DE69934271T2

DE69934271T2 - Verfahren zur Wiedergewinnung eines abgetrennten Wafers und zur Wiedergewinnung verwendeter Siliziumwafer

Info

Publication number: DE69934271T2
Application number: DE69934271T
Authority: DE
Inventors: Isobe R&D Center Susumu Annaka-shi Kuwahara; Isobe R&D Center Kiyoshi Annaka-shi Mitani; Isobe R&D Center Hiroji Annaka-shi Aga; Nagano Denshi Co. Masae Kosyoku-shi Wada
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1998-04-23
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2019-04-20
Also published as: US6284628B1; JPH11307413A; JP3500063B2; DE69934271D1; US20010029072A1; EP0955671A1; EP0955671B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Recyceln eines Siliciumwafers durch Wiederaufbereitung eines delaminierten (gespaltenen) Wafers, der als ein Nebenprodukt in einem Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren (auch als Smart-cut-Verfahren bezeichnet) hergestellt wird, in welchem ein Ionen-implantierter Wafer mit einem weiteren Wafer gebondet bzw. verbunden wird und ein Teil des Ionen-implantierten Wafers delaminiert wird, um dadurch einen SOI-(Silicium-auf-Isolator-)Wafer zu erhalten. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Wiederaufbereitung des delaminierten Wafers für viele Male und zur Wiederverwendung von selbigem für viele Male.
Beschreibung des verwandten Fachbereichs
Herkömmlicherweise gewannen zwei Verfahren breite Aufmerksamkeit als Verfahren zur Herstellung von Wafern mit einer SOI-Struktur. Ein Verfahren ist ein SIMOX-(Trennung durch implantierten Sauerstoff-)Verfahren, in welchem Sauerstoffionen in einen Siliciumeinkristall in einer hohen Konzentration implantiert wird und danach eine Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur erfolgt, um eine Oxidschicht zu bilden. Das andere Verfahren ist ein Bonding-Verfahren, in welchem zwei spiegelpolierte Siliciumwafer ohne die Verwendung von Klebstoff aneinander gebondet werden und einer der Wafer anschließend sehr dünn gemacht wird.
In dem SIMOX-Verfahren kann die Dicke einer SOI-Schicht, die zu einer aktiven Region einer Vorrichtung wird, bestimmt werden und durch Einstellung einer Beschleunigungsspannung zum Zeitpunkt der Sauerstoffionen-Implantation reguliert werden. Daher hat das SIMOX-Verfahren den Vorteil der Ermöglichung einer leichten Bildung einer dünnen SOI-Schicht mit einer hohen Gleichmäßigkeit der Dicke. Allerdings ist das SIMOX-Verfahren mit zahlreichen Problemen in Bezug auf die Zuverlässigkeit einer Schicht von vergrabenem Oxid, die Kristallinität der SOI-Schicht, die Notwendigkeit einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1300°C oder höher und dergleichen verbunden.
Inzwischen wird bei dem Wafer-Bondingverfahren ein Oxidfilm auf mindestens einem der zwei spiegelpolierten Siliciumeinkristallwafer gebildet, die zusammengebondet werden ohne die Verwendung von Klebstoff und danach einer Wärmebehandlung unterzogen werden (typischerweise bei 1100–1200°C), um das Bonden zu verstärken; anschließend wird einer der Wafer einem Schleifen oder Nassätzen unterzogen, sodass der Wafer ein dünner Film wird, dessen Oberfläche dann spiegelpoliert wird zur Bildung einer SOI-Schicht. Daher ist die Zuverlässigkeit der Schicht aus vergrabenem Oxid hoch, und die Kristallinität der SOI-Schicht ist gut.
Da aber der Dünnfilm durch mechanische Bearbeitung gebildet wird, dauert es lange, um den Dünnfilm zu bilden, und ein großer Teil von einem der Wafer wird bis zum Verlust pulverisiert. Aus diesem Grund ist die Produktivität extrem gering, und die Herstellungskosten sind signifikant hoch. Darüber hinaus gibt es Beschränkungen der Dicke und der Dickengleichmäßigkeit der resultierenden SOI-Schicht bei der Bildung des Dünnfilms durch Schleifen und Polieren durch mechanische Bearbeitung.
Darüber hinaus sind die meisten in dem Wafer-Bondingverfahren verwendeten Wafer CZ-Wafer, die durch das Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren) hergestellt werden. Allerdings wurde in den letzten Jahren festgestellt, dass in dem CZ-Waferkristall Fehler existieren, die COP (Crystal Originated Particle) genannt werden, die während des Wachstums des Kristalls eingebracht werden. Demzufolge liegt, wenn der CZ-Wafer als ein Bondwafer verwendet wird, welcher die aktive Schicht einer Vorrichtung sein soll, COP auch in der SOI-Schicht vor und durchbohrt die SOI-Schicht, welche sehr dünn ist, wie neuerdings zur Bildung eines Pinhole erforderlich, welches extrem die elektrischen Charakteristika des Wafers verschlechtert.
Um das Problem zu lösen, wird zum Beispiel ein Verfahren vorgeschlagen, in welchem CZ-Wafer, auf welchem eine epitaxiale Schicht gezüchtet wird, mit einem anderen Wafer auf der Seite der epitaxialen Schicht gebondet wird, und der Siliciumwafer, welcher eine Basis bildet, wird geschliffen und poliert zur Bildung einer SOI-Schicht (siehe die offengelegte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 7–254 689). Gemäß dem Verfahren können die oben genannten Kristallfehler wie COP sicher eliminiert werden. Da es aber notwendig ist, einen teuren epitaxialen Wafer zu verwenden, werden die Herstellungskosten des SOI-Wafers viel höher.
Wenn FZ-Wafer verwendet wird, gibt es kein Problem in Bezug auf Fehler infolge von Sauerstoff oder des oben genannten COP, da kein Sauerstoff in dem FZ-Wafer enthalten ist. Da aber nur ein SOI-Wafer von zwei Siliciumwafern erhalten werden kann, bleibt immer noch das Problem der hohen Herstellungskosten bestehen.
In dem Wafer-Bondingverfahren werden nicht nur Siliciumwafer zusammengebondet, sondern es kann auch ein Siliciumwafer direkt mit einem Isolatorwafer aus SiO₂, SiC, Al₂O₃ oder dergleichen gebondet werden, um eine SOI-Schicht zu bilden.
Vor kurzem richtete sich die öffentliche Aufmerksamkeit auf ein neues Verfahren der Herstellung eines SOI-Wafers, in welchem ein Ionen-implantierter Wafer mit einem anderen Wafer gebondet wird und ein Teil des Ionen-implantierten Wafers delaminiert (gespalten) wird, um dadurch einen SOI-Wafer zu erhalten (Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren: so genanntes Smart-cut-Verfahren). In diesem Verfahren wird ein Oxidfilm auf der Oberfläche von mindestens einem von zwei Siliciumwafern gebildet; und Wasserstoffionen oder Edelgasionen werden in die Oberfläche von einem der zwei Siliciumwafer implantiert, um eine feine Blasenschicht (eingeschlossene Schicht) innerhalb des Wafers zu bilden; der Ionen-implantierte Siliciumwafer wird auf den anderen Siliciumwafer aufgelegt, sodass die Ionen-implantierte Oberfläche mit der Oberfläche des anderen Siliciumwafers durch den Oxidfilm in engen Kontakt kommt; eine Wärmebehandlung wird durchgeführt, um einen Teil des Ionen-implantierten Wafers zu delaminieren, während die feine Blasenschicht als eine Delaminierungs-Ebene verwendet wird, um einen Dünnfilm zu bilden; und es wird weiter eine Wärmebehandlung (Bonding-Wärmebehandlung) durchgeführt, um den Dünnfilm und den anderen Wafer fest zu bonden, um dadurch einen SOI-Wafer zu erhalten (siehe die offengelegte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 5-211 128 oder USP-5 374 564). Ferner wird in diesem Verfahren, da die als eine Folge der Delaminierung gebildete Oberfläche eine gute spiegelartige Oberfläche ist, ein SOI-Wafer, dessen SOI-Schicht eine hohe Dickengleichmäßigkeit aufweist, relativ leicht erhalten.
Ebenfalls werden in dem weiter oben beschriebenen Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren nicht nur Siliciumwafer zusammengebondet, sondern es kann auch ein Ionen-implantierter Siliciumwafer direkt mit einem Isolatorwafer aus SiO₂, SiC, Al₂O₃ etc. gebondet werden, um eine SOI-Schicht zu bilden.
Wenn der SOI-Wafer durch das Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren hergestellt wird, wird unvermeidbar ein delaminierter Siliciumwafer als Nebenprodukt produziert. Es wurde vorgeschlagen, einen solchen delaminierten Wafer als ein Nebenprodukt wiederzuverwenden, sodass ein SOI-Wafer im Wesentlichen von einem Siliciumwafer erhalten werden kann, und um dadurch die Herstellungskosten wesentlich zu senken.
Vom Gedanken her ist es möglich, den delaminierten Wafer wiederzuverwenden, jedoch gab es keine wirklichen Fälle einer Wiederverwendung des delaminierten Wafers, und die spezifischen Mittel für dessen Wiederverwendung sind noch nicht bekannt. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung stellten in Untersuchungen fest, dass der Wafer so, wie er gerade delaminiert wurde, aus den folgenden Gründen nicht wiederverwendet werden kann: eine Stufe liegt im peripheren Teil des Wafers vor; eine beschädigte Schicht infolge der Ionenimplantation liegt auf dessen Oberfläche vor; und dessen Oberflächenrauigkeit ist hoch. Demzufolge ist es erforderlich, die Stufe im peripheren Teil des Wafers, die beschädigte Schicht oder dergleichen zu entfernen, um den delaminierten Wafer als einen Siliciumwafer wiederzuverwenden.
In diesem Fall lässt sich vorstellen, dass die Oberfläche des delaminierten Wafers geschliffen wird und danach poliert wird, um die Stufe im peripheren Teil und die beschädigte Schicht zu entfernen und um die Oberflächenrauigkeit oder dergleichen zu verbessern. Um allerdings die Oberflächeneigenschaften durch Schleifen und Polieren zu verbessern, sind eine lange Bearbeitungszeit und die Entfernung von einer ganzen Menge Material erforderlich. Darüber hinaus kann in dem Fall, dass eine epitaxiale Schicht als Bondwafer in dem Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren verwendet wird und die SOI-Schicht aus einer epitaxialen Schicht gebildet wird, da die auf der delaminierten Schicht verbleibende epitaxiale Schicht vollständig entfernt wird, die epitaxiale Schicht nicht als eine SOI-Schicht wiederverwendet werden. Folglich können die Kosten für die Herstellung von SOI-Wafer nicht gesenkt werden.
In dem Fall, dass ein CZ-Wafer als ein Bondwafer verwendet wird, können die Probleme in Bezug auf die oben genannte COP nicht durch Schleifen und Polieren gelöst werden. In dem Fall, dass FZ-Wafer als Bondwafer verwendet wird, bedeutet die Entfernung einer Menge an Material beim Schleifen oder Polieren eine geringe Wiederverwendungshäufigkeit und weiter eine lange Verarbeitungszeit und hohe Produktionskosten.
In der EP-A 0 793 263 ist das Herstellungsverfahren eines Halbleiter-Siliciumsubrats beschrieben, welches das Bonden des ersten Substrats mit einem zweiten Substrat, wobei das erste Substrat einen dünnen, nicht-porösen Film auf einer porösen Si-Schicht eines ersten Substrats aufweist, das Exponieren der porösen Si-Schicht von der Seitenoberfläche, das Teilen der porösen Si-Schicht durch Oxidieren des gebondeten Substrats und das Entfernen des porösen Si und der oxidierten porösen Si-Schicht umfasst. Die Oberfläche des delaminierten Wafers wird durch Polieren oder Anlassen bzw. Tempern in einer Wasserstoff enthaltenden Umgebung eingeebnet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde realisiert, um die oben genannten Probleme zu lösen, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens einer geeigneten Wiederaufbereitung eines delaminierten Wafers, welcher als ein Nebenprodukt in einem Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren hergestellt wird, um ihn tatsächlich als einen Siliciumwafer wiederzuverwenden. Insbesondere ist das Ziel der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Verfahrens zur Wiederaufbereitung eines teuren Wafers, wie eines epitaxialen Wafers, für viele Male zur Wiederverwendung, um die Produktivität von SOI-Wafer mit einer SOI-Schicht von hoher Qualität zu verbessern und um die Produktionskosten zu senken.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Recyceln eines delaminierten Wafers bereit, welcher als Nebenprodukt bei der Herstellung eines SOI-Wafers hergestellt wird, gemäß einem Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren durch Wiederaufbereitung desselben zur Wiederverwendung als ein Siliciumwafer, in welchem das Polieren des delaminierten Wafers zur Entfernung einer Stufe in dem peripheren Teil des delaminierten Wafers und eine Wärmebehandlung in einer in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre zumindest als eine Wiederaufbereitung durchgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist in Anspruch 1 definiert.
Wie weiter oben beschrieben, wurde festgestellt, dass es im peripheren Teil des als Nebenprodukt hergestellten delaminierten Wafers eine Stufe gibt. Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Stufe in dem peripheren Teil des delaminierten Wafers durch Polieren als Wiederaufbereitung entfernt. Mit dem Polieren zur Entfernung der Stufe im peripheren Teil des delaminierten Wafers kann die periphere Stufe leicht entfernt werden, und darüber hinaus kann die beschädigte Schicht auf der Oberfläche des delaminierten Wafers ebenfalls entfernt werden, und die Oberflächenrauigkeit kann ebenfalls gleichzeitig verbessert werden.
Im Grunde wird das Polieren nur zur Materialentfernung durchgeführt, die zur Entfernung der Stufe im peripheren Teil in der vorliegenden Erfindung erforderlich ist. Die Entfernung der auf der Oberfläche verbleibenden beschädigten Schicht und die Verbesserung der Oberflächenrauigkeit werden durch die Wärmebehandlung für den delaminierten Wafer in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre erreicht.
Ein Verfahren zum Recyceln eines delaminierten Wafers, welcher als ein Nebenprodukt bei der Herstellung eines SOI-Wafers hergestellt wird, wird gemäß einem Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren bereitgestellt, in welchem ein epitaxialer Wafer als ein Bondwafer durch Wiederaufbereitung desselben zur Wiederverwendung als ein Siliciumwafer verwendet wird, in welchem das Polieren des delaminierten Wafers zur Entfernung einer Stufe in dem peripheren Teil des delaminierten Wafers und eine Wärmebehandlung in einer in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre zumindest als Wiederaufbereitung durchgeführt werden.
Wie weiter oben beschrieben, kann, da die Materialentfernung auf ein Minimum beschränkt wird, um den delaminierten Wafer in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wiederaufzubereiten, die epitaxiale Schicht des teuren epitaxialen Wafers wiederaufbereitet werden und viele Male wiederverwendet werden, sodass der SOI-Wafer von hoher Qualität bei niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Recyceln eines delaminierten Wafers, welcher als ein Nebenprodukt bei der Herstellung eines SOI-Wafers hergestellt wird, gemäß einem Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren bereitgestellt, in welchem ein CZ-Wafer als ein Bondwafer durch Wiederaufbereitung desselben zur Wiederverwendung als ein Siliciumwafer verwendet wird, in welchem das Polieren des delaminierten Wafers zur Entfernung einer Stufe in dem peripheren Teil des delaminierten Wafers und eine Wärmebehandlung in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre zumindest als Wiederaufbereitung durchgeführt werden.
Wie weiter oben beschrieben, kann, da der delaminierte Wafer einer Wärmebehandlung in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung unterzogen wird, eine beschädigte Schicht auf der Oberfläche des delaminierten Wafers entfernt werden, die Oberflächenrauigkeit kann verbessert werden, und weiterhin können COPs in dem CZ-Wafer beseitigt werden. Folglich kann, in dem Fall, dass CZ-Wafer als ein Bondwafer in einem Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren verwendet wird und ein delaminierter Wafer CZ-Wafer ist, der recycelte (wiedergewonnene) Wafer, in welchem COPs in dem delaminierten Wafer beseitigt werden, erhalten werden.
Außerdem wird ein Verfahren zum Recyceln eines delaminierten Wafers, welcher als ein Nebenprodukt bei der Herstellung eines SOI-Wafers hergestellt wird, gemäß einem Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren bereitgestellt, in welchem FZ-Wafer als ein Bondwafer durch Wiederaufbereitung desselben zur Wiederverwendung als ein Siliciumwafer verwendet wird, in welchem das Polieren des delaminierten Wafers zur Entfernung einer Stufe in dem peripheren Teil des delaminierten Wafers und eine Wärmebehandlung in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre zumindest als Wiederaufbereitung durchgeführt werden.
Wie weiter oben beschrieben, kann, da die Materialentfernung auf ein Minimum beschränkt wird, um den delaminierten Wafer in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wiederaufzubereiten, der FZ-Wafer ohne COP viele Male wiederaufbereitet werden, um wiederverwendet zu werden, sodass der SOI-Wafer von hoher Qualität bei niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
Es ist bevorzugt, dass ein Oberflächenoxidfilm vor dem Polieren zur Entfernung einer Stufe in dem peripheren Teil als Wiederaufbereitung von delaminiertem Wafer entfernt wird.
Wenn der Oberflächenoxidfilm vor dem Polieren zur Entfernung der peripheren Stufe entfernt wird, kann das Polieren gleichmäßig durchgeführt werden. Das heißt, wenn der Oxidfilm auf dem peripheren Teil mit der Stufe vorliegt, wird die Stufe größer. Da ferner der Oxidfilm und das Silicium von unterschiedlicher Härte sind, ist ein gleichmäßiges Polieren in Gegenwart des Oxidfilms schwierig.
Eine Materialentfernung beim Polieren zur Entfernung der Stufe in dem peripheren Teil als Wiederaufbereitung des delaminierten Wafers beläuft sich vorzugsweise auf 1 bis 2 μm.
Mit einer solchen geringen Materialentfernung kann die periphere Stufe sicher entfernt werden. Da darüber hinaus die Materialentfernung gering ausfällt, kann die epitaxiale Schicht als die SOI-Schicht viele Male durch Wiederaufbereiten des delaminierten Wafers verwendet werden, selbst wenn der epitaxiale Wafer als ein Bondwafer verwendet wird.
Es ist bevorzugt, dass die Wärmebehandlung in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre als Wiederaufbereitung des delaminierten Wafers bei einer Temperatur im Bereich von 1000°C bis zu einem Schmelzpunkt von Silicium während 6 Stunden oder weniger durchgeführt wird.
Wenn die Wärmebehandlung unter einer solchen Bedingung durchgeführt wird, nämlich bei einer hohen Temperatur über einen langen Zeitraum, kann die beschädigte Schicht auf der Oberfläche entfernt werden und die Oberflächenrauigkeit kann sicher verbessert werden. Darüber hinaus kann die Wärmebehandlung in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre durch die Verwendung eines herkömmlichen Widerstandserhitzungsofens durchgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Wärmebehandlung als Wiederaufbereitung des delaminierten Wafers in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 1000°C bis zu einem Schmelzpunkt von Silicium während 1 bis 300 Sekunden durch Einsatz einer Schnellerwärmungs-/Schnellabkühlungs-Vorrichtung durchgeführt.
Wenn der delaminierte Wafer der Wärmebehandlung in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre durch Einsatz der Schnellerwärmungs-/Schnellabkühlungs-Vorrichtung wie oben erwähnt unterzogen wird, kann die Entfernung einer beschädigten Schicht auf der Oberfläche des delaminierten Wafers und die Verbesserung der Oberflächenrauigkeit derselben auf wirksame Weise in sehr kurzer Zeit erreicht werden.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Wärmebehandlung als Wiederaufbereitung des delaminierten Wafers in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre, in einer 100 %igen Wasserstoffatmosphäre oder einer gemischten Atmosphäre von Wasserstoff und Argon durchgeführt.
In einer solchen Atmosphäre für die Wärmebehandlung kann die Oberfläche des delaminierten Wafers sicher verbessert werden.
Wie weiter oben beschrieben, besitzt der gemäß der vorliegenden Erfindung wiederaufbereitete delaminierte Wafer eine hohe Qualität, das heißt, die periphere Stufe kann entfernt werden, die beschädigte Schicht kann entfernt werden und die Oberflächenrauigkeit kann darin verbessert werden. Daher kann dieser als verschiedene Siliciumwafer verwendet werden.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere die Materialentfernung verringert werden kann, kann der wiederaufbereitete Wafer als ein Bondwafer des SOI-Wafers wiederverwendet werden, und dadurch kann der delaminierte Wafer für die Herstellung des SOI-Wafers viele Male wiederverwendet werden.
Wie weiter oben beschrieben, kann der gemäß der vorliegenden Erfindung wiederaufbereitete delaminierte Wafer als ein Siliciumwafer wiederverwendet werden. Da insbesondere die Materialentfernung für die Wiederaufbereitung gemäß der vorliegenden Erfindung sehr gering ausfällt, ist es nicht immer notwendig, zuvor die Dicke des zu delaminierenden Wafers in dem Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren zu regulieren. Demzufolge kann das Recyceln des delaminierten Wafers ziemlich einfach und bequem durchgeführt werden.
Wie weiter oben beschrieben, kann der als Nebenprodukt in dem Wasserstoffionen-Delamierungsverfahren hergestellte delaminierte Wafer, wenn er in geeigneter Weise gemäß der vorliegenden Erfindung wiederaufbereitet wird, tatsächlich als ein Siliciumwafer wiederverwendet werden. Insbesondere kann die Materialentfernung des delaminierten Wafers verringert werden, ein teurer Wafer, wie ein epitaxialer Wafer, kann viele Male wiederaufbereitet werden, um viele Male wiederverwendet zu werden. Dadurch kann eine Verbesserung der Produktivität des SOI-Wafers mit der SOI-Schicht von hoher Qualität und eine Kostensenkung erreicht werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1(a)–(h) ist ein Flussdiagramm, welches ein Beispiel eines SOI-Wafer-Herstellungsverfahrens gemäß einem Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren zeigt.
Die 2(A)–(F) ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zur Wiederaufbereitung eines delaminierten Wafers zur Wiederverwendung der vorliegenden Erfindung zeigt, das in einem Beispiel zur Anwendung kommt.
Die 3 ist eine Grafik, welche ein Messergebnis einer peripheren Stufe eines delaminierten Wafers zeigt.

(A) zeigt einen delaminierten Wafer, welcher nicht verarbeitet wird;
(B) zeigt einen delaminierten Wafer, nachdem ein Oxidfilm entfernt wurde; und
(C) zeigt einen delaminierten Wafer, nachdem eine periphere Stufe entfernt wurde.

Die 4 ist eine Grafik, welche ein Verhältnis zwischen der Materialentfernung beim Polieren zur Entfernung einer peripheren Stufe und der Höhe der Stufe zeigt.
Die 5 ist eine Grafik, welche ein Messergebnis einer beschädigten Schicht des delaminierten Wafers zeigt.
Die 6 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels einer Schnellerwärmungs-/Schnellabkühlungs-Vorrichtung.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG UND EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die vorliegende Erfindung wird ausführlich weiter unten noch weiter unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, ist aber nicht auf diese beschränkt.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend hauptsächlich in Bezug auf ein Verfahren zur Herstellung eines SOI-Wafers durch Bonden von zwei Siliciumwafern erläutert.
In Schritt (a) des Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahrens, das in 1 gezeigt ist, werden zwei Siliciumwafer, nämlich ein Basiswafer 1, der eine Basis sein soll, und ein Bondwafer 2, der eine SOI-Schicht sein soll, welche für Gerätespezifikationen geeignet sind, hergestellt. In dieser Ausführungsform wird ein epitaxialer Wafer, welcher aus einem Siliciumspiegelwafer besteht, auf welchem eine epitaxiale Schicht 13 mit einer Dicke vo etwa 10 μm gezüchtet wurde, als Bondwafer 2 verwendet.
Im Schritt (b) wird mindestens einer der Wafer, der Bondwafer (epitaxiale Wafer) 2 in diesem Fall, einer thermischen Oxidation unterworfen, um so auf dessen Oberfläche einen Oxidfilm 3 mit einer Dicke von etwa 0,1 μm bis 2,0 μm zu bilden.
Im Schritt (c) werden Wasserstoffionen oder Edelgasionen in eine Oberfläche, auf welcher die epitaxiale Schicht gebildet wird, des Bondwafers 2 implantiert, auf welchem Oxidfilm gebildet wird, um eine feine Blasenschicht (eingeschlossene Schicht) 4 zu bilden, welche parallel zu der Oberfläche an einer Position, die der mittleren Eindringtiefe der Ionenimplantation entspricht, verläuft. Die Implantationstemperatur ist vorzugsweise 25–450°C.
Im Schritt (d) wird der Basiswafer 1 auf die Wasserstoffionen-implantierte Oberfläche (die als epitaxiale Schicht gebildete Oberfläche) des Wasserstoffionen-implantierten Bondwafers 2 durch den Oxidfilm aufgelegt, und diese werden in engen Kontakt miteinander gebracht. Wenn die Oberflächen der zwei Wafer bei Umgebungstemperatur in einer reinen Atmosphäre miteinander in Kontakt gebracht werden, haften die Wafer aneinander an, ohne die Verwendung von Klebstoff oder dergleichen.
Im Schritt (e) wird eine Wärmebehandlung zur Delaminierung durchgeführt, in welcher ein delaminierter Wafer 5 von einem SOI-Wafer 6 (aufgebaut aus der SOI-Schicht 7, einer vergrabenen Oxidschicht 3 und einem Basiswafer 1) delaminiert wird, während die eingeschlossene Schicht 4 als Delaminierungsebene verwendet wird. Die Wärmebehandlung wird zum Beispiel bei einer Temperatur von etwa 500°C oder höher in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt, um eine Kristallneuanordnung und Blasenkohäsion zu bewirken, und dadurch wird der delaminierte Wafer 5 von dem SOI-Wafer 6 delaminiert. In diesem Fall besteht die gesamte SOI-Schicht 7 aus einer epitaxialen Schicht.
Im Schritt (f) wird der SOI-Wafer 6 einer Wärmebehandlung bei hoher Temperatur als einer Bonding-Wärmebehandlung unterzogen, um eine ausreichende Bonding- bzw. Haftfestigkeit zu erreichen, da die Bondingfestigkeit, die in dem oben beschriebenen Nah-Kontaktierungs-Schritt (d) verliehen wird, und dem Delaminierungs-Wärmebehandlungsschritt (e) nicht ausreichend ist, um ohne eine weitere Behandlung in einem Vorrichtungsverfahren verwendet zu werden. Vorzugsweise wird diese Wärmebehandlung zum Beispiel in einer Inertgasatmosphäre bei 1050–1200°C während 30 Minuten bis 2 Stunden durchgeführt.
Der Schritt (e), d. h. die Delaminierungs-Wärmebehandlung, und der Schritt (f), d. h. die Bonding-Wärmebehandlung, können nacheinander durchgeführt werden. Alternativ kann der Schritt (e), d. h. die Delaminierungs-Wärmebehandlung, auch als eine Bonding-Wärmeehandlung des Schritts (f) dienen.
Im Schritt (g) wird dann ein Spiegelpolierverfahren, das als "Touch-polishing" bezeichnet wird, in welchem eine Materialentfernung sehr gering ausfällt, durchgeführt, um eine Kristallfehlerschicht auf einer delaminierten Oberfläche zu entfernen, welche eine Oberfläche der SOI-Schicht 7 ist, und um die Oberflächenrauigkeit zu verbessern.
Der SOI-Wafer 6 von hoher Qualität mit der SOI-Schicht 7, die aus einer epitaxialen Schicht von hoher Kristallqualität und hoher Dickengleichmäßigkeit besteht, kann durch die oben beschriebenen Schritte hergestellt werden (Schritt (h)).
In dem oben genannten Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren wird der delaminierte Wafer 5 als ein Nebenprodukt im Schritt (e) von 1 hergestellt. Die Dicke der SOI-Schicht, die durch das Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren hergestellt wird, ist allgemein 0,1 bis 1,5 Mikrometer, und höchstens 2 Mikrometer. Folglich hat der delaminierte Wafer 5 eine ausreichende Dicke. Aus diesem Grund können die Herstellungskosten für die SOI-Schicht signifikant gesenkt werden durch die Wiederverwendung des delaminierten Wafers als Siliciumwafer. Insbesondere wenn der epitaxiale Wafer mit der epitaxialen Schicht mit einer Dicke von etwa 10 Mikrometer als ein Bondwafer verwendet wird, wie in der oben genannten Ausführungsform, bleibt die epitaxiale Schicht mit einer Dicke von etwa 8 Mikrometer oder mehr nach der Delaminierung zurück. Folglich können, falls diese wiederum als ein Bondwafer verwendet werden kann, die Herstellungskosten für den SOI-Wafer, bei welchem der epitaxiale Wafer verwendet wird, beträchtlich gesenkt werden.
Jedoch wird eine Stufe 10 im peripheren Teil des delaminierten Wafers 5 gebildet, wie in der vergrößerten schematischen Ansicht des delaminierten Wafers von 2(A) gezeigt, und aus diesem Grund kann der Wafer nicht als ein Siliciumwafer ohne weitere Bearbeitung verwendet werden. Die periphere Stufe 10 wird gebildet, weil die Peripherie des Bondwafers nicht mit einem Basiswafer gebondet werden kann. Folglich ist die Höhe der Stufe in etwa dieselbe wie die Summe der Dicke der SOI-Schicht und der Dicke der vergrabenem Oxidschicht 3.
Außerdem verbleibt die beschädigte Schicht 12 infolge der Wasserstoffionen-Implantation auf der delaminierten Oberfläche 11 des delaminierten Wafers, und die Oberflächenrauigkeit ist schlechter als diejenige eines allgemeinen Spiegelwafers. Insbesondere ist die Oberflächenrauigkeit lokal schlechter. Wenn demzufolge der Wafer einem bevorzugten Ätzen, wie einem Alkali-Ätzen, unterzogen wird, bilden sich darin tiefe Grübchen bzw. Krater.
In diesem Fall wäre es denkbar, dass alle aus der peripheren Stufe, der beschädigten Schicht und der Oberflächenrauigkeit durch Schleifen und Polieren entfernt werdem. Allerdings würde eine Materialentfernung zu weit gehen, und die Bearbeitungszeit in einem solchen Verfahren zu lang sein. Darüber hinaus wird in dem Fall, dass der epitaxiale Wafer als ein Bondwafer in der oben genannten Ausführungsform verwendet wird, die epitaxiale Schicht vollständig entfernt werden, und daher kann diese nicht als eine SOI-Schicht wiederverwendet werden.
Um die oben genannten Probleme zu lösen, untersuchten die Erfinder ein Verfahren, in welchem ein delaminierter Wafer, der als ein Nebenprodukt in einem Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren hergestellt wird, in geeigneter Weise wiederaufbereitet wird, um tatsächlich als ein Siliciumwafer wiederverwendet zu werden, und vollendeten die Erfindung.
Insbesondere untersuchten die Erfinder ein Verfahren, in welchem eine Materialentfernung zur Wiederaufbereitung eines delaminierten Wafers vermindert wird, um einen teuren Wafer mit hoher Qualität, wie den oben genannten epitaxialen Wafer, viele Male wiederaufzubereiten und wiederzuverwenden.
Genau gesagt, gemäß der vorliegenden Erfindung wird die periphere Stufe, die auf dem delaminierten Wafer gebildet wird, welcher als ein Nebenprodukt bei der Herstellung eines SOI-Wafers durch das Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren hergestellt wird, durch leichtes Polieren entfernt.
Wie weiter oben beschrieben, wenn die periphere Stufe in dem delaminierten Wafer durch Polieren entfernt wird, kann die periphere Stufe leicht entfernt werden. Wenn zum Beispiel die Dicke der SOI-Schicht 0,2 Mikrometer beträgt, ist eine Materialentfernung von etwa 1 Mikrometer ausreichend, um die Stufe vollständig zu entfernen. Selbst wenn die SOI-Schicht dicker ist, ist eine Materialentfernung von 2 Mikrometer ausreichend, um die periphere Stufe zu entfernen.
Darüber hinaus kann, wenn die periphere Stufe durch Polieren entfernt wird, die Entfernung der beschädigten Schicht und die Verbesserung der Oberflächenrauigkeit auf dem delaminierten Wafer ebenfalls gleichzeitig in gewissem Maße erreicht werden.
In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein Oberflächenoxidfilm 3 vorzugsweise bei der Wiederaufbereitung des delaminierten Wafers vor dem Polieren zur Entfernung der peripheren Stufe entfernt.
Denn wenn der Oberflächenoxidfilm 3 vor dem Polieren zur Entfernung der peripheren Stufe 10 entfernt wird, kann das Polieren gleichmäßig durchgeführt werden. Wenn der Oxidfilm 3 auf der peripheren Stufe 10 abgeschieden wird, ist die Höhe der Stufe höher, und ein gleichmäßiges Polieren bei der Oberfläche des delaminierten Wafers ist schwierig aufgrund des Unterschieds in der Härte zwischen dem Oxidfilm und Silicium.
Die Entfernung des Oxidfilms kann leicht durch Eintauchen des delaminierten Wafers in Fluorwasserstoffsäure durchgeführt werden.
Als Nächstes wird in der vorliegenden Erfindung der delaminierte Wafer der Wärmebehandlung in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre unterzogen, um die Oberflächenrauigkeit komplett zu verbessern. Denn wenn das Finish- bzw. Fertigpolieren nach dem Polieren zur Entfernung der peripheren Stufe durchgeführt wird, wird die Materialentfernung erhöht. Deshalb werden eine Verbesserung der Oberflächenrauigkeit und die Entfernung der beschädigten Schicht durch Unterwerfen des delaminierten Wafers der Wärmebehandlung in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre als Wiederaufbereitung für den delaminierten Wafer in der vorliegenden Erfindung erreicht.
Die Wärmebehandlung kann die beschädigte Schicht entfernen und die Oberflächenrauigkeit verbessern, ohne die Dicke des delaminierten Wafers zu verringern. Folglich kann die Materialentfernung bei der Wiederaufbereitung im Grunde innerhalb der Menge gehalten werden, welche zur Entfernung der peripheren Stufe erforderlich ist.
In diesem Fall muss die Reihenfolge des Polierens zur Entfernung der peripheren Stufe und der Wärmebehandlung in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre nicht spezifisch sein. Es ist bevorzugt, die periphere Stufe vor der Wärmebehandlung zu entfernen, nämlich die Wärmebehandlung nach der Entfernung der beschädigten Oberflächenschicht und der Oberflächenrauigkeit in einem gewissen Maße durchzuführen, da in diesem Fall die beschädigte Schicht vollständiger entfernt werden kann und die Oberflächenrauigkeit weiter verbessert werden kann. Allerdings spielt es keine Rolle, ob das Polieren zur Entfernung der peripheren Stufe nach der Wärmebehandlung in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre erfolgt.
Die Wärmebehandlung in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre kann vorzugsweise zum Beispiel bei 1000°C bis zu einem Schmelzpunkt von Silicium, stärker bevorzugt bei 1200 bis 1350°C während 6 Stunden oder weniger durchgeführt werden.
Wenn die Wärmebehandlung bei hoher Temperatur über einen langen Zeitraum unter der oben genannten Bedingung durchgeführt wird, ist es möglich, die beschädigte Schicht auf der Oberfläche des delaminierten Wafers sicher zu entfernen und die Oberflächenrauigkeit mit einer beliebigen Art eines Wärinebehandlungsofens zu verbessern. Die Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur wie 1200°C oder mehr ermöglicht die wirksame Entfernung der beschädigten Schicht und die Verbesserung der Oberflächenrauigkeit. Allerdings kann eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von höher als 1350°C Probleme hinsichtlich der Lebensdauer eines Ofens und der Waferkontamination verursachen. Folglich ist die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1200°C bis 1350°C bevorzugt.
Jedoch nimmt die Wärmebehandlung unter Einsatz eines allgemeinen Wärmebehandlungsofens wie oben beschrieben viel Zeit in Anspruch. Demzufolge kann die Wärme behandlung der vorliegenden Erfindung unter Einsatz der Schnellerwärmungs-/Schnellabkühlungs-Vorrichtung bei einer Temperatur im Bereich von 1000°C bis zum Schmelzpunkt von Silicium während 1 bis 300 Sekunden durchgeführt werden.
Wenn der delaminierte Wafer der Wärmebehandlung in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre unter Einsatz einer Schnellerwärmungs-/Schnellabkühlungs-Vorrichtung wie oben beschrieben unterzogen wird, kann die beschädigte Schicht auf der Oberfläche des delaminierten Wafers entfernt werden und die Oberflächenrauigkeit kann wirksam in sehr kurzer Zeit verbessert werden. Eine Temperatur im Bereich von 1200°C bis 1350°C ist auch in diesem Fall wirksamer.
Beispiele einer Vorrichtung, welche den delaminierten Wafer rasch erwärmen und abkühlen kann, wie sie in der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, schließen ein: eine Heizvorrichtung wie eine Lampenheizung mit einer Strahlungserwärmung. Ein Beispiel für kommerziell verfügbare Vorrichtungen ist SHS-2800 (Produkt von AST Corp.). Diese Vorrichtungen sind weder extrem kompliziert noch teuer.
Ein Beispiel der Vorrichtung, welche den delaminierten Wafer rasch erwärmen und abkühlen kann, wie sie in der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt, ist weiter unten angegeben. Die 6 ist eine schematische Schnittansicht der Schnellerwärmungs-/Schnellabkühlungs-Vorrichtung.
Eine Wärmebehandlungsvorrichtung 20 wie in 6 gezeigt schließt eine Glasglocke 21 ein, welche zum Beispiel aus Siliciumcarbid oder Quarz gebildet ist und bei welcher ein Wafer wärmebehandelt wird. Das Erwärmen erfolgt mit den Heizvorrichtungen 22 und 22', welche die Glasglocke 21 umgeben. Die Heizvorrichtungen sind in die obere und die untere aufgeteilt, sodass die jeder der Heizvorrichtungen zugeführte Energie unabhängig geregelt werden kann. Das Erwärmungsverfahren ist nicht darauf beschränkt, doch ist eine so genannte Strahlungserwärmung und eine Hochfrequenzerwärmung ebenfalls anwendbar. Ein Gehäuse 23 zur Wärmeabschirmung ist um die Heizvorrichtungen 22 und 22' herum angeordnet.
Eine wassergekühlte Kammer 24 und eine Basisplatte 25 werden am unteren Teil eines Ofens angeordnet, um das Innere der Glasglocke 21 von der Atmosphäre zu isolieren. Ein delaminierter Wafer 28 wird auf einem Objektträger 27 gehalten, welcher am oberen Ende eines/einer Objektträgerschafts bzw. -achse 26 befestigt ist, welcher vertikal mit Hilfe eines Motors 29 bewegt werden kann. Um einen Wafer in den Ofen entlang einer horizontalen Richtung zu laden oder aus diesem zu entnehmen, besitzt die wassergekühlte Kammer 24 einen nicht veranschaulichten Waferport, welcher geöffnet und geschlossen wird mit Hilfe eines Absperrventils. Ein Gaseinlass und ein Gasauslass sind in der Basisplatte 25 vorgesehen, sodass die Gasatmosphäre innerhalb des Ofens eingestellt werden kann.
In dem Wärmebehandlungsverfahren 20 mit der oben beschriebenen Bauart wird die Wärmebehandlung für das rasche Erwärmen/Abkühlen des delaminierten Wafers in der unten beschriebenen Verfahrensweise durchgeführt.
Zunächst wird das Innere der Glasglocke 21 auf eine erwünschte Temperatur von 1000°C bis zum Schmelzpunkt von Silicium durch die Heizvorrichtungen 22 und 22' erwärmt und wird dann auf der gewünschten Temperatur gehalten. Durch wechselseitige unabhängige Kontrolle der den Heizvorrichtungen 22 und 22' zugeführten Energie kann eine Temperaturverteilung innerhalb der Glasglocke 21 entlang einer vertikalen Richtung eingerichtet werden. Folglich wird die Wärmebehandlungstemperatur eines Wafers durch die Position des Objektträgers 27 bestimmt, d. h. den Einführgrad des Objektträgerschafts 26 in den Ofen. Die Wärmebehandlungsatmosphäre wird durch Einführen eines Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Gases über den in der Basisplatte vorgesehenen Gaseinlass reguliert.
In einem Zustand, in welchem das Innere der Glasglocke 21 auf einer gewünschten Temperatur gehalten wird, wird ein delaminierter Wafer in die wassergekühlte Kammer 24 durch den Waferport durch eine nicht veranschaulichte Wafer-Handhabungsvorrichtung, die in der Nähe der Wärmebehandlungsvorrichtung 20 angeordnet ist, eingeführt. Der eingeführte Wafer wird zum Beispiel in ein SiC-Boot, das auf dem Objektträger 27 vorgesehen ist, platziert, welcher sich an der Bereitschaftstellung am Boden befindet. Da die wassergekühlte Kammer 24 und die Basisplatte 25 wassergekühlt werden, wird der an dieser Bereitschaftsstellung befindliche Wafer nicht auf eine hohe Temperatur erwärmt.
Nach Beendigung des Platzierens des delaminierten Wafers auf den Objektträger 27 wird der Motor 29 sogleich in Gang gesetzt, um den Objektträgerschaft 26 in den Ofen einzuführen, sodass der Objektträger 27 auf eine Wärmebehandlungsposition angehoben wird, wo eine gewünschte Temperatur im Bereich von 1000°C bis zu einem Schmelzpunkt von Silicium eingestellt wird, wodurch der delaminierte Wafer auf dem Objektträger bei der hohen Temperatur wärmebehandelt wird. Da in diesem Fall nur zum Beispiel ungefähr 20 Sekunden erforderlich sind, um den Objektträger 27 von der Bereitschaftsstellung am Boden in der wassergekühlten Kammer 24 zu der Wärmebehandlungsstellung hin zu verschieben, wird der delaminierte Wafer schnell erwärmt.
Der Objektträger 27 wird bei der gewünschten Temperaturstellung für eine vorbestimmte Zeit (1 bis 300 Sekunden) angehalten, wodurch der delaminierte Wafer einer Hochtemperatur-Wärmebehandlung während der Anhaltezeit in einer reduzierenden Atmosphäre unterzogen wird. Nach Ablauf der vorbestimmten Zeit zur Vollendung der Hochtemperatur-Wärmebehandlung wird der Motor 29 sogleich in Gang gesetzt, um den Trägerschaft 26 aus dem Innern des Ofens zu entfernen, um dadurch den Objektträger 27 auf die Bereitschaftsstellung am Boden in der wassergekühlten Kammer 24 abzusenken. Diese Absenkbewegung kann zum Beispiel in etwa 20 Sekunden abgeschlossen werden. Der delaminierte Wafer auf dem Objektträger 27 wird rasch gekühlt, da die wassergekühlte Kammer 24 und die Basisplatte 25 wassergekühlt werden. Schließlich wird der delaminierte Wafer von der Innenseite der wassergekühlten Kammer 24 durch die Wafer-Handhabungsvorrichtung entnommen, womit die Wärmebehandlung abgeschlossen wird.
Wenn mehrere delaminierte Wafer wärmebehandelt werden müssen, können diese Wafer nacheinander in den Wärmebehandlungsofen 20 geladen und in diesem wärmebehandelt werden, welcher auf einer vorbestimmten hohen Temperatur ohne eine Absenkung der Temperatur gehalten wird.
In diesem Fall kann die Atmosphäre der Wärmebehandlung in der reduzierenden Atmosphäre, welche Waserstoff enthält, eine 100 %ige Wasserstoffatmosphäre oder eine gemischte Atmosphäre von Wasserstoff und Argon sein.
In der oben genannten Atmosphäre für die Wärmebehandlung wird ein Film, welcher für die Oberfläche des delaminierten Wafers schädlich ist, nicht gebildet, eine beschädigte Schicht auf der Oberfläche des delaminierten Wafers kann sicher entfernt werden und die Oberflächenrauigkeit kann verbessert werden.
Es kann somit der recycelte (wiedergewonnene) Wafer erhalten werden, bei welchem die periphere Stufe des delaminierten Wafers und die beschädigte Schicht infolge von Wasserstoffionen-Implantation auf der delaminierten Oberfläche entfernt werden kann, und die Oberflächenrauigkeit der delaminierten Oberfläche verbessert werden kann, sodass dessen Oberfläche nicht derjenigen des allgemeinen Spiegelwafers unterlegen ist.
Besonders wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Dicke des delaminierten Wafers um nur 1 Mikrometer oder höchstens um 2 Mikrometer verringert, sodass der Wafer selbst als ein Bondwafer wiederverwendet werden kann.
Das heisst zum Beispiel, wenn der SOI-Wafer durch das Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren unter Verwendung des epitaxialen Wafers als ein Bondwafer hergestellt wird und der delaminerte Wafer, welcher als ein Nebenprodukt hergestellt wird, gemäß der vorliegenden Erfindung wiederaufbereitet wird, um einen epitaxialen Wafer zu reproduzieren, kann der auf diese Weise erhaltene epitaxiale Wafer als ein Bondwafer wiederverwendet werden, sodass die epitaxiale Schicht des teuren epitaxialen Wafers viele Male wiederaufbereitet werden kann, um als eine SOI-Schicht wiederverwendet zu werden. Folglich kann ein SOI-Wafer mit hoher Qualität bei niedrigen Kosten erhalten werden.
Wenn darüber hinaus der delaminierte Wafer, welcher als ein Nebenprodukt bei der Herstellung eines SOI-Wafers gemäß einem Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren hergestellt wird, in welchem CZ-Wafer als ein Bondwafer verwendet wird, gemäß der vorliegenden Erfindung wiederaufbereitet wird zur Herstellung eines Siliciumwafers, kann eine beschädigte Schicht auf der Oberfläche des delaminierten Wafers entfernt werden, die Oberflächenrauigkeit kann verbessert werden, und weiterhin können COPs in CZ-Wafer in dem resultierenden Wafer eliminiert werden, da der Wafer der Wärmebehandlung in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre unterzogen wird. Folglich kann in dem Fall, dass CZ-Wafer als ein Bondwafer verwendet wird und ein delaminierter Wafer CZ-Wafer in dem Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren ist, der recycelte (wiedergewonnene) Wafer, bei welchem COPs in dem delaminierten Wafer ebenfalls eliminiert werden, erhalten werden.
Darüberhinaus, wenn der delaminierte Wafer, der als ein Nebenprodukt bei der Herstellung eines SOI-Wafers gemäß einem Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren hergestellt wird, in welchem FZ-Wafer als ein Bondwafer verwendet wird, gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Siliciumwafers wiederaufbereitet wird, kann der FZ-Wafer ohne COP viele Male für die Wiederverwendung wiederaufbereitet werden, da die Materialentfernung für den delaminierten Wafer auf ein Minimum beschränkt ist, sodass der SOI-Wafer mit hoher Qualität bei niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
Der auf diese Weise gemäß der vorliegenden Erfindung wiederaufbereitete Siliciumwafer kann nicht nur erneut als ein Bondwafer verwendet werden, sondern auch als ein Basiswafer, oder als ein allgemeiner Silicium-Spiegelwafer. Das bedeutet, die Verwendung des durch die vorliegende Erfindung erhaltenen, recycelten (wiedergewonnenen) Wafers unterliegt keiner spezifischen Beschränkung.
Insbesondere wenn der epitaxiale Wafer als ein Bondwafer verwendet wird, kann der resultierende delaminierte Wafer auch als ein allgemeiner epitaxialer Wafer verwendet werden.
BEISPIEL
Die folgenden Beispiele dienen einer weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Diese Beispiele sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken.
Beispiel 1
Zwei Silicium-Spiegelwafer mit einer Resistivität von 1,0 bis 2,0 Ω·cm und einem Durchmesser von 150 mm, wobei ein leitfähiger Typ ein p-Typ ist, wurden hergestellt. Was einen dieser Wafer angeht, wurde eine epitaxiale Schicht mit einer Dicke von etwa 10 Mikrometer gezüchtet. Der epitaxiale Wafer wurde als ein Bondwafer verwendet und durch die Schritte (a) bis (h) wie in 1 gezeigt gemäß dem Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren verwendet, um SOI-Wafer herzustellen. Die Dicke der SOI-Schicht war 0,2 Mikrometer. Die Hauptverfahrensbedingungen, die in dem Verfahren angewandt wurden, sind wie folgt.

1) Dicke einer vergrabenen Oxidschicht: 400 nm (0,4 Mikrometer);
2) Bedingungen der Wasserstoffimplantation: H⁺-Ionen, Implantationsenergie 69 keV, Implantationsdosis 5,5 × 10¹⁶/cm²;
3) Bedingungen der Wärmebehandlung für die Delaminierung: in einer N₂-Gasatmosphäre, bei 500°C während 30 Minuten.
4) Bedingungen für die Wärmebehandlung zum Bonden: in einer N₂-Gasatmosphäre, bei 1100°C während 2 Stunden.

Der SOI-Wafer von hoher Qualität mit der SOI-Schicht der epitaxialen Schicht mit einer Dicke von 0,2 Mikrometer konnte auf diese Weise erhalten werden, und der delaminierte Wafer 5 wurde ebenfalls als ein Nebenprodukt im Schritt (e) von 1 hergestellt.
Der delaminierte Wafer wurde gemäß den Schritten (A) bis (F) von 2 wiederaufbereitet, um als ein Bondwafer wiederverwendet zu werden.
Zunächst wurde die periphere Gestalt des nicht wiederaufbereiteten Wafers 5, wie in 2(A) gezeigt, durch Scannen mit einem Rauigkeitsmessgerät vom Kontaktsonden-Typ gemessen. Die Ergebnisse der Messung sind in 3(A) gezeigt.
Wie in 3(A) gezeigt, wurde eine Stufe 10 im peripheren Teil des delaminierten Wafers 5 aufgrund des Teils, an welchem die Wafer nicht beim Bonden der Wafer gebondet wurden, gebildet. Die Höhe der peripheren Stufe 10 war mehr als die Summe der Dicke der SOI-Schicht (0,2 Mikrometer) und der Dicke der Oxidfilmschicht (0,4 Mikrometer).
Die Oberflächenrauigkeit der delaminierten Oberfläche 11 des nicht wiederaufbereiteten delaminierten Wafers 5, wie in 2(A) gezeigt, wie durch ein Phasenverschiebungs-Interferometrieverfahren bei 250 Quadratmikrometer und durch ein Atomkraft-Mikroskopverfahren bei 1 Quadratmikrometer gemessen, war 0,40 nm im Durchschnitt bzw. 7,4 nm im Durchschnitt (RMS-Wert: quadratischer Mittelwert der Rauigkeit).
Die Werte waren weitaus schlechter als diejenige eines allgemeinen spiegelpolierten Siliciumwafers. Insbesondere ist der Wert bei 1 Mikrometer zum Quadrat das 10-Fache oder mehr des Wertes für den allgemeinen spiegelpolierten Siliciumwafer, was zeigt, dass die Oberflächenrauigkeit auf der delaminierten Oberfläche lokal hoch ist.
Die Tiefe einer beschädigten Schicht auf der delaminierten Oberfläche 11 des nicht wiederaufbereiteten delaminierten Wafers 5 wird, wie in 2(A) gezeigt wurde, wie folgt ermittelt. Die Wafer wurden einem Ätzen mit wässriger KOH-Lösung bei einer unterschiedlichen Ätzentfernung unterworfen. Die Wafer wurden dann einer pyrogenen Oxidation bei 1100°C während 1 Stunde unterworfen, und der auf der Oberfläche gebildete Oxidfilm wurde mit einer wässrigen Lösung von Fluorwasserstoffsäure entfernt. Anschließend wurde die Oberfläche von selbigem danach einem bevorzugten Ätzen mit Secco-Ätzlösung unterworfen und mit einem Mikroskop begutachtet, um die Dichte von OSF (durch Oxidation herbeigeführte Stapelfehler), der auf der Oberfläche existiert, zu messen. Jede Ätzentfernung war 0, 25, 50, 75, 100, 150, 200 nm. Die Messergebnisse waren als eine gekrümmte Linie a in 5 dargestellt.
Wie in 5 gezeigt, ist es offensichtlich, dass eine beschädigte Schicht mit einer Tiefe von etwa 100 nm auf der Oberfläche des delaminierten Wafers vorliegt. OSFs, die an einer tieferen Position als 100 nm begutachtet wurden, wurden vermutlich als eine Folge davon erzeugt, dass sich Nuklei von OSF in der epitaxialen Schicht infolge von Kristallfehlern bildeten, welche ursprünglich im Substrat selbst vorhanden waren.
In 2(B) wird der delaminierte Wafer in Fluorwasserstoffsäure eingetaucht, um den Oxidfilm 3 auf der Oberfläche zu entfernen. 50 %ige wässrige HF-Lösung wurde als Fluorwasserstoffsäure verwendet. Die periphere Gestalt des delaminierten Wafers, bei welchem der Oxidfilm entfernt wurde, wurde erneut durch Scannen mit einem Rauhigkeitsmessgerät vom Kontaktsonden-Typ gemessen. Das Ergebnis ist in 3(B) gezeigt.
Wie in 3(B) gezeigt, gibt es eine Stufe, welche etwas höher ist als die Dicke der SOI-Schicht (0,2 Mikrometer) im peripheren Teil des delaminierten Wafers 5.
Der delaminierte Wafer wurde nach der Entfernung des Oxidfilms einem Polieren unterzogen, um die periphere Stufe zu entfernen, wie in 2(C) gezeigt. Das Polieren erfolgte unter ähnlichen Bedingungen mit ähnlichen Vorrichtungen wie jenen für das allgemeine Polieren eines Siliciumwafers. In der vorliegenden Erfindung wurde die delaminierte Oberfläche durch Einführen des delaminierten Wafers zwischen Polier-Drehtische, wobei die Polier-Drehtische in einer Weise gedreht werden, sodass jeder der Polier-Drehtische in entgegengesetzter Richtung zueinander rotiert, bei einer Beschickung mit 500 g/cm² und unter Zuführen einer Polieraufschlämmung zu der delaminierten Oberfläche, die poliert werden soll.
Das Ergebnis der Messung, was das Verhältnis zwischen der Polier-Materialentfernung und die Höhe der peripheren Stufe angeht, wurde in 4 gezeigt. Wie in 4 gezeigt, ist es offensichtlich, dass eine Materialentfernung von etwa 1 Mikrometer ausreichend ist, um die Stufen vollständig zu entfernen. Wenn die SOI-Schicht dicker ist und die Stufe höher ist, ist eine Materialentfernung von 2 Mikrometer zur Vervollkommnung bevorzugt.
Die Gestalt des peripheren Teils des delaminierten Wafers, bei welchem die periphere Stufe durch Polieren für eine Materialentfernung von 1 Mikrometer entfernt wurde, wurde erneut durch Scannen mit einem Rauigkeitsmessgerät vom Kontaktsonden-Typ gemessen. Das Ergebnis wurde in 3(C) gezeigt.
Wie in 3(C) gezeigt, wurde die Stufe im peripheren Teil des delaminierten Wafers vollständig durch Polieren für eine Materialentfernung von 1 Mikrometer entfernt. Demzufolge war die Gestalt der Peripherie des Wafers für die Wiederverwendung als ein Siliciumwafer geeignet.
Der delaminierte Wafer wurde einer Reinigung vor der Wärmebehandlung unterzogen, wie in 2(D) gezeigt, um dessen Verunreinigung zu verhindern. Das Reinigen ist allgemein als RCA-Reinigung bekannt und umfasst zwei Schritte: (wässriges Ammoniak/wässriges Wasserstoffperoxid) und (Chlorwasserstoffsäure/wässriges Wasserstoffperoxid).
Nach dem Reinigen vor der Wärmebehandlung wurde der delaminierte Wafer der Wärmebehandlung in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre unter Einsatz einer Schnellerwärmungs-/Schnellabkühlungs-Vorrichtung wie in 6 gezeigt unter der folgenden Bedingung unterzogen: in 100 %iger Wasserstoffatmosphäre bei 1200°C während 30 Sekunden (2(E)).
Die Oberflächenrauigkeit der delaminierten Oberfläche nach der Wärmebehandlung mit einer Schnellerwärmungs-/Schnellabkühlungs-Vorrichtung, wie durch ein Phasenverschiebungs-Interferometrieverfahren bei 250 Mikrometer zum Quadrat und durch ein Atomkraft-Mikroskopverfahren bei 1 Mikrometer zum Quadrat gemessen, war 0,25 nm im Durchschnitt bzw. 0,20 nm im Durchschnitt (RMS-Wert: quadratischer Mittelwert der Rauigkeit).
Die Werte entsprechen den Werten des allgemeinen spiegelpolierten Siliciumwafers. Folglich ist es offensichtlich, dass die Oberflächenrauigkeit signifikant verbessert wurde.
Nach der Wärmebehandlung mit einer Schnellerwärmungs-/Schnellabkühlungs-Vorrichtung war die OSF-Dichte auf der Oberfläche, wie durch Unterwerfen des Wafers einer Oxidation und einem bevorzugten Ätzen gemessen, und die mit einem Mikroskop festgestellt wurde, etwa 10 Nummern/cm², was der Dichte von OSF entspricht, die in einer epitaxialen Schicht aufgrund des Einflusses des Substrats erzeugt wurde.
Wie oben beschrieben, besitzt der gemäß der vorliegenden Erfindung wiederaufbereitete delaminierte Wafer eine Qualität, die gut genug ist für die erneute Wiederverwendung als ein epitaxialer Wafer.
Folglich wurde der wiederaufbereitete delaminierte Wafer als ein Bondwafer verwendet, wie in 2(F) gezeigt. Das heißt, der oben genannte recycelte (wiedergewonnene) Wafer wurde als ein Bondwafer 2 in 1(a) verwendet. Da der delaminierte Wafer nur 1 Mikrometer dünner gemacht wurde durch Polieren zur Entfernung einer peripheren Stufe, hat er noch eine Dicke von etwa 9 Mikrometer. Dann wurden die in 1 gezeigten Stufen so bearbeitet, um SOI-Wafer gemäß einem Wasserstoffionen-Delaminierungsverfahren herzustellen. Es konnte ein SOI-Wafer von hoher Qualität, bei welchem die SOI-Schicht aus der epitaxialen Schicht besteht, ohne irgendwelche Probleme erhalten werden.
Danach wurde, um die Wirkung einer Verbesserung bei der beschädigten Schicht und der Oberflächenrauigkeit, die durch die Wärmebehandlung in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre erhalten wurde, zu bestimmen, der delaminierte Wafer, bei welchem der Oxidfilm entfernt wurde wie in 2(B) gezeigt, aber das Polieren zur Entfernung der peripheren Stufe nicht durchgeführt wurde, d. h. der delaminierte Wafer mit der beschädigten Schicht und der Oberflächenrauigkeit auf der delaminierten Oberfläche einer RCA-Reinigung, wie weiter oben beschrieben, unterzogen, und danach direkt der oben genannten Wärmebehandlung in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre mittels einer Schnellerwärmungs-/Schnellabkühlungs-Vorrichtung wie in 6 gezeigt unter der folgenden Bedingung: in 100 %iger Wasserstoffatmosphäre bei 1200°C während 30 Sekunden.
Um die Tiefe einer beschädigten Schicht nach der Wärmebehandlung zu bestimmen, wurden die Wafer, welche sich in der Ätzungsdicke auf deren Oberfläche voneinander unterscheiden, einer Oxidation und einem bevorzugten Ätzen unterworfen und mit einem Mikroskop begutachtet, um die Dichte der auf der Oberfläche jedes Wafers vorliegenden OSF zu messen. Jede Ätzentfernung betrug 0, 25, 50, 75, 100, 150, 200 nm. Die Messergebnisse wurden als eine gekrümmte Linie b in 5 dargestellt.
Wie in 5 gezeigt, ist es offensichtlich, dass, obgleich kein Polieren erfolgte, die beschädigte Schicht auf der Oberfläche des delaminierten Wafers nach der Wärmebehandlung in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre entfernt wurde.
Die Oberflächenrauigkeit der delaminierten Schicht nach der Wärmebehandlung mit einer Schnellerwärmungs-/Schnellabkühlungs-Vorrichtung, wie durch ein Phasenverschiebungs-Interferometrieverfahren bei 250 Mikrometer zum Quadrat und durch ein Atomkraft-Mikroskopverfahren bei 1 Mikrometer zum Quadrat gemessen, war 0,32 nm im Durchschnitt bzw. 0,21 nm im Durchschnitt (RMS-Wert: quadratischer Mittelwert der Rauigkeit).
Die Werte entsprechen den Werten des allgemeinen spiegelpolierten Siliciumwafers. Folglich ist es offensichtlich, dass die Oberflächenrauigkeit signifikant verbessert wurde.
Demzufolge ist augenscheinlich, dass die Reihenfolge des Schritts zum Polieren für die Entfernung der peripheren Stufe, wie in Schritt (C) von 2 gezeigt, und des Schritts der Wärmebehandlung in einer Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Atmosphäre, wie in den Schritten (D) und (E) von 2 gezeigt, verändert werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt. Die oben beschriebene Ausführungsform ist lediglich ein Beispiel, und solche, welche die gleiche Struktur wie die in den anhängigen Ansprüche beschriebene aufweisen, sind im Umfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.
Zum Beispiel konzentrierte sich die oben stehende Beschreibung der vorliegende Erfindung auf den Fall, wo zwei Siliciumwafer gebondet werden, um einen SOI-Wafer zu erhalten. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel ist die vorliegende Erfindung auf die Wiederaufbereitung eines delaminierten Wafers, welcher als ein Nebenprodukt hergestellt wird, in dem Fall, wo ein Siliciumwafer nach der Ionenimplantation bei diesem mit einem Isolator-Wafer gebondet wird, anwendbar; und ein Teil des Ionen-implantierten Wafers wird delaminiert, um dadurch einen SOI-Wafer zu erhalten.
Darüber hinaus sind die Verfahren der Wiederaufbereitung des delaminierten Wafers gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf das in 2 gezeigte beschränkt. Andere Verfahren, wie die Reinigung, die Wärmebehandlung oder dergleichen, können hinzukommen. Darüber hinaus kann die Reihenfolge der Verfahren teilweise geändert werden.

Claims

Verfahren zum Recyceln eines delaminierten Wafers (5), welcher als Nebenprodukt bei der Herstellung eines SOI-Wafers (6) hergestellt wird, durch Wiederaufbereitung desselben zur Wiederverwendung als ein Siliciumwafer, wobei der delaminierte Wafer (5) gemäß eines Wasserstoffion-Delaminierungsverfahrens erhalten wird, in welchem Wasserstoffionen oder Edelgasionen in die Oberfläche eines Siliciumwafers implantiert werden, der als ein Bondwafer (2) verwendet werden soll, um eine feine Blasenschicht (4) innerhalb des Wafers zu bilden; der Ionen-implantierte Siliciumwafer (2) auf einen Basiswafer (1) aufgelegt wird, so dass die Ionen-implantierte Oberfläche in engen Kontakt mit der Oberfläche des Basiswafers (1) kommt; eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, um einen Bereich des Ionen-implantierten Wafers zu delaminieren, während die feine Blasenschicht (4) als eine Delaminierungs-Ebene (11) verwendet wird, und wenigstens ein Polieren des delaminierten Wafers (5) zum Entfernen einer Stufe (10) im peripheren Teil des delaminierten Wafers (5) und ein Wärmebehandeln in einer reduzierenden Atmosphäre, welche Wasserstoff enthält, als Wiederaufbereitung durchgeführt werden.
Verfahren zum Recyceln eines delaminierten Wafers (5) gemäß Anspruch 1, wobei der Bondwafer (2) ein CZ-Wafer, ein epitaxialer Wafer oder ein FZ-Wafer ist.
Verfahren zum Recyceln eines delaminierten Wafers (5) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Oberflächenoxidfilm (3) vor dem Polieren zur Entfernung einer Stufe (10) im peripheren Teil, als die Wiederaufbereitung, entfernt wird.
Verfahren zum Recyceln eines delaminierten Wafers (5) gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Materialentfernung beim Polieren zum Entfernen der Stufe (10) im peripheren Teil, als die Wiederaufbereitung, sich auf 1 bis 2 Mikrometer beläuft.
Verfahren zum Recyceln eines delaminierten Wafers (5) gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre, welche Wasserstoff enthält, als die Wiederaufbereitung, bei einer Temperatur im Bereich von 1000°C bis zu einem Schmelzpunkt von Silicium, während 6 Stunden oder weniger durchgeführt wird.
Verfahren zum Recyceln eines delaminierten Wafers (5) gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre, welche Wasserstoff enthält, als die Wiederaufbereitung, bei einer Temperatur im Bereich von 1000°C bis zu einem Schmelzpunkt von Silicium, während 1 bis 300 Sekunden durch Einsatz einer Schnellerwärmungs/Schnellabkühlungs-Vorrichtung durchgeführt wird.
Verfahren zum Recyceln eines delaminierten Wafers (5) gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre, welche Wasserstoff enthält, als die Wiederaufbereitung, in 100 %-iger Wasserstoffatmosphäre oder einer gemischten Atmosphäre von Wasserstoff und Argon durchgeführt wird.
Verfahren zum Recyceln eines delaminierten Wafers (5), dadurch gekennzeichnet, dass der delaminierte Wafer, wiederaufbereitet durch das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, als ein Bondwafer (2) oder ein SOI-Wafer (6) wiederverwendet wird.