[發(fā)明專利]制備半導體襯底的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710104569.2
• 申請日: 2007-05-25
• 公開（公告）號: CN101312125A
• 公開（公告）日: 2008-11-26
• 發(fā)明（設計）人: 村上賢史;森本信之;西畑秀樹;遠藤昭彥
• 申請（專利權）人: 勝高股份有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 呂彩霞;韋欣華

技術領域

本發(fā)明涉及一種制備半導體襯底的方法，更確切地說涉及一種在埋置氧化物膜厚度較薄狀態(tài)下通過層壓方法制備半導體襯底的方法。

背景技術

最近，具有其中硅層或所謂的SOI層形成在氧化物膜上的SOI結構的半導體襯底作為高性能LSI晶片用于電子設備，原因在于它們能夠適應設備加速并且耗能低，具有優(yōu)異的耐壓、耐環(huán)境等性能。

關于半導體襯底的制備方法，公知的有所謂的SIMOX方法和被稱為層壓方法的方法，在前一方法中硅片注入高濃度氧離子，然后在較高溫度下進行熱處理以在其內部形成氧化物膜。在所述層壓方法中，氧化物膜在下述至少一個晶片上形成：用于形成SOI層的活性層晶片和用于支撐襯底的晶片，使所述兩種晶片通過氧化物膜彼此層壓，然后使活性層晶片薄化以產(chǎn)生其中SOI層形成在作為絕緣層的埋置氧化物膜上的半導體襯底。

此外，層壓方法可分類為研磨拋光法、PACE(等離子輔助化學蝕刻)法、離子注入剝落方法(又稱為Smart?Cut(注冊商標)法)、ELTRAN法等。其中，基于獲得的活性層結晶性良好、活性層厚度均勻性良好和表面平整度良好等優(yōu)點，離子注入剝落方法常常被采用。

通過所述層壓方法制備半導體襯底的制備步驟示于圖1.具體是，預先提供用于活性層的晶片1和用于支撐襯底的晶片2(步驟(a))，在所述兩種晶片(在示例實施方案中的活性層晶片1)中的至少一種晶片上形成氧化物膜3(步驟(b))，然后將氫離子(或惰性氣體離子)注入用于活性層的晶片1以在活性層晶片1內部形成離子注入層4(步驟(c))。之后，通過氧化物膜3將活性層晶片1注入離子的一面層壓到支撐襯底晶片2上(步驟(d))，并且進行剝落熱處理以使活性層晶片1在離子注入層處作為分離面(剝落面)局部剝落(步驟(e))，然后再次進行氧化處理以除去在活性層表面形成的損壞層(步驟(f))，然后通過除去所形成的氧化物膜的步驟(g)進行平坦化處理以產(chǎn)生其中硅層6形成在埋置氧化物膜5上的半導體襯底7。

近期，需要制備在高度集成半導體設備方面具有較高質量的SOI晶片。為此，對于使埋置氧化物膜厚度更薄，例如，直到厚度約20nm，或不利用氧化物膜直接彼此層壓硅片以制備層壓晶片的需求日益增多。

當層壓晶片通過使埋置的氧化物膜變薄或不形成氧化物膜通過離子注入剝落方法制備時，活性層晶片和支承襯底晶片通過使形成在任意晶片上的氧化物膜變薄或不形成氧化物膜彼此層壓。

但是，在制備具有較薄氧化物膜晶片的過程中，其中包括埋置氧化物膜沒有形成的情況，當剝落熱處理在層壓后實施，在支承襯底晶片與氧化物膜之間產(chǎn)生氣泡，或氣泡的產(chǎn)生由氧化物膜延伸到活性層。

也就是說，在通過層壓方法制備半導體襯底的傳統(tǒng)過程中，缺陷如氣泡或空穴可在層壓界面產(chǎn)生。特別是，隨著兩個半導體襯底之間存在的埋置氧化物膜厚度變薄，這些空穴或氣泡缺陷存在更頻繁發(fā)生的趨勢，這在具有較薄氧化物膜或無氧化物膜的層壓半導體襯底制備中發(fā)展為一個嚴重問題。

關于空穴或氣泡隨著兩個半導體晶片之間存在的埋置氧化物膜厚度變薄而頻繁產(chǎn)生的應對措施，JP-A-2004-259970建議：提高用于活性層的晶片厚度以提高活性層的厚度，借此提高活性層的硬度。

但是，即使在活性層厚度較厚情況下，如果埋置氧化物膜的厚度較薄，氣泡或空穴自然產(chǎn)生。還有，當活性層的薄化得到加強時，為了提高硬度，活性層的厚度在中間步驟被增厚，這樣在后續(xù)的薄化處理中占有大量勞力并且導致質量惡化。確切地說，當活性層厚度在中間步驟較厚時，需要通過熱氧化處理+除去氧化物膜或通過研磨或拋光處理進行活性層薄化以獲得期望的活性層最終厚度。在后一種情況下，由于處理量(氧化量、蝕刻量、研磨或拋光量)增加，活性層厚度均勻性下降。

發(fā)明內容

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種甚至在具有的氧化物膜厚度比傳統(tǒng)氧化物膜薄的層壓晶片制備中抑制缺陷如空穴或氣泡出現(xiàn)的方法。

本發(fā)明人對在層壓晶片制備中氧化物膜較薄情況下頻繁產(chǎn)生缺陷如空穴和氣泡的原因進行了廣泛研究并獲得以下知識。

即，空穴或氣泡的產(chǎn)生基于下述事實：注入活性層的氫離子在剝落熱處理中擴散進入層壓界面形成氫氣，后者減弱了活性層晶片與用于支撐襯底的晶片之間的結合強度。如果形成在活性層晶片上氧化物膜較厚，由于氫離子注入的注入能量變大，從而導致了下述現(xiàn)象：氫離子使氧由氧化物膜濺射并因此將氧注入活性層。