JP6353814B2 - 貼り合わせsoiウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
一方、特許文献2にも、BOX層とベースウェーハの界面に、キャリアトラップ層としての多結晶層を形成することが記載されており、更に、多結晶シリコン層の再結晶化を防止するため、多結晶シリコン層形成後の熱処理温度を制限している。
また、特許文献3には、キャリアトラップ層としての多結晶シリコン層や非晶質シリコン層を形成することは記載されていないが、ボンドウェーハと貼り合わせる側のベースウェーハ表面の表面粗さを大きくすることによって、キャリアトラップ層と同様の効果を得ることが記載されている。
しかしながら、通常の多結晶シリコン層を堆積させキャリアトラップ層を形成すると、SOIウェーハ製造工程中またはデバイス製造工程中の熱履歴によっては多結晶シリコン層がアニールされ単結晶化しキャリアトラップ層としての効果が減少してしまうという問題があった。
従って、多結晶シリコン層堆積後に熱処理を行っても単結晶化が進まないようにする必要がある。言い換えれば、SOIウェーハ製造工程の熱処理工程やデバイス製造工程の熱処理工程を通っても単結晶化が進まないようなコストが安く、効果が持続する多結晶シリコン層を堆積する必要がある。
しかしながら、上記の特許文献1−3のいずれにも、多結晶シリコン層堆積後に熱処理を行っても単結晶化が進まないようにする技術については、開示も示唆もされていない。
その一方で、多結晶シリコン層の堆積温度を低温化すると、十分な堆積速度が得られずに多結晶シリコン層堆積工程のスループットが低下し、製造コストが増大してしまうという問題があることがわかった。
さらに、多結晶シリコン層の堆積温度を1050℃以上の温度にすることで、多結晶シリコン層の堆積速度を十分に速くすることができるので、例えば、枚葉式の常圧エピタキシャル成長装置を用いて多結晶シリコン層を堆積する場合でも、スループットを向上させることができ、製造コストを低減させることができる。また、堆積温度を1200℃以下の温度とすることで、スリップ転位の発生を防止することができる。
酸化膜が形成されたベースウェーハの酸化膜表面には、酸化膜形成時や酸化膜形成後にドーパントとなる不純物が微量に付着して存在しており、この微量の不純物が、酸化膜を経由してベースウェーハへ拡散することによって、高周波特性を劣化させる場合がある。このため、多結晶シリコン層の堆積を行う前に、水素含有雰囲気下、1050℃以上、1200℃以下の温度で、1秒以上、60秒以下の熱処理を行い、これらの不純物を除去することで、ドーパントとなる不純物のベースウェーハへの拡散を防止することができ、これにより、高周波特性の劣化を確実に防止することができる。
このように水素含有雰囲気下での熱処理と、多結晶シリコン層の堆積とを同一の装置で連続的に行うことで、スループットをより効果的に向上させることができ、製造コストをより効果的に低減できる。
その結果、ベースウェーハの多結晶シリコン層を堆積する表面に予め酸化膜を10nm以上、30nm以下の厚さで形成しておき、多結晶シリコン層の堆積を1050℃以上、1200℃以下の温度で行うことで、SOIウェーハ製造工程の熱処理工程やデバイス製造工程の熱処理工程を通っても単結晶化が進まないように多結晶シリコン層を堆積することができるとともに、多結晶シリコン層堆積工程のスループットを向上させることができることを見出し、本発明を完成させた。
このような厚さの酸化膜を形成する方法としては特に限定されないが、一般的なバッチ式の熱処理炉を用いて、酸化性雰囲気中で、低温・短時間の熱酸化を行う方法や、急速加熱・急速冷却装置(RTA装置)を用いた酸化熱処理(RTO)を行う方法などを用いることによって、均一な酸化膜を形成することができる。
堆積温度が1050℃以上、1200℃以下であるので、SOIウェーハ製造工程の熱処理工程やデバイス製造工程の熱処理が比較的高温(例えば、1000〜1200℃程度)であっても、多結晶シリコン層の粒界成長が抑制され、キャリアトラップ層としての効果を維持することができる。また、昇温中の水素含有雰囲気により、酸化膜20の表面に付着している不純物を除去する効果も得られる。
なお、図1のステップS11〜S14と、図1のステップS21〜S25とは並行してすすめることができる。
上記のようにして貼り合わせSOIウェーハを製造することができる。
ボンドウェーハ10の薄膜化を、イオン注入層17の形成と、イオン注入層17での剥離により行うことを例示したが、これに限らない。ボンドウェーハ10の薄膜化は、例えば、研削、研磨、エッチング等を組み合わせて行うこともできる。
図1、2で説明した製造方法を用いて貼り合わせSOIウェーハを作製した。ただし、ベースウェーハとして、直径300mm、結晶方位<100>、抵抗率1300Ω・cm、p型の単結晶シリコンを用い、ベースウェーハにおけるベース酸化膜形成及び多結晶シリコン層堆積(トリクロロシランを原料ガスとして使用)、ボンドウェーハにおけるBOX酸化及び水素イオン注入、並びに、貼り合わせ後の剥離熱処理及び結合熱処理は、以下の条件で行った。
ベース酸化膜形成 :RTO(RTA装置を用いた酸化熱処理)、
酸化膜厚30nm
多結晶シリコン層堆積前水素熱処理:なし(ただし、堆積温度までの昇温時の雰囲気
は100%H2)
多結晶シリコン層堆積:1100℃ 常圧 膜厚3.0μm(研磨後2.5μm)
BOX酸化 :1050℃ 酸化膜厚400nm
水素イオン注入 :105keV 7.5×1016/cm2
剥離熱処理 :500℃ 30分 100%Ar雰囲気
結合熱処理 :900℃パイロジェニック酸化 + 1100℃120分の
Arアニール
実施例1と同様にして貼り合わせSOIウェーハを作製した。ただし、多結晶シリコン層堆積は1130℃で行い、堆積の直前に、同一の装置内で水素含有雰囲気下の熱処理(1130℃、20秒)を行った。
実施例1と同様にして多結晶シリコン層の単結晶化の状況とベースウェーハ表面の抵抗率を確認した。これらの結果を表1に示す。
実施例1と同様にして貼り合わせSOIウェーハを作製した。ただし、RTOの処理時間を調整してベース酸化膜の厚さを15nmとし、多結晶シリコン層堆積は1150℃で行い、堆積の直前に、同一の装置内で水素熱処理(1130℃、20秒)を行った。
実施例1と同様にして多結晶シリコン層の単結晶化の状況とベースウェーハ表面の抵抗率を確認した。これらの結果を表1に示す。
実施例1と同様にして貼り合わせSOIウェーハを作製した。ただし、RTOの処理時間を調整してベース酸化膜の厚さを10nmとし、多結晶シリコン層堆積は1200℃で行い、堆積の直前に、同一の装置内で水素熱処理(1130℃、20秒)を行った。
実施例1と同様にして多結晶シリコン層の単結晶化の状況とベースウェーハ表面の抵抗率を確認した。これらの結果を表1に示す。
実施例1と同様にして貼り合わせSOIウェーハを作製した。ただし、RTOの処理時間を調整してベース酸化膜の厚さを15nmとし、多結晶シリコン層堆積は1050℃で行った。
実施例1と同様にして多結晶シリコン層の単結晶化の状況とベースウェーハ表面の抵抗率を確認した。これらの結果を表1に示す。
実施例1と同様にして貼り合わせSOIウェーハを作製した。ただし、多結晶シリコン層の堆積は900℃で行った。
実施例1と同様にして多結晶シリコン層の単結晶化の状況とベースウェーハ表面の抵抗率を確認した。これらの結果を表1に示す。
実施例4と同様にして貼り合わせSOIウェーハを作製した。ただし、RTOの処理時間を調整してベース酸化膜の厚さを8nmとし、多結晶シリコン層堆積前の水素熱処理は行わなかった。
実施例4と同様にして多結晶シリコン層の単結晶化の状況とベースウェーハ表面の抵抗率を確認した。これらの結果を表1に示す。
一方、多結晶シリコン層の堆積温度を900℃とした比較例1では、堆積速度が0.5μm/minであり、実施例1〜5の1/6程度以下の低速となり、スループットが大幅に低下した。
また、ベース酸化膜を8nmとした比較例2では、多結晶シリコン堆積工程でベース酸化膜が消失し、多結晶シリコン層の単結晶化が発生した。また、多結晶シリコン層堆積前の水素熱処理を行わなかったことと、ベース酸化膜が消失したことの影響により、ベースウェーハ表面に抵抗率の低下が観察された。これは、ベースウェーハ中にドーパントとなる不純物が拡散したことに起因するものと推定される。
実施例1と同様にして貼り合わせSOIウェーハを作製した。ただし、RTOの処理時間を調整してベース酸化膜を40nmとした。
実施例1及び比較例3で作製した貼り合わせSOIウェーハのSOI層に高周波集積回路デバイスを製造した。製造したデバイスのそれぞれについて二次高調波特性を測定し、比較した結果、実施例1に比べ比較例3は二次高調波特性が劣化していることがわかった。これは、ベース酸化膜が40nmと厚くなったことにより反転層が形成されたことに起因した高周波特性の劣化であると推定される。
13…絶縁膜(酸化膜)、 14…貼り合わせウェーハ、 15…SOI層、
16…埋め込み絶縁膜層(BOX層)、 17…イオン注入層、
18…剥離ウェーハ、 19…剥離面、 20…酸化膜(ベース酸化膜)。
Claims (3)
- いずれも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とを絶縁膜を介して貼り合わせて貼り合わせSOIウェーハを製造する方法であって、
少なくとも、
前記ベースウェーハの貼り合わせ面側に多結晶シリコン層を堆積する工程と、
該多結晶シリコン層の表面を研磨する工程と、
前記ボンドウェーハの貼り合わせ面に前記絶縁膜を形成する工程と、
該絶縁膜を介して前記ベースウェーハの前記多結晶シリコン層の研磨面と前記ボンドウェーハを貼り合わせる工程と、
貼り合わせられた前記ボンドウェーハを薄膜化してSOI層を形成する工程と
を有し、
前記ベースウェーハとして抵抗率が100Ω・cm以上のシリコン単結晶ウェーハを用い、
前記多結晶シリコン層を堆積する工程は、前記ベースウェーハの前記多結晶シリコン層を堆積する表面に予め酸化膜を10nm以上、30nm以下の厚さで形成する段階をさらに含み、
前記多結晶シリコン層の堆積を1050℃以上、1200℃以下の温度で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。 - 前記酸化膜を形成後、前記多結晶シリコン層の堆積を行う前に、水素含有雰囲気下、1050℃以上、1200℃以下の温度で、1秒以上、60秒以下の熱処理を行うことを特徴とする請求項1に記載された貼り合わせSOIウェーハの製造方法。
- 前記水素含有雰囲気下での熱処理と、前記多結晶シリコン層の堆積とを、同一の装置で連続的に行うことを特徴とする請求項2に記載された貼り合わせSOIウェーハの製造方法。
Priority Applications (8)
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