JP3080914B2 - 半導体ウェーハ製造方法 - Google Patents
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Description
造方法に関し、特にSOI(シリコンオンインシュレー
タ)半導体ウェーハの大量生産を可能にし費用を節減す
るために生産性及び収率を向上させ得る半導体ウェーハ
の製造方法に関する。
OI半導体ウェーハ形成技術は、先ず半導体基板上に絶
縁役割をするシリコン酸化膜を形成し、その上に実際に
用いられる半導体基板、例えば単結晶シリコン層を形成
し、この単結晶シリコン層の上部に半導体素子を製造す
る方法として知られており、素子の分離技術が容易であ
り、素子の電気的な特性が優れ広範囲に研究されてい
る。
トランジスタ(metal oxide semico
nductor field effect tran
sistor、以下MOSFETという)はゲート、ソ
ース、ドレイン、半導体基板の4−ターミナル(ter
minal)構造であるのに比べ、SOI構造のMOS
FETは半導体基板に対するコンタクト及び関連配線に
対する連結が不要なためゲート、ソース、ドレインの3
−ターミナル構造を有し、チップ(chip)の大きさ
を小型化することができる。
は、CMOSを実現する際にウェルを形成せず、それぞ
れのMOSFETの活性領域が互いに絶縁されているた
めラッチ−アップ(latch−up)を防ぐことがで
きる。
ウェーハはソース/ドレイン接合がフィルム厚さ全体に
形成されるため、ソース/ドレインの面接合容量(ar
eajunction capacitance)が殆
どなく、媒介変数(perimeter)による接合容
量のみ存在する。従って、SOI素子はバルクMOSF
ETに比べ高速、低電力特性を有する。
なICチップ(IC chip)の回路的要素とCMO
S回路のラッチ アップの間で発生するキャパシタ カ
ップリング(capacitive couplin
g)を減少させ、チップの大きさ減少及びパッキング密
度増加で全体的な回路の動作速度を増加させ、寄生キャ
パシタンスとチップ大きさを減少させる特性を有する。
レクトロン(Hot electron)効果の減少、
ショット チャンネル効果(Short channe
leffect)の減少等のような長所を有する。
ウェーハを接合した後、一つのウェーハを薄く製造する
B・E(Bond & Etch、以下BEという)法
と、半導体基板上部に酸素インプラント(oxygen
implanted)後、熱処理により埋込み酸化膜
(buried oxide)とシリコン膜を形成する
SIMOX(Separation By IMpla
ted Oxygen)法が用いられており、近来には
スマート カット(smart cut)方法を用いる
こともある。
ーハの製造方法を説明すれば以下の通りである。
ト カット方法によるSOIウェーハの製造工程を示す
断面図である。
よるSOIウェーハの製造工程は先ず、図1に示すよう
に第1ウェーハ(1)と第2ウェーハ(11)をそれぞ
れ準備し、前記第1ウェーハ(1)上部に熱酸化膜
(3)を所定厚さ形成する。
ェーハ(1)に水素イオンを注入し前記熱酸化膜(3)
より深く水素イオン注入領域(5)を形成する。
注入エネルギーを用途に従い10KeV〜2MeVと
し、ドーズ(dose)は1×1016〜1017/cm2
にして実施する。
ーハ(1)を前記第2ウェーハ(11)のベアウェーハ
(bare wafer)に接合させる。この際、前記
第1ウェーハ(1)の上部に形成された熱酸化膜(3)
が前記第2ウェーハ(11)の上部面と接合されるよう
にする。
ウェーハ(11)が接合した状態で約400〜600℃
ほどの温度下で熱処理する。
ン注入領域(5)が形成された部分を切断して前記第2
ウェーハ(11)に形成された一つのSOIウェーハ
(10)と、前記第1ウェーハ(1b)に形成されたベ
アウェーハをそれぞれ形成する。
前記第2ウェーハ(11)上部に熱酸化膜(3)が形成
され、その上部に前記第1ウェーハ(1)の切断された
部分(1a)が接合され形成される。
約900℃以上の高温で熱処理して化学的に結合を強化
させ、CMP装置を利用したタッチ ポリシング(to
uch polishing)を経て表面粗度を緩和さ
せることにより、後続工程で素子製造が容易なSOIウ
ェーハを完成する。
基づくSOIウェーハ製造方法においては次のような問
題点が存在する。
においては、水素イオンを熱酸化膜が形成されたウェー
ハ上部に注入してベアウェーハと接合させ熱処理した
後、水素イオンが注入された面を切断して一枚のSOI
ウェーハを形成する。
表面粗度が良くないので表面粗度を緩和させるためポリ
シング工程を行わなければならない。
るベアウェーハはさらにSOIウェーハ製造工程に再使
用することになる。
ェーハを再使用してSOIウェーハを形成しなければな
らない場合に製造工程が複雑になり、さらにそれに伴う
費用が増加し、SOIの大量生産が困難な問題点が存在
する。
解決するため考案されたものであり、製造工程を単純化
させSOIウェーハの生産性を向上させることができる
半導体ウェーハ製造方法を提供することにその目的があ
る。
の本発明による半導体ウェーハ製造方法は、第1ウェー
ハと第2ウェーハを提供する工程と、第1ウェーハ上部
に熱酸化膜を形成する工程と、第2ウェーハに酸素イオ
ンをイオン注入して酸素イオン注入領域を形成する工程
と、第2ウェーハに水素イオンをイオン注入して酸素イ
オン注入領域より浅い水素イオン注入領域を形成する工
程と、第2ウェーハの上部面を第1ウェーハの熱酸化膜
上部面に接合させる工程と、接合されたウェーハを熱処
理する工程と、第1ウェーハと第2ウェーハを、水素イ
オン注入領域を切断面に分離切断して第1SOIウェー
ハとベアウェーハを形成する工程と、第1SOIウェー
ハを熱処理して化学的結合を強化させる工程と、ベアウ
ェーハを熱処理工程を介しベアウェーハ内に存在する酸
素イオン注入領域を活性化して酸化膜を形成し第2SO
Iウェーハを形成する工程と、第1及び第2SOIウェ
ーハ表面を平坦化させる工程を含んでなることをその特
徴とする。
方法は、第1ウェーハと第2ウェーハを提供する工程
と、第1ウェーハ上部に第1熱酸化膜を形成する工程
と、第2ウェーハ上部に第2熱酸化膜を形成する工程
と、第2ウェーハに酸素イオンと水素イオンを順次イオ
ン注入して酸素イオン注入領域と水素イオン注入領域を
それぞれ形成する工程と、第2ウェーハの上部面を第1
ウェーハの上部面に接合させる工程と、接合されたウェ
ーハを熱処理する工程と、第1及び第2ウェーハを水素
イオン注入領域を伝達面にして分離切断し、第1SOI
ウェーハとベアウェーハを形成する工程と、第1SOI
ウェーハを熱処理して化学的結合を強化させる工程と、
ベアウェーハを熱処理工程によりベアウェーハ内に存在
する酸素イオン注入領域を活性化して酸化膜を形成し第
2SOIウェーハを形成する工程と、第1及び第2SO
Iウェーハ表面を平坦化させる工程を含んでなることを
その特徴とする。
半導体ウェーハの製造方法を添付の図を参照して詳細に
説明する。
係るSOIウェーハ製造方法を示す断面図である。
ハ製造方法は、先ず図6に示すように、ベアウェーハで
ある第1ウェーハ(21)および第2ウェーハ(31)
をそれぞれ備え、第1ウェーハ(21)の表面を熱酸化
させて熱酸化膜(23)を所定厚さ形成する。
1,100℃程度の温度下で約30〜60分間熱工程を
行い、約500〜10,000Å程度の厚さに形成す
る。
ハである第2ウェーハ(31)に酸素イオンを注入して
酸素イオン注入領域(33)を形成し、酸素イオン注入
領域(33)より浅く水素イオンをイオン注入して水素
イオン注入領域(35)を形成する。
ェーハの厚さに従い10KeV〜2MeVとし、ドーズ
は1×1012/cm2 〜1×1016/cm2 程度にイオ
ン注入工程を行って形成する。
オン注入エネルギーを用途に従い10KeV〜2MeV
にし、ドーズは1×1016〜1017/cm2 程度のイオ
ン注入工程を行って形成する。
ハ(31)の水素イオン注入領域(35)が第1ウェー
ハ(21)の上部に形成された熱酸化膜(23)上部に
接合するよう、第1ウェーハ(21)と第2ウェーハ
(31)を接合させる。
400〜600℃程度の温度下で熱処理する。
注入領域(35)部分を切断し第1SOIウェーハ(2
0)と、ベアウェーハの第2SOIウェーハ(30)を
形成する。
ウェーハ(20)は約900〜1,200℃程度の温度
で熱処理して化学的結合を強化させる。
900〜1,200℃程度の温度の窒素、又は酸素ガス
雰囲気下で約30〜100分間熱処理することにより、
第2SOIウェーハ(30)内部に形成された酸素イオ
ン注入領域(33)を活性化して酸化膜(33a)を形
成し、SIMOXのような方法の第2SOIウェーハ
(30)を形成する。
0,30)の表面粗度を緩和させ二つのSOIウェーハ
を完成する。
30)の表面粗度は化学機械錬磨(Chemical
Mechanical Polishing、以下CM
Pという)方法で緩和させる。
を15〜40rpm、ポリシングヘッドのバック圧力
(back pressure of polishi
nghead)を0.1〜2psi、ウェーハを押え込
むポリシング ヘッドの圧力を0.1〜9psiにして
行い、スラリーはKOH系又はNH4 OH系を用いる。
ウェーハ製造方法を説明すれば次の通りである。
に係るSOIウェーハ製造方法を示す断面図である。
ハ製造方法は、先ず図11に示すように、ベアウェーハ
である第1ウェーハ(41)および第2ウェーハ(5
1)をそれぞれ備え、第1ウェーハ(41)と第2ウェ
ーハ(51)の表面をそれぞれ熱酸化させ第1熱酸化膜
(43)と第2酸化膜(53)を所定厚さだけ形成す
る。
は約900〜1,100℃程度の温度で約30〜60分
間熱工程を行い、約500〜10,000Å程度の厚さ
にそれぞれ形成する。
オンと水素イオンをそれぞれイオン注入して酸素イオン
注入領域(55)と水素イオン注入領域(57)をそれ
ぞれ形成する。
ェーハの厚さに従い10KeV〜2MeVにし、ドーズ
は1×1012/cm2 〜1×1016/cm2 程度にイオ
ン注入工程を行って形成する。
オン注入エネルギーを用途に従い10KeV〜2MeV
にし、ドーズは1×1016〜1017/cm2 程度にイオ
ン注入工程を行って形成する。
化膜(53)が形成された第2ウェーハ(51)を第1
熱酸化膜(43)が形成された第1ウェーハ(41)に
接合させるが、第1熱酸化膜(43)上部に第2熱酸化
膜(53)が接合されるようにする。
0〜600℃程度の温度下で熱処理する。
10と同一工程を行い二つのSOIウェーハを形成す
る。
導体ウェーハ製造方法においては、次のような効果を有
する。
いては一つのウェーハ熱酸化膜を形成し、他の一つのウ
ェーハには酸素イオン注入領域と水素イオン注入領域を
形成した後、二つのウェーハを接合させ熱処理した後、
水素イオン注入領域を切断面にして分離し、前記他の一
つのウェーハを熱酸化させて二つのSOIウェーハを形
成することにより工程を単純化させSOIウェーハの生
産性を向上させ得る利点を有する。
示す断面図。
示す断面図。
示す断面図。
示す断面図。
示す断面図。
製造工程を示す断面図。
製造工程を示す断面図。
製造工程を示す断面図。
製造工程を示す断面図。
の製造工程を示す断面図。
の製造工程を示す断面図。
の製造工程を示す断面図。
Claims (20)
- 【請求項1】 第1ウェーハと第2ウェーハを提供する
工程;前記第1ウェーハ上部に熱酸化膜を形成する工
程;前記第2ウェーハに酸素イオンをイオン注入して酸
素イオン注入領域を形成する工程;前記第2ウェーハに
水素イオンをイオン注入して水素イオン注入領域を形成
するが、前記酸素イオン注入領域より浅く形成する工
程;前記第2ウェーハの上部面を前記第1ウェーハの熱
酸化膜上部面に接合させる工程;前記接合されたウェー
ハを熱処理する工程;前記第1ウェーハと第2ウェーハ
を、前記水素イオン注入領域を切断面に分離切断して第
1SOIウェーハとベアウェーハを形成する工程;前記
第1SOIウェーハを熱処理して化学的結合を強化させ
る工程;前記ベアウェーハを熱処理工程を介し、前記ベ
アウェーハ内に存在する前記酸素イオン注入領域を活性
化して酸化膜を形成し第2SOIウェーハを形成する工
程;前記第1及び第2SOIウェーハ表面を、平坦化さ
せる工程を含んでなることを特徴とする半導体ウェーハ
製造方法。 - 【請求項2】 前記熱酸化膜は、約900〜1,100
℃程度の温度下で約30〜60分間熱処理して形成する
ことを特徴とする請求項1記載の半導体ウェーハ製造方
法。 - 【請求項3】 前記熱酸化膜は、約500〜10,00
0Å程度の厚さに形成することを特徴とする請求項1記
載の半導体ウェーハ製造方法。 - 【請求項4】 前記水素イオン注入領域は、10KeV
〜2MeV程度のイオン注入エネルギーで形成すること
を特徴とする請求項1記載の半導体ウェーハ製造方法。 - 【請求項5】 前記水素イオン注入領域は、1×1016
〜1017/cm2 程度のドーズ量で形成することを特徴
とする請求項1記載の半導体ウェーハ製造方法。 - 【請求項6】 前記酸素イオン注入領域は、10KeV
〜2MeV程度のイオン注入エネルギーで形成すること
を特徴とする請求項1記載の半導体ウェーハ製造方法。 - 【請求項7】 前記酸素イオン注入領域は、1×1012
/cm2 〜1×1016/cm2 程度のドーズ量で形成す
ることを特徴とする請求項1記載の半導体ウェーハ製造
方法。 - 【請求項8】 前記接合されたウェーハの熱処理工程
は、約400〜600℃程度の温度下で行うことを特徴
とする請求項1記載の半導体ウェーハ製造方法。 - 【請求項9】 前記第1SOIウェーハの熱処理工程
は、約900〜1,200℃程度の温度下で行うことを
特徴とする請求項1記載の半導体ウェーハ製造方法。 - 【請求項10】 前記第2SOIウェーハは、900〜
1,200℃ほどの温度の窒素、又は酸素ガス雰囲気下
で約30〜100分間熱処理工程を行って形成すること
を特徴とする請求項1記載の半導体ウェーハ製造方法。 - 【請求項11】 前記平坦化工程は、CMP方法で行う
ことを特徴とする請求項1記載の半導体ウェーハ製造方
法。 - 【請求項12】 前記平坦化工程は、テーブル速度を1
5〜40rpm、ポリシング ヘッドのバック圧力を
0.1〜2psi、ウェーハを押え込むポリシング ヘ
ッドの圧力を0.1〜9psiにし、KOH系又はNH
4 OH系のスラリーを用いて行うことを特徴とする請求
項1記載の半導体ウェーハ製造方法。 - 【請求項13】 第1ウェーハと第2ウェーハを提供す
る工程;前記第1ウェーハ上部に第1熱酸化膜を形成す
る工程;前記第2ウェーハ上部に第2熱酸化膜を形成す
る工程;前記第2ウェーハに酸素イオンと水素イオンを
順次イオン注入し、酸素イオン注入領域と水素イオン注
入領域をそれぞれ形成する工程;前記第2ウェーハの上
部面を前記第1ウェーハの上部面に接合させる工程;前
記接合されたウェーハを熱処理する工程;前記第1及び
第2ウェーハを、前記水素イオン注入領域を切断面に分
離切断し、第1SOIウェーハとベアウェーハを形成す
る工程;前記第1SOIウェーハを熱処理し化学的結合
を強化させる工程;前記ベアウェーハを熱処理工程によ
り、前記ベアウェーハ内に存在する酸素イオン注入領域
を活性化して酸化膜を形成し第2SOIウェーハを形成
する工程;前記第1及び第2SOIウェーハ表面を平坦
化させる工程を含んでなることを特徴とする半導体ウェ
ーハ製造方法。 - 【請求項14】 前記熱酸化膜は、約900〜1,10
0℃程度の温度下で約30〜60分間熱処理し約500
〜10,000Å程度の厚さに形成することを特徴とす
る請求項13記載の半導体ウェーハ製造方法。 - 【請求項15】 前記水素イオン注入領域は、1×10
16〜1017/cm2程度のドーズ量を10KeV〜2M
eV程度のイオン注入エネルギーでイオン注入して形成
することを特徴とする請求項13記載の半導体ウェーハ
製造方法。 - 【請求項16】 前記酸素イオン注入領域は、1×10
12/cm2 〜1×1016/cm2 程度のドーズ量を10
KeV〜2MeV程度のイオン注入エネルギーでイオン
注入して形成することを特徴とする請求項13記載の半
導体ウェーハ製造方法。 - 【請求項17】 前記接合されたウェーハの熱処理工程
は、約400〜600℃程度の温度下で行うことを特徴
とする請求項13記載の半導体ウェーハ製造方法。 - 【請求項18】 前記第1SOIウェーハの熱処理工程
は、約900〜1,200℃程度の温度下で行うことを
特徴とする請求項13記載の半導体ウェーハ製造方法。 - 【請求項19】 前記第2SOIウェーハは、約900
〜1,200℃程度の温度の窒素、又は酸素ガス雰囲気
下で約30〜100分間熱処理工程を行って形成するこ
とを特徴とする請求項13記載の半導体ウェーハ製造方
法。 - 【請求項20】 前記平坦化工程はテーブル速度を15
〜40rpm、ポリシング ヘッドのバック圧力を0.
1〜2psi、ウェーハを押え込むポリシング ヘッド
の圧力を0.1〜9psiにし、KOH系又はNH4 O
H系のスラリーを用いるCMP工程で行うことを特徴と
する請求項13記載の半導体ウェーハ製造方法。
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