JP5585319B2 - Manufacturing method of bonded SOI wafer - Google Patents
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本発明は、イオン注入剥離法を用いた貼り合わせウェーハの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a bonded wafer using an ion implantation separation method.
イオン注入剥離法により作製される貼り合わせSOIウェーハにおいて、デバイス構造上の要求から、p型低抵抗率のSOI層からなるSOIウェーハ、または、p型低抵抗率のSOI層をシード層としてその上にエピタキシャル層を形成したSOIウェーハが必要とされる場合がある。その場合、ボンドウェーハとしてp型の電気抵抗率の低いシリコン単結晶ウェーハを用い、作製されるSOIウェーハのSOI層がその電気抵抗率(ボロン濃度)を維持することが必要である。 In a bonded SOI wafer manufactured by an ion implantation delamination method, an SOI wafer composed of a p-type low-resistivity SOI layer or a p-type low-resistivity SOI layer is used as a seed layer on the basis of device structure requirements. In some cases, an SOI wafer having an epitaxial layer formed thereon is required. In that case, a p-type silicon single crystal wafer with low electrical resistivity is used as the bond wafer, and the SOI layer of the manufactured SOI wafer needs to maintain its electrical resistivity (boron concentration).
しかし、SOIウェーハの埋め込み酸化膜(BOX膜)となる絶縁膜として、ボンドウェーハに熱酸化膜を形成すると、酸化膜中へのp型ドーパントの偏析により剥離後にSOI層となる部分(熱酸化膜が形成されたボンドウェーハの熱酸化膜直下の表層部)のボロン濃度が低下してしまう。 However, when a thermal oxide film is formed on a bond wafer as an insulating film to be a buried oxide film (BOX film) of an SOI wafer, a portion (thermal oxide film) that becomes an SOI layer after peeling due to segregation of p-type dopant in the oxide film. As a result, the boron concentration in the surface layer portion immediately below the thermal oxide film of the bond wafer on which is formed decreases.
また、イオン注入剥離法においては、剥離後の表面粗さが十分でないこと、イオン注入のダメージ層が剥離後の表面に残留することから、表面粗さの改善とダメージ層の除去を行うことが必須である。面粗さを改善する方法としては、従来より水素又は不活性ガスによるアニールで面粗さを改善する方法(特許文献1、特許文献2参照)が用いられてきたが、水素又は不活性ガスによるアニールでは、アニール中にボロンが外方拡散される為、ボロン濃度の低下を避けることができず、SOI層の電気抵抗率を維持できなかった。
Also, in the ion implantation separation method, the surface roughness after peeling is not sufficient, and the damaged layer of the ion implantation remains on the surface after peeling, so that the surface roughness can be improved and the damaged layer can be removed. It is essential. As a method for improving the surface roughness, a method for improving the surface roughness by annealing with hydrogen or an inert gas (see
また、ダメージ層を除去する方法として、犠牲酸化処理(熱酸化膜を形成後、形成された熱酸化膜を除去する処理)によりダメージ層を除去する方法が用いられてきたが、酸化膜中へのボロンの偏析に伴う吸出しの効果が見られ、低抵抗率層をSOI層とするSOIウェーハの作製には適用が困難であった。 Further, as a method of removing the damaged layer, a method of removing the damaged layer by sacrificial oxidation treatment (treatment of removing the formed thermal oxide film after forming the thermal oxide film) has been used. Thus, the suction effect accompanying the segregation of boron was observed, and it was difficult to apply to the production of an SOI wafer having the low resistivity layer as the SOI layer.
粗さ改善とイオン注入のダメージ層除去を同時に行う方法としてCMP(Chemical Mechanical Polishing)による粗さ改善・薄膜化も従来より行われてきたが、CMP処理をした場合、CMPの取り代分布によってSOI膜厚の面内の厚さ分布が劣化することに加え、SOI表面にCMPによるダメージが形成される為、CMP後に更に犠牲酸化処理することが必要であり、犠牲酸化膜中へのボロンの偏析によってボロンが吸い出される為、低抵抗率層をSOI層とするSOIウェーハの作製には適用が困難であった。 Roughness improvement and thinning by CMP (Chemical Mechanical Polishing) have been conventionally performed as a method for simultaneously improving the roughness and removing the damaged layer by ion implantation. In addition to deterioration of the in-plane thickness distribution, damage due to CMP is formed on the SOI surface. Therefore, further sacrificial oxidation treatment is required after CMP, and boron segregates in the sacrificial oxide film. Since boron is sucked out by the above method, it is difficult to apply the method to manufacture an SOI wafer having a low resistivity layer as an SOI layer.
一方、イオン注入剥離法による通常抵抗率(例えば1〜10Ωcm程度)のSOI層からなるSOIウェーハの作製において、低抵抗率のボンドウェーハを用いて、剥離後にSOI層中のボロンを水素又は還元性雰囲気のアニール等で外方拡散させる事により抵抗率を上げ、同時に面粗さを改善するSOIウェーハの作製方法が考案されていたが、これらの方法はいずれも、積極的にボロンを外方拡散させることによりSOI層の電気抵抗率を上昇させることを目的としていた(特許文献3、特許文献4参照)。
On the other hand, in the production of an SOI wafer composed of an SOI layer having a normal resistivity (for example, about 1 to 10 Ωcm) by an ion implantation delamination method, the boron in the SOI layer is hydrogenated or reduced after delamination using a low resistivity bond wafer. SOI wafer fabrication methods have been devised that increase the resistivity and improve the surface roughness by diffusing outwardly by atmospheric annealing, etc., but all of these methods actively diffuse boron outward. The purpose of this is to increase the electrical resistivity of the SOI layer (see
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、p型低抵抗率のSOI層からなるSOIウェーハ、または、p型低抵抗率のSOI層をシード層としてその上にエピタキシャル層を形成したSOIウェーハの製造方法において、ボンドウェーハへの熱酸化膜形成時のボロンの偏析によるSOI層のボロン濃度低下を抑制し、また、剥離後のp型ドーパントの外方拡散や酸化による吸出しを抑えてSOI層の低抵抗率を維持する方法を提供する。 The present invention has been made in view of the above problems, and an SOI wafer made of a p-type low resistivity SOI layer, or an epitaxial layer formed thereon using a p-type low resistivity SOI layer as a seed layer. In the manufactured SOI wafer manufacturing method, the boron concentration in the SOI layer is prevented from lowering due to the segregation of boron during the formation of the thermal oxide film on the bond wafer, and the outward diffusion of the p-type dopant after peeling and the sucking out due to oxidation are suppressed. A method of maintaining a low resistivity of the SOI layer.
上記課題を解決するため、本発明では、ボンドウェーハの表面に熱酸化膜を形成し、該ボンドウェーハの表面から水素または希ガスのうち少なくとも1種類のガスイオンを、前記熱酸化膜を介してイオン注入して前記ボンドウェーハ内にイオン注入層を形成し、前記ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを前記熱酸化膜を介して貼り合わせ、前記イオン注入層で前記ボンドウェーハを剥離することによってSOIウェーハを製造する貼り合わせSOIウェーハの製造方法において、前記ボンドウェーハとして、0.2Ωcm以下のp型シリコン単結晶ウェーハを用い、前記熱酸化膜を形成した後の前記ボンドウェーハに対して、前記イオン注入を行う前に非還元性雰囲気の熱処理を行うことを特徴とする貼り合わせSOIウェーハの製造方法を提供する。 In order to solve the above-described problem, in the present invention, a thermal oxide film is formed on the surface of a bond wafer, and at least one kind of gas ions of hydrogen or a rare gas is passed from the surface of the bond wafer through the thermal oxide film. Ion implantation is performed to form an ion implantation layer in the bond wafer, and the ion-implanted surface of the bond wafer and the surface of the base wafer are bonded together via the thermal oxide film, and the bond wafer is bonded with the ion implantation layer. In the bonded SOI wafer manufacturing method for manufacturing an SOI wafer by peeling, a p-type silicon single crystal wafer of 0.2 Ωcm or less is used as the bond wafer, and the thermal oxidation film is formed on the bond wafer. On the other hand, the bonding is characterized by performing a heat treatment in a non-reducing atmosphere before performing the ion implantation. To provide a process for the preparation of OI wafer.
このように、p型低抵抗率層をSOI層とするイオン注入剥離法による低抵抗率SOIの作製において、ボンドウェーハとして、導電型がp型で電気抵抗率が0.2Ωcm以下のウェーハを用い、熱酸化膜を形成した後に非還元性雰囲気下のアニールを行えば、酸化膜/Si界面近傍よりもバルク側はボロン濃度が高い為にバルク側から酸化膜/Si界面近傍にボロンが拡散により供給され、酸化膜/Si界面近傍のSi中のボロン濃度を熱酸化直後よりも高くできる為、薄膜化工程直後のSOI層中ボロン濃度の高濃度化が行える。 As described above, in the production of the low resistivity SOI by the ion implantation separation method using the p-type low resistivity layer as the SOI layer, a wafer having a p-type conductivity type and an electric resistivity of 0.2 Ωcm or less is used as a bond wafer. If annealing in a non-reducing atmosphere is performed after the thermal oxide film is formed, the boron concentration is higher on the bulk side than in the vicinity of the oxide film / Si interface, so boron diffuses from the bulk side to the vicinity of the oxide film / Si interface. Since the supplied boron concentration in Si near the oxide film / Si interface can be made higher than that immediately after thermal oxidation, the boron concentration in the SOI layer immediately after the thinning process can be increased.
またこのとき、前記ボンドウェーハのドーパントがボロンであり、抵抗率が0.003Ωcm以上であることが好ましい。 At this time, it is preferable that the dopant of the bond wafer is boron and the resistivity is 0.003 Ωcm or more.
このように、前記ボンドウェーハのドーパントをボロンとし、抵抗率を0.003Ωcm以上0.2Ωcm以下とすることができる。このようなボロンドープで抵抗率が0.003Ωcm以上0.2Ωcm以下といった低抵抗率のウェーハにおいて、熱酸化膜形成によるSOI層の高抵抗化が問題となるからである。 Thus, the dopant of the bond wafer can be boron and the resistivity can be 0.003 Ωcm or more and 0.2 Ωcm or less. This is because, in such a low resistivity wafer having a resistivity of 0.003 Ωcm or more and 0.2 Ωcm or less by boron doping, a high resistance of the SOI layer due to thermal oxide film formation becomes a problem.
またこのとき、前記非還元性雰囲気が窒素ガス、アルゴンガス、もしくはこれらの混合ガス雰囲気、又は、これらの雰囲気ガスに微量(例えば流量比で3%以下)の酸素ガスを添加した雰囲気であることが好ましい。 At this time, the non-reducing atmosphere is nitrogen gas, argon gas, or a mixed gas atmosphere thereof, or an atmosphere obtained by adding a small amount of oxygen gas (for example, 3% or less in flow rate ratio) to these atmosphere gases. Is preferred.
このように、前記熱酸化膜を形成した後の前記ボンドウェーハに対して、前記イオン注入を行う前に行う熱処理の雰囲気を窒素ガス、アルゴンガス、もしくはこれらの混合ガス雰囲気、又は、これらの雰囲気ガスに微量(例えば流量比で3%以下)の酸素ガスを添加した雰囲気とすることができる。このような雰囲気ガスに酸素ガスが微量に混合されていることで、熱処理中に酸化膜表面の面粗れを防止してベースウェーハとの貼り合わせを良好に行うことができる。また、大量の酸素ガスを添加した雰囲気では、偏析の進行によりSOI層のp型ドーパント濃度が低下してしまう恐れがある。 Thus, the atmosphere of the heat treatment performed before the ion implantation is performed on the bond wafer after the thermal oxide film is formed is nitrogen gas, argon gas, or a mixed gas atmosphere thereof, or these atmospheres. An atmosphere in which a small amount (for example, 3% or less) of oxygen gas is added to the gas can be used. By mixing a small amount of oxygen gas in such an atmospheric gas, surface roughness of the oxide film surface can be prevented during heat treatment, and bonding to the base wafer can be performed satisfactorily. Further, in an atmosphere in which a large amount of oxygen gas is added, the p-type dopant concentration of the SOI layer may decrease due to the progress of segregation.
またこのとき、前記非還元性雰囲気の熱処理温度は、前記ボンドウェーハの表面に形成する前記熱酸化膜の形成温度よりも高温とすることが好ましい。 At this time, the heat treatment temperature in the non-reducing atmosphere is preferably higher than the temperature for forming the thermal oxide film formed on the surface of the bond wafer.
このように、前記非還元性雰囲気の熱処理温度を、前記ボンドウェーハの表面に形成する前記熱酸化膜の形成温度よりも高温とすることができる。前記ボンドウェーハに前記熱酸化膜を形成する酸化温度よりも、前記非還元性雰囲気の熱処理温度を高くすることによって、SOI層中のボロン濃度の高濃度化を効果的に行うことができる。 Thus, the heat treatment temperature of the non-reducing atmosphere can be higher than the formation temperature of the thermal oxide film formed on the surface of the bond wafer. By making the heat treatment temperature in the non-reducing atmosphere higher than the oxidation temperature for forming the thermal oxide film on the bond wafer, the boron concentration in the SOI layer can be effectively increased.
またこのとき、前記剥離後のSOI層の粗さ改善及び薄膜化において、HClによるガスエッチングを用いることが好ましい。 At this time, it is preferable to use gas etching with HCl in order to improve the roughness and thin the SOI layer after peeling.
このように、前記剥離後のSOI層の粗さ改善及び薄膜化において、HClによるガスエッチングを用いることができる。このようなHCLガスエッチングは、水素又は不活性ガスによるアニールに比べると、ボロンの外方拡散よりもSOIの薄膜化のスピードが速い為、エッチング後に残るSOI層中のボロン濃度低減を抑制でき、さらに同時に、面粗さの改善および表面のダメージ層を除去する薄膜化を行うことができる。 As described above, gas etching with HCl can be used for improving the roughness and thinning of the SOI layer after the peeling. Compared to annealing with hydrogen or inert gas, such HCL gas etching has a faster SOI thinning speed than boron out-diffusion, so it can suppress the boron concentration reduction in the SOI layer remaining after etching, At the same time, it is possible to improve the surface roughness and thin the surface to remove the damaged layer.
また、本発明では、前記貼り合わせSOIウェーハの製造方法によって製造されたSOIウェーハのSOI層上に、エピタキシャル層を堆積することを特徴とする貼り合わせSOIウェーハの製造方法を提供する。
このように、薄膜化処理まで行ったSOIウェーハのSOI層上にエピタキシャル層を堆積すれば、低抵抗率のSOI層(シード層)上に、それよりも高い抵抗率のSOI層(エピタキシャル層)を有する構造のSOIウェーハを得ることができる。
The present invention also provides a method for manufacturing a bonded SOI wafer, wherein an epitaxial layer is deposited on the SOI layer of the SOI wafer manufactured by the method for manufacturing a bonded SOI wafer.
In this way, if an epitaxial layer is deposited on the SOI layer of the SOI wafer that has been subjected to the thinning process, an SOI layer (epitaxial layer) having a higher resistivity is formed on the SOI layer (seed layer) having a lower resistivity. An SOI wafer having a structure having the following can be obtained.
以上説明したように、本発明によれば、p型低抵抗率のSOI層からなるSOIウェーハ、または、p型低抵抗率のSOI層をシード層としてその上にエピタキシャル層を形成したSOIウェーハの製造方法において、ボンドウェーハへの熱酸化膜形成時のボロンの偏析によるSOI層のボロン濃度低下を抑制することができる。また、剥離後のp型ドーパントの外方拡散や酸化による吸出しを抑えてSOI層の低抵抗率を維持することができる。さらに、低抵抗率を維持して面粗さを改善および表面のダメージ層を除去することができる。 As described above, according to the present invention, an SOI wafer composed of a p-type low resistivity SOI layer or an SOI wafer in which an epitaxial layer is formed thereon using a p-type low resistivity SOI layer as a seed layer. In the manufacturing method, it is possible to suppress a decrease in the boron concentration of the SOI layer due to the segregation of boron when forming the thermal oxide film on the bond wafer. In addition, it is possible to maintain the low resistivity of the SOI layer by suppressing the outward diffusion of the p-type dopant after peeling and the sucking due to oxidation. Furthermore, the low resistivity can be maintained to improve the surface roughness and remove the damaged layer on the surface.
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、従来、p型低抵抗率のSOI層からなるSOIウェーハ、または、p型低抵抗率のSOI層をシード層としてその上にエピタキシャル層を形成したSOIウェーハの製造方法において、ボンドウェーハへの熱酸化膜形成時のボロンの偏析によるSOI層のボロン濃度低下を抑制し、また、剥離後のp型ドーパントの外方拡散や酸化による吸出しを抑えてSOI層の低抵抗率を維持することが求められていた。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically.
As described above, in a conventional method for manufacturing an SOI wafer composed of a p-type low resistivity SOI layer or an SOI wafer in which an epitaxial layer is formed thereon using a p-type low resistivity SOI layer as a seed layer, Maintains low resistivity of SOI layer by suppressing decrease in boron concentration of SOI layer due to boron segregation during thermal oxide film formation on wafer, and suppressing p-type dopant outward diffusion and exhalation due to oxidation after peeling. It was sought to do.
本発明者らが種々検討した結果、ボンドウェーハとして、導電型がp型で電気抵抗率が0.003〜0.2Ωcmのウェーハを用い、熱酸化膜を形成した後に非還元性雰囲気下でアニールを行えば、酸化膜/Si界面近傍よりもバルク側はボロン濃度が高い為に、バルク側から酸化膜/Si界面近傍にボロンが拡散により供給され、酸化膜/Si界面近傍のSi中のボロン濃度を熱酸化直後よりも高くできることが分かった。これにより、薄膜化工程直後のSOI層中ボロン濃度の高濃度化を行うことができることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of various studies by the present inventors, a bond wafer having a p-type conductivity and an electrical resistivity of 0.003 to 0.2 Ωcm was used, and after thermal oxide film formation, annealing was performed in a non-reducing atmosphere. Since boron concentration is higher on the bulk side than in the vicinity of the oxide film / Si interface, boron is supplied by diffusion from the bulk side to the vicinity of the oxide film / Si interface, and boron in Si near the oxide film / Si interface It was found that the concentration could be higher than that immediately after thermal oxidation. As a result, it was found that the boron concentration in the SOI layer immediately after the thinning process can be increased, and the present invention was completed.
即ち、本発明は、ボンドウェーハの表面に熱酸化膜を形成し、該ボンドウェーハの表面から水素または希ガスのうち少なくとも1種類のガスイオンを、前記熱酸化膜を介してイオン注入して前記ボンドウェーハ内にイオン注入層を形成し、前記ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを前記熱酸化膜を介して貼り合わせ、前記イオン注入層で前記ボンドウェーハを剥離することによってSOIウェーハを製造する貼り合わせSOIウェーハの製造方法において、前記ボンドウェーハとして、0.2Ωcm以下のp型シリコン単結晶ウェーハを用い、前記熱酸化膜を形成した後の前記ボンドウェーハに対して、前記イオン注入を行う前に非還元性雰囲気の熱処理を行うことを特徴とする貼り合わせSOIウェーハの製造方法である。 That is, in the present invention, a thermal oxide film is formed on the surface of the bond wafer, and at least one gas ion of hydrogen or a rare gas is ion-implanted from the surface of the bond wafer through the thermal oxide film. An SOI layer is formed by forming an ion implantation layer in the bond wafer, bonding the ion-implanted surface of the bond wafer and the surface of the base wafer through the thermal oxide film, and peeling the bond wafer with the ion-implanted layer. In the method for manufacturing a bonded SOI wafer for manufacturing a wafer, a p-type silicon single crystal wafer of 0.2 Ωcm or less is used as the bond wafer, and the ion is applied to the bond wafer after the thermal oxide film is formed. Manufacturing a bonded SOI wafer characterized by performing non-reducing atmosphere heat treatment before implantation It is the law.
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。
まず、図1(a)では、ボンドウェーハ1及びベースウェーハ2として用いる2枚のシリコン鏡面ウェーハを準備する。
ここで、本発明の貼り合わせウェーハの製造方法では、後工程でボンドウェーハ1の内部にイオン注入層を形成するが、この際に、抵抗率が0.2Ωcm以下、好ましくは0.05Ωcm以下、より好ましくは0.01Ωcm以下のp型シリコン単結晶ウェーハをボンドウェーハ1として用いる。また、抵抗率0.003Ωcm以上のp型シリコン単結晶ウェーハをボンドウェーハ1として用いることが好ましい。これは、0.2Ωcm以下といった低抵抗率のボンドウェーハの熱酸化で、ドーパントの酸化膜中への偏析による高抵抗化が問題となるからであり、0.2Ωcmより高い場合には、ドーパント濃度が低いので本発明の効果が十分に得られなくなるからである。一方、0.003Ωcmより低い抵抗率は、固溶限界に近いため、ウェーハの製造が困難になるからである。
図1(a)においてはボンドウェーハ1としてドーパントであるボロンがウェーハ全体に均一にドープされているp型シリコン単結晶ウェーハを準備した例を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIG. 1, but the present invention is not limited thereto.
First, in FIG. 1A, two silicon mirror wafers used as the
Here, in the method for producing a bonded wafer according to the present invention, an ion implantation layer is formed in the
FIG. 1A shows an example in which a p-type silicon single crystal wafer in which boron as a dopant is uniformly doped on the entire wafer is prepared as the
ボンドウェーハ1とベースウェーハ2とを熱酸化膜を介して貼り合わせる場合には、図1(b)のように、ボンドウェーハ1及びベースウェーハ2のうちの少なくとも一方のウェーハ、本発明ではボンドウェーハ1に熱酸化膜3を形成する。熱酸化膜3の厚さ等は仕様により決定されるべきもので特に限定されるものではないが、例えば、約0.01〜2.0μm程度の厚さの熱酸化膜3を形成させることができる。熱酸化膜3の形成については、ボンドウェーハ1側のみならずベースウェーハ2側にも製造可能であるが、ベースウェーハ2に形成される熱酸化膜3は、ボロンなどのドーパントの吸出しによりSOI層の濃度が低下する問題には直接的には影響がない。熱酸化条件としては、例えばパイロジェニック酸化、温度は800〜1200℃、酸化時間は30〜120分とすることができる。このとき、ボンドウェーハ表面に形成される熱酸化膜中にボンドウェーハ表面のドーパントが偏析して取り込まれ、酸化膜との界面近傍のドーパント濃度が低下して、高抵抗化する。
When the
次に、図1(c)では、非還元性雰囲気における熱処理(以下、追加アニールと記載する)を行う。このとき、ボンドウェーハ1に熱酸化膜3を形成する酸化温度よりも、追加アニールの熱処理温度を高くすることができる。ボンドウェーハに熱酸化膜を形成する酸化温度よりも、追加アニールの熱処理温度を高くすることによって、バルク部から表面への外方拡散を促進し、SOI層中のボロン濃度の高濃度化を効果的に行うことができる。
また、追加アニールの雰囲気は、p型ドーパントのウェーハ外部への外方拡散が進んでしまう還元性雰囲気や、偏析の進行によりp型ドーパント濃度が低下してしまう酸化性雰囲気でなければ特に限定されないが、コスト面を考慮して汎用性の高い窒素ガスやアルゴンガスを用いることができる。また、これらのガスに微量(例えば流量比で3%以下)の酸素ガスを混合することができる。微量の酸素ガスを混合しても、酸化速度は極めて遅いので偏析の進行によりp型ドーパント濃度が低下してしまうことはほとんどないし、酸化ガスが微量に混合されていることで、熱処理中に酸化膜表面の面粗れを防止してベースウェーハとの貼り合わせを良好に行うことができる。
Next, in FIG. 1C, heat treatment (hereinafter referred to as additional annealing) in a non-reducing atmosphere is performed. At this time, the heat treatment temperature for the additional annealing can be made higher than the oxidation temperature for forming the
The atmosphere for the additional annealing is not particularly limited as long as it is a reducing atmosphere in which outward diffusion of the p-type dopant to the outside of the wafer proceeds or an oxidizing atmosphere in which the concentration of the p-type dopant is lowered by the progress of segregation. However, it is possible to use highly versatile nitrogen gas or argon gas in consideration of cost. Moreover, a trace amount (for example, 3% or less by flow rate ratio) oxygen gas can be mixed with these gases. Even if a small amount of oxygen gas is mixed, the oxidation rate is extremely slow, so that the concentration of p-type dopant hardly decreases due to the progress of segregation. The surface roughness of the film can be prevented, and the bonding with the base wafer can be performed satisfactorily.
次に、図1(d)のように、ボンドウェーハ1の表面から水素または希ガスのうち少なくとも1種類のガスイオンをイオン注入してボンドウェーハ1内にイオン注入層4を形成する。
Next, as shown in FIG. 1D, at least one kind of gas ion of hydrogen or rare gas is ion-implanted from the surface of the
次に、図1(e)では、ボンドウェーハ1のイオン注入した表面とベースウェーハ2の表面とを熱酸化膜3を介して貼り合わせる。通常は、常温の清浄な雰囲気下でボンドウェーハ1とベースウェーハ2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。
Next, in FIG. 1E, the ion-implanted surface of the
次いで、図1(f)では、イオン注入層でボンドウェーハ1を熱処理、または外力により剥離させる。この剥離方法としては特に限定されないが、貼り合わせられたウェーハに対して、例えば不活性ガス雰囲気で500〜600℃程度の熱処理を行うことでボンドウェーハ1の剥離を行うことができる。
上記のように、本発明ではイオン注入層4の形成を確実に低抵抗率領域内に行うことができるので、剥離するためのドーズ量を少なくすることができ、従って、剥離直後の面粗さを改善することができる。また、後述するHCLガスエッチングによる取り代を少なくする事も出来る。ガスエッチングの取り代が少なくなれば、ガスエッチングの生産性向上に加えてガスエッチングの取り代分布を狭くでき、SOI膜厚分布も改善することができる。
Next, in FIG. 1F, the
As described above, in the present invention, since the
次いで、図1(g)では、剥離面の面粗さを改善するための薄膜化処理を行って貼り合わせウェーハ(SOIウェーハ)6を得る(図1(h))。本発明では、剥離面の薄膜化処理を、HClを含むガスによるガスエッチングで行うことができる。該エッチング条件としては、特に限定されないが、例えば1000〜1200℃、1〜30分で行うことができる。
本発明における貼り合わせウェーハの製造方法では、図1(f)の剥離直後の面粗さが改善されているため、薄膜化処理の際のガスエッチングの取り代を低減でき、その結果SOI層5の膜厚分布の悪化を抑制することができる。
また、HClを含むガスによるガスエッチングで行われるため、短時間で薄膜化を行うことができる。従って、SOI層5中のドーパントの外方拡散よりもSOI層5の薄膜化のスピードが速く、エッチング後に残るSOI層5中のボロン濃度の低減を抑制することができる。
このように、本発明の貼り合わせウェーハの製造方法を用いれば、低抵抗率を維持できたSOIウェーハ6を得ることができる。
Next, in FIG. 1 (g), a thinning process for improving the surface roughness of the peeled surface is performed to obtain a bonded wafer (SOI wafer) 6 (FIG. 1 (h)). In the present invention, the thinning process of the peeling surface can be performed by gas etching using a gas containing HCl. Although it does not specifically limit as this etching condition, For example, it can carry out at 1000-1200 degreeC and 1 to 30 minutes.
In the method for manufacturing a bonded wafer in the present invention, the surface roughness immediately after peeling in FIG. 1 (f) is improved, so that the allowance for gas etching during the thinning process can be reduced. As a result, the
Further, since the etching is performed by gas etching using a gas containing HCl, the film can be thinned in a short time. Therefore, the speed of thinning of the
Thus, if the manufacturing method of the bonded wafer of this invention is used, the
また、上記のように得られたSOIウェーハ6上に、エピタキシャル層7を堆積することもできる(図1(i))。
即ち、薄膜化処理(HClによるガスエッチング)まで行ったSOIウェーハ6のSOI層5の表面に、エピタキシャル層7を形成し、SOIウェーハ6’を作製すれば、作製されたSOI層は低抵抗層上にエピタキシャル層を有する、所望構造が得られるとともに、膜厚分布が改善されたものとなる。
Moreover, the
That is, if the
このように本発明の貼り合わせウェーハの製造方法を用いれば、薄膜化工程直後のSOI層中ボロン濃度の高濃度化を行うことができる。さらに、それを利用して面粗さが改善した低抵抗率のSOIウェーハを作製することもできる。 As described above, by using the bonded wafer manufacturing method of the present invention, it is possible to increase the boron concentration in the SOI layer immediately after the thinning process. Furthermore, a low resistivity SOI wafer with improved surface roughness can be produced by using this.
以下、実験例、実施例及び比較例を示して本発明をより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。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to experimental examples, examples, and comparative examples, but the present invention is not limited thereto.
(実験例1)
シミュレーションにより下記の結果を得た。
電気抵抗率で0.008Ωcm(ボロン濃度:1.1×1019/cm3)のSi基板に、150nmの熱酸化膜を950℃で形成したのち、1000℃のアニールを連続して追加した場合と1050℃のアニールを追加した場合の酸化膜/Si界面近傍)のボロン濃度、及び、比較として、150nmの熱酸化膜を950℃で形成した場合の酸化膜/Si界面近傍のボロン濃度を下表及び図2に示す。
追加熱処理を行わない場合に比べて、追加熱処理を施した場合では、酸化膜/Si界面から深さ150nm程度までのボロン濃度が高濃度化できることが分かった。イオン注入剥離法の場合、酸化膜/Si近傍のSiが剥離後のSOI層となる為、酸化膜/Si界面近傍のボロン濃度を高濃度化できれば、SOI層のボロン濃度を高濃度に維持できる。
尚、950℃の酸化条件は、各水準とも共通で、H2:O2=7.5:5(ガス流量比)のパイロジェニック酸化、酸化時間は55分とした。追加アニール条件は、1000℃又は1050℃で、N2雰囲気、時間は20分とした。
(Experimental example 1)
The following results were obtained by simulation.
When a thermal oxide film of 150 nm is formed at 950 ° C. on a Si substrate having an electrical resistivity of 0.008 Ωcm (boron concentration: 1.1 × 10 19 / cm 3 ), and then annealing at 1000 ° C. is continuously added And the boron concentration in the vicinity of the oxide film / Si interface when a 150 nm thermal oxide film is formed at 950 ° C. for comparison. It is shown in the table and FIG.
It was found that the boron concentration from the oxide film / Si interface to a depth of about 150 nm can be increased when the additional heat treatment is performed as compared with the case where the additional heat treatment is not performed. In the case of the ion implantation delamination method, Si in the vicinity of the oxide film / Si becomes the SOI layer after delamination. Therefore, if the boron concentration in the vicinity of the oxide film / Si interface can be increased, the boron concentration in the SOI layer can be maintained at a high concentration. .
The oxidation conditions at 950 ° C. were common to each level, and H 2 : O 2 = 7.5: 5 (gas flow ratio) pyrogenic oxidation, and the oxidation time was 55 minutes. The additional annealing conditions were 1000 ° C. or 1050 ° C., N 2 atmosphere, and the time was 20 minutes.
(実験例2)
シミュレーションにより下記の結果を得た。
電気抵抗率で0.2Ωcm(ボロン濃度:1.0×1017/cm3)のSi基板に、150nmの熱酸化膜を1000℃で形成したのち、1100℃のアニールを連続して追加した場合と1150℃のアニールを追加した場合の酸化膜/Si界面近傍のボロン濃度、及び、比較として、150nmの熱酸化膜を1000℃で形成した場合の酸化膜/Si界面近傍のボロン濃度を下表に示す。
追加熱処理を行わない場合に比べて、追加熱処理を施した場合では、酸化膜/Si界面から深さ100nm程度までのボロン濃度が高濃度化できることが分かった。イオン注入剥離法の場合、酸化膜/Si近傍のSiが剥離後のSOI層となる為、酸化膜/Si界面近傍のボロン濃度を高濃度化できれば、SOI層のボロン濃度を高濃度に維持できる。
尚、1000℃の酸化条件は、各水準とも共通で、H2:O2=7.5:5(ガス流量比)のパイロジェニック酸化、酸化時間は45分とした。追加アニール条件は、1100℃又は1150℃で、N2雰囲気、時間は20分とした。
(Experimental example 2)
The following results were obtained by simulation.
When a thermal oxide film of 150 nm is formed at 1000 ° C. on a Si substrate having an electrical resistivity of 0.2 Ωcm (boron concentration: 1.0 × 10 17 / cm 3 ), and then annealing at 1100 ° C. is continuously added And the boron concentration near the oxide film / Si interface when annealing at 1150 ° C. is added, and for comparison, the boron concentration near the oxide film / Si interface when a 150 nm thermal oxide film is formed at 1000 ° C. is shown in the table below. Shown in
It was found that the boron concentration from the oxide film / Si interface to a depth of about 100 nm can be increased when the additional heat treatment is performed as compared with the case where the additional heat treatment is not performed. In the case of the ion implantation delamination method, Si in the vicinity of the oxide film / Si becomes the SOI layer after delamination. Therefore, if the boron concentration in the vicinity of the oxide film / Si interface can be increased, the boron concentration in the SOI layer can be maintained at a high concentration. .
The oxidation conditions at 1000 ° C. were common to all levels, and H 2 : O 2 = 7.5: 5 (gas flow rate ratio) pyrogenic oxidation, and the oxidation time was 45 minutes. The additional annealing conditions were 1100 ° C. or 1150 ° C., N 2 atmosphere, and the time was 20 minutes.
(実施例、比較例)
直径300mm、結晶方位(100)、p型0.008Ωcm(ボロン濃度:1.1×1019/cm3)のシリコン単結晶ウェーハに対し、酸化温度950℃で150nmの熱酸化膜を形成し、追加熱処理として1050℃のアニールを行ったボンドウェーハ(実施例)と、追加熱処理を行わなかったボンドウェーハ(比較例)を用意した。
950℃の酸化条件は、H2:O2=7.5:5(ガス流量比)のパイロジェニック酸化、酸化時間は55分とした。追加アニール条件は1050℃で、Ar:O2=99:1(流量比)の雰囲気、時間は20分とした。
これらのボンドウェーハに、水素イオン注入を行った。イオン注入条件としては、H+イオン注入エネルギー50keV、ドーズ量は5.0×1016/cm2とした。その後、ボンドウェーハをベースウェーハ(ボンドウェーハと同一仕様、熱酸化膜なし)に貼り合わせ、500℃で剥離熱処理してSOIウェーハを得た。剥離後のSOI層をHClによるガスエッチングで100nmまで薄膜化した後に、SOI層をシード層としてSOI層上にエピタキシャル成長を行った。
HClエッチング条件としては、1050℃、HCl流量400sccm、H2流量55slmとし、エピタキシャル成長条件としては、成長温度は1000℃、1030℃、1080℃の3水準とし、ドーパントはリンでエピタキシャル層の厚さは3μmとした。エピタキシャル成長後のボロン濃度をSIMSで測定し、シード層であるSOI層部のボロン濃度ピーク値の測定結果を下記に示す。
(Examples and comparative examples)
On a silicon single crystal wafer having a diameter of 300 mm, a crystal orientation (100), and a p-type of 0.008 Ωcm (boron concentration: 1.1 × 10 19 / cm 3 ), a thermal oxide film of 150 nm is formed at an oxidation temperature of 950 ° C. A bond wafer (Example) that was annealed at 1050 ° C. as an additional heat treatment and a bond wafer (Comparative Example) that was not subjected to the additional heat treatment were prepared.
The oxidation conditions at 950 ° C. were pyrogenic oxidation of H 2 : O 2 = 7.5: 5 (gas flow ratio), and the oxidation time was 55 minutes. The additional annealing conditions were 1050 ° C., an atmosphere of Ar: O 2 = 99: 1 (flow rate ratio), and the time was 20 minutes.
Hydrogen ion implantation was performed on these bond wafers. As ion implantation conditions, H + ion implantation energy was 50 keV, and the dose was 5.0 × 10 16 / cm 2 . Thereafter, the bond wafer was bonded to a base wafer (same specifications as the bond wafer, no thermal oxide film), and subjected to a peeling heat treatment at 500 ° C. to obtain an SOI wafer. After the peeled SOI layer was thinned to 100 nm by HCl gas etching, epitaxial growth was performed on the SOI layer using the SOI layer as a seed layer.
The HCl etching conditions are 1050 ° C., the HCl flow rate is 400 sccm, and the H 2 flow rate is 55 slm. The epitaxial growth conditions are the growth temperatures of 1000 ° C., 1030 ° C., and 1080 ° C., the dopant is phosphorus, and the thickness of the epitaxial layer is The thickness was 3 μm. The boron concentration after the epitaxial growth was measured by SIMS, and the measurement result of the boron concentration peak value of the SOI layer portion which is the seed layer is shown below.
なお、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。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.
1…ボンドウェーハ、 2…ベースウェーハ、 3…熱酸化膜、 4…イオン注入層、 5…SOI層、 6…貼り合わせウェーハ(SOIウェーハ)、 6’…エピタキシャル層が堆積されたSOIウェーハ、 7…エピタキシャル層。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ボンドウェーハとして、0.2Ωcm以下のp型シリコン単結晶ウェーハを用い、
前記熱酸化膜を形成した後の前記ボンドウェーハに対して、前記イオン注入を行う前に非還元性雰囲気の熱処理を行い、前記非還元性雰囲気の熱処理温度を、前記ボンドウェーハの表面に形成する前記熱酸化膜の形成温度よりも高温とすることを特徴とする貼り合わせSOIウェーハの製造方法。 A thermal oxide film is formed on the surface of the bond wafer, and at least one gas ion of hydrogen or a rare gas is ion-implanted from the surface of the bond wafer through the thermal oxide film to ion-implant into the bond wafer. Bonding for forming an SOI wafer by forming a layer, bonding the ion-implanted surface of the bond wafer and the surface of the base wafer through the thermal oxide film, and peeling the bond wafer with the ion-implanted layer In the SOI wafer manufacturing method,
As the bond wafer, using a p-type silicon single crystal wafer of 0.2 Ωcm or less,
With respect to the bond wafer after the formation of the thermal oxide film, formed on the have line heat treatment of non-reducing atmosphere before the ion implantation, the heat treatment temperature of the non-reducing atmosphere, the surface of the bond wafer A method for manufacturing a bonded SOI wafer, characterized in that the temperature is higher than a temperature for forming the thermal oxide film .
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