[发明专利]半导体基体材料的制作方法

说明书

本发明涉及半导体基体材料的制作方法，尤其是适合于介质隔离或在绝缘体上的单晶半导体层上制作的电子器件和集成电路的半导体基体材料的制作方法。

在绝缘体上形成单晶硅半导体层，作为绝缘体硅(SOI)技术已众所周知，利用该SOI技术的器件，具有许多通常的制作硅电路的整个硅基体所达不到的优点，因此进行了大量研究工作。即，利用SOI技术有下列优点：

1．容易进行介质隔离，可做到高集成化。

2．耐辐射线性能妤。

3．可减少杂散电容，实现高速化。

4．可以省略焊接工序。

5．可防止闭锁超载现象。

6．可利用薄膜化制成完全耗尽型场效应晶体管。等等。

为了实现上述器件特性的许多优点，对SOI结构的形成方法进行了数十年的研究。其内容已归纳在例如下列文献当中。

由G.W.Cullen编辑的Crystal Growth期刊专刊：“Single-crystal silicon on non-single-crystal insulators”，第63卷，第3册，第429～590页(1983)。

另外，早已知道，用CVD(化学气相法)在单晶蓝宝石基体上形成硅，使杂质外延，形成SOS(蓝宝石硅)，作为最成熟的SOI技术，获得了成功，但由于硅层与基底蓝宝石基体界面的晶格不配匹，而有大量的结晶缺陷及铝从蓝宝石基体渗入到硅层，此外，最重要的是基体的成本高，大面积化生长很慢，因此难于广泛应用。

近年来，尝试不使用蓝宝石基体来实现SOI结构。这一尝试大致可以分为以下两种方式：

1．使硅单晶基体表面氧化后，开一孔，使基体局部露出，以该部分作为种晶，使晶体沿横向外延生长，在SiO₂上形成硅单晶((这时，会在SiO₂上形成硅层堆积)。

2．将硅单晶基体作为活性层使用，在其下部形成SiO₂层(这种方法不会形成硅层的堆积)。

实现上述1的方法，现在已知有利用CVD直接使单晶硅沿横向外延生长的方法，堆积非晶硅，通过热处理，进行固相横向外延生长的方法，将电子射线、激光等能量射线聚焦后照射非晶硅或多晶硅层层，融熔后重新结晶，在SiO₂上生成单晶的方法，用棒状加热器扫描带状融熔区(Zone Melting Recrystallization)等方法。

这些方法各有优点和缺点，但在可控性生产效率、均匀性，以及质量等方面都存在着很多问题，所以，至今还未能达到工业适用化程度。

例如，CVD法为了获得平坦的薄膜，必须牺牲氧化，而固相生长法的结晶性不好。

另外，采用射线束退火方法时，存在聚焦射线束扫描的处理时间、射线束的重叠状况、焦点调整等控制性问题。

其中Zone Melting Recrystallization法是最成熟的一种方法，并用这种方法试制过较大规模的集成电路，但仍然存在许多亚粒间等结晶缺陷，还不能制作少数载流子器体。

上述2的方法－－不采用将基体作为外延生长的种子的方法，有下列三种方法：

1．在表面各向异性地腐蚀有V型槽的硅单晶基体上形成氧化膜，再在该氧化膜上堆积与硅基体同样厚度的多晶硅层，然后，从硅基体表面研磨，在厚的多晶硅层上形成由V型槽包围的介质隔离的硅单晶区域。

然而，虽然此方法结晶性好，但在堆积数百微米厚的多晶硅工序中，以及在从反面研磨单晶硅基体只留下隔离的硅活性层的工序中，存在着控制性差和生产效率不高的问题。

2．一种被称作SIMOX(SIMOX:Seperationby Ion Implanted Oxygen)的向硅单晶基体中注入氧离子而形成SiO₂层的方法，由于硅处理工艺和配匹性好，所以是现在最成熟的方法。

然而，在形成SiO₂层时，必须注入10^1/6个/cm²以上的氧离子，注入时间长，不能说生产效率高，另外，硅片成本高。再者，残留着许多结晶缺陷，从工业角度看，还没有达到能制作少数载流子器件所应有的质量。