[发明专利]SOI衬底的制造方法以及半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明的技术领域是一种涉及SOI(绝缘体上硅)结构的领域。

背景技术

作为形成晶体管的方法，已知使用硅片的方法；使用设置在具有 绝缘表面的衬底上的非单晶半导体层的方法；以及使用具有设置在绝 缘表面上的薄单晶半导体层的衬底(SOI衬底)的方法等。

尤其是，用SOI衬底形成的晶体管可以比用其它方法形成的晶体 管进一步提高其性能。

这里，作为SOI衬底的制造方法已知智能切割(注册商标)法。

智能切割法是一种通过概略为如下的工序制造SOI衬底的方法。

首先，通过对硅片照射氢离子，在离所述硅片的表面有预定的深 度的位置上形成脆弱区域(也称为微小气泡层、分离层、以及剥离层 等)。

接下来，在所述硅片的表面上形成用作接合层的绝缘层。

接下来，贴合所述接合层和支撑衬底，然后进行加热处理而使所 述微小气泡层产生裂缝来分离所述硅片的一部分，由此在所述支撑衬 底上设置由所述硅片的一部分构成的单晶半导体层。

作为公开以上那样的SOI衬底的制造方法的文献，可以参见专利 文献1。

[专利文献]

[专利文献1]日本专利申请公开2008-277789号公报

发明内容

当硅中含有大量的氧时，有时会发生氧析出现象。

氧析出具有吸收污染金属杂质的优点，但也有使晶体管的性能恶 化的缺点。

当使用硅片形成晶体管时，通过在离其表面深的位置上(几μm至 几十μm左右的深度)产生氧析出而不在离其表面浅的位置上(几十nm 至几百nm)产生氧析出，可以回避氧析出的缺点并有效地利用其优点。

但是，SOI衬底由于单晶半导体层的厚度薄(几十nm至几百nm 的厚度)，所以难以回避当产生氧析出时使晶体管的性能恶化的缺点。

因此，在SOI衬底中，为了尽可能地防止氧析出，硅中的氧浓度 优选为低。

鉴于上述内容，以下公开使单晶半导体层中的氧浓度降低的SOI 衬底的制造方法。

此外，以下还公开使用SOI衬底形成的半导体装置及其制造方法。

注意，以下公开的使用SOI衬底形成的半导体装置及其制造方法 具有解决各自的特有的问题的技术方案。

因此，上述解决特有的问题的技术方案也可以适用于使用使氧浓 度降低的SOI衬底以外的SOI衬底制造的半导体装置。

氧的扩散系数在熔化状态中比在固相状态中高。因此，在具有支 撑衬底、形成在所述支撑衬底上的绝缘层(接合层)、以及形成在所述 绝缘层(接合层)上的单晶半导体层的SOI结构中，通过使单晶半导 体层(以硅为主要成分的单晶半导体层)处于熔化状态，可以促进单 晶半导体层中的氧的外方扩散。

因此，通过对SOI结构的单晶半导体层照射激光束来使单晶半导 体层熔化，可以使其处于氧的扩散系数高的状态，所以可以促进氧的 外方扩散。

当氧的外方扩散被促进时，单晶半导体层中的氧浓度降低。

此外，更优选在加热支撑衬底的状态下照射激光束。

这就是说，当在加热支撑衬底的状态下照射激光束时，单晶半导 体层也受到加热。

当在加热单晶半导体层的状态下照射激光束时，由于熔化的单晶 半导体层的冷却速度被减慢，所以可以增长单晶半导体层的熔化时间。

由于单晶半导体层的熔化时间越长，氧的扩散系数高的熔化状态 的保持时间越长，所以可以进一步促进氧的外方扩散。

因此，通过在加热支撑衬底的状态下照射激光束，可以增强由激 光束的照射带来的氧的外方扩散的促进效果，所以是优选的。

注意，当支撑衬底的温度是500℃以上时，与不加热支撑衬底的 情况相比，可以减少氧。

此外，支撑衬底的温度越高，越可以使熔化状态的半导体的冷却 速度变慢，因此，支撑衬底的温度优选为高。

此外，在与单晶半导体层接触的绝缘层由含有氧的绝缘膜(热氧 化膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜、氮氧化铝膜、 氧氮化铝膜等)构成的情况下，当熔化状态的半导体与含有氧的绝缘 膜接触时，就引起含有氧的绝缘膜中的氧扩散到熔化状态的半导体中 的问题。注意，氮氧化膜是氮浓度高于氧浓度的膜，氧氮化膜是氮浓 度低于氧浓度的膜。