JP3900741B2 - Manufacturing method of SOI wafer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン注入したウェーハを熱処理後に剥離してSOIウェーハを製造する、いわゆる水素イオン剥離法(スマートカット法とも呼ばれている)に関し、SOI層の膜厚均一性に優れ、不純物汚染の少ないSOIウェーハの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
貼り合わせ法を用いたSOI(silicon on insulator)ウェーハの作製方法として、2枚のシリコンウェーハをシリコン酸化膜を介して貼り合わせる技術、例えば特公平5−46086号公報に示されている様に、少なくとも一方のウェーハに酸化膜を形成し、接合面に異物を介在させることなく相互に密着させた後、200〜1200℃の温度で熱処理して結合強度を高める方法が、従来より知られている。
【0003】
熱処理を行なうことにより結合強度が高められた貼り合わせウェーハは、その後の研削研磨工程が可能となるため、素子作製側ウェーハを研削及び研磨により所望の厚さに減厚加工することにより、素子形成を行なうSOI層を形成することができる。
このようにして作製された貼り合わせSOIウェーハは、SOI層の結晶性に優れ、SOI層直下に存在する埋め込み酸化膜の信頼性も高いという利点はあるが、研削及び研磨により薄膜化しているため、薄膜化に時間がかかる上、材料が無駄になり、しかも膜厚均一性は高々目標膜厚±0.3μmしか得られなかった。
【0004】
一方、近年の半導体デバイスの高集積化、高速度化に伴い、SOI層の厚さは更なる薄膜化と膜厚均一性の向上が要求されており、具体的には0.1±0.01μm程度の膜厚及び膜厚均一性が必要とされている。
このような膜厚及び膜厚均一性をもつ薄膜SOIウェーハを貼り合わせウェーハで実現するためには従来の研削・研磨での減厚加工では不可能であるため、新たな薄膜化技術として、特開平5−211128号公報に開示されている水素イオン剥離法と呼ばれる方法(スマートカット法とも呼ばれる)が開発された。
【0005】
この水素イオン剥離法は、二枚のシリコンウェーハのうち少なくとも一方に酸化膜を形成するとともに、片方のシリコンウェーハの上面から水素イオンまたは希ガスイオンを注入し、該シリコンウェーハ内部に微小気泡層(封入層)を形成させた後、該イオン注入面を酸化膜を介して他方のウェーハと密着させ、その後熱処理(剥離熱処理)を加えて微小気泡層を劈開面(剥離面)としてイオン注入したウェーハを薄膜状に剥離し、さらに熱処理(結合熱処理)を加えて強固に結合してSOIウェーハとする技術である。
【0006】
この方法では、剥離面は良好な鏡面であり、SOI層の均一性が極めて高いSOIウェーハが比較的容易に得られる上、剥離した一方のウェーハを再利用できるので、材料を有効に使用できるという利点も有する。
また、この方法は、酸化膜を介さずに直接シリコンウェーハ同士を結合することもできるし、シリコンウェーハ同士を結合する場合だけでなく、シリコンウェーハにイオン注入して、石英、炭化珪素、アルミナ等の熱膨張係数の異なる絶縁性ウェーハと結合する場合にも用いられる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記水素イオン剥離法でSOIウェーハを製造する方法としては、ボンドウェーハ(SOI層を形成するウェーハ)とベースウェーハ(SOI層の支持基板となるウェーハ)のどちらに酸化膜を形成するかによって、その製造方法が大別される。すなわち、図2(A)のようにイオン注入を行わないベースウェーハ側のみに酸化膜を形成する方法と、図2(B)のようにボンドウェーハに酸化膜を形成してからその酸化膜を通してイオン注入する方法とがある。
尚、(B)の場合には、ベースウェーハにも酸化膜を形成することもある。
【0008】
何れの手法を用いた場合であっても、イオン注入を行ったボンドウェーハの表面が結合界面となっている点では共通しているが、このイオン注入を行った表面にはイオン注入プロセスにおける装置起因の発塵や表面汚染が付着しており、これら付着物は洗浄してもなかなか除去されないため、結合不良の発生原因となり、SOIウェーハの製造歩留まりを低下させる要因となっていた。
【0009】
また、図2(A)と図2(B)の製造方法のうち、現在主流となっているのは図2(B)である。その理由の1つは、イオンを注入するボンドウェーハに酸化膜が形成されていないと、チャネリング現象によりイオンの注入深さのバラツキが悪化し、剥離後のSOI層の膜厚均一性が低下する可能性があるからである。ここで、チャネリング現象とは、結晶性の物質の結晶軸や結晶面とほぼ平行にイオンを入射すると、結晶原子の隙間を蛇行しながらイオンが通り抜けてゆく現象をいい、非平行の入射に比べてイオン注入深さのバラツキが大きくなる。
【0010】
シリコンウェーハの場合、その表面は特定の方位(例えば<100>など)に加工されているので、このチャネリング現象が発生しやすく、酸化膜を形成することによりこのチャネリング現象を抑えることが好ましい。
ボンドウェーハに酸化膜を形成するもう一つの理由は、ボンドウェーハに酸化膜を予め形成しておけば、その結合界面に取込まれた不純物(雰囲気中のボロンやイオン注入による金属や有機物等の汚染物)が活性層(SOI層)に拡散するのを抑制することができ、SOI層の結晶性や電気特性の劣化を防止できるからである。
【0011】
ところが、水素イオン剥離法を行う場合のイオン注入深さのバラツキ(標準偏差σ)は、前述のチャネリング現象が発生しなければ、現状のイオン注入機を用いればσ=0.4nmを得ることができる。すなわち、3σ=1.2nmであるので、目標注入深さ±1.2nm以内にほとんど全てのイオンが注入されることになるので、剥離後のSOI層の膜厚は目標膜厚±1.5nm以下の優れた膜厚均一性を有するSOIウェーハが得られるはずである。
【0012】
しかし、前述の理由によりイオン注入を行うボンドウェーハに酸化膜を形成すると、形成される酸化膜もその膜厚にバラツキがあるため、この酸化膜を通してシリコン中に注入されるイオンもその注入深さに影響を受ける。
例えば、SOIウェーハの埋め込み酸化膜の厚さとして400nmが必要な場合、この酸化膜を通常の量産レベルでの酸化条件を用いて形成すると、酸化膜厚のバラツキは高々σ=2.0nm程度しか得られない。また、生産性を無視して酸化条件を厳密にコントロールしてもσ=1.0nm前後が限度であるので、ボンドウェーハに酸化膜を形成して製造されたSOIウェーハのSOI膜厚均一性としては、目標膜厚±3nm程度が限界であった。
【0013】
本発明は、上記問題点を考慮してなされたもので、SOIウェーハの製造歩留まりを低下させる最大の要因である結合不良を低下させ、しかもSOI層の膜厚均一性がSOIウェーハの酸化膜厚のバラツキに影響を受けることなく、イオン注入装置の注入性能(注入深さのバラツキ)のみに依存するようにして、膜厚均一性に優れたSOIウェーハおよびその製造方法を提供すること目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明の請求項1に記載した発明は、ボンドウェーハ表面より水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一方を注入して該ボンドウェーハ内部に微小気泡層(注入層)を形成した後、該イオン注入面上に第1の温度でCVD酸化膜を形成し、該CVD酸化膜の表面を平坦化処理した後、該表面をベースウェーハ表面と密着させ、その後、第1の温度より高温の第2の温度で熱処理を加えて微小気泡層でボンドウェーハを薄膜状に剥離することを特徴とするSOIウェーハの製造方法である。
【0015】
このように、ボンドウェーハの水素イオンまたは希ガスイオンを注入した面にCVD(Chemical Vapor Deposition)酸化膜(CVD法により形成された酸化膜)を堆積することにより、イオン注入プロセスで発塵があっても、それは酸化膜中に埋没して表面に露出しなくなる。また、それが原因でCVD酸化膜表面に凸部が形成されたとしても、その後のCVD酸化膜表面を平坦化する工程で除去されるので結合不良を低減できる。そして、水素イオン注入を行った後にCVD酸化膜(埋め込み酸化膜)を形成するため、水素イオン注入の均一性が、酸化膜の膜厚均一性となる。
【0016】
また、ボンドウェーハのイオン注入面上にCVD酸化膜を形成する温度(第1の温度)は、該CVD酸化膜の形成段階で微小気泡層での剥離が生じない温度とし、その温度としては請求項2のようにCVD酸化膜を形成する第1の温度を450℃以下にすれば、CVD酸化膜の形成工程で、微小気泡層が剥離してしまうことを確実に防ぐことができる。
さらに、請求項3のようにベースウェーハの表面に予め熱酸化膜を形成しておけば、SOIウェーハの埋め込み酸化膜の絶縁耐圧を向上させ、静電容量の調整をすることができる。
尚、イオン注入に際しては、請求項4のようにボンドウェーハの結晶軸や結晶面に対し非平行に注入することが好ましい。これにより注入イオンのチャネリング現象を減少させることができるので、イオン注入深さのバラツキを増加させることを防止できる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図1を参照しながら説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。ここで、図1は本発明による貼り合わせSOIウェーハの製造工程の一例を示すフロー図である。
工程(a)では、2枚のシリコンウェーハ1、2を準備するものであり、両ウェーハとも少なくとも結合すべき面が鏡面研磨されている単結晶シリコンウェーハである。尚、1はベースウェーハ、2はボンドウェーハである。
【0018】
工程(b)は、SOI層となるボンドウェーハ2に水素イオンを注入する工程である。ボンドウェーハ2の一方の面(ベースウェーハ1と結合される面)の上面から水素イオンまたは希ガスイオンのうち少なくとも一種類、ここでは水素イオンを注入し、イオンの平均進入深さにおいて表面に平行な微小気泡層(封入層)3を形成させるもので、この注入時のウェーハ温度は25〜450℃が好ましく、特に200℃以下がより好ましい。
そして、上記イオン注入時のエネルギーは、作製するSOIウェーハのSOI層の目標厚さにより適宜決定される。また、チャネリング現象を防ぐために、ボンドウェーハ2の結晶軸又は結晶面に対して非平行となる様に、若干傾けた入射角で注入することが好ましい。
【0019】
次に、工程(c)は、イオン注入されたボンドウェーハ2の表面(少なくともベースウェーハと結合する表面)にCVD酸化膜4を堆積する工程である。このCVD酸化膜4を形成する段階で前記した微小気泡層3での剥離発生を防ぐには、CVD酸化膜を形成する第1の温度(堆積温度)は450℃以下が好ましく、例えば400から450℃の温度範囲で化学気相蒸着(CVD)法で成長させる。CVD装置としては、常圧CVD装置、減圧CVD装置、あるいはプラズマCVD装置等が挙げられる。
又、このCVD酸化膜4はSOIウェーハの埋め込み酸化膜となるので、その厚さは用途に応じて設定されるが、通常0.1〜2.0μm程度が用いられる。
【0020】
工程(d)は、CVD酸化膜4表面を平坦化する工程である。CVD酸化膜4の堆積により、イオン注入プロセスでの発塵等がボンドウェーハ表面に付着していても酸化膜中に埋没して表面に露出しなくなるので、付着物に起因する結合不良を低減することができる。
ただし、例えば常圧CVD装置で形成したCVD酸化膜は、その表面粗さを原子間力顕微鏡で1μm角で測定すると、Rms(Root Mean Square Roughness:自乗平均平方根粗さ)が約1.2nm程度あるため、ベースウェーハとの結合が不可能なレベルである。従って、この表面をCMP(Chemical and Mechanical Polishing)等の方法を用いて平坦化して結合する。CVD酸化膜は熱酸化膜に比べてやわらかく研磨速度が速いので、容易に平坦化することが出来る。この際、CVD酸化膜形成前の表面の付着物が原因でCVD酸化膜表面に凸部が形成されていたとしても、この平坦化工程で除去されるので結合不良を低減できる。
尚、CVD酸化膜4を堆積後のCVD酸化膜表面のRms がもともと0.5nm程度以下であれば、上記工程(d)を省略することもできる。
【0021】
次に、工程(e)は、洗浄後の両ウェーハ1,2を重ね合せて密着させる工程であり、常温の清浄な雰囲気下で2枚のウェーハの表面同士を接触させることにより、接着剤等を用いることなくウェーハ同士が接着する。この際、必要に応じてベースウェーハ表面に熱酸化膜を形成しておくこともできる。CVD酸化膜4は熱酸化膜に比べて絶縁耐圧等の電気特性が劣るので、SOIウェーハの埋め込み酸化膜について高い絶縁耐圧や静電容量が要求される場合には、ベースウェーハ1に予め必要な厚さの熱酸化膜を形成しておけばこれらを満足することができる。
【0022】
工程(f)は、微小気泡層(封入層)3を境界として剥離することによって、剥離ウェーハ5とSOIウェーハ6(SOI層7+CVD酸化膜(埋め込み酸化膜)4’+ベースウェーハ1)に分離する剥離熱処理工程であり、その熱処理の温度(第2の温度)はCVD酸化膜4を形成する熱処理温度(第1の温度)より高温で行われる。例えば、不活性ガス雰囲気下約500℃以上の温度で熱処理を加えれば、結晶の再配列と気泡の凝集とによって剥離ウェーハ5とSOIウェーハ6に分離されると同時に、室温での密着面もある程度は強固に結合がなされる。尚、剥離ウェーハ5は、表面の酸化膜を除去して剥離面を研磨する再生処理を行えば、再利用が可能である。
【0023】
SOIウェーハ6をデバイス作製工程で使用するためには、工程(f)の剥離熱処理による結合力では十分でないので、工程(g)の結合熱処理として高温の熱処理を施し、結合強度を十分なものとする。この熱処理は、例えば不活性ガス雰囲気下、1000℃〜1200℃で30分〜5時間程度の範囲で行うことができる。また、ランプ加熱装置のような急速加熱・急速冷却装置を用いれば、1000℃〜1350℃の温度で1〜300秒程度の短時間で十分な結合強度が得られる。
また、工程(g)の結合熱処理として工程(f)の剥離熱処理を兼ねておこなう場合には工程(f)を省略することもできる。
【0024】
そして、工程(h)は、SOI層7の表面である劈開面(剥離面)に存在するダメージ層及び表面粗さを除去する工程である。この工程としては、タッチポリッシュと呼ばれる研磨代の極めて少ない研磨を行ったり、タッチポリッシュ後に水素を含む還元性雰囲気での熱処理を加えたりすることもできるが、タッチポリッシュを行わずに水素を含む還元性雰囲気で熱処理のみを行っても、同様にダメージ層及び表面粗さを除去することができる上、工程(g)の結合熱処理を兼ねることもできるので一層効率的である。
【0025】
【実施例】
(実施例)
まず、直径150mm、厚さ625μm、結晶軸方位<100>、導電型p型、抵抗率10〜20Ω・cmの一方の表面が鏡面研磨された単結晶シリコンウェーハ20枚を用意し、ボンドウェーハ用とベースウェーハ用とに分け、ベースウェーハ用の10枚のうち5枚には表面に300nmの酸化膜を熱酸化により形成した。
次に、ボンドウェーハの鏡面側に、注入エネルギー40keV、注入量8×1016 atoms/cm2、注入角7度の条件でH+イオンを注入した後、モノシランガスと酸素ガスを原料として常圧CVD装置により、400℃で厚さ約400nmのCVD酸化膜を堆積した。
堆積直後のCVD酸化膜表面の面粗さを原子間力顕微鏡(デジタル インスツルメント社製Nano Scope−II)により、測定領域を1μm 角で測定したところ、Rms=1.2nmであった。
次に、このCVD酸化膜表面をCMPにより約100nm研磨した後、再び表面粗さを測定したところ、Rms=0.2nmに改善された。
【0026】
その後、ボンドウェーハとベースウェーハを洗浄して乾燥させたのち、室温で密着させ、剥離熱処理として窒素ガス雰囲気下500℃30分の熱処理を加えた。
その結果、図1(f)の様なSOI層7の膜厚が約0.35μmのSOIウェーハと、剥離ウェーハが作製された。剥離後のSOIウェーハを肉眼で観察したが、ベースウェーハの熱酸化膜の有無にかかわらず、10枚のSOIウェーハのいずれにもボイド(未結合部)は全く観察されなかった。尚、SOI層が薄膜化された状態であれば、ボイドが存在する部分は盛り上がって見えるので、特別な装置を用いなくてもボイドを観察することはできる。
【0027】
次に、このSOIウェーハに対して窒素ガス雰囲気で1100℃、2時間の結合熱処理を行った。結合熱処理後のSOIウェーハを肉眼で観察したがやはりボイドは全く観察されなかった。
こうして作製されたSOIウェーハの膜厚を測定し膜厚均一性を求めた。膜厚測定は、反射分光法で行い、SOIウェーハの面内を外周10mmを除いて、1mmピッチで数千点測定した。測定された膜厚の標準偏差σの平均値は0.43nmであった。従って、作製されたSOIウェーハのSOI層の膜厚均一性(±3σ)の平均値は±1.29nmであることがわかった。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、水素イオン剥離法により貼り合わせウェーハを作製するに際し、イオン注入したボンドウェーハ表面にCVD酸化膜を堆積するので、イオン注入プロセスでの発塵等の付着物に起因する結合不良を低減し、製造歩留まりを極めて向上させることができる。しかも、ボンドウェーハ表面に酸化膜を介さずに直接イオン注入を行うので、SOI層の膜厚均一性がSOIウェーハの酸化膜厚のバラツキに影響を受けることなく、イオン注入装置の注入性能(注入深さのバラツキ)のみに依存するようになり、膜厚均一性に優れたSOIウェーハを製造することができる。
また、従来のようにSOI層となるボンドウェーハ表面に熱酸化膜を形成する場合には、熱酸化膜の形成時に格子間シリコンの注入が起こるためこれがSOI層の結晶欠陥を誘発する可能性があったが、本発明ではこのような格子間シリコンの注入が起こらず、SOI層の結晶性を低下させないという副次的効果も有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による貼り合わせSOIウェーハの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【図2】 水素イオン剥離法によるSOIウェーハの製造方法を示すフローチャートで、(A)はイオン注入を行わないベースウェーハ側のみに酸化膜を形成して行う方法、(B)はボンドウェーハに酸化膜を形成してからイオン注入を行う方法である。
【符号の説明】
1…ベースウェーハ 2…ボンドウェーハ
3…微小気泡層(封入層) 4…CVD酸化膜
5…剥離ウェーハ 6…SOIウェーハ
7…SOI層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a so-called hydrogen ion delamination method (also called a smart cut method) in which an ion-implanted wafer is delaminated after heat treatment to produce an SOI wafer. about the less of an SOI wafer manufacturing how.
[0002]
[Prior art]
As a method for manufacturing an SOI (silicon on insulator) wafer using a bonding method, a technique for bonding two silicon wafers through a silicon oxide film, for example, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 5-46086, Conventionally known is a method in which an oxide film is formed on at least one wafer and adhered to each other without interposing foreign matter on the bonding surface, and then heat-treated at a temperature of 200 to 1200 ° C. to increase the bond strength. .
[0003]
Bonded wafers whose bond strength has been increased by heat treatment can be processed by subsequent grinding and polishing. Therefore, device formation is performed by reducing the thickness of the device manufacturing side wafer to the desired thickness by grinding and polishing. An SOI layer can be formed.
The bonded SOI wafer manufactured in this way has the advantages that the SOI layer has excellent crystallinity and the reliability of the buried oxide film directly under the SOI layer is high, but is thinned by grinding and polishing. In addition, it takes time to reduce the thickness of the film, and the material is wasted. Furthermore, the film thickness uniformity is only a target film thickness of ± 0.3 μm at most.
[0004]
On the other hand, with the recent increase in integration and speed of semiconductor devices, the thickness of the SOI layer is required to be further reduced and the film thickness uniformity improved, specifically 0.1 ± 0.00. A film thickness of about 01 μm and film thickness uniformity are required.
In order to realize a thin film SOI wafer having such a film thickness and film thickness uniformity with a bonded wafer, it is impossible to reduce the thickness by conventional grinding and polishing. A method called a hydrogen ion stripping method (also called a smart cut method) disclosed in Kaihei No. 5-211128 has been developed.
[0005]
In this hydrogen ion separation method, an oxide film is formed on at least one of two silicon wafers, hydrogen ions or rare gas ions are implanted from the upper surface of one silicon wafer, and a microbubble layer ( After forming the encapsulating layer, the ion-implanted surface is brought into intimate contact with the other wafer through the oxide film, and then a heat treatment (peeling heat treatment) is applied to ion-implant the wafer with the microbubble layer as the cleaved surface (peeling surface). Is formed into a thin film, and further heat treatment (bonding heat treatment) is applied to firmly bond to form an SOI wafer.
[0006]
In this method, the peeled surface is a good mirror surface, and an SOI wafer with extremely high SOI layer uniformity can be obtained relatively easily. Further, since one of the peeled wafers can be reused, the material can be used effectively. There are also advantages.
In addition, this method can directly bond silicon wafers without going through an oxide film, and not only when bonding silicon wafers, but also by ion-implanting silicon wafers, quartz, silicon carbide, alumina, etc. It is also used when bonding to insulating wafers having different thermal expansion coefficients.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as a method of manufacturing an SOI wafer by the hydrogen ion delamination method, depending on whether an oxide film is formed on a bond wafer (wafer for forming an SOI layer) or a base wafer (wafer serving as a support substrate for the SOI layer). The manufacturing method is roughly classified. That is, a method of forming an oxide film only on the base wafer side where ion implantation is not performed as shown in FIG. 2A, and an oxide film is formed on the bond wafer as shown in FIG. There is a method of ion implantation.
In the case of (B), an oxide film may also be formed on the base wafer.
[0008]
Regardless of which method is used, the surface of the bond wafer into which the ion implantation has been performed is common in that it forms a bonding interface. Due to the generation of dust and surface contamination, these deposits are not easily removed even after washing, causing bonding failure and reducing the manufacturing yield of SOI wafers.
[0009]
In addition, among the manufacturing methods of FIGS. 2A and 2B, FIG. 2B is the mainstream at present. One of the reasons is that, if an oxide film is not formed on the bond wafer into which ions are implanted, the variation in ion implantation depth is deteriorated due to the channeling phenomenon, and the film thickness uniformity of the SOI layer after peeling is lowered. Because there is a possibility. Here, the channeling phenomenon refers to a phenomenon in which ions pass through meandering gaps between crystal atoms when ions are incident almost parallel to the crystal axis or plane of a crystalline substance, compared to non-parallel incidence. As a result, the variation in ion implantation depth increases.
[0010]
In the case of a silicon wafer, the surface is processed in a specific orientation (for example, <100>). Therefore, this channeling phenomenon is likely to occur, and it is preferable to suppress this channeling phenomenon by forming an oxide film.
Another reason for forming an oxide film on a bond wafer is that if an oxide film is formed on the bond wafer in advance, impurities (such as boron in the atmosphere or metal or organic matter by ion implantation) This is because (contaminants) can be prevented from diffusing into the active layer (SOI layer), and deterioration of crystallinity and electrical characteristics of the SOI layer can be prevented.
[0011]
However, the ion implantation depth variation (standard deviation σ) in the case of performing the hydrogen ion delamination method can be obtained as σ = 0.4 nm using the current ion implanter if the above-mentioned channeling phenomenon does not occur. it can. That is, since 3σ = 1.2 nm, almost all ions are implanted within the target implantation depth of ± 1.2 nm. Therefore, the thickness of the SOI layer after peeling is the target film thickness of ± 1.5 nm. An SOI wafer having the following excellent film thickness uniformity should be obtained.
[0012]
However, when an oxide film is formed on a bond wafer to be ion-implanted for the reasons described above, the thickness of the oxide film formed varies, so that ions implanted into silicon through this oxide film also have an implantation depth. Affected by.
For example, when 400 nm is required as the buried oxide film thickness of the SOI wafer, if this oxide film is formed using oxidation conditions at a normal mass production level, the variation of the oxide film thickness is only about σ = 2.0 nm. I can't get it. Even if the oxidation conditions are strictly controlled ignoring productivity, the limit is around σ = 1.0 nm, so the SOI film thickness uniformity of the SOI wafer manufactured by forming the oxide film on the bond wafer is as follows. The target film thickness was about ± 3 nm.
[0013]
The present invention has been made in consideration of the above-described problems, and reduces bonding failure, which is the biggest factor that lowers the manufacturing yield of SOI wafers. Further, the film thickness uniformity of the SOI layer is the oxide film thickness of the SOI wafer. It is an object of the present invention to provide an SOI wafer excellent in film thickness uniformity and a method for manufacturing the same so as to depend only on the implantation performance (implantation depth variation) of the ion implantation apparatus without being affected by the variation of the ion implantation apparatus. .
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the invention described in
[0015]
In this way, by depositing a CVD (Chemical Vapor Deposition) oxide film (oxide film formed by the CVD method) on the surface of the bond wafer where hydrogen ions or rare gas ions are implanted, dust is generated in the ion implantation process. However, it is buried in the oxide film and is not exposed on the surface. Further, even if a convex portion is formed on the surface of the CVD oxide film due to that, it is removed in the subsequent step of flattening the surface of the CVD oxide film, so that poor bonding can be reduced. Since the CVD oxide film (buried oxide film) is formed after the hydrogen ion implantation, the uniformity of the hydrogen ion implantation becomes the film thickness uniformity of the oxide film.
[0016]
Further, the temperature (first temperature) for forming the CVD oxide film on the ion-implanted surface of the bond wafer is set to a temperature at which peeling of the microbubble layer does not occur in the formation stage of the CVD oxide film, and the temperature is claimed. If the first temperature for forming the CVD oxide film is set to 450 ° C. or lower as in
Further, if a thermal oxide film is formed in advance on the surface of the base wafer as in
It is to be noted that the ion implantation is preferably performed non-parallel to the crystal axis or crystal plane of the bond wafer as in the fourth aspect. As a result, the channeling phenomenon of implanted ions can be reduced, so that it is possible to prevent variations in ion implantation depth from increasing.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIG. 1, but the present invention is not limited thereto. Here, FIG. 1 is a flowchart showing an example of a manufacturing process of a bonded SOI wafer according to the present invention.
In step (a), two
[0018]
Step (b) is a step of implanting hydrogen ions into the
And the energy at the time of the said ion implantation is suitably determined by the target thickness of the SOI layer of the SOI wafer to produce. Further, in order to prevent a channeling phenomenon, it is preferable to implant at an incident angle slightly inclined so as to be non-parallel to the crystal axis or crystal plane of the
[0019]
Next, step (c) is a step of depositing the
Further, since this
[0020]
Step (d) is a step of planarizing the surface of the
However, for example, when the surface roughness of a CVD oxide film formed with an atmospheric pressure CVD apparatus is measured with an atomic force microscope at 1 μm square, the root mean square roughness (Rms) is about 1.2 nm. For this reason, it is impossible to bond with the base wafer. Accordingly, the surfaces are planarized and bonded using a method such as CMP (Chemical and Mechanical Polishing). Since the CVD oxide film is softer than the thermal oxide film and has a higher polishing rate, it can be easily planarized. At this time, even if the convex portion is formed on the surface of the CVD oxide film due to the deposit on the surface before the CVD oxide film is formed, the bonding failure can be reduced because it is removed in this flattening step.
If Rms on the surface of the CVD oxide film after depositing the
[0021]
Next, the step (e) is a step in which the cleaned
[0022]
In the step (f), the
[0023]
In order to use the SOI wafer 6 in the device manufacturing process, the bonding force by the peeling heat treatment in the step (f) is not sufficient. Therefore, a high-temperature heat treatment is performed as the bonding heat treatment in the step (g), and the bonding strength is sufficient. To do. This heat treatment can be performed, for example, in an inert gas atmosphere at 1000 ° C. to 1200 ° C. for 30 minutes to 5 hours. Further, if a rapid heating / rapid cooling device such as a lamp heating device is used, sufficient bond strength can be obtained at a temperature of 1000 ° C. to 1350 ° C. in a short time of about 1 to 300 seconds.
In addition, when the bonding heat treatment in the step (g) is also performed as the peeling heat treatment in the step (f), the step (f) can be omitted.
[0024]
Then, the step (h) is a step of removing the damage layer and the surface roughness present on the cleavage plane (peeling surface) which is the surface of the SOI layer 7. As this process, polishing with a very small polishing allowance called touch polishing can be performed, or heat treatment in a reducing atmosphere containing hydrogen can be performed after touch polishing, but reduction containing hydrogen without performing touch polishing. Even if only the heat treatment is performed in a neutral atmosphere, the damaged layer and the surface roughness can be removed in the same manner, and the bonding heat treatment in the step (g) can also be performed, which is more efficient.
[0025]
【Example】
(Example)
First, 20 single crystal silicon wafers having a diameter of 150 mm, a thickness of 625 μm, a crystal axis orientation <100>, a conductivity type p-type, and a resistivity of 10 to 20 Ω · cm and mirror-polished are prepared for bond wafers. The oxide film of 300 nm was formed on the surface of five of the ten wafers for base wafer by thermal oxidation.
Next, H + ions are implanted into the mirror surface of the bond wafer under conditions of an implantation energy of 40 keV, an implantation amount of 8 × 10 16 atoms / cm 2 and an implantation angle of 7 °, and then atmospheric pressure CVD using monosilane gas and oxygen gas as raw materials. A CVD oxide film having a thickness of about 400 nm was deposited at 400 ° C. using an apparatus.
When the surface roughness of the CVD oxide film surface immediately after deposition was measured with an atomic force microscope (Nano Scope-II, manufactured by Digital Instruments) at a 1 μm square, Rms = 1.2 nm.
Next, after polishing the surface of the CVD oxide film by about 100 nm by CMP, the surface roughness was measured again. As a result, Rms was improved to 0.2 nm.
[0026]
Thereafter, the bond wafer and the base wafer were washed and dried, and then adhered to each other at room temperature. A heat treatment at 500 ° C. for 30 minutes was applied as a peeling heat treatment in a nitrogen gas atmosphere.
As a result, an SOI wafer in which the film thickness of the SOI layer 7 as shown in FIG. 1F was about 0.35 μm and a release wafer were produced. The SOI wafer after peeling was observed with the naked eye, but no void (unbonded portion) was observed on any of the 10 SOI wafers regardless of the presence or absence of the thermal oxide film of the base wafer. Note that, if the SOI layer is thinned, a portion where the void is present appears to rise, so that the void can be observed without using a special apparatus.
[0027]
Next, this SOI wafer was subjected to bonding heat treatment at 1100 ° C. for 2 hours in a nitrogen gas atmosphere. The SOI wafer after the bonding heat treatment was observed with the naked eye, but no void was observed.
The film thickness of the SOI wafer produced in this way was measured to determine the film thickness uniformity. The film thickness was measured by reflection spectroscopy. Thousands of points were measured at a pitch of 1 mm except for the outer periphery of 10 mm within the surface of the SOI wafer. The average value of the measured standard deviation σ of the film thickness was 0.43 nm. Therefore, it was found that the average value of the film thickness uniformity (± 3σ) of the SOI layer of the manufactured SOI wafer was ± 1.29 nm.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, the present invention deposits a CVD oxide film on the surface of an ion-implanted bond wafer when producing a bonded wafer by the hydrogen ion delamination method. The resulting defective coupling can be reduced, and the manufacturing yield can be greatly improved. In addition, since ion implantation is performed directly on the bond wafer surface without an oxide film, the uniformity of the SOI layer thickness is not affected by the variation in the oxide film thickness of the SOI wafer, and the implantation performance (implantation) of the ion implantation apparatus is not affected. An SOI wafer excellent in film thickness uniformity can be manufactured.
In addition, when a thermal oxide film is formed on the surface of a bond wafer to be an SOI layer as in the prior art, interstitial silicon implantation occurs during the formation of the thermal oxide film, which may induce crystal defects in the SOI layer. However, in the present invention, such interstitial silicon implantation does not occur, and there is a secondary effect that the crystallinity of the SOI layer is not deteriorated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing an example of a manufacturing process of a bonded SOI wafer according to the present invention.
FIGS. 2A and 2B are flow charts showing a method for manufacturing an SOI wafer by hydrogen ion delamination. FIG. 2A is a method in which an oxide film is formed only on the base wafer side where no ion implantation is performed, and FIG. In this method, ions are implanted after the film is formed.
[Explanation of symbols]
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