專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體晶片的制造方法及其使用和利用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體晶片的制造工藝，也涉及這種半導(dǎo)體晶片的使用和利用工藝。
具體地，本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體晶片的制造工藝，所述半導(dǎo)體晶片用于制造半導(dǎo)體器件，例如微處理器、存儲(chǔ)器、邏輯電路、系統(tǒng)LSI、太陽(yáng)能電池、圖象傳感器、光發(fā)射器件或顯示器件等；用作監(jiān)測(cè)晶片，例如用于形成膜的膜厚度監(jiān)控器、用于腐蝕操作的腐蝕深度監(jiān)控器或用于檢測(cè)和計(jì)數(shù)異物微粒的微粒監(jiān)控器；或作為假晶片用在處理系統(tǒng)中，以便調(diào)節(jié)膜形成、熱處理、摻雜或腐蝕的各種處理?xiàng)l件。本發(fā)明還涉及使用和利用所述半導(dǎo)體晶片的方法。具體地，本發(fā)明適合于制造可在不同應(yīng)用中使用和利用的各種類(lèi)型的半導(dǎo)體晶片。
現(xiàn)已知具有如Si、GaAs、InP和GaN等各種半導(dǎo)體材料層的半導(dǎo)體晶片。特別是，包括具有絕緣表面的支撐襯底和其上形成有半導(dǎo)體層的SOI晶片引人注目，是由于它們非常適合于制備高速操作低功耗的的半導(dǎo)體器件。用于本發(fā)明的目的，SOI晶片指絕緣體上含有半導(dǎo)體的晶片，不必為絕緣體上含有硅的晶片。
已知的SOI晶片包括通過(guò)氧離子注入和熱處理以及鍵合晶片制備的SIMOX晶片，例如日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)No.5-211128、U.S.專(zhuān)利No.5,374,565以及日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)No.10-200080中公開(kāi)的；通過(guò)氫離子注入并剝離，例如國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)WO98/52216中介紹的制造；以及通過(guò)等離子體浸沒(méi)離子注入(PIII)。日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)No.2608351和U.S.專(zhuān)利No.5,371,037介紹了通過(guò)將外延層轉(zhuǎn)移到單獨(dú)的支撐襯底上制備高質(zhì)量SOI晶片的各種方法。
日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)No.7-302889(U.S.專(zhuān)利No.5,856,229)中提出了一種轉(zhuǎn)移外延層的改進(jìn)方法。


圖17A到17E示意性地示出了轉(zhuǎn)移外延層的已知方法。
首先，如圖17A所示，引入為Si晶片的半導(dǎo)體晶片(稱(chēng)做起始晶片、鍵合晶片、器件晶片或籽晶片)并陽(yáng)極氧化表面在表面上產(chǎn)生多孔層4。
然后，如圖17B所示，通常使用CVD技術(shù)通過(guò)外延生長(zhǎng)在多孔層4上形成無(wú)孔單晶半導(dǎo)體層5。
此后，如圖17C所示，氧化外延層的表面(無(wú)孔單晶半導(dǎo)體層)產(chǎn)生絕緣層6。然后所述絕緣層6接觸并鍵合到另一半導(dǎo)體晶片2(或石英玻璃片)的表面。由此制備了內(nèi)部含有外延層5的多層結(jié)構(gòu)。
然后，如圖17D所示，通常通過(guò)將楔子插入到它的側(cè)面或沿多孔層加熱多層結(jié)構(gòu)，對(duì)多層結(jié)構(gòu)施加外力或內(nèi)應(yīng)力以沿多孔層分離多層結(jié)構(gòu)(圖17D中的參考數(shù)字41和42示出了分離的多孔層)。
然后，使用氫氟酸和過(guò)氧化氫的混合溶液通過(guò)濕腐蝕除去留在已轉(zhuǎn)移到第二半導(dǎo)體晶片2(也稱(chēng)做支撐晶片或基底晶片)的外延層5表面上的多孔層4B。然后，如圖17E所示，通常通過(guò)氫氣退火使露出的外延層平滑，制備出具有顯著特性的成品SOI。
另一方面，分離的Si晶片仍保留薄圓盤(pán)的剖面。因此，同樣通過(guò)濕腐蝕使用相同的溶液除去留在裂開(kāi)面上的多孔層之后，它還可以作為Si晶片1再次制備如圖17A所示的另一SOI晶片。此外，它可以用做半導(dǎo)體晶片2制備如圖17B所示的另一SOI晶片。
如上所述，日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)No.7-302889公開(kāi)了一種重復(fù)使用剝離的Si晶片作為圖17A所示的Si晶片1或圖17B所示的半導(dǎo)體晶片2的方法。
然而，以上介紹的方法存在幾個(gè)需要解決的問(wèn)題。
例如，當(dāng)Si晶片重復(fù)用做第一晶片時(shí)，由于它的表面層再次變?yōu)槎嗫讓硬㈦S后除去產(chǎn)生的多孔層，由此它的厚度逐漸減小。因此，所述硅晶片的每次重新使用需要麻煩的工藝，調(diào)節(jié)通過(guò)在表面上形成多孔層從而厚度進(jìn)一步減小的重復(fù)使用的條件。此外，如果產(chǎn)生多層結(jié)構(gòu)，它會(huì)敏感地受第一晶片的厚度和其它層的影響，在某些條件下變得彎曲。由此，嚴(yán)格地控制第一晶片的厚度非常重要。
此外，在分離步驟中出現(xiàn)的硅晶片的損傷會(huì)負(fù)面地影響包括產(chǎn)生多孔層的隨后步驟，使其不能再用于制造具有相同和等同特性的SOI晶片。
而且，SOI晶片的制造工藝比制造體晶片的工藝復(fù)雜得多，因此制造SOI晶片的成品率通常很低。換句話(huà)說(shuō)，如果可重復(fù)使用的第一晶片實(shí)際上重新用做第一或第二晶片制備另一SOI晶片，那么從得到需要的質(zhì)量級(jí)別的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，不能滿(mǎn)意地用于批量生產(chǎn)。
雖然以上重新使用硅晶片的現(xiàn)有方法往往在制造SOI晶片的工藝之后重復(fù)使用再生的第一晶片，以制造相同質(zhì)量的另一SOI晶片，但硅晶片通常不能滿(mǎn)足需要類(lèi)型的晶片可批量生產(chǎn)的要求。
那么，從不遠(yuǎn)的將來(lái)工業(yè)中減少浪費(fèi)和開(kāi)發(fā)有限資源的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，所述硅晶片沒(méi)有任何價(jià)值。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有優(yōu)越的大規(guī)模生產(chǎn)性和再現(xiàn)性的半導(dǎo)體晶片的制造工藝。
本發(fā)明的另一目的是提供一種能提高經(jīng)濟(jì)效率的半導(dǎo)體晶片的制造方法，并提供一種具有優(yōu)越質(zhì)量同時(shí)不減少市場(chǎng)上晶片數(shù)量的SOI晶片。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體晶片的制造工藝包括以下步驟制備在半導(dǎo)體襯底上有半導(dǎo)體層的第一部件；將所述半導(dǎo)體層與所述第一部件分離之后，將所述半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到第二部件上；以及所述轉(zhuǎn)移步驟之后，平滑所述半導(dǎo)體襯底的表面，由此將所述半導(dǎo)體襯底用做除形成所述第一和第二部件用途之外的半導(dǎo)體晶片。
此外，根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括以下步驟制備在半導(dǎo)體襯底上有半導(dǎo)體層的第一部件，分離層設(shè)置其間；通過(guò)所述分離層分離所述半導(dǎo)體層，將所述半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到第二部件上；以及所述轉(zhuǎn)移步驟之后平滑所述半導(dǎo)體襯底的表面，由此將所述半導(dǎo)體襯底用做除形成所述第一和第二部件用途之外的半導(dǎo)體晶片。
根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體晶片的制造工藝包括以下步驟制備在P型半導(dǎo)體襯底上有半導(dǎo)體層的第一部件；從所述第一部件上分離所述半導(dǎo)體層，將半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到第二部件上，由此形成第一半導(dǎo)體晶片；以及在分離了所述半導(dǎo)體層的所述P型半導(dǎo)體襯底上進(jìn)行低濃度的P型半導(dǎo)體層的外延生長(zhǎng)，所述低濃度P型半導(dǎo)體層具有的限定P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)濃度低于所述P型半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)濃度。
根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體晶片的制造工藝包括以下步驟
制備在P型半導(dǎo)體襯底上有半導(dǎo)體層的第一部件，分離層設(shè)置其間；通過(guò)所述分離層分離所述半導(dǎo)體層，將半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到第二部件上，由此形成第一半導(dǎo)體晶片；以及在通過(guò)所述分離層分離的所述P型半導(dǎo)體襯底上進(jìn)行低濃度P型半導(dǎo)體層的外延生長(zhǎng)，所述低濃度P型半導(dǎo)體層具有的限定P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)濃度低于所述P型半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)濃度。
根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體晶片的制造工藝包括以下步驟在P型半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成分離層，形成所述分離層上有半導(dǎo)體層的第一部件；通過(guò)所述分離層分離所述半導(dǎo)體層，將半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到第二部件上，由此形成第一半導(dǎo)體晶片；以及在通過(guò)所述分離層分離的所述P型半導(dǎo)體襯底上進(jìn)行低濃度P型半導(dǎo)體層的外延生長(zhǎng)，所述低濃度P型半導(dǎo)體層具有的限定P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)濃度低于所述P型半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)濃度。
根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體晶片的制造工藝包括以下步驟制備P型半導(dǎo)體襯底上有半導(dǎo)體層的第一部件，分離層設(shè)置其間；將所述第一部件鍵合到第二部件形成多層結(jié)構(gòu)；在氧化氣氛中進(jìn)行所述多層結(jié)構(gòu)的熱處理；通過(guò)所述分離層分離所述多層結(jié)構(gòu)，將所述半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到第二部件上，由此形成第一半導(dǎo)體晶片；以及在通過(guò)所述分離層分離的所述P型半導(dǎo)體襯底上進(jìn)行低濃度P型半導(dǎo)體層的外延生長(zhǎng)，所述低濃度P型半導(dǎo)體層具有的限定P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)濃度低于所述P型半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)濃度。
一種根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體晶片的制造工藝包括以下步驟制備第一部件，具有至少一個(gè)包括外延半導(dǎo)體層的第一半導(dǎo)體層，一個(gè)分離層，和一個(gè)第二半導(dǎo)體層，以此順序排列在所述P型半導(dǎo)體襯底上，所述外延的半導(dǎo)體層具有的限定P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)濃度低于所述P型半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)濃度；以及通過(guò)所述分離層分離所述第二半導(dǎo)體層的分離步驟，將所述第二半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到第二部件上形成第一半導(dǎo)體晶片，通過(guò)所述分離層分離具有所述第一半導(dǎo)體層的所述P型半導(dǎo)體襯底形成第二半導(dǎo)體晶片。
根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體晶片的制造工藝包括以下步驟形成至少一個(gè)包括外延半導(dǎo)體層的第一半導(dǎo)體層，所述外延的半導(dǎo)體層具有的限定P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)濃度低于所述P型半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)濃度；以及包括外延半導(dǎo)體層的第二半導(dǎo)體層，所述外延半導(dǎo)體層具有的限定P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)濃度高于所述第一半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度；以此順序排列在所述P型半導(dǎo)體襯底上；使所述第二半導(dǎo)體層和部分所述第一半導(dǎo)體層多孔；以及在制成多孔的所述第二半導(dǎo)體層上形成第三半導(dǎo)體層；由此形成第一部件；以及將所述第三半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到所述第二部件上形成第一半導(dǎo)體晶片，并形成包括具有第一半導(dǎo)體層的所述P型半導(dǎo)體襯底的第二半導(dǎo)體晶片。
根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體晶片的使用方法特征在于制備已用于制造鍵合的SOI襯底的籽晶片，之后在所述籽晶片的至少一個(gè)表面上進(jìn)行平滑處理，以便作為半導(dǎo)體晶片賣(mài)出，不再用于制造鍵合的SOI襯底。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的基本實(shí)施例半導(dǎo)體晶片制造工藝的流程圖。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的另一基本實(shí)施例半導(dǎo)體晶片制造工藝的流程圖。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的再一基本實(shí)施例半導(dǎo)體晶片制造工藝的流程圖。
圖4A、4B、4C、4D、4E、4F和4G示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例晶片制造工藝的工藝圖。
圖5A、5B、5C、5D、5E、5F、5G、5H和5I示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例晶片制造工藝的工藝圖。
圖6A、6B、6C、6D、6E、6F和6G示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例晶片制造工藝的工藝圖。
圖7A、7B、7C、7D、7E、7F、7G、7H和7I示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例晶片制造工藝的工藝圖。
圖8A、8B、8C、8D、8E、8F和8G示出了根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例晶片制造工藝的工藝圖。
圖9A、9B、9C、9D、9E、9F和9G示出了根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施例晶片制造工藝的工藝圖。
圖10示出了制造系統(tǒng)的一個(gè)例子的說(shuō)明圖。
圖11示出了制造系統(tǒng)的另一個(gè)例子的說(shuō)明圖。
圖12示出了確定分離之后第一晶片的用途的檢查工藝的流程圖。
圖13示出了制造系統(tǒng)的一個(gè)例子的說(shuō)明圖。
圖14示出了制造系統(tǒng)的另一個(gè)例子的說(shuō)明圖。
圖15A、15B、15C、15D、15E、15F、15G和15H示出了本發(fā)明的晶片的制造工藝的工藝圖。
圖16A、16B、16C和16D示出了本發(fā)明的太陽(yáng)能電池的制造工藝的工藝圖。
圖17A、17B、17C、17D和17E示出了轉(zhuǎn)移外延層的現(xiàn)有工藝的示意圖。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的基本實(shí)施例半導(dǎo)體晶片制造工藝的流程圖。
首先，如圖1的步驟S1所示，提供半導(dǎo)體晶片作為第一晶片?？梢允褂肧OI晶片和非SOI晶片作為半導(dǎo)體晶片。特別是，優(yōu)選使用如CZ晶片、FZ晶片、外延晶片以及氫氣退火的晶片等的非SOI晶片。CZ晶片和FZ晶片分別通過(guò)直拉法和區(qū)熔法制造。
接下來(lái)，在步驟S2中，在半導(dǎo)體晶片上形成分離層，形成在半導(dǎo)體襯底上有單晶半導(dǎo)體且分離層設(shè)置其間的第一部件。有兩種方法可以形成分離層。一個(gè)方法是形成多孔層，然后在它的表面上形成無(wú)孔層。通過(guò)在多孔層上外延地生長(zhǎng)的方法，以及在含有氫氣等還原性氣氛中對(duì)多孔層的表面進(jìn)行熱處理的方法形成無(wú)孔層。另一方法是將氫離子、稀有氣體離子以及氮離子等中的至少一種離子注入到第一晶片內(nèi)，由此形成包括細(xì)小空隙(這些小空隙包括氣體或類(lèi)似物，稱(chēng)做微氣泡，也稱(chēng)做微腔)的層或包括通過(guò)隨后在距第一晶片的表面預(yù)定距離的位置處進(jìn)行熱處理形成的潛在的微空隙的層。
總之，在形成分離層之前，形成在半導(dǎo)體晶片的表面上有預(yù)定厚度的單晶半導(dǎo)體層，分離層可以形成在該層內(nèi)。
半導(dǎo)體層上的層可以選自單晶半導(dǎo)體層、多晶半導(dǎo)體層、以及非晶半導(dǎo)體層等。具體地，它包括Si、Ge、SiGe、SiC、C、GaAs、AlGaAs、InGaAs、InP、InAs等。此外，在這些半導(dǎo)體層的表面上，通過(guò)熱氧化、CVD、濺射等在這些半導(dǎo)體層的表面上可以形成如氧化硅、氮化硅、或氮氧化硅等的絕緣層。
如果不預(yù)先形成分離層，如后所述，那么形成結(jié)構(gòu)之后，可以在適當(dāng)?shù)奈恢们卸鄬咏Y(jié)構(gòu)。此外，如果制備了產(chǎn)生應(yīng)力的界面，那么在界面處分離結(jié)構(gòu)。即，結(jié)構(gòu)可以經(jīng)歷步驟S1、S3以及S4。
然后，在步驟S3中，為支撐襯底(第二部件)的那部分形成在分離層形成其上的半導(dǎo)體晶片上，形成多層結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在有兩種方法可以形成為所述支撐襯底的那部分。一個(gè)方法是將額外提供的第二晶片粘貼到分離層形成其上的第一晶片上；另一方法是將如多晶硅等較厚的材料淀積在第一晶片上，由此形成支撐襯底。對(duì)于第二晶片，可以使用與第一半導(dǎo)體晶片具有相同結(jié)構(gòu)的晶片，例如CZ晶片、FZ晶片、外延晶片以及氫氣退火的晶片。第一晶片可以直接鍵合到這些晶片的半導(dǎo)體表面上，或借助絕緣層和/或這些晶片之間的鍵合層粘貼。此外，代替第二晶片，可以使用如石英玻璃、塑料等的絕緣透明襯底、如柔韌性金屬膜、鋁、不銹鋼等的導(dǎo)電金屬基板、或陶瓷等，第一晶片可以借助絕緣層和/或鍵合層直接或間接鍵合。
然后，在步驟S4中，多層結(jié)構(gòu)在分離層上分離。有兩種分離方法。一個(gè)方法是外部加熱多層結(jié)構(gòu)，向多層結(jié)構(gòu)發(fā)光以吸收光，由此在多層結(jié)構(gòu)的內(nèi)部產(chǎn)生分離能量。具體地，對(duì)通過(guò)在第一晶片的預(yù)定深度位置注入氫離子、稀有氣體離子、氮離子等形成具有微空隙的層或包括潛在的微空隙的層施加熱能，由此它的密度隨著微空隙的增加而減小。以此方式，在層中發(fā)生多層結(jié)構(gòu)的脫模(release)現(xiàn)象。這就是在多層結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生分離能的方法。另外，可以有通過(guò)加熱工藝從側(cè)面氧化分離層和/或它的側(cè)面附近并利用氧化膜等的生長(zhǎng)產(chǎn)生的應(yīng)力的分離方法。通過(guò)在300℃到800℃的熱處理或優(yōu)選400℃到600℃的熱處理產(chǎn)生以上的熱能。
另一方法是直接地將分離能量外部地施加到多層結(jié)構(gòu)。具體地，它包括將楔子插入到多層結(jié)構(gòu)的側(cè)面內(nèi)，由此剝離結(jié)構(gòu)的方法；將由液體和/或氣體組成的流體吹到多層結(jié)構(gòu)的側(cè)面上，由此剝離結(jié)構(gòu)的方法；在與多層結(jié)構(gòu)的正面和背面相反的方向上相互施加拉力，由此剝離結(jié)構(gòu)的方法；在與多層結(jié)構(gòu)的正面和背面相對(duì)的方向上相互施加壓力，由此毀壞以剝離分離層的方法；向多層結(jié)構(gòu)的側(cè)面施加剪切力，由此毀壞分離層以剝離結(jié)構(gòu)的方法；使用內(nèi)圓周刀片或鋼絲鋸分層的方法；或施加超聲波振動(dòng)，由此毀壞分離層等的方法。
對(duì)于使用的流體，可以使用如不使用水的醇等的有機(jī)熔劑；如氫氟酸和硝酸等的酸；或如氫氧化鉀等的堿。以及具有選擇性腐蝕其它分離區(qū)域等功能的液體。此外，可以使用如空氣、氮?dú)?、碳酸氣體、稀有氣體等的氣體作為流體。也可以使用能與分離區(qū)域發(fā)生腐蝕反應(yīng)的氣體或等離子體。需要使用高純度的水作為射流，例如純水或除去雜質(zhì)金屬或顆粒的超純水。然而，當(dāng)在完全的低溫工藝中進(jìn)行分離步驟時(shí)，噴水分離之后，可以進(jìn)行清洗和除去。
當(dāng)然，可以組合使用以上提到的各種分離方法。
如此得到的晶片變?yōu)榇蟠笤鲋档木鏢OI晶片，使用該晶片可以制造半導(dǎo)體器件、制成的半導(dǎo)體器件在低功耗方面很優(yōu)越，并可以高速操作(步驟S5)。
另一方面，使用分離的第一晶片(半導(dǎo)體襯底)作為非SOI晶片，它的表面平滑(處理得平滑)，代替在以上步驟中再次用做第一或第二晶片，利用這種晶片可以提供通常的半導(dǎo)體器件。此外，所述晶片可以用做監(jiān)測(cè)晶片或假晶片(步驟6)。而且，晶片可以轉(zhuǎn)用通過(guò)日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)No.8-213645、10-233352和10-270361中公開(kāi)的工藝制造太陽(yáng)能電池。
為了使表面平滑，將拋光、研磨、腐蝕、熱處理等中的至少一個(gè)適用到分離的第一晶片。特別是，在含有氫氣的還原氣氛中(氫氣退火)對(duì)分離的第一晶片進(jìn)行熱處理的方法為較優(yōu)選的方法，是由于使表面平滑的同時(shí)還可以抑制晶片厚度的減小，同時(shí)，分離之后含在晶片表面層中如硼等的雜質(zhì)向外擴(kuò)散，可以降低雜質(zhì)的濃度。
氫氣退火的優(yōu)選溫度為300℃以上，并低于晶片組成材料的熔點(diǎn)。當(dāng)所述退火施加到單晶硅晶片時(shí)，溫度的下限為800℃，優(yōu)選1000℃，溫度的上限為硅的熔點(diǎn)，優(yōu)選1400℃，或進(jìn)一步優(yōu)選1200℃。
優(yōu)選氫氣退火的還原氣氛的壓力可以為增加的壓力、大氣壓、或減小的壓力，應(yīng)低于大氣壓和3.9×104帕以上，或優(yōu)選低于大氣壓和1.3帕以上。
優(yōu)選氫氣退火的處理時(shí)間沒(méi)有特別的限制，是由于可以根據(jù)需要的性質(zhì)適當(dāng)?shù)剡x擇。實(shí)際的范圍從約1分鐘到10小時(shí)。
對(duì)于提供含有氫氣的還原氣氛的氣體，可以使用100％氫氣和氫氣與惰性氣體的混合氣體。
借助所述氫氣退火得到的剝離之后的第一晶片與可以買(mǎi)到的氫氣退火的晶片的級(jí)別相同，優(yōu)選用于制造如LSI等的半導(dǎo)體器件。
拋光得到的平滑是很優(yōu)越的方法。即使發(fā)生表面缺陷，也可以通過(guò)拋光基本除去缺陷表面。與SOI層的表面拋光不同，相對(duì)于它的均勻度，沒(méi)有對(duì)所述拋光施加嚴(yán)格的要求?？梢酝ㄟ^(guò)類(lèi)似于拋光通常硅晶片的方法進(jìn)行拋光，并且大規(guī)膜生產(chǎn)率很優(yōu)越。然而，通過(guò)拋光減小了晶片的厚度，所以鑒于此氫氣退火很優(yōu)越。
對(duì)于拋光方法，優(yōu)選化學(xué)和機(jī)械拋光(CMP)。對(duì)于進(jìn)行CMP的拋光劑，可以使用硅石玻璃(硼硅玻璃)、二氧化鈦、氮化鈦、氧化鋁、硝酸鐵、氧化鈰、氧化硅膠體、氮化硅、碳化硅、石墨、如金剛石等的拋光顆粒、或具有這些顆粒和如H2O2或KIO3等的氧化劑或如NaOH、KOH等的堿溶液混合其中的顆粒液體。
可以省略平滑或平整步驟。當(dāng)然，拋光時(shí)，可以進(jìn)行鏡面精拋光，或不僅在一面也可以在兩面進(jìn)行鏡面精拋光。
在本發(fā)明中，當(dāng)使用P型半導(dǎo)體晶片作為特別是圖2中所示的第一晶片時(shí)，在步驟S4中制備如SOI晶片的第一半導(dǎo)體晶片(步驟S5)；平滑分離的P型半導(dǎo)體晶片，P-型或N層和類(lèi)似層外延地生長(zhǎng)在它的表面上(步驟S6)；然后制備具有形成在P型半導(dǎo)體晶片上的P-型或N層和類(lèi)似層的外延晶片(步驟S7)。特別是，優(yōu)選使用高濃度的P型半導(dǎo)體晶片作為P型半導(dǎo)體晶片。如后所述，這是由于在目前使用的晶片中特別是P-外延/P+襯底最廣泛使用的形式。剝離后的第一晶片的表面一旦平滑之后，進(jìn)行外延生長(zhǎng)處理。在剝離后僅清洗不進(jìn)行拋光、腐蝕或熱處理之后，進(jìn)行所述外延生長(zhǎng)處理。
當(dāng)外延的半導(dǎo)體層形成在高濃度的P型半導(dǎo)體晶片上作為第一晶片并使用時(shí)，如圖3所示，在分離步驟S4中制備如SOI晶片的第一半導(dǎo)體晶片(步驟S5)。此外，取決于分離的位置，外延的半導(dǎo)體層留在分離的高濃度P型半導(dǎo)體晶片上。由此，不必進(jìn)行新的外延生長(zhǎng)就可以制備外延晶片(S7)。例如，在P型襯底上完成具有P-外延層的外延晶片。即，在S1步驟中形成外延半導(dǎo)體層，在其上形成分離層。由此，與圖2不同，不需要在步驟S6中提供新的外延半導(dǎo)體層。特別是，P-(或N)型第一半導(dǎo)體層形成在高濃度的P型半導(dǎo)體晶片上，在其上進(jìn)一步形成第二半導(dǎo)體層，分離位置優(yōu)選提供在第一半導(dǎo)體層的內(nèi)部。高濃度的P型具有1×1017cm-3到1×1020cm-3的硼濃度，0.001到0.5歐姆·厘米的電阻率。
可以在N型半導(dǎo)體上有條件地使它多孔形成分離層，然而，期望使用P型半導(dǎo)體。Unagami等人研究了陽(yáng)極氧化中硅溶液的反應(yīng)，并總結(jié)出在HF溶液中的陽(yáng)極氧化中需要正(Positive pores)孔(T Unagami，J.E1ectrochem.Soc.，vol.127，476(1980))。要使它多孔，優(yōu)選使用高濃度的P型半導(dǎo)體晶片，它的雜質(zhì)濃度范圍通常在5.0×1016/cm3到5.0×1020/cm3的范圍內(nèi)，優(yōu)選1.0×1017cm3到2.0×1020/cm3，最好5.0×1017cm3到1.0×1020/cm3。當(dāng)通過(guò)離子注入形成分離層時(shí)，使用氫、氮、稀有氣體等(He、Ne、Ar等)作為離子注入物質(zhì)?？梢宰⑷胫辽僖环N或多種。
外延生長(zhǎng)優(yōu)選的溫度為500℃以上并低于晶片組成材料的熔點(diǎn)。當(dāng)對(duì)單晶硅晶片進(jìn)行外延生長(zhǎng)時(shí)，溫度的下限為600℃，優(yōu)選800℃，溫度的上限為硅的熔點(diǎn)，優(yōu)選1400℃，進(jìn)一步優(yōu)選1200℃。
通過(guò)CVD法或?yàn)R射法進(jìn)行外延生長(zhǎng)，優(yōu)選的氣壓可以為大氣壓或減小的壓力，應(yīng)低于大氣壓和3.9×10-4帕以上，或優(yōu)選低于大氣壓和1.3帕以上。
優(yōu)選外延生長(zhǎng)的處理時(shí)間沒(méi)有特別的限制，是由于可以根據(jù)需要的性質(zhì)適當(dāng)?shù)剡x擇。實(shí)際的范圍從約10秒到10小時(shí)。
對(duì)于外延生長(zhǎng)的常壓原材料氣體，例如可以為選自以下的至少一種氣體硅烷或它的類(lèi)似氣體，例如SIH4、SiCl3H、SiCl2H2、SiCl4、Si2H6、SiF4等。為了添加雜質(zhì)，可以添加入B2H6、BF3、BBr3等含受主的氣體，或如PH3、AsH3等含受主的氣體。此外，可以將鹽酸、氯氣等添加到其中，或添加氫氣或稀有氣體。一般采說(shuō)，使用氫氣作為攜帶氣體。
如上所述，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，使用優(yōu)選制成多孔的P+晶片作為第一晶片制備SOI晶片，剝離之后外延層生長(zhǎng)在第一晶片的表面上，由此制成外延晶片。制得的外延晶片優(yōu)選制造如存儲(chǔ)器、邏輯電路、模擬信號(hào)處理電路以及模擬數(shù)字混合電路等的集成電路，或如CCD、太陽(yáng)能電池等的半導(dǎo)體功能元件。在一個(gè)制造工藝中，可以同時(shí)制造SOI晶片和外延晶片，因此可以減少總材料成本。
下面將介紹外延晶片。
在低功耗和高速LSI技術(shù)(Realize Co.，Ltd.，479頁(yè)到483頁(yè))中，以P-外延層/P+襯底為例作為減小數(shù)字噪聲的襯底結(jié)構(gòu)中的一種。
根據(jù)5-1章，Silicon Science(UCS Semiconductor Substrate TechnicalStudy Society，Realize Co.，Ltd.)，當(dāng)在外延晶片上制造MOS LSI時(shí)，大多數(shù)的MOS LSI用在P外延/P+襯底結(jié)構(gòu)中。由此，使用外延晶片最重要的因素是可以改善軟件錯(cuò)誤和閉鎖。此外，在5-4章中，在MOS結(jié)構(gòu)的氧化膜的絕緣破損特性中，P外延/P+襯底的外延晶片的TDDB特性好于CZ體硅晶片，在襯底中硼濃度高的區(qū)域中具有強(qiáng)吸雜(getting)效應(yīng)。
在該章中，討論了外延晶片的價(jià)格。如果晶片的直徑變大，那么外延晶片和CZ硅晶片之間的價(jià)格變小。對(duì)于千兆位的時(shí)代，需要超高質(zhì)量的硅晶體。此外，由于具有大直徑的CZ晶體的價(jià)格比增加(相對(duì)于外延晶片的價(jià)格)，已到了大量的外延晶片可以用于如DRAM等的高集成度MOS LSI的時(shí)代。
在本發(fā)明中，當(dāng)多孔層用做分離層時(shí)，需要使用高濃度的P+晶片。當(dāng)分離的高濃度P+晶片(半導(dǎo)體襯底)用于或轉(zhuǎn)為P-外延襯底而不必拋棄時(shí)，由這兩個(gè)晶片可以制造一個(gè)高質(zhì)量的SOI晶片和一個(gè)外延晶片。此外，對(duì)于制造SOI晶片的晶片，可以總是使用新晶片，由此，可以增加SOI晶片的制造效率。對(duì)于大量消耗以上提到的外延晶片，因此可以構(gòu)成商業(yè)可行的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)。
當(dāng)使用P-晶片作為第一晶片時(shí)，通過(guò)平滑表面而不施加外延生長(zhǎng)處理，僅形成優(yōu)選制造以上提到的集成電路或半導(dǎo)體功能元件的晶片。當(dāng)然，需要較高質(zhì)量的層制造所述集成電路或半導(dǎo)體功能元件，外延層可以進(jìn)一步形成在平滑的表面上。當(dāng)利用或轉(zhuǎn)用分離的第一晶片(半導(dǎo)體襯底)時(shí)，該晶片的價(jià)格幾乎等于或更便宜于原始晶片。此外，如果晶片增值，那么它可以更高的價(jià)格賣(mài)出，由此構(gòu)成商業(yè)可行的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)。
下面參考附圖詳細(xì)地介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
(實(shí)施例1)圖4A到4G示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例晶片制造工藝的示意圖。
首先，如圖4A所示，對(duì)由如CZ硅晶片、FZ硅晶片等體晶片組成的第一晶片1的表面進(jìn)行陽(yáng)極氧化使它多孔，形成多孔層4。
然后，如圖4B所示，在多孔層4上形成無(wú)孔層5組成第一部件。形成無(wú)孔層5的方法包括氫氣退火封閉多孔層4的孔使它無(wú)孔，或通過(guò)外延生長(zhǎng)形成無(wú)孔的單晶層。此外，需要氧化無(wú)孔層5的表面，由此在無(wú)孔層5上形成絕緣層6.代替氧化，可以通過(guò)CVD或?yàn)R射等形成絕緣層6。在所述實(shí)施例中，多孔層4用做分離層。
如圖4C所示，第一晶片1的絕緣層6的表面和第二晶片2的表面相互鍵合形成多層結(jié)構(gòu)。
第二晶片2可以是其上露出半導(dǎo)體或絕緣膜形成在它的表面上的晶片。此外，代替第二晶片，可以使用如石英玻璃等的絕緣透光襯底。此外，可以使用基于塑料的柔韌性膜。
在所述鍵合中，熱處理這些晶片的表面，在室溫下相互接觸以增加鍵合強(qiáng)度，可以用通過(guò)陽(yáng)極鍵合相互鍵合。此外，當(dāng)相互接觸時(shí)，可以同時(shí)進(jìn)行熱處理。此外，在鍵合步驟中，進(jìn)行熱處理等的同時(shí)，可以對(duì)它們施加壓力，使它們相互更緊密地接觸。優(yōu)選在氧化氣氛或惰性氣體氣氛(N2、Ar等)中進(jìn)行熱處理。
此外，優(yōu)選預(yù)先使用氧、氮、硅、氫、稀有氣體等對(duì)一對(duì)鍵合面的至少一面進(jìn)行等離子體處理激活鍵合面。此外，鍵合層可以插在這些面之間用于鍵合。
如圖4D所示，通過(guò)以上提到的方法在分離層處(多孔層4)分離多層結(jié)構(gòu)(參考數(shù)字41和42分別表示分離的多孔層)。剝離的第一晶片1的無(wú)孔部分保持為晶片形狀，多孔層的剩余部分41提供在分離面上。另一方面，從第一晶片轉(zhuǎn)移的無(wú)孔層5和絕緣層6一起提供在第二晶片2上。多孔層的剩余部分4B提供在它的分離面上。在圖中，雖然畫(huà)出的分離位置在多孔層的內(nèi)部，當(dāng)然，第一晶片1和多孔層4之間的界面或無(wú)孔層5和多孔層4之間的界面可以為分離位置。這在隨后的實(shí)施例中也相同。
如圖4E所示，除去多孔層的剩余部分42。當(dāng)剩余部分42的厚度較厚時(shí)，氟酸、過(guò)氧化氫和醇的混合液體用做腐蝕劑，通過(guò)溫腐蝕選擇性地腐蝕掉剩余部分42，然后，通過(guò)氫氣退火平滑表面。如果剩余部分42的厚度很薄，那么通過(guò)氫氣退火而不是濕腐蝕除去剩余部分42，同時(shí)，進(jìn)行平滑處理。由此，得到增值的SOI晶片。拋光或整平步驟可以添加到剩余部分42的除去步驟中。
在圖4F中，通過(guò)拋光、整平、濕腐蝕或氫氣退火除去平滑剝離后晶片1(半導(dǎo)體襯底)上的剩余部分41。由此得到體晶片。這里，在僅除去剩余部分41的第一晶片上，即已除去剩余部分41沒(méi)有平滑它的表面，進(jìn)行外延生長(zhǎng)(圖4G)用于表面平滑步驟。
如圖4G所示，通過(guò)在剝離后的晶片1的表面上進(jìn)行外延生長(zhǎng)處理形成由無(wú)孔P型單晶半導(dǎo)體組成的外延層7。由此，得到外延晶片。即，由兩個(gè)半導(dǎo)體晶片得到一個(gè)SOI晶片(圖4E)和一個(gè)體晶片(圖4F)或外延晶片。在本發(fā)明中，使用體晶片(外延晶片)而不是以上提到的第一和第二晶片。例如，使用晶片制造太陽(yáng)能電池，用做假晶片或監(jiān)測(cè)晶片、或作為外延晶片賣(mài)出。
分離之后，當(dāng)留在第一或第二晶片上的分離層很薄時(shí)，幾乎沒(méi)有所述層，或即使留有層也沒(méi)有關(guān)系，除去以上剩余部分的步驟可以省略，在隨后的實(shí)施例中也相同。
如前所述，當(dāng)使用高濃度的P型半導(dǎo)體晶片作為第一晶片時(shí)，優(yōu)選將晶片制成多孔。在圖4G中得到的外延晶片在P+晶片上形成有外延層(例如，P-層)的晶片。
這里，在多孔層4上形成無(wú)孔層5之前，可以添加以下步驟(1)到(4)中的至少一個(gè)。步驟的順序可以為優(yōu)選(1)→(2)，最好(1)→(2)→(3)或(1)→(2)→(4)，最好(1)→(2)→(3)→(4)。
(1)在孔的壁上形成保護(hù)層的步驟如氧化膜或氮化膜等的保護(hù)膜可以提供在多孔層中孔的壁上，以防止熱處理時(shí)變大。例如在氧化氣氛下進(jìn)行熱處理(200℃到700℃)。根據(jù)要求(例如，表面暴露到含有HF的液體)，可以除去形成在多孔層表面上的氧化膜等。
(2)氫氣烘焙步驟在含有氫氣的還原氣氛中，在800℃到1200℃下對(duì)多孔層進(jìn)行熱處理，由此在某種程度上密封多孔層的層表面上存在的孔。
(3)提供很少量的原材料如果以上的氫氣烘焙工藝不能密封孔，那么提供少量的無(wú)孔層5的原材料，由此進(jìn)一步密封層表面上的孔。
具體地，調(diào)節(jié)原材料的供應(yīng)，以便生長(zhǎng)速率為20nm/min以下，優(yōu)選10nm/min以下，最好2nm/min以下。
(4)高溫烘焙步驟在含有氫氣的還原氣氛下，在高于以上提到的氫氣烘焙步驟和/或提供少量原材料步驟的處理溫度的溫度下進(jìn)行熱處理。以此方式，可以更完整地密封和平滑多孔層的表面。
(實(shí)施例2)圖5A到5I示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例晶片制造方法的示意圖。
首先，如圖5A所示，提供由如CZ硅晶片、FZ硅晶片等體晶片組成的第一晶片1；使用擴(kuò)散法或離子注入法在第一晶片的上表面上形成添加摻雜劑的單晶半導(dǎo)體層3。所述單晶半導(dǎo)體層3優(yōu)選硼濃度為1×1017cm-3到1×1020cm-3的P+層。
接下來(lái)，如圖5B所示，對(duì)單晶半導(dǎo)體層3的表面進(jìn)行陽(yáng)極氧化使它多孔，形成多孔層4。同時(shí)，優(yōu)選僅使單晶半導(dǎo)體層3的上層多孔，由此無(wú)孔層10留在多孔層4下面，厚度約100nm到20μm。由此，對(duì)嚴(yán)格規(guī)定硼濃度的區(qū)域進(jìn)行陽(yáng)極氧化，形成均勻的多孔面。
然后，在圖5C中，在多孔層4上形成無(wú)孔層5，形成第一部件。形成無(wú)孔層5的方法包括氫氣退火封閉多孔層4的孔使上層無(wú)孔，或通過(guò)外延生長(zhǎng)形成無(wú)孔的單晶層。根據(jù)需要氧化無(wú)孔層5的表面，在無(wú)孔層5上形成絕緣層6。代替氧化，可以通過(guò)CVD或?yàn)R射等形成絕緣層6。在所述實(shí)施例中，多孔層4用做分離層。
在圖5D中，第一晶片1的絕緣層6的表面和第二晶片2的表面相互鍵合形成多層結(jié)構(gòu)。使用如CZ硅晶片、FZ硅晶片等的體晶片作為第二晶片2。第二晶片等可以是其上露出半導(dǎo)體或絕緣膜形成在它的表面上的晶片。此外，代替第二晶片，可以使用如石英玻璃等的絕緣透光襯底。此外，可以使用以塑料為基礎(chǔ)的柔韌性膜。
此外，優(yōu)選預(yù)先使用氧、氮、硅、氫、稀有氣體等對(duì)一對(duì)鍵合面的至少一面進(jìn)行等離子體處理激活鍵合面。
此外，鍵合層可以插在這些面之間。
如圖5E所示，通過(guò)以上提到的方法在分離層處(多孔層4)分離多層結(jié)構(gòu)。剝離的第一晶片的無(wú)孔部分保持為晶片形狀，多孔層的剩余部分41位于分離面上。另一方面，從第一晶片轉(zhuǎn)移的無(wú)孔層5和絕緣層6一起提供在第二晶片2上。多孔層的剩余部分42位于它的分離面上。
在圖5F中，除去多孔層的剩余部分42。當(dāng)剩余部分42的厚度較厚時(shí)，氫氟酸、過(guò)氧化氫和醇的混合液體用做腐蝕劑，通過(guò)濕腐蝕選擇性地腐蝕掉剩余部分42，然后，通過(guò)氫氣退火平滑表面。如果剩余部分42的厚度很薄，那么通過(guò)氫氣退火而不是濕腐蝕除去剩余部分42，同時(shí)，進(jìn)行平滑處理。由此，得到大大增值的SOI晶片。
在圖5G中，通過(guò)拋光、整平、濕腐蝕或氫氣退火除去剝離后晶片1(半導(dǎo)體襯底)上的剩余部分41，并平滑。
此外，當(dāng)除去無(wú)孔層10時(shí)，得到與初始晶片相同的體晶片(圖5H)。
此外，如圖5I所示，在剝離后的晶片1的表面上進(jìn)行外延生長(zhǎng)處理之后，形成由無(wú)孔P型單晶半導(dǎo)體組成的外延層7，由此得到外延晶片。即，由兩個(gè)晶片得到一個(gè)SOI晶片和一個(gè)體晶片(圖5H)。體晶片(外延晶片)用于除制造圖5A到5I中SOI晶片以外的用途。例如，晶片可以用做設(shè)備(apparatus)晶片制造太陽(yáng)能電池、MOS晶體管等，可以用做監(jiān)測(cè)晶片或假晶片，或作為體晶片或外延晶片銷(xiāo)售。
(實(shí)施例3)下面再參考圖5A到5I介紹根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例晶片的制造方法。
首先，如圖5A所示，提供由如CZ硅晶片、FZ硅晶片等體晶片組成的第一晶片1；使用外延生長(zhǎng)處理單晶半導(dǎo)體層3形成在它的表面上。所述單晶半導(dǎo)體層3優(yōu)選限定P型導(dǎo)電性的硼濃度為1×1017cm-3到1×1020cm-3的P+層。
接下來(lái)，如圖5B所示，對(duì)第一晶片1的單晶半導(dǎo)體層3的表面進(jìn)行陽(yáng)極氧化使它多孔，形成多孔層4。此時(shí)，優(yōu)選僅使外延層3的上層多孔，由此無(wú)孔層10留在多孔外延層4下面，厚度約100nm到20μm。
然后，在圖5C中，在多孔層4上形成無(wú)孔層5，形成第一部件。形成無(wú)孔層5的方法包括氫氣退火封閉多孔層4的孔使上層無(wú)孔，或通過(guò)外延生長(zhǎng)形成無(wú)孔的單晶層。根據(jù)需要氧化無(wú)孔層5的表面，在無(wú)孔層5上形成絕緣層6。代替氧化，可以通過(guò)CVD或?yàn)R射等形成絕緣層6。在本實(shí)施例中，多孔層4用做分離層。
在圖5D中，第一晶片1的絕緣層6的表面和第二晶片2的表面相互鍵合形成多層結(jié)構(gòu)。使用如CZ硅晶片、FZ硅晶片等的體晶片作為第二晶片2。第二晶片等可以是其上露出半導(dǎo)體或絕緣膜形成在它的表面上的晶片。此外，代替第二晶片，可以使用如石英玻璃等的絕緣透光襯底。在鍵合期間，在室溫下熱處理這些晶片的表面，相互接觸以增加鍵合強(qiáng)度，可以用通過(guò)陽(yáng)極鍵合相互鍵合。此外，當(dāng)相互接觸時(shí)，可以同時(shí)進(jìn)行熱處理。此外，在鍵合步驟中，進(jìn)行熱處理等的同時(shí)，可以對(duì)它們施加壓力，使它們相互更緊密地接觸。
此外，優(yōu)選預(yù)先使用氧、氮、硅、氫、稀有氣體等對(duì)一對(duì)鍵合面的至少一面進(jìn)行等離子體處理激活鍵合面。
此外，鍵合層可以插在這些面之間。
在圖5E中，通過(guò)以上提到的方法在分離層處(多孔層4)分離多層結(jié)構(gòu)。剝離的第一晶片1的無(wú)孔部分保持為晶片形狀，多孔層的剩余部分41提供在分離面上。另一方面，從第一晶片轉(zhuǎn)移的無(wú)孔層5和絕緣層6一起提供在第二晶片2上。多孔層的剩余部分42提供在它的分離面上。
在圖5F中，除去多孔層的剩余部分42。當(dāng)剩余部分42的厚度較厚時(shí)，氫氟酸、過(guò)氧化氫和醇的混合液體用做腐蝕劑，通過(guò)濕腐蝕選擇性地腐蝕掉剩余部分42，然后，通過(guò)氫氣退火平滑表面。當(dāng)剩余部分42的厚度很薄，那么通過(guò)氫氣退火而不是濕腐蝕除去剩余部分42，同時(shí)，進(jìn)行平滑處理。由此，得到大大增值的SOI晶片(圖5F)。
在圖5G中，通過(guò)拋光、濕腐蝕或氫氣退火除去剝離后晶片1(半導(dǎo)體襯底)上的剩余部分41，并平滑。此時(shí)，保留圖5A中形成的外延層10。當(dāng)在此狀態(tài)進(jìn)行氫氣退火時(shí)，平滑表面。此外，通過(guò)向外擴(kuò)散含有的硼濃度降低，層10形成為P-型單晶半導(dǎo)體層。這就是與所謂的P-外延晶片相同質(zhì)量的晶片。如果確實(shí)不需要進(jìn)行向外擴(kuò)散，即使通過(guò)拋光或短時(shí)氫氣退火平滑表面，那么也可以形成和P-外延晶片相同質(zhì)量的晶片。外延層可以外延生長(zhǎng)在層10上。
此外，當(dāng)除去層10時(shí)，得到與初始晶片相同的體晶片(圖5H)。
此外，如圖5I所示，在剝離后的晶片1的表面上進(jìn)行外延生長(zhǎng)處理之后，形成由無(wú)孔P型單晶半導(dǎo)體組成的外延層7作為外延晶片。即，由兩個(gè)晶片得到一個(gè)SOI晶片和一個(gè)外延晶片或體晶片。所述非SOI晶片可以轉(zhuǎn)用或作為其它用途賣(mài)掉，不必再用于制造SOI晶片。
下面參考圖15A到15H介紹由兩個(gè)硅晶片制造一個(gè)SOI晶片和一個(gè)外延晶片情況中的優(yōu)點(diǎn)。
如圖15A所示，外延硅層3形成在體硅襯底1上。
接下來(lái)，如圖15B所示，對(duì)部分外延層3進(jìn)行陽(yáng)極氧化，由此使它多孔，形成多孔層4(分離層)。然后，在多孔層4上形成為SOI晶片有源層的無(wú)孔單晶硅層5(圖15C)。此外，形成為SOI晶片的絕緣膜一部分的氧化膜6(圖15D)。此時(shí)，如圖所示，氧化膜也形成在硅襯底1的表面上。第二硅晶片2鍵合于其上(圖15E)。在所述鍵合中，在氧化氣氛中進(jìn)行熱處理，由此增加鍵合強(qiáng)度，硅襯底1表面上的氧化膜也變厚。此后，鍵合的襯底分離(圖15F)，除去剩余的多孔層41和42，由此可以得到SOI晶片(圖15G)和外延晶片(圖15H)。
在工藝步驟中，使用用于形成裝置(apparatus)的外延晶片，以防止雜質(zhì)從晶片擴(kuò)散到外部，同時(shí)氧化膜作為背部屏蔽層粘貼到表面，特別是粘貼到襯底的背面。
根據(jù)以上提到的步驟，即使不進(jìn)行有別于其它步驟的形成背部屏蔽層的步驟，所述背部保護(hù)層也可以在制造SOI晶片的一連串步驟中形成。由此，可以很有效地制造外延晶片。
特別是，通過(guò)一連串SOI晶片制造步驟得到的外延晶片(圖15H)的背表面氧化膜的厚度優(yōu)選控制在10nm到10μm，優(yōu)選100nm到3μm。
在圖15A到15H中，介紹了使用陽(yáng)極氧化形成分離層的情況。當(dāng)利用通過(guò)離子注入形成的微氣泡層制造SOI晶片時(shí)，與含有兩個(gè)氧化步驟(在離子注入之前在硅晶片的表面上形成保護(hù)膜的氧化步驟和增加鍵合強(qiáng)度的氧化步驟)的分離步驟的同時(shí)可以得到具有背部屏蔽層的外延晶片。
(實(shí)施例4)圖6A到6G示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例晶片制造方法的示意圖。
首先，在圖6A中，提供由如CZ硅晶片、FZ硅晶片等體晶片組成的第一晶片1。根據(jù)需要氧化第一晶片的表面，由此形成絕緣層6。然后，在圖6B中，注入選自氫、氮和稀有氣體的離子，為分離層含有微腔(微氣泡或微腔)的層14形成在預(yù)定的深度。由此，具有單晶半導(dǎo)體的無(wú)孔層5的第一部件形成在分離層14上。
在圖6C中，第一晶片1的絕緣層6的表面和第二晶片2的表面相互鍵合形成多層結(jié)構(gòu)。第二晶片可以是其上露出半導(dǎo)體，如氧化膜等的絕緣膜形成在它的表面上的晶片。此外，可以使用如石英玻璃等的絕緣透光襯底代替第二晶片。所述鍵合在室溫下進(jìn)行。在鍵合期間，在室溫下相互接觸后熱處理這些晶片的表面，以增加鍵合強(qiáng)度，可以用通過(guò)陽(yáng)極鍵合相互鍵合。此外，當(dāng)相互接觸時(shí)，可以同時(shí)進(jìn)行熱處理。此外，在鍵合步驟中，進(jìn)行熱處理等的同時(shí)，可以對(duì)它們施加壓力，使它們相互更緊密地接觸。此外，鍵合層可以插在這些面之間用于鍵合。而且，優(yōu)選預(yù)先使用氧、氮、硅、氫、稀有氣體等對(duì)一對(duì)鍵合面的至少一面進(jìn)行等離子體處理激活鍵合面。
在圖6D中，使用以上提到的方法在分離層14分離多層結(jié)構(gòu)。在所述方法中，當(dāng)圖6C中的熱處理期間溫度設(shè)置在400℃以上時(shí)，分離現(xiàn)象與鍵合同時(shí)發(fā)生。優(yōu)選溫度范圍在400℃到600℃。
剝離的第一晶片1的無(wú)孔部分保持為晶片形狀，分離層14的剩余部分141位于分離面上。另一方面，由第一晶片轉(zhuǎn)移的無(wú)孔層5和絕緣層6一起提供在第二晶片2上。分離層14的剩余部分142位于分離面上。
在圖6E中，除去多孔層的剩余部分142。此時(shí)，以低拋光速率拋光該部分，然后進(jìn)行氫氣退火。此外，可以不拋光剩余部分142進(jìn)行氫氣退火除去它，同時(shí)，進(jìn)行平滑處理。由此得到大大增值的SOI晶片。
在圖6F中，通過(guò)拋光、濕腐蝕或氫氣退火等除去剝離后晶片1(半導(dǎo)體襯底)上的剩余部分141，并平滑。由此得到體晶片。此外，如圖6G所示，根據(jù)需要在剝離后的晶片1的表面上進(jìn)行外延生長(zhǎng)，由此形成由無(wú)孔P型單晶半導(dǎo)體組成的外延層7。此時(shí)得到外延晶片。
使用高濃度的P型晶片作為第一晶片1，使用P-單晶層作為外延層7，由此形成圖6G中所示的P-外延/P+襯底。在圖6E中，當(dāng)進(jìn)行氫氣退火時(shí)，高濃度的P+層5通過(guò)向外擴(kuò)散的硼得到低濃度的SOI晶片(P-層)。P-外延/P+襯底可以轉(zhuǎn)用為除制造以上提到的SOI晶片以外的各種用途。
(實(shí)施例5)圖7A到7I示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例晶片制造方法的示意圖。
首先，在圖7A中，提供由如CZ硅晶片、FZ硅晶片等體晶片組成的第一晶片1；使用外延生長(zhǎng)處理在表面上形成單晶半導(dǎo)體層3。
接下來(lái)，根據(jù)需要氧化第一晶片1的外延層3的表面，由此形成絕緣層6(圖7B)。然后，注入選自氫、氮和稀有氣體的離子，以便為分離層含有微腔的層14形成在預(yù)定的深度。由此，具有單晶半導(dǎo)體的無(wú)孔層5留在分離層14上，由此形成第一部件(圖7C)。
此時(shí)，優(yōu)選離子注入到外延層3內(nèi)，以便無(wú)孔外延層10留在分離層14下，厚度約10nm到20μm。
在圖7D中，第一晶片1的絕緣層6的表面和第二晶片2的表面相互鍵合形成多層結(jié)構(gòu)。使用如CZ硅晶片、FZ硅晶片等的體晶片作為第二晶片2。第二晶片可以是其上露出半導(dǎo)體，絕緣膜形成在它的表面上的晶片。此外，可以使用如石英玻璃等的絕緣透光襯底代替第一晶片。所述鍵合在室溫下進(jìn)行。在鍵合期間，在室溫下相互接觸后熱處理這些晶片的表面，以增加鍵合強(qiáng)度，它們可以用通過(guò)陽(yáng)極鍵合相互鍵合。此外，當(dāng)它們相互接觸時(shí)，可以同時(shí)進(jìn)行熱處理。此外，在鍵合步驟中，進(jìn)行熱處理等的同時(shí)，可以對(duì)它們施加壓力，使它們相互更緊密地接觸。此外，鍵合層可以插在這些面之間用于鍵合。而且，優(yōu)選預(yù)先使用氧、氮、硅、氫、稀有氣體等對(duì)一對(duì)鍵合面的至少一面進(jìn)行等離子體處理激活鍵合面。
在圖7E中，使用以上提到的方法在分離層14分離多層結(jié)構(gòu)。在所述方法中，當(dāng)步驟S43中的熱處理溫度設(shè)置在400℃到600℃時(shí)，分離現(xiàn)象與鍵合同時(shí)發(fā)生。
剝離的第一晶片1保持為晶片形狀，同時(shí)它的厚度沒(méi)有減小，分離層14的剩余部分141位于分離面上。另一方面，由第一晶片轉(zhuǎn)移的無(wú)孔層5和絕緣層6一起提供在第二晶片2上。分離層14的剩余部分142位于分離面上。在圖7F中，除去剩余部分142。此時(shí)，以低拋光速率拋光部分，然后進(jìn)行氫氣退火。此外，可以不拋光進(jìn)行氫氣退火，同時(shí)，進(jìn)行平滑處理，除去剩余部分142。由此得到大大增值的SOI晶片。
在圖7G中，通過(guò)拋光、濕腐蝕或氫氣退火除去剝離后晶片1(半導(dǎo)體襯底)上的剩余部分141，并平滑。此時(shí)，保留在圖7C中形成的外延層10。當(dāng)在此狀態(tài)中進(jìn)行氫氣退火時(shí)，表面變平滑。此外，如果硼濃度高，那么可以通過(guò)向外擴(kuò)散降低含有的硼濃度，層10形成為P-型單晶半導(dǎo)體層。
此外，當(dāng)除去外延層10時(shí)，得到與初始晶片相同的體晶片(圖7H)。
此外，如圖7I所示，在剝離后的晶片1的表面上進(jìn)行外延生長(zhǎng)處理之后，形成由無(wú)孔P型單晶半導(dǎo)體組成的外延層7。于是得到外延晶片。即，由兩個(gè)晶片得到一個(gè)SOI晶片和一個(gè)體晶片或外延晶片。所述非SOI晶片可以用做除制造SOI晶片之外的其它用途。
使用高濃度的P型晶片作為第一晶片1，使用P-單晶層作為外延層7，由此形成步驟S47的P-外延/P+襯底。在步驟S45中，當(dāng)進(jìn)行氫氣退火時(shí)，高濃度的P+層5通過(guò)向外擴(kuò)散的硼得到低濃度的SOI晶片(P-層)。
(實(shí)施例6)使用例如硅晶片等的半導(dǎo)體襯底作為第一襯底。在半導(dǎo)體襯底上，通過(guò)CVD或分子束外延生長(zhǎng)法形成與異質(zhì)外延生長(zhǎng)的襯底不同的材料構(gòu)成半導(dǎo)體層。所述半導(dǎo)體為SiGe或Ge。
另一方面，使用硅晶片作為第二襯底。
如氧化膜等的絕緣膜形成在半導(dǎo)體層的表面和/或第二襯底的表面中的至少一個(gè)上。
第一和第二襯底相互鍵合，得到多層結(jié)構(gòu)。
在由此得到的多層結(jié)構(gòu)中，應(yīng)力集中在異質(zhì)界面處，即第一襯底和半導(dǎo)體層之間的界面，由此在所述界面容易剝離多層結(jié)構(gòu)。
因此，當(dāng)能量施加到以上提到的分離處時(shí)，它引起多層結(jié)構(gòu)的分離，半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。分離面在某種程度上卷曲，根據(jù)需要進(jìn)行平滑。由此，由兩個(gè)硅晶片得到一個(gè)SOI晶片和一個(gè)硅晶片(或外延晶片，如果在其上進(jìn)行外延生長(zhǎng))。使用由此得到的硅晶片用于除以上提到的步驟之外的用途，由此SOI晶片制造可以總是使用新硅晶片。
(實(shí)施例7)圖8A到8G示出了根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例晶片制造方法的示意圖。
首先，在圖8A中，使用由P型硅晶片組成的第一晶片1。然后，通過(guò)外延生長(zhǎng)形成雜質(zhì)濃度低于第一晶片的外延層31和雜質(zhì)濃度高于外延層31的外延層32。對(duì)于P型硅晶片，制備硼濃度為1×1017cm-3到1×1020cm-3電阻率為0.001到0.5歐姆·厘米的高濃度P型硅晶片。
需要外延層32的雜質(zhì)濃度高于外延層31的雜質(zhì)濃度。外延層32的電阻率設(shè)置為低于外延層31的電阻率。具體地，外延層31的電阻率設(shè)置為0.02到10,000歐姆·厘米，優(yōu)選0.1到100歐姆·厘米。外延層32的電阻率設(shè)定為0.001-0.1歐姆·厘米，較好是0.005到0.02歐姆·厘米。
在圖8B種，中途對(duì)第一晶片1的外延半導(dǎo)體層32和外延層31進(jìn)行陽(yáng)極氧化，由此使它們多孔，形成多孔層4。即使陽(yáng)極氧化期間電流不變，當(dāng)使用具有不同雜質(zhì)濃度的外延層時(shí)，可以形成具有多孔程度不同的多孔層。在多孔層4中，外延半導(dǎo)體層31的多孔部分更多孔，比半導(dǎo)體層32的孔更易受到損壞。此時(shí)，層制成多孔，由此無(wú)孔層10留在多孔層4下，其厚度約100nm到20μm。
下面更詳細(xì)地介紹具有不同雜質(zhì)濃度的外延層。
改變組分、雜質(zhì)濃度、以及外延生長(zhǎng)層的類(lèi)型中的至少一個(gè)，(在本實(shí)施例中，改變雜質(zhì)濃度)，由此形成具有兩個(gè)或多個(gè)外延生長(zhǎng)層的結(jié)構(gòu)。當(dāng)在所述外延生長(zhǎng)層中形成的多孔層制成多孔時(shí)，該層具有兩個(gè)或多個(gè)具有不同結(jié)構(gòu)的層，多孔層中的分離位置可以在以后介紹的后鍵合分離步驟中確定。
需要多孔結(jié)構(gòu)在它的表面上有低密度的多孔層，內(nèi)部有高密度的多孔層。需要表面上的低密度多孔層以提高以后將形成的無(wú)孔單晶層的結(jié)晶性。位于其中的高密度多孔層為機(jī)械易碎層，在分離步驟中，優(yōu)選主要在高密度多孔層或在高密度多孔層和相鄰層之間的界面進(jìn)行分離。
在形成多孔層之前，預(yù)先在外延生長(zhǎng)層中形成與以上具有不同組分、雜質(zhì)濃度、類(lèi)型等的層，由此在形成多孔層的陽(yáng)極氧化期間，可以不特別改變形成多孔層的條件，形成至少以上提到的低和高密度多孔層。
當(dāng)在陽(yáng)極氧化溶液中放置多個(gè)第一襯底以形成多孔層時(shí)，硅晶片已放置在陽(yáng)極側(cè)作為屏蔽(shield)晶片，以防止從陽(yáng)極洗脫的金屬離子沉積到第一襯底的背面。當(dāng)通過(guò)改變電流密度形成兩個(gè)或多個(gè)多孔層時(shí)，可以在屏蔽晶片的表面上形成類(lèi)似的結(jié)構(gòu)。如果所述屏蔽晶片使用n次，那么2n層的多孔層形成在屏蔽晶片中。多孔層變得極為不穩(wěn)定。例如在屏蔽晶片上形成的多孔部分已剝離n+1次，有時(shí)擴(kuò)散在容器中。特別是，當(dāng)交替形成低和高密度多孔時(shí)，機(jī)械強(qiáng)度比在恒定形成條件下形成具有相同厚度的多孔層的情況中降低的更顯著。即，屏蔽晶片的使用有限。然而，根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)預(yù)先在第一襯底的表面上形成的外延生長(zhǎng)層的結(jié)構(gòu)可以確定第一襯底的多孔層的兩層或多層結(jié)構(gòu)。由此，施加到屏蔽晶片的電流可以恒定不變，屏蔽晶片的使用壽命可以延長(zhǎng)。
兩層或多層結(jié)構(gòu)可以提供用于多孔層的結(jié)構(gòu)。特別是，高密度的多孔層可以由表面形成為第二層，第二低密度多孔層可以形成于其下。此時(shí)，即使在分離期間引入缺陷，也可以在除去多孔層的隨后步驟中除去多孔層中的所述缺陷，缺陷不會(huì)留在第一襯底中。由此，當(dāng)形成三層或多層結(jié)構(gòu)的多孔層時(shí)，在外延生長(zhǎng)的層中形成適合于這些多孔層具有不同的組分、雜質(zhì)濃度以及類(lèi)型的層。
然后，在圖8C中，無(wú)孔層5形成在多孔層4上，形成第一部件。形成無(wú)孔層5的方法包括通過(guò)氫氣退火封閉多孔層4的孔使上表面多孔，或通過(guò)外延生長(zhǎng)形成無(wú)孔單晶層。根據(jù)需要氧化無(wú)孔層5的表面，由此在無(wú)孔層5上形成絕緣層6。代替熱氧化，可以通過(guò)CVD或?yàn)R射等形成絕緣層6。在本實(shí)施例中，外延半導(dǎo)體層31的多孔部分用做分離層。
在圖8D中，第一晶片1的絕緣層6的表面和第二晶片2的表面相互鍵合形成多層結(jié)構(gòu)。提供由如CZ硅晶片和FZ硅晶片等的體晶片組成為第二部件的第二晶片2。第二晶片可以是其上露出半導(dǎo)體或絕緣膜形成在它的表面上的晶片。此外，可以使用如石英玻璃等的絕緣透光襯底代替第二晶片。在鍵合期間，在室溫下熱處理這些晶片的表面，相互接觸以增加鍵合強(qiáng)度，可以用通過(guò)陽(yáng)極鍵合相互鍵合。此外，當(dāng)相互接觸時(shí)，可以同時(shí)進(jìn)行熱處理。此外，在鍵合步驟中，進(jìn)行熱處理等的同時(shí)，可以對(duì)它們施加壓力，使它們相互更緊密地接觸。
此外，優(yōu)選預(yù)先使用氧、氮、硅、氫、稀有氣體等對(duì)一對(duì)鍵合面的至少一面進(jìn)行等離子體處理激活鍵合面。此外，鍵合層可以插在這些面之間用于鍵合。
在圖8E中，通過(guò)以上提到的方法在分離層處(外延半導(dǎo)體層31的多孔部分)分離多層結(jié)構(gòu)。剝離的第一晶片的無(wú)孔部分保持為晶片形狀，在分離面上(外延半導(dǎo)體層31的多孔部分的一部分)有多孔層的剩余部分41。另一方面，從第一晶片轉(zhuǎn)移的無(wú)孔層5和絕緣層6一起提供在第二晶片2上。在它的分離面上(外延層32的多孔部分的一部分和外延層31的多孔部分)有多孔層的剩余部分42。
在圖8F中，除去多孔層的剩余部分42。當(dāng)剩余部分42的厚度較厚時(shí)，氟酸、過(guò)氧化氫和醇的混合物用做腐蝕劑，通過(guò)對(duì)它進(jìn)行選擇性濕腐蝕除去剩余部分42，然后，通過(guò)氫氣退火平滑表面。當(dāng)剩余部分42的厚度很薄，那么通過(guò)氫氣退火不進(jìn)行濕腐蝕除去剩余部分42，除去剩余部分42時(shí)，同時(shí)進(jìn)行平滑處理。由此，得到大大增值的SOI晶片。
在圖8G中，通過(guò)拋光、濕腐蝕和氫氣退火除去剝離后晶片1(半導(dǎo)體襯底)上的剩余部分41，并平滑。
此時(shí)，無(wú)孔層(外延層)留在晶片1上，得到外延晶片。當(dāng)分離后需要除P型硅晶片之外的晶片位于襯底上作為外延晶片時(shí)，可以使用需要的硅晶片(例如，P-或N型)。
在這些步驟中，可以形成兩個(gè)或多個(gè)外延半導(dǎo)體層31。例如，當(dāng)形成兩個(gè)外延半導(dǎo)體層時(shí)，以外延半導(dǎo)體層31’和31”(總稱(chēng)31)的順序形成。外延半導(dǎo)體層制成多孔，從表面上的外延半導(dǎo)體層32進(jìn)行。直到至少單晶半導(dǎo)體層31”制成多孔，層制成多孔，由此部分外延半導(dǎo)體層31’保留沒(méi)有制成多孔。因此，在層31’制成多孔的中途，外延半導(dǎo)體層31’、多孔層41’(通過(guò)使部分外延半導(dǎo)體層31’多孔得到的層)、多孔層41”(通過(guò)使外延半導(dǎo)體層31”多孔得到的層)、以及多孔層42(通過(guò)使單晶半導(dǎo)體層32多孔得到的層)以此順序形成在第一晶片1上。此外，當(dāng)單晶半導(dǎo)體層31”和單晶半導(dǎo)體層31’之間的界面制成多孔時(shí)，不存在多孔層41’(通過(guò)使單個(gè)半導(dǎo)體層31’多孔得到的層)。外延層32良好質(zhì)量的外延層(SOI)形成在所述多孔層上。
外延層31’沒(méi)有制成多孔的剩余層變?yōu)榈诙雽?dǎo)體襯底的外延層。
外延層31”在如此形成的多孔層的內(nèi)部或它的上或下界面處進(jìn)行分離。
在圖8G中，通過(guò)拋光、濕腐蝕和氫氣退火除去剝離后晶片1(半導(dǎo)體襯底)上的剩余部分41，并平滑。此時(shí)，在圖8A中形成的外延層10(初始的單晶半導(dǎo)體層31)保留。當(dāng)在此狀態(tài)中進(jìn)行氫氣退火時(shí)，表面被平整。當(dāng)含有的硼濃度高于需要的濃度時(shí)，通過(guò)向外擴(kuò)散降低硼濃度，層10形成為P-型單晶半導(dǎo)體層。
這就是與所述P-外延晶片相同質(zhì)量的晶片。所述層的硼濃度基本上等于初始外延半導(dǎo)體層31的硼濃度。該層在表面(多孔層42)附近的區(qū)域中制成多孔，并作為分離層。由此，存在它的硼濃度與P-外延晶片的硼濃度不匹配的可能性。此時(shí)，如上所述，設(shè)置具有不同硼濃度的兩層或多層外延半導(dǎo)體層31，由此通過(guò)分成具有優(yōu)化的硼濃度使它多孔用于分離的的層(31”)和具有優(yōu)化的硼濃度用于P-外延晶片形成這些層。如果不需要確實(shí)地進(jìn)行向外擴(kuò)散，即使通過(guò)拋光或短時(shí)氫氣退火平滑表面，也可以形成和P-外延晶片相同質(zhì)量的晶片。由此，可以由兩個(gè)晶片得到大大增值的一個(gè)SOI晶片和一個(gè)外延晶片。所述外延晶片可以轉(zhuǎn)用或作為除制造SOI晶片之外各種用途的晶片賣(mài)出，由此可以構(gòu)成經(jīng)濟(jì)有利的SOI晶片的制造工藝。此外，可以總是使用新晶片制造SOI晶片，由此可以增加制造效率。
(實(shí)施例8)圖9A到9G示出了根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施例晶片制造方法的示意圖。
首先，在圖9A中，提供由P型硅晶片組成的第一晶片1。然后，通過(guò)外延生長(zhǎng)在它的表面上形成第一導(dǎo)電類(lèi)型(例如P-)的第一電阻率的外延層31和第二導(dǎo)電類(lèi)型(例如n)的第二電阻率的外延層32。在本實(shí)施例中，外延層32形成為SOI晶片上的有源層，外延層31形成為外延晶片上的有源層。通過(guò)一連串的外延生長(zhǎng)步驟制造各有源層。外延層31和32可以為相同的導(dǎo)電類(lèi)型(P型或N型)，電阻率可以相同不必特別改變(即，可以形成單外延層)。單晶半導(dǎo)體層31和32最后形成為外延晶片和如SOI等晶片的表面半導(dǎo)體層，由此，根據(jù)各用途優(yōu)選適宜的導(dǎo)電類(lèi)型和雜質(zhì)濃度。優(yōu)選使用高濃度的P型硅晶片作為第一晶片。
在圖9B中，熱氧化第一晶片的外延層32的表面，由此形成絕緣層6(圖9C)。接下來(lái)，注入選自氫、氮、或稀有氣體的離子，在預(yù)定的深度形成含有微腔為分離層的層14。確定分離層的位置，以便單晶半導(dǎo)體32的至少一部分(無(wú)孔層5)留在分離層14上，此外，單晶半導(dǎo)體31的至少一部分(無(wú)孔層10)留在分離層14下。由此，形成第一部件。
此時(shí)，優(yōu)選注入離子到外延層31和/或外延層32內(nèi)，以便無(wú)孔外延層10(外延層31的一部分)留在分離層14下面，厚度為10nm到20μm。這里，顯示了形成分離層14以便外延層31和32之間的界面存在于分離層14中的情況(即，分離層形成在外延層31和32之間的方式)。
在圖9D中，第一晶片1的絕緣層6的表面和第二晶片2的表面相互鍵合形成多層結(jié)構(gòu)。由如CZ硅晶片和FZ硅晶片等的體晶片組成為第二部件的第二晶片可以是其上露出半導(dǎo)體或絕緣膜形成在它的表面上的晶片。此外，可以使用如石英玻璃等的絕緣透光襯底代替第二晶片。這些表面在室溫下彼此鍵合。在鍵合期間，在室溫下熱處理這些晶片的表面，相互接觸以增加鍵合強(qiáng)度，或可以用通過(guò)陽(yáng)極鍵合相互鍵合。此外，當(dāng)這些表面相互接觸時(shí)，可以同時(shí)進(jìn)行熱處理。此外，在鍵合步驟中，進(jìn)行熱處理等的同時(shí)，可以對(duì)它們施加壓力，使它們相互更緊密地接觸。此外，鍵合層可以插在這些面之間用于鍵合。此外，優(yōu)選預(yù)先使用氧、氮、硅、氫、稀有氣體等對(duì)一對(duì)鍵合面的至少一面進(jìn)行等離子體處理激活鍵合面。
在圖9E中，通過(guò)以上的方法在分離層14處分離多層結(jié)構(gòu)。在本例的方法中，當(dāng)在圖9D所示的熱處理期間將溫度設(shè)置在400℃以上優(yōu)選400到600℃時(shí)，在鍵合的同時(shí)發(fā)生分離現(xiàn)象。
剝離的第一晶片1保持晶片形狀，厚度沒(méi)有減少，分離層14的剩余部分141位于分離面上。另一方面，由第一晶片轉(zhuǎn)移的無(wú)孔層5和絕緣層6一起提供在第二晶片2上，分離層14的剩余部分142位于它的分離面上。在圖9F中，除去剩余部分142。通過(guò)拋光、濕腐蝕、氫氣退火等除去剩余部分141，并平滑。由此得到大大增值的SOI晶片。
在圖9F中，除去剩余部分142。此時(shí)，以低拋光速率拋光部分，然后進(jìn)行氫氣退火。此外，可以進(jìn)行氫氣退火不拋光，可以在除去剩余部分142的同時(shí)進(jìn)行平滑處理。由此得到大大增值的SOI晶片。
在圖9G中，通過(guò)拋光、濕腐蝕、氫氣退火等除去剝離后晶片1(半導(dǎo)體襯底)上的剩余部分141，并平滑。此時(shí)，在圖9A中形成的外延層10保留。當(dāng)在此狀態(tài)中進(jìn)行氫氣退火時(shí)，表面變平滑。此外，通過(guò)向外擴(kuò)散降低了硼濃度，由此可以使用層10作為P-型單晶半導(dǎo)體層。由此可以由兩個(gè)晶片得到一個(gè)SOI晶片和一個(gè)外延晶片(例如，P-外延層形成在P+襯底上的晶片)。
下面介紹適合于進(jìn)行以上實(shí)施例7和8的制造方法的制造系統(tǒng)(制造設(shè)備)。
圖13為制造系統(tǒng)的一個(gè)例子的示意圖。圖13的制造系統(tǒng)與圖6A到6G的制造系統(tǒng)僅部分不同，由此與圖6A到6G相同的單元用相同的參考數(shù)字表示，在這里省略了介紹。
圖13的制造系統(tǒng)與圖6A到6G的制造系統(tǒng)的不同之處在于外延層形成在第一襯底(晶片)1上，然后送到具有陽(yáng)極氧化裝置、外延生長(zhǎng)裝置、離子注入裝置、氧化裝置等的一組處理裝置51中，即當(dāng)在一組裝置54中平滑剝離的第一襯底后，完成了外延晶片21(即，不需要進(jìn)行新的外延生長(zhǎng)形成外延層)。
(制造系統(tǒng))下文中介紹適合于進(jìn)行本發(fā)明的制造方法的制造系統(tǒng)(制造設(shè)備)。
圖10為制造系統(tǒng)的一個(gè)例子的示意圖。如圖所示，第一襯底(晶片)1送到具有陽(yáng)極氧化裝置、外延生長(zhǎng)裝置、離子注入裝置、氧化裝置等的一組處理裝置51中，進(jìn)行以上提到的步驟S2等。
分離層形成其上的第一襯底1送到一組鍵合裝置52中，在其中與第二襯底(晶片)2鍵合，得到多層結(jié)構(gòu)。
多層結(jié)構(gòu)送到含有至少一個(gè)噴水裝置、突起處理裝置、楔子插入裝置等的一組分離裝置53，并在其中分離。
剝離后的第二襯底送到含有腐蝕裝置、拋光裝置、熱處理裝置等的一組分離層除去和表面平滑裝置54中。然后對(duì)襯底進(jìn)行處理，完成SOI晶片20。
另一方面，剝離的第一襯底在一組裝置54中平滑，并完成作為體晶片，或送到外延生長(zhǎng)裝置55。然后，進(jìn)行外延生長(zhǎng)處理，完成外延晶片21，當(dāng)在第一襯底1上進(jìn)行外延生長(zhǎng)時(shí)，進(jìn)行分離的同時(shí)得到外延晶片，由此可以停止使用外延生長(zhǎng)裝置55。
這些SOI晶片20和外延晶片21(或體晶片)送到一組檢查和分析裝置56；測(cè)量膜厚度分布、異物顆粒密度、和缺陷密度等；在一組裝運(yùn)包裝設(shè)備57中包裝晶片，然后裝運(yùn)。外延晶片21被轉(zhuǎn)用或作為除用做第一襯底1或第二襯底2之外的其它各種用途的晶片賣(mài)出。參考數(shù)字58表示保持區(qū)域；參考數(shù)字59表示運(yùn)送晶片的清潔區(qū)域。由此，使用兩個(gè)晶片，可以制造一個(gè)SOI晶片和一個(gè)外延晶片(或體晶片)?？梢钥偸褂眯戮圃霺OI晶片。通過(guò)將晶片轉(zhuǎn)用為其它的用途并將通常在相同的工藝中已重新利用或拋棄的晶片賣(mài)出，可以構(gòu)成有效的半導(dǎo)體制造工藝。
圖11示出了圖10系統(tǒng)的部分修改，其中分別檢查得到的SOI晶片20和外延晶片21(或體晶片)以便包裝。
此時(shí)，當(dāng)需要外延晶片21與得到的SOI晶片20有相同的質(zhì)量時(shí)，外延晶片21(或體晶片)不能再用做第一襯底1或第二襯底2。由此，可以由兩個(gè)晶片制造一個(gè)SOI晶片和一個(gè)外延晶片。構(gòu)成了具有有效晶片利用率的制造工藝。
圖12為確定剝離后第一晶片轉(zhuǎn)用用途的檢查步驟的流程圖。
如圖12所示，首先測(cè)量剝離后晶片表面上的異物(步驟S50)。當(dāng)不能測(cè)量表面上的異物或低于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，根據(jù)第一標(biāo)準(zhǔn)(低標(biāo)準(zhǔn))測(cè)量表面粗糙度(步驟S51)。當(dāng)滿(mǎn)足表面粗糙度的第一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，根據(jù)第二標(biāo)準(zhǔn)(高標(biāo)準(zhǔn))測(cè)量表面粗糙度(步驟S52)。當(dāng)滿(mǎn)足表面粗糙度的第二標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，進(jìn)行邊緣部分判斷(步驟S53)。如果邊緣部分沒(méi)有問(wèn)題，那么制造第一晶片，第一晶片用做裝置晶片、外延晶片、或高質(zhì)量的假晶片(步驟S54)。
當(dāng)表面上的異物超過(guò)步驟S50中的測(cè)量值時(shí)，或表面粗糙度不滿(mǎn)足步驟S51中的第一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，進(jìn)行如重新清洗、重新拋光等的表面量新處理(步驟S55)。表面處理之后，在步驟S50到S54中再次檢查晶片，或如果需要用做假晶片(步驟S56)。此外，如果表面粗糙度不滿(mǎn)足步驟S52中的第二標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，晶片用做假晶片(步驟S56)。
如果在步驟S53中存在邊緣判斷的問(wèn)題，那么進(jìn)行如邊緣拋光等的邊緣重新處理(步驟S57)。制備對(duì)邊緣沒(méi)有規(guī)格要求的晶片，并用做裝置晶片、外延晶片、或高質(zhì)量的假晶片(步驟S54)。
下面介紹適合于進(jìn)行以上實(shí)施例7和8的制造方法的制造系統(tǒng)(制造設(shè)備)。
圖13為制造系統(tǒng)的一個(gè)例子的示意圖。圖13的制造系統(tǒng)與圖10的制造系統(tǒng)僅部分不同，由此與圖10相同的單元用相同的參考數(shù)字表示，在這里省略了介紹。
圖13的制造系統(tǒng)與圖10的制造系統(tǒng)的不同之處在于外延層形成在第一襯底(晶片)1上，然后送到具有陽(yáng)極氧化裝置、外延生長(zhǎng)裝置、離子注入裝置、氧化裝置等的一組處理裝置51中，即當(dāng)在一組裝置54中平滑剝離的第一襯底時(shí)，完成了外延晶片21(即，不需要進(jìn)行新的外延生長(zhǎng)形成外延層)。
圖14示出了圖13系統(tǒng)的部分修改圖，其中分別檢查得到的SOI晶片20和外延晶片21(或體晶片)，并包裝。圖14的制造系統(tǒng)與圖11的制造系統(tǒng)的不同之處在于外延層形成在第一襯底(晶片)1上，然后送到具有陽(yáng)極氧化裝置、外延生長(zhǎng)裝置、離子注入裝置、氧化裝置等的一組處理裝置51中，即當(dāng)在一組裝置54中平滑剝離的第一襯底時(shí)，完成了外延晶片21(即，不需要進(jìn)行新的外延生長(zhǎng)形成外延層)。
確定剝離后第一晶片轉(zhuǎn)用用途的檢查步驟與圖12中的流程圖相同。
現(xiàn)在借助例子介紹本發(fā)明。
在下面的例子中，應(yīng)該注意80乇等于SI單位系統(tǒng)中的約1.07×104帕。類(lèi)似地，760乇等于約1.01×105帕，0.5l/min等于約0.0083L/S，180l/min等于3L/S，0.2l/min等于約0.0033L/S。
(例1)在HF溶液中陽(yáng)極氧化電阻率在0.01和0.02歐姆·厘米之間的第一P型單晶硅襯底。
陽(yáng)極氧化的條件列出如下電流密度7(mA·cm-2)陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1
時(shí)間11(分鐘)多孔硅的厚度12(μm)多孔硅也用做分離層形成高質(zhì)量的外延硅層。因此，它為多功能層。注意多孔硅層的厚度為選自0.1和600μm范圍之間的值。
然后在氧化氣氛中400℃下氧化襯底1小時(shí)。氧化的結(jié)果，多孔硅層的孔的內(nèi)壁由熱氧化膜覆蓋。然后，使單晶硅外延生長(zhǎng)到0.3μm的厚度。外延生長(zhǎng)的條件列出如下。注意在生長(zhǎng)單晶硅的工藝之前可以進(jìn)行以上介紹的氫氣烘焙工藝、提供少量原材料的工藝以及高溫烘焙工藝。
源氣體 SiH2Cl2/H2氣體流速 0.5/180l/min氣壓 80Torr溫度 950℃生長(zhǎng)速度 0.15μm/min然后，通過(guò)熱氧化在外延硅層的表面上形成100nm厚的SiO2層。
此后，與已除去自然氧化膜的表面具有相同直徑的硅晶片接觸該硅晶片，并通過(guò)熱處理鍵合在一起，制成多層結(jié)構(gòu)。
堅(jiān)硬材料的楔子從側(cè)面打入多層結(jié)構(gòu)內(nèi)，以剝離多層結(jié)構(gòu)，并從多層結(jié)構(gòu)上除去第一襯底。剝離的結(jié)果，外延層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。
通過(guò)濕腐蝕除去留在外延層上的多孔層，對(duì)第二襯底進(jìn)行氫氣退火處理得到SOI晶片。然后使用SOI晶片制備完全耗盡型薄膜晶體管。
另一方面，拋光剝離的第一襯底的露出表面，除去殘留的多孔層并平滑得到體晶片，然后可以用于制造CMOS邏輯電路。
還可以通過(guò)以下面介紹的方式使用得到的體晶片制備太陽(yáng)能電池。
首先，通過(guò)陽(yáng)極氧化形成多孔層之后，生長(zhǎng)外延層5，如圖16A所示。
具體地，以下面介紹的方式進(jìn)行半導(dǎo)體膜5的外延生長(zhǎng)。在常壓下硅外延生長(zhǎng)系統(tǒng)中，使用SiH4氣體和B2H6氣體，用硼B(yǎng)摻雜第一半導(dǎo)體層503的P+硅3分鐘，得到1019atom/cm3的硼濃度，通過(guò)外延生長(zhǎng)形成P+硅的第一半導(dǎo)體層503。然后，通過(guò)改變B2H6氣體的流速，用硼B(yǎng)摻雜第二半導(dǎo)體層502的P-硅10分鐘得到1016atom/cm3的低濃度硼，在相同的系統(tǒng)中形成第二半導(dǎo)體層502。此后，也通過(guò)使用PH3代替B2H6氣體，用磷摻雜第三半導(dǎo)體層501的n+硅4分鐘得到1019atom/cm3的低濃度磷，在P-外延半導(dǎo)體層502上形成第三半導(dǎo)體層501。由此從第一到第三外延半導(dǎo)體層501到503得到的半導(dǎo)體膜5顯示出P+/P-/n+結(jié)構(gòu)。
然后，在此例中，通過(guò)表面熱氧化在半導(dǎo)體膜5上形成透明SiO2絕緣膜80，并使用光刻技術(shù)進(jìn)行圖形腐蝕操作，使它接觸電極或布線(xiàn)81。布線(xiàn)81有許多條，以需要的間隔排列在垂直于圖的方向中相互平行延伸。
通過(guò)蒸發(fā)，依次淀積30nm、50nm和100nm各厚度的鈦膜、鈀膜和銀，此后用銀電鍍表面，電極或布線(xiàn)81的每一個(gè)由金屬膜制備為多層膜。然后在400℃退火得到的多層膜20到30分鐘。
然后，金屬線(xiàn)導(dǎo)體82鍵合到條形電極的每一個(gè)的表面，或沿對(duì)應(yīng)的線(xiàn)81和透明襯底83延伸的布線(xiàn)81鍵合到導(dǎo)體82。導(dǎo)體82可以通過(guò)焊接鍵合到電極或布線(xiàn)81。導(dǎo)體在它的端部向外延伸超出電極或布線(xiàn)81。
此后，對(duì)體晶片1和透明襯底83施加外力，使它們相互分離。然后，用多孔層4分離它們，產(chǎn)生包括透明襯底83和鍵合到襯底83表面的外延半導(dǎo)體膜5的薄膜半導(dǎo)體86。
多孔層41部分地留在薄膜半導(dǎo)體86的后表面上時(shí)，銀膏施加其上，金屬板鍵合其上形成背表面電極85。由此，制備包括透明襯底83和具有P+/P-/n-結(jié)構(gòu)的薄膜半導(dǎo)體86的太陽(yáng)能電池(圖16C)。金屬電極85也作為器件保護(hù)膜層保護(hù)太陽(yáng)能電池的背面。
注意將多孔層4制成具有不同性質(zhì)層的多層結(jié)構(gòu)，如圖16D所示。
例如，層401具有低孔隙率(產(chǎn)生高質(zhì)量的外延膜)，制成的層402和404顯示出孔隙率高于層401的孔隙率，而制成的層403顯示出最高的孔隙率。
采用這種設(shè)計(jì)，可以沿高孔隙率層403有效地分離體晶片1和透明襯底83。通過(guò)在形成多孔層的工藝期間控制電流密度可以形成具有不同性質(zhì)的各層。
(例2)在HF溶液中陽(yáng)極氧化電阻率在0.01和0.02歐姆·厘米之間的第一P型單晶硅襯底。
陽(yáng)極氧化的條件列出如下電流密度 7(mA·cm-2)
陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間 5(分鐘)多孔硅的厚度 5.5(μm)電流密度 30(mA·cm-2)陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間 10(秒)多孔硅的厚度 0.2(μm)兩個(gè)多孔硅層中，使用低電流密度通過(guò)陽(yáng)極氧化制備的上面的硅層可用于形成高質(zhì)量的外延硅層，而使用低電流密度通過(guò)陽(yáng)極氧化制備的下面的硅層可用做分離層。因此，它們具有各自的功能。
注意低電流密度多孔硅層的厚度為選自0.1和600μm范圍之間的值。還應(yīng)注意形成第二多孔硅層之后形成一個(gè)或多個(gè)附加層。
然后在400℃氧氣氣氛中氧化襯底1小時(shí)。氧化的結(jié)果，多孔硅層的孔的內(nèi)壁由熱氧化膜覆蓋。然后，借助CVD使單晶硅外延生長(zhǎng)到0.3μm的厚度。外延生長(zhǎng)的條件列出如下。注意在生長(zhǎng)單晶硅的工藝之前可以進(jìn)行以上介紹的氫氣烘焙工藝、提供少量原材料的工藝以及高溫烘焙工藝。
源氣體SiH2Cl2/H2氣體流速 0.5/180l/min氣壓 80Torr溫度 950℃生長(zhǎng)速度 0.3μm/min然后，通過(guò)熱氧化在外延硅層的表面上形成200nm厚的SiO2層。
此后，與已除去自然氧化膜的表面具有相同直徑的硅晶片接觸硅晶片，并通過(guò)熱處理鍵合在一起，制成多層結(jié)構(gòu)。
借助射水裝置高壓下將水吹到多層結(jié)構(gòu)的側(cè)面，使它打入多層結(jié)構(gòu)內(nèi)，象楔子一樣剝離多層結(jié)構(gòu)并從多層結(jié)構(gòu)上除去第一襯底。
剝離的結(jié)果，外延層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。
通過(guò)濕腐蝕除去留在外延層上的多孔層，對(duì)第二襯底進(jìn)行氫氣退火處理得到SOI晶片。然后使用SOI晶片制備完全耗盡型薄膜晶體管。
另一方面，拋光剝離的第一襯底的露出表面，除去殘留的多孔層并平滑。然后對(duì)第一襯底進(jìn)行外延生長(zhǎng)工藝在高濃度的P型襯底上得到P-外延層的外延晶片。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)在晶片的背面已形成600mm厚的氧化膜作為背部屏蔽層。當(dāng)使用外延晶片制備器件時(shí)，在與外延層相對(duì)的表面上和側(cè)面上形成氧化膜作為背部屏蔽層，以防止雜質(zhì)從晶片向外擴(kuò)散。
然后，由于剝離多層結(jié)構(gòu)時(shí)，背部屏蔽層已形成在與外延層相對(duì)的背面上和第二襯底的側(cè)面上，因此形成背部屏蔽層的工藝可以從例子中的器件制備工藝中省略。這是由于在鍵合步驟之前氧化外延層表面的步驟中和鍵合步驟的熱處理期間，所述背部屏蔽層形成在背面和晶片的側(cè)面。在其余的例子中可以觀(guān)察到形成背部屏蔽層類(lèi)似的效果。注意氧化膜的膜厚度為10nm到10μm，優(yōu)選100nm到3μm。
此后，使用外延晶片制備CMOS邏輯電路。
DRAM和其它器件形成在外延晶片上，證明有效地提高了制造器件的質(zhì)量、成品率和可靠性。
可以借助相同的CVD系統(tǒng)進(jìn)行分離工藝之后多孔硅上的外延生長(zhǎng)和第一襯底上外延生長(zhǎng)的操作，在字面的意義上可以提高高成本的CVD系統(tǒng)的工作效率。
(例3)使用CVD技術(shù)通過(guò)外延生長(zhǎng)在第一單晶硅襯底上形成電阻率為0.015歐姆·厘米的P型單晶硅，然后在HF溶液中陽(yáng)極氧化襯底的表面。
陽(yáng)極氧化的條件列出如下電流密度7(mA·cm-2)陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間11(分鐘)多孔硅的厚度12(μm)電流密度22(mA·cm-2)陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間2(分鐘)多孔硅的厚度3(μm)兩個(gè)多孔硅層中，使用低電流密度通過(guò)陽(yáng)極氧化制備的上面的硅層可用于形成高質(zhì)量的外延硅層，而使用高電流密度通過(guò)陽(yáng)極氧化制備的下面的硅層可用做分離層。因此，它們具有各自的功能。
然后在400℃氧氣氣氛中氧化襯底1小時(shí)。氧化的結(jié)果，多孔硅層的孔的內(nèi)壁由熱氧化膜覆蓋。然后，借助CVD使單晶硅外延生長(zhǎng)到0.3μm的厚度。外延生長(zhǎng)的條件列出如下。注意在生長(zhǎng)單晶硅的工藝之前可以進(jìn)行以上介紹的氫氣烘焙工藝、提供少量原材料的工藝以及高溫烘焙工藝。
源氣體 SiH2Cl2/H2氣體流速 0.5/180l/min氣壓 80Torr溫度 950℃生長(zhǎng)速度 0.3μm/min然后，通過(guò)熱氧化在外延硅層的表面上形成200nm厚的SiO2層。
此后，與已除去自然氧化膜的表面具有相同直徑的硅晶片接觸該硅晶片，并通過(guò)熱處理鍵合在一起，制成多層結(jié)構(gòu)。
借助射水裝置高壓下將水吹到多層結(jié)構(gòu)的側(cè)面，使它打入多層結(jié)構(gòu)內(nèi)，象楔子一樣剝離多層結(jié)構(gòu)并從多層結(jié)構(gòu)上除去第一襯底。剝離的結(jié)果，外延層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。
通過(guò)濕腐蝕除去留在外延層上的多孔層，對(duì)第二襯底進(jìn)行氫氣退火處理得到SOI晶片。然后使用SOI晶片制備完全耗盡型薄膜晶體管。
另一方面，拋光剝離的第一襯底的露出表面，除去殘留的多孔層，并進(jìn)行氫氣退火得到具有平坦表面的體晶片。
然后使用得到的體晶片制備CMOS邏輯電路。不必說(shuō)體晶片的售價(jià)低于不使用它制備邏輯電路的體晶片的通常市場(chǎng)價(jià)。
(例4)使用CVD技術(shù)通過(guò)外延生長(zhǎng)在第一單晶硅襯底上形成電阻率為0.015歐姆·厘米的P型單晶硅，然后在HF溶液中陽(yáng)極氧化襯底的表面。
陽(yáng)極氧化的條件列出如下電流密度7(mA·cm-2)陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間11(分鐘)多孔硅的厚度12(μm)
電流密度22(mA·cm-2)陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間2(分鐘)多孔硅的厚度3(μm)兩個(gè)多孔硅層中，使用低電流密度通過(guò)陽(yáng)極氧化制備的上面的硅層可用于形成高質(zhì)量的外延硅層，而使用高電流密度通過(guò)陽(yáng)極氧化制備的下面的硅層可用做分離層。因此，它們具有各自的功能。
然后在400℃氧氣氣氛中氧化襯底1小時(shí)。氧化的結(jié)果，多孔硅層的孔的內(nèi)壁由熱氧化膜覆蓋。然后，借助CVD使單晶硅外延生長(zhǎng)到0.3μm的厚度。外延生長(zhǎng)的條件列出如下。
源氣體SiH2Cl2/H2氣體流速 0.5/180l/min氣壓 80Torr溫度 950℃生長(zhǎng)速度 0.3μm/min然后，通過(guò)熱氧化在外延硅層的表面上形成200nm厚的SiO2層。
此后，與已除去自然氧化膜的表面具有相同直徑的硅晶片接觸該硅晶片，并通過(guò)熱處理鍵合在一起，制成多層結(jié)構(gòu)。
借助射水裝置高壓下將水吹到多層結(jié)構(gòu)的側(cè)面，使它打入多層結(jié)構(gòu)內(nèi)，象楔子一樣剝離多層結(jié)構(gòu)并從多層結(jié)構(gòu)上除去第一襯底。剝離的結(jié)果，外延層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。
通過(guò)濕腐蝕除去留在外延層上的多孔層，對(duì)第二襯底進(jìn)行氫氣退火處理得到SOI晶片。然后使用SOI晶片制備完全耗盡型薄膜晶體管。
另一方面，拋光剝離的第一襯底的露出表面，除去殘留的多孔層和還沒(méi)有制成多孔的外延層，進(jìn)行氫氣退火，外部分散殘留的外延層，得到基本上與外延晶片相同級(jí)別的體晶片。
然后使用得到的體晶片制備CMOS邏輯電路。
(例5)通過(guò)熱氧化在第一單晶硅襯底上形成200nm厚的SiO2層。
然后，通過(guò)施加40kev的電壓以5×1016cm-2的速率，將H+離子從第一襯底的表面注入到第一襯底內(nèi)，從而將射程限制在硅襯底內(nèi)。由此，在對(duì)應(yīng)于射程的深度形成應(yīng)變層，成為微氣泡層或成為注入的離子籽晶(seeds)顯示出高濃度的層，之后作為分離層。
此后，與已除去自然氧化膜的表面具有相同直徑的硅晶片與該硅晶片接觸，并通過(guò)500℃的熱處理鍵合在一起，制成多層結(jié)構(gòu)，然后分成第一襯底和第二襯底。
分離的結(jié)果，外延層轉(zhuǎn)移到第二襯底。
通過(guò)氫氣退火除去轉(zhuǎn)移到第二襯底上的單晶半導(dǎo)體層表面上的殘留分離層，平滑表面形成SOI晶片。然后使用SOI晶片制備完全耗盡型薄膜晶體管。
另一方面，發(fā)現(xiàn)分離的第一襯底的露出表面帶有部分分離層，并通過(guò)氫氣退火除去。然后平滑表面得到體晶片。隨后，低濃度的P型外延層形成其上得到外延晶片。
(例6)使用CVD技術(shù)通過(guò)外延生長(zhǎng)在第一單晶硅襯底上形成1μm厚的單晶硅。外延生長(zhǎng)的條件列出如下。
源氣體 SiH2Cl2/H2氣體流速 0.5/180l/min氣壓 80Torr溫度 950℃生長(zhǎng)速度 0.30μm/min然后，通過(guò)熱氧化在外延硅層的表面上形成200nm厚的SiO2層。
然后，通過(guò)施加40kev的電壓以5×1016cm-2的速率，將H+離子從第一襯底的表面注入到第一襯底內(nèi)，從而將射程限制在硅襯底內(nèi)。由此，在對(duì)應(yīng)于射程的深度形成應(yīng)變層，成為微氣泡層或成為注入的離子籽晶顯示出高濃度的層之后作為分離層。
隨后，在它的鍵合表面通過(guò)氮等離子體處理具有相同的直徑并攜帶形成在它的表面上的氧化膜的硅晶片(第二襯底)，然后第一和第二襯底相互接觸并鍵合在一起產(chǎn)生多層結(jié)構(gòu)。借助射水裝置高壓下將水吹到多層結(jié)構(gòu)的側(cè)面，使它打入多層結(jié)構(gòu)內(nèi)，將它分為第一和第二襯底。
分離的結(jié)果，外延層轉(zhuǎn)移到第二襯底。
通過(guò)氫氣退火除去轉(zhuǎn)移到第二襯底上的單晶半導(dǎo)體層表面上的殘留分離層，平滑表面形成SOI晶片。然后使用SOI晶片制備完全耗盡型薄膜晶體管。
另一方面，發(fā)現(xiàn)分離的第一襯底的露出表面帶有外延層和部分分離層，并通過(guò)氫氣退火除去。然后平滑表面得到體晶片。體晶片具有通過(guò)氫氣退火外延層形成的表面層，因此得到基本上與外延晶片相同級(jí)別的體晶片。
然后使用得到的體晶片制備CMOS邏輯電路。
(例7)通過(guò)熱氧化在第一單晶硅襯底上形成100nm厚的SiO2層。
然后，通過(guò)施加30kev的電壓以5×1016cm-2的速率，將H+離子從第一襯底的表面注入到第一襯底內(nèi)，從而將射程限制在硅襯底內(nèi)。由此，在對(duì)應(yīng)于射程的深度形成應(yīng)變層，成為微氣泡層或成為注入的離子籽晶顯示出高濃度的層，之后作為分離層。
除去表面氧化膜之后，借助CVD在單晶硅的表面上生長(zhǎng)0.30μm厚的非晶硅或多晶硅。外延生長(zhǎng)的條件列出如下。
氣體種類(lèi) SiH4氣壓 760Torr溫度 400℃然后，該表面上形成200nm厚的SiO2層。
然后，與已除去自然氧化膜的表面具有相同直徑的硅晶片接觸該硅晶片，并通過(guò)600℃的熱處理鍵合在一起，制成多層結(jié)構(gòu)，然后分成第一襯底和第二襯底。
分離的結(jié)果，通過(guò)外延生長(zhǎng)的單晶半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。通過(guò)氫氣退火除去轉(zhuǎn)移到第二襯底上單晶半導(dǎo)體層表面上的殘留分離層，平滑表面形成SOI晶片。然后使用SOI晶片制備完全耗盡型薄膜晶體管。
另一方面，發(fā)現(xiàn)分離的第一襯底的露出表面帶有部分分離層，并通過(guò)氫氣退火除去。然后平滑表面得到體晶片。為了本發(fā)明的目的，在氫氣退火之前通過(guò)拋光或腐蝕除去殘留物。
然后使用得到的體晶片制備CMOS邏輯電路。
(例8)
在HF溶液中陽(yáng)極氧化電阻率在0.01和0.02歐姆·厘米之間的第一P型單晶硅襯底。
陽(yáng)極氧化的條件列出如下電流密度 7(mA·cm-2)陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間 11(分鐘)多孔硅的厚度 12(μm)然后在400℃下氧氣氣氛中氧化襯底1小時(shí)。氧化的結(jié)果，多孔硅層孔的內(nèi)壁被熱氧化膜覆蓋。
然后，將離子從第一襯底的表面注入到第一襯底內(nèi)，從而將射程限制在多孔硅層內(nèi)(或到多孔硅/襯底界面)。由此，在對(duì)應(yīng)于射程的深度形成應(yīng)變層，成為微氣泡層或成為注入的離子籽晶顯示出高濃度的層，之后作為分離層。
然后，通過(guò)CVD在多孔硅層上外延地生長(zhǎng)0.3μm厚的單晶硅。外延生長(zhǎng)的條件列出如下。注意在生長(zhǎng)單晶硅的工藝之前進(jìn)行上述氫氣烘焙工藝、提供少量原材料的工藝以及高溫烘焙工藝。
源氣體SiHCl2/H2氣體流速 0.5/180l/min氣壓 80Torr溫度； 950℃生長(zhǎng)速度 0.3μm/min然后，通過(guò)熱氧化在外延硅層的表面上形成200nm厚的SiO2層。此后，與已除去自然氧化膜的表面具有相同直徑的硅晶片接觸硅晶片，并通過(guò)熱處理鍵合在一起，制成多層結(jié)構(gòu)。
借助射水裝置高壓下將水吹到多層結(jié)構(gòu)的側(cè)面，使它打入多層結(jié)構(gòu)內(nèi)，象楔子一樣剝離多層結(jié)構(gòu)并從多層結(jié)構(gòu)上除去第一襯底。剝離的結(jié)果，外延層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。
通過(guò)溫腐蝕除去留在外延層上的多孔層，對(duì)第二襯底進(jìn)行氫氣退火處理得到SOI晶片。然后使用SOI晶片制備完全耗盡型薄膜晶體管。
另一方面，對(duì)剝離的第一襯底的露出表面進(jìn)行外延生長(zhǎng)工藝得到外延晶片。注意在外延生長(zhǎng)工藝之前可以完全地除去殘留的多孔層。
使用得到的外延晶片制備CMOS邏輯電路。
DRAM和其它器件形成在外延晶片上，證明有效地提高了制造器件的質(zhì)量、成品率和可靠性。
(例9)在HF溶液中陽(yáng)極氧化電阻率為0.01歐姆·厘米的第一P型單晶硅襯底。
陽(yáng)極氧化的條件列出如下電流密度 7(mA·cm-2)陽(yáng)極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間 12(分鐘)多孔硅的厚度 11(μm)然后在氧化氣氛中400℃下氧化襯底1小時(shí)。氧化的結(jié)果，多孔硅層的孔的內(nèi)壁由熱氧化膜覆蓋。然后，借助CVD在多孔硅層上外延地生長(zhǎng)0.3μm厚的單晶硅。外延生長(zhǎng)的條件列出如下。注意在生長(zhǎng)單晶硅的工藝之前可以進(jìn)行以上介紹的氫氣烘焙工藝、提供少量原材料的工藝以及高溫烘焙工藝。
源氣體；SiH2Cl2/H2氣體流速 0.5/180l/min氣壓 80Torr溫度 950℃生長(zhǎng)速度 0.3μm/min然后，通過(guò)熱氧化在外延硅層的表面上形成200nm厚的SiO2層。
然后，將離子從第一襯底的表面注入到第一襯底內(nèi)，從而將射程限制在外延層/多孔硅層界面(或多孔硅/襯底界面或多孔硅內(nèi))。由此，在對(duì)應(yīng)于射程的深度形成應(yīng)變層，成為微氣泡層或成為注入的離子籽晶顯示出高濃度的層，之后作為分離層。
然后，與已除去自然氧化膜的表面具有相同直徑的硅晶片接觸該硅晶片，并通過(guò)1000℃的熱處理鍵合在一起，制成多層結(jié)構(gòu)，然后分離。分離的結(jié)果，外延層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。
由于幾乎沒(méi)有多孔層留在外延層上，所以對(duì)第二襯底進(jìn)行氫氣退火工藝得到SOI晶片不必進(jìn)行腐蝕。然后使用SOI晶片制備完全耗盡型薄膜晶體管。
另一方面，拋光分離的第一襯底的露出表面得到體晶片。
使用得到的外延晶片制備CMOS邏輯電路。
代替鍵合以上任意例中的第二襯底，借助如CVD等的淀積技術(shù)，可以在第一襯底的上表面上形成200到800微米厚的多晶硅。此外，得到的結(jié)構(gòu)可以分為多個(gè)不同的晶片，用做各種適當(dāng)?shù)膽?yīng)用。
(例10)使用CVD技術(shù)在第一P型單晶硅襯底形成1μm厚的外延生長(zhǎng)層。在所述工藝期間，調(diào)節(jié)作為摻雜劑添加的乙硼烷的濃度，使P++硅層的電阻率為0.015歐姆·厘米。晶片的厚度為6.34μm。
然后，在HF和乙醇的混合溶液中陽(yáng)極氧化外延層。
陽(yáng)極氧化的條件列出如下電流密度 7(mA·cm-2)陽(yáng)極氧化溶液HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間 12(分鐘)通過(guò)高分辨率掃描電子顯微鏡觀(guān)察陽(yáng)極氧化產(chǎn)物的樣品的剖面證明已形成10μm厚的多孔層，孔隙率為20％。
在氧化氣氛中400℃下處理晶片1小時(shí)，并浸在1.25％的HF水溶液中30秒鐘除去表面上很薄的氧化膜。然后，將晶片放入外延生長(zhǎng)裝置內(nèi)，使用CVD(化學(xué)汽相淀積)技術(shù)，通過(guò)外延生長(zhǎng)生成0.3μm厚的單晶硅層。外延生長(zhǎng)的條件列出如下。注意在生長(zhǎng)單晶硅的工藝之前進(jìn)行上述氫氣烘焙工藝、提供少量原材料的工藝以及高溫烘焙工藝。
源氣體 SiH2Cl2/H2氣體流速0.2/180l/min氣壓760Torr溫度1,060℃生長(zhǎng)速度0.15μm/min然后，通過(guò)熱氧化在外延硅層的表面上形成200nm厚的SiO2層。
之后晶片放在另一硅襯底(支撐襯底)上，SiO2層的表面面向支撐襯底的表面，它們相互接觸。此后，在1,180℃下進(jìn)行5分鐘的退火，發(fā)現(xiàn)它們已牢固地相互合。
沿高密度多孔層強(qiáng)行分開(kāi)鍵合的晶片。各種技術(shù)可以用于分開(kāi)它們，包括使用壓力、使用拉力或剪切力、借助楔子的外部壓力、使用超聲波、使用熱、通過(guò)氧化使它膨脹在多孔硅層內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、使用熱脈沖在內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力并軟化。實(shí)際上，可以以上列出技術(shù)的任何一個(gè)分離它們。隨后，將支撐襯底浸在HF和過(guò)氧化氫的水溶液內(nèi)，發(fā)現(xiàn)在約60分鐘內(nèi)從表面上除去了殘留的多孔硅層，產(chǎn)生SOI晶片。
然后在氫氣氣氛中1,100℃下熱處理得到的晶片4小時(shí)。
通過(guò)原子力顯微鏡觀(guān)察表面粗糙度發(fā)現(xiàn)在50μm見(jiàn)方的區(qū)域中的均方根粗糙度為0.2nm，基本上等于可買(mǎi)到硅晶片的均方根粗糙度。還觀(guān)察樣品的晶體缺陷密度，發(fā)現(xiàn)多層缺陷密度為50缺陷數(shù)/cm-2。換句話(huà)說(shuō)，在氧化硅膜層表面上形成低缺陷密度的單晶硅層。
當(dāng)氧化膜沒(méi)有形成在外延層的表面上而是形成在第二襯底的表面上或兩者的表面上時(shí)，可以得到類(lèi)似的結(jié)果。
將第一襯底上殘留的多孔層浸入到HF和過(guò)氧化氫的水溶液內(nèi)，發(fā)現(xiàn)在約30分鐘內(nèi)除去。然后對(duì)第一P型單晶硅襯底上1μm厚的外延層進(jìn)行氫氣退火以減少雜質(zhì)濃度。然后，使用襯底制備CMOS邏輯電路。
DRAM和其它器件形成在外延晶片上，證明有效地提高了制造器件的質(zhì)量、成品率和可靠性。
(例11)通過(guò)CVD技術(shù)在第一P型單晶硅襯底的表面上形成3μm厚的外延生長(zhǎng)層。在所述工藝期間，改變作為摻雜劑添加的乙硼烷的濃度，以制備2μm厚的上表面P++硅層，電阻率為0.015歐姆·厘米，1μm厚的下表面P+硅層，電阻率為0.5歐姆·厘米。
在外延生長(zhǎng)期間，在760Torr的壓力下，1,110℃的溫度提供SiH2Cl2/H2的源氣體，同時(shí)以60sccm的流速流動(dòng)1％B2H6的摻雜劑用于P++硅層，0.1sccm的流速用于P+硅層，3.33μm/min的生長(zhǎng)速率用于外延層。
然后，在HF和乙醇的混合溶液中陽(yáng)極氧化外延層。
陽(yáng)極氧化的條件列出如下電流密度 7(mA·cm-2)陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間 4(分鐘)
通過(guò)高分辨率掃描電子顯微鏡觀(guān)察陽(yáng)極氧化產(chǎn)物的樣品的剖面證明在2μm厚的上表面和0.5μm厚的下表面P+硅層中已分別形成20％隙率的低多孔層，和50％孔隙率的高多孔層。薄高孔隙率層明顯結(jié)構(gòu)上很脆。
在氧氣氣氛中400℃下處理晶片1小時(shí)，并浸在1.25％的HF水溶液中30秒鐘除去表面上很薄的氧化膜。然后，外延生長(zhǎng)將晶片放入外延生長(zhǎng)裝置內(nèi)，使用CVD(化學(xué)汽相淀積)技術(shù)，通過(guò)生成0.3μm厚的單晶硅層。外延生長(zhǎng)的條件列出如下。注意在生長(zhǎng)單晶硅的工藝之前進(jìn)行上述氫氣烘焙工藝、提供少量原材料的工藝以及高溫烘焙工藝。
源氣體 SiH2Cl2/H2氣體流速 0.2/180l/min氣壓 760Torr溫度 1,060℃生長(zhǎng)速度 0.15μm/min然后，通過(guò)熱氧化在外延硅層的表面上形成200nm厚的SiO2層。
之后晶片放在另一硅襯底(支撐襯底)上，SiO2層的表面面向支撐襯底的表面，它們相互接觸。此后，在1,180℃下進(jìn)行5分鐘的退火，發(fā)現(xiàn)它們已牢固地相互鍵合。
沿高密度多孔層強(qiáng)行分開(kāi)鍵合的晶片。各種技術(shù)可以用于分開(kāi)它們，包括使用壓力、使用拉力或剪切力、借助楔子的外部壓力、使用超聲波、使用熱、通過(guò)氧化使它膨脹在多孔硅層內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、使用熱脈沖在內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力并軟化。實(shí)際上，可以以上列出技術(shù)的任何一個(gè)分離它們。
隨后，將支撐襯底浸在HF和過(guò)氧化氫的水溶液內(nèi)，發(fā)現(xiàn)在約60分鐘內(nèi)從表面上除去了殘留的多孔硅層，產(chǎn)生SOI晶片。
然后在氫氣氣氛中1,100℃下熱處理得到的晶片4小時(shí)。通過(guò)原子力顯微鏡觀(guān)察表面粗糙度發(fā)現(xiàn)在50μm見(jiàn)方的區(qū)域中均方根的粗糙度為0.2nm，基本上等于可買(mǎi)到硅晶片的均方根粗糙度。還觀(guān)察樣品的晶體缺陷密度，發(fā)現(xiàn)多層缺陷密度為50缺陷數(shù)/cm2。
換句話(huà)說(shuō)，在氧化硅膜層表面上形成低缺陷密度的單晶硅層。
當(dāng)氧化膜沒(méi)有形成在外延層的表面上而是形成在第二襯底的表面上或兩者的表面上時(shí)，可以得到類(lèi)似的結(jié)果。
將第一襯底上殘留的多孔層浸入到HF和過(guò)氧化氫的水溶液內(nèi)，發(fā)現(xiàn)在約30分鐘內(nèi)除去。然后使外延層生長(zhǎng)成具有低于第一P型單晶Si襯底的硼濃度，以形成外延晶片。該外延晶片用于制備CMOS邏輯電路。
DRAM和其它器件形成在外延晶片上，證明有效地提高了制造器件的質(zhì)量、成品率和可靠性。
(例12)通過(guò)CVD技術(shù)在第一單晶硅襯底上外延低生長(zhǎng)1μm厚的單晶硅。外延生長(zhǎng)的條件列出如下。
源氣體 SiH2Cl2/H2氣體流速 0.5/180l/min氣壓 80Torr溫度 950℃生長(zhǎng)速度 0.30μm/min更具體地，使用B2H5作為摻雜劑形成初始高度為0.5微米且1歐姆·厘米的P-層，同時(shí)使用PH3作為摻雜劑形成高度為0.5微米且1歐姆·厘米的N-層。通過(guò)熱氧化在外延硅層上形成200nm厚的SiO2層。
然后，通過(guò)施加70kev的電壓以5×1016cm-2的速率，將H+離子從第一襯底的表面注入到第一襯底內(nèi)，從而將射程限制在硅襯底內(nèi)。由此，在對(duì)應(yīng)于接近P-/N-界面射程的深度形成應(yīng)變層，成為微氣泡層或成為注入的離子籽晶顯示出高濃度的層，之后作為分離層。
在它的鍵合表面通過(guò)氮等離子體處理具有相同的直徑并攜帶形成在它的表面上的氧化膜的硅晶片(第二襯底)，然后第一和第二襯底相互接觸并鍵合在一起產(chǎn)生多層結(jié)構(gòu)，可以在或不在約200℃進(jìn)行熱處理。
將水射流吹到多層結(jié)構(gòu)的側(cè)面，使它打入多層結(jié)構(gòu)的中心，將它分為第一和第二襯底。
通過(guò)500℃的熱處理或利用晶體的重新排列效應(yīng)或微氣泡內(nèi)的壓力，也可以分離兩個(gè)襯底。
由此，N-單晶半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。
通過(guò)氫氣退火除去轉(zhuǎn)移到第二襯底上外延層表面上的殘留分離層，平滑表面得到SOI晶片。通過(guò)接觸拋光表面代替氫氣退火可以制備類(lèi)似的SOI晶片。然后使用該SOI晶片制備完全耗盡型薄膜晶體管。
另一方面，通過(guò)氫氣退火除去帶有P-外延層的分離的第一襯底和它的表面上分離層的殘留物。然后平滑襯底的表面得到外延晶片。通過(guò)接觸拋光表面代替氫氣退火可以制備類(lèi)似的外延晶片。由于體晶片具有通過(guò)氫氣退火表面上的外延層形成的層，因此它的性能類(lèi)似于外延晶片。使用P+襯底得到目前為最常用的P-外延/P+晶片的外延晶片作為第一硅晶片。然后使用該外延晶片制備CMOS邏輯電路。
DRAM和其它器件形成在外延晶片上，證明有效地提高了制造器件的質(zhì)量、成品率和可靠性。
(例13)借助CVD技術(shù)通過(guò)外延生長(zhǎng)在電阻率在0.01和0.02歐姆·厘米之間的第一P+單晶硅襯底上形成1μm厚電阻率約18歐姆·厘米的P-單晶硅。
外延生長(zhǎng)的條件列出如下。
源氣體 SiH2Cl2/H2氣體流速 0.5/180l/min氣壓 80Torr溫度 950℃生長(zhǎng)速度 0.30μm/min然后，通過(guò)熱氧化在外延硅層的表面上形成200nm厚的SiO2層。
然后，通過(guò)施加40kev的電壓以5×1016cm-2的速率，將H+離子從第一襯底的表面注入到第一襯底內(nèi)，從而將射程限制在硅襯底內(nèi)。由此，在對(duì)應(yīng)于射程的深度形成應(yīng)變層，成為微氣泡層或成為注入的離子籽晶顯示出高濃度的層，之后作為分離層。
隨后，在它的鍵合表面通過(guò)氮等離子體處理具有相同的直徑并攜帶形成在它的表面上的氧化膜的硅晶片(第二襯底)，然后第一和第二襯底相互接觸并鍵合在一起產(chǎn)生多層結(jié)構(gòu)。將水射流吹到多層結(jié)構(gòu)的側(cè)面，使它打入多層結(jié)構(gòu)中心，將它分為第一和第二襯底?？梢酝ㄟ^(guò)熱處理分離襯底。
由此，單晶半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到第二襯底上。
通過(guò)氫氣退火除去轉(zhuǎn)移到第二襯底上的單晶半導(dǎo)體層表面上的殘留分離層，平滑外延層的表面得到SOI晶片。然后使用該SOI晶片制備完全耗盡型薄膜晶體管。由此，如果利用了外延層，可以使用P+襯底通過(guò)注入氫離子制備SOI晶片。
另一方面，發(fā)現(xiàn)分離的第一襯底的表面帶有外延層和部分分離層，并通過(guò)氫氣退火除去。然后平滑襯底的表面得到體晶片。由于該體晶片具有通過(guò)氫氣退火表面上的外延層形成的層，因此它的特性類(lèi)似于外延晶片。
然后使用外延晶片制備CMOS邏輯電路。
(例14)在HF溶液中陽(yáng)極氧化第一單晶硅襯底的表面。
陽(yáng)極氧化的條件列出如下。
首先制備并且可以作為最上層的第一多孔層的條件為電流密度 1(mA·cm-2)陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間 0.1(分鐘)多孔硅的厚度 0.02(μm)接下來(lái)制備第二多孔層的條件為電流密度 50(mA·cm-2)陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間 5(秒鐘)多孔硅的厚度 0.1(μm)最后制備第三多孔層的條件為電流密度 7(mA·cm-2)陽(yáng)極氧化溶液 HF∶H2O∶C2H5OH＝1∶1∶1時(shí)間 1(分鐘)多孔硅的厚度 1(μm)作為陽(yáng)極氧化的結(jié)果，厚于第一多孔層并用50(mA·cm-2)電流密度制造的第二多孔層在所有多孔硅層中顯示出最高的孔隙率，因此結(jié)構(gòu)最脆。
然后在400℃下氧氣氣氛中氧化襯底1小時(shí)。多孔硅層的孔的內(nèi)壁由熱氧化膜覆蓋。將晶片放置在用氫氣填充的外延生長(zhǎng)裝置中，在1,040℃烘焙5分鐘。作為熱處理(烘焙)的結(jié)果，最上多孔硅層的表面孔被填充。然后，用1(mA·cm-2)電流密度制造的作為第一多孔硅層的最上表面層通過(guò)硅原子的遷移轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)孔層。
通過(guò)CVD(化學(xué)汽相淀積)在具有無(wú)孔表面的多孔硅上外延生長(zhǎng)0.3μm厚的單晶硅層。外延生長(zhǎng)的條件列出如下。
源氣體 SiH2Cl2/H2氣體流速 0.5/180l/min氣壓 80Torr溫度 950℃生長(zhǎng)速度 0.30μm/min然后，通過(guò)熱氧化在外延硅層的表面上形成200nm厚的SiO2層。
之后晶片放在另一硅襯底(第二襯底)上，第一襯底和第二襯底它們相互接觸。此后，在1,180℃下進(jìn)行5分鐘的退火，發(fā)現(xiàn)它們已牢固地相互鍵合。
然后，外力施加到鍵合的襯底。由此，顯示出最高孔隙率的第二多孔層毀壞，沿?zé)o孔層和相鄰多孔層的界面分離兩個(gè)襯底。
由此，在第二襯底的硅氧化膜上形成0.2μm厚的單晶硅層制成SOI襯底。在單晶硅層(分離層)的表面上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)無(wú)孔硅。通過(guò)沿?zé)o孔層和相鄰多孔層的界面分離兩個(gè)襯底，現(xiàn)在可以省略得到具有平滑表面的SOI通常需要的各步驟。
更具體地，沿界面可以分離兩個(gè)襯底是由于應(yīng)力集中地產(chǎn)生在界面處和界面附近。沿界面產(chǎn)生集中應(yīng)力的技術(shù)也可以用做如硅上SiGe等的異質(zhì)外延膜。
通過(guò)將第一襯底浸在49％氫氟酸和30％過(guò)氧化氫的混合水溶液中可以除去留在第一襯底上的多孔硅，產(chǎn)生具有平滑表面的體晶片。它可以用做器件形成晶片或監(jiān)測(cè)晶片，不必如上所述用做第一和第二襯底。
如上所詳細(xì)討論的，本發(fā)明提供了一種大規(guī)模制造且再現(xiàn)性程度增加的高質(zhì)量半導(dǎo)體晶片的制造方法。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體晶片的制造方法可以提供高質(zhì)量的SOI晶片，能有效地使用和重復(fù)使用，同時(shí)不影響對(duì)市場(chǎng)的晶片供應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括以下步驟制備在半導(dǎo)體襯底上有半導(dǎo)體層的第一部件；將所述半導(dǎo)體層與所述第一部件分離之后，將所述半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到第二部件上；以及所述轉(zhuǎn)移步驟之后，平滑所述半導(dǎo)體襯底的表面，由此將所述半導(dǎo)體襯底用做除形成所述第一和第二部件用途之外的半導(dǎo)體晶片。
2.一種半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括以下步驟制備在半導(dǎo)體襯底上有半導(dǎo)體層的第一部件，分離層設(shè)置其間；通過(guò)所述分離層分離所述半導(dǎo)體層，將所述半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到第二部件上；以及所述轉(zhuǎn)移步驟之后平滑所述半導(dǎo)體襯底的表面，由此將所述半導(dǎo)體襯底用做除形成所述第一和第二部件用途之外的半導(dǎo)體晶片。
3.一種半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括以下步驟制備在P型半導(dǎo)體襯底上有半導(dǎo)體層的第一部件；從所述第一部件上分離所述半導(dǎo)體層，將半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到第二部件上，由此形成第一半導(dǎo)體晶片；以及在分離了所述半導(dǎo)體層的所述P型半導(dǎo)體襯底上進(jìn)行低濃度的P型半導(dǎo)體層的外延生長(zhǎng)，所述低濃度P型半導(dǎo)體層具有的限定P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)濃度低于所述P型半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)濃度。
4.一種半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括以下步驟制備在P型半導(dǎo)體襯底上有半導(dǎo)體層的第一部件，分離層設(shè)置其間；通過(guò)所述分離層分離所述半導(dǎo)體層，將半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到第二部件上，由此形成第一半導(dǎo)體晶片；以及在通過(guò)所述分離層分離的所述P型半導(dǎo)體襯底上進(jìn)行低濃度P型半導(dǎo)體層的外延生長(zhǎng)，所述低濃度P型半導(dǎo)體層具有的限定P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)濃度低于所述P型半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)濃度。
5.一種半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括以下步驟在P型半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成分離層，形成所述分離層上有半導(dǎo)體層的第一部件；通過(guò)所述分離層分離所述半導(dǎo)體層，將半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到第二部件上，由此形成第一半導(dǎo)體晶片；以及在通過(guò)所述分離層分離的所述P型半導(dǎo)體襯底上進(jìn)行低濃度P型半導(dǎo)體層的外延生長(zhǎng)，所述低濃度P型半導(dǎo)體層具有的限定P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)濃度低于所述P型半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)濃度。
6.一種半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括以下步驟制備P型半導(dǎo)體襯底上有半導(dǎo)體層的第一部件，分離層設(shè)置其間；將所述第一部件鍵合到第二部件形成多層結(jié)構(gòu)；在氧化氣氛中進(jìn)行所述多層結(jié)構(gòu)的熱處理；通過(guò)所述分離層分離所述多層結(jié)構(gòu)，將所述半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到第二部件上，由此形成第一半導(dǎo)體晶片；以及在通過(guò)所述分離層分離的所述P型半導(dǎo)體襯底上進(jìn)行低濃度P型半導(dǎo)體層的外延生長(zhǎng)，所述低濃度P型半導(dǎo)體層具有的限定P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)濃度低于所述P型半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)濃度。
7.一種半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括以下步驟制備第一部件，具有至少一個(gè)包括外延半導(dǎo)體層的第一半導(dǎo)體層，一個(gè)分離層，和一個(gè)第二半導(dǎo)體層，以此順序排列在所述P型半導(dǎo)體襯底上，所述外延的半導(dǎo)體層具有的限定P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)濃度低于所述P型半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)濃度；以及利用通過(guò)所述分離層分離所述第二半導(dǎo)體層的分離步驟，將所述第二半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到第二部件上形成第一半導(dǎo)體晶片，并在所述P型半導(dǎo)體襯底上形成具有所述第一半導(dǎo)體層的第二半導(dǎo)體晶片。
8.一種半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括以下步驟形成至少一個(gè)包括外延半導(dǎo)體層的第一半導(dǎo)體層，所述外延的半導(dǎo)體層具有的限定P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)濃度低于所述P型半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)濃度；以及包括外延半導(dǎo)體層的第二半導(dǎo)體層，所述外延半導(dǎo)體層具有的限定P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)濃度高于所述第一半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度；以此順序排列在所述P型半導(dǎo)體襯底上；使所述第二半導(dǎo)體層和部分所述第一半導(dǎo)體層多孔；以及在制成多孔的所述第二半導(dǎo)體層上形成第三半導(dǎo)體層；由此形成第一部件；以及將所述第三半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到所述第二部件上形成第一半導(dǎo)體晶片，并形成包括具有所述第一半導(dǎo)體層的所述P型半導(dǎo)體襯底的第二半導(dǎo)體晶片。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求1到8中任何一個(gè)限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述半導(dǎo)體襯底、所述P型半導(dǎo)體襯底以及所述P型硅襯底每一個(gè)選自由CZ硅晶片、FZ硅晶片、外延硅晶片以及氫氣退火的硅晶片組成的組。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求1到6中任何一個(gè)限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述半導(dǎo)體層選自單晶半導(dǎo)體層、多晶半導(dǎo)體層以及非晶半導(dǎo)體層。
11.根據(jù)以上權(quán)利要求2、4、5、6和7中任何一個(gè)限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述分離層選自由多孔層和微氣泡層組成的組。
12.根據(jù)權(quán)利要求8限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述分離層和所述制成多孔的層的每一個(gè)通過(guò)陽(yáng)極氧化處理形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求11限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中使用選自氫氣、氮?dú)夂拖∮袣怏w組成的組中的氣體通過(guò)離子注入形成所述分離層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述離子注入為等離子體浸沒(méi)離子注入。
15.根據(jù)以上權(quán)利要求2、4、5、6和7中任何一個(gè)限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中通過(guò)在所述半導(dǎo)體襯底的表面上形成多孔層作為所述分離層，之后在所述多孔層的表面上形成所述半導(dǎo)體層得到所述第一部件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括在形成所述半導(dǎo)體層之前在所述多孔層的孔壁上形成保護(hù)層的附加步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求15限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括在形成所述半導(dǎo)體層之前在含有氫氣的還原氣氛中在所述多孔層上進(jìn)行熱處理的附加步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求15限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括提供少量用于所述半導(dǎo)體層的原材料氣體以20mm/min以下的生長(zhǎng)速率形成所述半導(dǎo)體層的附加步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求15限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括在形成所述半導(dǎo)體層之前密封所述多孔層表面，之后在高于所述密封步驟的溫度下進(jìn)行熱處理的步驟，所述密封步驟包括在氫氣還原氣氛下對(duì)所述多孔層進(jìn)行熱處理和/或提供少量用于所述半導(dǎo)體層的原材料氣體的步驟。
20.根據(jù)以上權(quán)利要求2、4、5、6和7中任何一個(gè)限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中通過(guò)將選自氫、氮和稀有氣體組成的組中的至少一種離子注入到所述半導(dǎo)體襯底的表面內(nèi)形成離子注入層作為所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的所述分離層得到所述第一部件。
21.根據(jù)以上權(quán)利要求2、4、5、6和7中任何一個(gè)限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中通過(guò)形成絕緣層之后形成離子注入層作為所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的所述分離層得到所述第一部件。
22.根據(jù)權(quán)利要求1或2限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中包括所述第一部件的所述半導(dǎo)體襯底選自P+硅晶片和P-硅晶片組成的組中。
23.根據(jù)以上權(quán)利要求2、4、5、6和7中任何一個(gè)限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中通過(guò)在所述半導(dǎo)體襯底上形成外延層、通過(guò)使所述外延層的表面多孔形成所述分離層、然后在所述分離層的表面上形成所述半導(dǎo)體層得到所述第一部件。
24.根據(jù)權(quán)利要求23限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中使所述外延層的表面多孔使所述半導(dǎo)體襯底上剩余外延層的厚度在100nm和20μm之間。
25.根據(jù)權(quán)利要求23限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述外延層為P+層，其中的硼濃度在1×1017cm-3到1×1020cm-3之間。
26.根據(jù)權(quán)利要求1或2限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述轉(zhuǎn)移步驟包括用所述第二部件鍵合所述第一部件，從而將所述半導(dǎo)體層設(shè)置其中形成多層結(jié)構(gòu)并分離所述多層結(jié)構(gòu)的步驟。
27.根據(jù)權(quán)利要求26限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述鍵合步驟通過(guò)絕緣層進(jìn)行。
28.根據(jù)權(quán)利要求26限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中在所述半導(dǎo)體層的表面上形成絕緣層之后進(jìn)行所述鍵合步驟。
29.根據(jù)權(quán)利要求26限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中在所述第二部件的表面上形成絕緣層之后進(jìn)行所述鍵合步驟。
30.根據(jù)權(quán)利要求26限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中通過(guò)選自熱處理所述多層結(jié)構(gòu)和氧化處理分離層的側(cè)面和/或其附近的方法進(jìn)行所述分離步驟。
31.根據(jù)權(quán)利要求30限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述熱處理在400℃到600℃范圍內(nèi)的溫度進(jìn)行。
32.根據(jù)權(quán)利要求26限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中通過(guò)選自以下組中的至少一種方法進(jìn)行所述分離步驟將楔子插入到所述分離層的側(cè)面、將流體噴射到所述多層結(jié)構(gòu)和所述分離層的側(cè)面中的任何一個(gè)上、施加拉力、壓力以及剪切力中的任何一種、在所述分離層處切所述多層結(jié)構(gòu)，以及將超聲振動(dòng)施加到所述分離層上。
33.根據(jù)權(quán)利要求32限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述流體選自水、醇、腐蝕劑、空氣、氮?dú)?、二氧化碳?xì)怏w以及稀有氣體組成的組。
34.根據(jù)權(quán)利要求1或2限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述半導(dǎo)體晶片為外延晶片。
35.根據(jù)以上權(quán)利要求1到8中任何一個(gè)限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中使用所述半導(dǎo)體晶片和所述第二晶片制造半導(dǎo)體器件和太陽(yáng)能電池中的任何一個(gè)。
36.根據(jù)以上權(quán)利要求1到8中任何一個(gè)限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述第二部件選自CZ硅晶片、FZ硅晶片、外延晶片、氫氣退火的硅晶片、玻璃、石英玻璃、塑料、柔韌性膜、陶瓷、以及導(dǎo)電襯底構(gòu)成的組。
37.根據(jù)以上權(quán)利要求1到8中任何一個(gè)限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述第二部件為表面上具有氧化膜的硅晶片。
38.根據(jù)權(quán)利要求1或2限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述平滑步驟為進(jìn)行選自表面拋光、整平、腐蝕和熱處理組成的組中的至少一種處理的步驟。
39.根據(jù)權(quán)利要求38限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述表面拋光選自化學(xué)機(jī)械拋光和接觸拋光組成的組。
40.根據(jù)權(quán)利要求38限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述熱處理為氫氣退火。
41.根據(jù)權(quán)利要求40限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述氫氣退火的溫度不低于800℃并且不高于所述半導(dǎo)體襯底的組成材料的熔化溫度。
42.根據(jù)權(quán)利要求40限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中氫氣退火為在至少含有氫氣的還原氣氛下進(jìn)行的熱處理。
43.一種使用半導(dǎo)體晶片的方法，其中根據(jù)權(quán)利要求1或2的平滑步驟之后的所述半導(dǎo)體襯底用做非SOI晶片。
44.一種使用半導(dǎo)體晶片的方法，其中根據(jù)權(quán)利要求1或2的平滑步驟之后的所述半導(dǎo)體襯底用做半導(dǎo)體晶片制造半導(dǎo)體器件。
45.一種使用半導(dǎo)體晶片的方法，其中根據(jù)權(quán)利要求1或2的平滑步驟之后的所述半導(dǎo)體襯底用做假晶片。
46.一種使用半導(dǎo)體晶片的方法，其中根據(jù)權(quán)利要求1或2的平滑步驟之后的所述半導(dǎo)體襯底用做監(jiān)視器晶片。
47.根據(jù)權(quán)利要求1或2中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括在平滑的半導(dǎo)體襯底上形成外延層的附加步驟。
48.根據(jù)權(quán)利要求1或2中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中在平滑步驟之后得到的半導(dǎo)體襯底上進(jìn)行選自以下組中的至少一種檢查步驟檢查表面異物顆粒的密度、檢查膜厚度分布、檢查缺陷的密度、檢查表面剖面、以及檢查邊緣。
49.根據(jù)權(quán)利要求48中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中將襯底分類(lèi)作為以下組中的一種晶片假晶片、監(jiān)視器晶片、器件晶片以及外延晶片。
50.根據(jù)以上權(quán)利要求3、4、5、7和8中任何一個(gè)限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述P型半導(dǎo)體襯底為高濃度的P型硅襯底。
51.根據(jù)權(quán)利要求50中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述高濃度P型硅晶片中的硼濃度在1×1017cm-3到1×1020cm-3之間。
52.根據(jù)權(quán)利要求50中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述高濃度P型硅晶片的電阻率在0.001歐姆·厘米到0.5歐姆·厘米之間。
53.根據(jù)權(quán)利要求3到8中任何一個(gè)限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中形成所述第一半導(dǎo)體晶片的步驟包括用所述第二部件鍵合所述第一部件，從而將所述半導(dǎo)體層設(shè)置其中形成多層結(jié)構(gòu)并分離所述多層結(jié)構(gòu)的步驟。
54.根據(jù)權(quán)利要求53限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述鍵合步驟通過(guò)絕緣層進(jìn)行。
55.根據(jù)權(quán)利要求53限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中在所述半導(dǎo)體層的表面上形成絕緣層之后進(jìn)行所述鍵合步驟。
56.根據(jù)權(quán)利要求53限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中在所述第二部件的表面上形成絕緣層之后進(jìn)行所述鍵合步驟。
57.根據(jù)權(quán)利要求53限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中通過(guò)選自熱處理所述多層結(jié)構(gòu)和氧化處理分離層的側(cè)面和/或其附近的方法進(jìn)行所述分離步驟。
58.根據(jù)權(quán)利要求57限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述熱處理在400℃到600℃范圍內(nèi)的溫度進(jìn)行。
59.根據(jù)權(quán)利要求53限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中通過(guò)選自以下組中的至少一種方法進(jìn)行所述分離步驟將楔子插入到所述分離層側(cè)面內(nèi)、將流體噴射到所述多層結(jié)構(gòu)和所述分離層的側(cè)面中的任何一個(gè)上、施加拉力、壓力以及剪切力中的任何一種、在所述分離層處切所述多層結(jié)構(gòu)，以及將超聲振動(dòng)施加到所述分離層上。
60.根據(jù)權(quán)利要求59限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述流體選自水、醇、腐蝕劑、空氣、氮?dú)?、二氧化碳?xì)怏w以及稀有氣體組成的組。
61.根據(jù)權(quán)利要求3到6中任意一個(gè)限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述低濃度P型硅層的電阻率在0.02歐姆·厘米到10000歐姆·厘米之間。
62.根據(jù)權(quán)利要求3到6中任意一個(gè)限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述低濃度P型硅層為硼濃度為1×1017cm-3的外延硅層。
63.根據(jù)權(quán)利要求3到8中任意一個(gè)限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中在所述第二半導(dǎo)體晶片上進(jìn)行選自以下組中的至少一種檢查步驟檢查表面異物顆粒的密度、檢查膜厚度分布、檢查缺陷的密度、檢查表面剖面、以及檢查邊緣。
64.根據(jù)權(quán)利要求3到6中任意一個(gè)限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中通過(guò)化學(xué)汽相淀積(CVD)方法進(jìn)行所述外延生長(zhǎng)。
65.根據(jù)權(quán)利要求6中個(gè)限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述P型半導(dǎo)體襯底為高濃度的P型硅晶片。
66.根據(jù)權(quán)利要求65中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述高濃度P型硅晶片中的硼濃度在1×1017cm-3到1×1020cm-3之間。
67.根據(jù)權(quán)利要求65中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述高濃度P型硅晶片的電阻率在0.001歐姆·厘米到0.5歐姆·厘米之間。
68.根據(jù)權(quán)利要求7或8中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述第一半導(dǎo)體層為P-外延硅層。
69.根據(jù)權(quán)利要求7或8中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述第一半導(dǎo)體層由多層組成。
70.根據(jù)權(quán)利要求7中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述第二半導(dǎo)體層中限定P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)濃度高于所述第一半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度。
71.根據(jù)權(quán)利要求7中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述第一半導(dǎo)體層中限定P型導(dǎo)電性的雜質(zhì)濃度等于所述第二半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度。
72.根據(jù)權(quán)利要求7中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中使用選自氫氣、氮?dú)?、和稀有氣體組成的組中氣體的離子注入形成所述第二半導(dǎo)體層和分離層。
73.根據(jù)權(quán)利要求8中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述第三半導(dǎo)體層為外延的單晶硅層。
74.根據(jù)權(quán)利要求7中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中通過(guò)形成所述分離層之后形成所述第二半導(dǎo)體層得到所述第一部件。
75.根據(jù)權(quán)利要求74中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括在形成所述第二半導(dǎo)體層之前，在作為所述分離層的所述多孔層的孔壁上形成保護(hù)層的附加步驟。
76.根據(jù)權(quán)利要求74中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括在形成所述半導(dǎo)體層之前在含有氫氣的還原氣氛中在作為所述分離層的所述多孔層上進(jìn)行熱處理的附加步驟。
77.根據(jù)權(quán)利要求74限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括以20nm/min以下的生長(zhǎng)速率提供少量構(gòu)成所述第二半導(dǎo)體層的原材料氣體形成所述第二半導(dǎo)體層的步驟。
78.根據(jù)權(quán)利要求74限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括在形成所述第二半導(dǎo)體層之前密封所述多孔層表面，之后在高于所述密封步驟的溫度下進(jìn)行熱處理的附加步驟，所述密封步驟包括在氫氣還原氣氛下對(duì)所述多孔層進(jìn)行熱處理和/或提供少量用于所述第二半導(dǎo)體層的原材料氣體的步驟。
79.根據(jù)權(quán)利要求8限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中通過(guò)將第三半導(dǎo)體層形成到制成多孔的所述第二半導(dǎo)體層上得到所述第一部件。
80.根據(jù)權(quán)利要求79限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括在形成所述第三半導(dǎo)體層之前在制成多孔的所述第二半導(dǎo)體層的多孔層的孔壁上形成保護(hù)層的附加步驟。
81.根據(jù)權(quán)利要求79限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括在形成所述第三半導(dǎo)體層之前，在含有氫氣的還原氣氛下在制成多孔的所述第二半導(dǎo)體層的多孔層上進(jìn)行熱處理的附加步驟。
82.根據(jù)權(quán)利要求79限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括以20nm/min以下的生長(zhǎng)速率提供少量構(gòu)成所述第三半導(dǎo)體層的原材料氣體形成所述第三半導(dǎo)體層的步驟。
83.根據(jù)權(quán)利要求79限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括在形成所述第三半導(dǎo)體層之前密封制成多孔的所述第二半導(dǎo)體層的多孔層的表面，之后在高于所述密封步驟的溫度下進(jìn)行熱處理的附加步驟，所述密封步驟包括在氫氣還原氣氛下對(duì)所述多孔層進(jìn)行熱處理和/或提供少量用于所述第三半導(dǎo)體層的原材料氣體的步驟。
84.根據(jù)權(quán)利要求3到6中任意一個(gè)限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中在外延生長(zhǎng)所述高濃度P型硅層之前平滑所述高濃度P型硅層的表面。
85.根據(jù)權(quán)利要求7或8中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中通過(guò)平滑所述分離的P型半導(dǎo)體襯底上的所述第一半導(dǎo)體層的表面形成所述第二半導(dǎo)體晶片。
86.根據(jù)權(quán)利要求85中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中通過(guò)選自表面拋光、整平、腐蝕和熱處理組成的組中的至少一種處理進(jìn)行所述平滑步驟。
87.根據(jù)權(quán)利要求86中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述熱處理為在含有氫氣的還原氣氛下進(jìn)行的熱處理。
88.根據(jù)權(quán)利要求87中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中在含有氫氣的還原氣氛下進(jìn)行的所述熱處理的溫度不低于800℃并且不高于所述P型半導(dǎo)體襯底的組成材料的熔化溫度。
89.根據(jù)權(quán)利要求7中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括將所述第二半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到所述第二半導(dǎo)體襯底上，之后除去留在所述第二半導(dǎo)體層上的所述分離層的附加步驟。
90.根據(jù)權(quán)利要求8中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，包括將所述第三半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到所述第二半導(dǎo)體襯底上，之后除去留在所述第二半導(dǎo)體層上的所述分離層的附加步驟。
91.根據(jù)權(quán)利要求89或90中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中除去所述剩余的分離層之后進(jìn)行含有氫氣的還原氣氛下的熱處理。
92.根據(jù)以上權(quán)利要求2、4、5、6和7中任何一個(gè)限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中在選自所述分離層的內(nèi)部、上表面和下表面組成的組中的某部分處進(jìn)行穿過(guò)所述分離層的分離。
93.根據(jù)權(quán)利要求8中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中通過(guò)在選自制成多孔的所述第一半導(dǎo)體層的內(nèi)部、上表面和下表面組成的組中的某部分處進(jìn)行的分離將所述第三半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到所述第二部件上。
94.根據(jù)以上權(quán)利要求3到6中任何一個(gè)限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中通過(guò)相同的CVD裝置形成所述半導(dǎo)體層和所述低濃度P型硅層。
95.根據(jù)以上權(quán)利要求3到8中任何一個(gè)限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中所述第二半導(dǎo)體晶片用做除所述第一和第二部件之外的用途。
96.根據(jù)權(quán)利要求6中限定的半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中通過(guò)氧化氣氛下的所述熱處理，在所述P型硅襯底的背面上形成厚度為10nm到10μm的氧化膜。
97.一種使用半導(dǎo)體晶片的方法，特征在于制備已用于制造鍵合的SOI襯底的籽晶片，之后在所述籽晶片的至少一個(gè)表面上進(jìn)行平滑處理，由此作為半導(dǎo)體晶片賣(mài)出。
98.根據(jù)權(quán)利要求97中使用半導(dǎo)體晶片的方法，其中制造所述鍵合的SOI晶片的工藝包括用第二部件通過(guò)絕緣層鍵合在單晶硅區(qū)域上具有單晶半導(dǎo)體層的第一部件，并穿過(guò)所述分離層的內(nèi)部和/或表面進(jìn)行分離的步驟。
99.根據(jù)權(quán)利要求98中使用半導(dǎo)體晶片的方法，其中所述鍵合步驟為穿過(guò)形成在所述單晶半導(dǎo)體層和/或所述第二部件上的絕緣層進(jìn)行分離的步驟。
100.根據(jù)權(quán)利要求98中使用半導(dǎo)體晶片的方法，其中所述分離層選自由陽(yáng)極氧化硅襯底形成的多孔層以及通過(guò)選自氫、氮和稀有氣體中的至少一種元素離子注入形成的微氣泡層組成的組。
101.根據(jù)權(quán)利要求97中使用半導(dǎo)體晶片的方法，其中所述平滑處理包括鏡面精拋光的步驟。
102.根據(jù)權(quán)利要求97中使用半導(dǎo)體晶片的方法，其中在所述籽晶片的兩面上進(jìn)行所述平滑處理。
103.根據(jù)權(quán)利要求97中使用半導(dǎo)體晶片的方法，其中在作為所述半導(dǎo)體晶片賣(mài)出的所述籽晶片的兩面上進(jìn)行所述鏡面精拋光。
104.根據(jù)權(quán)利要求97中使用半導(dǎo)體晶片的方法，其中所述平滑處理包括含有氫氣退火的步驟。
105.根據(jù)權(quán)利要求97中使用半導(dǎo)體晶片的方法，包括在所述籽晶片上形成外延半導(dǎo)體層的附加步驟。
106.根據(jù)權(quán)利要求11中半導(dǎo)體晶片的制造工藝，其中分別通過(guò)陽(yáng)極處理形成所述分離層和所述制成多孔的層。
全文摘要
一種具有優(yōu)越的大規(guī)模生產(chǎn)性和再現(xiàn)性的半導(dǎo)體晶片的制造工藝。工藝包括以下步驟:制備在半導(dǎo)體襯底上有單晶半導(dǎo)體層的第一部件,分離層設(shè)置其間,半導(dǎo)體晶片作為原材料;穿過(guò)分離層分離單晶半導(dǎo)體層之后,將單晶半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到包括半導(dǎo)體晶片的第二部件上;轉(zhuǎn)移步驟之后,平滑半導(dǎo)體襯底的表面,由此將半導(dǎo)體襯底用做除形成所述第一和第二部件用途之外的半導(dǎo)體晶片。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1259758SQ9912782
公開(kāi)日2000年7月12日 申請(qǐng)日期1999年12月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月4日
發(fā)明者米原隆夫, 渡部國(guó)男, 嶋田哲也, 近江和明, 坂口清文 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社