本發(fā)明有關(guān)于一種絕緣層上頂層硅襯底及其制造方法。

背景技術(shù)：

近年來，已經(jīng)有業(yè)界利用絕緣材料表面形成單晶半導(dǎo)體層的絕緣層上頂層硅(soi)襯底來代替使用大塊狀硅晶圓于半導(dǎo)體集成電路的制造之中。因?yàn)槭褂胹oi襯底的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少晶體管的漏極與襯底之間的寄生電容，藉此提高半導(dǎo)體集成電路的效能。

關(guān)于半導(dǎo)體組件的制造方法，例如美國公告專利第5374564號(hào)是由離子注入法對硅晶圓進(jìn)行氫離子注入，并在預(yù)定深度之處形成離子注入層。接下來，將注入有氫離子的硅晶圓與另一片硅晶圓接合，且于兩片硅晶圓之間插置有氧化硅膜。之后，經(jīng)過熱處理，以離子注入層作為分裂面，且在注入有氫離子的硅晶圓以薄膜狀分離。藉此可在接合的硅晶圓之上形成單晶硅層。又例如美國公告專利第5872387號(hào)是由在重氫環(huán)境下對于已經(jīng)生長好柵極氧化物的襯底進(jìn)行退火，以便消除柵極氧化物與襯底之間的懸掛鍵(danglingbond)。然而此方法必須在很高的重氫環(huán)境氣壓進(jìn)行，因而導(dǎo)致制造成本的提高。

因此，目前有需要一種改良的絕緣層上頂層硅襯底的制造方法，至少可改善上述的缺失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種絕緣層上頂層硅襯底及其制造方法，可以減少晶體管的漏極與襯底之間的寄生電容，以及降低制造成本。

依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，提供一種絕緣層上頂層硅襯底的制造方法，包括：提供一第一半導(dǎo)體襯底；在該第一半導(dǎo)體襯底的頂面形成一第一絕緣層；對該第一半導(dǎo)體襯底進(jìn)行離子束注入，以便在距離該第一絕緣層的頂面的預(yù)定深度 處形成一摻雜層；提供一第二半導(dǎo)體襯底；在該第二半導(dǎo)體襯底的頂面形成一第二絕緣層；將該第一半導(dǎo)體襯底面對面地接合于該第二半導(dǎo)體襯底；在一重氫氣壓環(huán)境下，對該第一半導(dǎo)體襯底以及該第二半導(dǎo)體襯底進(jìn)行退火；以及將部分的第一半導(dǎo)體襯底分離于該第二半導(dǎo)體襯底，以便在該第二半導(dǎo)體襯底之上形成一摻雜有重氫的半導(dǎo)體層。

所述的絕緣層上頂層硅襯底的制造方法，其中該第一半導(dǎo)體襯底包含iv族元素、sige、iii-v族化合物、iii族-氮化合物或ii-v族化合物。

所述的絕緣層上頂層硅襯底的制造方法，其中該預(yù)定深度介于0.01um至5um。

所述的絕緣層上頂層硅襯底的制造方法，其中該離子束為氫離子束，該氫離子束的加速電壓介于1kev至200kev，而該氫離子束的摻雜劑量介于1×10¹⁶氫離子個(gè)數(shù)/cm²至2×10¹⁷氫離子個(gè)數(shù)/cm²。

所述的絕緣層上頂層硅襯底的制造方法，其中該第二半導(dǎo)體襯底包含iv族元素、sige、iii-v族化合物、iii族-氮化合物或ii-v族化合物。

所述的絕緣層上頂層硅襯底的制造方法，其中該第一半導(dǎo)體襯底以及該第二半導(dǎo)體于介于攝氏200度～400度進(jìn)行接合。

所述的絕緣層上頂層硅襯底的制造方法，其中該第一半導(dǎo)體襯底以及該第二半導(dǎo)體襯底進(jìn)行接合的步驟包括：潤濕該第一絕緣層以及該第二絕緣層；將潤濕后的該第一絕緣層與該第二絕緣層相互接觸；以及施壓于相互接觸的該第一絕緣層以及該第二絕緣層，使得該第一絕緣層接合于該第二絕緣層之上。

所述的絕緣層上頂層硅襯底的制造方法，其中該重氫環(huán)境氣壓介于10托爾～1000托爾。

所述的絕緣層上頂層硅襯底的制造方法，其中該半導(dǎo)體層所摻雜的重氫濃度介于1×10¹⁰重氫原子個(gè)數(shù)/cm³～8×10¹⁸重氫離子個(gè)數(shù)/cm³。

所述的絕緣層上頂層硅襯底的制造方法，其中該退火步驟包括：先加熱該第一半導(dǎo)體襯底以及該第二半導(dǎo)體襯底至攝氏600度～1200度；接著冷卻該第一半導(dǎo)體襯底以及該第二半導(dǎo)體襯底至攝氏400度～600度。

所述的絕緣層上頂層硅襯底的制造方法，其中加熱該第一半導(dǎo)體襯底以及該第二半導(dǎo)體襯底的時(shí)間介于0.5小時(shí)～8小時(shí)。

所述的絕緣層上頂層硅襯底的制造方法，其中冷卻該第一半導(dǎo)體襯底以及該第二半導(dǎo)體襯底的時(shí)間介于30分鐘～120分鐘。

所述的絕緣層上頂層硅襯底的制造方法，其中該摻雜有重氫的半導(dǎo)體層的厚度介于50埃～50000埃。

所述的絕緣層上頂層硅襯底的制造方法，包括該第一半導(dǎo)體襯底分離于該第二半導(dǎo)體襯底之后，再度加熱該第二半導(dǎo)體襯底至攝氏600度～1200度。

所述的絕緣層上頂層硅襯底的制造方法，其中加熱該第二半導(dǎo)體襯底之時(shí)間介于30分鐘～8小時(shí)。

依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，提供一種絕緣層上頂層硅襯底，包括：一半導(dǎo)體襯底；一絕緣層，該絕緣層接合于該半導(dǎo)體襯底的頂面；以及一摻雜有重氫的半導(dǎo)體層，該摻雜有重氫的半導(dǎo)體層接合于該絕緣層的頂面。

所述的絕緣層上頂層硅襯底，其中該半導(dǎo)體襯底包含有iv族元素、sige、iii-v族化合物、iii族-氮化合物或ii-v族化合物。

所述的絕緣層上頂層硅襯底，其中該摻雜有重氫的半導(dǎo)體層的厚度介于50?！?0000埃。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的絕緣層上頂層硅襯底的制造方法的流程圖。

圖2a-2h為制造絕緣層上頂層硅襯底的剖視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖和優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

參閱圖1，為提供一實(shí)施例的絕緣層上頂層硅襯底的制造方法，包括下列步驟：

s101：提供一第一半導(dǎo)體襯底

s102：形成一第一絕緣層于第一半導(dǎo)體襯底的頂面；

s103：以氫氣為來源氣體，對第一半導(dǎo)體襯底注入氫離子束，以便在距離第一絕緣層的頂面的預(yù)定深度處形成一氫摻雜層；

s104：提供一第二半導(dǎo)體襯底；

s105：形成一第二絕緣層于第二半導(dǎo)體襯底的頂面；

s106：將第一半導(dǎo)體襯底面對面地接合于該第二半導(dǎo)體襯底；

s107：在一重氫氣壓環(huán)境(deuteriumatmosphere)下，對相互接合的第一半導(dǎo)體襯底與第二半導(dǎo)體襯底進(jìn)行退火；

s108：將部分的第一半導(dǎo)體襯底分離于第二半導(dǎo)體襯底；以及

s109：在第二半導(dǎo)體襯底之上形成一摻雜有重氫的半導(dǎo)體層。

s110：回收利用分離后的第一半導(dǎo)體襯底。

為了更具體地闡述圖1的絕緣層上頂層硅襯底的制造方法，請參照圖2a-2g，為提供本發(fā)明一實(shí)施例所提供的制造絕緣層上頂層硅襯底的剖視圖。

首先，參照第2a圖，制備一第一半導(dǎo)體襯底100，其中第一半導(dǎo)體襯底100的材料可包含iv族元素、sige、iii-v族元素、iii族-氮化合物或ii-v族化合物。在本實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體襯底100使用單晶硅。在其他實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體襯底100的材料為sige時(shí)，ge的重量百分比介于5％～90％。

接下來，參照圖2b，在該第一半導(dǎo)體襯底100的頂面102形成一第一絕緣層104，其中第一絕緣層104的材料可包含sio2、sin或aln。在本實(shí)施例中，第一絕緣層104使用sio2，且其厚度大約介于0.1nm～500nm。

接著，參照圖2c，可以重氫或氫氣作為來源氣體，透過電場作用而產(chǎn)生來源氣體的等離子體，并從等離子體中取出包含在等離子體中的離子來予以生成來源氣體的離子束。在本實(shí)施例中，采用氫氣作為來源氣體，對第一半導(dǎo)體襯底100注入氫離子束108，以便于距離第一絕緣層104的頂面110的預(yù)定深度h處形成一氫摻雜層112，該預(yù)定深度h可藉由氫離子束108的加速能量以及入射角來控制，至于加速能量可藉由加速電壓以及摻雜劑量來控制。在本實(shí)施例中，預(yù)定深度h介于0.01um～5um，加速電壓介于1kev～200kev，而氫離子束的摻雜劑量介于1×10¹⁶氫離子/cm²至2×10¹⁷氫離子/cm²之間。

下面，參照圖2d，制備一第二半導(dǎo)體襯底200，其中第二半導(dǎo)體襯底200的材料可包含iv族元素、sige、iii-v族化合物、iii族-氮化合物或ii-v族化合物。在本實(shí)施例中，第二半導(dǎo)體襯底200的材料為單晶硅。

接下來，參照圖2e，在該第二半導(dǎo)體襯底200的頂面202形成一第二絕緣 層204，其中該第二絕緣層204可包含sio2、sin或aln。在本實(shí)施例中，第二絕緣層204使用sio2，且其厚度大約介于0.05nm至10nm。

接著，參照圖2f，將第一半導(dǎo)體襯底100面對面地接合(bonding)于第二半導(dǎo)體襯底200。在本實(shí)施例中，采用親水性接合(hydrophilicbonding)的方式，接合時(shí)的溫度介于攝氏200度～400度，其中接合的詳細(xì)步驟更包括：首先濕潤第一絕緣層104與第二絕緣層204；接著將濕潤后的第一絕緣層104與第二絕緣層204相互接觸；以及最后施壓于第一絕緣層104與第二絕緣層204，使得第一絕緣層104與第二絕緣層204緊密地相互接合。

下面，參照圖2g，在一重氫氣壓環(huán)境(deuteriumatmosphere)下，對相互接合的第一半導(dǎo)體襯底100以及該第二半導(dǎo)體襯底200進(jìn)行退火(annealing)。在本實(shí)施例中，重氫氣壓環(huán)境介于10托爾～1000托爾，而退火的詳細(xì)步驟包括：首先加熱該第一半導(dǎo)體襯底100與第二半導(dǎo)體襯底200至攝氏600度～1200度，而加熱時(shí)間大約介于0.5小時(shí)～8小時(shí)；接著，冷卻第一半導(dǎo)體襯底100與第二半導(dǎo)體襯底200至攝氏400度～600度，而冷卻時(shí)間大約30分鐘～120分鐘。經(jīng)過退火后，原本相連的氫摻雜層112會(huì)分裂為多個(gè)相互間隔的重氫摻雜氣泡區(qū)塊300(bubbleformation)。

接著，參照圖2h，將部分的第一半導(dǎo)體襯底100分離于該第二半導(dǎo)體襯底200，以便形成一包含有該些重氫摻雜氣泡區(qū)塊300的半導(dǎo)體層400于相互接合的第一絕緣層104與第二絕緣層204之上，而該半導(dǎo)體層所摻雜的重氫濃度介于1×10¹⁰重氫原子個(gè)數(shù)/cm³至8×10¹⁸重氫原子個(gè)數(shù)/cm³之間。

值得一提的，分離后的第一半導(dǎo)體襯底100，更可進(jìn)一步進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(cmp)與清洗(clean)，使得分離后的第一半導(dǎo)體襯底100得以回收利用，達(dá)到節(jié)省成本之效果。至于接合有半導(dǎo)體層400的第二半導(dǎo)體襯底200可進(jìn)行再度加熱至攝氏600度～1200度，而再度加熱時(shí)間介于30分鐘～8小時(shí)。

由于懸掛鍵(danglingbond)含有極高的活性，容易形成陷阱中心(trapcenter)，造成電子空穴對的再度結(jié)合，因而降低半導(dǎo)體組件對于熱載流子效應(yīng)載流子的恢復(fù)力。藉由本發(fā)明所提供的絕緣層上頂層硅襯底來制造半導(dǎo)體組件，除了可以減少晶體管的漏極與襯底之間的寄生電容之外。將來于絕緣層上頂層硅襯底生長柵極氧化物時(shí)，摻雜于襯底內(nèi)的重氫原子(或重氫離子)會(huì)向外擴(kuò)散至 柵極氧化物與該襯底之間的接口與半導(dǎo)體原子共價(jià)鍵結(jié)(covalentlybound)，以便消除懸掛鍵而有效率地提升半導(dǎo)體組件對于熱載流子效應(yīng)(hotcarriereffect載流子的恢復(fù)力(resilience)。再者，由于不需要很高的重氫氣壓，制造成本大大降低。

以上所揭露的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。