專利名稱：Soi襯底及其制造方法以及半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及SOI (Silicon on Insulator)襯底及由其制造的半導(dǎo) 體裝置。本發(fā)明特別涉及通過鍵合的SOI技術(shù)，并且涉及將單晶或多 晶半導(dǎo)體層鍵合到如玻璃等具有絕緣表面的襯底的SOI襯底及由其制造的半導(dǎo)體裝置。
技術(shù)背景目前正在開發(fā)使用被稱為絕緣體上硅片(下面也稱為SOI)的半導(dǎo)體襯底的集成電路，該半導(dǎo)體襯底在絕緣表面上設(shè)置有較薄的單晶半導(dǎo)體層而代替將單晶半導(dǎo)體錠切成薄片來制造的硅片。使用SOI襯底的集成電路因?yàn)槭咕w管的漏極和襯底之間的寄生電容降低而提 高半導(dǎo)體集成電路的性能而引人注目。作為制造SOI襯底的方法，已知?dú)潆x子注入剝離法(例如參照 專利文件1)。在氫離子注入剝離法中，通過將氫離子注入到硅片， 在離其表面有預(yù)定的深度的區(qū)域中形成微小氣泡層，并且使氫離子注 入面和另外的硅片重疊在一起，然后進(jìn)行熱處理以該微小氣泡層為解 理面來剝離，而使另外的硅片和較薄的硅層(SOI層)鍵合。除了剝 離SOI層的熱處理，還需要通過在氧氣氣氛中的熱處理來在SOI層 形成氧化膜，然后去除該氧化膜，其次在1000'C至1300'C的還原性 氣氛中進(jìn)行熱處理來提高鍵合強(qiáng)度。如此需要改善SOI層的表面的損傷層。作為使用SOI襯底的半導(dǎo)體裝置的一例，已知由本申請人申請 的發(fā)明(專利文件2)。在此情況下也示出，為了去除在SOI層中起 因于應(yīng)力的陷阱能級或缺陷，需要1050。C至1150。C的熱處理。專利文件1美國專利第6372609號專利文件2日本專利申請公開2000-12864號公報(bào) 在現(xiàn)有的SOI襯底的制造方法中，為了使襯底與SOI層的接合 堅(jiān)固且改善SOI層的表面的損傷層，需要以1000'C以上的高溫度進(jìn) 行熱處理。因此，在如用于制造液晶面板的的玻璃襯底那樣，其耐熱 溫度大約為700。C的村底上不能形成SOI層。假如通過氬離子注入剝 離法將SOI層設(shè)在玻璃襯底上，因?yàn)椴荒懿捎脼榱颂岣哝I合強(qiáng)度的高 溫的熱處理，有SOI層的鍵合強(qiáng)度欠佳的問題。發(fā)明內(nèi)容鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種SOI襯底，該SOI襯底具備即使在使用玻璃襯底等耐熱溫度低的襯底時(shí)也可以承受實(shí)際工作的SOI層。另外，本發(fā)明的目的還在于提供使用這種SOI襯底的半導(dǎo)體裝置。在具有絕緣表面的襯底或絕緣襯底和單晶半導(dǎo)體層鍵合時(shí)，對形 成鍵合的面的一方或者雙方優(yōu)選使用以有機(jī)硅烷為原材料來淀積了 的氧化硅膜。作為有機(jī)硅烷氣體，使用含有硅的化合物，如四乙氧基硅烷(TEOS; Tetraethoxysilane:化學(xué)式Si(OC2H5)4)、四甲基硅烷 (化學(xué)式Si(CH3)4)、四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS)、八甲基環(huán)四硅 氧烷(OMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)、三乙氧基硅烷(化 學(xué)式SiH(OC2H5)3)、三(二甲基氨基)硅烷(化學(xué)式SiH(N(CH3)2)3) 等。就是，在具有對具有絕緣表面的襯底或絕緣襯底鍵合單晶半導(dǎo)體 層(SOI層)的結(jié)構(gòu)的SOI襯底中，對于形成鍵合的面的一方或雙方 設(shè)置具有親水性表面的平滑的層作為鍵合面。鍵合到具有絕緣表面的襯底或絕緣襯底的SOI層通過在單晶半 導(dǎo)體襯底中形成的離子摻雜層解理來獲得。離子摻雜層通過對單晶半 導(dǎo)體襯底注入離子來形成，該離子通過使用氫、氦或以氟為代表的卣 素的氣體作為源氣體，且進(jìn)行等離子體激發(fā)來生成。注意，在本說明 書中的"將離子注入到單晶半導(dǎo)體襯底"是指將在電場中加速了的離 子照射到襯底，來使構(gòu)成該離子的元素包含于單晶半導(dǎo)體襯底中的工序。例如，作為這種工序可以舉出離子摻雜。在此情況下，優(yōu)選將一 種離子或由相同原子構(gòu)成的質(zhì)量不同的多種離子照射到單晶半導(dǎo)體襯底。當(dāng)將氫離子照射到單晶半導(dǎo)體襯底時(shí)，該氫離子優(yōu)選H3+離子的比率為高地包含H+、 H2+、 H/離子。此外，當(dāng)將離子化了的氦照射 到單晶半導(dǎo)體襯底時(shí)，即使使用不進(jìn)行質(zhì)量分離的離子摻雜，也可以實(shí)質(zhì)上只使He+離子包含于單晶半導(dǎo)體襯底中。注意，"實(shí)質(zhì)上"是指 大氣成分中的元素也被離子化且稍微包含在其中單晶半導(dǎo)體襯底的 情況。另外，在本說明書中的"離子摻雜層，，是指通過對單晶半導(dǎo)體襯 底照射離子，而形成為具有微小的空洞的脆弱化了的區(qū)域。下面將"離 子摻雜層"稱為"脆化層"。注意，在本說明書中的"進(jìn)行解理"是指在 脆化層分離單晶半導(dǎo)體襯底。通過進(jìn)行解理可以將單晶半導(dǎo)體襯底的 一部分殘留在支撐襯底上作為半導(dǎo)體層。當(dāng)鍵合從單晶半導(dǎo)體襯底被分離的單晶半導(dǎo)體層和作為支撐的 襯底時(shí)，通過使用特定氧化硅膜，可以700。C以下的溫度形成鍵合。 因此，即使使用玻璃襯底等其耐熱溫度為700。C以下的襯底，也可以 獲得與襯底堅(jiān)固地接合的SOI層。作為固定單晶半導(dǎo)體層的襯底可以使用鋁硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸 鹽玻璃、鋇硼硅酸鹽玻璃等被稱為無堿玻璃的用于電子工業(yè)中的各種 玻璃襯底。即，可以在一邊超過一米的襯底上形成單晶半導(dǎo)體層。通 過使用這種大面積襯底，不僅可以制造液晶顯示器等顯示器件，還可 以制造半導(dǎo)體集成電路。


圖1A和1B是表示SOI襯底的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖2A和2B是表示SOI襯底的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖3A至3C是說明SOI襯底的制造方法的截面圖；圖4是說明SOI襯底的制造方法的截面圖；圖5A至5C是說明SOI襯底的制造方法的截面圖;圖6A至6E是說明使用SOI襯底的半導(dǎo)體裝置的制造方法的截面圖；圖7A和7B是說明使用SOI襯底的半導(dǎo)體裝置的制造方法的截面圖；圖8是表示由SOI襯底獲得的微處理器的結(jié)構(gòu)的框圖； 圖9是表示由SOI襯底獲得的RFCPU的結(jié)構(gòu)的框圖； 圖10A至10C是說明根據(jù)實(shí)施例1的SOI襯底的制造方法的截面圖；圖11A和11B是說明根據(jù)實(shí)施例1的SOI襯底的制造方法的截面圖；圖12是SOI層的表面的整體照片；圖13A和13B是表示根據(jù)EBSP的測量數(shù)據(jù)獲得的結(jié)果的圖； 圖14是示出氫離子種的能量圖的圖； 圖15是示出離子的質(zhì)量分析結(jié)果的圖； 圖16是示出離子的質(zhì)量分析結(jié)果的圖；圖17是示出當(dāng)將加速電壓設(shè)定為80kV時(shí)的氫的深度方向的輪 廓(實(shí)測值及計(jì)算機(jī))的圖；圖18是示出當(dāng)將加速電壓設(shè)定為80kV時(shí)的氬的深度方向的輪 廓(實(shí)測值、計(jì)算機(jī)、以及擬合函數(shù))的圖；圖19是示出當(dāng)將加速電壓設(shè)定為60kV時(shí)的氬的深度方向的輪 廓(實(shí)測值、計(jì)算機(jī)、以及擬合函數(shù))的圖；圖20是示出當(dāng)將加速電壓設(shè)定為40kV時(shí)的氫的深度方向的輪 廓(實(shí)測值、計(jì)算機(jī)、以及擬合函數(shù))的圖；圖21是總結(jié)擬合參數(shù)的比率(氫原子比及氫離子種比)的圖。圖22是表示相對于深度方向的氫濃度的分布的圖表。
具體實(shí)施方式
根據(jù)本發(fā)明的SOI襯底的結(jié)構(gòu)示出于圖1A和1B。在圖1A中的 支撐襯底100為具有絕緣表面的襯底或絕緣襯底，可以應(yīng)用鋁硅酸鹽 玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃、鋇硼硅酸鹽玻璃等的用于電子工業(yè)中的各種玻璃襯底。此外還可以使用石英玻璃、硅片等半導(dǎo)體襯底。SOI層102 為單晶半島體層，典型使用單晶硅。此外，既可以使用通過氫離子注入剝離法能夠從多晶半導(dǎo)體襯底剝離的硅，又可以使用通過氫離子注 入剝離法能夠從單晶半導(dǎo)體襯底或多晶半導(dǎo)體襯底剝離的鍺。另外還 可以使用由硅鍺、鎵砷、磷化銦等化合物半導(dǎo)體成的結(jié)晶性半導(dǎo)體村 底。在這種支撐襯底100和SOI層102之間設(shè)置具有親水性的表面 的平滑的鍵合層104。作為該鍵合層104適合氧化硅膜。特別優(yōu)選的 是使用有機(jī)硅烷氣體且通過化學(xué)氣相成長法來制造的氧化硅膜。作為 有機(jī)硅烷氣體可以使用含有硅的化合物，如四乙氧基硅烷(TEOS:化 學(xué)式Si(OC2H5)4)、四甲基硅烷(化學(xué)式Si(CH3)4)、四曱基環(huán)四硅 氧烷(TMCTS)、八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)、六甲基二硅氮烷 (HMDS)、三乙氧基珪烷(化學(xué)式SiH(OC2Hs)3)、三(二甲基氨基) 硅烷(化學(xué)式SiH(N(CH3)2)3)等。上述具有親水性的表面的平滑的鍵合層104設(shè)為5nm至500nm 的厚度。該厚度可以使被淀積的膜表面(形成鍵合的面)的表面粗糙 平滑化，并且可以確保該膜的成長表面的平滑性。另外，通過設(shè)置鍵 合層104，可以緩和鍵合的襯底和SOI層的熱應(yīng)變。也可以在支撐襯 底100上設(shè)置同樣的由氧化硅膜構(gòu)成的鍵合層104。就是，當(dāng)將具有 絕緣表面的襯底或者絕緣襯底的支撐襯底100鍵合到SOI層102時(shí)， 通過對于形成支撐襯底100的鍵合的面和形成SOI層102的鍵合的面 的一方或雙方設(shè)置由以有機(jī)硅烷為原材料且淀積了的氧化硅膜構(gòu)成 的鍵合層104，可以使支撐襯底100和SOI層102堅(jiān)固鍵合。圖1B表示在支撐村底100上設(shè)置阻擋層125和鍵合層104的結(jié) 構(gòu)。當(dāng)將SOI層102鍵合到支撐襯底100時(shí)，通過設(shè)置阻擋層125， 可以防止如堿金屬或堿土金屬那樣的可動(dòng)離子等雜質(zhì)從用作支撐襯 底100的玻璃襯底擴(kuò)散且污染SOI層102。此外，適當(dāng)?shù)卦O(shè)置支撐襯 底100—側(cè)的鍵合層104即可。圖2A和2B是根據(jù)本發(fā)明的SOI襯底的另一結(jié)構(gòu)。圖2A表示SOI層102和鍵合層104之間設(shè)有含有氮的絕緣層120的結(jié)構(gòu)。含有 氮的絕緣層120使用由選自氮化硅膜、氮氧化硅膜、或者氧氮化硅膜 中的一種構(gòu)成的單層或多種構(gòu)成的疊層來形成。例如，可以從SOI層 102 —側(cè)層疊氧氮化硅膜、氮氧化硅膜來形成含有氮的絕緣層120。 為了形成與支撐襯底100的鍵合設(shè)置鍵合層104。另一方面，優(yōu)選設(shè) 置含有氮的絕緣層120,以便防止可動(dòng)離子或水分等的雜質(zhì)擴(kuò)散到 SOI層102且污染SOI層102。另外，作為含有氮的絕緣層120，可 以適用層疊氮氧化硅膜和通過熱氧化形成的氧化硅膜來形成的層。注意，在此氧氮化硅膜是指如下膜在組成方面氧的含量比氮的 含量多且當(dāng)使用盧瑟福背散射光i普學(xué)法(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometry))以及氫前方散射法(HFS:Hydrogen Forward Scattering)測量時(shí)，作為濃度范圍，其包含50原子％至70 原子％的氧、0.5原子％至15原子Q/。的氮、25原子％至35原子％的Si、 0.1原子％至10原子％的氫。另外，氮氧化硅膜是指如下膜在組成 方面氮的含量比氧的含量多且當(dāng)使用RBS及HFS測量時(shí)，作為濃度 范圍，其包含5原子°/。至30原子％的氧、20原子％至55原子％的氮、 25原子％至35原子％的Si、 10原子％至30原子％的氫。但是，當(dāng)將 構(gòu)成氧氮化硅或氮氧化硅的原子的總計(jì)設(shè)為100原子％時(shí)，氮、氧、 Si及氫的含有比率包含在上述范圍內(nèi)。圖2B表示在支撐襯底100上設(shè)置鍵合層104的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選在支 撐襯底100和鍵合層104之間設(shè)有阻擋層125。設(shè)置阻擋層125，以 便防止如堿金屬或堿土金屬那樣的可動(dòng)離子等雜質(zhì)從用作支撐襯底 100的玻璃襯底擴(kuò)散且污染SOI層102。另外，SOI層102形成有氧 化硅膜121。該氧化硅膜121與鍵合層104形成鍵合，從而在支撐村 底100上固定SOI層102。作為氧化硅膜121優(yōu)選使用通過熱氧化而 形成的。此外，也可以使用與鍵合層104同樣使用TEOS且通過化學(xué) 氣相成長法淀積的膜。另外，作為氧化硅膜121可以使用化學(xué)氧化物。 化學(xué)氧化物可以通過利用含臭氧的水處理成為SOI層的半導(dǎo)體襯底 表面來形成。因?yàn)榛瘜W(xué)氧化物形成為反映半導(dǎo)體襯底的表面形狀，所以若半導(dǎo)體襯底平坦，則化學(xué)氧化物也平坦，因而這是優(yōu)選的。對這種SOI襯底的制造方法參照圖3A至3C和圖4進(jìn)行說明。 圖3A所示的半導(dǎo)體襯底101被清洗，并且將在電場加速了的離 子照射到半導(dǎo)體襯底101，來在離其表面有預(yù)定的深度的區(qū)域中形成 脆化層103。考慮轉(zhuǎn)置到支撐襯底的SOI層的厚度進(jìn)行離子的照射。 該SOI層為5nm至500nm，優(yōu)選為10nm至200nm的厚度?？紤]這 種厚度設(shè)定對半導(dǎo)體襯底101照射離子時(shí)的加速電壓。脆化層103通 過照射氦或以氟為代表的卣素的離子來形成。在此情況下，優(yōu)選照射 一種離子或由相同原子構(gòu)成的質(zhì)量不同的多種離子。當(dāng)照射氫離子 時(shí)，該氫離子優(yōu)選H3+離子的比率為高地包含H+、 H2+、 H/離子。通 過提高H3+離子的比率，可以提高注入效率，而可以縮短照射時(shí)間。 這樣，通過使H/離子的比率高于H+、 H2+離子的比率地進(jìn)行離子的 照射，來使半導(dǎo)體村底IOI包含多個(gè)氫離子的結(jié)構(gòu)，與不提高H/離 子的比率地進(jìn)行離子的照射的情況相比，可以用少量的離子劑量容易 地進(jìn)行分離。由于以高劑量條件照射離子，有時(shí)半導(dǎo)體襯底101的表面會(huì)變得 粗糙。因此也可以在照射離子的表面利用氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧 化硅膜等設(shè)置對于半導(dǎo)體襯底101的保護(hù)膜，其厚度為0.5nm至 200畫。其次，如圖3B所示那樣，在半導(dǎo)體襯底101的與支撐襯底形成 鍵合的面形成氧化硅膜作為鍵合層104。作為氧化硅膜，如上述那樣，的。也可以采用使用其他硅烷氣體且通過化學(xué)氣相成長法來制造的氧 化硅膜。在通過化學(xué)氣相成長法的淀積中，當(dāng)作為半導(dǎo)體襯底101使 用單晶半導(dǎo)體襯底時(shí)，采用例如350。C以下的淀積溫度，該淀積溫度 是從形成在該襯底的脆化層103不發(fā)生脫氣的溫度(作為鍵合層104 形成的氧化硅膜的表面不發(fā)生表面粗糙的溫度或在脆化層103中不發(fā) 生裂縫的溫度)。另外，當(dāng)使用單晶或多晶半導(dǎo)體襯底作為半導(dǎo)體襯 底101時(shí)，在從該襯底分離SOI層的熱處理中，釆用比鍵合層104的淀積溫度高的熱處理溫度。圖3C表示使支撐襯底100與半導(dǎo)體襯底101的鍵合層104的表 面密接，來使兩者鍵合起來的方式。對形成鍵合的面進(jìn)行充分清洗。 然后通過附著支撐襯底100和鍵合層104，由于范德瓦耳斯力的作用 形成鍵合，此外，通過壓接支撐襯底100和半導(dǎo)體襯底101,可以形 成比利用范德瓦耳斯力的鍵合還堅(jiān)固的利用氫鍵的鍵合。為了形成良好的鍵合，也可以使形成鍵合的面活化。例如，對形 成鍵合的面照射原子束或離子束。當(dāng)利用原子束或離子束時(shí)，可以使 用氬等惰性氣體中性原子束或惰性氣體離子束。另外，進(jìn)行等離子體 照射或自由基處理。通過這種表面處理，即使之后的加熱處理的溫度 為200。C至400。C，也可以容易提高異種材料之間的鍵合強(qiáng)度。中間夾著鍵合層104貼合支撐襯底100和半導(dǎo)體襯底101之后優(yōu) 選進(jìn)行加熱處理、加壓處理、或加熱處理和加壓處理。通過進(jìn)4于加熱 處理或加壓處理，可以提高鍵合強(qiáng)度。加熱處理的溫度優(yōu)選為支撐襯 底100的耐熱溫度以下且前面的離子的照射中使脆化層103包含了的 元素脫離的溫度。在加壓處理中，對于鍵合面向垂直方向施加壓力， 且考慮支撐襯底100及半導(dǎo)體襯底101的耐壓性地進(jìn)行該處理。在圖4中，將支撐襯底100和半導(dǎo)體襯底101貼^^在一起之后， 進(jìn)行熱處理，以脆化層103為解理面從支撐襯底100分離半導(dǎo)體襯底 101。熱處理的溫度優(yōu)選為鍵合層104的淀積溫度以上且支撐襯底100 的耐熱溫度以下。例如，通過進(jìn)行40(TC至600'C的熱處理，發(fā)生在 脆化層103中形成的微小空洞的體積變化，從而可以沿著脆化層103 分離。因?yàn)殒I合層104與支撐襯底100鍵合，在支撐襯底100上殘留 具有與半導(dǎo)體襯底ioi相同的結(jié)晶性的SOI層102。圖5A至5C示出在SOI襯底的制造方法中，通過在支撐襯底100 一側(cè)設(shè)置鍵合層形成SOI層的工序。圖5A示出將在電場加速了的離 子照射到形成有氧化硅膜121的半導(dǎo)體襯底101，而在離其表面有預(yù) 定的深度的區(qū)域中形成脆化層103的工序。關(guān)于氫、氦或以氟為代表 的卣素的離子的照射與圖3A的情況相同。通過在半導(dǎo)體 襯底101的表面形成氧化硅膜121,可以防止照射離子的表面受損傷而其平坦性 惡化。圖5B示出形成形成有阻擋層125及鍵合層104的支撐襯底100 和形成有氧化硅膜121的半導(dǎo)體襯底101的鍵合的工序。通過將在支 撐襯底100上的鍵合層104和半導(dǎo)體襯底101的氧化硅膜121的表面 密著，來形成鍵合。之后，如圖5C所示那樣，從支撐襯底100分離半導(dǎo)體襯底101。 與圖4的情況同樣地進(jìn)行分離半導(dǎo)體襯底101的熱處理。如此可以獲 得圖2B所示的SOI襯底。像這樣，根據(jù)本方式，可以使用玻璃襯底等的耐熱溫度為700。C 以下的襯底作為支撐襯底100，來獲得與支撐襯底100堅(jiān)固地接合的 SOI層102。作為支撐襯底100可以使用鋁硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽 玻璃、鋇硼硅酸鹽玻璃等被稱為無堿玻璃的用于電子工業(yè)中的各種玻 璃襯底。亦即，可以在一邊超過一米的襯底上形成單晶半導(dǎo)體層。通 過使用這種大面積襯底，不僅可以制造液晶顯示器等顯示器件，而且 還可以制造半導(dǎo)體集成電路。其次，對使用SOI襯底的半導(dǎo)體裝置的制造方法參照圖6A至 6E和圖7A和7B進(jìn)行說明。在圖6A中在支撐襯底100上中間夾著 鍵合層104設(shè)置有SOI層102。在SOI層102上根據(jù)元件形成區(qū)形成 氮化硅層105、氧化硅層106。氧化硅層106用作為了元件分離蝕刻 SOI層102時(shí)的硬質(zhì)掩模。氮化硅層105用作蝕刻停止層。SOI層102的膜厚度設(shè)為5nm至500nm，優(yōu)選為10nm至200nm。 通過控制在圖3A至3C中說明的脆化層103的深度，可以適當(dāng)?shù)卦O(shè) 定SOI層102的厚度。為了控制閾值電壓，對SOI層102添加硼、 鋁、鎵等p型雜質(zhì)。例如作為p型雜質(zhì)，以5xlO"cnT3以上且lxl018cnT3 以下的濃度添加硼即可。圖6B示出以氧化硅層106為掩模蝕刻SOI層102、鍵合層104 的工序。其次，對SOI層102及鍵合層104的露出端面進(jìn)行等離子體 處理來進(jìn)行氮化。通過該氮化處理，至少在SOI層102的周邊端部形成氮化硅層107。氮化硅層107具有絕緣性且具有防止在SOI層102 的端面流過漏電流的效果。此外，具有耐氧化作用，因此可以防止在 SOI層102和鍵合層104之間氧化膜從端面成長而形成鳥嘴區(qū)。圖6C示出堆積元件分離絕緣層108的工序。將使用TEOS且通 過化學(xué)氣相成長法堆積的氧化硅膜用作元件分離絕緣層108。將元件 分離絕緣層108推積得厚，以便使SOI層102埋入元件分離絕緣層 108中。圖6D示出除去元件分離絕緣層108以暴露出氮化硅層105的工 序。該除去工序既可以通過干蝕刻進(jìn)行，又可以通過化學(xué)性機(jī)械研磨 處理進(jìn)行。氮化硅層105成為蝕刻停止層。埋入SOI層102之間地殘 留元件分離絕緣層108。之后去除氮化硅層105。在圖6E中露出SOI層102之后形成柵極絕緣層109 、柵電極110 、 側(cè)壁絕緣層lll，并且形成第一雜質(zhì)區(qū)112、第二雜質(zhì)區(qū)113。絕緣層 114由氮化硅形成且用作當(dāng)蝕刻柵電極110時(shí)的硬質(zhì)掩模。在圖7A中形成層間絕緣層115。作為層間絕緣層115在形成 BPSG ( Boron Phosphorus Silicon Glass:硼磷珪玻璃)膜后由回流處 理來進(jìn)行平坦化。另外，也可以使用TEOS形成氧化硅膜且通過化學(xué) 性機(jī)械研磨處理來平坦化。在平坦化處理中，在柵電極110上的絕緣 層114用作蝕刻停止層。在層間絕緣層115中形成接觸孔116。接觸 孔116具有利用側(cè)壁絕緣層111的自對準(zhǔn)接觸的結(jié)構(gòu)。然后，如圖7B所示，使用六氟化鴒通過CVD法形成接觸插頭 117。再者形成絕緣層118,適合于接觸插頭117地形成開口且^L置布 線119。布線119由鋁或鋁合金形成，在其上層和下層形成鉬、鉻、 鈦等金屬膜作為阻擋層金屬。這樣，通過使用鍵合于支撐襯底100的SOI層102，可以制造電 場效應(yīng)晶體管。根據(jù)本方式的SOI層102因?yàn)槭蔷w取向?yàn)橐欢ǖ膯?晶半導(dǎo)體，所以可以獲得具有均勻性和高性能的電場效應(yīng)晶體管。也就是說可以抑制閾值電壓或遷移度等作為晶體管特性很重要的特性 值的不均勻，并且實(shí)現(xiàn)高移動(dòng)化等高性能化。圖8示出由SOI襯底獲得的微處理器的結(jié)構(gòu)，作為半導(dǎo)體裝置 的一例。微處理器200是如上述那樣由根據(jù)本方式的SOI襯底制造的。 該微處理器200包括計(jì)算電路(也稱為ALU:算術(shù)邏輯單元)201、 計(jì)算電路控制部(ALU控制器)202、指令譯碼部(Instruction Decoder ) 203、中斷控制部(Interrupt Controller ) 204、時(shí)序控制部(Timing Controller) 205、寄存器(Register) 206、寄存器控制部(Register Controller) 207、總線接口 (總線I/F ) 208、只讀存儲(chǔ)器(ROM) 209、以及ROM接口 (ROMI/F)210。通過總線接口 208輸入到微處理器200的指令輸入到指令譯碼部 203并且在被譯碼后，輸入到計(jì)算電路控制部202、中斷控制部204、 寄存器控制部207、時(shí)序控制部205。計(jì)算電路控制部202、中斷控制 部204、寄存器控制部207、時(shí)序控制部205根據(jù)被譯碼的指令進(jìn)行 各種控制。具體地說，計(jì)算電路控制部202產(chǎn)生用于控制計(jì)算電路201 的工作的信號。此外，中斷控制部204當(dāng)微處理器200執(zhí)行程序時(shí)， 根據(jù)其優(yōu)先度或掩模狀態(tài)來判斷而處理來自外部輸入/輸出裝置或外 圍電路的中斷要求。寄存器控制部207產(chǎn)生寄存器206的地址，并且 根據(jù)微處理器200的狀態(tài)進(jìn)行寄存器206的數(shù)據(jù)的讀取或?qū)懭?。時(shí)序 控制部205產(chǎn)生用于控制計(jì)算電路201、計(jì)算電路控制部202、指令 譯碼部203、中斷控制部204、寄存器控制部207的工作時(shí)序的信號。 例如，時(shí)序控制部205具備根據(jù)參考時(shí)鐘信號CLK1產(chǎn)生內(nèi)部時(shí)鐘信 號CLK2的內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生部，并將該內(nèi)部時(shí)鐘信號CLK2提供給上述 各種電路。注意，在圖8中示出的微處理器200只不過是將該結(jié)構(gòu)簡 化而示出的一例，實(shí)際的微處理器根據(jù)其用途具有各種各樣的結(jié)構(gòu)。這種微處理器200因?yàn)橛涉I合到具有絕緣表面的襯底或絕緣襯 底且其晶體取向?yàn)橐欢ǖ膯尉О雽?dǎo)體層(SOI層)形成集成電路，所 以不僅可以實(shí)現(xiàn)處理速度的高速化，還可以實(shí)現(xiàn)低耗電化。其次，作為具備能夠以非接觸的方式進(jìn)行發(fā)送/接收數(shù)據(jù)的計(jì)算 功能的半導(dǎo)體裝置的一例，對根據(jù)SOI襯底可以獲得的RFCPU的結(jié) 構(gòu)，參照圖9進(jìn)行說明。圖9示出以無線通訊與外部器件之間進(jìn)行信號的發(fā)送/接收來工作的計(jì)算機(jī)(下面稱為RFCPU)的一例。 RFCPU211具有模擬電路部212和數(shù)字電路部213。作為模擬電路部 212，包括具有共振電容的諧振電路214、整流電路215、恒壓電路216、 復(fù)位電路217、振蕩電路218、解調(diào)電路219、調(diào)制電路220、電源管 理電路230。數(shù)字電路部213包括RF接口 221、控制寄存器222、時(shí) 鐘控制器223、 CPU接口 224、中央處理單元(CPU ) 225、隨機(jī)存取 存儲(chǔ)器(RAM) 226、只讀存儲(chǔ)器(ROM) 227。具有這些結(jié)構(gòu)的RFCPU2U的工作是如下。根據(jù)天線228所接 收的信號通過諧振電路214產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。感應(yīng)電動(dòng)勢經(jīng)過整流電 路215充到電容部229中。電容部229優(yōu)選由陶資電容器或雙電層電 容器等電容器構(gòu)成。電容部229不需要與RFCPU211形成為一體，而 是作為另外部件，也可以安裝在構(gòu)成RFCPU211的具有絕緣表面的襯 底。復(fù)位電路217生成使數(shù)字電路部213復(fù)位的初始化的信號。例如， 生成用作復(fù)位信號的晚于電源電壓上升而啟動(dòng)的信號。振蕩電路218 根據(jù)恒壓電路216生成的控制信號，改變時(shí)鐘信號的頻率和占空比。 由低通濾波器形成的解調(diào)電路219使例如振幅偏移鍵控(ASK: Amplitude Shift Keying )方式的發(fā)送信號的振幅變動(dòng)兩值^f匕。調(diào)制電而發(fā)送。調(diào)制電路220通過改變諧振電路214的共振點(diǎn)改變通訊信號 的振幅。時(shí)鐘控制器223生成用于根據(jù)在電源電壓或中央處理單元225 中的消耗的電流而改變時(shí)鐘信號的頻率和占空比的控制信號。電源管 理電路230對電源電壓進(jìn)行監(jiān)視。從天線228輸入到RFCPU211的信號在解調(diào)電路219中被解調(diào) 之后，在RF接口 221中被分解為到控制指令和數(shù)據(jù)等。控制指令存 儲(chǔ)到控制寄存器222?？刂浦噶畎ㄗx出在只讀存儲(chǔ)器227中存儲(chǔ)的 數(shù)據(jù)；將數(shù)據(jù)寫入到隨機(jī)存取存儲(chǔ)器226;向中央處理單元225發(fā)出 的計(jì)算指令等。中央處理單元225通過接口 224訪問只讀存儲(chǔ)器227、 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器226、控制寄存器222。接口 224根據(jù)中央處理單元225所要求的地址，具有生成訪問只讀存儲(chǔ)器227、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 226、控制寄存器222中任一個(gè)的訪問信號的功能。中央處理單元225的計(jì)算方式可以采用只讀存儲(chǔ)器227存儲(chǔ)OS (叩erating system:操作系統(tǒng))，并且在啟動(dòng)的同時(shí)執(zhí)行讀出程序的 方式。此外，也可以采用以設(shè)置專用的計(jì)算電路，且通過硬件進(jìn)行計(jì) 算的處理方式。在同時(shí)使用硬件和軟件的方式中，可以適用在專用的 計(jì)算電路中進(jìn)行一部分的處理，并且使用程序由中央處理單元225進(jìn) 行其他的計(jì)算的方式。這種RFCPU211因?yàn)橛涉I合到具有絕緣表面的襯底或絕緣襯底 且其晶體取向?yàn)橐欢ǖ膯尉О雽?dǎo)體層(SOI層)形成集成電路，不僅 可以實(shí)現(xiàn)處理速度的高速化，還可以實(shí)現(xiàn)低耗電化。因此，即使使供 給電力的電容部229小型化，也可以保證長時(shí)間的工作。實(shí)施例1在本實(shí)施例中對SOI襯底的制造方法參照圖10A至10C和圖 11A和11B進(jìn)行i兌明。首先，在單晶半導(dǎo)體襯底上淀積形成絕緣膜。圖10A表示在去 除了自然氧化膜的單晶硅襯底301形成用作絕緣膜的氧氮化硅膜305 和氮氧化珪膜306的方式。使用SiH4氣體和N20氣體且通過等離子 體CVD法以100nm的厚度形成氧氮化硅膜305，并且使用SiH4氣體、 N20氣體以及NH3氣體以50nm的厚度淀積氮氧化硅膜306。然后如圖10B所示，使用離子摻雜設(shè)備對氮氧化硅膜306的表 面將氫離子添加到單晶硅襯底301。離子摻雜設(shè)備是對從源氣體生成 的離子不進(jìn)行質(zhì)量分離且在電場加速下照射到襯底的裝置。當(dāng)使用該 設(shè)備時(shí)即使采用大面積襯底，也可以高效地進(jìn)行高劑量的離子摻雜。 在本實(shí)施例中通過添加氫離子化了的氫，來在單晶硅襯底301中形成 脆化層303。注意，離子摻雜決定之后轉(zhuǎn)置到玻璃襯底上的單晶硅層的膜厚 度。因此，考慮進(jìn)行轉(zhuǎn)置的單晶硅層的膜厚度來調(diào)整當(dāng)進(jìn)行離子摻雜 時(shí)的加速電壓及劑量。例如，單晶硅層的厚度為10nm以上且50nm以下，優(yōu)選為20 nm以上且100nm以下。此外，離子摻雜的加速電 壓為20kV以上且100kV以下，優(yōu)選為20kV以上且70kV以下。劑 量為lxl0"ions/cm2以上且4xl0"ions/cm2以下，優(yōu)選為lxl016ions/cm2 以上且2.5xl0"ions/cm2以下。在本實(shí)施例中，以80kV的加速電壓且 2xl016ions/cm2的劑量進(jìn)行離子摻雜。在此情況下，優(yōu)選將一種離子或由相同原子構(gòu)成的質(zhì)量不同的多 種離子照射到單晶硅襯底301。當(dāng)將氫離子照射到單晶硅襯底301時(shí)， 該氫離子優(yōu)選包含H+、 H2+、 H3+離子，并且使H/離子的比率提高為 80%。這樣，通過使H/離子的比率高于H+、 H2+離子的比率地對單晶 硅襯底301照射離子，使單晶硅襯底301包含多量氫，可以用少量的 離子劑量在之后的工序中容易地進(jìn)行在脆化層303中的分離。在此情 況下，通過在單晶硅襯底301的離子摻雜面設(shè)置氮氧化硅膜306及氧 氮化硅膜305，可以防止由于離子摻雜導(dǎo)致的單晶硅襯底301的表面 粗糙。此外，作為在單晶半導(dǎo)體襯底上形成的絕緣膜，可以使用其厚度 為0.5nm以上且300nm以下，優(yōu)選為0.8nm以上且200nm以下的膜。 在此情況下，在加速電壓為5kV以上且100kV以下，優(yōu)選為10kV以 上且70kV以下，劑量為7xl0"ions/cm2以上且5xl0"ions/cm2以下， 優(yōu)選為8xl015ions/cm2以上且2.5xl016ions/cm2以下的條件下進(jìn)行離子 摻雜，即可。其次，如圖10C所示，在氮氧化硅膜306上形成氧化硅膜304。 氧化硅膜304通過等離子體CVD法且使用四乙氧基硅烷(TEOS:化 學(xué)式Si(OC2Hs)4)和氧氣體以50nm的厚度來淀積。淀積溫度為350'C 以下。該淀積溫度設(shè)定為不發(fā)生由于從脆化層303脫離氫而產(chǎn)生的氧 化硅膜304的表面粗糙的溫度或不發(fā)生由于從脆化層303脫離氫而產(chǎn) 生的離子摻雜層303的裂縫的溫度。圖11A表示通過使利用含有臭氧的水進(jìn)行了超音波清洗的玻璃 襯底300和單晶硅襯底301中間夾著氧化硅膜304重疊在一起,并且 執(zhí)行推壓來形成鍵合的工序。然后，在氮?dú)鈿夥罩幸?00。C進(jìn)行10分鐘的熱處理，且以500。C進(jìn)行兩個(gè)小時(shí)的熱處理，并且?guī)讉€(gè)小時(shí)之間 保持40(TC之后漸漸地冷卻到室溫。由此如圖IIB所示可以使脆化層 303產(chǎn)生裂縫來從玻璃襯底300分離單晶硅襯底301，并且可以使氧 化硅膜304和玻璃襯底300的鍵合堅(jiān)固。如此可以在玻璃襯底300上以玻璃襯底300不歪的溫度形成單晶 硅層302。在本實(shí)施例中制造的單晶硅層302與玻璃襯底300堅(jiān)固地 鍵合，即使進(jìn)行帶剝離試驗(yàn)，該硅層也不剝離。就是，可以在鋁硅酸 鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃、鋇硼硅酸鹽玻璃等被稱為無堿玻璃的用于 電子工業(yè)中的各種玻璃襯底上設(shè)置單晶硅層。亦即，可以通過使用其 一邊超過一米的大面積襯底制造各種各樣的集成電路、顯示器件。實(shí)施例2在本實(shí)施例中示出制造根據(jù)本發(fā)明的SOI襯底，然后對于該SOI 襯底的特性進(jìn)行評估的結(jié)果。下面，對本實(shí)施例中進(jìn)行評估的SOI襯底的制造方法進(jìn)行"i兌明。首先，在單晶硅襯底中通過等離子體CVD法以50nm的厚度形 成氧氮化硅膜。再者，以50nm的厚度淀積氮氧化硅膜。然后使用離子摻雜設(shè)備對氮氧化硅膜的表面將氫離子添加到單 晶硅襯底。在本實(shí)施例中通過使氫離子化且進(jìn)行添加，在單晶硅襯底 中形成脆化層。以40kV的加速電壓，且1.75xl0"ions/cm2的劑量進(jìn) 行離子摻雜。其次，在氮氧化硅膜上形成氧化硅膜。氧化硅膜通過等離子體 CVD法且使用四乙氧基硅烷(TEOS:化學(xué)式Si(OC2Hs)4)和氧氣體， 且以300。C的淀積溫度并且50nm的厚度來淀積。其次，中間夾著氧化硅膜將單晶硅襯底和玻璃襯底重疊在一起， 來形成鍵合。然后以600。C進(jìn)行20分鐘的熱處理，且以650。C進(jìn)行7 分鐘的熱處理，在脆化層形成裂縫來從玻璃襯底分離單晶硅襯底，與 此同時(shí)使氧化硅膜和玻璃襯底的鍵合堅(jiān)固。因?yàn)檠趸枘ゆI合于玻璃 襯底，在玻璃襯底上殘留具有與單晶硅襯底相同的結(jié)晶性的SOI層。圖12示出通過上述工序來獲得了的SOI層的表面的整體照片。此外圖13A和13B示出根據(jù)所獲得的SOI層的表面的背散射電 子衍射花樣(EBSP;Electron Back Scatter Diffraction Pattern )的檢 測數(shù)據(jù)可以獲得的結(jié)果。圖13A是根據(jù)SOI層的表面的EBSP的檢測數(shù)據(jù)獲得的反極圖 (IPF;inverse pole figure )，圖13B是對晶體的各面取向方位進(jìn)行彩 色編碼，并且表示IPF的配色和晶體取向(晶軸)的關(guān)系的彩色編碼 圖。根據(jù)圖13A的IPF可以知道SOI層的表面具有(100)晶向。 另外，根據(jù)圖13A的IPF地圖可以知道在SOI層不存在晶界。 這是因?yàn)閳D13A的IPF是由圖13B的彩色編碼圖的表示(100)晶向 的顏色(在彩色圖中為紅色)構(gòu)成的一個(gè)顏色的四角圖像，可以判斷 晶體取向均勻?yàn)?100)，并且不存在晶界。 實(shí)施例3在本實(shí)施例中示出制造根據(jù)本發(fā)明的SOI襯底，并且對于該SOI 襯底的特性進(jìn)行評估的結(jié)果。注意，作為特性評估的樣品使用的SOI襯底在離子摻雜工序中， 使用離子摻雜設(shè)備在加速電壓為80kV且劑量為2.0xl0"ions/cn^的情 況下對單晶硅襯底添加氫離子，來形成脆化層。此外，在單晶硅襯底 的分離工序中，以400。C進(jìn)行10分鐘的熱處理；以500'C進(jìn)行兩個(gè)小 時(shí)的熱處理；以400。C進(jìn)行兩個(gè)小時(shí)的熱處理。通過拉曼光語法檢測根據(jù)上述工序獲得了的SOI層。在拉曼光鐠法中，拉曼位移的峰波數(shù)根據(jù)結(jié)晶的種類具有固有 值。換言之，任意物質(zhì)的單晶的拉曼位移的峰波數(shù)為固有值。因此這 意味著檢測對象物的拉曼位移的峰波數(shù)與該固有值越相近，檢測對象 物的晶體結(jié)構(gòu)越相近于任意物質(zhì)的單晶。例如，沒有內(nèi)部應(yīng)力的單晶硅的拉曼位移的峰波數(shù)為520.6cirT1。這意味著檢測對象物的拉曼位移 的峰波數(shù)越相近于520.6cnT1，檢測對象物的晶體結(jié)構(gòu)越相近于單晶 硅。因此，將拉曼位移的峰波數(shù)可以用作評估結(jié)晶性的指標(biāo)。此外拉曼光鐠的半峰全寬(FWHM;Full Wodth at HalfMximum)越小，表示結(jié)晶狀態(tài)越均勻。在市場出售的單晶硅襯底的FWHM大約為2.5 cm"至3.0cnT1，并且可以評估與該值越相近，越 具有像單晶硅襯底那樣優(yōu)越的結(jié)晶性。通過拉曼光i普法檢測本實(shí)施例的SOI層，其結(jié)果是拉曼位移的 峰波數(shù)為519.8cm-1,拉曼光傳的FWHM為3.77cnT1。因此，可以知 道本實(shí)施例的SOI襯底所具有的SOI層的結(jié)晶結(jié)構(gòu)與沒有內(nèi)部應(yīng)力 的單晶硅的結(jié)晶結(jié)構(gòu)相近，并且具有像在市場出售的單晶硅襯底那樣 良好的結(jié)晶性。實(shí)施例4下面對本發(fā)明的特征之一的離子照射方法進(jìn)行考察。 在本發(fā)明中將來源于氫(H)的離子照射到單晶半導(dǎo)體襯底。更 具體而言，以氫氣體或在其組成中含有氫的氣體為原材料而使用，來產(chǎn)生氫等離子體，并且將該氫等離子體中的氫離子照射到單晶半導(dǎo)體 襯底。注意，來源于氫的離子有多種離子，下面將這種氫離子稱為氫 離子種。(氫等離子體中的離子)在如上述的氫等離子體中，存在H+、 H2+、 H3+等的氫離子種。 在此，對每個(gè)氬離子種的反應(yīng)過程(生成過程(formation processes), 消散過程(destruction processes))， 下面舉出反應(yīng)式。e + H — e + H十+ e ……(1)e + H2 ~> e + H2+ + e ……(2)e + H2 — e + (H2)* 4 e + H + H ……(3)e + H2+ ~> e + (H2+)* ~ e + H+ + H……(4)H2+ + H2 — H3+ + H ……(5)H2+ + H2 ~> H+ + H + H2 ……(6)e + H3+e + H+ + H + H ……(7)e + H3+ ~> H2 + H ……(8)e + H3~>H + H + H ……(9)圖14示出示意地表示上述反應(yīng)的一部分的能量圖。要注意的是，圖14所示的能量圖只不過是示意圖，不是嚴(yán)格地規(guī)定關(guān)于反應(yīng)的能 量的關(guān)系。(H/的生成過程)如上述那樣，H/主要通過反應(yīng)式(5)所示的反應(yīng)過程而生成。 另一方面，作為與反應(yīng)式(5)竟合的反應(yīng)，有反應(yīng)式(6)所示的反 應(yīng)過程。為了增加H3+,至少需要反應(yīng)式(5)的反應(yīng)比反應(yīng)式(6) 的反應(yīng)起得多(注意，因?yàn)樽鳛闇p少H/的反應(yīng)，也存在有反應(yīng)式(7)、 反應(yīng)式(8)、反應(yīng)式(9)，所以即使反應(yīng)式(5)的反應(yīng)多于反應(yīng) 式(6)的反應(yīng)，H/也不一定增加)。反過來，在反應(yīng)式(5)的反 應(yīng)比反應(yīng)式(6)的反應(yīng)起得少的情況下，在等離子體中的H/的比率 減少。在上述反應(yīng)式的右邊(最右邊)的生成物的增加量依賴于反應(yīng)式 的左邊(最左邊)所示的原料的密度或關(guān)于其反應(yīng)的速度系數(shù)等。在 此，通過試驗(yàn)已確認(rèn)到如下事實(shí)當(dāng)112+的動(dòng)能小于大約lleV時(shí)，反 應(yīng)式(5)的反應(yīng)成為主要反應(yīng)(即，與關(guān)于反應(yīng)式(6)的速度系數(shù) 相比，反應(yīng)式(5)的速度系數(shù)充分大)；當(dāng)112+的動(dòng)能大于大約lleV 時(shí)，反應(yīng)式(6)的反應(yīng)成為主要反應(yīng)。荷電粒子通過從電場受到力量而獲得動(dòng)能。此時(shí)，荷電粒子的動(dòng) 能的增加量對應(yīng)于荷電粒子的勢能(potential energy )的減少量。例 如，某一個(gè)荷電粒子直到與其它離子碰撞之前獲得的動(dòng)能等于在該移 動(dòng)時(shí)失去的勢能。也就是說，有如下趨勢當(dāng)在電場中荷電粒子可以 不與其它粒子碰撞地長距離移動(dòng)時(shí)，與在荷電粒子不能不與其它粒子 碰撞地長距離移動(dòng)的情況相比，荷電粒子的動(dòng)能(的平均)增高。在 粒子的平均自由路徑長的情況下，就是壓力低的情況下會(huì)發(fā)生這種荷 電粒子的動(dòng)能增大的趨勢。另夕卜，即使平均自由路徑短，也在通過在該路徑中可以獲得大動(dòng) 能的情況下，荷電粒子的動(dòng)能會(huì)變大。就是，可以說，即使平均自由 路徑短，也在移動(dòng)路經(jīng)中的兩點(diǎn)之間的電位差大的情況下，荷電粒子 所具有的動(dòng)能變大。將上述結(jié)果適用于H厶在如用于生成等離子體的處理室內(nèi)那樣， 以電場的存在為前提的情況下，當(dāng)在該處理室內(nèi)的壓力低時(shí)H/的動(dòng) 能變大，當(dāng)在該處理室內(nèi)的壓力高時(shí)H2+的動(dòng)能變小。換言之，因?yàn)樵谔幚硎覂?nèi)的壓力低的情況下反應(yīng)式(6)的反應(yīng)成為主要反應(yīng)，所 以H/有減少的趨勢，并且因?yàn)樵谔幚硎覂?nèi)的壓力高的情況下反應(yīng)式 (5)的反應(yīng)成為主要反應(yīng)，所以H/有增大的趨勢。另外，在等離子 體生成區(qū)域中的電場較強(qiáng)的情況下，即，在某兩點(diǎn)之間的電位差大的 情況下，H2+的動(dòng)能變大。在與此相反的情況下，Hz+的動(dòng)能變小。 換言之，因?yàn)樵陔妶鲚^強(qiáng)的情況下反應(yīng)式(6)的反應(yīng)成為主要反應(yīng)， 所以H/有減少的趨勢，并且因?yàn)樵陔妶鲚^弱的情況下反應(yīng)式(5)的 反應(yīng)成為主要反應(yīng)，所以H/有增加的趨勢。 (取決于離子源的差異) 在此示出離子種的比率(尤其是H/的比率)不同的一例。圖15 是表示由100%的氫氣體(離子源的壓力為4.7xlO^Pa)生成的離子的 質(zhì)量分析結(jié)果的圖表。注意，上述質(zhì)量分析通過測量從離子源引出的 離子而進(jìn)行。橫軸為離子的質(zhì)量?？v軸為光語的強(qiáng)度，其對應(yīng)于離子 的數(shù)量。在光鐠中，質(zhì)量1的峰值對應(yīng)于H+、質(zhì)量2的峰值對應(yīng)于 H2+、質(zhì)量3的峰值對應(yīng)于H3+。在圖15中，以質(zhì)量3的離子種為100 的情形中的相對比來表示質(zhì)量不同的離子種的數(shù)量。根據(jù)圖15可知由上述離子源生成的離子種的比率大約為h+: h2+ : h3+=i : i: 8。注意，也可以由離子摻雜設(shè)備獲得這種比率的離子，該離子摻雜設(shè)備由 生成等離子體的等離子體源部(離子源)和用于從該等離子體引出離 子束的引出電極等構(gòu)成。圖16是示出在使用與圖15不同的離子源的情況下，當(dāng)離子源的 壓力大約為3xl(T3Pa時(shí)，從PH3生成的離子的質(zhì)量分析結(jié)果的圖表。 上述質(zhì)量分析結(jié)果是注目于氫離子種的。此外，質(zhì)量分析通過測量從 離子源引出的離子而進(jìn)行。與圖15相同，橫軸表示離子的質(zhì)量，縱 軸為對應(yīng)于離子的數(shù)量的光鐠的強(qiáng)度。在光謙中，質(zhì)量l的峰值對應(yīng) 于H+、質(zhì)量2的峰值對應(yīng)于H2+、質(zhì)量3的峰值對應(yīng)于H3+。根據(jù)圖16可知在等離子體中的離子種的比率大約為 H+ : H2+ : H3+=37 : 56 : 7。注意，雖然圖16是當(dāng)源氣體為PH3時(shí)的 數(shù)據(jù)，但是當(dāng)將100%的氫氣體用作源氣體時(shí)，氬離子種的比率也成為相同程度。在采用獲得圖16所示的數(shù)據(jù)的離子源的情況下，在H+、 H2+、 以及H/中，H/的生成僅在7%左右。另一方面，在獲得圖15所示的 數(shù)據(jù)的離子源的情況下，可以將H/的比率成為50%以上(在上述條 件下大約為80%)?？梢怨烙?jì)這是起因于在上述觀察中獲知的處理室 內(nèi)的壓力及電場。(H/的照射機(jī)構(gòu))在生成如圖15那樣包含多個(gè)離子種的等離子體且對生成了的離 子種不進(jìn)行質(zhì)量分離而照射到單晶半導(dǎo)體襯底的情況下，H+、 H2+、 H/的每個(gè)離子種被照射到單晶半導(dǎo)體襯底的表面。為了再現(xiàn)從照射 離子到形成脆化層的機(jī)構(gòu)，舉出下列的五種模型1. 照射的離子種為H+，照射之后也為H+ (H)的情況；2. 照射的離子種為H2+，照射之后也為H2+ (H2)的情況；3. 照射的離子種為H2+,照射之后分成為兩個(gè)H (H+)的情況；4. 照射的離子種為H3+，照射之后也為H3+ (H3)的情況；5. 照射的離子種為H3+，照射之后分成為三個(gè)H (H+)的情況。 (模擬結(jié)果和實(shí)測值的比較)根據(jù)上述模型，進(jìn)行當(dāng)將氫離子種照射到Si襯底時(shí)的模擬。作 為用于模擬的軟件，使用SRIM (the Stopping and Range of Ions in Matter:通過蒙特卡羅法的離子添加過程的模擬軟件，是TRIM (the Transport oflons in Matter )的改良版)。注意，為了計(jì)算上的方便， 在模型2中將H2+轉(zhuǎn)換為具有兩倍質(zhì)量的H+進(jìn)行計(jì)算，另外，在模型 4中將H3+轉(zhuǎn)換為具有三倍質(zhì)量的H+進(jìn)行計(jì)算。再者，在模型3中將 H2+轉(zhuǎn)換為具有1/2動(dòng)能的H+進(jìn)行計(jì)算，并且在模型5中將H/轉(zhuǎn)換為 具有1/3動(dòng)能的IT進(jìn)行計(jì)算。注意，雖然SRIM是以非晶結(jié)構(gòu)為對象的軟件，但是在以高能量、高劑量的條件照射氫離子種的情況下，可以利用SRIM。這是因?yàn)橛?于氫離子種和Si原子的碰撞，Si襯底的晶體結(jié)構(gòu)變成非晶結(jié)構(gòu)的緣 故。在圖17中示出使用模型1至模型5照射氫離子種的情況(以H 換算照射10萬個(gè))的計(jì)算結(jié)果。另外， 一起示出照射圖15所示的氫 離子種的Si襯底中的氫濃度(SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy: 二次離子質(zhì)語)的數(shù)據(jù))。對于使用模型1至模型5 進(jìn)行的計(jì)算的結(jié)果，以氫原子的個(gè)數(shù)表示縱軸(右軸)，對于SIMS 數(shù)據(jù)，以氫原子的密度表示縱軸(左軸)。橫軸為離Si襯底的表面的 深度。在對實(shí)測值的SIMS數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較的情況下，模型 2及模型4明顯地從SIMS數(shù)據(jù)的峰值偏離，并且在SIMS數(shù)據(jù)中不 能觀察到對應(yīng)于模型3的峰值。由此，可知模型2至模型4的影響相 對小。通過考慮雖然離子的動(dòng)能為keV的數(shù)量級，反之H-H鍵的結(jié) 合能只不過大約為幾eV，可以估計(jì)模型2及模型4的影響小是由于 與Si原子的碰撞，大部分的H/或H/分成為H+或H的緣故。根據(jù)上述理由，下面不考慮模型2至模型4。在圖18至圖20中 示出當(dāng)使用模型l及模型5照射離子時(shí)(以H換算照射IO萬個(gè))的 計(jì)算結(jié)果。另外， 一起示出照射圖15所示的離子的Si襯底中的氫濃 度(SIMS數(shù)據(jù))及將上述模擬結(jié)果擬合于SIMS數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)(下面 稱為擬合函數(shù)))。在此，圖18示出將加速電壓設(shè)定為80kV的情況， 圖19示出將加速電壓設(shè)定為60kV的情況，并且圖20示出將加速電 壓設(shè)定為40kV的情況。注意，對于使用模型1及模型5進(jìn)行計(jì)算的 結(jié)果，以氫原子的個(gè)數(shù)表示縱軸(右軸)，對于SIMS數(shù)據(jù)以及擬合 函數(shù)，以氫原子的密度表示縱軸(左軸)。橫軸為離Si襯底的表面的 深度。通過考慮模型1及模型5使用下面的計(jì)算式算出擬合函數(shù)。注意， 在計(jì)算式中，X、 Y為關(guān)于擬合的參數(shù)，并且V為體積。[擬合函數(shù)1-X/Vxl模型1的數(shù)據(jù)]+Y/Vx[模型5的數(shù)據(jù)l 當(dāng)考慮實(shí)際上照射的離子種的比率(大約為h+ : h2+ : h3+=i : i: 8)時(shí)，也應(yīng)該顧及H2+的影響(即，模型3)，但是因?yàn)橄旅嫠镜睦碛?，在此排除模?。由于通過模型3所示的照 射過程而添加的氫比模型5的照射過程的極少，因此排除模型3來顧 及也沒有大的影響(SIMS數(shù)據(jù)中也沒有出現(xiàn)峰值)。由于在模型5 中發(fā)生的溝道效應(yīng)(起因于結(jié)晶的晶格結(jié)構(gòu)的原子移動(dòng))，其峰值位 置與模型5相近的模型3的特征出現(xiàn)得不明顯的可能性高。就是，預(yù) 計(jì)模型3的擬合參數(shù)是很困難的。這是因?yàn)樵诒灸M中以非晶Si為前 提，因此不顧及起因于結(jié)晶度的影響的緣故。在圖21中總結(jié)上述的擬合參數(shù)。在上述所有的加速電壓下，添加的h的數(shù)量的比率大約為模型i[模型5i-i: 42至i: 45(當(dāng)在模型1中的H的個(gè)數(shù)為1的情況下，在模型5中的H的個(gè)數(shù)大約為 42以上且45以下)，并且照射的離子種的比率大約為IT (模型i) ] : [h3+ (模型5)=i: 14至i: 15 (當(dāng)在模型i中的h+的個(gè)數(shù)為1的情況下，在模型5中的H/的個(gè)數(shù)大約為14以上且15以下)。 通過考慮不顧及模型3和假設(shè)用非晶Si而進(jìn)行計(jì)算等的條件，可以認(rèn) 為獲得了與關(guān)于實(shí)際上的照射的離子種的比率(大約為h+: h2+ : h3+=i :i:8)接近的值。(使用H3+的效果)通過將如圖15所示那樣的提高H3+的比率的氫離子種照射到單 晶襯底，可以接受起因于113+的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。例如，因?yàn)镠3+分成為HT 或H等而它們被添加于單晶襯底內(nèi)，與主要照射H+或H2+的情況相比， 可以提高離子的添加效率。因此，可以提高SOI襯底的成品率。另夕卜， H/分開之后的H+或H的動(dòng)能有變小的趨勢，因此適合于具有較薄的 半導(dǎo)體層的SOI襯底的制造。注意，在本實(shí)施例中，為了高效地照射H3+，對利用能夠照射如 圖15所示那樣的氫離子種的離子摻雜設(shè)備的方法進(jìn)行說明。離子摻 雜設(shè)備的價(jià)格低廉且適合于大面積處理，因而通過利用這種離子摻雜 設(shè)備照射H3+，可以獲得明顯的效果如提高半導(dǎo)體特性、實(shí)現(xiàn)大面積 化、低成本化、提高成品率等。另一方面，當(dāng)以H/的照射考慮為首要，本是實(shí)力的解釋不需要限于利用離子摻雜設(shè)備的方式。實(shí)施例5在本實(shí)施例中，對在根據(jù)本發(fā)明的SOI襯底的制造方法中，離子摻雜工序的H3+離子的比率進(jìn)行研究。本實(shí)施例中所使用的SOI襯底是這樣形成的在離子摻雜工序 中使用將絲極用作等離子體放電用電極的離子摻雜設(shè)備；通過將氬氣 體的流量為50sccm進(jìn)行放電使氫氣體激發(fā)，來生成等離子體；不進(jìn) 行質(zhì)量分離且加速等離子體中包含的離子；通過將加速了的離子照射 到單晶半導(dǎo)體襯底來形成脆化層。以5iLiA/cn^的離子電流密度、80kV 的加速電壓、以及4xl015ions/cm2的劑量進(jìn)行離子摻雜。在本實(shí)施例 中，相對于氫氣體所生成的離子種(H+離子、H2+離子、H/離子)的 總量，H/離子的比率大約為80%。此外作為比較，對一種形成有脆化層的樣品(下面記為比較樣品) 進(jìn)行研討，所述脆化層是在離子摻雜工序中使用離子摻雜設(shè)備，將在 50W的RF電力的條件下獲得的112+離子以80kV的加速電壓且 2.0xlO"ions/ciT^的劑量照射到單晶半導(dǎo)體襯底來形成的。以與上述實(shí) 施例的SOI襯底相同的加速電壓、劑量條件進(jìn)行離子摻雜。圖22示出通過二次離子質(zhì)語法對由上述工序獲得的本實(shí)施例的 SOI襯底和比較樣品進(jìn)行分析的結(jié)果。在圖22中，橫軸表示從襯底 表面的深度(Depth (nm))、縱軸表示氫濃度(H Concentration (atoms/cm3))。與本實(shí)施例的SOI襯底相比，比較樣品的對于從半導(dǎo)體襯底表 面的深度的氫農(nóng)度分布中觀察到寬峰。此外，在本實(shí)施例的SOI襯底 的氫濃度分布中，在300nm附近觀察到來源于H3+離子的陡峭的峰， 因此可以知道通過在用于離子摻雜的離子中，將H3+離子的比率提高 為大約80%，相對于在離單晶半導(dǎo)體襯底的表面的深度的氫濃度的不 均勻變小。此外，通過拉曼光i脊法對本實(shí)施例的SOI襯底和比較樣品進(jìn)行 檢測，其結(jié)果是，本實(shí)施例的SOI襯底的拉曼光譜的半峰全寬為3.70cm";比較樣品的拉曼光譜的半峰全寬為5.10cnT1。因?yàn)楸緦?shí)施例 的SOI襯底的半峰全寬比比較樣品的半峰全寬小，所以可以知道本實(shí) 施例的SOI襯底的結(jié)晶狀態(tài)更均勻。因此，通過在用于離子摻雜的離 子中，將H/離子的比率提高為大約80%,并且減少H/離子以外的 氫離子種的比率，可以獲得結(jié)晶缺陷少的SOI襯底。本申請基于2007年4月3日在日本專利局提交的日本專利申請 序列號2007-097892，在此引用其全部內(nèi)容作為參考。
權(quán)利要求
1.一種SOI襯底，包括襯底；以及通過使用四乙氧基硅烷(TEOS；Tetraethoxysilane化學(xué)式Si(OC2H5)4)的化學(xué)氣相成長法形成有氧化硅膜的單晶半導(dǎo)體層，其中，所述單晶半導(dǎo)體層通過所述氧化硅膜與所述襯底鍵合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的SOI襯底，還包括所述單晶半導(dǎo)體層和 所述氧化硅膜之間的含有氮的絕緣層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的SOI襯底，其中，所述含有氮的絕緣層 使用由選自氮化硅膜、氮氧化硅膜、以及氧氮化硅膜中的一種構(gòu)成的 單層或多種構(gòu)成的疊層來形成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的SOI襯底，其中，所述襯底為玻璃襯底。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的SOI襯底，其中，所述玻璃襯底從鋁硅 酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃、或鋇硼硅酸鹽玻璃中選擇。
6. —種半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置包括使用權(quán)利要求l所述的 SOI村底中的所述單晶半導(dǎo)體層的電場效應(yīng)晶體管。
7. —種SOI襯底的制造方法，包括如下工序?qū)℉/離子的離子照射到單晶半導(dǎo)體襯底，來在所述單晶半 導(dǎo)體襯底的離其表面有預(yù)定深度的區(qū)域中形成脆化層；以及沿著所述脆化層分離所述單晶半導(dǎo)體襯底，來在支撐襯底上作為 單晶半導(dǎo)體層設(shè)置所述單晶半導(dǎo)體襯底的 一部分。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的SOI襯底的制造方法，還包括如下工序， 即在形成所述脆化層之前形成由選自氮化硅膜、氮氧化硅膜、以及氧 氮化硅膜中的一種構(gòu)成的單層或多種構(gòu)成的疊層。
9. 一種SOI襯底的制造方法，包括如下工序 將離子照射到單晶半導(dǎo)體襯底，來在所述單晶半導(dǎo)體襯底的離其表面有預(yù)定深度的區(qū)域中形成脆化層；在所述單晶半導(dǎo)體襯底上通過使用有機(jī)硅烷氣體的化學(xué)氣相成長法形成氧化硅膜；以及通過對中間夾著所述氧化硅膜重疊在一起的所述單晶半導(dǎo)體襯 底和支撐襯底進(jìn)行加熱處理，沿著所述脆化層分離所述單晶半導(dǎo)體襯 底，來在所述支撐襯底上作為單晶半導(dǎo)體層設(shè)置所述單晶半導(dǎo)體襯底 的一部分。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的SOI襯底的制造方法，其中，所述有機(jī) 硅烷氣體選自四乙氧基硅烷(TEOS:化學(xué)式Si(OC2Hs)4)、四甲基硅 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 )、六甲基二硅氮烷(HMDS )、三乙氧基硅烷(化 學(xué)式S舊(OC2Hs)3)、以及三(二甲基氨基)硅烷(化學(xué)式SiH(N(CH3)2)3) 中的一種。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的SOI襯底的制造方法， 其中，通過使用所述有機(jī)硅烷氣體的化學(xué)氣相成長法的所述氧化硅膜的形成在350。C以下的溫度下進(jìn)行，并且所述加熱處理在400。C以上的溫度下進(jìn)行。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的SOI襯底的制造方法，還包括如下工 序，即在形成所述脆化層之前形成由選自氮化硅膜、氮氧化硅膜、以 及氧氮化硅膜中的一種構(gòu)成的單層或多種構(gòu)成的疊層。
13. —種SOI襯底的制造方法，包括如下工序 將由相同原子構(gòu)成的質(zhì)量不同的多種離子照射到單晶半導(dǎo)體村底，來在所述單晶半導(dǎo)體襯底的離其表面有預(yù)定深度的區(qū)域中形成脆 化層；在所述單晶半導(dǎo)體襯底上通過使用有機(jī)硅烷氣體的化學(xué)氣相成 長法形成氧化硅膜；以及通過對中間夾著所述氧化硅膜重疊在一起的所述單晶半導(dǎo)體襯 底和支撐襯底進(jìn)行加熱處理，沿著所述脆化層分離所述單晶半導(dǎo)體襯 底，來在所述支撐襯底上作為單晶半導(dǎo)體層設(shè)置所述單晶半導(dǎo)體襯底 的一部分。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的SOI襯底的制造方法，其中，所述由相同原子構(gòu)成的質(zhì)量不同的多個(gè)離子包括H+離子、 112+離子、以及H/離子，并且所述H3+離子的比率比所述H+離子及所述H2+離子的比率高。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的SOI襯底的制造方法，其中，所述有 機(jī)硅烷氣體選自四乙氧基硅烷(TEOS:化學(xué)式Si(OC2Hs)4)、四甲基 硅烷(化學(xué)式Si(CH3)4)、四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS)、八甲基環(huán) 四硅氧烷(OMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)、三乙氧基珪烷(化學(xué)式SiH(OC2H5)3 )、以及三(二甲基氨基)硅坑(化學(xué)式 Sm(N(CH3)2)3)中的一種。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的SOI襯底的制造方法， 其中，通過使用所述有機(jī)硅烷氣體的化學(xué)氣相成長法的所述氧化硅膜的形成在350。C以下的溫度下進(jìn)行，并且所述加熱處理在400。C以上的溫度下進(jìn)行。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的SOI襯底的制造方法，還包括如下工 序，即在形成所述脆化層之前形成由選自氮化硅膜、氮氧化硅膜、以 及氧氮化硅膜中的一種構(gòu)成的單層或多種構(gòu)成的疊層。
18. —種SOI襯底的制造方法，包括如下工序 不進(jìn)行質(zhì)量分離地從使用單一源氣體生成的等離子體抽出離子，并且將所述離子照射到單晶半導(dǎo)體襯底，來在所述單晶半導(dǎo)體襯底的 離其表面有預(yù)定深度的區(qū)域中形成脆化層；在所述單晶半導(dǎo)體襯底上通過使用有機(jī)硅烷氣體的化學(xué)氣相成 長法形成氧化硅膜；以及通過對中間夾著所述氧化硅膜重疊在一起的所述單晶半導(dǎo)體襯 底和支撐襯底進(jìn)行加熱處理，沿著所述脆化層分離所述單晶半導(dǎo)體襯 底，來在所述支撐襯底上作為單晶半導(dǎo)體層設(shè)置所述單晶半導(dǎo)體襯底 的一部分。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的SOI村底的制造方法，其中，所述單 一源氣體為氫氣體、氦氣體或囟素氣體。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的SOI襯底的制造方法，其中，作為所述有機(jī)硅烷氣體使用選自四乙氧基硅烷(TEOS: 化學(xué)式Si(OC2Hs)4)、四曱基硅烷(化學(xué)式Si(CH3)4)、三甲基硅烷、 四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS)、八甲基環(huán)四珪氧烷(OMCTS)、六 甲基二硅氮烷(HMDS)、三乙氧基硅烷(化學(xué)式S舊(OC2Hs)3)、三(二甲基氨基)硅烷(化學(xué)式S舊(N(CH3)2)3)中的一種。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的SOI襯底的制造方法，其中，通過使用所述有機(jī)硅烷氣體的化學(xué)氣相成長法的所述氧化 硅膜的形成在350。C以下的溫度下進(jìn)行，并且所述加熱處理在400。C以上的溫度下進(jìn)行。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的SOI襯底的制造方法，還包括如下工 序，即在形成所述脆化層之前形成由選自氮化硅膜、氮氧化硅膜、以 及氧氮化硅膜中的一種構(gòu)成的單層或多種構(gòu)成的疊層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種SOI襯底，該SOI襯底具備有當(dāng)使用玻璃襯底等耐熱溫度低的襯底時(shí)也可以實(shí)用的耐性的SOI層。另外，本發(fā)明還提供使用這種SOI襯底的半導(dǎo)體裝置。當(dāng)對具有絕緣表面的襯底或絕緣襯底鍵合單晶半導(dǎo)體層時(shí)，對于形成鍵合的面的一方或雙方使用以有機(jī)硅烷為原材料來淀積的氧化硅膜。根據(jù)本結(jié)構(gòu)，可以使用玻璃襯底等耐熱溫度為700℃以下的襯底，來獲得堅(jiān)固地鍵合的SOI層。亦即，可以在一邊超過一米的大面積襯底上形成單晶半導(dǎo)體層。
文檔編號H01L27/12GK101281912SQ20081008521
公開日2008年10月8日 申請日期2008年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月3日
發(fā)明者大沼英人, 掛端哲彌, 飯窪陽一 申請人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所