[发明专利]SOI衬底及其制造方法和半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及具有绝缘体上硅(SOI)结构的衬底，其中通过薄化结 晶半导体衬底所形成的结晶半导体层接合到不同类型的衬底。具体来 说，本发明涉及使用接合的SOI技术以及SOI衬底的制造方法，其 中单晶半导体层接合到具有绝缘表面、如玻璃的衬底。此外，本发明 涉及使用具有这种SOI结构的衬底所形成的显示器件和半导体器件。

背景技术

已经研制称作绝缘体上硅的半导体衬底(SOI衬底)来代替对单晶 半导体晶锭切薄片而形成的硅晶圆，并且半导体衬底各具有在具有绝 缘表面的衬底之上的薄单晶半导体层。通过使用SOI衬底，可减小晶 体管的寄生电容。如果集成电路使用这种晶体管来形成，则可以说对 于加速操作和降低所消耗电力是有效的。因此，已经预期将SOI衬底 应用于高性能半导体器件、如微处理器。

作为一种用于制造SOI衬底的方法，氢离子注入分离方法是已知 的(例如参见参考文献1：美国专利No.6372609)。氢离子注入分离方 法是一种方法，其中，将氢离子注入硅晶圆，以在距离表面的预定深 度形成微泡层，其中被注入氢离子的表面重叠在另一个硅晶圆上，执 行热处理，以使用微泡层作为分裂面而引起分离，并且薄硅层(SOI 层)接合到另一个硅晶圆。在这种方法中，除了用于分离作为表面层 的SOI层的热处理之外，还需要在氧化气氛中执行热处理，以在SOI 层上形成氧化膜，去除氧化膜，在还原气氛中在1000℃至1300℃ 执行热处理以提高接合强度，并且恢复SOI层的表面上的损坏层。

另一方面，公开一种半导体器件，其中，为使用高耐热玻璃的绝 缘衬底提供单晶硅层(参考文献2：日本已发布专利申请No.H 11-163363)。该半导体器件具有一种结构，其中，由具有应变点为 750℃或更高的结晶玻璃制成的衬底的整个表面用绝缘硅膜进行保 护，并且通过氢离子注入分离方法所得到的单晶硅层接合到该绝缘硅 膜。

发明内容

需要在600℃或更高的高温进行热处理，以通过氢离子注入分离 方法分离作为硅晶圆的表面层的单晶硅层来获得单晶硅层。但是，当 玻璃衬底(往往用于液晶面板等)为了降低成本而用作支承衬底并且 单晶硅层接合到玻璃衬底、并且因而形成SOI衬底时存在问题，因为 在高温进行热处理时发生玻璃衬底的翘曲。如果玻璃衬底翘曲，则玻 璃衬底与单晶硅层之间的接合强度变弱。此外，在将单晶硅层接合到 玻璃衬底时，例如从玻璃衬底扩散的金属等杂质可能污染单晶硅层。 换言之，在常规技术中，如果单晶硅层在玻璃衬底上形成并且使用单 晶硅层来形成晶体管，则无法得到晶体管的充分特性。

考虑到上述问题而作出了本发明。本发明的一个目的是提供一种 包含结晶半导体层的SOI衬底，即使使用具有低耐热温度的衬底、如 玻璃衬底，该SOI衬底仍适合于实际使用。此外，本发明的另一个目 的是提供一种使用这种SOI衬底的半导体器件。

单晶半导体层在低于或等于具有绝缘表面的支承衬底的应变点 的温度接合到支承衬底。对于作为这个单晶半导体层的基底的半导体 衬底，其表面通过在高于或等于支承衬底的应变点的高温的热处理而 涂敷有绝缘膜。分离层在半导体衬底中形成。另一方面，对于支承衬 底，防止支承衬底中包含的杂质扩散的阻挡层在低于或等于支承衬底 的应变点的温度形成。此后，其中形成了分离层的半导体衬底和支承 衬底接合，用于分裂半导体衬底的热处理在等于或低于支承衬底的应 变点的温度进行，因而获得接合到支承衬底的单晶半导体层。

注意，离子的“注入(包括被注入、正注入等)”在本说明书中表示 用加速离子来照射半导体衬底，以及组成离子的元素包含在半导体衬 底中。例如，给出离子掺杂作为这种离子注入。另外，“分离层”表示 其中晶体结构是无序的以及产生小空洞的区域，它通过用电场所加速 的离子照射半导体衬底并且将离子注入到半导体衬底时的碰撞而变 弱。然后，通过在稍后的热处理中沿分离层分离半导体衬底，可将作 为半导体层的单晶半导体衬底的一部分留在支承衬底上。此外，在本 说明书中，“分裂(包括被分裂、正分裂等)”表示半导体衬底的一部分 沿分离层分离，以便在支承衬底上形成半导体层。在本说明书中，“分 裂”在下文中由“分离(包括被分离、正分离等)来表示。