JP6107709B2 - 貼り合わせsoiウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
この方法では、劈開面(剥離面)は良好な鏡面となり、SOI層の膜厚の均一性も高いSOIウェーハが比較的容易に得られる。
例えば、特許文献2では、剥離熱処理後又は結合熱処理後に、SOI層の表面を研磨することなく、水素を含む還元性雰囲気下の熱処理(急速加熱・急速冷却熱処理(RTA:Rapid Thermal Annealing))を加えることが記載されている。
このように、タッチポリッシュの代わりに高温熱処理を行って表面粗さを改善する平坦化処理が行われるようになったことによって、現在では、直径300mmでSOI層の膜厚レンジ(面内の最大値から最小値を引いた値)が3nm以下の優れた膜厚均一性を有するSOIウェーハが、イオン注入剥離法によって量産レベルで得られている。
本発明の方法であれば、確実にこのような良好な膜厚レンジを有するSOIウェーハを得ることができる。
本発明の方法において、上記のガス雰囲気下で還元性熱処理を実施することが好適である。
ボンドウェーハの剥離後の貼り合わせSOIウェーハの還元性熱処理において、埋め込み酸化膜の膜厚分布は同心円状の凸形状になりやすいため、予め、埋め込み酸化膜の膜厚分布を凹形状としておくことで膜厚分布のバラツキを相殺でき、埋め込み酸化膜の均一性が良好な貼り合わせSOIウェーハをより確実に得ることができる。
そこで、本発明者等は鋭意検討を重ねた結果、還元性熱処理によって形成される埋め込み酸化膜厚の面内分布を相殺するような面内分布を、シリコン酸化膜形成時に形成することで、埋め込み酸化膜の均一性が高い貼り合わせSOIウェーハを確実に得られることに想到した。
本発明におけるSOIウェーハを製造する方法は、イオン注入剥離法を用いる。図1は、イオン注入剥離法を用いた本発明の貼り合わせSOIウェーハの製造方法の工程フロー図を示す。
まず、図1の工程(a)では、ボンドウェーハと支持基板となるベースウェーハとして例えば鏡面研磨されたシリコン単結晶ウェーハを用意する。
本発明において、このシリコン酸化膜を形成する熱酸化処理工程では、少なくとも昇温中での熱酸化と降温中での熱酸化のいずれか一方を含む熱酸化処理を行うことで、剥離後の貼り合わせSOIウェーハの埋め込み酸化膜が同心円形状の酸化膜厚分布となるようにシリコン酸化膜を形成する。
なお、貼り合わせる前に、ウェーハの表面に付着しているパーティクルおよび有機物を除去するため、両ウェーハに貼り合わせ前に洗浄を行ってもよい。
また図1には記載していないが、剥離工程(e)の後に犠牲酸化処理(熱酸化後、形成した熱酸化膜を除去)等を行い、イオン注入層のダメージ層を除去しても良い。
このようにすれば、均一性の高いBOX膜を有する貼り合わせSOIウェーハを容易に得られる。
この場合、図2の(b)に示すように、シリコン単結晶からなるボンドウェーハ10に同心円状の凹形状の膜厚分布を有するシリコン酸化膜11が形成される。
そして、図2の(e)で得られた貼り合わせSOIウェーハ15に還元性熱処理工程(f)を施すと、この還元性熱処理で形成されるはずの凸形状のBOX膜厚分布が、予め形成されている凹形状のBOX膜厚分布により相殺され、還元性熱処理による均一性の悪化を抑制することができる。その結果、図2の(f)に示すように、BOX膜の均一性が高い貼り合わせSOIウェーハを得ることができる。
このような製造方法であれば、近年、Thin BOX型の薄膜SOIウェーハに要求されているBOX膜厚レンジ1nm以下を十分に満たし、更には、0.5nm以下をも満たした、より均一性の高い貼り合わせSOIウェーハを得ることができる。
直径300mmのシリコン単結晶からなるボンドウェーハのみにシリコン酸化膜(剥離後にBOX膜となるシリコン酸化膜)を厚さ30nmで作製後(図1の(b))、水素イオン注入を行った(図1の(c))。
昇温酸化後のシリコン酸化膜の面内分布は面内レンジで0.8nm、分布は、図2の(b)のように、外周部が中心部より厚い凹形状の同心円形状分布であった。
その後、900℃のパイロジェニック酸化処理を行って剥離面に250nmの熱酸化膜(犠牲酸化膜)を形成した後、形成された酸化膜を10%HF水溶液で除去することによって、イオン注入のダメージ層を除去した。
還元性熱処理後のBOX膜厚は25nmまで薄膜化され、BOX膜厚面内分布は膜厚レンジ:0.4nmと還元性熱処理前よりも改善され、図2の(f)のようなBOX膜の均一性が高い貼り合わせSOIウェーハを得た。
従来のように一定温度950℃によるボンドウェーハの酸化を行ったこと以外、実施例と同様な条件で貼り合わせSOIウェーハを作製した。
このとき、図3の(b)に示すように、ボンドウェーハ110表面のシリコン酸化膜111の面内分布は均一な分布であった。また、シリコン酸化膜111の面内分布は面内レンジで0.2nmであった。(尚、熱酸化処理炉へのウェーハ投入温度は600℃で、600℃〜950℃の昇温レートは5℃/minとし、950℃に達した後に酸素ガスを導入して、一定温度でドライ酸化を行った。)
更にその後、950℃のパイロジェニック酸化処理を行って400nmの熱酸化膜(犠牲酸化膜)を形成した後、形成された熱酸化膜を10%HF水溶液で除去して、10nm(±0.5nm)のSOI層を作製した。
このときのBOX膜の膜厚レンジも1nmを超えてしまっていた。
12…ベースウェーハ、 13…埋め込み酸化膜(BOX膜)、
14…SOI層、 15…貼り合わせSOIウェーハ。
Claims (3)
- シリコン単結晶からなるボンドウェーハとベースウェーハの少なくとも一方のウェーハの表面にシリコン酸化膜を熱酸化処理により形成し、該ボンドウェーハの表面に水素イオン、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し、該ボンドウェーハのイオン注入した表面と前記ベースウェーハの表面とを、前記シリコン酸化膜を介して貼り合わせた後、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り貼り合わせSOIウェーハを製造する方法において、
前記シリコン酸化膜を、バッチ式熱処理炉を使用して、少なくとも昇温中での熱酸化と降温中での熱酸化のいずれか一方を含む前記熱酸化処理を行うことにより、剥離後の前記貼り合わせSOIウェーハの埋め込み酸化膜が同心円形状で凹形状又は凸形状の酸化膜厚分布となるように形成し、
さらに、前記ボンドウェーハの剥離後の前記貼り合わせSOIウェーハに還元性熱処理を行うことにより、前記埋め込み酸化膜の膜厚レンジを前記還元性熱処理前の膜厚レンジよりも小さく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。 - 前記還元性熱処理後の前記埋め込み酸化膜の膜厚レンジを1.0nm以下にすることを特徴とする請求項1に記載の貼り合わせSOIウェーハの製造方法。
- 前記還元性熱処理を100%アルゴンガス雰囲気又は100%水素ガス雰囲気、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下で行うことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の貼り合わせSOIウェーハの製造方法。
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