專利名稱：制造絕緣體上硅襯底和半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及絕緣體上硅(SOI)襯底、使用SOI襯底制造的半導(dǎo) 體器件及其制造方法。本發(fā)明尤其涉及結(jié)合(bonding) SOI技術(shù)，并 且還涉及提供將單晶或多晶半導(dǎo)體層與含有絕緣表面的柔性襯底結(jié)合 獲得的SOI襯底、使用SOI村底制造的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
人們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了取代將單晶半導(dǎo)體的晶錠(ingot)切成薄片制 造的硅片、使用在絕緣表面上含有薄單晶半導(dǎo)體層的稱為絕緣體上硅 (SOI)襯底的單晶半導(dǎo)體襯底的集成電路。當(dāng)使用SOI襯底形成要 包括在集成電路中的晶體管時(shí)，可以減小晶體管的漏極與襯底之間的 寄生電容，并且可以使半導(dǎo)體集成電路具有較高的性能。因此，SOI 襯底已經(jīng)引起人們注意。
作為制造SOI襯底的方法，氫離子注入分離法是已知的(例如， 參見(jiàn)參考文獻(xiàn)l:美國(guó)專利第6，372，609號(hào))。氫離子注入分離法是將 氬離子注入硅片中，在距表面預(yù)定深度的位置處形成微泡層 (microbublle layer)，將注入氫離子的表面疊在另 一個(gè)珪片上，進(jìn) 行熱處理，將微泡層用作解理面引起分離，并且將薄硅層(SOI層) 與所述另一個(gè)硅片結(jié)合的方法。除了分離SOI層的熱處理之外，還有 必要在氧化氣氛中進(jìn)行熱處理，以在SOI層上形成氧化物層，除去氧 化物層，在還原氣氛中在1000'C ~ 1300。C進(jìn)行熱處理，提高結(jié)合強(qiáng)度， 并且恢復(fù)SOI層的表面上的受損層。
使用SOI襯底的半導(dǎo)體器件的已知例子之一由本申請(qǐng)人公開(kāi)(參 見(jiàn)參考文獻(xiàn)2:日本已公布專利申請(qǐng)第2000-12864號(hào))。它公開(kāi)了在 那種情況下也有必要在1050°C 1150。C進(jìn)行熱處理，以便消除SOI
7層中由應(yīng)力引起的俘獲能級(jí)和缺陷。
制造SOI襯底的傳統(tǒng)方法要求在iooo'c或更高的高溫進(jìn)行熱處
理，以便加強(qiáng)SOI襯底與SOI層之間的結(jié)合強(qiáng)度和恢復(fù)SOI層的表
面上的受損層。因此，在用于制造液晶面板的玻璃襯底、耐熱溫度為
大約700'C的襯底或耐熱溫度較低的塑料襯底上形成SOI層是不可能 的。即使通過(guò)氫離子注入分離法在玻璃襯底上提供了 SOI層，由于不 能應(yīng)用提高結(jié)合強(qiáng)度的高溫?zé)崽幚?，也存在SOI層的結(jié)合強(qiáng)度弱的問(wèn)題。
柔性襯底因柔性襯底具有薄的厚度和易彎曲而難以固定，并且難
以處理；因此，存在使用柔性襯底制造半導(dǎo)體器件產(chǎn)率低的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供即使使用像玻璃村底或 塑料襯底那樣的柔性襯底，也可以高產(chǎn)率地制造可以用在實(shí)際應(yīng)用中 的含有SOI層的SOI襯底的方法。并且，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供 使用這樣的SOI村底高產(chǎn)率地制造薄半導(dǎo)體器件的方法。
當(dāng)將單晶半導(dǎo)體襯底與含有絕緣表面的柔性襯底結(jié)合制造SOI襯
底時(shí)，激活結(jié)合表面之一或兩者，然后將含有絕緣表面的柔性襯底和 單晶半導(dǎo)體村底相互附接在一起。例如，用原子束或離子束照射含有
絕緣表面的柔性襯底和單晶半導(dǎo)體襯底的結(jié)合表面的至少一個(gè)?；蛘撸?br> 可以進(jìn)行等離子照射或自由基處理(radical treatment)。并且，可以 通過(guò)氧等離子體對(duì)含有絕緣表面的柔性襯底和單晶半導(dǎo)體襯底的結(jié)合 表面的至少一個(gè)進(jìn)行處理，或用臭氧水清洗成親水的。通過(guò)這樣的表 面處理，即使熱處理步驟的溫度大于等于250。C且小于400°C，也可以
容易地使不同類型的材料相互結(jié)合。
在將單晶半導(dǎo)體襯底與含有絕緣表面的柔性襯底結(jié)合時(shí)，將有機(jī)
硅烷用作要形成結(jié)合的表面之一或兩者上的材料形成氧化硅層?？梢?使用的有機(jī)硅烷的例子包括像四乙氧基硅烷(TEOS)、四曱基硅烷 (化學(xué)式Si(CH3)4)、四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS)、八曱基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)、六曱基二硅氮烷(HMDS)、三乙氧基硅烷、 和三二曱氨基硅烷那樣的含硅化合物。換句話說(shuō)，在具有使單晶半導(dǎo)
體層(SOI)層與含有絕緣表面的柔性襯底結(jié)合的結(jié)構(gòu)的SOI襯底中， 提供了形成平滑激活表面的氧化硅層，作為要形成結(jié)合的表面之一或 兩者上的結(jié)合表面。
要與含有絕緣層的柔性襯底結(jié)合的SOI層通過(guò)分離在單晶半導(dǎo)體 襯底中形成的易碎區(qū)(fragile region)獲得。易碎區(qū)是用加速離子照 射單晶半導(dǎo)體村底形成的，加速離子是使用氫、氦、或以氟為代表的
面素的氣體作為源氣體通過(guò)離子激發(fā)生成的。在這種情況下，優(yōu)選用 質(zhì)量不同的單種原子的多種離子或質(zhì)量不同的多種原子的多種離子進(jìn) 行照射。在用氫離子照射的情況下，氫離子優(yōu)選包括H3+離子比例高 的H+、 H2+和H/。在用電離氦照射的情況下，甚至可以只通過(guò)離子摻 雜而無(wú)需質(zhì)量分離地實(shí)質(zhì)上將He+離子單獨(dú)摻入單晶半導(dǎo)體襯底中。 注意，術(shù)語(yǔ)"實(shí)質(zhì)上"意味著單晶半導(dǎo)體襯底還摻有微量的電離氣氛 元素。
在將單晶半導(dǎo)體村底與含有絕緣表面的柔性襯底結(jié)合之前，在要 與含有絕緣表面的柔性襯底結(jié)合的SOI層中，對(duì)單晶半導(dǎo)體村底進(jìn)行 熱處理，使易碎區(qū)更易碎，以便分離在單晶半導(dǎo)體襯底中形成的易碎 區(qū)。在這種情況下，在使用壓力件將壓力施加在單晶半導(dǎo)體襯底的表 面上的同時(shí)進(jìn)行熱處理，以阻止來(lái)自易碎區(qū)的變成氣體的離子?；蛘撸?在單晶半導(dǎo)體襯底上形成絕緣層并進(jìn)行熱處理。
在將與單晶半導(dǎo)體襯底分離的單晶半導(dǎo)體層與含有絕緣表面的柔
性襯底結(jié)合之前，用加速離子照射、然后加熱單晶半導(dǎo)體襯底，以形 成作為使單晶半導(dǎo)體襯底的一部分易碎的區(qū)域的易碎區(qū)，從而使耐熱 性低的柔性襯底和單晶半導(dǎo)體襯底相互結(jié)合并可以制造出SOI襯底。
利用這種結(jié)構(gòu)，即使使用像塑料襯底那樣耐熱溫度低的村底，也可以
高產(chǎn)率地獲得含有通過(guò)結(jié)合強(qiáng)度高的結(jié)合部分與襯底結(jié)合的SOI層的 SOI村底。并且，可以制造出使用SOI村底的半導(dǎo)體器件。


在附圖中
圖l是示出SOI襯底的結(jié)構(gòu)的截面圖2是示出SOI襯底的結(jié)構(gòu)的截面圖3A和3B是每一個(gè)都示出SOI襯底的結(jié)構(gòu)的截面圖4A和4B是每一個(gè)都示出SOI襯底的結(jié)構(gòu)的截面圖5A~圖5D是說(shuō)明制造SOI襯底的方法的截面圖6A~圖6D是說(shuō)明制造SOI襯底的方法的截面圖7A~圖7D是說(shuō)明制造SOI襯底的方法的截面圖8A~圖8D是說(shuō)明制造SOI襯底的方法的截面圖9A~圖9E是說(shuō)明使用SOI襯底制造半導(dǎo)體器件的方法的截面
圖10A和10B是說(shuō)明使用SOI襯底制造半導(dǎo)體器件的方法的截 面圖11A~圖IID是說(shuō)明使用SOI襯底制造半導(dǎo)體器件的方法的截 面圖12A和12B是說(shuō)明使用SOI襯底制造半導(dǎo)體器件的方法的截 面圖13A~圖13D是說(shuō)明使用SOI襯底制造半導(dǎo)體器件的方法的截 面圖14A和14B是說(shuō)明使用SOI襯底制造半導(dǎo)體器件的方法的截 面圖15是示出使用SOI村底獲得的微處理器的結(jié)構(gòu)的框圖； 圖16是示出使用SOI村底獲得的RFCPU的結(jié)構(gòu)的框圖； 圖17是示范將SOI層與用于制造顯示面板的母體玻璃結(jié)合的情 況的平面圖18A和18B是示出包括使用SOI層的像素晶體管的顯示面板 的例子的視圖19是氫離子物質(zhì)的能量10圖20是示出離子質(zhì)語(yǔ)測(cè)量的結(jié)果的能量圖； 圖21是示出離子質(zhì)i普測(cè)量的結(jié)果的能量圖； 圖22是示出加速電壓是80 kV時(shí)沿著深度方向的氫分布(測(cè)量 值和計(jì)算值)的圖形；
圖23是示出加速電壓是80 kV時(shí)沿著深度方向的氫分布(測(cè)量 值、計(jì)算值和擬合函數(shù))的圖形；
圖24是示出加速電壓是60 kV時(shí)沿著深度方向的氫分布(測(cè)量 值、計(jì)算值和擬合函數(shù))的圖形；
圖25是示出加速電壓是40 kV時(shí)沿著深度方向的氫分布(測(cè)量 值、計(jì)算值和擬合函數(shù))的圖形；和
圖26是擬合參數(shù)比(氫原子比和氫離子物質(zhì)比)的列表。
在下文中，將利用附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式和實(shí)施例。然而， 本發(fā)明可以以許多不同的方式實(shí)現(xiàn)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員容易明白， 可以對(duì)本發(fā)明的方式和細(xì)節(jié)作各種各樣的改變，除非這樣的改變偏離 本發(fā)明的精神和范圍。因此，不應(yīng)該將本發(fā)明解釋成局限于包括在本 說(shuō)明書中的實(shí)施方式和實(shí)施例的描述。
具體實(shí)施方式
(第1實(shí)施方式)
圖1示出了按照本發(fā)明的SOI村底的一種結(jié)構(gòu)。在圖1中，基礎(chǔ) 襯底(base substrate ) 100是在SOI襯底中設(shè)置有SOI層的襯底，該 襯底是柔性的且含有絕緣表面。作為基礎(chǔ)襯底的典型例子，可以給出 柔性絕緣襯底、在表面上設(shè)置有絕緣層的柔性金屬襯底等。作為柔性 絕緣襯底，可以給出由PET (聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)、PEN(聚萘 二甲酸乙二醇酯)、PES (聚醚砜)、聚丙烯、聚丙烯硫化物、聚碳 酸酯、聚醚酰亞胺、聚苯硫醚、聚苯醚、聚砜、或聚鄰苯二甲酰胺等
形成的塑料襯底，或由纖維材料制成的紙。
通過(guò)對(duì)柔性絕緣襯底使用預(yù)浸料坯(prepreg),可以防止點(diǎn)壓力
和線壓力對(duì)SOI襯底和以后制造的半導(dǎo)體器件造成的損害。預(yù)浸料坯的典型例子可以通過(guò)如下方式獲得用有機(jī)溶劑稀釋氟樹(shù)脂獲得的復(fù) 合物(composition)浸漬像聚乙烯醇纖維、聚酯纖維、聚酰胺纖維、 聚乙烯纖維、芳綸纖維、聚對(duì)亞苯基苯并雙噁唑纖維、玻璃纖維、碳 纖維等那樣的纖維體，然后通過(guò)烘干使有機(jī)溶劑揮發(fā)使像環(huán)氧樹(shù)脂、 不飽和聚酯樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂、氟樹(shù)脂等那樣的基體樹(shù)脂(matrix resin)半硬化。
并且，作為柔性絕緣襯底，可以使用諸如鋁硅酸鹽玻璃、鋁硼硅 一種。
作為在表面上設(shè)置有絕緣層的柔性金屬襯底，可以給出其上形成 有像氧化硅層、氮化硅層、氧氮化硅、氮化鋁層、或氧化鋁層的絕緣 層的金屬膜、金屬片等。注意，絕緣層不局限于上述絕緣層，也可以 使用其它適當(dāng)?shù)慕^緣層。
SOI層102是單晶半導(dǎo)體層，通常使用單晶硅?；蛘撸梢允褂?可以通過(guò)氫離子注入分離法與多晶半導(dǎo)體襯底分離的硅或可以通過(guò)氫 離子注入分離法與單晶半導(dǎo)體襯底或多晶半導(dǎo)體襯底分離的鍺。又或， 可以使用像硅鍺、砷化鎵或磷化銦那樣的化合物半導(dǎo)體的結(jié)晶半導(dǎo)體 襯底。
注意，在本實(shí)施方式中和在本實(shí)施方式之后的實(shí)施方式中，作為 SOI層102的典型例子，使用了單晶半導(dǎo)體層。當(dāng)取代單晶半導(dǎo)體襯 底而使用多晶半導(dǎo)體襯底時(shí)，SOI層102被多晶半導(dǎo)體層取代。當(dāng)取 代單晶半導(dǎo)體襯底而使用結(jié)晶半導(dǎo)體襯底時(shí)，SOI層102被結(jié)晶半導(dǎo)
體層取代。
如圖2所示，可以在基礎(chǔ)襯底100與SOI層102之間提供含有平 滑激活表面的結(jié)合層(在結(jié)合界面上形成的層)104。如圖2所示的 SOI襯底通過(guò)在SOI層102的表面上形成含有平滑激活表面的結(jié)合層 104，并且將含有平滑激活表面的結(jié)合層104與基礎(chǔ)襯底100結(jié)合來(lái)制 造。注意，SOI襯底也可以通過(guò)在基礎(chǔ)襯底100的表面上形成含有平 滑激活表面的結(jié)合層104，并且將含有平滑激活表面的結(jié)合層104與
12SOI層102結(jié)合來(lái)制造。
氧化硅層適用于結(jié)合層104。尤其，通過(guò)化學(xué)氣相沉積法使用有 機(jī)硅垸氣體形成的氧化硅層是優(yōu)選的。作為有機(jī)硅烷氣體，可以使用 像四乙氧基硅烷、四甲基硅烷、四甲基環(huán)四硅氧烷、八甲基環(huán)四硅氧 烷、六甲基二硅氮烷、三乙氧基硅烷、或三二甲氨基硅烷那樣的含硅 化合物。通過(guò)對(duì)單晶半導(dǎo)體襯底進(jìn)行高溫?zé)崽幚硇纬傻臒嵫趸飳踊?化學(xué)氧化物也可以用于結(jié)合層104。例如，可以通過(guò)用含臭氧水溶液 處理要成為SOI層的單晶半導(dǎo)體襯底的表面形成化學(xué)氧化物。優(yōu)選地， 形成反映單晶半導(dǎo)體襯底表面平坦性的化學(xué)氧化物。
含有激活的平滑表面的結(jié)合層104設(shè)置成1 nm(納米)到600 nm， 優(yōu)選地，5 nm到500 nm，更優(yōu)選地，5 nm到200 nm的厚度。對(duì)于 這樣的厚度，可以使要形成結(jié)合的表面(將形成結(jié)合的表面)的表面 粗糙度變平滑，并且還保證該層的生長(zhǎng)表面的平滑性。另外，提供結(jié) 合層104使得可以減輕要相互結(jié)合的基礎(chǔ)村底和SOI層的熱變形。在 將SOI層102與作為含有絕緣表面的柔性襯底的基礎(chǔ)襯底100結(jié)合時(shí)， 通過(guò)提供由氧化硅層制成的結(jié)合層104，可以使基礎(chǔ)襯底100和SOI 層102牢固地結(jié)合在一起，該氧化硅層優(yōu)選熱氧化物層、用臭氧水處 理單晶半導(dǎo)體襯底的表面形成的氧化硅層、或?qū)⒂袡C(jī)硅烷用作基礎(chǔ)襯 底100和SOI層102的結(jié)合表面之一或兩者上的材料形成的氧化硅層。
圖3A到4B示出了在基礎(chǔ)村底100和SOI層102之間至少提供 阻擋層105和結(jié)合層104的結(jié)構(gòu)。當(dāng)將SOI層102與基礎(chǔ)襯底100結(jié) 合時(shí)，通過(guò)提供阻擋層105,可以防止SOI層102受到從用作基礎(chǔ)襯 底100的柔性絕緣村底、柔性金屬襯底、和含有絕緣表面的柔性襯底 擴(kuò)散的像堿金屬、堿土金屬等的運(yùn)動(dòng)離子那樣的雜質(zhì)污染。作為阻擋 層105，優(yōu)選使用含氮絕緣層。通常，阻擋層105是通過(guò)堆疊一個(gè)或 多個(gè)氮化硅層、氮氧化硅層、氧氮化硅層、氮化鋁層、氮氧化鋁層、 或氧氮化鋁層形成的。阻擋層120可以通過(guò)，例如，從SOI層102側(cè) 開(kāi)始堆疊氧氮化硅層和氮氧化硅層形成。作為阻擋層105，使用了蝕 刻速率低的致密層，從而可以提高阻擋層105的阻擋功能。作為蝕刻速率低的致密層，可以形成含氮絕緣層、氧化硅層、氧氮化硅層、氮氧化硅層、氮化鋁層等。
注意，氧氮化硅層指含氧多于含氮的層，在使用盧瑟福
(Rutherford)背散射謙(RBS )和氫前向散射(HFS )進(jìn)行測(cè)量的情況下，包括濃度范圍分別為50% ~70% (原子百分比)、0.5% ~15%、 25% ~35%和0.1% ~10%的氧、氮、硅、和氫。并且，氮氧化硅層指含氮多于含氧的層，在使用RBS和HFS進(jìn)行測(cè)量的情況下，包括濃度范圍分別為5% ~30%、 20%~55%、 25% ~35%和10°/。 ~30%的氧、氮、硅、和氫。注意，氮、氧、硅、和氫的百分比落在上面給出的范圍之內(nèi)，其中包含在氧氮化硅層或氮氧化硅層中的原子的總數(shù)被定義成100%。
圖3A示出了按照本發(fā)明的SOI襯底的另一種結(jié)構(gòu)。圖3A示出了在結(jié)合層104和基礎(chǔ)村底100之間提供阻擋層105的結(jié)構(gòu)。這里，在基礎(chǔ)襯底100上形成阻擋層105，在SOI層102的表面上形成結(jié)合層104，并且使阻擋層105和結(jié)合層104相互結(jié)合?；蛘?，可以采用在基礎(chǔ)襯底100上形成結(jié)合層104，在SOI層102的表面上形成阻擋層105，并且使阻擋層105和結(jié)合層104相互結(jié)合的結(jié)構(gòu)。而且，還可以采用將阻擋層105和結(jié)合層104依次堆疊在基礎(chǔ)村底100或SOI層102的表面之一上，并且使結(jié)合層104與基礎(chǔ)襯底100和SOI層102的另一個(gè)表面結(jié)合的結(jié)構(gòu)。
圖3B示出了在基礎(chǔ)村底100和SOI層102之間提供結(jié)合層104和多個(gè)阻擋層105和120的結(jié)構(gòu)。這里，在基礎(chǔ)襯底100上形成阻擋層105，將阻擋層120和結(jié)合層104依次堆疊在SOI層102的表面上，并且使阻擋層105和結(jié)合層104相互結(jié)合?；蛘?，也可以采用將阻擋層105和結(jié)合層104依次堆疊在基礎(chǔ)襯底100上，在SOI層102的表面上提供阻擋層120，并且使阻擋層120和結(jié)合層104相互結(jié)合的結(jié)構(gòu)。
圖4A和4B示出了除了阻擋層105和結(jié)合層104之外，在基礎(chǔ)襯底100和SOI層102之間還至少提供了絕緣層121的結(jié)構(gòu)。絕緣層121可以設(shè)置在SOI層102與結(jié)合層104之間、結(jié)合層104與阻擋層105之間、和基礎(chǔ)襯底100與阻擋層105之間。
圖4A示出了在基礎(chǔ)襯底100和SOI層102之間提供了結(jié)合層104、阻擋層105和絕緣層121的結(jié)構(gòu)。這里，在基礎(chǔ)襯底100上提供了阻擋層105,將絕緣層121和結(jié)合層104依次堆疊在SOI層102的表面上，并且使阻擋層105和結(jié)合層104相互結(jié)合。或者，也可以采用將阻擋層105和結(jié)合層104依次堆疊在基礎(chǔ)襯底100上，在SOI層102的表面上提供絕緣層121，并且使結(jié)合層104和絕緣層121相互結(jié)合的結(jié)構(gòu)。
圖4B示出了在基礎(chǔ)襯底100的表面上，除了阻擋層105之外，還為SOI層102提供了阻擋層120的結(jié)構(gòu)。這里，在基礎(chǔ)襯底100上形成阻擋層105，將絕緣層121、阻擋層120、和結(jié)合層104依次堆疊在SOI層102的表面上，并且使阻擋層105和結(jié)合層104相互結(jié)合。或者，也可以采用將阻擋層105和結(jié)合層104依次堆疊在基礎(chǔ)襯底100上，將絕緣層121和阻擋層120依次堆疊在SOI層102的表面上，并且使結(jié)合層104和阻擋層120相互結(jié)合的結(jié)構(gòu)。
絕緣層121優(yōu)選是對(duì)單晶半導(dǎo)體襯底進(jìn)行高溫?zé)崽幚硇纬傻臒嵫趸飳?。并且，可以使用與結(jié)合層104類似，通過(guò)化學(xué)氣相沉積方法使用有機(jī)硅烷氣體沉積的氧化硅層。作為絕緣層121,也可以使用化學(xué)氧化物?；瘜W(xué)氧化物可以通過(guò)，例如，用含臭氧水處理要成為SOI層的單晶半導(dǎo)體襯底的表面形成。由于化學(xué)氧化物反映了單晶半導(dǎo)體
襯底表面的形狀，因此單晶半導(dǎo)體襯底優(yōu)選是平坦的，以便化學(xué)氧化物也變得平坦。
在本實(shí)施方式中所述的SOI襯底是將SOI層與柔性襯底結(jié)合形成的；因此，在本實(shí)施方式中所述的SOI襯底既柔又薄。(第2實(shí)施方式)
下面參照?qǐng)D5A到圖8D描述制造在第1實(shí)施方式中所述的SOI坤于底的方法。
清洗如圖5A所示的單晶半導(dǎo)體襯底101。用通過(guò)來(lái)自其表面的電場(chǎng)加速的離子照射單晶半導(dǎo)體襯底101，并且使離子的元素包含在單
晶半導(dǎo)體襯底的預(yù)定深度處，以形成離子摻雜層。具體地說(shuō)，離子摻雜層是像包含氫、氦或以氟為代表的離素的區(qū)域那樣，包含加速離子
的元素的易碎層。在下文中，將離子摻雜層稱為易碎區(qū)103。用加速離子照射要考慮到轉(zhuǎn)移到基礎(chǔ)襯底的SOI層的厚度。SOI層的厚度被設(shè)置成5腿~500腿，優(yōu)選地，10證~200腿，較優(yōu)選地，10證~100 nm，進(jìn)一步更為優(yōu)選地，10nm~50nm。設(shè)置用離子照射單晶半導(dǎo)體襯底101時(shí)的加速電壓要考慮到這樣的厚度。注意，由于在分離之后通過(guò)拋光或溶化平坦化SOI層的表面，所以剛分離之后的SOI層的厚度優(yōu)選設(shè)置成50 nm ~ 500 nm。
易碎區(qū)103是用加速離子照射單晶半導(dǎo)體襯底形成的，加速離子是將氫、氦、或以氟為代表的鹵素的氣體用作源氣體通過(guò)離子激發(fā)生成的。在這種情況下，優(yōu)選用質(zhì)量不同的單種原子的多種離子或質(zhì)量不同的多種原子的多種離子進(jìn)行照射。作為用這樣離子照射的方法，可以給出離子摻雜方法、離子注入方法等。在用加速氫離子照射單晶半導(dǎo)體襯底的情況下，氫離子優(yōu)選包括H3+離子比例高的H+、 H/和H/離子。借助于高比例的H3+離子，可以提高引入效率且可以縮短照射時(shí)間。通過(guò)如此進(jìn)行113+離子的比例高于H+離子或112+離子的比例的離子照射，與用H/離子的比例不高的離子進(jìn)行照射的情況相比，單晶半導(dǎo)體襯底IOI包含大量氫離子，通過(guò)用少量離子照射就可以容易地進(jìn)行以后在易碎區(qū)103處進(jìn)行的分離。
當(dāng)用加速離子照射單晶半導(dǎo)體襯底101時(shí)，需要用高濃度的離子照射單晶半導(dǎo)體襯底的表面。因此，單晶半導(dǎo)體村底101的表面在一些情況下變粗糙。因此，使用氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層等的單晶半導(dǎo)體襯底101的蓋層(cap layer)械/沒(méi)置成在用加速離子照射的表面上具有50nm~200 nm的厚度，從而可以防止用離子照射的表面受到損害和喪失其平坦性，這是優(yōu)選的。
注意，本說(shuō)明書中的離子摻雜方法指的是沒(méi)有質(zhì)量分離地用源氣體生成且電場(chǎng)加速的電離氣體照射一個(gè)對(duì)象、并使電離氣體的元素包
16括在該對(duì)象中的方法。當(dāng)使用離子摻雜裝置時(shí)，即使使用大襯底，也可以高效地和高劑量地進(jìn)行離子摻雜。
用于離子摻雜的加速電壓可以設(shè)置成大于等于20 kV (千伏)且小于等于100kV，優(yōu)選地，大于等于20kV且小于等于70kV;劑量可以設(shè)置成大于等于lxl016 ion/cm2 (個(gè)離子/厘米2)且小于等于4xl016 ion/cm2，優(yōu)選地，大于等于1 x 1016 ion/cm2且小于等于2.5 x1016 ion/cm2。在本實(shí)施方式中，用80 kV的加速電壓和2 x 1016 ion/cm2的劑量進(jìn)行離子摻雜。
接著，如圖5B所示，在單晶半導(dǎo)體襯底101的表面上i殳置壓力件122，將單晶半導(dǎo)體襯底101和壓力件122布置得相互接觸并對(duì)它們加熱。也就是說(shuō)，進(jìn)行熱處理和壓力處理，從而在以后的處理中將易碎區(qū)103用作解理面可以容易地將單晶半導(dǎo)體襯底101與基礎(chǔ)襯底100分離。注意，解理面指的是分離單晶半導(dǎo)體襯底的區(qū)域，在下文中將解理面稱為分離區(qū)。熱處理的溫度小于分離易碎區(qū)103的溫度，優(yōu)選是易碎區(qū)103易碎的溫度。例如，在大于等于250°C (優(yōu)選地，大于等于300°C )且小于400'C (較優(yōu)選地，小于350°C )的溫度下進(jìn)行熱處理，從而在易碎區(qū)103中形成的微空隙(fine void)的體積發(fā)生變化。然而，由于在單晶半導(dǎo)體襯底的表面上設(shè)置了壓力件122，所以可以保持單晶半導(dǎo)體襯底表面的平坦性。其結(jié)果是，由于在易碎區(qū)103中形成的微空隙的體積的變化，在易碎區(qū)103中發(fā)生變形，以便可以使易碎區(qū)103沿著易碎區(qū)更易碎。進(jìn)行壓力處理要考慮到基礎(chǔ)襯底100和單晶半導(dǎo)體襯底101的耐壓性，以便與結(jié)合表面垂直地施力口壓力。
圖5C示出了將基礎(chǔ)襯底100布置成與單晶半導(dǎo)體村底101接觸并使兩個(gè)村底相互結(jié)合的方式。充分清洗將形成結(jié)合的表面。然后，利用施加的壓力將基礎(chǔ)襯底100和單晶半導(dǎo)體襯底101布置得相互接觸，以使基礎(chǔ)襯底100和單晶半導(dǎo)體襯底101相互結(jié)合。該結(jié)合由范德瓦爾斯(Van der Waals )力形成。利用施加的壓力將基礎(chǔ)碎于底100和單晶半導(dǎo)體襯底101布置得相互接觸，從而可以通過(guò)氫鍵結(jié)合形成比通過(guò)范德瓦爾斯力形成的結(jié)合更強(qiáng)的結(jié)合。
為了形成有利的結(jié)合，優(yōu)選激活將形成結(jié)合的表面。例如，用原子束或離子束照射將形成結(jié)合的表面。當(dāng)使用原子束或離子束時(shí)，可以使用氬等的惰性氣體中性原子束或惰性氣體離子束。或者，可以進(jìn)行等離子照射或自由基處理。并且，可以通過(guò)氧等離子體對(duì)含有絕緣表面的柔性襯底和單晶半導(dǎo)體襯底的結(jié)合表面的至少 一個(gè)進(jìn)行處理或
用臭氧水清洗成親水的。即使在大于等于250'C且小于400。C的溫度下進(jìn)行隨后的熱處理，這樣的表面處理也可以容易地提高不同類型材料之間的結(jié)合強(qiáng)度。
注意，取代在將單晶半導(dǎo)體襯底101與基礎(chǔ)村底100結(jié)合之前進(jìn)行的熱處理，可以在將單晶半導(dǎo)體襯底101與基礎(chǔ)襯底100結(jié)合之后從基礎(chǔ)襯底100或單晶半導(dǎo)體襯底101側(cè)用激光束照射單晶半導(dǎo)體襯底101,以便可以加熱易碎區(qū)103。注意，當(dāng)從單晶半導(dǎo)體襯底101側(cè)進(jìn)行用激光束的照射時(shí)，使用紅外光的激光束。其結(jié)果是，形成易碎區(qū)，并且將易碎區(qū)用作分離區(qū)可以容易地將單晶半導(dǎo)體襯底101與基礎(chǔ)襯底100分離。
如圖5D所示，在將單晶半導(dǎo)體襯底101與基礎(chǔ)襯底100結(jié)合之后，將易碎區(qū)103用作分離區(qū)地將單晶半導(dǎo)體襯底101與基礎(chǔ)襯底100分離，從而獲得SOI襯底。由于單晶半導(dǎo)體襯底101的表面與基礎(chǔ)襯底100結(jié)合，結(jié)晶性(crystallinity)與單晶半導(dǎo)體襯底101相同的SOI層102保留在基礎(chǔ)襯底100上。
在將易碎區(qū)103用作分離區(qū)地將單晶半導(dǎo)體襯底101與基礎(chǔ)襯底IOO分離之前，優(yōu)選引起觸發(fā)(trigger)，以便可以容易地進(jìn)行分離。具體地說(shuō)，進(jìn)行按所選(局部地)降低易碎區(qū)103和SOI層102之間的附著力的預(yù)處理，從而可以減少分離缺陷和提高產(chǎn)率。通常，可以給出從基礎(chǔ)襯底100或單晶半導(dǎo)體襯底101側(cè)通過(guò)激光束或切割機(jī)在易碎區(qū)103中形成槽的例子。
當(dāng)將單晶半導(dǎo)體襯底ioi與基礎(chǔ)村底IOO分離時(shí)，在基礎(chǔ)襯底100和單晶半導(dǎo)體襯底ioi的表面的至少一個(gè)上設(shè)置可以通過(guò)光或熱分離
18的粘合片，固定基礎(chǔ)村底100和單晶半導(dǎo)體襯底101之一，分離另一個(gè)，以便可以容易地進(jìn)行分離。此時(shí)，通過(guò)為未固定的基礎(chǔ)襯底100和單晶半導(dǎo)體襯底ioi的另一個(gè)提供支承件，可以容易地執(zhí)行分離過(guò)程。
注意，優(yōu)選對(duì)通過(guò)分離獲得的SOI層進(jìn)行CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)，以便平坦化SOI層的表面。并且，可以不使用像CMP那樣的物理拋光方法，而通過(guò)用激光束照射表面平坦化SOI層的表面。注意，激光束照射優(yōu)選在小于等于10 ppm (百萬(wàn)分之一 )的氧濃度下在氮?dú)夥罩羞M(jìn)行。這是因?yàn)榇嬖诋?dāng)在氧氣氛中進(jìn)行激光束照射時(shí)SOI層的表面變粗糙的可能性。為了使獲得的SOI層變薄，可以進(jìn)行CMP等。
并且，在如圖5B所示的單晶半導(dǎo)體襯底101的表面上設(shè)置壓力件122之前，可以在單晶半導(dǎo)體襯底101的表面上形成結(jié)合層104?；蛘撸谌鐖D5B所示的單晶半導(dǎo)體襯底101的表面上設(shè)置壓力件122，將單晶半導(dǎo)體襯底101和壓力件122布置得相互接觸并對(duì)它們加熱，然后可以在單晶半導(dǎo)體襯底101的表面上形成結(jié)合層104。此后，如圖5C所例示，將結(jié)合層104和基礎(chǔ)襯底100布置得相互接觸，從而可以容易地使兩者相互結(jié)合。
按照本實(shí)施方式，可以使耐熱性低的柔性襯底和單晶半導(dǎo)體襯底相互結(jié)合，從而制造出SOI襯底。利用這種結(jié)構(gòu)，即使使用像塑料襯底那樣耐熱溫度低的襯底，也可以高產(chǎn)率地獲得含有以高結(jié)合強(qiáng)度通過(guò)結(jié)合部分與襯底結(jié)合的SOI層的SOI襯底。并且，可以制造出既柔又薄的SOI襯底。
(笫3實(shí)施方式)
接著，參照?qǐng)D6A到6D描述制造與在上面實(shí)施方式中所述的SOI襯底不同的SOI襯底的方法。在圖6A到6D中，描述了使用結(jié)合層將基礎(chǔ)襯底100和單晶半導(dǎo)體襯底101相互結(jié)合的方式。另外，還描述了不使用壓力件地將基礎(chǔ)襯底100和單晶半導(dǎo)體襯底101相互結(jié)合的方式。
與圖5A類似，如圖6A所示，用通過(guò)來(lái)自其表面的電場(chǎng)加速的離
19子照射清洗過(guò)的單晶半導(dǎo)體襯底101,并且使離子的元素包含在單晶 半導(dǎo)體襯底的預(yù)定深度處，以形成易碎區(qū)103。
接著，如圖6B所示，在單晶半導(dǎo)體襯底101上至少形成蓋層123 和結(jié)合層104。這里，在單晶半導(dǎo)體襯底101的表面上形成蓋層123， 并且在蓋層123上形成結(jié)合層104。
這里，結(jié)合層104和蓋層123至少一個(gè)的厚度優(yōu)選較厚。盡管在 以后的過(guò)程中通過(guò)熱處理使在易碎區(qū)103中形成的微空隙的體積發(fā)生 變化，但在單晶半導(dǎo)體襯底的表面上設(shè)置了蓋層123，使得可以保持 單晶半導(dǎo)體襯底表面的平坦性。于是，也可以保持設(shè)置在蓋層123上 的結(jié)合層104的平坦性。其結(jié)果是，由于在易碎區(qū)103中形成的微空 隙的體積變化，在易碎區(qū)103中發(fā)生變形，從而可以使易碎區(qū)103沿 著易碎區(qū)更易碎。尤其，當(dāng)使蓋層123的厚度較大時(shí)，在熱處理中與 單晶半導(dǎo)體襯底ioi的表面垂直地施加壓力，以便可以保持被離子照 射的單晶半導(dǎo)體襯底的表面的平坦性，并可以形成易碎區(qū)。
蓋層123可以使用含氮絕緣層和/或氧化硅層的單層或疊層形成。 注意，當(dāng)使用含氮絕緣層形成一部分或整個(gè)蓋層123時(shí)，蓋層123也 起阻擋層的作用，這是優(yōu)選的。
接著，進(jìn)行加熱，并且使在易碎區(qū)102中形成的微空隙的體積發(fā) 生變化。其結(jié)果是，在以后的過(guò)程中將易碎區(qū)用作分離區(qū)，可以容易 地將單晶半導(dǎo)體襯底ioi與基礎(chǔ)襯底100分離。熱處理的溫度優(yōu)選小 于在易碎區(qū)103中發(fā)生分離的溫度，且大于等于形成易碎區(qū)103的溫 度。例如，在大于等于250。C (優(yōu)選地，大于等于300。C )且小于400 °C (較優(yōu)選地，小于350。C)的溫度下進(jìn)行熱處理。
在圖6C中，單晶半導(dǎo)體襯底101設(shè)置有蓋層123和結(jié)合層104。 圖6C示出了將結(jié)合層104的基礎(chǔ)村底100布置得相互接觸和相互結(jié) 合的過(guò)程。為單晶半導(dǎo)體襯底101設(shè)置的結(jié)合層104和基礎(chǔ)襯底100 通過(guò)布置成相互接觸而相互結(jié)合。
為了形成有利的結(jié)合，可以激活結(jié)合層104和基礎(chǔ)襯底100的表 面的至少一個(gè)。例如，用原子束或離子束照射將形成結(jié)合的表面。當(dāng)使用原子束或離子束時(shí)，可以使用氬等的惰性氣體中性原子束或惰性 氣體離子束?；蛘?，可以進(jìn)行等離子照射或自由基處理。并且，可以
通過(guò)氧等離子體對(duì)基礎(chǔ)襯底100和結(jié)合層104的結(jié)合表面的至少一個(gè) 進(jìn)行處理或用臭氧水清洗成親水的。即使在小于400。C的溫度下進(jìn)行 熱處理，這樣的表面處理也使得可以容易地進(jìn)行不同類型材料之間的 結(jié)合。
此后，如圖6D所示，可以通過(guò)分離單晶半導(dǎo)體襯底101獲得SOI 襯底。注意，優(yōu)選平坦化通過(guò)分離獲得的SOI層的表面。并且，可以 進(jìn)行CMP等，以使獲得的SOI層變薄。在將易碎區(qū)103用作分離區(qū) 地將單晶半導(dǎo)體襯底101與基礎(chǔ)襯底IOO分離之前，可以引起觸發(fā)， 以便可以容易地進(jìn)行分離。當(dāng)將單晶半導(dǎo)體襯底101與基礎(chǔ)襯底100 分離時(shí)，在基礎(chǔ)襯底IOO和單晶半導(dǎo)體襯底101的表面的至少一個(gè)上 設(shè)置可以通過(guò)光或熱分離的粘合片，固定基礎(chǔ)襯底IOO和單晶半導(dǎo)體 襯底101之一，分離另一個(gè)，以便可以更容易地進(jìn)行分離。此時(shí)，通 過(guò)為未固定的基礎(chǔ)襯底IOO和單晶半導(dǎo)體襯底101的另一個(gè)提供支承 件，可以容易地執(zhí)行分離過(guò)程。
注意，取代在將單晶半導(dǎo)體襯底101與基礎(chǔ)襯底100結(jié)合之前進(jìn) 行的熱處理，可以在將單晶半導(dǎo)體襯底101與基礎(chǔ)襯底100結(jié)合之后 從基礎(chǔ)村底100側(cè)或單晶半導(dǎo)體村底101側(cè)用激光束照射單晶半導(dǎo)體 襯底IOI，并且可以加熱易碎區(qū)103。注意，當(dāng)從單晶半導(dǎo)體襯底101 側(cè)進(jìn)行用激光束的照射時(shí)，使用具有單晶半導(dǎo)體襯底吸收的波長(zhǎng)的激 光束，通常是紅外光。其結(jié)果是，可以將易碎區(qū)用作分離區(qū)地將單晶 半導(dǎo)體襯底ioi與基礎(chǔ)襯底100分離。
按照本實(shí)施方式，可以使耐熱性低的柔性襯底和單晶半導(dǎo)體襯底
相互結(jié)合，從而制造出SOI襯底。利用這種結(jié)構(gòu)，即使使用像塑料襯
底那樣耐熱溫度低的襯底，也可以高產(chǎn)率地獲得含有以高結(jié)合強(qiáng)度通
過(guò)結(jié)合部分與村底結(jié)合的SOI層的SOI襯底。并且，可以制造出既柔 又薄的SOI襯底。
(第4實(shí)施方式)接著，參照?qǐng)D7A到7D描述制造與在上面實(shí)施方式中所述的SOI 村底不同的SOI襯底的方法。這里，在支承襯底上形成分離層，并且 在分離層上形成SOI層。在使基礎(chǔ)襯底與SOI層結(jié)合之后，將基礎(chǔ)襯 底與支承襯底分離。因此，制造出SOI襯底。
如圖7A所示，在支承襯底130上形成分離層131，并且在分離層 131上形成絕緣層132。這里，支承襯底130是形成分離層的村底。作 為支承村底130,優(yōu)選使用具有可以承受在易碎區(qū)中發(fā)生破裂的熱處 理溫度(通常，400。C~600。C)的耐熱性的襯底。通常，可以使用玻 璃襯底、石英襯底、陶瓷襯底、金屬村底、硅片等。
分離層131是通過(guò)濺射法、等離子CVD (化學(xué)氣相沉積)法、涂 層法、印刷法等使用單層或疊層形成的，所述單層或疊層由從鵠、鉬、 鈦、鉭、鈮、鎳、鈷、鋯、鋅、釕、銠、鈀、鋨、銥、或硅中選擇的 元素，或包含上述元素作為其主要成分的合金材料或化合物材料形成。 當(dāng)形成含硅層作為分離層131時(shí)，含硅層的晶體結(jié)構(gòu)可以是非晶結(jié)構(gòu)、 微晶結(jié)構(gòu)、和多晶結(jié)構(gòu)的任何一種。這里，涂層法是像旋涂法或液滴 排放法那樣，在要處理的對(duì)象上排放溶液以形成分離層的方法。液滴 排放法是通過(guò)小孔(minute hole )排放包含細(xì)粒的復(fù)合物的液滴，并 形成預(yù)定形狀的圖案的方法。
當(dāng)分離層131具有單層結(jié)構(gòu)時(shí)，優(yōu)選形成含鎢、鉬、或鎢鉬混合 物的層?；蛘?，形成包含如下任何一種的層氧化鎢、氧氮化鎢、氧 化鉬、氧氮化鉬、鴒鉬混合物的氧化物、或鎢鉬混合物的氧氮化物。 注意，鵠鉬混合物對(duì)應(yīng)于例如鴒鉬合金。
當(dāng)分離層131具有疊層結(jié)構(gòu)時(shí)，優(yōu)選形成金屬層作為第一層，并 優(yōu)選形成金屬氧化物層作為第二層。通常，形成含鴒、鉬、或鎢鉬混 合物的層作為第一層，和形成包含如下任何一種的層作為第二層鴒、 鉬、或鴒鉬混合物的氧化物；鎢、鉬、或鎢鉬混合物的氮化物；鎢、 鉬、或鴒鉬混合物的氧氮化物；和鴒、鉬、或鴒鉬混合物的氮氧化物。
當(dāng)分離層131具有形成金屬層作為第一層和形成金屬氧化物層作 為第二層的疊層結(jié)構(gòu)時(shí)，可以利用如下方法形成疊層結(jié)構(gòu)形成例如含鎢層作為金屬層；以及在該金屬層上面形成例如氧化硅層作為由氧 化物形成的絕緣層132，從而在含鴒層和絕緣層之間的界面中形成包 含鴒氧化物的層作為金屬氧化物層。此外，金屬氧化物層可以以這樣 的方式形成，即，對(duì)金屬層的表面進(jìn)行熱氧化處理、氧等離子處理、 使用像臭氧水那樣具有強(qiáng)氧化性的溶液的處理等。
并且，作為分離層131,可以形成金屬層作為第一層，并可以形 成金屬氮化層或金屬氧氮化層作為第二層。通常，在形成含鎢層作為 第一層之后，可以形成氮化鴒層或氧氮化鵠層作為第二層。
絕緣層132是通過(guò)'踐射法、等離子CVD法、涂層法、印刷法等， 利用無(wú)機(jī)化合物并使用單層或多層結(jié)構(gòu)形成的。作為無(wú)機(jī)化合物的典 型例子，可以給出氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、氮氧化硅等。注意， 氮化硅、氮氧化硅、氧氮化硅等用于起基本層作用的絕緣層132，從 而可以防止水分或像氧那樣的氣體等從外部進(jìn)入以后形成的元件層中。
并且，絕緣層132可以具有疊層結(jié)構(gòu)。例如，可以通過(guò)堆疊多層 無(wú)機(jī)化合物形成絕緣層132。通常，可以通過(guò)堆疊兩層或更多層氧化 硅、氮氧化硅、氮化硅、和氧氮化硅形成絕緣層132。
接著，通過(guò)布置成相互接觸使含有通過(guò)在第2或3實(shí)施方式中所 述的過(guò)程變得易碎的易碎區(qū)103的單晶半導(dǎo)體襯底101和絕緣層132 相互結(jié)合。
為了形成有利的結(jié)合，可以激活絕緣層132和單晶半導(dǎo)體襯底101 的表面的至少一個(gè)。例如，用原子束或離子束照射將形成結(jié)合的表面。 當(dāng)使用原子束或離子束時(shí)，可以使用氬等的惰性氣體中性原子束或惰 性氣體離子束?；蛘撸梢赃M(jìn)行等離子照射或自由基處理。并且，可 以通過(guò)氧等離子體對(duì)絕緣層132和單晶半導(dǎo)體襯底132的結(jié)合表面的 至少一個(gè)進(jìn)行處理或用臭氧水清洗成親水的。即使熱處理步驟的溫度 大于等于250'C且小于400'C，這樣的表面處理也使得可以容易地進(jìn)行 不同類型材料之間的結(jié)合。
如圖7B所示，通過(guò)熱處理和壓力處理，將易碎區(qū)103用作分離
23層地將單晶半導(dǎo)體襯底101與支承村底130分離。熱處理優(yōu)選在小于 等于支承襯底130的耐熱溫度的溫度下進(jìn)行。例如，在400。C 600X: 進(jìn)行熱處理，從而使在易碎區(qū)103中形成的微空隙的體積發(fā)生變化， 可以沿著易碎區(qū)103將單晶半導(dǎo)體襯底101與支承襯底130分離。
此時(shí)，取代熱處理，用激光束照射單晶半導(dǎo)體襯底101，以便可 以使在易碎區(qū)103中形成的微空隙的體積發(fā)生變化。優(yōu)選使用透過(guò)單 晶半導(dǎo)體襯底并具有被包含在易碎區(qū)103中的元素吸收的波長(zhǎng)的激光 束。通常，可以使用紅外線。
在分離了單晶半導(dǎo)體襯底之后，優(yōu)選平坦化SOI層的表面。并且， 可以進(jìn)行CMP等，以使獲得的SOI層變薄。在將易碎區(qū)103用作分 離區(qū)地將單晶半導(dǎo)體襯底101與支承襯底130分離之前，可以引起觸 發(fā)，以便可以容易地進(jìn)行分離。當(dāng)將單晶半導(dǎo)體襯底101與支承襯底 130分離時(shí)，在支承襯底130和單晶半導(dǎo)體襯底101的表面的至少一 個(gè)上設(shè)置可以通過(guò)光或熱分離的粘合片，固定支承襯底130和單晶半 導(dǎo)體襯底101之一，分離另一個(gè)，以便可以更容易地進(jìn)行分離。此時(shí)， 通過(guò)為未固定的支承襯底130和單晶半導(dǎo)體襯底101的另一個(gè)提供支 承件，可以容易地執(zhí)行分離過(guò)程。
接著，如圖7C所示，通過(guò)基礎(chǔ)襯底100和SOI層102的熱壓結(jié) 合，可以將基礎(chǔ)襯底100牢固地附接在SOI層102上?；蛘撸梢允?用粘合劑(未示出)將基礎(chǔ)襯底100牢固地附接在SOI層102上。如 在第2實(shí)施方式中所述，可以通過(guò)布置成相互接觸使SOI層102和基 礎(chǔ)襯底100相互結(jié)合。
接著，如圖7D所示，通過(guò)物理方法將牢固附接在SOI層102上 的基礎(chǔ)村底100與支承襯底130分離。物理方法指的是改變某種類型 的動(dòng)能或機(jī)械能的動(dòng)力方法或機(jī)械方法。典型的物理方法指的是施加 機(jī)械力，例如，通過(guò)人手或夾具拉動(dòng)，或一邊l吏滾輪滾動(dòng)一邊分離。 此時(shí)，如果在基礎(chǔ)襯底100和支承襯底130的表面的至少一個(gè)上設(shè)置 可以通過(guò)光或熱分離的粘合片，可以更容易地進(jìn)行分離。
讓液體滲透到分離層131和絕緣層132的界面中，然后可以將基礎(chǔ)襯底100與支承襯底130分離。
這里，在分離層131與絕緣層132的界面、分離層131、和支承 襯底130與分離層131的界面的任何一個(gè)位置處引起分離，以便可以 將元件層與支承襯底130分離。
注意，在分離過(guò)程之前，可以為分離層131引起觸發(fā)，以便可以 容易地進(jìn)行分離。當(dāng)將單晶半導(dǎo)體襯底101與支承襯底130分離時(shí)， 在支承襯底130和單晶半導(dǎo)體襯底101的表面的至少一個(gè)上設(shè)置可以 通過(guò)光或熱分離的粘合片，固定基礎(chǔ)襯底100和支承村底130之一， 分離另一個(gè)，以便可以更容易地進(jìn)行分離。此時(shí)，通過(guò)為未固定的基 礎(chǔ)襯底130和單晶半導(dǎo)體襯底101的另一個(gè)提供支承件，可以容易地 執(zhí)行分離過(guò)程。
此后，可以除去與SOI層102的表面結(jié)合的絕緣層132。通過(guò)上 面的過(guò)程，可以制造出SOI村底。按照本實(shí)施方式，加熱形成有易碎 區(qū)的單晶半導(dǎo)體襯底，分離SOI層，然后將基礎(chǔ)襯底牢固地附接在SOI 層上。 一旦將SOI層保持在可以容易處理的支承襯底上，將基礎(chǔ)襯底 牢固地附接在SOI層上，并且將SOI層與支承襯底分離。于是，可以 高產(chǎn)率地制造出SOI層設(shè)置在耐熱性低的基礎(chǔ)襯底上的SOI襯底。
按照本實(shí)施方式，可以使耐熱性低的柔性村底和單晶半導(dǎo)體襯底 相互結(jié)合，以便可以制造出SOI襯底。利用這種結(jié)構(gòu)，即使使用像塑 料襯底那樣耐熱溫度低的襯底，也可以高產(chǎn)率地獲得含有以高結(jié)合強(qiáng) 度通過(guò)結(jié)合部分與襯底結(jié)合的SOI層的SOI襯底。由于支承襯底比柔
性襯底更容易處理，在制造過(guò)程中可以容易地處理支承襯底，以便可
以提高產(chǎn)率。并且，可以制造出既柔又薄的SOI襯底。 (第5實(shí)施方式)
接著，參照?qǐng)D8A到8D描述制造與在上面實(shí)施方式中所述的SOI 村底不同的SOI襯底的方法。這里，使用耐熱溫度小于等于700'C的 基礎(chǔ)襯底100制造SOI邱十底。
與圖5A類似，如圖8A所示，用通過(guò)電場(chǎng)加速的離子照射清洗過(guò) 的單晶半導(dǎo)體村底ioi，并且使離子包含在單晶半導(dǎo)體村底的預(yù)定深
25度處以形成易碎區(qū)103。
接著，如圖8B所示，在單晶半導(dǎo)體襯底101上至少形成結(jié)合層 104。這里，在單晶半導(dǎo)體襯底101的表面上形成阻擋層105，并且在 阻擋層105上形成結(jié)合層104。
阻擋層105優(yōu)選至少包括含氮絕緣層。含氮絕緣層通過(guò)堆疊通常 從如下選擇的單層和多層形成氮化硅層、氮氧化硅層、氧氮化硅層、 氮化鋁層、氮氧化鋁層、或氧氮化鋁層。阻擋層105可以通過(guò)，例如， 從單晶半導(dǎo)體襯底ioi側(cè)開(kāi)始堆疊氧氮化硅層和氮氧化硅層形成。阻 擋層105可以通過(guò)等離子CVD法、濺射法等形成。
圖8C示出了通過(guò)布置成相互接觸使在單晶半導(dǎo)體襯底101上形 成的結(jié)合層104與基礎(chǔ)襯底100相互結(jié)合的過(guò)程。通過(guò)布置成相互接 觸使為單晶半導(dǎo)體襯底101設(shè)置的結(jié)合層104與基礎(chǔ)襯底100相互結(jié) 合。這里，基礎(chǔ)襯底100的耐熱溫度優(yōu)選小于等于700°C。通常，可 以使用含有絕緣層的柔性玻璃襯底、柔性金屬膜等。當(dāng)基礎(chǔ)襯底100 具有這樣的耐熱性時(shí)，可以進(jìn)行可以沿著易碎區(qū)103進(jìn)行分離的熱處 理。
為了形成有利的結(jié)合，可以激活基礎(chǔ)襯底IOO和結(jié)合層104的表 面的至少一個(gè)。例如，用原子束或離子束照射將形成結(jié)合的表面。當(dāng) 使用原子束或離子束時(shí)，可以使用氬等的惰性氣體中性原子束或惰性 氣體離子束。或者，可以進(jìn)行等離子照射或自由基處理。并且，可以 通過(guò)氧等離子體對(duì)含有絕緣層的柔性襯底和單晶半導(dǎo)體村底的結(jié)合表 面的至少一個(gè)進(jìn)行處理或用臭氧水清洗成親水的。即使熱處理步驟的 溫度大于等于250。C且小于400。C，這樣的表面處理也使得可以容易地 進(jìn)行不同類型材料之間的結(jié)合。
此后，進(jìn)行熱處理和壓力處理，以便如圖8D所示，可以將易碎 區(qū)103用作分離區(qū)地將單晶半導(dǎo)體村底101與基礎(chǔ)村底100分離。熱 處理優(yōu)選在等于或低于基礎(chǔ)襯底100的耐熱溫度的溫度下進(jìn)行。例如， 在400°C 600'C進(jìn)行熱處理，從而使在易碎區(qū)103中形成的微空隙的 體積發(fā)生變化，并且可以沿著易碎區(qū)103將單晶半導(dǎo)體襯底101與基礎(chǔ)襯底100分離。進(jìn)行壓力處理要考慮到基礎(chǔ)襯底100和單晶半導(dǎo)體 襯底101的耐壓性，以便與結(jié)合表面垂直地施加壓力。此時(shí)，取代熱處理，用激光束照射單晶半導(dǎo)體襯底101,并且可 以使在易碎區(qū)103中形成的微空隙的體積發(fā)生變化。優(yōu)選使用透過(guò)單 晶半導(dǎo)體襯底且具有被包含在易碎區(qū)103中的元素吸收的波長(zhǎng)的激光 束。通常，可以使用紅外線。取代熱處理，可以在將單晶半導(dǎo)體襯底101與基礎(chǔ)襯底100結(jié)合 之后，從基礎(chǔ)襯底100側(cè)用激光束照射單晶半導(dǎo)體襯底，并且可以加 熱易碎區(qū)103。其結(jié)果是，可以將易碎區(qū)用作分離區(qū)地將單晶半導(dǎo)體 襯底101與基礎(chǔ)襯底100分離。注意，優(yōu)選平坦化通過(guò)分離獲得的SOI層的表面。并且，可以進(jìn) 行CMP等，以使獲得的SOI層變薄。在將易碎區(qū)103用作分離區(qū)地 將單晶半導(dǎo)體襯底101與支承襯底130分離之前，可以引起觸發(fā)，以 便可以容易地進(jìn)行分離。當(dāng)將單晶半導(dǎo)體襯底101與基礎(chǔ)襯底100分 離時(shí)，在基礎(chǔ)襯底IOO和單晶半導(dǎo)體襯底101的表面的至少一個(gè)上設(shè) 置可以通過(guò)光或熱分離的粘合片，固定基礎(chǔ)襯底IOO和單晶半導(dǎo)體村 底101之一，分離另一個(gè)，以便可以更容易地進(jìn)行分離。此時(shí)，通過(guò) 為未固定的基礎(chǔ)襯底100和單晶半導(dǎo)體襯底101的另 一個(gè)提供支承件， 可以容易地執(zhí)行分離過(guò)程。這樣，按照本實(shí)施方式，即使使用像耐熱溫度小于等于700'C的 玻璃襯底那樣的基礎(chǔ)襯底100，也可以獲得與基礎(chǔ)襯底的結(jié)合部分結(jié) 合強(qiáng)度大的SOI層102。作為基礎(chǔ)襯底100，可以使用像鋁硅酸鹽玻 璃襯底、鋁硼硅酸鹽玻璃襯底、和鋇硼硅酸鹽玻璃襯底那樣用在電子 工業(yè)中的并被稱為無(wú)堿玻璃村底的多種多樣玻璃襯底的任何一種。換 句話說(shuō)，可以在每邊都長(zhǎng)于一米的襯底上形成單晶半導(dǎo)體層。通過(guò)使 用這樣的大面積襯底，不僅可以制造出像液晶顯示器那樣的顯示設(shè)備， 而且可以制造出半導(dǎo)體集成電路。在本實(shí)施方式中，使用與含有絕緣表面的柔性支承襯底結(jié)合的單 晶半導(dǎo)體層形成集成電路，從而可以制造出處理速度提高了的和功耗低的半導(dǎo)體器件。并且，可以制造出既柔又薄的半導(dǎo)體器件。(第6實(shí)施方式)接著，參照?qǐng)D9A到9E和圖IOA和IOB描述使用在第1到5實(shí) 施方式中所述的SOI襯底的半導(dǎo)體器件。這里，將描述使用如圖6A 到6D和8A到8D所示，通過(guò)使用結(jié)合層104使單晶半導(dǎo)體襯底和基 礎(chǔ)襯底相互結(jié)合的SOI襯底制造半導(dǎo)體器件的方式。也可以使用如圖 5A到5D和7A到7D所示，不使用結(jié)合層使單晶半導(dǎo)體襯底和基礎(chǔ) 襯底相互結(jié)合的SOI襯底。支承襯底可以與SOI襯底的基礎(chǔ)襯底結(jié)合。 SOI襯底由保持SOI襯底的保持件來(lái)保持，從而，即使使用容易彎曲 的柔性襯底，也可以高產(chǎn)率地制造半導(dǎo)體器件。作為保持件的例子， 可以給出滾輪、夾具等。在圖9A中，在基礎(chǔ)村底100上設(shè)置了 SOI層102，結(jié)合層104 和阻擋層105插在它們之間。在SOI層上，在與元件形成區(qū)相對(duì)應(yīng)的 區(qū)域中形成了氮化硅層124和氧化硅層125。氧化硅層125作為蝕刻 SOI層102進(jìn)行元件隔離時(shí)的硬掩模。氮化硅層124用作阻蝕物 (etching stopper)。SOI層102的厚度從5 nm至!] 500 nm,優(yōu)選地，10 nm至'J 200 nm。 SOI層102的厚度可以通過(guò)控制如圖5A到5D所示的易碎區(qū)103的深 度適當(dāng)設(shè)置。將像硼、鋁或鎵那樣的p型雜質(zhì)加入SOI層102中，以 便控制閥電壓。例如，可以加入濃度大于等于5xl016 cii^且小于等 于lxl018 cm-3的硼作為p型雜質(zhì)。圖9B示出了將氧化硅層125用作掩模蝕刻SOI層102和結(jié)合層 104的步驟。接著，通過(guò)等離子處理使SOI層102和結(jié)合層104的暴 露端面氮化。通過(guò)這種氮化處理，至少在SOI層102的外圍端部形成 氮化硅層107。氮化硅層107具有絕緣特性，并且具有防止漏電流沿 著SOI層102的端面流動(dòng)的作用。另外，由于它的抗氧化性，氮化硅 層107可以防止氧化物層從端面生長(zhǎng)到SOI層102與阻擋層105之間 的"鳥(niǎo)嘴(bird's beak)"中。圖9C示出了元件隔離絕緣層108的沉積步驟。作為元件隔離絕28沉積的氧化硅薄膜。 元件隔離絕緣層108較厚地沉積以便將SOI層102埋在里面。圖9D示出了部分除去元件隔離絕緣層108使氮化硅層124暴露 出來(lái)的步驟。這個(gè)除去步驟可以使用干蝕刻或化學(xué)機(jī)械拋光處理來(lái)進(jìn) 行。氮化硅層124起阻蝕物的作用。元件隔離絕緣層108仍然填在SOI 層102之間的間隙中。然后，除去氮化硅層124。在圖9E中，在使SOI層102暴露出來(lái)之后，形成柵極絕緣層109、 柵電極IIO、和側(cè)壁絕緣層lll，并且形成第一雜質(zhì)區(qū)112和第二雜質(zhì) 區(qū)113。絕緣層114是利用氮化硅層形成的，并用作蝕刻?hào)烹姌O110 時(shí)的硬掩模。在圖IOA中，形成層間絕緣層115。作為層間絕緣層115，形成 磷硼硅酸鹽玻璃(BPSG)層，然后通過(guò)回流(reflow)使其平坦化。 或者，可以使用TEOS形成氧化硅層，然后通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光處理使 其平坦化。在平坦化處理中，柵電極110上的絕緣層114起阻蝕物的 作用。在層間絕緣層115中形成接觸孔116。利用側(cè)壁絕緣層111使 接觸孔116形成自對(duì)準(zhǔn)接觸結(jié)構(gòu)。此后，如圖10B所示，通過(guò)CVD法使用六氟化鴒形成接觸塞117。 而且，形成絕緣層118;形成開(kāi)口以便與接觸塞117匹配；和在其中 設(shè)置布線119。布線119由鋁或鋁金屬形成，設(shè)置有鉬、鉻、鈦等的 上下金屬層作為阻擋金屬層。這里，包括SOI層102到絕緣層118和布線119的疊層4皮稱為元 件層135。此后，當(dāng)元件層135中包括多個(gè)半導(dǎo)體器件時(shí)，可以劃分元件層 135和基礎(chǔ)村底100，并且可以切出多個(gè)半導(dǎo)體器件。通過(guò)這樣的過(guò)程， 可以制造出多個(gè)半導(dǎo)體器件。這樣，可以使用與基礎(chǔ)襯底100結(jié)合的SOI層102制造出半導(dǎo)體 元件，通常為場(chǎng)效應(yīng)晶體管。因?yàn)榘凑毡緦?shí)施方式的SOI層102是晶 體取向一致的單晶半導(dǎo)體，所以可以獲得一致的和高性能的場(chǎng)效應(yīng)晶 體管。換句話說(shuō)，可以抑制像閾電壓和遷移率那樣的重要晶體管特性的數(shù)值的不一致性，并可以達(dá)到像高遷移率那樣的高性能。并且，由
于在基礎(chǔ)襯底100和SOI層102之間設(shè)置了阻擋層105，可以防止SOI
層受來(lái)自基礎(chǔ)襯底的雜質(zhì)污染。因此，可以抑制在元件層中形成的晶 體管的特性的變化。而且，可以制造出既柔又薄的半導(dǎo)體器件。 (第7實(shí)施方式)
接著，參照?qǐng)DIIA到IID和圖12A和12B描述使用在第l到5 實(shí)施方式中所述的SOI襯底制造半導(dǎo)體器件的方法。這里，將描述使 用如圖6A到6D和圖8A到8D所示，通過(guò)使用結(jié)合層104使單晶半 導(dǎo)體襯底和基礎(chǔ)襯底相互結(jié)合的SOI襯底制造半導(dǎo)體器件的方式。也 可以使用如圖5A到5D和圖7A到7D所示，不使用結(jié)合層使單晶半 導(dǎo)體襯底和基礎(chǔ)襯底相互結(jié)合的SOI襯底。支承襯底可以與SOI襯底 的基礎(chǔ)襯底結(jié)合。SOI襯底通過(guò)保持SOI襯底的保持件來(lái)保持，從而， 即使使用容易彎曲的柔性襯底，也可以高產(chǎn)率地制造半導(dǎo)體器件。作 為保持件的例子，可以給出滾輪、夾具等。
與圖6A類似，如圖11A所示，用通過(guò)電場(chǎng)加速的離子照射單晶 半導(dǎo)體村底101的表面，使離子包含在單晶半導(dǎo)體襯底的預(yù)定深度處 以形成易碎區(qū)103。接著，將蓋層123和結(jié)合層104依次堆疊在單晶 半導(dǎo)體襯底101的表面上。此后進(jìn)行加熱，使易碎區(qū)103更易碎。取 代蓋層123，如在第2實(shí)施方式中所述，在為結(jié)合層104提供了壓力 件之后，進(jìn)行加熱，使易碎區(qū)103更易碎。
圖IIB示出了通過(guò)布置成相互接觸使在支承村底130上形成的絕 緣層132與為單晶半導(dǎo)體襯底101設(shè)置的結(jié)合層104的表面相互結(jié)合 的方式。
在支承邱于底130上形成分離層131，并且在分離層131上形成絕 緣層132。接著，使在支承襯底130上形成的絕緣層132和為單晶半 導(dǎo)體襯底101設(shè)置的結(jié)合層104的表面布置成相互接觸，并且使絕緣 層132和結(jié)合層104相互結(jié)合。該結(jié)合由范德瓦爾斯力形成。通過(guò)相 互擠壓支承襯底130和單晶半導(dǎo)體襯底101，可以通過(guò)氫鍵結(jié)合形成 更強(qiáng)的結(jié)合。
30為了形成有利的結(jié)合，可以激活絕緣層132和結(jié)合層104的表面 的至少一個(gè)。例如，用原子束或離子束照射將形成結(jié)合的表面。當(dāng)使 用原子束或離子束時(shí)，可以使用氬等的惰性氣體中性原子束或惰性氣 體離子束?；蛘?，可以進(jìn)行等離子照射或自由基處理。即使熱處理步 驟的溫度大于等于250。C且小于400。C，這樣的表面處理也可以容易地 進(jìn)行不同類型材料之間的結(jié)合。
在圖11C中，將單晶半導(dǎo)體襯底IOI與支承襯底130結(jié)合，然后， 在400。C 600X:對(duì)單晶半導(dǎo)體襯底101進(jìn)行熱處理。在易碎區(qū)103中 產(chǎn)生裂紋，并且將易碎區(qū)103用作分離區(qū)地將單晶半導(dǎo)體襯底101與 支承襯底130分離。由于結(jié)合層104與支承襯底130結(jié)合，結(jié)晶性與 單晶半導(dǎo)體襯底101相同的SOI層102保留在支承襯底130上。
注意，取代熱處理，使支承襯底130和單晶半導(dǎo)體襯底101相互 結(jié)合，然后從支承襯底130側(cè)用激光束照射單晶半導(dǎo)體襯底，從而可 以加熱易碎區(qū)103。其結(jié)果是，可以將易碎區(qū)103用作分離區(qū)地將單 晶半導(dǎo)體村底101與支承襯底130分離。
此后，優(yōu)選平坦化SOI層102的表面。作為平坦化方法，可以使 用CMP。或者，可以用激光束照射SOI層102的表面使之熔化而平 坦化。
接著，通過(guò)如圖9A到9E和圖10A和10B所示的過(guò)程，形成包 括使用SOI層102的晶體管的元件層135。接著，在元件層135上提 供基礎(chǔ)襯底136。通過(guò)基礎(chǔ)襯底136和元件層135的熱壓結(jié)合，可以 將元件層135牢固地附接在基礎(chǔ)襯底136上?；蛘撸梢允褂梦词境?的粘合劑(參見(jiàn)圖IID)將基礎(chǔ)村底136牢固地附接在元件層135上。 作為基礎(chǔ)襯底136，可以^像在第1實(shí)施方式中所述的那樣適當(dāng)?shù)厥褂?作為基礎(chǔ)村底IOO給出的典型例子。
此后，可以從基礎(chǔ)襯底136側(cè)用激光束照射元件層135和分離層 131形成槽，以便可以容易地執(zhí)行以后進(jìn)行的分離過(guò)程。作為用于形 成槽的激光束，優(yōu)選使用具有被分離層131和包括在元件層135中的 層的任何一個(gè)吸收的波長(zhǎng)的激光束。通常，適當(dāng)選擇UV(紫外)區(qū)、可視區(qū)、或紅外區(qū)中的激光束用于照射。
接著，如圖12A所示，通過(guò)物理方法將元件層135與支承襯底130 分離?；蛘?，可以讓液體滲入分離層131和絕緣層132的界面中，然 后將元件層135與支承襯底130分離。
這里，在分離層131與絕緣層132的界面、分離層131、和支承 襯底130與分離層131的界面的任何一個(gè)位置處引起分離，以便可以 將元件層135與支承襯底130分離。
當(dāng)將元件層135和基礎(chǔ)襯底136與支承襯底130分離時(shí)，在支承 襯底130和基礎(chǔ)襯底136的表面的至少一個(gè)上設(shè)置可以通過(guò)光或熱分 離的粘合片，固定支承村底130和基礎(chǔ)襯底136之一，分離另一個(gè)， 以便可以更容易地進(jìn)行分離。此時(shí)，通過(guò)為未固定的支承襯底130和 基礎(chǔ)襯底136的另一個(gè)提供支承件，可以容易地執(zhí)行分離過(guò)程。
接著，如圖12B所示，將柔性襯底137牢固地附接在絕緣層132 上。作為柔性襯底137的材料和附接方法，可以使用基礎(chǔ)襯底136的 材料和附接方法。
此后，當(dāng)元件層135中包括多個(gè)半導(dǎo)體器件時(shí)，可以劃分基礎(chǔ)襯 底136和柔性襯底137,并且可以切出多個(gè)半導(dǎo)體器件。通過(guò)這樣的 過(guò)程，可以制造出多個(gè)半導(dǎo)體器件。
這樣，可以制造出包括使用與支承襯底130結(jié)合的SOI層102的 場(chǎng)效應(yīng)晶體管的元件層，然后可以使用元件層制造出既柔又薄的半導(dǎo) 體器件。由于按照本實(shí)施方式的SOI層102是晶體取向一致的單晶半 導(dǎo)體，所以可以獲得一致的和高性能的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。換句話說(shuō)，可
以抑制像閾電壓和遷移率那樣的重要晶體管特性的數(shù)值的不一致性， 并可以達(dá)到像高遷移率那樣的高性能。并且，由于在基礎(chǔ)襯底136和 SOI層102之間i殳置了阻擋層105，可以防止SOI層受來(lái)自基礎(chǔ)襯底 的雜質(zhì)污染。因此，可以抑制在元件層中形成的晶體管的特性的變化。 并且，在形成使用與支承襯底結(jié)合的SOI層的場(chǎng)效應(yīng)晶體管之后， 將含有場(chǎng)效應(yīng)晶體管的元件層與支承襯底分離，以便制造出既柔又薄 的半導(dǎo)體器件。因此，在制造過(guò)程中對(duì)支承襯底的處理變得更容易，并且可以提高產(chǎn)率。
(第8實(shí)施方式)
接著，參照?qǐng)D13A到13D和圖14A到14B描述使用在第1到5 實(shí)施方式中所述的SOI村底的半導(dǎo)體器件。這里，將描述使用如圖6A 到6D和圖8A到8D所示，通過(guò)使用結(jié)合層104使單晶半導(dǎo)體村底和 基礎(chǔ)村底相互結(jié)合的SOI村底制造半導(dǎo)體器件的方式。也可以使用如 圖5A到5D和圖7A到7D所示，不使用結(jié)合層使單晶半導(dǎo)體襯底和 基礎(chǔ)村底相互結(jié)合的SOI村底。支承襯底可以與SOI村底的基礎(chǔ)襯底 側(cè)結(jié)合。SOI襯底通過(guò)保持SOI襯底的保持件來(lái)保持，從而，即使使 用容易彎曲的柔性襯底，也可以高產(chǎn)率地制造半導(dǎo)體器件。作為保持 件的例子，可以給出滾輪、夾具等。
與圖6A類似，如圖13A所示，用通過(guò)來(lái)自其表面的電場(chǎng)加速的 離子照射單晶半導(dǎo)體村底101，使離子包含在單晶半導(dǎo)體襯底的預(yù)定 深度處以形成易碎區(qū)103。接著，將蓋層123和結(jié)合層104依次堆疊 在單晶半導(dǎo)體襯底101的表面上。接著，在大于等于250'C (優(yōu)選地， 大于等于300'C )且小于400°C (較優(yōu)選地，小于350。C )的溫度對(duì)單 晶半導(dǎo)體襯底101進(jìn)行加熱，以使易碎區(qū)103更易碎。這里，由于在 單晶半導(dǎo)體襯底ioi的表面上形成蓋層123,可以在保持單晶半導(dǎo)體 襯底101和結(jié)合層104表面平坦性的情況下使易碎區(qū)103更易碎。
如圖13B所示，在支承襯底130上形成分離層131，并且在分離 層131上形成絕緣層132。并且，在柔性襯底141上形成結(jié)合層140。 接著，通過(guò)布置成相互接觸使絕緣層132和為柔性襯底141設(shè)置的結(jié) 合層140相互結(jié)合，以使支承襯底130和柔性襯底141相互結(jié)合。
接著，如圖13C所示，通過(guò)布置成相互接觸使柔性襯底141和在 單晶半導(dǎo)體襯底101上形成的結(jié)合層104相互結(jié)合，以使柔性襯底141 和單晶半導(dǎo)體襯底101相互結(jié)合。
為了形成有利的結(jié)合，可以激活柔性襯底141和結(jié)合層104的表 面的至少一個(gè)。例如，用原子束或離子束照射將形成結(jié)合的表面。當(dāng) 使用原子束或離子束時(shí)，可以使用氬等的惰性氣體中性原子束或惰性
33氣體離子束。或者，可以進(jìn)行等離子照射或自由基處理?？梢酝ㄟ^(guò)氧 等離子體對(duì)含有絕緣表面的柔性襯底和單晶半導(dǎo)體襯底的結(jié)合表面的 至少一個(gè)進(jìn)行處理或用臭氧水清洗成親水的。即使熱處理步驟的溫度
大于等于250'C且小于400。C，這樣的表面處理也使得可以容易地進(jìn)行 不同類型材料之間的結(jié)合。
在圖13D中，將易碎區(qū)103用作分離區(qū)地將單晶半導(dǎo)體襯底101 與支承村底130和柔性襯底141分離。由于結(jié)合層104與支承襯底130 結(jié)合，結(jié)晶性與單晶半導(dǎo)體襯底IOI相同的SOI層102保留在支承襯 底130上。
注意，取代在將單晶半導(dǎo)體襯底101與柔性襯底141結(jié)合之前進(jìn) 行的熱處理，可以在將單晶半導(dǎo)體襯底101和柔性襯底141結(jié)合之后， 從單晶半導(dǎo)體村底ioi側(cè)用激光束照射單晶半導(dǎo)體襯底101，并且可 以加熱易碎區(qū)103。其結(jié)果是，可以將易碎區(qū)用作分離區(qū)地將單晶半 導(dǎo)體襯底101與柔性襯底141分離。
此后，優(yōu)選平坦化SOI層102的表面。作為平坦化方法，可以使 用CMP?；蛘撸梢杂眉す馐丈銼OI層102的表面使之熔化而平 坦化。
在將易碎區(qū)103用作分離區(qū)地將單晶半導(dǎo)體襯底101與支承襯底 130分離之前，可以引起觸發(fā)，以便可以容易地進(jìn)行分離。當(dāng)將單晶 半導(dǎo)體襯底101與支承村底130分離時(shí)，在支承襯底130和單晶半導(dǎo) 體襯底101的表面的至少一個(gè)上設(shè)置可以通過(guò)光或熱分離的粘合片， 固定支承襯底130和單晶半導(dǎo)體村底101之一，分離另一個(gè)，以便可 以更容易地進(jìn)行分離。此時(shí)，通過(guò)為未固定的支承襯底130和單晶半 導(dǎo)體襯底101的另一個(gè)提供支承件，可以容易地執(zhí)行分離過(guò)程。
接著，通過(guò)如圖9A到9E和圖IOA到IOB所示的過(guò)程，形成包 括使用SOI層102的晶體管的元件層135。接著，在元件層135上提 供柔性襯底142。通過(guò)柔性襯底142和元件層135的熱壓結(jié)合，可以 將柔性襯底142牢固地附接在元件層135上。或者，可以使用未示出 的粘合劑(參見(jiàn)圖14A)將柔性襯底142牢固地附接在元件層135上。
34作為柔性襯底142，可以像在第1實(shí)施方式中所述的那樣適當(dāng)?shù)厥褂?作為基礎(chǔ)村底100給出的典型例子。
接著，如圖14B所示，通過(guò)物理方法將包括柔性襯底141、元件 層135和柔性襯底142的疊層與支承襯底130分離?；蛘?，可以讓液 體滲入分離層131和絕緣層132的界面中，然后將包括柔性襯底141、 元件層135和柔性襯底142的疊層與支承襯底130分離。
這里，在分離層131與絕緣層132的界面、分離層131、和支承 襯底130與分離層131的界面的任何一個(gè)位置處引起分離，以便可以 將元件層135與支承襯底130分離。
在將元件層135和柔性襯底142與支承襯底130分離之前，可以 引起觸發(fā)，以便可以容易地進(jìn)行分離。當(dāng)將元件層135和柔性襯底142 與支承襯底130分離時(shí)，在支承襯底130和柔性襯底142的表面的至 少一個(gè)上設(shè)置可以通過(guò)光或熱分離的粘合片，固定支承襯底130和柔 性襯底142之一，分離另一個(gè)，以便可以更容易地進(jìn)行分離。此時(shí)， 通過(guò)為未固定的支承襯底130和柔性襯底142的另一個(gè)提供支承件， 可以容易地執(zhí)行分離過(guò)程。
此后，當(dāng)元件層135中包括多個(gè)半導(dǎo)體器件時(shí)，可以劃分元件層 135和柔性村底141和142,并且可以切出多個(gè)半導(dǎo)體器件。通過(guò)這樣 的過(guò)程，可以制造出多個(gè)半導(dǎo)體器件。
并且，在形成使用與支承村底結(jié)合的SOI層的場(chǎng)效應(yīng)晶體管之后， 將存在場(chǎng)效應(yīng)的元件層與支承襯底分離，以便制造出既柔又薄的半導(dǎo) 體器件。因此，在制造過(guò)程中對(duì)支承襯底的處理變得更容易，并且可 以提高產(chǎn)率。
這樣，可以使用與柔性襯底141結(jié)合的SOI層102制造場(chǎng)效應(yīng)晶 體管。因?yàn)榘凑毡緦?shí)施方式的SOI層102是晶體取向一致的單晶半導(dǎo) 體，所以可以獲得一致的和高性能的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。換句話說(shuō)，可以 抑制像闊電壓和遷移率那樣的重要晶體管特性的數(shù)值的不一致性，和 可以達(dá)到像高遷移率那樣的高性能。并且，由于在基礎(chǔ)襯底136和SOI 層102之間設(shè)置了阻擋層105,可以防止SOI層受來(lái)自基礎(chǔ)襯底的雜質(zhì)污染。因此，可以抑制在元件層中形成的晶體管的特性的變化。而 且，可以制造出既柔又薄的半導(dǎo)體器件。
(第9實(shí)施方式)
圖15示出了作為在第6到8實(shí)施方式中所示的半導(dǎo)體器件的例 子，使用在第l到5實(shí)施方式中所示的SOI襯底制造的微處理器的結(jié) 構(gòu)。這個(gè)微處理器200含有算術(shù)邏輯單元(ALU) 201、 ALU控制器 202、指令解碼器203、中斷控制器204、時(shí)序控制器205、寄存器206、 寄存器控制器207、總線接口 (總線I/F) 208、只讀存儲(chǔ)器(ROM) 209、和ROM接口 (ROMI/F) 210。
通過(guò)總線接口 208輸入微處理器200中的指令被輸入指令解碼器 203中，在其中被解碼,然后輸入ALU控制器202、中斷控制器204、 寄存器控制器207、和時(shí)序控制器205中。ALU控制器202、中斷控 制器204、寄存器控制器207、和時(shí)序控制器205根據(jù)解碼的指令進(jìn)行 各種各樣的控制。具體地i兌，ALU控制器202生成控制ALU 201的 操作的信號(hào)。在微處理器正在執(zhí)行程序的同時(shí)，中斷控制器204根據(jù) 其優(yōu)先級(jí)或屏蔽狀態(tài)(mask state)處理來(lái)自外部輸入/輸出設(shè)備或外 圍電路的中斷請(qǐng)求。寄存器控制器207生成寄存器206的地址，并且 依照微處理器200的狀態(tài)從寄存器206中讀取數(shù)據(jù)和將數(shù)據(jù)寫入寄存 器206中。時(shí)序控制器205生成控制ALU201、 ALU控制器202、指 令解碼器203、中斷控制器204、和寄存器控制器207的操作時(shí)序的信 號(hào)。例如，時(shí)序控制器205設(shè)置有根據(jù)基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)CLK1生成內(nèi)部 時(shí)鐘信號(hào)CLK2的內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器，并且將內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)CLK2供應(yīng) 給各種各樣的上述電路。顯然，如圖15所示的微處理器200只是將配 置簡(jiǎn)化了的例子，實(shí)際的微處理器可能具有取決于使用的各種各樣配 置。
上述微處理器200不僅可以提高處理速度，而且可以降低功耗， 因?yàn)榧呻娐肥鞘褂门c含有絕緣表面的柔性襯底結(jié)合的晶體取向一致 的單晶半導(dǎo)體層(SOI層)形成的。 (第10實(shí)施方式)接著，參照?qǐng)D16描述使用在第1到5實(shí)施方式中所示的SOI襯 底獲得的RFCPU的結(jié)構(gòu)，作為在第6到8實(shí)施方式中所示、具有能 夠非接觸數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的算術(shù)功能的半導(dǎo)體器件的例子。圖16示出 了起通過(guò)無(wú)線通信向和從外部設(shè)備發(fā)送和接收信號(hào)作用的計(jì)算機(jī)的例 子(下文將這樣的計(jì)算機(jī)稱為RFCPU) 。 RFCPU 211含有才莫擬電路 部分212和數(shù)字電路部分213。模擬電路部分212含有存在共振電容 器的共振電路214、整流電路215、恒壓電路216、重置電路217、振 蕩電路218、解調(diào)電路219、調(diào)制電路220、和功率管理電路230。數(shù) 字電路部分213含有RF接口 221、控制寄存器222、時(shí)鐘控制器223、 接口 (CPU接口 ) 224、中央處理單元(CPU) 225、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (RAM) 226、和只讀存儲(chǔ)器(ROM) 227。
具有這樣配置的RFCPU 211的操作大致如下。共振電路214根 據(jù)天線228接收的信號(hào)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。通過(guò)整流電路215將感生電 動(dòng)勢(shì)存儲(chǔ)在電容部分229中。這個(gè)電容部分229優(yōu)選使用像陶瓷電容 器或電偶層電容器那樣的電容器形成。電容部分229無(wú)需與RFCPU 211集成在一起，只要將電容部分229作為不同部件安裝在包括在 RFCPU 211中的含有絕緣表面的襯底上，就是可接受的。
重置電路217生成重置和初始化數(shù)字電路部分213的信號(hào)。例如， 重置電路217生成在電源電壓上升之后延遲地上升的信號(hào)作為重置信 號(hào)。振蕩電路218響應(yīng)恒壓電路216生成的控制信號(hào)，改變時(shí)鐘信號(hào) 的頻率和占空比。使用低通濾波器形成的解調(diào)電路219將例如接收的 調(diào)幅(ASK)信號(hào)的振幅二進(jìn)制化。調(diào)制電路220改變調(diào)幅(ASK) 傳輸信號(hào)的振幅并發(fā)射該信號(hào)。調(diào)制電路220通過(guò)改變共振電路214 的共振點(diǎn)改變通信信號(hào)的振幅。時(shí)鐘控制器223依照電源電壓或中央 處理單元225的消耗電流，生成改變時(shí)鐘信號(hào)的頻率和占空比的控制 信號(hào)。電源電壓由功率管理電路230監(jiān)視。
從天線228輸入RFCPU 211的信號(hào)由解調(diào)電路219解調(diào)，然后 被RF接口 221分解成控制命令、數(shù)據(jù)等。將控制命令存儲(chǔ)在控制寄 存器222中?？刂泼畎ㄗx取存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器227中的數(shù)據(jù)、將數(shù)據(jù)寫入隨機(jī)存取存儲(chǔ)器226中、對(duì)中央處理單元225的算術(shù)指令等。 中央處理單元225通過(guò)接口 224訪問(wèn)只讀存儲(chǔ)器227、隨機(jī)存取存儲(chǔ) 器226、和控制寄存器222。接口 224具有根據(jù)中央處理單元225請(qǐng)求 的地址為只讀存儲(chǔ)器227、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器226、和控制寄存器222 的任何一個(gè)生成訪問(wèn)信號(hào)的功能。
作為中央處理單元225的算術(shù)方法，可以應(yīng)用只讀存儲(chǔ)器227存 儲(chǔ)操作系統(tǒng)(OS)和在開(kāi)始操作時(shí)讀取和執(zhí)行程序的方法?；蛘?，可 以應(yīng)用設(shè)置專用算術(shù)電路和使用硬件進(jìn)行算術(shù)處理的方法。在使用硬 件和軟件兩者的方法中， 一部分處理由專用算術(shù)電路執(zhí)行，另一部分 算術(shù)處理由中央處理單元225使用程序執(zhí)行。
上述RFCPU 211不僅可以提高處理速度，而且可以降〗氐功耗， 因?yàn)榧呻娐肥鞘褂门c含有絕緣表面的柔性襯底結(jié)合的晶體取向一致 的單晶半導(dǎo)體層(SOI層)形成的。這樣，即使縮小了供電的電容部 分229的尺寸，也可以保證長(zhǎng)時(shí)間工作。 (第ll實(shí)施方式)
接著，參照?qǐng)D17描述使用在第1到5實(shí)施方式中所示的SOI村 底獲得的顯示面板的結(jié)構(gòu)，作為在第6到8實(shí)施方式中所示的半導(dǎo)體 器件的例子。
在第l到5實(shí)施方式中示范的SOI層102可以與用來(lái)制造顯示面 板的大柔性襯底結(jié)合。圖17示出了將SOI層102與作為含有絕緣表 面的大尺寸柔性村底的基礎(chǔ)村底100結(jié)合的情況。由于從含有絕緣表 面的大尺寸柔性襯底中切出多個(gè)顯示面板，SOI層102優(yōu)選與基礎(chǔ)襯 底100中顯示面板231的形成區(qū)結(jié)合。由于含有絕緣表面的大尺寸柔 性襯底具有比單晶半導(dǎo)體襯底大的面積，多個(gè)SOI層102優(yōu)選排列成 如圖17所示那樣。顯示面板231包括掃描線驅(qū)動(dòng)電路區(qū)232、信號(hào)線 驅(qū)動(dòng)電路區(qū)233和像素形成區(qū)234。將SOI層102與作為含有絕緣表 面的大尺寸柔性襯底的基礎(chǔ)襯底100結(jié)合，以便包括掃描線驅(qū)動(dòng)電路 區(qū)232、信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路區(qū)233和像素形成區(qū)234。
圖18A和18B示出了使用SOI層102形成像素晶體管的顯示面
38板的像素的例子。圖18A是像素的平面圖。在SOI層上形成的像素中， 形成彼此相交的柵極布線235和源極布線236。源極布線236和漏電 極242與SOI層102連接，像素電極237與漏電極242連接。圖18B 是沿著圖18A中的線J-K所取的截面圖。
在圖18B中，在基礎(chǔ)襯底100上將氮化硅層和氧化硅層堆疊成阻 擋層105。 SOI層102通過(guò)結(jié)合層104與柔性的和含有絕緣表面的基 礎(chǔ)襯底100結(jié)合。提供柱狀間隔物240，以便填充接觸孔中的凹階躍 部分，使SOI層102與源極布線236連接。對(duì)襯底(counter substrate) 238設(shè)置有對(duì)電極(counter electrode) 239，在由柱狀間隔物240形 成的空間中形成液晶層2 41 。
這樣，在用來(lái)制造顯示面板的含有絕緣表面的柔性大尺寸襯底上 形成SOI層并可以形成使用SOI層的晶體管。由于使用SOI層形成 的晶體管在像電流驅(qū)動(dòng)能力那樣的所有工作特性方面都比非晶硅晶體 管優(yōu)異，所以可以縮小晶體管的尺寸。于是，可以提高顯示面板中的 像素的孔徑比(aperture ratio )。并且，由于也可以形成在圖15中所 述的微處理器，所以顯示面板可以具有計(jì)算機(jī)的功能。也可以制造出 能以非接觸方式輸入輸出數(shù)據(jù)的顯示器。 (第12實(shí)施方式)
下面考慮作為本發(fā)明的一個(gè)方面的離子照射方法。
在本發(fā)明中，用源自氫(H)的離子(下文稱為"氫離子物質(zhì)")
照射單晶半導(dǎo)體襯底。更具體地說(shuō)，將氫氣或在其組分中含氫的氣體
用作源材料；生成氫等離子體；和用氬等離子體中的氫離子物質(zhì)照射 單晶半導(dǎo)體村底。
(氫等離子體中的離子)
在像上述那樣的氬等離子體中，存在像H+、 112 +和113 +那樣的氫 離子物質(zhì)。這里列出的是氫離子物質(zhì)的反應(yīng)過(guò)程(形成過(guò)程、湮沒(méi)過(guò) 程)的反應(yīng)方程式。
e + H—e + H+ + e ( 1)
e + H2 —e + H2++e (2)e + H2 —e + (H2)* —e + H + H
e + H2—e+(H2)* —e + H +H
H2+ +H2 —H3 +H
H2+ +H2 —H +H + H2
e + H3 — e + H +H + H
e + H3 —H2 + H
e + H3 —H+H+H
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
圖19是示意性地示出上面一些反應(yīng)的能量圖。注意，如圖19所 示的能量圖僅僅是示意圖，未精確示出反應(yīng)能量的關(guān)系。 (H/形成過(guò)程)
如上所示，H/主要通過(guò)反應(yīng)方程式(5)所代表的反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生。 另一方面，作為與反應(yīng)方程式(5)竟?fàn)幍姆磻?yīng)，存在反應(yīng)方程式(6) 所代表的反應(yīng)過(guò)程。為了使H3+的數(shù)量增加，至少，有必要使反應(yīng)方 程式(5)的反應(yīng)比反應(yīng)方程式(6)的反應(yīng)更頻繁發(fā)生(注意，因?yàn)?還存在使H3+的數(shù)量減少的其它反應(yīng)(7)、 (8)和(9)，所以即使 反應(yīng)方程式(5)的反應(yīng)比反應(yīng)方程式(6)的反應(yīng)更頻繁發(fā)生，H3 + 的數(shù)量也未必增加)。相反，當(dāng)反應(yīng)方程式(5)的反應(yīng)沒(méi)有反應(yīng)方程 式(6)的反應(yīng)那么頻繁發(fā)生時(shí)，等離子體中H/的比例下降了。
上面給出的每個(gè)反應(yīng)方程式的右手側(cè)(最右側(cè))的產(chǎn)物的增加量 取決于反應(yīng)方程式的左手側(cè)(最左側(cè))的源材料的密度、反應(yīng)的比例 系數(shù)(rate coefficient)等。這里，實(shí)驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)H/的動(dòng)能低于大約 11 eV (電子伏特)時(shí)，反應(yīng)方程式(5)的反應(yīng)是主要反應(yīng)(也就是 說(shuō)，反應(yīng)方程式(5)的比例系數(shù)充分高于反應(yīng)方程式(6)的比例系 數(shù))，而當(dāng)112+的動(dòng)能高于大約lleV時(shí)，反應(yīng)方程式(6)的反應(yīng)是 主要反應(yīng)。
通過(guò)電場(chǎng)將力施加在帶電粒子上，使帶電粒子獲得動(dòng)能。動(dòng)能對(duì) 應(yīng)于由電場(chǎng)引起的勢(shì)能減少量。例如，給定帶電粒子在與另一個(gè)粒子 碰撞之前獲得的動(dòng)能量等于處在帶電粒子運(yùn)動(dòng)之前的電勢(shì)上的勢(shì)能與 處在碰撞之前的電勢(shì)上的勢(shì)能之差。也就是說(shuō)，在帶電粒子可以不與
40另 一個(gè)粒子碰撞地在電場(chǎng)中行進(jìn)長(zhǎng)距離的狀況下，帶電粒子的動(dòng)能(或 它的平均值)趨于高于在帶電粒子不能這樣的狀況下的動(dòng)能。在粒子 的平均自由程長(zhǎng)的狀況下，也就是說(shuō)，在壓強(qiáng)低的狀況下，可以顯示 出這樣帶電粒子動(dòng)能增加的趨向。
即使在平均自由程短的狀況下，如果帶電粒子在穿過(guò)路徑的時(shí)候 可以獲得大量動(dòng)能，帶電粒子的動(dòng)能也大。也就是說(shuō)，可以認(rèn)為，即 使在平均自由程短的狀況下，如果電勢(shì)差大，帶電粒子的動(dòng)能也大。
這同樣適用于H2 + 。假設(shè)像在等離子體發(fā)生室中那樣存在著電場(chǎng)， 在室內(nèi)壓強(qiáng)低的狀況下，H/的動(dòng)能就大；而在室內(nèi)壓強(qiáng)高的狀況下， H/的動(dòng)能就小。也就是說(shuō)，因?yàn)樵谑覂?nèi)壓強(qiáng)低的狀況下，反應(yīng)方程 式(6)的反應(yīng)是主要反應(yīng)，所以H3+的數(shù)量趨于減少；而因?yàn)樵谑覂?nèi) 壓強(qiáng)高的狀況下，反應(yīng)方程式(5)的反應(yīng)是主要反應(yīng)，所以H/的數(shù) 量趨于增加。另外，在等離子體發(fā)生區(qū)中的電場(chǎng)強(qiáng)的狀況下，也就是 說(shuō)，在給定兩點(diǎn)之間的電勢(shì)差大的狀況下，H/的動(dòng)能就大，而在相 反狀況下，H/的動(dòng)能就小。也就是說(shuō)，因?yàn)樵陔妶?chǎng)強(qiáng)的狀況下，反 應(yīng)方程式(6)的反應(yīng)是主要反應(yīng)，所以H3+的數(shù)量趨于減少，而因?yàn)?在電場(chǎng)弱的狀況下，反應(yīng)方程式(5)的反應(yīng)是主要反應(yīng)，所以H3 +
的數(shù)量趨于增加。
(取決于離子源的差異)
這里，將描述離子物質(zhì)的比例(尤其，H/的比例)不同的例子。 圖20是示出從100%氫氣中生成的離子(具有4.7X10-2 Pa (帕)的 離子源壓強(qiáng))的質(zhì)譜測(cè)量的結(jié)果的圖形。注意，這種質(zhì)i普測(cè)量是通過(guò) 測(cè)量從離子源中提取的離子完成的。水平軸代表離子質(zhì)量。在該質(zhì)譜 中，質(zhì)量1的峰、質(zhì)量2的峰、和質(zhì)量3的峰分別對(duì)應(yīng)于H+、 H/和 H3+。垂直軸代表與離子數(shù)相對(duì)應(yīng)的i普強(qiáng)度。在圖20中，將質(zhì)量3的 離子數(shù)定義成IOO。從圖20中可以看出，從離子源中生成的離子物質(zhì) 之間的比例，即，H+、 112 +和H/之間的比例是大約1: 1: 8。注意， 具有這樣比例的離子也可以由離子摻雜裝置生成，該離子摻雜裝置含 有生成等離子體的等離子源部分(離子源)、從等離子體中提取離子束的提取電極等。
圖21是示出當(dāng)使用不同于圖20的情況的離子源和離子源的壓強(qiáng) 是大約3 x 10° Pa時(shí)，從PH3中生成的離子的質(zhì)鐠測(cè)量的結(jié)果的圖形。 這種質(zhì)語(yǔ)測(cè)量的結(jié)果將重點(diǎn)放在氫離子物質(zhì)上。另外，該質(zhì)鐠測(cè)量是 通過(guò)測(cè)量從離子源中提取的離子完成的。與圖20—樣，水平軸代表離 子質(zhì)量，質(zhì)量1的峰、質(zhì)量2的峰、和質(zhì)量3的峰分別對(duì)應(yīng)于H+、 112 +和113+。垂直軸代表與離子數(shù)相對(duì)應(yīng)的譜強(qiáng)度。從圖21中可以看 出，等離子體中的離子物質(zhì)之間的比例，即，H+、 H/和H/之間的 比例是大約37: 56: 7。注意，盡管圖21示出了源氣體是PH3時(shí)獲得 數(shù)據(jù)，但當(dāng)將100%氫氣用作源氣體時(shí)，氫離子物質(zhì)之間的比例也幾 乎相同。
在從中獲得如圖21所示的數(shù)據(jù)的離子源的情況下，只有大約7% 的比例生成H+、 H2 +和H/的H3+。另一方面，在從中獲得如圖20所 示的數(shù)據(jù)的離子源的情況下，H/的比例可以達(dá)到50%或更高(在上 述條件下，大約80%)。這被認(rèn)為是由室內(nèi)壓強(qiáng)和電場(chǎng)引起的，這在 上面的考慮中已清楚表明。 (H/照射機(jī)制)
當(dāng)生成包含如圖20所示的多種離子物質(zhì)的等離子體和不進(jìn)行任 何進(jìn)行質(zhì)量分離地用生成的離子物質(zhì)照射單晶半導(dǎo)體襯底時(shí)，單晶半 導(dǎo)體襯底的表面被H+、 H/和H/離子的每一種照射。為了再現(xiàn)從離 子照射到離子引入?yún)^(qū)形成的機(jī)制，考慮如下五種模型。
模型1，用于照射的離子物質(zhì)是H+，照射之后仍然是H + (H);
模型2，用于照射的離子物質(zhì)是H2+，照射之后仍然是H/(H2);
模型3，用于照射的離子物質(zhì)是H2+，照射之后分解成兩個(gè)H原 子(H+離子)；
模型4，用于照射的離子物質(zhì)是H3+,照射之后仍然是H/(H3);
和
模型5，用于照射的離子物質(zhì)是H/，照射之后分解成三個(gè)H原 子(H+離子)。(模擬結(jié)果與測(cè)量值的比較)
根據(jù)上面的模型，模擬用氫離子物質(zhì)照射Si襯底。作為模擬軟件， 使用SRIM，即，離子在物質(zhì)中的停止和范圍軟件(作為通過(guò)蒙特卡 洛(MonteCarlo)方法對(duì)離子引入過(guò)程的模擬軟件的TRIM,即，離 子在物質(zhì)中的輸運(yùn)軟件的改進(jìn)版本)。注意，關(guān)于計(jì)算，用具有兩倍 質(zhì)量的H +取代H2 +地進(jìn)行基于模型2的計(jì)算。另外，用具有三倍質(zhì)量 的H +取代H/地進(jìn)行基于模型4的計(jì)算。而且，用具有一半動(dòng)能的 H+取代H2 +地進(jìn)行基于模型3的計(jì)算，用具有三分之一動(dòng)能的H+取代 113 +地進(jìn)行基于模型5的計(jì)算。
注意，SRIM是打算用于非晶結(jié)構(gòu)的軟件，但SRIM也可以應(yīng)用 于高能地和高劑量地用氫離子物質(zhì)進(jìn)行照射的情況。這是因?yàn)镾i襯底 的晶體結(jié)構(gòu)因氫離子物質(zhì)與Si原子的碰撞而改變成非單晶結(jié)構(gòu)。
圖22示出了用氫離子物質(zhì)進(jìn)行照射(用H的100,000個(gè)原子照 射)時(shí)用模型l到5獲得的計(jì)算結(jié)果。圖22還示出了用圖20的氫離 子物質(zhì)照射的Si襯底中的氫濃度(次級(jí)離子質(zhì)譜(SIMS)數(shù)據(jù))。 用模型l到5進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果在垂直軸(右軸)上表示成氫原子數(shù)， 而SIMS數(shù)據(jù)在垂直軸(左軸)上表示成氫原子密度。水平軸代表距 Si襯底表面的深度。如果將作為測(cè)量值的SIMS數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果相比 較，模型2和4顯然與SIMS數(shù)據(jù)的峰不匹配，并且在SIMS數(shù)據(jù)中 觀察不到與模型3相對(duì)應(yīng)的峰。這表明模型2到4每一個(gè)的貢獻(xiàn)相對(duì) 較小?？紤]到離子的動(dòng)能是千電子伏特的數(shù)量級(jí)，而H-H鍵能只有大 約幾電子伏特，可以認(rèn)為模型2和4每一個(gè)的貢獻(xiàn)較小，因?yàn)镠/和 H/通過(guò)與Si原子碰撞大多數(shù)分解成H +或H。
于是，下文不考慮模型2到4。圖23到25每一個(gè)都示出了用氫 離子物質(zhì)進(jìn)行照射(用H的IOO，OOO個(gè)原子照射)時(shí)用模型1和5獲 得的計(jì)算結(jié)果。圖23到25每一個(gè)還示出了用圖20的氫離子物質(zhì)照射 的Si襯底中的氫濃度(SIMS數(shù)據(jù))、和擬合SIMS數(shù)據(jù)的模擬結(jié)果 (下文稱為擬合函數(shù))。這里，圖23示出了加速電壓是80kV的情況； 圖24示出了加速電壓是60 kV的情況；圖25示出了加速電壓是40kV
43的情況。注意，用模型l和5進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果在垂直軸(右軸)上表 示成氫原子數(shù)，而SIMS數(shù)據(jù)和擬合函數(shù)在垂直軸(左軸)上表示成 氫原子密度。水平軸代表距Si襯底表面的深度。
擬合函數(shù)是在考慮了模型l和5之后，使用下面給出的計(jì)算公式 獲得的。注意，在計(jì)算公式中，X和Y代表擬合參數(shù)，V代表體積。 (擬合函數(shù))-X/V x (模型1的數(shù)據(jù))+Y/V x (模型5的數(shù)據(jù))
考慮到用于實(shí)際照射的離子物質(zhì)之間的比例(H+: H2+: H/是大 約l: 1: 8)，還應(yīng)該考慮112+ (即，模型3)的貢獻(xiàn)；但是，由于如 下原因，這里給出的考慮將模型3排除在外
因?yàn)橥ㄟ^(guò)模型3所代表的照射過(guò)程引起的氫數(shù)量低于通過(guò)模型 5的照射過(guò)程引起的氫數(shù)量，所以即使不考慮模型3,也沒(méi)有顯著影響 (在SIMS數(shù)據(jù)中也沒(méi)有出現(xiàn)峰)。
峰位置與模型5的峰位置接近的模型3有可能被發(fā)生在模型5 中的通道效應(yīng)(chanelling)(由晶格結(jié)構(gòu)引起的原子運(yùn)動(dòng))掩蓋了 。 也就是說(shuō)，難以估計(jì)模型3的擬合參數(shù)。這是因?yàn)檫@種模擬假設(shè)了非 晶Si，并且未考慮由結(jié)晶性造成的影響。
圖26列出了上述擬合參數(shù)。按照模型1引入的H數(shù)量與按照模 型5引入的H數(shù)量之比是大約1: 42到1: 45(當(dāng)模型1中的H數(shù)量 被定義成1時(shí)，模型5中的H數(shù)量是大約42到45)，用于照射的離 子BT (模型1)的數(shù)量與H3+ (模型5)的數(shù)量之比是大約1: 14到 1: 15 (當(dāng)模型1中的H+數(shù)量被定義成1時(shí)，模型5中的H3 +數(shù)量是 大約14到15)?？紤]到未考慮模型3和計(jì)算假設(shè)了非晶Si，可以認(rèn) 為，獲得了與用于實(shí)際照射的離子物質(zhì)之間的比例的數(shù)值(H+: H2+: H/是大約l: 1: 8)接近的數(shù)值。 (使用H/的效果)
通過(guò)用如圖20所示H3+的比例較高的氫離子物質(zhì)照射襯底可以享 有到由H/引起的多種好處。例如，因?yàn)镠/分解成引入襯底中的H+、 H等，所以與主要用H +或H2 +照射的情況相比，可以提高離子引入效 率。這導(dǎo)致了 SOI村底生產(chǎn)效率的提高。另外，因?yàn)镠/分解之后H+或H的動(dòng)能類似地趨于較低，所以H/適用于制造薄半導(dǎo)體層。
注意，在本說(shuō)明書中，描述了使用能夠用如圖20所示的氫離子物 質(zhì)照射的離子摻雜裝置，以便有效地用H/進(jìn)行照射的方法。離子摻 雜裝置用在大面積處理中既廉價(jià)又優(yōu)異。因此，通過(guò)使用這樣離子摻 雜裝置的H/照射，可以達(dá)到像半導(dǎo)體性能提高、面積增大、成本降 低、和生產(chǎn)效率提高那樣的顯著效果。另一方面，如果將第一優(yōu)先權(quán) 給予用H/的照射，則無(wú)需將本發(fā)明理解成局限于離子摻雜裝置的使 用。
本申請(qǐng)基于2007年4月20日向日本專利局提交的日本專利申請(qǐng) 第2007-112239號(hào)，其全部?jī)?nèi)容在此通過(guò)引用#皮并入。
權(quán)利要求
1.一種制造SOI襯底的方法，包含如下步驟用單種原子的多種離子照射單晶半導(dǎo)體襯底，以便在所述單晶半導(dǎo)體襯底中的預(yù)定深度處形成易碎區(qū)；進(jìn)行熱處理，以使所述易碎區(qū)更易碎；使所述單晶半導(dǎo)體襯底和含有絕緣表面的柔性襯底相互結(jié)合；和分離所述單晶半導(dǎo)體襯底，以使單晶半導(dǎo)體層保留在所述柔性襯底上。
2. —種制造SOI襯底的方法，包含如下步驟 在支承襯底上形成分離層； 在所述分離層上形成絕緣層；用單種原子的多種離子照射單晶半導(dǎo)體襯底，以便在所述單晶半 導(dǎo)體襯底中的預(yù)定深度處形成易碎區(qū)；進(jìn)行熱處理，以使所述易碎區(qū)更易碎；使所述單晶半導(dǎo)體襯底和在所述支承襯底上形成的所述絕緣層結(jié)合；分離所述單晶半導(dǎo)體襯底，以使單晶半導(dǎo)體層保留在所述支承襯 底上；在所述單晶半導(dǎo)體層上設(shè)置含有絕緣表面的柔性襯底；和 在所述分離層處將所述柔性襯底與所述支承襯底分離。
3. 按照權(quán)利要求1所述的制造SOI襯底的方法，其中，所述進(jìn)行熱處理的步驟以在所述單晶半導(dǎo)體襯底上設(shè)置有 壓力件的狀態(tài)進(jìn)行。
4. 按照權(quán)利要求1所述的制造SOI襯底的方法，其中，所述進(jìn)行熱處理的步驟以在所述單晶半導(dǎo)體襯底的表面上 形成有蓋層的狀態(tài)進(jìn)行。
5. 按照權(quán)利要求1所述的制造SOI襯底的方法，其中，所述單晶半導(dǎo)體襯底由使用有機(jī)硅烷通過(guò)化學(xué)氣相沉積形成的氧化硅層覆蓋。
6. 按照權(quán)利要求1所述的制造SOI襯底的方法，其中，所述進(jìn)行熱處理的步驟在低于分離所述易碎區(qū)的溫度且使 所述易碎區(qū)更易碎的溫度下進(jìn)行。
7. 按照權(quán)利要求1所述的制造SOI襯底的方法， 其中，所述進(jìn)行熱處理的步驟在大于等于250。C且小于400。C的溫度下進(jìn)行。
8. 按照權(quán)利要求2所述的制造SOI襯底的方法，其中，所述進(jìn)行熱處理的步驟以在所述單晶半導(dǎo)體襯底上設(shè)置有 壓力件的狀態(tài)進(jìn)行。
9. 按照權(quán)利要求2所述的制造SOI襯底的方法，其中，所述進(jìn)行熱處理的步驟以在所述單晶半導(dǎo)體襯底的表面上 形成有蓋層的狀態(tài)進(jìn)行。
10. 按照權(quán)利要求2所述的制造SOI襯底的方法，其中，所述單晶半導(dǎo)體襯底由使用有機(jī)硅烷通過(guò)化學(xué)氣相沉積形 成的氧化硅層覆蓋。
11. 按照權(quán)利要求2所述的制造SOI襯底的方法，其中，所述進(jìn)行熱處理的步驟在低于分離所述易碎區(qū)的溫度且使 所述易碎區(qū)更易碎的溫度下進(jìn)行。
12. 按照權(quán)利要求2所述的制造SOI村底的方法， 其中，所述進(jìn)行熱處理的步驟在大于等于250。C且小于400。C的溫度下進(jìn)行。
13. —種制造半導(dǎo)體器件的方法，包含如下步驟用多種離子照射單晶半導(dǎo)體村底，以便在所述單晶半導(dǎo)體襯底中 的預(yù)定深度處形成易碎區(qū)；進(jìn)行熱處理，以使所述易碎區(qū)更易碎；使所述單晶半導(dǎo)體襯底和含有絕緣表面的柔性村底相互結(jié)合；分離所述單晶半導(dǎo)體襯底，以使單晶半導(dǎo)體層保留在所述柔性襯 底上；和使用所述單晶半導(dǎo)體層形成半導(dǎo)體元件。
14. 一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包含如下步驟 在支承襯底上形成分離層； 在所述分離層上形成絕緣層；用單種原子的多種離子照射單晶半導(dǎo)體襯底，以便在所述單晶半 導(dǎo)體襯底中的預(yù)定深度處形成易碎區(qū)； 進(jìn)行熱處理，以使所述易碎區(qū)更易碎；^使所述單晶半導(dǎo)體襯底和在所述支承襯底上形成的所述絕緣層相 互結(jié)合；分離所述單晶半導(dǎo)體襯底，以使單晶半導(dǎo)體層保留在所述支承襯 底上；使用所述單晶半導(dǎo)體層形成含有半導(dǎo)體元件的元件層； 在所述元件層上設(shè)置含有絕緣表面的柔性襯底；和 在所述分離層處將所述支承襯底與所述元件層分離。
15. —種制造半導(dǎo)體器件的方法，包含如下步驟 在支承襯底上形成分離層；在所述分離層上設(shè)置含有絕緣表面的第一柔性襯底；用單種原子的多種離子照射單晶半導(dǎo)體襯底，以便在預(yù)定深度處形成易碎區(qū)；進(jìn)行熱處理，以使所述易碎區(qū)更易碎；使所述單晶半導(dǎo)體村底與所述第一柔性襯底結(jié)合；分離所述單晶半導(dǎo)體襯底，以使單晶半導(dǎo)體層保留在所述支承襯底上；使用所述單晶半導(dǎo)體層形成含有半導(dǎo)體元件的元件層； 在所述元件層上設(shè)置含有絕緣表面的第二柔性襯底；和 在所述分離層處將所述支承襯底與所述第 一柔性襯底分離。
16. 按照權(quán)利要求13所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述進(jìn)行熱處理的步驟以在所述單晶半導(dǎo)體襯底上設(shè)置有 壓力件的狀態(tài)進(jìn)行。
17. 按照權(quán)利要求13所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述進(jìn)行熱處理的步驟以在所述單晶半導(dǎo)體襯底的表面上 形成有蓋層的狀態(tài)進(jìn)行。
18. 按照權(quán)利要求13所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述單晶半導(dǎo)體襯底由使用有機(jī)硅烷通過(guò)化學(xué)氣相沉積形 成的氧化硅層覆蓋。
19. 按照權(quán)利要求13所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述進(jìn)行熱處理的步驟在低于分離所述易碎區(qū)的溫度且使 所述易碎區(qū)更易碎的溫度下進(jìn)行。
20. 按照權(quán)利要求13所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述進(jìn)行熱處理的步驟在大于等于250 X:且小于400 °C的溫 度下進(jìn)行。
21. 按照權(quán)利要求14所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述進(jìn)行熱處理的步驟以在所述單晶半導(dǎo)體襯底上設(shè)置有 壓力件的狀態(tài)進(jìn)行。
22. 按照權(quán)利要求14所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述進(jìn)行熱處理的步驟以在所述單晶半導(dǎo)體襯底的表面上 形成有蓋層的狀態(tài)進(jìn)行。
23. 按照權(quán)利要求14所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述單晶半導(dǎo)體襯底由使用有機(jī)硅烷通過(guò)化學(xué)氣相沉積形 成的氧化硅層覆蓋。
24. 按照權(quán)利要求14所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述進(jìn)行熱處理的步驟在低于分離所述易碎區(qū)的溫度且使 所述易碎區(qū)更易碎的溫度下進(jìn)行。
25. 按照權(quán)利要求14所述的制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，所述進(jìn)行熱處理的步驟在大于等于25(TC且小于400。C的溫度下進(jìn)行。
26. 按照權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述進(jìn)行熱處理的步驟以在所述單晶半導(dǎo)體襯底上設(shè)置有壓力件的狀態(tài)進(jìn)行。
27. 按照權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述進(jìn)行熱處理的步驟以在所述單晶半導(dǎo)體襯底的表面上形成有蓋層的狀態(tài)進(jìn)行。
28. 按照權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述單晶半導(dǎo)體襯底由使用有機(jī)硅烷通過(guò)化學(xué)氣相沉積形成的氧化硅層覆蓋。
29. 按照權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述進(jìn)行熱處理的步驟在低于分離所述易碎區(qū)的溫度且使所述易碎區(qū)更易碎的溫度下進(jìn)行。
30. 按照權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述進(jìn)行熱處理的步驟在大于等于250X:且小于400。C的溫度下進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供即使使用像玻璃襯底或塑料襯底那樣的柔性襯底，也可以高產(chǎn)率地制造可以用在實(shí)際應(yīng)用中的含有SOI層的SOI襯底的方法。并且，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供使用這樣的SOI襯底高產(chǎn)率地制造薄半導(dǎo)體器件的方法。當(dāng)將單晶半導(dǎo)體襯底與含有絕緣表面的柔性襯底結(jié)合和分離單晶半導(dǎo)體襯底以制造SOI襯底時(shí)，激活結(jié)合表面之一或兩者，然后將含有絕緣表面的柔性襯底和單晶半導(dǎo)體襯底相互附接在一起。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101663733SQ200880012749
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者大沼英人, 小路博信, 山崎舜平, 神保安弘 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所