JP5125194B2 - Manufacturing method of bonded wafer - Google Patents

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本発明は、イオン注入したウエーハを結合後に剥離して貼り合わせウエーハを製造する、いわゆるイオン注入剥離法を用いた貼り合わせウエーハの製造方法に関し、特には、剥離後の貼り合わせウエーハ表面の薄膜に残留するダメージ層等を除去することができる貼り合わせウエーハの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a bonded wafer using a so-called ion implantation peeling method, in which an ion-implanted wafer is peeled after bonding to produce a bonded wafer, and in particular, to a thin film on the surface of the bonded wafer after peeling. The present invention relates to a method for manufacturing a bonded wafer capable of removing a remaining damaged layer and the like.

従来より、イオン注入したウエーハを結合後に剥離して貼り合わせウエーハを製造する方法(いわゆるイオン注入剥離法)が知られており、この貼り合わせウエーハの製造方法を用いて、たとえばSOI(Silicon On Insulator)ウエーハ等が製造されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a method of manufacturing a bonded wafer by separating ion-implanted wafers after bonding (so-called ion-implantation peeling method) is known. Using this bonded wafer manufacturing method, for example, SOI (Silicon On Insulator). ) Wafers are manufactured.

この方法は、例えば、SOIウエーハの作製の場合、二枚のシリコンウエーハの内、少なくとも一方に酸化膜を形成すると共に、一方のシリコンウエーハの上面から水素イオンまたは希ガスイオンを注入し、該ウエーハ内部に微小気泡層(封入層)を形成させた後、該イオンを注入した方の面を酸化膜を介して他方のシリコンウエーハと密着させ、その後熱処理(剥離熱処理)を加えて微小気泡層を劈開面として一方のウエーハを薄膜状に剥離してSOIウエーハとする技術(特許文献1参照)である。   For example, in the case of manufacturing an SOI wafer, an oxide film is formed on at least one of two silicon wafers, and hydrogen ions or rare gas ions are implanted from the upper surface of one silicon wafer. After a microbubble layer (encapsulation layer) is formed inside, the surface into which the ions are implanted is brought into close contact with the other silicon wafer through an oxide film, and then heat treatment (peeling heat treatment) is applied to form the microbubble layer. This is a technique (see Patent Document 1) in which one wafer is peeled into a thin film as a cleavage plane to form an SOI wafer.

このような従来のイオン注入剥離法による薄膜状のSOI層(SOI膜)においては、イオン注入によるダメージが残留しており、この残留したダメージはデバイス特性等に影響を与えてしまう。そこでこれを取り除くべく、剥離後のSOI膜表面を犠牲酸化処理してイオン注入によるダメージ層を除去するなど、剥離後のSOI膜に処理を施し、その改善を図ってきた。   In such a thin-film SOI layer (SOI film) formed by the conventional ion implantation delamination method, damage due to ion implantation remains, and the remaining damage affects device characteristics and the like. Therefore, in order to remove this, the SOI film after peeling has been subjected to a treatment such as sacrificial oxidation treatment to remove the damaged layer by ion implantation, and improvements have been made.

しかしながら、剥離後の貼り合わせウエーハ表面の薄膜(SOIウエーハのSOI膜等)に対して、犠牲酸化処理等の従来の処理を施したものについて、本発明者らが調査を行い、この薄膜の表面をAFM(Atomic Force Microscope)測定すると直径0.5〜2μm、深さ1〜4nmの窪み(以下、凹状欠陥と呼ぶ)が有ることが分かった。このような凹状欠陥が存在すると、今後の最先端デバイスの特性に悪影響が生じてしまう。   However, the present inventors have investigated the thin film on the surface of the bonded wafer after peeling (the SOI film of an SOI wafer, etc.) that has been subjected to conventional processing such as sacrificial oxidation, and the surface of this thin film Was measured by AFM (Atomic Force Microscope), it was found that there was a dent (hereinafter referred to as a concave defect) having a diameter of 0.5 to 2 μm and a depth of 1 to 4 nm. The presence of such a concave defect will adversely affect the characteristics of future advanced devices.

特開平5−211128号公報JP-A-5-211128

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、イオン注入剥離法を用いて作製する貼り合わせウエーハの製造方法であり、イオン注入によるダメージを除去することができるとともに、剥離後の貼り合わせウエーハの薄膜の表面において、面粗さを損なうことなく凹状欠陥の発生が抑制された貼り合わせウエーハの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and is a method for manufacturing a bonded wafer manufactured by using an ion implantation separation method, which can remove damage caused by ion implantation and can be used after the separation. An object of the present invention is to provide a method for producing a bonded wafer in which the occurrence of a concave defect is suppressed without impairing the surface roughness on the surface of the thin film of the bonded wafer.

上記課題を解決するため、本発明は、少なくとも、ガスイオンの注入により形成された微小気泡層を有するボンドウエーハと支持基板となるベースウエーハとを接合し、前記微小気泡層を境界としてボンドウエーハを剥離してベースウエーハ上に薄膜を形成するイオン注入剥離法によって貼り合わせウエーハを製造する方法において、前記ボンドウエーハを剥離した後の貼り合わせウエーハの薄膜の表面に、保護膜を形成する第一工程を行ってから、非酸化性ガス雰囲気下で熱処理する第二工程を行い、次に、酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行って前記貼り合わせウエーハの表層に熱酸化膜を形成した後、該熱酸化膜および前記保護膜を除去する第三工程を行い、その後、再度非酸化性ガス雰囲気下で熱処理する第四工程を行うことを特徴とする貼り合わせウエーハの製造方法を提供する(請求項1)。   In order to solve the above-described problems, the present invention at least bonds a bond wafer having a microbubble layer formed by gas ion implantation and a base wafer to be a support substrate, and uses the microbubble layer as a boundary to bond the bond wafer. In the method of manufacturing a bonded wafer by an ion implantation peeling method that peels and forms a thin film on a base wafer, a first step of forming a protective film on the surface of the thin film of the bonded wafer after peeling the bond wafer After performing a second step of heat treatment in a non-oxidizing gas atmosphere, and then performing a heat treatment in an oxidizing gas atmosphere to form a thermal oxide film on the surface layer of the bonded wafer, Performing a third step of removing the oxide film and the protective film, and then performing a fourth step of heat treatment again in a non-oxidizing gas atmosphere. That bonding to provide a method of manufacturing a wafer (claim 1).

このような本発明の貼り合わせウエーハの製造方法であれば、まず、ボンドウエーハを剥離した後の貼り合わせウエーハの薄膜の表面に対し、第一工程で保護膜を形成するので、次の第二工程の非酸化性ガス雰囲気下での熱処理を行っても、薄膜表面の面粗さが悪化するのを効果的に防ぐことができる。また、最初に表面に保護膜を形成することにより、例えば熱処理炉からの重金属等によるウエーハ汚染を防止することも可能である。
そして、第一工程で保護膜を形成した後、非酸化性ガス雰囲気下で熱処理する第二工程を行い、次に、酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行って前記貼り合わせウエーハの表層に熱酸化膜を形成した後、該熱酸化膜および前記保護膜を除去する第三工程を行い、その後、再度非酸化性ガス雰囲気下で熱処理する第四工程を行うことにより、従来の貼り合わせウエーハの製造方法では多発してしまう凹状欠陥の発生を著しく抑制することができる。この結果、デバイス特性の向上、安定化を図ることができ、歩留りを向上させることが可能である。
In such a method for manufacturing a bonded wafer according to the present invention, a protective film is first formed on the surface of the thin film of the bonded wafer after the bond wafer is peeled off. Even if heat treatment is performed in a non-oxidizing gas atmosphere in the process, it is possible to effectively prevent the surface roughness of the thin film surface from being deteriorated. Further, by first forming a protective film on the surface, it is possible to prevent wafer contamination due to, for example, heavy metals from a heat treatment furnace.
Then, after forming the protective film in the first step, a second step is performed in which heat treatment is performed in a non-oxidizing gas atmosphere, and then a heat treatment is performed in an oxidizing gas atmosphere to thermally oxidize the surface layer of the bonded wafer. After forming the film, a third step of removing the thermal oxide film and the protective film is performed, and then a fourth step of heat-treating again in a non-oxidizing gas atmosphere is performed, thereby manufacturing a conventional bonded wafer. The method can remarkably suppress the occurrence of concave defects that frequently occur. As a result, device characteristics can be improved and stabilized, and yield can be improved.

このとき、前記第一工程で保護膜として熱酸化膜を形成するのが好ましい(請求項2)。
このように、第一工程で保護膜として熱酸化膜を形成するのであれば、容易に緻密な保護膜を形成することが可能である。
At this time, it is preferable to form a thermal oxide film as a protective film in the first step.
Thus, if a thermal oxide film is formed as a protective film in the first step, a dense protective film can be easily formed.

そして、前記第一工程で保護膜として形成する熱酸化膜を、RTAにより形成することができる(請求項3)。
このように、第一工程で保護膜として形成する熱酸化膜を、RTA(Rapid Thermal Annealing)により形成すれば、短時間で良質の熱酸化膜を形成することが可能である。
The thermal oxide film formed as the protective film in the first step can be formed by RTA.
As described above, if the thermal oxide film formed as the protective film in the first step is formed by RTA (Rapid Thermal Annealing), it is possible to form a high-quality thermal oxide film in a short time.

また、前記第二工程での熱処理において、熱処理温度を1200℃未満とすることが可能である(請求項4)。
本発明では、第一工程で剥離後の貼り合わせウエーハの薄膜の表面に保護膜を形成してから、非酸化性ガス雰囲気下で熱処理する第二工程を行うので、該第二工程での熱処理温度が1200℃未満であっても、薄膜の表面に面荒れが発生するのを効果的に防止することができる。これにより、より一層の不純物汚染の抑制を図ることができる。
Further, in the heat treatment in the second step, the heat treatment temperature can be set to less than 1200 ° C. (Claim 4).
In the present invention, since the protective film is formed on the surface of the thin film of the bonded wafer after peeling in the first step, the second step of heat treatment in a non-oxidizing gas atmosphere is performed, so the heat treatment in the second step Even if the temperature is less than 1200 ° C., it is possible to effectively prevent surface roughness from occurring on the surface of the thin film. Thereby, further suppression of impurity contamination can be achieved.

そして、前記第四工程後に、さらに、酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行って前記薄膜の表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去する第五工程を行うことができる(請求項5)。
このように、第四工程後に、さらに、酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行って薄膜の表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去する第五工程を行えば、薄膜の厚さを所望の厚さに容易に調整することができる。
Then, after the fourth step, a fifth step of further performing a heat treatment in an oxidizing gas atmosphere to form a thermal oxide film on the surface of the thin film and removing the thermal oxide film can be performed. 5).
Thus, after the fourth step, if the fifth step of forming a thermal oxide film on the surface of the thin film by performing a heat treatment in an oxidizing gas atmosphere and removing the thermal oxide film is performed, the thickness of the thin film Can be easily adjusted to a desired thickness.

また、前記第二工程および/または前記第四工程での熱処理において、前記非酸化性ガス雰囲気をAr100%とするのが好ましい(請求項6)。
このように、第二工程および/または第四工程、特には第二工程での熱処理において、非酸化性ガス雰囲気をAr100%とすれば、酸素が混入されていないため、熱処理雰囲気が酸化性になるのをより確実に防ぎ、凹状欠陥が発生するのを一層効果的に防止することができる。
Further, in the heat treatment in the second step and / or the fourth step, it is preferable that the non-oxidizing gas atmosphere is Ar 100% (Claim 6).
In this way, in the heat treatment in the second step and / or the fourth step, particularly the second step, if the non-oxidizing gas atmosphere is Ar 100%, oxygen is not mixed in, so the heat treatment atmosphere becomes oxidizing. It is possible to more reliably prevent the occurrence of concave defects and more effectively prevent the occurrence of concave defects.

このような本発明の貼り合わせウエーハの製造方法であれば、薄膜表面の面粗さを悪化させること無く、かつ、薄膜表面に発生する凹状欠陥を著しく減少させることができるので、今後の最先端デバイスにも十分に対応でき、デバイス性能が安定し、歩留りを向上させることができる。   With such a method for producing a bonded wafer according to the present invention, since the surface roughness of the thin film surface is not deteriorated and the concave defects generated on the thin film surface can be remarkably reduced, The device can be fully supported, the device performance is stabilized, and the yield can be improved.

以下では、本発明の実施の形態について図を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上述したように、従来のイオン注入剥離法を用いて作製された貼り合わせウエーハの薄膜(例えば貼り合わせSOIウエーハのSOI膜等)について本発明者らが調査を行ったところ、その表面をAFM測定すると凹状欠陥が発生していることが判った。この凹状欠陥はデバイスの特性に悪影響を与えてしまう。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
As described above, when the present inventors investigated a thin film of a bonded wafer (for example, an SOI film of a bonded SOI wafer) manufactured by using a conventional ion implantation separation method, the surface thereof was measured by AFM. Then, it turned out that the concave defect has generate | occur | produced. This concave defect adversely affects the characteristics of the device.

そこで、この凹状欠陥について、さらに本発明者らが詳細に調べた結果、以下に示す実験のように、薄膜の表面に1×10/cm程度の密度で存在する事が分かった。この程度の密度で凹状欠陥が薄膜表面に存在した場合、AFM測定の領域として、1〜10μm角の測定ではあまり検出されないが、30μm角程度の比較的広い領域の測定の際には検出されることが多くなる。 Therefore, as a result of further examination of the concave defect by the present inventors, it was found that it exists at a density of about 1 × 10 5 / cm 2 on the surface of the thin film as shown in the following experiment. When concave defects are present on the surface of the thin film at such a density, it is not detected as much as 1 to 10 μm square as an AFM measurement area, but is detected when measuring a relatively wide area of about 30 μm square. A lot of things.

(実験1−4)
イオン注入剥離法を用いて作製した貼り合わせウエーハに関し、剥離後の処理と凹状欠陥の関係について調査を行った。
ここでは、貼り合わせSOIウエーハの場合を例に挙げる。まず、以下のように、従来と同様にしてイオン注入剥離法によってSOIウエーハを製造する。すなわち、図2に示すような手順でSOIウエーハを製造する。
図2のイオン注入剥離法において、手順(a)では、2枚のシリコン鏡面ウエーハを準備するものであり、デバイスの仕様に合った支持基板となるベースウエーハ1とSOI膜となるボンドウエーハ2を準備する。
(Experiment 1-4)
Regarding the bonded wafer produced using the ion implantation separation method, the relationship between the treatment after the separation and the concave defect was investigated.
Here, a case of a bonded SOI wafer is taken as an example. First, as described below, an SOI wafer is manufactured by an ion implantation separation method in the same manner as in the prior art. That is, an SOI wafer is manufactured by a procedure as shown in FIG.
In the ion implantation delamination method of FIG. 2, in step (a), two silicon mirror wafers are prepared, and a base wafer 1 serving as a support substrate and a bond wafer 2 serving as an SOI film conforming to the device specifications are prepared. prepare.

ここでは、チョクラルスキー法により作製された結晶方位〈100〉で、導電型がp型で、抵抗率が10Ω・cmのシリコン単結晶インゴットをスライスして、これを加工することによって直径300mmのシリコン鏡面ウエーハを作製した。これらをボンドウエーハとベースウエーハに分けた。   Here, a silicon single crystal ingot having a crystal orientation <100> produced by the Czochralski method, a conductivity type of p type, and a resistivity of 10 Ω · cm is sliced and processed to have a diameter of 300 mm. A silicon mirror wafer was produced. These were divided into bond wafers and base wafers.

次に手順(b)では、そのうちの少なくとも一方のウエーハ、ここではボンドウエーハ2を熱酸化し、その表面に約0.1〜2.0μm厚の酸化膜3(後に、埋め込み酸化膜となる)を形成する。
ここでは、0.4μmの厚さとした。
Next, in the step (b), at least one of the wafers, here, the bond wafer 2 is thermally oxidized, and an oxide film 3 having a thickness of about 0.1 to 2.0 μm is formed on the surface (later becomes a buried oxide film). Form.
Here, the thickness is 0.4 μm.

手順(c)では、表面に酸化膜3を形成したボンドウエーハ2の片面に対して水素イオンまたは希ガスイオン等のガスイオン、ここでは水素イオンを注入し、イオンの平均進入深さにおいて表面に平行な微小気泡層(封入層)4を形成させる。
ここでのイオン注入条件は、注入したイオンはHイオンであり、注入エネルギーは50keV、注入線量は5.0×1016/cmとした。
In step (c), gas ions such as hydrogen ions or rare gas ions, in this case hydrogen ions, are implanted into one surface of the bond wafer 2 on which the oxide film 3 is formed on the surface, and the surface has an average ion penetration depth. Parallel microbubble layers (encapsulation layers) 4 are formed.
The ion implantation conditions here are such that the implanted ions are H + ions, the implantation energy is 50 keV, and the implantation dose is 5.0 × 10 16 / cm 2 .

手順(d)では、水素イオンを注入したボンドウエーハ2の水素イオン注入面に、ベースウエーハ1を酸化膜3を介して重ね合せて密着させる。通常は、常温の清浄な雰囲気下で2枚のウエーハの表面同士を接触させることにより、接着剤等を用いることなくウエーハ同士が接着する。
この実験においても、通常通り、常温においてウエーハ同士を接着させた。
In step (d), the base wafer 1 is superposed and adhered to the hydrogen ion implantation surface of the bond wafer 2 into which hydrogen ions have been implanted via the oxide film 3. Usually, the wafers are bonded to each other without using an adhesive or the like by bringing the surfaces of the two wafers into contact with each other in a clean atmosphere at room temperature.
Also in this experiment, the wafers were bonded together at normal temperature as usual.

次に、手順(e)では、封入層4を境界としてボンドウエーハを剥離することによって、剥離ウエーハ5とSOIウエーハ6(SOI膜7+埋め込み酸化膜3+ベースウエーハ1)に分離する。例えば不活性ガス雰囲気下約400℃〜600℃の温度で熱処理を加えれば、封入層における結晶の再配列と気泡の凝集とによって剥離ウエーハ5とSOIウエーハ6に分離される。そして、この剥離したままのSOIウエーハ表面のSOI膜7には、ダメージ層8が残留する。
なお、この実験においては、剥離熱処理は、Nガス雰囲気下で、500℃、2時間の熱処理とした。
Next, in the procedure (e), the bond wafer is peeled off with the encapsulating layer 4 as a boundary, thereby separating into a peeled wafer 5 and an SOI wafer 6 (SOI film 7 + embedded oxide film 3 + base wafer 1). For example, if heat treatment is performed at a temperature of about 400 ° C. to 600 ° C. in an inert gas atmosphere, the separation wafer 5 and the SOI wafer 6 are separated by rearrangement of crystals and aggregation of bubbles in the encapsulating layer. The damaged layer 8 remains on the SOI film 7 on the surface of the SOI wafer that has been peeled off.
In this experiment, the peeling heat treatment was performed at 500 ° C. for 2 hours in an N 2 gas atmosphere.

このようにして得られた剥離後のSOIウエーハに対し、
実験1:非酸化性ガス雰囲気下での熱処理(Ar100%、1200℃、1hr)
実験2:犠牲酸化処理(パイロジェニック雰囲気下、900℃、1hrの熱処理後、15%のHFにより、ウエーハ表面(SOI膜表面)に形成された熱酸化膜を除去)してから、非酸化性ガス雰囲気下での熱処理(Ar100%、1200℃、1hr)
実験3:犠牲酸化処理(パイロジェニック雰囲気下、900℃、2hrの熱処理後、15%のHFにより、ウエーハ表面(SOI膜表面)に形成された熱酸化膜を除去)してから、非酸化性ガス雰囲気下での熱処理(Ar100%、1200℃、1hr)
実験4:ケミカルエッチング(SC−1液(NHOH/H/HOの混合液)に、76℃、140分浸漬)を行ってから、非酸化性ガス雰囲気下での熱処理(Ar100%、1200℃、1hr)
の各処理を行い、犠牲酸化処理(パイロジェニック雰囲気下、950℃、3hrの熱処理後、15%のHFにより、熱酸化膜を除去)を追加した後、SOI膜表面をAFM測定し、凹状欠陥を調査した。
For the SOI wafer after peeling thus obtained,
Experiment 1: Heat treatment in non-oxidizing gas atmosphere (Ar 100%, 1200 ° C., 1 hr)
Experiment 2: Sacrificial oxidation treatment (after removing the thermal oxide film formed on the wafer surface (SOI film surface) with 15% HF after heat treatment at 900 ° C. for 1 hour in a pyrogenic atmosphere) and then non-oxidizing Heat treatment in a gas atmosphere (Ar 100%, 1200 ° C., 1 hr)
Experiment 3: Sacrificial oxidation treatment (after removing the thermal oxide film formed on the wafer surface (SOI film surface) with 15% HF after heat treatment at 900 ° C. for 2 hours in a pyrogenic atmosphere) and then non-oxidizing Heat treatment in a gas atmosphere (Ar 100%, 1200 ° C., 1 hr)
Experiment 4: After chemical etching (SC-1 solution (mixed solution of NH 4 OH / H 2 O 2 / H 2 O) at 76 ° C. for 140 minutes), heat treatment in a non-oxidizing gas atmosphere (Ar 100%, 1200 ° C., 1 hr)
After adding a sacrificial oxidation treatment (pyrogenic atmosphere, heat treatment at 950 ° C. for 3 hours, and removing the thermal oxide film with 15% HF), the surface of the SOI film was measured by AFM, and a concave defect was obtained. investigated.

その結果、凹状欠陥は実験1では3.7×10/cm、実験2では1.3×10/cm、実験3では1.0×10/cm、実験4では0/cmであった。
このように、この凹状欠陥は、最初に非酸化性ガス雰囲気下での熱処理を行った場合に顕著に観察されることから、発生原因は非酸化性ガス雰囲気でのエッチング作用により起こると考えられる(実験1)。また、最初に犠牲酸化を行うと、最初に非酸化性ガス雰囲気下での熱処理を行った場合よりも凹状欠陥は低密度に発生することが分かる(実験1と実験2、3)。さらには、凹状欠陥の密度は剥離後の犠牲酸化膜厚に依存していることも分かる(実験2、3)、ただし、一方で、犠牲酸化膜を厚くしていくのみでは凹状欠陥の抑制には限界が有ることが分かった。
As a result, the concave defect was 3.7 × 10 7 / cm 2 in Experiment 1, 1.3 × 10 5 / cm 2 in Experiment 2 , 1.0 × 10 5 / cm 2 in Experiment 3, and 0 / in Experiment 4. cm 2 .
Thus, since this concave defect is observed remarkably when heat treatment is first performed in a non-oxidizing gas atmosphere, the cause of the occurrence is considered to be caused by the etching action in the non-oxidizing gas atmosphere. (Experiment 1). It can also be seen that when sacrificial oxidation is first performed, the concave defects are generated at a lower density than when heat treatment is first performed in a non-oxidizing gas atmosphere (Experiment 1, Experiment 2, and 3). Furthermore, it can also be seen that the density of the concave defects depends on the sacrificial oxide film thickness after peeling (Experiments 2 and 3). However, on the other hand, the thickening of the sacrificial oxide film only suppresses the concave defects. Found that there was a limit.

そして、犠牲酸化処理によるイオン注入のダメージ除去の代わりに、ケミカルエッチングによってダメージ層を犠牲酸化の場合と同程度除去した後、非酸化性ガス雰囲気下で熱処理した場合では、凹状欠陥は観察されなくなる事が分かった(実験4)。しかしながら、このようにケミカルエッチングでダメージ層を除去する方法では、肝心のSOI膜厚の均一性が劣化してしまう為、実用的な方法ではない。   Then, instead of removing the damage of the ion implantation by the sacrificial oxidation treatment, the concave defect is not observed when the damaged layer is removed by chemical etching as much as the sacrificial oxidation and then heat-treated in a non-oxidizing gas atmosphere. I found out (Experiment 4). However, this method of removing the damaged layer by chemical etching is not a practical method because the essential uniformity of the SOI film thickness deteriorates.

これらの結果から、酸化性の雰囲気ではイオン注入のダメージ領域を酸化して取り除く効果と共にダメージ部に生じた欠陥を成長させる効果も有り、成長した欠陥やそれに伴う歪みが、その後の非酸化性雰囲気での熱処理のエッチング作用によって局部的にエッチングされることにより、凹状欠陥を発生させていると本発明者らは推測した。   From these results, the oxidizing atmosphere has the effect of oxidizing and removing the damaged region of the ion implantation and growing the defect generated in the damaged portion, and the grown defect and the distortion accompanying it grow in the subsequent non-oxidizing atmosphere. The present inventors speculated that a concave defect was generated by being locally etched by the etching action of the heat treatment in FIG.

そして、さらに鋭意研究を重ねた結果、以下のことを発見した。まず、非酸化性ガス雰囲気下での熱処理を施すことにより、イオン注入によるダメージを回復させ、それによってその後の犠牲酸化処理における酸化性ガス雰囲気下での熱処理時に、ダメージ部に生じる欠陥の成長を防ぐことができる。このようにすれば、その後に非酸化性ガス雰囲気下での熱処理を行っても、そもそもダメージが回復しており、ダメージ部における欠陥が成長しないため、成長した欠陥やそれに伴う歪みに起因する局部的なエッチングが発生するのを効果的に防止することができ、凹状欠陥の発生を著しく抑制できることを見出した。但し、剥離後、すぐに非酸化性の熱処理を加えると、面粗れやウエーハの汚染が生じ易く、更に改善が必要となった。   As a result of further earnest research, we discovered the following. First, by performing heat treatment in a non-oxidizing gas atmosphere, damage due to ion implantation is recovered, and thereby the growth of defects occurring in the damaged portion during heat treatment in an oxidizing gas atmosphere in the subsequent sacrificial oxidation treatment is performed. Can be prevented. In this way, even if heat treatment is subsequently performed in a non-oxidizing gas atmosphere, the damage has been recovered in the first place, and the defect in the damaged part does not grow. It has been found that it is possible to effectively prevent the occurrence of a general etching and remarkably suppress the occurrence of concave defects. However, if non-oxidizing heat treatment was applied immediately after peeling, surface roughness and wafer contamination were likely to occur, and further improvements were required.

そこで、本発明者は、剥離後のSOIウエーハに対し、最初の非酸化性ガス雰囲気下での熱処理を施す前に、予めウエーハ表面に保護膜を形成しておくことにより、非酸化性ガス雰囲気下での熱処理を行っても、SOI膜表面の汚染や面粗さが悪化するのを防止できることも見出し、本発明を完成させた。   Therefore, the present inventor previously formed a protective film on the surface of the wafer before performing the first heat treatment in the non-oxidizing gas atmosphere on the peeled SOI wafer, thereby providing a non-oxidizing gas atmosphere. It has also been found that even if the heat treatment is performed under the condition, the contamination and surface roughness of the SOI film surface can be prevented from deteriorating, and the present invention has been completed.

以下、本発明の貼り合わせウエーハの製造方法について、図を参照して説明する。なお、ここでは、貼り合わせSOIウエーハを製造する場合を例に挙げて説明するが、本発明は当然これに限定されない。貼り合わせウエーハであれば良い。
図1に本発明の貼り合わせウエーハの製造方法の工程の流れの一例を示す。なお、イオン注入剥離法を用いて作製した剥離後のSOIウエーハを準備するにあたっては、実験1−4、図2に示したのと同様の手順により準備することができる。
Hereinafter, the manufacturing method of the bonded wafer of this invention is demonstrated with reference to figures. Here, a case where a bonded SOI wafer is manufactured will be described as an example, but the present invention is naturally not limited to this. Any bonded wafer may be used.
FIG. 1 shows an example of the process flow of the method for manufacturing a bonded wafer of the present invention. In addition, when preparing the SOI wafer after peeling produced using the ion implantation peeling method, it can prepare according to the procedure similar to that shown in Experiment 1-4 and FIG.

(第一工程)
表面に薄膜状のSOI膜を有するSOIウエーハに対し、本発明では、まず、SOI膜の表面に保護膜を形成する。
このように、後の工程で行う熱処理に備えて予め保護膜を形成しておくことで、その熱処理のためにSOI膜の表面の面粗さが悪化するのを効果的に防止することができる。
また、この保護膜により、熱処理時に、熱処理炉等からの重金属がSOI膜に進入し、金属汚染が発生することを防ぐことができる。
(First step)
In the present invention, a protective film is first formed on the surface of the SOI film for an SOI wafer having a thin SOI film on the surface.
In this manner, by forming a protective film in advance for heat treatment performed in a later step, it is possible to effectively prevent the surface roughness of the SOI film from being deteriorated due to the heat treatment. .
Further, this protective film can prevent heavy metal from a heat treatment furnace or the like from entering the SOI film and causing metal contamination during heat treatment.

この保護膜は特に限定されないが、例えば、SOIウエーハを酸化性ガス雰囲気下で熱処理することにより、保護膜として熱酸化膜を形成することができる。熱酸化膜であれば、容易に緻密なものを形成することができ簡便である。   Although this protective film is not particularly limited, for example, a thermal oxide film can be formed as a protective film by heat-treating an SOI wafer in an oxidizing gas atmosphere. If it is a thermal oxide film, it is easy to form a dense film easily.

特に、RTAにより形成するのであれば、極めて短時間で良質の熱酸化膜を形成することができる。さらには、この段階でRTA処理を行うことにより、ベースウエーハ中に存在する酸素析出核を消滅させることもでき、その後の高温熱処理でベースウエーハ中に必要以上に酸素析出物が形成されることを抑制することができ、その結果、SOIウエーハに不必要な反りを発生させることを防止する効果が得られる。   In particular, if it is formed by RTA, a good quality thermal oxide film can be formed in a very short time. Furthermore, by performing RTA treatment at this stage, it is possible to eliminate oxygen precipitate nuclei existing in the base wafer, and it is confirmed that oxygen precipitates are formed more than necessary in the base wafer by subsequent high-temperature heat treatment. As a result, an effect of preventing unnecessary warping of the SOI wafer can be obtained.

なお、このときの酸化条件、形成する熱酸化膜の厚さ等も特に限定されず、その後に行う熱処理の条件等に応じ、その都度決定することができる。保護膜としての役割を果たすことができるものを形成できる条件であれば良い。
また、熱酸化に限定されず、CVD法等により形成することもできる。
Note that the oxidation conditions at this time, the thickness of the thermal oxide film to be formed, and the like are not particularly limited, and can be determined each time according to the conditions of the heat treatment performed thereafter. Any conditions that can form a film that can serve as a protective film may be used.
Moreover, it is not limited to thermal oxidation, It can also form by CVD method etc.

(第二工程)
上記のようにして保護膜をSOI膜の表面に形成した後、非酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行う。
このように、非酸化性ガス雰囲気下での熱処理をSOIウエーハに施すことにより、SOI膜中において、先のイオン注入によって生じ、残留しているダメージを回復させることができる。また、一方で非酸化性雰囲気下での熱処理温度が1200℃以上の場合、ダメージ部のエッチングによって凹状欠陥も発生するが、この凹状欠陥は、後述するように第四工程の非酸化性ガス雰囲気下での熱処理で、マイグレーションによって消滅するものと考えられる。
(Second step)
After forming the protective film on the surface of the SOI film as described above, heat treatment is performed in a non-oxidizing gas atmosphere.
As described above, by performing heat treatment in a non-oxidizing gas atmosphere on the SOI wafer, damage caused by the previous ion implantation in the SOI film can be recovered. On the other hand, when the heat treatment temperature in the non-oxidizing atmosphere is 1200 ° C. or higher, a concave defect is also generated by etching the damaged portion. It is thought that it disappears by migration in the lower heat treatment.

なお、このときの熱処理温度は特には限定されないが、例えば1200℃未満とすることができる。1200℃未満であれば、SOI膜の表面に形成した保護膜が熱処理中に完全に除去されることがなく、ダメージ部のエッチングを十分に抑制することができる。
当然、1200℃以上とすることも可能ではあるが、1200℃未満のように、より低温で熱処理することによって、熱処理炉からの重金属汚染も発生しにくく、より簡単かつ低コストで済ますことができる。
In addition, although the heat processing temperature at this time is not specifically limited, For example, it can be set to less than 1200 degreeC. When the temperature is lower than 1200 ° C., the protective film formed on the surface of the SOI film is not completely removed during the heat treatment, and etching of the damaged portion can be sufficiently suppressed.
Naturally, it is possible to set the temperature to 1200 ° C. or higher. However, by performing heat treatment at a lower temperature such as less than 1200 ° C., heavy metal contamination from the heat treatment furnace is less likely to occur, and it can be performed more easily and at low cost. .

このとき、通常、保護膜なしでは、この非酸化性雰囲気下での熱処理において、1200℃未満ではSOI膜の表面粗さが悪化し易いため、1200℃以上の熱処理温度で熱処理するのが好ましい。しかしながら、本発明では、先に述べたように予め保護膜を形成しているため、このような低温であっても、SOI膜の面粗さを悪化させることなくSOI膜におけるダメージを回復させることができる。
また、熱処理温度の下限としては、ダメージ回復を効率的に行うため、例えば1000℃以上にするのが良い。
At this time, normally, without the protective film, in the heat treatment in the non-oxidizing atmosphere, the surface roughness of the SOI film is likely to be deteriorated at a temperature lower than 1200 ° C., so that the heat treatment is preferably performed at a heat treatment temperature of 1200 ° C. or higher. However, in the present invention, as described above, since the protective film is formed in advance, even in such a low temperature, the damage in the SOI film can be recovered without deteriorating the surface roughness of the SOI film. Can do.
Moreover, as a minimum of heat processing temperature, in order to recover damage efficiently, it is good to set it as 1000 degreeC or more, for example.

(第三工程)
次に、犠牲酸化処理を行う。すなわち、まず、酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行い、SOIウエーハの表層に熱酸化膜を形成した後、該熱酸化膜をHF水溶液等により除去する。このとき、第一工程で保護膜として形成した熱酸化膜も除去される。
上述したように、この犠牲酸化処理によって、残留するダメージ領域を除去することが可能であるが、そもそも酸化性ガス雰囲気下での熱処理では、イオン注入によるダメージ部に生じた欠陥を成長させる効果もあるため、この第三工程を行った後に、第四工程である非酸化性ガス雰囲気下での熱処理を行うと、第三工程で成長した欠陥やそれに伴う歪みが第四工程でエッチングされ、凹状欠陥が発生してしまう。
(Third process)
Next, sacrificial oxidation treatment is performed. That is, first, heat treatment is performed in an oxidizing gas atmosphere to form a thermal oxide film on the surface layer of the SOI wafer, and then the thermal oxide film is removed with an HF aqueous solution or the like. At this time, the thermal oxide film formed as the protective film in the first step is also removed.
As described above, it is possible to remove the remaining damaged region by this sacrificial oxidation treatment, but in the first place, the heat treatment under an oxidizing gas atmosphere also has the effect of growing defects generated in the damaged portion due to ion implantation. Therefore, after performing this third step, if a heat treatment is performed in a non-oxidizing gas atmosphere, which is the fourth step, the defects grown in the third step and the distortion associated therewith are etched in the fourth step, resulting in a concave shape. Defects will occur.

しかしながら、本発明では、犠牲酸化処理を行う第三工程の前に、第二工程で非酸化性ガス雰囲気下での熱処理を行い、ダメージ部の回復を行っている。したがって、第三工程で酸化性ガス雰囲気下の熱処理を行っても、ダメージ自体の数が減少しているため、成長する欠陥数も減少したものとなる。そのため、この成長した欠陥や歪みに起因する第四工程での局部的なエッチングの発生も減少するので、このエッチング作用により生じる凹状欠陥の数も著しく減少させることができる。   However, in the present invention, before the third step of performing the sacrificial oxidation treatment, the damaged portion is recovered by performing a heat treatment in a non-oxidizing gas atmosphere in the second step. Therefore, even when heat treatment is performed in an oxidizing gas atmosphere in the third step, the number of damages itself is reduced, so that the number of growing defects is also reduced. For this reason, the occurrence of local etching in the fourth step due to the grown defects and distortion is also reduced, so that the number of concave defects caused by this etching action can be significantly reduced.

この第三工程における熱処理条件や、形成した熱酸化膜の除去方法は特に限定されず、その都度決定することができる。従来と同様の方法で犠牲酸化処理を行えば良い。
また、第二工程の非酸化性ガス雰囲気下の熱処理と、第三工程の犠牲酸化処理における酸化性ガス雰囲気下の熱処理は連続的に行うことも可能である。
さらに、第一工程から第三工程の熱処理を同一のヒータ加熱方式の熱処理炉(バッチ炉)を用いて連続的に行うことも可能である。
The heat treatment conditions in the third step and the method for removing the formed thermal oxide film are not particularly limited and can be determined each time. The sacrificial oxidation treatment may be performed by a method similar to the conventional method.
Further, the heat treatment in the non-oxidizing gas atmosphere in the second step and the heat treatment in the oxidizing gas atmosphere in the sacrificial oxidation treatment in the third step can be performed continuously.
Further, the heat treatment from the first step to the third step can be performed continuously using the same heater heating type heat treatment furnace (batch furnace).

(第四工程)
第三工程の後、再度非酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行う。
上述したように、第三工程までの工程により、ダメージ部に生じ、成長するはずの欠陥数は極めて減少しており、成長した欠陥、それに伴う歪みの数も当然減少しているため、第四工程で、これらに起因する局部的なエッチングの発生数は極めて抑制される。
また、第二工程で発生した凹状欠陥は、この第四工程でマイグレーションが発生するため消滅させることができる。
(Fourth process)
After the third step, heat treatment is performed again in a non-oxidizing gas atmosphere.
As described above, the number of defects that have occurred in the damaged portion and should grow due to the steps up to the third step has been extremely reduced, and the number of grown defects and the distortions associated therewith are naturally reduced. In the process, the number of local etching caused by these is extremely suppressed.
In addition, the concave defect generated in the second process can be eliminated because migration occurs in the fourth process.

なお、この第四工程、また、上記第二工程の非酸化性ガス雰囲気下での熱処理においては、熱処理雰囲気は非酸化性ガス雰囲気であれば良く、特に限定されるものではない。
1%でも酸素を混ぜると酸化性の雰囲気になってしまい、凹状欠陥の発生の抑制効果を得ることができなくなるため、これらの工程(特に第二工程)では、例えばAr100%とするのが望ましい。
In the fourth step and the heat treatment in the non-oxidizing gas atmosphere in the second step, the heat-treating atmosphere may be a non-oxidizing gas atmosphere and is not particularly limited.
Even if oxygen is mixed even at 1%, an oxidizing atmosphere is formed, and the effect of suppressing the occurrence of concave defects cannot be obtained. Therefore, in these steps (particularly the second step), for example, Ar is preferably 100%. .

(第五工程)
上記のような第一工程〜第四工程を行った後、第五工程として、必要に応じて、例えばさらに犠牲酸化処理を行うことによって、SOI膜の厚さが所望の厚さとなるように調整することができる。
この犠牲酸化処理自体は、従来と同様の方法とすることができる。この方法については、上記第三工程においても述べた通りである。
(Fifth process)
After performing the first to fourth steps as described above, as a fifth step, if necessary, for example, further sacrificial oxidation treatment is performed to adjust the thickness of the SOI film to a desired thickness. can do.
This sacrificial oxidation treatment itself can be the same as the conventional method. This method is as described in the third step.

以上のような本発明の貼り合わせウエーハの製造方法により、SOI膜等の薄膜の汚染や面粗さを悪化させることもなく、剥離後の薄膜に残留するイオン注入によるダメージを除去するとともに、従来方法では多発していた薄膜表面の凹状欠陥の発生を著しく抑制することができる。すなわち、デバイス特性がより優れた貼り合わせウエーハを得ることが可能である。   According to the method for producing a bonded wafer of the present invention as described above, damage caused by ion implantation remaining in the thin film after peeling is removed without deteriorating contamination and surface roughness of a thin film such as an SOI film. The method can remarkably suppress the occurrence of concave defects on the surface of the thin film, which frequently occurred. That is, it is possible to obtain a bonded wafer having more excellent device characteristics.

以下に本発明の実施例を挙げて、本発明を詳細に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。
(実施例1−5)
本発明の貼り合わせSOIウエーハの製造方法を用い、SOIウエーハを製造する。
チョクラルスキー法により作製された結晶方位〈100〉で、導電型がp型で、抵抗率が10Ω・cmのシリコン単結晶インゴットをスライスして、これを加工することによって直径300mmのシリコン鏡面ウエーハを作製した。これらをボンドウエーハとベースウエーハに分け、図2の各手順にしたがって、表面に薄膜状のSOI膜を有するSOIウエーハをサンプルとして得た。
The present invention will be described in detail below with reference to examples of the present invention, but these examples do not limit the present invention.
(Example 1-5)
An SOI wafer is manufactured using the bonded SOI wafer manufacturing method of the present invention.
A silicon mirror wafer having a diameter of 300 mm is prepared by slicing and processing a silicon single crystal ingot having a crystal orientation <100> produced by the Czochralski method and having a p-type conductivity and a resistivity of 10 Ω · cm. Was made. These were divided into a bond wafer and a base wafer, and an SOI wafer having a thin-film SOI film on the surface was obtained as a sample in accordance with each procedure in FIG.

なお、SOI膜の厚さを400nm、埋め込み酸化膜の厚さを150nmとした。また、イオン注入条件として、注入したイオンをHイオンとし、注入エネルギーを50keV、注入線量を5.0×1016/cmとした。さらに、剥離熱処理は、Nガス雰囲気下で、500℃、2時間の熱処理とした。 Note that the thickness of the SOI film was 400 nm, and the thickness of the buried oxide film was 150 nm. As ion implantation conditions, the implanted ions were H + ions, the implantation energy was 50 keV, and the implantation dose was 5.0 × 10 16 / cm 2 . Further, the peeling heat treatment was performed at 500 ° C. for 2 hours in an N 2 gas atmosphere.

このようにして得られた剥離後のSOIウエーハに対し、まず、RTAにより、酸素雰囲気下、1000℃、30秒の熱酸化を行い、保護膜として膜厚4nmの熱酸化膜を形成した(図1の第一工程)。   The peeled SOI wafer thus obtained was first subjected to thermal oxidation at 1000 ° C. for 30 seconds in an oxygen atmosphere by RTA to form a thermal oxide film having a thickness of 4 nm as a protective film (FIG. 1st step).

次に、第二工程として、各実施例1〜5として熱処理温度、熱処理時間を変えて、Ar100%雰囲気下で熱処理を行った。
実施例1:熱処理温度 1000℃、熱処理時間 1hr
実施例2:熱処理温度 1050℃、熱処理時間 1hr
実施例3:熱処理温度 1100℃、熱処理時間 1hr
実施例4:熱処理温度 1200℃、熱処理時間 1hr
実施例5:熱処理温度 1200℃、熱処理時間 4hr
Next, as a second step, heat treatment was performed in an Ar 100% atmosphere by changing the heat treatment temperature and the heat treatment time in each of Examples 1 to 5.
Example 1: Heat treatment temperature 1000 ° C., heat treatment time 1 hr
Example 2: Heat treatment temperature 1050 ° C., heat treatment time 1 hr
Example 3: Heat treatment temperature 1100 ° C., heat treatment time 1 hr
Example 4: Heat treatment temperature 1200 ° C., heat treatment time 1 hr
Example 5: Heat treatment temperature 1200 ° C., heat treatment time 4 hr

この後、第三工程として、犠牲酸化処理を行った。具体的には、パイロジェニック雰囲気下、900℃、1hrの熱処理を行った後、15%のHF水溶液により、ウエーハ表層に形成された熱酸化膜を除去する(第一工程で形成した熱酸化膜もあわせて除去される)。   Thereafter, sacrificial oxidation treatment was performed as a third step. Specifically, after heat treatment at 900 ° C. for 1 hr in a pyrogenic atmosphere, the thermal oxide film formed on the wafer surface layer is removed with a 15% HF aqueous solution (the thermal oxide film formed in the first step). Are also removed).

次に、第四工程として、再度非酸化性ガス雰囲気下での熱処理を行った。ここでは、Ar100%雰囲気下、1200℃、1hrの熱処理を行った。
そして、第五工程として、パイロジェニック雰囲気下、950℃、3hrの熱処理を行った後、15%のHF水溶液によってウエーハ表層に形成された熱酸化膜を除去し、SOI膜が所望の厚さになるように調整した。
Next, as a fourth step, heat treatment was performed again in a non-oxidizing gas atmosphere. Here, heat treatment was performed at 1200 ° C. for 1 hr in an Ar 100% atmosphere.
Then, as a fifth step, after heat treatment at 950 ° C. for 3 hours in a pyrogenic atmosphere, the thermal oxide film formed on the wafer surface layer is removed with a 15% HF aqueous solution, so that the SOI film has a desired thickness. It adjusted so that it might become.

このようにして得られたSOIウエーハのSOI膜の表面について、まず、AFM測定で30μm角で測定したところ、実施例1〜5のいずれにおいても、面粗さはRMS値で0.28nm以下であり、これは、後述する、保護膜を形成せず、本発明を実施しなかった比較例2の値(0.50nm)よりも大幅に優れている。   The surface of the SOI film of the SOI wafer thus obtained was first measured at 30 μm square by AFM measurement. In any of Examples 1 to 5, the surface roughness was 0.28 nm or less in RMS value. Yes, this is significantly better than the value (0.50 nm) of Comparative Example 2 described later, in which no protective film was formed and the present invention was not carried out.

また、AFM測定で30μm角で測定したところ、凹状欠陥の密度は、実施例1が6.2×10/cm、実施例2が3.8×10/cm、実施例3が5.8×10/cm、実施例4が0/cm、実施例5が0/cmであった。これらは、第二工程として非酸化性ガス雰囲気下の熱処理を行わず、本発明を実施しなかった比較例1(9.0×10/cm)よりも著しく優れている。 Further, when the AFM measurement was performed at 30 μm square, the density of the concave defects was 6.2 × 10 3 / cm 2 in Example 1, 3.8 × 10 3 / cm 2 in Example 2 , and Example 3 5.8 × 10 2 / cm 2 , Example 4 was 0 / cm 2 , and Example 5 was 0 / cm 2 . These are remarkably superior to Comparative Example 1 (9.0 × 10 4 / cm 2 ) in which the present invention was not carried out without performing the heat treatment in the non-oxidizing gas atmosphere as the second step.

なお、実施例1〜5において、第二工程での熱処理温度が高くなるほど凹状欠陥の密度が小さくなっていることが分かる。より高温にすることで、第二工程でのイオン注入によるダメージ部の回復が効率良く行われ、その結果、凹状欠陥の発生数がさらに減少したためと考えられるが、この第二工程の熱処理温度は、サンプルのSOI膜厚等の各種条件によって、適切に決定することができる。   In Examples 1 to 5, it can be seen that the density of the concave defects decreases as the heat treatment temperature in the second step increases. By making the temperature higher, recovery of the damaged part by ion implantation in the second step is efficiently performed, and as a result, the number of concave defects is considered to be further reduced, but the heat treatment temperature of this second step is It can be determined appropriately according to various conditions such as the SOI film thickness of the sample.

(比較例1)
各実施例と同様にして、図2にしたがい、剥離後のSOIウエーハのサンプルを得た。
このサンプルに対し、各実施例と同様にして第一工程を行い、保護膜である熱酸化膜を形成した。
次に、Ar100%の非酸化性ガス雰囲気下の熱処理を第二工程として行った各実施例とは異なり、Ar/Oの割合が99/1の酸化性ガス雰囲気下の熱処理(1100℃、1hr)を行った。
この後、各実施例と同様にして、第三工程〜第五工程を行い、所望のSOI膜厚を有するSOIウエーハを得た。
(Comparative Example 1)
In the same manner as in each example, an SOI wafer sample after peeling was obtained according to FIG.
A first step was performed on this sample in the same manner as in each example, and a thermal oxide film as a protective film was formed.
Next, unlike each example in which heat treatment in a non-oxidizing gas atmosphere of Ar 100% was performed as the second step, heat treatment in an oxidizing gas atmosphere having an Ar / O 2 ratio of 99/1 (1100 ° C., 1 hr).
Thereafter, the third to fifth steps were performed in the same manner as in the respective examples to obtain an SOI wafer having a desired SOI film thickness.

このようにして得られたSOIウエーハのSOI膜の表面について、各実施例と同様の測定方法により、面粗さおよび凹状欠陥の密度を測定した。その結果、面粗さは0.30nmであり、各実施例と同程度であったが、凹状欠陥の密度は9.0×10/cmであった。 With respect to the surface of the SOI film of the SOI wafer thus obtained, the surface roughness and the density of concave defects were measured by the same measurement method as in each example. As a result, the surface roughness was 0.30 nm, which was almost the same as that of each example, but the density of the concave defects was 9.0 × 10 4 / cm 2 .

これは、比較例1では、第二工程に行った熱処理が、酸化性ガス雰囲気下の熱処理であったためと思われる。
本発明を実施した各実施例では、第一工程後の第二工程における熱処理は、Ar100%雰囲気であり、非酸化性ガス雰囲気であるため、SOI膜におけるイオン注入によるダメージを回復することができ、ダメージ部で生じる欠陥数が減少し、第三工程で成長する欠陥数が少なくなり、第四工程で局部的にエッチングされることになる成長した欠陥やそれによる歪みも少なくなる。この結果、最終的に、凹状欠陥の発生数を著しく抑制することができる。
This seems to be because in Comparative Example 1, the heat treatment performed in the second step was a heat treatment in an oxidizing gas atmosphere.
In each example in which the present invention is implemented, the heat treatment in the second step after the first step is an Ar 100% atmosphere and a non-oxidizing gas atmosphere, so that damage caused by ion implantation in the SOI film can be recovered. The number of defects generated in the damaged portion is reduced, the number of defects grown in the third step is reduced, and the grown defects that are locally etched in the fourth step and the distortion caused thereby are also reduced. As a result, finally, the number of concave defects can be remarkably suppressed.

しかしながら、比較例1では、第二工程に行った熱処理は酸化性ガス雰囲気下であるため、ダメージ部で生じた欠陥を成長させる効果が働き、最終的に、凹状欠陥の発生数が大きくなってしまう。   However, in Comparative Example 1, since the heat treatment performed in the second step is in an oxidizing gas atmosphere, the effect of growing defects generated in the damaged portion works, and finally the number of occurrences of concave defects increases. End up.

(比較例2)
各実施例と同様にして、図2にしたがい、剥離後のSOIウエーハのサンプルを得た。
このサンプルに対し、保護膜として熱酸化膜を形成した各実施例とは異なり、保護膜を形成せずに、次の工程を行った。
以降の工程は、各実施例と同様にして、第二工程〜第五工程を行い(第二工程は実施例3と同様の熱処理)、所望のSOI膜厚を有するSOIウエーハを得た。
(Comparative Example 2)
In the same manner as in each example, an SOI wafer sample after peeling was obtained according to FIG.
Unlike the examples in which a thermal oxide film was formed as a protective film, the following process was performed on this sample without forming the protective film.
In the subsequent steps, the second to fifth steps were performed in the same manner as in each example (the second step was the same heat treatment as in Example 3), and an SOI wafer having a desired SOI film thickness was obtained.

このようにして得られたSOIウエーハのSOI膜の表面について、各実施例と同様の測定方法により、面粗さおよび凹状欠陥の密度を測定した。その結果、面粗さは0.50nmで、各実施例よりも大きな値となった。なお、凹状欠陥の密度は6.0×10/cmであり、実施例1と同程度であった。 With respect to the surface of the SOI film of the SOI wafer thus obtained, the surface roughness and the density of concave defects were measured by the same measurement method as in each example. As a result, the surface roughness was 0.50 nm, which was larger than each example. The density of the concave defects was 6.0 × 10 3 / cm 2 , which was similar to that in Example 1.

比較例2の面粗さにおいて、各実施例よりも大きな値となったのは、各実施例とは異なり、第二工程の非酸化性ガス雰囲気下での熱処理を行う前に保護膜を形成していなかったためと考えられる。特に、実施例1や比較例2のように第二工程の熱処理温度が1200℃未満のとき、1200℃以上の場合に比べ、保護膜を形成していないと、一層面粗さが悪化しやすい。
一方、保護膜を予め形成し、本発明を実施した実施例1では、第二工程での熱処理温度が、比較例1と同様に1200℃未満ではあるが、面粗さは0.28nmで優れたものとなっている。しかも、保護膜の有無は、熱処理における汚染の危険の有無に直結する。
Unlike the examples, the surface roughness of Comparative Example 2 was larger than that of each example, and the protective film was formed before the heat treatment in the non-oxidizing gas atmosphere in the second step. This is probably because they did not. In particular, as in Example 1 and Comparative Example 2, when the heat treatment temperature in the second step is less than 1200 ° C., the surface roughness is more likely to deteriorate if a protective film is not formed than in the case of 1200 ° C. or higher. .
On the other hand, in Example 1 in which a protective film was formed in advance and the present invention was carried out, the heat treatment temperature in the second step was less than 1200 ° C. as in Comparative Example 1, but the surface roughness was excellent at 0.28 nm. It has become. Moreover, the presence or absence of the protective film is directly linked to the presence or absence of contamination during heat treatment.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

例えば、本例ではSOIウエーハを例に挙げて説明したが、これに限定されず、各種の貼り合わせウエーハに適用することも可能である。   For example, although an SOI wafer has been described as an example in the present example, the present invention is not limited to this and can be applied to various bonded wafers.

本発明の貼り合わせウエーハの製造方法の工程の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the process of the manufacturing method of the bonding wafer of this invention. イオン注入剥離法を用いてSOIウエーハを製造する手順の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the procedure which manufactures SOI wafer using an ion implantation peeling method.

符号の説明Explanation of symbols

1…ベースウエーハ、 2…ボンドウエーハ、 3…酸化膜、
4…微小気泡層(封入層)、 5…剥離ウエーハ、 6…SOIウエーハ、
7…SOI膜、 8…ダメージ層。
1 ... Base wafer, 2 ... Bond wafer, 3 ... Oxide film,
4 ... Microbubble layer (encapsulation layer), 5 ... Peeling wafer, 6 ... SOI wafer,
7 ... SOI film, 8 ... Damage layer.

Claims (6)

少なくとも、ガスイオンの注入により形成された微小気泡層を有するボンドウエーハと支持基板となるベースウエーハとを接合し、前記微小気泡層を境界としてボンドウエーハを剥離してベースウエーハ上に薄膜を形成するイオン注入剥離法によって貼り合わせウエーハを製造する方法において、
前記ボンドウエーハを剥離した後の貼り合わせウエーハの薄膜の表面に、保護膜を形成する第一工程を行ってから、非酸化性ガス雰囲気下で熱処理する第二工程を行い、次に、酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行って前記貼り合わせウエーハの表層に熱酸化膜を形成した後、該熱酸化膜および前記保護膜を除去する第三工程を行い、その後、再度非酸化性ガス雰囲気下で熱処理する第四工程を行うことを特徴とする貼り合わせウエーハの製造方法。
At least a bond wafer having a microbubble layer formed by gas ion implantation is bonded to a base wafer serving as a support substrate, and the bond wafer is peeled off at the microbubble layer as a boundary to form a thin film on the base wafer. In a method of manufacturing a bonded wafer by an ion implantation separation method,
After the first step of forming a protective film on the surface of the thin film of the bonded wafer after peeling off the bond wafer, the second step of heat-treating in a non-oxidizing gas atmosphere is performed, and then the oxidizing property is performed. After performing a heat treatment in a gas atmosphere to form a thermal oxide film on the surface layer of the bonded wafer, a third step of removing the thermal oxide film and the protective film is performed, and then again in a non-oxidizing gas atmosphere A method for producing a bonded wafer, comprising performing a fourth step of heat treatment.
前記第一工程で保護膜として熱酸化膜を形成することを特徴とする請求項1に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。   The method for producing a bonded wafer according to claim 1, wherein a thermal oxide film is formed as a protective film in the first step. 前記第一工程で保護膜として形成する熱酸化膜を、RTAにより形成することを特徴とする請求項2に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。   The method for manufacturing a bonded wafer according to claim 2, wherein the thermal oxide film formed as the protective film in the first step is formed by RTA. 前記第二工程での熱処理において、熱処理温度を1200℃未満とすることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。   The method for manufacturing a bonded wafer according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat treatment temperature in the second step is set to less than 1200 ° C. 前記第四工程後に、さらに、酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行って前記薄膜の表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去する第五工程を行うことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。   2. The fifth step of performing a heat treatment in an oxidizing gas atmosphere to form a thermal oxide film on the surface of the thin film and removing the thermal oxide film after the fourth step is performed. The manufacturing method of the bonded wafer as described in any one of Claim 4 to 5. 前記第二工程および/または前記第四工程での熱処理において、前記非酸化性ガス雰囲気をAr100%とすることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。   The bonded wafer according to any one of claims 1 to 5, wherein in the heat treatment in the second step and / or the fourth step, the non-oxidizing gas atmosphere is Ar100%. Manufacturing method.
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