TW200933733A - SIMOX wafer manufacturing method and SIMOX wafer - Google Patents

Description

200933733 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於s I Μ Ο X (矽的氧佈植）晶圓製造方法 和SIMOX晶圓，以及尤其關於適用於目前正製造並且大 量地使用的SIMOX晶圓以及黏著類型的SOI之技術’上 述S I Μ OX晶圓作爲具有埋入氧化物膜之薄膜S 01 (絕緣 體上矽）晶圓，用於形成高速和低電力消耗的S 01裝置。 〇 【先前技術】 SIMOX晶圓已知揭示於日本專利公開案 No. 2004-200291、 2006-351632和2007-5563，並具有絕佳膜厚度均 勻度之SOI層。 在SIMOX晶圓中，SOI層可形成爲0.4 μιη或更少之 厚度，其可能達至約0.1 μιη或甚至以下。尤其，係廣泛 地使用具有〇.〇2 μηι或更低之厚度的SOI層，以形成全空 ❹ 乏類型的MOS-LSI。在此例中，由於SOI層的厚度係與 MOSFET操作的臨界電壓成比例，SOI層之厚度的均勻度 係爲以高產率來製造高性能裝置之重要因子。由此觀點， 具有絕佳厚度均勻度之SOI層的SIMOX晶圓係預期作爲 用於下一世代的MOSFET之基板。 S IΜ Ο X晶圓已習知爲包括二種類型的S IΜ Ο X，亦即 具有高氧佈植劑量的高劑量SIMOX以及具有低於高氧佈 植劑量一數字的氧佈植劑量的低劑量SIΜ Ο X，並且係用於 使用ΙΤΟΧ (內部氧化）技術來形成埋入氧化物膜，之後 -5- 200933733 在高氧之氣體環境下執行退火處理。再者，近年來，已硏 發M LD (修正低劑量）方法，其藉由在室溫附近下以小劑 量來執行最後佈植處理，以及以較低劑量形成BOX而在 低劑量SIMOX下形成非晶層，以供用於大量製造。 高劑量之SIMOX通常經歷下述處理，其中以1 50 Kev 的佈植能量、1 ·5χ 1018 cm·2或更多之佈植劑量、以及500 °C之基板溫度來佈植〇 +離子，並且在包括0.5至2%的氧 ^ 之氬或氮氣體環境下，在1 3 00°C或以上執行退火達4〜8小 時。 此處理具有下述問題，具有相當長的佈植時間、不好 的產率、lxio5 CUT2至lxl〇i7 cm·2之相當高的SOI層錯 位密度等等，參見 K. Izumi et al. Electron. Lett. (UK) vol. 1 4 ( 1 978) P5 93 ° 針對克服這些問題之目的，低劑量之S I Μ Ο X通常經 歷下述處理，其中以150 Kev的佈植能量、4xl017 cm·2至 Ο cm_2之佈植劑量、以及40 0°C至600°c之基板溫度 來佈植〇 +離子，並且在包括30至60 %的氧之氬氣體環境 下’在1 300°C或以上執行退火，藉此藉由使用退火下之氧 氣的內部氧化（ITOX)來製造BOX層厚度，且因此達成 品質的有效改善，參見S. Nakashima et a]. Proc. IEEE int. SOI Conf. ( 1 994) P71-2。 再者，作爲低劑量SIMOX之改良版本，已提出MLD (修正低劑量）方法，在高溫（4 0 0。(：至6 5 01 )下的佈植 氧之習知處理之後，係以比低劑量S IΜ Ο X中之劑量更低 200933733 一數字的劑量’在室溫下執行佈植，以在表面上形成非晶 層。 根據此方法，從1·5 xlO1 7 cm·2至6x1 017 cm_2的廣低 劑量範圍之連續BOX生長變爲可行的，並且在後續之 • ITOX處理中’以習知ITOX的1.5倍速度之內部氧化變爲 可行的。因此’ BOX氧化物膜（BOX層）變爲相當接近 於熱氧化物膜，藉此有效地改善品質。 φ 通常，在MLD處理中，普遍地係在ITOX處理之後， 在包括0.5至2%的氧之氬氣體環境下執行退火達5至10 小時，爲了使降低在 SOI層之氧數量，參見 〇. W. Holland e t a 1. Appl. Phys. Lett. (USA) vol. 69 ( 1 996) P574以及美國專利案No. 5930643。 換言之，如第3圖所示，MLD-SIMOX晶圓係經由下 述習知地製造，包括氧佈植處理（SO 1 )、HF蝕刻處理（ S〇2 )、清潔處理（S03 )、高溫退火處理（S04 )、氧化 〇 物膜蝕刻處理（S05 ) 、SOI層厚度量測處理（S07 )和清 潔處理（S08 )。 SOI晶圓之高溫退火處理（S04 )係在包括氧之氬氣 體環境下，在1 3 00 °C或以上的溫度下執行達1〇小時或更 多。再者，通常係使用直立爐來抑制滑動。 使用於高溫退火處理（S04 )中的退火爐具有高清潔 度，其係在使用之前藉由有效地清潔和加熱退火爐，然而 ，隨著退火次數的增加，此退火爐具有來自管、舟皿、夾 具和等等之粒子的無可避免的附著。再者，由於退火爐的 -7- 200933733 後側接觸支架，數個粒子現在附著至後側，並且與支架相 接觸的該些粒子係1 μ™至5 μΐΏ或以上般地大’其已知爲 相當大的。因此，在氧化物膜蝕刻處理（S 0 5 )中’同步 地移除附著至晶圓之粒子。 儘管在高溫退火處理（S04)中所形成的氧化物膜係 在氧化物膜蝕刻處理（S05 )中移除，針對HF爲基的蝕刻 劑，係在習知之超過20%的蝕刻條件之下，氧化物膜蝕刻 φ 處理（S05)同步地處理晶圓的前和後表面。然而，在習 知條件中，即使當在晶圓之後表面上的氧化物膜係足夠地 蝕刻，存有不足夠地移除來自晶圓的前表面之粒子之問題 〇 再者，在上述習知條件中，氧化物膜蝕刻處理（S05 )具有不足夠地蝕刻來自晶圓的前表面之粒子之問題。 爲了要克服這些問題，儘管係以長時間和高濃度HF 之嚴格條件來執行蝕刻以使移除在前和後表面上的粒子， Q 導致一額外的問題在於，由於長HF蝕刻時間之故，顯著 地增加在SOI晶圓上的非少數表面缺陷（凹陷）的尺寸。 再者，由於增加尺寸之表面缺陷在其深度方向上達到 從晶圓表面至BOX層，藉由嚴格條件之HF蝕刻而融熔 BOX層，此導致缺陷尺寸之進一步增加，以及在更糟之情 況，導致無用之SIMOX晶圓。 有鑑於上述之情況，本發明之目的之一在於，提供一 種製造SIMOX晶圓之方法，其能夠提供最佳蝕刻條件以 允許完整地移除在晶圓之後表面的粒子，以及在製造 -8 - 200933733 SIMOX晶圓之高溫退火之後的氧化物膜蝕刻處理中，避免 在晶圓上之表面缺陷（凹陷）被延展，使得晶圓的前和後 表面二者具有0·1 μπι至5 μηι之數個粒子，表面缺陷（凹 陷）之尺寸是1 μηι或更低’且表面缺陷之數量是1〇或更 •少〇 【發明內容】 ❹ 爲了達成上述之目的，根據本發明的一態樣，係提供 一種製造SIMOX晶圓的方法。該方法包括：氧佈植步驟 和高溫退火步驟，用以形成Β ΟΧ層，以及在該高溫退火 步驟之後的氧化物膜蝕刻步驟，其中該氧化物膜蝕刻步驟 包括：前表面氧化物膜蝕刻步驟，用以在其中佈植氧的區 域上處理該晶圓的前表面，以及後表面氧化物膜蝕刻步驟 ，用以處理該晶圓的後表面，並且在該前和後氧化物膜蝕 刻步驟的氧化物膜蝕刻條件係不同地控制。 φ 較佳地，在本發明’係以HF爲基的蝕刻劑來執行該 氧化物膜蝕刻步驟，並且針對該前和後表面單獨地調整蝕 刻時間、蝕刻溫度和蝕刻劑濃度。 較佳地，在本發明之該氧化物膜蝕刻步驟中，該前表 面氧化物膜蝕刻步驟的氧化物膜蝕刻條件比該後表面氧化 物膜蝕刻步驟的氧化物膜蝕刻條件較不嚴格地設定。 較佳地，在本發明’在該氧化物膜蝕刻步驟中，係在 該後表面氧化物膜蝕刻步驟之後執行該前表面氧化物膜蝕 刻步驟，並且係以單晶圓鈾刻來執行該後表面氧化物膜倉虫 -9- 200933733 刻步驟’用以僅處理該晶圓的後表面。 較佳地，該前表面氧化物膜蝕刻步驟僅處理該 前表面’或是處理該晶圓的前和後表面二者。 較佳地，在本發明，在該氧化物膜蝕刻步驟中 _ 該HF蝕刻以外，使用擦洗清潔或超音波清潔，以 '子的移除效率。 較佳地，在該後表面氧化物膜蝕刻步驟中，該 0 前表面係藉由注入空氣、氮氣（N2)或純水在該前 來保護遭受該蝕刻劑。 較佳地，在該後表面氧化物膜蝕刻步驟中，藉 自噴嘴之該蝕刻劑注入在繞著該晶圓之中心旋轉之 的後表面上，而執行該單晶圓蝕刻。 根據本發明的另一態樣，提供一種SIMOX晶 使用如上述製造方法之任一者來製造。 在本發明之製造SIMOX晶圓的方法中，該方 〇 :氧佈植步驟和高溫退火步驟，用以形成B OX層 在該高溫退火步驟之後的氧化物膜蝕刻步驟，其中 物膜蝕刻步驟包括：前表面氧化物膜蝕刻步驟，用 中佈植氧的區域上處理該晶圓的前表面，以及後表 物膜蝕刻步驟，用以處理該晶圓的後表面，並且在 後氧化物膜蝕刻步驟的氧化物膜蝕刻條件係不同地 在該高溫退火步驟之後的氧化物膜蝕刻步驟中，係 最佳化該前和後表面之氧化物膜蝕刻條件，其可能 該S 0 I晶圓之前和後表面之粒子的減低。 晶圓的 ，除了 增加粒 晶圓的 表面上 由將來 該晶圓 圓，係 法包括 ，以及 該氧化 以在其 面氧化 該前和 控制。 單獨地 導致在 -10- 200933733 在本發明，由於係以H F爲基的蝕刻劑來執行 膜蝕刻步驟，並針對該前和後表面單獨地調整蝕刻 蝕刻溫度和蝕刻劑濃度’因爲前和後表面具有在粒 面缺陷（凹陷）上的不同條件，其需要在氧化物膜 驟中不同地處理，可利用相對應的氧化物膜蝕刻條 理前和後表面，藉此製造SIMOX晶圓是可行的， 包括具有數個粒子之前和後表面，並且具有小幅增 的表面缺陷。 在本發明的氧化物膜蝕刻步驟中，由於該前表 物膜蝕刻步驟的氧化物膜蝕刻條件比該後表面氧化 刻步驟的氧化物蝕刻條件較不嚴格地設定，將前和 的氧化物膜完整地蝕刻移離，完整地移除表面粒子 表面缺陷（凹陷）被延展是可行的，藉此使得提供 當特性之SIMOX晶圓是可行的。 尤其，在40至60% HF(較佳爲49% HF) ❹ 7〇°C (較佳爲60°C ) 、3至5分鐘（較佳爲3分鐘 化物膜蝕刻條件之下，執行後表面氧化物膜蝕刻步 在 20 至 49% HF(較佳爲 49% HF) 、25 至 70°C ( 60°C ) 、0.5至30分鐘（較佳爲1分鐘）的氧化物 條件之下’執行前表面氧化物膜蝕刻步驟。在較佳 ’可將產率給定爲優先項目。尤其，有關蝕刻劑濃 佳係在前表面氧化物膜蝕刻處理之氧化物膜蝕刻條 定爲比後表面氧化物膜蝕刻處理之氧化物膜蝕刻條 嚴格。有關處理溫度，較佳係在前表面氧化物膜蝕 氧化物 時間、 子和表 蝕刻步 件來處 該晶圓 加尺寸 面氧化 物膜蝕 後表面 和避免 具有適 、4 0至 )的氧 驟，而 較佳爲 膜蝕刻 之範例 度，較 件被設 件更不 刻處理 -11 - 200933733 之氧化物膜蝕刻條件被設定爲比後表面氧化物膜蝕刻處理 之氧化物膜蝕刻條件更不嚴格。 在本發明的氧化物膜蝕刻步驟中，由於係在該後表面 氧化物膜蝕刻步驟之後執行該前表面氧化物膜蝕刻步驟， _ 並且係以單晶圓蝕刻來執行該後表面氧化物膜蝕刻步驟， ’用以僅處理該晶圓的後表面，減低在後表面氧化物膜蝕刻 步驟中晶圓前表面上的蝕刻劑之不利效應，且因此可在前 0 表面氧化物蝕刻步驟中適當地執行，針對晶圓前表面之氧 化物膜蝕刻和粒子移除，其相當受到蝕刻劑影響，以及藉 由根據最佳蝕刻條件來鈾刻晶圓前表面來蝕刻移離氧化物 膜是可行的，以避免表面缺陷（凹陷）被延展。 再者，由於前表面氧化物膜蝕刻步驟僅處理晶圓的前 表面或是晶圓的前和後表面二者，且因此可在前表面氧化 物蝕刻步驟中適當地執行，針對晶圓前表面之氧化物膜蝕 刻和粒子移除，其相當受到蝕刻劑影響。再者，藉由根據 Q 最佳蝕刻條件來蝕刻晶圓前表面來蝕刻移離氧化物膜是可 行的，以避免表面缺陷（凹陷）被延展。這是因爲，即使 當在前表面氧化物膜蝕刻步驟中與晶圓前表面同步地附加 蝕刻晶圓後表面未有問題，儘管可僅處理晶圓前表面’如 同後表面氧化物膜蝕刻步驟。 在本發明的氧化物膜蝕刻步驟中’由於除了該HF蝕 刻以外，使用擦洗清潔或超音波清潔’以增加粒子的移除 效率，有效地移除具有5 μηι之最大尺寸的氧化物粒子是 可行的，該些粒子可能被附著至與高溫退火步驟中的退火 -12- 200933733 設備之支架相接觸之晶圓後表面，以及，以避免表面缺陷 (凹陷）被延展的蝕刻條件，可靠地移除來自晶圓前表面 之粒子是可行的。 再者，在後表面氧化物膜蝕刻步驟中，由於藉由注入 ' 空氣、氮氣（N2)或純水在前表面上而保護晶圓之前表面 •免於蝕刻劑，避免在後表面氧化物膜蝕刻步驟中之晶圓前 表面上之蝕刻劑的不利效應。因此，僅有後表面可被可靠 Φ 地處理，並且在前表面氧化物膜蝕刻步驟中執行最佳蝕刻 處理以避免表面缺陷（凹陷）被延展是可行的。 再者，在後表面氧化物膜蝕刻步驟中，可首先使用批 次類型單晶圓單側蝕刻設備來執行後表面氧化物膜蝕刻步 驟，且接著由於藉由將來自噴嘴之該蝕刻劑注入在繞著該 晶圓之中心旋轉之該晶圓的後表面上，而執行單晶圓蝕刻 ，可使用單晶圓單側或雙側蝕刻設備來執行前表面氧化物 膜蝕刻步驟。藉此，處理晶圓前和後表面中的一者是可行 Q 的，而未有在晶圓前和後表面中另一者上的蝕刻劑之任何 效應，並且精確地控制產率（例如氧化物膜蝕刻之蝕刻邊 限）是可行的。 此處，單晶圓蝕刻包括藉由以下設備所執行之以下方 法。 (1 )單晶圓蝕刻方法，其蝕刻藉由切割半導體錠所 獲得之晶圓的至少一表面，其中藉由將蝕刻溶液注入在旋 轉之晶圓表面上，以及控制在晶圓表面之平面中之各個點 上的蝕刻溶液之流速和通量，而控制在晶圓表面之平面中 -13- 200933733 之各個點上的蝕刻邊限。 (2 )根據上述（1 )項之單晶圓蝕刻方法，其中係藉 由控制晶圓之旋轉狀態、蝕刻溶液的組成、蝕刻溶液的黏 滯性、蝕刻溶液的注入狀態、蝕刻溶液的注入位置以及注 ' 入位置之移動狀態、蝕刻溶液之注入時間' 和晶圓之直徑 之中的一或多個，而控制在晶圓表面之平面中之各個點上 的蝕刻溶液之流速和通量。 φ ( 3 )根據上述（1 ) 、（ 2 )項之單晶圓蝕刻方法， 其中蝕刻溶液是酸蝕刻溶液。 (4)用於執行根據上述（1)至（3)項之中任一者 的單晶圓蝕刻方法之單晶圓蝕刻設備，包括： 晶圓旋轉機構， 蝕刻溶液供應機構，其供應蝕刻溶液， 噴嘴，其注入蝕刻溶液在晶圓上，以及 注入控制機構，其控制來自該噴嘴之蝕刻溶液的 〇 注入狀態。 (5 )根據上述（4 )項之單晶圓蝕刻設備，其中注入 控制機構包括噴嘴位置控制機構，其相對於晶圓設定來自 噴嘴之鈾刻溶液之注入位置。 (6 )根據上述（4 )項之單晶圓蝕刻設備，其中注入 控制機構包括注入狀態控制機構，其相對於晶圓上的預設 點而設定來自噴嘴之蝕刻溶液之注入位置。 (7 )半導體晶圓，係以根據上述（1 )至（3 )項之 中任一者的單晶圓蝕刻方法或是根據上述（4 )至（6 )項 -14- 200933733 之中任一者的單晶圓蝕刻設備加以表面處理。 較佳地，本發明之SIMOX晶圓係藉由上述之製造方 法中的一者來加以製造。 根據本發明，由於可不同地控制在前和後表面氧化物 _ 膜蝕刻步驟中的氧化物膜蝕刻條件，在高溫退火步驟之後 的氧化物膜蝕刻步驟，可單獨地最佳化在前和後表面中之 氧化物膜蝕刻條件，其可導致在S 01晶圓之前和後表面之 Q 粒子的減低。 【實施方式】 儘管已於以下敘述和說明本發明之較佳實施例，應理 解的是，這些實施例僅爲本發明之範例且並非考量爲限制 。可作出增加、省略、減少、和其他修改，而不會脫離本 發明的範疇之精神。因此，本發明並非考量爲由前述敘述 所限制，且僅受到後附之申請專利範圍之範疇所限制。 〇 之後’將參照圖式來敘述本發明之範例實施例。第1 圖係爲說明根據本發明實施例之製造SIMOX晶圓之方法 的流程圖，並且第2A至2D圖係爲顯示在製造SIMOX晶 圓之處理期間的晶圓之側剖面圖。在第2A至2D圖中， 參考符號W表示矽晶圓（SIMOX晶圓）。 在此實施例中，如第1圖所示，SIMOX晶圓製造方法 包括氧佈植處理（SOI) 、HF蝕刻處理（S02)、清潔處 理（S03 )、高溫退火處理（S04 )、後表面氧化物膜蝕刻 處理（S15)、前表面氧化物膜蝕刻處理（S16) 、SOI餍 -15- 200933733 厚度量測處理（S 0 7 ) '和清潔處理（s 〇 8 )。 在氧佈植處理（SOI)中，如第2A圖所示，藉由將氧 離子佈植至矽晶圓W而形成高濃度氧層W2和非晶層W3 。此時，氧離子係以二階段來佈植，上述二階段亦即例如 ，第一佈植階段’其中在3 0 0°C或以上，較佳爲400。(：至 650 °C之高溫下加熱砂晶圓W，以140至220 keV，較佳爲 170 keV之氧佈植能量，以及2xl016 cm·2至4xl017 cm·2 φ 之劑量’較佳爲2 _ 5 χ 1 0 17 c ηΓ2之劑量來佈植氧離子；以及 第二佈植階段，其中在室溫下，並以丨40至220 keV，較 佳爲160 keV之氧佈植能量，以及cm-2至5χ1016 cm·2之劑量’較佳爲2xl015 cm·2之劑量來佈植氧離子。 從矽晶圓1之表面WS 1來佈植氧離子，以在些許接近表 面WS1之區域中形成高濃度氧層W2。 第2A圖顯示在其中佈植氧離子之後的矽晶圓w之剖 面’其中箭頭槪要性地顯示氧離子之佈植。第一次氧離子 φ 佈植係在相對高溫度下加熱矽晶圓W，用以在其中矽晶圓 W之表面WS1維持在單晶之狀態下，形成高濃度氧層W2 ，並且第二次氧離子佈植係在低於第一次氧離子佈植之溫 度的溫度下形成非晶層W 3。 之後，在HF蝕刻處理（S02 )中，在HF之蝕刻劑、 在1至5%的濃度、1〇至20 °C之處理溫度以及1至5分鐘 的處理時間下的處理條件之下，已氧佈植的矽晶圓W經 歷表面處理。 之後’在清潔處理（S03 )中’使用清潔方法’例如 -16- 200933733 sc-ι清潔方法（藉由具有i : 1 : 1()之比例的Nh4〇h/ Η202/Η20混合物來清潔）’ sc_2清潔方法（藉由HC1/ H2〇2/H2〇混合物來清潔）' 硫酸/過氧化氫清潔方法（藉 由H2S04/H2 02混合物來清潔）、或其組合，在4〇至85t 之溫度範圍下來清潔矽晶圓W。 在H F蝕刻處理（S 0 2 )和清潔處理（S 0 3 )中，可在 處理溶液中例如蝕刻劑、清潔溶液、或純水作爲潤洗溶液 ^ ，浸泡砍晶圓W。 第2Β圖顯示在高溫退火處理之後所獲得之SIMOX晶 圓之剖面。 在高溫退火處理（S〇4 )中，藉由在具有預定比例（ 例如2至45 %之氧氣分壓比例）的氧對惰性氣體之混合氣 體的氣體環境（其被設定爲熱處理氣體環境）之下，將矽 晶圓經歷1 3 0 0 °C或以上，較佳爲1 3 2 0至1 3 5 0 °C之溫度下 的熱處理達6至20小時，而形成BOX層W4和SOI層 φ W5。 在此實施例，矽晶圓首先經歷在1 3 5 0°C以下之溫度， 較佳爲1 2 80至1 320°C的範圍之溫度，熱處理達一預設時 間期間，並接著藉由將處理溫度增加至1 3 5 0°C或以上並且 小於矽的融點而經歷額外的熱處理。 尤其，在〗32(TC之ITOX處理達10小時之後’較佳 係在1 3 5 0 t之溫度的氬之氣體環境（2 %的氧）之中執行 退火處理達5至10小時。 藉由退火處理，在熱處理氣體環境中的氧被導入至矽 -17- 200933733 晶圓w。 此時，由於矽晶圓w經歷在具有氧濃度爲5 %或更多 之氣體環境下的熱處理’當將矽晶圓w的前表面w S 1氧 化時，形成前表面氧化物膜W6 ’以及當將矽晶圓W的後 表面WS2氧化時，形成後表面氧化物膜W7。 第2C圖顯示在後表面氧化物膜蝕刻處理（S 1 5 )之後 所獲得的SIMOX晶圓的剖面。 φ 在後表面氧化物膜蝕刻處理（s 1 5 )中，首先僅蝕刻 後表面氧化物膜。此時，係在40至60% HF (較佳爲49% HF )之蝕刻劑濃度、40至60°C的蝕刻溫度（較佳爲60°C )、3至5分鐘（較佳爲3分鐘）的蝕刻時間的氧化物膜 蝕刻條件之下，將矽晶圓W的後表面WS2之後表面氧化 物膜W7蝕刻移離。 在後表面氧化物膜蝕刻處理（S15)中，爲了要僅處 理矽晶圓W的後表面WS2，處理溶液被注入在該晶圓的 〇 僅一表面上’並且單晶圓蝕刻設備執行處理，儘管在相反 表面上未具有效應。 第5圖係爲顯示根據此實施例之用於執行後表面氧化 物膜蝕刻處理的蝕刻操作之單晶圓蝕刻設備之槪要圖。 單晶圓蝕刻設備1包括用於支承晶圓W的平台11、 以及轉動驅動源1 3，例如馬達，其藉由轉動軸1 2連接至 平台並且經由該轉動軸12而轉動地驅動平台11，其二 者構成晶圓轉動機構。 再者’單晶圓蝕刻設備1更包括蝕刻溶液供應機構20 18- 200933733 ，其供應蝕刻溶液；噴嘴3 1，其將從蝕刻溶液供 20所供應的蝕刻溶液蝕刻至晶圓W上；噴嘴基部 可移動地支承噴嘴31;以及導件33，其調節噴嘴3 的位置/移動。噴嘴基部3 2和導件3 3構成噴嘴位 機構3 0。噴嘴基部3 2設置有：用於相對於噴嘴基音 '調整噴嘴3 1的角度之機構，用於調整從晶圓W起 31的前緣端之高度的機構，以及用於在注入和非注 φ 噴嘴3 1的蝕刻溶液之間切換的機構，其全部構成 態控制機構40。 再者，單晶圓蝕刻設備1更包含控制器5 0，其 動驅動源13之轉動數，以設定晶圓之轉動數；控 溶液供應機構20，以指定蝕刻溶液的供應狀態；以 噴嘴位置控制機構30和注入狀態控制機構40，以 嘴3 1之狀態和位置。控制器50包括操作單元5 1 CPU，和複數個記憶體單元52、53等等。 φ 蝕刻溶液供應機構20係以酸蝕刻溶液（尤其是 來供應噴嘴3 1，用於矽晶圓W的處理。 在噴嘴位置控制機構30中，用於調節噴嘴基盘 移動的導件33係以噴嘴31通過晶圓W的轉動中 圓W的徑向方向上是可移動的方式，而支承噴嘴違 。導件3 3可組態以在縱長方向上移動噴嘴基部3 2 由在導件33的縱長方向上之噴嘴基部32的移動位 設定相對於晶圓W的轉動中心之噴嘴3 1的位置。 部32包括用於相對於導件33在其縱長方向上移動 應機構 32，其 S部32 置控制 15 32 而 之噴嘴 入來自 注入狀 控制轉 制蝕刻 及控制 設定噴 ，例如 ^ HF) ;32之 心在晶 ^部32 。可藉 置，而 噴嘴基 之機構 -19- 200933733 再者，導件3 3的一端係設置以通過晶圓W的轉動中 心，且另一端係在水平方向上轉動地支承。導件3 3可組 態以當導件3 3在水平方向上轉動時，在晶圓W之平面方 向上移動噴嘴31。 •注入狀態控制機構40包括角度調整機構，其相對於 噴嘴基部32而調整設置有噴嘴基部32之噴嘴31的角度 φ ;高度調整機構’其調整從晶圓W起噴嘴31之前緣端的 高度；以及一對閥門，其在來自噴嘴3 1的蝕刻溶液之注 入和非注入狀態之間切換。注入狀態控制機構40可切換 來自蝕刻溶液供應機構20之蝕刻溶液的供應，而不需提 供閥門體。 在控制器50中，記憶體單元52、53...等等儲存在被 處理之前的晶圓W之形狀，噴嘴3 1的位置和蝕刻狀態， 蝕刻溶液的注入量和蝕刻狀態，以及在被處理之後的晶圓 〇 W之標準形狀，並且操作單元5 1基於已儲存的資料來計 算噴嘴3 1的移動以及蝕刻溶液的注入狀態。 存有一可能性在於，在高溫退火中的火爐，具有5 μηι最大尺寸的氧化物粒子被附著至後表面 WS2，與用於 支承晶圓 W的支承器相接觸。因此，藉由使用上述的單 晶圓蝕刻設備，以及高濃度HF和60°C之增加溫度的蝕刻 條件（若需要時），在很短時間量僅從後表面WS2完整 地移除氧化物粒子是可行的。此時，晶圓的前表面需要被 完整地保護免於蝕刻。例如，如上所述，在經由噴嘴供應 -20- 200933733 HF至後表面WS2之該類型的單晶圓蝕刻設備1中，藉 施加空氣、氮氣（N2 )或純水至前表面 WS1可保護前 面 WS1免於触刻。此時，當使用空氣或氮氣，由於化 溶液的濃度未改變，復原化學溶液是可行的。 ' 在後表面氧化物膜蝕刻處理（s 1 5 )之單晶圓蝕刻 ' 備1中，除了 HF蝕刻以外，也可使用擦洗清潔和超音 清潔，以增加粒子的移除效率，並且可完整地移除HF φ 基的化學溶液。此允許髒污水處理之縮減、工作時間的 減、和工作成本的縮減，其導致晶圓製造成本的整體縮 〇 當完成後表面WS2的氧化物膜W7的蝕刻時，晶圓 被傾覆，且接著執行前表面氧化物膜蝕刻處理（S 1 6 ) 以將前表面WS 1的氧化物膜蝕刻移離。 第2D圖顯示在前表面氧化物膜蝕刻處理（S16)之 所獲得的SIMOX晶圓之剖面。 〇 在前表面氧化物膜蝕刻處理（S 1 6 )，當氧化物 WS1被足夠地蝕刻移離，表面粒子被足夠地移除。再者 設定比後表面氧化物膜蝕刻處理（S15)之氧化物膜蝕 條件更不嚴格的處理條件，使得未擴展表面缺陷（凹陷 。尤其，係在20至49% HF (較佳爲49% HF )之触刻 濃度、2 5至7 0 °C的蝕刻溫度（較佳爲6 0 °C ) 、〇 · 5至 分鐘（較佳爲1分鐘）的蝕刻時間的氧化物膜蝕刻條件 下，將矽晶圓W的前表面WS1之前表面氧化物膜蝕刻 離。在較佳範例中，可將產率給定爲優先項目。尤其，

由 表 學 設 波 爲 縮 減 W 後 膜 刻 ) 劑 30 之 移 有 -21 - 200933733 關蝕刻劑濃度，較佳係在前表面氧化物膜蝕刻處理（S 1 6 )之氧化物膜蝕刻條件被設定爲比後表面氧化物膜蝕刻處 理（S 1 5 )之氧化物膜蝕刻條件更不嚴格。再者，有關處 理溫度，較佳係在前表面氧化物膜蝕刻處理（S 1 6 )之氧 化物膜蝕刻條件被設定爲比後表面氧化物膜蝕刻處理（ ' s 1 5 )之氧化物膜蝕刻條件更不嚴格。 在前表面氧化物膜蝕刻處理（S16)，儘管可使用單 φ 晶圓蝕刻設備，如同在後表面氧化物膜蝕刻處理（s 1 5 ) 之後表面W S 2的處理，由於即使當後表面w S 2係在前表 面氧化物膜蝕刻處理（S 1 6 )附加地蝕刻，未有問題發生 ’使用典型的單晶圓雙邊蝕刻設備或是將晶圓W浸沒在 HF蝕刻浴（含有處理溶液的處理浴）之類型的批次蝕刻 設備是可行的。假如前表面W S 1被過度地蝕刻，出現於 SIMOX晶圓中的表面缺陷（凹陷）從前表面到達B0X層 W4 ’且因此，BOX層W4藉由HF蝕刻而融熔，其導致缺 〇 陷尺寸上的增加。考量於此，需要發現最佳處理時間。尤 其’ HF濃度、處理溫度和處理時間可被分別地設定爲20 至49% HF、25至70°C、和0.5至30分鐘，或是可利用相 同處理條件來設定 Si的處理量。此允許僅處理前表面 WS1或同步處理前表面WS1和後表面WS2二者。 之後，在SOI層厚度量測處理（S07 )，使用頻譜式 橢偏儀來量測SOI層W5的膜厚度。假設膜厚度是過度地 大’藉由上述單晶圓蝕刻設備來處理晶圓前表面W S 1，用 於調整SOI層W5的膜厚度，以落入適當的範圍之內。假 -22- 200933733 如SOI層W5是太薄，接著決定SOI層W5是否不適合作 爲產品，並且從產品線排除。 最後，以可選擇的條件，例如如同清潔處理（S03 ) 的SP-1條件，來執行清潔處理（S〇8 )。清潔處理（S08 )中的條件可根據待被製造的晶圓之標準來選擇。 •根據此實施例’在高溫退火處理（S04 )之後的氧化 物膜蝕刻處理中’在具有後表面氧化物膜蝕刻處理（S 1 5 0 )之蝕刻的足夠確保量（足夠時間、高HF濃度和高溫） 之蝕刻條件之下’首先使用單晶圓蝕刻設備1移除後表面 WS2的粒子。之後，在其中在前表面氧化物膜蝕刻處理（ S16)未擴展之表面缺陷（凹陷）之最佳蝕刻條件之下， 使用單晶圓雙邊蝕刻設備或是批次蝕刻設備來蝕刻前表面 WS1。因此，製造SIM0X晶圓W是可行的，該晶圓w包 括具有數個粒子之前表面WS1和後表面WS2，並且具有 減低尺寸之表面缺陷的前表面。 〇 之後，將敘述與本發明有關的實驗範例。 本發明的實驗範例係將MLD方法應用至SIM0X處理 ，其中製備Φ300 mm的矽晶圓W，在氧佈植處理（s〇l) 中以17〇 KeV的氧佈植能量以及2·5χ10ΐ7 cm-2之劑量來 佈植氧’之後以2xl015 cm·2之劑量在室溫下佈植氧，並 接著藉由SP-1來清潔矽晶圓W。 之後’在1 320 °C之ITOX處理達1〇小時之後，在 1350C之溫度下在鏡之氣體環境（2%的氧）執行高溫退火 處理（S 04 )達5至1 0小時。之後’氧化物膜蝕刻的結果 -23- 200933733 係如第4圖所示。 首先，如實驗範例1至5，在僅處理後表面之後，以 及考量到處理時間，決定在後表面氧化物膜蝕刻處理（1 5 )之後表面蝕刻的最佳條件。在這些條件之後，如實驗範 例6至1 〇，將前表面氧化物膜蝕刻處理（S 1 6 )之前表面 蝕刻條件最佳化。後表面粒子和前表面粒子係表示爲已偵 測粒子的數量。 〇 從上述結果可見的是，在實驗範例6中所示的條件是 最佳的。在此方式，藉由使用本發明的處理來將前表面和 後表面氧化物膜蝕刻條件最佳化，製造S IΜ Ο X晶圓是可 行的，該晶圓具有在尺寸上抑制地增加（小於1 μηι )之 前表面缺陷（凹陷），並且包括具有數個粒子（小於10) 之前表面和後表面。 【圖式簡單說明】 ❹ 第1圖係爲說明根據本發明實施例之製造SIΜ 0 X晶 圓之方法的流程圖。 第2Α至2D圖係爲顯示根據本發明實施例之製造 SIMOX晶圓之處理的晶圓之側剖面圖。 第3圖係爲說明習知SIMOX晶圓製造方法的流程圖 〇 第4圖係爲顯示本發明實施例之結果的表格。 第5圖係爲顯示根據本發明實施例之用於執行後表面 氧化物膜蝕刻處理的蝕刻操作之單晶圓蝕刻設備之槪要圖 -24 - 200933733 【主要元件符號說明】 W :砂晶圓 WS1 :前表面 • W2 :高濃度氧層 W 3 :非晶層 ❹ W4 : BOX層 W5: SOI層 W6 :前表面氧化物膜 W7 :後表面氧化物膜 WS2 :後表面 1 :單晶圓蝕刻設備 2 0 =蝕刻溶液供應機構 3 2 :噴嘴基部 ❿ 3 3 :導件 3 0 :噴嘴位置控制機構 3 1 :噴嘴 40 :注入狀態控制機構 1 1 :平台 1 2 :轉動軸 1 3 :轉動驅動源 5 0 :控制器 5 2 :記憶體 -25 200933733 5 1 :操作單元 5 3 :記憶體

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Claims (1)

1. 200933733 十、申請專利範圍 1·—種製造SIMOX晶圓的方法，包含： 氧佈植步驟，將0 +離子佈植在該晶圓中； 高溫退火步驟，形成BOX層在該晶圓中；以及 氧化物膜蝕刻步驟，係在該高溫退火步驟之後， ‘其中該氧化物膜蝕刻步驟包含：前表面氧化物膜蝕刻 步驟，用以在其中佈植氧的區域上處理該晶圓的前表面， 0 以及後表面氧化物膜蝕刻步驟，用以處理該晶圓的後表面 ’並且在該前和後氧化物膜鈾刻步驟的氧化物膜蝕刻條件 係不同地控制。 2. 如申請專利範圍第1項所述之製造SIMOX晶圓的 方法，其中係以HF爲基的蝕刻劑來執行該氧化物膜蝕刻 步驟，並且針對該前和後表面單獨地調整蝕刻時間、蝕刻 溫度和蝕刻劑濃度。 3. 如申請專利範圍第1項所述之製造SIM0X晶圓的 φ 方法’其中在該氧化物膜蝕刻步驟中，該前表面氧化物膜 蝕刻步驟的氧化物膜蝕刻條件比該後表面氧化物膜蝕刻步 驟的氧化物膜蝕刻條件較不嚴格地設定。 4. 如申請專利範圍第1項所述之製造SIM0X晶圓的 方法’其中在該氧化物膜蝕刻步驟中，係在該後表面氧化 物膜蝕刻步驟之後執行該前表面氧化物膜蝕刻步驟，並且 係以單晶圓蝕刻來執行該後表面氧化物膜蝕刻步驟，用以 僅處理該晶圓的後表面。 5 .如申請專利範圍第4項所述之製造S IΜ Ο X晶圓的 -27- 200933733 方法，其中該前表面氧化物膜蝕刻步驟僅處理該晶圓的前 表面，或是處理該晶圓的前和後表面二者。 6.如申請專利範圍第2項所述之製造SIMOX晶圓的 方法，其中在該氧化物膜蝕刻步驟中’除了該HF蝕刻以 外，使用擦洗清潔或超音波清潔’以增加粒子的移除效率 〇 7 .如申請專利範圍第4項所述之製造S I Μ Ο X晶圓的 Q 方法，其中在該後表面氧化物膜蝕刻步驟中，該晶圓的前 表面係藉由注入空氣、氮氣（Ν2)或純水在該前表面上來 保護免受該蝕刻劑。 8.如申請專利範圍第4項所述之製造SIMOX晶圓的 方法，其中在該後表面氧化物膜蝕刻步驟中’藉由將來自 噴嘴之該蝕刻劑注入在繞著該晶圓之中心旋轉之該晶圓的 後表面上，而執行該單晶圓蝕刻。 9 · 一種S IΜ Ο X晶圓，係使用如申請專利範圍第1至8項 © 任一項所述之製造方法來製造。 -28-