JP2022067962A - Soiウェーハの製造方法及びsoiウェーハ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ドーパントを含むベースウェーハの全面にシリコン酸化膜を熱酸化で形成する工程と、ボンドウェーハの主面とベースウェーハの第1主面とをシリコン酸化膜を介して貼り合わせる工程とを含み、熱酸化工程の前に、ベースウェーハの第2主面上に、ベースウェーハのドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有する裏面シリコン膜を形成する工程を更に含み、熱酸化工程で、裏面シリコン膜を熱酸化して、シリコン酸化膜の一部としての裏面シリコン熱酸化膜を得るSOIウェーハの製造方法。
【選択図】図5
Description
ウェーハ全体にドーパントを含有し且つ第1主面及び前記第1主面と反対側の第2主面を有するシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハと、前記ベースウェーハのドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有するシリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハとを準備する工程と、
前記ベースウェーハの全面にシリコン酸化膜を熱酸化によって形成する熱酸化工程と、
前記ボンドウェーハの一方の主面と前記ベースウェーハの前記第1主面とを、前記ベースウェーハ上の前記シリコン酸化膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記ボンドウェーハを薄膜化してSOI層を形成する薄膜化工程と、
を含むSOIウェーハの製造方法であって、
前記ベースウェーハの熱酸化工程より前に、前記ベースウェーハの前記第2主面上に、前記ベースウェーハの前記ドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有する裏面シリコン膜を形成する工程を更に含み、
前記熱酸化工程において、前記裏面シリコン膜を熱酸化して、前記シリコン酸化膜の一部としての裏面シリコン熱酸化膜を得ることを特徴とするSOIウェーハの製造方法を提供する。
前記熱酸化工程において、前記バリアシリコン層を熱酸化して、前記シリコン酸化膜の一部としてのバリアシリコン酸化膜を得て、
前記貼り合わせ工程において、前記ボンドウェーハの前記一方の主面と前記ベースウェーハの前記第1主面とを、前記シリコン酸化膜の一部である前記バリアシリコン酸化膜を介して貼り合わせることが好ましい。
その後に、前記バリアシリコン層の前記未酸化の状態の一部の層に前記ベースウェーハ中の前記ドーパントを拡散させるアニールを加えてもよい。
前記薄膜化工程において、前記イオン注入層を剥離面として前記ボンドウェーハを剥離することにより、前記ボンドウェーハを薄膜化して前記SOI層を得てもよい。
前記ベースウェーハは、ウェーハ全体にドーパントを含有し、前記SOI層との貼り合わせ面である第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面とを有するシリコン単結晶ウェーハからなり、
前記ベースウェーハの前記第2主面に、前記ベースウェーハの前記ドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有する裏面シリコン熱酸化膜が配置されており、
前記SOI層は、前記ベースウェーハのドーパント濃度よりも低い濃度でドーパントを含有するシリコン単結晶からなるものであることを特徴とするSOIウェーハを提供する。
前記バリアシリコン層中に、前記ベースウェーハが含有するドーパントと同種のドーパントが拡散していてもよい。
ウェーハ全体にドーパントを含有し且つ第1主面及び前記第1主面と反対側の第2主面を有するシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハと、前記ベースウェーハのドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有するシリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハとを準備する工程と、
前記ベースウェーハの全面にシリコン酸化膜を熱酸化によって形成する熱酸化工程と、
前記ボンドウェーハの一方の主面と前記ベースウェーハの前記第1主面とを、前記ベースウェーハ上の前記シリコン酸化膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記ボンドウェーハを薄膜化してSOI層を形成する薄膜化工程と、
を含むSOIウェーハの製造方法であって、
前記ベースウェーハの熱酸化工程より前に、前記ベースウェーハの前記第2主面上に、前記ベースウェーハの前記ドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有する裏面シリコン膜を形成する工程を更に含み、
前記熱酸化工程において、前記裏面シリコン膜を熱酸化して、前記シリコン酸化膜の一部としての裏面シリコン熱酸化膜を得ることを特徴とするSOIウェーハの製造方法である。
前記ベースウェーハは、ウェーハ全体にドーパントを含有し、前記SOI層との貼り合わせ面である第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面とを有するシリコン単結晶ウェーハからなり、
前記ベースウェーハの前記第2主面に、前記ベースウェーハの前記ドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有する裏面シリコン熱酸化膜が配置されており、
前記SOI層は、前記ベースウェーハのドーパント濃度よりも低い濃度でドーパントを含有するシリコン単結晶からなるものであることを特徴とするSOIウェーハである。
まず、本発明のSOIウェーハを説明する。
ベースウェーハは、ウェーハ全体にドーパントを含有するシリコン単結晶ウェーハからなる。ドーパントとしては、例えば、B、Ga、P、Sb、As等を挙げることができる。このようなシリコン単結晶ウェーハは、例えば、CZ法やFZ法により製造されたシリコン単結晶インゴットをスライスして得ることができる。
ベースウェーハのSOI層との貼り合わせ面である第1主面とは反対側の第2主面に、裏面シリコン熱酸化膜が配置されている。裏面シリコン熱酸化膜は、ベースウェーハのドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含む。
また、任意に、ベースウェーハのSOI層との貼り合わせ面である第1主面に、表面シリコン酸化膜が配置されていても良い。
また、ベースウェーハの側面に、側面シリコン酸化膜が配置されていても良い。側面シリコン酸化膜が配置されている場合、表面シリコン酸化膜、裏面シリコン熱酸化膜及び側面シリコン酸化膜は、ベースウェーハの全面に形成されたシリコン熱酸化膜を構成することができる。
SOI層は、ベースウェーハのドーパント濃度よりも低い濃度でドーパントを含有するシリコン単結晶からなる。
埋め込み酸化膜は、ベースウェーハとSOI層との間に配置される。
図1は、本発明のSOIウェーハの第一例を示す概略断面図である。
図2は、本発明のSOIウェーハの第二例を示す概略断面図である。
図3は、本発明のSOIウェーハの第三例を示す概略断面図である。
図4は、本発明のSOIウェーハの第四例を示す概略断面図である。
次に、本発明のSOIウェーハの製造方法を説明する。
ウェーハ全体にドーパントを含有し且つ第1主面及び前記第1主面と反対側の第2主面を有するシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハと、前記ベースウェーハのドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有するシリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハとを準備する工程と、
前記ベースウェーハの全面にシリコン酸化膜を熱酸化によって形成する熱酸化工程と、
前記ボンドウェーハの一方の主面と前記ベースウェーハの前記第1主面とを、前記ベースウェーハ上の前記シリコン酸化膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記ボンドウェーハを薄膜化してSOI層を形成する薄膜化工程と、
を含むSOIウェーハの製造方法であって、
前記ベースウェーハの熱酸化工程より前に、前記ベースウェーハの前記第2主面上に、前記ベースウェーハの前記ドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有する裏面シリコン膜を形成する工程を更に含み、
前記熱酸化工程において、前記裏面シリコン膜を熱酸化して、前記シリコン酸化膜の一部としての裏面シリコン熱酸化膜を得ることを特徴とする。
この工程では、ウェーハ全体にドーパントを含有し且つ第1主面及び第1主面と反対側の第2主面を有するシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハと、ベースウェーハのドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有するシリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハとを準備する。
任意のこの工程では、後段で説明する貼り合わせ工程の前に、準備したボンドウェーハの全面に、シリコン酸化膜を形成する。
任意のこの工程では、ボンドウェーハの内部に水素イオン及び希ガスイオンからなる群より選択される少なくとも1種類を注入してイオン注入層を形成する。
この工程では、ベースウェーハの第2主面(ボンドウェーハの貼り合わせ面(第1主面)に対する裏面)上に裏面シリコン膜を形成する。
任意のこの工程では、ベースウェーハの第1主面上にベースウェーハのドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有するバリアシリコン層を形成する。
この工程では、ベースウェーハの全面にシリコン酸化膜を熱酸化によって形成する。また、この工程では、ベースウェーハの第2主面上に形成した裏面シリコン膜を熱酸化して、ベースウェーハの全面に形成するシリコン酸化膜の一部としての裏面シリコン熱酸化膜を得る。
この工程では、ボンドウェーハの一方の主面とベースウェーハの第1主面とを、ベースウェーハ上のシリコン酸化膜を介して貼り合わせる。
この工程では、ボンドウェーハを薄膜化してSOI層を形成する。
図5は、本発明のSOIウェーハの製造方法の第一例を示す概略フロー図である。この例の製造方法によれば、例えば、図1を参照しながら説明した第一例のSOIウェーハであって、表面シリコン酸化膜21がバリアシリコン酸化膜を含まないSOIウェーハを製造することができる。
図6は、本発明のSOIウェーハの製造方法の第二例を示す概略フロー図である。この例の製造方法によれば、例えば図1を参照しながら説明した第一例のSOIウェーハであって、表面シリコン酸化膜21がバリアシリコン酸化膜からなるSOIウェーハを製造することができる。
図7は、本発明のSOIウェーハの製造方法の第三例を示す概略フロー図である。この例の製造方法によれば、例えば、図3を参照しながら説明した第三例のSOIウェーハを製造することができる。
ベースウェーハ、ボンドウェーハ、裏面シリコン膜、裏面シリコン熱酸化膜、バリアシリコン層、バリアシリコン酸化膜などにおけるドーパント濃度は、例えば、2次イオン質量分析装置(SIMS)を用いて測定することができる。
実施例1では、図6に概略的に示すフローと同様のフローで、SOIウェーハ100の製造を行なった。
まず、ボンドウェーハ31として、直径300mm、ボロンドープ(ドーパント濃度1×1015atoms/cm3)のp型シリコン単結晶ウェーハ(抵抗率10Ωcm)を準備した。また、ベースウェーハ10として、直径300mm、ボロンドープ(ドーパント濃度1×1017atoms/cm3)のp型シリコン単結晶ウェーハ(抵抗率0.1Ωcm)を準備した。
次に、ベースウェーハ10を、貼り合わせ面である第1主面11を下にして、CVD炉のサセプタに載置し、第2主面12上に裏面シリコン膜40として、ボロンドープのポリシリコン膜をCVD法により形成した。形成したポリシリコン膜の厚さは、500nmとした。形成したポリシリコン膜のドーパント濃度は、1×1015atoms/cm3とした。
次に、ベースウェーハ10の貼り合わせ面である第1主面11上に、バリアシリコン層60をエピタキシャル成長させた。バリアシリコン層は、導電型がp型であり、厚さが400nmであり、抵抗率が10Ωcmであり、ドーパント濃度が1×1015atoms/cm3であった。
次に、ベースウェーハ10の全面を熱酸化して、ベースウェーハ10の全面を被覆するシリコン酸化膜50を形成した。
次に、工程(c)の熱酸化に供したベースウェーハ10と、イオン注入層を形成したボンドウェーハ31とを、バリアシリコン酸化膜21とボンドウェーハ31の一方の主面32とが接するように貼り合わせた。
この貼り合わせたウェーハに対して30分間、500℃のアルゴン雰囲気下で剥離熱処理を施し、イオン注入層を剥離面としてボンドウェーハ31を剥離することにより、ボンドウェーハ31を薄膜化してSOI層30を得た。
製造条件を下記表1~表3のそれぞれに示す条件としたこと以外は実施例1と同様の条件で、各例のSOIウェーハ100を製造した。
各例のSOIウェーハ100のSOI層30中のドーパント濃度を、SIMSを用いて測定した。その結果を以下の表1~表3にそれぞれ示す。
比較例2及び3では、ベースウェーハ10の第2主面12上にポリシリコン膜を形成しなかったこと以外は実施例3及び5とそれぞれ同様の条件で、各例のSOIウェーハ100を製造した。比較例2のSOIウェーハのSOI層のボロン濃度は、8×1017atoms/cm3であった。また、比較例3のSOIウェーハのSOI層のリン濃度は、3×1015atoms/cm3であった。
実施例6では、形成するバリアシリコン層の厚さを変化させたこと以外は実施例2と同一条件でSOIウェーハを作製した場合の、バリアシリコン層(エピ層)の厚さとSOI層/埋め込み酸化膜(BOX層)界面付近のSOI層中のボロン濃度との関係をシミュレーションした。その結果を図により算出した結果を図8に示す。
実施例7では、埋め込み酸化膜の膜厚を2μmとした以外は実施例6と同一条件でシミュレーションを行った。バリアシリコン層(エピ層)の厚さとSOI層/埋め込み酸化膜界面付近のSOI層中のボロン濃度との関係を算出したシミュレーション結果を、図9に示す。
Claims (12)
- 少なくとも、
ウェーハ全体にドーパントを含有し且つ第1主面及び前記第1主面と反対側の第2主面を有するシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハと、前記ベースウェーハのドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有するシリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハとを準備する工程と、
前記ベースウェーハの全面にシリコン酸化膜を熱酸化によって形成する熱酸化工程と、
前記ボンドウェーハの一方の主面と前記ベースウェーハの前記第1主面とを、前記ベースウェーハ上の前記シリコン酸化膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記ボンドウェーハを薄膜化してSOI層を形成する薄膜化工程と、
を含むSOIウェーハの製造方法であって、
前記ベースウェーハの熱酸化工程より前に、前記ベースウェーハの前記第2主面上に、前記ベースウェーハの前記ドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有する裏面シリコン膜を形成する工程を更に含み、
前記熱酸化工程において、前記裏面シリコン膜を熱酸化して、前記シリコン酸化膜の一部としての裏面シリコン熱酸化膜を得ることを特徴とするSOIウェーハの製造方法。 - 前記裏面シリコン膜として、ポリシリコン、アモルファスシリコン、及び単結晶シリコンからなる群より選択される少なくとも1種を含む膜を形成する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。
- 前記ベースウェーハの熱酸化工程より前に、前記ベースウェーハの前記第1主面上に前記ベースウェーハの前記ドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有するバリアシリコン層を形成する工程を更に含み、
前記熱酸化工程において、前記バリアシリコン層を熱酸化して、前記シリコン酸化膜の一部としてのバリアシリコン酸化膜を得て、
前記貼り合わせ工程において、前記ボンドウェーハの前記一方の主面と前記ベースウェーハの前記第1主面とを、前記シリコン酸化膜の一部である前記バリアシリコン酸化膜を介して貼り合わせることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のSOIウェーハの製造方法。 - 前記貼り合わせ工程より前に、前記ボンドウェーハの全面にシリコン酸化膜を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項1~請求項3の何れか1項に記載のSOIウェーハの製造方法。
- 前記貼り合わせ工程において、前記ボンドウェーハの前記一方の主面のシリコン単結晶表面と前記ベースウェーハの前記バリアシリコン酸化膜の表面とを直接貼り合わせ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。
- 前記バリアシリコン層として、ドーパントの濃度が1×1016atoms/cm3以下のものを形成することを特徴とする請求項3又は請求項5に記載のSOIウェーハの製造方法。
- 前記熱酸化工程において、前記バリアシリコン層の一部が未酸化の状態で残るように熱酸化を行い、
その後に、前記バリアシリコン層の前記未酸化の状態の一部の層に前記ベースウェーハ中の前記ドーパントを拡散させるアニールを加えることを特徴とする請求項3、請求項5又は請求項6に記載のSOIウェーハの製造方法。 - 前記貼り合わせ工程より前に、前記ボンドウェーハの内部に水素イオン及び希ガスイオンからなる群より選択される少なくとも1種類を注入してイオン注入層を形成するイオン注入工程を更に含み、
前記薄膜化工程において、前記イオン注入層を剥離面として前記ボンドウェーハを剥離することにより、前記ボンドウェーハを薄膜化して前記SOI層を得ることを特徴とする請求項1~請求項7の何れか1項に記載のSOIウェーハの製造方法。 - 前記ベースウェーハとして、前記ドーパント濃度が1×1017atoms/cm3以上のものを準備することを特徴とする請求項1~請求項8の何れか一項に記載のSOIウェーハの製造方法。
- ベースウェーハと、埋め込み酸化膜と、前記埋め込み酸化膜を介して前記ベースウェーハに貼り合わされたSOI層とを含むSOIウェーハであって、
前記ベースウェーハは、ウェーハ全体にドーパントを含有し、前記SOI層との貼り合わせ面である第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面とを有するシリコン単結晶ウェーハからなり、
前記ベースウェーハの前記第2主面に、前記ベースウェーハの前記ドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有する裏面シリコン熱酸化膜が配置されており、
前記SOI層は、前記ベースウェーハのドーパント濃度よりも低い濃度でドーパントを含有するシリコン単結晶からなるものであることを特徴とするSOIウェーハ。 - 前記ベースウェーハの前記第1主面に、前記埋め込み酸化膜の少なくとも一部としてのバリアシリコン酸化膜が配置されているものであることを特徴とする請求項10に記載のSOIウェーハ。
- 前記ベースウェーハと前記バリアシリコン酸化膜との間に、バリアシリコン層が配置されており、
前記バリアシリコン層中に、前記ベースウェーハが含有するドーパントと同種のドーパントが拡散しているものであることを特徴とする請求項11に記載のSOIウェーハ。
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