JP5910352B2 - Manufacturing method of bonded wafer - Google Patents
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Description
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薄膜(SOI層)の膜厚均一性を改善するための、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 for improving film thickness uniformity of a thin film (SOI layer) of a bonded wafer using an ion implantation separation method.
半導体素子用のウェーハの一つとして、絶縁膜であるシリコン酸化膜の上にシリコン層を形成したSOI(Silicon On Insulator)ウェーハがある。このSOIウェーハは、デバイス作製領域となる基板表層部のシリコン層(以下、SOI層と呼ぶことがある)が埋め込み酸化膜層(BOX層)により基板内部と電気的に分離されているため、寄生容量が小さく、耐放射性能力が高いなどの特徴を有する。そのため、高速・低消費電力動作、ソフトエラー防止などの効果が期待され、高性能半導体素子用の基板として有望視されている。 As one of semiconductor device wafers, there is an SOI (Silicon On Insulator) wafer in which a silicon layer is formed on a silicon oxide film that is an insulating film. In this SOI wafer, a silicon layer (hereinafter sometimes referred to as an SOI layer) in the surface layer portion of the substrate serving as a device manufacturing region is electrically separated from the inside of the substrate by a buried oxide film layer (BOX layer). It has features such as small capacity and high radiation resistance. Therefore, effects such as high-speed and low-power consumption operation and prevention of soft errors are expected, and it is promising as a substrate for high-performance semiconductor elements.
このSOIウェーハを製造する代表的な方法として、ウェーハ貼り合わせ法やSIMOX法が挙げられる。
ウェーハ貼り合わせ法は、例えば2枚のシリコン単結晶ウェーハのうちの一方の表面に熱酸化膜を形成した後、この形成した熱酸化膜を介して2枚のウェーハを密着させ、結合熱処理を施すことによって結合力を高め、その後に片方のウェーハ(SOI層を形成するウェーハ(以下、ボンドウェーハ))を鏡面研磨等により薄膜化することによってSOIウェーハを製造する方法である。
Typical methods for manufacturing this SOI wafer include a wafer bonding method and a SIMOX method.
In the wafer bonding method, for example, after forming a thermal oxide film on one surface of two silicon single crystal wafers, the two wafers are brought into close contact with each other through the formed thermal oxide film, and a bonding heat treatment is performed. In this method, the bonding force is increased, and then one wafer (a wafer on which an SOI layer is formed (hereinafter referred to as a bond wafer)) is thinned by mirror polishing or the like to manufacture an SOI wafer.
また、この薄膜化の方法としては、ボンドウェーハを所望の厚さまで研削、研磨する方法や、予めボンドウェーハの内部に水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも1種類を注入してイオン注入層を形成しておき、貼り合わせ後にイオン注入層においてボンドウェーハを剥離するイオン注入剥離法と呼ばれる方法等がある。 As a method for thinning, a bond wafer is ground and polished to a desired thickness, or at least one of hydrogen ions or rare gas ions is implanted into the bond wafer in advance to form an ion implantation layer. There is a method called an ion implantation separation method in which the bond wafer is separated from the ion implantation layer after bonding.
一方、SIMOX法は、単結晶シリコン基板の内部に酸素をイオン注入し、その後に高温熱処理(酸化膜形成熱処理)を行って、注入した酸素とシリコンとを反応させてBOX層(埋め込み酸化膜層)を形成することによってSOI基板を製造する方法である。 On the other hand, in the SIMOX method, oxygen is ion-implanted into a single crystal silicon substrate, followed by high-temperature heat treatment (oxide film formation heat treatment), and the implanted oxygen and silicon are reacted to form a BOX layer (buried oxide film layer). ) To form an SOI substrate.
上記の代表的な2つの手法のうち、ウェーハ貼り合わせ法は、作製されるSOI層やBOX層の厚さが自由に設定できるという優位性があるため、様々なデバイス用途に適用することが可能である。
特に、ウェーハ貼り合わせ法の一つであるイオン注入剥離法は、上記優位性に加え、さらに優れた膜厚均一性を有する特徴があり、ウェーハ全面で安定したデバイス特性を得ることができる。
Of the two typical methods described above, the wafer bonding method has the advantage that the thickness of the SOI layer and BOX layer to be fabricated can be set freely, so it can be applied to various device applications. It is.
In particular, the ion implantation delamination method, which is one of the wafer bonding methods, is characterized by having excellent film thickness uniformity in addition to the above advantages, and can obtain stable device characteristics over the entire wafer surface.
しかしながら、イオン注入剥離法では、結晶方位をもつ単結晶材料に、イオン注入を行うため、チャネリング効果を考慮せずにイオン注入を行うと、一部のイオンが深い位置まで打ち込まれてしまうため、注入深さ均一性の悪化や、注入ピーク位置濃度の低下が起き、剥離後の膜厚均一性が悪化したり、剥離が出来ないなどの問題が発生してしまう。 However, in the ion implantation separation method, since ions are implanted into a single crystal material having a crystal orientation, if ions are implanted without considering the channeling effect, some ions are implanted deeper. Deterioration of the uniformity of the implantation depth and a decrease in the concentration of the implantation peak position occur, resulting in problems such as deterioration of the film thickness uniformity after peeling or inability to peel off.
この対策として、単結晶材料で、(100)方位を持つシリコンウェーハなどは、イオン注入角度を7度にすることで、イオンと単結晶材料との衝突確率を上げて、注入深さ均一性、注入量均一性を改善できることが知られている(非特許文献1)。
また、この対策として、単結晶材料の表面にアモルファスからなる、例えば、酸化膜を形成することで、アモルファス層にて、イオンの進入方向をランダムに変え、チャネリング抑制できることが知られている(非特許文献1)。
As a countermeasure, a silicon wafer made of a single crystal material having a (100) orientation has an ion implantation angle of 7 degrees, thereby increasing the collision probability between the ions and the single crystal material, uniformity of implantation depth, It is known that the injection amount uniformity can be improved (Non-patent Document 1).
As a countermeasure, it is known that, for example, by forming an oxide film made of amorphous on the surface of a single crystal material, channeling can be suppressed by randomly changing the ingress direction of ions in the amorphous layer (non-non-crystalline). Patent Document 1).
また、特許文献1(請求項3、図2)には、イオン注入面に付着したパーティクルに起因するマイクロボイドを低減するため、水素イオン注入を複数に分割し、かつ、イオン注入角度を変えてイオン注入することが記載されている。特に、実施例2においては、水素イオン注入を2回に分割し、±15度でイオン注入することが記載されている。
In Patent Document 1 (
イオン注入剥離法で作製する貼り合わせウェーハの薄膜の膜厚均一性への要求は、年々厳しくなっている。
イオン注入剥離法で貼り合わせウェーハを作製する場合において、ウェーハ表面に酸化膜などの絶縁膜が形成されていないベアウェーハの状態でイオン注入する際、例えば、注入角度を7度として注入すると、剥離後の転写層の膜厚均一性が、ある方向に向かって若干の傾斜を持ち、これが剥離後の膜厚均一性を悪化させていることが判明した。
The demand for film thickness uniformity of thin films of bonded wafers produced by the ion implantation delamination method is becoming stricter year by year.
In the case of manufacturing a bonded wafer by the ion implantation separation method, when ion implantation is performed in a state of a bare wafer in which an insulating film such as an oxide film is not formed on the wafer surface, for example, if the implantation angle is 7 degrees, the separation is performed. It was found that the film thickness uniformity of the later transfer layer has a slight inclination in a certain direction, which deteriorates the film thickness uniformity after peeling.
また、イオン注入剥離法で貼り合わせウェーハを作製する場合において、注入するウェーハに、アモルファスからなる酸化膜層を形成して、注入角度を0度として注入すると、剥離後の転写層の膜厚均一性が、ある位置方向に向かって、中央部は厚く、外周部は薄い、凸状の分布をもち、これが剥離後の膜厚均一性を悪化させている場合があることが判明した。 Further, when a bonded wafer is manufactured by an ion implantation separation method, when an amorphous oxide film layer is formed on the wafer to be implanted and implantation is performed at an implantation angle of 0 degrees, the thickness of the transfer layer after the separation is uniform. It has been found that, in a certain direction, the central part is thick, the outer peripheral part is thin, and has a convex distribution, which may deteriorate the film thickness uniformity after peeling.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、バッチ式イオン注入機により、均一な深さにイオン注入して貼り合わせウェーハを作製するにあたり、剥離後に得られる転写層の膜厚均一性を改善し、所望の膜厚均一性を有する薄膜が形成された貼り合わせウェーハを製造する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in the case of producing a bonded wafer by ion implantation to a uniform depth by a batch type ion implanter, the film thickness of the transfer layer obtained after peeling is uniform. An object of the present invention is to provide a method for producing a bonded wafer on which a thin film having a desired film thickness uniformity is formed.
上記目的を達成するために、本発明は、回転体と該回転体に設けられ基板を配置する複数のウェーハ保持具とを備え、該ウェーハ保持具に配置され公転している複数の基板にイオン注入するバッチ式イオン注入機を使用し、ボンドウェーハの表面から水素イオン、希ガスイオンの少なくとも一種類のガスイオンをイオン注入してイオン注入層を形成するイオン注入工程と、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直接あるいは絶縁膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、前記イオン注入層でボンドウェーハを剥離させることにより、前記ベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する剥離工程とを有する貼り合わせウェーハの製造方法において、前記ボンドウェーハを、シリコン単結晶からなるベアウェーハ、又は、前記イオン注入する側の表面に厚さ1nm以上100nm以下の絶縁膜が形成されたシリコン単結晶ウェーハとし、前記イオン注入工程において、同等の注入量でイオン注入を2回に分けて行い、該2回のイオン注入の際、公転方向にイオン注入角度+X度と−X度でそれぞれイオン注入し、前記イオン注入角度X度を前記ボンドウェーハに注入されたイオンのチャネリングが最小となるように設定することを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法を提供する。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention comprises a rotating body and a plurality of wafer holders provided on the rotating body and arranged on the substrate, and ions are applied to the plurality of substrates arranged and revolved on the wafer holder. An ion implantation process for forming an ion implantation layer by implanting at least one kind of gas ions of hydrogen ions and rare gas ions from the surface of the bond wafer using a batch type ion implantation machine; and ions of the bond wafer A bonding process in which the implanted surface and the surface of the base wafer are bonded directly or through an insulating film, and a bonded wafer having a thin film on the base wafer is manufactured by peeling the bond wafer with the ion-implanted layer. In the method for manufacturing a bonded wafer having a peeling step, the bond wafer is a silicon single crystal. In the ion implantation step, the ion implantation is performed twice with the same implantation amount in a bare wafer or a silicon single crystal wafer in which an insulating film having a thickness of 1 nm to 100 nm is formed on the surface on the ion implantation side. When the two ion implantations are performed separately, ion implantation is performed in the revolution direction at an ion implantation angle of + X degrees and −X degrees, respectively, and the channeling of ions implanted into the bond wafer is minimized. Provided is a method for manufacturing a bonded wafer, wherein the method is set so that
このように、イオン注入工程を行うことで、チャネリングを最小に抑制しつつ、各イオン注入の深さの不均一を相殺し、剥離後の薄膜の膜厚均一性を向上させることができる。 Thus, by performing the ion implantation step, channeling can be suppressed to a minimum, the nonuniformity of the depth of each ion implantation can be offset, and the film thickness uniformity of the thin film after peeling can be improved.
このとき、前記各イオン注入の際の同等の注入量を、前記イオン注入工程における全注入量の40〜60%の範囲内とすることが好ましい。
このようなイオン注入量で各イオン注入を実施することで、より均一な深さにイオン注入でき、剥離後のボンドウェーハの膜厚均一性を良好に保つことができる。
At this time, it is preferable that the equivalent implantation amount at the time of each ion implantation is within a range of 40 to 60% of the total implantation amount in the ion implantation step.
By performing each ion implantation with such an ion implantation amount, ions can be implanted to a more uniform depth, and the film thickness uniformity of the bond wafer after peeling can be kept good.
このとき、前記シリコン単結晶ウェーハの面方位を{100}とし、前記イオン注入角度X度を7度以上8度以下とすることが好ましい。
これにより、イオン注入においてチャネリングの発生を最小に抑制することができる。
At this time, it is preferable that the plane orientation of the silicon single crystal wafer is {100}, and the ion implantation angle X degree is 7 degrees or more and 8 degrees or less.
As a result, the occurrence of channeling can be minimized in ion implantation.
本発明は、回転体と該回転体に設けられ基板を配置する複数のウェーハ保持具とを備え、該ウェーハ保持具に配置され公転している複数の基板にイオン注入するバッチ式イオン注入機を使用し、ボンドウェーハの表面から水素イオン、希ガスイオンの少なくとも一種類のガスイオンをイオン注入してイオン注入層を形成するイオン注入工程と、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絶縁膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、前記イオン注入層でボンドウェーハを剥離させることにより、前記ベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する剥離工程とを有する貼り合わせウェーハの製造方法において、前記ボンドウェーハを、前記イオン注入する側の表面に、厚さ1nm以上100nm以下の絶縁膜を形成したシリコン単結晶ウェーハとし、前記イオン注入工程において、同等の注入量でイオン注入を2回に分けて行い、該2回のイオン注入の際、公転方向にイオン注入角度+X度と−X度でそれぞれイオン注入し、前記イオン注入角度X度を1度以上3度以下に設定することを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法を提供する。 The present invention provides a batch type ion implanter that includes a rotating body and a plurality of wafer holders that are provided on the rotating body and that disposes a substrate, and that performs ion implantation on a plurality of substrates that are disposed and revolved on the wafer holder. An ion implantation step of forming an ion implantation layer by implanting at least one kind of gas ions of hydrogen ions and rare gas ions from the surface of the bond wafer; and the surface of the bond wafer and the surface of the base wafer And a bonding step of bonding a bonded wafer having a thin film on the base wafer by peeling the bond wafer with the ion-implanted layer. In the manufacturing method, the bond wafer has a thickness of 1 nm or more and 100 nm on the surface on the ion implantation side. A silicon single crystal wafer having a lower insulating film is formed, and in the ion implantation step, ion implantation is performed twice with the same implantation amount, and the ion implantation angle + X in the revolution direction during the two ion implantations. Provided is a method for manufacturing a bonded wafer, wherein ions are implanted at a degree of −X degrees and −X degrees, respectively, and the ion implantation angle X degrees is set to 1 to 3 degrees.
このようにしてイオン注入工程を行うことで、各イオン注入の深さの不均一を相殺し、剥離後の薄膜の膜厚均一性を向上させることができる。 By performing the ion implantation process in this way, it is possible to cancel out the unevenness of the depth of each ion implantation and improve the film thickness uniformity of the thin film after peeling.
このとき、前記各イオン注入の際の同等の注入量を、前記イオン注入工程における全注入量の40〜60%の範囲内とすることが好ましい。
このようなイオン注入量で各イオン注入を実施することで、より均一な深さにイオン注入することができ、剥離後のボンドウェーハの膜厚均一性を良好に保つことができる。
At this time, it is preferable that the equivalent implantation amount at the time of each ion implantation is within a range of 40 to 60% of the total implantation amount in the ion implantation step.
By performing each ion implantation with such an ion implantation amount, ions can be implanted to a more uniform depth, and the film thickness uniformity of the bond wafer after peeling can be kept good.
このとき、前記シリコン単結晶ウェーハの面方位を{100}とすることが好ましい。
このような面方位のシリコン単結晶ウェーハを使用することで、シリコン半導体素子の作製に広く応用することができる。
At this time, the plane orientation of the silicon single crystal wafer is preferably set to {100}.
By using a silicon single crystal wafer having such a plane orientation, it can be widely applied to the production of silicon semiconductor elements.
以上のように、本発明によれば、イオン注入深さ分布のバラツキを改善し、薄膜の膜厚均一性が飛躍的に向上された貼り合わせウェーハを量産レベルで製造することができるため、このような貼り合わせウェーハを用いたデバイスの閾値電圧を安定化でき、デバイス歩留りが向上する。 As described above, according to the present invention, it is possible to manufacture a bonded wafer in which the variation in ion implantation depth distribution is improved and the film thickness uniformity of the thin film is drastically improved. The threshold voltage of a device using such a bonded wafer can be stabilized, and the device yield is improved.
本発明者らは、バッチ式イオン注入機を用いて、イオン注入剥離法により、薄膜を有する貼り合わせウェーハを製造するに当たって、注入するウェーハが、アモルファス層を持たないベアウェーハ、もしくは、酸化膜厚が1〜100nmと薄い酸化膜付ウェーハである場合、バッチ式イオン注入機の回転体が持つコーンアングル効果により、回転体の回転する円周方向に対してイオン注入深さが変化し、得られる薄膜の膜厚バラツキが大きくなることを発見した。 In manufacturing a bonded wafer having a thin film by an ion implantation delamination method using a batch type ion implanter, the present inventors are a bare wafer having no amorphous layer or an oxide film thickness. Can be obtained by changing the ion implantation depth with respect to the circumferential direction of rotation of the rotating body due to the cone angle effect of the rotating body of the batch type ion implanter. It was discovered that the film thickness variation of the thin film increases.
このように、イオン注入剥離法を用いた貼り合わせウエーハの製造方法において、イオン注入の深さ分布が生じる要因の1つとしては、コーンアングル(cone angle)効果がある。 As described above, in the method for manufacturing a bonded wafer using the ion implantation delamination method, one of the factors causing the depth distribution of ion implantation is a cone angle effect.
図2に示すように、バッチ式イオン注入機10は、基板3を保持するために、ウェーハ保持具2は回転体1の回転面より若干内側に傾けてある。この理由は、回転体1が回転することの遠心力により、ウェーハ保持具2に基板3を押し付け、それにより、基板3の裏面とウェーハ保持具2との押し付け力を増大し、接触面積を増加させ、基板3の冷却能力高めるためである。これにより、回転体1が回転する際、その遠心力により基板3をウェーハ保持具2に押し付ける力が働き、ウェーハ保持具2は基板3を保持するようになっている。
As shown in FIG. 2, in the batch
ただし、このように回転体1の回転面と基板3の表面が平行でない場合、イオンビームを基板3に対して一定角度で注入しようとしても、基板中央部とビームスキャン方向の基板両端部では、回転体の回転に応じて注入角度にごくわずかなズレが生じる。これにより、イオン注入深さが基板中央部では深く(図5の(a))、スキャン方向の基板両端部(図5の(b)、(c))では浅くなる。この現象を、コーンアングル効果と呼んでいる。
However, when the rotation surface of the rotating body 1 and the surface of the
このため、イオン注入剥離法におけるイオン注入においては、基板3とイオンビームの設定角度は、基板3の表面とイオンビームとの角度が垂直になる注入角度0度(α=0°)に設定することで(図5の(a))、スキャン方向の基板3の両端部で注入角度が同程度ずれる様にして、イオン注入の深さの分布が比較的均一になるようにしている。
For this reason, in ion implantation in the ion implantation separation method, the setting angle between the
しかし、上記のようにイオン注入角度を0度に設定して、コーンアングル効果の影響を抑制する場合であっても、イオン注入層の深さ分布のバラツキが発生する別の要因として、Thin BOX型のSOIウェーハや酸化膜を介さない直接接合ウェーハの作製において、チャネリングが発生することが挙げられる。 However, even when the ion implantation angle is set to 0 degree as described above and the influence of the cone angle effect is suppressed, another factor that causes variation in the depth distribution of the ion implantation layer is Thin BOX. It can be mentioned that channeling occurs in the production of a type SOI wafer or a directly bonded wafer without an oxide film.
酸化膜を介さない直接接合ウェーハや、100nm以下のBOX層(シリコン酸化膜層)膜厚を有するThin BOX型のSOIウェーハの作製においては、酸化膜による散乱の効果が小さくなり、イオン注入角度を0度に設定したイオン注入ではチャネリングが発生する。 In the production of a direct bonding wafer without an oxide film or a Thin BOX type SOI wafer having a BOX layer (silicon oxide film layer) thickness of 100 nm or less, the effect of scattering by the oxide film is reduced, and the ion implantation angle is reduced. Channeling occurs with ion implantation set at 0 degrees.
バッチ式イオン注入機の場合、基板中央部では、基板内の結晶面とイオンビームの角度が垂直になるため、チャネリングの効果が大きくなり、イオン注入深さは深くなる。一方、スキャン方向の基板両端ではコーンアングル効果により注入角度が生じるため、チャネリングの影響は相対的に弱くなり、イオン注入深さが浅くなる。このように、Thin BOX型のSOIウェーハや、酸化膜を介さない直接接合ウェーハの作製においては、特にコーンアングル効果がチャネリングによって強調される。 In the case of a batch type ion implanter, since the angle of the ion beam is perpendicular to the crystal plane in the substrate at the center of the substrate, the effect of channeling is increased and the ion implantation depth is increased. On the other hand, since the implantation angle is generated by the cone angle effect at both ends of the substrate in the scanning direction, the influence of channeling becomes relatively weak and the ion implantation depth becomes shallow. As described above, in the manufacture of a Thin BOX type SOI wafer or a directly bonded wafer without an oxide film, the cone angle effect is particularly emphasized by channeling.
また、イオン注入剥離法により、貼り合わせウェーハを作製するに当たって、ウェーハ径が150mmと小さいうちは、コーンアングル効果による注入深さ均一性悪化がそれほど大きくなく、更に、要求されるSOI層膜厚バラツキの規格も比較的大きかったので、特に問題にならなかった。 Further, when producing a bonded wafer by the ion implantation delamination method, as long as the wafer diameter is as small as 150 mm, the deterioration of uniformity of the implantation depth due to the cone angle effect is not so great, and further, the required variation in the SOI layer thickness varies. The standard of was relatively large, so it was not a problem.
しかしながら、ウェーハ径が300mm以上と大きくなると、コーンアングル効果により、回転体の回転方向に対して、ウェーハ中央部とウェーハ外周部とで、イオン注入角度が約1度変化してしまうため、注入深さバラツキが大きくなってしまう。このため、イオン注入剥離法で作製される、貼り合わせウェーハの薄膜の膜厚バラツキが悪化してしまう。更に、300mmウェーハでは、要求される膜厚均一性も高いため、単に今まで通り作製していたのでは、要求された仕様を満たせない場合が出てきた。これは、当業者と言え、予測していない現象であった。 However, when the wafer diameter is increased to 300 mm or more, the ion implantation angle changes by about 1 degree between the wafer central portion and the wafer outer peripheral portion with respect to the rotation direction of the rotating body due to the cone angle effect. The variation will increase. For this reason, the film thickness variation of the thin film of the bonded wafer produced by the ion implantation peeling method will deteriorate. Furthermore, since the required film thickness uniformity is high in a 300 mm wafer, there are cases where the required specifications cannot be satisfied if the wafer is simply manufactured as before. This was an unexpected phenomenon for those skilled in the art.
イオン注入剥離法で、ウェーハ径が300mm以上の貼り合わせウェーハを作製する場合において、ベアウェーハの状態でイオン注入する際、例えば、イオン注入角度を7度として注入すると、300mmウェーハでは、ウェーハ中央に対し、ウェーハ外周部のイオン注入角度は±1度程度ずれてしまう。従って、ウェーハ中央部は7度で注入されるが、一方のウェーハ外周部は注入角度が6度、もう一方のウェーハ外周部は8度となってしまう。 When a bonded wafer having a wafer diameter of 300 mm or more is manufactured by the ion implantation separation method, when ion implantation is performed in the state of a bare wafer, for example, when an ion implantation angle is 7 degrees, On the other hand, the ion implantation angle at the outer periphery of the wafer is shifted by about ± 1 degree. Therefore, although the wafer central portion is implanted at 7 degrees, one wafer outer peripheral portion has an implantation angle of 6 degrees and the other wafer outer peripheral portion has 8 degrees.
面方位が{100}のシリコン単結晶ウェーハの場合、チャネリングは、一般にイオン注入角度を7〜8度にすることで、最小に抑制されることが知られている。従って、イオン注入角度が6度では、チャネリングの影響が出て、イオン注入深さが深くなってしまう。また、イオン注入角度θに対して、イオン注入深さがsinθで変化する効果も加わり、更にイオン注入深さの均一性が悪化してしまう。これら2つの効果により、ベアウェーハでの剥離後の薄膜の膜厚均一性が悪化し、その膜厚分布は、回転体の回転方向に変化してしまう。 In the case of a silicon single crystal wafer having a plane orientation of {100}, it is known that channeling is generally suppressed to a minimum by setting the ion implantation angle to 7 to 8 degrees. Therefore, when the ion implantation angle is 6 degrees, channeling influence is exerted and the ion implantation depth becomes deep. In addition, an effect of changing the ion implantation depth by sin θ with respect to the ion implantation angle θ is added, and the uniformity of the ion implantation depth is further deteriorated. Due to these two effects, the film thickness uniformity of the thin film after peeling on the bare wafer deteriorates, and the film thickness distribution changes in the rotating direction of the rotating body.
また、イオン注入剥離法で、ウェーハ径が300mm以上の貼り合わせSOIウェーハを作製する場合において、比較的薄い酸化膜厚付ウェーハに、イオン注入角度を0度として注入すると、コーンアングル効果により、ウェーハ中央に対し、ウェーハ外周部の注入角度は±1度程度ずれてしまう。従って、ベアウェーハほどではないが、チャネリングが発生し、剥離後の薄膜は、回転体の回転方向で中央部は厚く、外周部は薄い、凸状の分布をもち、これにより剥離後の膜厚均一性が悪化してしまう。 In addition, when a bonded SOI wafer having a wafer diameter of 300 mm or more is manufactured by the ion implantation separation method, if the ion implantation angle is implanted at 0 degree into a wafer with a relatively thin oxide film thickness, the wafer is caused by the cone angle effect. With respect to the center, the implantation angle of the outer peripheral portion of the wafer is shifted by about ± 1 degree. Therefore, although not as much as the bare wafer, channeling occurs, and the thin film after peeling has a convex distribution with a thick central part and a thin outer peripheral part in the rotating direction of the rotating body, and thus a film thickness after peeling. Uniformity deteriorates.
以上のように、ベアウェーハ、あるいは、比較的薄い酸化膜が形成されたウェーハで、特にウェーハ径が大きいものに対して、イオン注入剥離法を実施した場合、コーンアングル効果による注入角度のズレの大きさと、これに伴うチャネリングの発生に起因して、剥離後の膜厚均一性が悪化する。 As described above, when the ion implantation delamination method is performed on a bare wafer or a wafer having a relatively thin oxide film, particularly when the wafer diameter is large, the deviation of the implantation angle due to the cone angle effect is caused. Due to the size and the occurrence of channeling associated therewith, the film thickness uniformity after peeling deteriorates.
そこで、本発明者らは、イオン注入時にコーンアングル効果の影響を相殺することができれば、コーンアングル効果の影響を抑制し、たとえ、ウェーハ径が大きく、かつ、酸化膜等のアモルファス層が無い、あるいは、酸化膜等のアモルファス層が薄くても、剥離後の薄膜の厚さの均一性を改善できるのではないかと考えた。 Therefore, the present inventors suppress the influence of the cone angle effect if the influence of the cone angle effect can be offset at the time of ion implantation, even if the wafer diameter is large and there is no amorphous layer such as an oxide film, Or even if the amorphous layer such as an oxide film is thin, it was thought that the uniformity of the thickness of the thin film after peeling could be improved.
そして、本発明者らは、イオン注入時のイオン注入深さの均一性(剥離後の膜厚均一性)を改善する方法として、イオン注入を複数回に分割し、それぞれのノッチ向きを変えること(ウェーハを所定の角度回転させること)で、イオン注入深さの面内分布を相殺する方法を見い出した。この方法では、例えば、イオン注入を2分割した場合、前半のイオン注入時のノッチ角度に対して、後半のイオン注入時のノッチ角度を180度回すことで、面内の注入分布を均一にできる。 Then, as a method for improving the uniformity of ion implantation depth during ion implantation (thickness uniformity after peeling), the inventors divide ion implantation into a plurality of times and change the direction of each notch. A method was found to offset the in-plane distribution of the ion implantation depth by rotating the wafer by a predetermined angle. In this method, for example, when the ion implantation is divided into two, the in-plane implantation distribution can be made uniform by rotating the notch angle at the latter half of the ion implantation by 180 degrees with respect to the notch angle at the first half of the ion implantation. .
しかしながら、バッチ式イオン注入機の場合、そのようにウェーハを自転させるため、一度ウェーハ保持具からウェーハを外したり、さらには、一度、チャンバーから取り出さなければならない。この搬送作業により、ウェーハにパーティクルが付着するリスクが発生するため、取り出し毎にウェーハを洗浄する必要が発生する。 However, in the case of a batch type ion implanter, in order to rotate the wafer in such a manner, it is necessary to remove the wafer from the wafer holder once or to remove it from the chamber once. Since this transfer operation causes a risk of particles adhering to the wafer, it is necessary to clean the wafer every time it is taken out.
このような問題点を解決するため、さらに鋭意検討を行った結果、本発明者らは、イオン注入を2回に分け、前半と後半のイオン注入時のイオン注入角度を、イオン注入深さの均一性が相殺するように変えることで、イオン注入深さの均一性を改善し、剥離後の薄膜の膜厚を改善できることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of further intensive studies to solve such problems, the present inventors divided the ion implantation into two, and determined the ion implantation angle at the time of ion implantation in the first half and the latter half of the ion implantation depth. It has been found that the uniformity of ion implantation depth can be improved and the thickness of the thin film after peeling can be improved by changing the uniformity so as to cancel out, and the present invention has been completed.
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、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 in detail as an example of an embodiment with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
第1の本発明は、回転体と該回転体に設けられ基板を配置する複数のウェーハ保持具とを備え、該ウェーハ保持具に配置され公転している複数の基板にイオン注入するバッチ式イオン注入機を使用し、ボンドウェーハの表面から水素イオン、希ガスイオンの少なくとも一種類のガスイオンをイオン注入してイオン注入層を形成するイオン注入工程と、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絶縁膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、前記イオン注入層でボンドウェーハを剥離させることにより、前記ベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する剥離工程とを有する貼り合わせウェーハの製造方法において、
前記ボンドウェーハを、前記イオン注入する側の表面に、厚さ1nm以上100nm以下の絶縁膜を形成したシリコン単結晶ウェーハとし、
前記イオン注入工程において、同等の注入量でイオン注入を2回に分けて行い、該2回のイオン注入の際、公転方向にイオン注入角度+X度と−X度でそれぞれイオン注入し、前記イオン注入角度X度を1度以上3度以下に設定することを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法である。
A first aspect of the present invention is a batch-type ion that includes a rotating body and a plurality of wafer holders that are provided on the rotating body and on which a substrate is disposed, and that ion-implants the plurality of substrates that are disposed on the wafer holder and are revolving. An ion implantation process for forming an ion implantation layer by implanting at least one kind of gas ions of hydrogen ions and rare gas ions from the surface of the bond wafer using an implanter, and an ion-implanted surface and a base of the bond wafer A bonding process including a bonding process of bonding a wafer surface to an insulating film, and a peeling process of manufacturing a bonded wafer having a thin film on the base wafer by peeling the bond wafer with the ion-implanted layer. In the method for manufacturing a bonded wafer,
The bond wafer is a silicon single crystal wafer in which an insulating film having a thickness of 1 nm or more and 100 nm or less is formed on the surface on the ion implantation side,
In the ion implantation step, ion implantation is performed in two equal amounts, and at the time of the two ion implantations, ions are implanted in the revolution direction at ion implantation angles + X degrees and −X degrees, respectively. A method for manufacturing a bonded wafer, wherein an implantation angle X degree is set to 1 degree or more and 3 degrees or less.
このように、第1の本発明は、まずボンドウェーハの表面から水素イオン、希ガスイオンの少なくとも一種類のガスイオンをイオン注入してイオン注入層を形成する(イオン注入工程)。
第1の本発明のボンドウェーハとして、面方位が{100}のシリコン単結晶ウェーハを使用すれば、本発明の方法によって作製した貼り合わせウェーハを、現在のシリコン半導体素子の作製に広く応用することができるが、第1の本発明では、ホンドウェーハの面方位は特に限定されず、ウェーハの面方位が{110}や{111}の場合でも、同様に第1の本発明を実施することができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, at least one kind of gas ions, hydrogen ions and rare gas ions, is first implanted from the surface of the bond wafer to form an ion implantation layer (ion implantation step).
If a silicon single crystal wafer having a plane orientation of {100} is used as the bond wafer of the first invention, the bonded wafer produced by the method of the invention can be widely applied to the production of current silicon semiconductor elements. However, in the first aspect of the present invention, the plane orientation of the wafer is not particularly limited, and the first aspect of the present invention can be similarly implemented even when the plane orientation of the wafer is {110} or {111}. it can.
上記イオン注入では、図1〜図3に示すような、バッチ式イオン注入機10を使用する。バッチ式イオン注入機10は、回転体1と該回転体1に設けられ基板3を配置する複数のウェーハ保持具2とを備え、該ウェーハ保持具2に配置され公転している複数の基板3にイオン注入するものである。
In the ion implantation, a batch
第1の本発明のイオン注入工程では、同等の注入量でイオン注入を2回に分けて行い、その際、公転方向にイオン注入角度+X度(図4の(a))と−X度(図4の(b))でそれぞれイオン注入を行う。イオン注入角度X度は、基板3の表面中心の垂線とイオンビームのなす角度をいう。
これにより、各イオン注入によるイオン注入層の深さの不均一が相殺され、剥離後の薄膜の膜厚均一性が向上する。また、イオン注入角度X度は、回転体1の傾きを調整することで簡単に変更できる。従って、基板3をウェーハ保持具2から外す必要はないため、バッチ毎に基板3のパーティクルを低減するための洗浄を行う必要はなく、スループットを大幅に向上させることができる。尚、「同等の注入量」とは、イオン注入を2回に分けることによってイオン注入層の深さの不均一が相殺され、剥離後の膜厚均一性が向上する効果が得られる注入量の範囲を意味し、2等分に限定されるものではない。
In the ion implantation process of the first aspect of the present invention, ion implantation is performed twice with an equivalent implantation amount. At this time, ion implantation angles + X degrees ((a) of FIG. 4) and -X degrees ( Ion implantation is performed in FIG. The ion implantation angle X degrees refers to an angle formed by a normal line of the surface center of the
Thereby, the nonuniformity of the depth of the ion implantation layer by each ion implantation is offset, and the film thickness uniformity of the thin film after peeling is improved. Further, the ion implantation angle X degrees can be easily changed by adjusting the inclination of the rotating body 1. Accordingly, since it is not necessary to remove the
また、上記のように、ボンドウェーハを、前記イオン注入する側の表面に、厚さ1nm以上100nm以下の絶縁膜を形成したシリコン単結晶ウェーハとし、上記イオン注入角度X度を1度以上3度以下に設定することで、イオン注入する際のチャネリングの影響を抑制でき、剥離後の薄膜の膜厚均一性が向上する。
一方、上記イオン注入角度X度が1度未満では、チャネリングの影響が大きくなり、剥離後の薄膜の膜厚均一性が悪化する。また、上記イオン注入角度X度が3度以下であれば、絶縁膜とイオン注入角度X度によりチャネリングの影響は小さくなり、剥離後の薄膜の膜厚均一性が向上する。
Further, as described above, the bond wafer is a silicon single crystal wafer in which an insulating film having a thickness of 1 nm or more and 100 nm or less is formed on the surface on the ion implantation side, and the ion implantation angle X degree is 1 degree or more and 3 degrees. By setting as follows, the influence of channeling at the time of ion implantation can be suppressed, and the film thickness uniformity of the thin film after peeling is improved.
On the other hand, when the ion implantation angle X degree is less than 1 degree, the influence of channeling becomes large and the film thickness uniformity of the thin film after peeling is deteriorated. If the ion implantation angle X degree is 3 degrees or less, the influence of channeling is reduced by the insulating film and the ion implantation angle X degree, and the film thickness uniformity after peeling is improved.
更に、第1の本発明のイオン注入工程では、各イオン注入の際の同等の注入量を、全注入量の40〜60%の範囲内とすることが好ましい。すなわち、50%、50%とする場合のみならず、例えば、前半を40%、後半を60%として注入してもよい。
これにより、各イオン注入によるイオン注入層の深さの不均一を効果的に相殺でき、剥離後の薄膜の膜厚均一性が向上する。
Furthermore, in the ion implantation process of the first aspect of the present invention, it is preferable that the equivalent implantation amount at the time of each ion implantation is within a range of 40 to 60% of the total implantation amount. That is, not only the case of 50% and 50%, but also, for example, the first half may be 40% and the second half 60%.
Thereby, the nonuniformity of the depth of the ion implantation layer by each ion implantation can be canceled effectively, and the film thickness uniformity of the thin film after peeling is improved.
次に、第1の本発明では、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絶縁膜を介して貼り合わせる(貼り合わせ工程)。
通常は、常温の清浄な雰囲気下でボンドウェーハとベースウェーハの表面同士を接触させることにより、接着剤等を用いることなくウェーハ同士が接着する。
Next, in the first invention, the ion-implanted surface of the bond wafer and the surface of the base wafer are bonded together via an insulating film (bonding step).
Normally, the wafers are bonded to each other without using an adhesive or the like by bringing the surfaces of the bond wafer and the base wafer into contact with each other in a clean atmosphere at room temperature.
次に、第1の本発明では、イオン注入層でボンドウェーハを剥離させることにより、前記ベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する(剥離工程)。
例えば、不活性ガス雰囲気下約500℃以上の温度で熱処理を加えれば、イオン注入層でボンドウェーハを剥離させることができる。また、貼り合わせ面に予めプラズマ処理を施すことによって、熱処理を加えずに(あるいは剥離しない程度の温度で熱処理を加えた後)、外力を加えて剥離することもできる。
Next, in the first aspect of the present invention, a bonded wafer having a thin film on the base wafer is manufactured by peeling the bond wafer with an ion implantation layer (peeling step).
For example, if heat treatment is performed at a temperature of about 500 ° C. or higher in an inert gas atmosphere, the bond wafer can be peeled off by the ion implantation layer. In addition, by performing plasma treatment on the bonding surface in advance, it is possible to perform peeling by applying an external force without performing heat treatment (or after performing heat treatment at a temperature at which peeling does not occur).
次に、第2の本発明は、回転体と該回転体に設けられ基板を配置する複数のウェーハ保持具とを備え、該ウェーハ保持具に配置され公転している複数の基板にイオン注入するバッチ式イオン注入機を使用し、ボンドウェーハの表面から水素イオン、希ガスイオンの少なくとも一種類のガスイオンをイオン注入してイオン注入層を形成するイオン注入工程と、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直接あるいは絶縁膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、前記イオン注入層でボンドウェーハを剥離させることにより、前記ベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する剥離工程とを有する貼り合わせウェーハの製造方法において、
前記ボンドウェーハを、シリコン単結晶からなるベアウェーハ、又は、前記イオン注入する側の表面に厚さ1nm以上100nm以下の絶縁膜が形成されたシリコン単結晶ウェーハとし、
前記イオン注入工程において、同等の注入量でイオン注入を2回に分けて行い、該2回のイオン注入の際、公転方向にイオン注入角度+X度と−X度でそれぞれイオン注入し、前記イオン注入角度X度を前記ボンドウェーハに注入されたイオンのチャネリングが最小となるように設定することを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法である。
Next, the second aspect of the present invention includes a rotating body and a plurality of wafer holders provided on the rotating body and arranged on the substrate, and ion implantation is performed on the plurality of substrates arranged and revolved on the wafer holder. Using a batch type ion implanter, an ion implantation process for forming an ion implantation layer by implanting at least one kind of gas ions of hydrogen ions and rare gas ions from the surface of the bond wafer, and ion implantation of the bond wafer. A bonding process in which the surface and the surface of the base wafer are bonded directly or through an insulating film, and peeling to produce a bonded wafer having a thin film on the base wafer by peeling the bond wafer with the ion implantation layer. In a method for manufacturing a bonded wafer having a process,
The bond wafer is a bare wafer made of a silicon single crystal, or a silicon single crystal wafer in which an insulating film having a thickness of 1 nm or more and 100 nm or less is formed on the surface on the ion implantation side,
In the ion implantation step, ion implantation is performed in two equal amounts, and at the time of the two ion implantations, ions are implanted in the revolution direction at ion implantation angles + X degrees and −X degrees, respectively. A method for producing a bonded wafer, wherein an implantation angle X degrees is set so that channeling of ions implanted into the bond wafer is minimized.
このように、第2の本発明は、まずボンドウェーハの表面から水素イオン、希ガスイオンの少なくとも一種類のガスイオンをイオン注入してイオン注入層を形成する(イオン注入工程)。
第2の本発明のボンドウェーハは、面方位が{100}のシリコン単結晶ウェーハを使用すれば、第2の本発明の方法によって作製した貼り合わせウェーハを、現在のシリコン半導体素子の作製に広く応用することができるが、第2の本発明でも、第1の本発明と同様に、ホンドウェーハの面方位は特に限定されず、ウェーハの面方位が{110}や{111}の場合でも、第2の本発明を適用することができる。
As described above, in the second aspect of the present invention, at least one kind of gas ion of hydrogen ion and rare gas ion is first ion-implanted from the surface of the bond wafer to form an ion implantation layer (ion implantation step).
If the bond wafer of the second aspect of the present invention is a silicon single crystal wafer having a {100} plane orientation, the bonded wafer produced by the method of the second aspect of the present invention can be widely used for the production of current silicon semiconductor elements. Although it can be applied, even in the second aspect of the present invention, as in the first aspect of the present invention, the plane orientation of the wafer is not particularly limited, and even when the plane orientation of the wafer is {110} or {111}, The second present invention can be applied.
また、第2の本発明のイオン注入工程では、第1の本発明のイオン注入と同様に行うことができるが、第2の本発明では、イオン注入角度X度をボンドウェーハに注入されたイオンのチャネリングが最小となるように設定する。イオン注入角度X度が小さい場合、ボンドウェーハの表面に絶縁膜がないとチャネリングの影響が大きくなり、剥離後の薄膜の均一性が劣化する。そのため、チャネリングの影響を避けるために、イオン注入角度X度を適度に大きくすることで、剥離後の薄膜の均一性が向上する。 The ion implantation process of the second invention can be performed in the same manner as the ion implantation of the first invention, but in the second invention, ions implanted at a bond wafer with an ion implantation angle of X degrees. Set to minimize channeling of When the ion implantation angle X degree is small, if there is no insulating film on the surface of the bond wafer, the influence of channeling becomes large, and the uniformity of the thin film after peeling is deteriorated. Therefore, in order to avoid the influence of channeling, the uniformity of the thin film after peeling is improved by appropriately increasing the ion implantation angle X degree.
また、第2の本発明におけるイオン注入角度X度は、7度以上8度以下とすることが好ましい。
これにより、第2の本発明では、シリコン単結晶からなるベアウェーハをボンドウェーハとして使用しても、イオン注入の際に、チャネリングの影響を十分に抑制でき、剥離後の薄膜の均一性を良好にすることができる。
The ion implantation angle X degree in the second aspect of the present invention is preferably 7 degrees or more and 8 degrees or less.
As a result, in the second aspect of the present invention, even when a bare wafer made of silicon single crystal is used as a bond wafer, the influence of channeling can be sufficiently suppressed during ion implantation, and the uniformity of the thin film after peeling is good. Can be.
そして、第2の本発明では、ボンドウェーハを、シリコン単結晶からなるベアウェーハ、又は、前記イオン注入する側の表面に、厚さ1nm以上100nm以下の薄い絶縁膜を形成したシリコン単結晶ウェーハとし、上記イオン注入角度X度を前記ボンドウェーハに注入されたイオンのチャネリングが最小となるように設定することで、イオン注入する際のチャネリングの影響を抑制でき、剥離後の薄膜の膜厚均一性が向上する。 In the second aspect of the present invention, the bond wafer is a bare wafer made of silicon single crystal or a silicon single crystal wafer in which a thin insulating film having a thickness of 1 nm to 100 nm is formed on the surface on the ion implantation side. By setting the ion implantation angle X degrees so that channeling of ions implanted into the bond wafer is minimized, the influence of channeling upon ion implantation can be suppressed, and the film thickness uniformity after peeling. Will improve.
また、第2の本発明のイオン注入工程では、各イオン注入の際の同等の注入量を、全注入量の40〜60%の範囲内とすることが好ましい。
これにより、各イオン注入によるイオン注入層の深さの不均一を効果的に相殺でき、剥離後の薄膜の膜厚均一性が向上する。
In the ion implantation process of the second aspect of the present invention, it is preferable that the equivalent implantation amount at the time of each ion implantation is within a range of 40 to 60% of the total implantation amount.
Thereby, the nonuniformity of the depth of the ion implantation layer by each ion implantation can be canceled effectively, and the film thickness uniformity of the thin film after peeling is improved.
次に、第2の本発明では、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直接あるいは絶縁膜を介して貼り合わせる(貼り合わせ工程)。
通常は、常温の清浄な雰囲気下でボンドウェーハとベースウェーハの表面同士を接触させることにより、接着剤等を用いることなくウェーハ同士が接着する。
Next, in the second aspect of the present invention, the ion-implanted surface of the bond wafer and the surface of the base wafer are bonded directly or via an insulating film (bonding step).
Normally, the wafers are bonded to each other without using an adhesive or the like by bringing the surfaces of the bond wafer and the base wafer into contact with each other in a clean atmosphere at room temperature.
次に、第2の本発明では、イオン注入層でボンドウェーハを剥離させることにより、前記ベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する(剥離工程)。
例えば、不活性ガス雰囲気下約500℃以上の温度で熱処理を加えれば、イオン注入層でボンドウェーハを剥離させることができる。また、貼り合わせ面に予めプラズマ処理を施すことによって、熱処理を加えずに(あるいは剥離しない程度の温度で熱処理を加えた後)、外力を加えて剥離することもできる。
Next, in the second aspect of the present invention, a bonded wafer having a thin film on the base wafer is manufactured by peeling the bond wafer with an ion implantation layer (peeling step).
For example, if heat treatment is performed at a temperature of about 500 ° C. or higher in an inert gas atmosphere, the bond wafer can be peeled off by the ion implantation layer. In addition, by performing plasma treatment on the bonding surface in advance, it is possible to perform peeling by applying an external force without performing heat treatment (or after performing heat treatment at a temperature at which peeling does not occur).
以下、本発明について、更に詳述する。
以下のようにイオンのチャネリングが最小となるイオン注入角度を調べた。まず、イオン注入剥離法で、ボンドウェーハとして、表面に酸化膜などの絶縁層が形成されていない、面方位が{100}のベアウェーハ(オフアングルなし)にイオン注入する場合について述べる。図6の(A)に示すように、ベアウェーハでの貼り合わせウェーハの作製では、例えば、直径300mmのベアウェーハ5(図6の(a))に、水素イオンを50keVの加速エネルギーで注入し、イオン注入層7を形成する(図6の(b))。その後、イオン注入したベアウェーハ5と、酸化膜6付きのベースウェーハ4(図6の(c))とを貼り合わせ(図6の(d))、その後、上記イオン注入層7においてベアウェーハ5を剥離する(図6の(e))。
Hereinafter, the present invention will be described in further detail.
The ion implantation angle at which ion channeling is minimized was investigated as follows. First, a case will be described in which ions are implanted into a bare wafer (no off-angle) having a plane orientation of {100} by which an insulating layer such as an oxide film is not formed on the surface as a bond wafer by an ion implantation separation method. As shown in FIG. 6A, in the production of a bonded wafer using a bare wafer, for example, hydrogen ions are implanted into a bare wafer 5 having a diameter of 300 mm (FIG. 6A) with an acceleration energy of 50 keV. Then, the
上記、ベアウェーハでの貼り合わせウェーハの作製において、ベアウェーハ5へのイオン注入(図6の(b))の際に、イオン注入角度を0度としてイオン注入を行い、その後、ベアウェーハ5の剥離を行うと、得られる貼り合わせウェーハの薄膜の膜厚バラツキは、チャネリングによる影響にコーンアングル効果が加わって、膜厚分布のP−V(最大値−最小値)は8.9nmと大きな値となる(図6の(B))。 In the production of the bonded wafer using the bare wafer, when the ion implantation into the bare wafer 5 (FIG. 6B) is performed, the ion implantation angle is set to 0 degree. When peeling is performed, the film thickness variation of the thin film of the bonded wafer obtained is such that the cone angle effect is added to the influence of channeling, and the PV (maximum value-minimum value) of the film thickness distribution is a large value of 8.9 nm. ((B) of FIG. 6).
一方、イオン注入角度を7度としてイオン注入を行う場合には、膜厚バラツキ(P−V)は2.3nmとなり、ノッチを下にして、回転体の回転方向に沿って左下から右上に向かって膜厚が厚くなる傾向が得られる(図6の(C))。また、イオン注入角度を−7度としてイオン注入を行う場合には、膜厚バラツキ(P−V)は2.4nmとなり、ノッチを下にして、左下から右上に向かって膜厚が薄くなる傾向が得られる(図6の(D))。このように、イオン注入角度が±7度の場合は、チャネリングの影響は抑制できるが、コーンアングル効果による膜厚バラツキは大きくなる。また、イオン注入角度を−7度としてイオン注入を行う場合は、イオン注入角度が+7度の場合と比べ、膜厚分布の膜厚バラツキ(P−V)がほぼ同じで、その向きが正反対となる。イオン注入角度を±8度とした場合も±7度と同様の結果となる。 On the other hand, when ion implantation is performed with an ion implantation angle of 7 degrees, the film thickness variation (P-V) is 2.3 nm, with the notch down and from the lower left to the upper right along the rotation direction of the rotating body. Thus, a tendency to increase the film thickness is obtained ((C) in FIG. 6). In addition, when ion implantation is performed with an ion implantation angle of −7 degrees, the film thickness variation (PV) is 2.4 nm, and the film thickness tends to decrease from the lower left to the upper right with the notch down. Is obtained ((D) of FIG. 6). Thus, when the ion implantation angle is ± 7 degrees, the influence of channeling can be suppressed, but the film thickness variation due to the cone angle effect increases. In addition, when ion implantation is performed with an ion implantation angle of −7 degrees, the film thickness distribution (P−V) is almost the same as the ion implantation angle of +7 degrees, and the direction is opposite. Become. When the ion implantation angle is ± 8 degrees, the same result as ± 7 degrees is obtained.
上記のように、ウェーハに対し、イオン注入角度を7〜8度とすればチャネリングを最小にすることができることがわかる。 As described above, it can be seen that channeling can be minimized by setting the ion implantation angle to 7 to 8 degrees with respect to the wafer.
そこで、図7に示すように、全イオン注入量の約半分の注入量を、チャネリングが起きない注入角度7度で注入し(図7の(a))、その後、残り半分の注入量を、前半の注入角度とは正反対の−7度で注入する(図7の(b))。このように、同等の注入量でイオン注入を2回に分けて行い、この際、公転方向にイオン注入角度を+X度と−X度でそれぞれイオン注入することで、イオン注入層7の深さは、前半と後半のイオン注入深さの平均にピークを持つようになり(図7の(c))、その位置でボンドウェーハの剥離が起きる。このように剥離を行うと、ウェーハの膜厚バラツキ(P−V)は1.7nmとなり、膜厚バラツキを改善することができる(図7の(A))。
Therefore, as shown in FIG. 7, about half of the total ion implantation amount is implanted at an implantation angle of 7 degrees at which channeling does not occur ((a) of FIG. 7), and then the remaining half implantation amount is Injection is performed at −7 degrees, which is opposite to the injection angle in the first half ((b) of FIG. 7). In this way, the ion implantation is performed twice with the same implantation amount, and at this time, the ion implantation angle is + X degrees and −X degrees in the revolution direction, so that the depth of the
また、ウェーハによっては、結晶方位に対して、オフアングルを付けている場合があるが、この場合は、オフアングルを加味してイオン注入角度を設定すればよい。尚、上記のように、面方位{100}のウェーハに対し、イオン注入角度を7〜8度とすればチャネリングを最小にすることができるが、面方位が{110}や{111}の場合も同様に、イオン注入角度を7〜8度とすればチャネリングを最小にすることができる。 Some wafers have an off-angle with respect to the crystal orientation. In this case, the ion implantation angle may be set in consideration of the off-angle. As described above, channeling can be minimized by setting the ion implantation angle to 7 to 8 degrees for a wafer having a plane orientation of {100}, but when the plane orientation is {110} or {111}. Similarly, channeling can be minimized by setting the ion implantation angle to 7 to 8 degrees.
次に、図8及び図9に示すように、イオン注入剥離法で、酸化膜厚が薄い酸化膜付ウェーハにイオン注入する場合について考える。図8の(A)において、例えば、30nmの酸化膜6が付いた300mmのボンドウェーハ3(図8の(a))に、水素イオンを50keVの加速エネルギーで、かつ、イオン注入角度0度でイオン注入する(図8の(b))。その後、イオン注入層7を有し、酸化膜6が付いたボンドウェーハ3と、ベースウェーハ4(図8の(c))を貼り合わせ(図8の(d))、イオン注入層7においてボンドウェーハを剥離する(図8の(e))。
Next, as shown in FIGS. 8 and 9, consider the case where ions are implanted into a wafer with a thin oxide film by an ion implantation separation method. 8A, for example, hydrogen ions are applied to a 300 mm bond wafer 3 (FIG. 8A) with an
このとき、得られる貼り合わせウェーハの膜厚バラツキ(P−V)は1.6nmとなり、その膜厚分布は、中心が厚く、ノッチを下にして、回転体の回転方向に沿って左下、及び、右上の膜厚が薄い、凸状の分布となる傾向が得られる(図8の(B))。これは、チャネリングを抑制できる酸化膜6が形成されているものの、酸化膜6が薄いため、チャネリングの影響が残り、コーンアングル効果が強く現れるためである。尚、200nmの酸化膜6を形成した場合は、チャネリングの影響がなくなるため、膜厚バラツキ(P−V)は1.0nmとなる(図8の(C))。
At this time, the film thickness variation (P-V) of the bonded wafer obtained is 1.6 nm, and the film thickness distribution is thick at the center, with the notch down, along the rotation direction of the rotating body, The tendency is that the upper right film thickness is thin and has a convex distribution ((B) in FIG. 8). This is because although the
また、図9の(A)において、例えば、厚さ30nmの酸化膜6が付いた直径300mmのボンドウェーハ3(図9の(a))に、水素イオンを50keVの加速エネルギーで、かつ、イオン注入角度3度でイオン注入する(図9の(b))。その後、イオン注入層7を有し、酸化膜6が付いたボンドウェーハ3と、ベースウェーハ4(図9の(c))を貼り合わせ(図9の(d))、イオン注入層7においてボンドウェーハ3を剥離する(図9の(e))。
Further, in FIG. 9A, for example, hydrogen ions are applied to the
このとき、酸化膜6とイオン注入角度の両方の作用により、チャネリングの影響は小さくなるが、イオン注入角度の影響で、膜厚分布は一方向に傾斜した分布となり、膜厚バラツキ(P−V)は、0度注入(図9の(B))と同等の1.6nm(図9の(C))となる。更に、イオン注入角度を大きくして7度にすると、チャネリングの影響はなくなるが、膜厚分布は3度注入の場合よりも大きく一方向に傾斜した分布となり、膜厚バラツキ(P−V)は2.4nmに増大してしまう(図9の(D))。
At this time, although the influence of channeling is reduced by the action of both the
次に、図10の(a)に示すように、厚さ30nmの酸化膜6が付いた直径300mmボンドウェーハ3に、水素イオンを50keVの加速エネルギーで、かつ、イオン注入角度+2度としてチャネリングの影響を小さくして注入し、イオン注入剥離法で剥離を行うと、得られる貼り合わせウェーハの膜厚バラツキは、注入角度+3度の場合と同様に、膜厚バラツキ(P−V)は1.6nmとなり、ノッチを下にして、回転体の回転方向に沿って左下から右上に向かって膜厚が厚くなる傾向が得られる。
Next, as shown in FIG. 10A, hydrogen ions are channeled to a 300 mm diameter bonded
一方、図10の(b)に示すように、厚さ30nmの酸化膜が付いた直径300mmボンドウェーハに、水素イオンを50keVの加速エネルギーで、かつ、イオン注入角度−2度で注入し、イオン注入剥離法で剥離を行うと、得られるSOIウェーハの膜厚バラツキ(P−V)は1.6nmとなり、ノッチを下にして、左下から右上に向かって膜厚が薄くなる傾向が得られる。即ち、イオン注入角度が+2度の場合と比べて、膜厚分布のP−Vがほぼ同じで、その向きが正反対となる。 On the other hand, as shown in FIG. 10B, hydrogen ions are implanted into a 300 mm diameter bond wafer with an oxide film having a thickness of 30 nm at an acceleration energy of 50 keV and an ion implantation angle of −2 degrees. When peeling is performed by the injection peeling method, the obtained SOI wafer has a film thickness variation (PV) of 1.6 nm, and the film thickness tends to become thinner from the lower left to the upper right with the notch down. That is, compared with the case where the ion implantation angle is +2 degrees, the PV of the film thickness distribution is almost the same, and the direction is opposite.
そこで、図10の(c)に示すように、全イオン注入量の半分の注入量を、チャネリングが起きない、イオン注入角度+2度で注入し、その後、残り半分の注入量を、前半の注入角度とは正反対の−2度で注入する。このようにすることで、注入されたイオンは、前半と後半の注入深さの平均の深さにピークを持つようになり、その位置で剥離が起きるようになる。このようにして剥離を行うと、貼り合わせウェーハの膜厚バラツキ(P−V)は1.0nmとなり、膜厚バラツキを改善することができる(図10の(A))。 Therefore, as shown in FIG. 10 (c), an implantation amount that is half of the total ion implantation amount is implanted at an ion implantation angle of +2 degrees without causing channeling, and then the remaining half implantation amount is implanted in the first half. Inject at -2 degrees, opposite to the angle. By doing so, the implanted ions have a peak at the average depth of the first and second half implantation depths, and separation occurs at that position. When peeling is performed in this manner, the film thickness variation (P-V) of the bonded wafer becomes 1.0 nm, and the film thickness variation can be improved ((A) in FIG. 10).
以上、オフアングルがないボンドウェーハにイオン注入する場合について説明したが、もちろん、ウェーハによっては、結晶方位に対して、オフアングルを付けている場合がある。この場合において、本発明では、オフアングルを加味して、チャネリングが最小となるイオン注入角度を設定すればよい。また、通常は、イオン注入するウェーハをウェーハ保持具に保持した状態でイオン注入角度が0度となる様に設定されているが、ウェーハ保持具や回転体の取付具合によっては角度ズレが生じている場合があるので、その場合には、その角度ズレを考慮してイオン注入角度を調整する。 As described above, the case where ion implantation is performed on a bond wafer having no off-angle has been described. Of course, depending on the wafer, an off-angle may be attached to the crystal orientation. In this case, in the present invention, an ion implantation angle that minimizes channeling may be set in consideration of an off-angle. In general, the ion implantation angle is set to 0 degrees while the wafer to be ion-implanted is held by the wafer holder, but the angle deviation may occur depending on how the wafer holder and the rotating body are attached. In this case, the ion implantation angle is adjusted in consideration of the angle deviation.
以下、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、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1〜5、比較例1〜4)
ボンドウェーハ及びベースウェーハとして、直径300mm、面方位(100)のシリコン単結晶ウェーハ(オフアングルなし)を用意し、表1及び表2の条件で貼り合わせSOIウェーハを作製し、剥離後のSOI層の面内膜厚バラツキ(P−V:最大値−最小値)を比較した。
尚、いずれの条件においても、ウェーハの貼り合わせは室温で行い、剥離熱処理は500℃で30分間行い、剥離後の膜厚測定は、ADE社製Acumapを用いて行った。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
(Examples 1-5, Comparative Examples 1-4)
A silicon single crystal wafer (no off-angle) having a diameter of 300 mm and a plane orientation (100) is prepared as a bond wafer and a base wafer, and a bonded SOI wafer is manufactured under the conditions shown in Tables 1 and 2, and the SOI layer after peeling In-plane film thickness variations (PV: maximum value-minimum value) were compared.
Under any of the conditions, the wafers were bonded together at room temperature, the peeling heat treatment was carried out at 500 ° C. for 30 minutes, and the film thickness after peeling was measured using Acumap manufactured by ADE.
表1,2に示すように、実施例1〜5では、同等の注入量でイオン注入を2回に分けて行ったことにより、膜厚バラツキの結果が良好であった。特に、実施例1〜3では、ボンドウェーハに酸化膜が付いた状態で、かつ、イオン注入角度が1〜3度でイオン注入を行ったため、膜厚バラツキの結果が特に良好であった。また、実施例2,3に示すように、2回に分けたイオン注入の各イオン注入量が完全に同じ量でなくても、各イオン注入量が全注入量の40〜60%の範囲内であれば、膜厚バラツキの結果が良好になることがわかった。 As shown in Tables 1 and 2, in Examples 1 to 5, the results of film thickness variation were good by performing ion implantation twice with the same implantation amount. In particular, in Examples 1 to 3, since the ion implantation was performed with the oxide film attached to the bond wafer and the ion implantation angle of 1 to 3 degrees, the results of the film thickness variation were particularly good. Further, as shown in Examples 2 and 3, each ion implantation amount is within the range of 40 to 60% of the total implantation amount even if the ion implantation amounts of the two divided ion implantations are not completely the same. If it is, it turned out that the result of film thickness variation becomes favorable.
一方、実施例4,5では、2回に分けたイオン注入のイオン注入角度がともに7度であったため、チャネリングの影響を最小に抑えることができたが、実施例4では、ベアウェーハの状態でイオン注入を行ったため、実施例1〜3に比べると、膜厚バラツキの結果が悪かった。しかし、実施例4では、イオン注入角度が同じだが、2回に分けずにイオン注入を行った比較例3に比べれば、膜厚バラツキは大きく低減されていた。更に、実施例5についても、1回でイオン注入を行った比較例4に比べて、膜厚バラツキは大きく低減されていた。 On the other hand, in Examples 4 and 5, since the ion implantation angle of the two divided ion implantations was 7 degrees, the influence of channeling could be minimized. In Example 4, the state of the bare wafer As a result of the ion implantation, the film thickness variation was worse than in Examples 1 to 3. However, in Example 4, the ion implantation angle was the same, but the film thickness variation was greatly reduced as compared with Comparative Example 3 in which ion implantation was performed without dividing the ion implantation into two. Furthermore, also in Example 5, the film thickness variation was greatly reduced as compared with Comparative Example 4 in which ion implantation was performed once.
比較例1〜4では、イオン注入を2回に分けず、1回のみ行ったことにより、コーンアングルの影響を受け、実施例1〜5に比べ、膜厚バラツキの結果が悪かった。 In Comparative Examples 1 to 4, the ion implantation was performed only once instead of being performed twice, so that the result of the film thickness variation was worse than that of Examples 1 to 5 due to the influence of cone angle.
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 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.
1…回転体、 2…ウェーハ保持具、 3…ボンドウェーハ(基板)、 4…ベースウェーハ、 5…ベアウェーハ、 6…酸化膜、 7…イオン注入層、 10…バッチ式イオン注入機。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotating body, 2 ... Wafer holder, 3 ... Bond wafer (substrate), 4 ... Base wafer, 5 ... Bare wafer, 6 ... Oxide film, 7 ... Ion implantation layer, 10 ... Batch type ion implantation machine.
Claims (4)
前記ボンドウェーハを、シリコン単結晶からなるベアウェーハ、又は、前記イオン注入する側の表面に厚さ1nm以上100nm以下の絶縁膜が形成されたシリコン単結晶ウェーハとし、
前記イオン注入工程において、イオン注入を2回に分けて行い、各イオン注入の際の注入量を、前記イオン注入工程における全注入量の40〜60%の範囲内とし、該2回のイオン注入の際、公転方向にイオン注入角度+X度と−X度でそれぞれイオン注入し、前記イオン注入角度X度を前記ボンドウェーハに注入されたイオンのチャネリングが最小となるように設定することを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法。 A batch type ion implanter comprising: a rotating body; and a plurality of wafer holders provided on the rotating body and disposed on the substrate , wherein the wafer is ion-implanted into a plurality of substrates disposed and revolved. Using a batch type ion implanter in which the holder is tilted inward from the rotating surface of the rotating body, ion implantation is performed by ion-implanting at least one kind of hydrogen ion or rare gas ion from the surface of the bond wafer. An ion implantation step of forming a bond wafer, and a bonding step of bonding the ion-implanted surface of the bond wafer and the surface of the base wafer directly or via an insulating film, and peeling the bond wafer with the ion-implanted layer, A method for producing a bonded wafer comprising a peeling step for producing a bonded wafer having a thin film on the base wafer In,
The bond wafer is a bare wafer made of a silicon single crystal, or a silicon single crystal wafer in which an insulating film having a thickness of 1 nm or more and 100 nm or less is formed on the surface on the ion implantation side,
In the ion implantation step, ion-implantation was carried out in two, the injection amount at the time of each ion implantation, and the range of 40% to 60% of the total injection amount in the ion implantation step, the two ion In the implantation, ions are implanted in the revolution direction at an ion implantation angle of + X degrees and −X degrees, respectively, and the ion implantation angle X degrees is set so that channeling of ions implanted into the bond wafer is minimized. A method for manufacturing a bonded wafer.
前記ボンドウェーハを、前記イオン注入する側の表面に、厚さ1nm以上100nm以下の絶縁膜を形成したシリコン単結晶ウェーハとし、
前記イオン注入工程において、イオン注入を2回に分けて行い、各イオン注入の際の注入量を、前記イオン注入工程における全注入量の40〜60%の範囲内とし、該2回のイオン注入の際、公転方向にイオン注入角度+X度と−X度でそれぞれイオン注入し、前記イオン注入角度X度を1度以上3度以下に設定することを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法。 A batch type ion implanter comprising: a rotating body; and a plurality of wafer holders provided on the rotating body and disposed on the substrate , wherein the wafer is ion-implanted into a plurality of substrates disposed and revolved. Using a batch type ion implanter in which the holder is tilted inward from the rotating surface of the rotating body, ion implantation is performed by ion-implanting at least one kind of hydrogen ion or rare gas ion from the surface of the bond wafer. Forming an ion implantation process, a bonding process for bonding the ion-implanted surface of the bond wafer and the surface of the base wafer through an insulating film, and peeling the bond wafer with the ion-implanted layer, In the manufacturing method of a bonded wafer having a peeling process for producing a bonded wafer having a thin film on the wafer,
The bond wafer is a silicon single crystal wafer in which an insulating film having a thickness of 1 nm or more and 100 nm or less is formed on the surface on the ion implantation side,
In the ion implantation step, ion-implantation was carried out in two, the injection amount at the time of each ion implantation, and the range of 40% to 60% of the total injection amount in the ion implantation step, the two ion A method for manufacturing a bonded wafer, wherein ions are implanted in the revolution direction at an ion implantation angle of + X degrees and -X degrees, respectively, and the ion implantation angle X degrees is set to 1 to 3 degrees.
The method for producing a bonded wafer according to claim 3 , wherein the plane orientation of the silicon single crystal wafer is {100}.
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