[发明专利]半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用SOI(绝缘体载硅)衬底制造半导体装置的方法，该SOI衬底具有由硅等构成的半导体层。

在本说明书中，半导体装置指的是能够通过利用半导体特性而工作的所有装置，因此电光装置、半导体电路、以及电子设备都是半导体装置。

背景技术

已经开发了利用SOI衬底而代替块体硅晶圆的集成电路。在该SOI衬底中，在绝缘层上形成有薄单晶硅层。通过有效地利用薄单晶硅层的特长，可以将集成电路中的晶体管形成为对于各元件这些晶体管彼此完全电隔离。此外，由于可以使晶体管成为完全耗尽型晶体管，因此可以制造高集成、高速驱动、低耗电量等附加价值高的半导体集成电路。

作为SOI衬底的制造方法之一，众所周知通过组合氢离子注入工序和分离工序而成的接合技术来制造SOI衬底的方法。在该方法中，主要进行如下工序来制造SOI衬底。通过对硅晶圆注入氢离子，在离其表面的预定深度形成损伤区域。通过使用作基底衬底的另外硅晶圆氧化来形成氧化硅膜。通过将注入有氢离子的硅晶圆和形成有氧化硅膜的硅晶圆接合在一起，来将两个硅晶圆贴合在一起。通过在其上进行加热处理，在损伤区域劈开硅晶圆。为了提高贴附到基底衬底的硅层的结合力，进行加热处理。

此外，众所周知从硅晶圆分离的硅层贴附到玻璃衬底来制造SOI衬底的另一个方法(参照专利文献1及2)。

[专利文献1]日本专利申请公开2004-087606号公报

[专利文献2]日本专利申请公开H11-163363号公报

在现有的SOI衬底的制造方法中，使用离子注入法来对硅晶圆注入氢离子。离子注入法是如下方法，即，使源气体等离子体化，引出包含于该等离子体中的离子种，进行质量分离，加速具有预定质量的离子种，采用被加速了的离子种作为离子束照射对象。此外，作为注入离子的另外方法，还有离子掺杂法。离子掺杂法是如下方法，即，使源气体等离子体化，通过预定电场的作用从等离子体引出离子种，加速引出了的离子种而不进行质量分离，采用被加速了的离子种作为离子束照射对象。

本申请人的研究已经指出，通过离子掺杂法将从氢气体产生的离子种注入到硅晶圆而形成损伤区域时，可以采用在比玻璃衬底的应变点低的温度进行的加热处理来劈开硅晶圆。根据该事实，作为基底衬底使用应变点为700℃或以下的玻璃衬底，通过离子掺杂法形成损伤区域，来制造SOI衬底。

通过离子掺杂法照射离子束的离子掺杂装置是一种为了在一边超过1m的玻璃衬底上制造薄膜晶体管而开发出来的装置。因此，离子掺杂法具有如下优点，即，与进行质量分离的离子注入法相比，可以缩短形成损伤区域的节拍时间。然而，在离子掺杂法中，由于不进行质量分离，有可能包含于离子掺杂装置的电极等的材料中的金属元素与氢离子一起被注入到硅晶圆。被金属污染的SOI衬底导致因此制造的晶体管的阈值电压的变动、泄漏电流的增大等的晶体管的电特性的降低、以及可靠性的降低。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种可以抑制因为金属元素导致的污染影响的半导体装置的制造方法。本发明的另一个目的在于提供一种抑制金属污染的影响且使用贴合到应变点为700℃或以下的基底衬底上的半导体层的制造半导体装置的方法。

本发明一个方面涉及半导体装置的制造方法，其中包括以下工序：形成包括从半导体衬底分离了的半导体层和该半导体层固定于其上的基底衬底的SOI衬底，以及使用该SOI衬底的半导体层形成半导体元件。

为了制造SOI衬底，激发包含选自氢气体、氦气体、或卤素气体中的一种或多种气体的源气体来产生离子种，以及采用离子种照射半导体衬底以在半导体衬底中形成损伤区域。作为源气体，可以使用氢气体、氦气体、或者卤素气体。

用来贴合基底衬底和半导体衬底的接合层形成在基底衬底和半导体衬底中的至少一方上。当在半导体衬底上形成接合层时，可在形成损伤区域后形成接合层，备选地，可在形成接合层后形成损伤区域。

通过隔着接合层使基底衬底和半导体衬底密接设置，并且将接合层的表面和与该接合层接触的表面接合在一起，来贴合基底衬底和半导体衬底。与接合层接触的表面例如是基底衬底的表面、半导体衬底的表面、绝缘膜的表面等。

在贴合基底衬底和半导体衬底之后，通过加热半导体衬底来使损伤区域中开裂，在将从半导体衬底分离的第一半导体层固定到基底衬底上的状态下，从基底衬底分离半导体衬底。通过以上工序，制造其中基底衬底贴附有第一半导体层的SOI衬底。