專利名稱：半導(dǎo)體襯底及其制造方法、和使用它的半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及絕緣體上硅(SOI)或藍(lán)寶石上硅(SOS)等半導(dǎo)體襯底的制造方法，涉及錯(cuò)位或缺陷少、具有良好表面平坦性的硅層的半導(dǎo)體襯底及其制造方法。此外，本發(fā)明涉及在上述半導(dǎo)體襯底上形成的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
以往，作為具有在絕緣物上形成單晶硅半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)的襯底材料，已知SOI和SOS等。再有，在本說明書中，包括所述SOI襯底和SOS襯底，統(tǒng)稱為在絕緣物層上形成單晶硅半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體襯底，記為SOI襯底。這些襯底材料被廣泛地用來制作器件，與通常的硅襯底相比，在以下方面優(yōu)秀。
(1)因寄生電容降低而高速性良好。
(2)在軟誤差上強(qiáng)。
(3)沒有閂鎖。
(4)可以省略阱工藝。
由于實(shí)現(xiàn)這些器件上的優(yōu)點(diǎn)，所以作為SOI襯底的制造方法，以往有以下方法。
(1)粘合法使用熱處理或粘結(jié)劑將單晶硅襯底粘合在對(duì)表面熱氧化過的另一單晶硅襯底上后，使用機(jī)械研磨或化學(xué)腐蝕等將單側(cè)硅層均勻薄膜化的方法。
(2)SIMOX(分離雙離子注入氧化物)法將氧離子注入到硅襯底后，進(jìn)行熱處理，在硅襯底中制作埋入SiO2(氧化硅)層的方法。
(3)固相外延生長(zhǎng)法在使硅襯底的表面氧化后，在氧化膜的一部分上開窗口，使硅襯底露出，在其上生長(zhǎng)非晶質(zhì)硅。接著，實(shí)施熱處理，從與露出的硅連接的部分開始，通過橫方向的固相外延生長(zhǎng)使非晶質(zhì)硅層結(jié)晶化的方法。
(4)異質(zhì)外延生長(zhǎng)法在絕緣性的氧化物襯底或硅襯底上沉積結(jié)晶性的氧化物或氟化物的層之后，用CVD法等在其上生長(zhǎng)單晶硅層的方法。
但是，這些方法有長(zhǎng)處也有短處，在生產(chǎn)率、品質(zhì)上仍有問題。例如，在粘合法中，必須將硅襯底本身薄膜化，很難使硅襯底達(dá)到1μm以下的精度，并且很難均勻地腐蝕或研磨。
此外，SIMOX法被長(zhǎng)期研究，但為了在硅襯底中形成SiO2的埋入氧化膜，必須注入大量的氧離子，在生產(chǎn)率和成本上有問題，并且硅層中的結(jié)晶缺陷多，在埋入氧化膜中存在被稱為管狀的缺陷的問題。
此外，在粘合的SOI襯底或SIMOX襯底中，在其上制作的元件(例如，場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的急速?gòu)?fù)原耐壓低，在電流電壓特性上容易出現(xiàn)彎折，而且因自熱容易導(dǎo)致負(fù)電導(dǎo)這樣的缺點(diǎn)，品質(zhì)上存在問題。急速?gòu)?fù)原耐壓在元件為FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的情況下，在作為FET工作時(shí)，在本體部和漏極部之間的接合部產(chǎn)生的熱載流子積蓄到本體部，在漏極部和源極部之間流動(dòng)的漏極電流激增，意味著耐壓下降。導(dǎo)致彎折或熱載流子積蓄在本體中。負(fù)電導(dǎo)是電壓增加而電流減少這樣的現(xiàn)象，這是因?yàn)榻^緣性的襯底的硅氧化物的導(dǎo)熱率低，所以隨著柵極電壓或漏極電壓升高，F(xiàn)ET本身發(fā)熱產(chǎn)生的熱進(jìn)行積蓄，使溫度上升，硅層的遷移率下降。
另一方面，作為SOI技術(shù)的前身，眾所周知SOS技術(shù)。SOS襯底至今主要使用在必須具備耐放射性的器件方面。SOS襯底除了寄生電容小等SOI襯底的特長(zhǎng)之外，由于具有厚的絕緣層，所以還具有通過襯底的噪聲小等特長(zhǎng)。此外，在SOS襯底中，硅層和藍(lán)寶石界面間的載流子的壽命時(shí)間短，所以在FET工作時(shí)，本體部和漏極部之間產(chǎn)生的熱載流子立即再結(jié)合，難以積蓄到本體部。因此，漏極部和本體部之間流動(dòng)的電流不激增，耐壓不下降。即，急速?gòu)?fù)原耐壓高，不易出現(xiàn)彎折，成為SOS襯底的主要特長(zhǎng)。而且，由于藍(lán)寶石的導(dǎo)熱系數(shù)高，所以還具有在SOS襯底中難以造成負(fù)電導(dǎo)的特征。但是，SOS襯底存在以下問題由于在藍(lán)寶石襯底上使硅異質(zhì)外延生長(zhǎng)，因硅層和藍(lán)寶石襯底(α-Al2O3)的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)不同，所以有結(jié)晶缺陷多和表面粗糙度大的問題。
作為解決它的方法，已知在該硅層上再注入硅離子，使硅層深部非晶化后，通過退火進(jìn)行再結(jié)晶化(USP5416043)。但是，即使使用該方法，如果與塊硅進(jìn)行比較，則結(jié)晶缺陷依然高。
此外，作為在硅襯底上使氧化物層或氟化物層等中間層、以及在其上單晶硅層外延生長(zhǎng)的SOI襯底，例如已知在中間層上使用γ-Al2O3的襯底(特開平1-261300號(hào))，與這些SOI襯底同樣，期待硅層和中間層之間的界面中的載流子的壽命時(shí)間變短，得到與SOS同樣高的急速?gòu)?fù)原耐壓，難以出現(xiàn)彎折，但依然有因晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)不同而導(dǎo)致硅層的結(jié)晶性降低和表面粗糙度增大的問題。
此外，在這些SOS襯底和SOI襯底的硅層中，與絕緣性的基底的界面越接近，結(jié)晶缺陷密度越高，存在結(jié)晶性下降這樣的問題。因此，在這些襯底上，例如制作高速、低功率消耗的器件的情況下，在厚度為0.05～0.3μm薄的硅層中，包含非常多的結(jié)晶缺陷，結(jié)晶性也差。
因此，使用藍(lán)寶石襯底的SOS襯底和利用硅襯底上沉積的氧化物層或氟化物層這樣的中間層的SOI襯底，如果與粘合的SOI襯底或SIMOX襯底進(jìn)行比較，則硅層的結(jié)晶性和表面平坦性差，在這些襯底上例如形成MOSFET(金屬-氧化物-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的情況下，成為閃爍噪聲的原因，出現(xiàn)柵氧化膜的耐壓下降、有效遷移率和相互電導(dǎo)下降、漏電流增加等，使FET的工作性能和可靠性惡化。
作為改善硅層表面平坦性的方法，已知在還原性氣氛中加熱處理絕緣層是SiO2的粘合SOI襯底這樣的方法(參照特開平5-217821號(hào)公報(bào))。但是，根據(jù)該方法，平坦性雖提高，但由于硅層的襯底是SiO2，所以未發(fā)現(xiàn)急速?gòu)?fù)原耐壓的提高。如果考慮器件的可靠性，則急速?gòu)?fù)原耐壓越高越好，在SOS襯底、硅襯底上氧化物層或氟化物層等中間層、以及在其上外延生長(zhǎng)單晶硅層的SOI襯底中，如果可以改善硅層的結(jié)晶性和表面平坦性，提高因上述原因造成的器件性能和可靠性，則除了閃爍噪聲低、有效遷移率和相互電導(dǎo)高、柵氧化膜耐壓高、漏電流低等特性以外，還可以實(shí)現(xiàn)急速?gòu)?fù)原耐壓高、電流電壓特性上不出現(xiàn)彎折和負(fù)電導(dǎo)這樣的在現(xiàn)有SOI襯底上不能獲得的元件的性能和可靠性。
此外，不但可制作電子器件，而且在SOS襯底、硅襯底上氧化物層或氟化物層等的中間層、以及在其上使單晶硅層外延生長(zhǎng)的SOI襯底中，通過改善硅層的結(jié)晶性和表面平坦性，還可以制作以往因漏電流高、載流子再結(jié)合速度大、光散射顯著等理由而在這些半導(dǎo)體襯底上難以實(shí)現(xiàn)的光器件。
本發(fā)明的課題是解決在現(xiàn)有的SOS襯底、或硅襯底上沉積氧化物層或氟化物層等中間層，并在其上使硅層外延生長(zhǎng)的SOI襯底的問題點(diǎn)，提供結(jié)晶性和表面粗糙度良好、結(jié)晶缺陷密度在深度方向上一樣低的SOI襯底等的半導(dǎo)體襯底，通過在該襯底上形成半導(dǎo)體器件，實(shí)現(xiàn)高速、低閃爍噪聲、低漏電流、高急速?gòu)?fù)原耐壓等以往未獲得的良好性能和可靠性的電子器件和光器件等的半導(dǎo)體襯底。
在這樣的狀況下，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在藍(lán)寶石襯底上使硅層生長(zhǎng)來制作SOS襯底的情況下，或者在硅襯底上作為中間層沉積氧化物層或氟化物層，在其上使硅層生長(zhǎng)來制作SOI襯底情況等的半導(dǎo)體襯底的制造方法中，在使硅層生長(zhǎng)后，將硅離子注入到該硅層，并對(duì)硅層深部進(jìn)行非結(jié)晶化后，通過退火來進(jìn)行再結(jié)晶化而改善結(jié)晶，然后，通過在其上再次使硅層進(jìn)行外延生長(zhǎng)，可以形成缺陷少、結(jié)晶性高的硅層，而且，在將硅離子注入到該硅層，對(duì)硅層深部進(jìn)行非結(jié)晶化后，通過退火來進(jìn)行再結(jié)晶化，可以形成缺陷非常少的結(jié)晶性高的硅層，從而完成本發(fā)明。此外，在進(jìn)行最初的再結(jié)晶化后，在氧化性氣氛中進(jìn)行熱處理來對(duì)硅層的表面?zhèn)鹊囊徊糠诌M(jìn)行氧化，用氫氟酸等腐蝕除去該氧化硅層后，殘留缺陷少、取向性高的硅層，然后，以該硅層為薄片層，通過在其上使硅層再次同質(zhì)外延生長(zhǎng)，發(fā)現(xiàn)也可以形成缺陷少、結(jié)晶性高的硅層。
而且，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)例如，在通過上述制造方法制作的、缺陷少、結(jié)晶性和表面平坦性良好的半導(dǎo)體襯底上形成MOSFET的情況下，與以往相比，可實(shí)現(xiàn)工作速度的提高、閃爍噪聲的降低、漏電流的降低等顯著的器件特性的提高，能夠?qū)崿F(xiàn)在現(xiàn)有的SOI襯底上不能實(shí)現(xiàn)的器件，從而完成本發(fā)明。
本發(fā)明第1方面的半導(dǎo)體襯底由絕緣性的襯底和在其上外延生長(zhǎng)的結(jié)晶硅層構(gòu)成，所述絕緣性襯底由單晶氧化物襯底、或硅襯底和其上沉積的結(jié)晶性的氧化物層或氟化物層組成的層積襯底構(gòu)成，其特征在于通過計(jì)測(cè)浸漬碘系腐蝕液形成的平均單位面積的凹陷數(shù)這樣的缺陷密度測(cè)定方法評(píng)價(jià)的所述結(jié)晶硅層的缺陷密度在整個(gè)深度方向上為7×106個(gè)/cm2以下，并且該結(jié)晶硅層的表面粗糙度為2nm以下、0.05nm以上。
本發(fā)明第2方面的半導(dǎo)體襯底的特征在于，在所述第1方面的半導(dǎo)體襯底中，所述結(jié)晶硅層的平行于襯底面的硅(004)峰值的X線衍射擺動(dòng)曲線半幅值為0.24度以下、0.03度以上，并且垂直于襯底面的硅(004)峰值的X線衍射擺動(dòng)曲線半幅值為0.18度以下、0.03度以上。
本發(fā)明第3方面的半導(dǎo)體襯底的特征在于，在所述第1方面的半導(dǎo)體襯底中，所述結(jié)晶硅層的垂直于襯底面的硅(040)峰值的X線衍射擺動(dòng)曲線半幅值比平行于襯底面的硅(040)峰值的X線衍射擺動(dòng)曲線半幅值小。
本發(fā)明第4方面的半導(dǎo)體襯底的特征在于，在所述第1方面的半導(dǎo)體襯底中，所述結(jié)晶硅層的垂直于襯底面的硅(040)峰值的X線衍射擺動(dòng)曲線半幅值在整個(gè)深度方向上大致一定，為0.18度以下、0.03度以上。
本發(fā)明第5方面的半導(dǎo)體襯底的特征在于，在所述第1方面的半導(dǎo)體襯底中，對(duì)所述結(jié)晶硅層的一部分進(jìn)行熱氧化，在該結(jié)晶硅層上形成氧化硅層后，通過電荷泵方法測(cè)定的表面能級(jí)密度在3×1011/cm2以下、1×109/cm2以上。
本發(fā)明第6方面的半導(dǎo)體襯底的特征在于，在所述第1方面的半導(dǎo)體襯底中，所述結(jié)晶硅層的厚度在0.03μm以上、0.7μm以下。
本發(fā)明第7方面的半導(dǎo)體襯底的特征在于，在所述第1方面的半導(dǎo)體襯底中，所述絕緣性的襯底是所述單晶氧化物襯底，該單晶氧化物襯底是藍(lán)寶石襯底。
本發(fā)明第8方面的半導(dǎo)體襯底的特征在于，在所述第1方面的半導(dǎo)體襯底中，所述絕緣性的襯底是所述層積襯底，在作為該襯底的硅襯底上沉積的結(jié)晶性的所述氧化物層由α-Al2O3、γ-Al2O3、θ-Al2O3、MgO·Al2O3、CeO2、SrTiO3、(Zr1-x、Yx)Oy、Pb(Zr、Ti)O3、LiTaO3、LiNbO3的某一個(gè)組成，所述氟化物層由CaF2構(gòu)成。
此外，本發(fā)明的第9方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法，在絕緣性的襯底上形成缺陷密度低的硅層，其特征在于，包括(a)在所述絕緣性襯底上形成第一硅層的步驟；(b)將第一離子注入到所述第一硅層，將界面深部非結(jié)晶化，通過第一熱處理使該非結(jié)晶化的層進(jìn)行再結(jié)晶的步驟；(c)在第一硅層上使硅層外延成長(zhǎng)，形成第二硅層的步驟；以及(d)將第二離子注入到所述第二硅層，將界面深部非結(jié)晶化，通過第二熱處理使該非結(jié)晶化的層進(jìn)行再結(jié)晶的步驟。
此外，本發(fā)明第10方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法，在絕緣性的襯底上形成缺陷密度低的硅層，其特征在于，包括(a)在所述絕緣性襯底上形成第一硅層的步驟；(b)將第一離子注入到所述第一硅層，將界面深部非結(jié)晶化，通過第一熱處理使該非結(jié)晶化的層進(jìn)行再結(jié)晶的步驟；(c)將所述再結(jié)晶的第一硅層在氧化性氣氛中進(jìn)行熱處理，對(duì)表面?zhèn)鹊囊徊糠诌M(jìn)行氧化的步驟；(d)通過腐蝕來除去由所述步驟(c)形成的氧化硅膜的步驟；(e)在殘留的第一硅層上使硅層外延生長(zhǎng)，形成第二硅層的步驟；以及(f)將第二離子注入到所述第二硅層，將界面深部非結(jié)晶化，通過第二熱處理使該非結(jié)晶化的層進(jìn)行再結(jié)晶的步驟。
此外，本發(fā)明第11方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在以所述殘留的第一硅層為規(guī)定的厚度時(shí)，將所述步驟(c)～(d)重復(fù)進(jìn)行2次以上。
本發(fā)明第12方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在所述第10或第11方面的制造方法中，將所述步驟(f)中形成的硅層看作由所述步驟(b)形成的再結(jié)晶的第一硅層，將所述步驟(c)～(f)重復(fù)進(jìn)行2次以上。
此外，本發(fā)明第13方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法，在絕緣性的襯底上形成缺陷密度低的硅層，其特征在于，包括(a)在所述絕緣性襯底上形成第一硅層的步驟；(b)將所述第一硅層在氧化性氣氛中進(jìn)行熱處理，將表面?zhèn)鹊囊徊糠诌M(jìn)行氧化的步驟；(c)通過腐蝕來除去由所述步驟(b)形成的氧化硅膜的步驟；(d)在殘留的第一硅層上使硅層外延生長(zhǎng)，形成第二硅層的步驟；以及(e)將離子注入到所述第二硅層，將界面深部進(jìn)行非結(jié)晶化，通過熱處理使該非結(jié)晶化的層進(jìn)行再結(jié)晶的步驟。
本發(fā)明第14方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在所述第13方面的制造方法中，在以所述殘留的第一硅層為規(guī)定的厚度時(shí)，將所述步驟(b)～(c)重復(fù)進(jìn)行2次以上。
本發(fā)明第15方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在所述第13或第14的任何一個(gè)制造方法中，將所述步驟(e)中形成的硅層看作由所述步驟(a)形成的第一硅層，將所述步驟(b)～(e)重復(fù)進(jìn)行2次以上。
本發(fā)明第16方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在所述第10方面至第15方面的任何一個(gè)制造方法中，所述氧化性氣氛包括氧和氫的混合氣體或水蒸汽。
本發(fā)明第17方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在所述第10方面至第16方面的任何一個(gè)制造方法中，所述氧化性氣氛中的熱處理溫度為600℃以上、1300℃以下。
本發(fā)明第18方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在所述第10方面至第16方面的任何一個(gè)的制造方法中，所述氧化性氣氛中的熱處理由用高溫進(jìn)行的高溫?zé)崽幚怼⒔又玫蜏剡M(jìn)行的低溫?zé)崽幚磉@樣的改變溫度的兩級(jí)熱處理構(gòu)成。
本發(fā)明第19方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在所述第18方面所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法中，所述氧化性氣氛中的高溫?zé)崽幚淼臏囟葹?00℃以上、1200℃以下，而所述氧化性氣氛中的低溫?zé)崽幚淼臏囟葹?00℃以上、1100℃以下。
本發(fā)明第20方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在所述第9方面至第15方面的任何一個(gè)制造方法中，在所述第一硅層上使硅層外延生長(zhǎng)，形成第二硅層的溫度為550℃以上、1050℃以下。
本發(fā)明第21方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在所述第9方面至第15方面的任何一個(gè)制造方法中，在所述第一硅層上使硅層外延生長(zhǎng)，在形成第二硅層的步驟前，將該第一硅層在氫氣氛中或真空中進(jìn)行加熱處理。
本發(fā)明第22方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在所述第9方面至第15方面的任何一個(gè)制造方法中，在所述第一硅層上使硅層外延生長(zhǎng)，使形成第二硅層時(shí)使用的裝置的生長(zhǎng)室的基本壓力為10-7Torr以下。
本發(fā)明第23方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在所述第9方面至第15方面的任何一個(gè)制造方法中，在所述第一硅層上使硅層外延生長(zhǎng)，形成第二硅層的方法是UHV-CVD方法或MBE方法。
本發(fā)明第24方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在所述第9方面至第15方面的任何一個(gè)制造方法中，在所述第一硅層上使硅層外延生長(zhǎng)，在形成第二硅層時(shí)，僅在生長(zhǎng)初期將生長(zhǎng)溫度提高設(shè)定。
本發(fā)明第25方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在所述第24方面所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法中，在所述第一硅層上使硅層外延生長(zhǎng)，形成第二硅層的方法是APCVD方法或LPCVD方法。
本發(fā)明第26方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在所述第9方面至第15方面的任何一個(gè)制造方法中，將離子注入到所述第二硅層，將界面深部進(jìn)行非結(jié)晶化，通過熱處理對(duì)該非結(jié)晶化的層進(jìn)行再結(jié)晶化的步驟后，或者使所述硅層外延生長(zhǎng)并形成第二硅層的步驟后，有在氫中進(jìn)行熱處理的步驟。
本發(fā)明第27方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在所述第26方面的制造方法中，所述氫中的熱處理溫度在800℃以上、1200℃以下。
本發(fā)明第28方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在所述第9方面至第15方面的任何一個(gè)制造方法中，將離子注入到所述第二硅層，并對(duì)界面深部進(jìn)行非結(jié)晶化，在通過熱處理對(duì)該非結(jié)晶化的層進(jìn)行再結(jié)晶化的步驟后，對(duì)硅層的表面進(jìn)行平坦化。
本發(fā)明第29方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在所述第28方面所述的制造方法中，對(duì)所述硅層的表面進(jìn)行平坦化的方法是化學(xué)的/或機(jī)械的研磨處理。
本發(fā)明第30方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在所述第9方面至第29方面的任何一個(gè)制造方法中，在所述絕緣性襯底上形成第一硅層的步驟是在絕緣性的襯底上使第一硅層外延生長(zhǎng)的步驟。
本發(fā)明第31方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在所述第9方面至第30方面的任何一個(gè)制造方法中，所述絕緣性的襯底是單晶氧化物襯底。
本發(fā)明第32方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在所述第31方面所述的制造方法中，所述絕緣性的襯底是藍(lán)寶石襯底。
本發(fā)明第33方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在所述第9方面至第30方面的任何一個(gè)制造方法中，所述絕緣性的襯底是在作為襯底的硅襯底上沉積的結(jié)晶性的氧化物層或氟化物層構(gòu)成的層積襯底。
本發(fā)明第34方面的半導(dǎo)體襯底的制造方法的特征在于，在所述第33方面所述的制造方法中，所述結(jié)晶性的氧化物層由α-Al2O3、γ-Al2O3、θ-Al2O3、MgO·Al2O3、CeO2、SrTiO3、(Zr1-x、Yx)Oy、Pb(Zr、Ti)O3、LiTaO3、LiNbO3的某一個(gè)組成，所述氟化物層由CaF2構(gòu)成。
此外，本發(fā)明第35方面的半導(dǎo)體襯底的特征在于，由所述第9方面至第34方面的任一項(xiàng)所述的制造方法來制造。
本發(fā)明第36方面的半導(dǎo)體襯底的特征在于，在所述第1方面至第8方面的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底中，由所述第9方面至第34方面的任一項(xiàng)所述的制造方法制造。
此外，本發(fā)明第37方面的半導(dǎo)體器件使用半導(dǎo)體襯底作為襯底，其特征在于，使用第1方面至第8方面的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底，由此來提高器件特性。
本發(fā)明第38方面的半導(dǎo)體器件的特征在于，在所述第37方面所述的半導(dǎo)體器件中，所述半導(dǎo)體器件為MOSFET，通過使用權(quán)利要求1至8的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底作為所述半導(dǎo)體襯底來提高的器件特性是互電導(dǎo)、截止頻率、閃爍噪聲、靜電放電、漏極耐壓、絕緣破壞電荷量、漏電流特性中的至少一個(gè)。
本發(fā)明第39方面的半導(dǎo)體器件的特征在于，在所述第38方面所述的半導(dǎo)體器件中，所述MOSFET具有這樣的特性作為其半導(dǎo)體襯底是權(quán)利要求1至8的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底，是在結(jié)晶硅層的厚度在0.3μm以上、0.7μm以下的半導(dǎo)體襯底上形成的MOSFET，在電流-電壓特性上未呈現(xiàn)彎折，柵極長(zhǎng)度0.8μm情況下的漏極耐壓為7V以上，表示閃爍噪聲的輸入柵電壓頻譜密度在測(cè)定頻率100Hz時(shí)在3×10-12V2/Hz以下。
本發(fā)明第40方面的半導(dǎo)體器件的特征在于，在所述第37方面所述的半導(dǎo)體器件中，所述半導(dǎo)體器件是雙極晶體管，通過使用權(quán)利要求1至8項(xiàng)的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底作為其半導(dǎo)體襯底而提高的器件特性是互電導(dǎo)、截止頻率、集電極電流、漏電流、電流增益中的至少之一。
本發(fā)明第41方面的半導(dǎo)體器件的特征在于，在所述第37方面所述的半導(dǎo)體器件中，所述半導(dǎo)體器件是二極管，通過使用權(quán)利要求1至8的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底作為其半導(dǎo)體襯底而提高的器件特性是反向偏置漏電流、正向偏置電流、二極管因子中的至少之一。
本發(fā)明第42方面的半導(dǎo)體器件的特征在于，在所述第41方面所述的半導(dǎo)體器件中，所述二極管具有這樣的特性作為其半導(dǎo)體襯底是權(quán)利要求1至8項(xiàng)的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底，是在結(jié)晶硅層的厚度在0.3μm以上、0.7μm以下的半導(dǎo)體襯底上形成的pin光電二極管，pin區(qū)域的寬度各為1μm，在施加2V的反向偏置的條件下測(cè)定的暗電流在10-11A以下，在波長(zhǎng)850nm、強(qiáng)度為1W/cm2的光照射下的光電流在10-10A以上。
本發(fā)明第43方面的半導(dǎo)體器件的特征在于，在所述第37方面所述的半導(dǎo)體器件中，所述半導(dǎo)體器件是半導(dǎo)體集成電路，通過使用權(quán)利要求1至8的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底作為其半導(dǎo)體襯底而提高的器件特性是頻率特性、噪聲特性、放大特性、功率消耗特性中的至少之一。
此外，本發(fā)明第44方面的半導(dǎo)體器件的特征在于，是使用半導(dǎo)體襯底作為襯底的半導(dǎo)體器件，作為所述半導(dǎo)體襯底，所以按照所述權(quán)利要求9至34的任何一項(xiàng)所述的制造方法制造的半導(dǎo)體襯底，由此來提高器件特性。
本發(fā)明第45方面的半導(dǎo)體器件的特征在于，在所述第44方面所述的半導(dǎo)體器件中，所述半導(dǎo)體器件是MOSFET，所述器件特性是互電導(dǎo)、截止頻率、閃爍噪聲、靜電放電、漏極耐壓、絕緣破壞電荷量、漏電流特性中的至少之一。
本發(fā)明第46方面的半導(dǎo)體器件的特征在于，在所述第45方面所述的半導(dǎo)體器件中，所述MOSFET具有這樣的特性作為其半導(dǎo)體襯底是按照權(quán)利要求9至34的任何一項(xiàng)所述的制造方法制造的半導(dǎo)體襯底，是在結(jié)晶硅層的厚度在0.3μm以上、0.7μm以下的半導(dǎo)體襯底上形成的MOSFET，在電流-電壓特性上未呈現(xiàn)彎折，柵極長(zhǎng)度0.8μm情況下的漏極耐壓為7V以上，表示閃爍噪聲的輸入柵電壓頻譜密度在測(cè)定頻率100Hz時(shí)在3×10-12V2/Hz以下。
本發(fā)明第47方面的半導(dǎo)體器件的特征在于，在所述第44方面所述的半導(dǎo)體器件中，所述半導(dǎo)體器件是雙極晶體管，所述器件特性是相互電導(dǎo)、截止頻率、集電極電流、漏電流、電流增益中的至少之一。
本發(fā)明第48方面的半導(dǎo)體器件的特征在于，在所述第44方面所述的半導(dǎo)體器件中，所述半導(dǎo)體器件是二極管，所述器件特性是反向偏置漏電流、正向偏置電流、二極管因子中的至少之一。
本發(fā)明第49方面的半導(dǎo)體器件的特征在于，在所述第48方面所述的半導(dǎo)體器件中，所述二極管具有這樣的特性作為其半導(dǎo)體襯底是按照權(quán)利要求9至34的任何一項(xiàng)所述的制造方法制造的半導(dǎo)體襯底，是在結(jié)晶硅層的厚度在0.3μm以上、0.7μm以下的半導(dǎo)體襯底上形成的pin光電二極管，pin區(qū)域的寬度各為1μm，在施加2V的反向偏置的條件下測(cè)定的暗電流在10-11A以下，在波長(zhǎng)850nm、強(qiáng)度為1W/cm2的光照射下的光電流在10-10A以上。
本發(fā)明第50方面的半導(dǎo)體器件的特征在于，在所述第44方面所述的半導(dǎo)體器件中，所述半導(dǎo)體器件是半導(dǎo)體集成電路，所述器件特性是頻率特性、噪聲特性、放大特性、功率消耗特性中的至少之一。
此外，本發(fā)明第51方面的半導(dǎo)體器件的制造方法，在絕緣性的襯底和在其上形成的硅層組成的半導(dǎo)體襯底上制造半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括(a)在所述絕緣性襯底上形成第一硅層的步驟；(b)將第一離子注入到所述第一硅層，將界面深部進(jìn)行非晶化，通過第一熱處理使該非晶化的層再結(jié)晶的步驟；(c)在第一硅層上使硅層外延生長(zhǎng)，形成第二硅層的步驟；(d)將第二離子注入到所述第二硅層，將界面深部進(jìn)行非晶化，通過第二熱處理使該非晶化的層再結(jié)晶的步驟；以及(e)在氧化性氣氛中對(duì)所述步驟(d)中形成的硅層進(jìn)行熱處理而使表面?zhèn)鹊囊徊糠盅趸?，通過腐蝕來除去形成的氧化硅膜，將所述硅層調(diào)整到期望的厚度的步驟。
此外，本發(fā)明第52方面的半導(dǎo)體器件的制造方法，在絕緣性的襯底和在其上形成的硅層組成的半導(dǎo)體襯底上制造半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括(a)在所述絕緣性襯底上形成第一硅層的步驟；(b)將第一離子注入到所述第一硅層，將界面深部進(jìn)行非晶化，通過第一熱處理使該非晶化的層再結(jié)晶的步驟；(c)在氧化性氣氛中對(duì)所述再結(jié)晶化的第一硅層進(jìn)行熱處理，對(duì)表面?zhèn)鹊囊徊糠诌M(jìn)行氧化的步驟；(d)通過腐蝕來除去所述步驟(c)中形成的氧化硅膜的步驟；(e)在殘留的第一硅層上使硅層外延生長(zhǎng)，形成第二硅層的步驟；(f)將第二離子注入到所述第二硅層，將界面深部進(jìn)行非晶化，通過第二熱處理使該非晶化的層再結(jié)晶的步驟；以及(g)在氧化性氣氛中對(duì)所述步驟(f)中形成的硅層進(jìn)行熱處理而使表面?zhèn)鹊囊徊糠盅趸?，通過腐蝕來除去形成的氧化硅膜，將所述硅層調(diào)整到期望的厚度的步驟。
本發(fā)明第53方面的半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于，在所述第52方面的半導(dǎo)體器件的制造方法中，在以所述殘留的第一硅層為規(guī)定的厚度時(shí)，將所述步驟(c)～(d)重復(fù)進(jìn)行2次以上。
本發(fā)明第54方面的半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于，在所述第52方面至第53方面的半導(dǎo)體器件的制造方法中，將所述步驟(f)中形成的硅層看成所述步驟(b)中形成的再結(jié)晶的第一硅層，將所述步驟(c)～(f)重復(fù)進(jìn)行2次以上。
此外，本發(fā)明第55方面的半導(dǎo)體器件的制造方法，在絕緣性的襯底和在其上形成的硅層組成的半導(dǎo)體襯底上制造半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括(a)在所述絕緣性襯底上形成第一硅層的步驟；(b)在氧化性氣氛中對(duì)所述第一硅層進(jìn)行熱處理，對(duì)表面?zhèn)鹊囊徊糠诌M(jìn)行氧化的步驟；(c)通過腐蝕來除去所述步驟(b)中形成的氧化硅膜的步驟；(d)在殘留的第一硅層上使硅層外延生長(zhǎng)，形成第二硅層的步驟；
(e)將離子注入到所述第二硅層，將界面深部進(jìn)行非晶化，通過熱處理使該非晶化的層再結(jié)晶的步驟；以及(f)在氧化性氣氛中對(duì)所述步驟(e)形成的硅層進(jìn)行熱處理，使表面?zhèn)鹊囊徊糠盅趸?，通過腐蝕來除去形成的氧化硅膜，將所述硅層調(diào)整到期望的厚度的步驟。
本發(fā)明第56方面的半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于，在所述第55方面的制造方法中，在以所述殘留的第一硅層為規(guī)定的厚度時(shí)，將所述步驟(b)～(c)重復(fù)進(jìn)行2次以上。
本發(fā)明第57方面的半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于，在所述第55方面或第56方面的任何一個(gè)所述的半導(dǎo)體器件的制造方法中，將所述步驟(e)中形成的硅層看成所述步驟(a)中形成的再結(jié)晶的第一硅層，將所述步驟(b)～(e)重復(fù)進(jìn)行2次以上。
本發(fā)明第58方面的半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于，在所述第51方面至第57方面的任何一個(gè)的制造方法中，將離子注入到所述第二硅層，將界面深部進(jìn)行非結(jié)晶化，在通過熱處理來將該非結(jié)晶化的層進(jìn)行再結(jié)晶的步驟后、或在使所述硅層外延生長(zhǎng)并形成第二硅層的步驟后，還有在氫中進(jìn)行熱處理的步驟。
本發(fā)明第59方面的半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于，在所述第51方面至第57方面的任何一個(gè)的制造方法中，將離子注入到所述第二硅層，將界面深部進(jìn)行非結(jié)晶化，在通過熱處理使該非結(jié)晶化的層進(jìn)行再結(jié)晶的步驟后，通過化學(xué)的和/或機(jī)械的研磨將硅層的表面進(jìn)行平坦化。
附圖的簡(jiǎn)單說明

圖1A至圖1H表示本發(fā)明第10方面所述的本發(fā)明的半導(dǎo)體襯底的制作步驟的制作步驟中的SOS襯底的剖面圖；圖2是本發(fā)明的實(shí)施例1和比較例1中制作的SOS襯底的硅層的平行于襯底面的硅(004)峰值和垂直于襯底面的垂直的硅(040)峰值的X線衍射擺動(dòng)曲線圖3表示本發(fā)明實(shí)施例1和比較例1中制作的SOS襯底的硅層的垂直于襯底面的硅(040)峰值的X線衍射擺動(dòng)曲線半幅值的深度方向的變化曲線；圖4是使用本發(fā)明實(shí)施例1中制作的SOS襯底制作的MOSFET的剖面結(jié)構(gòu)圖；圖5是表示使用本發(fā)明實(shí)施例1中制作的SOS襯底和比較例2的市場(chǎng)銷售的粘合SOI襯底制作的NMOSFET的電流-電壓特性的圖；圖6是表示使用本發(fā)明實(shí)施例1和比較例1制作的SOS襯底制作的NMOSFET的閃爍噪聲特性的圖；圖7是使用本發(fā)明實(shí)施例1制作的SOS襯底制作的pin光電二極管的剖面結(jié)構(gòu)圖。
實(shí)施發(fā)明的最好形態(tài)以下，詳細(xì)說明本發(fā)明。
作為本發(fā)明中的絕緣性襯底，使用在藍(lán)寶石等單晶氧化物襯底、或作為襯底的硅襯底上沉積的α-Al2O3、γ-Al2O3、θ-Al2O3、MgO·Al2O3、CeO2、SrTiO3、(Zr1-x、Yx)Oy、Pb(Zr、Ti)O3、LiTaO3、LiNbO3等的結(jié)晶性氧化物層或CaF2等的結(jié)晶性氟化物層。此外，在本發(fā)明中，作為絕緣性的襯底，可采用非晶質(zhì)的材料，例如玻璃襯底、或作為襯底的硅襯底上的SiO2等。在本發(fā)明中，沒有特別限制在硅襯底上生長(zhǎng)氧化物層或氟化物層的方法，通常使用減壓化學(xué)氣相生長(zhǎng)法(LPCVD法)、超高真空化學(xué)氣相生長(zhǎng)法(UHV-CVD法)、分子線外延生長(zhǎng)法(MBE法)、濺射法、激光MBE法等。在SiO2的情況下，也可以將硅襯底在氧化性氣氛中進(jìn)行熱氧化處理。
圖l表示本發(fā)明第10方面所述的發(fā)明產(chǎn)生的具體半導(dǎo)體襯底的SOS襯底的制作步驟圖。
在本發(fā)明中，首先，在藍(lán)寶石襯底1上使第1硅層2外延生長(zhǎng)(a)，作為其生長(zhǎng)方法，采用常壓化學(xué)氣相法(APCVD法)、降壓化學(xué)氣相法(LPCVD法)、超高真空化學(xué)氣相法(UHV-CVD法)、分子線外延生長(zhǎng)法(MBE法)、電子束(EB)鍍敷法等。外延生長(zhǎng)法特別好。此時(shí)，第1硅層的厚度沒有特別限制，例如0.03μm至1μm的范圍是實(shí)用的。
在使第1硅層2外延生長(zhǎng)后，注入作為第1離子注入的硅離子，對(duì)其深部3進(jìn)行非晶化(b)，進(jìn)行第1熱處理的退火處理，形成從表層再結(jié)晶化的硅層4(c)。硅離子注入條件因硅層的膜厚而改變，但從絕緣性襯底的界面以80％左右的硅層被非晶化的條件進(jìn)行離子注入較好。再結(jié)晶化時(shí)的退火在500℃至1000℃范圍中氮?dú)夥栈蜓趸詺夥栈虻獨(dú)夥障聼崽幚砗螅谘趸詺夥罩袩崽幚淼牟襟E較好。再結(jié)晶時(shí)，為了減小因硅層和絕緣性的襯底之間熱膨脹率不同造成的熱應(yīng)力的影響，首先在比較低的溫度下進(jìn)行退火，然后，接著進(jìn)行高溫下的退火這樣的改變溫度的兩階段退火較好。接著，在氧化性氣氛中對(duì)再結(jié)晶化過的硅層4進(jìn)行熱處理，在表面上形成硅氧化物層5(d)，但經(jīng)過該熱處理，導(dǎo)致原子的再排列，大多生成在外延生長(zhǎng)后的第1硅層中就可以，降低因界面的晶格不匹配造成的錯(cuò)位或積層缺陷，消除取向性的不同部分。
在本發(fā)明中，氧化性氣氛中的熱處理溫度在500℃以上、1350℃以下，在600℃以上、1300℃以下更好。如果溫度過低，原子的再排列效果變小，另一方面，如果溫度過高，則存在襯底構(gòu)成元素?cái)U(kuò)散侵入到硅層中的問題。此外，在氧化性氣氛中的熱處理溫度高的情況下，在硅層中生成施主性的缺陷，例如，導(dǎo)致MOSFET的工作開始電壓上的問題，即產(chǎn)生閾值電壓的偏差，所以在高溫下進(jìn)行氧化性氣氛中的熱處理的高溫?zé)崽幚砗?，接著，在低溫下進(jìn)行氧化性氣氛中的熱處理的低溫?zé)崽幚磉@樣的改變溫度的兩階段熱處理，在本發(fā)明的半導(dǎo)體襯底上，可以形成可靠性更高的半導(dǎo)體器件。在進(jìn)行改變溫度的兩階段的熱處理情況下，高溫?zé)崽幚淼膬?yōu)選溫度是800℃以上、1200℃以下，而低溫?zé)崽幚淼膬?yōu)選溫度是700℃以上、1100℃以下。
此外，就熱處理的氣氛來說，如果是氧化性氣氛，則沒有特別限制，通常使用O2、O2+H2、H2O、N2O等氧化性氣體，或用N2、Ar等不活潑氣體來稀釋這些氧化性氣體的氣體氣氛。但是，在O2+H2混合氣體或包含H2O氣體的情況下，就降低結(jié)晶缺陷和通過結(jié)晶性等而言，可獲得更大的效果，所以較好。這是因?yàn)樵谘趸詺夥罩械臒崽幚頃r(shí)，除了原子的再排列效果以外，在硅層被氧化而形成硅氧化物層時(shí)，在硅層的表面附近生成晶格間硅原子，這些原子擴(kuò)散到硅層中，通過填入硅空孔，而具有消除層積缺陷等效果，在熱處理氣氛是O2+H2混合氣體或包含H2O氣體的情況下，硅層表面附近的晶格間硅原子的生成速度增大，所以對(duì)于降低結(jié)晶缺陷和提高結(jié)晶性來說，估計(jì)可獲得更大的效果。
接著，通過氫氟酸或緩沖氫氟酸(BHF)等來腐蝕除去硅氧化物層5(e)。這里，在將第1硅層殘留到規(guī)定的厚度時(shí)，將硅層4在氧化性氣氛中進(jìn)行熱處理，在表面上形成硅氧化物層5的步驟(d)后，將腐蝕除去硅氧化物層5的步驟(e)重復(fù)進(jìn)行2次以上后，氧化性氣體與硅層的表面接觸的機(jī)會(huì)增加，硅層表面附近的晶格之間硅原子的生成速度變大，所以與上述同樣，在結(jié)晶缺陷降低和結(jié)晶性提高等方面可以獲得更大的效果。
然后，以殘留的硅層6作為薄片層，在其上再次使硅層7同質(zhì)外延生長(zhǎng)(f)。作為此時(shí)的生長(zhǎng)方法，與第1硅層同樣，使用APCVD法、LPCVD法、UHV-CVD法、MBE法、EB鍍敷法等，但不必是與第1硅層2相同的方法。該沉積與在單晶硅襯底上沉積硅層的同質(zhì)外延生長(zhǎng)相同，不因晶格常數(shù)不同而受影響。除此以外，還有可以降低生長(zhǎng)溫度的效果，與以往的異質(zhì)外延生長(zhǎng)產(chǎn)生的硅層比較，結(jié)晶性和表面平坦性被改善。在使硅層7同質(zhì)外延生長(zhǎng)說，在生長(zhǎng)初期，在薄片層表面上不存在并且不生成阻礙硅的外延生長(zhǎng)的硅氧化物層很重要。因此，在生長(zhǎng)氣氛中水分和氧非常少較好，作為生長(zhǎng)方法，如UHV-CVD法、MBE法等那樣，在不供給原料的狀態(tài)下的基本壓力在10-7Torr，在超高真空氣氛下來生長(zhǎng)硅層的方法較好。
此外，在進(jìn)行硅層7的同質(zhì)外延生長(zhǎng)之前，為了除去薄片層6上的自然氧化膜和化學(xué)氧化物，進(jìn)行氫氣氛中或真空中的加熱處理就可以。
就進(jìn)行硅層7的外延生長(zhǎng)的溫度來說，通常在400℃以上、2000℃以下，在550℃以上、1050℃以下更好。向薄片層的硅氧化物層的生成由生長(zhǎng)氣氛中的水分和氧的存在量及生長(zhǎng)溫度來決定，生長(zhǎng)氣氛中的水分和氧的存在量越少，即使低溫也難以生成硅氧化物。因此，在UHV-CVD法或MBE法這樣的超高真空氣氛下生長(zhǎng)硅層的方法中，可以在比較低的低溫下進(jìn)行外延生長(zhǎng)，在該情況下，由于熱的應(yīng)力變小，所以容易獲得高品質(zhì)的結(jié)晶硅層。此外，在APCVD法或LPCVD法等中，在基本壓力為10-7Torr以上的情況下，在生長(zhǎng)初期，為了抑制硅氧化物層的生成，進(jìn)行提高生長(zhǎng)溫度、從中途起下降生長(zhǎng)溫度這樣的溫度分布，在進(jìn)行良好的外延生長(zhǎng)方面是有效的。
在本發(fā)明中，對(duì)于用于使硅層7同質(zhì)外延生長(zhǎng)的薄片層6的厚度沒有特別限制，但在5nm以上、1μm以下較好。
接著，將第2離子注入的硅離子再次注入到第2硅層(6+7)(g)，將其深部非晶化，進(jìn)行第2熱處理的退火，從表層形成再結(jié)晶化的硅層8(h)。在本發(fā)明中，在將硅層非晶化后，在通過第2熱處理來進(jìn)行再結(jié)晶化時(shí)，從硅層表面向絕緣層之間的界面方向推進(jìn)再結(jié)晶化，表面硅層的結(jié)晶性越好，再結(jié)晶化的硅層的結(jié)晶性越高。在通過氧化性氣氛中的熱處理形成的硅層上外延生長(zhǎng)的硅層7比第1外延硅層的結(jié)晶性高，所以在將第2硅層非晶化后，通過再結(jié)晶化可以形成結(jié)晶性高的硅層。在圖1中，通過將(d)至(h)的步驟重復(fù)進(jìn)行2次以上，在降低結(jié)晶缺陷密度、提高結(jié)晶性、降低表面粗糙度方面，可以達(dá)到顯著的效果。
在本發(fā)明中，對(duì)第1硅層2、或上述再結(jié)晶化的硅層8進(jìn)行氫氣氛中的加熱處理后，硅原子從表面遷移而造成結(jié)晶的再排列，實(shí)現(xiàn)結(jié)晶缺陷的降低和表面平坦性的提高，所以較好。如果此時(shí)的氫氣氛中的加熱處理的溫度過低，則硅原子的表面遷移產(chǎn)生得不充分，而如果過高，則襯底的構(gòu)成元素(例如，藍(lán)寶石情況下為Al)大量擴(kuò)散侵入到硅層，使硅層的結(jié)晶性下降，產(chǎn)生改變載流子密度等的影響，所以在700℃以上、1300℃以下，在800℃以上、1200℃以下更好。
此外，加熱處理時(shí)的氫的分壓可以在1Torr至760Torr的范圍內(nèi)選擇，但這種情況下，作為調(diào)整分壓的方法，可以通過真空泵來抽真空，也可以使用不活潑氣體來稀釋。
在氫中進(jìn)行加熱處理的時(shí)間可以任意選擇，但從2分鐘至5小時(shí)較好，從5分鐘至3小時(shí)更好。
此外，在進(jìn)行第2熱處理的退火來再結(jié)晶化后，如果對(duì)硅層8的表面實(shí)施平坦化處理，則對(duì)器件的性能和可靠性上產(chǎn)生良好的效果。此時(shí)，作為平坦化處理的方法，在與上述相同的氫氣氛中的加熱處理、或化學(xué)的和/或機(jī)械的研磨處理較好。
作為按照本發(fā)明制作的半導(dǎo)體襯底，將在藍(lán)寶石等單晶氧化物襯底、硅襯底和沉積在其上的α-Al2O3、γ-Al2O3、θ-Al2O3、MgO·Al2O3、CeO2、SrTiO3、(Zr1-x、Yx)Oy、Pb(Zr、Ti)O3、LiTaO3、LiNbO3等的結(jié)晶性氧化物層、或CaF2等的結(jié)晶性氟化物層構(gòu)成的層積襯底等作為絕緣性襯底的SOI襯底浸漬到混合I2、KI、HF、甲醇、水的腐蝕液中，形成凹陷后，如果使用掃描型電子顯微鏡(SEM)，通過測(cè)定平均單位面積的凹陷數(shù)這樣的方法來求硅層的結(jié)晶缺陷密度，則即使在硅層的厚度為0.03μm～0.7μm這樣小的情況下，得到整個(gè)硅層深度方向上為7×106個(gè)/cm2以下的值。
同時(shí)，硅層的平行于襯底面的硅(004)峰值的X線衍射擺動(dòng)曲線半幅值為0.24度以下、0.03度以上，并且垂直于襯底面的硅(040)峰值的X線衍射擺動(dòng)曲線半幅值為0.18度以下、0.03度以上，而且，具有比(040)峰值的X衍射擺動(dòng)曲線半幅值小的物性。此外，硅層的垂直于襯底面的硅(040)峰值的X線衍射擺動(dòng)曲線半幅值在整個(gè)深度方向上大致一定，呈現(xiàn)0.18度以下、0.03度以上的值。
在本發(fā)明中，表面粗糙度用原子間力顯微鏡來求10μm×10μm范圍中的均方粗糙度Rrms，但按照本發(fā)明制作的半導(dǎo)體襯底的SOI襯底的表面粗糙度都在2nm以下。
根據(jù)本發(fā)明，在藍(lán)寶石等單晶氧化物襯底、作為襯底的硅襯底上沉積的α-Al2O3、γ-Al2O3、θ-Al2O3、MgO·Al2O3、CeO2、SrTiO3、(Zr1-x、Yx)Oy、Pb(Zr、Ti)O3、LiTaO3、LiNbO3等的結(jié)晶性的氧化物層或CaF2等的結(jié)晶性氟化物層上，可以制作結(jié)晶缺陷極少、并且表面平坦性良好的硅層，所以在該SOI襯底上可以形成具有用以往的相同材料構(gòu)成的SOI襯底不能獲得的優(yōu)良性能的半導(dǎo)體器件。
如方面51～59中所述，在制造方法中，作為前面的步驟，通過包括改善作為半導(dǎo)體襯底的SOI襯底的結(jié)晶性和表面平坦性的襯底高品質(zhì)化的步驟，來獲得本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，就后面的步驟來說，也可以使用現(xiàn)有的技術(shù)。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件不受其種類限制，適合MOSFET、雙極晶體管、組合兩者的BiCMOS晶體管、薄膜晶體管(TFT)、二極管、太陽(yáng)能電池等所有硅器件。此外，以MOSFET為首，也可以是所述器件構(gòu)成的集成電路。
例如，在SOS襯底上形成MOSFET的情況下，在本發(fā)明中，形成MOSFET的硅層的結(jié)晶缺陷密度和表面粗糙度小，所以在載流子從溝道遷移時(shí)不易散射，有效遷移率和相互電導(dǎo)高。
此外，就閃爍噪聲來說，遷移載流子因硅層中的結(jié)晶缺陷散射時(shí)的遷移率擺動(dòng)、或通過具有表面粗糙度的硅層與形成在其上的柵氧化膜之間的界面上生成的陷阱，載流子經(jīng)歷捕獲和脫離的過程等被認(rèn)為是主要原因，通過降低硅層的結(jié)晶缺陷和表面粗糙度，可以實(shí)現(xiàn)低閃爍噪聲。
此外，在通過硅層的熱氧化來制作構(gòu)成MOSFET的柵氧化膜的情況下，如果象以往那樣結(jié)晶缺陷密度和表面粗糙度大，則熱氧化后的SiO2膜的厚度不均勻，并且在膜中包含針頭脫落或不牢固點(diǎn)，所以導(dǎo)致絕緣耐性的下降。在本發(fā)明中，由于形成MOSFET的硅層的結(jié)晶缺陷密度低、表面粗糙度也小，所以熱氧化后的SiO2膜的缺陷很少，具有非常高的柵絕緣耐壓。
此外，通過降低形成MOSFET的硅層的結(jié)晶缺陷密度，流經(jīng)缺陷的電流脈沖少，所以在MOSFET為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，可以降低流過源和漏之間的漏電流，得到高的靜電擊穿耐壓(靜電放電)。
此外，如上所述，本發(fā)明的SOI結(jié)構(gòu)與以往的硅層襯底是SiO2粘合SOI襯底SIMO襯底相比，MOSFET的快速恢復(fù)耐壓不高，但本發(fā)明的硅層的結(jié)晶缺陷降低，源部和漏部之間的漏電流減少，而且在高溫下的熱處理中，作為襯底構(gòu)成元素的Al擴(kuò)散到硅層中，在界面附近形成熱載流子的抑制能級(jí)，熱載流子難以積蓄到本體部，所以得到更高的快速恢復(fù)耐壓。
在本發(fā)明中，在硅層的厚度為0.03μm以上、0.7μm以下的半導(dǎo)體襯底的SOS襯底上形成柵極長(zhǎng)度為0.8μm的MOSFET情況下，得到以下特性在電流-電壓特性上為發(fā)現(xiàn)彎折，漏極耐壓在7V以上，表示閃爍噪聲的輸入柵極電壓頻譜密度在測(cè)定頻率100Hz時(shí)為3×10-12V2/Hz。
如上述，在SOS襯底上，由具有高性能、高可靠性的MOSFET構(gòu)成的集成電路，在相同的設(shè)計(jì)規(guī)則中，具有工作速度快、低噪聲、良好的放大特性、高可靠性等與以往相比非常優(yōu)良的特性。因此，除了可作為移動(dòng)通信用高頻部件、衛(wèi)星用LSI、模擬/數(shù)字變換器件(ADC、DAC)、光傳輸用LSI、模擬數(shù)字混載LSI以外，還可以用于各種應(yīng)用，可以說是非常有用的器件。
此外，在SOS襯底上形成雙極晶體管的情況下，在本發(fā)明中，與MOSFET同樣，可改善相互電導(dǎo)、截止頻率、集電極電流、漏電流、電流增益等特性。
此外，在SOS襯底上，形成光電二極管、光導(dǎo)波路、各種圖像傳感器等光器件的情況下，在本發(fā)明中，通過降低形成光器件的硅層的結(jié)晶缺陷密度或表面粗糙度，例如，減少流過結(jié)晶缺陷電流的脈沖，由于難以造成通過光吸收產(chǎn)生的電子和空穴那樣的載流子的再結(jié)合，所以在光電二極管或光圖像傳感器中，不照射光時(shí)的暗電流低，而光照射時(shí)的光電流高。而且，因結(jié)晶缺陷或表面粗糙度造成的光散射少，所以光導(dǎo)波路的傳輸損失小。
在本發(fā)明中，在硅層厚度為0.3μm以上、0.7μm以下的半導(dǎo)體襯底的SOI襯底上形成pin區(qū)域的寬度各為1μm的pin光電二極管情況下，得到以下特性按施加2V的反向偏置這樣的條件測(cè)定的暗電流在10-11A以下，在波長(zhǎng)850nm、強(qiáng)度1W/cm2的光照射下的光電流為10-10A以上。這樣，以往在SOI襯底上不能獲得實(shí)用充分的光電二極管，但按照本發(fā)明，可以減少暗電流、增加光電流，可以獲得實(shí)用的SOI襯底上的光電二極管。
以下，示出本發(fā)明的實(shí)施例和比較例。
(實(shí)施例1)在R面藍(lán)寶石襯底上，以甲硅烷(SiH4)氣體為原料，通過LPCVD方法在生長(zhǎng)溫度950℃下沉積厚度為280nm的第1硅層。在該第1硅層上，作為第一離子注入，一邊將襯底溫度保持為0℃，一邊以1×1016/cm2來注入能量為190keV的硅離子，對(duì)藍(lán)寶石之間的界面?zhèn)冗M(jìn)行非結(jié)晶化。然后，作為第一熱處理，在氮?dú)鈿怏w氣氛下，在溫度550℃下進(jìn)行30分鐘的加熱處理，接著，在溫度900℃下進(jìn)行60分鐘的加熱處理，將硅層進(jìn)行再結(jié)晶化。接著，將其導(dǎo)入氧化爐，在1000℃中進(jìn)行60分鐘水蒸汽氧化。然后，在將其浸泡到BHF中除去氧化膜后，在900℃中再次進(jìn)行50分鐘水蒸氣氧化。除去該氧化膜，但除去后的硅層的膜厚為100nm。
接著，在殘留的硅層上，以甲硅烷為原料，通過LLPCVD法，在生長(zhǎng)溫度950℃中沉積硅層，形成第2硅層。這里，在測(cè)定第2硅層的總膜厚時(shí)，為280nm。在該第2硅層上，作為第2離子注入，一邊將襯底溫度保持為0℃，一邊以1×1016/cm2來注入能量為190keV的硅離子，對(duì)與藍(lán)寶石之間的界面?zhèn)冗M(jìn)行非結(jié)晶化。然后，作為第2熱處理，在氮?dú)鈿怏w氣氛下，在溫度550℃下進(jìn)行30分鐘的加熱處理，接著，在溫度900℃下進(jìn)行60分鐘的加熱處理，將硅層進(jìn)行再結(jié)晶化。接著，將其導(dǎo)入氧化爐，在1000℃中進(jìn)行60分鐘水蒸汽氧化。然后，在將其浸泡到BHF中除去氧化膜后，在900℃中再次進(jìn)行50分鐘水蒸氣氧化。除去該氧化膜后的硅層的膜厚為100nm。
為了對(duì)制作的半導(dǎo)體襯底的SOS襯底的結(jié)晶性進(jìn)行評(píng)價(jià)，在按下述步驟處理來形成腐蝕凹陷后，使用掃描型電子顯微鏡(SEM)來測(cè)定平均單位面積的凹陷數(shù)，求結(jié)晶缺陷密度。
(1)在甲醇中對(duì)襯底進(jìn)行超聲波清洗。
(2)使用2％HF水溶液來除去表面的自然氧化膜。
(3)用純水進(jìn)行溢流。
(4)在按I2(4g)+KI(12g)+甲醇(40cc)+H2O(40cc)+HF(3cc)的比例混合的腐蝕液中將襯底浸泡45秒。
(5)用純水溢流后，重復(fù)進(jìn)行前面的(2)、(3)。
其結(jié)果，結(jié)晶缺陷密度為5.0×106個(gè)/cm2。
此外，使用高分解能X線衍射裝置對(duì)制作的SOS襯底測(cè)定平行于襯底的(004)面和垂直于襯底的(040)面的擺動(dòng)曲線的半幅值。
其結(jié)果，得到圖2所示的曲線，根據(jù)該曲線求出的(004)面的半幅值為0.182度，(040)面的半幅值為0.126。此外，如圖3所示，(040)面的半幅值在深度方向上一定，結(jié)晶性在硅層的深度方向上均勻。
此外，在通過原子間力顯微鏡測(cè)定硅層的表面粗糙度(Rrms)時(shí)，為1.4nm。
接著，在制作的SOS襯底上，使用CMOS處理來制作柵極寬度為50微米、柵極長(zhǎng)度為0.8微米的n型MOSFET。圖4表示器件的剖面圖。此時(shí)，在元件隔離上使用LOCOS(Local Oxidation局部氧化)，柵極氧化膜的厚度為8nm。以35KeV能量、6.0×1012/cm2將BF2+注入到溝道中。
該n型MOSFET的閾值電壓為0.7V，從圖5的電流-電壓曲線可知，未觀察出彎折造成的電流變動(dòng)。此外，漏極耐壓為7.5V。閃爍噪聲特性如圖6所示，按輸入柵極電壓頻譜密度(Svg)來進(jìn)行評(píng)價(jià)，在測(cè)定頻率為100Hz、柵極電壓為閾值電壓+0.3V、漏極電壓為1V這樣的條件來測(cè)定時(shí)，Svg為1.0×10-12V2/Hz。
此外，通過使用三角波脈沖的頻率掃描產(chǎn)生的電荷泵方法來測(cè)定界面能級(jí)密度Nss的結(jié)果是1.1×1011/cm2。
進(jìn)而，在制作的SOS襯底上制作光電二極管。圖7表示器件的剖面圖。元件在襯底水平方向上按p-i-n構(gòu)造來形成，i型區(qū)域的尺寸為長(zhǎng)度是75微米、寬度是1微米。以35KeV能量、按2.0×1015/cm2將As+注入到n型區(qū)域。此外，以35KeV能量、按2.0×1015/cm2將BF2+注入到p型區(qū)域。在對(duì)n型區(qū)域施加2V的偏置時(shí)，暗電流為2.7×10-12A，波長(zhǎng)850nm下強(qiáng)度為1W/cm2的光照射下的光電流為4.8×10-10A。
(比較例1)在R面藍(lán)寶石襯底上，以甲硅烷氣體為原料，通過LPCVD法在950℃下沉積厚度為280nm的第1硅層。在該第1硅層上，一邊將該襯底溫度保持為0℃，一邊以1×1016/cm2來注入能量為190keV的硅離子，對(duì)藍(lán)寶石之間的界面?zhèn)冗M(jìn)行非結(jié)晶化。然后，在氮?dú)鈿怏w氣氛下，在溫度550℃下進(jìn)行30分鐘的加熱處理，接著，在溫度900℃下進(jìn)行60分鐘的加熱處理，將硅層進(jìn)行再結(jié)晶化。接著，將其導(dǎo)入氧化爐，在1000℃中進(jìn)行60分鐘水蒸汽氧化。然后，在將其浸泡到BHF中除去氧化膜后，在900℃中再次進(jìn)行50分鐘水蒸氣氧化。除去該氧化膜，但除去后的硅層的膜厚為100nm。
按與實(shí)施例1相同的方法來測(cè)定它的結(jié)晶缺陷密度和擺動(dòng)曲線的半幅值時(shí)，結(jié)晶缺陷密度為4.3×108個(gè)/cm2，如圖2所示，(004)面的半幅值為0.270度，(040)面的半幅值為0.278度。此外，如圖3所示，(040)面的半幅值隨著靠近硅層和藍(lán)寶石之間的界面而增大。而且，硅層的表面粗糙度(Rrms)為2.5nm。
與實(shí)施例1同樣，在用該襯底來制作n型MOSFET，測(cè)定晶體管特性時(shí)，閾值電壓為0.7V，未發(fā)現(xiàn)彎折造成的漏極電流的變動(dòng)，漏極耐壓為7.3V。此外，與實(shí)施例1同樣，在測(cè)定閃爍噪聲和界面能級(jí)密度時(shí)，如圖6所示，Svg為3.2×10-11V2/Hz,Nss為5.0×1011/cm2。
而且，與實(shí)施例1同樣，制作光電二極管，在同樣測(cè)定暗電流和光電流時(shí)，暗電流為1.4×10-11A，光電流為9.2×10-11A。
(比較例2)使用硅層的膜厚為100nm的市場(chǎng)銷售的粘合SOI，按與實(shí)施例1相同的條件來制作n型MOSFET，評(píng)價(jià)晶體管特性。閾值電壓為0.7V，但從圖5的電流-電壓曲線可知，可觀測(cè)出彎折造成的漏極電流的變動(dòng)。此時(shí)的漏極耐壓不到4.1V。而且，在測(cè)定閃爍噪聲時(shí)，Svg為3.7×10-12V2/Hz。
(實(shí)施例2)在形成第2硅層時(shí)，除了以甲硅烷為原料，通過UHV-CVD法在生長(zhǎng)溫度750℃下沉積硅層以外，與實(shí)施例1同樣，制作SOS襯底。
按與實(shí)施例1相同的方法來測(cè)定它的結(jié)晶缺陷密度和擺動(dòng)曲線的半幅值時(shí)，結(jié)晶缺陷密度為2.5×106個(gè)/cm2，(004)面的半幅值為0.167度，(040)面的半幅值為0.120度。(040)面的半幅值在深度方向上一定，結(jié)晶性在硅層的深度方向上均勻。此外，硅層的表面粗糙度(Rrms)為1.0nm。
與實(shí)施例1同樣，在用該襯底來制作n型MOSFET，測(cè)定晶體管特性時(shí)，閾值電壓為0.7V，未發(fā)現(xiàn)彎折造成的漏極電流的變動(dòng)，漏極耐壓為7.7V。此外，與實(shí)施例1同樣，在測(cè)定閃爍噪聲和界面能級(jí)密度時(shí)，分別是Svg為9.2×10-13V2/Hz、Nss為7.5×1010/cm2。
而且，與實(shí)施例1同樣，制作光電二極管，在按同樣條件測(cè)定暗電流和光電流時(shí)，分別為1.0×10-12A和6.1×10-10A。
(實(shí)施例3)在通過第1熱處理的再結(jié)晶化后，在對(duì)硅層進(jìn)行氧化時(shí)，除了在氧氣氣氛中1000℃下進(jìn)行10小時(shí)的氧化處理來代替1000℃下進(jìn)行60分鐘水蒸氣氧化以外，與實(shí)施例1同樣，制作SOS襯底。
按與實(shí)施例1相同的方法來測(cè)定它的結(jié)晶缺陷密度和擺動(dòng)曲線的半幅值時(shí)，結(jié)晶缺陷密度為6.8×106個(gè)/cm2,(004)面的半幅值為0.205度，(040)面的半幅值為0.140度。(040)面的半幅值在深度方向上一定，結(jié)晶性在硅層的深度方向上均勻。此外，硅層的表面粗糙度(Rrms)為1.5nm。
與實(shí)施例1同樣，在用該襯底來制作n型MOSFET，測(cè)定晶體管特性時(shí)，閾值電壓為0.7V，未發(fā)現(xiàn)彎折造成的漏極電流的變動(dòng)，漏極耐壓為7.5V。此外，與實(shí)施例1同樣，在測(cè)定閃爍噪聲和界面能級(jí)密度時(shí)，分別是Svg為2.0×10-12V2/Hz、Nss為1.6×1011/cm2。
而且，與實(shí)施例1同樣，制作光電二極管，在按同樣條件測(cè)定暗電流和光電流時(shí)，分別為4.0×10-12A和4.0×10-10A。
(實(shí)施例4)在R面藍(lán)寶石襯底上，以甲硅烷氣體為原料，通過LPCVD法在950℃下沉積厚度為280nm的第1硅層。在該第1硅層上，一邊將該襯底溫度保持為0℃，一邊以1×106/cm2來注入能量為190keV的硅離子，對(duì)藍(lán)寶石之間的界面?zhèn)冗M(jìn)行非結(jié)晶化。然后，在氮?dú)鈿怏w氣氛下，在溫度550℃下進(jìn)行30分鐘的加熱處理，接著，在溫度900℃下進(jìn)行60分鐘的加熱處理，將硅層進(jìn)行再結(jié)晶化。接著，將其導(dǎo)入氧化爐，在1000℃中進(jìn)行6分鐘水蒸汽氧化。在將其浸泡到BHF中除去氧化膜后，在900℃中再次進(jìn)行50分鐘水蒸氣氧化。除去該氧化膜，但除去后的硅層的膜厚為200nm。
接著，將其導(dǎo)入氧化爐，在1000℃中進(jìn)行21分鐘水蒸汽氧化。在將其浸泡到BHF中除去氧化膜后，在900℃中再次進(jìn)行50分鐘水蒸氣氧化。除去該氧化膜，但除去后的硅層的膜厚為100nm。
接著，在殘留的硅層上，以甲硅烷為原料，通過LLPCVD法，在生長(zhǎng)溫度950℃中沉積硅層，形成第2硅層。這里，在測(cè)定第2硅層的總膜厚時(shí)，為280nm。
在該第2硅層上，作為第2離子注入，一邊將襯底溫度保持為0℃，一邊以1×1016/cm2來注入能量為190keV的硅離子，對(duì)與藍(lán)寶石之間的界面?zhèn)冗M(jìn)行非結(jié)晶化。然后，作為第2熱處理，在氮?dú)鈿怏w氣氛下，在溫度550℃下進(jìn)行30分鐘的加熱處理，接著，在溫度900℃下進(jìn)行60分鐘的加熱處理，將硅層進(jìn)行再結(jié)晶化。接著，將其導(dǎo)入氧化爐，在1000℃中進(jìn)行6分鐘水蒸汽氧化。在將其浸泡到BHF中除去氧化膜后，在900℃中再次進(jìn)行50分鐘水蒸氣氧化。除去該氧化膜后的硅層的膜厚為100nm。
按與實(shí)施例1相同的方法來測(cè)定它的結(jié)晶缺陷密度和擺動(dòng)曲線的半幅值時(shí)，結(jié)晶缺陷密度為1.5×106個(gè)/cm2,(004)面的半幅值為0.168度，(040)面的半幅值為0.120度。(040)面的半幅值在深度方向上一定，結(jié)晶性在硅層的深度方向上均勻。此外，硅層的表面粗糙度(Rrms)為1.3nm。
與實(shí)施例1同樣，在用該襯底來制作n型MOSFET，測(cè)定晶體管特性時(shí)，閾值電壓為0.7V，未發(fā)現(xiàn)彎折造成的漏極電流的變動(dòng)，漏極耐壓為7.8V。此外，與實(shí)施例1同樣，在測(cè)定閃爍噪聲和界面能級(jí)密度時(shí)，分別是Svg為9.0×10-13V2/Hz、Nss為9.1×1010/cm2。
而且，與實(shí)施例1同樣，制作光電二極管，在同樣測(cè)定暗電流和光電流時(shí)，分別為9.3×10-13A和6.5×10-10A。
(實(shí)施例5)通過實(shí)施例1中的第2熱處理使硅層進(jìn)行再結(jié)晶化后，除了將其在壓力80Torr的氫氣氣氛中1100℃下進(jìn)行30分鐘的熱處理以外，與實(shí)施例1同樣，制作SOS襯底。
按與實(shí)施例1相同的方法來測(cè)定它的結(jié)晶缺陷密度和擺動(dòng)曲線的半幅值時(shí)，結(jié)晶缺陷密度為2.1×106個(gè)/cm2,(004)面的半幅值為0.165度，(040)面的半幅值為0.121度。(040)面的半幅值在深度方向上一定，結(jié)晶性在硅層的深度方向上均勻。此外，硅層的表面粗糙度(Rrms)為0.7nm。
與實(shí)施例1同樣，在用該襯底來制作n型MOSFET，測(cè)定晶體管特性時(shí)，閾值電壓為0.7V，未發(fā)現(xiàn)彎折造成的漏極電流的變動(dòng)，漏極耐壓為7.8V。此外，與實(shí)施例1同樣，在測(cè)定閃爍噪聲和界面能級(jí)密度時(shí)，分別是Svg為8.8×10-13V2/Hz、Nss為6.0×1010/cm2。
而且，與實(shí)施例1同樣，制作光電二極管，在同樣測(cè)定暗電流和光電流時(shí)，分別為9.6×10-13A和6.0×10-10A。
(實(shí)施例6)作為襯底，除了在硅襯底(100)上以三甲基鋁和氧為原料，采用UHV-CVD法，在襯底溫度880℃下使用沉積γ-Al2O3的襯底來代替R面藍(lán)寶石以外，與實(shí)施例1同樣，制作SOI襯底。
按與實(shí)施例1相同的方法來測(cè)定它的結(jié)晶缺陷密度和擺動(dòng)曲線的半幅值時(shí)，結(jié)晶缺陷密度為6.7×106個(gè)/cm2,(004)面的半幅值為0.202度，(040)面的半幅值為0.143度。(040)面的半幅值在深度方向上一定，結(jié)晶性在硅層的深度方向上均勻。此外，硅層的表面粗糙度(Rrms)為1.5nm。
與實(shí)施例1同樣，在用該襯底來制作n型MOSFET，測(cè)定晶體管特性時(shí)，閾值電壓為0.7V，未發(fā)現(xiàn)彎折造成的漏極電流的變動(dòng)，漏極耐壓為7.3V。此外，與實(shí)施例1同樣，在測(cè)定閃爍噪聲和界面能級(jí)密度時(shí)，分別是Svg為1.8×10-12V2/Hz、Nss為1.5×1011/cm2。
而且，與實(shí)施例1同樣，制作光電二極管，在同樣測(cè)定暗電流和光電流時(shí)，分別為3.9×10-12A和3.8×10-10A。
(比較例3)作為襯底，除了在硅襯底(100)上以三甲基鋁和氧為原料，采用UHV-CVD法，在襯底溫度880℃下使用沉積γ-Al2O3的襯底來代替R面藍(lán)寶石以外，與比較例1同樣，制作SOI襯底。
按與實(shí)施例1相同的方法來測(cè)定它的結(jié)晶缺陷密度和擺動(dòng)曲線的半幅值時(shí)，結(jié)晶缺陷密度為4.8×108個(gè)/cm2,(004)面的半幅值為0.276度，(040)面的半幅值為0.282度。此外，(040)面的半幅值隨著接近硅層和藍(lán)寶石的界面而增大。而且，硅層的表面粗糙度(Rrms)為2.8nm。
與實(shí)施例1同樣，在用該襯底來制作n型MOSFET，測(cè)定晶體管特性時(shí)，閾值電壓為0.7V，未發(fā)現(xiàn)彎折效果造成的漏極電流的變動(dòng)，漏極耐壓為7.1V。此外，與實(shí)施例1同樣，在測(cè)定閃爍噪聲和界面能級(jí)密度時(shí)，分別是Svg為6.6×10-11V2/Hz、Nss為8.9×1011/cm2。
而且，與實(shí)施例1同樣，制作光電二極管，在同樣測(cè)定暗電流和光電流時(shí)，暗電流為1.8×10-11A，光電流為8.1×10-11A。
按照本發(fā)明，在藍(lán)寶石等單晶氧化物襯底、或硅襯底以及在其上沉積的結(jié)晶性的所述氧化物層為α-Al2O3、γ-Al2O3、θ-Al2O3、MgO·Al2O3、CeO2、SrTiO3、(Zr1-x、Yx)Oy、Pb(Zr、Ti)O3、LiTaO3、LiNbO3等的氧化物層或CaF2等的結(jié)晶性的氟化物層上，可以形成結(jié)晶缺陷非常少、表面平坦性也良好的硅層。因此，就本發(fā)明的半導(dǎo)體襯底來說，通過對(duì)在現(xiàn)有的SOS襯底等中成為問題的閃爍噪聲等的改善、工作速度的提高、漏電流降低和柵極氧化膜耐壓提高等，可以在SOI襯底上實(shí)現(xiàn)具有以往沒有的器件高性能和高可靠性的電子器件或光器件等的半導(dǎo)體器件。
權(quán)利要求
1．一種半導(dǎo)體襯底，由絕緣性的襯底和在其上外延生長(zhǎng)的結(jié)晶硅層構(gòu)成，所述絕緣性襯底由單晶氧化物襯底、或硅襯底和其上沉積的結(jié)晶性的氧化物層或氟化物層組成的層積襯底構(gòu)成，其特征在于通過計(jì)測(cè)浸漬碘系腐蝕液而形成的平均單位面積的凹陷數(shù)這樣的缺陷密度測(cè)定方法，評(píng)價(jià)的所述結(jié)晶硅層的缺陷密度在整個(gè)深度方向上為7×106個(gè)/cm2以下，并且該結(jié)晶硅層的表面粗糙度為2nm以下、0.05nm以上。
2．如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，所述結(jié)晶硅層的平行于襯底面的硅(004)峰值的X線衍射擺動(dòng)曲線半幅值為0.24度以下、0.03度以上，并且垂直于襯底面的硅(004)峰值的X線衍射擺動(dòng)曲線半幅值為0.18度以下、0.03度以上。
3．如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，所述結(jié)晶硅層的垂直于襯底面的硅(040)峰值的X線衍射擺動(dòng)曲線半幅值比平行于襯底面的硅(040)峰值的X線衍射擺動(dòng)曲線半幅值小。
4．如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，所述結(jié)晶硅層的垂直于襯底面的硅(040)峰值的X線衍射擺動(dòng)曲線半幅值在整個(gè)深度方向上大致一定，為0.18度以下、0.03度以上。
5．如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，對(duì)所述結(jié)晶硅層的一部分進(jìn)行熱氧化，在該結(jié)晶硅層上形成氧化硅層后，通過電荷泵方法測(cè)定的表面能級(jí)密度在3×1011/cm2以下、1×109/cm2以上。
6．如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，所述結(jié)晶硅層的厚度在0.03μm以上、0.7μm以下。
7．如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，所述絕緣性的襯底是所述單晶氧化物襯底，該單晶氧化物襯底是藍(lán)寶石襯底。
8．如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，所述絕緣性的襯底是所述層積襯底，在作為該襯底的硅襯底上疊置的結(jié)晶性的所述氧化物層由α-Al2O3、γ-Al2O3、θ-Al2O3、MgO·Al2O3、CeO2、SrTiO3、(Zr1-x、Yx)Oy、Pb(Zr、Ti)O3、LiTaO3、LiNbO3的某一個(gè)組成，所述氟化物層由CaF2構(gòu)成。
9．一種半導(dǎo)體襯底的制造方法，在絕緣性的襯底上形成缺陷密度低的硅層，其特征在于，包括(a)在所述絕緣性襯底上形成第一硅層的步驟；(b)將第一離子注入到所述第一硅層，將界面深部非結(jié)晶化，通過第一熱處理使該非結(jié)晶化的層進(jìn)行再結(jié)晶的步驟；(c)在第一硅層上使硅層外延成長(zhǎng)，形成第二硅層的步驟；以及(d)將第二離子注入到所述第二硅層，將界面深部非結(jié)晶化，通過第二熱處理使該非結(jié)晶化的層進(jìn)行再結(jié)晶的步驟。
10．一種半導(dǎo)體襯底的制造方法，在絕緣性的襯底上形成缺陷密度低的硅層，其特征在于，包括(a)在所述絕緣性襯底上形成第一硅層的步驟；(b)將第一離子注入到所述第一硅層，將界面深部非結(jié)晶化，通過第一熱處理使該非結(jié)晶化的層進(jìn)行再結(jié)晶的步驟；(c)將所述再結(jié)晶的第一硅層在氧化性氣氛中進(jìn)行熱處理，對(duì)表面?zhèn)鹊囊徊糠诌M(jìn)行氧化的步驟；(d)通過腐蝕來除去由所述步驟(c)形成的氧化硅膜的步驟；(e)在殘留的第一硅層上使硅層外延生長(zhǎng)，形成第二硅層的步驟；以及(f)將第二離子注入到所述第二硅層，將界面深部非結(jié)晶化，通過第二熱處理使該非結(jié)晶化的層進(jìn)行再結(jié)晶的步驟。
11．如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，在所述殘留的第一硅層為規(guī)定的厚度時(shí)，將所述步驟(c)～(d)重復(fù)進(jìn)行2次以上。
12．如權(quán)利要求10至11中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，將所述步驟(f)中形成的硅層看作由所述步驟(b)形成的再結(jié)晶的第一硅層，將所述步驟(c)～(f)重復(fù)進(jìn)行2次以上。
13．一種半導(dǎo)體襯底的制造方法，在絕緣性的襯底上形成缺陷密度低的硅層，其特征在于，包括(a)在所述絕緣性襯底上形成第一硅層的步驟；(b)將所述第一硅層在氧化性氣氛中熱處理，將表面?zhèn)鹊囊徊糠诌M(jìn)行氧化的步驟；(c)通過腐蝕來除去由所述步驟(b)形成的氧化硅膜的步驟；(d)在殘留的第一硅層上使硅層外延生長(zhǎng)，形成第二硅層的步驟；以及(e)將離子注入到所述第二硅層，將界面深部進(jìn)行非結(jié)晶化，通過熱處理使該非結(jié)晶化的層進(jìn)行再結(jié)晶的步驟。
14．如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，在所述殘留的第一硅層為規(guī)定的厚度時(shí)，將所述步驟(b)～(c)重復(fù)進(jìn)行2次以上。
15．如權(quán)利要求13至14中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，將所述步驟(e)中形成的硅層看作由所述步驟(a)形成的第一硅層，將所述步驟(b)～(e)重復(fù)進(jìn)行2次以上。
16．如權(quán)利要求10至15中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，所述氧化性氣氛包括氧和氫的混合氣體或水蒸汽。
17．如權(quán)利要求10至16中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，所述氧化性氣氛中的熱處理溫度為600℃以上、1300℃以下。
18．如權(quán)利要求10至16中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，所述氧化性氣氛中的熱處理由用高溫進(jìn)行的高溫?zé)崽幚?、接著用低溫進(jìn)行的低溫?zé)崽幚磉@樣的改變溫度的兩級(jí)熱處理構(gòu)成。
19．如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，所述氧化性氣氛中的高溫?zé)崽幚淼臏囟葹?00℃以上、1200℃以下，而所述氧化性氣氛中的低溫?zé)崽幚淼臏囟葹?00℃以上、1100℃以下。
20．如權(quán)利要求9至15中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，在所述第一硅層上使硅層外延生長(zhǎng)，形成第二硅層的溫度為550℃以上、1050℃以下。
21．如權(quán)利要求9至15中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，在所述第一硅層上使硅層外延生長(zhǎng)，在形成第二硅層的步驟前，將該第一硅層在氫氣氛中或真空中進(jìn)行加熱處理。
22．如權(quán)利要求9至15中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，在所述第一硅層上使硅層外延生長(zhǎng)，使形成第二硅層時(shí)使用的裝置的生長(zhǎng)室的基本壓力為10-7Torr以下。
23．如權(quán)利要求9至15中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，在所述第一硅層上使硅層外延生長(zhǎng)，形成第二硅層的方法是UHV-CVD方法或MBE方法。
24．如權(quán)利要求9至15中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，在所述第一硅層上使硅層外延生長(zhǎng)，在形成第二硅層時(shí)，僅在生長(zhǎng)初期將生長(zhǎng)溫度高設(shè)定。
25．如權(quán)利要求24所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，在所述第一硅層上使硅層外延生長(zhǎng)，形成第二硅層的方法是APCVD方法或LPCVD方法。
26．如權(quán)利要求9至15中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，將離子注入到所述第二硅層，將界面深部進(jìn)行非結(jié)晶化，通過熱處理對(duì)該非結(jié)晶化的層進(jìn)行再結(jié)晶化的步驟后，或者使所述硅層外延生長(zhǎng)并形成第二硅層的步驟后，在氫中進(jìn)行熱處理的步驟。
27．如權(quán)利要求26所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，所述氫中的熱處理溫度在800℃以上、1200℃以下。
28．如權(quán)利要求9至15中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，將離子注入到所述第二硅層，并對(duì)界面深部進(jìn)行非結(jié)晶化，在通過熱處理對(duì)該非結(jié)晶化的層進(jìn)行再結(jié)晶化的步驟后，對(duì)硅層的表面進(jìn)行平坦化。
29．如權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，對(duì)所述硅層的表面進(jìn)行平坦化的方法是化學(xué)的/或機(jī)械的研磨處理。
30．如權(quán)利要求9至29中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，在所述絕緣性襯底上形成第一硅層的步驟是在絕緣性的襯底上使第一硅層外延生長(zhǎng)的步驟。
31．如權(quán)利要求9至30中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，所述絕緣性的襯底是單晶氧化物襯底。
32．如權(quán)利要求31所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，所述絕緣性的襯底是藍(lán)寶石襯底。
33．如權(quán)利要求9至30中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，所述絕緣性的襯底是在作為襯底的硅襯底上疊置的結(jié)晶性的氧化物層或氟化物層構(gòu)成的層積襯底。
34．如權(quán)利要求33所述的半導(dǎo)體襯底的制造方法，其特征在于，所述結(jié)晶性的氧化物層由α-Al2O3、γ-Al2O3、θ-Al2O3、MgO·Al2O3、CeO2、SrTiO3、(Zr1-x、Yx)Oy、Pb(Zr、Ti)O3、LiTaO3、LiNbO3的某一個(gè)組成，所述結(jié)晶性氟化物層由CaF2構(gòu)成。
35．一種半導(dǎo)體襯底，其特征在于，由權(quán)利要求9至34中任一項(xiàng)所述的制造方法制造。
36．如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底，其特征在于，由權(quán)利要求9至34中任一項(xiàng)所述的制造方法制造。
37．一種半導(dǎo)體器件，使用半導(dǎo)體襯底作為襯底，其特征在于，使用權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底作為所述半導(dǎo)體襯底，由此來提高器件特性。
38．如權(quán)利要求37所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件為MOSFET，通過使用權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底作為所述半導(dǎo)體襯底來提高的器件特性是互電導(dǎo)、截止頻率、閃爍噪聲、靜電放電、漏極耐壓、絕緣破壞電荷量、漏電流特性中的至少一個(gè)。
39．如權(quán)利要求38所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述MOSFET具有這樣的特性作為其半導(dǎo)體襯底是權(quán)利要求1至8中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底，是在結(jié)晶硅層的厚度在0.3μm以上、0.7μm以下的半導(dǎo)體襯底上形成的MOSFET，在電流-電壓特性上未呈現(xiàn)彎折，柵極長(zhǎng)度0.8μm情況下的漏極耐壓為7V以上，表示閃爍噪聲的輸入柵電壓頻譜密度在測(cè)定頻率100Hz時(shí)在3×10-12V2/Hz以下。
40．如權(quán)利要求37所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件是雙極晶體管，通過使用權(quán)利要求1至8中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底作為其半導(dǎo)體襯底而提高的器件特性是相互電導(dǎo)、截止頻率、集電極電流、漏電流、電流增益中的至少之一。
41．如權(quán)利要求37所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件是二極管，通過使用權(quán)利要求1至8中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底作為其半導(dǎo)體襯底而提高的器件特性是反向偏置漏電流、正向偏置電流、二極管因子中的至少之一。
42．如權(quán)利要求41所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述二極管具有這樣的特性作為其半導(dǎo)體襯底是權(quán)利要求1至8項(xiàng)的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底，是在結(jié)晶硅層的厚度在0.3μm以上、0.7μm以下的半導(dǎo)體襯底上形成的pin光電二極管，pin區(qū)域的寬度各為1μm，在施加2V的反向偏置的條件下測(cè)定的暗電流在10-11A以下，在波長(zhǎng)850nm、強(qiáng)度為1W/cm2的光照射下的光電流在10-10A以上。
43．如權(quán)利要求37所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件是半導(dǎo)體集成電路，通過使用權(quán)利要求1至8中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體襯底作為其半導(dǎo)體襯底而提高的器件特性是頻率特性、噪聲特性、放大特性、功率消耗特性中的至少之一。
44．一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，具有半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底，是所述權(quán)利要求9至34中的任何一項(xiàng)所述的制造方法制造的半導(dǎo)體襯底，由此來提高器件特性。
45．如權(quán)利要求44所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件是MOSFET，所述器件特性是互電導(dǎo)、截止頻率、閃爍噪聲、靜電放電、漏極耐壓、絕緣破壞電荷量、漏電流特性中的至少之一。
46．如權(quán)利要求45所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述MOSFET具有這樣的特性其半導(dǎo)體襯底是按照權(quán)利要求9至34中的任何一項(xiàng)所述的制造方法制造的半導(dǎo)體襯底，是在結(jié)晶硅層的厚度在0.3μm以上、0.7μm以下的半導(dǎo)體襯底上形成的MOSFET，在電流-電壓特性上未呈現(xiàn)彎折，柵極長(zhǎng)度0.8μm情況下的漏極耐壓為7V以上，表示閃爍噪聲的輸入柵電壓頻譜密度在測(cè)定頻率100Hz時(shí)在3×10-12V2以下。
47．如權(quán)利要求44所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件是雙極晶體管，所述器件特性是互電導(dǎo)、截止頻率、集電極電流、漏電流、電流增益中的至少之一。
48．如權(quán)利要求44所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件是二極管，所述器件特性是反向偏置漏電流、正向偏置電流、二極管因子中的至少之一。
49．如權(quán)利要求48所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述二極管具有這樣的特性其半導(dǎo)體襯底是按照權(quán)利要求9至34中的任何一項(xiàng)所述的制造方法制造的半導(dǎo)體襯底，是在結(jié)晶硅層的厚度在0.3μm以上、0.7μm以下的半導(dǎo)體襯底上形成的pin光電二極管，pin區(qū)域的寬度各為1μm，在施加2V的反向偏置的條件下測(cè)定的暗電流在10-11A以下，在波長(zhǎng)850nm、強(qiáng)度為1W/cm2的光照射下的光電流在10-10A以上。
50．如權(quán)利要求44所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件是半導(dǎo)體集成電路，所述器件特性是頻率特性、噪聲特性、放大特性、功率消耗特性中的至少之一。
51．一種半導(dǎo)體器件的制造方法，在絕緣性的襯底和在其上形成的硅層組成的半導(dǎo)體襯底上制造半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括(a)在所述絕緣性襯底上形成第一硅層的步驟；(b)將第一離子注入到所述第一硅層，將界面深部進(jìn)行非晶化，通過第一熱處理使該非晶化的層再結(jié)晶的步驟；(c)在第一硅層上使硅層外延生長(zhǎng)，形成第二硅層的步驟；(d)將第二離子注入到所述第二硅層，將界面深部進(jìn)行非晶化，通過第二熱處理使該非晶化的層再結(jié)晶的步驟；以及(e)在氧化性氣氛中對(duì)所述步驟(d)中形成的硅層進(jìn)行熱處理而使表面?zhèn)鹊囊徊糠盅趸?，通過腐蝕來除去形成的氧化硅膜，將所述硅層調(diào)整到期望的厚度的步驟。
52．一種半導(dǎo)體器件的制造方法，在絕緣性的襯底和在其上形成的硅層組成的半導(dǎo)體襯底上制造半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括(a)在所述絕緣性襯底上形成第一硅層的步驟；(b)將第一離子注入到所述第一硅層，將界面深部進(jìn)行非晶化，通過第一熱處理使該非晶化的層再結(jié)晶的步驟；(c)在氧化性氣氛中對(duì)所述再結(jié)晶化的第一硅層進(jìn)行熱處理，對(duì)表面?zhèn)鹊囊徊糠诌M(jìn)行氧化的步驟；(d)通過腐蝕來除去所述步驟(c)中形成的氧化硅膜的步驟；(e)在殘留的第一硅層上使硅層外延生長(zhǎng)，形成第二硅層的步驟；(f)將第二離子注入到所述第二硅層，將界面深部進(jìn)行非晶化，通過第二熱處理使該非晶化的層再結(jié)晶的步驟；以及(g)在氧化性氣氛中對(duì)所述步驟(f)中形成的硅層進(jìn)行熱處理而使表面?zhèn)鹊囊徊糠盅趸?，通過腐蝕來除去形成的氧化硅膜，將所述硅層調(diào)整到期望的厚度的步驟。
53．如權(quán)利要求52所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在所述殘留的第一硅層為規(guī)定的厚度時(shí)，將所述步驟(c)～(d)重復(fù)進(jìn)行2次以上。
54．如權(quán)利要求52至53中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，將所述步驟(f)中形成的硅層看成所述步驟(b)中形成的再結(jié)晶的第一硅層，將所述步驟(c)～(f)重復(fù)進(jìn)行2次以上。
55．一種半導(dǎo)體器件的制造方法，在絕緣性的襯底和在其上形成的硅層組成的半導(dǎo)體襯底上制造半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括(a)在所述絕緣性襯底上形成第一硅層的步驟；(b)在氧化性氣氛中對(duì)所述第一硅層進(jìn)行熱處理，對(duì)表面?zhèn)鹊囊徊糠诌M(jìn)行氧化的步驟；(c)通過腐蝕來除去所述步驟(b)中形成的氧化硅膜的步驟；(d)在殘留的第一硅層上使硅層外延生長(zhǎng)，形成第二硅層的步驟；(e)將離子注入到所述第二硅層，將界面深部進(jìn)行非晶化，通過熱處理使該非晶化的層再結(jié)晶的步驟；以及(f)在氧化性氣氛中對(duì)所述步驟(e)形成的硅層進(jìn)行熱處理，使表面?zhèn)鹊囊徊糠盅趸?，通過腐蝕來除去形成的氧化硅膜，將所述硅層調(diào)整到期望的厚度的步驟。
56．如權(quán)利要求55所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在以所述殘留的第一硅層為規(guī)定的厚度時(shí)，將所述步驟(b)～(c)重復(fù)進(jìn)行2次以上。
57．如權(quán)利要求55至56中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，將所述步驟(e)中形成的硅層看成所述步驟(a)中形成的再結(jié)晶的第一硅層，將所述步驟(b)～(e)重復(fù)進(jìn)行2次以上。
58．如權(quán)利要求51至57中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，將離子注入到所述第二硅層，將界面深部進(jìn)行非結(jié)晶化，在通過熱處理來將該非結(jié)晶化的層進(jìn)行再結(jié)晶的步驟后、或在使所述硅層外延生長(zhǎng)并形成第二硅層的步驟后，還有在氫中進(jìn)行熱處理的步驟。
59．如權(quán)利要求51至57中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，將離子注入到所述第二硅層，將界面深部進(jìn)行非結(jié)晶化，在通過熱處理使該非結(jié)晶化的層進(jìn)行再結(jié)晶的步驟后，通過化學(xué)的和/或機(jī)械的研磨將硅層的表面進(jìn)行平坦化。
全文摘要
一種制造SOI襯底的方法,該SOI襯底有單晶氧化物襯底或硅襯底、在襯底上沉積的氧化物的絕緣底層,在該底層上外延生長(zhǎng)的硅層,該方法包括:將離子注入到在絕緣底層上外延生長(zhǎng)的第一硅層上將硅層的界面深度部分變?yōu)榉蔷?通過退火來使非晶表面深度部分再結(jié)晶,通過加熱來氧化部分表面,通過腐蝕來除去氧化硅層,在保留的第一硅層上生長(zhǎng)第二硅層,將離子再次注入到硅層將界面深度部分非晶化,以及提供退火來使非晶的深部再結(jié)晶化。因此,形成具有結(jié)晶缺陷非常少和表面平坦性良好的硅層的SOI襯底。因此,在這樣的半導(dǎo)體襯底上構(gòu)成了具有高器件性能和高可靠性的新穎的電子器件或光器件。
文檔編號(hào)H01L21/20GK1319252SQ99811328
公開日2001年10月24日 申請(qǐng)日期1999年9月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月25日
發(fā)明者森下隆, 松井正宏 申請(qǐng)人:旭化成株式會(huì)社