專利名稱：Soi基片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及SOI(絕緣膜上生長硅)基片及其制造方法，具體地說，涉及能同時形成有平坦表面的SOI基片、元件分隔膜和埋置絕緣層的SOI基片及其制造方法。
通常，CMOS晶體管的制造工藝中，為了確保在大面積上的元件間分隔及防止CMOS晶體管的閉鎖現(xiàn)象，要形成元件分隔。此時，增加了分隔區(qū)就減少芯片區(qū)，從而成為阻礙高集成度化的因素。為解決這種問題，提出了SOI技術(shù)。
作為完全的元件分隔結(jié)構(gòu)，在硅支撐基片與器件用硅基片之間設(shè)置預(yù)定厚度的埋置絕緣膜的SOI基片，可防止CMOS晶體管的閉鎖現(xiàn)象，實現(xiàn)器件的高速動作。
以往的SIMOX(由注入的氧進(jìn)行分隔)技術(shù)如圖3A所示，制備摻雜預(yù)定雜質(zhì)的硅晶片10。向硅晶片10內(nèi)離子注入有一定能量的氧離子(O2)。
然后，參見圖3B，對硅晶片10進(jìn)行退火，在硅晶片10內(nèi)形成硅層10A用于在埋置絕緣層11A上部形成器件。在硅層10A上部通過熱氧化形成襯底氧化膜12、并在襯底氧化膜上部用化學(xué)汽相淀積法形成氮化硅膜13。對襯底氧化膜12和氮化硅膜13構(gòu)圖，使硅層10A的元件分隔區(qū)F露出。
如圖3C所示，對露出的硅層部分F進(jìn)行熱氧化，于是形成場氧化膜13，并由場氧化膜14限定出有源區(qū)AA。
從而制造出由硅晶片10、硅層10A、埋置絕緣層11A及元件分隔用的場氧化膜14所組成的SOI基片200用上述SIMOX技術(shù)和選擇氧化法制備有源區(qū)的SOI基片存在下列問題，即由于為形成埋置絕緣層11A、場氧化膜14，需要進(jìn)行較長時間的熱處理，因而增加了制造時間此外，因利用“LOCOS法”形成用于限定有源區(qū)的場氧化膜，因此存在使工藝變復(fù)雜的問題而且，由于SOI基片具有由場氧化膜所決定的拓?fù)鋱D形，因而要求其它平坦化工藝。
本發(fā)明的目的是提供一種能同時形成埋置絕緣層與場氧化膜的SOI基片的制造方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供可使工藝簡單化的SOI基片的制造方法。
本發(fā)明的再一個目的是提供表面平坦的SOI基片。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的SOI基片制造方法包括下列步驟在硅晶片的元件分隔區(qū)上形成損耗膜，并使所述硅晶片的有源區(qū)露出；向所述硅晶片內(nèi)離子注入氧離子，形成在硅中的離子注入?yún)^(qū)，形成使所述硅晶片與硅層隔離、具有與所述硅層同一平面的埋置絕緣層。
并且，本發(fā)明所提供的SOI基片包括下列部分限定了元件分隔區(qū)與有源區(qū)的硅晶片；在所述硅晶片有源區(qū)上部形成的硅層；形成在所述硅晶片內(nèi)、使所述硅晶片與硅層隔離的絕緣層。
下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明最佳實施例。


圖1是本發(fā)明SOI基片的剖面圖；圖2A-2C是說明本發(fā)明SOI基片制造方法的剖面圖；圖3A-3C是說明現(xiàn)有SOI基片制造方法的剖面圖。
參見圖1，由支撐SOI基片100的硅晶片1、形成于硅晶片100上部將形成器件的硅層1A和使硅晶片1與硅層1A隔離的埋置絕緣層3A組成SOI基片100，該SOI基片100限定了元件分隔區(qū)F和有源區(qū)AA。硅層1A形成于SOI基片100的有源區(qū)AA。
由氧化膜組成的埋置絕緣層3A形成于硅晶片1上部，包圍硅層1A，從而使硅晶片1與硅層1A隔離。在元件分隔區(qū)F的埋置絕緣層3A用作元件分隔用的場氧化膜，同時，在置于硅層1A與硅晶片1之間的有源區(qū)AA的絕緣層用作SOI基片100的埋置絕緣層。其中，硅層1A深度為0.08～0.3μm，在元件分隔區(qū)F用作場氧化膜的埋置絕緣層3A的厚度為0.07～0.45μm。
下面，說明SOI基片100的制造方法。
如圖2A所示，例如硅晶片1，不但不摻雜雜質(zhì)，并且在未摻雜雜質(zhì)的硅晶片上部形成預(yù)定厚度的損耗膜2。其中，損耗膜2不僅可為與光刻膠、聚酰胺相同的樹脂，而且可用與硅晶片蝕刻率不同的物質(zhì)，如SOG(玻璃上旋涂)材料。對該損耗膜2構(gòu)圖，使其存在于硅晶片1的元件分隔區(qū)上。
此時，若損耗膜2為感光性樹脂，則通過曝光及顯影進(jìn)行構(gòu)圖，若損耗膜2為與SOG膜相同的、與硅晶片1蝕刻率不同的膜時，通過光蝕刻工藝形成光刻膠圖形之后，用光刻膠圖形作掩模，使損耗膜構(gòu)圖。
如圖2B所示，向硅晶片I內(nèi)注入氧離子。
其中，由下式可求出損耗膜2的厚度H，它與氧離子注入工藝有關(guān)。
H＝d1+d2/2其中，d1為向硅晶片1內(nèi)注入氧離子的深度，d2為硅晶片1內(nèi)注入了氧原子區(qū)域的厚度。此時，若離子注入深度d1約0.08～0.3μm、在有源區(qū)AA下段離子注入的氧原子區(qū)域3的厚度d2約0.07～0.5μm，則損耗膜2的厚度變?yōu)榧s0.1～0.6μm。
然后，離子注入5×1017～7×1018離子/cm2劑量的氧離子，該氧離子有可穿過損耗膜2的能量。離子注入氧離子，要使其在元件分隔區(qū)F位于靠近硅晶片1表面處，在有源區(qū)AA，使其位于距硅晶片1表面約0.08～0.3μm深度的硅晶片1中。如上所述，在元件分隔區(qū)F離子注入氧離子的深度與損耗膜2的厚度H有關(guān)。
參見圖2C，在1100～1300℃的溫度下，對硅晶片1退火2～7小時，形成用作場氧化膜的埋置絕緣層3A和形成器件的硅層1A。埋置絕緣層3A使支撐埋置絕緣層3A的硅晶片1與形成器件的第一硅層1A隔離。埋置絕緣層3A的SOI基片100元件分隔區(qū)F用作場氧化膜，SOI基片100的有源區(qū)AA用作埋置絕緣層。
其中，由于僅在硅晶片1內(nèi)形成埋置絕緣層3A，因而在硅晶片1表面上不會有突出部分。因此，若在其后除去損耗膜2，則可得到這種SOI基片100，即具有由硅晶片1、硅層IA和它們之間的埋置絕緣層3A組成的平坦表面的SOI基片100。在退火工藝前可除去損耗膜2。
這樣，通過單一的氧離子注入工序和退火工序，即可形成起場氧化膜作用的埋置絕緣層3A。因此，減少了工序時間及工序量。
在不違背本發(fā)明原理和精神的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員理所當(dāng)然可容易地獲得本發(fā)明的各種實施例。因此，上述說明并不是對所附權(quán)利要求范圍的限定，權(quán)利要求書所請求保護(hù)的范圍包括具有本發(fā)明在內(nèi)的專利性的所有新的技術(shù)方案，并且是由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員就可實現(xiàn)的所有技術(shù)方案。
權(quán)利要求
1.一種SOI基片的制造方法，其特征在于包括下列工藝步驟在硅晶片的元件分隔區(qū)形成損耗膜，以使所述硅晶片的有源區(qū)露出；向所述硅晶片內(nèi)注入氧離子，形成所述硅晶片內(nèi)的離子注入?yún)^(qū)；對所述硅晶片退火，于是形成埋置絕緣層，該埋置絕緣層使有源區(qū)的硅層與所述硅晶片隔離、并形成與所述硅層有同一平面的埋置絕緣層。
2.如權(quán)利要求1的SOI基片的制造方法，其特征在于，形成所述損耗膜的步驟包括在硅晶片上部涂敷感光性樹脂；對所述感光性樹脂曝光和使其顯影，在元件分隔區(qū)上部形成感光性樹脂圖形的步驟。
3.如權(quán)利要求2的SOI基片的制造方法，其特征在于，所述損耗膜用感光性樹脂是聚酰亞胺。
4.如權(quán)利要求2的SOI基片的制造方法，其特征在于，所述損耗膜用感光性樹脂是光刻膠。
5.如權(quán)利要求1的SOI基片的制造方法，其特征在于，形成所述損耗膜的工藝步驟包括下列步驟在晶片上部形成與硅晶片有不同蝕刻率的膜；在所述膜上涂敷光刻膠膜；對光刻膠膜構(gòu)圖，使有源區(qū)上部的所述膜露出；用光刻膠膜作掩模，蝕刻所述露出的膜，于是在硅晶片的元件分隔區(qū)上部形成損耗膜；除去光刻膠膜。
6.如權(quán)利要求5的SOI基片的制造方法，其特征在于，所述損耗膜是SOI膜。
7.如權(quán)利要求1的SOI基片的制造方法，其特征在于，所述氧離子注入工藝中，離子注入5×1017～7×1018離子/cm2劑量的氧離子。
8.如權(quán)利要求1的SOI基片的制造方法，其特征在于，所述氧離子通過所述損耗膜的注入層厚度為0.1～0.5μm。
9.如權(quán)利要求1的SOI基片的制造方法，其特征在于，所述損耗膜的厚度H為H＝d1+d2/2，其中，d1是氧離子的離子注入深度，d2是離子注入?yún)^(qū)的厚度。
10.如權(quán)利要求9的SOI基片的制造方法，其特征在于，所述氧離子注入工藝中，在沒有所述損耗膜的部分離子注入氧離子的深度是0.08～0.3μm。
11.如權(quán)利要求9的SOI基片的制造方法，其特征在于，所述離子注入?yún)^(qū)的厚度是0.07～0.5μm。
12.如權(quán)利要求9的SOI基片的制造方法，其特征在于，所述損耗膜的厚度為0.1～0.6μm。
13.如權(quán)利要求1的SOI基片的制造方法，其特征在于，所述退火工藝在1100～1300℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行2～7小時。
14.一種SOI基片，其特征在于包括限定了元件分隔區(qū)與有源區(qū)的硅晶片；在所述硅晶片有源區(qū)上部形成的硅層；形成在所述硅晶片內(nèi)、并與所述硅層具有同一平面的絕緣層，該絕緣層使所述硅晶片與硅層隔離。
15.如權(quán)利要求14的SOI基片，其特征在于，所述絕緣層是埋置氧化膜。
16.如權(quán)利要求14的SOI基片，其特征在于，所述絕緣膜中形成于硅晶片的元件分隔區(qū)，即與所述硅層有同一平面的部分被用作SOI基片元件分隔用的場氧化膜。
17.如權(quán)利要求14的SOI基片，其特征在于，所述絕緣膜中形成于硅晶片有源區(qū)的絕緣層起SOI基片的埋置絕緣層的作用。
18.如權(quán)利要求17的SOI基片，其特征在于，相當(dāng)于所述元件分隔區(qū)埋置絕緣層的厚度為0.07～0.45μm。
19.如權(quán)利要求14的SOI基片，其特征在于，所述硅層的深度是0.08～0.3μm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種SOI基片的制造方法,可使SOI基片具有平坦的表面,并能同時形成元件分隔膜和埋置絕緣層。該方法包括下列步驟:在硅晶片的元件分隔區(qū)形成損耗膜,以露出所述硅晶片的有源區(qū);向所述硅晶片內(nèi)注入氧離子,形成硅晶片內(nèi)的離子注入?yún)^(qū);對硅晶片退火,于是形成埋置絕緣層,該埋置絕緣層使有源區(qū)的硅層與所述硅晶片隔離,并形成與所述硅層具有同一平面的埋置絕緣層。
文檔編號H01L21/265GK1180238SQ96123929
公開日1998年4月29日 申請日期1996年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月30日
發(fā)明者金載甲 申請人:現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)株式會社