專利名稱：：貼合晶片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種將具有薄的BOX層的SOI晶片、DSB晶片等貼合的晶片及其制造方法。技術(shù)背景SOI(Silicon-On-Insulator)晶片與現(xiàn)有的硅晶片相比，具有元件間可以分離，元件和基板間的寄生電容降低，可以形成三維結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。為了運用這些優(yōu)點，近年來，SOI晶片在高速、低耗電量的LSI等中被使用?，F(xiàn)有的SOI晶片通過比較厚(例如1500A左右)的氧化膜將2塊晶片貼合在一起。不過，近年來為了在新的裝置中使用，具有薄的膜厚的氧化膜的SOI晶片以及不通過氧化膜而直接貼合2塊晶片的DSB(DirectSiliconBonding)晶片的需求正逐漸提高。如果將2塊晶片直接接合來制造DSB晶片，已知的是在接合面上產(chǎn)生許多的空隙。因此，為了降低空隙，將2塊晶片通過薄的氧化膜貼合后，通過進行熱處理，除去界面的氧化膜(參照專利文獻l)。專利文獻1:JP2006-156770號公報
發(fā)明內(nèi)容通常，使用縱型爐來形成BOX氧化膜。但是，在使用縱型爐時，制造氧化膜需要至少幾十分鐘的處理。另外，縱型爐的氧化溫度越高，氧化膜的成長速度越快，膜厚控制越難。因此，如上所述，隨著近年來的需求逐漸提高，為了使用縱型爐將薄層的氧化膜形成均勻的膜厚，必須進行低溫處理。但是，進行低溫處理時，晶片內(nèi)部的析出晶核成長，析出過多，在設(shè)備工藝中，可能會產(chǎn)生石版印刷不佳等問題。在需要的狀況下，本發(fā)明的目的在于提供一種具有薄且膜厚均勻的BOX氧化膜的高品質(zhì)的SOI晶片和高品質(zhì)的DSB晶片。本發(fā)明人等為了實現(xiàn)上述目的，進行反復(fù)精心的研究，從而發(fā)現(xiàn)在氧化氣氛下，將晶片快速升溫，加熱到規(guī)定溫度，形成氧化膜，從而例如可以在短時間內(nèi)以均勻的膜厚形成厚度30nm以下、進而為2nm以下的超薄的B0X氧化膜，而且可以降低晶片內(nèi)部的BMD(BulkMicroDefect)，從而完成本發(fā)明。即，實現(xiàn)上述目的的方法如下所示。[1]一種制造貼合晶片的方法，該方法包括在基底晶片的至少一面上形成氧化膜的氧化工序，將形成前述氧化膜的基底晶片和頂端晶片貼合的貼合工序，以及將前述貼合的晶片中的頂端晶片薄膜化的薄膜化工序；其中，前述氧化工序包括將前述基底晶片在氧化氣氛下、以130(TC/分鐘的升溫速度，加熱到8001300'C的溫度，前述貼合工序是在2片晶片的界面上設(shè)置前述氧化工序中形成的氧化膜而進行的。[2]根據(jù)[l]所記載的貼合晶片的制造方法，其中前述氧化工序是在燈式快速加熱爐內(nèi)進行的。[3]根據(jù)[1]或[2]記載的貼合晶片的制造方法，其中前述氧化工序是在前述基底晶片的至少一面上形成氧化膜，從而使設(shè)置在前述界面上的氧化膜的厚度為30nm以下。[4]根據(jù)[1][3]任一項所記載的貼合品片的制造方法，其中前述氧化工序中的加熱溫度為1000120(TC的范圍。[5]根據(jù)[1][4]任一項所記載的貼合晶片的制造方法，其中前述氧化工序包括將前述基底晶片在前述氧化工序的加熱溫度下保持1~3分鐘。[6]根據(jù)[1][5]任一項所記載的貼合晶片的制造方法，其中前述氧化工序進一步包括將加熱后的基底晶片以5010(TC/秒的降溫速度降溫。[7]根據(jù)[1][6]任一項所記載的貼合晶片的制造方法，其中前述薄膜化工序如下進行在貼合工序前的頂端晶片中將輕元素離子進行離子注入，在前述頂端晶片內(nèi)形成離子注入層；在貼合工序后，通過熱處理貼合晶片，以離子注入層為邊界，剝離頂端晶片的一部分。[8]根據(jù)[1][6]任一項所記載的貼合晶片的制造方法，其中前述薄膜化工序如下進行通過在貼合工序前的頂端晶片中注入氧離子，在前述頂端晶片內(nèi)形成離子注入層，在貼合工序后，通過將頂端晶片的一部分研削、研磨或蝕刻，以離子注入層作為邊界，剝離頂端晶片的一部分。[9]根據(jù)[1][8]任一項所記載的貼合晶片的制造方法，該方法進一步包括在前述薄膜化工序后，在非氧化性氣氛下，通過將貼合的晶片進行熱處理，從而除去貼合的界面中存在的氧化膜。圖1表示實施例7中的熱處理前后晶片剖面的TEM圖像。具體實施方式根據(jù)本發(fā)明，可以在短時間內(nèi)制造膜厚均勻的BOX氧化膜，而且可以在高溫、短時間內(nèi)進行氧化處理，從而降低品片內(nèi)部的BMD密度。本發(fā)明的貼合品片的制造方法包括(1)在基底晶片的至少一面上形成氧化膜的氧化工序，(2)將形成前述氧化膜的基底晶片和頂端品片貼合的貼合工序，(3)將前述貼合的晶片中的頂端品片薄膜化的薄膜化工序。前述氧化工序包括將前述基底品片在氧化氣氛下，以l-300'C/秒的升溫速度，加熱到800-130(TC的溫度，前述貼合的工序是在2片晶片的界面設(shè)置前述氧化工序中形成的氧化膜。以下，對上述各工序依次進行說明。(1)氧化工序本發(fā)明的貼合品片的制造方法是在基底晶片的至少一面上形成氧化膜。該工序中形成的氧化膜在之后進行的貼合工序中，設(shè)置在2片晶片的界面上。這樣，可以得到具有埋入的氧化膜的SOI晶片。作為貼合的晶片可以使用例如通過CZ法等培養(yǎng)成的、由摻雜硼的單一的硅鑄塊切片的2片硅晶片。且，通過氧化膜將2片晶片貼合后除去氧化膜得到DSB晶片時，使用硅晶片作為基底晶片，使用和基底晶片不同種類的晶片作為頂端晶片，或者也可以使用和基底晶片方位角不同的硅晶片。進而，為了降低后述的BMD，作為貼合晶片優(yōu)選使用降低了氧濃度的晶片。優(yōu)選的氧濃度是基底晶片、頂端晶片都為8XE+17atoms/cm314XE+17atoms/cm3，更優(yōu)選為10XE+17atoms/cm3~12XE+17atoms/cm，前述氧化工序包括將應(yīng)當形成氧化膜的晶片，在氧化性氣氛下，以1~300°C/秒的升溫速度，加熱到800130(TC的溫度。在形成BOX氧化膜時常用的縱型爐(電阻加熱，批式)的加熱溫度的上限為1200'C左右，升溫速度一般是102(TC/分鐘左右，所以形成BOX氧化膜需要花幾十分鐘左右。另外，如前所述，在縱型爐中，為了形成薄且膜厚均勻的氧化膜，必須在低溫下處理。但是，由于低溫處理，晶片內(nèi)部的Si02的析出品核成長，析出的過多。由此，晶片內(nèi)部的BMD(BulkMicroDefect)增加，可能會引起工藝進程中的平板印刷不佳。由此，目前使用的縱型爐難以使形成均勻膜厚的氧化膜(特別是，薄的氧化膜)和降低BMD密度都優(yōu)異。相對于此，在本發(fā)明中，以遠遠快于使用縱型爐的情形的升溫速度，加熱到800-1300。C的溫度。由此，不會使BMD的密度上升，可以在短時間內(nèi)，形成具有均勻的膜厚的BOX氧化膜。在前述升溫速度小于rc/秒時，特別是形成薄的氧化膜時，難以保持膜厚的均勻性。另一方面，如果前述升溫速度超過300'C/秒，則可能在晶片中產(chǎn)生滑移。另外，在前述加熱溫度小于80(TC時，難以均勻地形成膜厚薄的氧化膜，如果超過1300'C，則可能在晶片中產(chǎn)生滑移。前述氧化工序可以通過燈式快速加熱爐(RapidThermalProcessor;RTP爐)的RTP氧化進行。RTP爐是使用紅外線燈等燈進行單張加熱的加熱爐，是可以快速升降溫的爐子。通過使用RTP爐，可以在上述升溫速度下加熱，不會使BMD密度上升，可以在短時間內(nèi)形成具有均勻膜厚的氧化膜。前述氧化工序尤其是形成薄且均勻的BOX氧化膜的方法是合適的，例如，優(yōu)選得到BOX氧化膜厚為30nm以下、進而為2nm以下，例如0.5~2nm的貼合晶片的情形。為了有效地降低BMD，優(yōu)選調(diào)節(jié)氧化工序中的升降速度和溫度、加熱后的保持時間等加熱冷卻條件。作為在基底晶片上形成氧化膜(優(yōu)選厚度2nm以下)時優(yōu)選的加熱冷卻工藝，可以列舉出以下的加熱冷卻工藝。即，以l30(TC/秒、優(yōu)選為50100'C/秒、更優(yōu)選為7590'C/秒的升溫速度下，加熱到800~1300°C、優(yōu)選為800~1200°C、更優(yōu)選為1000~1200°C，一在前述加熱溫度下保持1~3分鐘、優(yōu)選保持12分鐘，一在50100'C/秒、優(yōu)選為7590'C/秒的降溫速度下，降溫到500~700°C、優(yōu)選為500~600°C。另外，在進行氧化工序前，還可以在加熱爐內(nèi)預(yù)熱。預(yù)熱溫度是例如500700'C左右。形成氧化膜的厚度可以通過調(diào)節(jié)加熱冷卻條件和氧化性氣氛中的氧濃度來控制。氧化性氣氛中的氧濃度可以為10~100%，優(yōu)選為50~100%。作為共存的氣體可以列舉出氮、氬等，沒有特別的限定。(2)貼合的工序前述氧化工序后，將頂端晶片和基底晶片貼合以使形成的氧化膜設(shè)置在2片晶片間。貼合的工序使用常用的品片的貼合時使用的夾具，例如在室溫下進行。通過將兩晶片的貼合面鏡面研磨，可以不使用粘合劑等將晶片之間接合。(3)薄膜化工序在前述貼合工序后，將頂端晶片進行薄膜化的薄膜化工序。薄膜化工序可以通過離子注入剝離法、研削、研磨、蝕刻等進行。為了高度地調(diào)節(jié)殘留的頂端晶片來薄膜化，優(yōu)選使用利用了離子注入剝離法或后述的氧離子注入層的薄膜化方法。在使用離子注入剝離法時，在前述貼合工序前，注入離子，同時將貼合工序后的晶片熱處理，從而以離子注入層為邊界，剝離一部分頂端晶片。前述的注入離子是在頂端晶片中注入輕元素離子(例如，氫離子、稀有氣體離子或氫離子和稀有氣體離子的混合物)，在頂端品片內(nèi)形成離子注入層。離子注入可以使用公知的離子注入裝置來進行。離子注入時的加速電壓可以為例如10100keV。離子注入量如果考慮到生產(chǎn)性，越少越好，但是如果過少，則難以在之后的熱處理中剝離。如果考慮到這些方面，離子注入量可以為例如2el6le17/cm2、優(yōu)選為5el6le17/cm2。用于剝離頂端晶片的熱處理溫度通常為30(TC以上的溫度，優(yōu)選為350~500°C。如果熱處理溫度為上述范圍，則可以在離子注入層中產(chǎn)生氣泡，由于該氣泡為連續(xù)層，所以以離子注入層為邊界，產(chǎn)生剝離。熱處理時間例如為1分鐘1小時，優(yōu)選為1~30分鐘，升溫速度為例如0.5~10°C/min，優(yōu)選為l~5°C/min。熱處理可以使用公知的熱處理裝置。另一方面，利用氧離子注入層的薄膜化方法來進行薄膜化工序如下進行在貼合前的頂端晶片中注入氧離子，在頂端晶片內(nèi)形成離子注入層，貼合工序后，通過研削、研磨或蝕刻，以離子注入層為邊界，除去頂端晶片的一部分。進而，在前述薄膜化工序后，在非氧化氣氛下，將貼合的晶片進行熱處理，可以除去存在于貼合的界面中的氧化膜。這是因為通過前述熱處理，晶片中的氧氣由于外方擴散，濃度降低，存在于該氧氣濃度降低區(qū)域的氧化膜擴散到晶片中。這樣，可以得到2片晶片直接貼合的晶片(DSB晶片)。前述非氧化性氣氛例如是還原氣氛或惰性氣氛，例如是氮氣氛、氬氣氛、氫氣氛等。前述熱處理條件優(yōu)選考慮存在于晶片界面的氧化膜厚和晶片的氧氣濃度設(shè)定。熱處理溫度是例如1000~1200°C，優(yōu)選為11001150°C，熱處理時間是0.5-2小時，優(yōu)選為1~2小時。通過上述熱處理，可以使頂端晶片為無缺陷層，進而通過前述氧化處理，降低基底晶片內(nèi)部的BMD密度，所以可以得到高品質(zhì)的DSB晶片。之后，對所得的貼合晶片，研磨頂端晶片側(cè)的表面和基底晶片側(cè)表面，可以得到所期望厚度的貼合晶片。如前所述，根據(jù)本發(fā)明的貼合的晶片的制造方法可以以均勻的膜厚形成例如厚度為30nm以下、進而為2nm以下的薄的氧化膜，同時可以將基底晶片內(nèi)部的BMD密度降低到例如1E+5/cm2以下，進而為lE+2/cm2lE+5/cm2。實施例以下，通過實施例對本發(fā)明進行進一步的說明。但是，本發(fā)明并不限于實施例所示的方案。[實施例1](1)頂端晶片、基底晶片的制造準備2塊通過CZ法培育成的、由摻雜了硼形成的單一的硅鑄錠切片形成的厚度725um、直徑200mm、電阻率20Qcm，氧濃度為12E+17/cm3的硅晶片。然后，通過公知的方法，將這些硅晶片鏡面研磨。而且，在這些硅晶片中，將一個作為頂端晶片使用，另一個作為基底晶片使用。(2)BOX氧化膜的形成在基底晶片使用的硅晶片的表面上，將使用RTP爐(7卜y^公司制造，爐內(nèi)100%氧氣氣氛)，以5(TC/秒從60(TC升溫到900°C，在900'C下保持1分鐘，然后，以50'C/秒降溫到6CKTC，通過反射式膜厚測定器評價晶片的氧化膜厚的偏差和平均值。在表1中，表示面內(nèi)121點的膜厚的最大值和最小值的差(膜厚范圍)和膜厚的平均值。(3)離子注入將由頂端晶片形成的硅晶片設(shè)置在離子注入裝置的真空腔室內(nèi)，開始旋轉(zhuǎn)。接著，在40keV、5.0E16/cn^的條件下，通過氫離子束注入，形成離子注入層。(4)貼合將上述頂端晶片和基底晶片貼合以使BOX氧化膜位于界面上。所得的貼合的晶片中的基底晶片內(nèi)部的BMD密度通過光線浸蝕法評價。結(jié)果如表1所示。[實施例2]除了在基底晶片使用的硅晶片表面，使用RTP爐(7卜V^公司制造，爐內(nèi)100%氧氣氣氛)，以5(TC/秒，從600。C升溫到IIO(TC，在IIO(TC下保持1分鐘，然后，以5(TC/秒，降溫到600'C，形成BOX氧化膜以外，根據(jù)和實施例1相同的方法，制造貼合晶片。[實施例3]除了將頂端晶片和基底品片的氧濃度改變?yōu)?3E+17/cn^以夕卜，根據(jù)和實施例1同樣的方法，制造貼合晶片。[實施例4]除了在基底晶片使用的硅晶片表面，使用RTP爐(7卜V^公司制造，爐內(nèi)100%氧氣氣氛)，以5(TC/秒，從60(TC升溫到IIOO'C，在IIO(TC下保持1分鐘，然后，以5(TC/秒，降溫到60(TC，形成BOX氧化膜以外，根據(jù)和實施例3相同的方法，制造貼合晶片。[實施例5]除了將頂端晶片和基底晶片的氧濃度改變?yōu)?4E+17cm3以外，根據(jù)和實施例1同樣的方法，制造貼合品片。[實施例6]除了在基底晶片使用的硅晶片表面，使用RTP爐(7卜y^公司制造，爐內(nèi)100%氧氣氣氛)，以50。C/秒，從60(TC升溫到IIO(TC，在IIO(TC下保持1分鐘，之后，以50'C/秒，降溫到600'C，形成BOX氧化膜以外，根據(jù)和實施例5相同的方法，制造貼合晶片。[比較例1〗除了在縱型爐內(nèi)(爐內(nèi)100%氧氣氣氛)，以5t7分從700。C升溫到80(TC，在80(TC下保持6分鐘，然后，以2.5。C/分鐘，降溫到700。C，形成BOX氧化膜以外，通過和實施例1同樣的方法，制造貼合晶片。[比較例2]除了在縱型爐內(nèi)(爐內(nèi)100%氧氣氣氛)，以5t:/分從70o'c升溫到8oo°c,在80(TC下保持6分鐘，然后，以2.5'C/分鐘，降溫到70(TC，形成BOX氧化膜以外，通過和實施例3同樣的方法，制造貼合晶片。[比較例3]除了在縱型爐內(nèi)(爐內(nèi)100%氧氣氣氛)，以5tV分從700。C升溫到800°C,在80(TC下保持6分鐘，之后，以2.5'C/分鐘，降溫到70(TC,形成BOX氧化膜以外，通過和實施例5同樣的方法，制造貼合的晶片。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>從表l中的基底晶片的氧濃度相同的實施例和比較例的比較，可以知道通過進行包含了以50100'C/秒的升溫速度，加熱到8001200'C的氧化處理，可以在短時間內(nèi)形成均勻膜厚的氧化膜，而且可以降低基底晶片中的BMD密度。[實施例7〗將實施例1制造的貼合晶片在氬氣氛下，在1200'C下熱處理60分鐘，通過透過電子顯微鏡(TEM)評價熱處理前后的品片的剖面。所得的TEM圖像如圖1所示。如圖1所示，通過上述處理除去BOX氧化膜，可以得到DSB晶片。工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明，可以制造高品質(zhì)的SOI晶片和DSB晶片。權(quán)利要求1.一種貼合晶片的制造方法，該方法包括在基底晶片的至少一面上形成氧化膜的氧化工序，將形成前述氧化膜的基底晶片和頂端晶片貼合的貼合工序，以及將前述貼合的晶片中的頂端晶片薄膜化的薄膜化工序；其中，前述氧化工序包括將前述基底晶片在氧化氣氛下、以1～300℃/分鐘的升溫速度，加熱到800～1300℃的溫度，前述貼合工序在2片晶片的界面上進行設(shè)置前述氧化工序中形成的氧化膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的貼合晶片的制造方法，其中前述氧化工序是在燈式快速加熱爐內(nèi)進行的。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所記載的貼合品片的制造方法，其中前述氧化工序是在前述基底晶片的至少一面上形成氧化膜，從而使設(shè)置在前述界面上的氧化膜的厚度為30nm以下。4.根據(jù)權(quán)利要求13任一項所記載的貼合品片的制造方法，其中前述氧化工序中的加熱溫度為100012ocrc的范圍。5.根據(jù)權(quán)利要求14任一項所記載的貼合晶片的制造方法，其中前述氧化工序是將前述基底晶片在前述氧化工序的加熱溫度下保持1~3分鐘。6.根據(jù)權(quán)利要求1~5任一項所記載的貼合.晶片的制造方法，其中前述氧化工序進一步包括將加熱后的基底晶片以5010(TC/秒的降溫速度降溫。7.根據(jù)權(quán)利要求l-6任一項所記載的貼合品片的制造方法，其中前述薄膜化工序如下進行在貼合工序前的頂端晶片中將輕元素離子進行離子注入，在前述頂端晶片內(nèi)形成離子注入層；在貼合工序后，通過熱處理貼合晶片，以離子注入層為邊界，剝離頂端晶片的一部分。8.根據(jù)權(quán)利要求16任一項所記載的貼合晶片的制造方法，其中前述薄膜化工序如下進行在貼合工序前的頂端晶片中將氧離子進行離子注入，在前述頂端晶片內(nèi)形成離子注入層；在貼合工序后，以離子注入層作為邊界，通過研削、研磨或蝕刻，除去頂端晶片的一部分。9.根據(jù)權(quán)利要求18任一項所記載的貼合晶片的制造方法，該方法進一步包括在前述薄膜化工序后，在非氧化性氣氛下，將貼合的晶片熱處理，從而除去貼合界面中存在的氧化膜。全文摘要本發(fā)明提供一種具有薄的BOX氧化膜的高品質(zhì)SOI晶片和高品質(zhì)的DSB晶片。一種貼合晶片的制造方法，該方法包括在基底晶片的至少一面上形成氧化膜的氧化工序，將形成前述氧化膜的基底晶片和頂端晶片貼合的貼合工序，以及將前述貼合的晶片中的頂端晶片薄膜化的薄膜化工序。前述氧化工序包括將前述基底晶片在氧化氣氛下、以1～300℃/分鐘的升溫速度，加熱到800～1300℃范圍的溫度，前述貼合工序是在2片晶片的界面上進行設(shè)置前述氧化工序中形成的氧化膜。文檔編號H01L21/762GK101241835SQ20071019576公開日2008年8月13日申請日期2007年12月14日優(yōu)先權(quán)日2006年12月26日發(fā)明者奧田秀彥,草場辰己,遠藤昭彥申請人:勝高股份有限公司