专利名称：应力减小的sos基板的制作方法
技术领域：
本发明涉及应カ减小的SOS基板。
背景技术：
传统上，从二十世纪六十年代到现在，包括由蓝宝石制成的处理基板的蓝宝石上 娃(silicon-on-sapphire, SOS)基板已经投入实际运用，蓝宝石具有高绝缘性、低介电损耗和高热导率。SOS基板是最早的绝缘体上硅(silicon-on-insulator，SOI)基板，其中通过在高温下在蓝宝石的R面(1012)上异质外延生长硅来实现SOI结构。然而，近年来，使用SMOX方法或贴合方法的SOI已经成为主流。因此，SOS基板仅用在与处理基板由硅制成的SOI不兼容的装置中，例如，作为需要低介电损耗的高频装置的这类装置中。在异质外延的SOS中，在晶格常数与硅相差12%的蓝宝石上异质外延生长硅。因此，我们知道，在SOS基板中出现由于晶格尺寸不匹配而导致的许多缺陷(例如，參见非专利文献I)。近年来，由于以便携式电话为代表的移动通信装置广泛普及，所以对高频装置的需求日益増加。因此，在该领域中考虑利用SOS基板。然而，现实问题是异质外延SOS基板的缺陷密度高，因此其使用局限于小的分立部件(开关等)。除了高缺陷密度以外，另ー个主要问题是施加到硅膜的过多应力。在传统方法中，在900°C至1000°C形成硅膜。因为与硅的热膨胀系数相比，蓝宝石的热膨胀系数大，所以当在生长时无应カ生长的硅膜冷却到室温时，在硅中出现大的压缩应力。在此情况下，应カ与生长温度和室温之间的差成比例(当室温为25°C吋，AT = 875°C至975°C )。据报导，因此在硅的导体中发生变化，并且电子迁移率下降到大约80% (例如，參见非专利文献2和非专利文献3)。另外，如上所述生长的硅的应カ据报导达到6· 2X IO8Pa的压缩应力(例如，參见非专利文献4)。现有技术文献_7] 非专利文献非专利文献I :Yoshii et al. Japanese Journal of Applied Physics,Vol.21 (1982)Supplement 21-1,pp.175-179非专利文献2 :Yukio Yasuda :Applied Physics, 45 (1976) pp. 1172非专利文献3 :Yamichi Omura Applied Physics, 49 (1980) pp. 110
非专利文献 4 Appl. Phys. 82 (1997) p. 526
发明内容
发明要解决的问题鉴于上述当前情况，本发明的目的是获得ー种S0S，其中施加到硅膜的过多应力被减小。用于解决问题的方案
为了实现上述目的，本发明人得到下述制造方法。也就是说，本发明涉及ー种蓝宝石上硅(SOS)基板，该蓝宝石上硅(SOS)基板包括蓝宝石基板以及该蓝宝石基板上或上方的单晶硅膜，其中在该SOS基板的整个平面区域上，通过拉曼位移方法测得的硅膜的应カ为2. 5X IO8Pa或更小。本发明的优选方面是通过包括以下顺序的步骤的方法获得的SOS基板在硅基板或者其上具有氧化物膜的硅基板中注入离子，以在其中形成离子注入层；在蓝宝石基板的表面上和/或所述离子注入硅基板或所述其上具有氧化物膜的离子注入硅基板的表面上进行表面活化处理；在50°C或更高但不高于350°C将所述硅基板或所述其上具有氧化物膜的硅基板与所述蓝宝石基板相互贴合，然后在150°C或更高但不高于350°C进行热处理，以获得接合体；使所述接合体的离子注入层的界面脆化；以及对所述离子注入层的界面施加机械冲击，以使所述接合体沿着所述界面剥离，从而将所述硅膜转移到所述蓝宝石基板以形成SOS层。在所述脆化步骤中并且在剥离时可以将所述接合体加热到接近贴合温度的温 度(=贴合温度±50°C )，以减小翘曲。发明效果如果贴合温度为50°C或更高但不高于350°C，则可以显著减小硅的应力，因为该应カ由“贴合温度-室温(当室温为25°C吋，AT = 25°C至325°C )”来确定。
图I示出根据本发明的用于制造SOS基板的方法的ー个方面。图2示出在根据本发明的SOS基板的层间界面处测得的拉曼光谱。
具体实施例方式根据本发明的SOS基板是包括蓝宝石基板和在蓝宝石基板上或上方的单晶硅膜的蓝宝石上硅(SOS)基板，其中在该SOS基板的整个平面区域上，通过拉曼位移方法测得的该SOS基板的硅膜的应カ为2. 5X IO8Pa或更低。在本文中，SOS基板的硅膜的应カ仅由与作为基准的单晶硅晶片的应カ的差来确定。
根据本发明的SOS基板优选为在单晶硅膜和蓝宝石基板之间存在ニ氧化硅膜的形式。这是因为可以获得抑制注入的离子隧穿的效果。通过例如在稍后描述的贴合方法中的离子注入步骤之前在硅基板的表面上形成绝缘膜，如ニ氧化硅膜，来获得这种SOS基板。该ニ氧化娃膜可以具有大约几nm至500nm的厚度。在根据本发明的SOS基板中，可以将单晶硅膜的厚度设定为30nm或更大。如果硅膜厚，则电学特征对厚度变化相对不敏感，因此该SOS基板具有容易处理的优点。该厚度的上限可以被设定为例如500nm。用光学干渉膜厚仪测量该单晶硅膜的膜厚，并且该膜厚是在作为测量束光斑的直径的大约Imm的直径内平均的值。在根据本发明的SOS基板中，可以将单晶硅膜的厚度变化设定为20nm或更小。如果该硅膜厚，则电学特性对厚度变化相对不敏感，因此，该SOS基板具有容易处理的优点。作为厚度变化小的结果，可以进ー步提高根据本发明的SOS基板的电学特性。根据稍后描述的用于制造根据本发明的SOS基板的方法，沿着离子注入界面进行剥离和转移。因此，容易将转移后的膜厚变化控制在上述范围内。该厚度变化是由关于径向选择的361个测量点的膜厚与平均值的偏差的平方和的平方根定义的。在根据本发明的SOS基板中，可以将晶片平面内单晶硅膜的应カ变化设定为
O.5X IO8Pa或更小。该SOS基板具有作为在晶片平面内的应カ变化减小的结果，装置的特性变化减小的优点。应カ变化是指根据上述晶片平面内的位置而产生的应カ的变化。具体来说，假定晶片的应カ是同心相同的，那么应力变化可被认为是在基板端面附近的部分(外围部分)和基板中心附近的部分之间的应力差。注意,应カ变化不是应力的绝对值之间的差,而是应力之间的差的绝对值。也就是说，如果在外围部分中压缩应力起作用，而在中心部分中拉伸应力起作用，那么这些应カ的 和的绝对值对应于该应カ变化。相对于在通常的单晶硅晶片即单独的单晶硅晶片中观察到的520. 50CHT1的拉曼位移，根据本发明的SOS基板可被定义为SOS基板的拉曼位移的差的绝对值为I. OcnT1或更小的SOS基板。该差的更优选的上限为O. 9CHT1，该差的进ー步优选的上限为O. 8CHT1。 由于该差是绝对值，所以该差可以包括低波数侧的位移和高波数侧的位移。上述拉曼位移是通过使用显微镜的透镜系统将氩离子激光器的光(波长为514. 5nm)从该SOS基板的蓝宝石基板侧垂直照射到I μ m直径的区域，并且通过分光镜检测和測量来自样品的向后180°的拉曼散射的光而获得的拉曼散射光的峰值。上述拉曼位移是在晶片平面中的目标位置的单个点处测得的值。拉伸应力向低波数侧移动拉曼峰，而压缩应カ向高波数侧移动该峰。由于拉曼峰位移几乎与通常的应カ变形中的应变成比例，并且应变和应力是线性关系，所以拉曼峰位移几乎与应カ成比例。拉曼峰位移和应カ之间的关系可以用如下表达式来表示2. 49X IO8(Pa) X Δη(位移的变化 wnT1)上述SOS基板优选通过贴合方法产生。与外延生长方法相比，通过贴合方法产生的SOS基板具有能够减小作用在蓝宝石/硅界面附近的局部应カ的优点。贴合方法可以包括例如在惰性气体气氛下在大约500°C热处理接合体的步骤，以通过晶体重新取向效应和注入的氢的气泡聚集效应进行热剥离；或者包括使贴合的基板的两个表面之间温度不同的步骤，以沿着氢离子注入界面进行剥离。然而，优选地，采用根据本发明的制造该SOS基板的方法。下面将參照图I详细描述根据本发明的制造SOS基板的方法。首先，将离子注入到半导体基板，如硅基板或其上具有氧化物膜的硅基板I (在下文中，除非明确指出，否则简称为硅晶片)中，以形成离子注入层2。离子注入层2形成在该硅晶片内。此时，以能够在距离该晶片上表面的期望深度处形成离子注入层的注入能量，注入预定辐射剂量的氢离子(H+)或氢分子离子(H2+)。此时的注入能量可以例如为30至lOOKeV。要被注入到硅晶片中的氢离子(H+)的剂量优选为5. OX IO16原子/cm2至2. OX IO17原子/cm2。如果该剂量小于5. O X IO16原子/cm2，则界面的脆化可能不发生。如果剂量超过2. OX IO17原子/cm2，则在贴合后热处理期间在界面处可能出现气泡，使得转移可能失败。更优选的剂量为7. OX IO16原子/cm2。
要被注入的氢分子离子(H2+)的剂量优选为2· 5X IO15原子/cm2至I. OX IO17原子/cm2。如果该剂量小于2.5X1015原子/cm2，则界面的脆化可能不发生。如果该剂量超过
I.OX IO17原子/cm2，则在贴合后热处理期间在界面处可能出现气泡，使得转移可能失败。更优选的剂量为2. 5 X IO16原子/cm2。接下来，对硅基板I的表面和/或蓝宝石基板3的表面进行活化处理。表面活化处理的方法的例子包括等离子体处理、臭氧水处理、UV臭氧处理和离子束处理。在等离子体处理中，将经过RCA清洗等的硅基板和/或蓝宝石基板置于真空室中，在降低的压カ下引入用于等离子体的气体，然后将该基板暴露于大约100W的高频等离子体5至10秒钟，从而对基板表面进行等离子体处理。在处理硅基板的情况下，作为用于等 离子体的气体，如果硅基板的表面要被氧化，则可以使用氧气等离子体。如果硅基板的表面不要被氧化，则可以使用氢气、氩气、氢氩的混合气或者氢氦混合气。可以使用这些气体中的任何ー种来处理蓝宝石基板。通过进行等离子体处理，硅基板表面和/或蓝宝石基板表面中的有机物被氧化并去除。另外，表面中OH基团增加，因此表面被活化。更优选地，在硅基板的离子注入表面和要与蓝宝石基板贴合的表面两个表面上进行该处理，但是也可以只在其中ー个表面上进行该处理。臭氧处理的特征在于将臭氧气体引入到纯水中并且利用活性的臭氧活化晶片表面。UV臭氧处理的特征在于将短波长的UV光(波长大约195nm)应用于空气或氧气，以产生活性臭氧，从而活化表面。离子束处理通过在高真空下(く 1X10_6托)将Ar等的离子束应用于晶片表面而导致表面活化，从而露出高度活性的悬空键。要进行表面活化处理的硅基板的表面优选为已经在其中注入离子的表面。在本发明中，硅基板的厚度没有具体限制。然而，从处理的观点来看，具有接近SEMI/JEIDA标准的常规厚度的硅基板容易处理。在本发明中，蓝宝石基板的厚度没有具体限制。然而，从处理的观点来看，具有接近SEMI/JEIDA标准的常规厚度的蓝宝石基板容易处理。接下来，在50°C或更高但不高于350°C的温度，将该硅基板I的表面和蓝宝石基板3的经过等离子体和/或臭氧处理的表面相互贴合。超过350°C的温度可能是不可取的，因为贴合温度和室温之间的差成为硅应力的主要因素。用于获得稍后描述的接合体的热处理步骤可以在贴合之后执行，然后可以将贴合的基板冷却到室温。作为选择，贴合的基板可以在贴合之后暂时冷却到室温，然后可以再次执行热处理步骤以获得接合体。该冷却是产生应カ的步骤。特别地，冷却速率可以为5°C /分钟至50°C /分钟。随后，在贴合的基板上进行150°C或更高但不高于350°C的热处理，以获得接合体6。进行该热处理的理由是防止在稍后的可见光照射期间引入晶体缺陷。这是因为由于可见光的照射导致的温度快速升高使得贴合界面9变热并且滑动，从而导致晶体缺陷。将温度设定到150°C或更高但不高于350°C的理由是在低于150°C的温度，结合强度不增加，并且在超过350°C的温度贴合的基板可能破损。
热处理时间，尽管在一定程度上取决于温度，但是优选为12至72小吋。随后，在使离子注入层的界面脆化的步骤之前，可以对接合体6的ー侧的贴合界面9的附近施加机械冲击。通过对贴合界面的附近施加机械冲击，在脆化步骤中剥离的开始点被限制为只有ー处。因此，在晶片的整个表面上剥离从该点延伸，从而提供膜变得容易转移的优点。随后，执行使离子注入层的界面脆化的步骤。脆化的方法可以包括，例如，包括从接合体6的蓝宝石基板3侧或硅基板I侧向硅层5的离子注入层2照射可见光的步骤的方法，由此进行退火。 在本说明书中，“可见光”是指具有在400至700nm范围内的极大波长的光。该可见光可以是相干光或非相干光。在使离子注入层的界面脆化的步骤和/或对离子注入层的界面施加机械冲击的步骤中，优选地，在比贴合步骤中的温度高或低50°C的温度范围内，接合体6经历50°C或更高但不高于350°C的温度。这是因为在剥离期间通过使基板温度接近贴合温度可以修正接合体6的翘曲，以便于处理。如上所述，在可见光照射时，优选地，在比贴合步骤中的温度高或低50°C的温度范围内，将接合体6加热到50°C或更高但不高于350°C的温度。为什么在贴合温度附近的温度进行光照是可取的理由可以用如下方式解释，但是这决不是限制本发明的技术范围。当在高温贴合在一起的基板被加热以获得足够的结合强度，然后恢复到室温时，贴合的基板由于两个基板之间的膨胀系数的差异而变得翘曲。本发明人进行的实验已经掲示，如果向这些基板照射光，则在膜转移时应カ被迅速释放，使得基板回复到平坦的状态，从而导致在转移的半导体膜中引入缺陷，并且在某些情况下，导致基板本身破损。通过在高温进行光照，例如对安放在热板上的基板进行光照，可以避免这种基板破损。为了在平坦的基板上进行光照，将基板加热到接近与贴合时的温度相同的温度是可取的。重要的一点是在照射时加热晶片。作为可见光的ー个例子，如果使用激光进行退火，那么该激光难以被吸收，而是穿过蓝宝石基板3。因此，该激光到达硅基板I而不会加热蓝宝石基板3。由此到达该基板的激光选择性地只加热硅的贴合界面9的附近(包括贴合界面)，特别是通过氢离子注入变成非晶的部分，从而有助于离子注入位置的脆化。另外，本发明的SOS基板具有只有硅基板I的小部分(只有贴合界面9附近的那部分硅)被瞬间加热的特点，从而既不会导致基板破裂，也不会导致冷却的基板翘曲。在此使用的激光波长优选为相对容易被硅吸收的波长(700nm或更短)。另外，相对容易被非晶硅吸收但是难以被单晶硅部分吸收的激光波长是可取的，使得可以选择性地加热通过氢离子注入导致非晶的部分。适当的波长区域大约为400nm或更长但不长于700nm,优选为500nm或更长但不长于600nm。与该波段相对应的激光波长的例子包括但不限于Nd = YAG激光的二次谐波(波长λ = 532nm)和YVO4激光的二次谐波(波长λ =532nm)。应该指出的是，如果激光照射使离子注入部分2过热，那么局部会发生热剥离，从而导致称为鼓泡的膨胀缺陷。可以从贴合的SOS基板的蓝宝石基板侧通过视觉观察到这些缺陷。一旦由于这些鼓泡导致的剥离开始，应カ在该贴合的SOS基板中就局部化，从而导致该贴合的SOS破损。因此，必须在不会引起热剥离的程度上照射激光，然后进行机械剥离。作为选择，在激光照射之前，必须对贴合的SOS基板的边缘部分和贴合界面9的附近施加机械冲击，从而激光照射导致的热冲击使得在该贴合的SOS基板的整个表面上，从已经对其施加机械冲击的边缘部分的开始点，产生离子注入界面的破坏。对于激光照射条件，根据经验，在使用具有25mJ@3kHz的振荡频率、50W至100W的输出的激光的情况下，每单位面积的照射能量为5J/cm2至30J/cm2是可取的。其理由是，如果照射能量低于5J/cm2，则在离子注入界面处的脆化可能不发生，并且如果照射能量超过30J/cm2，则脆化太強烈，以至于基板可能破损。由于通过在晶片上扫描激光的光斑进行照射，所以难以指定使用的照射时间。然而，希望处理后的照射能量落入上述范围内。还可以进行包括尖峰退火(spike anneal)的RTA(Rapid Thermal Anneal,快速热退火)，以代替上述激光退火。RTA是指能够通过使用卤素灯作为光源加热作为退火对象的晶片，从而以30°C /秒至200°C /秒的极快速率达到目标温度的设备。此时该卤素灯发 射的光的波长在可见光区域内，并且该卤素灯具有符合黑体辐射的高发射强度。尖峰退火与其它类型的退火没有特別区别，而是指RTA类型的退火当中温度上升速率特别快的退火(例如，IOO0C /秒或更快)。由于尖峰退火温度上升非常快，并且不在该波段(通过照射)加热蓝宝石，所以硅比蓝宝石更早地变热。因此，尖峰退火适合于离子注入界面的脆化。在RTA的情况下，热量充分传导到蓝宝石时，处理完成。另外，可以进行基于闪光灯的退火以代替上述激光退火。在此使用的闪光灯只要它是灯就不可避免地具有一定的波段。然而，希望该闪光灯在400nm或更长但不长于700nm的波段具有峰值强度(被硅有效吸收的波段)。其理由是在短于400nm的波长，甚至单晶硅也具有高吸收系数，并且在长于700nm的波长，甚至非晶硅的吸收系数也变低。适当的波长区域是400nm或更长但不长于700nm。作为与该波段相对应的灯光源，氙灯通常被用于加热。氙灯的峰值强度(在不长于700nm的波长)在500nm附近，因此适于本发明的目的。注意，如果使用氙灯，那么通过用于截去可见光波段以外的光的波长滤波器进行照射。另外，在过程稳定方面，用于阻挡单晶硅具有高吸收系数的450nm或更短的可见光的滤波器等也是有效的。为了抑制上述鼓泡的发生，用氙灯光同时照射贴合的SOS基板的整个表面是可取的。这种同时照射使得容易防止贴合的SOS基板的应カ局部化，从而防止该基板破损。因此，必须在不会引起热剥离的程度上照射氙灯光，然后进行机械剥离。作为选择，在氙灯光照射之前，必须对贴合的SOS基板的边缘部分处的贴合表面附近施加机械冲击，从而氙灯光照射导致的热冲击使得在该贴合的SOS基板的整个表面上，从已经对其施加机械冲击的边缘部分的开始点，产生离子注入界面的破坏。如果在激光照射、RTA处理或闪光灯照射之后，单晶硅膜不能转移到蓝宝石基板，则可以通过对该界面施加机械冲击，以沿着离子注入层的界面进行剥离，使单晶硅膜转移到蓝宝石基板。为了对离子注入层的界面施加机械冲击，可以从接合的晶片的外侧连续或间歇地喷溅ー股流体，如气体或液体。用于施加机械冲击的方法没有特别限制，只要通过冲击导致机械剥离即可。剥离器是可以从在150°C或更高但不高于350°C的温度热处理的接合体6的氢离子注入层的外侧施加机械冲击的装置。优选地，该剥离器在其与氢离子注入层的外侧接触的部分是尖锐的，并且可沿着离子注入层移动。该剥离器优选具有剪刀状鋭角刃的为剪刀状鋭角工具或装置。作为剥离器的材料，可以使用塑料(例如，聚醚醚酮)、氧化锆、硅、金刚石等。也可以使用金属等，因为污染不是关心的问题。如果污染是关心的问题，则可以使用塑料。作为选择，剪刀的刃可被用作楔形的鋭角工具。在上述剥离步骤中，获得SOS基板8，其中单晶硅膜4形成在蓝宝石基板3上。在上述剥离紧后，在单晶硅膜的表面留下大约150nm厚的损坏层，因此，优选地在该表面上进行CMP抛光。然而，通过抛光去除整个损坏层增加了膜厚变化。因此，在实际处理中，使用通过化学蚀刻方法去除大部分损坏层，然后通过镜面磨削抛光来镜面磨削该表 面的方法是合理的。在上述化学蚀刻中使用的蚀刻方案优选是从由氨过氧化氢水、氨、KOH、NaOH,CsOH、TMAH、EDP和氢组成的组中选择的ー个或多个方案。一般来说，与碱性溶液相比，有机溶剂的蚀刻速率低，因此在需要精确控制蚀刻量的情况下，有机溶剂是合适的。为了镜面磨削表面，进行CMP抛光，并且通常使用CMP抛光以进行30nm或更大深度的抛光。在上述CMP抛光和镜面磨削抛光之后，可以进行湿法清洗，如RCA清洗或旋转清洗，和/或者进行干法清洗，如UV/臭氧清洗或HF蒸汽清洗。实施例I先在硅基板(厚度为625 μ m，直径为150mm)上生长200nm厚的氧化物膜。以55KeV和7. OX IO16原子/cm2的剂量在该硅基板中注入氢离子(H+)。对蓝宝石基板和该硅基板ニ者的表面进行离子束活化处理并且在200°C贴合在一起。所述两个基板在225°C热处理24小时并且临时接合在一起，然后冷却到室温。随后，将贴合的基板置于200°C的热板上，并且对贴合界面施加机械冲击以引起剥离，从而使硅膜转移到蓝宝石基板。这样可以确认硅膜转移到蓝宝石基板的整个表面。该基板的硅层被CMP抛光，以具有200nm的厚度。图2示出该硅膜的拉曼位移测量的结果。中心部分的拉曼位移为520. 94CHT1，外围部分的拉曼位移, 520.90(^'同时测得的单晶硅晶片的拉曼位移是520. 50cm-10在中心部分(单点測量)的应カ是I. IOX IO8Pa,在外围部分(距离晶片边缘Icm的位置处)的应カ是I. 00X 108Pa。该应カ被示出为低的值。实施例2先在硅基板(厚度为625 μ m，直径为150mm)上生长200nm厚的氧化物膜。以55KeV和7. OX IO16原子/cm2的剂量在该硅基板中注入氢离子(H+)。对蓝宝石基板和该硅基板二者的表面进行等离子体活化处理并且在350°C贴合在一起。所述两个基板在225°C热处理24小时并且临时接合在一起，然后冷却到室温。随后，在热板上将贴合的基板加热到300°C，并且对贴合界面施加机械冲击以引起剥离，从而使硅膜转移到蓝宝石基板。这样可以确认硅膜转移到蓝宝石基板的整个表面。该基板的硅层被CMP抛光，以具有200nm的厚度。中心部分的拉曼位移为521.28(^1'外围部分的拉曼位移为521. lOcnT1。同时测得的体硅的拉曼位移是520. 50CHT1。作为在中心部分的单点测量的結果，应カ是I. 94X IO8Pa,并且在外围部分(作为距离晶片边缘Icm的位置处的单点測量结果)，应カ是I. 49 X 108Pa。平面应カ变化不大于O. 5 X IO8Pa0
实施例3先在硅基板(厚度为625 μ m，直径为150mm)上生长200nm厚的氧化物膜。以55KeV和7. OX IO16原子/cm2的剂量在该硅基板中注入氢离子(H+)。对蓝宝石基板和该硅基板二者的表面进行等离子体活化处理并且在200°C贴合在一起。所述两个基板在225°C热处理24小时并且临时接合在一起，然后冷却到室温。随后，在热板上将贴合的基板加热到250°C，并且用波长为523nm的YAG激光照射。对贴合界面施加机械冲击以引起剥离，从而使硅膜转移到蓝宝石基板。这样可以确认硅膜转移到蓝宝石基板的整个表面。该基板的硅层被CMP抛光，以具有200nm的厚度。中心部分的拉曼位移为521. 25CHT1，外围部分的拉曼位移为521.07(^1'同时测得的体硅的拉曼位移是520. 47CHT1。在中心部分(作为在中心部分的单点测量的结果)，应カ是I. 87 X IO8Pa,并且在外围部分(作为距离晶片边缘Icm的位置处的单点测量结果)，应カ是I. 42 X IO8Pa0平面应カ变化不大于O. 5 X IO8Pa0实施例4先在硅基板(厚度为625 μ m，直径为150mm)上生长200nm厚的氧化物膜。以55KeV和7. OX IO16原子/cm2的剂量在该硅基板中注入氢离子(H+)。对蓝宝石基板和该硅基板二者的表面进行等离子体活化处理并且在200°C贴合在一起。所述两个基板在225°C热处理24小时并且临时接合在一起，然后冷却到室温。随后，在热板上将贴合的基板加热到250°C，并且用Xe闪光灯光照射。对贴合界面施加机械冲击以引起剥离，从而使硅膜转移到蓝宝石基板。这样可以确认硅膜转移到蓝宝石基板的整个表面。该基板的硅层被CMP抛光，以具有200nm的厚度。中心部分的拉曼位移为521. 18CHT1，外围部分的拉曼位移为521. OOcm^10同时测得的体硅的拉曼位移是520. 50CHT1。在中心部分(作为在中心部分的单点测量的结果)，应カ是I. 69 X IO8Pa,并且在外围部分(作为距离晶片边缘Icm的位置处的单点测量结果)，应カ是I. 25 X IO8Pa0平面应カ变化不大于O. 45 X IO8Pa0附图标记说明I半导体基板2离子注入层3蓝宝石基板4 膜层5 硅层6接合体7氧化物膜8贴合的SOS基板 9贴合界面
权利要求
1.一种蓝宝石上硅(SOS)基板，包括蓝宝石基板和在所述蓝宝石基板上或上方的单晶硅膜，其中在所述SOS基板的整个平面区域上，通过拉曼位移方法测得的硅膜的应力具有2.5 X IO8Pa或更小的绝对值。
2.根据权利要求I所述的SOS基板，其中所述SOS基板通过包括以下顺序的步骤的方法获得 在单晶硅基板或者其上具有氧化物膜的单晶硅基板中注入离子，以在其中形成离子注入层； 在蓝宝石基板的表面上和/或所述离子注入单晶硅基板或所述其上具有氧化物膜的离子注入单晶硅基板的表面上进行表面活化处理； 在50°C或更闻但不闻于350°C将所述单晶娃基板或所述其上具有氧化物I旲的单晶娃基板与所述蓝宝石基板相互贴合，然后在150°C或更高但不高于350°C进行热处理，以获得接合体； 使所述接合体的离子注入层的界面脆化；以及 对所述离子注入层的界面施加机械冲击，以使所述接合体沿着所述界面剥离，从而将所述单晶硅膜转移到所述蓝宝石基板以形成SOS层。
3.根据权利要求2所述的SOS基板，其中使所述离子注入层的界面脆化的步骤和/或对所述离子注入层的界面施加机械冲击的步骤包括，在比所述贴合步骤中的温度高或低50°C的温度范围内，在50°C或更高但不高于350°C的温度加热所述接合体。
4.根据权利要求I所述的SOS基板，其中所述SOS基板的硅膜的拉曼位移和单晶硅晶片的拉曼位移(520. 50cm—1)之间的差具有I. OcnT1或更小的绝对值。
5.根据权利要求I所述的SOS基板，其中在晶片平面内所述单晶硅膜的应力变化为O.5 X IO8Pa 或更小。
6.根据权利要求I所述的SOS基板，其中所述单晶硅膜具有30nm或更大的厚度。
7.根据权利要求I所述的SOS基板，其中在所述单晶硅膜和所述蓝宝石基板之间存在二氧化硅膜。
8.根据权利要求I所述的SOS基板，其中所述单晶硅膜的厚度变化为20nm或更小。
9.一种半导体装置，包括根据权利要求I所述的SOS基板。
全文摘要
提供一种应力减小的SOS基板。该SOS基板是包括蓝宝石基板和在该蓝宝石基板上或上方的单晶硅膜的蓝宝石上硅(SOS)基板。在该SOS基板的整个平面区域上，通过拉曼位移方法测得的该SOS基板的硅膜的应力为2.5×108Pa或更小。
文档编号H01L21/336GK102687272SQ201080059990
公开日2012年9月19日 申请日期2010年12月27日 优先权日2009年12月28日
发明者秋山昌次 申请人:信越化学工业株式会社