本发明涉及半导体衬底以及半导体薄膜的制造工艺。更详细地说，涉及在 绝缘层上具有单晶半导体层，和覆盖于Si(硅)衬底上的单晶化合物半导体的 半导体衬底制造工艺。进而，涉及适用于单晶半导体层上制造电子器件或集成电 路的多层结构，以及多层结构的制造工艺。

在绝缘体上形成单晶Si半导体层是一项众所周知的“绝缘体上硅(SOI)” 技术，使用SOI技术的器件有许多常规体硅衬底制造Si集成电路(IC)所不能 达到的优点，因此许多人对此进行研究。更准确地说，使用SOI技术可以带来以 下优点：

1 容易实现介质隔离，以提高集成度；

2 防辐射性能优越；

3 可降低杂散电容以达到更高的运行速度；

4 可省去形成阱的步骤；

5 可防止器件出现闩锁；

6 由于有薄膜，可制造出完全耗尽的FET(场效应晶体管)。

(这些特征在一些专业期刊已被详细说明，例如，“Single-crystal silicon on non-single-crystal insulator”，by G.W.Cullen，Journal of Crystal Growth，Volume 63，No3，pp 429-590(1983)。)

而且，近几年来，大量的论文报道说把SOI作为衬底，可以实现较高的运 行速度，降低MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor FET：金属氧化物半导体场 效应晶体管)功耗(IEEE SOI会议，1994)。

此外，SOI结构由于在支承衬底上经由一层绝缘层被覆以SOI层，使绝缘 层位于电路元件的下方，因此，与在一块硅晶片上形成电路元件的情况比较，它 能够简化元件的隔离工艺。结果，采用SOI结构可缩短电路器件的制造过程。

也就是说，在SOI衬底上制造MOSFET或IC，与直接在硅晶片上制造相比， 既可提高其性能，又可降低晶片成本和加工过程的总成本。

在所有这样的器件中，由于驱动力得到增强，能够提高完全耗尽的金属氧 化物场效应管(FD MOSFET)的运行速度并且降低它的功耗，一般来说，MOSFET 的阈值电压是由其沟道的杂质浓度所决定，但在使用SOI的FD MOSFET的情况 下，其耗尽层的厚度既被SOI层的厚度所影响，也被SOI层的质量所影响。

因此，人们一直渴望一种SOI薄膜厚度上均匀而SOI薄膜质量上又高，能 以良好的可应用比例用于制造大规模集成电路(LSI)。

自1970年以来，对于形成SOI衬底的研究已相当热烈。在早期，研究的热 点是SOS工艺(蓝宝石上硅)，其中单晶硅在作为绝缘物的蓝宝石衬底上进行异 质外延生长。还有FIPOS工艺(多孔氧化硅完全隔离)，这个工艺基于多孔硅的 氧化以及注入氧离子形成介质分离而形成SOI结构。

除了上述提及的SOI衬底的制造工艺，近年来还提出所谓的“键合或粘合 技术”的SOI衬底制造工艺。

M.Bruel在“Electronic letters，31(1995)，p，1201”中，以及 日本专利申请公开公报No.5-211128，美国专利No.5,374,564，都曾阐述过 这种键合技术。

这种键合技术也被称为“Smart Cut Process”(注册商标)，它主要由 5个步骤组成，以下将结合附图对其进行说明。

(第一步)如图24所示，准备一块表面有一层氧化膜43的第1硅衬底(体 晶片)41。

(第二步)从氧化膜那一面43对第1硅衬底注入氢离子(图25)。这些 氢离子被注入到衬底41的所需深度，待由后面步骤进行分离，在氢离子的注入 区域。形成一层所谓的“微气泡”或“微气孔”的微小气泡层(44)。

(第三步)把由上得到的第1硅衬底(41)与作为支撑衬底的第2硅衬底 (46)相互键合起来，使氧化膜43位于这两层之间(图26)。

(第四步)键合后，所得到的结构在400-600℃之类的低温进行热处理， 于是，如图27所示，键合在第2衬底46上的第1衬底41就会在微气泡层(44) 的边界处被分离开。更详细地说，这是由于热处理对微气泡层(44)的晶体重新 进行了排列，还引起微气泡凝聚从而形成宏气泡，宏气泡对微气泡区及其附近施 加应变压力。结果，使衬底(41)为气泡层(44)处所隔开。

(第五步)然后，对包括支撑衬底(46)的生成结构，在高温下进行热处 理，以便稳定键合面和提高键合强度，接着，把留在如图27所示的SOI层(42) 上的微气泡层(44)抛光去掉，如图28所示。

通过以上的步骤，第1硅衬底被部分地转移到第2衬底上，这样就可获得 了SOI衬底。

利用氢离子的注入或以上所说的步骤而形成SOI层时，离子注入区实质上 就决定了SOI层的厚度，因此，怎样很好地控制所需的离子注入区(SOI层的厚 度)就很重要。

此外，由于SOI层本身是在体晶片的基础上形成的，它含有体硅片所固有 的缺陷或瑕疪，例如OSF(氧化诱生堆垛层错)，COP(晶体原生粒子)和FPD (流态缺陷)。

当晶片表面附近的元件工作区有OSF缺陷时，会造成漏电流增大，因此人 们希望提出一种SOI衬底的制造工艺，这种工艺造出的SOI衬底没有OSF等缺 陷，或者其缺陷较少。

在后面会对OSF和COP进行说明(Hidekaze Yamamoto：“Problem of Large-diameter Silicon Wafer to be Solved”，23rdUltraclean Technology College(Aug.1996))and the FPD(T.Abe：Extended Abst.Electrochem. Soc.，Spring Meeting，vol.95-1p.596(May，1995))。

本发明的目的是提供一种半导体薄膜的制造工艺，这种薄膜的缺陷较少， 并且它的厚度高度均匀。

本发明另一个目的是提供一种SOI衬底的制造工艺，其中SOI层的厚度高 度均匀。

本发明另一个目的是提供一种半导体薄膜的制造工艺，这种薄膜没有体硅 晶片的固有缺陷，例如OSF、COP和FPD，或者它在这方面的缺陷较少。

本发明又一个目的是提供一种SOI衬底的制造工艺，这种工艺以键合技术 为基础，能够充分利用衬底材料而使工艺经济可行。

顺便说一下，本发明表达“SOI衬底”，不仅包括绝缘体上具有单晶硅半 导体层的衬底。而且包括在支承衬底上具有，诸如GaAs，InP等这类化合物半 导体层的衬底。

本发明的半导体衬底制造工艺，其特征在于包括以下步骤：制备一第1衬 底，它具有经过氢退火的表面层部分；把至少一种选自包括氢、氮和稀有气体的 元素离子，从接近所述表面层部分一侧注入所述第1硅衬底的分离层形成步骤； 把所述的第1衬底与第2衬底相互键合的键合步骤，使所述的表面层部分处于 内部，从而形成了多层结构；以及利用分离层分离所述的多层结构的转移步骤，使 所述表面层部分的至少一部分转移到所述第2衬底上。

本发明的半导体衬底的制造工艺，其特征还在于：在转移到所述第2衬底 上的所述第1衬底的所述表面层部分，每单位晶片的COP个数，当从其外表面 进行测量时，随所述表面层部分的深度而减少。

本发明的半导体衬底的制造工艺，进而其特征在于：所述转移步骤之后， 在含氢的还原气氛下，对转移到第2衬底上的所述第1衬底的表面层部分，进 行热处理的步骤。

就另一实施方面来说，本发明的半导体衬底制造工艺，其特征在于包括： 制备第1硅衬底步骤，它具有经过氢退火的表面层部分；把至少一种选自包括氢、 氮和稀有气体的元素离子，从接近所述表面层部分一侧注入所述第1硅衬底的分 离层形成步骤，从而形成分离层；把所述第1衬底与所述第2衬底相互键合的 步骤，从而形成多层结构；在所述多层结构形成时或形成之后，在第一温度对第 1和第2衬底进行热处理的步骤；分离在所述分离层上的所述多层结构的转移步 骤，从而至少把所述第1衬底的一部分表面层部分转移到所述第2衬底上；以 及在比第一热处理温度高的第二热处理温度下，热处理所述转移到第2衬底上的 所述表面层部分的步骤。

此外，本发明的半导体薄膜制造工艺，其特征在于包括：制备一第1硅衬 底步骤，它具有一经过氢退火的表面层部分；把至少一种选自包括氢、氮和稀有 气体的元素离子，从较接近所述表面层部分一侧注入所述第1硅衬底的分离层形 成步骤，从而形成分离层；以及至少分离在所述分离层的所述表面层部分的一部 分的分离步骤。

而且，本发明的半导体衬底的制造工艺，其特征在于包括：在含氢的还原 气氛下，对硅衬底进行热处理的步骤；把至少一种选自包括氢、氮和稀有气体的 元素离子，从接近所述表面层部分一侧注入所述硅衬底的分离层形成步骤，从而 形成分离层；把所述硅衬底与所述第2衬底相互键合的步骤，从而形成多层结构； 在所述分离层处分离所述多层结构的转移步骤，从而至少把所述表面层部分的一 部分转移到所述第2衬底上。

根据本发明的多层结构是一种多层结构，其中把第1硅衬底与第2衬底相 互键合起来，第1硅衬底包括把注入至少一种选自包括氢、氮和稀有气体的元素 离子而形成的分离层；其特征在于第1硅衬底包括其表面由氢退火形成的表面层 部分。

本发明的剥离半导体薄膜的工艺，其特征在于包括：制备一第1硅衬底步 骤，它具有一经过氢退火的表面层部分；把至少一种选自包括氢、氮和稀有气体 的元素离子，从接近所述表面层部分一侧注入所述第1硅衬底的分离层形成步 骤，从而形成分离层；以及利用分离层剥离至少所述表面层部分的一部分的步骤。

图1是表示根据本发明的半导体衬底制造工艺一例的流程图；

图2、3、4、5、6是表示根据本发明的半导体衬底制造工艺一例的示意剖 面图；

图7、8、9、10和11是表示根据本发明的半导体衬底制造工艺另一例的示 意剖面图；

图12、13和14是表示根据本发明的半导体衬底制造工艺又一例的示意剖 面图；

图15是表示为对晶片进行热处理使用垂直型分批炉进行氢退火情况的示意 剖面图；

图16是表示本发明中，温度与蚀刻速率依存关系，该蚀刻速率取决于与衬 底相对的表面材料；

图17是表示本发明中，硅与二氧化硅对照的情况下由氢退火蚀刻的数量曲 线；

图18是表示本发明中，硅与二氧化硅对照的情况下由氢退火除去的硅原子 数量曲线；

图19是表示本发明中，相反表面的材料为二氧化硅层的情况下安置实例的 示意剖面图；

图20和21是解释基于本发明中的蚀刻方法的运行效果的示意剖面图；

图22是表示在本发明中，半导体衬底在垂直型炉中安置的示意剖面图；

图23是表示在从晶片表面起的深度和每单位晶片的COP个数之间的关系曲 线；

图24、25、26、27和28是表示现有SOI衬底制造工艺的示意剖面图；

图29、30和31是表示SOI衬底制造工艺一个例子的示意剖面图。

首先，将参照图1对本发明进行描述，图1说明了制造半导体衬底的工艺 流程。

制备第1衬底。此衬底的至少一个主平面上的表面层部分经过氢退火(步 骤S1)。

接着，把氢之类的离子注入第1衬底。从而在预定的位置上形成分离层(步 骤S2)。

此外，相互键合第1衬底与第2衬底。使其主平面位于内部，以便形成多 层结构(步骤S3)。

然后，利用分离层分离该多层结构(步骤S4)。

通过上述步骤S1到S4，以及完成步骤S5，可制造出SOI衬底。这种衬底 具有一层薄膜，其厚度均匀，且其中诸如OSF和COP等缺陷的数量极其之少。

以下，将参照图2到6，对本发明进行具体描述。

制备第1衬底(10)，如图2所示，使它具有一个主表面经过氢退火的表 面层部分(12)。该表面层部分(12)以这种方法形成，在含氢的还原气氛下， 热处理用作籽晶的体晶片(以后，这种热处理称为氢退火)。本发明中的说法 “表面层部分”是指这样的一层(低缺陷层)，其中该缺陷起因于体晶片，如OSF， COP和FPD在数量上减少了或被消除了(以后，“表面层部分”也表达为“低 缺陷层“)。

标号11指的是这样区域。通过氢退火而使OSF，COP等缺陷减少的效果降 低当然第1衬底(10)可以整个地形成低缺陷层(12)。尽管图2所表示的 低缺陷层(12)与区域(11)在某一边界突然变化，实际上，它们之间逐步变 化，并没有任何严格的边界。第1衬底(10)的两个表层都可以是低缺陷层。

也可以在低缺陷层(12)上，形成象MOSFET这类的电路元件后，再进行后 续的步骤。

随后，如图3所示，诸如氢之类的离子被注入到第1衬底(10)中，这样 便形成了分离层(14)。

分离层(14)需要在低缺陷层(12)之内，或在区域(11)和低缺陷层(12) 之间的界面处形成。分离层(14)在低缺陷层(12)内形成的情况下，该低缺 陷层(12)分为覆盖分离层(14)的层(16)(以后称为“SOI层”)和分离层 之下的层(17)。换句话说，分离层(14)也可在区域(11)内形成。

绝缘层(13)可以在离子注入之前或之后形成。绝缘层(13)把键合界面 与有源层(SOI层)(16)分隔开。尤其是，在离子注入步骤前形成绝缘层(13)， 还可有效地防止由于离子注入而使低缺陷层的表面变粗糙。特别是，当氧化低缺 陷层(12)形成绝缘层(13)时，事实上，通过把所得到的第1衬底10键合到 第2衬底15上，可以用作SOI晶片的掩埋氧化薄膜。

下一步，把第1衬底(10)与第2衬底(15)键合起来，这样低缺陷层(12) 位于中间。于是，多层结构(18)便形成了(图4所示)。

之后，如图5所示，利用分离层(14)把多层结构(18)分离开来，这里， 多层结构(18)或者在分离层(14)内，或者在分离层(14)靠近区域(11) 或靠近SOI层(16)的界面处进行分离。多层结构(18)也可以这样被分离，一 部分在分离层(14)内，而另一部分在分离层的界面上被隔开。

因此，半导体衬底被形成为，该SOI层(16)转移到了第2衬底(15)上， 如图5所示。因为SOI层(16)是在低缺陷层(12)的基础上形成的，它完全 没有，或消除了体晶片所特有的OSF，COP等缺陷。

在区域(11)内形成有分离层(14)时，在转移步骤后，区域(11)等的 不需要部分，可通过抛光、液体蚀刻剂的蚀刻、或基于氢退火蚀刻而加以除去， 直到使SOI层(16)(低缺陷层(12))露出。

按照本发明，特别是当分离层(14)在低缺陷层(12)内形成时，在分离 步骤中，注入的离子被OSF，COP等缺陷散射较少。因此，形成的分离层，比在 具有大量COP缺陷的区域内形成的分离层更均匀。换言之，这样可以提高SOI层 (16)厚度的均一性。

此外，分离之后，一部分分离层(14)和/或一部分区域(11)仍然留在SOI 层(16)上，它们必须被除去，这样本发明所指的半导体衬底就完成了(图6)。

附带说一句，分离之后得到的第1衬底(特别是区域(11))，可再用于 制造如上所述的半导体衬底。在这种情况下，当在区域(11)上留有部分分离层 (14)时，要将它除去，并且当第1衬底的表面太粗糙而不满足要求时，要经过 整平处理之后，所得到的第1衬底(10)又可用作新的第1衬底。当然，它也 可以用作第2衬底(15)。

如事先所形成的低缺陷层(12)比较厚时，下一次再用作第1衬底(10) 时，可不需进行氢退火。

现在，将详细说明根据本发明的半导体衬底的各个组成部分和工艺步骤。

(第1衬底)

将体硅晶片，特别是CZ硅晶片用作第1衬底(10)的原料。适当采用具 有表面层部分(12)的第1衬底(10)，使原料晶片经过氢退火，减少其中COP (晶体原生粒子)缺陷个数。

“CZ硅晶片”是通过拉制法(Czochralski法)制成的硅衬底。CZ晶片中含 有体晶片所固有的大量缺陷，例如OSF(氧化诱生堆垛层错)、COP和FPD(流 态缺陷)。

这里，OSF是在晶体圆片生长中所引发的微小缺陷，这缺陷是如此微小， 以至于氧化过程将其作为核。例如，在遭受湿式氧化的晶片表面，有时可看到环 形OSF。

另一方面，该“COP”和“FDP”不进行任何热处理就可观察到，认为是相 同的原因导致缺陷(生成中的缺陷)，并且它们没有被严格定义或区分。然而， 粗略地说，前者缺陷“COP”指的是能够用细晶粒检测器或基于光散射原理的异 物探测装置可以检测出来的蚀坑，检测前，将晶片浸入SC-1(NH4CH/H2O2：氨水 /双氧水)溶液中，这是一种RCA洗涤液的组成液。而后者缺陷“FDP”指的是， 在把晶片浸入Secco(K2Cr3O7/HF/H2O)溶液大约30分钟后，可用光学显微镜观 察到的蚀坑。

顺便提一下，诸如“OSF”“COP”“FPD”等的缺陷成因，至今没有确切 弄清。然而，有报道说，所有这些缺陷都与晶片内含氧的浓度密切相关，并且这 些“OSF”等缺陷，可能是氧浓度高时产生的(参阅，例如：“Problem of Silicon Crystal and Wafer Technogy“issued by Realize Inc.，p.55)。

下面，将解释经过氢退火而形成的低缺陷层(12)。

通常，CZ硅晶片含有氧原子，其数量级为1018原子/cm3。当晶片经过氢退 火后，该晶片内含的氧向外扩散出来，便降低了晶片表面及其附近区域的氧浓度。

由于氧浓度的降低，晶片的表面层部分重新成型，这样形成了减少了COP， OSF等缺陷数量的低缺陷层(12)。举例来说，该“OSF”缺陷是这样出现的， 氧原子积聚为析出核并发生氧析出，在其上边，以析出核为原点生长缺陷(堆垛 层错)。

此外，在CZ硅晶片内的COP密度是105-107/cm3，例如，以8英寸的CZ晶 片的情况为例，在其表层附近区域存在COP的数量级为400-500个/单位晶片。 然而，当CZ晶片经过氢退火时，在表层附近区域的COP数量突然降低到了大约 10个。这就是，形成实质上无缺陷的层(DZ层：吸除层)。顺便提一下，本发 明中所说的“每单位晶片数”指的是一个晶片所占的表面面积内，象“COP”这 样缺陷的个数。举例说明，就8英寸晶片来说，“每单位晶片数”就是对应于 大约324cm2上的COP的个数。

这样，当采用经过氢退火后的CZ硅晶片时，被转移到第2衬底(15)上的 SOI层(16)中存在的缺陷就被消除或减少了，因此立刻提高SOI层(16)的厚 度均一性。

通过氢退火而形成低缺陷层(12)的厚度，在500-5000nm数量级较为可取， 尽管其厚度也依赖于将被转移到第2衬底(15)上的SOI层(16)的厚度。

低缺陷层(12)的氧浓度应在5×1017原子/cm3或以下，可取的是1×1017 原子/cm3或以下，并且最好为5×1016原子/cm3或以下。

而且，要求通过注入离子而形成的分离层的氧浓度，处于以上所说的特定 范围内。

低缺陷层的每单位体积的COP密度，应处于0个/cm3到5×106个/cm3或以 下，而且若可取的是处于0个/cm3到1×106个/cm3或以下，最好处于0个/cm3 到1×105个/cm3或以下。尤其要求，在从表面层部分(12)的最外表面延伸到 离子注入的投影射程内的深度区域中的COP密度，处于以上所说的规定值内。

此外，就8英寸晶片情况来说，低缺陷层(12)内的每单位晶片COP数， 应处于0-500之间或以下，可取的是处于0到100或以下，更可取的是处于0 到50或以下，最好处于0到10或以下。顺便说一下，晶片表面的COP分布是 这样的，COP有着向晶片中心(从中心延伸大约6cm范围内)附近集中的强烈趋 势。因此希望，每单位晶片的COP个数，大致等于8英寸晶片内的COP个数，甚 至等于12英寸或更大晶片内的COP个数。

此外，晶片表面每单位面积的COP个数，应处于0个/cm2到1.6个/cm2或 更低，处于0个/cm2到0.5个/cm2以下则较为可取，若处于0个/cm2到0.05个/cm2 则更为可取。

进而，要求分离层(14)内每单位体积(或每单位面积)的COP密度也处 于上述的范围内。

同样，低缺陷层(12)内的每单位面积的FPD个数应处于0个/cm2到500 个/cm2或以下，而较可取的是应处于0个/cm2到100个/cm2或以下。

此外，就特定低缺陷层(12)OSF的情况而言，每单位面积上的OSF密度 应处于0个缺陷/cm2到100个缺陷/cm2或以下；较可取的是处于0个/cm2到50 个/cm2或以下；而更可取的是处于0个/cm2到10个/cm2或以下。

在含氢的还原气氛中，对第1衬底(10)进行热处理，形成低缺陷层(12)。 该气氛可以是氢气，或是含有氢气与稀有气体(例如Ar，He，Ne，Xe，Kr)的 混合气体。

氢退火的温度应处于从500℃直到低于第1衬底材料10的熔点；较可取的 是处于从800℃到低于第1衬底材料10的熔点，而最好处于从1000℃到低于第 1衬底材料10的熔点的范围。

就硅衬底(硅的熔点大约为1412℃)是第1衬底(10)的情况而言，考虑 到氧的扩散率以及热处理炉的承受能力，较为可取的退火温度应处于800到1350 ℃。较可取的是应处于900到1250℃。

氢退火的含氢气氛压力，可以是大气压力、减压或升压。在大气压下，或 在大气压(1×105Pa)到1×104Pa之间压力下进行氢退火是适当的。在大约比 大气压低100mmH2O的减压下进行氢退火更为合适。特别是，在减压下进行氢退 火时，由于氧等外扩散缘故能更有效地减少COP等缺陷，尽管减少缺陷的效果也 与热处理炉的结构有关。

用于氢退火的炉可以是垂直型热处理炉，或通常使用的水平型热处理炉， 可用的加热器是任何一种电阻式加热器，或射频加热器等。

另一方面，利用热辐射的加热灯或采用RTA(快速热退火)，也可以进行 氢退火。这种情况下，快速退火装置可以是，例如，基于卤素灯，弧光灯之类的 红外退火装置，或者是基于氙闪光灯之类等的闪光灯退火装置。尤其是，利用加 热灯的情况下，氢退火可在短时间内完成。

用于氢退火所需的时间，应该在几秒钟至几十小时之间，但最好在几秒至 几小时之间。

顺便提一下，就对CZ硅晶片进行氢退火而形成的低缺陷层(12)的情况而 言，其最外表面上的每单位晶片的缺陷数量最少，并且在晶片的较深部分，缺陷 数量增大。但就通过键合技术(粘合方法)制造SOI衬底的情况而言，图6所示 的SOI层(16)的COP数目，在绝缘层(13)与SOI层(16)的界面处最少， 而在该SOI层(16)的最外表面的COP数目最多。

经过分离工序而使SOI层(16)暴露出来之后，还进行氢退火，进一步减 少SOI层(16)最外表面的COP数目是合适的。这样，就可得到两表面都经过 氢退火的SOI层(16)。尤其对CZ硅晶片经过几秒到3小时等等的氢退火而形 成低缺陷层(12)的情况而言，对其两面都进行氢退火更为令人满意。

此外，经受氢退火的第1衬底(10)的材料不限于CZ硅晶片，而通过MCZ 法(磁控克拉斯基法)制造的硅晶片(以下简称“MCZ硅晶片”)也适用。有报 道说，与CZ硅晶片相比，MCZ硅晶片抑制了硅中存在的COP尺寸的增大 (“Electronic Materials”，June Issue(1998)，p.，22)。经过氢退火时，MCZ 硅晶片能够形成较CZ硅晶片质量更好的低缺陷层(12)。

另外，就用硅作为第1衬底(10)的情况而言，可使用电阻率为0.1-100 Ω·cm之间的P型或N型CZ硅晶片是可行的，但使用电阻率在0.5-50Ω·cm之间 的CZ晶片更为恰当。

考虑到，通过氢退火可使象硼、磷杂质元素从硅中外扩散，用作经受氢退 火的衬底的CZ硅晶片的电阻率最好要低于上述电阻率，然而，低缺陷层(12) 本身，可取的是应该呈现P型或N型，具有电阻率为0.1-100Ω·cm，而更合适 的是0.5-50Ω·cm。

当然，如果能够获得所要求的SOI层(16)，则也可以使用非指定浓度的 晶片或被重新使用的晶片。当SOI晶片的SOI层的规格需要超出上述范围以外的 电阻率时，使用电阻率符合规格的硅片是可取的。

进一步说，第1衬底(10)的材料不限于CZ或MCZ单晶硅衬底，它可以是 Ge衬底，SiC衬底，SiGe衬底，GaAs衬底和InP衬底等中的任何一种。

而且，当第1衬底(10)的材料是硅衬底的情况下，可通过使衬底表面氧 化，把氧化硅层，用作绝缘层(13)。可以这样很好实现绝缘层(13)，通过使 硅衬底的表面氮化或者通过CVD(化学汽相淀积)法，把硅氧化膜或硅氮化膜 淀积到低缺陷层(12)的表面而形成氮化硅层。

绝缘层(13)的厚度在几个nm到几μm较为可取。

当然，也可省去在第1衬底(10)上形成绝缘层(13)，或事先在第1衬 底(10)和第2衬底(15)上形成绝缘层(13)。

(离子注入)

用于形成分离层(14)而注入的离子，可以是注入氢或氦、氖、氪、氙之 类稀有气体的离子，或者是单一的氮离子，或是与任何上述元素组合的离子。即 使使用同一元素也可能注入诸如H+与H2+这样的不同质量的离子，因此可能有利 于多层结构(18)的分离。离子注入的步骤不限于一下子注入同一元素的离子， 也可通过多次注入，以便具有相同的投影射程。按步改变注入离子的种类、能量、 剂量等，还适合于设法形成绝缘层(14)。特别是，适合于形成分离层(14)， 由于它靠近转移到作为支承衬底的第2衬底(15)上，因而施行分离的步骤，如 所希望的那样，以便具有较低或较高的机械强度。一般来说，当注入离子的剂量 越大，微气泡就增加得越多，注入区的机械强度就变得越低。

可以通过设置范围为1KeV到10MeV的加速电压进行离子注入。因为注入层 (14)的厚度随着加速电压而变化，所以加速电压最好设置在几十KeV到500KeV 数量级，以满足所要求的条件。

总之，进行离子注入是很重要的，以便多层结构(18)在分离层(14)处 能够容易地被地分离开来。

在本发明中，进行离子注入，还适于获得均匀一致的注入深度，离子注入 的投影射程Rp(注入深度)应处于低缺陷层(12)内。SOI层(16)的厚度通常 是几纳米到5微米。

通过离子注入而形成的分离层(14)的厚度通常为0.5微米或以下。尤其 是，为了形成厚度均匀一致的薄膜(12)，这个薄膜将被转移到第2衬底(15) 上，分离层的厚度以几千埃或以下为好。该分离层(14)，例如包括离子注入的 投影射程。

注入的剂量可在1.0×1015/cm2到1.0×1018/cm2，但更为可取的范围是1.0 ×1016/cm2到2.0×1017/cm2。

离子注入的温度以处于-200℃到600℃较可取；更可取的是500℃以下；最 好低于400℃。这是因为，当温度超过500℃时，积聚在投影射程附近的注入离 子被迅速地从第1衬底(12)中发射出来，以致分离层(微气泡层)(14)不能 形成。

形成分离层的另一种方法是等离子体离子注入法，这种方法利用等离子体 使氢离子渗入第1衬底所要求的区域。与传统的离子注入法相比，使用等离子体， 能以较短的时间和更均匀的厚度形成离子注入层(分离层14)。

(键合)

前面提到的与第1衬底(10)键合的第2衬底(15)种类有单晶硅衬底、 多晶硅衬底、非晶硅衬底、蓝宝石衬底、透光衬底诸如石英衬底或玻璃衬底、铝 之类的金属衬底、氧化铝之类的陶瓷衬底，GaAs、InP之类的化合物半导体衬底。 根据成品(包括SOI层(16))的拟定用途，适当选用第2衬底的种类。第1 衬底(10)还能够键合到塑料之类的衬底上，如果后者平整度合适的话。

还适合于在第2衬底(15)的键合表面，形成绝缘层。在第1衬底和第2 衬底的键合中，其间有一绝缘薄片能被很好的夹住，从而形成一种三层叠合的结 构。当采用透光衬底用作第2衬底(15)时，可构成光敏器或投射式液晶图象显 示板的接触式传感器。这时，可以制造出足以提高传感器或显示板的象素密度和 感应器或显示盘的分辨率和清晰度，高性能的驱动元件。

把第1衬底(10)和第2衬底(15)在室温条件下键合，可形成多层结构 (18)。

在这样的情况下，在键合以前，如果第1衬底和第2衬底的表面事先用氮 或氧的等离子体使之活化，然后用水冲洗，凉干。就可降低下一步为了增强键合 强度而进行的热处理的温度。

通过提高键合强度在使第1衬底(10)和第2衬底紧密粘合的情况下，在 键合的过程中或之后还对其适当进行热处理(就是此后所说的“第1热处理”)。 希望第1热处理是一种低温处理，能在室温到500℃的温度下进行，最好在室温 到400℃。

通过挤压多层结构(18)或通过阳极焊接法，也适合于把第1衬底(10) 和第2衬底(15)键合起来，有无热处理都行。

就键合操作的保护气氛来说，可在大气、氧气、氮气、真空等条件下使第1 和第2衬底键合。

第1热处理的气氛可以是N2、O2、氧化气氛、或其组合。

顺便说说，第1衬底(10)还可一次键合于另一衬底，此后再键合到所希 望的支承衬底上，而不是直接与起支撑作用的第2衬底键合。

(分离)

多层结构(18)能通过热处理而被分离或分开。具体地说，该热处理是在 400℃-1350℃的温度下进行的，最好在400℃-1000℃，在400℃-600℃更好。

当进行如上所说的热处理的时候，由于分离层(14)内的结晶再排列和微 气泡的聚合，而使分离层(14)受到内在压力，一个低缺陷层(12)就部分或整 体地被剥落下来。

还可以利用分离层(14)的加速氧化来分离多层结构(18)。更准确地说， 从多层结构(18)的周围，使离子注入层(分离层14)氧化。因此，在靠近其 外围的位置，注入离子层的体膨胀较大，这就仿佛一个锲子从外围均匀地锲入离 子注入层。从而，只有离子注入层受到内部压力，而整个晶片在离子注入层内或 在其界面处将该多层结构(18)分开来。

顺便说一下，离子注入层甚至外围部分，通常盖以非多孔层。关于这一点， 在第1衬底和第2衬底键合成多层结构(18)以后或之前，也适合于露出离子注 入层的外围部分或其端面。当这样的多层结构(18)被氧化时，由于该离子注 入层具有很大的表面面积，从离子注入层的外围开始迅速氧化。

当Si转变成SiO2时，它的体积扩大了2.27倍。因此，在空隙度小于56％ 的条件下，被氧化的离子注入层也会呈现出体积膨胀现象。因为越靠近晶片的中 心，其氧化程度越低。所以在晶片的外围部分，氧化的离子注入层体积膨胀得越 大。这种现象与锲子从晶片端面锲入离子注入层的情形是一样的。于是，仅有离 子注入层受到内压力，而多层结构(18)受力，以致在离子注入层内被分开。而 且，在晶片的外围边缘均匀地进行氧化，因而该多层结构(18)就从其外围均匀 脱落。

根据本发明，通过使用具有优良均匀性的常规Si-IC氧化工艺，把多孔离子 注入层的快速氧化能力，及其体积膨胀和易碎性结合起来。因此，使产生的内压 力只对多孔离子注入层起作用，这样就以良好控制性在离子注入多孔层内将晶片 分开。

再者，也可利用键合晶片结构上是多层的和离子注入层多孔材料的脆弱性 的特性，对整个键合衬底加热而产生热应力，使键合衬底(或层叠衬底)，在脆 弱的离子注入多孔层处被分开。可以，例如在温度1150℃下热处理，持续时间 为30秒钟，进行这种情况下的加热。

本发明中，利用离子注入多孔材料结构上易脆性，对离子注入多孔材料单 独或包括其周围部分进行加热时，由于热应力、软化之类而引起的作用，通过离 子注入多孔层也能与多层结构(18)分离开。

特别是当利用激光加热时，可以做到只加热某一指定的层，使它吸收能量， 而不是对整个键合衬底加热。在这里，可以通过使用只能被离子注入多孔层或邻 近该离子注入多孔层吸收的激光长波，进行局部加热。例如，可用激光器，如CO2激光器之类，其输出功率为500-1000W左右。

也可以使电流流过离子注入多孔层或在该离子注入多孔层附近晶片表面内 的方式，迅速地加热离子注入多孔层。还可以用脉冲电流流动进行加热。

利用高水压的射流之类作为分开多层结构(18)的便宜办法，也是可行的。

也可以采用众所周知的从一喷嘴里注入高压下的水流的所谓的“水射流 法”，在离子注入层(分离层14)处使多层结构(18)分开。

除了水以外，使用一种能够选择性的蚀刻分离区域的液体也是可以的，这 种液体举例说为一种有机溶剂，诸如酒精、氟酸或硝酸之类的酸、或象氢氧化钾 之类的碱。进而，诸如空气、氮气、碳酸气、或稀有气体等也可以作为很好的喷 射流体。低温流体或极端低温的液体都能使用。

还可以使用能够蚀刻分离区的电子束、气体或等离子体。

通过往与多层结构18侧面上的键合缝一致的分离区注射或喷射水流，可从 其端面将分离区除去。这种情况下，首先水的射流是直接注向暴露在键合衬底端 面的分离层及其靠近第1和第2衬底构件部分的分离区域。因此，水的射流仅将 易碎的分离区除去，而不损伤分立的衬底体构件，直到键合衬底分开。即使分离 区没有被预先暴露出来，而是由于某种原因被一薄层覆盖着的情况下，也可以喷 射水的射流，首先移去覆盖在分离层上的那一层，然后继续移去露出的分离层。 另外，被键合晶片也能够通过拉宽或摧毁易碎的分离区域而被分离开，采取的方 法是将水射流喷到键合晶片的外围端面上的键合晶片间隙中，尽管至今这种方法 没有被经常使用。在这种情况下，由于意图是进行切割或除去，所以几乎不会产 生分离层的切割碎片。而且，即使是分离区域不能通过水的射流本身而被除去， 但键合晶片也可以被分开，而不需要使用打磨材料，也不会损伤分离层表面。以 这种方法，这种作用可以认为是基于流体的锲子作用，而不象切割和抛光作用。 因此，在键合晶片体侧面上存在凹型狭缝以及在剥离区域方向存在外力的情况 下，通过喷射水的射流，这种作用是极有希望产生。若这种效果证明是令人满意 的，则键合衬底体的侧面形状最好是凹状的，而不是凸状。

顺便说一下，在用射流法分离的情况下，多层结构(18)的温度设置为-200 ℃到450℃范围内，最好是在室温至350℃范围内。

另外，对于多层结构(18)的分离来说，以下任意一种方法都能破开分离 层：

*把足够的张力或压力均匀地施加到正常键合晶片上和在其平面内。

*施加超声波的波能量。

*用类似刮刀边缘(如用Teflon树脂做的锲子)从晶片端面(键合晶片的 周边)插入分离层。

*使分离层在晶片端面露出，将多孔Si蚀刻到一定程度，并且用象刮刀边 缘之类插入所得的分离层。

*使多孔层在晶片端面露出，用水之类的液体浸渍该多孔硅，然后给整个键 合晶片加热，或冷却使液体膨胀。

*相对于第1(或第2)衬底将力(剪切力或旋转力)水平地施加到第2(或 第1)衬底上。

也就是，以无电湿式化学蚀刻法，有选择性地只分开离子注入层(分离层 14)，即，把该多层结构(18)浸泡在氟酸或氢氟酸中至少加有醇和过氧化氢的 混合液，或在缓冲氢氟酸或缓冲氢氟酸中至少加有醇和过氧化氢的混合液中。

(除去第2衬底上的残留物)

利用分离层(14)把多层结构(18)分离后，在SOI层(16)上留有分离 层(14)的情况下，就需要清除这些残留物的工序。当然，如果分离是发生在分 离层(14)与SOI层(16)之间的界面上，那么这个清除工序就没有必要了。

进行抛光或研磨，特别是进行化学机械抛光(CMP)，对消除SOI层(16) 上的残留物也是合适的。用作抛光剂，根据需要可以是任何一种硼硅酸盐玻璃， 二氧化钛，氮化钛，氧化铝，硝酸铁，氧化铈，胶状二氧化硅，氮化硅，碳化硅， 石墨，金刚石等的抛光磨料，或是在上述磨料中混合有H2O2，KIO3之类的氧化剂， 或混合有NaOH，KOH等强碱溶液的研磨液。

由于分离层(14)的机械强度低，表面积又大的缘故，本发明以单晶层作 为抛光阻挡层，通过选择性抛光，也能实现分离层(14)的清除。

也可以用蚀刻方法除去分离层(14)残留物。

这里，氟酸或硝酸系、1，2-乙二胺系、KOH系或联氨系都可作为蚀刻剂。 还使用氢氟酸或氢氟酸中至少加上醇或过氧化氢的混合液，或者缓冲氢氟酸或缓 冲氢氟酸中至少加有醇或过氧化氢的混合液。因此，含有氟化氢的溶液都可作为 蚀刻剂。

在残余分离层(14)很薄的情况下，或多层结构(18)基本上在SOI层(16) 与分离层(14)的界面处被分离开的情况下，分离后进行氢退火，就可以使SOI 层(16)表面平滑起来

在含氢的还原气氛中通过热处理进行氢退火。气氛可以是氢气，或由氢气 和其它稀有气体(如Ar)组成的混合气体。

用于氢退火的温度应该在800℃-1350℃之间范围内，在850℃-1250℃范 围内更为可取。

用于氢退火的含氢气氛的压力可以是大气压或减压。在大气压下，或在大 气压(1×105Pa)-1×104Pa范围内进行氢退火是合适的，在比大气压低约100mH2O的稍微减压下，进行氢退火则更为合适。

通过氢退火除去残留的分离层(14)的情况下，分离层(14)应该与氧化 硅正好相对置。

更详细地说，当与氧化硅相对置的残留分离层被热处理时，该氧化硅与构 成分离层(14)的硅，通过气氛反应如下：

Si+SiO2→2SiO

因此，就能有效地除去离子注入残留层。而且，同时进行硅的转化以致降 低了表面能级，结果使SOI层(16)的表面平滑。

因而，单晶硅膜可以具有与单晶硅片同等平滑的表面，还能够在控制下减 薄它的厚度，却不会引起加工扭曲等晶体缺陷，象对半导体衬底材料表面上形成 的单晶硅膜进行抛光所引起的缺陷。也就是说，可以同时完成，使SOI衬底的表 面平滑，降低硼的浓度，对硅进行蚀刻，而不会损坏各个晶片和两晶片之间薄膜 厚度的均匀性。

通过抛光或蚀刻，已部分或全部地除去分离层(14)后，再进行氢退火也 是可行的。

顺便说一下，当在离子注入区域(11)内形成分离层的情况下，用上述的 方法，也可与残留的分离层(14)一起除去部分区域(11)。

(除去第1衬底上的残留物)

当分离层(14)部分地残留在通过分离多层结构(18)(例如，在低缺陷 层(12)内形成分离层的情况下，在区域(11)或以及低缺陷层17上)后而得 到的第1衬底的部分表面上时，可用上述方法，例如抛光、研磨或蚀刻等方法除 去残留物，接着对任何平整度不满意的表面进行平整化处理，于是，该第1衬底 可再次用作新的第1衬底或又继续作为第2衬底。尽管可用，例如抛光或蚀刻等 半导体工艺中常用的方法，很好地进行表层平整化处理，也可以在含氢的还原气 氛中通过热处理，进行表层平整化。根据选择的条件，热处理可使衬底表面平整 化到局部露出原子台阶的程度。

具体地说，在分离层(14)形成于低缺陷层(12)内的情况下，即使在分 离之后，低缺陷层(17)仍位于区域(11)上。因此，可在低缺陷层(17)内再 形成分离层(14)之后，进行制造SOI衬底的一系列工艺步骤。

采用键合法或粘合法制造SOI衬底的情况下，就用两块晶片制造出了一个 SOI衬底。在这里，使用在分离之后得到的第1衬底。可以更经济地制造出SOI 衬底。

(分离之后进行退火)

本发明中，为了提高支撑衬底(第2衬底(15))与配置于其上的SOI层 (16)之间的键合强度起见，在利用了分离层(14)分离多层结构(18)后， 进行热处理(下面，称为“第2热处理”)也是可行的。

将第2热处理的温度设定得比前面说过的第1热处理(键合中间或键合后 立即进行的低温热处理)的温度要高。具体地说，第2热处理的温度应处于 600-1350度范围内，并且在800-1200℃范围内更为可取。

通过离子注入氢之类在体硅内形成微气泡层(分离层14)后的工艺中，除 了用热处理进行分离的情况外，希望不进行热处理或在较低温度下进行热处理。 其原因在于，在温度超过大约500度，会发生微气泡聚合，发生原来没有想到 的分离。因而在键合后提高了粘合强度的情况下，在低于500℃进行低温热处理 (第1热处理)是有益的。

用任何可行的方法，把多层结构(18)分离后，应该用比第1热处理的温 度要高的第2热处理的温度(例如，约有900℃)，进行提高SOI层(16)与第 2衬底(15)之间的紧密键合强度，并稳定所得SOI衬底的键合面的热处理

当以这样的方式，在低于500℃低温热处理(第1热处理)后，至少在800-1350 ℃的高温下进行热处理(第2热处理)，有时有促进氧析出的现象，从而增加 与氧析出浓度相关的“OSF”缺陷(“Silicon”written by Takao Abe，p194， issued by Baifukan Kabushiki-Kaisha)。然而，在本发明中，在低缺陷层中 氧的浓度相当低。因此，可以防止继低温热处理之后进行高温热处理而造成的缺 陷增加。

最后，根据本发明，在含氢的气氛中热处理晶片的部分表面层，可利用离 子注入层而被取下并转移到另一硅片上。由于体Si接近晶片主表面层中的固有 的缺陷(COP、内部生成缺陷等)可以通过热处理进行消除，故可提高器件的有 效比率。

举例来说，在制造16M(兆位)的DRAM(动态随机存取存储器)的过程中， 相对于COP尺寸，以足够的裕度生产DRAM，COP的存在不会明显成问题。然而， 当16M的DRAM转向64M的DRAM时，各器件的元件具有几乎等于COP的尺寸， 故此，由于COP将急剧地降低器件的有效用的比率。因此从本发明能使SOI衬 底的SOI层(16)内的COP数目极少这一角度来看，它是非常有效的。

在含氢的气氛中热处理晶片，毫无疑问在成本和大批量生产中具有优势， 它将取代具有一层外延薄膜的晶片。据说，在将来晶片的直径将增大，这就难以 拉制高质量晶体。进而，体晶片质量也会下降。因此利用在含氢气氛中包括热处 理低缺陷层的晶片，来制造SOI衬底是很有用的。

下面，应该说明的是，在用包括氢退火工艺除去分离层(14)的情况下， 基于氢退火的效果，随着在热处理炉中与待处理的衬底相对置的材料，而且也随 着待处理衬底与其相对置的表面之间的距离而不同。

有时通过氢退火(在含氢还原气氛中进行热处理)，对待处理衬底的表面 (SOI层)进行蚀刻，而蚀刻的质量随SOI层表面相对置的材料的不同而不同， 这个现象下面将具体解释。

在如图15所示用于热处理晶片的垂直型分批处理炉中，每个单晶硅层(SOI 层)的蚀刻速率，由于与单晶硅层表面相对置的材料表面(相对置的表面)的不 同而变化很大。在图15中，标号1指的是多个晶片，标号2指的是由石英制的 芯管，标号3是加热器，标号4指的是处理气体的气流。

图16是表示蚀刻速率与温度及相对置表面材料之间的关系，图中下方横坐 标代表以电子伏特(eV)的倒数为单位的温度的倒数，上方的横坐标代表温度 相当于1/T，坐标竖轴代表蚀刻速率(nm/分)的对数曲线。

就SOI衬底情况而言，SOI层的厚度，即在埋入的绝缘层上的单晶硅层的 厚度，可以用市场上可以买得到的光折射薄膜厚度测定仪很容易测出，在热处理 期间是改变着的，而热处理前后膜层的厚度变化(改变率)可测出来，就可算出 变化率对蚀刻时间的关系。这样就可得到蚀刻速率。

在图16曲线上，数据A代表将待蚀刻的基底材料(用于衬底的材料)SiO2对置保持在对置表面材料Si的位置时，各个温度下的蚀刻速率。在这种情况下， 根据最小二乘方的方法，从曲线的近似直线的斜率，算出激活能Ea约为4.3eV。 另外，各个说明数据的括号，表示对置表面的材料。

另外，数据B表示将基底材料Si对置保持在对面材料Si的位置进行热处 理的情况。

此外，数据C表示将基底材料Si，对置保持在对面材料Si的位置进行热 处理。在这种情况下，激活能Ea大约为4.1eV。

进而，数据D表示将基底材料SiO2，对置保持在对面材料SiO2的位置进行 热处理。在这种情况下，激活能Ea大约是5.9eV。

从图16中蚀刻速率数据B，C之间的差别可看出，在含氢还原气氛中热处 理，由于把对面材料从硅换成二氧化硅，作为基底材料硅的蚀刻速率增加了大约 9倍，而且与温度无关。

在基底材料和对面材料都是单晶体硅的情况下，温度1200℃下的蚀刻速率 约0.045nm/min，相当小(图16的数据C)。经60分钟热处理的蚀刻量小于3nm。 另一方面，在硅的对面材料是二氧化硅的情况下，1200℃时的蚀刻速率大约为 0.36nm/min(图16的数据B)，经一小时的蚀刻量达到21.6nm，这蚀刻量与接 触抛光的蚀刻量相当。

图17说明了以硅为基底材料，SiO2为对面材料，以及SiO2为基底材料，硅 为对面材料，这两种情况下的蚀刻量曲线。横坐标代表蚀刻时间(单位分钟)， 纵坐标代表蚀刻厚度(单位nm)。白圈代表热处理SiO2(基底材料)相对于Si(对面材料)的情况，黑圈则代表热处理Si(基底材料)相对于SiO2(对面材 料)的情况。热处理温度T是1200℃。

正如图17所示，经受相同热处理时间，白圈代表热处理SiO2对之于Si的 情况下的蚀刻量，要比黑圈代表热处理Si对之于SiO2的蚀刻量大。也就是说， 在SiO2和硅彼此相对置进行热处理的情况下，SiO2被蚀刻得更多(其蚀刻厚度 较大)。

图18表示由图17的结果算出的Si原子数，就是分别蚀刻Si(基底材料 SiO2对置保持在对面材料Si的位置)和SiO2(基底材料Si对置保持在对面材 料SiO2的位置)的表面时除去的Si原子数。横坐标代表蚀刻时间，而纵坐标 代表除去的硅原子数(原子/cm2)。在图18曲线中，空白的圆圈、三角形、 四方形对应于SiO2表面，黑色的圆圈、三角形、四方形对应硅面。

当根据硅的原子数，计算图17所表示的二氧化硅和单晶硅的蚀刻量时，通 常得到一致的结果，如图18所示。因此，可以说明，当对彼此相对置的Si表面 和SiO2表面进行热处理的情况下，两表面失去的硅原子数量相等。

就是说，由于Si表面和与之对置的SiO2表面相互作用，加速了对硅的蚀刻。 蚀刻的反应式如下所示： Si+SiO2→2SiO ，其中硅与二氧化硅为1∶1。

另外，硅的蚀刻速率还受待蚀刻表面与对面之间距离的影响。当配置Si作 为对面材料时，随着两表面之间的距离缩短，限制了蚀刻速率，当二氧化硅作为 对面材料时，随着两薄膜之间的距离缩短，提高了蚀刻速率。

同时，在热处理的气氛中在不含以氢为代表的还原气体的情况下的蚀刻速 率，明显低于含氢气氛的情况。也就是说，在氢退火中存在以氢为代表的还原气 氛，是加速蚀刻的一个因素。在硅与SiO2表面相对的情况下，两表面是这样被 蚀刻的，无论哪个表面的材料达到另一表面，它们通过与以氢为代表的还原气体 反应，而与该表面的材料反应。举例说明，反应为 Si+H2-＞SiH2 和 SiH2+SiO2- ＞2SiO+H2 。从硅表面解离的硅原子，以气相的形态被传输到二氧化硅表面并与之 反应，从而转变为高饱和蒸汽压的SiO。由于SiH2随时被消耗掉，这就促进Si表面的蚀刻。进而，当硅的表面彼此相对时，蚀刻速率没有明显提高，这是由于 下列原因：当从Si表面解离的硅原子达到了气相饱和浓度时，后续反应的速度 则由气相硅原子的扩散决定。然而，解离的硅原子饱和浓度不高。

另一方面，在保持SiO2表面与硅表面相对置的情况下，从硅表面解离的硅 原子在氧化膜表面被消耗掉，因此反应进一步进行。因为在SiO2表面的侧面上 产生的SiO具有高蒸汽压，因此其反应速率比两个硅表面相对的情况更难确定。

此外，在单晶硅薄膜相对的是碳化硅材料的情况下，单晶硅薄膜的蚀刻量 大致等于其相对置的表面材料是硅的情况。另外，单晶硅膜层的相对置的表面材 料是氮化硅时，其蚀刻量受到抑制，类似于其相对置的表面材料是硅的情形。

更为具体地说，在相对置的表面材料是SiO2的情况下，单晶硅膜的蚀刻量 是另外两种情况的大约10倍，这两种情况分别是：在含氢气氛中，对单晶硅薄 膜相对于由硅制造或由含硅和碳作为其主成分和不含氧作为其主成分的材料制造 的相对置的表面进行热处理。

而且，从相对置的表面到待蚀刻的半导体基底薄膜的距离，依赖于单晶硅 薄膜作为半导体基底材料的表面尺寸。就直径至少100mm以上的半导体基底材料 来说，如果上述的距离约为20mm或以下，最好为10mm或以下，那么由于与相 对置的表面材料互相作用，就有增大蚀刻速率的效果。

更进一步说，在含氢的还原气氛进行热处理工序，出现氧化性杂质，例如 氛围气体中含水量和含氧量，就增大半导体基底主表面上的单晶硅的蚀刻速率。 为了抑制氧化性物质的供给，因此要降低氛围气体在主平面附近的流动速度。这 样，就减少了起因于杂质气体的蚀刻成分，提高了基于相对置表面的相互作用的 本发明的蚀刻的可控制性。就图19所示的情况而言，将通过绝缘层(52)，在 半导体基底材料(51)(构成晶片1)的主表面上形成的单晶硅层(53)，安置 于芯管内，使其与气流方向相垂直，并且由二氧化硅制造的对置表面(55)也置 于其中，使通过主平面的氛围气体的气流速度(56)实质上几乎为0，这样基于 对置氧化硅的蚀刻效果就被充分地显示出来。

更进一步说，在通过在硅或由含硅和碳作为其主成分和不含氧作为其主成 分的材料上形成对置氧化硅膜，蚀刻作为基底材料的硅的情况下，即，不通过气 相与基底材料硅反应，当基于蚀刻其厚度减少而损失氧化硅膜时，该蚀刻速率就 降到大约1/10。因此，事先确定氧化硅膜的厚度，使其在这个厚度下所含的硅 原子个数等于相应厚度下的基体硅所将要除去的硅原子数，就可控制基底硅的除 去量。就以半导体工艺中常常采用的热氧化方法形成硅氧化膜来形成硅氧化膜来 说，其膜的厚度应该是所需要蚀刻的硅层厚度的约2.22倍。

在使粗糙表面平滑化方面评估相对置的表面的影响时，看不出明显差别。

图20是示出了刚通过蚀刻除去残余分离层后的示意侧剖图，其表面待通过 氢退火加以平滑化。当如图21所示的粗糙表面在还原气氛中进行了热处理时， 就能平滑化成为如图21所示，等同于市场上可以买到的硅晶片表面。在图20 和21中，符号W3与W4指的是SOI衬底。

已经揭示，在还原气氛中进行热处理(如氢退火)，观察单晶硅表面粗糙 度，高度h为几纳米(nm)到几十纳米和周期p为几纳米到几百纳米时，可获得 表面(图21中)象单晶硅晶片一样平整的表面，差别在几纳米以下水平，在更 适当的条件下最好在2纳米以下水平。

还揭示出了，通过适当的选择相对于SOI衬底的SOI层的相对置的表面材 料，可以控制基于氢退火的蚀刻量。

把以上现象视为蚀刻，还不如把之视为表面再构更确切些。更具体地说， 在粗糙的平面上，出现无数高表面能的角部，并且将大量比晶体层晶面取向要高 阶的晶面取向的晶面露出于外面。这些区域的表面能级，要比与单晶表面的晶面 取向有关的区域的表面能级高。

通过在含氢的还原气氛中进行热处理，例如由于氢的还原作用而除去表层 的自然氧化膜。而且，在热处理过程中，继续还原作用不会产生自然氧化膜。所 以可以认为，对表面硅原子迁移的能垒将会降低，因此被热能激发的硅原子将迁 移而构成低表面能的平面。随着单晶表面的晶面取向处于较低的指标时，可更加 促进根据本发明的平整化。

如上所述，在氢退火中，用二氧化硅作为要处理相对于表面(SOI层)的 材料，可增加硅的蚀刻速率。在本发明中，即使经过分离步骤后，仍有离子注入 所形成的分离层残留在SOI层的表面上，SOI层表面的这些残留物也能通过氢退 火而有效地被除去。

甚至在低于1200℃的温度下，用氮的气氛或其它稀有气体的气氛都不能达 到平滑化，用含氢的气氛，就可令人满意使粗糙表面平滑化。根据本发明的平滑 化和蚀刻操作的温度处于约300℃到待处理材料的熔点以下，以500℃以上较好， 800℃以上更好，1200℃以上特别好，尽管处理温度也与处理气体的组分、压力 等有关。此外，在慢慢进行平滑化，延长热处理时间的情况下，也可获得相似平 滑表面。考虑到相对置表面材料组成的影响，处理气体的压力可以降低，即使两 表面的间隔相同，也可使基于相对置表面之间的相互作用的蚀刻更加有效。这是 因为随着压力下降，气体分子的扩散长度也增大了。

随热处理的温度升高，气氛中含氧量和含水量，会使硅表面氧化，并阻碍 了表面的平滑化。因此，必须降低其含量。在高温热处理中，由于氧化和蚀刻， 含氧和水会造成不希望有的硅薄膜厚度减少。因此，其含量同样必须降低。按露 点，含量应该控制到-92℃以下。

这个现象所得理由是，待处理的表面要在清洁的环境中进行热处理。因此， 在表面上厚厚地形成天然氧化膜的情况下，在热处理前，应该先用稀氟酸等蚀刻 把它除去。这样可加快开始表面平滑化的进程。

这样得到的平滑的单晶表面，从半导体器件制造的角度，是适用的。

在含氢气氛中热处理，从硅层外扩散的硼并没有因相对置表面材料的不同 而有显著区别。这是因为，单晶硅中硼含量相对于硅不到1/100，蚀刻过程中释 放出的气相硼的数量将远远小于所释放的硅量，且不会饱和。

Yonehara是本发明的发明人之一，他曾报道过一种键合式SOI衬底的制造 工艺，这种衬底在薄膜厚度均匀性以及结晶性方面都非常好(T.Yonehara et al， Appl phys.Lett，Vol.64,2108(1994)；and U.S.Patent No.5,371,037)。

图29-31的示意性剖面流程图说明了这种工艺的一个例子。首先，将硅衬 底(61)上的多孔材料层(62)用作于选择性蚀刻的材料。非多孔晶体硅层(63) 外延生长到多孔层(62)上。然后，通过氧化硅层(65)，将所得的硅衬底(61) 与第2衬底(64)键合在一起(图29)。接着，通过如研磨等方法，从其背面， 使第1衬底(61)变薄，直到整个键合衬底结构的表面露出多孔硅(图30)。

然后，用选择性蚀刻液，如KOH或由HF和H2O2所组成的混合液，蚀刻除掉 并露出硅层(62)(图31)。这样，就得到SOI衬底。另外，在这种情况下， 在控制射流量的条件下，需要进行氢退火，以便使SOI层(63)的表面更加平 整光滑。

这时，蚀刻多孔硅层(62)相对于体硅(非多孔单晶硅层)的蚀刻选择比 设定得足够高，以致达到100000倍。因此，预先在多孔材料上生长非多孔单晶 硅层63的状态下，形成SOI衬底，在第2衬底(64)上被剥离之后，而背后明 显减少该层(63)的厚度。

Sakaguchi也是本发明的成员之一，他披露了这样的事实，由于图29所示 的多孔材料层(62)的机械强度较低等，所以与其它区域比较，可用多孔材料层 (62)来分离已键合的衬底结构(图29)(日本专利申请公开公报，No.7-302889)。

[实施例1]

将参考图2-6对本发明的实施例1进行阐述，

参照图2，首先制备第1单晶硅衬底(10)。在含氢的还原气氛中，至少 对第1衬底(10)的主平面进行热处理，从而在衬底(10)的表面上形成一表面 层部分(低缺陷层)(12)，在这个区域内，固有的体缺陷较少。虽然这里说明 区域(11)与低缺陷层(12)在某一边界发生突变，但其实际情况两者是渐变的。 然后，在所得的第1衬底的表面层上形成SiO2(13)，以便把键合面与有源层 (即以下将要解释SOI层)隔开。

接着，从带有层绝缘层(13)的第1衬底(10)的一主表面注入至少一种 稀有气体、氢和氮中的元素离子，从而形成分离层(离子注入积聚区)(14)(见 图3)。该分离层(14)形成到低缺陷层(12)内。因为离子注入区域(12)是 在低缺陷层(12)内，所以能够精确而均匀地确定分离层(14)的位置。

接着，如图4所示，所得的第1衬底(10)，在室温下与第2衬底(15) 键合在一起，使该分离层(13)位于内部。

尽管图4说明了通过绝缘层(13)，把第1衬底(10)与第2衬底(15) 被此键合起来，但在第2衬底不是硅的情况下，完全可以省去绝缘层(13)。

下一步骤，在分离层(14)处，将所键合的多层结构分离或分开来(图5)。 分离是通过在400-600℃的温度下，对键合的衬底结构进行热处理而实现的。

在分离后，残留在第2衬底(15)上的分离层(14)中，有时含有缺陷， 如微孔和层错等这些缺陷的分离层，此后，该残留物将选择性地除去。

用要求的蚀刻液选择性进行除去。残留的分离层(14)不多的情况下，也 可通过氢退火除去。换句话说，也可用选择性抛光的方法除去离子注入积聚层 (14)，其中，将SOI层(16)用作抛光阻挡层。不用选择性抛光，也可以用普 通的抛光法进行除去。

另外，键合衬底结构在SOI层(16)与分离层(14)的界面上被分离的情 况下，这时除去残余的分离层(14)的步骤就可省略了。

图6表示按照本发明所制成的半导体衬底。第2衬底(15)上覆盖着SOI 层，例如单晶硅薄膜16，它是平整且薄均匀一致，在整个晶片上大面积形成的。 当通过绝缘层(13)把第1和第2衬底键合一起时，从生产电子器件的隔离元件 的角度，也适合这样获得的半导体衬底。

在除去残余的离子注入积聚层(14)(在第1衬底(11)的表面粗糙到不 能用的情况下，还要使表面平整)后，该第1单晶硅衬底(11)可被用作新的单 晶硅第1衬底。或再用作新的第2衬底。

如上所述只通过表面光滑化工艺，例如在含氢气氛中热处理工艺，也可以 重新使用第1衬底侧面上的离子注入积聚层(14)。

[实施例2]

以下参照图7到11对本发明的实施例2进行阐述。

参照图7，首先制备单晶硅第1衬底(21)。从第1衬底(21)的一主表 面上，注入至少一种稀有气体、氢和氮中的元素的离子，以形成注入离子积聚层 (分离层)24。为了避免因离子注入而使第1衬底(21)的表面变粗糙的缘故， 预先形成SiO2层(23)作为表面层。在形成了SiO2的情况下，把该层除去。然 后，在含氢的还原气氛中至少对第1衬底(21)的一主表面进行热处理，从而使 在该衬底21的表面上一层(低缺陷层(22))(见图8)，减少体缺陷。在本 实施例中，氢退火需要在低温低于500℃的温度下进行，或较短时间为几秒到几 十秒种。这里，在低缺陷层(22)内可很好地形成象MOSFET之类的元件结构。 进而，预先形成的SiO2(25)作为低缺陷层(22)的表面层，在更有利的意义上 说，可将键合界面层次与有源层分开。如图9所示，把所制得的第1衬底(21) 与第2衬底(26)的表面，在室温下键合在一起。

两衬底的键合强度不够的情况下，就把键合后的衬底结构在大约400℃的 温度进行热处理，或对它加压。

接着，在分离层(24)处把键合起来的衬底结构分离或分开来(图10)。 进行分离的方法，可以是对键合衬底结构的侧面喷射液体例如水，或气体如氮气。 当然，分离方法不局限于上述方法，也可用楔子劈开或施加张力。

因为残留在第2衬底(26)上的分离层(24)内有时含有缺陷如微孔或位 错，残留的分离层(24)要被选择性地除去。

可以用蚀刻液，或以SOI层(22)用做抛光阻挡层选择性抛光法，选择性 地除去残留的分离层(24)。残留的分离层(24)部分很薄或微小的情况下，也 可氢退火选择性地除去它。在这种情况下，为了提高基于氢退火的蚀刻速率，在 其表层附有一层SiO2的衬底需要与残留分离层(24)相对，作为对置材料。

也可以把蚀刻液除去法，基于抛光的除去法以及基于氢退火法，这三种除 去方法适当组合起来除去残余分离层。

图11表示的是按本发明制成的半导体衬底。该第2衬底(26)覆盖有单晶 硅薄膜(22)，该薄膜是在整个晶片上大面积形成的，且被整平，均匀地减薄。

在本实施例中，低缺陷层(22)在分离层(24)之后形成。因此就可以获 得SOI层(22)，排除了为形成分离层(24)而起因于离子注入造成的缺陷。

顺便说一下，在分离层(24)与SOI层(22)之间的界面上在分离层(24) 处分离键合衬底结构的情况下，清除残留分离层的步骤就可省去，或者用氢退火 对SOI层(22)的表面进行轻微蚀刻处理。

在除去残留分离层(24)之后(以及第1衬底(21)的表面粗糙到不能容 许的长度下整平表面后)，第1硅单晶衬底21就重新用作新的第1单晶硅衬底 (21)或下一个第2衬底(26)。当然，当在分离层(24)与分离层(24)之 间的界面上，且在分离层(24)处进行分离，除去残留分离层(24)的步骤就可 省去。

如所上述，仅仅通过表面整平工艺，例如在含氢的气氛中进行热处理，也 可以再使用第1衬底侧面上的分离层(24)。

在含氢的气氛中进行热处理中，当附有SOI层(22)的第2衬底(26) 上的残留分离层(24)表面保持与氧化硅相对时，对置的氧化硅和分离层中的组 分硅，就通过气氛进行反应如下：

Si+SiO2→2SiO

从而能够有效地除去残留的分离层(24)，同时，为了降低SOI层(22) 的表面能，Si的迁移继续进行下去，结果使该层(22)的表面平滑化。

[实施例3]

本发明的实施例3将参照图12到14进行说明。

如图12所示，通过采用两个第2衬底。在第1衬底的两个表面上，进行上 述实施例1或2中所解释的步骤。这是为了能够同时制造出两个半导体衬底(SOI 衬底)。

在图12中，标号31表示第1衬底，标号32和35表示离子注入层(分离 层)，标号33和36表示低缺陷层，标号34和37表示SiO2层，以及标号38和 39表示第2衬底。图12是一剖面图，它表示第1衬底(31)的两表面经过实施 例1所述的步骤后，把第2衬底38、39分别键合到所得的第1衬底(31)上的 状态。图13表示所键合的多层结构，在分离层32和35处被分离或分开来(与 实施例1中的分离方法相似)的状态，而图14表示分离层32和35已被除掉的 状态。当然，当键合结构的分离是发生在分离层32与低缺陷层33之间，和分离 层35与低缺陷层36之间的界面上时，残余分离层的清除步骤就可省去。

除去残余离子注入积聚层(32，35)(以及在第1衬底(31)的表面粗糙 到不能允许的情况下进行表面整平)后，第1单晶硅衬底(31)再重新用作新的 第1单晶硅衬底(31)或下一个第2衬底(38)。

第1衬底一侧上的离子注入积聚层(32)和(35)，通过表面整平工艺， 例如如上所说过的含氢气氛中热处理工艺使其表面平整后，也可被再次使用。

支撑衬底(38)和(39)并不一定要相同。此外，绝缘层(34)和(37) 也完全可以被省略掉。

现在，将参照图，对本发明的例子进行详细描述。

(例子1)

准备2个由CZ法制造的第1单晶硅衬底(直径为8英寸)。每个第1衬底 都氢退火，改善其表层质量，换句话说，就是在它们的表面内形成一低缺陷层。 氢退火是在氢气氛，温度为1200℃的条件下及经过时间1小时。

把上面所说的CZ硅晶片之一，用SC-1洗涤液(一种由1wt.％NH4OH，6wt.％H2O2与水组成的混合液)进行清洗后，用异物检测装置探测清洗后的晶片表面含有的 COP数量。COP数约为每个晶片8个。即，COP的密度约为0.02/cm2。这里，将 其尺寸大于约0.1微米的颗粒，检出作为COP。

顺便说一下，以下每个晶片的COP数X，下面将用“X/W”表示。

用热氧化，形成第1衬底(另一CZ硅片)的表面，具有200nm的SiO2层。 进而，通过该表面SiO2层，在加速能量为40KeV，剂量为5×1016cm-2的条件下， 把氢离子注入到第1衬底上。调整离子注入投影射程，以便处于低缺陷层内。这 样，第1衬底就成为分离层上的单晶硅层(SOI层或低缺陷层)。

把所得的该SiO2上的第1衬底表面安置在分别准备好的Si衬底(第2衬底) 的表面上并与之接触。当接触的衬底结构在600℃下进行热处理时，它就会在离 子注入投影射程的附近被分离或分成两部分。由于离子注入层(分离层)是多孔 性的，所以分离部分的表面粗糙不平。残留于所得的第2衬底上的分离层是这样 除去的，要选择性蚀刻该第2衬底侧面的表面，在蚀刻时搅拌着以49％氢氟酸， 30％过氧化氢和水组成的混合液。选择性地蚀刻离子注入层并完全除去，而不会 蚀刻SOI层上的单晶硅，并以单晶硅作为蚀刻阻挡材料。

用上述的蚀刻液对非多孔的单晶硅蚀刻速率是非常低的，而在实际应用中， 单晶硅的蚀刻量(几十埃量级)，相当于厚度减少是可以忽略不计的。

除了选择性蚀刻法，非选择性蚀刻法或抛光法例如接触式抛光法和CMP， 都可用于清除离子注入层。这一点与其它的例子是一样的。在抛光法的情况下， 不需要用氢的热处理使SOI衬底的表面平整化。然而，在留有抛光损伤的情况下， 进行热处理或除去SOI衬底的表层是更有益的。

具体地说，在二氧化硅膜上可形成一层厚度约为0.2微米的单晶硅层。在 整个SOI衬底的表面上任取100个点，测量所形成的单晶硅层厚度。该层厚度的 均匀度为201nm+6nm。因此，所制成的SOI衬，底在SOI层的厚度均性上是非常 好的。SOI层表面含有的COP缺陷的数目为65/W。由于普通CZ晶片表面的COP 数量大约为400/W的样子，这显示按照本发明所得的SOI层缺陷少了很多。

而且，在1100℃的温度下，把SOI衬底在氢气中热处理1小时。当用原子 间力显微镜估计所得SOI衬底的粗糙程度时，其50微米见方区域内的均方根 (Rrms)大约为0.2nm，这个值与市场上可买到的普通硅晶片的值相等。该SOI层 表面含有的COP数目为8/W。

顺便说一下，当分离步骤之后的SOI层经过氢退火时，SOI层的最外层COP 数量进一步减少，并且能使SOI层内缺陷分布均匀化。下面将结合图23对这个 效果进行具体说明。

图23表示每单个晶片的COP数量与从晶片表面算起的深度的关系。至于每 个CZ硅晶片(直径为8英寸)，是使CZ硅晶片经过氢退火而获得的晶片(“NIKKEI MICRODEVICE”，Feb，issue(1998)，p.31)。就经过氢退火的CZ硅晶片来说， 晶片表面附近COP数量最小，但随着其深度的增大，COP数目也增大，如曲线所 示，尽管依氢退火的条件不同而情况也不同。

举例说，一个SOI衬底是这样形成的，从已经受氢退火的CZ硅晶片的表面 起，设定离子投影徎(分离层)大约400nm；把所得的晶片与第2衬底键合起 来；以及接着把所键合的结构在分离层进行分离。这时，SOI层最外表面的COP 数目最大，并且离SOI层与绝缘层之间的界面越近，它的数量越小。因此，该SOI 层表面附近的COP数量需要进一步减少，更有益的是在分离步骤之后进行氢退 火。这个时候，通过氢退火，使SOI层两表面缺陷都减少了。

顺便说一下，为了便于检测出SOI层表面上所包含的COP，就要用SC-1溶 液(由1.0wt.％NH4OH，6.0wt.％的H2O2以及水的混合液)对该SOI衬底处理十分 钟。另外，检测装置是表面微粒检测仪(例如，由KLA Tencor Inc。制造的“SP-1”)。

即使当分离的SOI衬底保持原封不动，在氢气中进行热处理而未除去残留 的离子注入层，由于硅的迁移而同时引起微孔和缺陷的消除，以及使SOI层的表 面平整化，结果也是消除了离子注入层。

用透射电子显微镜对硅层的剖面进行观察。结果证实，没有把产生新的结 晶缺陷引入硅层内，硅层仍保持良好的结晶性。

同样，搅拌混合液包括49％浓度的氢氟酸，30％浓度的过氧化氢和水，选择 性蚀刻除去残留在第1衬底侧上的离子注入层。之后，该第1衬底经受表面处理， 例如氢退火或抛光法。所得到的第1衬底将可以再次用做新的第1衬底或新的第 2衬底。

即使当分离的第1衬底保持原封不动，在氢气中进行热处理时，没有除去 残留的离子注入层，但由于硅的迁移而同时引起衬底表面的微孔和缺陷的消除， 以及平整化，结果也消除了离子注入层。

顺便提一下，离子注入区还呈现出一种吸收作用。即使存在金属杂质，也 能在利用离子注入区吸收杂质后，分开两个键合的衬底，因此在受杂质污染的情 况下，按照本发明的SOI衬底仍然很有效。

(例子2)

准备两个CZ方法制造的第1单晶硅衬底(直径8英寸)。每个第1衬底都 在以下所说的条件下进行热处理，以提高其表面层质量。两个第1衬底之一用于 分析。

热处理(氢退火)是在H2气气氛、温度为1200℃的条件下，进行时间2小 时，从而在每个第1衬底的表面上都形成了一低缺陷层。用异物检测装置对分析 用第1衬底的表面层中含有的COP数进行检测，该COP数约为5/W。

接着，在加速电压为50KeV，剂量为6×1016/cm2的条件下，把H+离子注入 到第1衬底。该离子注入的投影射程位于从第1衬底表面算起的约600nm的附近 区域。

分别制备，把所得的第1衬底的表面安置到有一层500nm厚SiO2层的硅衬 底表面上并与其接触，当对接触的衬底结构在550℃下进行退火时，在离子注入 投影射程附近将其分成两部分。由于离子注入层是多孔性的，因此，被分离的部 分的表面粗糙不平。搅拌由49％的氢氟酸，30％过氧化氢和水组成的混合液的时 候，对第2衬底侧的表面进行选择性蚀刻。这种处理可完全除去离子注入层，而 SOI层的单晶硅却分毫无损，以单晶硅作为蚀刻阻挡层，选择性蚀刻并完全除去 离子注入层，而留下SOI层的单晶硅，不受蚀刻。

除了选择性蚀刻外，非选择性蚀刻和抛光也可用于清除离子注入层。用抛 光法的情况下，就不需要用氢退火对SOI衬底的表面进行整平。然而，留有抛 光损伤时，最好进行热处理或除去SOI衬底的表面。

用上述的蚀刻液对非多孔性单晶硅的蚀刻速率是很小的，在实际应用中， 单晶硅的蚀刻量，相当于厚度(几十埃数量级)减少是可以忽略。

以后，只有非多孔性单晶硅的端面，需用抛光方法对其进行整平。

具体地说，在二氧化硅薄膜上可形成一层厚度为0.5微米的单晶硅层(SOI 层)。在整个SOI衬底表面，任取100个点，测量所形成的单晶硅层厚度。该 层厚度的均匀性为498nm±15nm。SOI层表面含有的COP数量是50/W数量级。因 此，SOI层外表面的COP数量是50/W。此外，在其氧化硅膜侧面上的SOI层内， COP数量为5/W。可知，COP的密度从SOI层的外表面向内逐渐降低。因为通常 的CZ晶片表面含有的COP数量大约为400/W，可见，根据本发明，可使SOI层 大大减少了缺陷。

当用原子间力显微镜，估计所得的SOI衬底表面的粗糙度，其50um见方区 域的均方根(Rrsm)大约为0.2nm，这个值与市场可买到的硅晶片的值相等。

用透射电显微镜，对硅层的剖面进行观察，结果，已经证实没有新的晶体 缺陷被引入到硅层内，硅层仍保持良好的结晶性

顺便说一下，对本例子中所制得的SOI衬底进一步进行氢退火，可进一步 减少SOI层表面所含的COP数量，使其接近于氧化硅层附近SOI层内部COP的 数量(5/W)。

因此，单晶硅层的两表面就是氧化硅层上SOI层都经受氢退火，从而象降 低SOI层的COP数量一样，降低体晶片中固有的COP等缺陷。即使如果仍留有 缺陷，可使其分布，在SOI层内实际上均匀化。

并且，在搅拌由49％的氢氟酸，30％的过氧化氢和水组成的混合液的时候，选 择性蚀刻残留在第1衬底侧上的离子注入层。之后，该第1衬底经受表面处理， 例如氢退火法或抛光法。可把所得到的第1衬底再次用作新的第1衬底或新的第 2衬底。

即使当分离的第1衬底保持原封不动，在氢气中进行热处理时，没有除去 残留的离子注入层，但由于硅的迁移而同时引起衬底表面的微孔和缺陷的除去， 及平整化，结果也消除了离子注入层。

(例子3)

准备由CZ法制造的第1单晶硅衬底(直径为8英寸)。对第1衬底进行热 退火，改善其表面层质量。就热处理来说，在H2气体气氛，温度为1200℃的条 件下进行氢退火，时间为4小时。

接着，通过热氧化，形成衬底的表面，具有厚度为200nm的SiO2层。此外， 在加速电压为40KeV，剂量为5×1016/cm2的条件下，通过其表面SiO2层，把H+离子注入到第1衬底。

把所得的第1衬底的表面安置到硅衬底(第2衬底)的表面上并在室温下 与之接触，该硅衬底形成有一层500nm厚SiO2层，分别加以制备。接着，对键 合的衬底结构在300℃下进行退火，以增强第1和第2衬底的键合力。之后，用 高压(200kg.f/cm2)水，喷射键合结构的外围端面，使该键合衬底结构在离子 注入层(由上述的离子注入形成的离子注入层)附近分离或分开。在这里，在离 子注入投影射程附近将该键合的衬底结构分离为两个部分。在搅拌由49％的氢氟 酸，30％过氧化氢和水组成的混合液的时候，对第2衬底侧的表面进行选择性蚀 刻，除去分离层残留部分。所形成的SOI层的单晶硅不受蚀刻而被留下，以单晶 硅作为蚀刻阻挡层，选择性蚀刻并完全除去离子注入层。

除了选择性蚀刻、非选择性蚀刻和抛光也可用于清除离子注入层外。用抛 光法的情况下，就不需要用氢退火对SOI衬底的表面进行整平。然而，留有抛光 损伤时，最好进行热处理或除去SOI衬底的表面层。

除了选择性蚀刻外，非选择性蚀刻和抛光也可用于清除离子注入层，若用 的是抛光法，就不需要用氢退火对SOI衬底的表面进行平整。然而，如果残留有 抛光损伤，则最好进行氢热处理或除去SOI衬底的表层。

上述的蚀刻液对非多孔性单晶硅的蚀刻速率是很低的，在实际应用中，单 晶硅的蚀刻量(几十埃数量级)相当于厚度减少可以忽略不计。

具体地说，在氧化硅薄膜上可形成一层厚度为0.2微米的单晶硅层。在整 个SOI衬底的表面取100个点，测量形成的单晶硅层厚度。于是，其厚度均匀性 为201nm±6nm。

接着，在氢气中在1100℃对SOI衬底热处理1小时。在用原子间力显微镜 估计所得的SOI衬底的表面粗糙程度时，其50um见方区域内的均方根(Rrms)大 约为0.2nm，这个值与市场可买到的硅片的值相等。在用SC-1清洗液清洗SiO2层上单晶硅层的表面之后，用异物检测装置测量所清洗表面的COP的数目，COP 的个数为3/W。

顺便提一下，即使当分离SOI衬底保持原封不动，在氢中进行热处理时， 没有除去残留的离子注入层，但由于硅的迁移而同时引起微孔和缺陷的除去，并 使SOI层的表面平整化结果也是消除了离子注入层。

用透射电子显微镜对硅层的剖面进行观察，结果，证实在硅层内没有引入 新的晶体缺陷，硅层中仍保持良好的结晶度。

并且，在搅拌着由49％的氢氟酸，30％的过氧化氢和水组成的混合液的时候， 选择性蚀刻残留在第1衬底侧上的离子注入层。之后，该第1衬底经受表面处理， 例如氢退火法或抛光法。可把所得到的第1衬底再次用作新的第1衬底或新的第 2衬底。

即使当分离的第1衬底保持原封不动，在氢气中进行热处理也未除去残留 的离子注入层，由于硅的迁移而同时引起衬底表面的微孔和缺陷的消除，以及平 整化结果消除了离子注入层。

虽然本例子中是用水的射流，把键合结构分离开，但也可以用另一种方法， 通过高压喷射气体，例如氮气。

(例子4)

准备由CZ法制造的第1单晶硅衬底(直径为8英寸)。对第1衬底进行热 退火，改善其表面层质量。就热处理来说，在H2气体气氛，温度为1100℃的条 件下进行氢退火时间为4小时。

接着，通过热氧化，形成衬底的表面，具有厚200nm的SiO2层。此外，在 加速电压为40KeV，剂量为5×1016/cm2的条件下，通过其表面SiO2层，把H+离 子注入到衬底中。

对分别制备的第1衬底的SiO2层表面和融熔石英衬底(第2衬底)的表面， 用等离子体进行处理，并用水进行清洗。然后，将第1和第2衬底安置到上边， 使之相互接触。当对接触的衬底结构在600℃下进行退火时，使该衬底结构在离 子注入投影射程附近分离为两个部分。由于该离子注入层是多孔性的，故分离部 分的表面粗糙。于是在搅拌由49％的氢氟酸，30％过氧化氢和水组成的混合液的 时候，对第2衬底侧进行选择性蚀刻。所形成的SOI层的单晶硅不受蚀刻而留下， 并且以该单晶硅作为蚀刻阻挡层，选择性蚀刻并完全除去该离子注入层。

除了选择性蚀刻外，非选择性蚀刻和抛光也可用于清除离子注入层。用抛 光法的情况下，就不需要在氢气中热处理对SOI衬底的表面进行整平。然而，留 有抛光损伤时，最好进行热处理或除去SOI衬底的表面层。

除了选择性蚀刻，非选择性蚀刻和抛光也可用于清除离子注入层。在用抛 光法的情况下，就不需要在氢气中热处理，平整形成的SOI衬底表面。然而，在 留有抛光损伤的情况下，则最好进行热处理或除去SOI衬底的表层。

用上述的蚀刻液对非多孔性单晶硅的蚀刻速率是很低的，在实际应用中， 单晶硅的蚀刻量(几十埃数量级)相当于厚度减少则可以忽略不计。

具体地说，在透明的石英衬底上，可形成一层厚度为0.2微米的单晶硅层。 在整个SOI衬底的表面任取100个点，测量形成的单晶硅层厚度。而且，该层厚 度的均匀性为201nm±6nm。检测单晶硅的表面所含有的COP数时，该COP数约为 80/W。

接着，在氢气中在1100℃对SOI衬底热处理1小时。在用原子间力显微镜 估计所得的SOI衬底的表面粗糙程度时，其50um2区域内的均方根(Rrms)大约 为0.2nm，这个值与市场可买到的普通硅晶片的值相等。

即使在分离SOI衬底保持原封不动，在氢中进行热处理时，没有除去残留 的离子注入层，由于硅的迁移而同时引起微孔和缺陷的除去，并使SOI层的表面 平整化，结果也是消除了离子注入层。

用透射电子显微镜对硅层的剖面进行观察，其结果，已证实没有新的晶体 缺陷引入到硅层内，而且硅层中仍保持良好的结晶度。

并且，在搅拌由49％的氢氟酸，30％的过氧化氢和水组成的混合液的时候， 选择性蚀刻残留在该第1衬底侧面上的离子注入层。之后，该第1衬底经受表面 处理，例如氢退火法或抛光法。可把所得到的第1衬底再次用作新的第1衬底或 新的第2衬底。

即使当分离的第1衬底保持原封不动，在氢气中进行热处理时，也没有除 去残留的离子注入层，但由于硅的迁移而同时引起SOI层表面的微孔和缺陷的除 去及平整化，结果消除了离子注入层。

虽然本例子中是用水的射流，把键合结构分离开，但也可以周另一种方法， 通过高压喷射气体，例如氮气。

(例子5)

准备由CZ法制造的第1单晶硅衬底(直径为8英寸)。对每个第1衬底进 行热退火，改善其表面层质量。更准确地说，在包括H2气4％和Ar气96％的混合 气氛，温度为1100℃的条件下进行氢退火，时间为4小时。这样在第1衬底表 面中形成低缺陷层。

检测两个第1衬底之一的表面层中所含有的COP数时，该COP数为30/W。

接着，通过热氧化，形成另一个第1衬底的表面，具有厚20Onm的SiO2层。 此外，在加速电压为60KeV，剂量为5×1016/cm2的条件下，通过该表面SiO2层， 把H+离子注入到衬底中。

对分别制备的第1衬底的SiO2层表面和蓝宝石衬底(第2衬底)的表面， 用等离子体进行处理，并用水加以清洗。然后，将第1和第2衬底安置到上边， 使之相互接触。当对接触的衬底结构在600℃下退火时，在离子注入投影射程附 近使之分离或分成两个部分。由于该离子注入层是多孔性的，故分离部分的表面 粗糙。于是在搅拌着由49％的氢氟酸，30％过氧化氢和水组成的混合液的时候， 对第2衬底侧进行选择性蚀刻。所形成的SOI层的单晶硅不被蚀刻被留下来，并 且以该单晶硅作为蚀刻阻挡层，选择性蚀刻并完全除去该离子注入层。

除了选择性蚀刻外，非选择性蚀刻和抛光也可用于清除离子注入层。用抛 光法的情况下，就不需要在氢气中热处理对SOI衬底的表面进行整平。然而，留 有抛光损伤时，最好进行热处理或除去SOI衬底的表面层。

除了选择性蚀刻，非选择性蚀刻和抛光也可用于清除离子注入层。在用抛 光法的情况下，就不需要在氢气中热处理，平整形成的SOI衬底表面。然而，在 留有抛光损伤的情况下，则最好进行热处理或除去SOI衬底的表面层。

用上述的蚀刻液对非多孔性单晶硅的蚀刻速率是很低的，在实际应用中， 单晶硅的蚀刻量(几十埃数量级)相对于厚度减少则可以忽略不计。

然后，用抛光法，只使非多孔性的单晶硅端面平整化。

具体地说，在透明的蓝宝石衬底上，可形成一层厚度为0.4微米的单晶硅 层。在整个SOI衬底的表面在100个点处，测量形成的单晶硅层厚度。而且，该 层厚度的均匀性为402nm±12nm。检测单晶硅的表面所含有的COP数时，该COP 数约为120/W。

接着，在用原子间力显微镜估计所得的SOI衬底的表面粗糙程度时，其50um 见方区域内的均方根(Rrms)大约为0.2nm，这个值与市场可买到的普通硅晶片 的值相等。

用透射电子显微镜对硅层的剖面进行观察，其结果，已证实没有新的晶体 缺陷引入到硅层内，而且硅层中仍保持良好的结晶度。

并且，在搅拌着由49％的氢氟酸，30％的过氧化氢和水组成的混合液的时候， 选择性蚀刻残留在该第1衬底侧面上的离子注入层。之后，该第1衬底经受表面 处理，例如氢退火法或抛光法。可把所得到的第1衬底再次用作新的第1衬底或 新的第2衬底。

即使在分离的第1衬底保持原封不动，在氢气中进行热处理时，没有除去 残留的离子注入层，但由于硅的迁移而同时引起衬底表面的微孔和缺陷的除去及 平整化，结果也消除了离子注入层。

(例子6)

准备由CZ法制造的第1单晶硅衬底对每个第1衬底进行热退火，改善其 表面层质量。更准确地说，在H2气中，温度为1150℃的条件下及时间为10分钟， 进行氢退火作为热处理

接着，通过热氧化，形成每个第1衬底的表面，具有厚200nm的SiO2层。 此外，在加速电压为70KeV，剂量为5×1016/cm2的条件下，通过该表面SiO2层， 把H+离子注入到该衬底中。

对分别制备的第1衬底的SiO2层表面和玻璃衬底(第2衬底)的表面，用 等离子体进行处理，并用水加以清洗。然后，将第1和第2衬底安置到上边，使 之相互接触。当对接触的衬底结构在600℃下退火时，在离子注入投影射程附近 使之分离或分成两个部分。由于该离子注入层是多孔性的，故分离部分的表面粗 糙。于是在搅拌着由49％的氢氟酸，30％过氧化氢和水组成的混合液的时候，对 第2衬底侧表面进行选择蚀刻。所形成的SOI层的单晶硅不被蚀刻而留下来， 并且以该单晶硅作为蚀刻阻挡层，选择性刻并完全除去该离子注入层。

除了选择性蚀刻外，非选择性蚀刻和抛光也可用于清除离子注入层。用抛 光法的情况下，就不需要在氢气中热处理对SOI衬底的表面进行整平。然而，留 有抛光损伤时，最好进行热处理或除去SOI衬底的表面层。

用上述的蚀刻液对非多孔性单晶硅的蚀刻速率是很低的，而在实际应用中， 单晶硅的蚀刻量(几十埃数量级)相当于厚度减少则可以忽略不计。

然后，用抛光法，只使非多孔性的单晶硅端面平整化。

具体地说，在透明的玻璃衬底上，可形成一层厚度为0.5微米的单晶硅层。 在整个SOI衬底的表面上在100个点处，测量形成的单晶硅层厚度。而且，该层 厚度的均匀性为501nm±15nm。检测单晶硅的表面所含有的COP数时，该COP数 约为100/W。由于在普通CZ晶片表面上含有的COP数为400/W左右，可见，使 得根据本发明的SOI层缺陷极少。

用透射电显微镜对硅层的剖面进行观察，其结果，已证实没有新的晶体缺 陷引入到硅层内，而且硅层中仍保持良好的结晶度。

并且，在搅拌由49％的氢氟酸，30％的过氧化氢和水组成的混合液的时候， 选择性蚀刻残留在该第1衬底侧面上的离子注入层。之后，该第1衬底经受表面 处理，例如氢退火法或抛光法。可把所得到的第1衬底再次用作新的第1衬底或 新的第2衬底。

即使在分离的第1衬底保持原封不动，在氢气中进行热处理时，没有除去 残留的离子注入层，但由于硅的迁移而同时引起衬底表面的微孔和缺陷的除去及 平整化，结果也消除了离子注入层。

(例子7)

准备由CZ法制造的第1单晶硅衬底(直径8英寸)。在通过热氧化形成 衬底的表面，具有二氧化硅层为200nm后，在加速电压为80KeV，剂量为5×1016/cm2 的条件下，通过该表面SiO2层，把H+离子注入到该衬底中。然后，用HF溶液蚀 刻并除去200nm的二氧化硅薄膜。接着，热处理该所得的第1衬底。以改善其表 面层的质量。就热处理而言，氢退火是在H2O气气氛，温度为1200℃的条件下， 进行时间1小时。在这个情况下，衬底表面所含有的COP数为8/W。

再次用热氧化法，在第1衬底上形成200nm的氧化薄膜(SiO2)。接着， 把第1衬底的SiO2层表面和硅衬底(第2衬底)的表面安置到上边，使之相互 接触。当对接触的衬底结构在600℃下进行退火时，在离子注入投影射程附近使 之分离或分成两个部分。由于该离子注入层是多孔性的，故分离部分的表面粗糙。 于是在搅拌由49％的氢氟酸，30％过氧化氢和水细成的混合液的时候，对第2衬 底侧上的表面进行选择性蚀刻。所形成的SOI层的单晶硅不受蚀刻被留下来，并 且以该单晶硅作为蚀刻阻挡层，选择性蚀刻并完全除去该离子注入层。

除了选择性蚀刻外，非选择性蚀刻和抛光也可用于清除离子注入层。用抛 光法的情况下，就不需要在氢气中热处理，对所形成的SOI衬底的表面进行整平。 然而，留有抛光损伤的情况下，最好进行热处理或除去SOI衬底的表面层。

用上述的蚀刻液对非多孔性单晶硅的蚀刻速率是很低的，而在实际应用 中，单晶硅的蚀刻量(几十埃数量级)相当于厚度减少则可以忽略不计。

具体地说，可在二氧化硅薄膜上，形成一层厚度为0.2微米的单晶硅层。 在整个SOI衬底的表面上的100个点，测量形成的单晶硅层厚度。而且，该层厚 度的均匀性为201nm±6nm。

接着，在氢气中在1100℃对SOI衬底经受热处理1小时。在用原子间力显 微镜估计所得的SOI衬底的粗糙程度时，其50um见方区域内的均方根(Rrms)大 约为0.2nm，而这个值与市场可买到的普通硅晶片的值相等。检测单晶硅层的表 面所含有的COP数时，该COP数约为8/W。

即使在分离的SOI衬底保持原封不动，在氢气中进行热处理时，没有除去 残留的离子注入层，但由于硅的迁移而同时引起SOI层表面的微孔和缺陷的除去 及平整化，结果也消除了离子注入层。

用透射电子显微镜对硅层的剖面进行观察，其结果，已证实没有新的晶体 缺陷引入到硅层内，而且硅层中仍保持良好的结晶度。

并且，在搅拌由49％的氢氟酸，30％的过氧化氢和水组成的混合液的时候， 选择性蚀刻残留在该第1衬底侧上的离子注入层。之后，该第1衬底经受表面处 理，例如氢退火法或抛光法。可把所得到的第1衬底再次用作新的第1衬底或新 的第2衬底。

即使在分离的第1衬底保持原封不动，在氢气中进行热处理时，没有除去 残留的离子注入层，但由于硅的迁移而同时引起衬底表面的微孔和缺陷的除去及 平整化，结果也消除了离子注入层。

(例子8)

准备由CZ法制造的第1单晶硅衬底。对第1衬底进行热退火，改善其表面 层质量。就热处理来说，在H2气气氛中，温度为1200℃的条件下进行氢退火， 时间为3小时。

接着，通过热氧化，形成衬底的表面，具有厚200nm的SiO2层。此外，在 加速电压为40KeV，剂量为5×1016/cm2的条件下，通过该表面SiO2层，把H+离 子注入到该衬底中。

将分别制备的第1衬底的SiO2层表面和硅衬底(第2衬底)的表面安置到 上边，使之相互接触。

除去该第1衬底背面上的氧化膜后，以CO2激光器的激光束，从衬底结构的 第1衬底侧，辐照结晶片的整个表面(已键合的衬底结构)。在衬底结构的键合 界面处，该CO2激光器的激光束，为200nm的SiO2层所吸收，从而迅速升高 SiO2层附近的温度。结果，由于离子注入层(离子注入形成的分离层)中的强热 应力作用，在离子注入投影射程附近使该衬底结构分离或分成两个部分。

由于该离子注入层是多孔性的，故分离部分的表面粗糙。于是在搅拌着由 49％的氢氟酸，30％过氧化氢和水组成的混合液的时候，对第2衬底侧上的表面进 行选择性蚀刻。所形成的SOI层的单晶硅不被蚀刻被留下来，并且以该单晶硅作 为蚀刻阻挡层，选择性蚀刻并完全除去该离子注入层。

除了选择性蚀刻外，非选择性蚀刻和抛光也可用于清除离子注入层。在用 抛光法的情况下，就不需要在氢气中进行退火，对形成SOI衬底的表面进行整平。 然而，在留有抛光损伤的情况下，最好进行热处理或除去SOI衬底的表面层。

用上述的蚀刻液对非多孔性单晶硅的蚀刻速率是很低的，而在实际应用中， 单晶硅的蚀刻量(几十埃数量级)相当于厚度减少则可以忽略不计。

然后，用抛光法，只使非多孔性的单晶硅端面平整化。

具体地说，可在二氧化硅膜上，形成一层厚度为0.2微米的单晶硅层。在 整个SOI衬底的表面的100个点上，测量形成的单晶硅层厚度。而且，该层厚度 的均匀性为201nm±6nm。

接着，在氢气中在1100℃，使SOI衬底经受热处理1小时。在用原子间力 显微镜估计所得的SOI衬底的表面粗糙程度时，其50um见方区域内的均方根 (Rrms)大约为0.2nm，而这个值与市场可买到的普通硅晶片的值相等。检测单 晶硅层的表面所合有的COP数时，该COP数约为3/W。

即使在分离的SOI衬底保持原封不动，在氢气中进行热处理时，没有除去 残留的离子注入层，但由于硅的迁移而同时引起SOI层表面的微孔和缺陷的除去 及平整化，结果也消除了离子注入层。

用透射电子显微镜对硅层的剖面进行观察，其结果，已证实没有新的晶体 缺陷引入到硅层内，而且硅层中仍保持良好的结晶度。

并且，在搅拌由49％的氢氟酸，30％的过氧化氢和水组成的混合液的时候， 选择性蚀刻残留在该第1衬底侧面上的离子注入层。之后，该第1衬底经受表面 处理，例如氢退火法或抛光法。可把所得到的第1衬底再次用作新的第1衬底或 新的第2衬底。

即使在分离的第1衬底保持原封不动，在氢气中进行热处理时，没有除去 残留的离子注入层，也由于硅的迁移而同时引起衬底表面的微孔和缺陷的除去及 平整化，结果也消除了离子注入层。

(例子9)

准备由CZ法制造的第1单晶硅衬底(直径8英寸)，并进行热退火改善其 表面层质量。就热处理来说，在H2气气氛中，温度为1200℃的条件下进行氢退 火，时间为1小时，从而形成低缺陷层。

接着，通过热氧化，形成该衬底的表面，具有厚200nm的SiO2层。此外， 在加速电压为40KeV，剂量为5×1016/cm2的条件下，通过该表面SiO2层，把H+离子注入到该衬底中。

将分别制备的第1衬底的SiO2层表面和硅衬底(第2衬底)的表面安置到 上边，使之相互接触。当SiO2层和单晶硅层，在键合的晶片(衬底结构)端面 处被蚀刻时，就现出离子注入层(由离子注入形成)的端面。

当在1000℃下，使所得的键合晶片经受发高温氧化时，在10小时内使两 个衬底在离子注入层中完全分离或分开。在观察剥落的衬底表面时，晶片的外围 部分的离子注入层已转变成SiO2，但是在晶片的中心部分实际上不变。

然后，在搅拌由49％的氢氟酸，30％过氧化氢和水组成的混合液的时候，对 第2衬底侧上的残留离子注入层进行选择性蚀刻。所形成的SOI层的单晶硅不被 蚀刻被留下来，并且以该单晶硅作为蚀刻阻挡层，选择性蚀刻并完全除去该离子 注入层。

除了选择性蚀刻外，非选择性蚀刻和抛光也可用于清除离子注入层。在用 抛光法的情况下，就不需要在氢气中热处理对SOI衬底的表面进行整平。然而， 在留有抛光损伤的情况下，最好进行热处理或除去SOI衬底的表面层。

用上述的蚀刻液对非多孔性单晶硅的蚀刻速率是很低的，而非多孔性单晶 硅的蚀刻速率与离子注入层的蚀刻速率的选择性比达到105以上。在实际应用中， 非多孔层的蚀刻量(几十埃数量级)相当于厚度减少则可以忽略不计。

接着，在氢气中在1100℃，使SOI衬底经受热处理2小时。在用原子间力 显微镜估计所得的SOI衬底的表面粗糙程度时，其50um见方区域内的均方根 (Rrms)大约为0.2nm，而这个值与市场可买到的普通硅晶片的值相等。检测单 晶硅层的表面所含有的COP数时，该COP数约为8/W。

即使在分离的SOI衬底保持原封不动，在氢气中进行热处理时没有除去残 留的离子注入层，但由于硅的迁移而同时引起SOI层表面的微孔和缺陷的除去及 平整化，结果也消除了离子注入层。

用透射电显微镜对硅层的剖面进行观察，其结果，已证实没有新的晶体缺 陷引入到硅层内，而且硅层中仍保持良好的结晶度。

并且，在搅拌由49％的氢氟酸，30％的过氧化氢和水组成的混合液的时候， 选择性蚀刻残留在该第1衬底侧上的离子注入层。之后，该第1衬底经受表面处 理，例如氢退火法或抛光法。可把所得到的第1衬底再次用作新的第1衬底或新 的第2衬底。

即使在分离的第1衬底保持原封不动，在氢气中进行热处理时没有除去残 留的离子注入层，但由于硅的迁移而同时引起衬底表面的微孔和缺陷的除去及平 整化，结果也消除了离子注入层。

(例子10)

准备由CZ法制造的第1单晶硅衬底(直径为8英寸)，并对第1衬底进行 热退火，改善其表面层质量。就热处理来说，在H2气体气氛，温度为1200℃的 条件下进行氢退火，时间为1小时。

接着，通过热氧化，形成衬底的表面，具有厚200nm的SiO2层。此外，在 加速电压为40KeV，剂量为5×1016/cm2的条件下，通过其表面SiO2层，把H+离 子注入到衬底中。

对分别制备的第1衬底的SiO2层表面和硅衬底(第2衬底)的表面，用等 离子体进行处理，并用水进行清洗。然后，将第1和第2衬底安置到上边，使之 相互接触。对所得的衬底结构在300℃下进行热处理1小时，从而提高第1和第 2衬底之间的键合强度。当楔子，从其周缘楔入键合衬底结构时，将该结构在离 子注入投影射程附近分离为两个部分。由于该离子注入层(通过离子注入而形成) 是多孔性的，故分离部分的表面粗糙。于是在搅拌由49％的氢氟酸，30％过氧化 氢和水组成的混合液的时候，对第2衬底侧表面进行选择性蚀刻。所形成的SOI 层的单晶硅不受蚀刻而留下，并且以该单晶硅作为蚀刻阻挡层，选择性蚀刻并完 全除去该离子注入层。

除了选择性蚀刻外，非选择性蚀刻和抛光也可用于清除离子注入层。在用 抛光法的情况下，就不需要在氢气中热处理对形成的SOI衬底的表面进行整平。 然而，在留有抛光损伤的情况下，最好进行热处理或除去SOI衬底的表面层。

用上述的蚀刻液对非多孔性单晶硅的蚀刻速率是很低的，在实际应用中， 单晶硅的蚀刻量(几十埃数量级)相当于厚度减少则可以忽略不计。

具体地说，在二氧化硅膜上，可形成一层厚度为0.2微米的单晶硅层。在 整个SOI衬底的表面取100个点，测量形成的单晶硅层厚度。而且，该层厚度的 均匀性为201nm±6nm。

接着，在氢气中在1100℃对该SOI衬底热处理2小时。在用原子间力显微 镜估计所得的SOI衬底的表面粗糙程度时，其50um见方区域内的均方根(Rrms) 大约为0.2nm，这个值与市场可买到的普通硅晶片的值相等。测出单晶硅层表面 中含有的COP数的时候，该COP数约为8/W。就COP检测来说，用SC-1洗涤液 给硅层表面进行洗涤后，用异物检测装置检出微粒尺寸大于0.1微米的COP。

即使在分离SOI衬底保持原封不动，在氢中进行热处理时，没有除去残留 的离子注入层，由于硅的迁移而同时引起微孔和缺陷的除去，并使SOI层的表面 平整化，结果也是消除了离子注入层。

用透射电子显微镜对硅层的剖面进行观察，其结果，已证实没有新的晶体 缺陷引入到硅层内，而且硅层中仍保持良好的结晶度。

并且，在搅拌着由49％的氢氟酸，30％的过氧化氢和水组成的混合液的时候， 选择性蚀刻残留在该第1衬底侧面上的离子注入。之后，该第1衬底经受表面 处理，例如氢退火法或表面抛光法。可把所得到的第1衬底再次用作新的第1衬 底或新的第2衬底。

即使当分离的第1衬底保持原封不动，在氢气中进行热处理时，也没有除 去残留的离子注入层，但由于硅的迁移而同时引起衬底表面的微孔和缺陷的除去 及平整化，结果消除了离子注入层。

(例子11)

准备由CZ法制造的第1单晶硅衬底(直径为8英寸)，并对该第1衬底进 行热退火，改善其表面层质量。就热处理来说，在H2气体气氛，温度为1200℃ 的条件下进行氢退火，时间为2小时。

接着，通过热氧化，形成衬底的表面，具有厚200nm的SiO2层。此外，在 加速电压为40KeV，剂量为5×1016/cm2的条件下，通过其表面SiO2层，把H+离 子注入到衬底中。

对分别制备的第1衬底的SiO2层表面和硅衬底(第2衬底)的表面，用等 离子体进行处理，并用水进行清洗。然后，将第1和第2衬底安置到上边，使之 相互接触对所得的衬底结构在300℃下进行热处理1小时，从而提高第1和第 2衬底之间的键合强度。当剪切力施加到键合衬底结构上时，将该结构在离子注 入投影射程附近分离或分成两个部分。由于该离子注入层(通过离子注入而形成) 是多孔性的，故分离部分的表面粗糙。于是在搅拌着由49％的氢氟酸，30％过氧 化氢和水组成的混合液的时候，对第2衬底侧表面进行选择性蚀刻。所形成的SOI 层的单晶硅不受蚀刻而留下，并且以该单晶硅作为蚀刻阻挡层，选择性蚀刻并完 全除去该离子注入层。

除了选择性蚀刻外，非选择性蚀刻和抛光也可用于清除离子注入层。在用 抛光法的情况下，就不需要在氢气中热处理对形成的SOI衬底的表面进行整平。 然而，在留有抛光损伤的情况下，最好进行热处理或除去SOI衬底的表面层。

用上述的蚀刻液对非多孔性单晶硅的蚀刻速率是很低的，在实际应用中， 单晶硅的蚀刻量(几十埃数量级)相当于厚度减少则可以忽略不计。

具体地说，在二氧化硅膜上，可形成一层厚度为0.2微米的单晶硅层。在 整个SOI衬底的表面取100个点，测量形成的单晶硅层厚度。而且，该层厚度的 均匀性为201nm±6nm。测出单晶硅层表面中含有的COP数的时候，该COP数约为 50/W。

接着，在氢气中在1100℃对该SOI衬底热处理2小时。在用原子间力显微 镜估计所得的SOI衬底的表面粗糙程度时，其50um见方区域内的均方根(Rrms) 大约为0.2nm，这个值与市场可买到的普通硅晶片的值相等。在热处理2小时后， 测出单晶硅层表面中含有的COP数时，该COP数约为6/W。

即使在分离SOI衬底保持原封不动，在氢中进行热处理时，没有除去残留 的离子注入层，由于硅的迁移而同时引起微孔和缺陷的除去，并使SOI层的表面 平整化，结果也是消除了离子注入层。

用透射电显微镜对硅层的剖面进行观察，其结果，已证实没有新的晶体缺 陷引入到硅层内，而且硅层中仍保持良好的结晶度。

并且，在搅拌着由49％的氢氟酸，30％的过氧化氢和水组成的混合液的时候， 选择性蚀刻残留在该第1衬底侧面上的离子注入层。之后，该第1衬底经受表面 处理，例如氢退火法或表面抛光法。可把所得到的第1衬底再次用作新的第1衬 底或新的第2衬底

即使当分离的第1衬底保持原封不动，在氢气中进行热处理时，也没有除 去残留的离子注入层，但由于硅的迁移而同时引起衬底表面的微孔和缺陷的除去 及平整化，结果消除了离子注入层。

(例子12)

准备由CZ法制造的第1单晶硅衬底(直径为8英寸)，并对该第1衬底进 行热退火，改善其表面层质量。就热处理来说，在H2气体气氛，温度为1200℃ 的条件下进行氢退火，时间为1小时。

接着，通过热氧化，形成衬底的表面，具有厚200nm的SiO2层。此外，在 加速电压为40KeV，剂量为5×1016/cm2的条件下，用等离子体浸入离子注入， 通过其表面SiO2层，把H+离子注入到衬底中。

将分别制备的第1衬底的SiO2层表面和硅衬底(第2衬底)的表面安置到 上边，使之相互接触。对所得的衬底结构在600℃下进行退火时，将其在离子注 入投影射程附近分离或分成两个部分。由于该离子注入层(通过离子注入而形成) 是多孔性的，故分离部分的表面粗糙。于是在搅拌着由49％的氢氟酸，30％过氧 化氢和水组成的混合液的时候，对第2衬底侧进行选择性蚀刻。所形成的SOI层 的单晶硅不受蚀刻而留下，并且以该单晶硅作为蚀刻阻挡层，选择性蚀刻并完全 除去该离子注入层。

除了选择性蚀刻外，非选择性蚀刻和抛光也可用于清除离子注入层。在用 抛光法的情况下，就不需要在氢气中热处理对形成的SOI衬底的表面进行整平。 然而，在留有抛光损伤的情况下，最好进行热处理或除去SOI衬底的表面层。

用上述的蚀刻液对非多孔性单晶硅的蚀刻速率是很低的，在实际应用中， 单晶硅的蚀刻量(几十埃数量级)相当于厚度减少则可以忽略不计。

进而，该第1衬底的留下部分，相当于通过“氧化+剥离”或“蚀刻”法 除去离子注入的深度。

具体地说，在二氧化硅膜上，可形成一层厚度为0.2微米的单晶硅层。在 整个SOI衬底的表面取100个点，测量形成的单晶硅层厚度。而且，该层厚度的 均匀性为201nm±7nm。

接着，在氢气中在1100℃对该SOI衬底热处理1小时。在用原子间力显微 镜估计所得的SOI衬底的表面粗糙程度时，其50um见方区域内的均方根(Rrms) 大约为0.2nm，这个值与市场可买到的普通硅晶片的值相等。测出单晶硅层表面 中含有的COP数时，该COP数为10/W。

即使在分离SOI衬底保持原封不动，在氢中进行热处理时，没有除去残留 的离子注入层，由于硅的迁移而同时引起微孔和缺陷的除去，并使SOI层的表面 平整化，结果也是消除了离子注入层。

用透射电子显微镜对硅层的剖面进行观察，其结果，已证实没有新的晶体 缺陷引入到硅层内，而且硅层中仍保持良好的结晶度。

并且，在搅拌着由49％的氢氟酸，30％的过氧化氢和水组成的混合液的时候， 选择性蚀刻残留在该第1衬底侧面上的离子注入层。之后，该第1衬底经受表面 处理，例如氢退火法或表面抛光法。可把所得到的第1衬底再次用作新的第1衬 底或新的第2衬底。

即使当分离的第1衬底保持原封不动，在氢气中进行热处理时，也没有除 去残留的离子注入层，但由于硅的迁移而同时引起衬底表面的微孔和缺陷的除去 及平整化，结果消除了离子注入层。

(例子13)

两表面上抛光后的第1衬底，经受与例子1到12中的一个所述相同的处理 步骤。

在任一个前述的例子中，用于选择性地蚀刻离子注入层的溶液不限于由49％ 氢氟酸，30％过氧化氢和水组成的混合液。由于离子注入延伸到很大的表面面积， 所以选择性蚀刻离子注入层，可用：

HF；

HF+醇；

HF+H2O2+醇；

缓冲的HF+H2O2；

缓冲的HF+醇；

缓冲的HF+H2O2+醇；

缓冲的HF；

之类蚀刻液，或任何氢氟酸，硝酸和醋酸适当的混合液。

其它的处理步骤也能在各种条件下进行，而不限于前述例子特定的条件。

(例子14)

由CZ法制成的具有电阻率为10Ω·cm掺硼的(100)硅晶片，在1200℃下 氢气气氛中进行热处理，时间为一小时。接着，使晶片的表面氧化，形成250nm 的氧化膜，并把氢离子注入该所得的晶片中。离子注入的条件为，加速电压为 50KeV和剂量为4×1016/cm2。这样，第1硅晶片就制成了。

分别使第1硅晶片和第2硅晶片，经过常规硅器件工艺中采用的湿式洗涤， 使之形成具有清洁表面。然后，把第1硅片与第2硅片相互键合起来，使250nm 厚的氧化膜位于内部。键合后的硅晶片结构或组合件放到热处理炉中，在600℃ 下，对其处理10小时，由此增强第1与第2硅晶片之间的粘合强度。热处理的 气氛是氧气。在热处理过程中，该硅晶片结构在其深度相当于离子注入投影射程 内被分离或分开。该第1硅片的单晶硅膜和氧化硅膜一起被转移到第2硅晶片上， 于是，SOI衬底就制成了。

在SOI晶片的表面，按10mm的网点，测量转移的单晶硅膜的厚度，厚度的 平均值为280nm，而其偏差为±10nm。此外，用原子间力显微镜，对1微米见方 和50微米见方的区域内，按256×256个测量点，检测单晶硅膜的表面粗糙度 时，得到的均方根(Rrms)值分别为9.4nm和8.5nm。

将每个其背面都带有二氧化硅膜(57)的多个这样SOI晶片，放置到垂直 型的热处理炉包括由石英制成的芯管(90)里(示于图22中)。该炉内，造成 气体(94)向下流动。如图22所示，将SOI晶片水平放置在石英制成的舟(93) 上，使一个SOI晶片背面的二氧化硅膜(57)与另一SOI晶片的SOI层(53) 正面，以约6mm间隔相对，并且SOI晶片的中心可与芯管(90)的轴线重合。 接着，在其整个表面上，形成有二氧化硅膜(96)的市场可买到的硅晶片(95)， 以相同的间隔排列在最上的SOI晶片上方。热处理炉中的气氛被换成氢气后，使 炉内的温度升高到1180℃，并保持2小时。接着，再次降低温度。把硅片取出， 再次测量SOI晶片(53)的厚度。SOI晶片厚度平均减少量为80.3nm，而且SOI 晶片(53)的厚度变为199.6mm。这里，测量每个SOI层含有的COP数量，它约 为9/W。

此外，用原子间力显微镜，测量经过热处理的单晶硅膜的表面粗糙度。其1 微米见方内的粗糙度的均方根(Rrms)值为0.11nm，在50微米见方内为0.35nm。 也就是，该单晶硅膜平滑化，与普通的市场可买到的硅晶片相当。还有，热处理 后用次级离子质谱仪(SIMS)测量单晶硅膜中的硼原子的浓度。于是，发现所有 薄膜中的硼浓度都降低到了5×1015/cm3以下，低到足以用于制造半导体器件。

此外，用透射电子显微镜(TEM)对在氢气氛中热处理前后的SOI层的剖面 状态进行观察，发现热处理前每个SOI层表面附近的一组位错，在热处理后不见 了。这个现象可以这样解释：SOI层局部区域含有的位错缺陷，通过基于热处理 的蚀刻将与SOI层区域一起用蚀刻除掉了。

(例子15)

准备由CZ法制造的第1单晶硅衬底。并对该第1衬底进行热退火，改善其 表面层质量。就热处理来说，在H2气体气氛，温度为1200℃的条件下进行氢退 火，时间为1小时。

接着，通过热氧化，使衬底的表面形成具有厚200nm的SiO2层。此外，在 加速电压为40KeV，剂量为5×1016/cm2的条件下，通过该表面SiO2层，把H+离 子注入到衬底中。

对分别制备的第1衬底的SiO2层表面和硅衬底(第2衬底)的表面，用等 离子体进行处理，并用水进行清洗。然后，将第1和第2衬底安置到上边，并使 之相互接触。对所得的衬底结构在300℃下进行热处理1小时，从而提高第1和 第2衬底之间的键合强度。当具有直径0.2mm的射流的水，喷射到键合衬底结构 上时，将该键合晶片结构，经过离子注入层(由离子注入而形成)，分离或分成 两个晶片。由于该离子注入层是多孔性的，故分离的晶片表面是粗糙的。于是在 搅拌由49％的氢氟酸，30％过氧化氢和水组成的混合液的时候，对第2衬底侧表 面进行选择性蚀刻。所形成的SOI层的单晶硅不受蚀刻而留下来，并且以该单晶 硅作为蚀刻阻挡材料，选择性蚀刻并完全除去该离子注入层。

除了选择性蚀刻外，非选择性蚀刻和抛光也可用于清除离子注入层。在用 抛光法的情况下，就不需要在氢气中热处理对形成的SOI衬底的表面进行整平。 然而，在留有抛光损伤的情况下，最好进行热处理或除去SOI衬底的表面层。

用上述的蚀刻液对非多孔性单晶硅的蚀刻速率是很低的，在实际应用中， 单晶硅的蚀刻量(几十埃数量级)相当于厚度减少则可以忽略不计。

具体地说，在二氧化硅膜上，可形成一层厚度为0.2微米的单晶硅层。在 整个SOI衬底的表面取100个点，测量所形成的单晶硅层厚度。而且，该层厚度 的均匀性为201nm±6nm。

接着，在氢气中在1100℃对该SOI衬底热处理1小时。在用原子间力显微 镜估计所得的SOI衬底的表面粗糙程度时，其50um见方区域内的均方根(Rrms) 大约为0.2nm，这个值与市场可买到的普通硅晶片的等值。测出了该单晶硅层表 面中含有的COP数时，该COP数约为7/W。

即使在分离SOI衬底保持原封不动，在氢气中进行热处理时，没有除去残 留的离子注入层，由于硅的迁移而同时引起微孔和缺陷的除去，并使SOI层的表 面平整化，结果也消除了离子注入层。

用透射电显微镜对硅层的剖面进行观察，其结果，已证实没有新的晶体缺 陷引入到硅层内，而且硅层中仍保持良好的结晶度。

并且，在搅拌由49％的氢氟酸，30％的过氧化氢和水组的混合液的时候， 选择性蚀刻残留在该第1衬底侧面上的离子注入层。之后，该第1衬底经受表面 处理，例如氢退火法或表面抛光法。可把所得到的第1衬底再次用作新的第1衬 底或新的第2衬底。

即使当分离的第1衬底保持原封不动，在氢气中进行热处理时，也没有除 去残留的离子注入层，但由于硅的迁移而同时引起衬底表面的微孔和缺陷的除去 及平整化，结果消除了离子注入层。

(例16)

用CZ-硅晶片，制造SOI衬底。步骤如下：

(1)首先，制备该CZ-硅晶片，并在氢气中，1200℃下进行热处理1小 时，由此形成一层低缺陷层。顺便说说，也准备一块没有经过这个步骤(换句话 说，不经过在氢中热处理)的CZ-硅晶片，作为比较样品。

(2)对这各个硅晶片进行热氧化，形成200nm的氧化物(SiO2)层。

(3)在剂量为5×1016/cm2，加速电压为40KeV的条件下，把H+离子注入 第1硅片，而形成分离层。

(4)把第1硅片和第2衬底(这里，为硅衬底)相互键合起来，使氧化 物层位于内部。

(5)对键合好的晶片结构在600℃下进行热处理，从而使之在离子注入层 (分离层)处分离或分开来。

(6)用HF、H2O2和水组成的混合液，选择性蚀刻残留于第2衬底上的离 子注入层。这样形成的SOI衬底的半导体层(SOI层)具有厚度200nm±6nm。

(7)在1100℃下，在氢气中热处理SOI衬底4小时。

(8)把各个SOI衬底浸泡在49％HF溶液中15分钟。然后用光学显微镜对 其进行观察。

对于其中SOI层是用氢退火步骤(1)形成了低缺陷层的SOI衬底。观察该 SOI层表面的20cm2区域时，没有发现蚀刻埋入氧化膜的点。严格地说，这种点 的密度小于0.05/cm2，相反，对于采用没有形成低缺陷层的比较例硅晶片的SOI 衬底。发现具有直径大小约100微米的蚀刻埋入氧化膜的点，密度为3.2/cm2。 这是因为，没有经过氢退火的比较例硅晶片内含有的COP继续到SOI层中发生， 而HF溶液就通过这些COP的位置进入SOI层，蚀刻埋入的氧化层。被蚀刻的点 上没有硅，而制成的半导体器件就变成有缺陷的装置。

另外，在用SECCO腐蚀法现出缺陷以后，用光学显微镜对该SOI衬底进行 观察。于是，发现在使用经过氢退火的硅晶片的SOI衬底中，蚀孔就是诸如COP， FPD，OSF的缺陷密度为102/cm2。另一方面，使用没有经过氢退火的比较例硅晶 片的SOI衬底，其蚀孔密度达到了104/cm2。

可见，根据本发明，通过在含氢的气氛中热处理晶片而减少COP等的一种 层，可以转移到通过离子注入层分离(晶片和衬底)所键合的衬底结构的另一衬 底上。通过在含氢的还原气氛中进行退火，可以排除或减少SOI衬底内如上所述 的体硅中固有的缺陷，这样可提高半导体器件的合格率。

此外，可以这样提高SOI层的厚度均一性，将离子注入到低缺陷层中而形 成该分离层。

而且，根据本发明，即使在制造SOI结构的大规模集成电路的情况下，也 可以提出一种半导体衬底的制造工艺，这种半导体衬底能够代替昂贵的SOS或 SIMOX。

并且，根据本发明，即使是在批量生产其表面有一层单晶硅膜的多个半导 体衬底构件的情况下，也能在对单晶硅厚度的除去量进行控制的同时蚀刻硅膜。 因此，当将这种工艺操作应用于SOI衬底时，可以同时实现使各个单晶硅膜的表 面平整，降低其硼浓度，并保持膜厚均匀。