JP2007019323A - ボンドウエーハの再生方法及びボンドウエーハ並びにssoiウエーハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ボイドやブリスタのない良質なSSOIウエーハを低コストで歩留り高く製造することを可能とするボンドウエーハの再生方法及び再生したボンドウエーハ並びにSSOIウエーハの製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン単結晶ウエーハ上に傾斜組成SiGe層、第一緩和SiGe層、第一シリコン層、第二緩和SiGe層、第二シリコン層が形成されたボンドウエーハの第二シリコン層表面から水素イオンを注入し第二緩和SiGe層内部にイオン注入層を形成し、第二シリコン層表面とベースウエーハを絶縁層を介し貼合せた後イオン注入層で剥離し、剥離したボンドウエーハに残留した第二緩和SiGe層を第一選択エッチング液で除去し第一シリコン層を露出させ、第一シリコン層を第二選択エッチング液で除去し第一緩和SiGe層を露出させ、第一緩和SiGe層上に第三シリコン層、第三緩和SiGe層、第四シリコン層を形成しボンドウエーハを再生する。
【選択図】図1
【解決手段】シリコン単結晶ウエーハ上に傾斜組成SiGe層、第一緩和SiGe層、第一シリコン層、第二緩和SiGe層、第二シリコン層が形成されたボンドウエーハの第二シリコン層表面から水素イオンを注入し第二緩和SiGe層内部にイオン注入層を形成し、第二シリコン層表面とベースウエーハを絶縁層を介し貼合せた後イオン注入層で剥離し、剥離したボンドウエーハに残留した第二緩和SiGe層を第一選択エッチング液で除去し第一シリコン層を露出させ、第一シリコン層を第二選択エッチング液で除去し第一緩和SiGe層を露出させ、第一緩和SiGe層上に第三シリコン層、第三緩和SiGe層、第四シリコン層を形成しボンドウエーハを再生する。
【選択図】図1
Description
本発明は、たとえば絶縁体上に歪シリコン層が形成されたSSOIウエーハの製造に用いるボンドウエーハの再生方法及びボンドウエーハ並びにそのボンドウエーハを用いたSSOIウエーハの製造方法に関するものである。
近年、高速の半導体デバイスの需要に応えるため、シリコン単結晶ウエーハ上にSiGe層、シリコン層を順次エピタキシャル成長させ、このシリコン層をチャネル領域に用いた高速のMOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field Effect Transistor:酸化物金属半導体電解効果トランジスター)などの半導体デバイスが提案されている。
この場合、SiGe結晶はシリコン結晶に比べて格子定数が大きいため、SiGe層上にエピタキシャル成長させたシリコン層には引っ張り歪みが生じている(以下、このように歪みが生じているシリコン層を歪シリコン層と呼ぶ場合がある)。その歪み応力によりシリコン結晶のエネルギーバンド構造が変化し、その結果エネルギーバンドの縮退が解けキャリア移動度の高いエネルギーバンドが形成される。従って、この歪シリコン層をチャネル領域として用いたMOSFETは通常の1.3〜8倍程度という高速の動作特性を示す。
このような歪シリコン層を形成するために、シリコン単結晶ウエーハ表面に、厚い傾斜組成SiGe層(Graded SiGe)層と緩和SiGe層を形成したウエーハ(バルクSiGe基板)にさらに歪シリコン層を形成したものをボンドウエーハとして、ベースウエーハと貼り合わせ、イオン注入剥離法(スマートカット(登録商標)法とも呼ばれる)によりSSOI(Strained Silicon On Insulator)構造を有するウェーハを作製する方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。
なお、ここで傾斜組成SiGe層とは、SiGe層のGe濃度を一定の緩い変化率で増加させながらエピタキシャル成長を行って、SiGe層内の格子歪を緩和させるように形成した層である。そして緩和SiGe層とは、格子歪が緩和した層である。
なお、ここで傾斜組成SiGe層とは、SiGe層のGe濃度を一定の緩い変化率で増加させながらエピタキシャル成長を行って、SiGe層内の格子歪を緩和させるように形成した層である。そして緩和SiGe層とは、格子歪が緩和した層である。
一方、特許文献2では、上記イオン注入剥離法で剥離した後のボンドウエーハを再生し、格子緩和SiGe層を再利用することで、SSOIウエーハの製造コストを低減する方法が提案されている。
しかし、この方法の場合、格子緩和SiGe層を再利用しようとすると、剥離後に剥離面を研磨して平坦化する際に、研磨取り代が格子緩和SiGe層の厚み以下に制限されるため、十分な取り代が得られず、剥離後の剥離面を十分に平坦化できずに面粗れが残る。従って、その後剥離面に歪シリコン層を形成しても良質な歪シリコン層が得られず、また歪シリコン層の表面も面粗れするので貼り合わせの際のボイド不良やブリスターの原因ともなる。これによりSSOIウエーハの製造歩留まりが低下し、ボンドウエーハを再利用したにもかかわらず製造コストの低減の効果が低いという問題が発生する。
しかし、この方法の場合、格子緩和SiGe層を再利用しようとすると、剥離後に剥離面を研磨して平坦化する際に、研磨取り代が格子緩和SiGe層の厚み以下に制限されるため、十分な取り代が得られず、剥離後の剥離面を十分に平坦化できずに面粗れが残る。従って、その後剥離面に歪シリコン層を形成しても良質な歪シリコン層が得られず、また歪シリコン層の表面も面粗れするので貼り合わせの際のボイド不良やブリスターの原因ともなる。これによりSSOIウエーハの製造歩留まりが低下し、ボンドウエーハを再利用したにもかかわらず製造コストの低減の効果が低いという問題が発生する。
さらに、イオン注入剥離法でボンドウエーハを剥離する場合、特許文献3に記載されているように、ボンドウエーハの外周部にテラス部(凸部)が残留する。このようなテラス部も、剥離後の研磨取り代が制限されることにより研磨で除去できないことがある。このようにテラス部が残存したままの状態で貼り合わせを行うとボイド不良やブリスターの原因となり、SSOIウエーハの製造歩留まりが一層低下し、ボンドウエーハを再利用したにもかかわらず製造コストの低減の効果が低いという問題が発生する。
本発明は、ボイドやブリスターのない良質なSSOIウエーハを低コストで歩留まり高く製造することを可能とするボンドウエーハの再生方法及び再生したボンドウエーハ並びにSSOIウエーハの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的達成のため、本発明は、ボンドウエーハの再生方法であって、少なくとも、
シリコン単結晶ウエーハの表面にGe濃度が徐々に増加する傾斜組成SiGe層、格子歪が緩和された第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
前記第二のシリコン層表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより、前記第二の緩和SiGe層の内部にイオン注入層を形成し、
前記ボンドウエーハの第二のシリコン層の表面とベースウエーハとを絶縁層を介して貼り合わせた後前記イオン注入層で剥離を行い、
その後前記剥離したボンドウエーハに残留した第二の緩和SiGe層を第一の選択エッチング液でエッチング除去して前記第一のシリコン層を露出させ、
該露出した第一のシリコン層を第二の選択エッチング液でエッチング除去して前記第一の緩和SiGe層を露出させ、
該露出した第一の緩和SiGe層の表面に、第三のシリコン層、第三の緩和SiGe層、第四のシリコン層を順次形成することにより、前記剥離したボンドウエーハを再生することを特徴とするボンドウエーハの再生方法を提供する(請求項1)。
シリコン単結晶ウエーハの表面にGe濃度が徐々に増加する傾斜組成SiGe層、格子歪が緩和された第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
前記第二のシリコン層表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより、前記第二の緩和SiGe層の内部にイオン注入層を形成し、
前記ボンドウエーハの第二のシリコン層の表面とベースウエーハとを絶縁層を介して貼り合わせた後前記イオン注入層で剥離を行い、
その後前記剥離したボンドウエーハに残留した第二の緩和SiGe層を第一の選択エッチング液でエッチング除去して前記第一のシリコン層を露出させ、
該露出した第一のシリコン層を第二の選択エッチング液でエッチング除去して前記第一の緩和SiGe層を露出させ、
該露出した第一の緩和SiGe層の表面に、第三のシリコン層、第三の緩和SiGe層、第四のシリコン層を順次形成することにより、前記剥離したボンドウエーハを再生することを特徴とするボンドウエーハの再生方法を提供する(請求項1)。
このように、シリコン単結晶ウエーハの表面に傾斜組成SiGe層、第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、イオン注入剥離法により第二の緩和SiGe層の内部で剥離を行った後、剥離したボンドウエーハに残留した第二の緩和SiGe層を第一の選択エッチング液でエッチング除去して第一のシリコン層を露出させ、該露出した第一のシリコン層を第二の選択エッチング液でエッチング除去して第一の緩和SiGe層を露出させ、露出した第一の緩和SiGe層の表面に第三のシリコン層、第三の緩和SiGe層、第四のシリコン層を順次形成することにより剥離したボンドウエーハを再生すれば、良質なボンドウエーハを歩留まり高く再生できる。
また、本発明は、ボンドウエーハの再生方法であって、少なくとも、
シリコン単結晶ウエーハの表面にGe濃度が徐々に増加する傾斜組成SiGe層、格子歪が緩和された第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
前記第二のシリコン層表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより、前記第二の緩和SiGe層の内部にイオン注入層を形成し、
前記ボンドウエーハの第二のシリコン層の表面とベースウエーハとを絶縁層を介して貼り合わせた後前記イオン注入層で剥離を行い、
その後前記剥離したボンドウエーハに残留した第二の緩和SiGe層を選択エッチング液でエッチング除去して前記第一のシリコン層を露出させ、
該露出した第一のシリコン層の表面に、第三の緩和SiGe層、第三のシリコン層を順次形成することにより、前記剥離したボンドウエーハを再生することを特徴とするボンドウエーハの再生方法を提供する(請求項2)。
シリコン単結晶ウエーハの表面にGe濃度が徐々に増加する傾斜組成SiGe層、格子歪が緩和された第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
前記第二のシリコン層表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより、前記第二の緩和SiGe層の内部にイオン注入層を形成し、
前記ボンドウエーハの第二のシリコン層の表面とベースウエーハとを絶縁層を介して貼り合わせた後前記イオン注入層で剥離を行い、
その後前記剥離したボンドウエーハに残留した第二の緩和SiGe層を選択エッチング液でエッチング除去して前記第一のシリコン層を露出させ、
該露出した第一のシリコン層の表面に、第三の緩和SiGe層、第三のシリコン層を順次形成することにより、前記剥離したボンドウエーハを再生することを特徴とするボンドウエーハの再生方法を提供する(請求項2)。
このように、シリコン単結晶ウエーハの表面に傾斜組成SiGe層、第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、イオン注入剥離法により第二の緩和SiGe層の内部で剥離を行った後、剥離したボンドウエーハに残留した第二の緩和SiGe層を選択エッチング液でエッチング除去して第一のシリコン層を露出させ、該露出した第一のシリコン層の表面に第三の緩和SiGe層、第三のシリコン層を順次形成することにより剥離したボンドウエーハを再生すれば、第一のシリコン層を再利用できるとともに、良質なボンドウエーハを歩留まり高く再生できる。
この場合、前記剥離工程の後に、前記剥離したボンドウエーハの外周部に残留した第二のシリコン層を除去してから、前記第二の緩和SiGe層のエッチング除去を行うことが好ましい(請求項3)。
このように、剥離工程の後に、剥離したボンドウエーハの外周部に残留した第二のシリコン層を除去してから第二の緩和SiGe層のエッチング除去を行えば、テラス部の残存によるボイド不良を確実に低減して、良質なボンドウエーハを歩留まり高く再生できる。
このように、剥離工程の後に、剥離したボンドウエーハの外周部に残留した第二のシリコン層を除去してから第二の緩和SiGe層のエッチング除去を行えば、テラス部の残存によるボイド不良を確実に低減して、良質なボンドウエーハを歩留まり高く再生できる。
また、本発明は、ボンドウエーハの再生方法であって、少なくとも、
シリコン単結晶ウエーハの表面にGe濃度が徐々に増加する傾斜組成SiGe層、格子歪が緩和された第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
前記第二のシリコン層表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより、前記第一のシリコン層の内部又は該第一のシリコン層と第二の緩和SiGe層との界面にイオン注入層を形成し、
前記ボンドウエーハの第二のシリコン層の表面とベースウエーハとを絶縁層を介して貼り合わせた後前記イオン注入層で剥離を行い、
その後前記剥離したボンドウエーハに残留した第一のシリコン層を選択エッチング液でエッチング除去して前記第一の緩和SiGe層を露出させ、
該露出した第一の緩和SiGe層の表面に、第三のシリコン層、第三の緩和SiGe層、第四のシリコン層を順次形成することにより、前記剥離したボンドウエーハを再生することを特徴とするボンドウエーハの再生方法を提供する(請求項4)。
シリコン単結晶ウエーハの表面にGe濃度が徐々に増加する傾斜組成SiGe層、格子歪が緩和された第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
前記第二のシリコン層表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより、前記第一のシリコン層の内部又は該第一のシリコン層と第二の緩和SiGe層との界面にイオン注入層を形成し、
前記ボンドウエーハの第二のシリコン層の表面とベースウエーハとを絶縁層を介して貼り合わせた後前記イオン注入層で剥離を行い、
その後前記剥離したボンドウエーハに残留した第一のシリコン層を選択エッチング液でエッチング除去して前記第一の緩和SiGe層を露出させ、
該露出した第一の緩和SiGe層の表面に、第三のシリコン層、第三の緩和SiGe層、第四のシリコン層を順次形成することにより、前記剥離したボンドウエーハを再生することを特徴とするボンドウエーハの再生方法を提供する(請求項4)。
このように、シリコン単結晶ウエーハの表面に傾斜組成SiGe層、第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、イオン注入剥離法により第一のシリコン層の内部又は該第一のシリコン層と第二の緩和SiGe層との界面で剥離を行った後、剥離したボンドウエーハに残留した第一のシリコン層を選択エッチング液でエッチング除去して前記第一の緩和SiGe層を露出させ、露出した第一の緩和SiGe層の表面に第三のシリコン層、第三の緩和SiGe層、第四のシリコン層を順次形成することにより、剥離したボンドウエーハを再生しても、良質なボンドウエーハを歩留まり高く再生できる。
この場合、前記剥離工程の後に、前記剥離したボンドウエーハの外周部に残留した第二のシリコン層及び第二の緩和SiGe層を除去してから、前記第一のシリコン層のエッチング除去を行うことが好ましい(請求項5)。
このように、剥離工程の後に、剥離したボンドウエーハの外周部に残留した第二のシリコン層及び第二の緩和SiGe層を除去してから第一のシリコン層のエッチング除去を行えば、テラス部の残存によるボイド不良を確実に低減して、良質なボンドウエーハを歩留まり高く再生できる。
このように、剥離工程の後に、剥離したボンドウエーハの外周部に残留した第二のシリコン層及び第二の緩和SiGe層を除去してから第一のシリコン層のエッチング除去を行えば、テラス部の残存によるボイド不良を確実に低減して、良質なボンドウエーハを歩留まり高く再生できる。
また、前記第一のシリコン層の厚さを10nm以上100nm以下とすることが好ましい(請求項6)。
このように、第一のシリコン層の厚さを10nm以上100nm以下とすれば、シリコン層内で格子歪が緩和されずに十分に維持され、また選択エッチングの際に十分なエッチング代を確保できる。
このように、第一のシリコン層の厚さを10nm以上100nm以下とすれば、シリコン層内で格子歪が緩和されずに十分に維持され、また選択エッチングの際に十分なエッチング代を確保できる。
また、前記SiGe層をエッチングする選択エッチング液として、HFとH2O2とCH3COOHの水溶液、HFとH2O2の水溶液、HFとHNO3の水溶液、NaOHとH2O2の水溶液のいずれかを用いることが好ましい(請求項7)。
このように、SiGe層をエッチングする選択エッチング液として上記のエッチング液のいずれかを用いれば、シリコン層に対して高い選択比でSiGe層をエッチングでき、面粗れのないシリコン層を露出できる。
このように、SiGe層をエッチングする選択エッチング液として上記のエッチング液のいずれかを用いれば、シリコン層に対して高い選択比でSiGe層をエッチングでき、面粗れのないシリコン層を露出できる。
また、前記シリコン層をエッチングする選択エッチング液として、NH4OHとNH4NO3の水溶液、NH4OH水溶液、TMAH水溶液のいずれかを用いることが好ましい(請求項8)。
このように、シリコン層をエッチングする選択エッチング液として上記のエッチング液のいずれかを用いれば、SiGe層に対して高い選択比でシリコン層をエッチングでき、面粗れのないSiGe層を露出できる。
このように、シリコン層をエッチングする選択エッチング液として上記のエッチング液のいずれかを用いれば、SiGe層に対して高い選択比でシリコン層をエッチングでき、面粗れのないSiGe層を露出できる。
また、本発明は、前記のいずれかの方法により再生されたボンドウエーハを提供する(請求項9)。
このように、前記のいずれかの方法により再生されたボンドウエーハであれば、これを用いて良質なSSOIウエーハを低コストで製造歩留まり高く製造できるボンドウエーハとなる。
また、本発明は、SSOIウエーハの製造方法であって、少なくとも、
シリコン単結晶ウエーハの表面にGe濃度が徐々に増加する傾斜組成SiGe層、格子歪が緩和された第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
前記第二のシリコン層表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより、前記第二の緩和SiGe層の内部にイオン注入層を形成し、
前記ボンドウエーハの第二のシリコン層の表面とベースウエーハとを絶縁層を介して貼り合わせた後前記イオン注入層で剥離を行うことによりSSOIウエーハを製造し、
その後前記剥離したボンドウエーハに残留した第二の緩和SiGe層を第一の選択エッチング液でエッチング除去して前記第一のシリコン層を露出させ、
該露出した第一のシリコン層を第二の選択エッチング液でエッチング除去して前記第一の緩和SiGe層を露出させ、
該露出した第一の緩和SiGe層の表面に、第三のシリコン層、第三の緩和SiGe層、第四のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
該ボンドウエーハを用いて、前記イオン注入工程及び前記剥離工程により別のSSOIウエーハを製造することを特徴とするSSOIウエーハの製造方法を提供する(請求項10)。
シリコン単結晶ウエーハの表面にGe濃度が徐々に増加する傾斜組成SiGe層、格子歪が緩和された第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
前記第二のシリコン層表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより、前記第二の緩和SiGe層の内部にイオン注入層を形成し、
前記ボンドウエーハの第二のシリコン層の表面とベースウエーハとを絶縁層を介して貼り合わせた後前記イオン注入層で剥離を行うことによりSSOIウエーハを製造し、
その後前記剥離したボンドウエーハに残留した第二の緩和SiGe層を第一の選択エッチング液でエッチング除去して前記第一のシリコン層を露出させ、
該露出した第一のシリコン層を第二の選択エッチング液でエッチング除去して前記第一の緩和SiGe層を露出させ、
該露出した第一の緩和SiGe層の表面に、第三のシリコン層、第三の緩和SiGe層、第四のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
該ボンドウエーハを用いて、前記イオン注入工程及び前記剥離工程により別のSSOIウエーハを製造することを特徴とするSSOIウエーハの製造方法を提供する(請求項10)。
このように、シリコン単結晶ウエーハの表面に傾斜組成SiGe層、第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、イオン注入剥離法により第二の緩和SiGe層の内部で剥離を行ってSSOIウエーハを製造し、その後剥離したボンドウエーハに残留した第二の緩和SiGe層を第一の選択エッチング液で、第一のシリコン層を第二の選択エッチング液でそれぞれエッチング除去して第一の緩和SiGe層を露出させ、露出した第一の緩和SiGe層の表面に第三のシリコン層、第三の緩和SiGe層、第四のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、該ボンドウエーハを用いてイオン注入工程及び剥離工程により別のSSOIウエーハを製造すれば、ボイドやブリスターが発生しないので、良質なSSOIウエーハを低コストで製造歩留まり高く製造できる。
また、本発明は、SSOIウエーハの製造方法であって、少なくとも、
シリコン単結晶ウエーハの表面にGe濃度が徐々に増加する傾斜組成SiGe層、格子歪が緩和された第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
前記第二のシリコン層表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより、前記第二の緩和SiGe層の内部にイオン注入層を形成し、
前記ボンドウエーハの第二のシリコン層の表面とベースウエーハとを絶縁層を介して貼り合わせた後前記イオン注入層で剥離を行うことによりSSOIウエーハを製造し、
その後前記剥離したボンドウエーハに残留した第二の緩和SiGe層を選択エッチング液でエッチング除去して前記第一のシリコン層を露出させ、
該露出した第一のシリコン層の表面に、第三の緩和SiGe層、第三のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
該ボンドウエーハを用いて、前記イオン注入工程及び前記剥離工程により別のSSOIウエーハを製造することを特徴とするSSOIウエーハの製造方法を提供する(請求項11)。
シリコン単結晶ウエーハの表面にGe濃度が徐々に増加する傾斜組成SiGe層、格子歪が緩和された第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
前記第二のシリコン層表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより、前記第二の緩和SiGe層の内部にイオン注入層を形成し、
前記ボンドウエーハの第二のシリコン層の表面とベースウエーハとを絶縁層を介して貼り合わせた後前記イオン注入層で剥離を行うことによりSSOIウエーハを製造し、
その後前記剥離したボンドウエーハに残留した第二の緩和SiGe層を選択エッチング液でエッチング除去して前記第一のシリコン層を露出させ、
該露出した第一のシリコン層の表面に、第三の緩和SiGe層、第三のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
該ボンドウエーハを用いて、前記イオン注入工程及び前記剥離工程により別のSSOIウエーハを製造することを特徴とするSSOIウエーハの製造方法を提供する(請求項11)。
このように、シリコン単結晶ウエーハの表面に傾斜組成SiGe層、第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、イオン注入剥離法により第二の緩和SiGe層の内部で剥離を行ってSSOIウエーハを製造し、その後剥離したボンドウエーハに残留した第二の緩和SiGe層を選択エッチング液でエッチング除去して第一のシリコン層を露出させ、露出した第一のシリコン層の表面に第三の緩和SiGe層、第三のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、該ボンドウエーハを用いてイオン注入工程及び剥離工程により別のSSOIウエーハを製造すれば、第一のシリコン層を再利用できるとともに、ボイドやブリスターが発生しないので、良質なSSOIウエーハを低コストで製造歩留まり高く製造できる。
この場合、前記剥離工程の後に、前記剥離したボンドウエーハの外周部に残留した第二のシリコン層を除去してから、前記第二の緩和SiGe層のエッチング除去を行うことが好ましい(請求項12)。
このように、剥離工程の後に、剥離したボンドウエーハの外周部に残留した第二のシリコン層を除去してから第二の緩和SiGe層のエッチング除去を行えば、テラス部の残存によるボイド不良を確実に低減して、良質なSSOIウエーハを低コストで製造歩留まり高く製造できる。
このように、剥離工程の後に、剥離したボンドウエーハの外周部に残留した第二のシリコン層を除去してから第二の緩和SiGe層のエッチング除去を行えば、テラス部の残存によるボイド不良を確実に低減して、良質なSSOIウエーハを低コストで製造歩留まり高く製造できる。
また、本発明は、SSOIウエーハの製造方法であって、少なくとも、
シリコン単結晶ウエーハの表面にGe濃度が徐々に増加する傾斜組成SiGe層、格子歪が緩和された第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
前記第二のシリコン層表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより、前記第一のシリコン層の内部又は該第一のシリコン層と第二の緩和SiGe層との界面にイオン注入層を形成し、
前記ボンドウエーハの第二のシリコン層の表面とベースウエーハとを絶縁層を介して貼り合わせた後前記イオン注入層で剥離を行うことによりSSOIウエーハを製造し、
その後前記剥離したボンドウエーハに残留した第一のシリコン層を選択エッチング液でエッチング除去して前記第一の緩和SiGe層を露出させ、
該露出した第一の緩和SiGe層の表面に、第三のシリコン層、第三の緩和SiGe層、第四のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
該ボンドウエーハを用いて、前記イオン注入工程及び前記剥離工程により別のSSOIウエーハを製造することを特徴とするSSOIウエーハの製造方法を提供する(請求項13)。
シリコン単結晶ウエーハの表面にGe濃度が徐々に増加する傾斜組成SiGe層、格子歪が緩和された第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
前記第二のシリコン層表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより、前記第一のシリコン層の内部又は該第一のシリコン層と第二の緩和SiGe層との界面にイオン注入層を形成し、
前記ボンドウエーハの第二のシリコン層の表面とベースウエーハとを絶縁層を介して貼り合わせた後前記イオン注入層で剥離を行うことによりSSOIウエーハを製造し、
その後前記剥離したボンドウエーハに残留した第一のシリコン層を選択エッチング液でエッチング除去して前記第一の緩和SiGe層を露出させ、
該露出した第一の緩和SiGe層の表面に、第三のシリコン層、第三の緩和SiGe層、第四のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
該ボンドウエーハを用いて、前記イオン注入工程及び前記剥離工程により別のSSOIウエーハを製造することを特徴とするSSOIウエーハの製造方法を提供する(請求項13)。
このように、シリコン単結晶ウエーハの表面に傾斜組成SiGe層、第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、イオン注入剥離法により第一のシリコン層の内部又は該第一のシリコン層と第二の緩和SiGe層との界面で剥離を行ってSSOIウエーハを製造し、その後剥離したボンドウエーハに残留した第一のシリコン層を第二の選択エッチング液でエッチング除去して第一の緩和SiGe層を露出させ、露出した第一の緩和SiGe層の表面に第三のシリコン層、第三の緩和SiGe層、第四のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、該ボンドウエーハを用いてイオン注入工程及び剥離工程により別のSSOIウエーハを製造しても、ボイドやブリスターが発生しないので、良質なSSOIウエーハを低コストで製造歩留まり高く製造できる。
この場合、前記剥離工程の後に、前記剥離したボンドウエーハの外周部に残留した第二のシリコン層及び第二の緩和SiGe層を除去してから、前記第一のシリコン層のエッチング除去を行うことが好ましい(請求項14)。
このように、剥離工程の後に、剥離したボンドウエーハの外周部に残留した第二のシリコン層及び第二の緩和SiGe層を除去してから第一のシリコン層のエッチング除去を行えば、テラス部の残存によるボイド不良を確実に低減して、良質なSSOIウエーハを低コストで製造歩留まり高く製造できる。
このように、剥離工程の後に、剥離したボンドウエーハの外周部に残留した第二のシリコン層及び第二の緩和SiGe層を除去してから第一のシリコン層のエッチング除去を行えば、テラス部の残存によるボイド不良を確実に低減して、良質なSSOIウエーハを低コストで製造歩留まり高く製造できる。
また、前記第一のシリコン層の厚さを10nm以上100nm以下とすることが好ましい(請求項15)。
このように、第一のシリコン層の厚さを10nm以上100nm以下とすれば、シリコン層内で格子歪が緩和されずに十分に維持され、また選択エッチングの際に十分なエッチング代を確保できる。
このように、第一のシリコン層の厚さを10nm以上100nm以下とすれば、シリコン層内で格子歪が緩和されずに十分に維持され、また選択エッチングの際に十分なエッチング代を確保できる。
また、前記SiGe層をエッチングする選択エッチング液として、HFとH2O2とCH3COOHの水溶液、HFとH2O2の水溶液、HFとHNO3の水溶液、NaOHとH2O2の水溶液のいずれかを用いることが好ましい(請求項16)。
このように、SiGe層をエッチングする選択エッチング液として上記のエッチング液のいずれかを用いれば、シリコン層に対して高い選択比でSiGe層をエッチングでき、面粗れのないシリコン層を露出できる。
このように、SiGe層をエッチングする選択エッチング液として上記のエッチング液のいずれかを用いれば、シリコン層に対して高い選択比でSiGe層をエッチングでき、面粗れのないシリコン層を露出できる。
また、前記シリコン層をエッチングする選択エッチング液として、NH4OHとNH4NO3の水溶液、NH4OH水溶液、TMAH水溶液のいずれかを用いることが好ましい(請求項17)。
このように、シリコン層をエッチングする選択エッチング液として上記のエッチング液のいずれかを用いれば、SiGe層に対して高い選択比でシリコン層をエッチングでき、面粗れのないSiGe層を露出できる。
このように、シリコン層をエッチングする選択エッチング液として上記のエッチング液のいずれかを用いれば、SiGe層に対して高い選択比でシリコン層をエッチングでき、面粗れのないSiGe層を露出できる。
本発明に従うボンドウエーハの再生方法であれば、剥離面の面粗れやテラス部の残存によるボイド不良を防止できる、良質なボンドウエーハを歩留まり高く再生できる。
また、本発明に従う方法により再生されたボンドウエーハであれば、剥離面の面粗れやテラス部の残存が防止されており、これを用いて良質なSSOIウエーハを低コストで製造歩留まり高く製造できるボンドウエーハとなる。
さらに本発明に従うSSOIウエーハの製造方法であれば、剥離面の面粗れやテラス部の残存によるボイド不良を防止し、良質なSSOIウエーハを低コストで製造歩留まり高く製造できる。
また、本発明に従う方法により再生されたボンドウエーハであれば、剥離面の面粗れやテラス部の残存が防止されており、これを用いて良質なSSOIウエーハを低コストで製造歩留まり高く製造できるボンドウエーハとなる。
さらに本発明に従うSSOIウエーハの製造方法であれば、剥離面の面粗れやテラス部の残存によるボイド不良を防止し、良質なSSOIウエーハを低コストで製造歩留まり高く製造できる。
以下、本発明について詳述する。
前述のように、イオン注入剥離法で剥離した後のボンドウエーハを再生し、格子緩和SiGe層を再利用する従来の方法は、剥離後の剥離面の面粗れの残留に起因するボイド不良やブリスターが発生し、再生したボンドウエーハを用いたSSOIウエーハの剥離歩留まりが低下するので、ボンドウエーハを再利用したにもかかわらずSSOIウエーハの製造コストの低減の効果が低いという問題が発生する。
また、テラス部が残留してしまい、一層剥離歩留まりが低下するという問題もあった。
前述のように、イオン注入剥離法で剥離した後のボンドウエーハを再生し、格子緩和SiGe層を再利用する従来の方法は、剥離後の剥離面の面粗れの残留に起因するボイド不良やブリスターが発生し、再生したボンドウエーハを用いたSSOIウエーハの剥離歩留まりが低下するので、ボンドウエーハを再利用したにもかかわらずSSOIウエーハの製造コストの低減の効果が低いという問題が発生する。
また、テラス部が残留してしまい、一層剥離歩留まりが低下するという問題もあった。
本発明者らは、第一と第二の緩和SiGe層の間に第一のシリコン層を形成し、剥離後のボンドウエーハの再生処理においてこの第一のシリコン層と緩和SiGe層との間で選択エッチングをすることに想到した。これにより、剥離後の面粗れや残存するテラス部の段差を第一の緩和SiGe層を残したままで改善できるようになり、再生したボンドウエーハの面粗れを防止して、これを用いたSSOIウエーハの剥離における歩留まりの低下を防げることができることを見出し、本発明を完成させた。
以下では、本発明の実施の形態について図を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図1(a)〜(g)は、本発明に従ったボンドウエーハの再生工程の一例を示す図である。
図1(a)〜(g)は、本発明に従ったボンドウエーハの再生工程の一例を示す図である。
まず、図1(a)に示すように、気相成長法等により、シリコン単結晶ウエーハ1の表面に傾斜組成SiGe層2、第一の緩和SiGe層3、第一のシリコン層4、第二の緩和SiGe層5、第二のシリコン層6を順次エピタキシャル成長させ、ボンドウエーハ7を形成する。
シリコン単結晶ウエーハ1は、従来用いられているものであれば特に限定されない。傾斜組成SiGe層2は、Ge濃度が例えば0%から20%に徐々に増加するようにエピタキシャル成長させ、これにより層中の歪を緩和するように形成されている。厚さは例えば1〜10μmとできる。
このように形成された傾斜組成SiGe層2の表面を必要に応じてCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研磨)により研磨して平坦化した後、その上にGe濃度が一定の高濃度(例えば20%以上)であり、格子歪が緩和された第一の緩和SiGe層3をエピタキシャル成長させる。厚さは例えば1〜5μmとできる。
さらに、このように形成された第一の緩和SiGe層3の表面を必要に応じてCMPにより研磨して平坦化した後、その上に第一のシリコン層4をエピタキシャル成長させる。第一のシリコン層4は緩和SiGe層の上にエピタキシャル成長させるので、格子定数の違いにより格子歪が生じている。このとき第一のシリコン層4の厚さを10nm以上100nm以下とすることが好ましい。そうすれば、シリコン層内で格子歪が緩和されずに十分に維持され、また後のエッチング工程において選択エッチングで十分なエッチング代が得られる。また、第一の格子緩和SiGe層3に基づく第一のシリコン層4の格子歪を確実に維持するためには、第一のシリコン層4の厚さを、第一の格子緩和SiGe層3の表層のGe濃度により定まる臨界膜厚を超えない厚さとするのがより好ましい。表層のGe濃度が20%の場合は、第一のシリコン層4の厚さが20nm以下であれば、臨界膜厚を超えない厚さなのでより好ましい。
そして、第一のシリコン層4の上に第二の格子緩和SiGe層5、第二のシリコン層6をエピタキシャル成長させる。前記の場合と同様に、これらの層の表面を必要に応じてCMPにより研磨して平坦化した後にエピタキシャル成長させる。第二の格子緩和SiGe層5のGe濃度及び厚さは第一の格子緩和SiGe層3のものと同程度とすることができる。また、第二のシリコン層6は格子緩和されたSiGe層上の歪シリコン層としてデバイスが作製される層となるので、デバイスの設計に応じた厚さ、例えば10〜100nmとする。
なお、上記気相成長は、CVD(Chemical Vapor Deposition:化学蒸着)法やMBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシー)法などにより行うことができる。CVD法の場合は、例えば、原料ガスとしてSiH4又はSiH4とGeH4との混合ガスを用いることができる。キャリアガスとしてはH2が用いられる。成長条件としては、例えば温度400〜1,000℃、圧力100Torr(1.33×104Pa)以下とすればよい。
次に、図1(b)に示すように、第二のシリコン層6の表面から水素イオン、アルゴンやヘリウム等の希ガスのイオンの少なくとも一種類を注入することにより、第二の緩和SiGe層5の内部にイオン注入層8を形成する。イオン注入深さは注入エネルギーの大きさに依存するので、所望の注入深さになるように注入エネルギーを設定すればよい。イオン注入量は剥離に必要な注入量(5×1016/cm2程度)以上とできる。
次に、図1(c)に示すように、ボンドウエーハの第二のシリコン層6の表面とベースウエーハ9とを室温にて絶縁膜10を介して貼り合わせた後、図1(d)に示すように、イオン注入層8で剥離を行う。貼り合わせ前にはSC−1洗浄液等で両ウエーハの表面を洗浄することが好ましい。
ベースウエーハ9としては、シリコン酸化膜を絶縁膜10として表面に形成したシリコン単結晶ウエーハを用いることができるが、使用用途等に応じて石英、炭化珪素、アルミナ、ダイヤモンド等の絶縁性ウエーハも用いることができる。
ベースウエーハ9としては、シリコン酸化膜を絶縁膜10として表面に形成したシリコン単結晶ウエーハを用いることができるが、使用用途等に応じて石英、炭化珪素、アルミナ、ダイヤモンド等の絶縁性ウエーハも用いることができる。
剥離工程においては、例えば窒素雰囲気下で温度400〜600℃程度の熱処理(剥離熱処理)を30分程度行うことによりイオン注入層8を劈開面として剥離することができる。また、貼り合わせ前の一方又は両方のウエーハの表面をプラズマ処理することにより、剥離熱処理を行なわずにイオン注入層に機械的な応力を加えて剥離してもよい。これにより、第二の緩和SiGe層の一部5a、第二のシリコン層6がベースウエーハ側に移設され、SSOIウエーハの製造に用いられる。また、剥離したボンドウエーハ11には、第二の緩和SiGe層5bが残留する。さらに、外周部にテラス部12が残留する。
次に、剥離したボンドウエーハ11を再生する。まず、図1(e)に示すように、剥離したボンドウエーハ11に残留した第二の緩和SiGe層5bを第一の選択エッチング液でエッチング除去して第一のシリコン層4を露出させる。これにより、残留した第二の緩和SiGe層5bの面粗れやテラス部がエッチングにより除去され、面粗れやテラス部の残存のない平滑な第一のシリコン層4の表面が露出する。
SiGe層をエッチングする選択エッチング液として、HFとH2O2とCH3COOHの水溶液、HFとH2O2の水溶液、HFとHNO3の水溶液、NaOHとH2O2の水溶液のいずれかを用いれば、シリコン層に対して高い選択比でSiGe層をエッチングでき、面粗れやテラス部のない平滑な第一のシリコン層4を露出できる。
例えば、HF(50wt%):H2O2(30wt%):CH3COOH(99wt%)=1:2:3(容量比)の混合液の液温21℃でのエッチングレートは、SiGe層(Ge濃度20%)に対しては35.7nm/minであるが、シリコン層に対しては0.61nm/minであり、選択比で60倍程度が得られるので好ましい。
なお、第一の選択エッチング液でエッチングを行う際に、テラス部においては、表層に残留する第二のシリコン層12aが第二の格子緩和SiGe層をカバーしているために、テラス部の第二の格子緩和SiGe層の除去が遅延する場合がある。その場合、剥離工程の後に、テラス部に残留する第二のシリコン層12aを除去してから第二の緩和SiGe層のエッチング除去を行うことが好ましい。このようにすれば、素早くテラス部を確実に除去して残存を防止できる。
テラス部に残留する第二のシリコン層を除去する方法としては、第二のエッチング液のようなシリコン層を選択的にエッチングできる溶液を用いることができるが、第二のシリコン層は厚さが薄いので、第一の選択エッチング液によるエッチング時間を長くしたり、CMPなどを採用することもできる。また、SC−1洗浄液、アルカリエッチング液、混酸エッチング液等も用いることができる。
次に、図1(f)に示すように、露出した第一のシリコン層4を第二の選択エッチング液でエッチング除去して第一の緩和SiGe層3を露出させる。これにより、面粗れのない平滑な第一の緩和SiGe層3の表面が露出する。
シリコン層をエッチングする選択エッチング液として、NH4OHとNH4NO3の水溶液、NH4OH水溶液、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)水溶液のいずれかを用いれば、SiGe層に対して高い選択比でシリコン層をエッチングでき、面粗れのない平滑な第一の緩和SiGe層3を露出できる。
例えば、NH4OH(10wt%):NH4NO3=200ml:1gの水溶液の液温21℃でのエッチングレートは、シリコン層に対しては129.2nm/minであるが、SiGe層(Ge濃度20%)に対しては0.22nm/minであり、選択比で580倍程度が得られるので好ましい。
次に、図1(g)に示すように、前記の気相成長法等により、露出した第一の緩和SiGe層3の表面に、第三のシリコン層13、第三の緩和SiGe層14、第四のシリコン層15を順次エピタキシャル成長させることによりボンドウエーハを形成し、再生したボンドウエーハ16とする。
このようにして、剥離面の面粗れやテラス部の残存が防止された、良質のボンドウエーハを歩留まり高く再生できる。
このようにして、剥離面の面粗れやテラス部の残存が防止された、良質のボンドウエーハを歩留まり高く再生できる。
また、本発明に従ったボンドウエーハの再生工程の別の一例としては、図1(a)〜(e)に示す工程を行い、選択エッチング液の選択比が十分に高い等の理由により露出した第一のシリコン層の表面が十分に平滑であれば、該露出した第一のシリコン層の表面に、第三の緩和SiGe層、第三のシリコン層を順次エピタキシャル成長させることによりボンドウエーハを形成し、再生したボンドウエーハとする。
このようにすれば、第一のシリコン層をエッチング除去せずに再利用できるとともに、剥離面の面粗れやテラス部の残存が防止された、良質のボンドウエーハを歩留まり高く再生できる。
このようにすれば、第一のシリコン層をエッチング除去せずに再利用できるとともに、剥離面の面粗れやテラス部の残存が防止された、良質のボンドウエーハを歩留まり高く再生できる。
また、上記のいずれかの方法により再生されたボンドウエーハは、これを用いてボイドやブリスターのない良質なSSOIウエーハを低コストで製造歩留まり高く製造できるボンドウエーハとなる。
次に、上記のようなボンドウエーハの再生方法を用いた本発明に係るSSOIウエーハの製造方法について説明する。本発明に係るSSOIウエーハの製造方法は、少なくとも、シリコン単結晶ウエーハの表面に傾斜組成SiGe層、第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、第二のシリコン層表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより、第二の緩和SiGe層の内部にイオン注入層を形成し、ボンドウエーハの第二のシリコン層の表面とベースウエーハとを絶縁層を介して貼り合わせた後イオン注入層で剥離を行うことによりSSOIウエーハを製造し、その後、剥離したボンドウエーハに残留した第二の緩和SiGe層を第一の選択エッチング液でエッチング除去して前記第一のシリコン層を露出させ、該露出した第一のシリコン層を第二の選択エッチング液でエッチング除去して第一の緩和SiGe層を露出させ、該露出した第一の緩和SiGe層の表面に、第三のシリコン層、第三の緩和SiGe層、第四のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、該ボンドウエーハを用いて、イオン注入工程及び剥離工程により別のSSOIウエーハを製造することを特徴とするものである。このようにすれば、剥離面の面粗れやテラス部の残存によるボイド不良を防止し、良質なSSOIウエーハを低コストで製造歩留まり高く製造できる。
また、本発明に係るSSOIウエーハの製造方法は、少なくとも、シリコン単結晶ウエーハの表面にGe濃度が徐々に増加する傾斜組成SiGe層、格子歪が緩和された第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、前記第二のシリコン層表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより、前記第二の緩和SiGe層の内部にイオン注入層を形成し、前記ボンドウエーハの第二のシリコン層の表面とベースウエーハとを絶縁層を介して貼り合わせた後前記イオン注入層で剥離を行うことによりSSOIウエーハを製造し、その後前記剥離したボンドウエーハに残留した第二の緩和SiGe層を選択エッチング液でエッチング除去して前記第一のシリコン層を露出させ、該露出した第一のシリコン層の表面に、第三の緩和SiGe層、第三のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、該ボンドウエーハを用いて、前記イオン注入工程及び前記剥離工程により別のSSOIウエーハを製造することを特徴とするものである。このようにすれば、第一のシリコン層をエッチング除去せずに再利用できるとともに、剥離面の面粗れやテラス部の残存によるボイド不良を防止し、良質なSSOIウエーハを低コストで製造歩留まり高く製造できる。
この製造方法は、例えば図1(a)〜(d)に示す工程によりSSOIウエーハを製造し、次に図1(e)〜(g)に示す工程を行ってボンドウエーハを形成するか、あるいは、図1(e)に示す工程の後に露出した第一のシリコン層の表面に第三の緩和SiGe層と第三のシリコン層とを順次形成してボンドウエーハを形成し、こうして形成したボンドウエーハを用いて、図1(b)〜(d)に示すイオン注入工程及び剥離熱処理工程により別のSSOIウエーハを製造することで実施することができる。そして、これを繰り返すことにより、ボンドウエーハを何度も使用することができ、SSOIウエーハの製造コストを一層低下させることができる。
図2(a)〜(f)は、本発明に従ったボンドウエーハの再生工程のさらに別の一例を示す図である。
まず、図2(a)に示すように、気相成長法等により、シリコン単結晶ウエーハ1’の表面に傾斜組成SiGe層2’、第一の緩和SiGe層3’、第一のシリコン層4’、第二の緩和SiGe層5’、第二のシリコン層6’を順次エピタキシャル成長させ、ボンドウエーハ7’を形成する。この工程は、図1(a)と同様に行うことができる。
まず、図2(a)に示すように、気相成長法等により、シリコン単結晶ウエーハ1’の表面に傾斜組成SiGe層2’、第一の緩和SiGe層3’、第一のシリコン層4’、第二の緩和SiGe層5’、第二のシリコン層6’を順次エピタキシャル成長させ、ボンドウエーハ7’を形成する。この工程は、図1(a)と同様に行うことができる。
次に、図2(b)に示すように、第二のシリコン層6’の表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより、第一のシリコン層4’の内部又は第一のシリコン層4’と第二の緩和SiGe層5’との界面にイオン注入層8’を形成する。イオン注入深さは注入エネルギーの大きさに依存するので、所望の注入深さになるように注入エネルギーを設定すればよい。イオン注入量は剥離に必要な注入量(5×1016/cm2程度)以上とできる。
次に、図2(c)に示すように、ボンドウエーハの第二のシリコン層6’の表面とベースウエーハ9’とを室温にて絶縁膜10’を介して貼り合わせた後、図2(d)に示すように、イオン注入層8’で剥離を行う。この工程は、図1(c)、(d)と同様に行うことができる。これにより、第一のシリコン層の一部4’a、第二の緩和SiGe層5’、第二のシリコン層6’がベースウエーハ側に移設され、SSOIウエーハの製造に用いられる。また、剥離したボンドウエーハ11’には、第一のシリコン層4’bが残留する。さらに、外周部にテラス部12’が残留する。
次に、剥離したボンドウエーハ11’を再生する。まず、図2(e)に示すように、剥離したボンドウエーハ11’に残留した第一のシリコン層4’bを選択エッチング液でエッチング除去して第一の緩和SiGe層3’を露出させる。これにより、残留した第一のシリコン層3’の面粗れやテラス部がエッチングにより除去され、面粗れやテラス部のない平滑な第一の緩和SiGe層3’の表面が露出する。
なお、選択エッチング液でエッチングを行う際に、テラス部においては、表層に残留する第二のシリコン層12’a及び第二の格子緩和SiGe層12’bが第一のシリコン層をカバーしているために、テラス部の第一のシリコン層の除去が遅延する場合がある。その場合、剥離工程の後に、テラス部に残留する第二のシリコン層12’a及び第二の格子緩和SiGe層12’bを除去してから第一のシリコン層のエッチング除去を行うことが好ましい。このようにすれば、テラス部を確実に除去して残存を防止できる。
テラス部の第二のシリコン層を除去する方法としては、シリコン層を選択的にエッチングできるエッチング液を用いることができるが、第二のシリコン層は厚さが薄いので、SiGe層をエッチングする選択エッチング液によるエッチング時間を長くしたり、CMPなどを採用することもできる。また、SC−1洗浄液、アルカリエッチング液、混酸エッチング液等も用いることができる。
一方、テラス部の第一の緩和SiGe層を除去する方法としては、SiGe層を選択的にエッチングできるエッチング液や、CMP等を用いて除去できる。
一方、テラス部の第一の緩和SiGe層を除去する方法としては、SiGe層を選択的にエッチングできるエッチング液や、CMP等を用いて除去できる。
シリコン層をエッチングする選択エッチング液として、NH4OHとNH4NO3の水溶液、NH4OH水溶液、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)水溶液のいずれかを用いれば、SiGe層に対して高い選択比でシリコン層をエッチングでき、面粗れのない平滑な第一の緩和SiGe層3’を露出できる。
次に、図2(f)に示すように、前記図1(g)と同様に気相成長法等により、露出した第一の緩和SiGe層3’の表面に、第三のシリコン層13’、第三の緩和SiGe層14’、第四のシリコン層15’を順次エピタキシャル成長させることによりボンドウエーハを形成し、再生したボンドウエーハ16’とする。
このようにして、剥離面の面粗れやテラス部の残存が防止された、良質のボンドウエーハを歩留まり高く再生できる。
このようにして、剥離面の面粗れやテラス部の残存が防止された、良質のボンドウエーハを歩留まり高く再生できる。
また、上記の方法により再生されたボンドウエーハは、これを用いてボイドやブリスターのない良質なSSOIウエーハを低コストで製造歩留まり高く製造できるボンドウエーハとなる。
次に、この再生方法を用いた本発明に係るSSOIウエーハの製造方法について説明する。本発明に係るSSOIウエーハの製造方法は、少なくとも、シリコン単結晶ウエーハの表面にGe濃度が徐々に増加する傾斜組成SiGe層、格子歪が緩和された第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、第二のシリコン層表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより、第一のシリコン層の内部又は該第一のシリコン層と第二の緩和SiGe層との界面にイオン注入層を形成し、ボンドウエーハの第二のシリコン層の表面とベースウエーハとを絶縁層を介して貼り合わせた後イオン注入層で剥離を行うことによりSSOIウエーハを製造し、その後剥離したボンドウエーハに残留した第一のシリコン層を選択エッチング液でエッチング除去して第一の緩和SiGe層を露出させ、該露出した第一の緩和SiGe層の表面に、第三のシリコン層、第三の緩和SiGe層、第四のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、該ボンドウエーハを用いて、イオン注入工程及び剥離工程により別のSSOIウエーハを製造することを特徴とする。このようにすれば、剥離面の面粗れやテラス部の残存によるボイド不良を防止し、良質なSSOIウエーハを低コストで製造歩留まり高く製造できる。
この製造方法は、例えば図2(a)〜(d)に示す工程によりSSOIウエーハを製造し、次に図2(e)〜(f)に示す工程を行ってボンドウエーハを形成し、こうして形成したボンドウエーハを用いて、図2(b)〜(d)に示すイオン注入工程及び剥離熱処理工程により別のSSOIウエーハを製造することで実施することができる。そして、これを繰り返すことにより、ボンドウエーハを何度も使用することができ、SSOIウエーハの製造コストを一層低下させることができる。
以下、本発明の実施例及び比較例により本発明を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)
図1(a)〜(g)に示す工程に従ってボンドウエーハを再生し、再生したボンドウエーハに再びイオン注入工程及び剥離熱処理工程を行ない、SSOIウエーハを製造した(実施例1)。一方、第一のシリコン層及び第二の格子緩和SiGe層を形成せず、第一の格子緩和SiGe層の内部にイオン注入層を形成し、剥離後は第一の格子緩和SiGe層を研磨加工して面粗れを除去する以外は、実施例1と同様にしてSSOIウエーハを製造した。主な作製条件を表1に示す。
(実施例1、比較例1)
図1(a)〜(g)に示す工程に従ってボンドウエーハを再生し、再生したボンドウエーハに再びイオン注入工程及び剥離熱処理工程を行ない、SSOIウエーハを製造した(実施例1)。一方、第一のシリコン層及び第二の格子緩和SiGe層を形成せず、第一の格子緩和SiGe層の内部にイオン注入層を形成し、剥離後は第一の格子緩和SiGe層を研磨加工して面粗れを除去する以外は、実施例1と同様にしてSSOIウエーハを製造した。主な作製条件を表1に示す。
その結果、比較例1ではSSOIウエーハにボイド、ブリスターが多発し、特に外周部において多発した。一方、実施例1ではSSOIウエーハにボイド、ブリスターの発生はなかった。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、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。
1、1’…シリコン単結晶ウエーハ、 2、2’…傾斜組成SiGe層、
3、3’…第一の緩和SiGe層、 4、4’…第一のシリコン層、
4’a…第一のシリコン層の一部、 4’b…残留した第一のシリコン層、
5、5’…第二の緩和SiGe層、 5a…第二の緩和SiGe層の一部、
5b…残留した第二の緩和SiGe層、 6、6’…第二のシリコン層、
7、7’…ボンドウエーハ、 8、8’…イオン注入層、
9、9’…ベースウエーハ、 10、10’…絶縁膜、
11、11’…剥離したボンドウエーハ、 12、12’…テラス部、
12a、12’a…テラス部に残留する第二のシリコン層、
12’b…テラス部に残留する第二の緩和SiGe層、
13、13’…第三のシリコン層、 14、14’…第三の緩和SiGe層、
15、15’…第四のシリコン層、 16、16’…再生したボンドウエーハ。
3、3’…第一の緩和SiGe層、 4、4’…第一のシリコン層、
4’a…第一のシリコン層の一部、 4’b…残留した第一のシリコン層、
5、5’…第二の緩和SiGe層、 5a…第二の緩和SiGe層の一部、
5b…残留した第二の緩和SiGe層、 6、6’…第二のシリコン層、
7、7’…ボンドウエーハ、 8、8’…イオン注入層、
9、9’…ベースウエーハ、 10、10’…絶縁膜、
11、11’…剥離したボンドウエーハ、 12、12’…テラス部、
12a、12’a…テラス部に残留する第二のシリコン層、
12’b…テラス部に残留する第二の緩和SiGe層、
13、13’…第三のシリコン層、 14、14’…第三の緩和SiGe層、
15、15’…第四のシリコン層、 16、16’…再生したボンドウエーハ。
Claims (17)
- ボンドウエーハの再生方法であって、少なくとも、
シリコン単結晶ウエーハの表面にGe濃度が徐々に増加する傾斜組成SiGe層、格子歪が緩和された第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
前記第二のシリコン層表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより、前記第二の緩和SiGe層の内部にイオン注入層を形成し、
前記ボンドウエーハの第二のシリコン層の表面とベースウエーハとを絶縁層を介して貼り合わせた後前記イオン注入層で剥離を行い、
その後前記剥離したボンドウエーハに残留した第二の緩和SiGe層を第一の選択エッチング液でエッチング除去して前記第一のシリコン層を露出させ、
該露出した第一のシリコン層を第二の選択エッチング液でエッチング除去して前記第一の緩和SiGe層を露出させ、
該露出した第一の緩和SiGe層の表面に、第三のシリコン層、第三の緩和SiGe層、第四のシリコン層を順次形成することにより、前記剥離したボンドウエーハを再生することを特徴とするボンドウエーハの再生方法。 - ボンドウエーハの再生方法であって、少なくとも、
シリコン単結晶ウエーハの表面にGe濃度が徐々に増加する傾斜組成SiGe層、格子歪が緩和された第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
前記第二のシリコン層表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより、前記第二の緩和SiGe層の内部にイオン注入層を形成し、
前記ボンドウエーハの第二のシリコン層の表面とベースウエーハとを絶縁層を介して貼り合わせた後前記イオン注入層で剥離を行い、
その後前記剥離したボンドウエーハに残留した第二の緩和SiGe層を選択エッチング液でエッチング除去して前記第一のシリコン層を露出させ、
該露出した第一のシリコン層の表面に、第三の緩和SiGe層、第三のシリコン層を順次形成することにより、前記剥離したボンドウエーハを再生することを特徴とするボンドウエーハの再生方法。 - 請求項1又は請求項2に記載のボンドウエーハの再生方法において、前記剥離工程の後に、前記剥離したボンドウエーハの外周部に残留した第二のシリコン層を除去してから、前記第二の緩和SiGe層のエッチング除去を行うことを特徴とするボンドウエーハの再生方法。
- ボンドウエーハの再生方法であって、少なくとも、
シリコン単結晶ウエーハの表面にGe濃度が徐々に増加する傾斜組成SiGe層、格子歪が緩和された第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
前記第二のシリコン層表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより、前記第一のシリコン層の内部又は該第一のシリコン層と第二の緩和SiGe層との界面にイオン注入層を形成し、
前記ボンドウエーハの第二のシリコン層の表面とベースウエーハとを絶縁層を介して貼り合わせた後前記イオン注入層で剥離を行い、
その後前記剥離したボンドウエーハに残留した第一のシリコン層を選択エッチング液でエッチング除去して前記第一の緩和SiGe層を露出させ、
該露出した第一の緩和SiGe層の表面に、第三のシリコン層、第三の緩和SiGe層、第四のシリコン層を順次形成することにより、前記剥離したボンドウエーハを再生することを特徴とするボンドウエーハの再生方法。 - 請求項4に記載のボンドウエーハの再生方法において、前記剥離工程の後に、前記剥離したボンドウエーハの外周部に残留した第二のシリコン層及び第二の緩和SiGe層を除去してから、前記第一のシリコン層のエッチング除去を行うことを特徴とするボンドウエーハの再生方法。
- 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のボンドウエーハの再生方法において、前記第一のシリコン層の厚さを10nm以上100nm以下とすることを特徴とするボンドウエーハの再生方法。
- 請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のボンドウエーハの再生方法において、前記SiGe層をエッチングする選択エッチング液として、HFとH2O2とCH3COOHの水溶液、HFとH2O2の水溶液、HFとHNO3の水溶液、NaOHとH2O2の水溶液のいずれかを用いることを特徴とするボンドウエーハの再生方法。
- 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載のボンドウエーハの再生方法において、前記シリコン層をエッチングする選択エッチング液として、NH4OHとNH4NO3の水溶液、NH4OH水溶液、TMAH水溶液のいずれかを用いることを特徴とするボンドウエーハの再生方法。
- 請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の方法により再生されたボンドウエーハ。
- SSOIウエーハの製造方法であって、少なくとも、
シリコン単結晶ウエーハの表面にGe濃度が徐々に増加する傾斜組成SiGe層、格子歪が緩和された第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
前記第二のシリコン層表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより、前記第二の緩和SiGe層の内部にイオン注入層を形成し、
前記ボンドウエーハの第二のシリコン層の表面とベースウエーハとを絶縁層を介して貼り合わせた後前記イオン注入層で剥離を行うことによりSSOIウエーハを製造し、
その後前記剥離したボンドウエーハに残留した第二の緩和SiGe層を第一の選択エッチング液でエッチング除去して前記第一のシリコン層を露出させ、
該露出した第一のシリコン層を第二の選択エッチング液でエッチング除去して前記第一の緩和SiGe層を露出させ、
該露出した第一の緩和SiGe層の表面に、第三のシリコン層、第三の緩和SiGe層、第四のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
該ボンドウエーハを用いて、前記イオン注入工程及び前記剥離工程により別のSSOIウエーハを製造することを特徴とするSSOIウエーハの製造方法。 - SSOIウエーハの製造方法であって、少なくとも、
シリコン単結晶ウエーハの表面にGe濃度が徐々に増加する傾斜組成SiGe層、格子歪が緩和された第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
前記第二のシリコン層表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより、前記第二の緩和SiGe層の内部にイオン注入層を形成し、
前記ボンドウエーハの第二のシリコン層の表面とベースウエーハとを絶縁層を介して貼り合わせた後前記イオン注入層で剥離を行うことによりSSOIウエーハを製造し、
その後前記剥離したボンドウエーハに残留した第二の緩和SiGe層を選択エッチング液でエッチング除去して前記第一のシリコン層を露出させ、
該露出した第一のシリコン層の表面に、第三の緩和SiGe層、第三のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
該ボンドウエーハを用いて、前記イオン注入工程及び前記剥離工程により別のSSOIウエーハを製造することを特徴とするSSOIウエーハの製造方法。 - 請求項10又は請求項11に記載のSSOIウエーハの製造方法において、前記剥離工程の後に、前記剥離したボンドウエーハの外周部に残留した第二のシリコン層を除去してから、前記第二の緩和SiGe層のエッチング除去を行うことを特徴とするSSOIウエーハの製造方法。
- SSOIウエーハの製造方法であって、少なくとも、
シリコン単結晶ウエーハの表面にGe濃度が徐々に増加する傾斜組成SiGe層、格子歪が緩和された第一の緩和SiGe層、第一のシリコン層、第二の緩和SiGe層、第二のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
前記第二のシリコン層表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入することにより、前記第一のシリコン層の内部又は該第一のシリコン層と第二の緩和SiGe層との界面にイオン注入層を形成し、
前記ボンドウエーハの第二のシリコン層の表面とベースウエーハとを絶縁層を介して貼り合わせた後前記イオン注入層で剥離を行うことによりSSOIウエーハを製造し、
その後前記剥離したボンドウエーハに残留した第一のシリコン層を選択エッチング液でエッチング除去して前記第一の緩和SiGe層を露出させ、
該露出した第一の緩和SiGe層の表面に、第三のシリコン層、第三の緩和SiGe層、第四のシリコン層が順次形成されたボンドウエーハを形成し、
該ボンドウエーハを用いて、前記イオン注入工程及び前記剥離工程により別のSSOIウエーハを製造することを特徴とするSSOIウエーハの製造方法。 - 請求項13に記載のSSOIウエーハの製造方法において、前記剥離工程の後に、前記剥離したボンドウエーハの外周部に残留した第二のシリコン層及び第二の緩和SiGe層を除去してから、前記第一のシリコン層のエッチング除去を行うことを特徴とするSSOIウエーハの製造方法。
- 請求項10乃至請求項14のいずれか一項に記載のSSOIウエーハの製造方法において、前記第一のシリコン層の厚さを10nm以上100nm以下とすることを特徴とするSSOIウエーハの製造方法。
- 請求項10乃至請求項15のいずれか一項に記載のSSOIウエーハの製造方法において、前記SiGe層をエッチングする選択エッチング液として、HFとH2O2とCH3COOHの水溶液、HFとH2O2の水溶液、HFとHNO3の水溶液、NaOHとH2O2の水溶液のいずれかを用いることを特徴とするSSOIウエーハの製造方法。
- 請求項10乃至請求項16のいずれか一項に記載のSSOIウエーハの製造方法において、前記シリコン層をエッチングする選択エッチング液として、NH4OHとNH4NO3の水溶液、NH4OH水溶液、TMAH水溶液のいずれかを用いることを特徴とするSSOIウエーハの製造方法。
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