率層和高孔隙率層的情況下，在某陽極氧化條件下形成相同厚度的多孔層的情況相比，機械強度顯著下降。即，屏蔽晶片的使用次數(shù)是有限的。
在形成多孔層前，在外延生長層中形成具有不同組分和不同雜質(zhì)濃度和不同類型的層，因此，在多孔層形成期間，可以在不根據(jù)目的改變陽極氧化期間的多孔層形成條件的情況下，形成如上所述的至少一層低孔隙率層和一層高孔隙率層。
因此，根據(jù)本發(fā)明，第一襯底的第二上多孔層的結(jié)構(gòu)由預先形成于第一襯底表面上的外延生長層的結(jié)構(gòu)決定，因此，加于屏蔽晶片的電流強度可以是固定的，屏蔽晶片的壽命可以延長。
例如，從第一晶片1側(cè)算起，按順序形成具有第一孔隙率的第一多孔層，設(shè)置于第一多孔層上、具有大于第一孔率的第二孔隙率的第二多孔層和設(shè)置于第二多孔層上，具有小于第二孔隙率的第三孔隙率的第三多孔層。即，三個多孔層中，中間多孔層(第二多孔層)的孔隙率最大。
這種情況下，分離表面可以定在第二多孔層內(nèi)，或其附近，以便可以防止缺陷進入無孔層5和第一晶片1。
在形成三層或多層多孔結(jié)構(gòu)時，應(yīng)形成具有滿足這些多孔層要求的不同組分、雜質(zhì)濃度和種類的層，以備使用。
然后，在步驟S82，在多孔層4上形成無孔層5，以形成第一部件。關(guān)于無孔層5的形成方法，有以下方法，一種是通過氫退火封閉多孔層4的小孔，使表面層無孔，一種是通過外延生長形成無孔單晶層。
此外，根據(jù)需要，氧化無孔層5的表面等，從而在無孔層5上形成絕緣層6。代替熱氧化，可以通過CVD和濺射等形成絕緣層6。按本實施例，外延半導體層31的多孔部分將變成分離層。
在步驟S83，通過鍵合第一晶片1的絕緣層6的表面與第二晶片2的表面，形成多層結(jié)構(gòu)100。鍵合時，兩晶片可以在室溫下接觸，然后進行熱處理，以增強鍵合強度，或通過陽極鍵合法鍵合?；颍梢栽诮佑|的同時實施熱處理。另外，在鍵合步驟中，可以在將兩晶片設(shè)置于高壓下的同時實施熱處理等，以實現(xiàn)更緊密的接觸。熱處理較好在氧化氣氛中或在惰性氣體(N2，Ar等)氣氛中進行。
此外，較好是用氧、氮、硅、氫、稀有氣體等對一對鍵合表面中的任一個進行等離子處理，以預先激活鍵合表面。而且，可以通過在兩者間插入粘合層進行鍵合。
此外，在步驟S84，利用上述方法在分離層(外延半導體層31的多孔部分)分離多層結(jié)構(gòu)100。剝離的第一晶片的無孔部分保持晶片形狀，在某些情況下，在分離表面上具有多孔層的殘留部分41(外延半導體層31的多孔部分的一部分)。另一方面，無孔層5與絕緣層6一起從第一晶片轉(zhuǎn)移到第二晶片2上，某些情況下，在其表面上具有多孔層(外延層32的多孔部分和外延半導體層31的多孔部分的一部分)的殘留部分42。
在步驟S85，去除殘留部分42。在殘留部分42的厚度較厚時，利用氟酸、過氧化氫和醇的混合液作腐蝕劑，對殘留部分42進行溫式腐蝕，選擇性去除之，然后，通過氫退火平滑表面。
在殘留部分42的厚度薄時，對該部分進行氫退火實施平滑處理，同時去掉殘留部分42，而不進行濕腐蝕。于是，可以得到高附加值SOI晶片。
在步驟S86，通過拋光、濕式腐蝕、氫退火等，去除剝離后晶片1(半導體襯底)上的殘留部分41，并進行平滑處理。此時，低濃度P型外延層10留在晶片1上。具有該延層10的晶片1引入步驟S80(如果需要，形成了低濃度P型外延層后)，并形成高濃度外延層32。再實施步驟S80至S85的制造SOI晶片的工藝，可于步驟S86得到的晶片再用使用n-1次。步驟S80至S85重復“n”次，得到n片SOI晶片。
在第“n”次使用的步驟S86，通過拋光、濕式腐蝕、氫退火等，去除剝離后晶片1(半導體襯底)上的殘留部分141，并進行平滑，從而可以得到具有低濃度的P型外延層10的外延晶片。
具體說，如果高濃度P型硅晶片用作第一晶片，且外延層31具有控制P型導電率低于第一晶片的雜質(zhì)濃度，步驟S86將在所謂的P+襯底上產(chǎn)生P-外延層。順便提及，高濃度P型半導體晶片的硼濃度大約為1×1017至1×1020cm-3，電阻率為0.001至0.5Ωcm。
(實施例8)圖14是展示根據(jù)本發(fā)明第八實施例的制造晶片的各工藝步驟的流程圖。
首先，在步驟S90，制備包括高濃度P型硅晶片的第一晶片1，并對其表面進行外延生長處理，以便形成第一導電類型的、具有第一電阻率(例如P-)的外延層31，和第二導電類型的、具有第二電阻率(n)的外延層32。在本實施例中，外延層32將變成SOI晶片側(cè)的有源層，外延層31將變成外延晶片側(cè)的有源層。各有源層可以在一系列步驟中通過外延生長制備。即便它們的雜質(zhì)濃度各不相同，但外延層31和外延層32可具有相同的導電類型(P型或N型)。
在步驟S91，制備由例如CZ硅晶片、FZ硅晶片等的體晶片構(gòu)成的將變?yōu)榈诙考牡诙?。第二晶片可以是由其暴露半導體的晶片，或可以是具有形成于其表面上的絕緣膜的晶片，代替第一晶片，可以是例如石英玻璃等絕緣透光襯底。
此外，熱氧化第一晶片的外延層32的表面等，以便形成絕緣層6。然后，注入選自氫、氮、稀有氣體等的離子，從而在預定深度的位置形成將變成分離層的包括微腔的層14。于是在分離層14上留下單晶半導體的無孔層5。從而形成第一部件。
此時，較好是在外延層31和/或外延層32中注入離子，從而在分離層14下留下大約10nm至20微米的無孔外延層10(外延層31的一部分)。
這里，分離層14形成為分離層14中存在外延層31和外延層32間的界面(即，分離層形成在外延層31和外延層32間界面的附近)。
在步驟S93，通過鍵合第一晶片1的絕緣層6的表面與第二晶片2的表面，形成多層結(jié)構(gòu)100。鍵合時，整個處理過程中，可以在室溫下使兩晶片接觸，或首先在室溫下接觸，然后進行熱處理，以增強鍵合強度，或通過陽極鍵合法鍵合?？梢栽诮佑|的同時實施熱處理。另外，在鍵合步驟中，可以在將兩晶片設(shè)置于高壓下的同時實施熱處理等，以實現(xiàn)更緊密的接觸。另外，可以通過在第一晶片和第二晶片間插入粘合層進行鍵合。此外，較好是用氧、氮、硅、氫、稀有氣體等對一對鍵合表面中任何一個進行等離子處理，以便預先激活鍵合表面。
此外，在步驟S94，利用上述方法在分離層14分離多層結(jié)構(gòu)100。在步驟S93的熱處理時，在不低于500℃的溫度下分離現(xiàn)象與鍵合同時發(fā)生。
剝離的第一晶片1保持晶片形狀，不會減小其厚度。在某些情況下，在分離表面上具有分離層14的殘留部分141。另一方面，無孔層5與絕緣層6一起從第一晶片轉(zhuǎn)移到第二晶片2上，并在分離表面上具有分離層14的殘留部分142。去除殘留部分142，以便可以得到SOI晶片。
在步驟S96，通過拋光、濕式腐蝕、氫退火等，去除剝離后晶片1(半導體襯底)上的殘留部分141，并平滑處理。此時，步驟S90中形成的外延層10留下。具有外延層10的晶片1，引入步驟S90(根據(jù)需要，形成了低濃度P型外延層后)，并形成外延層32。再實施步驟S90至S95制造SOI晶片的工藝。可以在步驟S96得到的晶片再使用n-1次，步驟S90至S95重復“n”次，得到n片SOI晶片。
在第“n”次使用的步驟S96，通過拋光、濕式腐蝕、氫退火等，去除剝離后晶片1(半導體襯底)上的殘留部分141，并進行平滑，從而可以得到具有低濃度P型外延層10的外延晶片。
(制造系統(tǒng))下面介紹適于實施制造本發(fā)明晶片的工藝的制造系統(tǒng)(制造廠)。
圖15是展示制造系統(tǒng)的一個實施例的示意圖。如圖15所示，在第一襯底(晶片)1上形成兩層或多層外延層后，襯底1傳輸?shù)教幚碓O(shè)備組51，以進行上述的各步驟，所說處理設(shè)備組包括陽極氧化設(shè)備、處延生長設(shè)備、離子注入設(shè)備、氧化設(shè)備等。
分離層形成于其上的第一晶片1傳輸?shù)芥I合設(shè)備組52，在此與第二襯底(晶片)2進行鍵合，從而得到多層結(jié)構(gòu)。
多層結(jié)構(gòu)傳到分離設(shè)備組53，該設(shè)備組例如包括水射流設(shè)備、熱處理設(shè)備、插楔設(shè)備等，在此進行分離。
分離后，第二襯底傳到分離層去除和表面平滑設(shè)備組54，該設(shè)備組包括腐蝕設(shè)備、拋光設(shè)備、熱處理設(shè)備等，在此進行處理，完成SOI晶片20。
另一方面，用設(shè)備組54對分離的第一襯底進行平滑處理，然后，在外延設(shè)備中形成外延層后，將作為第一襯底的體晶片傳到處理設(shè)備組51。于是實施要求次數(shù)(“n”次)的SOI晶片的制造，制造出n片SOI晶片。
第“n”次分離后，用設(shè)備組54對分離的第一襯底進行平滑處理，并完成外延晶片21(不需要進行新的外延生長)。
這種SOI晶片20和外延晶片21(或體晶片)傳到檢測分析設(shè)備組56，以進行膜厚分布測量、雜質(zhì)顆粒密度測量、缺陷密度測量等，然后通過封裝運輸設(shè)備組57裝到包裝盒中，以便于運輸。參考數(shù)字58表示維護區(qū)，參考數(shù)字59表示要傳輸晶片的清潔區(qū)。
圖16展示了對圖15所示系統(tǒng)作了局部改變以便分別對將得到的SOI晶片20和外延晶片21進行檢測和裝于包裝盒的系統(tǒng)。
圖17是展示確定分離后第一晶片的轉(zhuǎn)用目標的檢測步驟的流程圖。
如圖17所示，首先，在分離后，對第一晶片進行表面雜質(zhì)測量(步驟S50)。如果測量不到表面雜質(zhì)顆粒，或不比參考值更多，則根據(jù)第一標準(低級標準)實施表面粗糙度的測量(步驟S51)。在滿足表面粗糙度的第一標準的情況下，根據(jù)第二標準(比第一標準高的標準)實施表面粗糙度的測量(步驟S52)。在滿足表面粗糙度的第二標準的情況下，測定邊緣部分(步驟S53)。如果就邊緣部分而言沒有問題，則晶片可以作為用作器件制造的晶片、外延晶片、高質(zhì)量假片的產(chǎn)品輸出(步驟S54)。
在步驟S50的表面雜質(zhì)超過參考值時，或步驟51中表面粗糙度不滿足第一標準時，進行包括再清洗和再拋光等的再次表面處理(步驟S55)。再次表面處理后，根據(jù)需要，再按步驟S50至S54對晶片進行檢測，或用作假片(步驟S56)。此外，在步驟S52中表面粗糙度不滿足第二標準時，晶片可用作假片(步驟S56)。
如果步驟S53中邊緣測定有問題，則進行包括邊緣拋光的再次邊緣處理(步驟S57)。在邊緣規(guī)格沒問題后，晶片作為產(chǎn)品輸出，并用作器件晶片、外延晶片和高質(zhì)量的假片(步驟S54)。
順便提及，在到目前為止介紹的實施例中，器件(例如MOS器件、電容器、電阻等)可形成于圖2所示的步驟S12的分離層4上的無孔層5上(或圖4所示步驟S32的分離層14上的無孔層5上)。即，器件形成層轉(zhuǎn)移到第二晶片上。較好是在器件形成層上形成了絕緣層后，將器件形成層轉(zhuǎn)移到第二晶片上。
下面參考附圖介紹本發(fā)明的各實例。
(例1)在HF溶液中，陽極氧化電阻率為0.01至0.02Ωcm的P型第一單晶Si襯底。
陽極氧化條件如下電流強度 7(mA.cm-2)陽極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間 11(分鐘)多孔Si厚度 12(微米)進一步用該多孔硅作分離層，形成高質(zhì)量外延Si層，于是一層擔當各種功能。順便提及，該多孔硅層的厚度可以適當?shù)剡x自約0.1微米至約600微米。
在400℃下，在氧氣氛中，氧化該襯底1小時。該氧化使多孔Si的小孔的內(nèi)壁上覆蓋以熱氧化膜。在該多孔Si上外延生長厚0.3微米的單晶Si。
生長條件如下源氣 SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180升/分鐘氣壓80乇溫度950℃生長速率0.15微米/分鐘順便提及，在外延生長前，自然可以實施已介紹過的(2)氫烘焙步驟，(3)微量原材料供應(yīng)步驟，和(4)高溫烘焙步驟。
這可以適用于進行陽極氧化的其它實例。
另外，熱氧化該外延Si層表面，在其上形成100nm的SiO2層。
此外，使該晶片與相同直徑的從其上去掉了自然氧化膜的另一硅晶片接觸，進行熱處理實施鍵合，從而形成多層結(jié)構(gòu)。
將由剛性體構(gòu)成的楔子插入多層結(jié)構(gòu)的側(cè)面，從多層結(jié)構(gòu)上剝離第一襯底。剝離后，外延層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。
通過濕腐蝕去除外延層上的殘留多孔層，用氫退火處理該外延層，得到SOI晶片。
另一方面，腐蝕和/或拋光剝離的第一襯底的剝離表面，去除殘留多孔層，得到體晶片。利用該體晶片作第一單晶硅襯底，再進行制造SOI晶片的工藝。這樣重復五次制造SOI晶片的工藝，得到五片SOI晶片。例如，利用該SOI晶片可以制造全耗盡型薄膜MOS晶體管。
第五次剝離后，拋光第一襯底(半導體襯底)的剝離表面，去掉殘留的多孔層，得到體晶片。例如，利用該體晶片可以制造CMOS邏輯電路。
自然，在不形成器件時，除出售所制造的SOI晶片外，還可以出售上述體晶片。另外，可以出售在該體晶片基礎(chǔ)上制造的外延晶片。這同樣適用于以下所述的其它實例。
(例2)在HF溶液中，陽極氧化電阻率為0.01至0.02Ωcm的P型第一單晶Si襯底。
陽極氧化條件(1)和(2)如下(1)電流強度7(mA.cm-2)陽極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間5(分鐘)多孔Si厚度5.5(微米)(2)電流強度30(mA.cm-2)陽極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1
時間 10(秒)多孔Si厚度 0.2(微米)盡管該多孔Si層具有兩層結(jié)構(gòu)，但首先進行低電流(1)陽極氧化的表面層中多孔Si用于形成高質(zhì)量外延Si層，后者進行高電流(2)陽極氧化的下層多孔硅用作分離層，從而它們分別具有不同功能。
順便提及，低電流多孔Si層的厚度不限于此，可以為600微米到約0.1微米。此外，可以在形成了第二多孔Si層后在其上先形成第三層。
在400℃，在氧氣氛中，氧化該襯底1小時。該氧化使多孔Si的小孔的內(nèi)壁覆蓋以熱氧化膜。在該多孔Si上CVD外延生長0.2微米的單晶Si。
生長條件如下源氣 SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180升/分鐘氣壓80乇溫度950℃生長速率0.3微米/分鐘另外，對該外延Si層表面進行熱氧化，從而在其上形成200nm的SiO2層。
此外，使該層與去掉了自然氧化膜的相同直徑的硅晶片接觸，并在氧化氣氛中進行熱處理，實施鍵合，從而形成多層結(jié)構(gòu)。
利用水射流設(shè)備將高壓水噴射到多層結(jié)構(gòu)的側(cè)表面上，使水象流體構(gòu)成的楔子一樣插入多層結(jié)構(gòu)中，第一襯底從多層結(jié)構(gòu)上剝離下來。
剝離后，外延層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。
對該外延層進行濕式腐蝕，去除其上的殘留多孔層，并進行氫退火處理，于是得到SOI晶片。
另一方面，去除殘留于分離的第一襯底的剝離表面上的殘留多孔層，得到體晶片。利用該體晶片作第一單晶硅襯底，或作為鍵合用的相對部分的硅晶片，再進行制造SOI晶片的工藝。這樣重復十次制造SOI晶片的工藝，得到十片SOI晶片。利用該SOI晶片可以制造全耗盡型薄膜晶體管。
第十次剝離后，去掉殘留于第一襯底(半導體襯底)的剝離表面上的殘留多孔層，得到體晶片。另外，進行外延生長，可以得到外延晶片。
順便提及，在用外延晶片制造器件時，一般在與外延層側(cè)相對的相對表面上和其側(cè)表面上形成用于背屏蔽的背面氧化膜，以防止雜質(zhì)從晶片擴散到外部。
在本實例中，在從多層結(jié)構(gòu)上分離下來時，背屏蔽已形成于外延晶片的背面和側(cè)面上，可以省略器件工藝中背面密封的形成步驟。理由是鍵合步驟前氧化外延層表面的步驟和鍵合時的熱處理，在晶片的背面和側(cè)面上形成了背屏蔽。對于其它實例，也可以得到類似的背屏蔽效果。
利用該外延晶片可以制造CMOS邏輯電路。
順便提及，用相同的CVD設(shè)備在多孔Si上進行外延生長和在分離步驟后的第一襯底上進行外延生長，所以可以提高極貴的CVD設(shè)備的工作效率。
(實例3)利用CVD，在第一單晶Si襯底上外延生長厚15微米的P型單晶Si，其電阻率為0.015Ωcm。在HF溶液中，陽極氧化該襯底的表面。
陽極氧化條件如下(1)電流強度7(mA.cm-2)陽極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間11(分鐘)多孔Si厚度12(微米)(2)電流強度22(mA.cm-2)陽極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間2(分鐘)多孔Si厚度3(微米)盡管該多孔Si層具有兩層結(jié)構(gòu)，但首先進行低電流(1)陽極氧化的表面層中多孔Si用于形成高質(zhì)量外延Si層，后來進行高電流(2)陽極氧化的下層多孔硅用作分離層，從而它們的功能分別不同。在400℃，在氧氣氛中，氧化該襯底1小時。該氧化使多孔Si的小孔的內(nèi)壁覆蓋以熱氧化膜。在該多孔Si上CVD外延生長0.3微米的單晶Si。
生長條件如下源氣 SiH2C12/H2
氣體流速0.5/180升/分鐘氣壓80乇溫度950℃生長速率0.3微米/分鐘另外，對該外延Si層表面進行熱氧化，從而在其上形成200nm的SiO2層。
此外，使該層與去掉了自然氧化膜的相同直徑的硅晶片接觸，并在氧化氣氛中進行熱處理，實施鍵合，從而形成多層結(jié)構(gòu)。
利用水射流設(shè)備將高壓水噴射到多層結(jié)構(gòu)的側(cè)表面上，使水象流體構(gòu)成的楔子一樣插入多層結(jié)構(gòu)中，第一襯底從多層結(jié)構(gòu)上剝離下來。
剝離后，外延層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。
對該外延層進行濕式腐蝕，去除其上的殘留多孔層，并進行氫退火處理，于是得到SOI晶片。
另一方面，去除殘留于分離的第一襯底的分離表面上的殘留多孔層，并進行氫退火，得到體晶片。利用該體晶片作第一單晶硅襯底，或作為鍵合用的相對部分的硅晶片，再進行制造SOI晶片的工藝。這樣重復20次制造SOI晶片的工藝，得到20片SOI晶片。利用該SOI晶片可以制造全耗盡型薄膜晶體管。
第二十次剝離后，去掉殘留于第一襯底(半導體襯底)的分離表面上的殘留多孔層，得到體晶片。
利用所得體晶片，還可以形成太陽能電池，首先，如圖18A所示，關(guān)于那個實施例，利用陽極氧化形成多孔層4，然后生長外延層5。
該半導體膜5的外延生長如下進行。在大氣壓的Si外延生長設(shè)備中，利用SiH4氣和B2H6氣進行3分鐘外延生長，形成由摻雜了1019原子/cm-3的硼(B)的P+硅構(gòu)成的第一半導體層503。
然后，用改變的B2H6氣流速進行Si外延生長十分鐘，形成由摻雜了1016原子/cm-3的硼(B)的P-硅構(gòu)成的第二半導體層502。
另外，供應(yīng)PH3氣代替B2H6氣，進行四分鐘的外延生長，從而在P-外延半導體層502上，形成由高密度摻雜了1019原子/cm-3的磷的N+硅構(gòu)成的第三半導體層501。
形成具有包括第一至第三外延半導體層501到503的P+/P-/N+結(jié)構(gòu)的半導體膜5。
然后，該例中，利用表面熱氧化，在半導體膜5上形成SiO2膜即透明絕緣膜80，并利用光刻法進行構(gòu)圖腐蝕，從而實現(xiàn)與電極或布線81的接觸。該布線81保持需要的間隔，形成為在垂直于附圖紙面的方向平行設(shè)置的延伸條。
形成這種電極或布線81的金屬膜可由多層結(jié)構(gòu)膜構(gòu)成，該多層結(jié)構(gòu)膜例如由依次蒸發(fā)的30nm厚的Ti膜、50nm厚的Pd膜和100nm厚的Ag膜構(gòu)成，并且其上鍍有Ag。然后在400℃退火20-30分鐘。
然后，在條形電極或布線81上，各金屬引線沿它們連接為導線82，透明襯底83利用透明粘合劑84粘合到其上。導線82與電極或布線81的連接可通過焊接實現(xiàn)。而且，這些導線82的一端或另一端分別從電極或布線81延伸引出到外部。
然后，在體晶片1和透明襯底83上加外力，使它們彼此分離。得到通過多孔層4分離，且具有結(jié)合到透明襯底83上的外延半導體膜5的薄膜半導體86(圖18B)。
這種情況下，多孔層41留在背面上，銀膏涂于其上，另外，鍵合金屬板形成另一背電極85。于是得到具有P+/P-/N+結(jié)構(gòu)的薄膜半導體86形成于透明襯底83上的太陽能電池(圖18C)。該金屬電極85也用作太陽能電池背面的元件保護膜。
順便提及，多孔層4可以是具有不同孔隙率的已介紹過的層。
(實例4)利用CVD，在第一單晶Si襯底上外延生長厚16微米的P型單晶Si，其電阻率為0.015Ωcm。
在HF溶液中，陽極氧化該襯底的表面。
陽極氧化條件如下(1)電流強度7(mA.cm-2)陽極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間11(分鐘)多孔Si厚度12(微米)(2)電流強度22(mA.cm-2)
陽極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間 2(分鐘)多孔Si厚度 3(微米)盡管該多孔Si層具有兩層結(jié)構(gòu)，但首先進行低電流(1)陽極氧化的表面層中多孔Si用于形成高質(zhì)量外延Si層，后者進行高電流(2)陽極氧化的下層多孔硅用作分離層，從而它們的功能分別不同。
在400℃，在氧氣氛中，氧化該襯底1小時。該氧化使多孔Si的小孔的內(nèi)壁覆蓋以熱氧化膜。在該多孔Si上CVD外延生長0.3微米的單晶Si。
生長條件如下源氣 SiH2Cl2/H2氣體流速 0.5/180升/分鐘氣壓 80乇溫度 950℃生長速率 0.3微米/分鐘另外，對該外延Si層表面進行熱氧化，從而在其上形成200nm的SiO2層。
此外，使該層與去掉了自然氧化膜的相同直徑的硅晶片接觸，并在氧化氣氛中進行熱處理，實施鍵合，從而形成多層結(jié)構(gòu)。
利用水射流設(shè)備將高壓水噴射到多層結(jié)構(gòu)的側(cè)表面上，使水象流體構(gòu)成的楔子一樣插入多層結(jié)構(gòu)中，第一襯底從多層結(jié)構(gòu)上剝離下來。剝離后，外延層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。
對該外延層進行溫式腐蝕，去除其上的殘留多孔層，并進行氫退火處理，于是得到SOI晶片。
另一方面，由于剝離的第一襯底上存在未形成多孔的殘留外延層和多孔層的殘留部分，所以去除該殘留的多孔層，并進行氫退火，以便平滑表面。利用該體晶片作第一單晶硅襯底，或作為鍵合用的相對部分的硅晶片，再進行制造SOI晶片的工藝。由于仍留有1微米的外延層，在晶片用作第一襯底時，CVD形成的0.015Ωcm的外延層厚度可以為15微米。這樣重復20次制造SOI晶片的工藝，得到20片SOI晶片。利用該SOI晶片可以制造全耗盡型薄膜晶體管。
第20次剝離后，去掉殘留于第一襯底(半導體襯底)的分離表面上的殘留多孔層，并進行氫退火，于是1微米的殘留外延層中的硼外擴散，得到大致具有與外延昌片相同性能的體晶片。
利用該體晶片可以制造CMOS邏輯電路。
(實例5)對第一單晶Si襯底進行熱氧化，形成200nm厚的SiO2層。
這里，用40KeV，以5×1016cm-2，從第一襯底表面離子注入H+，使離子入射范圍覆蓋Si襯底。于是，在微腔層或應(yīng)變層為高濃度的注入離子層時，在入射范圍的深度處形成用作分離層的層。
此外，使該層與去掉了自然氧化膜的相同直徑的硅晶片接觸，并在500℃進行熱處理，實施鍵合，從而形成多層結(jié)構(gòu)，同時第一襯底和第二襯底分離。
單晶半導體層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。
對轉(zhuǎn)移到第二襯底上的單晶半導體層表面上的殘留分離層進行退火處理去除之，并進行平滑處理，于是得到SOI晶片。另一方面，由于剝離的第一襯底上存在分離層的殘留部分，所以對晶片進行氫退火去除該殘留部分，并進行平滑處理，于是得到體晶片。利用該體晶片作第一單晶硅襯底，或作為鍵合用的相對部分的硅晶片，再進行制造SOI晶片的工藝。這樣重復10次制造SOI晶片的工藝，得到10片SOI晶片。利用該SOI晶片可以制造全來盡型薄膜晶體管。
由于第10次剝離后，第一襯底(半導體襯底)上存在分離層的殘留部分，所以對該晶片進行氫退火處理去掉該部分，并進行平滑處理，得到體晶片。
利用該體晶片可以制造CMOS邏輯電路。
(實例6)利用CVD法，在第一單晶Si襯底上外延生長厚1微米的單晶Si。
生長條件如下源氣SiH2Cl2/H2氣體流速 0.5/180升/分鐘氣壓 80乇溫度 950℃生長速率 0.3微米/分鐘另外，對該外延Si層表面進行熱氧化，在其上形成200nm厚的SiO2層。
這里，用40KeV，以5×1016cm-2，從第一襯底表面離子注入H+，使離子入射范圍覆蓋該外延層。于是，在微腔層或應(yīng)變層為高濃度的注入離子層時，在入射范圍的深度處形成用作分離層的層。
此外，對在其表面上形成了氧化膜、具有相同直徑的硅晶片(第二襯底)的鍵合表面，進行氮等離子處理，使第一和第二襯底接觸，鍵合它們，從而形成多層結(jié)構(gòu)。此外，在該多層結(jié)構(gòu)的側(cè)面上噴射水射流，使第一和第二襯底從側(cè)面到中心分離。
單晶半導體層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。
對轉(zhuǎn)移到第二襯底上的單晶半導體層表面上的殘留分離層進行退火處理去除之，并進行平滑處理，于是得到SOI晶片。
另一方面，由于剝離的第一襯底上存在外延層和分離層的殘留部分，所以對晶片進行氫退火去除這些部分，并進行平滑處理，于是得到體晶片。利用該體晶片作第一單晶硅襯底，或作為鍵合用的相對部分的硅晶片，再進行制造SOI晶片的工藝。這樣重復20次制造SOI晶片的工藝，得到20片SOI晶片。利用該SOI晶片可以制造全耗盡型薄膜晶體管。
由于第20次剝離后，第一襯底(半導體襯底)上存在外延層和分離層的殘留部分，所以對該晶片進行氫退火處理去掉該部分，并進行平滑處理，得到體晶片。該體晶片在其表面上具有被氫退火處理過的外延層，因此表現(xiàn)為大致與外延晶片相同性能。
利用該體晶片可以制造CMOS邏輯電路。
(實例7)對第一單晶Si襯底進行熱氧化，形成100nm厚的SiO2層。
這里，用30KeV，以5×1016cm-2，從第一襯底表面離子注入H+，使離子入射范圍覆蓋Si襯底。于是，在微腔層或應(yīng)變層為高濃度的注入離子層時，在入射范圍的深度處形成用作分離層的層。
然后，去掉表面氧化膜，利用CVD或偏置濺射等，在單晶Si表面上，生長厚0.3微米的非單晶或多晶Si或非晶Si。
例如，生長條件如下源氣 SiH4氣壓760乇溫度400℃
然后，利用CVD法，在其表面上淀積厚200nm的SiO2。
此外，使該層與去掉了自然氧化膜的相同直徑的硅晶片接觸，并在600℃進行熱處理，實施鍵合，從而形成多層結(jié)構(gòu)，然后，分離第一和第二襯底。
作為外延生長產(chǎn)物的單晶或多晶半導體層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。
對轉(zhuǎn)移到第二襯底上的單晶半導體層表面上的殘留分離層進行退火處理去除之，并進行平滑處理，于是得到SOI晶片。
另一方面，由于剝離的第一襯底上存在分離層的殘留部分，所以對晶片進行氫退火去除該殘留部分，并進行平滑處理，于是得到體晶片。自然，本發(fā)明中，在氫退火之前，可以對部分或所有殘留部分進行拋光或腐蝕以去除之。利用該體晶片作第一單晶硅襯底，或作為鍵合用的相對部分的硅晶片，再進行制造SOI晶片的工藝。這樣重復10次制造SOI晶片的工藝，得到10片SOI晶片。利用該SOI晶片可以制造全耗盡型薄膜晶體管。
由于第10次剝離后，第一襯底(半導體襯底)上存在分離層的殘留部分，所以對該晶片進行氫退火處理去掉該部分，并進行平滑處理，得到體晶片。自然，本發(fā)明中，在氫退火之前，可以對部分或所有殘留部分進行拋光或腐蝕以去除之。
利用該體晶片可以制造CMOS邏輯電路。
(例8)在HF溶液中，陽極氧化電阻率為0.01至0.02Ωcm的P型第一單晶Si襯底。
陽極氧化條件如下電流強度 7(mA.cm-2)陽極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間 11(分鐘)多孔Si厚度 12(微米)在400℃下，在氧氣氛中，氧化該襯底1小時。該氧化使多孔Si的小孔的內(nèi)壁上覆蓋以熱氧化膜。
這里，從第一襯底表面進行離子注入，使離子的入射范圍覆蓋多孔Si層(或多孔Si/襯底界面可以很好)。于是，在微腔層或應(yīng)變層為高濃度離子注入層時，在入射范圍的深度處形成用作分離層的層。
利用CVD，在多孔Si上，外延生長厚0.2微米的單晶Si。
生長條件如下源氣 SiH2Cl2/H2氣體流速 0.5/180升/分鐘氣壓 80乇溫度 950℃生長速率 0.3微米/分鐘另外，熱氧化該外延Si層表面，在其上形成200nm的SiO2層。
此外，使該層與相同直徑的從其上去掉了自然氧化膜的另一硅晶片接觸，進行熱處理實施鍵合，從而形成多層結(jié)構(gòu)。
利用水射流設(shè)備，將高壓水噴射噴射到多層結(jié)構(gòu)的側(cè)面上，使水象由流體構(gòu)成有楔子一樣，插入多層結(jié)構(gòu)中，第一襯底從多層結(jié)構(gòu)上剝離。
剝離后，外延層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。
對該外延層進行腐蝕，以去除其上的殘留多孔層，并進行氫退火處理，于是得到SOI晶片。
另一方面，去除剝離的第一襯底的剝離表面的殘留多孔層，得到體晶片。利用該體晶片作第一單晶硅襯底，或用作鍵合用的相對部件的硅晶片，再進行制造SOI晶片的工藝。這樣重復五次制造SOI晶片的工藝，得到五片SOI晶片。例如，利用該SOI晶片可以制造全耗盡型薄膜晶體管。
對第五次剝離后的第一襯底(半導體襯底)的剝離表面進行外延生長，得到體晶片。這種情況下，可以在去除了殘留多孔層后進行外延生長。利用該體晶片可以制造CMOS邏輯電路。
(例9)在HF溶液中，陽極氧化電阻率為0.01Ωcm的P型第一單晶Si襯底。
陽極氧化條件如下電流強度7(mA.cm-2)陽極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間12(分鐘)多孔Si厚度11(微米)在400℃下，在氧氣氛中，氧化該襯底1小時。該氧化使多孔Si的小孔的內(nèi)壁上覆蓋以熱氧化膜。利用CVD法，在多孔Si上外延生長厚0.2微米的單晶Si。
生長條件如下源氣 SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180升/分鐘氣壓80乇溫度950℃生長速率0.3微米/分鐘另外，熱氧化該外延Si層表面，在其上形成200nm的SiO2層。
這里，從第一襯底表面進行離子注入，使離子的入射范圍覆蓋外延層/多孔Si界面(或多孔Si/襯底界面或多孔Si層內(nèi)部良好)。于是，在微腔層或應(yīng)變層為高濃度離子注入層時，在入射范圍的深度處形成用作分離層的層。
此外，使該層與相同直徑的從其上去掉了自然氧化膜的另一硅晶片接觸，并在1000℃下進行熱處理實施鍵合，從而形成多層結(jié)構(gòu)，然后，分離該多層結(jié)構(gòu)。
剝離后，外延層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。
由于該外延層上留有很少多孔層，所以不對晶片進行濕腐蝕，而只進行氫退火處理，從而得到SOI晶片。
另一方面，拋光剝離的第一襯底的剝離表面，得到體晶片。利用該體晶片作第一單晶硅襯底，或用作鍵合用的相對部件的硅晶片，再進行制造SOI晶片的工藝。這樣重復十次制造SOI晶片的工藝，得到十片SOI晶片。例如，利用該SOI晶片可以制造全耗盡型薄膜晶體管。
對第十次剝離后的第一襯底(半導體襯底)的剝離表面進行拋光，得到體晶片。利用該體晶片可以制造CMOS邏輯電路。
代替這些實例中鍵合第二襯底，可以在第一襯底的最外表面上，形成利用例如CVD法等淀積法淀積的厚約200微米至800微米的多晶硅。除這些實例外，整個結(jié)構(gòu)可分為可以轉(zhuǎn)用的多個部件，并可以分別作獨特的晶片。
(例10)利用CVD法，在電阻率為0.01-0.02Ωcm的第一單晶Si襯底上，外延生長厚1微米的18Ωcm的P-型單晶Si。
生長條件如下源氣SiH2Cl2/H2氣體流速 0.5/180升/分鐘氣壓 80乇溫度 950℃生長速率 0.30微米/分鐘另外，對該外延Si層表面進行熱氧化，在其上形成200nm厚的SiO2層。
這里，用40KeV，以5×1016cm-2，從第一襯底表面離子注入H+，使離子入射范圍覆蓋該外延層。于是，在微腔層或應(yīng)變層為高濃度的注入離子層時，在入射范圍的深度處形成用作分離層的層。
此外，對在其表面上形成了氧化膜、具有相同直徑的硅晶片(第二襯底)的鍵合表面，進行氮等離子處理，使第一和第二襯底接觸，鍵合它們，從而形成多層結(jié)構(gòu)。此外，在該多層結(jié)構(gòu)的側(cè)面上噴射水射流，使第一和第二襯底從側(cè)面到中心分離。
單晶半導體層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。順便提及，在約400-600℃下，對鍵合襯底進行熱處理，分離它們。
對轉(zhuǎn)移到第二襯底上的外延層表面上的殘留分離層進行退火處理去除之，并進行平滑處理，于是得到SOI晶片。
另一方面，由于剝離的第一襯底上存在外延層和分離層的殘留部分，所以對晶片進行氫退火處理去除這些層，并對第一襯底進行平滑處理，于是得到體晶片。利用該體晶片作第一單晶硅襯底，或作為鍵合用的相對部分的硅晶片，再進行制造SOI晶片的工藝。這樣重復20次制造SOI晶片的工藝，得到20片SOI晶片。利用該SOI晶片可以制造全耗盡型薄膜晶體管。于是利用上述離子注入法，也可以使P+襯底用于SOI襯底的情況中。
由于第20次剝離后，第一襯底(半導體襯底)上存在外延層和分離層的殘留部分，所以對該晶片進行氫退火處理去除之，并進行平滑處理，得到體晶片。該體晶片在其表面上具有被氫退火處理過的外延層，因此表現(xiàn)為大致與外延晶片相同性能。
(例11)在第一P型單晶硅襯底的表面上，CVD法形成3微米厚的外延生長層。此時，作為摻雜劑加入的乙硼烷的濃度可以改變，在表面?zhèn)刃纬?微米的電阻率為0.015Ωcm的P++硅層，并直接在其下形成電阻率為0.5Ωcm的P+層。
在HF溶液和乙醇的混合溶液中，陽極氧化形成了該外延層的層。
陽極氧化條件如下電流強度 7(mA.cm-2)陽極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間 3(分鐘)用高分辨率掃描電子顯微鏡觀察剖面，證實了該陽極氧化在從表面算起2微米深處，形成了孔隙率大約為20％的低孔隙率多孔層，在從表面算起0.5微米深處，形成了易受結(jié)構(gòu)損傷且孔隙率大約為50％的多孔薄層，其中各層對應(yīng)于底下的P+硅層。
在400℃下，在氧氣氛中，處理該晶片1小時，然后，浸入1.25％的HF溶液中30秒，然后去掉表面上形成的極薄硅膜，并將晶片傳送到外延生長設(shè)備，從而利用CVD法(化學汽相淀積)外延生長0.3微米的單晶Si。
生長條件如下源氣 SiH2Cl2/H2氣體流速 0.2/180升/分鐘氣壓 760乇溫度 1060℃生長速率 0.15微米/分鐘順便提及，在外延生長前，當然可以進行已介紹過的(2)氫烘焙步驟、(3)微量原材料供應(yīng)步驟和(4)高溫烘焙步驟。
另外，熱氧化該外延Si層表面，在其上形成200nm的SiO2層。
SiO2層表面上重疊以分別制備的Si襯底(支撐襯底)的表面，從而使它們接觸，然后在1180℃退火5分鐘，從而加強鍵合。
在分離鍵合晶片時，分離發(fā)生在高多孔層。分離方法包括施加例如壓力、張力、切力、楔子等外力的方法，施加超聲波的方法，加熱的方法，通過從外圍氧化使多孔Si膨脹，從而在多孔Si內(nèi)施加內(nèi)壓的方法，注入水射流的方法，以脈沖的形式加熱，以施加熱應(yīng)力或發(fā)生軟化的方法等。這些方法中的任一種都可以引起分離。
然后，支撐襯底側(cè)浸入HF、過氧化氫和水的混合液中，在約60分鐘的時間內(nèi)，去除襯底表面上的殘留多孔硅層，從而形成SOI晶片。
另外，在氫氣氛中，在1100℃熱處理四小時。
用原子力顯微鏡觀察表面粗糙度，50微米的方形區(qū)的均方根粗糙度為0.2納米，等于普通市售的Si晶片。類似地測量晶體缺陷密度，堆垛錯密度為50cm2。
即，可以在氧化硅膜上形成低缺陷密度的單晶硅層。
在外延層表面上不形成氧化膜，而在第二襯底表面上形成氧化膜，或在兩者表面上都形成氧化膜的情況下，可以得到類似的結(jié)果。
第一襯底側(cè)的殘留多孔層浸入HF、過氧化氫和水的混合溶液中，在約30分鐘內(nèi)去除之，得到具有沒制成多孔的外延層的第一襯底。根據(jù)需要，在該襯底上，在形成P+硅層后形成P++硅層。并再實施制造SOI晶片的工藝。這樣重復20次制造SOI晶片的工藝，得到20片SOI晶片。
去除第20次剝離后的第一襯底(半導體襯底)的剝離表面上的殘留多孔層，得到外延晶片。
利用該體晶片可以制造CMOS邏輯電路。
(例12)利用CVD法，在第一單晶Si襯底上，外延生長厚1微米的單晶Si。
生長條件如下源氣SiH2Cl2/H2氣體流速 0.5/180升/分鐘氣壓 80乇溫度 950℃生長速率 0.30微米/分鐘在表面?zhèn)龋肂2H6作摻雜劑，以0.5微米的初始厚度，形成1Ωcm的P-層，并用PH3作摻雜劑，以0.5微米的厚度，形成1Ωcm的N-層。
另外，對該外延Si層表面進行熱氧化，在其上形成200nm厚的SiO2層。
這里，用70KeV，以5×1016cm-2，從第一襯底表面離子注入H+，使離子入射范圍覆蓋外延層。于是，在微腔層或應(yīng)變層為高濃度的注入離子層時，在靠近P-/N-界面的情況下，在入射范圍的深度處形成用作分離層的層。
此外，對在其表面上形成了氧化膜、具有相同直徑的硅晶片(第二襯底)的鍵合表面，進行氮等離子處理，使第一和第二襯底接觸，鍵合它們，從而形成多層結(jié)構(gòu)。這里熱處理在約200℃的溫度下進行。
此外，在該多層結(jié)構(gòu)的側(cè)面上噴射水射流，使第一和第二襯底從側(cè)面到中心分離。
關(guān)于該分離方法，甚至在利用500℃的熱處理時，也會因晶體再排列操作或微腔內(nèi)的壓力操作而發(fā)生分離。
N-單晶半導體層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。
對轉(zhuǎn)移到第二襯底上的外延層表面上的殘留分離層進行氫退火處理去除之，并進行平滑處理，于是得到SOI晶片。代替氫退火，接觸式拋光也可以形成類似的SOI晶片。利用該SOI晶片，可以生產(chǎn)部分耗盡型薄膜晶體管。
另一方面，由于剝離的第一襯底上存在P-外延層和分離層的殘留部分，所以去除殘留的分離層，并再外延生長N-層，并實施制造SOI晶片的工藝。重復5次制造SOI晶片的工藝，得到5片SOI晶片。第五次分離后，去除第一單晶硅襯底的分離表面上的殘留分離層，從而得到具有P-外延層的外延晶片。盡管用氫退火去除了表面粗糙度，但仍進行表面平滑處理，從而得到外延晶片。代替氫退火，接觸式拋光可以提供類似的外延晶片。由于這種體晶片具有用氫退火處理過表面的外延層，所以表現(xiàn)出具有大致與外延晶片相同的性能。利用該外延晶片可以形成DRAM等，并證明能提高質(zhì)量、成品率和可靠性。這里，如果P+襯底用作第一Si晶片，產(chǎn)品可變?yōu)橛米鱌-外延/P+外延晶片的最廣泛使用的外延晶片。利用該外延晶片，可以制造CMOS邏輯電路。
(例13)在HF溶液中，陽極氧化第一單晶Si襯底的表面。極氧化的條件如下首先是要形成的第一多孔層的上表面層的形成條件電流強度 1(mA.cm-2)陽極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間 0.1(分鐘)多孔Si厚度 0.2(微米)第二是要形成的第二多孔層的形成條件電流強度 50(mA.cm-2)
陽極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間 15(秒)多孔Si厚度0.3(微米)最后是要形成的第三多孔層的形成條件電流強度 7(mA.cm-2)陽極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間 1(分鐘)多孔Si厚度1(微米)通過上述陽極氧化，厚于第一多孔Si層的第二多孔層的孔隙率大于其它多孔Si的孔隙率，該層將變成結(jié)構(gòu)上易受損傷。
在400℃，在氧氣氛中，氧化該襯底1小時。該氧化使多孔Si的小孔的內(nèi)壁覆蓋以熱氧化膜。將晶片設(shè)置于外延設(shè)備的氫氣氛中后，在1040℃下烘焙5分鐘。這種熱處理(烘焙)的作用是填充多孔Si的表面空腔。即在1mA.cm-2的電流強度下形成的第一多孔Si層由于Si原子的遷移變?yōu)闊o孔。
然后，在具有無孔表面的多孔Si上，CVD(化學汽相淀積)外延生長0.3微米的單晶Si。生長條件如下。順便提及，在生長單晶硅之前，可以實施已介紹過的氫烘焙步驟、微量原材料供應(yīng)步驟和高溫烘焙步驟。
源氣SiH2Cl2/H2氣體流速 0.0083/3升/S(0.5/180升/分鐘)氣壓 1.07×104Pa(80乇)溫度 950℃生長速率 0.30微米/分鐘順便提及，可以省略在上述條件下進行的外延生長步驟。
另外，對該外延Si層表面進行熱氧化，從而在其上形成200nm的SiO2層。
該SiO2層表面上重疊以分別制備的Si襯底(第二襯底)的表面，使它們接觸，然后在1180℃下熱處理5分鐘，從而加強鍵合。
在鍵合的襯底上施加用于分離的外力，具有較高孔隙率的第二多孔層坍塌，在無孔層和該多孔層的界面發(fā)生分離。
然后，可以得到在第二襯底的氧化硅膜上形成有厚0.2微米的單晶硅層的SOI襯底。如上所述，在省略外延生長步驟時，單晶層的厚度變?yōu)?.1微米或更小。沒有多孔Si留在單晶硅層的表面(分離表面)上。于是在界面分離無孔層和多孔層，允許省略獲得具有平滑表面的S0I晶片各種步驟。
由于應(yīng)力會集中在界面附近，所以可以發(fā)生這樣的界面分離。或者，在硅上有例如SiGe等異質(zhì)外延膜的情況下，應(yīng)力會集中在該界面附近。
用49％的氟酸和30％的過氧化氫的被攪拌的混合溶液，選擇性腐蝕殘留于第一襯底多孔Si。重復利用該體晶片作第一單晶硅襯底三次。于是得到四片SOI晶片和一個體晶片。在該體晶片上形成外延層，將之用作外延晶片。
(例14)在HF溶液中，陽極氧化電阻率為0.01至0.02Ωcm的P型第一單晶Si襯底。
陽極氧化條件如下電流強度 7(mA.cm-2)陽極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時間 11(分鐘)多孔Si厚度 12(微米)除用于形成高質(zhì)量的外延Si層外，該多孔Si層還用作分離層，于是一層擔當不同功能。順便提及，該多孔Si層的厚度可適當?shù)剡x自0.1微米到約600微米。
在400℃下，在氧氣氛中，氧化該襯底1小時。該氧化使多孔Si的小孔的內(nèi)壁上覆蓋以熱氧化膜。在多孔Si上外延生長厚0.3微米的單晶Si。生長條件如下源氣 SiH2Cl2/H2氣體流速 0.5/180升/分鐘氣壓 80乇溫度 950℃生長速率 0.15微米/分鐘順便提及，在外延生長前，當然可以實施已介紹過的(2)氫烘焙步驟、(3)微量原材料供應(yīng)步驟和(4)高溫烘焙步驟。
這也適用于進行陽極氧化的其它例子。
另外，熱氧化該外延Si層表面，在其上形成100nm的SiO2層。
此外，使該晶片與相同直徑的從其上去掉了自然氧化膜的另一硅晶片接觸，進行熱處理實施鍵合，從而形成多層結(jié)構(gòu)。
將由剛性體構(gòu)成的楔子插入多層結(jié)構(gòu)的側(cè)面，從多層結(jié)構(gòu)上剝離第一襯底。剝離后，外延層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。
對該外延層進行濕腐蝕，去除其上的殘留多孔層，用氫退火處理該外延層，得到S0I晶片。
另一方面，拋光剝離的第一襯底的剝離表面，去除殘留的多孔層，得到體晶片。利用該體晶片作第一單晶硅襯底，再進行制造SOI晶片的工藝。這樣重復五次制造SOI晶片的工藝，得到五片SOI晶片。
第五次剝離后，拋光第一襯底(半導體襯底)的剝離表面，去掉殘留的多孔層，得到體晶片。例如，利用該體晶片可以制造外延晶片。
順便提及，在外延晶片的需求快速增長時，上述重復次數(shù)可設(shè)為兩倍，可以調(diào)節(jié)外延晶片的產(chǎn)生量以增大該量。
如上所述，本發(fā)明可以有效且經(jīng)濟地使用半導體晶片。
權(quán)利要求
1.一種制造半導體部件的方法，包括制備在半導體襯底上具有無孔層的第一部件的第一步驟；及將無孔層從第一部件上轉(zhuǎn)移到第二部件上的第二步驟，其中(n-1)(n是不小于2的自然數(shù))次使用在第二步驟中無孔層從其上分離下的半導體襯底，作為第一步驟的第一部件的構(gòu)成材料，重復n次第一和第二步驟，在第n次使用時在第二步驟中分離該半導體襯底，分離的半導體襯底用于除第一和第二步驟外的應(yīng)用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導體部件的方法，其中第一部件具有通過分離層形成在半導體襯底上的無孔層，第二步驟包括在將無孔層定位于其內(nèi)的條件下，鍵合第一和第二部件，以形成多層結(jié)構(gòu)，并在分離層分離該多層結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導體部件的方法，其中除第一和第二步驟的應(yīng)用外的應(yīng)用為出售第n次使用時在第二步驟分離的半導體襯底。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造半導體部件的方法，其中半導體襯底選自由CZ晶片、MCZ晶片、FZ晶片、外延晶片、用氫退火處理過的晶片和本征吸雜晶片構(gòu)成的組中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造半導體部件的方法，其中半導體襯底是高濃度P型硅晶片。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的制造半導體部件的方法，其中高濃度P型硅晶片的電阻率為0.001Ω·cm到0.5Ω·cm.
7.根據(jù)權(quán)利要求4的制造半導體部件的方法，其中高濃度P型硅晶片的硼濃度為1×1017cm-3至1×1020cm-3。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造半導體部件的方法，其中半導體襯底在其表面上具有外延層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的制造半導體部件的方法，其中半導體襯底具有不同于所說外延層的電阻率。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造半導體部件的方法，其中從半導體襯底側(cè)算起，半導體襯底的表面上依次具有第一外延層和第二外延層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造半導體部件的方法，其中半導體襯底其表面上具有摻有摻雜劑的半導體層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的制造半導體部件的方法，其中半導體層通過擴散或離子注入法形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求2的制造半導體部件的方法，其中分離層是通過陽極化無孔區(qū)形成的多孔層，或通過在無孔區(qū)中注入離子形成的離子注入層。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造半導體部件的方法，其中無孔層是無孔單晶硅層。
15.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造半導體部件的方法，其中無孔層是具有形成于其表面上的氧化硅層的無孔單晶硅層。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的制造半導體部件的方法，其中通過在多孔層上形成無孔層制備第一部件，其中制備第一部件的步驟包括，在形成無孔層前，在多孔層的孔壁上形成保護膜的保護膜形成步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的制造半導體部件的方法，其中通過在多孔層上形成無孔層制備第一部件，其中制備第一部件的步驟包括，在形成無孔層前，在含氫的減壓氣氛中熱處理多孔層的氫烘焙步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的制造半導體部件的方法，其中通過在多孔層上形成無孔層制備第一部件，其中制備第一部件的步驟包括，在形成無孔層時，以20納米/分鐘或更低的速率生長無孔層的低速生長步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18的制造半導體部件的方法，還包括在含氫的減壓氣氛中，在高于氫烘焙步驟和/或低速生長步驟的處理溫度的溫度下進行熱處理的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求2的制造半導體部件的方法，其中在無孔層上形成絕緣層后，絕緣層和第二部件彼此鍵合，以形成多層結(jié)構(gòu)。
21.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造半導體部件的方法，其中在無孔層上形成器件，并將器件轉(zhuǎn)移到第二部件上。
22.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造半導體部件的方法，其中無孔層包括多層。
23.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造半導體部件的方法，其中無孔層是異質(zhì)生長層。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導體部件的方法，其中構(gòu)成半導體襯底和無孔層的材料是硅。
25.根據(jù)權(quán)利要求2的制造半導體部件的方法，其中分離層是多孔層。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的制造半導體部件的方法，其中多孔層通過陽極氧化形成。
27.根據(jù)權(quán)利要求2的制造半導體部件的方法，其中分離層是利用離子注入形成的離子注入層。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的制造半導體部件的方法，其中離子注入層是具有聚集形成的微腔的層。
29.根據(jù)權(quán)利要求27的制造半導體部件的方法，其中離子注入層通過離子注入氫、氮或稀有氣體中的至少一種形成。
30.根據(jù)權(quán)利要求27的制造半導體部件的方法，其中離子注入利用束線離子注入設(shè)備進行。
31.根據(jù)權(quán)利要求27的制造半導體部件的方法，其中離子注入利用等離子浸沒離子注入工藝進行。
32.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造半導體部件的方法，其中制備第一部件的步驟包括在半導體襯底上形成第一外延半導體層的步驟；至少使第一外延半導體層的部分多孔形成多孔層的步驟；在多孔層上形成無孔層，從而制備第一部件的步驟。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的制造半導體部件的方法，其中多孔層形成為第一外延半導體層中沒形成多孔的部分的厚度為100納米到20微米。
34.根據(jù)權(quán)利要求32的制造半導體部件的方法，其中半導體襯底是高濃度P型半導體襯底。
35.根據(jù)權(quán)利要32的制造半導體部件的方法，其中第一外延半導體層的硼濃度為1×1017cm-3至1×1020cm-3。
36.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造半導體部件的方法，其中制備第一部件的步驟包括在半導體襯底上，從半導體襯底側(cè)起按順序形成作為外延層的第一半導體層、雜質(zhì)濃度和/或?qū)щ婎愋筒煌诘谝话雽w層的第二半導體層的步驟；至少使第一和第二半導體層的部分多孔形成多孔層的步驟；在多孔層上形成無孔層，從而制備第一部件的步驟。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的制造半導體部件的方法，其中半導體襯底是P型半導體襯底，其中第一半導體層具有將P型導電率控制為小于半導體襯底的雜質(zhì)濃度，第二半導體層可具有將P型導電率控制為大于第一半導體層的雜質(zhì)濃度。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的制造半導體部件的方法，其中半導體襯底是高濃度P型半導體襯底。
39.根據(jù)權(quán)利要求36的制造半導體部件的方法，其中多孔層包括具有不同孔隙率的多層。
40.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造半導體部件的方法，其中制備第一部件的步驟可以包括在半導體襯底上形成第一外延半導體層的步驟；在第一外延層內(nèi)形成離子注入層，以制備第一部件的步驟。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的制造半導體部件的方法，其中離子注入層是具有聚集形成的微腔的層。
42.根據(jù)權(quán)利要求40的制造半導體部件的方法，其中離子注入層通過用氫、氮或稀有氣體中的至少一種的離子注入形成。
43.根據(jù)權(quán)利要求40的制造半導體部件的方法，其中離子注入層的位置確定為第一外延半導體層內(nèi)離開半導體襯底側(cè)100nm到20微米的位置。
44.根據(jù)權(quán)利要求40的制造半導體部件的方法，其中半導體襯底是高濃度P型半導體襯底。
45.根據(jù)權(quán)利要求40的制造半導體部件的方法，其中第一外延半導體層的硼濃度為1×1017cm-3至1×1020cm-3。
46.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造半導體部件的方法，其中制備第一部件的步驟包括在半導體襯底上，從半導體襯底側(cè)算起，按順序形成作為外延層的第一半導體層、雜質(zhì)濃度或?qū)щ婎愋筒煌诘谝话雽w層的第二半導體層；在第一半導體層和/或第二半導體層內(nèi)形成離子注入層，從而制備第一部件的步驟。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的制造半導體部件的方法，其中半導體襯底是P型半導體襯底，其中第一半導體層用于控制P型導電率的雜質(zhì)濃度小于半導體襯底的雜質(zhì)濃度，第二半導體層用于控制P型導電率的雜質(zhì)濃度大于第一半導體層的雜質(zhì)濃度。
48.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造半導體部件的方法，其中第二部件選自由CZ晶片、MCZ晶片、FZ晶片、外延晶片、用氫退火處理過的晶片、本征吸雜晶片、石英玻璃、塑料、金屬、陶瓷、和柔韌膜構(gòu)成的組中。
49.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造半導體部件的方法，其中第二部件的表面上具有絕緣層。
50.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造半導體部件的方法，其中第二步驟包括將無孔層鍵合到第二部件上，并從第一部件上分離無孔層的步驟。
51.根據(jù)權(quán)利要求2的制造半導體部件的方法，其中第二步驟利用熱處理多層結(jié)構(gòu)的方法進行，或利用氧化分離層的側(cè)面和/或其附近的方法進行。
52.根據(jù)權(quán)利要求2的制造半導體部件的方法，其中第二步驟利用以下的至少一種方法進行，從多層結(jié)構(gòu)的邊緣附近向分離層中插入楔子的方法，向多層或分離層的邊緣附近噴射流體的方法，在分離層上施加拉力、壓力或切力的方法，切割分離層的方法，對分離層施加超聲振動的方法。
53.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造半導體部件的方法，其中第二步驟包括在400至600℃下熱處理多層結(jié)構(gòu)的步驟。
54.根據(jù)權(quán)利要求2的制造半導體部件的方法，其中第二步驟中，向分離層的邊緣附近噴射作為流體的氣體或液體。
55.根據(jù)權(quán)利要求54的制造半導體部件的方法，其中所說氣體選自空氣、氮氣、二氧化碳氣或稀有氣體。
56.根據(jù)權(quán)利要求54的制造半導體部件的方法，其中所說液體選自有機溶劑、堿性溶液或酸性溶液。
57.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造半導體部件的方法，其中第二步驟包括對通過在第二步驟中從第一部件上分離無孔層得到的半導體襯底表面實施平整和/或平滑處理。
58.根據(jù)權(quán)利要求57的制造半導體部件的方法，其中通過表面拋光、腐蝕和熱處理半導體襯底進行平整和/或平滑處理。
59.根據(jù)權(quán)利要求58的制造半導體部件的方法，其中熱處理是氫退火。
60.根據(jù)權(quán)利要求59的制造半導體部件的方法，其中氫退火處理的溫度不低于800℃，并且不高于構(gòu)成半導體襯底的材料的熔點。
61.根據(jù)權(quán)利要求57的制造半導體部件的方法，還包括在平整和/或平滑處理過的半導體襯底上形成外延層的步驟。
62.根據(jù)權(quán)利要求1或2的制造半導體部件的方法，還包括在半導體部件的制造中對使用了n次的半導體襯底的表面平整和/或平滑處理后，進行表面顆粒檢測、厚度分布、缺陷密度檢測、表面形狀檢測或邊緣檢測中至少一種的檢測步驟。
63.根據(jù)權(quán)利要求62的制造半導體部件的方法，其中在檢測步驟中，選擇半導體襯底用于假片、監(jiān)測晶片、原晶片或外延晶片。
64.根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導體部件的方法，其中n值通過對在第二步驟中從第一部件分離無孔層得到的半導體襯底，進行表面顆粒檢測、厚度分布、缺陷密度檢測、表面形狀檢測或邊緣檢測中至少一種檢測步驟確定。
65.根據(jù)權(quán)利要求64的制造半導體部件的方法，其中半導體部件是SOI晶片，半導體襯底用于第一和第二步驟兩次或多次后，半導體襯底可用于制造應(yīng)用于制造半導體部件的方法外的外延晶片。
66.根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導體部件的方法，其中除第一和第二步驟的應(yīng)用外的應(yīng)用是制造外延晶片，其中n值由記錄在計算機中的有序外延晶片數(shù)限定。
67.根據(jù)權(quán)利要求66的制造半導體部件的方法，其中外延晶片在高濃度P型半導體襯底上具有外延層，該外延層用于控制P型導電率的雜質(zhì)濃度小于半導體襯底的雜質(zhì)濃度。
68.根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導體部件的方法，其中半導體襯底是高濃度P型半導體襯底，其中除第一和第二步驟的應(yīng)用外的應(yīng)用是外延晶片。
69.根據(jù)權(quán)利要求68的制造半導體部件的方法，其中外延晶片在高濃度P型半導體襯底上具有外延層，該外延層用于控制P型導電率的雜質(zhì)濃度小于半導體襯底的雜質(zhì)濃度。
70.根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導體部件的方法，其中除第一和第二步驟的應(yīng)用外的應(yīng)用是假片、監(jiān)測晶片、或制造器件的晶片。
71.根據(jù)權(quán)利要求1的制造半導體部件的方法，其中除第一和第二步驟的應(yīng)用外的應(yīng)用是制造太陽能電池。
72.一種利用半導體襯底的方法，包括將在鍵合SOI晶片的制造步驟中多次使用的半導體襯底應(yīng)用于除鍵合SOI晶片的制造步驟外的應(yīng)用中。
73.根據(jù)權(quán)利要求72的使用半導體襯底的方法，其中除鍵合SOI晶片的制造步驟外的應(yīng)用包括出售使用了多次的半導體襯底。
74.根據(jù)權(quán)利要求71的使用半導體襯底的方法，其中除鍵合SOI晶片的制造步驟外的應(yīng)用包括用已使用了多次的半導體襯底制造外延晶片，并出售該外延晶片。
75.制造兩類半導體部件的系統(tǒng)，包括在SOI襯底制造步驟中n(n≥2)次使用利用鍵合法從SOI襯底制造步驟得到的半導體部件的步驟；利用已使用了多次的半導體部件，制造用于除SOI襯底制造步驟外的應(yīng)用的外延晶片的步驟。
76.一種控制半導體部件的制造的方法，包括在鍵合SOI晶片的制造步驟中n(n≥2)次使用半導體襯底，形成n片SOI晶片，用該半導體襯底作外延晶片，用于除鍵合SOI襯底的制造步驟外的應(yīng)用，并控制使用次數(shù)n，調(diào)節(jié)SOI晶片和外延晶片的制造量。
77.一種使用淀積膜形成設(shè)備的方法，包括一般地使用淀積膜形成裝置，形成在半導體襯底上具有外延層的外延晶片，從而應(yīng)用于多片鍵合SOI晶片的制造步驟中，使用淀積膜形成裝置，形成半導體襯底應(yīng)用于除SOI晶片的制造步驟外的應(yīng)用的外延晶片。
78.根據(jù)權(quán)利要求2的制造部件的方法，還包括在氧化氣氛中熱處理多層結(jié)構(gòu)的步驟。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的制造半導體部件的方法包括:制備在半導體襯底上具有無孔層的第一部件的第一步驟;從第一部件上將無孔層轉(zhuǎn)移到第二部件上的第二步驟,其中(n－1)(“n”是不小于2的自然數(shù))次使用在第二步驟中無孔層從其上分離下的半導體襯底,作為第一步驟的第一部件的構(gòu)成材料,重復n次第一和第二步驟,在第n次使用時,在第二步驟,分離該半導體襯底,分離的半導體襯底用于除第一和第二步驟外的應(yīng)用。
文檔編號H01L21/02GK1269599SQ0010866
公開日2000年10月11日 申請日期2000年3月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月26日
發(fā)明者米原隆夫, 渡部國男, 嶋田哲也, 近江和明, 坂口清文 申請人:佳能株式會社