JP6131179B2 - Manufacturing method of bonded SOI wafer - Google Patents

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Description

本発明は、貼り合わせSOIウェーハの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a bonded SOI wafer.

従来、RF(Radio Frequency;高周波)デバイス対応のSOIウェーハとして、ベースウェーハの抵抗率を高抵抗化することで対処してきた。しかし更なる高速化に対応するために、より高い周波数に対応することが必要になってきており、従来の高抵抗ウェーハの使用のみでは対処できなくなってきている。   Conventionally, as an SOI wafer compatible with an RF (Radio Frequency) device, it has been dealt with by increasing the resistivity of the base wafer. However, in order to cope with further increase in speed, it has become necessary to cope with a higher frequency, and it has become impossible to cope only with the use of a conventional high-resistance wafer.

対応策として、SOIウェーハの埋め込み酸化膜層(BOX層)直下に、発生したキャリアを消滅させる効果を持つ層(キャリアトラップ層)を設けることが提案されている。   As a countermeasure, it has been proposed to provide a layer (carrier trap layer) having an effect of eliminating generated carriers immediately under a buried oxide film layer (BOX layer) of an SOI wafer.

キャリアトラップ層については、特許文献1、2には、BOX層とベースウェーハの界面に、キャリアトラップ層としての多結晶シリコン層や非晶質シリコン層などの付加的な層を形成することが記載されている。   Regarding the carrier trap layer, Patent Documents 1 and 2 describe forming an additional layer such as a polycrystalline silicon layer or an amorphous silicon layer as a carrier trap layer at the interface between the BOX layer and the base wafer. Has been.

また、特許文献3は、キャリアトラップ層として希ガスイオン注入層を形成することが記載されている。   Patent Document 3 describes forming a rare gas ion implantation layer as a carrier trap layer.

特表2007−507093号公報Special table 2007-507093 特表2013−513234号公報Special table 2013-513234 gazette 特表2012−517691号公報Special table 2012-517691 gazette

上述したように、より高い周波数に対応するデバイスを作製するため、SOIウェーハのBOX層下にキャリアトラップ層を形成する事が必須になってきている。
また、このようなキャリアトラップ層を有するSOIウェーハの製法として、SOI層を形成するボンドウェーハに、主に水素イオンを注入して剥離用イオン注入層を形成し、絶縁膜を介してベースウェーハと貼り合わせた後、剥離用イオン注入層で剥離して薄膜化する方法(イオン注入剥離法)が主として採用される。
従って、特許文献3に記載されている様に、キャリアトラップ層を形成するためのイオン注入を、剥離用イオン注入と同一の水素イオンで行うことができれば、イオン種の変更やイオン注入装置の変更を行う必要がないため、効率的な製造が可能となる。
As described above, in order to manufacture a device corresponding to a higher frequency, it is essential to form a carrier trap layer under the BOX layer of the SOI wafer.
Further, as a method for manufacturing an SOI wafer having such a carrier trap layer, a hydrogen ion is mainly implanted into a bond wafer for forming an SOI layer to form an ion implantation layer for separation, and a base wafer and an insulating film are interposed therebetween. After bonding, a method (ion implantation peeling method) in which the film is peeled off by an ion implantation layer for peeling and thinned is mainly employed.
Therefore, as described in Patent Document 3, if the ion implantation for forming the carrier trap layer can be performed with the same hydrogen ions as the ion implantation for peeling, the ion species and the ion implantation apparatus are changed. Therefore, efficient manufacturing is possible.

ところが、特許文献3によれば、キャリアトラップ層としてアルゴンなどの希ガスイオン注入層を形成することが記載されているが、希ガスイオンの代替として水素イオンを用いることについては全く触れられていない。   However, according to Patent Document 3, it is described that a rare gas ion implantation layer such as argon is formed as a carrier trap layer, but there is no mention of using hydrogen ions as a substitute for rare gas ions. .

この理由について本発明者らが鋭意調査した結果、剥離を発生させることのない臨界ドーズ量未満の水素イオンを注入して形成された水素イオン注入層は、注入直後には欠陥を有するものの、その後の貼り合わせSOIウェーハ製造プロセス中の熱処理(結合強化熱処理やSOI膜厚調整のための犠牲酸化などの熱処理)によってイオン注入により生じた欠陥が消滅してしまい、キャリアトラップ層として機能しなくなってしまうことが判明した。   As a result of intensive investigations by the present inventors for this reason, the hydrogen ion implanted layer formed by implanting hydrogen ions less than the critical dose amount that does not cause peeling, has defects immediately after implantation, Defects caused by ion implantation disappear due to the heat treatment (bond strengthening heat treatment or heat treatment such as sacrificial oxidation for adjusting the SOI film thickness) during the bonded SOI wafer manufacturing process, so that it does not function as a carrier trap layer. It has been found.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、水素イオン注入によって形成されたイオン注入欠陥層であっても、後工程の熱処理によって欠陥が消滅せずに、キャリアトラップ層として十分に機能させることのできる貼り合わせSOIウェ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 the above problems, and even an ion-implanted defect layer formed by hydrogen ion implantation can be sufficiently used as a carrier trap layer without being erased by heat treatment in a subsequent process. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a bonded SOI wafer that can function.

上記目的を達成するために、本発明は、いずれもシリコン単結晶からなるボンドウェーハとベースウェーハとを準備する工程と、該ベースウェーハの表面に第1の絶縁膜を形成し、該第1の絶縁膜を通して剥離を発生させることのない臨界ドーズ量未満の水素イオン注入を行って前記ベースウェーハの表面近傍に水素イオン注入層を形成する工程と、前記第1の絶縁膜を除去する工程と、前記水素イオン注入層が形成された前記ベースウェーハに改質熱処理を行うことによって、前記水素イオン注入層で剥離させることなく前記水素イオン注入層をイオン注入欠陥層に改質する工程と、前記改質熱処理を行った前記ベースウェーハと、前記ボンドウェーハとを第2の絶縁膜を介して貼り合わせた後、前記ボンドウェーハを薄膜化することによってSOI層を形成する工程とを有することを特徴とする貼り合わせSOIウェーハの製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention includes a step of preparing a bond wafer and a base wafer each made of a silicon single crystal, and a first insulating film is formed on the surface of the base wafer. Forming a hydrogen ion implantation layer in the vicinity of the surface of the base wafer by implanting hydrogen ions less than a critical dose without causing separation through the insulation film; removing the first insulation film; by performing the reforming heat treatment on the base wafer in which the hydrogen ion implanted layer is formed, a step of modifying the hydrogen ion implanted layer in the ion implantation defect layer without peeling by the hydrogen ion implanted layer, the modified said base wafer subjected to quality heat treatment, after the said bond wafer was bonded via the second insulating film, to thin the bond wafer To provide a manufacturing method of a bonded SOI wafer characterized in that a step of forming an SOI layer Te.

このように、第1の絶縁膜を除去した後に、水素イオン注入層が形成されたベースウェーハに熱処理を行うことによって、熱処理雰囲気中のガス分子が水素イオン注入層に拡散し、欠陥の修復を妨げることができるので、水素イオン注入層を後工程で消滅しにくいイオン注入欠陥層に改質することができる。   As described above, after the first insulating film is removed, the base wafer on which the hydrogen ion implanted layer is formed is subjected to heat treatment, whereby gas molecules in the heat treatment atmosphere are diffused into the hydrogen ion implanted layer, thereby repairing the defect. Therefore, the hydrogen ion implantation layer can be modified into an ion implantation defect layer that hardly disappears in a later process.

このとき、前記ベースウェーハへの改質熱処理を500℃以上、800℃以下の温度で行うことが好ましい。
改質熱処理を500℃以上の温度で行うことで、ガス分子の拡散が不十分となることを防止でき、改質熱処理を800℃以下の温度で行うことで、後工程で消滅しにくいイオン注入欠陥層への改質が進む前に欠陥が単結晶化して消滅することをより確実に防止できる。
At this time, it is preferable to perform the modification heat treatment on the base wafer at a temperature of 500 ° C. or higher and 800 ° C. or lower.
By performing the reforming heat treatment at a temperature of 500 ° C. or higher, it is possible to prevent insufficient diffusion of gas molecules, and by performing the reforming heat treatment at a temperature of 800 ° C. or lower, ion implantation that does not easily disappear in the subsequent process. It is possible to more reliably prevent the defects from being crystallized and disappearing before the reforming to the defect layer proceeds.

このとき、前記ベースウェーハへの水素イオン注入におけるドーズ量を1×1016/cm以上、1×1017/cm以下の範囲内に設定することが好ましい。
水素イオン注入のドーズ量を1×1016/cm以上に設定することで、キャリアトラップ層としての機能が不十分になることを防止でき、水素イオン注入のドーズ量を1×1017/cm以下に設定することで、改質熱処理において、剥離が生じることを防止できる。
At this time, it is preferable to set a dose amount in hydrogen ion implantation to the base wafer within a range of 1 × 10 16 / cm 2 or more and 1 × 10 17 / cm 2 or less.
By setting the dose of hydrogen ion implantation to 1 × 10 16 / cm 2 or more, the function as a carrier trap layer can be prevented from becoming insufficient, and the dose of hydrogen ion implantation can be set to 1 × 10 17 / cm. By setting it to 2 or less, peeling can be prevented from occurring in the reforming heat treatment.

このとき、前記第2の絶縁膜を前記ボンドウェーハの表面に形成し、該第2の絶縁膜を介して前記ボンドウェーハの表面近傍に臨界ドーズ量以上の水素イオン又は希ガスイオンの少なくとも一方を注入して剥離用イオン注入層を形成し、前記ベースウェーハと貼り合わせた後に、前記剥離用イオン注入層で剥離することによって前記薄膜化を行うことが好ましい。
このように、イオン注入剥離法を用いてボンドウェーハの薄膜化を行うことができる。
At this time, the second insulating film is formed on the surface of the bond wafer, and at least one of hydrogen ions or rare gas ions having a critical dose amount or more is formed in the vicinity of the surface of the bond wafer via the second insulating film. It is preferable that the thinning is performed by forming an ion implantation layer for peeling and bonding the base wafer to the base wafer, followed by peeling with the ion implantation layer for peeling.
In this manner, the bond wafer can be thinned using the ion implantation separation method.

このとき、前記第1、第2の絶縁膜をシリコン酸化膜とすることが好ましい。
第1、第2の絶縁膜として、シリコン酸化膜を好適に用いることができる。
At this time, the first and second insulating films are preferably silicon oxide films.
As the first and second insulating films, silicon oxide films can be suitably used.

以上のように、本発明の貼り合わせSOIウェーハの製造方法によれば、水素イオン注入によって形成されたイオン注入層をイオン注入欠陥層に改質し、後工程の熱処理によって欠陥が消滅せずに、キャリアトラップ層として十分に機能させることができる。   As described above, according to the method for manufacturing a bonded SOI wafer of the present invention, an ion implantation layer formed by hydrogen ion implantation is modified into an ion implantation defect layer, and the defects are not eliminated by a heat treatment in a subsequent process. It can function sufficiently as a carrier trap layer.

本発明の貼り合わせSOIウェーハの製造方法のフローを示す図である。It is a figure which shows the flow of the manufacturing method of the bonding SOI wafer of this invention. 本発明の貼り合わせSOIウェーハの製造方法のフローに対応する評価フローを示す図である。It is a figure which shows the evaluation flow corresponding to the flow of the manufacturing method of the bonding SOI wafer of this invention. 実験例1−4のウェーハの断面TEM観察結果を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional TEM observation result of the wafer of Experimental example 1-4.

以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
前述のように、より高い周波数に対応するデバイスを作製するため、SOIウェーハのBOX層下にキャリアトラップ層を形成することが必須になってきている。
しかしながら、剥離を発生させることのない臨界ドーズ量未満の水素イオンを注入して形成された水素イオン注入層は、注入直後には欠陥を有するものの、その後の貼り合わせSOIウェーハ製造プロセス中の熱処理(結合強化熱処理やSOI膜厚調整のための犠牲酸化などの熱処理)によってイオン注入により生じた欠陥が消滅してしまい、キャリアトラップ層として機能しなくなってしまうという問題があった。
Hereinafter, the present invention will be described in detail as an example of an embodiment with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
As described above, in order to manufacture a device corresponding to a higher frequency, it has become essential to form a carrier trap layer under the BOX layer of the SOI wafer.
However, a hydrogen ion implanted layer formed by implanting hydrogen ions less than the critical dose that does not cause peeling has defects immediately after the implantation, but heat treatment during the subsequent bonded SOI wafer manufacturing process ( There is a problem that defects caused by ion implantation disappear due to bond strengthening heat treatment or heat treatment such as sacrificial oxidation for adjusting the SOI film thickness, and the film does not function as a carrier trap layer.

そこで、本発明者らは、臨界ドーズ量未満の水素イオン注入によって形成されたイオン注入層であっても、後工程の熱処理によって欠陥が消滅せずに、キャリアトラップ層として十分に機能させることのできる貼り合わせSOIウェーハの製造方法について鋭意検討を重ねた。   Therefore, the present inventors have made it possible to sufficiently function as a carrier trap layer even if an ion implantation layer formed by hydrogen ion implantation less than the critical dose is not eliminated by heat treatment in a subsequent process. We intensively studied a method for manufacturing a bonded SOI wafer that can be bonded.

その結果、本発明者らは、水素イオン注入工程の前に形成した絶縁膜を除去するとともに、水素イオン注入層が形成されたベースウェーハを酸化性雰囲気で改質熱処理を行うことによって、改質熱処理雰囲気中のガス分子が水素イオン注入層に拡散し、欠陥の修復を妨げることができ、水素イオン注入層を後工程で消滅しにくいイオン注入欠陥層に改質することができることを見出し、本発明をなすに至った。 As a result, the present inventors, thereby removing the formed insulating film in front of the hydrogen ion implantation step, by performing a modified heat treatment a base wafer hydrogen ion implanted layer is formed in an oxidizing atmosphere, modification It has been found that gas molecules in the heat treatment atmosphere can diffuse into the hydrogen ion implanted layer and hinder the repair of defects, and that the hydrogen ion implanted layer can be modified into an ion implanted defect layer that does not easily disappear in a later process. Invented the invention.

以下、図1を参照しながら、本発明のSOIウェーハの製造方法を説明する。
まず、シリコン単結晶からなるベースウェーハ及びボンドウェーハを準備する(図1のS1−0ステップ、S2−0ステップ参照)。
RFデバイス用として、ベースウェーハの抵抗率は1000Ω・cm以上が好ましく、3000Ω・cm以上がより好ましい。
Hereinafter, an SOI wafer manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIG.
First, a base wafer and a bond wafer made of silicon single crystal are prepared (see steps S1-0 and S2-0 in FIG. 1).
For RF devices, the resistivity of the base wafer is preferably 1000 Ω · cm or more, and more preferably 3000 Ω · cm or more.

次に、ベースウェーハに第1の絶縁膜を形成する(図1のS1−1ステップ参照)。
第1の絶縁膜は、熱酸化により酸化シリコン膜を形成することが好ましい。
また、ボンドウェーハに第2の絶縁膜(埋め込み酸化膜)を形成する(図1のS2−1ステップ参照)。
第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜は、熱酸化により酸化シリコン膜を形成することが好ましい。
Next, a first insulating film is formed on the base wafer (see step S1-1 in FIG. 1).
As the first insulating film, a silicon oxide film is preferably formed by thermal oxidation.
Further, a second insulating film (buried oxide film) is formed on the bond wafer (see step S2-1 in FIG. 1).
The first insulating film and the second insulating film are preferably formed using a silicon oxide film by thermal oxidation.

次に、ベースウェーハに第1の絶縁膜を通して、剥離を発生させることのない臨界ドーズ量未満の水素イオンを注入して、ベースウェーハの表面近傍に水素イオン注入層を形成する(図1のS1−2ステップ参照)。
ベースウェーハへの水素イオン注入のドーズ量は、1×1016/cm以上、1×1017/cm以下の範囲内に設定することが好ましく、3×1016/cm以上、6×1016/cm以下の範囲内に設定することがより好ましい。
水素イオン注入のドーズ量を1×1016/cm以上に設定することで、キャリアトラップ層としての機能が不十分になることを防止でき、水素イオン注入のドーズ量を1×1017/cm以下に設定することで、改質熱処理において剥離が生じることを確実に防止できる。
Next, hydrogen ions less than the critical dose that do not cause separation are implanted through the first insulating film into the base wafer to form a hydrogen ion implanted layer near the surface of the base wafer (S1 in FIG. 1). -See step 2).
The dose amount of hydrogen ion implantation into the base wafer is preferably set in the range of 1 × 10 16 / cm 2 or more and 1 × 10 17 / cm 2 or less, 3 × 10 16 / cm 2 or more, 6 × More preferably, it is set within the range of 10 16 / cm 2 or less.
By setting the dose of hydrogen ion implantation to 1 × 10 16 / cm 2 or more, the function as a carrier trap layer can be prevented from becoming insufficient, and the dose of hydrogen ion implantation can be set to 1 × 10 17 / cm. By setting it to 2 or less, it is possible to reliably prevent peeling in the reforming heat treatment.

また、ボンドウェーハに第2の絶縁膜を通して、剥離が生じる臨界ドーズ量以上の水素イオン又は希ガスイオンの少なくとも一方を注入して、ボンドウェーハの表面近傍に剥離用イオン注入層を形成する(図1のS2−2ステップ参照)。   Further, through the second insulating film, at least one of hydrogen ions or rare gas ions having a critical dose amount or more that causes separation is implanted into the bond wafer to form an ion implantation layer for separation near the surface of the bond wafer (FIG. 1 S2-2 step).

次に、ベースウェーハに形成された第1の絶縁膜を除去する(図1のS1−3ステップ参照)。第1の絶縁膜がシリコン酸化膜である場合には、HF洗浄により第1の絶縁膜を除去することができる(図1のS1−3ステップ参照)。   Next, the first insulating film formed on the base wafer is removed (see step S1-3 in FIG. 1). When the first insulating film is a silicon oxide film, the first insulating film can be removed by HF cleaning (see step S1-3 in FIG. 1).

次に、第1の絶縁膜を除去したベースウェーハを、例えば、酸化性ガス雰囲気、又は、不活性ガス雰囲気で熱処理を行い、水素イオン注入層を水素イオン注入欠陥層に改質する(図1のS1−4ステップ参照)。
このとき、改質を行う熱処理を500℃以上、800℃以下の温度で行うことが好ましい。500℃以上の温度で行うことで、雰囲気ガスの拡散が不十分となることを防止でき、800℃以下の温度で行うことで、後工程で消滅しにくいイオン注入欠陥層への改質が進む前に欠陥が単結晶化して消滅することをより確実に防止できる。
Next, the base wafer from which the first insulating film has been removed is subjected to a heat treatment, for example, in an oxidizing gas atmosphere or an inert gas atmosphere, thereby reforming the hydrogen ion implanted layer into a hydrogen ion implanted defect layer (FIG. 1). S1-4 step).
At this time, the heat treatment for reforming is preferably performed at a temperature of 500 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. By performing at a temperature of 500 ° C. or higher, it is possible to prevent the atmospheric gas from being insufficiently diffused, and by performing the temperature at a temperature of 800 ° C. or lower, reforming into an ion implantation defect layer that hardly disappears in a subsequent process proceeds. It is possible to more reliably prevent defects from becoming single crystal and disappearing before.

次に、改質熱処理したベースウェーハ、及び、ボンドウェーハの貼り合わせ前洗浄を行う(図1のS3ステップ参照)。貼り合わせ前洗浄は、例えば、NHOH/H水溶液とHCl/H水溶液からなる洗浄液を用いて行うことができる。 Next, pre-bonding cleaning of the modified heat-treated base wafer and bond wafer is performed (see step S3 in FIG. 1). The pre-bonding cleaning can be performed using, for example, a cleaning liquid composed of an NH 4 OH / H 2 O 2 aqueous solution and an HCl / H 2 O 2 aqueous solution.

次に、ベースウェーハと、ボンドウェーハとを、ベースウェーハの水素イオン注入欠陥層が形成された面とボンドウェーハの剥離用イオン注入層が形成された面とが接するように、第2の絶縁膜を介して貼り合わせる(図1のS4参照)。   Next, the second insulating film is formed such that the surface of the base wafer on which the hydrogen ion implantation defect layer is formed and the surface of the bond wafer on which the peeling ion implantation layer is formed are in contact with each other. (See S4 in FIG. 1).

次に、貼り合わせたウェーハに剥離熱処理を施し、ボンドウェーハに形成された剥離用イオン注入層で剥離させることで、ボンドウェーハを薄膜化し、SOI層を形成する(図1のS5参照)。
この剥離熱処理は、例えば、Ar雰囲気で500℃、30分の条件で行うことができる。
Next, the bonded wafer is subjected to a peeling heat treatment and peeled off by a peeling ion implantation layer formed on the bond wafer, whereby the bond wafer is thinned to form an SOI layer (see S5 in FIG. 1).
This exfoliation heat treatment can be performed, for example, in an Ar atmosphere at 500 ° C. for 30 minutes.

次に、ボンドウェーハの薄膜化を行った貼り合わせたウェーハに熱処理を施す(図1のS6参照)。この熱処理は、例えば、結合熱処理、犠牲酸化、等である。結合熱処理は、例えば、酸化性雰囲気で1000℃、4.5時間の条件で行うことができ、犠牲酸化は、例えば、1050℃、1.5時間の条件で行うことができる。   Next, a heat treatment is performed on the bonded wafer that has been thinned from the bond wafer (see S6 in FIG. 1). This heat treatment is, for example, bonding heat treatment, sacrificial oxidation, or the like. The bonding heat treatment can be performed, for example, in an oxidizing atmosphere at 1000 ° C. for 4.5 hours, and the sacrificial oxidation can be performed, for example, at 1050 ° C. for 1.5 hours.

なお、上記の説明では、イオン注入剥離法を用いてボンドウェーハの薄膜化を行っているが、化学的機械的研磨(CMP)やエッチングを用いてボンドウェーハの薄膜化を行うこともできる。
また、上記の説明では、第2の絶縁膜をボンドウェーハ側に形成しているが、第2の絶縁膜をS1−4ステップの改質熱処理後にベースウェーハ側に形成することができるし、両方に形成するようにしてもよい。
また、上記では、ステップS1−0〜ステップS1−4の工程を、ステップS2−0〜ステップS2−2の工程を並行して進めるように説明したが、これらはステップS4の貼り合わせ前までに行われていればよく、それぞれ個別に工程を進めてもよい。
In the above description, the bond wafer is thinned using the ion implantation separation method. However, the bond wafer can be thinned using chemical mechanical polishing (CMP) or etching.
In the above description, the second insulating film is formed on the bond wafer side. However, the second insulating film can be formed on the base wafer side after the modifying heat treatment in step S1-4. You may make it form in.
Moreover, although the process of step S1-0-step S1-4 was demonstrated above so that a process of step S2-0-step S2-2 may be advanced in parallel above, these are performed before bonding of step S4. As long as it is performed, the process may be individually performed.

(実験例)
図1に示す本発明の貼り合わせSOIウェーハを製造するフローの代替評価として、図2に示す評価フローに従って、ベースウェーハを作製した。
図2の評価フローにおいては、図1の「貼り合わせ前洗浄工程」(ステップS3)、「貼り合わせ工程」(ステップS4)、「剥離熱処理工程」(ステップS5)は省略している。
また、図2の評価フローにおいては、図1の「熱処理工程」(ステップS6)の替わりに、評価用の熱処理工程であるステップS6’(SOIウェーハ製造工程の熱処理を想定した熱処理:1000℃、4.5時間+1050℃、1.5時間)を行っている。
熱処理工程(ステップS6’)後に、ベースウェーハの断面を透過型電子顕微鏡(TEM)により観察した。
上記の評価フローの各工程の実験条件を表1に示す。
(Experimental example)
As an alternative evaluation of the flow for manufacturing the bonded SOI wafer of the present invention shown in FIG. 1, a base wafer was produced according to the evaluation flow shown in FIG.
In the evaluation flow of FIG. 2, the “cleaning process before bonding” (step S3), the “bonding process” (step S4), and the “peeling heat treatment process” (step S5) of FIG. 1 are omitted.
Further, in the evaluation flow of FIG. 2, instead of the “heat treatment process” (step S6) of FIG. 1, step S6 ′ which is a heat treatment process for evaluation (heat treatment assuming heat treatment of the SOI wafer manufacturing process: 1000 ° C., 4.5 hours + 1050 ° C., 1.5 hours).
After the heat treatment step (Step S6 ′), the cross section of the base wafer was observed with a transmission electron microscope (TEM).
Table 1 shows the experimental conditions for each step of the evaluation flow.

Figure 0006131179
Figure 0006131179

実験例1−4のTEM観察結果を図3に示す。
図3からわかるように、実験例3,4(ベースウェーハに酸化膜を形成し、水素イオン注入を行った後、形成された酸化膜をHFで除去し、改質熱処理をしたもの)では、酸化膜下部のベースウェーハの表面近傍に、高密度の欠陥層(連続した欠陥層)が全面にわたり形成されていた。
しかしながら、ベースウェーハに形成された酸化膜を除去していないものは、水素イオン注入後の改質熱処理がAr雰囲気(実験例1)、O雰囲気(実験例2)のいずれの場合でも高密度の欠陥層は認められなかった。
なお、ステップS1−4の改質熱処理温度を500℃に変更して同様の実験を行ったが、800℃の場合と同様の結果となった。
The TEM observation result of Experimental Example 1-4 is shown in FIG.
As can be seen from FIG. 3, in Experimental Examples 3 and 4 (an oxide film is formed on the base wafer, hydrogen ions are implanted, the formed oxide film is removed with HF, and a modification heat treatment is performed), A high-density defect layer (continuous defect layer) was formed over the entire surface near the surface of the base wafer below the oxide film.
However, in the case where the oxide film formed on the base wafer is not removed, the reforming heat treatment after hydrogen ion implantation is performed at a high density in both cases of Ar atmosphere (Experiment 1) and O 2 atmosphere (Experiment 2). No defective layer was observed.
In addition, although the same experiment was conducted by changing the reforming heat treatment temperature in step S1-4 to 500 ° C., the same result as in the case of 800 ° C. was obtained.

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
ベースウェーハとして、直径300mm、結晶方位<100>、抵抗率3000Ωcmのシリコン単結晶ウェーハを用い、ボンドウェーハとして、直径300mm、結晶方位<100>、抵抗率10Ωcmのシリコン単結晶ウェーハを用い、図1に示す製造フローで貼り合わせSOIウェーハを作製した。
ここで、実施例1−4、比較例1−2の各工程の条件を表2に示す。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
A silicon single crystal wafer having a diameter of 300 mm, a crystal orientation <100>, and a resistivity of 3000 Ωcm is used as the base wafer, and a silicon single crystal wafer having a diameter of 300 mm, a crystal orientation <100>, and a resistivity of 10 Ωcm is used as the bond wafer. A bonded SOI wafer was manufactured according to the manufacturing flow shown in FIG.
Here, Table 2 shows conditions for each step of Example 1-4 and Comparative Example 1-2.

Figure 0006131179
Figure 0006131179

(実施例1)
表2に示す条件で、貼り合わせSOIウェーハを作製した。なお、ステップS1−3のHF洗浄工程は10%HF水溶液を用いて行い、ステップS1−4の改質熱処理工程は100%O2、700℃、2時間で行った。
Example 1
A bonded SOI wafer was produced under the conditions shown in Table 2. The HF cleaning process in step S1-3 was performed using a 10% HF aqueous solution, and the reforming heat treatment process in step S1-4 was performed at 100% O 2, 700 ° C. for 2 hours.

(実施例2)
表2に示す条件で、貼り合わせSOIウェーハを作製した。なお、ステップS1−3のHF洗浄工程は10%HF水溶液を用いて行い、ステップS1−4の改質熱処理工程は100%O2、600℃、3時間で行った。
(Example 2)
A bonded SOI wafer was produced under the conditions shown in Table 2. The HF cleaning process in step S1-3 was performed using a 10% HF aqueous solution, and the reforming heat treatment process in step S1-4 was performed at 100% O 2, 600 ° C. for 3 hours.

(実施例3)
表2に示す条件で、貼り合わせSOIウェーハを作製した。なお、ステップS1−3のHF洗浄工程は10%HF水溶液を用いて行い、ステップS1−4の改質熱処理工程は100%O2、500℃、4時間で行った。
(Example 3)
A bonded SOI wafer was produced under the conditions shown in Table 2. The HF cleaning process in step S1-3 was performed using a 10% HF aqueous solution, and the reforming heat treatment process in step S1-4 was performed at 100% O2, 500 ° C. for 4 hours.

(実施例4)
表2に示す条件で、貼り合わせSOIウェーハを作製した。なお、ステップS1−3のHF洗浄工程は10%HF水溶液を用いて行い、ステップS1−4の改質熱処理工程は100%Ar、800℃、2時間で行った。
Example 4
A bonded SOI wafer was produced under the conditions shown in Table 2. The HF cleaning process in step S1-3 was performed using a 10% HF aqueous solution, and the reforming heat treatment process in step S1-4 was performed at 100% Ar, 800 ° C. for 2 hours.

(比較例1)
表2に示す条件で、貼り合わせSOIウェーハを作製した。なお、ステップS1−3のHF洗浄工程は10%HF水溶液を用いて行い、ステップS1−4の改質熱処理工程は行わなかった。
(Comparative Example 1)
A bonded SOI wafer was produced under the conditions shown in Table 2. Note that the HF cleaning process in step S1-3 was performed using a 10% HF aqueous solution, and the reforming heat treatment process in step S1-4 was not performed.

(比較例2)
表2に示す条件で、貼り合わせSOIウェーハを作製した。なお、ステップS1−3のHF洗浄工程は行わずに、ステップS1−4の改質熱処理工程は100%O2、700℃、2時間で行った。
(Comparative Example 2)
A bonded SOI wafer was produced under the conditions shown in Table 2. Note that the HF cleaning process in step S1-3 was not performed, and the reforming heat treatment process in step S1-4 was performed at 100% O 2, 700 ° C. for 2 hours.

実施例1−4、比較例1−2の条件により作製された貼り合わせSOIウェーハの断面をTEMにより観察した。
その結果、HF洗浄を行い熱酸化膜を除去し、かつ、500℃〜800℃の改質熱処理を行った実施例1−4のSOIウェーハの埋め込み酸化膜(BOX膜)下部のベースウェーハの表面近傍には、高密度の欠陥層(すなわち、連続した欠陥層)が形成されていることがわかった。
一方、改質熱処理を行わなかった比較例1、及び、HF洗浄を行わなかった比較例2については、埋め込み酸化膜下部のベースウェーハの表面近傍には、欠陥層がまばらに観察されたが、高密度の欠陥層は形成されておらず、キャリアトラップ層として機能させるためには不十分であるレベルであった。
The cross section of the bonded SOI wafer produced under the conditions of Example 1-4 and Comparative Example 1-2 was observed by TEM.
As a result, the surface of the base wafer below the buried oxide film (BOX film) of the SOI wafer of Example 1-4 that was subjected to HF cleaning to remove the thermal oxide film and subjected to the reforming heat treatment at 500 ° C. to 800 ° C. It was found that a high-density defect layer (that is, a continuous defect layer) was formed in the vicinity.
On the other hand, in Comparative Example 1 in which the modified heat treatment was not performed and in Comparative Example 2 in which the HF cleaning was not performed, a defect layer was sparsely observed in the vicinity of the surface of the base wafer below the buried oxide film. A high-density defect layer was not formed, and the level was insufficient to function as a carrier trap layer.

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.

Claims (5)

いずれもシリコン単結晶からなるボンドウェーハとベースウェーハとを準備する工程と、
該ベースウェーハの表面に第1の絶縁膜を形成し、該第1の絶縁膜を通して剥離を発生させることのない臨界ドーズ量未満の水素イオン注入を行って前記ベースウェーハの表面近傍に水素イオン注入層を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜を除去する工程と、
前記水素イオン注入層が形成された前記ベースウェーハに改質熱処理を行うことによって、前記水素イオン注入層で剥離させることなく前記水素イオン注入層をイオン注入欠陥層に改質する工程と、
前記改質熱処理を行った前記ベースウェーハと、前記ボンドウェーハとを第2の絶縁膜を介して貼り合わせた後、前記ボンドウェーハを薄膜化することによってSOI層を形成する工程と
を有することを特徴とする貼り合わせSOIウェーハの製造方法。
Each of them prepares a bond wafer and a base wafer made of silicon single crystal,
A first insulating film is formed on the surface of the base wafer, and hydrogen ions are implanted in the vicinity of the surface of the base wafer by implanting hydrogen ions less than the critical dose without causing separation through the first insulating film. Forming a layer;
Removing the first insulating film;
Modifying the hydrogen ion implantation layer into an ion implantation defect layer without peeling off the hydrogen ion implantation layer by performing a modification heat treatment on the base wafer on which the hydrogen ion implantation layer is formed;
And a step of forming an SOI layer by thinning the bond wafer after bonding the base wafer subjected to the reforming heat treatment and the bond wafer through a second insulating film. A manufacturing method of a bonded SOI wafer, which is characterized.
前記ベースウェーハへの改質熱処理を酸化性ガス雰囲気、又は、不活性ガス雰囲気において、500℃以上、800℃以下の温度で行うことを特徴とする請求項1に記載の貼り合わせSOIウェーハの製造方法。 The bonded SOI wafer production according to claim 1, wherein the modified heat treatment for the base wafer is performed at a temperature of 500 ° C or higher and 800 ° C or lower in an oxidizing gas atmosphere or an inert gas atmosphere. Method. 前記ベースウェーハへの水素イオン注入におけるドーズ量を1×1016/cm以上、1×1017/cm以下の範囲内に設定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の貼り合わせSOIウェーハの製造方法。 The dose amount in hydrogen ion implantation to the base wafer is set within a range of 1 × 10 16 / cm 2 or more and 1 × 10 17 / cm 2 or less. Manufacturing method of bonded SOI wafer. 前記第2の絶縁膜を前記ボンドウェーハの表面に形成し、該第2の絶縁膜を介して前記ボンドウェーハの表面近傍に剥離が生じる臨界ドーズ量以上の水素イオン又は希ガスイオンの少なくとも一方を注入して剥離用イオン注入層を形成し、前記ベースウェーハと貼り合わせた後に、前記剥離用イオン注入層で剥離熱処理により剥離することによって前記薄膜化を行う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SOIウェーハの製造方法。 The second insulating film is formed on the surface of the bond wafer, and at least one of hydrogen ions or rare gas ions having a critical dose amount or more that causes separation near the surface of the bond wafer through the second insulating film. 2. The thin film is formed by implanting to form an ion implantation layer for separation and bonding the base wafer to the base wafer, and then performing separation heat treatment with the separation ion implantation layer. The manufacturing method of the bonding SOI wafer as described in any one of claim | item 3. 前記第1、第2の絶縁膜をシリコン酸化膜とする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SOIウェーハの製造方法。   5. The method for manufacturing a bonded SOI wafer according to claim 1, wherein the first and second insulating films are silicon oxide films. 6.
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