JP2014120587A - Soiウェーハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体単結晶基板からなるボンドウェーハの表面から水素及び希ガスのうち1種類以上のガスイオンをイオン注入してイオン注入層を形成し、該ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハ表面とを酸化膜を介して貼り合わせた後、熱処理炉で剥離熱処理を行い前記イオン注入層でボンドウェーハを剥離することによりSOIウェーハを作製するSOIウェーハの製造方法において、前記剥離熱処理後、3.0℃/minよりも遅い降温速度で250℃以下まで降温してから剥離後のSOIウェーハ及びボンドウェーハを熱処理炉から取り出すSOIウェーハの製造方法。
【選択図】図1
Description
但し、実際にはウェーハ加工時の反り形状の影響もある為、例えば、ボンドウェーハ加工時のウェーハ形状が凸形状の場合、剥離後のボンドウェーハは、背面酸化膜の影響による凹形状からウェーハ加工時の凸形状を差し引きした形状となる。
この場合、SOIウェーハと剥離後のボンドウェーハの反り形状にミスマッチが生じ、SOIウェーハの凸形状の反りの大きさに比べ、剥離後のボンドウェーハの凹形状の反りの大きさが小さくなる。
このように、本発明によってスクラッチおよび膜厚分布異常を抑制したSOIウェーハを得ることができる。
ここで、本発明者らが本発明を完成させた経緯について詳述する。
本発明者らは、イオン注入剥離法によるSOIウェーハの作製の剥離熱処理において、剥離後のボンドウェーハ(剥がしボンドウェーハ)の凹形状の大きさがSOIの凸形状の大きさよりも小さい時、剥がしボンドウェーハとSOIウェーハの反り形状のミスマッチが生じ、剥離熱処理工程中に、SOI層表面の凸形状の先端部で剥がしボンドウェーハと接触し、SOIウェーハ中央部などにスクラッチやSOI膜厚異常が発生する場合があることを見出した。
前述したように、通常はSOIウェーハの凸形状の大きさと剥がしボンドウェーハの凹形状の大きさは同程度になり、SOIウェーハの凸の先端部が剥がしボンドウェーハに接触しにくい。
しかしながら、ウェーハ加工時の反り形状の影響等もあり、上記のようなミスマッチが生じる場合がある。
その結果、SOI層表面の凸形状先端部の剥がしボンドウェーハとの接触部では、接触しない部分と比べ、酸化膜の形成が抑制されることが分かった。この場合、酸化膜の形成厚さが薄くなり、剥離後のRCA洗浄のSC1洗浄(NH4OHとH2O2の混合水溶液による洗浄)において接触した部分から先にSiのエッチングが開始されてしまう。その為、洗浄後では凸形状先端部のSOI膜厚が薄くなる事を突き止めた。
以上のことを本発明者らは見出し、本発明を完成させた。
(第一の実施態様)
図1に、本発明のSOIウェーハの製造方法の一例を示す。
まず、ボンドウェーハ1として半導体単結晶基板2を用意し、酸化膜3を形成する(図1(A))。
ボンドウェーハとして用いる半導体単結晶基板としては、シリコン単結晶ウェーハを用いることが好ましいが、それ以外にもゲルマニウム単結晶ウェーハ、ゲルマニウムエピタキシャルウェーハ、SiGeエピタキシャルウェーハ、歪シリコンウェーハ、SiC単結晶ウェーハを用いることもできる。ここではシリコン単結晶ウェーハを用いた場合について説明する。
また、酸化膜3の形成方法は特に限定されず、例えば熱酸化によって形成することができる。
尚、ベースウェーハ5としては、例えばシリコン単結晶ウェーハ、又は、表面に絶縁膜を形成したシリコン単結晶ウェーハなどを用いることができる。
なお、使用する熱処理炉は例えばバッチ式のものを用いることができる。剥離熱処理を適切にウェーハに施すことができ、かつ、後述するような降温速度で降温できるものであれば良い。
このように3.0℃/minよりも遅い速度で降温することによって、降温中の各々のウェーハの面内温度分布を小さくして、ウェーハの変形によるSOIウェーハ8と剥がしボンドウェーハ1’のこすれを抑制することができ、スクラッチが発生するのを防止することができる。
また、降温速度は2.5℃/min以下がより好ましく、下限値は特に限定されないが、剥離熱処理工程を効率的に行うために、1.0℃/min以上とすることが好ましい。
このようにしてスクラッチが抑制され、しかもSOI膜厚異常の発生が抑制されたSOIウェーハ8を得ることができる。
前述の第一の実施形態ではボンドウェーハとして、半導体単結晶基板の全面に単に熱酸化膜を施した場合について説明した。
しかし本発明は、この他、ボンドウェーハとして、表面酸化膜(貼り合わせ面側の酸化膜)よりも厚い背面酸化膜を有する半導体単結晶基板を用いることもできる。このような場合について図2を参照して説明する。
第一の実施態様では水素イオン注入層のみ形成する場合について説明したが、ここでは、水素イオンとヘリウムイオンを両方注入して形成した共注入層を例に挙げて説明する。
このイオン注入として、水素イオンとヘリウムイオンによる共注入を行う場合は、まず、水素イオンを注入して水素イオン注入層24を形成する(図2(C))。次にヘリウムイオンを水素イオン注入層24よりも深い位置に注入してヘリウムイオン注入層24’を形成することが好ましい(図2(D))。このように共注入を行えば、1種類のイオンを単独で注入する時に比べて、注入するイオンの量を減らすことができる。
しかし、図2(B)に示すように、背面の酸化膜厚を厚くすることでボンドウェーハの反り形状を貼り合わせ前に予め設定することができるため、ヘリウムイオン注入層24’の存在による影響を最小限に抑制することができる。
したがって、スクラッチや、Siエッチング後のSOI膜厚異常がより一層抑制されたSOIウェーハをさらに安定して得ることができる。
また、イオン注入剥離法を用いたSOIウェーハの製造方法は、剥がしボンドウェーハを再利用できることが特徴の一つでもある。従って、本発明においても剥がしボンドウェーハ21’等を再生加工して作製したウェーハをボンドウェーハとして用いることができる。このようにすればコスト面で有利である。
(実施例1、比較例1−6)
直径300mmの両面が鏡面研磨されたシリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハに熱酸化を行って30nmの熱酸化膜を全面に形成し、その熱酸化膜を通して水素のイオン注入を行った。その後、直径300mmのシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハと貼り合わせて貼り合わせウェーハを作製した。そして、剥離熱処理(500℃、30分、窒素雰囲気)を行い、貼り合わせウェーハからボンドウェーハの一部を剥離しSOIウェーハを製造し、SC1洗浄を施した。
実施例1 降温速度:2.0℃/min、 取り出し温度:250℃
比較例1 降温速度:3.0℃/min、 取り出し温度:250℃
比較例2 降温速度:3.0℃/min、 取り出し温度:225℃
比較例3 降温速度:3.0℃/min、 取り出し温度:500℃
比較例4 降温速度:3.0℃/min、 取り出し温度:360℃
比較例5 降温速度:3.0℃/min、 取り出し温度:295℃
比較例6 降温速度:5.0℃/min、 取り出し温度:250℃
また降温速度が5.0℃/minの比較例6は、それ以外の条件が同様の実施例1(2.0℃/min)や比較例1(3.0℃/min)と比べてスクラッチ発生率は20%であり、実施例1や比較例1よりもさらに悪かった。
また、本発明と異なり、取り出し温度が250℃より高い比較例3−5では、SOI膜厚分布異常発生率が、各々、100%、100%、50%という高い値だった。
直径300mmの両面が鏡面研磨されたシリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハに熱酸化を行って150nmの熱酸化膜を全面に形成した。そしてボンドウェーハの背面酸化膜をオーリングで保護した状態でHF水溶液に浸漬して表面酸化膜を除去し、その後、CMP加工により表面の再研磨を行い、再度、熱酸化を行い表面側に30nmの熱酸化膜(埋め込み酸化膜用)を形成した(背面酸化膜は155nmに成長)。表面側の30nmの熱酸化膜を通して水素のイオン注入を行った後、直径300mmのシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハと貼り合わせた。そして剥離熱処理(500℃、30分、窒素雰囲気)を施してSOIウェーハを製造し、SC1洗浄を施した。
なお、降温速度を2.0℃/分とし、熱処理炉からの取り出し温度を250℃とした。
イオン注入剥離法で剥離したボンドウェーハ(剥がしボンドウェーハであり、背面酸化膜150nm付きのもの)を、背面酸化膜をオーリングで保護した状態でHF水溶液に浸漬して表面酸化膜を除去し、その後、CMP加工により再生加工を行ったウェーハをボンドウェーハとして、熱酸化を行い表面側に30nm熱酸化膜(埋め込み酸化膜用)を形成した(背面酸化膜は155nmに成長)。表面側の30nmの熱酸化膜を通して水素のイオン注入を行った後、直径300mmのシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハと貼り合わせた。そして剥離熱処理(500℃、30分、窒素雰囲気)を施してSOIウェーハを製造し、SC1洗浄を施した。
なお、降温速度を2.0℃/分とし、熱処理炉からの取り出し温度を250℃とした。
直径300mmの両面が鏡面研磨されたシリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハに熱酸化を行って150nmの熱酸化膜を全面に形成した。そしてボンドウェーハの背面酸化膜をオーリングで保護した状態でHF水溶液に浸漬して表面酸化膜を除去し、その後、CMP加工により表面の再研磨を行い、再度、熱酸化を行い表面側に30nmの熱酸化膜(埋め込み酸化膜用)を形成した(背面酸化膜は155nmに成長)。30nmの熱酸化膜を通して水素及びヘリウムのイオン注入を行った後、直径300mmのシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハと貼り合わせた。そして剥離熱処理(500℃、30分、窒素雰囲気)を施してSOIウェーハを製造し、SC1洗浄を施した。
なお、降温速度を2.5℃/分とし、熱処理炉からの取り出し温度を250℃とした。
直径300mmの両面が鏡面研磨されたシリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハに30nmの熱酸化膜を作製した。そして30nmの熱酸化膜を通して水素及びヘリウムのイオン注入を行った後、直径300mmのシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハと貼り合わせた。そして剥離熱処理(500℃、30分、窒素雰囲気)を施してSOIウェーハを製造し、SC1洗浄を施した。
なお、降温速度を3.0℃/分とし、熱処理炉からの取り出し温度を350℃とした。
また、実施例4ではイオン注入の際に共注入を行ったが、それでもなお、従来品と異なって上記のように優れたSOIウェーハが得られた。
2、22…半導体単結晶基板 3、23…酸化膜、
23’…背面酸化膜、 4、24…水素イオン注入層、
24’…ヘリウムイオン注入層、 5、25…ベースウェーハ、
6、26…貼り合わせウェーハ、 7、27…SOI層、
8、28…SOIウェーハ。
Claims (7)
- 半導体単結晶基板からなるボンドウェーハの表面から水素及び希ガスのうち1種類以上のガスイオンをイオン注入してイオン注入層を形成し、該ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハ表面とを酸化膜を介して貼り合わせた後、熱処理炉で剥離熱処理を行い前記イオン注入層でボンドウェーハを剥離することによりSOIウェーハを作製するSOIウェーハの製造方法において、
前記剥離熱処理後、3.0℃/minよりも遅い降温速度で250℃以下まで降温してから剥離後のSOIウェーハ及びボンドウェーハを熱処理炉から取り出すことを特徴とするSOIウェーハの製造方法。 - 前記イオン注入層を形成するボンドウェーハとして、表面酸化膜よりも厚い背面酸化膜を有する半導体単結晶基板を用意し、該表面酸化膜を通して前記イオン注入を行うことを特徴とする請求項1に記載のSOIウェーハの製造方法。
- 前記表面酸化膜よりも厚い背面酸化膜を有する半導体単結晶基板として、
半導体単結晶基板の全面に熱酸化膜を形成した後、表面側の熱酸化膜を除去することによって背面側のみに熱酸化膜を有する半導体単結晶基板を作製し、該背面側のみに熱酸化膜を有する半導体単結晶基板を熱酸化することによって作製したウェーハを用いることを特徴とする請求項2に記載のSOIウェーハの製造方法。 - 前記背面側のみに熱酸化膜を有する半導体単結晶基板を熱酸化する前に、熱酸化膜が除去された表面側を研磨することを特徴とする請求項3に記載のSOIウェーハの製造方法。
- 前記表面酸化膜よりも厚い背面酸化膜を有する半導体単結晶基板として、イオン注入層で剥離したボンドウェーハを再生加工して作製したウェーハを用いることを特徴とする請求項2から請求項4のいずれか一項に記載のSOIウェーハの製造方法。
- 前記再生加工を、前記剥離後のボンドウェーハの背面酸化膜を除去せずに行うことを特徴とする請求項5に記載のSOIウェーハの製造方法。
- 前記イオン注入を水素イオンとヘリウムイオンの共注入によって行い、該共注入においてヘリウムイオンを水素イオンよりも深く注入することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のSOIウェーハの製造方法。
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