半導體產品的制造工藝的制作方法

專利名稱：半導體產品的制造工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體產品的制造工藝，該工藝適于制造如半導體集成電路、太陽能電池、半導體激光器或發光二極管等的半導體器件。特別涉及包括將半導體層生長到襯底上的步驟的半導體產品的制造工藝。
半導體產品通常指半導體晶片、半導體襯底和各種半導體器件，并且包括利用半導體區制造半導體器件的器件和用做制造半導體器件的預制件的器件。
所考慮的這類半導體器件包括在絕緣體上設置的半導體層。
在絕緣體上形成單晶硅半導體層的技術稱做絕緣體上硅(SOI)技術，該技術已廣泛公知。現已進行了各種研究探索SOI引人注目的優點，SOI不能用制造常規的Si集成電路的體Si襯底得到。SOI技術的優點包括1.易于介質隔離，能夠增加集成度；2.優良的抗輻射性；3.減少浮動電容，提高器件的工作速度；4.省卻了阱形成步驟；5.防止了閂鎖效應；并且6.使利用薄膜技術制造全耗盡場效應晶體管成為可能。在Journalof Crystal Growth的63卷，No.3，pp429-590(1983)G.W.Cullen編輯的文章“非單晶絕緣體上的單晶硅”中作為專題詳盡地討論了SOI技術的優點。
近年來，已公開了許多關于用于提供能實現MOSFET的高工作速度和低功率消耗的襯底的SOI技術的報道(IEEE SOI conference 1994)。如果與在體Si晶片上制造器件的工藝相比，由于實行了非常簡化的器件隔離步驟，使用SOI結構的半導體器件制造工藝可以有效地縮減。因此，如果從體Si襯底上制造MOSFET或IC的常規技術來看，特別是就晶片成本和工藝成本而論，使用SOI技術可顯著地降低半導體器件的制造成本，更不必說這種半導體器件的顯著特性。
假設提高驅動功率，全耗盡MOSFET很有希望獲得高工作速度和低功率消耗。一般來說，MOSFET的閾值電壓(Vth)由它的溝道部分的雜質濃度的函數決定，對于全耗盡(FD)MOSFET，耗盡層的特性受SOI膜厚度影響。因此，要嚴格控制SOI膜的厚度，以便改善制造LSI的成品率。
同時，特別是就高工作速度和發光而論，在化合物半導體上形成的器件顯示出出色的特性，這是硅器件所無法比擬的。這種器件目前是在GaAs或類似的化合物制成的化合物半導體襯底上外延生長形成的。然而，化合物半導體襯底成本很高并且機械性能不夠強，所以不適于生產大晶片。
因此，現已研究在Si晶片上進行異質結外延生長形成化合物襯底，這種襯底便宜、機械強度高并且適于生產大晶片。
關于形成SOI襯底的研究在七十年代就已引人注目。最初，關注的是在藍寶石襯底上進行外延生長制造單晶硅的技術(SOS藍寶石上硅)，即通過多孔氧化硅完全隔離(FIPOS)和氧離子注入技術制造SOI結構。FIPOS方法包括以下步驟通過質子/離子注入(Imai et al.，J.CrystalGrowth，Vol.63，547(1983))或外延生長和構圖，P型單晶Si襯底上形成隔離的N型Si層；通過在HF溶液中陽極化僅將P型硅Si襯底生長到多孔襯底中；從表面上遮蔽Si島；然后通過加速氧化對N型Si島進行介質隔離。然而，該技術也存在一個問題，在制造器件的工藝之前限定隔離的Si區，限制了器件設計的自由度。
氧離子注入法也稱做SIMOX法，是由K.Izumi首次提出的。使用該技術，注入到Si晶片中的氧離子濃度級別為1017-1018/cm2，然后在氬氣/氧氣的氣氛中在約1,320℃的高溫下對Si晶片退火。結果，注入的氧離子與Si原子化合產生硅氧化層，聚集的深度對應于注入離子的投影射程(Rp)。在此情況下，通過氧離子注入變為無定形狀態的Si氧化層的上部分再結晶產生單晶Si層。而表面Si層顯示出高達105/cm2的缺陷率，目前的技術發展通過選擇約4×1017/cm2的氧注入速率，可以將缺陷率降到約102/cm2。然而，如果表面Si層的結晶度和Si氧化層的膜質量分別保持在所需的級別，那么能量注入和離子注入的允許范圍受到限制，因此表面Si層和掩埋的Si氧化物(BOX；掩埋的氧化物)的膜厚度只能取有限的數值。換句話說，犧牲氧化或外延生長的工藝為形成具有所需厚度的必不可少的工藝。反過來，由于該工藝固有的反型效應，產生了膜厚不均勻的問題。
也有報道稱SIMOX在Si氧化層中可產生有缺陷的Si氧化區，稱做管(pipes)。引起這種現象的可能原因之一是如灰塵等的異物在離子注入期間進入層中。由于有源層和下面的襯底之間的漏電流，使制作在管區中的器件顯示出特性下降。
SIMOX技術使用大量的離子，其量遠大于常規半導體工藝中使用的量，因此，如果使用專門設計的裝置，離子注入工藝需要很長時間。由于離子注入工藝一般借助具有預定流速的電流的離子束光柵掃描或通過分散離子束來進行，所以生長大晶片需要很長時間。此外，在高溫下生長大晶片時，晶片內溫度分布不均勻會使特性退化(slip)問題變得更嚴重。由于SIMOX工藝要求使用高達1,320℃的非常高的溫度，這在常規Si半導體工藝中是觀察不到的，如果要制備大晶片，溫度分布不均勻的問題會變得更嚴重，沒有非常有效的裝置不能實現。
除了以上介紹的形成SOI已知技術之外，最近提出了將單晶Si襯底粘接到已進行熱氧化的另一單晶Si襯底上產生SOI結構的技術。該方法要求具有均勻厚度的有源層形成在器件上。特別是，厚度為幾百微米的單晶Si襯底要制作薄至幾微米或更小。減薄單晶Si層已知有三種技術(1)拋光(2)局部等離子腐蝕(3)選擇性腐蝕借助以上的拋光技術(1)很難獲得均勻的膜厚度。特別是，當膜要減薄到亞微米數量級時，膜厚度的偏差大到百分之幾十，使得該技術不可行。對于具有大直徑的晶片，該問題尤其顯著。
技術(2)一般與技術(1)結合使用。具體地說，通過技術(1)將膜厚減薄到約1到3μm，通過在許多點處觀察膜厚度來決定膜厚度的分布。然后，在用直徑為幾毫米的SF6等離子顆粒掃描處對膜進行腐蝕操作，校正膜厚度的分布，直至達到所需的膜厚度。有報道稱通過該技術可以將膜厚度的分布限制在約±10nm或更小。然而，該工藝也存在不足，如果在等離子腐蝕期間襯底上有顆粒狀異物存在，當腐蝕操作結束時，要進行許多腐蝕掩模形成襯底上的突起。
此外，由于腐蝕操作后襯底表面馬上會很粗糙，所以在等離子腐蝕結束后，在表面上進行接觸拋光(touch-polishing)操作，僅在接觸拋光操作期間進行控制。然后，由于拋光引起的膜厚度偏差再次出現。再者，一般含有硅膠(colloidal silica)的拋光劑用于拋光操作，因此拋光劑直接摩擦制成有源層的層，所以可能產生劃破和/或變形。當處理大晶片時，由于等離子腐蝕操作的周期的延長與生產的晶片表面積成函數關系，所以工藝的產量明顯下降。
包含使用被減薄襯底的膜結構的技術(3)包括選擇性地腐蝕一層或多層膜。例如，假設含有多于1019/cm3的P+型Si薄層和P型Si薄層通過外延生長依次生長在P型襯底上形成第一襯底，然后將其粘接在第二襯底上，絕緣層插在兩者之間，絕緣層一般為氧化膜，通過摩擦和拋光首先使第一襯底的后表面變得足夠薄。隨后，通過選擇性腐蝕上面的P型層露出P+層，然后選擇性腐蝕P+層露出P型襯底，形成SOI結構。該技術在Maszara的報告中有詳盡的討論(W.P.Maszara，J.Electrochem.Soc.，Vol.138，341(1991))。
雖然選擇性腐蝕可以有效地產生具有均勻膜厚度的薄膜，但也存在以下不足。
—選擇性腐蝕比不令人滿意，很低。至多102。
—由于腐蝕操作產生粗糙表面，所以腐蝕操作后需要進行接觸拋光以平滑表面。因此，隨著拋光所進行的減薄，膜厚度不再均勻。特別是，當拋光操作由操作周期控制時，由于拋光速率不同時刻變化很大，所以很難嚴格控制操作。因此，當形成薄至100nm的極薄SOI時，該問題變得不可忽略。
—由于使用在重摻雜B的Si層上進行離子注入和外延或異質結外延生長的膜形成技術，所以產生的SOI層顯示出較差的結晶度。此外，相對于常規Si晶片，襯底的粘接表面可能顯示出較差的平整度(C.Harendt，et al.，J.Elect.Mater.Vol.20，267(1991)，H.Baumgart，et al.，ExtendedAbstract of ECS first International symposium of Wafer Bonding，pp-733(1991)，C.E.Hunt，Extended Abstract of ECS firstInternational symposium of Wafer Bonding，pp-696(1991))。再者，選擇性腐蝕技術的選擇很大程度上取決于含在襯底中的如硼等的雜質之間的濃度差異和雜質沿襯底深度的濃度分布的陡峭程度。因此，如果粘接退火在高溫下進行以改善層的粘接強度，并且外延生長也在高溫下進行以增強SOI層的結晶度，那么沿深度的雜質濃度分布變得平坦，減小了腐蝕操作的選擇性。簡單地說，改善腐蝕的選擇性和結晶度與提高粘接強度的要求相沖突，不能同時滿足。
在這些情況下，本發明的發明人在日本專利公報No.5-21338中提出一種制造半導體產品的新穎方法。根據該發明，提出的方法的特征在于以下步驟在多孔單晶半導體區上設置無孔單晶半導體區，將其上有絕緣材料的表面粘接到所述多孔單晶半導體區的對應表面上，隨后腐蝕除去所述多孔單晶半導體區來形成產品。
本發明的發明人T.Yonehara等人也稱就均勻膜厚度和結晶度而言，粘接的SOI(bonded SOI)很優良，能夠進行批量生產(T.Yonehara et al.，Appl.Phys.Lett.Vol.64，2108(1994))。現在，結合附圖的圖3A到3C總結性地介紹制造粘接的SOI的方法。
所提出的方法使用第一Si襯底41上形成的多孔層42作為要選擇腐蝕的層。通過外延生長在多孔層42上形成無孔單晶Si層43，將其粘接在第二襯底44上，Si氧化層45夾在其間(圖4A)。然后，通過從后側上刮掉第一襯底，在第一襯底的整個表面上露出多孔Si層(圖4B)。然后通過一般含有KOH或HF+H2O2的選擇性腐蝕溶液將露出的多孔Si腐蝕掉(圖4C)。由于相對于腐蝕體Si層(無孔單晶Si層)，該技術腐蝕多孔Si層的選擇性腐蝕比高達幾十萬，首先形成在多孔層上的無孔單晶Si層生長到第二襯底上形成SOI襯底，不會減小無孔單晶Si層的厚度。因此，在外延生長步驟期間，可以決定SOI襯底的均勻的膜厚度。根據Sato et al.的報道，由于適于常規半導體工藝的CVD系統可以用做外延生長，所以可實現高達100nm±2％的均勻膜厚度。此外，外延的Si層顯示出約為3.5×102/cm2優良的結晶度。
如上所述，由于任何常規選擇性腐蝕技術的選擇性很大程度取決于襯底內含有的雜質的濃度差異和雜質沿襯底深度的濃度分布的陡峭程度，因此熱處理(粘接、外延生長、氧化等等)的溫度限制為至多800℃，是由于在該溫度限以上雜質濃度分布變得平緩。另一方面，所提出腐蝕技術的腐蝕速率主要由多孔層和體層之間的結構差異決定，所以不能對熱處理進行這種嚴格的限制，可以使用高達1,180℃的溫度。現已公知在粘接操作之后進行熱處理工藝可以顯著地提高晶片間的粘接強度，并能減小粘接界面上產生的空隙尺寸和數量。此外，由于選擇性腐蝕操作依賴于多孔層和體層之間的結構差異，粘附到多孔Si層上的微小顆粒不會對膜厚度的均勻性產生負面影響。
然而，通過粘接工藝制造的半導體襯底不可避免地要求至少兩個晶片作為初始材料，其中一個在拋光和腐蝕過程中基本上被浪費掉，毫無收獲地消耗掉了有限的自然資源。換句話說，除了增強工藝的可控程度并改善厚度的均勻性以外，還要求SOI制造工藝能實現低成本和經濟的可行性。
換個角度說，制造高質量的SOI襯底的工藝要求包括優良的再現性、通過重復使用相同的晶片增強節約資源的能力，和低制造成本。
在這種情況下，本發明的發明人在日本專利公報No.7-302889中公開了一種制造半導體襯底的工藝，其中兩個襯底粘接在一起，粘接的襯底在多孔層處分開，去掉其余的多孔層后，可以重新使用分開的襯底。下面結合圖5A和5C介紹該公開工藝的一個例子。
第一Si襯底51的表面層制成多孔形成多孔層52，然后單晶Si層53形成在其上。該第一Si襯底上的單晶Si層粘接到第二Si襯底54的主表面上，絕緣層55夾在其間(圖5A)。然后晶片在多孔層處分開(圖5B)。選擇性地除去第二襯底表面上露出的多孔Si層，形成SOI襯底(圖5C)。去掉多孔層后，可以再次使用第一襯底51。
在日本專利公報No.7-302889公開的以上工藝中，相對于無孔硅層，使用了多孔硅層的脆性降襯底分開，能夠再次使用半導體工藝已使用過的襯底，以降低生產成本。
日本專利公報No.8-213645中公開了一種工藝，其中用于太陽能電池的光電轉換部分的半導體層形成在多孔Si層上，之后在多孔層處將半導體層分開，再次使用具有多孔硅層的襯底。
另一方面，日本專利公報No.5-211128公開了不使用這種多孔硅層分離襯底的另一種工藝。在該工藝中，通過離子注入在硅襯底中形成氣泡層，晶體重新排列，通過熱處理在氣泡層中引起氣泡聚結，硅襯底的表面區(稱做薄半導體膜)在氣泡層處剝露。在這個公開中的薄半導體膜是指幾乎沒有注入離子的體Si的最外區域。然而，已公知體Si晶片含有如流網(flowpattern)等的固有缺陷(T.AbeExtended Abst.Electrochem.Soc.Spring Meeting，Vol.95-1，pp.596(May，1995))和源于晶體的顆粒(H.Yamamoto“Problems in Large-Diameter Silicon Wafer”，23thUltra Clean Technology College(August，1996))。因此，薄半導體膜自然也有流網缺陷和源于晶體的顆粒。
如果半導體膜可以與硅襯底分離且沒有流網缺陷和源于晶體的顆粒，那么與以上提到的使用多孔硅的工藝不同，實際上可以低成本地提供有用的半導體材料。從以上的問題來看，經過綜合性的調查，完成了本發明。
本發明的目的在于提供種制造半導體產品的工藝，包括將部分襯底處粘接的兩個襯底重新作為半導體產品的材料使用的步驟。
根據本發明的一個方案，提供一種制造半導體產品的工藝，包括以下步驟制備包括硅襯底的第一襯底，將無孔半導體層形成在硅襯底上，在硅襯底和無孔半導體層中的至少一層內形成離子注入層；將第一襯底粘接到第二襯底上得到無孔半導體層置于其內的多層結構，在離子注入層處分離多層結構；并除去留在分離的第二襯底上的離子注入層。
根據本發明的另一個方案，提供一種制造半導體產品的工藝，包括以下步驟制備包括硅襯底的第一襯底，將無孔半導體層形成在硅襯底上，在硅襯底和無孔半導體層中的至少一層內形成離子注入層；將第一襯底粘接到第二襯底上得到無孔半導體層置于其內的多層結構；在離子注入層處分離多層結構；除去留在分離的第二襯底上的離子注入層；除去留下的離子注入層后，再次將第一襯底作為第一襯底材料使用。
根據本發明的又一個方案，提供一種制造半導體產品的工藝，包括以下步驟制備包括硅襯底的第一襯底，將無孔半導體層形成在硅襯底上，在硅襯底和無孔半導體層中的至少一層內形成離子注入層；將第一襯底粘接到第二襯底上得到無孔半導體層置于其內的多層結構；在離子注入層處分離多層結構；除去留在分離的第二襯底上的離子注入層；除去留下的離子注入層后，再次將第一襯底作為第二襯底材料使用。
在制造半導體產品的工藝中，第一襯底具有用于粘接的無孔半導體層。無孔半導體層最好由外延半導體層構成。使用該無孔半導體層，可以制成高質量的半導體產品，且不帶有以上提到的硅晶片固有的流網缺陷或源于晶體的顆粒。由于可以很容易地控制無孔半導體層的導電類型和雜質濃度，所以本發明制造半導體產品的工藝可以滿足不同的要求，并能應用于各種用途。
由將第一襯底和第二襯底粘接在一起得到的多層結構在離子注入層處分離，余下的第一襯底的硅襯底可以作為第一襯底或第二襯底的組成部分再次使用，這樣有利于資源節約和降低成本。
本發明提供一種制造半導體產品的工藝，對于在由絕緣或類似襯底構成的第二襯底上形成具有高結晶度的單晶半導體層來說，該半導體產品具有優良的生產率、可控性，和低成本。


圖1A，1B，1C，1D和1E為介紹本發明的實施例1工藝的示意剖面圖。
圖2A，2B，2C，2D和2E為介紹本發明的實施例2工藝的示意剖面圖。
圖3A，3B和3C為介紹本發明的實施例3工藝的示意剖面圖。
圖4A，4B和4C為介紹現有技術工藝的示意剖面圖。
圖5A，5B和5C為介紹另一現有技術工藝的示意剖面圖。
下面結合實施例介紹本發明。為達到本發明的目的，本發明并不受限于此。[離子注入層]將氦離子或氫離子注入到單晶硅襯底中，在襯底內注入區中形成直徑為幾到幾十納米的微孔(micro-cavities)，微孔的密度高達1016-1017/cm2。因此，硅襯底具有類似多孔層的結構。在本發明中離子注入采用的離子選自稀有氣體元素、氫和氮的離子。在本發明中，離子注入層形成在硅襯底和硅襯底上的無孔半導體層中的至少一個內，或形成在它們的界面處。可以形成兩個或多個離子注入層。考慮到由第一襯底和第二襯底粘接形成的多層結構的層分離，所以離子注入層的離子注入劑量最好在1016到1017/cm2的范圍內。離子注入層的厚度取決于加速電壓，一般不超過500埃，考慮到多層結構層分離后，第二襯底上的無孔半導體層厚度的均勻性，最好不超過200埃。注入層中的注入離子濃度沿層厚度方向分布。多層結構的層分離沿最高離子濃度的水平面進行。[無孔半導體層]本發明中的無孔半導體層最好由選自單晶Si、多晶硅、無定形硅，和如GaAs、InP、GaAsP、GaAlAs、InAs、AlGaSb、InGaAs、ZnS、CdSe、CdTe和SiGe等的化合物半導體材料形成。在無孔半導體層中，可預先引入如FET(場效應晶體管)的半導體元件。[第一襯底]本發明中的第一襯底包括硅襯底、形成在硅襯底上的無孔半導體層，和形成在硅襯底和無孔半導體層中至少一個內的離子注入層。因此，第一襯底不僅包括離子注入層形成于其內的硅襯底和無孔半導體層，也包括附加有如氮化膜和氧化膜的絕緣層的襯底、具有外延的半導體層和形成在硅襯底和隨后將離子注入到硅襯底中形成的離子注入層上的絕緣層的襯底、具有形成在硅襯底和隨后離子注入形成的離子注入層上的無孔半導體層的襯底，及類似的襯底。
硅襯底上形成的無孔半導體層可以由如低壓CVD、等離子CVD、光輔助(photo-assisted)CVD，和MOCVD(金屬有機物CVD)等的CVD、濺射(包括偏置濺射)、分子束外延生長、液相生長，或類似的方法形成。[第二襯底]無孔半導體層生長于其上的第二襯底包括如單晶硅襯底的半導體襯底、具有如氧化膜(包括熱氧化膜)和氮化膜的絕緣膜的襯底、如氧化硅玻璃襯底和玻璃襯底的透光襯底、金屬襯底、如礬土的絕緣襯底，以及類似的襯底。第二襯底的適當選擇取決于半導體產品的應用領域。[粘接]在本發明中以上提到的第一襯底粘接到第二襯底上得到無孔半導體層置于其內的多層結構。在本發明中，具有無孔半導體層置于其內的多層結構不僅包括第一襯底的無孔半導體層直接粘接到第二襯底的結構，也包括在無孔半導體層表面上形成的氧化膜、氮化膜，或類似膜粘接到第二襯底的結構。即，具有無孔半導體層置于其內的結構是指無孔半導體層設置在多層結構中多孔硅層內的多層結構。
例如，在室溫下，使兩個粘接面變得平坦，將兩者相互緊密接觸，從而將第一襯底和第二襯底粘接在一起。陽極粘接、按壓，或熱處理都可以形成更牢固的粘接。[多層結構的層分離]在本發明中多層結構在離子注入層處分離。離子注入層其內有微孔或微小的氣泡，和其它區域相比更脆。因此，利用脆性可以有效地進行分離。更具體地，對離子注入層施加外力進行分離。此外，可以利用從晶片的周邊到內部氧化離子注入層進行分離，通過離子注入層的多孔部分的加速氧化使層的體積發生膨脹，從而通過膨脹力使層分離。
離子注入層通常在周邊部分內也由無孔層覆蓋。在粘接之前或之后，離子注入層的周邊部分或端面都應該暴露著。當對粘接的襯底進行氧化時，由于大面積的孔而加速的氧化反應將從離子注入層的周邊部分開始。通過將Si氧化成SiO2，體積增加2.27倍。因此，多孔性不超過56％時，氧化的離子注入層體積增加。氧化的程度由周邊部分到內部逐漸變小，使得氧化的離子注入層在周邊部分體積膨脹更大些，好象一個楔形物從晶片的端面進入到離子注入層。因此，內部壓力作用到離子注入層使離子注入層發生層分離。由于氧化反應在晶片的周邊部分均勻地進行，也使晶片的周邊均勻地分離，因此分離了多層結構。通過該方法，利用Si-IC工藝常用的氧化步驟令人滿意地控制了晶片的均勻分離。
也可以通過加熱在脆性的離子注入層上產生熱應力將多層結構分離成層。
也可以利用僅加熱所要分離的層的激光，通過局部加熱而不是加熱整個多層結構將多層結構分離成層。因此，可以利用能被多孔的離子注入層或它的附近區域吸收的激光束進行分離。
還可以通過施加電流快速加熱多孔的離子注入層或它的附近區域進行多層結構的分離。[除去多孔層]
通過粘接第一襯底和第二襯底產生的多層結構在離子注入層處分離后，留在襯底上的離子注入層利用離子注入層的低機械強度或大表面面積可選擇性地除去。選擇性除去的方法包括如拋光或研磨的機械法、使用腐蝕溶液的化學腐蝕法，和如反應離子腐蝕的離子腐蝕法。
當無孔薄膜為單晶Si時，選擇性地腐蝕離子注入層可使用以下溶液中的至少一種常用的Si腐蝕溶液、氫氟酸溶液、氫氟酸溶液和乙醇與過氧化氫中的至少一種的混合溶液、緩沖的氫氟酸溶液，以及緩沖的氫氟酸溶液和乙醇與過氧化氫溶液中的至少一種的混合溶液。當無孔半導體層包括化合物半導體時，可以使用比化合物半導體有更高速率腐蝕Si的腐蝕溶液腐蝕掉離子注入層。
下面結合附圖介紹本發明的實施例。實施例1圖1A到1E為本發明的實施例1步驟的示意剖面圖。
首先，在單晶Si的第一襯底11的主表面上，至少形成一個無孔層12(圖1A)。由于產生的SOI襯底的特性取決于無孔層12，所以單晶Si襯底11可以是未指定電阻的晶片或通常的再生(regenerated)晶片。另外，可將SiO2層13形成為最外層。該SiO2層可用來從有源層上脫離粘接界面。
通過使用由稀有氣體、氫和氮中的至少一種元素由第一襯底的主表面注入離子(圖1B)。最好在第一單晶襯底11和無孔層12之間的界面附近或在無孔層12內形成離子積累層14。
第二襯底15的表面例如在室溫下與第一襯底的表面緊密接觸(圖1C)。
當淀積單晶Si時，單晶Si的表面最好在粘接之前通過熱氧化或類似方法氧化。在圖1C中，第二襯底和第一襯底緊密粘接，絕緣層13位于其中。當無孔薄層12不是由Si構成，或第二襯底不是由Si構成時，該絕緣層13可省略。
在粘接時，可插入薄絕緣板，三個板層可以重疊地粘接。
然后，在離子積累層14處分離襯底(圖1D)。分離的方法包括使用如壓、拔、剪，和楔入等的外力方法；使用加熱；使用通過氧化周邊多孔Si膨脹產生的內部應力；使用通過脈沖加熱產生的應力；使之變軟，但并不限于這些。
通過以前提到的方法將離子積累層14從分離的襯底中分別選擇性也除去。
圖1E顯示的是根據本發明制備的半導體產品。在第二襯底15上，在整個晶片上均勻地形成無孔薄層12，例如薄單晶Si膜。就制造絕緣的電元件的觀點來看，通過插入絕緣層13將第二襯底粘接到第一襯底的步驟制備的半導體產品很有用。
襯底11可作為第一單晶Si襯底11，或第二襯底15再次使用。在除去留下的離子積累層14之后，第一單晶襯底11的表面很粗糙，在再次使用之前，處理襯底使表面平坦。
對于作為第一單晶Si襯底11再次使用，用外延生長補充由于層分離和表面處理引起的厚度減少。因此，可以半永久地使用襯底，不會有厚度損失。實施例2圖2A-2E為本發明的實施例2步驟的示意剖面圖。
提供第一單晶Si襯底21。通過使用由稀有氣體、氫和氮中的至少一種元素由第一襯底的主表面注入離子，在其內形成離子積累層22(圖2A)。最好在注入離子前形成SiO2層23，以防止離子注入使表面粗糙。除去SiO2層23之后，在主表面上形成至少一層無孔層24(圖2B)。
第二襯底15表面例如在室溫下與第一襯底的表面緊密接觸(圖2C)。
當淀積單晶Si時，單晶Si的表面最好在粘接之前通過熱氧化或類似方法氧化。在圖2C中，第二襯底和第一襯底緊密粘接，絕緣層25位于其間。當無孔薄層24不是由Si構成，或第二襯底不是由Si構成時，該絕緣層25可省略。
在粘接時，可插入薄絕緣板，三個板層可以重疊地粘接。
然后，在離子積累層22處分離襯底(圖2D)。
將離子積累層22從分離的襯底中分別選擇性地除去。
圖2E顯示的是根據本發明制備的半導體產品。在第二襯底26上，在整個晶片上均勻地形成無孔薄層24，例如薄單晶Si膜。就制造絕緣的電元件的觀點來看，通過插入絕緣層25將第二襯底粘接到第一襯底的步驟制備的半導體產品很有用。
襯底21可作為第一單晶襯底21，或第二襯底26再次使用。在除去留下的離子積累層22之后，第一單晶Si襯底21的表面很粗糙，在再次使用之前，處理襯底使表面平坦。實施例3圖3A-3C為本發明的實施例3步驟的示意剖面圖。
如圖3A-3C所示，如實施例1和實施例2所示，同時使用兩個第二襯底并處理第一襯底的兩面制備兩個半導體襯底。
在圖3A-3C中，數字31代表第一襯底；32和35為多孔層；33和36為無孔薄膜；34和37為SiO2層；38和39為第二襯底。圖3A顯示了和實施例1相同的方式處理兩表面的第一襯底31和粘接到第一襯底31表面的第二襯底38，39。圖3B顯示了與實施例1相同的方式在多孔層32，35分離后的狀態。圖3C顯示了除去多孔層32，35后的狀態。
襯底21可作為第一單晶Si襯底31，或第二襯底38(或39)再次使用。在除去留下的離子積累層之后，第一單晶Si襯底21的表面很粗糙，在再次使用之前，處理襯底使表面平坦。
支撐襯底38，39可相互不同。無孔薄膜33，36可相互不同。絕緣層34，37可以省略。
下面參考實例具體地介紹本發明。實例1在晶體Si襯底(第一襯底)上，在以下生長條件下，通過CVD(化學汽相淀積)外延生長0.30μm厚的單晶Si。
源氣SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180L/min氣壓80Torr溫度950℃生長速度0.30μm/min在該外延Si層的表面上，通過熱氧化形成厚度為200nm的SiO2層。然后通過SiO2表面層以40keV注入H+，劑量為5×1016cm-2。
SiO2層表面與另一個Si襯底(第二襯底)的表面相接觸，粘接的襯底在600℃下退火。通過退火，由于離子注入層的多孔結構，在離子注入的投影射程附近，粘接的襯底分成兩個薄片。分離的襯底表面很粗糙。采用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物選擇性地腐蝕第二襯底的表面。因此，用剩余未腐蝕的單晶Si作為腐蝕中止材料完全除去離子注入層。
由于無孔單晶Si的腐蝕極慢，因此膜厚度的減少幾乎忽略不計(約幾十埃)。
因此，0.2μm厚的單晶Si層形成在Si氧化層上。在整個層上測量100個點處形成的單晶Si層的厚度，發現層厚的均勻度為201nm±6nm。
具有單晶Si層生長于其上的襯底在氫氣氣氛中在1100℃下熱處理一小時。通過原子間力顯微鏡測量，就50μm見方區域的平均平方粗糙度(average square roughness)而論，表面粗糙度約為0.2nm。這與商業用Si晶片的級別相同。
沒有發現有附加的晶體缺陷引入到Si層，用透射電子顯微鏡觀察剖面發現具有優良的結晶性。
也用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物同時攪拌選擇性地腐蝕留在第一襯底上的離子注入層。再對襯底進行如氫氣退火和表面拋光的表面處理。因此，襯底可作為第一襯底，或第二襯底再次使用。
對于作為第一襯底再次使用，用外延層生長補充晶片的厚度減少。因此，可以半永久地使用襯底。在第二次或以后的使用中，外延層生長的厚度不是0.30μm，而是相應的厚度的減少，離子注入層形成在外延層內。實例2在單晶Si襯底(第一襯底)上，在以下生長條件下，通過CVD(化學汽相淀積)外延生長0.50μm厚的單晶Si。
源氣SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180L/min氣壓80Torr溫度950℃生長速度0.30μm/min然后通過外延層在表面上以50keV注入H+，劑量為6×1016cm-2。
外延層表面與具有500nm厚的SiO2層形成于其上的另一個Si襯底(第二襯底)的表面相接觸，粘接的襯底在550℃下退火。通過退火，在離子注入的投影射程附近，粘接的襯底分成兩個薄片。分離的襯底表面很粗糙。采用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物同時攪拌選擇性地腐蝕第二襯底的表面。因此，用剩余未腐蝕的單晶Si作為腐蝕中止材料完全除去離子注入層。
由于無孔單晶Si的腐蝕極慢，因此膜厚度的減少幾乎忽略不計(約幾十埃)。
通過拋光使表面平坦。
因此，0.5μm厚的單晶Si層形成在Si氧化層上。在整個層上測量100個點處形成的單晶Si層的厚度，發現層厚的均勻度為498nm±15nm。
通過原子間力顯微鏡測量，就50μm見方區域的平均平方粗糙度而論，表面粗糙度約為0.2nm。這與商業用Si晶片的級別相同。
沒有發現有附加的晶體缺陷引入到Si層，用透射電子顯微鏡觀察剖面發現具有優良的結晶性。
也用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液同時攪拌選擇性地腐蝕留在第一襯底上的離子注入層。再對襯底進行如氫氣退火和表面拋光的表面處理。因此，襯底可作為第一襯底，或第二襯底再次使用。
對于作為第一襯底再次使用，用外延生長補充晶片的厚度減少。因此，可以半永久地使用襯底。在第二次或以后的使用中，外延層生長的厚度不是0.50μm，而是相應的厚度的減少，離子注入層形成在外延層內。實例3在單晶Si襯底(第一襯底)上，在以下生長條件下，通過CVD(化學汽相淀積)外延生長0.30μm厚的單晶Si。
源氣SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180L/min氣壓80Torr溫度950℃生長速度0.30μm/min在該外延Si層的表面上，通過熱氧化形成厚度為200nm的SiO2層。然后通過SiO2層表面以40keV注入H+，劑量為5×1016cm-2。
SiO2層表面與具有500nm厚的SiO2層形成于其上的另一個Si襯底(第二襯底)的表面相接觸，粘接的襯底在600℃下退火。通過退火，在離子注入的投影射程附近，粘接的襯底分成兩個薄片。分離的襯底表面很粗糙。采用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物并攪拌選擇性地腐蝕第二襯底上剩下的離子注入層。因此，用剩余未腐蝕的單晶Si作為腐蝕中止材料完全腐蝕掉離子注入層。
因此，0.2μm厚的單晶Si層形成在Si氧化層上。在整個層上測量100個點處形成的單晶Si層的厚度，發現層厚的均勻度為201nm±6nm。
具有單晶Si層生長于其上的襯底在氫氣氣氛中在1100℃下熱處理一小時。通過原子間力顯微鏡測量，就50μm見方區域的平均平方粗糙度而論，表面粗糙度約為0.2nm。這與商業用Si晶片的級別相同。
沒有發現有附加的晶體缺陷引入到Si層，用透射電子顯微鏡觀察剖面發現具有優良的結晶性。
也用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物同時攪拌選擇性地腐蝕留在第一襯底上的離子注入層。再對襯底進行如氫氣退火和表面拋光的表面處理。因此，襯底可作為第一襯底，或第二襯底再次使用。實例4在單晶Si襯底(第一襯底)上，在以下生長條件下，通過CVD(化學汽相淀積)外延生長0.30μm厚的單晶Si。
源氣SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180L/min氣壓80Torr溫度950℃生長速度0.30μm/min在該外延Si層的表面上，通過熱氧化形成厚度為200nm的SiO2層。然后通過SiO2層表面40keV注入H+，劑量為5×1016cm-2。
單獨地，提供熔融(molten)的石英襯底(第二襯底)。對第一襯底的SiO2層表面和熔融石英襯底表面進行等離子處理，并用水洗。使兩個表面相互接觸，將粘接的襯底在600℃下退火。通過退火，在離子注入的投影射程附近，粘接的襯底分成兩個薄片。由于離子注入層的多孔結構，分離的襯底表面很粗糙。采用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物并攪拌選擇性地腐蝕第二襯底的表面。因此，用剩余未腐蝕的單晶Si作為腐蝕中止材料完全腐蝕掉離子注入層。
因此，在透明的石英襯底上形成0.2μm厚的單晶Si層。在整個層上測量100個點處形成的單晶Si層的厚度，發現層厚的均勻度為201nm±6nm。
具有單晶Si層生長于其上的襯底在氫氣氣氛中在1100℃下熱處理一小時。通過原子間力顯微鏡測量，就50μm見方區域的平均平方粗糙度而論，表面粗糙度約為0.2nm。這與商業用Si晶片的級別相同。
沒有發現有附加的晶體缺陷引入到Si層，用透射電子顯微鏡觀察剖面發現具有優良的結晶性。
也用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物同時攪拌選擇性地腐蝕留在第一襯底上的離子注入層。再對襯底進行如氫氣退火和表面拋光的表面處理。因此，襯底可作為第一襯底再次使用。實例5在單晶Si襯底(第一襯底)上，在以下生長條件下，通過CVD(化學汽相淀積)外延生長0.50μm厚的單晶Si。
源氣SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180L/min氣壓80Torr溫度950℃生長速度0.30μm/min在該外延Si層的表面上，通過熱氧化形成厚度為200nm的SiO2層。然后通過SiO2表面層以60keV注入H+，劑量為5×1016cm-2。
單獨地，提供藍寶石襯底(第二襯底)。對第一襯底的SiO2層表面和第二襯底表面進行等離子處理，并用水洗。使兩個表面相互接觸，將粘接的襯底在600℃下退火。通過退火，在離子注入的投影射程附近，粘接的襯底分成兩個薄片。采用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物并攪拌選擇性地腐蝕第二襯底的表面。因此，用剩余未腐蝕的單晶Si作為腐蝕中止材料完全腐蝕掉離子注入層。
通過拋光使腐蝕的表面平坦。
因此，在藍寶石襯底上形成0.4μm厚的單晶Si層。在整個層上測量100個點處形成的單晶Si層的厚度，發現層厚的均勻度為402nm±12nm。
通過原子間力顯微鏡測量，就50μm見方區域的平均平方粗糙度而論，表面粗糙度約為0.2nm。這與商業用Si晶片的級別相同。
沒有發現有附加的晶體缺陷引入到Si層，用透射電子顯微鏡觀察剖面發現具有優良的結晶性。
也用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物同時攪拌選擇性地腐蝕留在第一襯底上的離子注入層。再對襯底進行如氫氣退火和表面拋光的表面處理。因此，襯底可作為第一襯底再次使用。實例6在單晶Si襯底(第一襯底)上，在以下生長條件下，通過CVD(化學汽相淀積)外延生長0.60μm厚的單晶Si。
源氣SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180L/min氣壓80Torr溫度950℃生長速度0.30μm/min在該外延Si層的表面上，通過熱氧化形成厚度為200nm的SiO2層。然后通過SiO2表面層以70keV注入H+，劑量為5×1016cm-2。
單獨地，提供玻璃襯底(第二襯底)。對第一襯底的SiO2層表面和第二襯底表面進行等離子處理，并用水洗。使兩個表面相互接觸，將粘接的表面在600℃下退火。通過退火，在離子注入的投影射程附近，粘接的襯底分成兩個薄片。采用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物并攪拌選擇性地腐蝕第二襯底的表面。因此，用剩余未腐蝕的單晶Si作為腐蝕中止材料完全腐蝕掉離子注入層。
通過拋光使腐蝕的表面平坦。
因此，在透明的玻璃襯底上形成0.5μm厚的單晶Si層。在整個層上測量100個點處形成的單晶Si層的厚度，發現層厚的均勻度為501nm±15nm。
通過原子間力顯微鏡測量，就50μm見方區域的平均平方粗糙度而論，表面粗糙度約為0.2nm。這與商業用Si晶片的級別相同。
沒有發現有附加的晶體缺陷引入到Si層，用透射電子顯微鏡觀察剖面發現具有優良的結晶性。
也用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物同時攪拌選擇性地腐蝕第一襯底上的離子注入層。再對襯底進行如氫氣退火和表面拋光的表面處理。因此，襯底可作為第一襯底再次使用。實例7在單晶Si襯底(第一襯底)上，在以下生長條件下，通過MOCVD(金屬有機化學汽相淀積)外延生長0.50μm厚的單晶GaAs。
源氣TMG/AsH3/H2氣壓80Torr溫度700℃在該GaAs層的表面上，形成厚度為50nm的SiO2層。然后通過表面SiO2層以60keV注入H+，劑量為5×1016cm-2。
第一襯底的SiO2層表面與另一個Si襯底(第二襯底)的表面相接觸，粘接的襯底在600℃下退火。通過退火，在離子注入的投影射程附近，粘接的襯底分成兩個薄片。由于離子注入層的多孔性，分離的襯底表面很粗糙。采用1，2-乙二胺、鄰苯二酚，和水的混合物(混合比例＝17ml∶3g∶8ml)選擇性地腐蝕第二襯底的表面。因此，用剩余未腐蝕的單晶GaAs作為腐蝕中止材料完全除去離子注入層和殘留的第一Si襯底。
因此，0.5μm厚的單晶GaAs層形成在Si襯底上。在整個層上測量100個點處形成的單晶GaAs層的厚度，發現層厚的均勻度為504nm±16nm。
通過原子間力顯微鏡測量，就50μm見方區域的平均平方粗糙度而論，表面粗糙度約為0.3nm。這與商業用GaAs晶片的級別相同。
沒有發現外延生長后有附加的晶體缺陷引入到GaAs層，用透射電子顯微鏡觀察剖面發現具有優良的結晶性。
也用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物同時攪拌選擇性地腐蝕留在第一襯底上的離子注入層。再對襯底進行如氫氣退火和表面拋光的表面處理。因此，襯底可作為第一襯底，或第二襯底再次使用。實例8在單晶Si襯底(第一襯底)上，通過MOCVD(金屬有機化學汽相淀積)外延生長0.7μm厚的單晶InP。
在該InP層的表面上，形成厚度為50nm的SiO2層。然后通過SiO2表面層以80keV注入H+，劑量為5×1016cm-2。
第一襯底的SiO2層表面與另一個Si襯底(第二襯底)的表面相接觸，在600℃下退火。通過退火，在離子注入的投影射程附近，粘接的襯底分成兩個薄片。由于離子注入層的多孔性，分離的襯底表面很粗糙。采用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物并攪拌選擇性地腐蝕第二襯底的表面。因此，用剩余未腐蝕的單晶InP作為腐蝕中止材料完全腐蝕掉離子注入層和剩余的第一Si襯底。
因此，在單晶Si層上形成0.5μm厚的單晶InP層。在整個層上測量100個點處形成的單晶InP層的厚度，發現層厚的均勻度為704nm±23nm。
通過原子間力顯微鏡測量，就50μm見方區域的平均平方粗糙度而論，表面粗糙度約為0.3nm。這與商業用InP晶片的級別相同。
沒有發現外延生長后有附加的晶體缺陷引入到InP層，用透射電子顯微鏡觀察剖面發現具有優良的結晶性。
也用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物同時攪拌選擇性地腐蝕留在第一襯底上的離子注入層。再對襯底進行如氫氣退火和表面拋光的表面處理。因此，襯底可作為第一襯底，或第二襯底再次使用。實例9在單晶Si襯底(第一襯底)上，在以下生長條件下，通過CVD(化學汽相淀積)外延生長0.30μm厚的單晶Si。
源氣SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180L/min氣壓80Torr溫度950℃生長速度0.30μm/min在該外延Si層的表面上，通過熱氧化形成厚度為200nm的SiO2層。然后通過表面SiO2層以80keV注入H+，劑量為5×1016cm-2。
SiO2層表面與另一個Si襯底(第二襯底)的表面相接觸，在600℃下退火。通過退火，在離子注入的投影射程附近，粘接的襯底分成兩個薄片。采用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物并攪拌選擇性地腐蝕第二襯底的表面。因此，用剩余未腐蝕的單晶Si作為腐蝕中止材料完全腐蝕掉離子注入層。
因此，0.2μm厚的單晶Si層形成在Si氧化層上。在整個層上測量100個點處形成的單晶Si層的厚度，發現層厚的均勻度為201nm±6nm。
該襯底在氫氣氣氛中在1100℃下熱處理一小時。通過原子間力顯微鏡測量，就50μm見方區域的平均平方粗糙度而論，表面粗糙度約為0.2nm。這與商業用Si晶片的級別相同。
沒有發現有附加的晶體缺陷引入到Si層，用透射電子顯微鏡觀察剖面發現具有優良的結晶性。
也用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物同時攪拌選擇性地腐蝕留在第一襯底上的離子注入層。再對襯底進行如氫氣退火和表面拋光的表面處理。因此，襯底可作為第一襯底，或第二襯底再次使用。實例10在單晶Si襯底(第一襯底)上，在以下生長條件下，通過CVD(化學汽相淀積)外延生長0.30μm厚的單晶Si。
源氣SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180L/min氣壓80Torr溫度950℃生長速度0.30μm/min在該外延Si層的表面上，通過熱氧化形成厚度為200nm的SiO2層。然后通過SiO2表面層以40keV注入H+，劑量為5×1016cm-2。
SiO2層表面與另一個Si襯底(第二襯底)的表面相接觸。
從第一襯底的反面除去氧化膜后，從第一襯底側用CO2激光器照射整個晶片表面。CO2激光在粘接界面被200nm厚的SiO2層吸收，使突變溫度(abrupt temperature)升高，通過在離子注入的投影射程附近進入兩個薄片的熱應力，將粘接的襯底分離。激光束可以是連續的脈沖式。
采用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物并攪拌選擇性地腐蝕第二襯底的表面。因此，用剩余未腐蝕的單晶Si作為腐蝕中止材料完全腐蝕掉離子注入層。
因此，0.2μm厚的單晶Si層形成在Si氧化層上。在整個層上測量100個點處形成的單晶Si層的厚度，發現層厚的均勻度為201nm±6nm。
該襯底在氫氣氣氛中在1100℃下熱處理一小時。通過原子間力顯微鏡測量，就50μm見方區域的平均平方粗糙度而論，表面粗糙度約為0.2nm。這與商業用Si晶片的級別相同。
沒有發現有附加的晶體缺陷引入到Si層，用透射電子顯微鏡觀察剖面發現具有優良的結晶性。
也用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物同時攪拌選擇性地腐蝕留在第一襯底上的離子注入層。再對襯底進行如氫氣退火和表面拋光的表面處理。因此，襯底可作為第一襯底，或第二襯底再次使用。實例11在單晶Si襯底(第一襯底)上，在以下生長條件下，通過CVD(化學汽相淀積)外延生長0.30μm厚的單晶Si。
源氣SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180L/min氣壓80Torr溫度950℃生長速度0.30μm/min在該外延Si層的表面上，通過熱氧化形成厚度為200nm的SiO2層。然后通過SiO2表面層以40keV注入H+，劑量為5×1016cm-2。
SiO2層表面與另一個Si襯底(第二襯底)的表面相接觸。通過腐蝕粘接晶片的端面，SiO2層端和外延層端剝離，離子注入層端露出。
在1000℃下對粘接的晶片進行高溫氧化。因此，在離子注入層處10小時內兩個粘接的襯底完全分離。發現晶片周邊部分的附著面已變為SiO2，中心部分幾乎不變。
采用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物并攪拌選擇性地腐蝕第二襯底的表面。因此，用剩余未腐蝕的單晶Si作為腐蝕中止材料完全腐蝕掉離子注入層。
因此，0.2μm厚的單晶Si層形成在Si氧化層上。在整個層上測量100個點處形成的單晶Si層的厚度，發現層厚的均勻度為201nm±6nm。
該襯底在氫氣氣氛中在1100℃下熱處理一小時。通過原子間力顯微鏡測量，就50μm見方區域的平均平方粗糙度而論，表面粗糙度約為0.2nm。這與商業用Si晶片的級別相同。
沒有發現有附加的晶體缺陷引入到Si層，用透射電子顯微鏡觀察剖面發現具有優良的結晶性。
也用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物同時攪拌選擇性地腐蝕留在第一襯底上的離子注入層。再對襯底進行如氫氣退火和表面拋光的表面處理。因此，襯底可作為第一襯底，或第二襯底再次使用。實例12在單晶Si襯底(第一襯底)上，在以下生長條件下，通過CVD(化學汽相淀積)外延生長0.30μm厚的單晶Si。
源氣SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180L/min氣壓80Torr溫度950℃生長速度0.30μm/min在該外延Si層的表面上，通過熱氧化形成厚度為200nm的SiO2層。然后通過表面SiO2層以40keV注入H+，劑量為5×1016cm-2。
單獨地，提供另一個Si襯底(第二襯底)。對第一襯底的SiO2層表面和第二襯底表面進行等離子處理，并用水洗。使兩個表面相互接觸，將粘接的表面在300℃下熱處理一小時，以增加襯底粘接的強度。通過從周邊楔入粘接襯底中，在離子注入的投影射程附近，粘接的襯底分成兩個薄片。由于離子注入層的多孔性，分離的襯底表面很粗糙。采用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物并攪拌選擇性地腐蝕第二襯底的表面。因此，用剩余未腐蝕的單晶Si作為腐蝕中止材料完全除去離子注入層。
因此，0.2μm厚的單晶Si層形成在Si氧化層上。在整個層上測量100個點處形成的單晶Si層的厚度，發現層厚的均勻度為201nm±6nm。
該襯底在氫氣氣氛中在1100℃下熱處理一小時。通過原子間力顯微鏡測量，就50μm見方區域的平均平方粗糙度而論，表面粗糙度約為0.2nm。這與商業用Si晶片的級別相同。
沒有發現有附加的晶體缺陷引入到Si層，用透射電子顯微鏡觀察剖面發現具有優良的結晶性。
也用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物同時攪拌選擇性地腐蝕留在第一襯底上的離子注入層。再對襯底進行如氫氣退火和表面拋光的表面處理。因此，襯底可作為第一襯底，或第二襯底再次使用。實例13在單晶Si襯底(第一襯底)上，在以下生長條件下，通過CVD(化學汽相淀積)外延生長0.30μm厚的單晶Si。
源氣SiH2C2/H2氣體流速0.5/180L/min氣壓80Torr溫度950℃生長速度0.30μm/min在該外延Si層的表面上，通過熱氧化形成厚度為200nm的SiO2層。然后通過SiO2表面層以40keV注入H+，劑量為5×1016cm-2。
單獨地，提供另一個Si襯底(第二襯底)。對第一襯底的SiO2層表面和第二襯底表面進行等離子處理，并用水洗。使兩個表面相互接觸，將粘接的表面在300℃下熱處理一小時，以增加襯底粘接的強度。通過對粘接襯底使用剪切力，在離子注入的投影射程附近，粘接的襯底分成兩個薄片。采用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物并攪拌選擇性地腐蝕第二襯底的表面。因此，用剩余未腐蝕的單晶Si作為腐蝕中止材料完全腐蝕掉離子注入層。
因此，0.2μm厚的單晶Si層形成在Si氧化層上。在整個層上測量100個點處形成的單晶Si層的厚度，發現層厚的均勻度為201nm±6nm。
該襯底在氫氣氣氛中在1100℃下熱處理一小時。通過原子間力顯微鏡測量，就50μm見方區域的平均平方粗糙度而論，表面粗糙度約為0.2nm。這與商業用Si晶片的級別相同。
沒有發現有附加的晶體缺陷引入到Si層，用透射電子顯微鏡觀察剖面發現具有優良的結晶性。
也用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物同時攪拌選擇性地腐蝕留在第一襯底上的離子注入層。再對襯底進行如氫氣退火和表面拋光的表面處理。因此，襯底可作為第一襯底，或第二襯底再次使用。
對于作為第一襯底再次使用，用外延層生長補充晶片的厚度減少。因此，可以半永久地使用襯底。在第二次或以后的使用中，外延層的厚度不是0.30μm，而是相應于厚度的減少，離子注入層形成在外延層內。實例14在單晶Si襯底(第一襯底)的主表面上，H+的注入能量為10keV，劑量為5×1016cm-2。在以下生長條件下，在相同的面上，通過CVD(化學汽相淀積)外延生長0.30μm厚的單晶Si。
源氣SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180L/min氣壓80Torr溫度950℃生長速度0.30μm/min在該外延Si層的表面上，形成厚度為200nm的SiO2層。
第一襯底的SiO2層表面與另一個Si襯底(第二襯底)的表面相接觸，粘接的襯底在600℃下退火。通過退火，在離子注入的投影射程附近，粘接的襯底分成兩個薄片。
由于離子注入層的多孔性，分離的襯底表面很粗糙。采用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物并攪拌選擇性地腐蝕第二襯底的表面。因此，用剩余未腐蝕的單晶Si作為腐蝕中止材料完全腐蝕掉離子注入層。此外，對應于離子注入深度的余下的第一襯底通過腐蝕除去。
因此，0.2μm厚的單晶Si層形成在Si氧化層上。在整個層上測量100個點處形成的單晶Si層的厚度，發現層厚的均勻度為201nm±7nm。
該襯底在氫氣氣氛中在1100℃下熱處理一小時。通過原子間力顯微鏡測量，就50μm見方區域的平均平方粗糙度而論，表面粗糙度約為0.2nm。這與商業用Si晶片的級別相同。
沒有發現有附加的晶體缺陷引入到Si層，用透射電子顯微鏡觀察剖面發現具有優良的結晶性。
也用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物同時攪拌選擇性地腐蝕留在第一襯底上的離子注入層。再對襯底進行如氫氣退火和表面拋光的表面處理。因此，襯底可作為第一襯底，或第二襯底再次使用。實例15在單晶Si襯底(第一襯底)的一個主表面上，在以下生長條件下，通過CVD(化學汽相淀積)外延生長0.50μm厚的單晶Si。
源氣SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180L/min氣壓80Torr溫度950℃生長速度0.30μm/min在生長期間，加入摻雜氣體得到n+Si/n-Si/Si的襯底結構。
在該外延Si層的表面上，通過熱氧化形成厚度為200nm的SiO2層。然后通過SiO2表面層以40keV注入H+，劑量為5×1016cm-2。
第一襯底的SiO2層表面與另一個Si襯底(第二襯底)的表面相接觸，襯底在600℃下退火。通過退火，在離子注入的投影射程附近，粘接的襯底分成兩個薄片。
采用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物并攪拌選擇性地腐蝕第二襯底的表面。因此，用剩余未腐蝕的單晶Si作為腐蝕中止材料完全腐蝕除去離子注入層。
因此，0.2μm厚含有掩埋的n+層的單晶Si層形成在Si氧化層上。在整個層上測量100個點處形成的單晶Si層的厚度，發現厚度的均勻度為201nm±6nm。
該襯底在氫氣氣氛中在1100℃下熱處理一小時。通過原子間力顯微鏡測量，就50μm見方區域的平均平方粗糙度而論，表面粗糙度約為0.2nm。這與商業用Si晶片的級別相同。
沒有發現有附加的晶體缺陷引入到Si層，用透射電子顯微鏡觀察剖面發現具有優良的結晶性。
也用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物同時攪拌選擇性地腐蝕留在第一襯底上的離子注入層。再對襯底進行如氫氣退火和表面拋光的表面處理。因此，襯底可作為第一襯底，或第二襯底再次使用。實例16在單晶Si襯底(第一襯底)的一個主表面上，在以下生長條件下，通過CVD(化學汽相淀積)外延生長0.30μm厚的單晶Si。
源氣SiH2Cl2/H2氣體流速0.5/180L/min氣壓80Torr溫度950℃生長速度0.30μm/min在生長期間，加入摻雜氣體得到n+Si/n-Si/Si的襯底結構。
在該外延Si層的表面上，通過熱氧化形成厚度為50nm的SiO2層。然后通過SiO2以40keV注入H+，劑量為5×1016cm-2。
第一襯底的SiO2層表面與其上有500nm厚的SiO2層的另一個Si襯底(第二襯底)的表面相接觸，襯底在600℃下退火。通過退火，在離子注入的投影射程附近，粘接的襯底分成兩個薄片。采用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物并攪拌選擇性地腐蝕第二襯底的表面。因此，用剩余未腐蝕的單晶Si作為腐蝕中止材料完全腐蝕除去離子注入層。
因此，0.29μm厚含有掩埋的n+層的單晶Si層形成在Si氧化層上。在整個層上測量100個點處形成的單晶Si層的厚度，發現厚度的均勻度為291nm±9nm。
該襯底在氫氣氣氛中在1100℃下熱處理一小時。通過原子間力顯微鏡測量，就50μm見方區域的平均平方粗糙度而論，表面粗糙度約為0.2nm。這與商業用Si晶片的級別相同。
沒有發現有附加的晶體缺陷引入到Si層，用透射電子顯微鏡觀察剖面發現具有優良的結晶性。
也用49％的氫氟酸和30％過氧化氫水溶液的混合物同時攪拌選擇性地腐蝕留在第一襯底上的離子注入層。再對襯底進行如氫氣退火和表面拋光的表面處理。因此，襯底可作為第一襯底，或第二襯底再次使用。實例17用與實例1到16相同的方式處理第一襯底的兩個面制備半導體產品。
權利要求
1.一種制造半導體產品的工藝，包括以下步驟制備包括硅襯底的第一襯底，無孔半導體層形成在硅襯底上，在硅襯底和無孔半導體層中的至少一層內形成離子注入層；將第一襯底粘接到第二襯底上得到無孔半導體層置于其內的多層結構，在離子注入層處分離多層結構；并除去留在分離的第二襯底上的離子注入層。
2.一種制造半導體產品的工藝，包括以下步驟制備包括硅襯底的第一襯底，將無孔半導體層形成在硅襯底上，在硅襯底和無孔半導體層中的至少一層內形成離子注入層；將第一襯底粘接到第二襯底上得到無孔半導體層置于其內的多層結構；在離子注入層處分離多層結構；除去留在分離的第二襯底上的離子注入層；除去留下的離子注入層后，再次將第一襯底作為第一襯底材料使用。
3.一種制造半導體產品的工藝，包括以下步驟制備包括硅襯底的第一襯底，將無孔半導體層形成在硅襯底上，在硅襯底和無孔半導體層中的至少一層內形成離子注入層；將第一襯底粘接到第二襯底上得到無孔半導體層置于其內的多層結構；在離子注入層處分離多層結構；除去留在分離的第二襯底上的離子注入層；從其上除去留下的離子注入層后，再次將第一襯底作為第二襯底材料使用。
4.根據權利要求1-3中的任意一個制造半導體產品的工藝，其中在硅襯底上形成無孔半導體層后形成離子注入層。
5.根據權利要求1-3中的任意一個制造半導體產品的工藝，其中在硅襯底上形成無孔半導體層和在無孔半導體層上形成絕緣膜后形成離子注入層。
6.根據權利要求1-3中的任意一個制造半導體產品的工藝，其中離子注入層用選自稀有氣體元素、氫和氮的組中的離子元素形成。
7.根據權利要求6的制造半導體產品的工藝，其中離子的注入劑量控制在1016-1017/cm2的范圍內。
8.根據權利要求1-3中的任意一個制造半導體產品的工藝，其中離子注入層的厚度控制不大于500埃。
9.根據權利要求8的制造半導體產品的工藝，其中離子注入層的厚度控制不大于200埃。
10.根據權利要求1-3中的任意一個制造半導體產品的工藝，其中對離子注入層施加外力將多層結構分開。
11.根據權利要求10的制造半導體產品的工藝，其中通過與襯底表面垂直的方向按壓、通過與襯底表面垂直的方向拉離，或通過加剪切力施加外力。
12.根據權利要求1-3中的任意一個制造半導體產品的工藝，其中多層結構是通過露出在多層結構的邊緣的離子注入層并隨后氧化粘接的襯底分離的。
13.根據權利要求1-3中的任意一個制造半導體產品的工藝，其中多層結構是通過加熱多層結構分離的。
14.根據權利要求13的制造半導體產品的工藝，其中加熱整個多層結構。
15.根據權利要求13的制造半導體產品的工藝，其中加熱部分多層結構。
16.根據權利要求15的制造半導體產品的工藝，其中通過激光照射進行加熱。
17.根據權利要求16的制造半導體產品的工藝，其中激光器為二氧化碳器。
18.根據權利要求15的制造半導體產品的工藝，其中通過施加電流進行加熱。
19.根據權利要求1-3中的任意一個制造半導體產品的工藝，其中無孔半導體層包括單晶硅層。
20.根據權利要求19的制造半導體產品的工藝，其中單晶硅層由外延生長形成。
21.根據權利要求19的制造半導體產品的工藝，其中在單晶硅層的表面上形成氧化硅層構成第一襯底。
22.根據權利要求21的制造半導體產品的工藝，其中氧化硅層由熱氧化形成。
23.根據權利要求1-3中的任意一個制造半導體產品的工藝，其中無孔半導體層包括化合物半導體層。
24.根據權利要求23的制造半導體產品的工藝，其中化合物半導體為單晶。
25.根據權利要求1-3中的任意一個制造半導體產品的工藝，其中第二襯底包括單晶硅襯底。
26.根據權利要求1-3中的任意一個制造半導體產品的工藝，其中第二襯底為氧化膜形成于其上的單晶硅襯底。
27.根據權利要求1-3中的任意一個制造半導體產品的工藝，其中第二襯底為透光襯底。
28.根據權利要求27的制造半導體產品的工藝，其中透光襯底為玻璃襯底。
29.根據權利要求1-3中的任意一個制造半導體產品的工藝，其中粘接襯底的步驟是通過將第一襯底與第二襯底相互緊密接觸進行的。
30.根據權利要求1-3中的任意一個制造半導體產品的工藝，其中粘接襯底的步驟是通過陽極粘接、按壓，或熱處理進行的。
31.根據權利要求1-3中的任意一個制造半導體產品的工藝，其中通過拋光除去離子注入層。
32.根據權利要求1-3中的任意一個制造半導體產品的工藝，其中通過腐蝕除去離子注入層。
33.根據權利要求32的制造半導體產品的工藝，其中用氫氟酸進行腐蝕。
34.一種半導體產品，根據以上權利要求1-33的方法制造。
全文摘要
本發明公開了一種制造半導體產品的新型工藝,包括以下步驟:制備包括硅襯底的第一襯底。將無孔半導體層形成在硅襯底上,在硅襯底和無孔半導體層中的至少一層內形成離子注入層;將第一襯底粘接到第二襯底上得到無孔半導體層置于其內的多層結構,在離子注入層處分離多層結構;并除去留在分離的第二襯底上的離子注入層。
文檔編號H01L21/70GK1183635SQ9712270
公開日1998年6月3日 申請日期1997年11月14日 優先權日1996年11月15日
發明者坂口清文, 米原隆夫 申請人:佳能株式會社