专利名称：半导体装置的制造方法
技术领域：
技术领域涉及一种半导体装置的制造方法。
背景技术：
近年来，对高性能装置用的半导体装置使用SOI(Smcon On Insulator:绝缘体上硅)村底。通过有效地利用形成在绝缘层上的薄 单晶硅层的特长，可以将集成电路中的晶体管形成为彼此完全分离， 并且可以将晶体管做成完全耗尽型。因此，可以实现高集成、高速驱 动、低耗电量等附加价值高的半导体集成电路。
作为如上所述的SOI衬底的制造方法之一，已知組合氢离子注 入和剥离的所谓的氢离子注入剥离法。以下说明氢离子注入剥离法的 典型工序。
首先，通过对硅衬底注入氢离子，在离衬底表面预定深度的区域 中形成离子注入层。接着，通过使成为基础衬底(支撑衬底)的另外 的硅衬底氧化，形成氧化硅层。此后，通过将注入了氢离子的硅衬底 和成为基础衬底的另外的硅衬底的氧化硅层贴紧，将两个硅衬底贴合 在一起。并且，通过进行加热处理，在离子注入层中将一个硅衬底分 割，以形成薄单晶硅层。
通过如上所述的方法而形成的单晶硅层通常为50nm至300mn 左右厚，即非常薄。因此，通过如上所述的方法而形成的单晶硅层非 常适合用于要求高集成度、低耗电量的晶体管。另一方面，当顾及到 用于功率器件(power device)、光电转换装置等的情况时，从耐压 性的提高、光电转换效率的提高等观点来说，对单晶硅层要求一定的 膜厚度。
利用离子注入剥离法而形成的单晶硅层的膜厚度主要取决于离子注入时的加速电压。当加速电压小时，离子注入层形成在浅区域中， 所以单晶硅层变薄。反之，当加速电压大时，单晶半导体层变厚。
由此，可以知道如下事实为了使单晶半导体层变厚，简单地增 大加速电压即可。然而，实际上，难以通过增大加速电压来形成厚单 晶半导体层。这是因为如下缘故当使用适合批量生产(可以实现大 电流的装置)的离子注入装置时，受其限制，不能将加速电压增大到 一定以上。虽然当使用电流小的装置时可以提高加速电压，但是为了 得到预定的离子注入量需要时间，所以其在生产率的方面不优选。此 外，当以超过100kV的高电压使离子加速时，还有可能发生有害的放 射线，所以在安全性的方面有问题。
为了消除如上所述的问题，正在研究通过外延生长使单晶半导体 层厚膜化的方法(例如，参照专利文件l)。"底温度280°C
.膜厚度480nm
在制造上述结晶性低的硅层的阶段，观察了该结晶性低的硅层的 特性。具体地，利用显微镜进行了半导体层的表面的观察、拉曼光谱 观察、EBSP (Electron Back Scattering Pattern;电子背散射衍射图 案)观察。
此后，通过固相生长(固相外延生长)，使结晶性高的硅层和结 晶性低的硅层单晶化。具体地，利用气体加热方式的RTA (GRTA; Gas Rapid Thermal Anneal:气体快速热退火)装置进行650°C 、 6分 钟的热处理。注意，由于在本实施例中形成的结晶性高的硅层具有极 为近似单晶硅的性质，所以其结晶性不会由于上述加热处理而发生很 大变化。当然，在结晶性高的硅层不具有近似单晶硅的性质的情况下， 通过固相生长而单晶化。此外，在该阶段中，未发生上述硅层的剥离。 在上述热处理后，再次进行了表面观察、拉曼光谱观察、EBSP观察。
图12总结示出上述观察结果。左列是热处理之前的观察结果， 右列是热处理之后的观察结果。根据这些比较，可以知道如下事实 在加热处理之前后，硅层的特性发生了很大的变化。例如，加热处理 之后的拉曼光i普的峰值波数(peakwavenumber )为519.1cm-1 ，并且， 其峰值陡峭(半峰全宽为5.33cnr1)。再者，通过EBSP观察，可以 知道如下事实结晶的排列十分整齐，实质上单晶化。
通过上述观察结果，可以说通过使用所公开的发明的一种方式 所示的方法，可以提供具有优越特性的半导体装置。 (比较例)为了比较，在单晶硅层上直接形成结晶性低的硅层，进行加热处
理。注意，虽然在本比较例中使用结晶性低的硅层(膜厚度500nm) 来代替结晶性高的硅层和结晶性低的硅层的叠层结构，但是对于除此 以外的条件，采用与上述实施例相同的条件。
加热处理的结果，在本比较例中，发生了结晶性低的硅层的剥离。 可以认为，这是因为如下缘故单晶硅层和结晶性低的硅层的紧密性 低。根据本比较例，可以确认所公开的发明的一种方式的制造方法的 有效性。
本说明书根据2008年6月6日在日本专利局受理的日本专利申 请编号2008-149716而制作，所述申请内容包括在本说明书中。
权利要求
1.一种半导体装置的制造方法，包括如下步骤对添加有赋予一种导电类型的杂质元素的单晶半导体衬底照射离子，以在所述单晶半导体衬底中形成损伤区域；在所述单晶半导体衬底的表面上形成第一电极及绝缘层；使所述绝缘层和支撑衬底彼此紧密附着，以将所述单晶半导体衬底和所述支撑衬底贴合在一起；在所述损伤区域中将所述单晶半导体衬底分离，以在所述支撑衬底上设置至少包括所述绝缘层、所述第一电极、第一杂质半导体层的叠层体；在所述第一杂质半导体层上形成添加有赋予所述一种导电类型的杂质元素的第一半导体层；在所述第一半导体层上在与所述第一半导体层不同的条件下形成添加有赋予所述一种导电类型的杂质元素的第二半导体层；通过固相生长法，提高所述第一半导体层及所述第二半导体层的结晶性，来形成第二杂质半导体层；对所述第二杂质半导体层添加赋予所述一种导电类型的杂质元素，以形成源区及漏区；对所述第二杂质半导体层添加赋予与所述一种导电类型不同的导电类型的杂质元素，以形成沟道区；在所述沟道区上隔着栅绝缘层而形成栅电极层；以及形成电连接到所述源区及漏区的源电极层及漏电极层。
2. 根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，所述 第一杂质半导体层是高浓度杂质半导体层，并且所述第二杂质半导体 层是低浓度杂质半导体层。
3. 根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，将所 述第一半导体层形成为大于等于10nm且小于等于50nm的厚度，并 且将所述第二半导体层形成为大于等于300nm的厚度。
4. 根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，使用 由包含氢的原料气体产生的离子作为所述离子。
5. 根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，所述 第一半导体层通过相对于硅烷类气体的氢气体的流量比大于等于50倍的等离子体化学气相淀积法来形成。
6. —种半导体装置的制造方法，包括如下步骤 对添加有赋予一种导电类型的杂质元素的单晶半导体村底照射离子，以在所述单晶半导体衬底中形成损伤区域；在所述单晶半导体村底的表面上形成第一电极及绝缘层； 使所述绝缘层和支撑衬底彼此紧密附着，以将所述单晶半导体衬底和所述支撑衬底贴合在一起；在所述损伤区域中将所述单晶半导体衬底分离，以在所述支撑衬底上设置至少包括所述绝缘层、所述第一电极、第一杂质半导体层的叠层体；在所述第一杂质半导体层上形成添加有赋予所述一种导电类型 的杂质元素的第一半导体层；在所述第一半导体层上在与所述第一半导体层不同的条件下形 成添加有赋予所述一种导电类型的杂质元素的第二半导体层；通过固相生长法，提高所述第一半导体层及所述第二半导体层的 结晶性，来形成第二杂质半导体层；对所述第二杂质半导体层添加赋予所述一种导电类型的杂质元 素，以形成源区及漏区；对所述第二杂质半导体层添加赋予与所述一种导电类型不同的 导电类型的杂质元素，以形成沟道区；在所述沟道区上隔着栅绝缘层而形成栅电极层；以及形成电连接到所述源区及漏区的源电极层及漏电极层，其中，形成所述第一半导体层及所述第二半导体层，以使所述第 一半导体层的结晶性高于所述第二半导体层的结晶性。
7. 根据权利要求6所述的半导体装置的制造方法，其中，将所述第一半导体层形成为大于等于lOnm且小于等于50nm的厚度，并且 将所述第二半导体层形成为大于等于300nm的厚度。
8. 根据权利要求6所述的半导体装置的制造方法，其中，使用 由包含氢的原料气体产生的离子作为所述离子。
9. 根据权利要求6所述的半导体装置的制造方法，其中，所述 第一半导体层通过相对于硅烷类气体的氢气体的流量比大于等于50倍的等离子体化学气相淀积法来形成。
10. —种半导体装置的制造方法，包括如下步骤 对添加有赋予一种导电类型的杂质元素的单晶半导体村底照射离子，以在所述单晶半导体衬底中形成损伤区域；在所述单晶半导体衬底的表面上形成第一电极及绝缘层； 使所述绝缘层和支撑衬底彼此紧密附着，以将所述单晶半导体衬底和所述支撑衬底贴合在一起；在所述损伤区域中将所述单晶半导体衬底分离，以在所述支撑衬底上设置至少包括所述绝缘层、所述第一电极、第一杂质半导体层的叠层体；在所述第一杂质半导体层上形成添加有赋予所述一种导电类型 的杂质元素的第一半导体层；在所述第一半导体层上在与所述第一半导体层不同的条件下形 成添加有赋予所述一种导电类型的杂质元素的第二半导体层；通过固相生长法，提高所述第一半导体层及所述第二半导体层的 结晶性，来形成第二杂质半导体层；对所述第二杂质半导体层添加赋予所述一种导电类型的杂质元 素，以形成源区及漏区；对所述第二杂质半导体层添加赋予与所述一种导电类型不同的 导电类型的杂质元素，以形成沟道区；在所述沟道区上隔着栅绝缘层而形成栅电极层；以及形成电连接到所述源区及漏区的源电极层及漏电极层，其中，形成所述第一半导体层及所述第二半导体层，以使所述第一半导体层的氢浓度高于所述第二半导体层的氢浓度。
11. 根据权利要求IO所述的半导体装置的制造方法，其中，将所 述第一半导体层形成为大于等于10nm且小于等于50nm的厚度，并 且将所述第二半导体层形成为大于等于300nm的厚度。
12. 根据权利要求10所述的半导体装置的制造方法，其中，使 用由包含氩的原料气体产生的离子作为所述离子。
13. 根据权利要求10所述的半导体装置的制造方法，其中，所 述第一半导体层通过相对于硅烷类气体的氢气体的流量比大于等于 50倍的等离子体化学气相淀积法来形成。
全文摘要
本发明的目的之一在于制造适合批量生产的半导体衬底、以及使用该半导体衬底的半导体装置。在所公开的发明的一种方式中，在支撑衬底上形成至少具有绝缘层、第一电极、第一杂质半导体层的叠层体；在第一杂质半导体层上形成添加有赋予一种导电类型的杂质元素的第一半导体层；在第一半导体层上利用与第一半导体层不同的条件形成添加有赋予一种导电类型的杂质元素的第二半导体层；通过固相生长法，提高第一半导体层及第二半导体层的结晶性，形成第二杂质半导体层；对第二杂质半导体层添加赋予一种导电类型的杂质元素，并添加赋予与一种导电类型不同的导电类型的杂质元素，并且隔着栅绝缘层形成栅电极层，形成源电极层或漏电极层。
文档编号H01L21/84GK101599464SQ20091014155
公开日2009年12月9日 申请日期2009年6月4日 优先权日2008年6月6日
发明者井坂史人, 加藤翔, 大沼英人, 鸟海聪志 申请人:株式会社半导体能源研究所