JP2006013179A - Method for manufacturing soi wafer - Google Patents

Method for manufacturing soi wafer Download PDF

Info

Publication number
JP2006013179A
JP2006013179A JP2004189047A JP2004189047A JP2006013179A JP 2006013179 A JP2006013179 A JP 2006013179A JP 2004189047 A JP2004189047 A JP 2004189047A JP 2004189047 A JP2004189047 A JP 2004189047A JP 2006013179 A JP2006013179 A JP 2006013179A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
soi
layer
soi layer
heat treatment
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004189047A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiko Endo
昭彦 遠藤
Hideki Nishihata
秀樹 西畑
Nobuyuki Morimoto
信之 森本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumco Corp
Original Assignee
Sumco Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumco Corp filed Critical Sumco Corp
Priority to JP2004189047A priority Critical patent/JP2006013179A/en
Publication of JP2006013179A publication Critical patent/JP2006013179A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem in which surface uniformity deteriorates when an SOI layer of an SOI structure is made into a thin film. <P>SOLUTION: On a substrate which has the SOI structure, the SOI layer is made into a thin film through a stage of injecting hydrogen ions into the SOI layer surface and a 1st heat-treating stage performed thereafter. Consequently, the SOI layer of the SOI structure can be made into the thin film without making the in-surface film thickness distribution worse. Further, a 2nd heat treatment in an oxidizing atmosphere and/or a reducing atmosphere after the stage of injecting hydrogen ions into the surface of the SOI layer and the 1st heat treatment is performed to remove a damage layer formed as a result of the film thinning processing, recrystallize the damage layer, and improve surface roughness. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、SOI(Silicon On Insulator)ウェーハの製造方法、詳しくはSOIウェーハにおいて、SOI層の面内膜厚バラツキの劣化を極力抑えながらSOI層を薄膜化するSOIウェーハの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing an SOI (Silicon On Insulator) wafer, and more particularly to a method for manufacturing an SOI wafer in which an SOI layer is thinned while suppressing deterioration of in-plane film thickness variation of the SOI layer as much as possible. .

SOIウェーハは、従来のシリコンウェーハに比べ、素子間の分離、素子と基板間の寄生容量の低減、3次元構造が可能といった優越性があり、高速・低消費電力のLSIに使用されている。SOIウェーハの製造方法には、少なくとも一方のシリコンウェーハに酸化膜を形成した2枚のシリコンウェーハを結合させたのち研削、研磨してSOI層を形成する貼り合わせ法がある。このSOI構造を有するウェーハにおいて、パターンの微細化に伴い活性層(SOI層)が100nm以下に薄くなっていくとともにSOI層膜厚均一性が厳しく要求されるようになっている。これまで面内均一性に優れた薄膜SOI基板の製造方法として以下の方法が提案されてきた。   Compared with conventional silicon wafers, SOI wafers have superiority such as isolation between elements, reduction in parasitic capacitance between the elements and the substrate, and a three-dimensional structure, and are used in high-speed and low-power consumption LSIs. As a method for manufacturing an SOI wafer, there is a bonding method in which two silicon wafers each having an oxide film formed on at least one silicon wafer are bonded and then ground and polished to form an SOI layer. In a wafer having this SOI structure, the active layer (SOI layer) becomes thinner to 100 nm or less as the pattern becomes finer, and the uniformity of the SOI layer thickness is strictly demanded. Until now, the following method has been proposed as a method of manufacturing a thin film SOI substrate having excellent in-plane uniformity.

(1)グラインドバック(GB)法:貼り合せ後SOI層側基板の裏面から研削・研磨して薄くする方法で、ウェーハ外周部が中央部と比較して、薄くなったり(ロールオフ)、厚くなったり(ロールアップ)しSOI層表面の面内均一性を劣化させることがある。また100nm以下の薄膜SOIに対しては研磨代制御性がほとんどない。
(2)CMP(Chemical Mechanical Polishing)法:GB法と比較して、絶対膜厚および面内均一性制御に優れており、スマートカット法の薄膜化に適用されているが、近年要求されているSOI層厚さ100nm以下、面内均一性±10%以下には対応できない。
(3)犠牲酸化法:SOI層を酸化雰囲気中で熱処理することで表面を酸化し、その後HF溶液により酸化膜をエッチングしてSOI層を薄膜化する方法で、本方法の薄膜化面内均一性は酸化膜の厚さ分布によって決まる。酸化膜成膜は通常縦型炉によって行われるが、その構造上の理由により、基板面内では酸化性ガス流れおよび温度分布が必ずしも均一ではなく、酸化膜厚さにバラツキが生じる。特に酸化膜厚が厚い場合、膜厚不均一性が大きくなり、結果的にSOI膜厚均一性が劣化する。言い換えれば厚いSOI層から非常に薄いSOI層に薄膜化するための手法として適さない。
(4)水素イオン剥離法(スマートカット法:登録商標):例えば、特許文献1に示されるこの方法では、研磨による薄膜化を行わず、二枚の半導体基板のうち、少なくとも一方に酸化膜を形成すると共に、一方の半導体基板の上面から水素イオンまたは希ガスイオンを注入し、該半導体基板内部に微小気泡層(封入層)を形成させた後、該イオンを注入した方の面を酸化膜を介して他方の半導体基板と密着させ、その後熱処理を加えて微小気泡層を劈開面として一方の半導体基板を薄膜状に剥離し、さらに熱処理を加えて強固に結合してSOI基板とする技術である。この方法では、劈開面は比較的良好な鏡面であり、SOI層の膜厚の均一性も高いSOI基板が比較的容易に得られている。しかし、このスマートカット法においても、後述する理由により剥離後にCMPや犠牲酸化などで薄膜化する工程が必要であり、薄膜化の研磨代(エッチング代)が大きい場合には問題となる。
(1) Grind back (GB) method: This is a method of thinning by grinding and polishing from the back side of the SOI layer side substrate after bonding, and the wafer outer peripheral part becomes thinner (roll-off) or thicker than the central part. (Roll-up), and in-plane uniformity of the SOI layer surface may be deteriorated. Also, there is almost no polishing allowance control for a thin film SOI of 100 nm or less.
(2) CMP (Chemical Mechanical Polishing): Compared with the GB method, it is superior in controlling the absolute film thickness and in-plane uniformity, and has been applied to the smart-cut method for thinning. It cannot cope with SOI layer thickness of 100 nm or less and in-plane uniformity ± 10% or less.
(3) Sacrificial oxidation method: A method in which the SOI layer is heat treated in an oxidizing atmosphere to oxidize the surface, and then the oxide film is etched with an HF solution to thin the SOI layer. The property is determined by the thickness distribution of the oxide film. Oxide film formation is usually performed in a vertical furnace, but due to its structural reasons, the oxidizing gas flow and temperature distribution are not necessarily uniform in the substrate surface, and the oxide film thickness varies. In particular, when the oxide film thickness is thick, the film thickness non-uniformity becomes large, and as a result, the SOI film thickness uniformity deteriorates. In other words, it is not suitable as a method for thinning a thick SOI layer to a very thin SOI layer.
(4) Hydrogen ion stripping method (smart cut method: registered trademark): For example, in this method disclosed in Patent Document 1, thinning by polishing is not performed, and an oxide film is formed on at least one of two semiconductor substrates. In addition, hydrogen ions or rare gas ions are implanted from the upper surface of one semiconductor substrate to form a microbubble layer (encapsulation layer) inside the semiconductor substrate, and then the surface on which the ions are implanted is formed on an oxide film. The semiconductor substrate is in close contact with the other semiconductor substrate, and then a heat treatment is applied to separate the one semiconductor substrate into a thin film with the microbubble layer as a cleavage plane, and a heat treatment is further applied to form a SOI substrate. is there. In this method, an SOI substrate having a relatively good mirror surface and a highly uniform SOI layer thickness can be obtained relatively easily. However, this smart cut method also requires a step of thinning by CMP or sacrificial oxidation after peeling for the reasons described later, and becomes problematic when the polishing allowance (etching allowance) for thinning is large.

このようなにGB法、CMP法、犠牲酸化法の薄膜化の手法では、いずれも薄膜化によってSOI層の面内均一性が劣化するという問題があり、100nm以下の非常に薄いSOI層を均一に得ることができない。また、スマートカット法において、水素イオン注入条件により剥離直後のSOI層厚さを薄くする方法として、BOX層形成後水素イオン注入する際、剥離後の薄膜化取り代を少なくするためにイオン注入時のイオン加速電圧を小さくする方法が考えられる。   As described above, the GB method, the CMP method, and the sacrificial oxidation method all have a problem that the in-plane uniformity of the SOI layer is deteriorated by the thinning, and a very thin SOI layer of 100 nm or less is uniformly formed. Can't get to. Also, in the smart cut method, as a method of reducing the thickness of the SOI layer immediately after stripping according to hydrogen ion implantation conditions, when hydrogen ions are implanted after the BOX layer is formed, in order to reduce the thinning allowance after stripping, It is conceivable to reduce the ion acceleration voltage.

一方、平坦化方法に関して、剥離した時のダメージにより、剥離後のSOIウェーハの表面(剥離面)が通常の鏡面ウェーハと比較して粗くなってしまう問題がある。この問題に対しては、例えば、特許文献2に記載のSOIウェーハの製造方法に、剥離後のウェーハの表面を酸化処理した後に、水素を含む還元性雰囲気下で熱処理して、表面を平坦化する技術が提案されている。   On the other hand, the flattening method has a problem that the surface (peeled surface) of the SOI wafer after peeling becomes rough as compared with a normal mirror wafer due to damage at the time of peeling. To solve this problem, for example, in the method for manufacturing an SOI wafer described in Patent Document 2, the surface of the wafer after peeling is oxidized and then heat-treated in a reducing atmosphere containing hydrogen to flatten the surface. Techniques to do this have been proposed.

特開平4−264594号公報JP-A-4-264594 特開平11−307472号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-307472

このようなGB法、CMP法、犠牲酸化法の薄膜化及び平坦化の手法では、いずれも薄膜化によってSOI層の面内均一性が劣化するという問題がある。スマートカット法において、水素イオン注入条件により剥離直後のSOI層厚さを薄くする必要があり、その為には加速電圧と貼り合わせ欠陥(ブリスター)の関係を詳細に検討した結果、50keV以下の低加速電圧で水素イオン注入をするとブリスター発生の確率が低い加速電圧ほど高くなることがわかった(図2)。   All of the GB, CMP, and sacrificial oxidation method thinning and planarization methods have a problem that the in-plane uniformity of the SOI layer deteriorates due to the thinning. In the smart cut method, it is necessary to reduce the thickness of the SOI layer immediately after delamination depending on the hydrogen ion implantation conditions. For that purpose, the relationship between the acceleration voltage and the bonding defect (blister) was examined in detail, and as a result, the thickness was reduced to 50 keV or less. It was found that when hydrogen ions are implanted at an accelerating voltage, the lower the accelerating voltage, the higher the probability of blistering (Fig. 2).

これは、注入した水素が貼り合わせ剥離処理中に、シリコン層およびBOX層を貼り合わせ界面まで拡散し、そこで気体状態になってブリスター欠陥になる、というブリスター発生機構を想定すると説明ができる。すなわち、水素イオン注入の加速電圧が小さいほど、貼り合わせ界面までの距離が短くなり水素の拡散量が大きくなってブリスター発生確率が高くなるものと考えられる。また、剥離されるSOI層+BOX層の厚さが薄くなり、機械的強度が低下し、より欠陥が発生しやすくなったことも一因と考えられる。以上の結果は、低加速電圧注入により剥離後の薄膜化取り代を小さくでき、その結果薄いSOI層においても面内膜厚均一性を損ねない反面、貼り合わせ欠陥が多く発生するという問題が生じる。   This can be explained by assuming a blister generation mechanism in which the injected hydrogen diffuses the silicon layer and the BOX layer to the bonding interface during the bonding and peeling process and becomes a gas state and becomes a blister defect. That is, it is considered that the smaller the acceleration voltage of hydrogen ion implantation, the shorter the distance to the bonding interface, the greater the amount of hydrogen diffusion, and the higher the probability of blistering. In addition, it is considered that the thickness of the SOI layer + BOX layer to be peeled is reduced, the mechanical strength is lowered, and defects are more likely to occur. As a result of the above, the thinning allowance after peeling can be reduced by low acceleration voltage injection. As a result, even in a thin SOI layer, the uniformity of the in-plane film thickness is not impaired, but there is a problem that many bonding defects occur. .

本発明は、このような上記問題点に鑑みてなされたものであって、SOI構造を有した基板表面に水素イオンを注入し、その後熱処理を施すことでSOI層表面を剥離させ、所定の厚さまで薄膜化する方法を提供する。水素イオン注入の注入深さは、イオン注入の加速電圧で一義的に決まるので、ウェーハ全体のSOI層面内バラツキを殆ど劣化させることなく薄膜化が可能となる。   The present invention has been made in view of the above-described problems, in which hydrogen ions are implanted into the surface of a substrate having an SOI structure, and then heat treatment is performed to peel off the surface of the SOI layer to obtain a predetermined thickness. A method of thinning the film is provided. Since the implantation depth of hydrogen ion implantation is uniquely determined by the acceleration voltage of ion implantation, it is possible to reduce the thickness of the wafer without substantially degrading variations in the SOI layer surface of the entire wafer.

請求項1に記載の発明は、SOI構造を有する基板において、SOI層表面に水素イオンを注入する工程と、その後の第1の熱処理工程により前記SOI層を薄膜化することを特徴とするSOIウェーハの製造方法である。   According to a first aspect of the present invention, there is provided an SOI wafer characterized in that, in a substrate having an SOI structure, the SOI layer is thinned by a step of implanting hydrogen ions into the surface of the SOI layer and a subsequent first heat treatment step. It is a manufacturing method.

請求項1の発明によれば、SOI構造を有する基板において、SOI層表面に水素イオンを注入する工程と、その後の第1の熱処理工程により、注入した水素イオンを熱処理で凝集・バブルを形成し、注入深さより表面側が剥離することで前記SOI層を薄膜化する。これにより、SOI層面内膜厚分布を劣化させることなくSOI層を薄膜化することができる。   According to the invention of claim 1, in the substrate having the SOI structure, the implanted hydrogen ions are aggregated and bubbles are formed by heat treatment in the step of implanting hydrogen ions into the surface of the SOI layer and the subsequent first heat treatment step. The SOI layer is thinned by peeling the surface side from the implantation depth. Thereby, the SOI layer can be thinned without deteriorating the in-plane thickness distribution of the SOI layer.

請求項2に記載の発明は、前記SOI層表面に水素イオンを注入する工程と第1の熱処理の後に、酸化性雰囲気または還元雰囲気で第2の熱処理を施すことを特徴とする請求項1記載のSOIウェーハの製造方法である。   According to a second aspect of the present invention, the second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere after the step of implanting hydrogen ions into the surface of the SOI layer and the first heat treatment. It is the manufacturing method of this SOI wafer.

請求項2の発明によれば、前記SOI層表面に水素イオンを注入する工程と第1の熱処理の後に、酸化性雰囲気で第2の熱処理を施し表面近傍に酸化膜を形成することにより、薄膜化処理により生じたダメージ層の除去をすることができる。また還元性雰囲気で熱処理を施すことにより、薄膜化処理により生じたダメージ層の再結晶化することにより、薄膜化処理により生じたダメージ層の除去をすることができる。   According to the invention of claim 2, after the step of implanting hydrogen ions into the surface of the SOI layer and the first heat treatment, the second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere to form an oxide film in the vicinity of the surface. It is possible to remove the damaged layer generated by the crystallization treatment. In addition, by performing heat treatment in a reducing atmosphere, the damaged layer generated by the thinning treatment can be removed by recrystallizing the damaged layer generated by the thinning processing.

請求項3に記載の発明は、前記SOI層表面に水素イオンを注入する工程と第1の熱処理の後に、酸化性雰囲気および還元性雰囲気で第2の熱処理を施すことを特徴とする請求項1記載のSOIウェーハの製造方法である。   The invention according to claim 3 is characterized in that after the step of implanting hydrogen ions into the surface of the SOI layer and the first heat treatment, a second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere and a reducing atmosphere. It is a manufacturing method of the described SOI wafer.

請求項3の発明によれば、前記SOI層表面に水素イオンを注入する工程と第1の熱処理の後に、酸化性雰囲気で酸化膜を形成することで剥離ダメージ層を除去し、HF洗浄等で酸化膜を除去した後、還元性雰囲気で第2の熱処理を施すことにより、請求項2の単一雰囲気での熱処理に比較して、剥離ダメージ層の除去および表面結晶性の完全性をより完全に行うことが可能となり、合わせて表面ラフネスの改善をすることができる。   According to the invention of claim 3, after the step of implanting hydrogen ions on the surface of the SOI layer and the first heat treatment, the peeling damage layer is removed by forming an oxide film in an oxidizing atmosphere, and HF cleaning or the like. After removing the oxide film, the second heat treatment is performed in a reducing atmosphere, so that the removal of the peeling damage layer and the completeness of the surface crystallinity are more complete as compared with the heat treatment in the single atmosphere of claim 2. It is possible to improve the surface roughness.

本発明は、SOI構造を有する基板のSOI層表面に水素イオンを注入する工程とその後の第1の熱処理工程および第2の熱処理工程により前記SOI層を薄膜化することすることができるとともに、薄膜化処理により生じたダメージ層の除去およびダメージ層の再結晶化、表面ラフネスの改善し、膜厚の均一化をすることができる。   According to the present invention, the SOI layer can be thinned by a step of implanting hydrogen ions into the surface of the SOI layer of the substrate having the SOI structure, and the first heat treatment step and the second heat treatment step thereafter. It is possible to remove the damaged layer caused by the crystallization treatment, recrystallize the damaged layer, improve the surface roughness, and make the film thickness uniform.

以下、本発明に係るSOIウェーハの製造方法の形態を図面に基づいて説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。   Hereinafter, although the form of the manufacturing method of the SOI wafer which concerns on this invention is demonstrated based on drawing, this invention is not limited to them.

本発明を適用させるベースとなるSOI構造を有する基板としては、貼り合わせ後グラインドバックした基板、またはスマートカット法により作成した基板のどちらでも良い。しかし、高精度薄膜SOI基板としてはスマートカット法により作成したSOI基板がSOI層の面内均一性の点で好ましい。スマートカット法により作成したSOI基板において、本発明を適用させる時には、(a)貼り合わせをした後、イオン注入層で剥離したものを用いる。(b)貼り合わせをした後、イオン注入層で剥離し、その後平坦化処理(Ar雰囲気または酸化雰囲気での高温処理)したものを用いる。この(a),(b)2つのプロセスが考えられる。   A substrate having an SOI structure as a base to which the present invention is applied may be either a substrate that has been grind-backed after bonding or a substrate that has been created by a smart cut method. However, as a high-precision thin-film SOI substrate, an SOI substrate prepared by a smart cut method is preferable in terms of in-plane uniformity of the SOI layer. When applying the present invention to an SOI substrate manufactured by the smart cut method, (a) after bonding, the substrate is peeled off by an ion implantation layer is used. (B) After bonding, peeling with an ion-implanted layer, followed by planarization treatment (high temperature treatment in an Ar atmosphere or an oxidizing atmosphere) is used. These two processes (a) and (b) can be considered.

しかし(a)のプロセスでは、SOI層表面のラフネスが大きく(RMS〜数nm)、その影響で注入イオンの深さがばらつく。そのため薄膜化熱処理(水素をバブル化してSOI層表面を除去)後のSOI層表面ラフネスが更に大きくなるので、後工程の平坦化処理が困難となる。よって(b)のプロセスで表面を一旦平坦にした後、本発明の薄膜化処理を施した方が好ましい。また、本発明である薄膜化処理を施すためのスマートカット基板作製のための水素イオン注入加速電圧は貼り合わせ欠陥(ブリスター)低減のために40keV以上が好ましく、更に好ましくは、50〜80kevである。80kev以上では剥離後の表面ラフネスが大きくなり、後工程の平坦化処理が困難となる。   However, in the process (a), the roughness of the SOI layer surface is large (RMS to several nm), and the depth of implanted ions varies due to the influence. Therefore, the SOI layer surface roughness after the thin film heat treatment (hydrogen is bubbled and the SOI layer surface is removed) is further increased, which makes post-step planarization difficult. Therefore, it is preferable that the surface is once flattened by the process (b) and then the thinning treatment of the present invention is performed. Further, the hydrogen ion implantation acceleration voltage for producing a smart cut substrate for performing the thinning treatment according to the present invention is preferably 40 keV or more, more preferably 50 to 80 kev for reducing bonding defects (blister). . If it is 80 kev or more, the surface roughness after peeling becomes large, and the flattening process in the subsequent process becomes difficult.

薄膜化のための水素イオン注入条件として、所望のSOI層厚さになるような加速電圧を、また注入量(ドーズ量)はSOI層表面を熱処理によって剥離できる量を適宜選択する。注入加速電圧は、薄膜化するSOI基板のSOI層厚さから所望のSOI層厚さの差に相当する注入深さになるように選択するのが好ましい。しかしながら表面剥離時にダメージ層(約500−1000Å)を形成するため、犠牲酸化によりダメージ層を除去する場合は、その厚さ分を考慮して加速電圧を選択する必要がある。   As conditions for hydrogen ion implantation for thinning, an accelerating voltage so as to obtain a desired SOI layer thickness and an implantation amount (dose amount) are appropriately selected such that the surface of the SOI layer can be peeled off by heat treatment. The implantation acceleration voltage is preferably selected so as to be an implantation depth corresponding to a desired difference in SOI layer thickness from the SOI layer thickness of the SOI substrate to be thinned. However, since a damaged layer (about 500 to 1000 mm) is formed at the time of surface peeling, when removing the damaged layer by sacrificial oxidation, it is necessary to select an acceleration voltage in consideration of the thickness.

本発明のSOI層の薄膜化するための水素イオン注入による剥離処理は、通常のスマートカットによる剥離処理とは異なり、表面剥離時に貼り合せウェーハが存在しない。このためにSOI表面をムラ無く剥離させるためには、4〜15×1016atoms/cm2のドーズ量が好ましく、更に好ましくは6〜10×1016atoms/cm2の水素イオン注入ドーズ量が好ましい。15×1016atoms/cm2以上では水素イオン注入時に剥離現象がおき、水素イオン注入機のパーティクル汚染させる危険性がある。水素イオン注入後の第1の熱処理は、水素バブルが形成する400℃以上が必要であり、好ましくは500〜700℃がよい。保持時間は熱処理温度にも依存するが、500℃で5分以上が好ましい。熱処理炉としては、バッチ式炉(縦型炉、横型炉)や枚葉式炉(RTP炉、急速昇高温炉)が適用できる。また、熱処理雰囲気としては窒素雰囲気、酸素雰囲気、アルゴン雰囲気、その混合雰囲気などが適用できる。 The peeling process by hydrogen ion implantation for thinning the SOI layer of the present invention does not have a bonded wafer at the time of surface peeling unlike the peeling process by normal smart cut. For this reason, in order to peel the SOI surface uniformly, a dose of 4 to 15 × 10 16 atoms / cm 2 is preferable, and a hydrogen ion implantation dose of 6 to 10 × 10 16 atoms / cm 2 is more preferable. preferable. If it is 15 × 10 16 atoms / cm 2 or more, a peeling phenomenon occurs at the time of hydrogen ion implantation and there is a risk of particle contamination of the hydrogen ion implanter. The first heat treatment after the hydrogen ion implantation requires 400 ° C. or higher at which hydrogen bubbles form, and preferably 500 to 700 ° C. The holding time depends on the heat treatment temperature, but is preferably 5 minutes or more at 500 ° C. As the heat treatment furnace, a batch furnace (vertical furnace, horizontal furnace) or a single wafer furnace (RTP furnace, rapid temperature rising and high temperature furnace) can be applied. As the heat treatment atmosphere, a nitrogen atmosphere, an oxygen atmosphere, an argon atmosphere, a mixed atmosphere thereof, or the like can be applied.

薄膜化処理後、ダメージ層除去のための第2の熱処理として、酸化熱処理またはダメージ領域の再結晶化のために還元雰囲気中高温熱処理、またはその両方を実施することが必要となる。酸化処理の場合、ドライ酸化(酸素ガスを流しての熱処理)やWet酸化(酸素と水素ガスを反応させで発生したH2O雰囲気の中で熱処理)、塩酸酸化(HClを含んだ酸素雰囲気で酸化)などが選択できる。 After the thinning process, as the second heat treatment for removing the damaged layer, it is necessary to perform an oxidation heat treatment or a high-temperature heat treatment in a reducing atmosphere for recrystallization of the damaged region. In the case of oxidation treatment, dry oxidation (heat treatment with flowing oxygen gas), wet oxidation (heat treatment in an H 2 O atmosphere generated by reacting oxygen and hydrogen gas), hydrochloric acid oxidation (in an oxygen atmosphere containing HCl). Oxidation) can be selected.

熱処理温度および保持時間は、ダメージ層を除去できる酸化膜厚さを有する成膜が可能な条件を任意に選択すれば良い。水素イオン注入+熱処理による剥離ダメージは、一般に50〜100nm程度であることから、酸化膜厚さは100〜200nm程度あればダメージ層除去が可能となる。例えばドライ酸化では1000℃で5時間、Wet酸化であれば950℃で30分程度の処理を行えば良い。200nm以上の酸化膜を成膜することでもダメージ層は除去可能であるが、酸化膜厚さの面内不均一性が大きくなり、できるだけ少ない酸化膜厚が好ましい。   The heat treatment temperature and holding time may be arbitrarily selected as long as the film can be formed with an oxide film thickness that can remove the damaged layer. Since the peeling damage due to hydrogen ion implantation + heat treatment is generally about 50 to 100 nm, the damaged layer can be removed if the oxide film thickness is about 100 to 200 nm. For example, the dry oxidation may be performed at 1000 ° C. for 5 hours, and the wet oxidation may be performed at 950 ° C. for about 30 minutes. Although the damaged layer can be removed by forming an oxide film having a thickness of 200 nm or more, in-plane non-uniformity of the oxide film thickness is increased, and an oxide film thickness as small as possible is preferable.

還元雰囲気中高温熱処理においては、雰囲気として、Ar、またはH2またはその混合雰囲気が適当である。熱処理温度としては、1050℃以上、保持時間は1時間以上が必要となる。好ましくは1150℃の温度領域に2時間以上保持することが、ダメージ層の再結晶化および表面ラフネス改善に有効となる。 ただし、1200℃以上では上記改善効果がより期待できるが、スリップの発生確率が高くなり、また還元雰囲気ガスによるSOI層のエッチング代が大きくなりSOI層面内均一性を崩す危険性がある。 また、上記酸化処理と還元雰囲気中高温熱処理を組み合わせても良い。 In high-temperature heat treatment in a reducing atmosphere, Ar, H 2 or a mixed atmosphere thereof is suitable as the atmosphere. The heat treatment temperature is required to be 1050 ° C. or higher and the holding time is 1 hour or longer. Preferably, holding in the temperature range of 1150 ° C. for 2 hours or more is effective for recrystallization of the damaged layer and improvement of surface roughness. However, although the above improvement effect can be expected more at 1200 ° C. or higher, there is a risk that the occurrence probability of slip increases, and the etching cost of the SOI layer by the reducing atmosphere gas becomes large and the SOI layer in-plane uniformity is lost. Moreover, you may combine the said oxidation process and high temperature heat processing in a reducing atmosphere.

次に、本発明に係わる方法を用いて、実際に場合の具体例を図1を示して説明する。   Next, a specific example of the actual case using the method according to the present invention will be described with reference to FIG.

本実施例に用いた貼り合わせシリコンウェーハ10、20はボロンをドープした、p型、比抵抗:10〜20Ωcm、酸素濃度:12〜14×1017atoms/cm3[ASTM F−121 1979]200mmウェーハを活性層用と支持基板用に各々用意した(図1(a))。その一方のシリコンウェーハ10にドライ酸素雰囲気で、1000℃で5時間熱処理を行い、酸化膜10aを厚さ1500Å狙いでBOX酸化膜を形成した(図1(b))。その後、水素イオンを50keVの加速電圧で、ドーズ量は、6×1016atoms/cm2 、イオン注入深さは約5300Åとし、水素イオン注入層10bを有するSOI(活性)層基板側とした(図1(c))。SOI層基板側のイオン注入面10Aと、もう一方のシリコンウェーハ20とを貼り合わせを行い、貼り合わせ基板30とした(図1(d))。 Bonded silicon wafers 10 and 20 used in this example were doped with boron, p-type, specific resistance: 10 to 20 Ωcm, oxygen concentration: 12 to 14 × 10 17 atoms / cm 3 [ASTM F-121 1979] 200 mm Wafers were prepared for the active layer and the support substrate, respectively (FIG. 1 (a)). One silicon wafer 10 was heat-treated in a dry oxygen atmosphere at 1000 ° C. for 5 hours to form a BOX oxide film with a thickness of 1500 mm as the oxide film 10a (FIG. 1B). Thereafter, hydrogen ions were accelerated at 50 keV, the dose was 6 × 10 16 atoms / cm 2 , the ion implantation depth was about 5300 mm, and the SOI (active) layer substrate side having the hydrogen ion implanted layer 10b was used ( FIG. 1 (c)). The ion implantation surface 10A on the SOI layer substrate side and the other silicon wafer 20 were bonded together to obtain a bonded substrate 30 (FIG. 1D).

その後、剥離熱処理を窒素雰囲気で、500℃30分間行ない、シリコンウェーハ10を水素イオン注入層10bで剥離した剥離基板40と、シリコンウェーハ20を支持基板とし、酸化膜10aを介しシリコンウェーハ10の水素イオン注入層10bを表面とする貼り合わせ基板50とした(図1(e))。ダメージ除去処理はドライ酸素雰囲気で1000℃5時間行い、貼り合わせ基板50全体を酸化膜10cで覆い、ダメージ層を酸化膜とした。酸化膜厚さは1500Å狙いで行った(図1(f))。ダメージ層を除去するために、HF50%溶液で5分間の洗浄により酸化膜を除去し、剥離面のダメージを除去したSOI基板60とした(図1(g))。   Thereafter, a peeling heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at 500 ° C. for 30 minutes, the peeling substrate 40 from which the silicon wafer 10 is peeled by the hydrogen ion implantation layer 10b, and the silicon wafer 20 as a supporting substrate, and the hydrogen of the silicon wafer 10 through the oxide film 10a. A bonded substrate 50 having the ion-implanted layer 10b as a surface was obtained (FIG. 1E). The damage removal treatment was performed at 1000 ° C. for 5 hours in a dry oxygen atmosphere, the entire bonded substrate 50 was covered with the oxide film 10c, and the damaged layer was an oxide film. The oxide film thickness was aimed at 1500 mm (FIG. 1 (f)). In order to remove the damaged layer, the oxide film was removed by washing with a 50% HF solution for 5 minutes to obtain an SOI substrate 60 from which damage on the peeled surface was removed (FIG. 1G).

ここで一旦製造されたSOI基板の評価を行った。評価は分光エリプソメトリーでSOI層厚さの面内分布測定(49点測定、測定除外値外周5mm)を行った。その結果、SOI層平均膜厚は3100Å、面内バラツキはp−v30Åであった。(p−v:SOI層最大膜厚値−SOI層最小膜厚値)   Here, the SOI substrate once manufactured was evaluated. The evaluation was performed by spectroscopic ellipsometry to measure the in-plane distribution of the SOI layer thickness (49-point measurement, measurement exclusion value outer circumference 5 mm). As a result, the SOI layer average film thickness was 3100 mm, and the in-plane variation was p-v30 mm. (Pv: SOI layer maximum film thickness value-SOI layer minimum film thickness value)

次に、本発明方法であるSOI基板に水素イオンを注入し熱処理を行う薄膜化処理を実施した。図1(g)で得られたSOI基板60に、水素イオンを10keVの加速電圧で、ドーズ量は、8×1016atoms/cm2 で、水素イオン注入層10eを有するSOI基板とした。イオン注入深さは1500Å狙いとした(図1(h)左)。 Next, a thinning process was performed, in which hydrogen ions were implanted into the SOI substrate according to the present invention and heat treatment was performed. The SOI substrate 60 obtained in FIG. 1G is an SOI substrate having hydrogen ions implanted layer 10e with hydrogen ions at an acceleration voltage of 10 keV and a dose of 8 × 10 16 atoms / cm 2 . The ion implantation depth was aimed at 1500 mm (left of FIG. 1 (h)).

次に、SOI層表面を水素イオン注入層10eで剥離するための熱処理を窒素雰囲気で、500℃30分間行なった(図1(i)左)。水素イオン注入層10eのダメージ除去処理は、ドライ酸素雰囲気で1000℃5時間行い、貼り合わせ基板全体を酸化膜10fで覆い、ダメージ層を酸化膜とした。酸化膜厚さは1500Å狙いで行った(図1(j)左)。   Next, heat treatment for separating the SOI layer surface with the hydrogen ion implanted layer 10e was performed in a nitrogen atmosphere at 500 ° C. for 30 minutes (left of FIG. 1 (i)). The damage removal treatment of the hydrogen ion implanted layer 10e was performed at 1000 ° C. for 5 hours in a dry oxygen atmosphere, the entire bonded substrate was covered with the oxide film 10f, and the damaged layer was an oxide film. The oxide film thickness was aimed at 1500 mm (FIG. 1 (j) left).

ダメージ層を除去するために、HF50%溶液で5分間の洗浄により酸化膜を除去し、剥離面のダメージを除去したSOI基板とした(図1(k)左)。以上の工程を行うことにより約2200Åの薄膜化を行った。   In order to remove the damaged layer, the oxide film was removed by washing with a 50% HF solution for 5 minutes to obtain an SOI substrate from which damage on the peeled surface was removed (FIG. 1 (k) left). By performing the above steps, the film thickness was reduced to about 2200 mm.

ここで本実施例で製造されたSOI基板の評価を行った。評価は分光エリプソメトリーでSOI層厚さの面内分布測定(49点測定、測定除外値外周5mm)を行った。その結果、SOI層平均膜厚は900Å、面内バラツキはp−v42Åであった。   Here, the SOI substrate manufactured in this example was evaluated. The evaluation was performed by spectroscopic ellipsometry to measure the in-plane distribution of the SOI layer thickness (49-point measurement, measurement exclusion value outer circumference 5 mm). As a result, the SOI layer average film thickness was 900 mm, and the in-plane variation was p-v42 mm.

比較例として、水素イオン注入による表面剥離を行わず、ドライ酸化による酸化膜作製と、作製された酸化膜を除去する、犠牲酸化による薄膜化を行う方法について実施した。図1(g)で得られたSOI基板60に、ドライ酸素雰囲気で1000℃5時間行い、貼り合わせ基板全体を酸化膜10fで覆い酸化膜とした。酸化膜厚さは1500Å狙いで行った(図1(j)右)。   As a comparative example, a method of forming an oxide film by dry oxidation without performing surface peeling by hydrogen ion implantation and a method of performing thinning by sacrificial oxidation by removing the manufactured oxide film was performed. The SOI substrate 60 obtained in FIG. 1G was subjected to 1000 ° C. for 5 hours in a dry oxygen atmosphere, and the entire bonded substrate was covered with an oxide film 10f to form an oxide film. The thickness of the oxide film was aimed at 1500 mm (right of FIG. 1 (j)).

酸化膜を除去するために、HF50%溶液で5分間の洗浄により酸化膜を除去し、剥離面のダメージを除去したSOI基板とした(図1(k)右)。
このドライ雰囲気での酸化膜作製と、酸化膜除去のHF洗浄を2回繰り返し行うことにより約2200Åの薄膜化を行った。
In order to remove the oxide film, the oxide film was removed by washing with a 50% HF solution for 5 minutes to obtain an SOI substrate from which damage on the peeled surface was removed (FIG. 1 (k) right).
The oxide film was formed in this dry atmosphere and the HF cleaning for removing the oxide film was repeated twice to reduce the thickness to about 2200 mm.

ここで比較例として製造されたSOI基板の評価を行った。評価は分光エリプソメトリーでSOI層厚さの面内分布測定(49点測定、測定除外値外周5mm)を行った。その結果、SOI層平均膜厚は900Å、面内バラツキはp−v60Åであった   Here, an SOI substrate manufactured as a comparative example was evaluated. The evaluation was performed by spectroscopic ellipsometry to measure the in-plane distribution of the SOI layer thickness (49-point measurement, measurement exclusion value outer circumference 5 mm). As a result, the SOI layer average film thickness was 900 mm, and the in-plane variation was p-v60 mm.

薄膜化代を2200Å狙いとし、本発明(水素イオン注入+剥離処理+ダメージ除去酸化)の方法と比較例に示す犠牲酸化(酸化処理+酸化膜除去)を比較すると、明らかに本発明の方法がSOI層の面内バラツキの劣化が少ないことがわかる。   When the thinning allowance is aimed at 2200 mm, the method of the present invention (hydrogen ion implantation + peeling treatment + damage removal oxidation) is compared with the sacrificial oxidation (oxidation treatment + oxide film removal) shown in the comparative example. It can be seen that there is little degradation of in-plane variation of the SOI layer.

薄膜化処理後、ダメージ層除去およびダメージ領域の再結晶化のために還元性雰囲気での中高温熱処理の実施例を以下に示す。   An example of medium-high temperature heat treatment in a reducing atmosphere for removing the damaged layer and recrystallizing the damaged region after the thinning treatment is shown below.

スマートカット法で作製したSOI基板に薄膜化のための水素イオン注入を加速電圧10keV、注入ドーズ量8×1016atoms/cm2で行い、更に表面剥離熱処理を窒素雰囲気で500℃30分間処理したもの(実施例1の図1(i)相当)を準備した。この試料に対し、アルゴン雰囲気中で1150℃、2時間の熱処理を行った。この状態でエリプソメーターでSOI面内バラツキを測定したところ、p−v値34Åとなり、薄膜化処理前の30Åと比較して、SOI層厚さバラツキの大きな劣化は見られなかった。また表面ラフネスもアルゴンアニール処理前のrms値=8nm(AFM測定、10×10μm角)から、0.4nmへ改善できた。 Hydrogen ion implantation for thinning was performed on an SOI substrate manufactured by the smart cut method at an acceleration voltage of 10 keV and an implantation dose amount of 8 × 10 16 atoms / cm 2 , and a surface peeling heat treatment was performed at 500 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. The thing (equivalent to FIG. 1 (i) of Example 1) was prepared. This sample was heat-treated at 1150 ° C. for 2 hours in an argon atmosphere. When the SOI in-plane variation was measured with an ellipsometer in this state, the p-v value was 34 mm, and no significant deterioration in the SOI layer thickness variation was observed compared to 30 mm before the thinning treatment. The surface roughness was also improved from the rms value before argon annealing = 8 nm (AFM measurement, 10 × 10 μm square) to 0.4 nm.

SOI構造を有するSOI層の面内均一性を大きく劣化させることなく薄膜化が可能となり、極薄膜SOI層構造を必要とする高速・低消費電力LSIへの利用が可能となる。   The SOI layer having an SOI structure can be thinned without greatly degrading the in-plane uniformity of the SOI layer, and can be used for a high-speed and low-power consumption LSI that requires an ultra-thin SOI layer structure.

本発明および比較例のSOI基板の薄膜化の工程を示す図である。It is a figure which shows the process of thinning of the SOI substrate of this invention and a comparative example. 貼り合わせ欠陥であるブリスターの水素イオン注入加速電圧依存性を示す図である。It is a figure which shows the hydrogen ion implantation acceleration voltage dependence of the blister which is a bonding defect. 水素イオン注入加速電圧と水素イオン注入深さを示す図である。It is a figure which shows hydrogen ion implantation acceleration voltage and hydrogen ion implantation depth.

符号の説明Explanation of symbols

10、20 シリコンウェーハ、
30 貼り合わせウェーハ
10, 20 Silicon wafer,
30 bonded wafers

Claims (3)

SOI構造を有する基板において、SOI層表面に水素イオンを注入する工程と、その後の第1の熱処理工程により前記SOI層を薄膜化することを特徴とするSOIウェーハの製造方法。   A method for manufacturing an SOI wafer, characterized in that, in a substrate having an SOI structure, the SOI layer is thinned by a step of implanting hydrogen ions on the surface of the SOI layer and a subsequent first heat treatment step. 前記SOI層表面に水素イオンを注入する工程と第1の熱処理の後に、酸化性雰囲気または還元雰囲気で第2の熱処理を施すことを特徴とする請求項1記載のSOIウェーハの製造方法。   2. The method for manufacturing an SOI wafer according to claim 1, wherein a second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere or a reducing atmosphere after the step of implanting hydrogen ions into the surface of the SOI layer and the first heat treatment. 前記SOI層表面に水素イオンを注入する工程と第1の熱処理の後に、酸化性雰囲気および還元性雰囲気で第2の熱処理を施すことを特徴とする請求項1記載のSOIウェーハの製造方法。   2. The method for manufacturing an SOI wafer according to claim 1, wherein after the step of implanting hydrogen ions into the surface of the SOI layer and the first heat treatment, a second heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere and a reducing atmosphere.
JP2004189047A 2004-06-28 2004-06-28 Method for manufacturing soi wafer Pending JP2006013179A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004189047A JP2006013179A (en) 2004-06-28 2004-06-28 Method for manufacturing soi wafer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004189047A JP2006013179A (en) 2004-06-28 2004-06-28 Method for manufacturing soi wafer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006013179A true JP2006013179A (en) 2006-01-12

Family

ID=35780047

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004189047A Pending JP2006013179A (en) 2004-06-28 2004-06-28 Method for manufacturing soi wafer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006013179A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7863158B2 (en) 2006-07-13 2011-01-04 S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies Treatment for bonding interface stabilization
WO2011027545A1 (en) * 2009-09-04 2011-03-10 信越半導体株式会社 Method for producing soi wafer

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7863158B2 (en) 2006-07-13 2011-01-04 S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies Treatment for bonding interface stabilization
US8216916B2 (en) 2006-07-13 2012-07-10 S.O.I. Tec Silicon On Insulator Technologies Treatment for bonding interface stabilization
US8461018B2 (en) 2006-07-13 2013-06-11 S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies Treatment for bonding interface stabilization
WO2011027545A1 (en) * 2009-09-04 2011-03-10 信越半導体株式会社 Method for producing soi wafer
JP5522175B2 (en) * 2009-09-04 2014-06-18 信越半導体株式会社 Manufacturing method of SOI wafer
US8956951B2 (en) 2009-09-04 2015-02-17 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Method for manufacturing SOI wafer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4828230B2 (en) Manufacturing method of SOI wafer
JP3911901B2 (en) SOI wafer and method for manufacturing SOI wafer
US7745306B2 (en) Method for producing bonded wafer
US9773694B2 (en) Method for manufacturing bonded wafer
WO2013102968A1 (en) Method for manufacturing bonded silicon-on-insulator (soi) wafer
KR101066315B1 (en) Method of producing bonded wafer
JPWO2005024925A1 (en) Manufacturing method of SOI wafer
WO2015136834A1 (en) Process for producing bonded soi wafer
US7947571B2 (en) Method for fabricating a semiconductor on insulator substrate with reduced Secco defect density
EP3309820B1 (en) Method of manufacturing soi wafer
JP4285244B2 (en) Manufacturing method of SOI wafer
US10600677B2 (en) Method for manufacturing bonded SOI wafer
JP2016201454A (en) Soi wafer manufacturing method
JP2009283582A (en) Bonded wafer manufacturing method and bonded wafer
TWI549192B (en) Method of manufacturing wafers
WO2016059748A1 (en) Method for manufacturing bonded wafer
JP2006013179A (en) Method for manufacturing soi wafer
JP2010129839A (en) Method of manufacturing laminated wafer
JP7251419B2 (en) Bonded SOI wafer manufacturing method
JP5531642B2 (en) Manufacturing method of bonded wafer
JP2008159868A (en) Method for manufacturing simox substrate
US20130012008A1 (en) Method of producing soi wafer