專(zhuān)利名稱(chēng)：：Soi晶圓制造方法及用該方法制造的soi晶圓的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明在利用離子注入剝離法的SOI(SiliconOnInsulator)晶圓的制造方法中，涉及除去在剝離后殘留在SOI層上的損傷層，同時(shí)謀求改善SOI層研磨后的平坦度(最大厚度和最小厚度的差)與面內(nèi)膜厚分布的方法。
背景技術(shù)：
：作為SOI晶圓的制造方法，公開(kāi)一種被稱(chēng)為離子注入剝離法(smartcut法)的技術(shù)(結(jié)合已注入離子后的晶圓后，加以剝離，來(lái)制造SOI晶圓)。此方法是這樣作出SOI晶圓的技術(shù)(參照日本特開(kāi)平5-211128號(hào)公報(bào))在兩個(gè)硅晶圓之中，至少在其中一方形成氧化膜，并在其中一方的硅晶圓的上面，注入氫離子或稀有氣體離子，而在該晶圓內(nèi)部形成微小氣泡層(離子注入層)后，使該己注入離子的面隔著氧化膜貼合另一方的硅晶圓，然后施加熱處理(剝離熱處理)，以微小氣泡層作為劈開(kāi)面，將其中一方的晶圓薄膜狀地剝離，并根據(jù)需要進(jìn)一步地施加熱處理(結(jié)合熱處理)以牢固地結(jié)合。應(yīng)以此方法，劈開(kāi)面(剝離面)是良好的鏡面，也比較容易得到SOI層的膜厚均勻性高的SOI晶圓。但是，在用離子注入剝離法來(lái)制作SOI晶圓的情況下，在剝離后的SOI晶圓表面，存在因離子注入而造成的損傷層，且表面粗糙現(xiàn)象會(huì)變得比通常的硅晶圓的鏡面大，SOI層的膜厚分布會(huì)發(fā)生偏差(離散化)。因此，當(dāng)利用離子注入剝離法時(shí)，需要除去此種損傷層、表面粗糙現(xiàn)象。以往為了除去此損傷層，在結(jié)合熱處理后的最終步驟，進(jìn)行被稱(chēng)為接觸拋光(touchpolishing)的研磨量極少的鏡面研磨。但是，若對(duì)SOI層進(jìn)行機(jī)械加工研磨，則由于研磨的去除量不均勻，會(huì)產(chǎn)生利用氫離子注入、剝離而形成的SOI層的膜厚均勻性惡化的問(wèn)題。因此提出了一種方法，在氧化性氣氛下對(duì)剝離后的SOI晶圓進(jìn)行熱處理，在SOI層上形成氧化膜后，再除去該氧化膜，這種方法也就是利用所謂的犧牲氧化來(lái)除去損傷層的方法。若借助此種方法，不必利用機(jī)械加工研磨，便能夠除去損傷層。但是，僅利用上述犧牲氧化，由于無(wú)法充分地改善SOI層表面的表面粗糙度，結(jié)果，為了要改善表面粗糙度，還需要進(jìn)行機(jī)械研磨的接觸拋光，因此又會(huì)有使SOI層的膜厚均勻性劣化這樣的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容因此，鑒于上述問(wèn)題點(diǎn)而提出了本發(fā)明，目的在于提供一種SOI晶圓的制造方法，針對(duì)離子注入剝離法，可以一邊維持SOI層的膜厚均勻性，一邊除去在剝離后殘留在SOI層表面上的損傷層、表面粗糙現(xiàn)象，即使對(duì)SOI層的表面進(jìn)行研磨，也不會(huì)使膜厚分布與平坦度惡化，因而可制造出高品質(zhì)的SOI晶圓，并提高晶圓制造的生產(chǎn)性。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種SOI晶圓的制造方法，這是一種利用離子注入剝離法來(lái)制造SOI晶圓的方法，其特征是在要成為支持襯底的基底晶圓和要成為SOI層的結(jié)合晶圓至少其中之一的表面，形成氧化膜，然后將氫離子或稀有氣體離子至少其中之一從上述結(jié)合晶圓的表面注入，形成離子注入層后，隔著上述氧化膜使上述結(jié)合晶圓與上述基底晶圓貼合，并施加熱處理以在上述離子注入層進(jìn)行剝離，形成SOI層，之后在氧化性氣氛下進(jìn)行熱處理，在上述SOI層的表面形成氧化膜后，蝕刻除去該氧化膜，接著使用臭氧水來(lái)洗凈上述SOI層的表面，之后對(duì)上述SOI層的表面進(jìn)行研磨加工。上述針對(duì)利用離子注入剝離法來(lái)制造SOI晶圓的方法中，在研磨SOI層表面的步驟之前，若使用臭氧水來(lái)洗凈SOI層的表面，研磨前的SOI層表面的自然氧化膜的膜厚分布，相較于以往進(jìn)行的酸洗凈(例如SC-2洗凈)的情況，雖然會(huì)惡化，但是，相反的，研磨時(shí)的磨粒會(huì)遍及整個(gè)研磨面，研磨后的膜厚分布與平坦度會(huì)被改善，而能夠效率佳地得到高品質(zhì)的SOI晶圓，也提高生產(chǎn)性。此時(shí)，也可以在上述剝離熱處理后，以比剝離熱處理時(shí)更高的溫度，進(jìn)行用來(lái)提高結(jié)合強(qiáng)度的熱處理。如此，在上述剝離熱處理后，若對(duì)貼合晶圓，以比剝離熱處理時(shí)更高的溫度進(jìn)行熱處理，則能提高SOI層(結(jié)合晶圓)和支持襯底(基底晶圓)的結(jié)合強(qiáng)度。當(dāng)然，也可將剝離熱處理溫度設(shè)定成較高，以兼作結(jié)合熱處理。此外，優(yōu)選為使用含有氟化氫的水溶液來(lái)進(jìn)行上述氧化膜的蝕刻除去。如此，若使用含有氟化氫的水溶液來(lái)進(jìn)行上述氧化膜的蝕刻除去，則能夠僅除去氧化膜，從而可以利用犧牲氧化容易地除去殘留在SOI層表面的損傷層。而且，優(yōu)選為將上述臭氧水中的臭氧濃度設(shè)為3ppm以下、10ppm以上。如此，若將臭氧水中的臭氧濃度設(shè)為3ppm以下、10ppm以上，則利用此臭氧水所實(shí)行的洗凈，與以往的酸洗凈的情況相比，能夠適度地使SOI層表面的自然氧化膜的膜厚分布惡化，而利用之后的研磨，可以得到其膜厚分布均勻的SOI層。此外，優(yōu)選為利用接觸拋光來(lái)進(jìn)行上述研磨加工。如此，若借助接觸拋光來(lái)進(jìn)行上述研磨加工，則可對(duì)晶圓施行研磨量極少的鏡面研磨，可盡量地使膜厚分布不會(huì)惡化來(lái)進(jìn)行平坦化，因而能夠得到高品質(zhì)的SOI晶圓。利用上述的SOI晶圓的制造方法而被制造出來(lái)的SOI晶圓是一種高品質(zhì)的SOI晶圓，其平坦度高，且晶圓面內(nèi)的膜厚均勻化。本發(fā)明針對(duì)利用離子注入剝離法來(lái)制造SOI晶圓的方法，在隔著氧化膜進(jìn)行貼合，之后在離子注入層進(jìn)行剝離，接著在SOI層的表面形成氧化膜，然后蝕刻除去該氧化膜后，若使用臭氧水來(lái)洗凈SOI層的表面，然后施行研磨加工，則可以一邊維持SOI層的膜厚均勻性，一邊除去在剝離后殘留在SOI層表面上的損傷層、表面粗糙現(xiàn)象，特別是即使對(duì)SOI層的表面進(jìn)行研磨，也不會(huì)使膜厚均勻性惡化，因而可制造出高品質(zhì)的SOI晶圓。并且可因此而提高晶圓制造的合格率與生產(chǎn)性。圖1是表示利用離子注入剝離法來(lái)制造SOI晶圓的方法中的制造步驟的1基底晶圓2結(jié)合晶圓3氧化膜5剝離晶圓7SOI層4離子注入層6SOI晶圓8損傷層9氧化膜具體實(shí)施方式以下說(shuō)明有關(guān)本發(fā)明的實(shí)施方案，但是本發(fā)明并不限定于此實(shí)施方案。在此，圖1是表示利用離子注入剝離法來(lái)制造SOI晶圓的方法中的制造步驟的一例的概略步驟圖。以下主要是結(jié)合2個(gè)硅晶圓的情況來(lái)說(shuō)明本發(fā)明。首先，針對(duì)圖l的離子注入剝離法，在步驟(a)，準(zhǔn)備2個(gè)硅鏡面晶圓，在此預(yù)備基底晶圓1(將成為配合元件(device)的規(guī)格的支持襯底)和結(jié)合晶圓2(將成為SOI層)。接著，在步驟(b)，至少將其中一方的晶圓，在此例如將結(jié)合晶圓2熱氧化，在其表面上形成大約0.10.2pm厚的氧化膜3。在步驟(c)，對(duì)在表面上已形成有氧化膜的結(jié)合晶圓2的單面，注入氫離子或稀有氣體離子中的至少一種，在此例中注入氫離子，而在離子的平均進(jìn)入深度，形成與表面平行的離子注入層4。步驟(d)，將基底晶圓1隔著氧化膜重疊在已注入氫離子的結(jié)合晶圓2的氫離子注入面而貼合；此步驟中，是在常溫的潔凈氣氛下，借助使2個(gè)晶圓互相接觸(不使用粘接劑等)來(lái)使得晶圓彼此之間結(jié)合。接著，步驟(e)利用將離子注入層4作為邊界來(lái)進(jìn)行剝離，而分離成剝離晶圓5和SOI晶圓6(即SOI層7、+埋入氧化膜3和+基底晶圓1)的剝離熱處理步驟，例如若在非活性氣體氣氛下，以50(TC以上的溫度，施加熱處理，則由于結(jié)晶的再排列和氣泡的凝集，而被分離成剝離晶圓5和SOI晶圓6。而且，在此剝離后的SOI晶圓表面的SOI層7，殘留損傷層8。剝離步驟之后，在步驟(f)，進(jìn)行結(jié)合熱處理步驟。此步驟中，由于結(jié)合力是在上述步驟(d)、(e)的貼合步驟與剝離熱處理步驟中的貼合晶圓彼此之間的結(jié)合力，若照此狀態(tài)在元件步驟中使用，其結(jié)合力弱，所以對(duì)SOI晶圓6施行高溫?zé)崽幚韥?lái)作為結(jié)合熱處理，使得結(jié)合強(qiáng)度足夠。此熱處理例如優(yōu)選是在非活性氣體氣氛下以1000130(TC進(jìn)行30分鐘至2小時(shí)。此情況下，例如利用80(TC以上等的溫度來(lái)進(jìn)行剝離熱處理，兼作為結(jié)合熱處理，則可以省略單獨(dú)進(jìn)行的結(jié)合熱處理。然后，在步驟(g)，首先進(jìn)行氧化性氣氛下的熱處理，在SOI層7上形成氧化膜9，使損傷層8收進(jìn)氧化膜9中。然后，在步驟(h)，除去已形成在SOI層7上的氧化膜9。在除去此氧化膜9時(shí)，只要以含有氟化氫的水溶液來(lái)進(jìn)行蝕刻即可。若進(jìn)行這種氫氟酸處理，則僅蝕刻除去氧化膜9，從而能夠得到利用犧牲氧化來(lái)除去損傷層的SOI晶圓6。并且，此種晶圓的氫氟酸處理不但簡(jiǎn)單且有成本低的優(yōu)點(diǎn)。而且，在步驟(i)，利用臭氧水來(lái)進(jìn)行洗凈。若在氫氟酸處理后附加臭氧水洗凈，則利用臭氧的強(qiáng)氧化力，可進(jìn)一步促進(jìn)金屬雜質(zhì)的除去，同時(shí)防止金屬雜質(zhì)再度附著在晶圓表面。也就是說(shuō)，臭氧水由于顯示出比過(guò)氧化氫更高的氧化還原電位，所以被認(rèn)為氧化力強(qiáng)，可強(qiáng)力地將雜質(zhì)特別是金屬元素離子化，防止其附著在襯底表面。此外，利用臭氧水來(lái)實(shí)行的洗凈，與一般進(jìn)行的SC-2洗凈相比，表面的自然氧化膜的平坦度會(huì)有變差傾向，但與此相反的是，在下一步驟的研磨步驟例如接觸拋光時(shí)，研磨劑會(huì)遍及整個(gè)晶圓面，因而可使接觸拋光(touchpolishing)后的SOI層的平坦度、膜厚分布性變佳。以往，在針對(duì)SOI層的洗凈中，盡量以不使平坦度惡化的方式來(lái)進(jìn)行洗凈是常識(shí)，但是在之后進(jìn)行研磨時(shí)，卻是在表面的自然氧化膜有適度的粗糙度的情況下研磨劑會(huì)遍布，結(jié)果得知表面的自然氧化膜有適度的粗糙度能夠確保研磨后的SOI層的表面平坦度、膜厚均勻性等。此外，此時(shí)的臭氧水濃度例如優(yōu)選是3ppm以上、10ppm以下。通過(guò)將臭氧水的濃度設(shè)為10ppm以下，使研磨前的SOI層的自然氧化膜的表面粗糙度適度地惡化，能夠使SOI層表面的自然氧化膜的膜厚分布離散化。通過(guò)上述方式在研磨前使得表面的自然氧化膜的膜厚分布離散化，在臭氧水洗凈后，例如在借助上述的接觸拋光所實(shí)行的研磨步驟(j)中，與以往的方法比較，可以使研磨后的SOI層的膜厚分布更均勻化。但是，若臭氧水的濃度不到3ppm，則不僅洗凈效果差，且上述效果也會(huì)變差。利用上述本發(fā)明的SOI晶圓的制造方法，能夠有效率地生產(chǎn)出SOI層的膜厚分布更良好的高品質(zhì)SOI晶圓。(實(shí)施例1)根據(jù)圖1所示的步驟，得到16個(gè)直徑300mm的SOI晶圓。此時(shí)的氫氟酸處理是在22。C進(jìn)行60秒；臭氧水洗凈是以10ppm的濃度進(jìn)行60秒。臭氧水洗凈后，以測(cè)量面內(nèi)9點(diǎn)的方式來(lái)測(cè)量各晶圓的SOI層表面的自然氧化膜的厚度，從而得到自然氧化膜的膜厚的P-V值(最大值與最小值之差)為0.1441nm、標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.0522。接著，對(duì)SOI層的表面進(jìn)行研磨量為30nm的接觸拋光后，測(cè)量從各晶圓的外周起往內(nèi)3mm以?xún)?nèi)的范圍中的SOI層厚度大約4000點(diǎn)，得到16個(gè)的晶圓的SOI層膜厚的P-V值(最大值與最小值之差)的平均值是5.81nm、SOI層膜厚本身的標(biāo)準(zhǔn)偏差是0.80。結(jié)果表示于表1。[表l]<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>比較例1)接著，作為比較例，在圖1的步驟(i)中，代替臭氧水洗凈而實(shí)施以往通常使用的SC-2洗凈，從而得到10個(gè)直徑300mm的SOI晶圓。此時(shí)的氫氟酸處理的條件與上述實(shí)施例相同，在8(TC進(jìn)行180秒的SC-2洗凈。SC-2洗凈后，以與實(shí)施例同樣的方式測(cè)量SOI層表面的自然氧化膜的厚度，得到的P-V值是0.0154nm、標(biāo)準(zhǔn)偏差是0.0047，是比實(shí)施例(也包含以下所述的實(shí)施例2、3)更優(yōu)選的值。接著，對(duì)SOI層的表面進(jìn)行研磨量為30nm的接觸拋光后，與上述實(shí)施例1同樣地測(cè)量SOI層膜厚，得到10個(gè)晶圓的SOI層膜厚的P-V值的平均值是8.23nm、SOI層膜厚本身的標(biāo)準(zhǔn)偏差是1.12，從而確認(rèn)比較例的結(jié)果比實(shí)施例1-3差。將該結(jié)果表示于表2。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>此外，在臭氧水洗凈步驟中，將臭氧水中的臭氧濃度分別設(shè)為15ppm(實(shí)施例2)、20ppm(實(shí)施例3)，除此以外，分別對(duì)IO個(gè)晶圓進(jìn)行與實(shí)施例1同樣的步驟。此時(shí)，臭氧水洗凈后的各晶圓的SOI層表面的自然氧化膜的厚度的P-V值分別是0.1693nm、0.1885nm，而且標(biāo)準(zhǔn)偏差分別是0.0627、0.0734，成為比實(shí)施例1、比較例1的洗凈后的值更大的值。而且，對(duì)SOI層的表面進(jìn)行接觸拋光后，SOI層膜厚的P-V值分別是6.21nm、6.83nm，SOI層膜厚本身的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別是0.86、0.93，其數(shù)值雖然比實(shí)施例1大，但是比比較例1小，因而與比較例1相比能夠得到更高品質(zhì)的晶圓。而且，本發(fā)明不限定于上述實(shí)施方案。上述實(shí)施方案僅是例示，只要是具有與被記載于本發(fā)明公開(kāi)范圍中的技術(shù)思想實(shí)質(zhì)上相同的方案，能得到同樣的作用效果的技術(shù)，不論為何種技術(shù)，均應(yīng)被包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種SOI晶圓的制造方法，該方法利用離子注入剝離法來(lái)制造SOI晶圓的方法，其特征是在要成為支持襯底的基底晶圓和要成為SOI層的結(jié)合晶圓至少其中之一的表面形成氧化膜，然后將氫離子或稀有氣體離子至少其中之一從上述結(jié)合晶圓的表面注入，形成離子注入層后，隔著上述氧化膜使上述結(jié)合晶圓和上述基底晶圓貼合，并施加熱處理而在上述離子注入層進(jìn)行剝離，形成SOI層，之后在氧化性氣氛下進(jìn)行熱處理，在上述SOI層的表面形成氧化膜后，蝕刻除去該氧化膜，接著使用臭氧水來(lái)洗凈上述SOI層的表面，之后對(duì)上述SOI層的表面進(jìn)行研磨加工。2.如權(quán)利要求1所述的SOI晶圓的制造方法，其中在上述剝離熱處理后，以比剝離熱處理時(shí)更高的溫度，進(jìn)行用來(lái)提高結(jié)合強(qiáng)度的熱處理。3.如權(quán)利要求1或2所述的SOI晶圓的制造方法，其中上述氧化膜的蝕刻除去是使用含有氟化氫的水溶液來(lái)進(jìn)行的。4.如權(quán)利要求13中任一項(xiàng)所述的SOI晶圓的制造方法，其中上述臭氧水中的臭氧濃度設(shè)為3ppm以下、10ppm以上。5.如權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的SOI晶圓的制造方法，其中上述研磨加工是利用接觸拋光來(lái)進(jìn)行的。6.—種SOI晶圓，該SOI晶圓是利用權(quán)利要求15中任一項(xiàng)所述的制造方法制造出來(lái)的。全文摘要一種利用離子注入剝離法制造SOI晶圓的方法，在基底晶圓與要成為SOI層的結(jié)合晶圓至少其中之一的表面形成氧化膜，然后將氫離子或稀有氣體離子至少其中之一從上述結(jié)合晶圓的表面注入，形成離子注入層后，隔著上述氧化膜使結(jié)合晶圓與基底晶圓貼合，并施加熱處理在上述離子注入層進(jìn)行剝離，形成SOI層，之后在氧化性氣氛下進(jìn)行熱處理，在上述SOI層的表面形成氧化膜后，蝕刻除去該氧化膜，接著用臭氧水洗凈上述SOI層的表面，之后研磨加工。借助此制造方法，可提供一種SOI晶圓的制造方法，針對(duì)離子注入剝離法，可一邊維持SOI層的膜厚均勻性，一邊除去剝離后殘留在SOI層表面上的損傷層、表面粗糙現(xiàn)象，制造高品質(zhì)SOI晶圓。文檔編號(hào)H01L21/02GK101151708SQ20068001078公開(kāi)日2008年3月26日申請(qǐng)日期2006年4月4日優(yōu)先權(quán)日2005年4月6日發(fā)明者添田康嗣,長(zhǎng)岡康男申請(qǐng)人:信越半導(dǎo)體股份有限公司