Soi晶圓的制造方法以及soi晶圓的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及將進行過離子注入的晶圓在結合后剝離來制造SOI晶圓的，利用所謂 離子注入剝離法的SOI晶圓的制造方法以及用該方法制造出的SOI晶圓。
【背景技術】
[0002] 近年來，作為貼合晶圓的制造方法，通過將進行過離子注入的晶圓與其他晶圓貼 合，在離子注入層剝離，來制造貼合晶圓的方法（離子注入剝離法：也被稱作智能剝離法 (注冊商標）的技術）備受關注。
[0003] 在這樣的通過離子注入剝離法制造SOI晶圓的方法中，在兩片硅晶圓中至少一片 上形成氧化膜，同時，從一片硅晶圓（接合晶圓）的上表面注入氫離子、稀有氣體離子等氣 體離子，在該晶圓內部形成微小氣泡層（封入層）。并且，使進行過離子注入的一側的表面 通過氧化膜與另一片硅晶圓（基底晶圓）貼緊，之后施加熱處理（剝離熱處理），將微小氣 泡層作為剝離面將一片晶圓（接合晶圓）剝離成薄膜狀，進一步施加熱處理（結合熱處理） 牢固地結合，做成SOI晶圓（參照專利文獻1、2)。
[0004] 該方法可比較容易地得到具有剝離面為鏡面，且膜厚均勻性高的SOI層的SOI晶 圓。但是，在利用離子注入剝離法來制作貼合晶圓的情況下，剝離后的貼合晶圓表面存在因 離子注入導致的損傷層，并且與通常的產品級別的單晶硅晶圓的鏡面相比表面粗糙度大。 因此，在利用離子注入剝離法進行的制造中，需要去除這樣的損傷層以及表面粗糙。
[0005] 以往，為了去除該損傷層等，在結合熱處理后的最后工序中，進行被稱作接觸拋光 (夕7于示y7シi)的研磨余量極少的鏡面研磨（加工余量：100nm左右）。然而，若對 貼合晶圓的薄膜（SOI層）實施包含機械加工因素的研磨，則由于研磨的加工余量在面內不 均勻，因此產生通過氫離子等的注入、剝離而實現的薄膜的膜厚均勻性會惡化的問題。
[0006] 作為解決上述問題點的方法，代替所述接觸拋光，開始了實施進行高溫熱處理改 善表面粗糙度的平坦化處理。
[0007] 另一方面，有一種室溫機械剝離法（也被稱作rT-CCP、SiGen法），該方法在向接 合晶圓注入氫離子等時，以智能剝離法的1. 5倍左右的劑量進行注入，之后對接合晶圓和 基底晶圓的貼合面進行等離子處理并貼合，通過在只進行熱處理時不會發(fā)生剝離的熱處理 條件下（例如，350°C以下的低溫熱處理）進行熱處理，使離子注入層脆化，之后，在室溫下 對貼合面附近的外周邊緣部分例如插入楔狀部件，以此為起點對接合晶圓進行機械剝離從 而形成薄膜層（專利文獻3)。該方法可以說以注入大量的氫離子、提高結合力的等離子處 理以及室溫分離為特征。由此，由于能夠改善剝離面的表面粗糙度，因此能夠降低剝離后的 平坦化處理的負荷。
[0008] 與上述方法同樣地，作為降低剝離面的表面粗糙度的其他方法，有將氫離子和氦 離子雙方進行離子注入的共同注入法（專利文獻4、5)。該方法將氫離子和氦離子雙方分別 向接合晶圓進行離子注入，之后與基底晶圓貼合，進行例如500°C、30分鐘左右的剝離熱處 理，并在離子注入層進行剝離，與利用單一離子的離子注入的智能剝離法相比，能夠以少量 劑量進行剝離，并且剝離面的表面粗糙度也能得到改善。
[0009] 如上所述，利用離子注入剝離法的SOI晶圓的制造方法可以分類為3種方法（智 能剝離法、SiGen法、共同注入法）。
[0010] 在上述3種制造方法中，在不利用CMP對剝離后的SOI晶圓的剝離面進行平坦化 處理的情況下，制造出的SOI晶圓的品質特征如下所示。
[0011] 智能剝離法在SOI層膜厚范圍以及平臺形狀上處于沒有大問題的水平，但SOI層 表面的表面粗糙度比其他方法要大。
[0012] 在SiGen法中SOI層表面的表面粗糙度抑制到較小，但由于在室溫分離時放入楔 子，因此在初期發(fā)生分離的區(qū)域和之后發(fā)生分離的邊界上，膜厚分布有很大變化，且SOI層 膜厚范圍變大，此外由于強制分離，平臺形狀產生凹凸狀或缺口。
[0013] 在氫和氦的共同注入中，與SiGen法同樣可以將SOI層表面的表面粗糙度抑制到 較小，并且SOI層膜厚范圍和平臺形狀上也沒有大問題，但是由于注入He的影響，有產生空 隙或泡的情況變多的傾向。
[0014] 作為向設備制造廠發(fā)貨的成品的SOI晶圓，要求SOI層膜厚范圍小，SOI層表面的 表面粗糙度小，平臺部的形狀平滑，并且SOI層沒有空隙或泡等缺陷。
[0015] 這里，平臺部是指在剝離后的SOI晶圓的外周部上SOI層未被復制，基底晶圓的 表面露出的區(qū)域，其主要原因是晶圓的平坦度在鏡面研磨晶圓的外周部的幾毫米左右處惡 化，因此貼合晶圓間的結合力弱，SOI層難以向基底晶圓側復制。如果用光學顯微鏡觀察該 SOI晶圓的平臺部，則觀察到SOI層和平臺部的邊界變成錯綜復雜的凹凸形狀，或SOI層呈 島狀孤立的SOI島。認為這些現象發(fā)生在SOI層被復制的平坦度良好的區(qū)域和不被復制的 平坦度差的區(qū)域間的過渡區(qū)域。預想這樣的凹凸形狀或SOI島會在設備制造工序中從晶圓 上剝落，并成為硅顆粒再次附著在設備制作區(qū)域上，成為設備不良的原因（參照專利文獻 6)〇
[0016] 現有技術文獻
[0017] 專利文獻
[0018] 專利文獻1 :日本專利公開平成5-211128號公報
[0019] 專利文獻2 :日本專利公開2003-347526號公報
[0020] 專利文獻3 :日本專利公開2006-210898號公報
[0021] 專利文獻4 :日本專利公表2007-500435號公報
[0022] 專利文獻5 :日本專利公表2008-513989號公報
[0023] 專利文獻6 :日本專利公開2002-305292號公報

【發(fā)明內容】

[0024] (一）要解決的技術問題
[0025] 本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，目的在于提供一種制造SOI晶圓的方法，所述 SOI晶圓的SOI層膜厚范圍小，SOI層表面的表面粗糙度小，平臺部的形狀平滑，SOI層沒有 空隙或泡等缺陷。
[0026] (二）技術方案
[0027] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種SOI晶圓的制造方法，從由單晶硅晶圓 構成的接合晶圓的表面注入氫離子來形成離子注入層，在將該接合晶圓的離子注入過的表 面與由單晶硅晶圓構成的基底晶圓表面通過氧化膜貼合后，進行剝離熱處理，在所述離子 注入層將接合晶圓剝離，由此制作SOI晶圓，其特征在于，
[0028] 在對所述接合晶圓的貼合面和所述基底晶圓的貼合面中至少一個表面實施等離 子處理后，通過所述氧化膜進行貼合，
[0029] 在所述剝離熱處理中，通過進行第一步驟，即以250°C以下的溫度進行2小時以上 的熱處理，以及第二步驟，即以400°C以上450°C以下的溫度進行30分鐘以上的熱處理，從 而在所述離子注入層剝離所述接合晶圓。
[0030] 本發(fā)明由于向接合晶圓進行（不注入氦離子）只有氫離子的離子注入，不會受到 因注入了氦離子導致產生空隙或泡的影響，在SOI層沒有空隙或泡等缺陷。此外，通過對晶 圓進行等離子處理并貼合能夠加強結合力，之后通過在相對低溫下進行以2個階段升溫的 熱處理（所述第一步驟和第二步驟），階段性地使離子注入層脆化進行剝離，能夠降低SOI 層表面的表面粗糙度。
[0031] 此外，由于本發(fā)明在剝離時（不是放入楔子進行機械剝離）通過熱處理剝離離子 注入層，能夠縮小SOI膜厚范圍，使平臺部的形狀平滑。
[0032] 此時，優(yōu)選地，所述等離子處理對具有氧化膜的晶圓進行氮等離子處理，對沒有氧 化膜的晶圓進行氧等離子處理。
[0033] 由于在進行上述處理后進行晶圓貼合的情況下，特別是結合力增強，因此優(yōu)選。此 外，由于以上述條件處理過的晶圓在相對低溫下完成晶圓剝離，能夠制造剝離面的表面粗 糙度小的SOI晶圓，因此適合。
[0034] 并且此時，能夠不進行CMP而進行平坦化處理。
[0035] 作為這樣的平坦化處理，可以列舉例如犧牲氧化處理+Ar退火+犧牲氧化處理。由 于這樣制作出的SOI晶圓能夠使SOI層的膜厚均勻性特別優(yōu)異，且SOI層膜厚范圍更小，因 此適合。
[0036] 進而，這樣制造出的SOI晶圓能夠使作為剝離面的SOI層表面的表面粗糙度（RMS) 為3nm以下，且該SOI層的膜厚范圍為1. 5nm以下。
[0037] 如果是這種SOI晶圓，能夠使SOI層膜厚范圍和SOI層表面的表面粗糙度極小，并 且平臺部的形狀平滑，SOI層沒有空隙或泡等缺陷，因此作為向設備制造廠發(fā)貨的成品是適 合的。
[0038] (三）有益效果
[0039] 如上所述，根據本發(fā)明，能夠制造SOI層膜厚范圍小，SOI層表面的表面粗糙度小， 平臺部的形狀平滑，SOI層沒有空隙或者泡等缺陷的SOI晶圓。
【附圖說明】