專(zhuān)利名稱：Soi襯底的制造方法以及半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域是一種涉及SOI (絕緣體上硅)結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
作為形成晶體管的方法，已知使用硅片的方法；使用設(shè)置在具有絕緣表面的襯底 上的非單晶半導(dǎo)體層的方法；以及使用具有設(shè)置在絕緣表面上的薄單晶半導(dǎo)體層的襯底
(SOI襯底)的方法等。 尤其是，用SOI襯底形成的晶體管可以比用其它方法形成的晶體管進(jìn)一步提高其 性能。 這里，作為SOI襯底的制造方法已知智能切割(注冊(cè)商標(biāo))法。 智能切割法是一種通過(guò)概略為如下的工序制造SOI襯底的方法。 首先，通過(guò)對(duì)硅片照射氫離子，在離所述硅片的表面有預(yù)定的深度的位置上形成
脆弱區(qū)域(也稱為微小氣泡層、分離層、以及剝離層等)。 接下來(lái)，在所述硅片的表面上形成用作接合層的絕緣層。 接下來(lái)，貼合所述接合層和支撐襯底，然后進(jìn)行加熱處理而使所述微小氣泡層產(chǎn) 生裂縫來(lái)分離所述硅片的一部分，由此在所述支撐襯底上設(shè)置由所述硅片的一部分構(gòu)成的 單晶半導(dǎo)體層。 作為公開(kāi)以上那樣的SOI襯底的制造方法的文獻(xiàn)，可以參見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1。
[專(zhuān)利文獻(xiàn)][專(zhuān)利文獻(xiàn)l]日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)2008-277789號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)硅中含有大量的氧時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)生氧析出現(xiàn)象。 氧析出具有吸收污染金屬雜質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，但也有使晶體管的性能惡化的缺點(diǎn)。
當(dāng)使用硅片形成晶體管時(shí)，通過(guò)在離其表面深的位置上(幾ym至幾十iim左右 的深度)產(chǎn)生氧析出而不在離其表面淺的位置上(幾十nm至幾百nm)產(chǎn)生氧析出，可以回 避氧析出的缺點(diǎn)并有效地利用其優(yōu)點(diǎn)。 但是，SOI襯底由于單晶半導(dǎo)體層的厚度薄(幾十nm至幾百nm的厚度)，所以難 以回避當(dāng)產(chǎn)生氧析出時(shí)使晶體管的性能惡化的缺點(diǎn)。 因此，在SOI襯底中，為了盡可能地防止氧析出，硅中的氧濃度優(yōu)選為低。 鑒于上述內(nèi)容，以下公開(kāi)使單晶半導(dǎo)體層中的氧濃度降低的SOI襯底的制造方法。 此外，以下還公開(kāi)使用SOI襯底形成的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。 注意，以下公開(kāi)的使用SOI襯底形成的半導(dǎo)體裝置及其制造方法具有解決各自的
特有的問(wèn)題的技術(shù)方案。 因此，上述解決特有的問(wèn)題的技術(shù)方案也可以適用于使用使氧濃度降低的SOI襯底以外的SOI襯底制造的半導(dǎo)體裝置。 氧的擴(kuò)散系數(shù)在熔化狀態(tài)中比在固相狀態(tài)中高。因此，在具有支撐襯底、形成在所 述支撐襯底上的絕緣層(接合層)、以及形成在所述絕緣層(接合層)上的單晶半導(dǎo)體層的 SOI結(jié)構(gòu)中，通過(guò)使單晶半導(dǎo)體層(以硅為主要成分的單晶半導(dǎo)體層)處于熔化狀態(tài)，可以 促進(jìn)單晶半導(dǎo)體層中的氧的外方擴(kuò)散。 因此，通過(guò)對(duì)SOI結(jié)構(gòu)的單晶半導(dǎo)體層照射激光束來(lái)使單晶半導(dǎo)體層熔化，可以 使其處于氧的擴(kuò)散系數(shù)高的狀態(tài)，所以可以促進(jìn)氧的外方擴(kuò)散。
當(dāng)氧的外方擴(kuò)散被促進(jìn)時(shí)，單晶半導(dǎo)體層中的氧濃度降低。
此外，更優(yōu)選在加熱支撐襯底的狀態(tài)下照射激光束。 這就是說(shuō)，當(dāng)在加熱支撐襯底的狀態(tài)下照射激光束時(shí)，單晶半導(dǎo)體層也受到加熱。
當(dāng)在加熱單晶半導(dǎo)體層的狀態(tài)下照射激光束時(shí)，由于熔化的單晶半導(dǎo)體層的冷卻 速度被減慢，所以可以增長(zhǎng)單晶半導(dǎo)體層的熔化時(shí)間。 由于單晶半導(dǎo)體層的熔化時(shí)間越長(zhǎng)，氧的擴(kuò)散系數(shù)高的熔化狀態(tài)的保持時(shí)間越 長(zhǎng)，所以可以進(jìn)一步促進(jìn)氧的外方擴(kuò)散。 因此，通過(guò)在加熱支撐襯底的狀態(tài)下照射激光束，可以增強(qiáng)由激光束的照射帶來(lái) 的氧的外方擴(kuò)散的促進(jìn)效果，所以是優(yōu)選的。 注意，當(dāng)支撐襯底的溫度是50(TC以上時(shí)，與不加熱支撐襯底的情況相比，可以減 少氧。 此外，支撐襯底的溫度越高，越可以使熔化狀態(tài)的半導(dǎo)體的冷卻速度變慢，因此， 支撐襯底的溫度優(yōu)選為高。 此外，在與單晶半導(dǎo)體層接觸的絕緣層由含有氧的絕緣膜(熱氧化膜、氧化硅膜、 氮氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化鋁膜、氮氧化鋁膜、氧氮化鋁膜等)構(gòu)成的情況下，當(dāng)熔化狀 態(tài)的半導(dǎo)體與含有氧的絕緣膜接觸時(shí)，就引起含有氧的絕緣膜中的氧擴(kuò)散到熔化狀態(tài)的半 導(dǎo)體中的問(wèn)題。注意，氮氧化膜是氮濃度高于氧濃度的膜，氧氮化膜是氮濃度低于氧濃度的 膜。 因此，在與單晶半導(dǎo)體層接觸的絕緣層是含有氧的絕緣層的情況下，優(yōu)選以使單
晶半導(dǎo)體層的底部處于固相狀態(tài)的能量密度照射激光束。 就是說(shuō)，優(yōu)選通過(guò)照射激光束使單晶半導(dǎo)體層部分熔化。 部分熔化是單晶半導(dǎo)體層的底部處于固相狀態(tài)而所述底部區(qū)域以上的區(qū)域處于 熔化狀態(tài)的狀態(tài)。 這是因?yàn)槿缦戮壒释ㄟ^(guò)激光束的照射使單晶半導(dǎo)體層部分熔化，可以使氧的擴(kuò)
散系數(shù)比熔化狀態(tài)的半導(dǎo)體低的固相狀態(tài)的半導(dǎo)體介于熔化狀態(tài)的半導(dǎo)體和含有氧的絕
緣膜之間，因此可以防止含有氧的絕緣膜中的氧擴(kuò)散到熔化狀態(tài)的半導(dǎo)體中。 注意，基底的氧擴(kuò)散到熔化狀態(tài)的半導(dǎo)體中的問(wèn)題是當(dāng)將單晶半導(dǎo)體層直接貼附
到支撐襯底上時(shí)在支撐襯底是玻璃襯底、石英襯底等的含有氧的襯底的情況下也產(chǎn)生的問(wèn)題。 此外，含有氧的絕緣膜(熱氧化膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化鋁 膜、氮氧化鋁膜、以及氧氮化鋁膜等)中，與氧化鋁膜、氮氧化鋁膜、以及氧氮化鋁膜等相 比，氧化硅膜、氮氧化硅膜、以及氧氮化硅膜等的導(dǎo)熱率低。
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另一方面，根據(jù)本發(fā)明人依照計(jì)算科學(xué)進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果，得知單晶半導(dǎo)體層的熱 擴(kuò)散容易優(yōu)先產(chǎn)生在基底一側(cè)。 因此，通過(guò)在單晶半導(dǎo)體層的基底一側(cè)布置導(dǎo)熱率低的物質(zhì)，可以緩和熱擴(kuò)散到 基底一側(cè)，因此可以使單晶半導(dǎo)體層的冷卻速度變慢。 因而，從增長(zhǎng)熔化狀態(tài)的保持時(shí)間的觀點(diǎn)來(lái)看，作為含有氧的絕緣膜，熱氧化膜、 氧化硅膜、氮氧化硅膜、以及氧氮化硅膜等因?yàn)閷?dǎo)熱率低所以是優(yōu)選的。 注意，玻璃襯底、石英襯底等的導(dǎo)熱率比硅片低，從使熔化狀態(tài)保持長(zhǎng)時(shí)間的觀點(diǎn) 來(lái)看，優(yōu)選將玻璃襯底、石英襯底等用作支撐襯底。 在作為支撐襯底的加熱方法使用燈加熱、誘導(dǎo)加熱等方法的情況下，優(yōu)選選擇能 夠進(jìn)行燈加熱、誘導(dǎo)加熱等的支撐襯底。此外，也可以使用接觸加熱。 并且，通過(guò)使用減壓氣氛(氣壓是10—3Pa以下的氣氛)作為激光束的照射氣氛，可 以防止氣氛中的氧混入，所以是優(yōu)選的。 此外，通過(guò)使用還原氣氛(含有氫的氣氛、含有一氧化碳的氣氛、含有碘化氫的氣 氛等)作為激光束的照射氣氛，產(chǎn)生還原反應(yīng)，從而可以促進(jìn)氧的外方擴(kuò)散，所以是優(yōu)選 的。 并且，通過(guò)不但使用減壓氣氛還使用還原氣氛，可以進(jìn)一步提高氧減少效果，所以 是優(yōu)選的。 此外，作為單晶半導(dǎo)體層中的氧量增多的原因，可以舉出使用氧濃度沒(méi)有得到精 密控制的廉價(jià)的單晶半導(dǎo)體襯底(硅片等)；以及通過(guò)不進(jìn)行質(zhì)量分離的離子摻雜法添加 氫、氦等；等。 因此，促進(jìn)氧的外方擴(kuò)散的方法在使用氧濃度沒(méi)有得到精密控制的廉價(jià)的單晶半 導(dǎo)體襯底(硅片等)的情況時(shí)，以及在使用通過(guò)不進(jìn)行質(zhì)量分離的離子摻雜法添加氫、氦等 的情況時(shí)等特別有效。 另一方面，離子摻雜法與離子注入法相比，因?yàn)椴贿M(jìn)行質(zhì)量分離所以裝置中不需 要質(zhì)量分離器。 如果使用質(zhì)量分離器，就需要彎曲離子束，而擴(kuò)大離子束的截面面積很困難。此 外，如果使用質(zhì)量分離器，由于離子電流減少，所以只可以對(duì)面積小的區(qū)域照射離子。另一 方面，離子摻雜法不進(jìn)行質(zhì)量分離而照射離子，可以使用大離子電流，所以可以對(duì)大面積的 襯底照射離子。 此外，當(dāng)使用離子摻雜法以氫氣體為原料進(jìn)行摻雜時(shí)，可以對(duì)被照射物多照射H+、 112+、113+離子中的113+離子。 并且，由于H3+分離成H+、 H而被導(dǎo)入到被照射物內(nèi)，所以與對(duì)被照射物照射H\ H2+ 的情況相比，可以提高氫、氦等的導(dǎo)入效率。 當(dāng)在脆弱區(qū)域中導(dǎo)入有大量的氫、氦等時(shí)，可以使單晶半導(dǎo)體襯底的分離更加確 實(shí)，因此提高氫、氦等的導(dǎo)入效率是優(yōu)選的。 此外，通過(guò)使用離子摻雜法，可以對(duì)面積大的區(qū)域照射離子，所以還可以同時(shí)處理 多個(gè)面積小的襯底。 但是，離子摻雜法由于是不進(jìn)行質(zhì)量分離而對(duì)被處理物添加氫、氦等的方法，所以 摻雜氣氛中的氫、氦等以外的雜質(zhì)也被添加到被處理物中。
就是說(shuō)，當(dāng)通過(guò)離子摻雜法對(duì)被處理物摻雜氫時(shí)，存在于摻雜氣氛中的氧也被摻 雜到被處理物中，而導(dǎo)致被處理物中的氧濃度上升。 從而，可以說(shuō)，促進(jìn)氧的外方擴(kuò)散的方法在使用氧濃度沒(méi)有得到精密控制的廉價(jià) 單晶半導(dǎo)體襯底(硅片等)的情況時(shí)，以及在通過(guò)不進(jìn)行質(zhì)量分離的離子摻雜法添加氫、氦 等的情況時(shí)等，特別有效。 不用說(shuō)，從防止氧析出的觀點(diǎn)來(lái)看，在使用氧濃度得到精密控制的高價(jià)單晶半導(dǎo) 體襯底(硅片等)時(shí)，以及在通過(guò)進(jìn)行質(zhì)量分離的離子注入法添加氫、氦等時(shí)等，利用促進(jìn) 氧的外方擴(kuò)散的方法也是優(yōu)選的。 就是說(shuō)，優(yōu)選的是，形成具有支撐襯底、設(shè)置在所述支撐襯底上的含有氧的接合
層、以及設(shè)置在所述含有氧的接合層上的單晶半導(dǎo)體層的SOI結(jié)構(gòu)，在將所述支撐襯底加
熱到50(TC以上且低于所述支撐襯底的熔點(diǎn)的溫度的狀態(tài)下，通過(guò)照射激光束使所述單晶
半導(dǎo)體層部分熔化來(lái)制造SOI襯底。 此外，所述激光束的照射氣氛優(yōu)選是減壓氣氛。 此外，所述激光束的照射氣氛優(yōu)選含有還原氣體。 此外，所述激光束的照射氣氛優(yōu)選含有氟化氫氣體。 此外，在使所述激光束的照射氣氛含有氟化氫氣體時(shí)，優(yōu)選在形成所述SOI結(jié)構(gòu) 之后且在照射所述激光束之前，將所述SOI結(jié)構(gòu)暴露于包含氟化氫氣體的氣氛內(nèi)。
此外，當(dāng)照射所述激光束時(shí)，優(yōu)選通過(guò)光照射或誘導(dǎo)加熱來(lái)加熱所述支撐襯底。
此外，當(dāng)所述單晶半導(dǎo)體層是使用不進(jìn)行質(zhì)量分離的離子摻雜法在單晶半導(dǎo)體襯 底中形成脆弱區(qū)域之后對(duì)所述脆弱區(qū)域進(jìn)行加熱處理來(lái)分離所述單晶半導(dǎo)體襯底的一部 分而形成時(shí)，特別有效。 此外，當(dāng)所述單晶半導(dǎo)體層是由通過(guò)Cz法(提拉法)形成的晶錠而形成時(shí)，特別有效。 此外，通過(guò)使用氧濃度降低了的SOI襯底形成半導(dǎo)體元件(晶體管等)，可以高成 品率地制造性能高的半導(dǎo)體裝置，所以是優(yōu)選的。 由于通過(guò)對(duì)SOI襯底的單晶半導(dǎo)體層照射激光束，可以形成氧的擴(kuò)散系數(shù)高的熔 化狀態(tài)的半導(dǎo)體，所以半導(dǎo)體中的氧產(chǎn)生外方擴(kuò)散，而可以減少單晶半導(dǎo)體層中的氧。
另外，當(dāng)在加熱SOI襯底的支撐襯底的狀態(tài)下照射激光束時(shí)，可以增強(qiáng)由激光束 的照射帶來(lái)的氧的外方擴(kuò)散的促進(jìn)效果，所以是優(yōu)選的。 此外，當(dāng)與單晶半導(dǎo)體層接觸的絕緣膜是含有氧的絕緣膜時(shí)，通過(guò)以使單晶半導(dǎo) 體層的底部處于固相狀態(tài)的能量密度照射激光束，可以防止含有氧的絕緣膜中的氧擴(kuò)散到 熔化狀態(tài)的半導(dǎo)體中，所以是優(yōu)選的。 此外，通過(guò)使用減壓氣氛或還原氣氛作為激光束的照射氣氛，可以促進(jìn)氧的減少 效果。 此外，可以說(shuō)，促進(jìn)氧的外方擴(kuò)散的方法在使用氧濃度沒(méi)有得到精密控制的廉價(jià) 單晶半導(dǎo)體襯底(硅片等)時(shí)，并且在通過(guò)不進(jìn)行質(zhì)量分離的離子摻雜法添加氫、氦等時(shí)， 特別有效。
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] 圖1A至1C是SOI襯底的制造方法的一個(gè)例子； 圖2A和2B是SOI襯底的制造方法的一個(gè)例子； 圖3A至3C是SOI襯底的制造方法的一個(gè)例子； 圖4A和4B是SOI襯底的制造方法的一個(gè)例子； 圖5A和5B是SOI襯底的制造方法的一個(gè)例子； 圖6A至6C是半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個(gè)例子； 圖7A和7B是半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個(gè)例子； 圖8A至8C是半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個(gè)例子； 圖9A至9C是半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個(gè)例子； 圖10A至IOC是半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個(gè)例子； 圖11A至11C是半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個(gè)例子； 圖12A至12C是半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個(gè)例子； 圖13A至13C是半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個(gè)例子； 圖14A和14B是半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個(gè)例子； 圖15是半導(dǎo)體裝置的俯視圖的一個(gè)例子； 圖16是SIMS分析結(jié)果的一個(gè)例子； 圖17是SIMS分析結(jié)果的一個(gè)例子； 圖18是SIMS分析結(jié)果的一個(gè)例子。 選擇圖是圖4A和4B 。
[實(shí)施方式] 以下說(shuō)明實(shí)施方式。 但是，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以很容易地理解的一個(gè)事實(shí)就是，其方式和詳 細(xì)內(nèi)容可以在不脫離本發(fā)明的宗旨的情況下被變換為各種各樣的形式。 因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)該被解釋為僅限定在以下所示出的實(shí)施方式所記載的內(nèi) 容中。 另外，在以下說(shuō)明的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，在不同附圖之間共同使用表示同一部分或
具有同樣功能的部分的附圖標(biāo)記而省略其反復(fù)說(shuō)明。 此外，以下實(shí)施方式可以被適當(dāng)?shù)亟M合而實(shí)施。 注意，以下公開(kāi)的使用SOI襯底形成的半導(dǎo)體裝置及其制造方法具有解決各自的 特有的問(wèn)題的技術(shù)方案。 因此，上述解決特有問(wèn)題的技術(shù)方案在沒(méi)有失去該技術(shù)的作用效果時(shí)，當(dāng)然可以
與以下實(shí)施方式所記載的其他技術(shù)組合而實(shí)施。 實(shí)施方式1 在本實(shí)施方式中，說(shuō)明SOI襯底的制造方法的一個(gè)例子。 首先，準(zhǔn)備單晶半導(dǎo)體襯底ll。(圖IA) 作為單晶半導(dǎo)體襯底ll，可以使用以硅為主要成分的襯底。 作為以硅為主要成分的襯底，可以使用硅片、添加有鍺的硅片等。 注意，作為以硅為主要成分的襯底，即使添加有鍺以外的雜質(zhì)，只有硅是其主要成分，就也可以使用任何襯底。 此外，以硅為主要成分的襯底也可以添加有用來(lái)控制電阻值的雜質(zhì)元素比如供體 元素、受體元素等。 接下來(lái)，在單晶半導(dǎo)體襯底11上形成接合層12。(圖1B) 注意，作為接合層12，只要其露出的表面具有平滑性且與單晶半導(dǎo)體襯底11接觸 的面具有絕緣性，就可以使用任何層。 因此，接合層12既可為單層結(jié)構(gòu)又可為疊層結(jié)構(gòu)。 作為接合層12，可以采用通過(guò)對(duì)單晶半導(dǎo)體襯底11的表面或支撐襯底的表面進(jìn) 行熱氧化來(lái)形成的熱氧化膜；通過(guò)CVD法、濺射法等形成的氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅 膜及氮氧化硅膜等。 尤其是，當(dāng)通過(guò)對(duì)單晶半導(dǎo)體襯底11的表面或支撐襯底的表面進(jìn)行熱氧化來(lái)形 成熱氧化膜時(shí)，通過(guò)在含有鹵化物(氯化氫等)的氣氛中進(jìn)行熱氧化，可以對(duì)熱氧化膜添加 鹵素。 注意，鹵素具有吸收金屬雜質(zhì)等的效果。 注意，在使用熱氧化膜作為接合層的情況下，熱氧化膜形成在單晶半導(dǎo)體襯底11 的表面、背面、以及側(cè)面上。 另一方面，在使用通過(guò)CVD法、濺射法等形成的膜作為接合層的情況下，至少在其 表面上形成接合層即可。 含有鹵素的熱氧化膜可以吸收鈉等可動(dòng)離子，所以是優(yōu)選的。 此外，在接合層12為疊層結(jié)構(gòu)的情況下，除了上述材料以外，還可以使用金屬膜。
需要使露出的表面具有平滑性的理由在于這樣做可以提高接合層與接觸于接合 層的支撐襯底的表面的接合強(qiáng)度。 注意，通過(guò)用原子力顯微鏡(AFM)進(jìn)行測(cè)量而得出的平均面粗糙度(Ra)優(yōu)選為
0. 50nm以下。(平均面粗糙度更優(yōu)選為0. 35nm以下(進(jìn)一步優(yōu)選為0. 20以下)) 但是，由于平均面粗糙度受到基底的平滑性的影響，所以在接合層12為疊層結(jié)構(gòu)
的情況下，優(yōu)選以接合層12的露出的表面的平均面粗糙度(Ra)為0. 50nm以下的方式形成
疊層結(jié)構(gòu)。(平均面粗糙度更優(yōu)選為0. 35nm以下(進(jìn)一步優(yōu)選為0. 20以下)) 注意，使用四乙氧基硅烷(TEOS)等有機(jī)硅烷材料形成的氧化硅膜由于當(dāng)成膜時(shí)
中間反應(yīng)生成物在基底表面上快速來(lái)回移動(dòng)后形成膜，所以可以使疊層結(jié)構(gòu)的接合層的表
面為平滑。 因此，接合層12的最上層當(dāng)為使用有機(jī)硅烷材料形成的氧化硅膜時(shí)，其平滑性 高，所以是優(yōu)選的。 需要使與單晶半導(dǎo)體襯底11接觸的面具有絕緣性的理由在于如果與單晶半導(dǎo) 體襯底11接觸的面具有導(dǎo)電性，則半導(dǎo)體和導(dǎo)電性的表面接觸，而發(fā)生晶體管的漏電流。
注意，如果支撐襯底的表面具有平滑性和絕緣性，就也可以不形成接合層。
接下來(lái)，通過(guò)對(duì)單晶半導(dǎo)體襯底ll添加預(yù)定元素，在第一區(qū)域lla和第二區(qū)域llb 之間形成脆弱區(qū)域llc(也稱為微小氣泡層、分離層、以及剝離層等)。(圖1C)
注意，也可以在形成接合層之前形成脆弱區(qū)域。 但是，如果形成脆弱區(qū)域時(shí)半導(dǎo)體層是露出的，則半導(dǎo)體層會(huì)在離子的注入或摻
9雜時(shí)變得粗糙。 因此，當(dāng)形成脆弱區(qū)域時(shí)，優(yōu)選預(yù)先形成氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、以及氮 氧化硅膜等的保護(hù)膜。
因此，當(dāng)在形成接合層之后形成脆弱區(qū)域時(shí)，接合層用作保護(hù)膜。 另一方面，當(dāng)在形成接合層之前形成脆弱區(qū)域時(shí)，優(yōu)選在形成保護(hù)膜之后形成脆
弱區(qū)域。 但是，如果在40(TC以上的溫度下加熱接合層，就有可能在形成接合層時(shí)在單晶半 導(dǎo)體襯底中產(chǎn)生裂縫，所以優(yōu)選在形成接合層之后形成脆弱區(qū)域。 特別是，由于一般在80(TC以上的溫度下進(jìn)行熱氧化，所以如果在形成接合層之前
形成脆弱區(qū)域，就不能避免在形成接合層時(shí)在單晶半導(dǎo)體襯底中產(chǎn)生裂縫。 從而，尤其是，在使用熱氧化膜作為接合層的情況下，優(yōu)選在形成接合層之后形成
脆弱區(qū)域。 作為預(yù)定元素，可以使用氫、氦等。 作為氫、氦等的添加方法，可以采用進(jìn)行質(zhì)量分離的離子注入法；以及不進(jìn)行質(zhì)量 分離的離子摻雜法等。 注意，離子摻雜法由于是不進(jìn)行質(zhì)量分離地對(duì)被處理物添加氫、氦等的方法，所以 摻雜氣氛中的氫、氦等以外的雜質(zhì)也被添加到被處理物中。 就是說(shuō)，當(dāng)通過(guò)離子摻雜法對(duì)被處理物添加氫等時(shí)，因?yàn)榇嬖谟趽诫s氣氛中的氧 也被添加到被處理物中，所以使被處理物中的氧濃度上升。 因此，可以說(shuō)促進(jìn)氧的外方擴(kuò)散的方法在去掉通過(guò)離子摻雜法混入的氧的意義上 特別有效。 注意，由于單晶半導(dǎo)體襯底自身含有一定程度的氧，所以即使使用進(jìn)行質(zhì)量分離
的離子注入法，采用促進(jìn)氧的外方擴(kuò)散的方法也當(dāng)然有意義。(特別是，在通過(guò)Cz法(提拉
法)形成單晶硅的晶錠的情況下，不能避免氧從石英坩堝混入到晶錠中。) 接下來(lái)，將接合層12的表面貼附到支撐襯底13上，然后進(jìn)行加熱(圖2A和2B)。 注意，在貼合之前，為了提高兩個(gè)貼合面的接合強(qiáng)度，優(yōu)選對(duì)兩個(gè)貼合面中的至少
一個(gè)面進(jìn)行用來(lái)實(shí)現(xiàn)親水化或活化的表面處理。 作為用來(lái)實(shí)現(xiàn)親水化的表面處理，可以采用使用臭氧水、過(guò)氧化氫氨水(氨水和 過(guò)氧化氫水的混合溶液)等的表面處理。 作為用來(lái)實(shí)現(xiàn)活化的表面處理，可以采用通過(guò)氧等離子體處理、氮等離子體處理、 稀有氣體等離子體處理(尤其是，氬等離子體處理)等的表面處理。 當(dāng)將接合層12的表面貼附到支撐襯底上時(shí)，接合層的表面和支撐襯底的表面由 于具有平滑性而產(chǎn)生接合。(圖2A) 此外，通過(guò)在貼合后進(jìn)行加熱，使形成于脆弱區(qū)域中的微小空洞產(chǎn)生體積變化，并
沿著脆弱區(qū)域產(chǎn)生裂縫，而可以分離為第一區(qū)域lla和第二區(qū)域llb。(圖2B) 作為支撐襯底，可以使用硅片、玻璃襯底、石英襯底、金屬襯底(不銹鋼襯底等)。 若要沿著脆弱區(qū)域產(chǎn)生裂縫，在40(TC以上的溫度下進(jìn)行加熱即可。 注意，也可以在進(jìn)行用于沿著脆弱區(qū)域產(chǎn)生裂縫的加熱之前，通過(guò)進(jìn)行加熱
(20(TC以上且低于40(TC)或加壓來(lái)提高接合的強(qiáng)度。也可以將加熱及加壓兩個(gè)處理都進(jìn)行。 在第二區(qū)域llb—側(cè)殘留的脆弱區(qū)域llc由于以高濃度添加有氫、氦等，所以具有 很多缺陷。 于是，優(yōu)選在貼合之后通過(guò)蝕刻第二區(qū)域llb(單晶半導(dǎo)體層)的表面去掉脆弱區(qū) 域llc。(圖3A) 作為蝕刻方法，優(yōu)選使用不設(shè)置抗蝕劑掩模的蝕刻方法(回蝕刻)；以及通過(guò)CMP 法(化學(xué)機(jī)械拋光)等對(duì)表面進(jìn)行研磨的方法等。 但是，為了減少步驟數(shù)目，也可以省略去掉脆弱區(qū)域llc的步驟。 注意，因?yàn)橥ㄟ^(guò)使脆弱區(qū)域llc產(chǎn)生裂縫進(jìn)行分離，所以脆弱區(qū)域llc的表面上形
成有凹凸。(圖3A) 此外，在進(jìn)行回蝕刻的情況下，脆弱區(qū)域llc表面的凹凸形狀被反映而殘留。(圖 3B) 于是，通過(guò)掃描并照射激光束來(lái)使單晶半導(dǎo)體層熔化，可以提高表面的平坦性。
注意，當(dāng)回蝕刻后的第二區(qū)域llb(單晶半導(dǎo)體層)的膜厚度的平均值薄于100nm 時(shí)，照射激光束之后的表面的溝地部分產(chǎn)生穿孔的概率變高。(參見(jiàn)圖3C的虛線81、虛線 82、虛線83) 100nm的數(shù)值是通過(guò)以下方法得出的數(shù)值準(zhǔn)備回蝕刻后的第二區(qū)域lib (單晶半 導(dǎo)體層)的膜厚度的平均值以10nm為單位逐個(gè)不同的樣品，對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行激光束的照 射，然后進(jìn)行顯微鏡觀察。 根據(jù)顯微鏡觀察的結(jié)果，在回蝕刻后的第二區(qū)域llb(單晶半導(dǎo)體層)的膜厚度的 平均值小于100nm的樣品中，穿孔數(shù)量急劇增加。 注意，膜厚度的平均值通過(guò)光學(xué)膜度測(cè)量?jī)x(商品名NanoSpec)測(cè)量單晶半導(dǎo)體 層上的幾個(gè)地方，使用該幾個(gè)地方的測(cè)量結(jié)果的平均值來(lái)得出。 從而，優(yōu)選以使回蝕刻后的第二區(qū)域llb(單晶半導(dǎo)體層)的膜厚度的平均值為 100nm以上的方式添加氫、氦等且進(jìn)行回蝕刻。 注意，通過(guò)調(diào)節(jié)添加氫、氦等時(shí)的加速電壓可以調(diào)節(jié)脆弱區(qū)域llc的形成位置，因 此，通過(guò)調(diào)節(jié)添加氫、氦等時(shí)的加速電壓來(lái)設(shè)定回蝕刻之前的膜厚度。 回蝕刻之后的膜厚度可以通過(guò)根據(jù)蝕刻速度將第二區(qū)域llb(單晶半導(dǎo)體層)蝕 刻到所希望的膜厚度來(lái)調(diào)節(jié)。 接下來(lái)，通過(guò)掃描并照射激光束14來(lái)使照射激光束的區(qū)域熔化，以進(jìn)行氧的外方 擴(kuò)散(圖4A)。 激光束的照射區(qū)域是至少形成半導(dǎo)體元件(晶體管等)的區(qū)域即可。也可以對(duì)單 晶半導(dǎo)體層的整個(gè)面照射激光束。 作為激光束14的種類(lèi)，只要是被單晶半導(dǎo)體層吸收的波長(zhǎng)的激光束，任何激光束
都可被采用。(例如，受激準(zhǔn)分子激光束、YAG激光束、YV04激光束等) 激光束14的照射區(qū)域的形狀也可以為任何形狀。(例如，點(diǎn)狀、線狀、面狀等) 注意，如果激光束的照射區(qū)域的形狀是面狀，可以將所希望的區(qū)域一次性熔化，這
種情況下就可以不掃描激光束。 此外，在掃描并照射脈沖激光束的情況下，為了進(jìn)行充分的加熱，優(yōu)選以使照射區(qū)域互相部分重疊的方式進(jìn)行掃描。(特別是，優(yōu)選以對(duì)一個(gè)位置平均照射5次至50次的脈 沖激光束的方式，掃描脈沖激光束。) 進(jìn)行氧的外方擴(kuò)散的步驟既可與提高表面的平坦性的步驟同時(shí)進(jìn)行，又可分別進(jìn) 行。(當(dāng)通過(guò)另外步驟提高表面平坦性時(shí)，也可以使用與激光束14相同種類(lèi)的激光束。)
在圖4A中，同時(shí)進(jìn)行氧的外方擴(kuò)散的步驟和提高表面的平坦性的步驟。
受到激光束14的照射的地方成為熔化狀態(tài)的半導(dǎo)體lld。 在熔化狀態(tài)的半導(dǎo)體lld中，氧的擴(kuò)散系數(shù)比固相狀態(tài)的半導(dǎo)體高，并且，溫度由
于激光束14的照射而上升，因此，促進(jìn)了氧的外方擴(kuò)散。(參見(jiàn)圖4A的虛線80) 這里，在接合層12是含有氧的絕緣膜的情況下，如果熔化狀態(tài)的半導(dǎo)體與含有氧
的絕緣膜接觸，就產(chǎn)生含有氧的絕緣膜中的氧擴(kuò)散到熔化狀態(tài)的半導(dǎo)體中的問(wèn)題。 從而，在與單晶半導(dǎo)體層接觸的絕緣膜是含有氧的絕緣膜的情況下，優(yōu)選以使單
晶半導(dǎo)體層的底部處于固相狀態(tài)的能量密度照射激光束。(參見(jiàn)圖4A的虛線90) 就是說(shuō)，優(yōu)選通過(guò)激光束的照射使單晶半導(dǎo)體層部分熔化。 部分熔化是單晶半導(dǎo)體層的底部處于固相狀態(tài)而所述底部以上的區(qū)域處于熔化 狀態(tài)的狀態(tài)。 這是因?yàn)槿缦戮壒释ㄟ^(guò)激光束的照射使單晶半導(dǎo)體層部分熔化，可以使氧的擴(kuò)
散系數(shù)比熔化狀態(tài)的半導(dǎo)體低的固相狀態(tài)的半導(dǎo)體介于熔化狀態(tài)的半導(dǎo)體和含有氧的絕
緣膜之間，因此可以防止含有氧的絕緣膜中的氧擴(kuò)散到熔化狀態(tài)的半導(dǎo)體中。 注意，基底的氧擴(kuò)散到熔化狀態(tài)的半導(dǎo)體中的問(wèn)題是當(dāng)將單晶半導(dǎo)體層直接貼附
到支撐襯底上時(shí)，在支撐襯底是玻璃襯底、石英襯底等的含有氧的襯底的情況下也產(chǎn)生的問(wèn)題。 這里，說(shuō)明使結(jié)晶半導(dǎo)體層的底部成為固相狀態(tài)的能量密度的確定方法。
首先，準(zhǔn)備多個(gè)預(yù)先以各不相同的能量密度照射過(guò)激光束的SOI襯底的樣品。
接下來(lái)，對(duì)多個(gè)樣品進(jìn)行半導(dǎo)體層截面的電子顯微鏡照片的觀察、半導(dǎo)體層的 SIMS分析(二次離子質(zhì)譜分析)等。 例如，通過(guò)觀察半導(dǎo)體層截面的電子顯微鏡照片，可以根據(jù)半導(dǎo)體層的結(jié)晶狀態(tài) 判斷熔化的深度。 此外，由于雜質(zhì)(碳、氮、氧等)容易聚集在半導(dǎo)體層的熔化狀態(tài)和固相狀態(tài)的邊 界，所以通過(guò)SIMS分析可以判斷雜質(zhì)濃度高的峰值位置位于半導(dǎo)體層的熔化狀態(tài)和固相 狀態(tài)的邊界。 因此，當(dāng)想要熔化到所希望的深度時(shí)，通過(guò)預(yù)先形成多個(gè)樣品并進(jìn)行測(cè)量，可以確 定合適的能量密度。 當(dāng)然，能量密度的確定方法不限定于例示的方法。 此外，在圖4A中不加熱支撐襯底13而照射激光束，但是，優(yōu)選如圖4B那樣在加熱 支撐襯底13的同時(shí)照射激光束。 就是說(shuō)，當(dāng)在加熱支撐襯底的狀態(tài)下照射激光束時(shí)，單晶半導(dǎo)體層也受到加熱。
當(dāng)單晶半導(dǎo)體層處于加熱狀態(tài)時(shí)，由于熔化的單晶半導(dǎo)體層的冷卻速度變慢，所 以可以增長(zhǎng)單晶半導(dǎo)體層的熔化時(shí)間。 由于單晶半導(dǎo)體層的熔化時(shí)間越長(zhǎng)，氧的擴(kuò)散系數(shù)高的熔化狀態(tài)的保持時(shí)間越長(zhǎng)，所以可以進(jìn)一步促進(jìn)氧的外方擴(kuò)散。 因此，通過(guò)在加熱SOI襯底的支撐襯底的狀態(tài)下照射激光束，可以增強(qiáng)由激光束 的照射帶來(lái)的氧的外方擴(kuò)散的促進(jìn)效果，所以是優(yōu)選的。 當(dāng)支撐襯底的溫度是50(TC以上時(shí)，與不加熱支撐襯底的情況相比，可以減少氧。
此外，支撐襯底的溫度越高，越可以使熔化狀態(tài)的半導(dǎo)體的冷卻速度變慢，因此， 支撐襯底的溫度優(yōu)選高。 此外，即使半導(dǎo)體層處于固相狀態(tài)，如果溫度高，也多少會(huì)發(fā)生氧的外方擴(kuò)散，因
此可以說(shuō)進(jìn)一步促進(jìn)了氧的外方擴(kuò)散。(參見(jiàn)圖4A的虛線80) 但是，當(dāng)支撐襯底的溫度成為支撐襯底的熔點(diǎn)以上時(shí)，支撐襯底會(huì)熔化。 此外，當(dāng)支撐襯底的溫度成為支撐襯底的應(yīng)變點(diǎn)溫度以上時(shí)，支撐襯底會(huì)變形。 因此，支撐襯底的溫度范圍的上限值優(yōu)選選自低于支撐襯底的熔點(diǎn)的溫度、或者
低于支撐襯底的應(yīng)變點(diǎn)溫度的值中。 但是，在單晶半導(dǎo)體層是硅的情況下，由于硅的熔點(diǎn)是1414t:，所以即使支撐襯底 的耐熱溫度(熔點(diǎn)、應(yīng)變點(diǎn)溫度等)是1414t:以上，也需要將支撐襯底的溫度設(shè)定為低于 1414t:的溫度。(就是說(shuō)，支撐襯底的溫度范圍的上限值是低于單晶半導(dǎo)體層的熔點(diǎn)的溫 度。) 注意，支撐襯底的溫度范圍的上限值可以選自60(TC以下(或低于60(TC )、650°C 以下(或低于650°C ) 、700°C以下(或低于700°C ) 、750°C以下(或低于750°C ) 、800°C以 下(或低于800°C ) 、850°C以下(或低于850°C ) 、900°C以下(或低于900°C ) 、950°C以下 (或低于950。C )、1000。C以下(或低于IOO(TC )、1050。C以下(或低于1050°C )、1100。C以 下(或低于110(TC)、115(TC以下(或低于115(TC)、120(TC以下(或低于1200°C ) 、 1250°C 以下(或低于1250°C )、130(TC以下(或低于1300°C )、135(TC以下(或低于1350°C )、以 及140(TC以下(或低于1400°C )中。注意，低于xt:意味著比xt:低的溫度。(X是任意數(shù) 值) 注意，支撐襯底的溫度范圍的下限值可以選自50(TC以上(或高于500。C )、550°C 以上(或高于550°C ) 、600°C以上(或高于600°C ) 、650°C以上(或高于650°C ) 、700°C以 上(或高于700°C ) 、750°C以上(或高于750°C ) 、800°C以上(或高于800°C ) 、850°C以上 (或高于850°C ) 、900°C以上(或高于900°C ) 、950°C以上(或高于950°C ) 、 IOO(TC以上(或 高于IOO(TC )、1050。C以上(或高于1050°C )、110(TC以上(或高于IIO(TC ) 、 1150°C以上 (或高于1150°C )、120(TC以上(或高于1200°C )、125(TC以上(或高于1250°C ) 、 1300°C以 上(或高于1300°C )、135(TC以上(或高于1350°C )中。注意，高于X。C意味著比X。C高的 溫度。(X是任意數(shù)值) 但是，支撐襯底的溫度范圍的上限值比支撐襯底的溫度范圍的下限值大。
作為支撐襯底的加熱方法，有接觸加熱、通過(guò)光照射的加熱、誘導(dǎo)加熱等方法。
接觸加熱是通過(guò)加熱裝載襯底的載物臺(tái)等來(lái)加熱與載物臺(tái)等接觸的襯底的方法。
因此，通過(guò)使用接觸加熱，可以加熱任何種類(lèi)的支撐襯底。 另一方面，通過(guò)光照射的加熱是對(duì)襯底照射被襯底吸收的波長(zhǎng)的光來(lái)使襯底發(fā)熱 的方法。 因此，在使用通過(guò)光照射的加熱的情況下，必須要選擇支撐襯底的種類(lèi)和光的波
13長(zhǎng)。 作為通過(guò)光照射的加熱，例如，使用以硅為主要成分的襯底作為支撐襯底且使用 被硅吸收的光(激光束、燈光(鎢鹵素?zé)舻?)作為光。 作為激光束(第二激光束)，可以使用與用于氧擴(kuò)散的激光束14(第一激光束)相
同的激光束。例如，以不使支撐襯底熔化的能量密度從支撐襯底一側(cè)照射。 在此情況下，從單晶半導(dǎo)體層一側(cè)照射第一激光束且從支撐襯底一側(cè)照射第二激
光束，并且使第一激光束的照射區(qū)域的一部分和第二激光束的照射區(qū)域的一部分重疊。注
意，如果第一激光束的波長(zhǎng)和第二激光束的波長(zhǎng)不同，則可以進(jìn)行從單晶半導(dǎo)體層一側(cè)照
射第二激光束的處理。 此外，以第一激光束的掃描方向和第二激光束的掃描方向相同的方式掃描激光 束。 此外，由于第二激光束是用來(lái)保持熱的，所以優(yōu)選將第二激光束的照射區(qū)域的面 積設(shè)定為比第一激光束的照射區(qū)域的面積大。 這是因?yàn)槿缦戮壒释ㄟ^(guò)將第二激光束的照射區(qū)域的面積設(shè)定為比第一激光束的
照射區(qū)域的面積大，可以擴(kuò)大余熱范圍，因此可以擴(kuò)大能保持熔化狀態(tài)的區(qū)域。 此外，第二激光束用于照射比單晶半導(dǎo)體層厚得多的支撐襯底。 從而，作為第二激光束，優(yōu)選使用波長(zhǎng)比第一激光束長(zhǎng)的激光束。 這是因?yàn)椋?dāng)激光束的波長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)，激光束照射到離被照射物的表面深的位置。
誘導(dǎo)加熱是如下方法在交流磁場(chǎng)中放置導(dǎo)體，使導(dǎo)體產(chǎn)生渦電流，以使導(dǎo)體發(fā)熱。 因此，可以進(jìn)行誘導(dǎo)加熱的支撐襯底優(yōu)選是渦電流容易流過(guò)的導(dǎo)體。 由于渦電流容易流過(guò)的是電阻有一定程度高度的導(dǎo)體，所以在使用誘導(dǎo)加熱的情
況下，優(yōu)選使用硅片、鐵襯底、不銹鋼襯底等作為支撐襯底。 在接觸加熱中，支撐襯底達(dá)到所希望的溫度需要時(shí)間，從而，使用支撐襯底達(dá)到所 希望的溫度的時(shí)間短的通過(guò)光照射的加熱、誘導(dǎo)加熱等來(lái)可以縮短處理時(shí)間。注意，也可以 使用通過(guò)誘導(dǎo)加熱加熱導(dǎo)體且利用來(lái)自導(dǎo)體的熱導(dǎo)的加熱方法。 注意，通過(guò)使用惰性氣體氣氛(氮、稀有氣體等)作為激光束的照射氣氛，可以防 止氣氛中的氧混入，所以是優(yōu)選的。 另外，通過(guò)使用減壓氣氛(氣壓是10—3Pa以下的氣氛)作為激光束的照射氣氛，可 以防止氣氛中的氧混入，所以是優(yōu)選的。 另外，通過(guò)使用還原氣體(含有氫的氣氛、含有一氧化碳的氣氛、含有碘化氫的氣 氛等(既可只使用還原氣體，又可使用還原氣體和惰性氣體的混合氣體))作為激光束的照 射氣氛，發(fā)生還原反應(yīng)，來(lái)可以促進(jìn)氧的外方擴(kuò)散，所以是優(yōu)選的。
就是說(shuō)，優(yōu)選使激光束的照射氣氛含有還原氣體。 特別是，含有碘化氫的氣氛在具有還原作用的同時(shí)，還可以由鹵素的碘消除重金 屬等的污染，所以是優(yōu)選的。 另外，通過(guò)不但使用減壓氣氛而且使用惰性氣體氣氛；或者通過(guò)不但使用減壓氣 氛還使用還原氣氛，可以進(jìn)一步提高氧減少效果，所以是優(yōu)選的。 注意，優(yōu)選在激光束的照射之前，預(yù)先使用氟化氫溶液去掉半導(dǎo)體層的自然氧化
14膜。 這是因?yàn)槿缦戮壒首匀谎趸ば纬傻貌痪鶆颍匀绻嬖谟凶匀谎趸?，則使 激光束的照射之后的半導(dǎo)體膜的結(jié)晶狀態(tài)產(chǎn)生不均勻。并且，去掉自然氧化膜還可以防止 氧從自然氧化膜擴(kuò)散到半導(dǎo)體層中。 另一方面，為了減少步驟數(shù)目，也可以使減壓氣氛、還原氣氛、或者減壓氣氛及還 原氣氛等的氣氛含有氟化氫來(lái)代替使用氟化氫溶液。 此外，也可以使大氣氣氛、惰性氣體氣氛(稀有氣體、氮等)含有氟化氫。 當(dāng)然，還可以只使用氟化氫氣氛。 就是說(shuō)，優(yōu)選使激光束的照射氣氛含有氟化氫氣體。 由于氟化氫具有去除氧化硅膜的作用，所以可以一邊去除半導(dǎo)體層表面的自然氧 化膜一邊照射激光束，因此是優(yōu)選的。 特別是，通過(guò)將SOI襯底暴露在含有氟化氫的氣氛中一段時(shí)間后立刻連續(xù)地照射 激光束，可以在確實(shí)去除自然氧化膜后照射激光束，所以是優(yōu)選的。(由于是連續(xù)地照射激 光束，因此還可以減少步驟數(shù)目。) 注意，由于碘化氫、氟化氫等容易侵蝕金屬，所以當(dāng)將碘化氫、氟化氫等導(dǎo)入氣氛 中時(shí)，優(yōu)選預(yù)先使用藍(lán)寶石、類(lèi)金剛石碳等涂覆進(jìn)行激光束的照射的處理室內(nèi)的內(nèi)壁、載物 臺(tái)等。 此外，當(dāng)提高激光束的照射氣氛的溫度時(shí)，熔化狀態(tài)的保持時(shí)間變長(zhǎng)，所以是優(yōu)選 的。 考慮到當(dāng)支撐襯底的加熱溫度是50(TC以上時(shí)有減少氧的效果，所以優(yōu)選激光束 的照射氣氛的溫度也是500°C以上。 注意，激光束的照射氣氛的溫度范圍的上限值可以選自60(TC以下(或低于 600°C )、65(TC以下(或低于65(TC )、70(TC以下(或低于70(TC )、75(TC以下(或低于 750°C )、80(TC以下(或低于80(TC )、85(TC以下(或低于85(TC )、90(TC以下(或低于 900°C ) 、950°C以下(或低于950°C ) 、 IOO(TC以下(或低于IOO(TC ) 、 1050°C以下(或低于 1050°C )、110(TC以下(或低于IIO(TC )、115(TC以下(或低于1150°C )、120(TC以下(或 低于1200°C )、125(TC以下(或低于1250°C )、130(TC以下(或低于1300°C ) 、 1350°C以下 (或低于1350°C )、以及140(TC以下(或低于1400°C )中。注意，低于X。C意味著比X。C低 的溫度。(X是任意數(shù)值) 注意，激光束的照射氣氛的溫度范圍的下限值可以選自50(TC以上(或高于 500°C )、550。C以上(或高于550。C )、600。C以上(或高于600°C )、650。C以上(或高于 650°C )、700°C以上(或高于700。C )、750。C以上(或高于750°C ) 、800°C以上(或高于
soot: )、850°。以上(或高于8so。c )、goo。c以上(或高于goo。c )、gso。c以上(或高于
950°C )、1000。C以上(或高于IOO(TC )、1050。C以上(或高于1050°C ) 、 IIO(TC以上(或高 于1100。C)、1150。C以上(或高于1150。C)、1200。C以上(或高于1200°C ) 、 1250°C以上(或 高于1250°C ) 、 1300°C以上(或高于1300°C ) 、 1350°C以上(或高于1350°C )中。注意，高
于xt:意味著比xt:高的溫度。(x是任意數(shù)值) 但是，激光束的照射氣氛的溫度范圍的上限值比激光束的照射氣氛的溫度范圍的
下限值大。
通過(guò)上述步驟，可以形成減少了氧的SOI襯底。 注意，為了避免穿孔的發(fā)生，優(yōu)選以單晶半導(dǎo)體層的膜厚度的平均值是100nm以 上的狀態(tài)照射激光束。 但是，依照比例定律，已知單晶半導(dǎo)體層的膜厚度越薄，晶體管的特性越高。
因此，在想要將單晶半導(dǎo)體層的膜厚度設(shè)定為薄于lOOnm的情況下，優(yōu)選以lOOnm 以上的膜厚度照射激光束，并在照射激光束之后，進(jìn)行將膜厚度減薄到薄于lOOnm的薄膜 化蝕刻。(圖5A和圖5B) 注意，當(dāng)照射激光束時(shí)的單晶半導(dǎo)體層的膜厚度厚于300nm時(shí)，有時(shí)不能充分地 進(jìn)行激光束的吸收，因此，優(yōu)選照射激光束時(shí)的單晶半導(dǎo)體層的膜厚度是300nm以下。
本實(shí)施方式可以與其他全部實(shí)施方式組合實(shí)施。
實(shí)施方式2 在本實(shí)施方式中，說(shuō)明使用SOI襯底形成的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個(gè)例子。
首先，準(zhǔn)備包括支撐襯底100、設(shè)置在支撐襯底100上的接合層200、以及設(shè)置在接 合層200上的單晶半導(dǎo)體層300的SOI襯底。(圖6A) 作為支撐襯底、接合層、單晶半導(dǎo)體層，可以分別使用與實(shí)施方式1所記載的材料 相同的材料。 接下來(lái)，蝕刻單晶半導(dǎo)體層300來(lái)將其加工為島狀。 這里，形成島狀半導(dǎo)體層301、島狀半導(dǎo)體層302等。(元件分離步驟) 并且，在島狀半導(dǎo)體層301及島狀半導(dǎo)體層302上按順序形成柵極絕緣膜400、柵
電極501及柵電極502。(圖6B) 作為柵極絕緣膜，可以使用熱氧化膜、氧化硅膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧氮化硅 膜、以及鉿化合物膜等。 柵極絕緣膜既可為單層，又可為疊層。 作為柵電極，可以使用鎢、鉬、鋁、鈦、以及硅等。 柵電極既可為單層，又可為疊層。 接下來(lái)，對(duì)島狀半導(dǎo)體層301選擇性地添加第一雜質(zhì)元素來(lái)形成雜質(zhì)區(qū)域301a及 雜質(zhì)區(qū)域301b。(圖6C) 并且，對(duì)島狀半導(dǎo)體層302選擇性地添加第二雜質(zhì)元素來(lái)形成雜質(zhì)區(qū)域302a及雜 質(zhì)區(qū)域302b。(圖6C) 至于第一雜質(zhì)元素和第二雜質(zhì)元素的添加順序，無(wú)論首先進(jìn)行哪一個(gè)添加都可 以。 并且，第一雜質(zhì)元素是施主型元素(磷、砷等)和受主型元素(硼等)中的一方。
并且，第二雜質(zhì)元素是施主型元素(磷、砷等)和受主型元素(硼等)中的另一方。
注意，也可以在雜質(zhì)區(qū)域301a、雜質(zhì)區(qū)域301b、雜質(zhì)區(qū)域302a、以及雜質(zhì)區(qū)域302b 中，使用掩?；騻?cè)壁等形成LDD區(qū)域。 接下來(lái)，在柵電極上形成層間絕緣膜600，在層間絕緣膜600中形成接觸孔，在層 間絕緣膜600上形成通過(guò)接觸孔電連接到半導(dǎo)體層及柵電極的布線701a至701c及布線 702a至702c。(圖7A、圖7B) 注意，圖7A和圖7B是不同部位的截面圖。
并且，柵電極和布線的接觸部分是在柵電極下不存在半導(dǎo)體層的部分。(圖7B)
作為層間絕緣膜，可以使用氧化硅膜、氮化硅膜、含有氮的氧化硅膜、含有氧的氮 化硅膜、聚酰亞胺、丙烯、硅氧烷聚合物等。
層間絕緣膜既可為單層，又可為疊層。 作為布線，可以使用鋁、鈦、鉬、鴇、金、銀、以及銅等的金屬、或者ITO(氧化銦錫) 等的透明導(dǎo)電物。 布線既可為單層，又可為疊層。 本實(shí)施方式可以與其他全部實(shí)施方式組合實(shí)施。 實(shí)施方式3 在本實(shí)施方式中，說(shuō)明使用SOI襯底形成的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個(gè)例子。
首先，準(zhǔn)備包括支撐襯底1100、設(shè)置在支撐襯底1100上的接合層1200、以及設(shè)置 在接合層1200上的單晶半導(dǎo)體層1300的SOI襯底。(圖8A) 作為支撐襯底、接合層、單晶半導(dǎo)體層，可以分別使用與實(shí)施方式1所記載的材料 相同的材料。 接下來(lái)，在單晶半導(dǎo)體層1300上形成島狀掩模絕緣膜1400。(圖8B) 接下來(lái)，以掩模絕緣膜1400為掩模，將單晶半導(dǎo)體層1300蝕刻成島狀。(形成島
狀半導(dǎo)體層1301、島狀半導(dǎo)體層1302等)(圖8C，元件分離步驟) 接下來(lái)，在掩模絕緣膜1400上形成絕緣膜，通過(guò)回蝕刻或研磨絕緣膜形成填充島 狀半導(dǎo)體層之間的填埋絕緣膜1500。(圖9A) 這里，作為掩模絕緣膜1400及填埋絕緣膜1500，可以使用氧化硅膜、氮化硅膜、氮 氧化硅膜、以及氧氮化硅膜等。 注意，為了將掩模絕緣膜1400用作形成填埋絕緣膜1500時(shí)的蝕刻停止層，優(yōu)選使 用不同的材料的膜形成掩模絕緣膜1400和填埋絕緣膜1500。
接下來(lái)，去除掩模絕緣膜1400。(圖9B) 接下來(lái)，在島狀半導(dǎo)體層1301上形成柵極絕緣膜1601，同時(shí)在島狀半導(dǎo)體層1302 上形成柵極絕緣膜1602。(圖9C) 作為柵極絕緣膜，可以使用熱氧化膜、氧化硅膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧氮化硅 膜、以及鉿化合物膜等。 柵極絕緣膜既可為單層，又可為疊層。 接下來(lái)，在柵極絕緣膜上形成以硅為主要成分的柵電極1701及以硅為主要成分 的柵電極1702。(圖10A) 優(yōu)選對(duì)以硅為主要成分的柵電極添加施主型元素或受主型元素來(lái)降低電阻。
注意，如圖IOA那樣，當(dāng)形成柵電極時(shí)，同時(shí)蝕刻?hào)艠O絕緣膜來(lái)形成柵極絕緣膜 1601和柵極絕緣膜1602。 此外，柵電極形成在與島狀半導(dǎo)體層重疊的位置及與填埋絕緣膜重疊的位置上。
另一方面，填埋絕緣膜1500形成為具有與島狀半導(dǎo)體層大概相同的膜厚度。
從而，由于存在著填埋絕緣膜，所以島狀半導(dǎo)體層的邊緣的臺(tái)階緩和，因此可以防 止柵電極和島狀半導(dǎo)體層之間的短路，該短路是由起因于島狀半導(dǎo)體層的邊緣的臺(tái)階的柵 極絕緣膜的斷開(kāi)造成的。
注意，島狀半導(dǎo)體層的邊緣是圖15中的虛線18001及虛線18002所示的部分。
圖15表示島狀半導(dǎo)體層11301、形成在島狀半導(dǎo)體層11301周?chē)奶盥窠^緣膜 11500、布置在與島狀半導(dǎo)體層11301及填埋絕緣膜11500重疊的位置上的柵電極11701、島 狀半導(dǎo)體層11301和布線的接觸區(qū)域12401a及接觸區(qū)域12401b、以及柵電極和布線的接觸 區(qū)域12401c。 接下來(lái)，對(duì)柵電極1701 、柵電極1702、島狀半導(dǎo)體層1301 、島狀半導(dǎo)體層1302進(jìn)行 氧化來(lái)形成氧化膜1801及氧化膜1802。(圖10B) 注意，既可形成氮化膜代替氧化膜，又可形成同時(shí)進(jìn)行過(guò)氧化和氮化的絕緣膜。
接下來(lái)，對(duì)島狀半導(dǎo)體層1301在其淺處將受主型元素(硼)選擇性地添加，來(lái)形 成低濃度雜質(zhì)區(qū)域1311a及低濃度雜質(zhì)區(qū)域1311b。(圖10C) 接下來(lái)，對(duì)島狀半導(dǎo)體層1302在其淺處將施主型元素(砷)選擇性地添加，來(lái)形 成低濃度雜質(zhì)區(qū)1312a及低濃度雜質(zhì)區(qū)域1312b。(圖10C) 這里，添加砷而不添加磷的理由在于為了抑制活化處理時(shí)的熱擴(kuò)散，需要使用擴(kuò) 散系數(shù)低的元素。 如果熱擴(kuò)散無(wú)關(guān)緊要，就也可以使用磷。 至于施主型元素和受主型元素的添加順序，無(wú)論首先進(jìn)行哪一個(gè)添加都可以。
接下來(lái)，形成覆蓋柵電極1701的側(cè)壁形成用絕緣膜1901、覆蓋柵電極1702的側(cè)壁 形成用絕緣膜1902、設(shè)置在側(cè)壁形成用絕緣膜1901及側(cè)壁形成用絕緣膜1902上的側(cè)壁形 成用絕緣膜1903。(圖11A) 接下來(lái)，回蝕刻側(cè)壁形成用絕緣膜形成側(cè)壁1901a至1901b、側(cè)壁1902a至1902b、 以及側(cè)壁1903a至1903b。(圖11B) 注意，側(cè)壁1901a至1901b是蝕刻側(cè)壁形成用絕緣膜1901形成的，側(cè)壁1902a至 1902b是蝕刻側(cè)壁形成用絕緣膜1902形成的，并且側(cè)壁1903a至1903b是蝕刻側(cè)壁形成用 絕緣膜1903形成的。 作為側(cè)壁形成用絕緣膜，可以使用氧化硅膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜、以及氧氮化
硅膜等。 注意，為了將形成在柵電極1701的側(cè)面的側(cè)壁的寬度形成為大于形成在柵電極 1702的側(cè)面的側(cè)壁的寬度，將側(cè)壁形成用絕緣膜1901的膜厚度形成為厚于側(cè)壁形成用絕 緣膜1902的膜厚度。 并且，為了將形成在柵電極1701的側(cè)面的側(cè)壁的截面形狀形成為L(zhǎng)字形狀，作為 側(cè)壁形成用絕緣膜1903的材料和側(cè)壁形成用絕緣膜1901的材料使用不同的材料。
通過(guò)將側(cè)壁形成用絕緣膜1901的膜厚度形成為厚于側(cè)壁形成用絕緣膜1902的膜 厚度，并且通過(guò)作為側(cè)壁形成用絕緣膜1903的材料和側(cè)壁形成用絕緣膜1901的材料分別 使用不同的材料，側(cè)壁形成用絕緣膜1903成為掩模，形成在柵電極1701的側(cè)面的側(cè)壁的截 面形狀成為L(zhǎng)字形狀，從而可以擴(kuò)大側(cè)壁的寬度。 就是說(shuō)，通過(guò)將側(cè)壁形成用絕緣膜1901的膜厚度形成為厚于側(cè)壁形成用絕緣膜 1902的膜厚度，并且通過(guò)作為側(cè)壁形成用絕緣膜1903的材料和側(cè)壁形成用絕緣膜1901的 材料分別使用不同的材料，可以在同一個(gè)回蝕刻步驟中形成寬度不同的側(cè)壁。
接下來(lái)，去除露出的氧化膜1801及氧化膜1802。(圖11C)的回蝕刻以去除露出的氧化膜1801及氧化膜1802時(shí)使柵電極 的頂部突出的條件進(jìn)行蝕刻。(參見(jiàn)圖11C的虛線S001、虛線8002) 通過(guò)使柵電極的頂部突出且使柵電極的側(cè)面部分露出，可以在后續(xù)的硅化步驟中 促進(jìn)柵電極的硅化。 具體來(lái)說(shuō)，由于柵電極的頂部是突出的，其與金屬膜接觸的面積變大，所以促進(jìn)硅 化，因此可以將硅化物區(qū)域的膜厚度形成為厚。 注意，如圖15中的虛線18003所示那樣，柵電極的接觸部分形成在離與島狀半導(dǎo) 體層重疊的位置遠(yuǎn)的位置，因此，將硅化物區(qū)域的膜厚度形成為厚來(lái)降低柵電極的電阻是 優(yōu)選的。 接下來(lái)，對(duì)島狀半導(dǎo)體層1301選擇性地添加受主型元素(硼)來(lái)形成高濃度雜質(zhì) 區(qū)域1321a及高濃度雜質(zhì)區(qū)域1321b。(圖12A) 并且，對(duì)島狀半導(dǎo)體層1302選擇性地添加施主型元素(砷)來(lái)形成高濃度雜質(zhì)區(qū) 域1322a及高濃度雜質(zhì)區(qū)域1322b。(圖12A) 這里，添加砷而不添加磷的理由在于為了抑制活化處理時(shí)的熱擴(kuò)散，需要使用擴(kuò) 散系數(shù)低的元素。 作為施主型元素和受主型元素的添加順序，無(wú)論首先進(jìn)行哪一個(gè)添加都可以。
如果熱擴(kuò)散無(wú)關(guān)緊要，就也可以使用磷。
接下來(lái)，進(jìn)行活化處理。(圖12B) 活化處理會(huì)產(chǎn)生熱擴(kuò)散，而導(dǎo)致雜質(zhì)元素的擴(kuò)散。(參見(jiàn)圖12B的虛線8011a至 8011b、以及虛線8012a至8012b) 通過(guò)對(duì)側(cè)壁的寬度短的晶體管預(yù)先添加擴(kuò)散系數(shù)低的砷，使回繞的距離變短，因 此可以防止由回繞導(dǎo)致LDD區(qū)域消失。(參見(jiàn)圖12B的虛線8011a至8011b、以及虛線8012a 至8012b等) 接下來(lái)，形成金屬膜2000，并進(jìn)行加熱處理來(lái)形成硅化物區(qū)域2001a至2001c及硅
化物區(qū)域2002a至2002c。(圖12C) 作為金屬膜，可以使用鈷、鎳、鎢等。 這里，通過(guò)使柵電極的頂部突出，可以將硅化物區(qū)域的膜厚度形成為厚。 通過(guò)將硅化物區(qū)域的膜厚度形成為厚，可以降低柵電極的電阻。 接下來(lái)，去除金屬膜2000，在柵電極1701上及柵電極1702上形成層間絕緣膜
2100，并且在層間絕緣膜2100上的柵電極1702上選擇性地形成層間絕緣膜2200。(圖13A) 接下來(lái)，以層間絕緣膜2200為掩模，回蝕刻層間絕緣膜2100來(lái)形成側(cè)壁2101a及
側(cè)壁2101b。(圖13B) 接下來(lái)，在柵電極1702上選擇性地形成層間絕緣膜2101，并且在層間絕緣膜2101 及層間絕緣膜2200上形成層間絕緣膜2300。(圖13C) 作為層間絕緣膜，可以使用氧化硅膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧氮化硅膜、聚酰亞 胺、丙烯、硅氧烷聚合物等。 注意，由于以層間絕緣膜2200為掩?；匚g刻層間絕緣膜2100，所以層間絕緣膜 2200和層間絕緣膜2100優(yōu)選分別使用不同的材料。 此外，當(dāng)使用具有拉伸應(yīng)力的膜形成設(shè)置在N溝道型晶體管上的層間絕緣膜，并
19且使用具有壓縮應(yīng)力的膜形成設(shè)置在P溝道型晶體管上的層間絕緣膜時(shí)，N溝道型晶體管 及P溝道型晶體管的特性值提高。 因此，優(yōu)選使用具有拉伸應(yīng)力的膜作為層間絕緣膜2100，并且使用具有壓縮應(yīng)力 的膜作為層間絕緣膜2200。(但是，層間絕緣膜2100的拉伸應(yīng)力的值小于層間絕緣膜2200 的壓縮應(yīng)力的值。) 接下來(lái)，在層間絕緣膜中形成接觸孔，并且在層間絕緣膜上形成通過(guò)接觸孔連接 到晶體管的布線2401a至2401c及布線2402a至2402c。(圖14A)
注意，圖14A和圖14B是不同部位的截面圖。 并且，柵電極和布線的接觸部分是在柵電極下不存在半導(dǎo)體層的部分。(圖14B)
作為布線，可以使用鋁、鈦、鉬、鎢、金、銀、以及銅等的金屬、或者ITO(氧化銦錫) 等的透明導(dǎo)電物。 布線既可為單層，又可為疊層。 本實(shí)施方式可以與其他全部實(shí)施方式組合實(shí)施。 實(shí)施例1 本發(fā)明人準(zhǔn)備多個(gè)包括支撐襯底、形成在支撐襯底上的絕緣層(接合層)、以及形 成在絕緣層(接合層)上的單晶半導(dǎo)體層的SOI結(jié)構(gòu)的樣品，對(duì)這些樣品進(jìn)行SIMS分析 (二次離子質(zhì)量分析)，并進(jìn)行測(cè)量單晶半導(dǎo)體層中的氧濃度的實(shí)驗(yàn)。
(第一說(shuō)明樣品的制造方法) 首先，通過(guò)在含有氯化氫的氣氛中以950°C的溫度進(jìn)行熱氧化，在硅片的表面上以 100nm的膜厚度形成熱氧化膜。 接下來(lái)，對(duì)形成有熱氧化膜的硅片使用不進(jìn)行質(zhì)量分離的離子摻雜法添加氫。
注意，使用氫氣體作為摻雜氣體，并將加速電壓設(shè)定為50kV進(jìn)行離子摻雜。
接下來(lái)，準(zhǔn)備由玻璃襯底(旭硝子株式會(huì)社、AN100襯底)構(gòu)成的支撐襯底。
并且，在清潔支撐襯底的表面和熱氧化膜的表面之后，貼合支撐襯底的表面和熱 氧化膜的表面。 接下來(lái)，通過(guò)在20(TC的溫度下進(jìn)行兩個(gè)小時(shí)的加熱處理(提高接合的強(qiáng)度)，接
著在60(TC的溫度下進(jìn)行兩個(gè)小時(shí)的加熱處理(形成裂縫)來(lái)形成SOI襯底。 然后，通過(guò)干蝕刻法回蝕刻SOI襯底的單晶半導(dǎo)體層的表面。 回蝕刻后的SOI襯底的單晶半導(dǎo)體層的膜厚度的平均值是105nm。 注意，單晶半導(dǎo)體層的膜厚度的平均值是通過(guò)使用光學(xué)膜厚測(cè)量?jī)x(NanoSpec)
測(cè)量多個(gè)地方，根據(jù)多個(gè)地方的平均值算出的。 并且，形成多個(gè)通過(guò)與以上步驟相同的步驟得到的樣品。[第二說(shuō)明樣品的種類(lèi)] 參考樣品是不照射激光束的樣品。 第一樣品是不加熱支撐襯底而對(duì)單晶半導(dǎo)體層照射激光束的樣品。 第二樣品是在將支撐襯底的溫度設(shè)定為30(TC的狀態(tài)下對(duì)單晶半導(dǎo)體層照射激光
束的樣品。 第三樣品是在將支撐襯底的溫度設(shè)定為50(TC的狀態(tài)下對(duì)單晶半導(dǎo)體層照射激光 束的樣品。
注意，激光束的照射氣氛是氮?dú)鈿夥铡?br> 此外，作為激光器使用受激準(zhǔn)分子激光器。
此外，當(dāng)照射激光束時(shí)，進(jìn)行部分熔化。 此外，通過(guò)加熱與支撐襯底接觸的載物臺(tái)來(lái)對(duì)支撐襯底進(jìn)行接觸加熱。
[第三說(shuō)明SIMS測(cè)量結(jié)果] 為了測(cè)量參考樣品(沒(méi)照射激光束)、第一樣品(照射激光束(室溫))、第二樣品(照射激光束(300°C ))、以及第三樣品(照射激光束(500°C ))的單晶半導(dǎo)體層中的氧濃度，進(jìn)行SIMS分析(二次離子質(zhì)量分析)。 圖16表示參考樣品(沒(méi)照射激光束)、第一樣品(照射激光束(室溫))、第二樣品(照射激光束(300°C ))、以及第三樣品(照射激光束(50(TC))的SMS測(cè)量結(jié)果。[O359] 此外，圖17表示參考樣品(沒(méi)照射激光束)和第一樣品(照射激光束(室溫))的比較曲線。 此外，圖18表示第一樣品(照射激光束(室溫))、第二樣品(照射激光束(30(TC))、以及第三樣品(照射激光束(50(TC))的比較曲線。 在圖16至圖18中，曲線20000是參考樣品(沒(méi)照射激光束)的測(cè)量結(jié)果，曲線20001是第一樣品(照射激光束(室溫))的測(cè)量結(jié)果，曲線20002是第二樣品(照射激光束(300°C ))的測(cè)量結(jié)果，曲線20003是第三樣品(照射激光束(500°C ))的測(cè)量結(jié)果。
注意，在圖16至圖18的曲線中，附圖標(biāo)記相同的曲線是根據(jù)相同數(shù)據(jù)的曲線。
此外，在圖16至圖18中，lE+n(n是自然數(shù))意味著10的n次方。
[第四說(shuō)明考察] 首先，說(shuō)明圖16至圖18的曲線的理解方法。 在通過(guò)SIMS分析檢出的氧濃度中，由于單晶半導(dǎo)體層的表面附近(圖中的膜厚度在0nm至20nm的范圍內(nèi))及單晶半導(dǎo)體層和接合層的界面附近(圖中的膜厚度在80nm至105nm的范圍內(nèi))通常是測(cè)量精度低的區(qū)域，所以當(dāng)比較單晶半導(dǎo)體層中的氧濃度時(shí)不能作為參考。 作為測(cè)量精度低的原因，可以舉出撞擊作用的影響、單晶半導(dǎo)體層表面的凹凸的影響、以及單晶半導(dǎo)體層表面的污染的影響等。(作為污染的原因，可以認(rèn)為是SIMS裝置位于清潔氣氛的無(wú)塵室的外邊，為了進(jìn)行SIMS分析將樣品拿出到清潔氣氛的外邊的緣故。)
因此，優(yōu)選比較圖中的膜厚度在20nm至80nm的范圍內(nèi)的氧濃度。
首先，由比較沒(méi)有照射激光束的參考樣品和照射過(guò)激光束的第一至第三樣品可知，通過(guò)至少照射激光束，可以使氧濃度減少。(參見(jiàn)圖16) 尤其是，由于即使當(dāng)比較沒(méi)有照射激光束的參考樣品和在室溫下照射過(guò)激光束的第一樣品時(shí)，第一樣品的氧濃度也比參考樣品減少，所以可知即使不加熱襯底也可以獲得氧濃度減少的效果。(參見(jiàn)圖16和圖17) 接下來(lái)，比較第一樣品(照射激光束(室溫))、第二樣品(照射激光束(30(TC))、以及第三樣品(照射激光束(500°C ))。(參見(jiàn)圖16和圖18) 第一樣品(照射激光束(室溫))和第二樣品(照射激光束(300°C ))之間的氧濃度的差別不大。 另一方面，在對(duì)第一樣品(照射激光束(室溫))和第三樣品(照射激光束
21(500°C ))進(jìn)行比較時(shí)，第三樣品(照射激光束(500°C ))的氧濃度減少。 由此可知，至少當(dāng)在使支撐襯底的溫度是50(TC的狀態(tài)下照射激光束時(shí)，氧濃度減少。 根據(jù)以上結(jié)果，本發(fā)明人認(rèn)為通過(guò)照射激光束的氧濃度減少的理由在于單晶半
導(dǎo)體層變成氧的擴(kuò)散系數(shù)高的熔化狀態(tài)而促進(jìn)氧的外方擴(kuò)散，結(jié)果使氧濃度減少。 此外，根據(jù)在30(TC的襯底加熱中氧的減少不顯著而在50(TC的襯底加熱中氧的
減少顯著，本發(fā)明人認(rèn)為擴(kuò)散系數(shù)高的熔化狀態(tài)的保持時(shí)間越長(zhǎng)，氧的外方擴(kuò)散越得到促進(jìn)。 因此，由于襯底加熱的溫度越高，熔化狀態(tài)的保持時(shí)間越長(zhǎng)是顯而易見(jiàn)的，所以很
顯然，當(dāng)進(jìn)行高于50(TC的溫度的襯底加熱時(shí)，可以進(jìn)一步促進(jìn)氧的減少。 從而，可以說(shuō)通過(guò)至少照射激光束產(chǎn)生氧的外方擴(kuò)散，而可以減少氧濃度。 此外，可以說(shuō)通過(guò)一邊在50(TC以上的溫度下加熱一邊照射激光束，可以促進(jìn)氧的
外方擴(kuò)散。[第五說(shuō)明關(guān)于離子摻雜法] 制造樣品時(shí)使用的硅片是將氧濃度控制為1.0X10^至2.0Xl(Aitom/ci^的硅片。 但是，參考樣品的單晶半導(dǎo)體層中的氧濃度顯示高于2.0X10"atom/cn^的值。
因此，在SOI襯底的制造步驟中氧濃度上升是顯而易見(jiàn)的。 氧濃度上升的原因之一在于使用不進(jìn)行質(zhì)量分離的離子摻雜法添加氫的步驟。
就是說(shuō)，在不進(jìn)行質(zhì)量分離的情況下，將存在于離子摻雜的處理室內(nèi)的氣氛中的所有元素離子化而摻雜。 并且，由于在大氣中存在有大量的氧，所以將處理室內(nèi)的氣氛控制為完全不使氧混入到處理室內(nèi)有困難。 從而，在使用不進(jìn)行質(zhì)量分離的離子摻雜法添加氫的情況下，同時(shí)將氧也摻雜到單晶半導(dǎo)體層中。 本說(shuō)明書(shū)根據(jù)2008年12月15日在日本專(zhuān)利局受理的日本專(zhuān)利申請(qǐng)編號(hào)2008-318377而制作，所述申請(qǐng)內(nèi)容包括在本說(shuō)明書(shū)中。
權(quán)利要求
一種SOI襯底的制造方法，包括以下步驟形成具有支撐襯底、設(shè)置在所述支撐襯底上的含有氧的接合層、以及設(shè)置在所述含有氧的接合層上的單晶半導(dǎo)體層的SOI結(jié)構(gòu)；以及在以500℃以上且低于所述支撐襯底的熔點(diǎn)的溫度加熱所述支撐襯底的狀態(tài)下，通過(guò)照射激光束使所述單晶半導(dǎo)體層的一部分熔化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的SOI襯底的制造方法， 其中所述激光束的照射氣氛是減壓氣氛。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的SOI襯底的制造方法， 其中所述激光束的照射氣氛含有還原氣體。
4 . 根據(jù)權(quán)利要求1所述的SOI襯底的制造方法， 其中所述激光束的照射氣氛含有氟化氫氣體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的S0I襯底的制造方法，其中在形成所述SOI結(jié)構(gòu)之后且在照射所述激光束之前，將所述SOI結(jié)構(gòu)暴露于包含 氟化氫氣體的氣氛內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的SOI襯底的制造方法，其中當(dāng)發(fā)射所述激光束時(shí)，通過(guò)光照射和誘導(dǎo)加熱中的一方來(lái)加熱所述支撐襯底。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的SOI襯底的制造方法，其中所述單晶半導(dǎo)體層是使用不進(jìn)行質(zhì)量分離的離子摻雜法在單晶半導(dǎo)體襯底中形 成脆弱區(qū)域之后對(duì)所述脆弱區(qū)域進(jìn)行加熱處理來(lái)分離所述單晶半導(dǎo)體襯底的一部分而形 成的。
8. —種使用根據(jù)權(quán)利要求1所述的SOI襯底形成半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
9. 一種SOI襯底的制造方法，包括以下步驟形成具有支撐襯底、設(shè)置在所述支撐襯底上的含有氧的接合層、以及設(shè)置在所述含有氧的接合層上的單晶半導(dǎo)體層的SOI結(jié)構(gòu)；以及在以50(TC以上且低于所述支撐襯底的熔點(diǎn)的溫度加熱所述支撐襯底的狀態(tài)下，通過(guò) 照射激光束使所述單晶半導(dǎo)體層的一部分熔化， 其中，所述單晶半導(dǎo)體層與所述接合層不接觸。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的SOI襯底的制造方法， 其中所述激光束的照射氣氛是減壓氣氛。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的SOI襯底的制造方法， 其中所述激光束的照射氣氛含有還原氣體。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的SOI襯底的制造方法， 其中所述激光束的照射氣氛含有氟化氫氣體。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的SOI襯底的制造方法，其中在形成所述SOI結(jié)構(gòu)之后且在照射所述激光束之前，將所述SOI結(jié)構(gòu)暴露于包含 氟化氫氣體的氣氛內(nèi)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的SOI襯底的制造方法，其中當(dāng)發(fā)射所述激光束時(shí)，通過(guò)光照射和誘導(dǎo)加熱中的一方來(lái)加熱所述支撐襯底。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的S0I襯底的制造方法，其中所述單晶半導(dǎo)體層是使用不進(jìn)行質(zhì)量分離的離子摻雜法在單晶半導(dǎo)體襯底中形 成脆弱區(qū)域之后對(duì)所述脆弱區(qū)域進(jìn)行加熱處理來(lái)分離所述單晶半導(dǎo)體襯底的一部分而形 成的。
16. —種使用根據(jù)權(quán)利要求9所述的SOI襯底形成半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
17. —種SOI襯底的制造方法，包括以下步驟形成具有支撐襯底、設(shè)置在所述支撐襯底上的含有氧的接合層、以及設(shè)置在所述含有氧的接合層上的單晶半導(dǎo)體層的SOI結(jié)構(gòu)； 回蝕刻所述單晶半導(dǎo)體層；以及在以500°C以上且低于所述支撐襯底的熔點(diǎn)的溫度加熱所述支撐襯底的狀態(tài)下，通過(guò) 照射激光束使所述單晶半導(dǎo)體層的一部分熔化，其中，在回蝕刻步驟之后且在所述溶化步驟之前，所述單晶半導(dǎo)體層的厚度的平均值 為lOOnm以上。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的SOI襯底的制造方法， 其中所述激光束的照射氣氛是減壓氣氛。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的SOI襯底的制造方法， 其中所述激光束的照射氣氛含有還原氣體。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的SOI襯底的制造方法， 其中所述激光束的照射氣氛含有氟化氫氣體。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的SOI襯底的制造方法，其中在形成所述SOI結(jié)構(gòu)之后且在照射所述激光束之前，將所述SOI結(jié)構(gòu)暴露于包含 氟化氫氣體的氣氛內(nèi)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的SOI襯底的制造方法，其中當(dāng)發(fā)射所述激光束時(shí)，通過(guò)光照射和誘導(dǎo)加熱中的一方來(lái)加熱所述支撐襯底。
23. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的SOI襯底的制造方法，其中所述單晶半導(dǎo)體層是使用不進(jìn)行質(zhì)量分離的離子摻雜法在單晶半導(dǎo)體襯底中形 成脆弱區(qū)域之后對(duì)所述脆弱區(qū)域進(jìn)行加熱處理來(lái)分離所述單晶半導(dǎo)體襯底的一部分而形 成的。
24. —種使用根據(jù)權(quán)利要求17所述的SOI襯底形成半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及SOI襯底的制造方法以及半導(dǎo)體裝置的制造方法。本發(fā)明的目的在于提供一種減少SOI襯底的單晶半導(dǎo)體層中的氧濃度的方法。通過(guò)使單晶半導(dǎo)體層成為熔化狀態(tài)，來(lái)促進(jìn)氧的外方擴(kuò)散。具體來(lái)說(shuō)，形成具有支撐襯底、設(shè)置在所述支撐襯底上的含有氧的接合層、以及設(shè)置在所述含有氧的接合層上的單晶半導(dǎo)體層的SOI結(jié)構(gòu)；在將所述支撐襯底加熱到500℃以上且低于所述支撐襯底的熔點(diǎn)的溫度的狀態(tài)下，通過(guò)照射激光束使所述單晶半導(dǎo)體層部分熔化，由此制造SOI襯底。
文檔編號(hào)H01L21/70GK101752294SQ20091026214
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月15日
發(fā)明者大沼英人, 山崎舜平, 桃純平 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所