JP4380162B2 - SOI wafer and method for manufacturing the same - Google Patents

SOI wafer and method for manufacturing the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、SOIウェーハ、特に、電気的信頼性が極めて高い高品質のSOIウェーハ及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、デバイス用基板として、支持基板上にシリコン活性層(SOI層)が形成されたSOIウエーハが広く利用されている。このようなSOIウエーハの製造方法として、例えば、2枚のシリコンウエーハ同士を酸化膜を介して貼り合わせて製造する、いわゆる貼り合わせ法が知られている。
【0003】
貼り合わせ法の一つであるイオン注入剥離法では、シリコン活性層となるシリコンウエーハ(ボンドウエーハ)あるいは支持基板となるシリコンウエーハ(ベースウエーハ)の表面に絶縁層として酸化膜(埋め込み酸化膜、層間絶縁酸化膜などとも呼ばれる)を形成し、ボンドウエーハの片側の表面から水素等のイオンをイオン注入してウエーハ内部にイオン注入層(微小気泡層)を形成する。さらに、ボンドウエーハのイオン注入した側の面を、酸化膜を介してベースウエーハと貼り合わせた後、熱処理によりイオン注入層を境界として剥離する。これによりベースウエーハ上に酸化膜を介して薄いシリコン活性層が形成されたSOIウェーハを得ることができる。なお、剥離後、シリコン活性層とベースウエーハとの結合力を高めるための熱処理(結合熱処理)や、表面の酸化膜を除去するためのフッ酸洗浄などを行う場合もある。
【0004】
このようなSOIウエーハの製造に使用するシリコンウエーハとしては、一般的に、チョクラルスキー法(CZ法)により育成されたシリコン単結晶を用いることができるが、近年、シリコン活性層や埋め込み酸化膜の薄膜化要求が増しており、使用するシリコンウエーハの品質要求が厳しくなっている。
特に、シリコン活性層となるボンドウエーハについては、欠陥の少ないシリコン単結晶を育成し、これから得た高品質のシリコンウエーハを使用することが提案されている。
【0005】
ここで、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を育成する際の引き上げ速度と、育成されるシリコン単結晶の欠陥との関係について説明する。
通常の結晶中固液界面近傍の温度勾配Gが大きい炉内構造(ホットゾーン:HZ)を使用したCZ引上げ機で結晶軸方向に成長速度Vを高速から低速に変化させた場合、図8に示したような欠陥分布図として得られることが知られている。
【0006】
図8においてV領域とは、空孔(Vacancy)、つまりシリコン原子の不足から発生する凹部、穴のようなものが多い領域であり、I領域とは、余分なシリコン原子である格子間シリコンが存在することにより発生する転位や余分なシリコン原子の塊が多い領域のことである。そして、V領域とI領域の間には、原子の不足や余分が無い(少ない)ニュートラル(Neutral、以下Nと略記することがある)領域が存在し、また、V領域の境界近辺にはOSF(酸化誘起積層欠陥、Oxidation Induced Stacking Fault)と呼ばれる欠陥が、結晶成長軸に対する垂直方向の断面で見た時に、リング状に分布(以下、OSFリングということがある)していることも確認されている。
【0007】
そして、成長速度が比較的高速の場合には、空孔型の点欠陥が集合したボイド起因とされているFPD、LSTD、COP等のグローンイン欠陥が結晶径方向全域に高密度に存在し、これらの欠陥が存在する領域はV領域となる。また、成長速度の低下に伴い、OSFリングが結晶の周辺から発生し、このリングの外側(低速側)にN領域が発生し、さらに、成長速度を低速にすると、OSFリングがウエーハの中心に収縮して消滅し、全面がN領域となる。さらに低速にすると、格子間シリコンが集合した転位ループ起因と考えられているL/D(Large Dislocation:格子間転位ループの略号、LSEPD、LFPD等)の欠陥(巨大転位クラスタ)が低密度に存在し、これらの欠陥が存在する領域はI領域(L/D領域ということがある)となる。
【0008】
そして、V領域とI領域の中間でOSFリングの外側のN領域は、空孔起因のFPD、LSTD、COPも、格子間シリコン起因のLSEPD、LFPDも存在しない領域となる。なお、最近では、N領域をさらに分類すると、図8に示されているように、OSFリングの外側に隣接するNv領域(空孔の多い領域)とI領域に隣接するNi領域(格子間シリコンが多い領域)とがあり、Nv領域では、熱酸化処理した際に酸素析出量が多く、Ni領域では酸素析出が殆ど無いことがわかっている。
【0009】
このようなN領域は、従来、ウエーハ面内では一部分にしか存在しなかったが、引上げ速度(V)と結晶固液界面軸方向温度勾配(G)の比であるV/Gを制御することで図8に示されるようにN領域が横全面(ウェーハ全面)に広がった結晶も製造できるようになっている。
そこで、SOIウエーハの製造においても、ボンドウエーハとして全面N領域となるシリコン単結晶ウエーハを用いる方法が提案されている。例えば、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引上げる際、引き上げ速度Vと引上げ軸方向の結晶固液界面の温度勾配Gとの比(V/G)を所定の範囲内に制御してシリコン単結晶を引上げ、ボンドウエーハとして、N領域のシリコンウエーハを使用したSOIウエーハが提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照。)。
【0010】
一方、ベースウエーハについては、本来、絶縁膜を介したSOI層を支持するために必要なものであり、その表面に直接素子形成が行われるわけではない。そのため、抵抗値などが製品規格から外れたダミーグレードのシリコンウエーハをベースウエーハとして使用することも提案されている(特許文献3参照。)。
【0011】
一般的には、ベースウエーハとしては、品質と生産性の向上等を考慮し、図8に示されるように高速の引き上げ速度で成長させたV領域、あるいはOSF領域やNv領域を一部に含む程度のシリコン単結晶を育成し、このように高速成長させたシリコン単結晶から鏡面状に加工したシリコンウエーハが広く使用されている。
【0012】
【特許文献1】
特開2001−146498号公報(第5−8頁)
【特許文献2】
特開2001−44398号公報(第2−4頁、図1)
【特許文献3】
特開平11−40786号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように高速成長させたシリコン単結晶から得たシリコンウエーハの表面およびバルク内は空孔が集合したCOPのような空孔欠陥が高密度に形成されており、表面にサイズが50nm以上の微小ピット欠陥が多数存在している。そして、このような微小ピット欠陥が多数存在するシリコンウエーハをベースウエーハとして使用してSOIウエーハを製造すると、特に、近年要求されている絶縁酸化膜の厚さを薄く形成した場合、高絶縁性が維持されず、電気的信頼性を損なうという問題が生じてきた。
【0014】
そこで、本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、層間絶縁酸化膜の厚さが例えば100nm以下となるほど極めて薄く形成した場合であっても、高絶縁性が維持され、デバイス作製工程における電気的信頼性が高いSOIウェーハを低コストで提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によれば、それぞれシリコン単結晶からなるベースウエーハとボンドウエーハとを、酸化膜を介して貼り合わせた後、前記ボンドウエーハを薄膜化することによりシリコン活性層が形成されたSOIウエーハであって、前記ベースウエーハが、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶であり、該ウエーハ全面がOSF領域の外側であって、Cuデポジション法により検出される欠陥領域を含まず、且つ格子間シリコンに起因した転位クラスタが存在するI領域を含むものからなることを特徴とするSOIウエーハ提供される。
【0016】
このようにベースウエーハの全面がOSF領域の外側であって、Cuデポジション法により検出される欠陥領域を含まず、且つ格子間シリコンに起因した転位クラスタが存在するI領域を含むCZシリコン単結晶からなるSOIウエーハであれば、ベースウエーハの表面に微小な空孔欠陥が存在しないため、ベースウエーハ上の絶縁酸化膜の厚さが例えば100nmを下回るような薄い場合でも、ベースウエーハ表面の空孔欠陥の影響を受けて絶縁破壊されることがなく、電気的信頼性が極めて高いSOIウエーハとなる。また、ベースウエーハを構成する、例えばウエーハ全面がI領域となるようなシリコンウエーハは比較的容易に製造することができるので、安価なものとなる。
【0017】
この場合、SOIウエーハは、前記ボンドウエーハにイオン注入を行い、形成されたイオン注入層で剥離することで前記ボンドウエーハの薄膜化を行うイオン注入剥離法により形成されたものであることが好ましい
貼り合わせ法としては、ボンドウエーハとベースウエーハを貼り合わせた後、ボンドウェーハを研削・研磨により薄膜化してSOIウエーハとすることもできるが、この場合SOI層の厚さは比較的厚いものとなる。一方、イオン注入剥離法によれば、イオン注入層の深さ、すなわちSOI層の厚さを近年要求されている極めて薄いレベルとすることができ、極めて高品質のSOIウエーハとすることができる。
【0018】
前記酸化膜の厚さは、10〜100nmの範囲とすることができる
近年、層間絶縁酸化膜の厚さを例えば50nm程度とすることが要求されているが、本発明のSOIウエーハは、このように極めて薄い酸化膜を形成したものとしても、絶縁破壊特性が劣化せず、高絶縁性が保たれたものとなる。
【0019】
また、前記シリコン活性層は、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶であり、全面にわたってOSF領域の外側のN領域であり、且つCuデポジション法により検出される欠陥領域を含まないものからなることが好ましい
このようにシリコン活性層の全面がOSF領域の外側のN領域であり、且つCuデポジション法により検出される欠陥領域を含まないCZシリコン単結晶からなるものであれば、デバイス形成領域に欠陥がないものとなるし、また、弗酸洗浄を行ってもシリコン活性層の欠陥に起因してシリコン活性層や埋め込み酸化膜が破壊されることもない、極めて高品質のSOIウエーハとなる。
【0020】
さらに本発明によれば、上記のようなSOIウエーハを製造する方法も提供される。すなわち、少なくとも、それぞれシリコン単結晶からなるベースウエーハとボンドウエーハのうち少なくとも一方に酸化膜を形成する工程と、ボンドウエーハにイオン注入することによりイオン注入層を形成する工程と、該ボンドウエーハのイオン注入した側の面を、前記酸化膜を介してベースウエーハと貼り合わせる工程と、前記イオン注入層を境界として剥離を行う工程とを有するSOIウエーハの製造方法において、前記ベースウエーハとして、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶であり、育成の際に引き上げ速度を高速から低速に漸減させた場合に、リング状に発生するOSF領域より低速側であって、Cuデポジション法により検出される欠陥領域を含まず、且つ格子間シリコンに起因した転位クラスタが存在するI領域を含むものを使用することを特徴とするSOIウエーハの製造方法が提供される
【0021】
イオン注入剥離法によりSOIウエーハを製造する際、ベースウエーハとして、上記のようにCuデポジション法により検出される欠陥領域を含まず、且つ格子間シリコンに起因した転位クラスタが存在するI領域を含むCZシリコン単結晶ウエーハを使用すれば、たとえ層間絶縁酸化膜が100nmを下回る厚さに形成しても、結合熱処理等の際にベースウエーハに存在する空孔欠陥に起因して酸化膜の絶縁破壊特性が劣化されるようなことはなく、電気的信頼性の高い高品質のSOIウエーハを製造することができる。また、ベースウエーハとして使用する、例えばウエーハ全面がI領域となるシリコンウエーハは制御範囲を広くすることができ比較的容易に製造することができるので、高品質のSOIウエーハを容易に、かつ低コストで製造することができる。
【0022】
この場合、ボンドウエーハについては、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶であり、該ウエーハ全面が、育成の際に引き上げ速度を高速から低速に漸減させた場合に、リング状に発生するOSF領域より低速側のN領域であり、且つCuデポジション法により検出される欠陥領域を含まないものを使用することが好ましい
このようにボンドウエーハについては無欠陥のものを使用してSOIウエーハを製造すれば、SOI層に形成されるデバイスに悪影響を及ぼすことがないし、層間酸化膜の絶縁破壊特性の劣化も確実に防ぐことができる、極めて高品質のSOIウエーハを製造することができる。
【0023】
また、最近、イオン注入剥離法でSOIウエーハを製造した場合、剥離したボンドウエーハ(剥離ウエーハ)を再生処理してベースウエーハ(あるいはボンドウエーハ)として再利用する方法が提案されている(例えば、特開平11−297583号公報参照。)。従って、上記のような無欠陥のボンドウエーハを使用し、その後剥離ウエーハを再生処理してボンドウエーハとして再利用すれば、高品質のSOIウエーハを低コストで製造することができる。
【0024】
以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
本発明者らは、貼り合わせ法によるSOIウエーハのベースウエーハが埋め込み酸化膜に及ぼす影響について詳細な調査を行った。その結果、従来一般的に使用されている高速成長させたシリコン単結晶、すなわち、表面に50nm以上の空孔型の微小欠陥が多数存在するようなシリコンウエーハを使用してSOIウエーハを製造すると、絶縁酸化膜が数百nm以上といった十分な厚さを有している場合にはベースウエーハの影響による絶縁破壊特性の劣化のような問題は生じ難いが、100nmを下回るような薄膜である場合にはベースウエーハの影響による絶縁性の維持に障害が生じるおそれがあることが分かった。特に、近年要求されつつある50nmレベルの埋め込み酸化膜とした場合、従来のVリッチベースウエーハでは、結合熱処理等の際に層間絶縁酸化膜に影響を与え、高絶縁性が維持できず、電気的信頼性を損なう可能性が極めて高いことが分かった。
【0025】
そこで、本発明者らは、ベースウエーハの微小欠陥を低減させることで、絶縁酸化膜を100nm以下に形成した場合でも絶縁破壊特性の劣化が生じない電気的信頼性の高いSOIウエーハとすることができると考え、さらに以下のような調査及び検討を行った。
まず、シリコン単結晶を引き上げる際、結晶肩から直胴尾部にかけて高速から低速へ漸減させた場合、前記したように、ある成長速度に達したときにOSFがシュリンクし、その後、さらに低速領域でNv、Ni、I(巨大転位クラスタ発生)領域の順に各相が形成されることが知られている。また、最近では、図2に示されるように、Nv領域にはOSF消滅直後にCuデポジション法により欠陥が検出される領域(以下、Cuデポジション欠陥領域という場合がある。)が一部存在することも分かった(例えば、特開2002−201093号公報参照。)。
【0026】
なお、Cuデポジション法とは、半導体ウエーハの欠陥の位置を正確に測定し、半導体ウエーハの欠陥に対する検出限度を向上させ、より微細な欠陥に対しても正確に測定し、分析できるウエーハの評価法である。
具体的なウエーハの評価方法は、ウエーハ表面上に所定の厚さの絶縁膜を形成させ、前記ウエーハの表面近くに形成された欠陥部位上の絶縁膜を破壊して欠陥部位にCu等の電解物質を析出(デポジション)するものである。つまり、Cuデポジション法は、Cuイオンが溶存する液体の中で、ウエーハ表面に形成した酸化膜に電位を印加すると、酸化膜が劣化している部位に電流が流れ、CuイオンがCuとなって析出することを利用した評価法である。酸化膜が劣化し易い部分にはCOP等の欠陥が存在していることが知られている。
【0027】
Cuデポジションされたウエーハの欠陥部位は、集光灯下や直接的に肉眼で分析してその分布や密度を評価することができ、さらに顕微鏡観察、透過電子顕微鏡(TEM;Transmission Electron Microscope)または走査電子顕微鏡(SEM;Scanning Electron Microscope)等でも確認することができる。
【0028】
そして本発明者らは、これらの領域における欠陥についてさらなる調査を行った。
具体的には、シリコン単結晶成長の高速から低速へ漸減する際、OSF消滅直前のV領域を表面検査装置(MAGICS;商品名)による座標同定後、集束イオンビーム(FIB;Focused Ion Beam)加工を施し、そのポイントのTEM観察を行ったところ、約20nmの微小ピット欠陥の存在が確認された。また、V領域はOSF消滅直前の領域ほどボイドが微細化するが、V領域の微小ピット欠陥は、相当微細なものであっても初期酸化膜耐圧(TZDB;Time Zero Dielectric Breakdown)特性を著しく劣化させる。
【0029】
一方、シリコン単結晶成長の高速から低速へ漸減の際、OSF消滅直後のCuデポジション欠陥領域については、V領域のように顕著な耐圧レベルの劣化はなく、TZDB特性が面内ほぼ100%の領域でCモードを示すものの、経時絶縁破壊(TDDB;Time Dependent Dielectric Breakdown)特性においてやや劣化が見られた。
【0030】
このような調査、検討の結果、最近、一部のデバイス向けに要求されている層間絶縁酸化膜の薄膜化が進むと、ボンドウエーハ、すなわちシリコン活性層が、従来使用されているV領域やOSF領域、あるいはN領域でもCuデポジション欠陥領域が存在するシリコン単結晶ウエーハからなる場合に限らず、そのようなシリコンウエーハをベースウエーハに用いた場合でも、酸化膜の絶縁性に対する障害となり、電気特性に係る不良が生じ得ることが分かった。
また、これらの領域に存在する空孔型欠陥は、結合熱処理の際に絶縁酸化膜の膜質の劣化を招く危険性があり、特にその膜厚が100nmを下回るような薄膜の場合、優れた絶縁性を維持することができず、電気的障害を引き起こし、著しく信頼性を損なう原因となることが分かった。
【0031】
そのような電気的不良を避けるため、SOIウエーハのベースウエーハとして、Cuデポジション法により検出される欠陥領域も存在しないN領域の鏡面ウエーハを使用することが考えられる。しかし、N領域であって、且つCuデポジション欠陥領域が存在しないシリコン単結晶を育成するには、成長速度が狭い範囲に限られており、また、V/Gを所定の値に保つなどの高度な結晶成長技術が要求されるため、生産性及び製造歩留りが低く、結果的にコストの上昇を招いてしまう。
【0032】
そこで本発明者らは、高度な結晶成長技術を用いなくても低速側で容易に製造することができる、I領域を含むCZシリコンウエーハをベースウエーハとして使用すれば、層間絶縁酸化膜の厚さをたとえ100nm以下としても、電気特性に優れるSOIウェーハを低コストで製造することができることを見出し、本発明の完成に至った。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図1は、イオン注入剥離法により本発明に係るSOIウエーハを製造する工程の一例を示すフロー図である。
まず、最初の工程(a)では、2枚のシリコン鏡面ウエーハ、すなわち、SOI層となるボンドウエーハ21と、支持基板となるベースウエーハ22とを準備する。ここで、本発明では、ベースウエーハ22として、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶であり、育成の際に引き上げ速度を高速から低速に漸減させた場合に、リング状に発生するOSF領域より低速側であって、Cuデポジション法により検出される欠陥領域を含まず、且つ格子間シリコンに起因した転位クラスタが存在するI領域を含むウエーハを使用する。
【0034】
一方、ボンドウエーハ21については、シリコン活性層に要求される品質に応じたものを使用すれば良いが、シリコン活性層上にデバイスが形成されるため、シリコン活性層に欠陥が存在すると、デバイスの品質に影響することになる。従って、ボンドウエーハ21としては、微小欠陥が存在しないシリコン単結晶からなるものを使用することが好ましい。そのため、ボンドウエーハ21としては、ウエーハ全面がリング状に発生するOSF領域より低速側のN領域であり、且つCuデポジション法により検出される欠陥領域を含まないウエーハを使用するのが望ましい。
【0035】
上記のようなボンドウエーハ21あるいはベースウエーハ22として使用する各シリコン単結晶は、例えば、図3に示されるような単結晶製造装置30を使用して育成することができる。
この単結晶引上げ装置30は、引上げ室31と、引上げ室31中に設けられたルツボ32と、ルツボ32の周囲に配置されたヒータ34と、ルツボ32を回転させるルツボ保持軸33及びその回転機構(図示せず)と、シリコンの種結晶を保持するシードチャック6と、シードチャック6を引上げるワイヤ7と、ワイヤ7を回転又は巻き取る巻取機構(図示せず)を備えている。また、ヒータ34の外側周囲には断熱材35が配置されている。
【0036】
ルツボ32は、その内側のシリコン融液(湯)2を収容する側には石英ルツボが設けられ、その外側には黒鉛ルツボが設けられている。
なお、最近では引上げ室31の水平方向の外側に、図示しない磁石を設置し、シリコン融液2に水平方向あるいは垂直方向等の磁場を印加することによって、融液の対流を抑制し、単結晶の安定成長をはかる、いわゆるMCZ法が用いられることも多い。
【0037】
また、育成したシリコン単結晶1を囲むようにして筒状の黒鉛筒(遮熱板)12が設けられており、さらに結晶の固液界面4近傍の外周に環状の外側断熱材10が設けられている。なお、黒鉛筒12の内側にも内側断熱材を設ける場合もある。このような断熱材10は、その下端とシリコン融液2の湯面3との間に2〜20cmの間隔を設けて設置されている。こうすれば、結晶中心部分の温度勾配Gc[℃/cm]と結晶周辺部分の温度勾配Geとの差が小さくなり、例えば結晶周辺の温度勾配の方が結晶中心より低くなるように炉内温度を制御することもできる。
また、黒鉛筒12の上には冷却筒14があって冷却媒体を流して強制冷却している。さらに、冷却ガスを吹き付けたり、輻射熱を遮って単結晶を冷却する筒状の冷却手段を設けてもよい。
【0038】
このような単結晶引上げ装置30を用いてシリコン単結晶を製造するには、まず、ルツボ32内でシリコンの高純度多結晶原料を融点(約1420℃)以上に加熱して融解する。次に、ワイヤ7を巻き出すことにより融液2の表面略中心部に種結晶の先端を接触又は浸漬させる。その後、ルツボ保持軸33を回転させるとともに、ワイヤ7を回転させながら巻き取る。これにより種結晶も回転しながら引上げられ、単結晶の育成が開始され、以後、引上げ速度と温度を適切に調節することにより略円柱形状の単結晶棒1を得ることができる。
【0039】
そして、ボンドウエーハ21として使用する、N領域であって、Cuデポジッション欠陥領域を含まないシリコン単結晶を育成するには、例えば、引上げ中のシリコン単結晶の成長速度(引き上げ速度)を高速から低速に漸減させた場合に、リング状に発生するOSF領域が消滅した後に残存する、Cuデポジション法により検出される欠陥領域が消滅する境界の成長速度と、さらに成長速度を漸減した場合に格子間転位ループが発生する境界の成長速度との間の成長速度に制御して結晶を育成する。
【0040】
すなわち、引上げ中のシリコン単結晶の成長速度を結晶肩から直胴尾部にかけて高速から低速へ漸減させた場合、図2に示したように、成長速度Vに応じて、V領域、OSFリング領域、Cuデポジション欠陥領域、Nv領域、Ni領域、I領域(巨大転位クラスタ発生領域)の順に各相が形成されるが、N領域のうち、OSFリング消滅後に残存するCuデポジションにより検出される欠陥領域が消滅する境界の成長速度と、さらに成長速度を漸減した場合に、I領域が発生する成長速度との間の成長速度に制御して単結晶を育成する。このような方法によれば、FPD等のV領域欠陥、巨大転位クラスタ(LSEPD、LFPD)等のI領域欠陥、OSF欠陥を含まず、かつCuデポジション法により検出される欠陥もないN領域のシリコン単結晶を育成することができる。
【0041】
そして、上記のように育成したシリコン単結晶を鏡面研磨したウエーハ(PW)に加工した後、インゴットブロックごとの単位ロットからPWを任意に抜き取ったのちにCuデポジション法による評価を行い、欠陥がフリーであった場合に、ボンドウエーハ21として採用すれば良い。
【0042】
しかし、このようなウエーハ全面が無欠陥のシリコンウエーハを製造するには、シリコン単結晶の育成工程全体にわたって、結晶径方向でN領域となるようにV/Gを均一に制御しなければならず、成長速度の設定範囲が非常に制限される上、非常に高度な結晶成長技術が必要であり、結果的に製造コストが上昇してしまうことになる。
そこで、本発明では、ベースウエーハ22としては、前記したように、育成の際に引き上げ速度を高速から低速に漸減させた場合に、リング状に発生するOSF領域より低速側であって、Cuデポジション法により検出される欠陥領域を含まず、且つ格子間シリコンに起因した転位クラスタが存在するI領域を含むCZシリコン単結晶からなるシリコンウエーハを使用する。
【0043】
このようなシリコン単結晶であれば、ウエーハ全面が無欠陥となるシリコン単結晶を育成する場合ほどの高度な結晶成長技術を用いずに育成することができる。例えば全面I領域となるようなシリコン単結晶を育成するには、結晶成長の際、結晶径方向のV/Gを均一に制御するような制約を受けず、低速側で比較的容易に育成することができる。仮に結晶径方向のV/Gが不均一であっても、I領域結晶製造の場合、N領域結晶製造の際に使用するホットゾーンより高いG、すなわち結晶中固液界面近傍の温度勾配が大きいホットゾーンの使用が可能である。従って、ホットゾーンの設計次第で、全面I領域となる単結晶を、全面N領域となる単結晶を育成する場合よりも高速で引き上げることも可能である。結晶面内のV/G値を均一にする必要がないからである。
【0044】
なお、本発明で使用するベースウエーハ22としては、全面がI領域となるウエーハに限られず、図2に示されるように、I領域のほかに格子間シリコンが優勢となるNi領域も含み、かつCuデポジション欠陥領域を含まないシリコン単結晶からなるウエーハを使用しても良い。このようなウエーハも面内に空孔起因の欠陥を有していないため、絶縁膜が薄くとも、その絶縁破壊特性を劣化することがない。
【0045】
次に図1の工程(b)では、上記のようなボンドウエーハ21とベースウエーハ22のうちの少なくとも一方のウエーハの表面を酸化する。ここではボンドウエーハ21を熱酸化し、その表面に酸化膜23を形成している。このとき、酸化膜23は、要求される絶縁性が保たれる厚さとするが、本発明では、厚さが10〜100nmの範囲となる極めて薄い酸化膜を形成させることもできる。
【0046】
ベースウエーハとして、従来使用されている例えば表面に50nm以上の空孔型微小欠陥が多数存在するシリコンウエーハを使用し、埋め込み酸化膜の厚さを100nm以下にしてSOIウエーハを製造すると、酸化膜はベースウエーハの表面に存在する空孔欠陥の影響を受け、後の結合熱処理やデバイス工程における熱処理によって破壊されるおそれがある。しかし、本発明では、ベースウエーハ22として、Cuデポジション法により検出される欠陥領域を含まず、且つ格子間シリコンに起因した転位クラスタが存在するI領域を含むCZシリコン単結晶からなるシリコンウエーハを使用しているため、Cuデポジション法による評価を行っても酸化膜破壊が発生せず、例えば酸化膜23の厚さを100nm以下としても絶縁破壊特性の劣化のような問題が生じることがない。
なお、酸化膜23の厚さを10nm未満とすると、酸化膜の形成に時間がかからなくなるものの絶縁性が保てなくなるおそれがあるので10nm以上とするのが好ましい。
【0047】
工程(c)では、表面に酸化膜23を形成したボンドウエーハ21の片側の表面から水素イオンをイオン注入する。なお、希ガスイオンあるいは水素イオンと希ガスイオンの混合ガスイオンをイオン注入してもよい。これにより、ウエーハ内部にイオンの平均進入深さにおいて表面に平行なイオン注入層24を形成することができる。なお、この時のイオン注入層の深さは、最終的に形成されるSOI層の厚さに反映される。従って、注入エネルギー等を制御してイオン注入することにより、SOI層の厚さを制御でき、例えば200nm以下の厚さのSOI層とすることも可能である。
【0048】
工程(d)は、ボンドウエーハ21のイオン注入された側の表面とベースウエーハ22の表面とを酸化膜23を介して貼り合わせる。例えば、常温の清浄な雰囲気下で2枚のウエーハ21,22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エーハ同士が接着する。
【0049】
次に、工程(e)では、熱処理によりボンドウエーハ21の一部をイオン注入層24で剥離する。例えば、ボンドウエーハ21とベースウエーハ22とを貼り合わせて接着したものに対し、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エーハ25とSOIウエーハ26(SOI層27+埋込み酸化膜23+ベースウエーハ22)に分離される。
【0050】
ここで、副生された剥離ウエーハ25については、最近、剥離面に研磨等の再生処理を施し、ベースウエーハ、あるいはボンドウエーハとして再利用する方法が提案されている。前記したように、ボンドウエーハ21は、N領域であって、Cuデポジション欠陥領域を含まないシリコンウエーハを使用しているので、剥離ウエーハ25を再生処理して得たシリコンウエーハは、例えばボンドウエーハ21として再利用することで、同様の高品質のSOIウエーハを製造することができることになる。すなわち、本発明に係るSOIウエーハが、実質的に1枚のシリコンウエーハから製造されることになり、製造コストを一層低く抑えることができる。
【0051】
工程(f)では、SOIウエーハ26に対して結合熱処理を加える。この工程(f)は、前記工程(d)、(e)の貼り合わせ工程および剥離熱処理工程で密着させたウエーハ同士の結合力では、そのままデバイス作製工程で使用するには弱いので、結合熱処理としてSOIウエーハ26に高温の熱処理を施して結合強度を十分なものとする。例えば、この熱処理は不活性ガス雰囲気下、1050℃〜1200℃で30分から2時間の範囲で行うことができる。
このような高温での熱処理を施しても、ベースウエーハ22のウエーハ全面には空孔型の微小欠陥が存在しないので、埋め込み酸化膜23の絶縁破壊特性の劣化は生じず、高絶縁性を維持することができる。
【0052】
工程(g)では、SOIウエーハ26表面に形成された酸化膜を弗酸洗浄により除去するものである。このとき、シリコン活性層27に空孔型欠陥が存在すると欠陥を通してHFが埋め込み酸化膜に達することにより微小ピットが発生してしまうおそれがあるが、シリコン活性層27は、全面にわたってN領域であり、且つCuデポジション法により検出される欠陥領域を含まないシリコン単結晶から構成されているので、弗酸洗浄を行ってもピットが拡大してSOI層27及び埋め込み酸化膜23が破壊されることもない。
【0053】
さらに工程(h)では、必要に応じ、SOI層27の厚さを調整するための酸化を行い、次いで(I)工程では、弗酸洗浄により酸化膜28を除去するいわゆる犠牲酸化を行う。
【0054】
以上のような工程(a)〜(I)を経て製造されたSOIウエーハ26は、ベースウエーハ22は、ウエーハ全面がOSF領域の外側であって、Cuデポジション法により検出される欠陥領域を含まず、且つ格子間シリコンに起因した転位クラスタが存在するI領域を含むCZシリコン単結晶から構成されている。一方、シリコン活性層27は、全面にわたってOSF領域の外側のN領域であり、且つCuデポジション法により検出される欠陥領域を含まないCZシリコン単結晶から構成されている。すなわち、ベースウエーハ22の表面上に空孔型の微小欠陥が存在しないため、埋め込み酸化膜23が極めて薄いにもかかわらず、高絶縁性が維持され、電気的信頼性が極めて高いものとなる。その上、SOI層27は無欠陥であるため、デバイス形成を行った場合、極めて高い歩留りを達成することができる。
【0055】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
(実験1):引上げ条件の確認
図3の単結晶製造装置30を用いて、以下のように結晶成長速度の漸減実験を行い、各領域の境界における成長速度を調べた。
まず、24インチ(600mm)径の石英ルツボに原料となる多結晶シリコンを150kgチャージし、直径210mmのシリコン単結晶を育成した。酸素濃度は23〜26ppma(ASTM’79値)となるようにした。単結晶を育成する際、図4(A)に示されるように、成長速度を結晶頭部から尾部にかけて0.80mm/minから0.40mm/minの範囲で直線的に漸減させるように制御した。
【0056】
そして、図4(A)(B)に示すとおり、引上げた単結晶の頭部から尾部にかけて結晶軸方向に縦割り切断し、その後、直径200mmのウェーハ形状の鏡面加工仕上げのサンプルを作製した。
サンプルのうち1枚は、酸素析出熱処理後のウエーハライフタイム(WLT)測定(測定器:SEMILAB WT−85)によりV領域、OSF領域、I領域の各領域の分布状況および各領域境界の成長速度を確認した。なお、本実験における詳細な評価方法は、以下のとおりである。
【0057】
(a)直径210mmのインゴットを結晶軸方向10cm毎の長さでブロックに切断後、結晶軸方向に縦割り切断加工し、その後図5に示されるように結晶軸に対し垂直方向に直径200mm(8インチ)のウェーハ形状の鏡面加工サンプルに仕上げた。
(b)上記サンプルのうち1枚目は、ウェーハ熱処理炉内620℃・2時間(窒素雰囲気)熱処理後、800℃・4時間(窒素雰囲気)と1000℃・16時間(ドライ酸素雰囲気)の2段熱処理を施したあとに冷却し、SEMILAB WT−85によるWLTマップを作成した。
【0058】
実験結果
上記実験から、V領域、OSF領域、N領域、I領域の各領域境界の成長速度を確認した。
V領域/OSF領域境界 : 0.595mm/min
OSF領域/N領域境界 : 0.587mm/min
N領域/I領域境界 : 0.579mm/min
【0059】
(実験2):SOIウエーハの製造
図3に示したような実験1と同じ引き上げ装置により、24インチ石英ルツボに原料多結晶シリコンを150kgチャージし、実験1の結果をもとに2本の直径210mmのインゴットを引き上げた。
その際、図6に示したように、1本目は成長速度を結晶頭部から尾部にかけて0.65mm/minで一定となるように設定し、面内全域にV領域が形成されるように引き上げた。また、2本目は成長速度を結晶頭部から尾部にかけて0.55mm/minで一定となるように設定し、今度は面内全域にI領域が形成されるように引き上げた。酸素濃度は24〜26ppma(ASTM‘79)を狙うように作製した。そして各インゴットから加工した鏡面ウエーハをベースウエーハとして使用した。
【0060】
一方、ボンドウエーハとしては、異なるホットゾーンで、N領域であり、且つCuデポジション法により検出される欠陥領域を含まないシリコン単結晶を育成し、この単結晶から得た鏡面ウエーハを用いた。
上記のようなウエーハ全面がV領域またはI領域のベースウエーハと、無欠陥のボンドウエーハを用いて、絶縁酸化膜の厚さが70nm、シリコン活性層の厚さが200nmとなるSOIウエーハをそれぞれ製造した。
【0061】
このように製造されたSOIウエーハに対し、シリコン活性層を水酸化カリウム溶液で選択エッチングして除去した。次いで、残った絶縁酸化膜層を有するベースウエーハに対し、6MV/cmの電解強度でCuデポジション法による評価を行った。
その結果、貼り合わせ酸化を行った後の絶縁酸化膜の場合、図7(A)に見られるように面内全域がV領域のベースウエーハの方では酸化膜の破壊が確認された。一方、面内全域がI領域のベースウエーハの方では、図7(B)に見られるように酸化膜破壊は発生していなかった。
【0062】
尚、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、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。
【0063】
例えば、上記実施形態では、2枚のシリコンウエーハを用いてイオン注入剥離法によりSOIウエーハを製造する場合について説明したが、本発明は、貼り合わせ後、ボンドウエーハの裏面側を研削・研磨等により薄膜化して製造されるSOIウエーハにも適用することができる。
【0064】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ベースウエーハの全面がOSF領域の外側であって、Cuデポジション法により検出される欠陥領域を含まず、且つ格子間シリコンに起因した転位クラスタが存在するI領域を含むSOIウエーハが提供される。このようなSOIウエーハであれば、たとえ埋め込み酸化膜の厚さが100nm以下であっても優れた絶縁特性を保つため、これを使用してデバイスを作製すれば、電気特性に優れたデバイスを高歩留りで作製することができる。また、ベースウエーハは比較的容易に製造することができるため、製造コストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るSOIウエーハの製造工程の一例を示すフロー図である。
【図2】本発明に係るSOIウエーハを製造する際に使用する結晶の領域を表す説明図である。
【図3】本発明で使用することができるCZシリコン単結晶製造装置の一例である。
【図4】(A)単結晶成長速度と結晶切断位置の関係を示す関係図である。
(B)成長速度と各領域を示す説明図である。
【図5】評価試料の作製方法を示す説明図である。
【図6】育成した各シリコン単結晶の成長速度を示す説明図である。
【図7】Cuデポジッション法による欠陥分布を示す図である。
(A)V領域のベースウエーハ
(B)I領域のベースウエーハ(Cuデポジッション欠陥なし)
【図8】結晶欠陥領域を説明する説明図である。
【符号の説明】
1…成長単結晶棒、 2…シリコン融液、 3…湯面、 4…固液界面、
6…シードチャック、 7…ワイヤ、 10…外側断熱材、 12…黒鉛筒、
21…ボンドウエーハ、 22…ベースウエーハ、
23…酸化膜(絶縁層)、 24…イオン注入層、 25…剥離ウエーハ、
26…SOIウエーハ、 27…シリコン活性層(SOI層)、
28…酸化膜、 30…単結晶引上げ装置、 31…引上げ室、
32…ルツボ、 33…ルツボ保持軸、 34…ヒータ、 35…断熱材。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an SOI wafer, in particular, a high-quality SOI wafer with extremely high electrical reliability and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an SOI wafer in which a silicon active layer (SOI layer) is formed on a support substrate has been widely used as a device substrate. As a method for manufacturing such an SOI wafer, for example, a so-called bonding method in which two silicon wafers are bonded to each other via an oxide film is known.
[0003]
In the ion implantation separation method, which is one of the bonding methods, an oxide film (buried oxide film, interlayer) is formed as an insulating layer on the surface of a silicon wafer (bond wafer) serving as a silicon active layer or a silicon wafer (base wafer) serving as a support substrate. An ion-implanted layer (microbubble layer) is formed inside the wafer by ion-implanting ions such as hydrogen from the surface of one side of the bond wafer. Further, after bonding the ion-implanted surface of the bond wafer to the base wafer through an oxide film, the bond wafer is peeled off by using the ion-implanted layer as a boundary. As a result, an SOI wafer in which a thin silicon active layer is formed on the base wafer via the oxide film can be obtained. Note that after the peeling, a heat treatment (bonding heat treatment) for increasing the bonding force between the silicon active layer and the base wafer, or a hydrofluoric acid cleaning for removing an oxide film on the surface may be performed.
[0004]
As a silicon wafer used for manufacturing such an SOI wafer, a silicon single crystal grown by the Czochralski method (CZ method) can be generally used. However, in recent years, a silicon active layer or a buried oxide film has been used. Therefore, the demand for quality of silicon wafers to be used has become stricter.
In particular, as for a bond wafer to be a silicon active layer, it has been proposed to grow a silicon single crystal with few defects and use a high-quality silicon wafer obtained therefrom.
[0005]
Here, the relationship between the pulling speed when growing a silicon single crystal by the Czochralski method and the defects of the grown silicon single crystal will be described.
When the growth rate V is changed from high to low in the direction of the crystal axis in a CZ pulling machine using a furnace internal structure (hot zone: HZ) having a large temperature gradient G in the vicinity of the solid-liquid interface in the crystal, FIG. It is known to be obtained as a defect distribution map as shown.
[0006]
In FIG. 8, the V region is a vacancy, that is, a region in which there are many such as recesses and holes generated due to a shortage of silicon atoms, and the I region is an interstitial silicon that is an extra silicon atom. This is a region where there are many dislocations and excess lumps of silicon atoms. There is a neutral (Neutral, hereinafter abbreviated as N) region where there is no shortage or excess of atoms between the V region and the I region, and the OSF is near the boundary of the V region. It has also been confirmed that defects called oxidation induced stacking faults (Oxidation Induced Stacking Faults) are distributed in a ring shape (hereinafter sometimes referred to as OSF rings) when viewed in a cross section perpendicular to the crystal growth axis. ing.
[0007]
When the growth rate is relatively high, there are high density of grown-in defects such as FPD, LSTD, COP, etc., which are attributed to voids in which vacancy-type point defects are gathered. The region where the defect exists is the V region. As the growth rate decreases, an OSF ring is generated from the periphery of the crystal, an N region is generated outside the ring (low speed side), and when the growth rate is reduced, the OSF ring is placed at the center of the wafer. It shrinks and disappears, and the entire surface becomes an N region. At even lower speeds, defects (giant dislocation clusters) of L / D (Large Dislocation: abbreviations for interstitial dislocation loops, LSEPD, LFPD, etc.) that are thought to be caused by dislocation loops in which interstitial silicon aggregates exist at low density A region where these defects exist is an I region (sometimes referred to as an L / D region).
[0008]
The N region outside the OSF ring between the V region and the I region is a region in which neither FPD, LSTD, or COP caused by holes nor LSEPD or LFPD caused by interstitial silicon exists. Recently, when the N region is further classified, as shown in FIG. 8, an Nv region (region with many vacancies) adjacent to the outside of the OSF ring and an Ni region (interstitial silicon) adjacent to the I region are provided. It is known that in the Nv region, the amount of precipitated oxygen is large when thermal oxidation is performed, and in the Ni region, there is almost no oxygen precipitation.
[0009]
Conventionally, such an N region was present only partially in the wafer plane, but the V / G, which is the ratio between the pulling rate (V) and the temperature gradient (G) in the crystal solid-liquid interface axial direction, is controlled. Thus, as shown in FIG. 8, a crystal in which the N region spreads over the entire lateral surface (the entire wafer surface) can be manufactured.
Therefore, a method of using a silicon single crystal wafer that forms the entire N region as a bond wafer has also been proposed in the manufacture of SOI wafers. For example, when a silicon single crystal is pulled by the Czochralski method, the ratio (V / G) between the pulling speed V and the temperature gradient G at the crystal solid-liquid interface in the pulling axis direction is controlled within a predetermined range. An SOI wafer using an N region silicon wafer as a bond wafer has been proposed (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
[0010]
On the other hand, the base wafer is originally necessary for supporting the SOI layer with the insulating film interposed therebetween, and the element is not directly formed on the surface. For this reason, it has also been proposed to use a dummy grade silicon wafer whose resistance value deviates from the product standard as the base wafer (see Patent Document 3).
[0011]
In general, the base wafer includes a V region grown at a high pulling rate as shown in FIG. 8, or an OSF region and an Nv region in consideration of improvement in quality and productivity. A silicon wafer obtained by growing a silicon single crystal of a certain degree and processing the silicon single crystal grown at such a high speed into a mirror surface is widely used.
[0012]
[Patent Document 1]
JP 2001-146498 A (page 5-8)
[Patent Document 2]
JP 2001-44398 A (page 2-4, FIG. 1)
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-40786
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the surface of the silicon wafer obtained from the silicon single crystal grown at a high speed and the inside of the bulk are formed with high density of vacancy defects such as COP in which vacancies are gathered, and the surface has a size of 50 nm or more. There are many micro pit defects. When an SOI wafer is manufactured using a silicon wafer having a large number of such minute pit defects as a base wafer, high insulation properties can be obtained particularly when the insulating oxide film thickness required in recent years is formed thin. There has been a problem that it is not maintained and the electrical reliability is impaired.
[0014]
Therefore, the present invention has been made in view of such problems. Even when the interlayer insulating oxide film is formed to be extremely thin, for example, to a thickness of 100 nm or less, high insulation is maintained, and a device manufacturing process is performed. It is an object to provide an SOI wafer with high electrical reliability at low cost.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, according to the present invention, a silicon active layer is formed by bonding a base wafer made of silicon single crystal and a bond wafer through an oxide film, and then thinning the bond wafer. A formed SOI wafer, wherein the base wafer is a silicon single crystal grown by the Czochralski method, the entire surface of the wafer is outside the OSF region, and is a defect region detected by the Cu deposition method SOI wafer characterized by comprising an I region in which dislocation clusters due to interstitial silicon are presentButProvided.
[0016]
Thus, a CZ silicon single crystal in which the entire surface of the base wafer is outside the OSF region, does not include a defect region detected by a Cu deposition method, and includes an I region where dislocation clusters due to interstitial silicon exist. In the case of an SOI wafer made of the above, since there are no minute vacancy defects on the surface of the base wafer, the vacancies on the surface of the base wafer can be obtained even when the thickness of the insulating oxide film on the base wafer is as thin as less than 100 nm, for example. An SOI wafer that is extremely high in electrical reliability without being broken down due to the influence of defects. In addition, since the silicon wafer constituting the base wafer, for example, the entire surface of the wafer is the I region, can be manufactured relatively easily, so that it becomes inexpensive.
[0017]
  In this case, the SOI wafer is preferably formed by an ion implantation separation method in which the bond wafer is thinned by performing ion implantation on the bond wafer and peeling off the formed ion implantation layer..
  As a bonding method, after bonding the bond wafer and the base wafer, the bond wafer can be thinned by grinding and polishing to form an SOI wafer. In this case, the SOI layer is relatively thick. . On the other hand, according to the ion implantation delamination method, the depth of the ion implantation layer, that is, the thickness of the SOI layer can be set to an extremely thin level that has been required in recent years, and an extremely high quality SOI wafer can be obtained.
[0018]
  The thickness of the oxide film can be in the range of 10 to 100 nm..
  In recent years, the thickness of an interlayer insulating oxide film has been required to be, for example, about 50 nm. However, the SOI wafer according to the present invention has deteriorated dielectric breakdown characteristics even when such an extremely thin oxide film is formed. Therefore, high insulation is maintained.
[0019]
  The silicon active layer is a silicon single crystal grown by the Czochralski method, is an N region outside the OSF region over the entire surface, and does not include a defect region detected by the Cu deposition method. Preferably.
  In this way, if the entire surface of the silicon active layer is an N region outside the OSF region and is made of a CZ silicon single crystal that does not include a defect region detected by the Cu deposition method, a defect is present in the device formation region. In addition, even if hydrofluoric acid cleaning is performed, the silicon active layer and the buried oxide film are not destroyed due to defects in the silicon active layer, so that an extremely high quality SOI wafer is obtained.
[0020]
  Furthermore, according to the present invention, a method for manufacturing the SOI wafer as described above is also provided. That is, at least a step of forming an oxide film on at least one of a base wafer and a bond wafer each made of a silicon single crystal, a step of forming an ion implantation layer by ion implantation into the bond wafer, and an ion of the bond wafer In a method for manufacturing an SOI wafer, which includes a step of bonding an implanted surface to a base wafer through the oxide film, and a step of peeling with the ion implantation layer as a boundary, as the base wafer, Czochralski is used as the base wafer. This is a silicon single crystal grown by the method, and is detected by the Cu deposition method at a lower speed side than the OSF region generated in a ring shape when the pulling speed is gradually decreased from a high speed to a low speed during the growth. There is a dislocation cluster that does not include a defect region and is caused by interstitial silicon Method for manufacturing an SOI wafer is provided, wherein the use of those containing I region.
[0021]
When manufacturing an SOI wafer by the ion implantation delamination method, the base wafer does not include a defect region detected by the Cu deposition method as described above, and includes an I region in which dislocation clusters due to interstitial silicon exist. If a CZ silicon single crystal wafer is used, even if the interlayer insulating oxide film is formed to a thickness of less than 100 nm, the dielectric breakdown of the oxide film is caused by vacancy defects existing in the base wafer during the bonding heat treatment or the like. The characteristics are not deteriorated, and a high-quality SOI wafer with high electrical reliability can be manufactured. In addition, a silicon wafer used as a base wafer, for example, a silicon wafer whose entire surface is an I region can be manufactured relatively easily because the control range can be widened, so that a high-quality SOI wafer can be manufactured easily and at low cost. Can be manufactured.
[0022]
  In this case, the bond wafer is a silicon single crystal grown by the Czochralski method. When the entire surface of the wafer is gradually reduced from a high speed to a low speed during the growth, the OSF is generated in a ring shape. It is preferable to use an N region at a lower speed side than the region and not including a defect region detected by the Cu deposition method..
  Thus, if an SOI wafer is manufactured using a defect-free bond wafer, the device formed in the SOI layer is not adversely affected, and the deterioration of the dielectric breakdown characteristics of the interlayer oxide film is surely prevented. An extremely high quality SOI wafer can be manufactured.
[0023]
Recently, when an SOI wafer is manufactured by an ion implantation separation method, a method of reclaiming the peeled bond wafer (peeled wafer) and reusing it as a base wafer (or bond wafer) has been proposed (for example, a special wafer). (See Kaihei 11-297583). Therefore, if a defect-free bond wafer as described above is used, and then the peeled wafer is regenerated and reused as a bond wafer, a high-quality SOI wafer can be manufactured at a low cost.
[0024]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The present inventors conducted a detailed investigation on the influence of the base wafer of the SOI wafer by the bonding method on the buried oxide film. As a result, when an SOI wafer is manufactured using a silicon single crystal that has been conventionally grown at a high speed, that is, a silicon wafer having a large number of vacancy-type micro defects of 50 nm or more on the surface, When the insulating oxide film has a sufficient thickness of several hundreds of nanometers or more, problems such as deterioration of the dielectric breakdown characteristics due to the influence of the base wafer hardly occur, but when the thin film is less than 100 nm. It has been found that there is a possibility that the maintenance of the insulation due to the influence of the base wafer may be disturbed. In particular, in the case of a 50 nm level buried oxide film that has been demanded in recent years, the conventional V-rich base wafer affects the interlayer insulating oxide film during the bonding heat treatment and the like, and high insulation cannot be maintained. It has been found that there is an extremely high possibility of impairing reliability.
[0025]
Accordingly, the present inventors can reduce the micro defects of the base wafer to make an SOI wafer with high electrical reliability that does not cause deterioration of dielectric breakdown characteristics even when the insulating oxide film is formed to 100 nm or less. The following surveys and examinations were conducted.
First, when pulling up a silicon single crystal, when gradually decreasing from a high speed to a low speed from the crystal shoulder to the straight tail, the OSF shrinks when reaching a certain growth rate as described above, and thereafter, the Nv is further reduced in the low speed region. It is known that each phase is formed in the order of Ni, I (large dislocation cluster generation) region. Recently, as shown in FIG. 2, a part of the Nv region where defects are detected by the Cu deposition method immediately after the disappearance of the OSF (hereinafter sometimes referred to as Cu deposition defect region) exists. It was also found out (see, for example, JP-A-2002-201093).
[0026]
The Cu deposition method is an evaluation of a wafer that can accurately measure the position of defects in a semiconductor wafer, improve the detection limit for defects in a semiconductor wafer, and accurately measure and analyze even finer defects. Is the law.
A specific method for evaluating a wafer is to form an insulating film having a predetermined thickness on the wafer surface, destroy the insulating film on the defect site formed near the wafer surface, and electrolyze the defect site with Cu or the like. The substance is deposited (deposited). In other words, in the Cu deposition method, when a potential is applied to an oxide film formed on the wafer surface in a liquid in which Cu ions are dissolved, a current flows through a portion where the oxide film is degraded, and the Cu ions become Cu. This is an evaluation method using the precipitation. It is known that a defect such as COP exists in a portion where the oxide film easily deteriorates.
[0027]
The defect portion of the Cu-deposited wafer can be analyzed under a condenser lamp or directly with the naked eye to evaluate its distribution and density. Further, it can be observed with a microscope, a transmission electron microscope (TEM) or It can also be confirmed with a scanning electron microscope (SEM).
[0028]
The inventors then further investigated the defects in these areas.
Specifically, when the silicon single crystal growth is gradually reduced from a high speed to a low speed, a focused ion beam (FIB) processing is performed after coordinate identification of the V region immediately before the disappearance of OSF by a surface inspection device (MAGICS; product name). As a result of TEM observation of the point, the presence of a minute pit defect of about 20 nm was confirmed. In the V region, voids become finer as the region immediately before the disappearance of the OSF, but even if the minute pit defects in the V region are quite fine, the initial oxide film breakdown voltage (TZDB) time remarkably deteriorates. Let
[0029]
On the other hand, when the silicon single crystal growth is gradually reduced from a high speed to a low speed, the Cu deposition defect region immediately after the disappearance of the OSF does not have a significant deterioration in breakdown voltage level as in the V region, and the TZDB characteristic is almost 100% in the plane. Although the C mode was shown in the region, there was a slight deterioration in the time dependent dielectric breakdown (TDDB) characteristics.
[0030]
As a result of such investigations and examinations, as the interlayer insulating oxide film required for some devices has recently been made thinner, bond wafers, that is, silicon active layers, have been used in V regions and OSFs conventionally used. In addition to the silicon single crystal wafer in which the Cu deposition defect region exists also in the region or the N region, even when such a silicon wafer is used as the base wafer, it becomes an obstacle to the insulating properties of the oxide film, and the electrical characteristics It has been found that defects related to can occur.
In addition, the vacancy type defects existing in these regions may cause deterioration of the quality of the insulating oxide film during the bonding heat treatment, and particularly in the case of a thin film whose film thickness is less than 100 nm, excellent insulation It was found that it was impossible to maintain the property, causing electrical failure and significantly reducing the reliability.
[0031]
In order to avoid such an electrical failure, it is conceivable to use an N region specular wafer having no defect region detected by the Cu deposition method as the base wafer of the SOI wafer. However, in order to grow a silicon single crystal having an N region and no Cu deposition defect region, the growth rate is limited to a narrow range, and V / G is kept at a predetermined value. Since advanced crystal growth technology is required, productivity and manufacturing yield are low, resulting in an increase in cost.
[0032]
Therefore, the present inventors can use the CZ silicon wafer including the I region as a base wafer that can be easily manufactured at a low speed without using an advanced crystal growth technique. Even if the thickness is 100 nm or less, it has been found that an SOI wafer having excellent electrical characteristics can be produced at low cost, and the present invention has been completed.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited thereto.
FIG. 1 is a flowchart showing an example of a process for manufacturing an SOI wafer according to the present invention by an ion implantation separation method.
First, in the first step (a), two silicon mirror wafers, that is, a bond wafer 21 serving as an SOI layer and a base wafer 22 serving as a support substrate are prepared. Here, in the present invention, the base wafer 22 is a silicon single crystal grown by the Czochralski method, and the OSF region generated in a ring shape when the pulling rate is gradually reduced from high to low during the growth. A wafer is used which is on the lower speed side, does not include a defect region detected by the Cu deposition method, and includes an I region where dislocation clusters due to interstitial silicon exist.
[0034]
On the other hand, the bond wafer 21 may be used according to the quality required for the silicon active layer. However, since a device is formed on the silicon active layer, if there is a defect in the silicon active layer, the device It will affect the quality. Accordingly, it is preferable to use a bond wafer 21 made of a silicon single crystal having no micro defects. Therefore, as the bond wafer 21, it is desirable to use a wafer which is the N region on the lower speed side than the OSF region where the entire surface of the wafer is generated in a ring shape and does not include a defect region detected by the Cu deposition method.
[0035]
Each silicon single crystal used as the bond wafer 21 or the base wafer 22 as described above can be grown using, for example, a single crystal manufacturing apparatus 30 as shown in FIG.
This single crystal pulling apparatus 30 includes a pulling chamber 31, a crucible 32 provided in the pulling chamber 31, a heater 34 disposed around the crucible 32, a crucible holding shaft 33 for rotating the crucible 32, and a rotation mechanism thereof. (Not shown), a seed chuck 6 that holds a seed crystal of silicon, a wire 7 that pulls up the seed chuck 6, and a winding mechanism (not shown) that rotates or winds the wire 7. A heat insulating material 35 is disposed around the outside of the heater 34.
[0036]
The crucible 32 is provided with a quartz crucible on the inner side containing the silicon melt (hot water) 2 and on the outer side with a graphite crucible.
Recently, a magnet (not shown) is installed outside the pulling chamber 31 in the horizontal direction, and a magnetic field in the horizontal direction or the vertical direction is applied to the silicon melt 2 to suppress convection of the melt, thereby The so-called MCZ method is often used to achieve stable growth.
[0037]
Further, a cylindrical graphite tube (heat shield plate) 12 is provided so as to surround the grown silicon single crystal 1, and an annular outer heat insulating material 10 is provided on the outer periphery in the vicinity of the solid-liquid interface 4 of the crystal. . In some cases, an inner heat insulating material is also provided inside the graphite tube 12. Such a heat insulating material 10 is installed with a space of 2 to 20 cm between its lower end and the molten metal surface 3 of the silicon melt 2. By doing so, the difference between the temperature gradient Gc [° C./cm] in the crystal center portion and the temperature gradient Ge in the crystal periphery portion becomes small, and for example, the furnace temperature so that the temperature gradient around the crystal is lower than the crystal center. Can also be controlled.
Further, a cooling cylinder 14 is provided on the graphite cylinder 12 and forced cooling is performed by flowing a cooling medium. Further, a cylindrical cooling means for blowing a cooling gas or blocking the radiant heat to cool the single crystal may be provided.
[0038]
In order to manufacture a silicon single crystal using such a single crystal pulling apparatus 30, first, a high-purity polycrystalline silicon raw material of silicon is heated to a melting point (about 1420 ° C.) or higher in a crucible 32 to be melted. Next, the tip of the seed crystal is brought into contact with or immersed in the approximate center of the surface of the melt 2 by unwinding the wire 7. Thereafter, the crucible holding shaft 33 is rotated and the wire 7 is wound while being rotated. As a result, the seed crystal is pulled up while rotating, and the growth of the single crystal is started. Thereafter, the single crystal rod 1 having a substantially cylindrical shape can be obtained by appropriately adjusting the pulling speed and temperature.
[0039]
In order to grow a silicon single crystal that is an N region and does not include a Cu deposition defect region used as the bond wafer 21, for example, the growth rate (pulling rate) of the silicon single crystal being pulled is increased from a high speed. The growth rate at the boundary where the defect region detected by the Cu deposition method disappears after the OSF region generated in the ring shape disappears when gradually decreasing to a low speed, and the lattice when the growth rate is further decreased The crystal is grown by controlling the growth rate between the growth rate of the boundary where the interphase loop is generated.
[0040]
That is, when the growth rate of the silicon single crystal being pulled is gradually decreased from the high speed to the low speed from the crystal shoulder to the straight trunk, the V region, the OSF ring region, Each phase is formed in the order of the Cu deposition defect region, the Nv region, the Ni region, and the I region (giant dislocation cluster generation region). Among the N regions, defects detected by Cu deposition remaining after the OSF ring disappears. A single crystal is grown by controlling the growth rate between the growth rate at the boundary where the region disappears and the growth rate at which the I region is generated when the growth rate is further reduced. According to such a method, a V region defect such as FPD, an I region defect such as a giant dislocation cluster (LSEPD, LFPD), an OSF defect, and an N region that has no defect detected by the Cu deposition method. A silicon single crystal can be grown.
[0041]
Then, after processing the silicon single crystal grown as described above into a mirror-polished wafer (PW), the PW is arbitrarily extracted from the unit lot for each ingot block, and then evaluated by the Cu deposition method. If it is free, it may be adopted as the bond wafer 21.
[0042]
However, in order to manufacture a silicon wafer having no defect on the entire surface of the wafer, V / G must be uniformly controlled so as to be an N region in the crystal diameter direction throughout the entire process of growing a silicon single crystal. In addition, the setting range of the growth rate is very limited, and a very advanced crystal growth technique is required, resulting in an increase in manufacturing cost.
Therefore, in the present invention, as described above, the base wafer 22 is located on the lower speed side than the OSF region generated in a ring shape when the pulling speed is gradually decreased from the high speed to the low speed during the growth. A silicon wafer made of a CZ silicon single crystal that does not include a defect region detected by the position method and includes an I region in which a dislocation cluster due to interstitial silicon exists is used.
[0043]
Such a silicon single crystal can be grown without using an advanced crystal growth technique as in the case of growing a silicon single crystal in which the entire wafer surface is defect-free. For example, in order to grow a silicon single crystal that becomes the entire I region, it is relatively easy to grow on the low speed side without being restricted to uniformly control V / G in the crystal diameter direction during crystal growth. be able to. Even if V / G in the crystal diameter direction is non-uniform, in the case of I region crystal production, G is higher than the hot zone used for N region crystal production, that is, the temperature gradient near the solid-liquid interface in the crystal is large. Use of hot zones is possible. Therefore, depending on the design of the hot zone, it is possible to pull up the single crystal serving as the entire I region at a higher speed than when growing the single crystal serving as the entire N region. This is because it is not necessary to make the V / G value in the crystal plane uniform.
[0044]
The base wafer 22 used in the present invention is not limited to a wafer whose entire surface is an I region, and includes a Ni region where interstitial silicon is dominant in addition to the I region, as shown in FIG. You may use the wafer which consists of a silicon single crystal which does not contain Cu deposition defect area | region. Since such a wafer also has no defects due to vacancies in the surface, even if the insulating film is thin, its dielectric breakdown characteristics are not deteriorated.
[0045]
Next, in the step (b) of FIG. 1, the surface of at least one of the bond wafer 21 and the base wafer 22 is oxidized. Here, the bond wafer 21 is thermally oxidized to form an oxide film 23 on the surface thereof. At this time, the oxide film 23 has a thickness that can maintain the required insulating properties. However, in the present invention, an extremely thin oxide film having a thickness in the range of 10 to 100 nm can be formed.
[0046]
As a base wafer, if a silicon wafer that has been used in the past, for example, a silicon wafer having a large number of vacancy-type microdefects of 50 nm or more on the surface is used and an SOI wafer is manufactured with a buried oxide film thickness of 100 nm or less, the oxide film becomes Under the influence of vacancy defects present on the surface of the base wafer, there is a risk of destruction by subsequent bonding heat treatment or heat treatment in the device process. However, in the present invention, a silicon wafer made of a CZ silicon single crystal that does not include a defect region detected by the Cu deposition method and includes an I region where dislocation clusters due to interstitial silicon exist is used as the base wafer 22. Therefore, even if the evaluation by the Cu deposition method is performed, the oxide film does not break down. For example, even if the thickness of the oxide film 23 is set to 100 nm or less, there is no problem such as deterioration of the dielectric breakdown characteristics. .
Note that if the thickness of the oxide film 23 is less than 10 nm, it takes time to form the oxide film, but the insulation may not be maintained.
[0047]
In the step (c), hydrogen ions are ion-implanted from the surface on one side of the bond wafer 21 having the oxide film 23 formed on the surface. Note that rare gas ions or mixed gas ions of hydrogen ions and rare gas ions may be ion-implanted. Thereby, the ion implantation layer 24 parallel to the surface can be formed inside the wafer at the average ion penetration depth. Note that the depth of the ion implantation layer at this time is reflected in the thickness of the finally formed SOI layer. Therefore, the thickness of the SOI layer can be controlled by performing ion implantation by controlling the implantation energy and the like, for example, an SOI layer having a thickness of 200 nm or less can be obtained.
[0048]
In the step (d), the ion-implanted surface of the bond wafer 21 and the surface of the base wafer 22 are bonded together via the oxide film 23. For example, by bringing the surfaces of the two wafers 21 and 22 into contact with each other in a clean atmosphere at room temperature, the wafers are bonded to each other without using an adhesive or the like.
[0049]
Next, in step (e), a part of the bond wafer 21 is peeled off by the ion implantation layer 24 by heat treatment. For example, if a bond wafer 21 and a base wafer 22 are bonded and bonded to each other and subjected to a heat treatment at a temperature of about 500 ° C. or higher in an inert gas atmosphere, the separation wafer 25 is caused by crystal rearrangement and bubble aggregation. And SOI wafer 26 (SOI layer 27 + buried oxide film 23 + base wafer 22).
[0050]
Here, with respect to the peeled wafer 25 produced as a by-product, recently, a method has been proposed in which the peeled surface is subjected to a regeneration process such as polishing and reused as a base wafer or a bond wafer. As described above, since the bond wafer 21 is a silicon wafer which is an N region and does not include a Cu deposition defect region, a silicon wafer obtained by reprocessing the separation wafer 25 is, for example, a bond wafer. By reusing as 21, the same high quality SOI wafer can be manufactured. That is, the SOI wafer according to the present invention is substantially manufactured from one silicon wafer, and the manufacturing cost can be further reduced.
[0051]
In step (f), a bonding heat treatment is applied to the SOI wafer 26. In this step (f), the bonding strength between the wafers adhered in the bonding step and the peeling heat treatment step in the steps (d) and (e) is weak to use in the device manufacturing step as it is. The SOI wafer 26 is subjected to a high temperature heat treatment so that the bond strength is sufficient. For example, the heat treatment can be performed in an inert gas atmosphere at 1050 ° C. to 1200 ° C. for 30 minutes to 2 hours.
Even if heat treatment is performed at such a high temperature, since there are no void-type micro defects on the entire surface of the base wafer 22, the dielectric breakdown characteristics of the buried oxide film 23 are not deteriorated, and high insulation is maintained. can do.
[0052]
In step (g), the oxide film formed on the surface of the SOI wafer 26 is removed by hydrofluoric acid cleaning. At this time, if there is a vacancy type defect in the silicon active layer 27, there is a possibility that pits are generated by HF reaching the buried oxide film through the defect. However, the silicon active layer 27 is an N region over the entire surface. In addition, since it is composed of a silicon single crystal that does not include a defect region detected by the Cu deposition method, the pits are enlarged and the SOI layer 27 and the buried oxide film 23 are destroyed even if hydrofluoric acid cleaning is performed. Nor.
[0053]
Further, in step (h), oxidation for adjusting the thickness of the SOI layer 27 is performed as necessary. Next, in step (I), so-called sacrificial oxidation for removing the oxide film 28 by hydrofluoric acid cleaning is performed.
[0054]
In the SOI wafer 26 manufactured through the steps (a) to (I) as described above, the base wafer 22 includes a defect region that is entirely outside the OSF region and detected by the Cu deposition method. And a CZ silicon single crystal including an I region where dislocation clusters due to interstitial silicon exist. On the other hand, the silicon active layer 27 is composed of a CZ silicon single crystal that is an N region outside the OSF region over the entire surface and does not include a defect region detected by the Cu deposition method. That is, since there are no hole-type minute defects on the surface of the base wafer 22, high insulation is maintained and the electrical reliability is extremely high even though the buried oxide film 23 is extremely thin. In addition, since the SOI layer 27 is defect-free, when a device is formed, a very high yield can be achieved.
[0055]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated, this invention is not limited to this.
(Experiment 1): Confirmation of pulling conditions
Using the single crystal manufacturing apparatus 30 of FIG. 3, the crystal growth rate was gradually reduced as follows, and the growth rate at the boundary of each region was examined.
First, 150 kg of polycrystalline silicon as a raw material was charged in a quartz crucible having a diameter of 24 inches (600 mm) to grow a silicon single crystal having a diameter of 210 mm. The oxygen concentration was set to 23 to 26 ppma (ASTM'79 value). When growing a single crystal, as shown in FIG. 4 (A), the growth rate was controlled to gradually decrease linearly in the range of 0.80 mm / min to 0.40 mm / min from the crystal head to the tail. .
[0056]
Then, as shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B), a vertically split cut was made in the crystal axis direction from the head to the tail of the pulled single crystal, and then a wafer-shaped mirror-finished sample with a diameter of 200 mm was produced.
One of the samples was measured for wafer lifetime (WLT) after oxygen precipitation heat treatment (measuring instrument: SEMILAB WT-85), and the distribution of each region in the V region, OSF region, and I region, and the growth rate of each region boundary. It was confirmed. The detailed evaluation method in this experiment is as follows.
[0057]
(A) An ingot with a diameter of 210 mm is cut into blocks with a length of every 10 cm in the crystal axis direction, and then cut into pieces in the crystal axis direction, and then, as shown in FIG. An 8-inch wafer-shaped mirror-finished sample was finished.
(B) Of the above samples, the first sample was heat treated in a wafer heat treatment furnace at 620 ° C. for 2 hours (nitrogen atmosphere), followed by 800 ° C. for 4 hours (nitrogen atmosphere) and 1000 ° C. for 16 hours (dry oxygen atmosphere). After performing the step heat treatment, it was cooled and a WLT map by SEMILAB WT-85 was prepared.
[0058]
Experimental result
From the above experiment, the growth rate of each region boundary of the V region, the OSF region, the N region, and the I region was confirmed.
V region / OSF region boundary: 0.595 mm / min
OSF region / N region boundary: 0.587 mm / min
N region / I region boundary: 0.579 mm / min
[0059]
(Experiment 2): Production of SOI wafer
With the same pulling apparatus as in Experiment 1 as shown in FIG. 3, 150 kg of raw material polycrystalline silicon was charged into a 24-inch quartz crucible, and two ingots with a diameter of 210 mm were pulled up based on the results of Experiment 1.
At that time, as shown in FIG. 6, the first growth is set so that the growth rate is constant at 0.65 mm / min from the crystal head to the tail, and is pulled up so that a V region is formed in the entire surface. It was. In the second line, the growth rate was set to be constant at 0.55 mm / min from the crystal head to the tail, and this time it was pulled up so that the I region was formed over the entire surface. The oxygen concentration was prepared so as to aim at 24-26 ppma (ASTM '79). A mirror wafer processed from each ingot was used as a base wafer.
[0060]
On the other hand, as a bond wafer, a silicon single crystal which is an N region and does not include a defect region detected by a Cu deposition method in different hot zones was grown, and a mirror wafer obtained from this single crystal was used.
Using the base wafer having the entire V region or I region as described above and a defect-free bond wafer, SOI wafers having an insulating oxide film thickness of 70 nm and a silicon active layer thickness of 200 nm are manufactured. did.
[0061]
The silicon active layer was removed from the manufactured SOI wafer by selective etching with a potassium hydroxide solution. Next, the base wafer having the remaining insulating oxide film layer was evaluated by a Cu deposition method with an electrolytic strength of 6 MV / cm.
As a result, in the case of the insulating oxide film after the bonding oxidation, as shown in FIG. 7A, the destruction of the oxide film was confirmed in the base wafer whose entire in-plane region was the V region. On the other hand, in the case of the base wafer in which the entire in-plane region is the I region, no oxide film breakdown occurred as seen in FIG.
[0062]
The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
[0063]
For example, in the above-described embodiment, the case where an SOI wafer is manufactured by an ion implantation separation method using two silicon wafers has been described. However, in the present invention, after bonding, the back surface side of the bond wafer is ground or polished. The present invention can also be applied to SOI wafers manufactured by thinning.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the entire surface of the base wafer is outside the OSF region, does not include the defect region detected by the Cu deposition method, and there are dislocation clusters caused by interstitial silicon. An SOI wafer including an I region is provided. Such an SOI wafer maintains excellent insulation characteristics even if the thickness of the buried oxide film is 100 nm or less. If a device is manufactured using this, a device with excellent electrical characteristics can be obtained. It can be produced with a yield. Further, since the base wafer can be manufactured relatively easily, the manufacturing cost can be kept low.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing an example of a manufacturing process of an SOI wafer according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a region of a crystal used when manufacturing an SOI wafer according to the present invention.
FIG. 3 is an example of a CZ silicon single crystal manufacturing apparatus that can be used in the present invention.
FIG. 4A is a relationship diagram showing a relationship between a single crystal growth rate and a crystal cutting position.
(B) It is explanatory drawing which shows a growth rate and each area | region.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a method for producing an evaluation sample.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the growth rate of each grown silicon single crystal.
FIG. 7 is a diagram showing a defect distribution by a Cu deposition method.
(A) Base wafer in V region
(B) I-region base wafer (no Cu deposition defects)
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a crystal defect region;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Growing single crystal rod, 2 ... Silicon melt, 3 ... Hot water surface, 4 ... Solid-liquid interface,
6 ... Seed chuck, 7 ... Wire, 10 ... Outer insulation, 12 ... Graphite tube,
21 ... Bond wafer, 22 ... Base wafer,
23 ... oxide film (insulating layer), 24 ... ion implantation layer, 25 ... peeling wafer,
26 ... SOI wafer, 27 ... Silicon active layer (SOI layer),
28 ... oxide film, 30 ... single crystal pulling device, 31 ... pulling chamber,
32 ... crucible, 33 ... crucible holding shaft, 34 ... heater, 35 ... heat insulating material.

Claims (3)

それぞれシリコン単結晶からなるベースウエーハとボンドウエーハとを、厚さが10〜100nmの範囲にある酸化膜を介して貼り合わせた後、前記ボンドウエーハを薄膜化することによりシリコン活性層が形成されたSOIウエーハであって、前記ベースウエーハが、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶であり、該ウエーハ全面がOSF領域の外側であって、Cuデポジション法により検出される欠陥領域を含まず、且つ格子間シリコンに起因した転位クラスタが存在するI領域を含むものからなり、また前記ボンドウエーハが、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶であり、全面にわたってOSF領域の外側のN領域であり、且つCuデポジション法により検出される欠陥領域を含まないものからなることを特徴とするSOIウエーハ。A silicon active layer was formed by thinning the bond wafer after bonding a base wafer made of silicon single crystal and a bond wafer through an oxide film having a thickness in the range of 10 to 100 nm . An SOI wafer, wherein the base wafer is a silicon single crystal grown by the Czochralski method, and the entire surface of the wafer is outside the OSF region and does not include a defect region detected by the Cu deposition method. And the bond wafer is a silicon single crystal grown by the Czochralski method and includes an N region outside the OSF region over the entire surface. And that does not include defect areas detected by the Cu deposition method. SOI wafer characterized by. 前記SOIウエーハが、前記ボンドウエーハにイオン注入を行い、形成されたイオン注入層で剥離することで前記ボンドウエーハの薄膜化を行うイオン注入剥離法により形成されたものであることを特徴とする請求項1に記載のSOIウエーハ。  The SOI wafer is formed by an ion implantation delamination method in which the bond wafer is thinned by performing ion implantation on the bond wafer and delamination with the formed ion implantation layer. Item 4. The SOI wafer according to Item 1. 少なくとも、それぞれシリコン単結晶からなるベースウエーハとボンドウエーハのうち少なくとも一方に埋め込み酸化膜の厚さが10〜100nmの範囲になるような厚さの酸化膜を形成する工程と、ボンドウエーハにイオン注入することによりイオン注入層を形成する工程と、該ボンドウエーハのイオン注入した側の面を、前記酸化膜を介してベースウエーハと貼り合わせる工程と、前記イオン注入層を境界として剥離を行う工程とを有するSOIウエーハの製造方法において、前記ベースウエーハとして、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶であり、育成の際に引き上げ速度を高速から低速に漸減させた場合に、リング状に発生するOSF領域より低速側であって、Cuデポジション法により検出される欠陥領域を含まず、且つ格子間シリコンに起因した転位クラスタが存在するI領域を含むものを使用し、また前記ボンドウエーハとして、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶であり、該ウエーハ全面が、育成の際に引き上げ速度を高速から低速に漸減させた場合に、リング状に発生するOSF領域より低速側のN領域であり、且つCuデポジション法により検出される欠陥領域を含まないものを使用することを特徴とするSOIウエーハの製造方法。Forming at least one of a base wafer and a bond wafer each made of a silicon single crystal, and forming an oxide film having a thickness in a range of 10 to 100 nm, and implanting ions into the bond wafer A step of forming an ion implantation layer, a step of bonding an ion-implanted surface of the bond wafer to a base wafer via the oxide film, and a step of peeling with the ion implantation layer as a boundary. In the method for manufacturing an SOI wafer having the above structure, the base wafer is a silicon single crystal grown by the Czochralski method, and is generated in a ring shape when the pulling speed is gradually decreased from a high speed to a low speed during the growth. Includes a defect area detected by the Cu deposition method on the lower speed side than the OSF area And a silicon single crystal grown by the Czochralski method as the bond wafer, wherein the bond wafer includes an I region where dislocation clusters due to interstitial silicon are present. When the pulling speed is gradually decreased from high speed to low speed, an N area on the lower speed side than the OSF area generated in a ring shape and not including a defect area detected by the Cu deposition method is used. A method for manufacturing an SOI wafer.
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