JP2000049063A - Manufacture of soi wafer and the soi wafer - Google Patents

Manufacture of soi wafer and the soi wafer

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JP2000049063A
JP2000049063A JP10228688A JP22868898A JP2000049063A JP 2000049063 A JP2000049063 A JP 2000049063A JP 10228688 A JP10228688 A JP 10228688A JP 22868898 A JP22868898 A JP 22868898A JP 2000049063 A JP2000049063 A JP 2000049063A
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silicon
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an SOI(silicon-on-insulator) with which the yield in a device process can be improved. SOLUTION: In this method of manufacturing an SOI wafer, a silicon single- crystal bar is grown at a growing rate of 0.6 mm/min or higher by the Czochralski method, so that it has highly dense COP with a concentration of contained oxygen of 16 ppma or lower, and it is processed as a bond wafer to a silcon wafer and the silcon wafer is heated in a reductive atmosphere and an SOI wafer is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、チョクラルスキー
法によるシリコン単結晶からSOI層を形成するボンド
ウエーハを作製してSOIウエーハを製造する方法とこ
の方法により製造されたSOIウエーハに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a SOI wafer by producing a bond wafer for forming an SOI layer from a silicon single crystal by the Czochralski method, and an SOI wafer produced by this method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、チョクラルスキー法によるシリコ
ン単結晶から得られたウエーハ(以下CZウエーハと呼
ぶ)をSOI層を形成するボンドウエーハに用いて、S
OI(Silicon On Insulater)ウ
エーハを製造する場合において、CZウエーハに存在す
るCOP(Crystal Originated P
article)が問題となっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a wafer (hereinafter referred to as a CZ wafer) obtained from a silicon single crystal by the Czochralski method is used for a bond wafer for forming an SOI layer,
When manufacturing an OI (Silicon On Insulator) wafer, a COP (Crystal Originated P) existing in the CZ wafer is used.
article) is a problem.

【0003】COPとは、結晶成長時に導入される結晶
欠陥のひとつであり、正八面体構造の空洞型の欠陥であ
ることがわかっている。このCOPは、鏡面研磨後のシ
リコンウエーハをアンモニアと過酸化水素の混合液で洗
浄すると、ウエーハ表面にピットが形成され、このウエ
ーハをパーティクルカウンターで測定すると、ピットも
本来のパーティクルとともにパーティクルとして検出さ
れる。このようなピットを本来のパーティクルと区別す
るためにCOPと呼称されている。
[0003] COP is one of the crystal defects introduced during crystal growth, and is known to be a cavity-type defect having an octahedral structure. When the silicon wafer after mirror polishing is washed with a mixed solution of ammonia and hydrogen peroxide, COP forms pits on the surface of the wafer. When the wafer is measured with a particle counter, the pits are detected as particles together with the original particles. You. Such pits are called COPs to distinguish them from the original particles.

【0004】このCOPが存在するCZウエーハをボン
ドウエーハに用いてSOIウエーハを製造すると、例え
ば、デバイスの重要な電気的特性である酸化膜の経時絶
縁破壊特性(Time Dependent Diel
ectric Breakdown:TDDB)や通常
の酸化膜耐圧(Time Zero Dielectr
ic Breakdown:TZDB)に悪影響を及ぼ
す。
When an SOI wafer is manufactured using a CZ wafer in which this COP exists as a bond wafer, for example, a time-dependent dielectric characteristic (Time Dependent Diel) of an oxide film, which is an important electrical characteristic of a device, is obtained.
Electric Breakdown (TDDB) or normal oxide film breakdown voltage (Time Zero Director)
ic Breakdown (TZDB).

【0005】さらにCZウエーハ表面にあったCOPは
薄いSOI層を貫通する穴となることがある。例えば、
デバイス工程におけるエッチング工程や熱処理工程で
は、この穴から侵入したエッチャントや雰囲気ガスによ
り、埋め込み酸化膜がエッチングされたり、配線工程で
段差が生じ、断線の原因となり、デバイス工程において
歩留まりの低下を招き問題であった。
Further, the COP on the surface of the CZ wafer sometimes becomes a hole penetrating the thin SOI layer. For example,
In the etching process and the heat treatment process in the device process, the buried oxide film is etched by the etchant or the atmospheric gas penetrating from the hole, or a step is generated in the wiring process, which causes disconnection and causes a decrease in the yield in the device process. Met.

【0006】このため、半導体基板の製造方法として、
CZウエーハではなくFZウエーハをボンドウエーハに
用いてSOIウエーハを製造する方法が考えられた。こ
のFZウエーハにはCOPが無いという利点がある。し
かし、現行では8インチ以上の大直径のウエーハを作製
する技術が確立しておらず、近年の半導体基板の大直径
化には対応できないという欠点がある。
Therefore, as a method of manufacturing a semiconductor substrate,
A method of manufacturing an SOI wafer using an FZ wafer instead of a CZ wafer as a bond wafer has been considered. This FZ wafer has the advantage that there is no COP. However, at present, a technique for producing a wafer having a large diameter of 8 inches or more has not been established, and there is a disadvantage that it is not possible to cope with a recent increase in diameter of a semiconductor substrate.

【0007】また、CZウエーハ上に単結晶薄膜層を成
長させたエピタキシャルウエーハをSOIウエーハのボ
ンドウエーハとして用いる方法がある。このエピタキシ
ャルウエーハもエピタキシャル層にCOPが無いという
利点を有する。しかし、現行ではエピタキシャルウエー
ハを製造するコストは、通常のボンドウエーハを製造す
るコストに比べて高価であるという欠点がある。
Further, there is a method in which an epitaxial wafer in which a single crystal thin film layer is grown on a CZ wafer is used as a bond wafer of an SOI wafer. This epitaxial wafer also has the advantage that there is no COP in the epitaxial layer. However, at present, there is a disadvantage that the cost of manufacturing an epitaxial wafer is higher than the cost of manufacturing a normal bond wafer.

【0008】そこで、CZウエーハを用いてSOIウエ
ーハを製造する方法として、高温アニールを施してCO
P密度を減少させたCZウエーハをボンドウエーハとし
て用いる方法が提案された(特開平10−84101号
公報参照)。しかし、その典型的な条件である1200
℃で60分の水素アニールを行っても、ウエーハ表面の
COPは完全には消滅せず若干残留しており、さらに比
較的表面近傍にもCOPが残存してしまう。
Therefore, as a method for manufacturing an SOI wafer using a CZ wafer, high-temperature annealing is performed to reduce CO2.
A method has been proposed in which a CZ wafer having a reduced P density is used as a bond wafer (see JP-A-10-84101). However, the typical condition of 1200
Even if hydrogen annealing is performed at 60 ° C. for 60 minutes, the COP on the wafer surface does not completely disappear but remains slightly, and the COP also remains relatively near the surface.

【0009】さらに、水素アニールとは別のCOPを減
少させる方法として考えられたのは、チョクラルスキー
法によるシリコン単結晶の成長速度を遅くして結晶欠陥
を減少させる方法である。この方法によれば、COPの
数を減少させることができ、さらに、この方法によって
得られたシリコンウエーハに水素アニールを施せば、よ
り効果的にSOIウエーハ製造に用いられるシリコンウ
エーハ中のCOPを削減できると考えられた。しかし、
この方法では、COPの数を減少させることはできる
が、COPのサイズが大きくなってしまうため、このシ
リコン単結晶棒から得たウエーハを水素アニール処理し
ても、COPを完全に消滅させることはできなかった。
Further, another method of reducing COP other than hydrogen annealing has been considered as a method of reducing crystal defects by slowing the growth rate of silicon single crystal by the Czochralski method. According to this method, the number of COPs can be reduced, and furthermore, if the silicon wafer obtained by this method is subjected to hydrogen annealing, the COP in the silicon wafer used for SOI wafer production can be more effectively reduced. I thought it could be done. But,
In this method, the number of COPs can be reduced, but the size of the COPs increases. Therefore, even if the wafer obtained from the silicon single crystal rod is subjected to hydrogen annealing, it is impossible to completely eliminate the COPs. could not.

【0010】このように、CZウエーハに水素アニール
を行ってもCOPを十分に消滅させることが困難であ
り、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の引上げ
速度を遅くしてもCOPのサイズが大きくなるため、水
素アニールしても消滅しにくいという状況に陥っている
のが現状である。そのため、このCZウエーハを用いた
SOIウエーハのデバイス工程の歩留まりを向上させる
ことは現行では困難であった。
As described above, it is difficult to sufficiently eliminate COP even if hydrogen annealing is performed on the CZ wafer, and the size of the COP increases even if the pulling speed of the silicon single crystal by the Czochralski method is reduced. Therefore, the current situation is that it is hard to disappear even if hydrogen annealing is performed. For this reason, it has been difficult at present to improve the yield of device processes for SOI wafers using this CZ wafer.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明はこの
ような問題点に鑑みなされたもので、本発明の目的とす
る所は、COP等のウエーハ表面、表層部に存在する結
晶欠陥を最小限に抑える手法により作製されたCZウエ
ーハをボンドウエーハに用いることにより、デバイス工
程の歩留まりを向上させ得るSOIウエーハの製造方法
を提供しようとするものである。
Accordingly, the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to minimize crystal defects existing on the wafer surface and surface layer such as COP. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an SOI wafer capable of improving the yield of a device process by using a CZ wafer produced by a technique for suppressing the temperature of the SOI wafer as a bond wafer.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項1に記載した発明は、チョクラルス
キー法によるシリコン単結晶からSOI層を形成するボ
ンドウエーハを作製し、該ボンドウエーハと支持基板と
なるベースウエーハとを酸化膜を介して結合して、その
後ボンドウエーハの薄膜化を行うSOIウエーハの製造
方法において、前記ボンドウエーハとして、チョクラル
スキー法によるシリコン単結晶の成長速度を0.6mm
/min以上として引き上げ、含有酸素濃度が16pp
ma以下のCOPが高密度に存在するシリコン単結晶棒
を成長し、該シリコン単結晶棒をスライスしてシリコン
ウエーハに加工し、該シリコンウエーハに還元性雰囲気
中の熱処理を加えたものを用いることを特徴とするSO
Iウエーハの製造方法である。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a bond wafer for forming an SOI layer from a silicon single crystal by a Czochralski method is manufactured, and the bond wafer is formed. In a method for manufacturing an SOI wafer in which a wafer and a base wafer serving as a support substrate are bonded via an oxide film, and thereafter the bond wafer is thinned, a growth rate of a silicon single crystal by a Czochralski method is used as the bond wafer. 0.6 mm
/ Min or more and the content oxygen concentration is 16 pp
Growing a silicon single crystal rod having a COP of less than or equal to ma at a high density, slicing the silicon single crystal rod into a silicon wafer, and applying a heat treatment in a reducing atmosphere to the silicon wafer. SO characterized by
This is a method for manufacturing an I wafer.

【0013】このように、CZウエーハをボンドウエー
ハとして用いるSOIウエーハの製造方法において、ボ
ンドウエーハとして、チョクラルスキー法によるシリコ
ン単結晶の成長速度を0.6mm/min以上として引
き上げ、含有酸素濃度が16ppma以下のCOPが高
密度に存在するシリコン単結晶棒を成長し、該シリコン
単結晶棒をスライスしてシリコンウエーハに加工し、該
シリコンウエーハに還元性雰囲気中の熱処理を加えたも
のを用いれば、SOIウエーハのSOI層はCOPが大
幅に減少されたものとなり、SOIウエーハ製造工程や
デバイス工程におけるエッチングや熱処理で、埋め込み
酸化膜がエッチングされたり、配線工程で断線が起こる
ことがなく、デバイス工程等の歩留まりを著しく向上さ
せることができる。
As described above, in the method for manufacturing an SOI wafer using a CZ wafer as a bond wafer, the growth rate of a silicon single crystal by the Czochralski method is raised to 0.6 mm / min or more as the bond wafer, and the oxygen content is increased. By growing a silicon single crystal rod having a COP of 16 ppma or less at a high density, slicing the silicon single crystal rod and processing it into a silicon wafer, and applying a heat treatment in a reducing atmosphere to the silicon wafer, The SOI layer of the SOI wafer has a greatly reduced COP, and the buried oxide film is not etched by the etching or heat treatment in the SOI wafer manufacturing process or the device process, and the disconnection does not occur in the wiring process. Etc. can significantly improve the yield

【0014】また、本発明の請求項2に記載した発明
は、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶からSO
I層を形成するボンドウエーハを作製し、該ボンドウエ
ーハと支持基板となるベースウエーハとを酸化膜を介し
て結合して、その後ボンドウエーハの薄膜化を行うSO
Iウエーハの製造方法において、前記ボンドウエーハと
して、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の成長
速度を0.6mm/min以上として引き上げ、含有酸
素濃度が16ppma以下のCOPが高密度に存在する
シリコン単結晶棒を成長し、該シリコン単結晶棒をスラ
イスしてシリコンウエーハに加工し、該シリコンウエー
ハに急速加熱・急速冷却装置を用いて、還元性雰囲気中
において1200℃以上の温度で1秒間以上の熱処理を
加えたものを用いることを特徴とするSOIウエーハの
製造方法である。
[0014] Further, the invention described in claim 2 of the present invention relates to a method of converting SO from a silicon single crystal by the Czochralski method.
A bond wafer for forming an I layer is formed, and the bond wafer and a base wafer serving as a support substrate are bonded via an oxide film.
In the method for producing an I-wafer, as the bond wafer, a silicon single crystal in which a COP having an oxygen concentration of 16 ppma or less exists at a high density by raising the growth rate of a silicon single crystal by the Czochralski method to 0.6 mm / min or more. A rod is grown, the silicon single crystal rod is sliced and processed into a silicon wafer, and the silicon wafer is subjected to a heat treatment at a temperature of 1200 ° C. or more for 1 second or more in a reducing atmosphere using a rapid heating / cooling apparatus. Is a method for manufacturing an SOI wafer, characterized by using a product obtained by adding the above.

【0015】このように、CZウエーハをボンドウエー
ハとして用いるSOIウエーハの製造方法において、ボ
ンドウエーハとして、請求項1に記載した発明と同様の
品質のシリコン単結晶棒からスライスして得たシリコン
ウエーハに、急速加熱・急速冷却装置を用いて、還元性
雰囲気中において1200℃以上の温度で1秒間以上の
熱処理を加えたものを用いれば、SOIウエーハのSO
I層はCOPが大幅に減少されたものとなり、SOIウ
エーハ製造工程やデバイス工程におけるエッチングや熱
処理で、埋め込み酸化膜がエッチングされたり、配線工
程で断線が起こることがなく、デバイス工程等の歩留ま
りを著しく向上させることができる。
As described above, in the method of manufacturing an SOI wafer using a CZ wafer as a bond wafer, a silicon wafer obtained by slicing a silicon single crystal rod having the same quality as the invention described in claim 1 is used as the bond wafer. By using a rapid heating / cooling device and applying a heat treatment at a temperature of 1200 ° C. or more for 1 second or more in a reducing atmosphere, the SOI wafer SO
The COP of the I layer is greatly reduced, and the buried oxide film is not etched by the etching or heat treatment in the SOI wafer manufacturing process or the device process, and the disconnection does not occur in the wiring process. It can be significantly improved.

【0016】ここで、急速加熱・急速冷却とは、前記温
度範囲に設定された熱処理炉中にウエーハを直ちに投入
し、前記熱処理時間の経過後、直ちに取り出す方法や、
ウエーハを熱処理炉内の設定位置に配置した後、ランプ
加熱器等で直ちに加熱処理する方法である。この直ちに
投入し、取り出すというのは、従来より行われている一
定時間での昇温、降温操作や熱処理炉内にウエーハを、
ゆっくり投入し、取り出すいわゆるローディング、アン
ローディング操作を行わないということである。ただ
し、炉内の所定位置まで運ぶには、ある程度の時間を有
するのは当然であり、ウエーハを投入するための移動装
置の能力に従い、数秒から数分間で行われる。このよう
な機能をもった装置を急速加熱・急速冷却装置(Rap
id Termal Annealer、以下、RTA
装置と略称することがある)という。
Here, the rapid heating / rapid cooling means a method in which a wafer is immediately put into a heat treatment furnace set in the above temperature range and immediately taken out after a lapse of the heat treatment time,
This is a method in which a wafer is placed at a set position in a heat treatment furnace and then heat-treated immediately with a lamp heater or the like. This immediate loading and unloading means that the wafer is heated and lowered for a certain period of time, and the wafer is placed in a heat treatment furnace.
That is, the so-called loading and unloading operations of slowly loading and unloading are not performed. However, it takes a certain amount of time to carry the wafer to a predetermined position in the furnace, and it takes several seconds to several minutes depending on the ability of the moving device for loading the wafer. A rapid heating / cooling device (Rap
id Thermal Annealer, hereafter RTA
Device).

【0017】そして、本発明の請求項3に記載した発明
は、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶からSO
I層を形成するボンドウエーハを作製し、該ボンドウエ
ーハと支持基板となるベースウエーハとを酸化膜を介し
て結合して、その後ボンドウエーハの薄膜化を行うSO
Iウエーハの製造方法において、前記ボンドウエーハと
して、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の成長
速度を0.6mm/min以上として引き上げ、含有酸
素濃度が16ppma以下のCOPが高密度に存在する
シリコン単結晶棒を成長し、該シリコン単結晶棒をスラ
イスしてシリコンウエーハに加工し、該シリコンウエー
ハにバッチ式熱処理炉を用いて、還元性雰囲気中におい
て1200℃以上の温度で30分以上の熱処理を加えた
ものを用いることを特徴とするSOIウエーハの製造方
法である。
The invention according to claim 3 of the present invention is directed to a method of converting SO from silicon single crystal by the Czochralski method.
A bond wafer for forming an I layer is formed, and the bond wafer and a base wafer serving as a support substrate are bonded via an oxide film.
In the method for producing an I-wafer, a silicon single crystal in which a COP having an oxygen concentration of 16 ppma or less exists at a high density by raising the growth rate of a silicon single crystal by the Czochralski method to 0.6 mm / min or more as the bond wafer. A rod is grown, the silicon single crystal rod is sliced and processed into a silicon wafer, and the silicon wafer is subjected to a heat treatment at a temperature of 1200 ° C. or more for 30 minutes or more in a reducing atmosphere using a batch type heat treatment furnace. This is a method for manufacturing an SOI wafer, characterized in that the method described above is used.

【0018】このように、CZウエーハをボンドウエー
ハとして用いるSOIウエーハの製造方法において、ボ
ンドウエーハとして、請求項1に記載した発明と同様の
品質のシリコン単結晶棒からスライスして得たシリコン
ウエーハに、バッチ式熱処理炉を用いて、還元性雰囲気
中において1200℃以上の温度で30分以上の熱処理
を加えたものを用いれば、SOIウエーハのSOI層は
COPが大幅に減少されたものとなり、SOIウエーハ
製造工程やデバイス工程におけるエッチングや熱処理
で、埋め込み酸化膜がエッチングされたり、配線工程で
断線が起こることがなく、デバイス工程等の歩留まりを
著しく向上させることができる。
As described above, in the method for producing an SOI wafer using a CZ wafer as a bond wafer, a silicon wafer obtained by slicing a silicon single crystal rod having the same quality as the invention described in claim 1 is used as the bond wafer. When a batch type heat treatment furnace is used which is subjected to heat treatment at a temperature of 1200 ° C. or more for 30 minutes or more in a reducing atmosphere, the SOI layer of the SOI wafer has a greatly reduced COP, and the SOI The buried oxide film is not etched by the etching or heat treatment in the wafer manufacturing process or the device process, and the disconnection does not occur in the wiring process, so that the yield in the device process and the like can be significantly improved.

【0019】ここで、バッチ式熱処理炉とは、通常、縦
型熱処理炉に設けた複数の棚段に複数のウエーハを載置
するものや、横型熱処理炉に設けたボートに複数のウエ
ーハを仕込むものがあり、水素ガスを導入して比較的緩
やかに昇温した後、所定温度で所定時間熱処理を施し、
比較的ゆっくりと降温する、いわゆるバッチ式で熱処理
する炉の事であり、一度に大量の熱処理が可能であり、
温度の制御性に優れており、安定した操業が可能であ
る。
Here, the batch type heat treatment furnace is usually one in which a plurality of wafers are placed on a plurality of shelves provided in a vertical heat treatment furnace, or a plurality of wafers are charged in a boat provided in a horizontal heat treatment furnace. There is a thing, after introducing hydrogen gas and raising the temperature relatively slowly, heat-treated at a predetermined temperature for a predetermined time,
It is a furnace that performs heat treatment in a so-called batch type that cools down relatively slowly, so that a large amount of heat treatment can be performed at once,
Excellent controllability of temperature and stable operation.

【0020】この場合、請求項4に記載したように、還
元性熱処理を加えたボンドウエーハを、ベースウエーハ
と結合する前に研磨することが好ましく、請求項5に記
載したように、この研磨は研磨代5〜15nmで研磨す
ることが好ましい。これは、還元性熱処理を加えたウエ
ーハの表面には、ヘイズと呼ばれる面粗れが生じるの
で、その表面を5〜15nmほど研磨してから結合する
と、熱処理により生じたヘイズを除去することができ、
ボイド(未結合部)の発生率が低下するとともに結合強
度を向上させることができるからである。
In this case, as described in claim 4, it is preferable that the bond wafer subjected to the reducing heat treatment is polished before bonding to the base wafer. It is preferable to polish with a polishing allowance of 5 to 15 nm. This is because the surface of the wafer subjected to the reducing heat treatment has a surface roughness called haze, and if the surface is polished to about 5 to 15 nm and then bonded, the haze caused by the heat treatment can be removed. ,
This is because the occurrence rate of voids (unbonded portions) can be reduced and the bonding strength can be improved.

【0021】この場合、請求項6に記載したように、ボ
ンドウエーハの薄膜化は、研削・研磨法と気相エッチン
グ法により行うことができる。ここで、研削・研磨法と
気相エッチング法とは、ボンドウエーハとベースウエー
ハとを酸化膜を介して結合した後、ボンドウエーハを所
望のSOI層膜厚となるまで研削し、そのSOI層表面
に研磨する方法、もしくはさらに気相エッチングを行う
ことにより、SOI層表面の表面粗さを改善するととも
に膜厚を均一化する方法であり、ボンドウエーハの薄膜
化を簡単に行うことができる。
In this case, as described in claim 6, the thinning of the bond wafer can be performed by a grinding / polishing method and a vapor phase etching method. Here, in the grinding / polishing method and the vapor phase etching method, a bond wafer and a base wafer are bonded via an oxide film, and then the bond wafer is ground until a desired SOI layer thickness is obtained. This is a method of improving the surface roughness of the SOI layer surface and making the film thickness uniform by performing a polishing method or further performing a vapor phase etching, so that the thickness of the bond wafer can be easily reduced.

【0022】なお、この気相エッチングには、例えばP
ACE(Plasma Assisted Chemi
cal Etching)法のような、予めエッチング
しようとするシリコン層の厚さの分布を測定して、厚さ
分布のマップを作成し、そのマップにしたがって数値制
御により厚い部分を局部的に気相エッチングにより除去
することにより、極薄でかつ膜厚がきわめて均一な薄膜
を作製する方法を挙げる事ができる。
In this vapor phase etching, for example, P
ACE (Plasma Assisted Chemi
The distribution of the thickness of the silicon layer to be etched is measured in advance by a method such as the cal etching method, and a map of the thickness distribution is created. The thick portion is locally vapor-phase-etched by numerical control according to the map. The method of producing a thin film which is extremely thin and has a very uniform film thickness can be mentioned.

【0023】この場合、請求項7に記載したように、ボ
ンドウエーハの薄膜化は、イオン注入分離法により行う
ことができる。ここで、イオン注入分離法とは、ボンド
ウエーハとベースウエーハの2枚のウエーハのうち、少
なくとも一方に酸化膜を形成すると共に、ボンドウエー
ハの上面から水素イオンまたは希ガスイオンを注入し、
該ウエーハの内部に微小気泡層(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ベース
ウエーハと密着させ、その後熱処理を加えて微小気泡層
を劈開面としてボンドウエーハを薄膜状に分離すること
により、ボンドウエーハの薄膜化を行う方法である(特
開平5−211128号公報参照)。このような方法で
あれば、該劈開面は良好な鏡面であり、SOI層の膜厚
の均一性も高いSOIウエーハを比較的容易に得ること
ができる。
In this case, as described in claim 7, the thinning of the bond wafer can be performed by an ion implantation separation method. Here, the ion implantation separation method means that an oxide film is formed on at least one of two wafers, a bond wafer and a base wafer, and hydrogen ions or rare gas ions are implanted from the upper surface of the bond wafer.
After forming a microbubble layer (encapsulation layer) inside the wafer, the surface into which the ions are implanted is brought into close contact with the base wafer via an oxide film, and then heat treatment is applied to make the microbubble layer a cleavage surface. In this method, the bond wafer is separated into a thin film to reduce the thickness of the bond wafer (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-211128). With such a method, the cleavage plane is a good mirror surface, and an SOI wafer having high uniformity of the thickness of the SOI layer can be obtained relatively easily.

【0024】そして、本発明の請求項8に記載したよう
に、前記還元性雰囲気を、100%水素雰囲気、あるい
は水素とアルゴンの混合雰囲気とすれば、熱処理効果を
十分に挙げ、COPを著しく減少させ、空洞をシリコン
で埋めてほぼ無欠陥ウエーハとすることができる。
As described in claim 8 of the present invention, if the reducing atmosphere is a 100% hydrogen atmosphere or a mixed atmosphere of hydrogen and argon, the heat treatment effect is sufficiently improved and the COP is significantly reduced. Then, the cavity can be filled with silicon to make a substantially defect-free wafer.

【0025】さらに、本発明の請求項9に記載した発明
は、前記請求項1ないし請求項8に記載した製造方法に
より製造されたSOIウエーハである。このように、請
求項1ないし請求項8に記載した製造方法により製造さ
れたSOIウエーハは、SOI層のCOPが極めて少な
く、実際に無欠陥SOIウエーハとすることができる。
そのため、デバイスの信頼性は著しく向上し、歩留まり
も向上する極めて高品質なSOIウエーハとすることが
できる。
Further, the invention according to claim 9 of the present invention is an SOI wafer manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 8. As described above, the SOI wafer manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 8 has an extremely small COP of the SOI layer, and can be actually a defect-free SOI wafer.
Therefore, an extremely high-quality SOI wafer with significantly improved device reliability and improved yield can be obtained.

【0026】以下、本発明につきさらに詳細に説明す
る。本発明者は、SOIウエーハのSOI層を形成する
ボンドウエーハに用いられるCZウエーハについて、こ
のウエーハの表面あるいは内部に存在するCOPを減少
させることができる製造条件につき、種々実験、調査を
重ねた結果、これには、高速で単結晶を引上げて、低酸
素濃度で、微小サイズのCOPが高密度に存在する単結
晶棒を作製し、これから得たウエーハに水素アニール等
の熱処理をすれば、COP密度は著しく減少し、このシ
リコンウエーハから無欠陥SOIウエーハを得ることが
できることを知見し、諸条件を精査して本発明を完成さ
せたものである。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail. The inventors of the present invention have conducted various experiments and investigations on manufacturing conditions for reducing the COP present on the surface or inside of a CZ wafer used for a bond wafer for forming an SOI layer of an SOI wafer. This involves pulling a single crystal at a high speed to produce a single crystal rod having a low oxygen concentration and a high density of micro-sized COPs at high density, and subjecting the obtained wafer to a heat treatment such as hydrogen annealing to obtain a COP. The inventors have found that the density is significantly reduced, and that a defect-free SOI wafer can be obtained from this silicon wafer.

【0027】本発明の基本的な考え方は下記の知見に基
づいている。本発明の発明者は先に、チョクラルスキー
法の通常の条件で引上げたシリコン単結晶中のCOPに
は、厚さが2〜4nmの薄い酸化膜で囲まれた正八面体
の空洞が2〜3個連結した構造で全体のサイズが100
〜300nmのオーダーであるツイン〜トリプレット型
のCOPの他に、1個の独立した正八面体の空洞で全体
のサイズが60〜130nmのオーダーであり、酸化膜
はツイン〜トリプレット型よりさらに薄いか存在しない
シングル型のCOPが存在することを初めて発見した。
The basic concept of the present invention is based on the following findings. The inventor of the present invention has found that a COP in a silicon single crystal pulled under the ordinary conditions of the Czochralski method has a regular octahedral cavity surrounded by a thin oxide film having a thickness of 2 to 4 nm. The total size is 100 with three connected structures
In addition to twin-triplet type COPs on the order of ~ 300 nm, the size of one independent octahedral cavity is on the order of 60-130 nm, and the oxide film is even thinner or present than the twin-triplet type. We have discovered for the first time that there is no single type COP.

【0028】このシングル型とツイン〜トリプレット型
のCOPの生成条件の違いは、チョクラルスキー法によ
り高速で引上げ急冷すると、シングル型でサイズが小さ
いCOPが多数発生し、さらに低酸素濃度では、COP
内壁の酸化膜が極めて薄いか付いていないシングル型C
OPが生成される。逆に低速で引上げ、ゆっくり冷却す
るとツイン〜トリプレット型のCOPに成長して数は減
少するが、COP内壁の酸化膜は厚くなってくる傾向が
ある。
The difference between the single type and twin to triplet type COP formation conditions is that when the Czochralski method is used to pull up and quench at high speed, many single type and small size COPs are generated.
Single type C with very thin or no inner oxide film
An OP is generated. Conversely, when the film is pulled up at a low speed and slowly cooled, it grows into a twin-triplet type COP and its number decreases, but the oxide film on the inner wall of the COP tends to become thick.

【0029】そこで、上記現象をさらに詳細に解析した
結果、従来はCOP等の欠陥を減らすために低速で単結
晶成長を行い、残留している大きなツイン〜トリプレッ
ト型COPを、ウエーハになってから水素アニールによ
って消滅させようとしていたことが解った。これでは1
個のCOPが大き過ぎる上に、その表面に厚い酸化膜が
あるので、水素アニールによって消滅させることが困難
である。これに対して、本発明では、逆に高速で、含有
酸素濃度の低い単結晶を成長させ、微小で表面に酸化膜
のないCOPか、あるいは酸化膜があっても薄いシング
ル型COPを多数発生させた単結晶棒を作り、その後ウ
エーハに水素アニール等による熱処理を施せば、COP
は容易にかつ完全に消滅できると考えたものである。
Therefore, as a result of analyzing the above phenomenon in more detail, it has been found that, in the past, single crystal growth was carried out at a low speed in order to reduce defects such as COP, and the remaining large twin to triplet type COP was turned into a wafer. It turned out that it was going to disappear by hydrogen annealing. This is 1
Since the individual COPs are too large and have a thick oxide film on the surface thereof, it is difficult to eliminate them by hydrogen annealing. On the other hand, in the present invention, on the contrary, a single crystal having a low oxygen content is grown at a high speed, and a large number of small COPs having no oxide film on the surface or a thin single COP even with the oxide film are generated. After making a single-crystal rod that has been subjected to a heat treatment such as hydrogen annealing, the COP
Is thought to be easily and completely extinct.

【0030】本発明では、シリコン単結晶成長条件の
内、引上げ速度は、0.6mm/min以上、より好ま
しくは0.8mm/min以上の高速として、COPの
個数は多いが、サイズが例えば60〜130nmと小さ
いシングル型のものが多いものとし、極力ツイン〜トリ
プレット型に成長しないようにした。従って、本発明で
はより好ましくは、例えば1.0mm/min以上とい
った、引上げ結晶の直径に応じて可能な限り高速で結晶
を成長させるのが望ましい。0.6mm/min未満で
は、緩速冷却となってツイン〜トリプレット型COPに
成長し個数は減少するが、COP内壁の酸化膜も厚くな
るので好ましくない。このシングル型COP1個のサイ
ズは、60〜130nm程度で、内壁の酸化膜は低酸素
濃度では成長していない場合が多い。
In the present invention, the pulling speed is set to 0.6 mm / min or more, more preferably 0.8 mm / min or more, and the number of COPs is large. It is assumed that there are many single types having a size as small as ~ 130 nm, so that they do not grow to a twin or triplet type as much as possible. Therefore, in the present invention, it is more preferable that the crystal is grown at a speed as high as possible according to the diameter of the pulled crystal, for example, 1.0 mm / min or more. If it is less than 0.6 mm / min, the cooling is slow and the twin-triplet type COP grows and the number thereof decreases, but the oxide film on the inner wall of the COP also becomes undesirably thick. The size of one single COP is about 60 to 130 nm, and the oxide film on the inner wall is not often grown at a low oxygen concentration.

【0031】シリコン単結晶棒の品質として、含有酸素
濃度を16ppma(JEIDA)以下、好ましくは1
0ppma以下とする。16ppmaを超えると生成し
たCOP内壁の酸化膜が厚くなり、その後の熱処理での
COPの消滅が不完全になったり、熱処理時間が長くな
る等、SOIウエーハの品質や生産性に影響するように
なる。
As the quality of the silicon single crystal rod, the oxygen concentration is 16 ppma (JEIDA) or less, preferably 1 ppm.
0 ppma or less. If the concentration exceeds 16 ppma, the oxide film on the inner wall of the generated COP becomes thicker, and the COP disappears in the subsequent heat treatment incompletely or the heat treatment time becomes longer, thereby affecting the quality and productivity of the SOI wafer. .

【0032】シリコン単結晶棒の含有酸素濃度を制御す
るには、単結晶引上げ炉における、不活性ガス流量、ル
ツボの回転数、成長単結晶の回転速度、シリコン融液の
温度等を適切に制御する等、従来公知の方法で簡単に達
成することができる。
In order to control the concentration of oxygen contained in the silicon single crystal rod, the flow rate of the inert gas, the number of rotations of the crucible, the rotation speed of the grown single crystal, the temperature of the silicon melt, and the like in the single crystal pulling furnace are appropriately controlled. It can be easily achieved by a conventionally known method.

【0033】続いて、上記シリコン単結晶棒をスライス
して得たシリコンウエーハを、還元性雰囲気中の熱処理
を施すことでCOPを著しく減少させることができる。
COP密度を実質的に零にすることも可能である。そし
て、この熱処理したウエーハを、SOI層を形成するボ
ンドウエーハに用いることにより、実質的に無欠陥のS
OI層を有するSOIウエーハを製造することができる
のである。
Subsequently, by subjecting the silicon wafer obtained by slicing the silicon single crystal rod to a heat treatment in a reducing atmosphere, the COP can be significantly reduced.
It is also possible to make the COP density substantially zero. By using this heat-treated wafer as a bond wafer for forming an SOI layer, a substantially defect-free S
An SOI wafer having an OI layer can be manufactured.

【0034】また、上記シリコン単結晶棒をスライスし
て得たシリコンウエーハを急速加熱・急速冷却装置(R
TA装置)またはバッチ式熱処理炉を用いて、熱処理を
水素濃度100%あるいは水素とアルゴンとの混合の還
元性雰囲気下で、1200℃以上の温度で、RTA装置
では1秒間以上、バッチ式熱処理炉では30分間以上、
滞在させることでCOPを著しく減少させることができ
る。特に、この熱処理条件によればCOP密度を実質的
に零にすることも可能である。そして、この熱処理した
ウエーハを、SOI層を形成するボンドウエーハに用い
ることにより、実質的に無欠陥のSOI層を有するSO
Iウエーハを製造することができる。
A silicon wafer obtained by slicing the silicon single crystal rod is rapidly heated and cooled by a rapid cooling device (R).
TA device) or a batch type heat treatment furnace, heat treatment is performed in a reducing atmosphere of 100% hydrogen concentration or a mixture of hydrogen and argon at a temperature of 1200 ° C. or more, and a batch type heat treatment furnace for 1 second or more with an RTA device. Then for more than 30 minutes,
Staying can significantly reduce COP. In particular, according to the heat treatment conditions, it is possible to make the COP density substantially zero. Then, by using the heat-treated wafer as a bond wafer for forming an SOI layer, an SOI having a substantially defect-free SOI layer is obtained.
An I wafer can be manufactured.

【0035】また、発明者は上記のようにして得られた
無欠陥CZシリコンウエーハをSOIウエーハのボンド
ウエーハとして適用した場合について調査を行ったとこ
ろ、この熱処理を加えたボンドウエーハをベースウエー
ハと酸化膜を介して結合する前に、ボンドウエーハの表
面を研磨代5〜15nm程度で研磨することが好適であ
ることを見出した。
The inventor conducted a study on the case where the defect-free CZ silicon wafer obtained as described above was applied as a bond wafer of an SOI wafer, and found that the bond wafer subjected to this heat treatment was oxidized with a base wafer. It has been found that it is preferable to polish the surface of the bond wafer with a polishing allowance of about 5 to 15 nm before bonding through the film.

【0036】水素アニール等の熱処理を施されたボンド
ウエーハの表面には、一般にヘイズと呼ばれる、高密度
の極めて小さな底の浅いピット(窪み)により面粗れが
生じる。このヘイズは、その後にベースウエーハと結合
する際にボイドが発生する原因となる。このボイドによ
り、ボンドウエーハとベースウエーハとの結合が不良と
なることもある。そこで、熱処理を行った後に、ボンド
ウエーハの表面を5〜15nm程度の少ない研磨代で研
磨しておけば、このヘイズは完全に除去することがで
き、結合強度を強化することもできる。尚、熱処理によ
るCOPの低減効果は、ボンドウエーハの表面に近い
程、顕著であるので、この研磨代はヘイズが除去できる
範囲で少ない方がよい。
The surface of the bond wafer that has been subjected to heat treatment such as hydrogen annealing is roughened by high density, very small shallow pits (dents) at the bottom, generally called haze. This haze causes voids when subsequently bonded to the base wafer. The voids may cause poor bonding between the bond wafer and the base wafer. Therefore, if the surface of the bond wafer is polished with a small polishing allowance of about 5 to 15 nm after the heat treatment, the haze can be completely removed and the bonding strength can be enhanced. Since the effect of reducing the COP by the heat treatment is more remarkable as it is closer to the surface of the bond wafer, it is preferable that the polishing allowance be smaller as far as the haze can be removed.

【0037】そして、ボンドウエーハの薄膜化を行いS
OI層を形成するが、このボンドウエーハの薄膜化は、
通常の研磨・研削法と気相エッチング法により行うこと
もできるし、イオン注入分離法により行うこともでき
る。
Then, the thickness of the bond wafer is reduced and S
An OI layer is formed, and the thickness of the bond wafer is reduced.
It can be performed by a usual polishing / grinding method and a vapor phase etching method, or can be performed by an ion implantation separation method.

【0038】ここで、イオン注入分離法によりボンドウ
エーハの薄膜化を行う場合は、前述の熱処理により生じ
たヘイズを除去する研磨を行った後に、研磨された面に
イオンを注入することが好ましい。これは、注入後に研
磨すると研磨の取り代のバラツキが、注入深さの分布を
悪化させ、結果的に、SOI層の膜厚均一性が悪化して
しまうことがあるからである。このヘイズ除去のための
研磨後にイオンを注入すれば、SOI層の膜厚均一性が
悪化することを防止できる。
Here, in the case where the bond wafer is made thinner by the ion implantation separation method, it is preferable that after the polishing for removing the haze generated by the heat treatment described above, ions are implanted into the polished surface. This is because, if polishing is performed after the implantation, the variation in the allowance for the polishing deteriorates the distribution of the implantation depth, and as a result, the uniformity of the thickness of the SOI layer may be deteriorated. If ions are implanted after the polishing for removing the haze, it is possible to prevent the film thickness uniformity of the SOI layer from deteriorating.

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につき説
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明の熱処理工程で用いられる、シリコンウエーハを
急速加熱・急速冷却できる装置の加熱方式しては、熱放
射によるランプ加熱方式、レーザ光線によるレーザ加熱
方式、X線によるX線加熱方式および抵抗加熱方式によ
るヒーターのような装置を挙げることができる。市販さ
れているものとして、例えばAST社製、SHS−28
00のような装置を挙げることができ、これらは特別複
雑で高価なものではない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these embodiments.
The heating method used in the heat treatment process of the present invention, which can rapidly heat and rapidly cool a silicon wafer, includes a lamp heating method using heat radiation, a laser heating method using a laser beam, an X-ray heating method using X-rays, and resistance heating. An apparatus such as a heater according to the method can be used. As commercially available products, for example, SHS-28 manufactured by AST
Devices such as 00 are not particularly complex and expensive.

【0040】ここで、本発明で用いたシリコン単結晶ウ
エーハの急速加熱・急速冷却装置(RTA装置)の一例
を示す。図3は、RTA装置の概略図である。図3の熱
処理装置20は、例えば炭化珪素あるいは石英からなる
ベルジャ11を有し、このベルジャ11内でウエーハを
熱処理するようになっている。加熱は、ベルジャ11を
囲繞するように配置される加熱ヒータ12,12’によ
って行う。この加熱ヒータは上下方向で分割されてお
り、それぞれ独立に供給される電力を制御できるように
なっている。もちろん加熱方式は、これに限定されるも
のではなく、いわゆる輻射加熱、高周波加熱方式等とし
てもよい。加熱ヒータ12,12’の外側には、熱を遮
蔽するためのハウジング13が配置されている。
Here, an example of a rapid heating / cooling apparatus (RTA apparatus) for a silicon single crystal wafer used in the present invention will be described. FIG. 3 is a schematic diagram of an RTA apparatus. The heat treatment apparatus 20 shown in FIG. 3 has a bell jar 11 made of, for example, silicon carbide or quartz, and heats a wafer in the bell jar 11. Heating is performed by heaters 12 and 12 ′ arranged so as to surround the bell jar 11. The heater is divided in the vertical direction, so that the power supplied independently can be controlled. Of course, the heating method is not limited to this, and may be so-called radiant heating, high-frequency heating, or the like. A housing 13 for shielding heat is arranged outside the heaters 12 and 12 '.

【0041】炉の下方には、水冷チャンバ14とベース
プレート15が配置され、ベルジャ11内と、外気とを
封鎖している。そしてウエーハ18はステージ17上に
保持されるようになっており、ステージ17はモータ1
9によって上下動自在な支持軸16の上端に取りつけら
れている。水冷チャンバ14には横方向からウエーハを
炉内に出し入れできるように、ゲートバルブによって開
閉可能に構成される不図示のウエーハ挿入口が設けられ
ている。また、ベースプレート15には、ガス流入口と
排気口が設けられており、炉内ガス雰囲気を調整できる
ようになっている。
A water cooling chamber 14 and a base plate 15 are arranged below the furnace, and seal the inside of the bell jar 11 from the outside air. The wafer 18 is held on a stage 17.
9 is attached to the upper end of a support shaft 16 that can move up and down. The water cooling chamber 14 is provided with a wafer insertion port (not shown) that can be opened and closed by a gate valve so that the wafer can be taken in and out of the furnace from a lateral direction. Further, the base plate 15 is provided with a gas inlet and an outlet, so that the gas atmosphere in the furnace can be adjusted.

【0042】以上のような熱処理装置20によって、ウ
エーハの急速加熱・急速冷却する熱処理は次のように行
われる。まず、加熱ヒータ12,12’によってベルジ
ャ11内を、例えば1200℃以上の所望温度に加熱
し、その温度に保持する。分割された加熱ヒータそれぞ
れを独立して供給電力を制御すれば、ベルジャ11内を
高さ方向に沿って温度分布をつけることができる。した
がって、ウエーハの処理温度は、ステージ17の位置、
すなわち支持軸16の炉内への挿入量によって決定する
ことができる。
The heat treatment for rapidly heating / cooling the wafer by the heat treatment apparatus 20 as described above is performed as follows. First, the inside of the bell jar 11 is heated to a desired temperature of, for example, 1200 ° C. or more by the heaters 12 and 12 ′, and is maintained at that temperature. If the supply power is controlled independently for each of the divided heaters, a temperature distribution can be provided in the bell jar 11 along the height direction. Therefore, the processing temperature of the wafer depends on the position of the stage 17,
That is, it can be determined by the insertion amount of the support shaft 16 into the furnace.

【0043】ベルジャ11内が所望温度で維持されたな
ら、熱処理装置20に隣接して配置される、不図示のウ
エーハハンドリング装置によってウエーハを水冷チャン
バ14の挿入口から入れ、最下端位置で待機させたステ
ージ17上に例えばSiCボートを介してウエーハを乗
せる。この時、水冷チャンバ14およびベースプレート
15は水冷されているので、ウエーハはこの位置では高
温化しない。
When the inside of the bell jar 11 is maintained at the desired temperature, the wafer is inserted from the insertion port of the water cooling chamber 14 by a wafer handling device (not shown) disposed adjacent to the heat treatment device 20 and is made to stand by at the lowermost position. A wafer is placed on the stage 17 through, for example, a SiC boat. At this time, since the water cooling chamber 14 and the base plate 15 are water cooled, the temperature of the wafer does not rise at this position.

【0044】そして、ウエーハのステージ17上への載
置が完了したなら、すぐにモータ19によって支持軸1
6を炉内に挿入することによって、ステージ17を12
00℃以上の所望温度位置まで上昇させ、ステージ上の
ウエーハに高温熱処理を加える。この場合、水冷チャン
バ14内のステージ下端位置から、所望温度位置までの
移動には、例えば20秒程度しかかからないので、ウエ
ーハは急速に加熱されることになる。
When the mounting of the wafer on the stage 17 is completed, the motor 19 immediately rotates the support shaft 1.
The stage 17 is moved to 12 by inserting 6 into the furnace.
The temperature is raised to a desired temperature position of 00 ° C. or higher, and high-temperature heat treatment is applied to the wafer on the stage. In this case, the movement from the lower end position of the stage in the water cooling chamber 14 to the desired temperature position takes, for example, only about 20 seconds, so that the wafer is rapidly heated.

【0045】そして、ステージ17を所望温度位置で、
所定時間停止(1秒間以上)させることによって、ウエ
ーハに停止時間分の高温熱処理を加えることができる。
所定時間が経過し高温熱処理が終了したなら、すぐにモ
ータ19によって支持軸16を炉内から引き抜くことに
よって、ステージ17を下降させ水冷チャンバ14内の
下端位置とする。この下降動作も、例えば20秒程度で
行うことができる。ステージ17上のウエーハは、水冷
チャンバ14およびベースプレート15が水冷されてい
るので、急速に冷却される。最後に、ウエーハハンドリ
ング装置によって、ウエーハを取り出すことによって、
熱処理を完了する。さらに熱処理するウエーハがある場
合には、熱処理装置20の温度を降温させてないので、
次々にウエーハを投入し連続的に熱処理をすることがで
きる。
Then, the stage 17 is moved to a desired temperature position.
By stopping for a predetermined time (1 second or more), high-temperature heat treatment for the stop time can be applied to the wafer.
When the predetermined time has elapsed and the high-temperature heat treatment has been completed, the support shaft 16 is immediately pulled out of the furnace by the motor 19 to lower the stage 17 to the lower end position in the water cooling chamber 14. This lowering operation can be performed, for example, in about 20 seconds. The wafer on the stage 17 is rapidly cooled because the water cooling chamber 14 and the base plate 15 are water cooled. Finally, by taking out the wafer with the wafer handling device,
Complete the heat treatment. If there is a wafer to be further heat-treated, the temperature of the heat treatment apparatus 20 has not been lowered.
Wafers can be added one after another to perform continuous heat treatment.

【0046】熱処理の還元性雰囲気は、水素ガス100
%とすることができるが、水素の還元力を調整する、あ
るいはスリップ転位の発生を抑制する、その他安全上等
の理由からアルゴンとの混合気としてもよい。熱処理の
温度条件は1200℃以上とし、処理時間は1秒間以上
とした。1200℃未満ではCOPをほぼ完全に消滅さ
せることが難しいし、1秒未満の短時間では熱処理効果
が得られない。
The reducing atmosphere of the heat treatment is hydrogen gas 100
%, But may be a gaseous mixture with argon for adjusting the reducing power of hydrogen, suppressing the occurrence of slip dislocation, and other safety reasons. The temperature condition of the heat treatment was 1200 ° C. or higher, and the processing time was 1 second or longer. If the temperature is lower than 1200 ° C., it is difficult to completely eliminate the COP, and if it is shorter than 1 second, the heat treatment effect cannot be obtained.

【0047】このように、本発明のサイズの小さいCO
Pを有するウエーハにRTA装置を用いて熱処理して得
られたウエーハは、特に表面のCOPが殆ど消滅してお
り、無欠陥シリコンウエーハとすることができる。従っ
て、この熱処理したウエーハをボンドウエーハとしてS
OIウエーハを製造すれば、無欠陥SOI層を有するS
OIウエーハを製造でき、デバイス作製の歩留まりを向
上させることができる。RTA装置の場合は、昇温レー
トが極めて速く、COPが消滅する温度になるのに要す
る時間が極めて短いため、多数のシングル型COPが存
在しても容易に高温になり、COPが消滅するものと考
えられる。
As described above, the small size CO of the present invention is used.
A wafer obtained by heat-treating a P-containing wafer using an RTA apparatus, in particular, the COP on the surface almost disappears, and can be a defect-free silicon wafer. Therefore, this heat-treated wafer is used as a bond wafer in S
If an OI wafer is manufactured, it is possible to obtain an SI having a defect-free SOI layer.
An OI wafer can be manufactured, and the yield of device manufacturing can be improved. In the case of an RTA device, the temperature rise rate is extremely fast, and the time required to reach the temperature at which the COP disappears is extremely short. it is conceivable that.

【0048】別の熱処理装置としてバッチ式熱処理炉を
使用することもできる。ここで、バッチ式熱処理炉と
は、通常、縦型または横型の熱処理炉に複数のウエーハ
を載置し、水素ガスを導入して比較的緩やかに昇温した
後、所定温度で所定時間熱処理を施し、比較的ゆっくり
と降温する、いわゆるバッチ式の熱処理炉である。この
バッチ式熱処理炉は、一度に大量の熱処理が可能であ
り、温度の制御性に優れており、安定した操業が可能で
ある。
As another heat treatment apparatus, a batch type heat treatment furnace can be used. Here, a batch-type heat treatment furnace is generally a method in which a plurality of wafers are placed in a vertical or horizontal heat treatment furnace, hydrogen gas is introduced, and the temperature is raised relatively slowly, followed by heat treatment at a predetermined temperature for a predetermined time. This is a so-called batch type heat treatment furnace that performs heat treatment and lowers the temperature relatively slowly. This batch type heat treatment furnace can perform a large amount of heat treatment at a time, has excellent temperature controllability, and can operate stably.

【0049】バッチ式熱処理炉による水素アニール等の
熱処理条件は、基本的には上記RTA装置の場合と変わ
らず、水素ガス100%雰囲気下、あるいはアルゴンと
の混合雰囲気下1200℃以上で処理するが、熱処理時
間は30分間以上が望ましい。30分未満では熱処理効
果が十分挙がらず、COPはあまり消滅しない。
The heat treatment conditions such as hydrogen annealing in a batch type heat treatment furnace are basically the same as in the case of the above RTA apparatus, and the treatment is performed at 1200 ° C. or more in a 100% hydrogen gas atmosphere or a mixed atmosphere with argon. The heat treatment time is desirably 30 minutes or more. If the time is less than 30 minutes, the heat treatment effect is not sufficiently obtained, and the COP does not disappear much.

【0050】このように、バッチ式熱処理炉によって
も、本発明のサイズの小さいCOPを有するウエーハに
熱処理して得られたウエーハのCOPは殆ど消滅してお
り、無欠陥シリコン単結晶ウエーハを製造することがで
きる。従って、この熱処理したウエーハをボンドウエー
ハとしてSOIウエーハを製造すれば、無欠陥SOI層
を有するSOIウエーハを製造でき、デバイス作製の歩
留まりを向上させることができる。
As described above, even with the batch type heat treatment furnace, the COP of the wafer obtained by heat-treating the wafer having the small COP of the present invention has almost disappeared, and a defect-free silicon single crystal wafer is manufactured. be able to. Therefore, if an SOI wafer is manufactured by using this heat-treated wafer as a bond wafer, an SOI wafer having a defect-free SOI layer can be manufactured, and the yield of device manufacturing can be improved.

【0051】また、別の測定方法によると、ウエーハ表
面から約0.5μm深さまでのウエーハ表層部のCOP
の総数に関しては、バッチ式熱処理炉で処理した方がR
TA装置で処理した場合の約半分と有利な結果が得られ
ており、目的に応じて、RTA装置と使い分けることが
できる。
According to another measurement method, the COP of the surface layer of the wafer to a depth of about 0.5 μm from the wafer surface is determined.
The total number of R
An advantageous result is obtained, which is about half that of the case where processing is performed by a TA device, and can be used properly with an RTA device according to the purpose.

【0052】このようにして得られたシリコンウエーハ
に、上記還元性の熱処理により生じたヘイズを除去する
研磨を行い、SOIウエーハのSOI層を形成するボン
ドウエーハを得るのが望ましい。以下に、このボンドウ
エーハとベースウエーハとを酸化膜を介して結合して、
その後ボンドウエーハの薄膜化を行い、SOIウエーハ
を製造する方法について、図面を参照して説明するが、
本発明はこれらに限定されるものではない。
It is preferable that the silicon wafer thus obtained is polished to remove the haze generated by the above-mentioned heat treatment for reducing, to obtain a bond wafer for forming an SOI layer of the SOI wafer. Hereinafter, the bond wafer and the base wafer are bonded via an oxide film,
Thereafter, a method of manufacturing a SOI wafer by thinning the bond wafer will be described with reference to the drawings.
The present invention is not limited to these.

【0053】まず、ボンドウエーハの薄膜化を、研削・
研磨法と気相エッチング法により行う場合について説明
する。ここで、図1は、ボンドウエーハの薄膜化を、研
削・研磨法と気相エッチング法により行う場合のSOI
ウエーハの製造工程の一例を示したものである。
First, the thinning of the bond wafer is performed by grinding and bonding.
The case of performing the polishing method and the vapor phase etching method will be described. Here, FIG. 1 shows the SOI when the thinning of the bond wafer is performed by a grinding / polishing method and a vapor phase etching method.
1 shows an example of a wafer manufacturing process.

【0054】図1においてまず、貼り合せによりSOI
基板を製造するための原料ウエーハであるボンドウエー
ハ2及びベースウエーハ3を用意する(図1(a))。
ここで、本発明では少なくともSOI層を形成するボン
ドウエーハ2は、前述のチョクラルスキー法によるシリ
コン単結晶の成長速度を0.6mm/min以上として
引き上げ、含有酸素濃度が16ppma以下のCOPが
高密度に存在するシリコン単結晶棒を成長し、この単結
晶棒から得られたウエーハにRTA装置あるいはバッチ
式熱処理炉により還元性熱処理を施す方法で作製された
無欠陥シリコンウエーハとする。もちろん、二枚のウエ
ーハをこの無欠陥シリコンウエーハとしても良い。
In FIG. 1, first, the SOI is
A bond wafer 2 and a base wafer 3, which are raw material wafers for manufacturing a substrate, are prepared (FIG. 1A).
Here, in the present invention, at least the bond wafer 2 forming the SOI layer is raised with the growth rate of the silicon single crystal by the above-mentioned Czochralski method being 0.6 mm / min or more, and the COP having an oxygen concentration of 16 ppma or less is high. A silicon single crystal rod having a high density is grown, and a defect-free silicon wafer is produced by a method in which a wafer obtained from the single crystal rod is subjected to a reducing heat treatment using an RTA apparatus or a batch type heat treatment furnace. Of course, two wafers may be used as the defect-free silicon wafer.

【0055】そして、用意されたシリコンウエーハの少
なくとも一方に酸化熱処理を施し、ウエーハ表面に酸化
膜4を形成する(図1(b))。この場合の酸化膜の形
成は、必ずしも両方のウエーハに行わずともよく、ボン
ドウエーハ2のみに形成してもよく、ベースウエーハ3
のみに形成しても良い。
Then, at least one of the prepared silicon wafers is subjected to an oxidizing heat treatment to form an oxide film 4 on the surface of the wafer (FIG. 1B). In this case, the oxide film need not always be formed on both wafers, but may be formed only on the bond wafer 2 or on the base wafer 3.
It may be formed only.

【0056】次に、この酸化膜を形成したボンドウエー
ハ2とベースウエーハ3を清浄な雰囲気下で密着させる
(図1(c))。これに酸化性雰囲気下で熱処理を加え
て、ボンドウエーハ2とベースウエーハ3を強固に結合
させ、SOI基板1とする。この時、ボンドウエーハ2
とベースウエーハ3が強固に結合される(図1
(d))。この二枚のウエーハを強固に結合させるため
の熱処理の熱処理条件としては、例えば、酸素または水
蒸気を含む雰囲気下、200℃〜1200℃の温度で行
えばよい。
Next, the bond wafer 2 having the oxide film formed thereon and the base wafer 3 are adhered to each other in a clean atmosphere (FIG. 1C). This is subjected to a heat treatment in an oxidizing atmosphere, so that the bond wafer 2 and the base wafer 3 are firmly bonded, and the SOI substrate 1 is obtained. At this time, bond wafer 2
And the base wafer 3 are firmly bonded (FIG. 1
(D)). As a heat treatment condition of the heat treatment for firmly bonding the two wafers, for example, the heat treatment may be performed at a temperature of 200 ° C. to 1200 ° C. in an atmosphere containing oxygen or water vapor.

【0057】次に、図1(e)に示すように、ボンドウ
エーハ2の表面を通常の方法に従い研削・研磨と気相エ
ッチングにより、所望厚さまで薄膜化すれば、実質的に
無欠陥のSOI層5を有するSOI基板1を製造するこ
とができる。この場合、前記したPACE法によりエッ
チングを行うとSOI層の平坦度は極めて良好なものと
なる。
Next, as shown in FIG. 1E, if the surface of the bond wafer 2 is thinned to a desired thickness by grinding / polishing and vapor phase etching according to a usual method, a substantially defect-free SOI The SOI substrate 1 having the layer 5 can be manufactured. In this case, when etching is performed by the PACE method, the flatness of the SOI layer becomes extremely good.

【0058】一方、ボンドウエーハの薄膜化を、イオン
注入分離法により行う場合について説明する。ここで、
図2は、ボンドウエーハの薄膜化を、イオン注入分離法
により行う場合のSOIウエーハの製造工程の一例を示
したものである。
On the other hand, a case where the bond wafer is thinned by an ion implantation separation method will be described. here,
FIG. 2 shows an example of a manufacturing process of an SOI wafer in a case where a bond wafer is thinned by an ion implantation separation method.

【0059】図2においてまず、貼り合せによりSOI
基板を製造するための原料ウエーハであるボンドウエー
ハ2及びベースウエーハ3を用意する(図2(a))。
ここで、本発明では少なくともSOI層を形成するボン
ドウエーハ2は、前述のチョクラルスキー法によるシリ
コン単結晶の成長速度を0.6mm/min以上として
引き上げ、含有酸素濃度が16ppma以下のCOPが
高密度に存在するシリコン単結晶棒を成長し、この単結
晶棒から得られたウエーハにRTA装置あるいはバッチ
式熱処理炉により還元性熱処理を施す方法で作製された
無欠陥シリコンウエーハとする。もちろん、二枚のウエ
ーハをこの無欠陥シリコンウエーハとしても良い。
In FIG. 2, first, the SOI is
A bond wafer 2 and a base wafer 3, which are raw material wafers for manufacturing a substrate, are prepared (FIG. 2A).
Here, in the present invention, at least the bond wafer 2 forming the SOI layer is raised with the growth rate of the silicon single crystal by the above-mentioned Czochralski method being 0.6 mm / min or more, and the COP having an oxygen concentration of 16 ppma or less is high. A silicon single crystal rod having a high density is grown, and a defect-free silicon wafer is produced by a method in which a wafer obtained from the single crystal rod is subjected to a reducing heat treatment using an RTA apparatus or a batch type heat treatment furnace. Of course, two wafers may be used as the defect-free silicon wafer.

【0060】そして、用意されたシリコンウエーハに酸
化熱処理を施し、ウエーハ表面に酸化膜4を形成する
(図2(b))。この場合の酸化膜の形成は、必ずしも
両方のウエーハに行わずともよく、ボンドウエーハ2の
みに形成してもよく、ベースウエーハ3のみに形成して
も良い。
Then, an oxidizing heat treatment is performed on the prepared silicon wafer to form an oxide film 4 on the surface of the wafer (FIG. 2B). In this case, the oxide film need not always be formed on both wafers, and may be formed only on the bond wafer 2 or only on the base wafer 3.

【0061】次に、ボンドウエーハ2のベースウエーハ
3と結合する面に対して、水素イオンまたは希ガスイオ
ンを注入し、ボンドウエーハの表面に平行な微小気泡層
(封入層)6を形成する(図2(c))。ここで、ボン
ドウエーハ2は、用意された段階で、無欠陥シリコンウ
エーハを得るための熱処理により生じたヘイズを研磨に
より除去されているので、イオン注入後に研磨する場合
とは異なり、SOI層の膜厚均一性に悪影響がでること
がない。
Next, hydrogen ions or rare gas ions are implanted into the surface of the bond wafer 2 that is bonded to the base wafer 3 to form a microbubble layer (enclosure layer) 6 parallel to the surface of the bond wafer ( (FIG. 2 (c)). Here, since the haze generated by the heat treatment for obtaining the defect-free silicon wafer has been removed by polishing at the prepared stage, unlike the case of polishing after ion implantation, the SOI layer film is formed. There is no adverse effect on thickness uniformity.

【0062】そして、水素イオンまたは希ガスイオンを
注入したボンドウエーハ2の注入面に、ベースウエーハ
3を酸化膜を介して重ね合わせて密着させる(図2
(d))。常温の清浄な雰囲気下で二枚のウエーハの表
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。
Then, the base wafer 3 is overlapped and adhered to the implantation surface of the bond wafer 2 into which hydrogen ions or rare gas ions have been implanted via an oxide film (FIG. 2).
(D)). By bringing the surfaces of the two wafers into contact with each other in a clean atmosphere at room temperature, the wafers are bonded to each other without using an adhesive or the like.

【0063】次に、封入層6を境界として剥離すること
により、剥離ウエーハ7とSOIウエーハ1に分離する
(図2(e))。これは、例えば不活性ガス雰囲気下約
500℃以上の温度で熱処理を加えれば、結晶の再配列
と気泡の凝集によって剥離ウエーハ7とSOIウエーハ
1とに分離することができる。
Next, the wafer is separated into the peeled wafer 7 and the SOI wafer 1 by peeling with the sealing layer 6 as a boundary (FIG. 2E). For example, if heat treatment is performed at a temperature of about 500 ° C. or more in an inert gas atmosphere, the wafer can be separated into the separation wafer 7 and the SOI wafer 1 by rearrangement of crystals and aggregation of bubbles.

【0064】そして、密着させたウエーハ同士の結合力
では、そのままデバイス工程で使用するには弱いので、
結合熱処理としてSOIウエーハ1に高温の熱処理を施
し結合強度を十分なものとする(図2(f))。この熱
処理は例えば不活性ガス雰囲気下、1050℃〜120
0℃で30分から2時間の熱処理を行えば良い。こうし
て、実質的に無欠陥のSOI層を有するSOIウエーハ
を得ることができる(図2(g))。
Since the bonding force between the adhered wafers is weak for use in the device process as it is,
As a bonding heat treatment, a high-temperature heat treatment is performed on the SOI wafer 1 to make the bonding strength sufficient (FIG. 2 (f)). This heat treatment is performed, for example, in an inert gas atmosphere at 1050 ° C. to 120 ° C.
The heat treatment may be performed at 0 ° C. for 30 minutes to 2 hours. Thus, an SOI wafer having a substantially defect-free SOI layer can be obtained (FIG. 2G).

【0065】以上説明したように、いずれの方法であっ
ても本発明のSOIウエーハの製造方法は、無欠陥のS
OI層を有する高品質のSOIウエーハを製造すること
ができる。そして、本発明は、特にSOI層を1μm以
下まで薄膜化する場合に、COPがないためにSOI層
に貫通孔が発生することがないので、本発明の方法を用
いる価値が高い。そして、この方法により製造されたS
OIウエーハは、電気的信頼性の高いSOI層をもつ高
品質のSOIウエーハであり、デバイス作製の歩留まり
が高く、産業上の利用価値はすこぶる高い。
As described above, regardless of the method, the method for manufacturing an SOI wafer of the present invention provides a defect-free SOI wafer.
A high quality SOI wafer having an OI layer can be manufactured. In the present invention, especially when the SOI layer is thinned to 1 μm or less, since there is no COP, a through hole does not occur in the SOI layer, and thus the method of the present invention is highly valuable. Then, the S manufactured by this method
An OI wafer is a high-quality SOI wafer having an SOI layer with high electrical reliability, has a high device fabrication yield, and has extremely high industrial utility value.

【0066】[0066]

【実施例】以下、本発明の実施例と比較例を挙げて具体
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。 (実施例1、比較例1)チョクラルスキー法によるシリ
コン単結晶からSOI層を形成するボンドウエーハを作
製し、該ボンドウエーハと支持基板となるベースウエー
ハとを酸化膜を介して結合して、その後ボンドウエーハ
の薄膜化を行いSOIウエーハを製造した。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples of the present invention and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples. (Example 1, Comparative Example 1) A bond wafer for forming an SOI layer from a silicon single crystal by the Czochralski method is manufactured, and the bond wafer and a base wafer serving as a support substrate are bonded via an oxide film. Thereafter, the bond wafer was thinned to produce an SOI wafer.

【0067】本実施例では、まずチョクラルスキー法に
よるシリコン単結晶の引き上げ速度(SE)を、1.4
mm/minとし、含有酸素濃度(Oi)が12ppm
aのシリコン単結晶棒を成長し、この単結晶棒をスライ
スしてシリコンウエーハに加工し、結晶軸方位が〈10
0〉で、導電型がp型であり、抵抗率が10Ω・cm、
直径が200mmのシリコンウエーハを作製した。
In this embodiment, first, the pulling speed (SE) of the silicon single crystal by the Czochralski method is set to 1.4.
mm / min, and the contained oxygen concentration (Oi) is 12 ppm
a, a silicon single crystal rod is grown, and the single crystal rod is sliced and processed into a silicon wafer.
0>, the conductivity type is p-type, the resistivity is 10 Ω · cm,
A silicon wafer having a diameter of 200 mm was manufactured.

【0068】このシリコンウエーハに、RTA装置(A
ST社製SHS−2800)を用いて、100%水素の
雰囲気下において、1200℃で10秒の熱処理を加え
た。そして、このシリコンウエーハをSOI層を形成す
るボンドウエーハとし、このボンドウエーハのベースウ
エーハと結合する面に研磨代10nmの研磨を施し、ウ
エーハ表面に熱処理により生じたヘイズを除去した。
An RTA device (A) is attached to this silicon wafer.
Using SHS-2800 manufactured by ST Co., Ltd., heat treatment was performed at 1200 ° C. for 10 seconds in an atmosphere of 100% hydrogen. The silicon wafer was used as a bond wafer for forming an SOI layer. The surface of the bond wafer bonded to the base wafer was polished with a polishing allowance of 10 nm, and the haze generated by the heat treatment on the wafer surface was removed.

【0069】このボンドウエーハを用いて、図2(a)
〜(g)に示す工程により、SOI層の厚さが約100
nmのSOIウエーハを製造した。主な製造条件は以下
の通りである。 1)酸化膜形成条件:ボンドウエーハ酸化膜厚75n
m、ベースウエーハ酸化膜厚325nm、 2)水素イオン注入条件:注入エネルギー20keV、
注入線量8×1016atoms/cm2 、 3)剥離熱処理条件:N2 ガス雰囲気下、500℃、3
0分、 4)結合熱処理条件:N2 ガス雰囲気下、1100℃、
2時間。
Using this bond wafer, FIG.
(G), the thickness of the SOI layer becomes about 100
nm SOI wafers were produced. The main manufacturing conditions are as follows. 1) Oxide film formation condition: Bond wafer oxide film thickness 75n
m, base wafer oxide film thickness 325 nm, 2) hydrogen ion implantation conditions: implantation energy 20 keV,
Implantation dose: 8 × 10 16 atoms / cm 2 , 3) Stripping heat treatment condition: 500 ° C. under N 2 gas atmosphere, 3
0 min, 4) Bonding heat treatment condition: 1100 ° C. under N 2 gas atmosphere
2 hours.

【0070】このようにして製造されたSOIウエーハ
のSOI層のCOPをHFディップ法により観察した。
このHFディップ法では、まずSOIウエーハをHF5
0%水溶液に、十数分間浸すと、SOI層を貫通する欠
陥があれば、これを通して埋め込み酸化膜にHFが到達
して酸化膜がエッチングされ、エッチピットが形成され
る。そして酸化膜に形成されるこのエッチピットを、薄
いSOI層を透して光学顕微鏡で観察することによりC
OPを観察する。本実施例における顕微鏡観察は、ウエ
ーハ表面の直径方向にスキャンして、合計20cm2
領域のピット数を観察した。
The COP of the SOI layer of the SOI wafer thus manufactured was observed by the HF dip method.
In this HF dip method, first, an SOI wafer is HF5
When immersed in a 0% aqueous solution for about ten minutes, if there is a defect penetrating the SOI layer, HF reaches the buried oxide film through this and the oxide film is etched to form an etch pit. Then, the etch pits formed in the oxide film are observed by an optical microscope through a thin SOI layer to obtain C pits.
Observe the OP. In the microscope observation in this example, the number of pits in a total area of 20 cm 2 was observed by scanning in the diameter direction of the wafer surface.

【0071】この測定の結果、観察されたピットの個数
は、0個であり、COP密度に換算すると0個/cm2
であった。この測定結果より、本発明の製造方法によっ
て実質的に無欠陥のSOI層を有するSOIウエーハを
製造することができることが判る。
As a result of this measurement, the number of pits observed was 0, and when converted to COP density, 0 pits / cm 2
Met. From this measurement result, it is understood that an SOI wafer having a substantially defect-free SOI layer can be manufactured by the manufacturing method of the present invention.

【0072】一方、比較例1として、上記実施例1と同
一の条件でシリコン単結晶を成長させ、シリコンウエー
ハを作製し、ウエーハにRTA装置による熱処理を行わ
ないこと以外は同一の工程でSOIウエーハを製造し
た。この比較例1のSOIウエーハに、実施例1と同じ
くHFディップ法によるCOPの観察を行った。この測
定の結果、観察されたピットの個数は、57個であり、
COP密度に換算すると2.9個/cm2 であった。こ
の測定結果から、この比較例1のウエーハには、電気的
信頼性の低下やデバイス作製歩留まりの低下が予想され
る。
On the other hand, as Comparative Example 1, a silicon single crystal was grown under the same conditions as in Example 1 to prepare a silicon wafer, and the SOI wafer was manufactured in the same process except that the heat treatment was not performed on the wafer by the RTA apparatus. Was manufactured. The COP of the SOI wafer of Comparative Example 1 was observed by the HF dip method as in Example 1. As a result of this measurement, the number of observed pits was 57,
In terms of COP density, it was 2.9 particles / cm 2 . From the measurement results, it is expected that the wafer of Comparative Example 1 will have lower electrical reliability and lower device fabrication yield.

【0073】(実施例2、比較例2)酸素濃度以外は、
実施例1とほぼ同様に、チョクラルスキー法によるシリ
コン単結晶からSOI層を形成するボンドウエーハを作
製し、該ボンドウエーハと支持基板となるベースウエー
ハとを酸化膜を介して結合して、その後ボンドウエーハ
の薄膜化を行いSOIウエーハを製造した。
Example 2 and Comparative Example 2 Other than the oxygen concentration,
In substantially the same manner as in Example 1, a bond wafer for forming an SOI layer from a silicon single crystal by the Czochralski method is manufactured, and the bond wafer and a base wafer serving as a support substrate are bonded via an oxide film. An SOI wafer was manufactured by thinning the bond wafer.

【0074】本実施例においては、まず含有酸素濃度
(Oi)が16ppmaである以外は実施例1と同様の
シリコン単結晶棒を成長し、この単結晶棒をスライスし
てシリコンウエーハに加工し、結晶方位が〈100〉
で、導電型がp型であり、抵抗率が10Ω・cm、直径
が200mmのシリコンウエーハを作製した。
In this embodiment, first, a silicon single crystal rod was grown in the same manner as in Example 1 except that the oxygen content (Oi) was 16 ppma, and this single crystal rod was sliced and processed into a silicon wafer. Crystal orientation is <100>
Thus, a silicon wafer having a p-type conductivity, a resistivity of 10 Ω · cm, and a diameter of 200 mm was produced.

【0075】このシリコンウエーハに、バッチ式熱処理
炉を用いて、100%水素の雰囲気下において、120
0℃で60分の熱処理を加えた。そして、このシリコン
ウエーハをSOI層を形成するボンドウエーハとし、ボ
ンドウエーハのベースウエーハと結合する面に研磨代1
0nmの研磨を施し、ウエーハ表面の熱処理により生じ
たヘイズを除去した。
The silicon wafer was placed in a 100% hydrogen atmosphere using a batch heat treatment furnace.
A heat treatment was applied at 0 ° C. for 60 minutes. Then, this silicon wafer is used as a bond wafer for forming an SOI layer, and the surface of the bond wafer bonded to the base wafer has a polishing allowance of 1 mm.
Polishing was performed to a thickness of 0 nm to remove haze caused by heat treatment on the wafer surface.

【0076】このボンドウエーハを用いて、実施例1と
同一の工程、製造条件により、SOIウエーハを製造し
た。そして、実施例1と同じくHFディップ法によるS
OI層のCOPの観察を行った。この測定の結果、観察
されたピットの個数は、6個であり、COP密度に換算
すると0.3個/cm2 であった。この測定結果より、
本発明の製造方法によってきわめて欠陥の少ないSOI
層を有するSOIウエーハを製造することができること
が判る。
Using this bond wafer, an SOI wafer was manufactured under the same steps and under the same manufacturing conditions as in Example 1. Then, as in the first embodiment, S by the HF dip method is used.
The COP of the OI layer was observed. As a result of this measurement, the number of pits observed was 6, which was 0.3 / cm 2 in terms of COP density. From this measurement result,
SOI with very few defects by the manufacturing method of the present invention
It can be seen that SOI wafers having layers can be manufactured.

【0077】一方、比較例2として、実施例2と同一の
条件でシリコン単結晶を成長させ、シリコンウエーハを
作製し、ウエーハにバッチ式熱処理炉による熱処理を行
わないこと以外は同一の工程でSOIウエーハを製造し
た。この比較例2のSOIウエーハに、実施例2と同じ
くHFディップ法によるCOPの観察を行った。この測
定の結果、観察されたピットの個数は、62個であり、
COP密度に換算すると3.1個/cm2 であった。こ
の測定結果から、この比較例2のウエーハには、COP
による電気的信頼性の低下やデバイス作製歩留まりの低
下が予想される。
On the other hand, as Comparative Example 2, a silicon single crystal was grown under the same conditions as in Example 2 to produce a silicon wafer, and the SOI was performed in the same process except that the wafer was not subjected to a heat treatment in a batch type heat treatment furnace. Wafers were manufactured. The COP was observed on the SOI wafer of Comparative Example 2 by the HF dip method as in Example 2. As a result of this measurement, the number of observed pits was 62,
It was 3.1 pieces / cm 2 in terms of COP density. From this measurement result, the wafer of Comparative Example 2 showed COP
It is expected that the electrical reliability and the device fabrication yield will decrease due to the above.

【0078】(実施例3、比較例3)チョクラルスキー
法によるシリコン単結晶からSOI層を形成するボンド
ウエーハを作製し、該ボンドウエーハと支持基板となる
ベースウエーハとを酸化膜を介して結合して、その後ボ
ンドウエーハの薄膜化を行いSOIウエーハを製造し
た。
(Example 3 and Comparative Example 3) A bond wafer for forming an SOI layer from a silicon single crystal by the Czochralski method is manufactured, and the bond wafer and a base wafer serving as a support substrate are bonded via an oxide film. Then, the bond wafer was thinned to produce an SOI wafer.

【0079】本実施例においては、まずシリコンの引き
上げ速度が0.95mm/minであり、含有酸素濃度
(Oi)が16ppmaである以外は実施例1と同様の
シリコン単結晶棒を成長し、この単結晶棒をスライスし
てシリコンウエーハに加工し、結晶方位が〈100〉
で、導電型がp型であり、抵抗率が10Ω・cm、直径
が200mmのシリコンウエーハを作製した。
In this embodiment, first, a silicon single crystal rod was grown in the same manner as in Embodiment 1 except that the pulling speed of silicon was 0.95 mm / min and the oxygen concentration (Oi) was 16 ppma. A single crystal rod is sliced and processed into a silicon wafer, and the crystal orientation is <100>
Thus, a silicon wafer having a p-type conductivity, a resistivity of 10 Ω · cm, and a diameter of 200 mm was produced.

【0080】このシリコンウエーハに、実施例1と同一
の熱処理を加えた。そして、このシリコンウエーハをS
OI層を形成するボンドウエーハとし、ボンドウエーハ
のベースウエーハと結合する面に研磨代10nmの研磨
を行い、ウエーハ表面の熱処理により生じたヘイズを除
去した。
The same heat treatment as in Example 1 was applied to this silicon wafer. Then, this silicon wafer is S
The bond wafer for forming the OI layer was polished with a polishing allowance of 10 nm on the surface of the bond wafer bonded to the base wafer, and the haze generated by the heat treatment on the wafer surface was removed.

【0081】このボンドウエーハを用いて、図1(a)
〜(e)に示す工程により、SOIウエーハを製造し
た。主な製造条件は以下の通りである。 1)酸化膜形成条件:ボンドウエーハ酸化膜厚150n
m、ベースウエーハ酸化膜厚0nm、 2)結合熱処理条件:O2 ガス雰囲気下、1100℃、
2時間、 3)研削・研磨条件:SOI層膜厚が4μmになるまで
研削・研磨、 4)薄膜化条件:SOI層膜厚が110nmになるまで
PACE加工した後、研磨代10nmの研磨。
Using this bond wafer, FIG.
SOI wafers were manufactured by the steps shown in FIGS. The main manufacturing conditions are as follows. 1) Oxide film formation conditions: bond wafer oxide film thickness 150n
m, base wafer oxide film thickness 0 nm, 2) bonding heat treatment condition: 1100 ° C. in an O 2 gas atmosphere
2 hours, 3) Grinding / polishing conditions: grinding / polishing until the SOI layer thickness becomes 4 μm, 4) Thinning conditions: PACE processing until the SOI layer thickness reaches 110 nm, and polishing with a polishing allowance of 10 nm.

【0082】このようにして製造されたSOIウエーハ
に、実施例1と同じくHFディップ法によるSOI層の
COPの観察を行った。この測定の結果、観察されたピ
ットの個数は、1個であり、COP密度に換算すると
0.1個/cm2 であった。この測定結果より、本発明
の製造方法によって実質的に無欠陥のSOI層を有する
SOIウエーハを製造することができることが判る。
The COP of the SOI layer was observed on the SOI wafer thus manufactured by the HF dip method as in the first embodiment. As a result of this measurement, the number of observed pits was one, which was 0.1 pits / cm 2 in terms of COP density. From this measurement result, it is understood that an SOI wafer having a substantially defect-free SOI layer can be manufactured by the manufacturing method of the present invention.

【0083】一方、比較例3として、実施例3と同一の
条件でシリコン単結晶を成長させ、シリコンウエーハを
作製し、ウエーハにRTA装置による熱処理を行わない
こと以外は同一の工程でSOIウエーハを製造した。こ
の比較例3のSOIウエーハに、実施例1と同じくHF
ディップ法によるCOPの観察を行った。この測定の結
果、観察されたピットの個数は、43個であり、COP
密度に換算すると2.2個/cm2 であった。この測定
結果から、この比較例3のウエーハには、電気的信頼性
の低下やデバイス作製歩留まりの低下が予想される。
On the other hand, as Comparative Example 3, a silicon single crystal was grown under the same conditions as in Example 3 to prepare a silicon wafer, and the SOI wafer was subjected to the same process except that the heat treatment was not performed on the wafer by the RTA apparatus. Manufactured. The same HF as in Example 1 was added to the SOI wafer of Comparative Example 3.
The COP was observed by the dip method. As a result of this measurement, the number of pits observed was 43,
It was 2.2 pieces / cm 2 in terms of density. From this measurement result, it is expected that the wafer of Comparative Example 3 will have lower electrical reliability and lower device fabrication yield.

【0084】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 embodiment is an exemplification, and has substantially the same configuration as the technical idea described in the scope of the claims of the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

【0085】例えば、上記実施形態では二枚のシリコン
ウエーハを貼り合わせて、SOI基板を製造する場合を
中心に説明したが、本発明はチョクラルスキー法により
作製されたシリコンウエーハと石英、炭化珪素、窒化珪
素、アルミナ、サファイア、その他のセラミック材のよ
うな絶縁基板とを貼り合わせてSOI基板を作製する場
合にも、SOI層の結晶欠陥を低減するのに有効であ
り、適用可能であることはいうまでもない。
For example, in the above embodiment, the description has been made mainly on the case of manufacturing an SOI substrate by bonding two silicon wafers. However, the present invention relates to a silicon wafer manufactured by the Czochralski method and quartz, silicon carbide, or the like. In the case where an SOI substrate is manufactured by bonding an insulating substrate such as silicon nitride, alumina, sapphire, and other ceramic materials, the method is effective in reducing crystal defects in the SOI layer and is applicable. Needless to say.

【0086】また、上記実施形態では、SOI層を形成
するボンドウエーハが、直径200mmのCZウエーハ
である場合を中心に説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、200mm以上の大直径である場合
や、150mm以下の小直径である場合にも、本発明は
適用可能である。
Further, in the above embodiment, the case where the bond wafer forming the SOI layer is a CZ wafer having a diameter of 200 mm has been mainly described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to this. The present invention is also applicable to a case where the diameter is small or a case where the diameter is small, such as 150 mm or less.

【0087】更に、上記実施形態ではボンドウエーハに
熱処理を行ってからSOIウエーハを作製しているが、
同じ仕様のボンドウエーハを用いてSOIウエーハを作
製してから同様の熱処理を行っても、本発明と同様の効
果が得られる。
Further, in the above embodiment, the SOI wafer is manufactured after the heat treatment is performed on the bond wafer.
Even if an SOI wafer is manufactured using bond wafers having the same specifications and then subjected to the same heat treatment, the same effect as the present invention can be obtained.

【0088】[0088]

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明のSOI
ウエーハの製造方法によりSOIウエーハを製造するこ
とによって、SOI層中のCOPがほとんど無いSOI
ウエーハを高生産性で得ることができる。そのため、S
OIウエーハの電気的信頼性やデバイス作製の歩留まり
を向上させることができる。
As described in detail above, the SOI of the present invention
By manufacturing an SOI wafer by the method of manufacturing a wafer, an SOI wafer having almost no COP in the SOI layer can be obtained.
Wafers can be obtained with high productivity. Therefore, S
The electrical reliability of the OI wafer and the yield of device fabrication can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)〜(e)は、ボンドウエーハの薄膜化
を、研削・研磨法と気相エッチングにより行う場合のS
OIウエーハの製造工程の一例を示したものである。
1 (a) to 1 (e) show S in a case where a bond wafer is thinned by a grinding / polishing method and a vapor phase etching.
1 shows an example of an OI wafer manufacturing process.

【図2】(a)〜(g)は、ボンドウエーハの薄膜化
を、イオン注入分離法により行う場合のSOIウエーハ
の製造工程の一例を示したものである。
FIGS. 2A to 2G show an example of a manufacturing process of an SOI wafer in a case where a bond wafer is thinned by an ion implantation separation method.

【図3】ウエーハを急速加熱・急速冷却できる装置の一
例を示した概略図である。
FIG. 3 is a schematic view showing an example of an apparatus capable of rapidly heating and rapidly cooling a wafer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…SOIウエーハ、 2…ボンドウエーハ、 3…ベ
ースウエーハ、4…酸化膜、 5…SOI層、 6…微
小気泡層(封入層)、7…剥離ウエーハ、11…ベルジ
ャ、 12,12’…加熱ヒータ、 13…ハウジン
グ、14…水冷チャンバ、 15…ベースプレート、
16…支持軸、17…ステージ、 18…シリコンウエ
ーハ、 19…モータ、20…熱処理装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... SOI wafer, 2 ... Bond wafer, 3 ... Base wafer, 4 ... Oxide film, 5 ... SOI layer, 6 ... Microbubble layer (encapsulation layer), 7 ... Exfoliation wafer, 11 ... Bell jar, 12,12 '... Heating Heater, 13 ... housing, 14: water cooling chamber, 15: base plate,
16: Support shaft, 17: Stage, 18: Silicon wafer, 19: Motor, 20: Heat treatment device.

フロントページの続き (72)発明者 降籏 順一郎 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越半 導体株式会社半導体磯部研究所内 (72)発明者 三谷 清 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越半 導体株式会社半導体磯部研究所内 Fターム(参考) 4G077 AA02 AA03 BB03 CF00 EB06 EH09 FB05 FE05 FF01 FF07Continuation of the front page (72) Inventor Junichiro Furata 2-13-1, Isobe, Annaka-shi, Gunma Prefecture Shin-Etsu Semiconductor Semiconductor Isobe Laboratory (72) Inventor Kiyoshi Mitani 2-3-1, Isobe, Annaka-shi, Gunma Prefecture No. Shin-Etsu Semiconductor Co., Ltd. Semiconductor Isobe Laboratory F-term (reference) 4G077 AA02 AA03 BB03 CF00 EB06 EH09 FB05 FE05 FF01 FF07

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チョクラルスキー法によるシリコン単結
晶からSOI層を形成するボンドウエーハを作製し、該
ボンドウエーハと支持基板となるベースウエーハとを酸
化膜を介して結合して、その後ボンドウエーハの薄膜化
を行うSOIウエーハの製造方法において、 前記ボンドウエーハとして、チョクラルスキー法による
シリコン単結晶の成長速度を0.6mm/min以上と
して引き上げ、含有酸素濃度が16ppma以下のCO
Pが高密度に存在するシリコン単結晶棒を成長し、該シ
リコン単結晶棒をスライスしてシリコンウエーハに加工
し、該シリコンウエーハに還元性雰囲気中の熱処理を加
えたものを用いることを特徴とするSOIウエーハの製
造方法。
1. A bond wafer for forming an SOI layer from a silicon single crystal by a Czochralski method is produced, and the bond wafer and a base wafer serving as a support substrate are bonded via an oxide film. In the method of manufacturing an SOI wafer for forming a thin film, as the bond wafer, the growth rate of a silicon single crystal by the Czochralski method is increased to 0.6 mm / min or more, and the CO content is 16 ppma or less.
Growing a silicon single crystal rod in which P exists in high density, slicing the silicon single crystal rod into a silicon wafer, and applying a heat treatment in a reducing atmosphere to the silicon wafer; SOI wafer manufacturing method.
【請求項2】 チョクラルスキー法によるシリコン単結
晶からSOI層を形成するボンドウエーハを作製し、該
ボンドウエーハと支持基板となるベースウエーハとを酸
化膜を介して結合して、その後ボンドウエーハの薄膜化
を行うSOIウエーハの製造方法において、 前記ボンドウエーハとして、チョクラルスキー法による
シリコン単結晶の成長速度を0.6mm/min以上と
して引き上げ、含有酸素濃度が16ppma以下のCO
Pが高密度に存在するシリコン単結晶棒を成長し、該シ
リコン単結晶棒をスライスしてシリコンウエーハに加工
し、該シリコンウエーハに急速加熱・急速冷却装置を用
いて、還元性雰囲気中において1200℃以上の温度で
1秒間以上の熱処理を加えたものを用いることを特徴と
するSOIウエーハの製造方法。
2. A bond wafer for forming an SOI layer from a silicon single crystal by the Czochralski method is formed, and the bond wafer and a base wafer serving as a support substrate are bonded via an oxide film. In the method of manufacturing an SOI wafer for forming a thin film, as the bond wafer, the growth rate of a silicon single crystal by the Czochralski method is increased to 0.6 mm / min or more, and the CO content is 16 ppma or less.
A silicon single crystal rod in which P exists at a high density is grown, the silicon single crystal rod is sliced and processed into a silicon wafer, and the silicon wafer is subjected to a 1200 heating in a reducing atmosphere by using a rapid heating / cooling apparatus. A method for producing an SOI wafer, comprising using a material subjected to a heat treatment at a temperature of not less than ° C. for at least one second.
【請求項3】 チョクラルスキー法によるシリコン単結
晶からSOI層を形成するボンドウエーハを作製し、該
ボンドウエーハと支持基板となるベースウエーハとを酸
化膜を介して結合して、その後ボンドウエーハの薄膜化
を行うSOIウエーハの製造方法において、 前記ボンドウエーハとして、チョクラルスキー法による
シリコン単結晶の成長速度を0.6mm/min以上と
して引き上げ、含有酸素濃度が16ppma以下のCO
Pが高密度に存在するシリコン単結晶棒を成長し、該シ
リコン単結晶棒をスライスしてシリコンウエーハに加工
し、該シリコンウエーハにバッチ式熱処理炉を用いて、
還元性雰囲気中において1200℃以上の温度で30分
以上の熱処理を加えたものを用いることを特徴とするS
OIウエーハの製造方法。
3. A bond wafer for forming an SOI layer from a silicon single crystal by a Czochralski method is formed, and the bond wafer and a base wafer serving as a support substrate are bonded via an oxide film. In the method of manufacturing an SOI wafer for forming a thin film, as the bond wafer, the growth rate of a silicon single crystal by the Czochralski method is increased to 0.6 mm / min or more, and the CO content is 16 ppma or less.
P grows a silicon single crystal rod having a high density, slices the silicon single crystal rod into a silicon wafer, and processes the silicon wafer using a batch-type heat treatment furnace.
S characterized by using a material which has been subjected to a heat treatment at a temperature of 1200 ° C. or more for 30 minutes or more in a reducing atmosphere.
A method for manufacturing an OI wafer.
【請求項4】 前記熱処理を加えたボンドウエーハを、
ベースウエーハと結合する前に研磨することを特徴とす
る請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のSO
Iウエーハの製造方法。
4. The bond wafer having been subjected to the heat treatment,
4. The SO as claimed in claim 1, wherein the SO wafer is polished before being bonded to the base wafer.
A method for manufacturing an I wafer.
【請求項5】 前記研磨は、研磨代5〜15nmで研磨
することを特徴とする請求項4に記載のSOIウエーハ
の製造方法。
5. The method for manufacturing an SOI wafer according to claim 4, wherein the polishing is performed with a polishing allowance of 5 to 15 nm.
【請求項6】 前記ボンドウエーハの薄膜化は、研削・
研磨法と気相エッチング法により行うことを特徴とする
請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のSOI
ウエーハの製造方法。
6. The method according to claim 1, wherein the bonding wafer is formed into a thin film by grinding.
The SOI according to any one of claims 1 to 5, wherein the SOI is performed by a polishing method and a vapor phase etching method.
Wafer manufacturing method.
【請求項7】 前記ボンドウエーハの薄膜化は、イオン
注入分離法により行うことを特徴とする請求項1ないし
請求項5のいずれか1項に記載のSOIウエーハの製造
方法。
7. The method for producing an SOI wafer according to claim 1, wherein the thinning of the bond wafer is performed by an ion implantation separation method.
【請求項8】 前記還元性雰囲気を、100%水素雰囲
気、あるいは水素とアルゴンの混合雰囲気とすることを
特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記
載したSOIウエーハの製造方法。
8. The method for manufacturing an SOI wafer according to claim 1, wherein the reducing atmosphere is a 100% hydrogen atmosphere or a mixed atmosphere of hydrogen and argon. .
【請求項9】 請求項1ないし請求項8に記載の製造方
法により製造されたSOIウエーハ。
9. An SOI wafer manufactured by the manufacturing method according to claim 1.
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