TW201523743A - 貼合晶圓的製造方法 - Google Patents

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Masahiro Kato
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Abstract

本發明是一種貼合晶圓的製造方法，其使用具有切口部之晶圓來作為接合晶圓和基底晶圓，在離子植入時，以下述方式設定進行離子植入的離子植入機和離子植入條件的任一者或兩者：在接合晶圓的剝離時，使已貼合的接合晶圓和基底晶圓的任一者或兩者的切口部的位置，位於從接合晶圓的剝離開始位置起0±30度或180±30度的範圍內。 藉此，能提供一種貼合晶圓的製造方法，在利用離子植入剝離法來形成SOI層等薄膜時，能降低在剛剝離後的薄膜表面上所產生的巨大斷層缺陷的可能性。

Description

貼合晶圓的製造方法
本發明關於一種貼合晶圓的製造方法，其利用離子植入剝離法，典型上，是關於利用下述方式來製造貼合晶圓的方法：使植入氫離子等之後的矽晶圓與作為支持基板等的其他的晶圓密接後，施加熱處理來進行剝離。
作為SOI晶圓(絕緣層上覆矽晶圓)的製造方法，一種在貼合已植入離子的晶圓後進行剝離來製造SOI晶圓的方法(被稱為「離子植入剝離法」或「智能剝離(SMART-CUT)法」(註冊商標)廣受注目。
於此方法中，例如是在兩片矽晶圓之中，於至少其中一片上形成氧化膜，並且由一片矽晶圓(接合晶圓，bond wafer)的上表面植入氫離子或稀有氣體離子，於該晶圓的內部形成離子植入層(又稱為「微氣泡層」)。
接下來，將植入離子後的矽晶圓的表面，隔著氧化膜貼合在另一片矽晶圓(基底晶圓)的表面上。對於貼合後的這兩片晶圓，藉由在熱處理爐內進行以10℃/分鐘左右慢慢地升溫並以設定溫度保持特定時間的熱處理，將離子植入層作為劈開面(解理面，cleavage plane)來使接合晶圓剝離而形成貼合 晶圓。進一步，藉由對此貼合晶圓施加高溫熱處理(結合熱處理)，將從接合晶圓剝離下來的SOI層與基底晶圓牢固地結合，而製成SOI晶圓(例如，參照專利文獻1)。
在利用離子植入剝離法來製造貼合晶圓的情況下，一般而言，用以形成薄膜的接合晶圓與作為支持基板的基底晶圓，兩者是具有相同結晶方位的晶圓，且使用一種表示結晶方位的切口部(又稱為凹槽或定位平面(orientation flat))也是形成於同一位置的晶圓，並隔著氧化膜來互相貼合而形成SOI晶圓、或不隔著氧化膜來互相貼合而形成直接貼合的SOI晶圓。
接合晶圓與基底晶圓的貼合，通常是在室溫進行，使兩者的切口部一致並貼合後，施加剝離熱處理，並以離子植入層為界將接合晶圓剝離而製作貼合晶圓。
[先行技術文獻] (專利文獻)
專利文獻1：日本特開平H05-211128號公報
然而，在藉由剝離熱處理所實行的以離子植入層為界的剝離中，會有下述問題：剝離是從剝離開始位置起，慢慢地持續進行剝離，但若在剝離途中有凹槽般的形狀上的變化存在，在此位置上剝離的進行速度會有差異，而產生看起來像是橫跨比較寬廣範圍的刮痕(scratch)這樣的斷層狀的薄 膜上的缺陷(以下稱為巨大斷層缺陷)。
本發明是為了解決上述問題而完成，其目的在於提供一種貼合晶圓的製造方法，該製造方法在利用離子植入剝離法來形成SOI層等薄膜時，能降低在剛剝離後的薄膜表面上所產生的巨大斷層缺陷的可能性。
為了解決上述問題，本發明中提供一種貼合晶圓的製造方法，其先自接合晶圓的表面離子植入氫離子、稀有氣體離子、或這些離子的的混合氣體離子，而在晶圓內部形成離子植入層，再將前述接合晶圓的已植入離子的表面與基底晶圓的表面貼合後，藉由利用熱處理爐來進行已貼合的晶圓的剝離熱處理，並以前述離子植入層為界使前述接合晶圓剝離而形成貼合晶圓，其中：使用具有切口部之晶圓來作為前述接合晶圓和前述基底晶圓，在前述離子植入時，以下述方式設定進行前述離子植入的離子植入機和離子植入條件的任一者或兩者：在前述接合晶圓的剝離時，使已貼合的前述接合晶圓和前述基底晶圓的任一者或兩者的切口部的位置，位於從前述接合晶圓的剝離開始位置起0±30度或180±30度的範圍內。
若是這樣的貼合晶圓的製造方法，在向接合晶圓植入離子時，特意地設定剝離開始位置，可使已貼合的接合晶圓和基底晶圓的任一者或兩者的切口部的位置，位於從接合晶圓的剝離開始位置起0±30度或180±30度的範圍內，因此，在剝離時，能在剝離途中避開切口部的存在，而能降低巨大 斷層缺陷的產生。
另外，較佳是，在前述離子植入時，以下述方式將前述接合晶圓配置於前述離子植入機：使前述接合晶圓的切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置，會成為因前述進行離子植入的離子植入機和離子植入條件而導致的特定離子植入損傷，在接合晶圓面內(in-plane)相對較大的位置。
像這樣，藉由將接合晶圓的切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置，使其離子植入的損傷，會成為在接合晶圓面內相對較大，該將此位置設成剝離開始位置。
另外，較佳是，在前述離子植入時，相較於其他位置的離子植入量，增加前述接合晶圓的切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置的離子植入量。
由於在離子植入量多的位置上會促進剝離而能以短時間的熱處理使剝離進展，因此相較於其他位置的離子植入量，可增加接合晶圓的切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置的離子植入量，藉此能將接合晶圓的切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置設成剝離開始位置。
另外，較佳是，在前述離子植入時，將前述接合晶圓配置於散熱座上，且將前述接合晶圓的切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置，定位在離子植入時的前述散熱座的熱傳導在前述接合晶圓面內相對較低的位置。
由於在散熱座的熱傳導低的位置上，冷卻效率低落，因此在離子植入時變得高溫，離子植入的損傷變大。可將接合晶圓的切口部的位置、或切口部的位置+180度的位 置，定位在散熱座的熱傳導在接合晶圓面內相對較低的位置，藉此能將此位置設成離子植入時在接合晶圓面內相對高溫，且能將該位置作成使其離子植入的損傷在接合晶圓面內相對較大的位置。藉此，能將切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置設成剝離開始位置。
另外，較佳是，前述散熱座的熱傳導在前述接合晶圓面內相對較低的位置，是將材質設成相較於其他部分的熱傳導率較低的材質。
藉此，能形成散熱座的熱傳導在接合晶圓面內相對較低的位置。
另外，較佳是，前述散熱座的熱傳導在接合晶圓面內相對較低的位置，是將厚度設成相較於其他部分的厚度較厚的部分。
藉此，能形成散熱座的熱傳導在接合晶圓面內相對較低的位置。
另外，較佳是，在前述剝離熱處理時，以下述方式將前述已貼合的晶圓配置於前述熱處理爐內：使前述接合晶圓和前述基底晶圓的任一者或兩者的切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置，會成為在前述已貼合的晶圓面內相對高溫的位置。
剝離熱處理時，由於在已貼合的晶圓面內變得高溫的位置上會變得容易加以剝離，因此可以下述方式配置於熱處理爐內：使接合晶圓和基底晶圓的任一者或兩者的切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置，會成為在已貼合的 晶圓面內相對高溫的位置；藉此，能將接合晶圓和基底晶圓的任一者或兩者的切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置，設成剝離開始位置。
另外，較佳是，前述切口部是凹槽。
若是具有凹槽的晶圓，由於凹槽能被設成晶圓彼此貼合時的位置的基準，因此變得容易貼合。另外，近年來的大直徑晶圓上多設有凹槽，本發明能對應具有這種凹槽之大直徑晶圓的貼合。
如上所述，若是本發明的貼合晶圓的製造方法，由於能在向接合晶圓植入離子時特意地設定剝離開始位置，可使已貼合的接合晶圓和基底晶圓的任一者或兩者的切口部的位置，位於從接合晶圓的剝離開始位置起0±30度或180±30度的範圍內，藉此，在剝離時，能在剝離途中避開切口部的存在，而能降低巨大斷層缺陷的產生。此外，剝離熱處理時，可將離子植入時所形成的會成為剝離開始位置之位置，設在晶圓面內變得相對高溫的位置，藉此能將剝離開始位置更確實地設在所希望的位置上。
10‧‧‧接合晶圓
11‧‧‧離子植入層
12‧‧‧氧化膜
20‧‧‧基底晶圓
30‧‧‧貼合晶圓
31‧‧‧剝離晶圓
32‧‧‧SOI層
40‧‧‧剝離開始位置
41‧‧‧凹槽
42‧‧‧巨大斷層缺陷
43‧‧‧剝離方向
44‧‧‧損傷大的位置
45‧‧‧旋轉體
46‧‧‧離子束
47‧‧‧軌道
48‧‧‧散熱座
49‧‧‧碳濃度低的位置
第1圖是表示本發明的貼合晶圓的製造方法的實施型態的一例的流程圖。
第2圖是將凹槽的位置設在離子植入損傷在接合晶圓面內相對較大的位置的例子(實施例1)的示意圖。
第3圖是將凹槽的位置與離子植入損傷在接合晶圓面內相對較大的位置錯開的例子(比較例2)的示意圖。
第4圖是使凹槽的位置定位在會成為熱處理爐內的高溫區域的位置來進行剝離熱處理的例子(實施例2)的示意圖。
第5圖是藉由批次式離子植入機來增加凹槽部的離子植入量的例子(實施例3)的示意圖。
第6圖是藉由單片式離子植入機，(i)對晶圓整個表面進行離子植入後，(ii)對凹槽部進行追加植入，而增加凹槽部的離子植入量的例子(實施例4)的示意圖。
第7圖是利用(iii)使碳濃度局部下降的散熱座橡膠，並(iv)使凹槽定位在碳濃度低的位置來設置晶圓的例子(實施例5)的示意圖。
第8圖是利用(v)使碳濃度局部下降的散熱座橡膠(heat sink，並(vi)將凹槽與碳濃度低的位置錯開來設置晶圓的例子(比較例2)的示意圖。
第9圖是表示產生巨大斷層缺陷的機制的示意圖。
如上所述，要求開發出一種貼合晶圓的製造方法，其利用離子植入剝離法來形成SOI層等薄膜時，能降低在剛剝離後的薄膜表面上所產生的巨大斷層缺陷的產生。
第9圖是表示產生巨大斷層缺陷的機制的示意圖。在藉由剝離熱處理所實行的以離子植入層為界的剝離中，剝離是從剝離開始位置40起，慢慢地持續進行剝離。然而，如第9圖所示，若在剝離途中存在有凹槽41般的形狀變化，在 此位置上，剝離的進行速度會發生偏離(差異)，而此邊界線會成為巨大斷層缺陷42。
根據此情況，本發明人想到，在剝離接合晶圓時，若是切口部的位置是剝離開始位置、或從剝離開始位置起旋轉180度後的位置，則在剝離時由於在剝離途中沒有切口部存在，因此能降低巨大斷層缺陷的產生。也就是說，本發明人看出了藉由特意設定剝離開始位置，能做成在剝離途中沒有切口部存在，而能降低巨大斷層缺陷的產生。
剝離開始位置，可如日本特開2009-170652號公開公報所記載般，能根據測量剝離面的霧度來確定、或是先測量薄膜的膜厚分布再由其測量結果圖來確定。依據這些方式所實行的測量，可知剝離開始位置容易形成於離子植入的損傷在接合晶圓面內(in-plane)相對較大的位置、或是在剝離熱處理時貼合晶圓面內相對高溫的位置。
以下，針對離子植入時的損傷進行說明，此損傷特別會大幅地影響剝離開始位置的形成。
若將離子植入作為目標材料(target material)的半導體晶圓，構成目標材料的原子會與植入離子碰撞，且被彈飛。因目標材料的原子被彈飛而產生的缺陷就是損傷。
為了彈飛原子，原子所具有的結合能以上的碰撞能量是必須的，這對應到離子的加速能量及目標材料的溫度所導致的熱能。如此一來，加速電壓及植入時的目標材料溫度越高，損傷量越多。另外，由於離子的植入量越多，彈飛的原子就會增加，因此損傷量變多。
在離子植入機中，藉由被良好地控制的加速能量，對於深度方向的植入離子的深度均勻性非常高。因此，在成為目標(target)的晶圓面內的損傷分布，幾乎不會受到加速電壓的變動的影響，而是受到晶圓面內的植入量分布及溫度分布的強烈影響。植入量分布受到植入時的射束(beam)的移動方式、晶圓的移動方式、射束的電流值的變動等的影響。另外，植入中的晶圓是承載於被稱為散熱座的台座上，但由於晶圓背面與散熱座的接觸狀況、散熱座表面的平坦度、散熱座與晶圓背面間的中間構件(舉例而言，提供接觸面積用的橡膠構件等)的膜厚、材料的特性不均的影響，會產生面內溫度分布。換句話說，若是晶圓背面的接觸狀況不佳，而來自晶圓背面的放熱量少的話，此位置上的溫度上升，損傷量變多。相反的，若是晶圓背面的接觸狀況佳，而來自晶圓背面的放熱量多的話，此位置上的溫度下降，損傷量變少。另外，藉由保持晶圓之銷與晶圓之間的接觸，由於與銷接觸的部分的冷卻效率上升，損傷量會變少。
根據以上情況，本發明人看出以下技術，而完成本發明：在剝離接合晶圓時，若貼合晶圓的切口部的位置是剝離開始位置、或從剝離開始位置起旋轉180度後的位置，在剝離時，由於在剝離途中沒有切口部存在，因此能降低巨大斷層缺陷的產生；另外，由於剝離開始位置受到向接合晶圓進行離子植入時的損傷所造成的強烈影響，因此利用設定離子植入機和離子植入條件，能在離子植入時特意地將會成為剝離開始位置的位置，設定在上述位置。
也就是說，本發明是一種貼合晶圓的製造方法，其先自接合晶圓的表面離子植入氫離子、稀有氣體離子、或這些離子的的混合氣體離子，而在晶圓內部形成離子植入層，再將前述接合晶圓的已植入離子的表面與基底晶圓的表面貼合後，藉由利用熱處理爐來進行已貼合的晶圓的剝離熱處理，並以前述離子植入層為界使前述接合晶圓剝離而形成貼合晶圓，其中，使用具有切口部之晶圓來作為前述接合晶圓和前述基底晶圓，在前述離子植入時，以下述方式設定進行離子植入的離子植入機和離子植入條件的任一者或兩者：在前述接合晶圓的剝離時，使已貼合的前述接合晶圓和前述基底晶圓的任一者或兩者的切口部的位置，位於從前述接合晶圓的剝離開始位置起0±30度或180±30度的範圍內。
以下，針對本發明的貼合晶圓的製造方法，作為實施型態的一例，一邊參照第1圖，一邊針對藉由離子植入剝離法(「SMART-CUT法」，註冊商標)來製造貼合晶圓的情況進行詳細說明，但本發明並不限於此實施型態。
首先，在第1圖的步驟(a)中，準備接合晶圓10和基底晶圓20。作為這些晶圓，是具有切口部的晶圓，且可合適地使用例如是已被鏡面研磨的單晶矽晶圓來作為接合晶圓10和基底晶圓20。
切口部是用以表示晶圓表面的旋轉方向的結晶方位，可在貼合時作為貼合位置的基準來利用。作為此切口部，雖然可以是凹槽(notch)，也可以是定位平面，但由於近年來 大直徑晶圓是以凹槽為主流，因此切口部較佳是凹槽。
接下來，於步驟(b)中，將接合晶圓10與基底晶圓20的至少其中一片晶圓加以熱氧化(thermal oxidation)，此處是將接合晶圓10熱氧化，在其表面上形成例如約100nm~2000nm厚度的氧化膜12。另外，也有在基底晶圓20的表面形成氧化膜、在兩片晶圓上都形成氧化膜、或是在兩片晶圓上都不形成氧化膜。
接下來，於步驟(c)中，對於接合晶圓10的單面，植入氫離子和稀有氣體離子中的至少其中一種，此處是植入氫離子，而在離子的平均植入深度，形成平行於表面的離子植入層(微氣泡層)11。
此處，於本發明中，在離子植入時，利用設定進行離子植入的離子植入機和離子植入條件的任一者或兩者，可特意地操作(控制)在後述的剝離時的接合晶圓的剝離開始位置。以下，針對利用設定離子植入機和設定離子植入條件，特意地將剝離開始位置設在所希望的位置上的方法進行詳細說明。
在離子植入剝離法中，例如，先只將氫離子植入接合晶圓，再與成為底座的支持基板(基底晶圓)貼合後，利用進行剝離熱處理，便能將半導體薄膜轉移到基底晶圓上。換句話說，晶圓的剝離是利用將熱能施予高濃度氫層所引起的。與損傷相對較小的位置相比，損傷較大的位置上的植入量較多，或是植入時所承受的熱負荷較多，因此會有容易剝離的狀況。另外，在晶圓邊緣部，由於邊緣部成為自由端而容易 引起剝離，但在晶圓中央部不是自由端，而被周圍的部分拘束住，因此難以引起剝離。如此一來，在晶圓邊緣部而且是損傷相對較大的位置，容易成為剝離開始點。
根據此情況，在離子植入時，能以下述方式將接合晶圓配置於離子植入機：使接合晶圓的切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置，會成為因進行離子植入的離子植入機和離子植入條件而導致的特定離子植入損傷，在接合晶圓面內相對較大的位置；藉此，能將切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置設在剝離開始位置。在離子植入機，由於可自由地設定植入時的凹槽方向，因此在植入時能容易地使損傷分佈較強的位置與凹槽位置一致。
作為測量離子植入時的損傷量的方法，一般使用熱波法(thermowaves method，參照日本特開昭61-223543號公報)。所謂的熱波法，是不對於離子植入物加以熱處理，而以非接觸的方式來測量離子植入量的方法。熱波法使用的測量手法如下：先將偵測用的雷射光(偵測光)照射到離子植入物的表面，然後對此測定部照射其他的激勵用的雷射光(激勵光)，並測量藉此產生的偵測光的反射光的變化。若半導體(離子植入物)被具有此能隙(band gap)以上的能量的光(激勵光)所照射，在此照射部上產生作為自由載子而動作的光激勵載子(light excitation carrier)，光反射率會對應此光激勵載子的產生和因再結合而消失的狀況而變化。另外，半導體中的光激勵載子的產生及消滅的狀況，也就是光反射率的變化，是與半導體表層中的上述損傷的程度相關。在熱波法中，藉由光 學地測量半導體表層的光反射率的變化，能夠測量損傷量。
除了使用熱波法來測量離子植入時的損傷量以外，也可推測植入量分布。對於植入量分布，雖然植入時的熱分布會給予強烈影響，但這會以晶圓與散熱座的接觸情況來決定，接觸越強的話冷卻越好，植入時的溫度變得越低。另一方面，接觸越弱的話冷卻越弱，植入時的溫度變得越高。晶圓背面的接觸狀況可以由晶圓背面的粒子映射圖(particle map)來判斷；可推測出粒子數越多的話，接觸越強，冷卻越好；另外，粒子數越少的話，接觸越弱，冷卻越弱。除此之外，利用使晶圓保持部的銷的位置重合，能推測植入時的晶圓全體的冷卻程度。
利用這些方法，能夠特定離子植入的損傷在接合晶圓面內相對較大的位置、此時的離子植入機和離子植入條件；並且，利用使接合晶圓的切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置，成為離子植入的損傷在接合晶圓面內相對較大的位置，能將此位置設成剝離開始位置。
此處，將凹槽的位置設在離子植入損傷在接合晶圓面內相對較大的位置的例子的示意圖，示於第2圖。利用使凹槽41的位置與損傷大的位置44一致(定位在一起)，能將凹槽位置設在剝離開始位置，剝離熱處理時，由於剝離是沿剝離方向43的方向進行，所以能在剝離的途中避開凹槽的存在。
另外，此處，若著眼於晶圓面內的離子的植入量，如上所述，離子植入量越多的話，越能促進剝離，而越變得能以短時間的熱處理來使剝離進展。如此一來，若是形成在 晶圓邊緣部而且是離子植入量相對多的位置，離子植入量較多的位置就會成為剝離開始點。也就是說，在離子植入時，相較於其他位置的離子植入量，增加接合晶圓的切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置的離子植入量，藉此能將接合晶圓的切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置設成剝離開始位置。
離子植入機，通常是以將植入離子均勻地植入晶圓面內作為目的，但藉由在晶圓或射束的掃描(scan)動作方面下工夫，能局部地增加植入量。
將藉由批次式離子植入機來增加凹槽部的離子植入量的例子的示意圖，示於第5圖。若是批次式離子植入機，以使凹槽41朝向轉盤(wheel)的內側或是使凹槽41朝向轉盤的外側的方式將接合晶圓10配置在旋轉體45上，並藉由在離子束46沿射束掃描的軌道47在橫向上掃描時，使凹槽部41的位置的掃描速度降低，或是只進行邊緣部的掃描，藉此能使凹槽部的植入量相對增加。另外，利用錯開晶圓的中心與掃描的中心，能在掃描方向上形成增加或減少植入量的分布；因此，能藉由使凹槽朝向植入量變多的位置來增加凹槽部的植入量。
另外，將藉由單片式離子植入機來增加凹槽部的離子植入量的例子的示意圖，示於第6圖。若是單片式離子植入機，例如可如(i)所示般，藉由離子束46沿射束掃描的軌道47來掃描接合晶圓10的全體表面後，再藉由如(ii)所示般，在凹槽41的位置上多照射離子束46來進行追加植入，而能增加 凹槽部的植入量。
像這樣，利用例如增加凹槽位置的植入量，能將剝離開始位置設在凹槽位置上。另外，藉由在凹槽位置+180度的位置上進行相同的操作，則能將凹槽位置+180度的位置設成剝離開始位置。
另外，此處，若著眼於植入時的晶圓溫度，晶圓的面內溫度能以晶圓與散熱座的接觸、及與晶圓保持部品(銷等等)的接觸情況來決定。為了提高晶圓與散熱座的接觸性，在晶圓與散熱座之間可以有作為中間構件的散熱座橡膠(heat sink rubber)。若調整此散熱座橡膠的接觸性、熱傳導率，使凹槽部的冷卻效率變差的話，凹槽會成為剝離開始位置。也就是說，可使接合晶圓的切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置，定位在離子植入時的散熱座的熱傳導在接合晶圓面內相對較低的位置，藉此能將此位置設成剝離開始位置。
作為將散熱座的熱傳導設定成較低的方法，可舉出降低散熱座橡膠本身的熱傳導的方法。例如，利用局部地改變碳的添加量，能降低冷卻效率。將利用使碳濃度局部下降的散熱座橡膠的例子的示意圖，示於第7圖。如第7圖所示，(iii)在散熱座48的一部份形成有碳濃度低的位置49，(iv)以將凹槽41定位在該處的方式來配置接合晶圓10，並進行離子植入，能使得凹槽位置在離子植入時的損傷變大。
另外，藉由使散熱座橡膠的表面粗度變得粗糙，能減少散熱座橡膠與晶圓的接觸面積，而能局部地降低冷卻效率。在散熱座橡膠的表面形成特殊的凹凸形狀的情況下，藉由使 晶圓接觸面的面積變小，能局部地降低冷卻效率。另外，若是使散熱座台座的平坦度局部性變差，只在想要降低冷卻效率的位置上使台座凹陷，則與晶圓背面的接觸面積會下降，而能使晶圓的冷卻效率降低。
此外，藉由使散熱座橡膠的一部分的厚度增厚，也可使此部份的熱傳導下降，而降低晶圓的冷卻效率。
藉由這些方法，能在散熱座上形成熱傳導在接合晶圓面內相對較低的位置，如此進行，使冷卻效率降低的位置與切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置變成一致，藉此能將此位置設成剝離開始位置。
如上述般，利用在離子植入時進行設定離子植入機和離子植入條件的任一者或兩者，能將剝離開始位置特意地設在所希望的位置上。
接下來，第1圖的步驟(d)是貼合步驟，其中將基底晶圓20隔著氧化膜12重合於氫離子植入後的接合晶圓10的氫離子植入面上；藉由在常溫的乾淨的氛圍下將兩片晶圓的表面彼此接觸，在不使用黏接劑等的情況下，將晶圓彼此貼合。
此時，雖然較佳是將接合晶圓10與基底晶圓20的切口部的位置彼此一致來貼合，但也能錯開切口部來貼合。
在這種情況下，若錯開的角度是在30度以下的話，兩者的切口部，較佳是以落入從剝離開始位置起0±30度或180±30度的範圍內的方式來設定。在錯開的角度大於30度的情況下，較佳是將巨大斷層缺陷的產生原因較大者的晶圓的切口 部，以落入從剝離開始位置起0±30度或180±30度的範圍內的方式來設定。此時，針對於哪一片晶圓的切口部會大幅影響巨大斷層缺陷的發生，尚無法定性地特定，但是若固定製造條件來進行實驗的話，能在統計上把握住。
接下來，步驟(e)是藉由以離子植入層11為邊界來進行剝離，而使剝離晶圓31從貼合晶圓30分離的剝離步驟，其中貼合晶圓30是在基底晶圓20上隔著氧化膜12形成有SOI層32；例如，在非活性氣體氛圍下以約500℃以上的溫度施加熱處理的話，剝離晶圓31會因為結晶的重排與氣泡的凝結而從貼合晶圓30(SOI層32+氧化膜12+基底晶圓20)分離。
本發明中，在此剝離時，可使已貼合的接合晶圓和基底晶圓的任一者或兩者的切口部的位置，位於從接合晶圓的剝離開始位置起0±30度或180±30度的範圍內，藉此，在剝離時能在剝離途中避開切口部的存在，而能降低巨大斷層缺陷的產生。
作為此已貼合的接合晶圓和基底晶圓的任一者或兩者的切口部的位置，較佳是使其位於從接合晶圓的剝離開始位置起0±20度或180±20度的範圍內，更佳是使其位於從接合晶圓的剝離開始位置起0±10度或180±10度的範圍內。
另外，通常而言，植入時的損傷分布相同的情況下，在熱處理爐內溫度較高的位置上剝離會變得較容易進展。熱處理爐內的溫度分布並不是完全均勻，例如，爐的上側的溫度會相對較高而有溫度分布。如此一來，能以使接合晶圓和基底晶圓的任一者或兩者的切口部的位置、或切口部的位置 +180度的位置，成為在已貼合的晶圓面內相對高溫的位置的方式，配置於熱處理爐內，藉此能更確實地將此位置設成剝離開始位置。
此處，將凹槽的位置定位在會成為熱處理爐內的高溫區域的位置上來進行剝離熱處理的例子的示意圖，示於第4圖。示於第4圖的晶圓的外圍的深淺狀態，是表示熱處理爐內的溫度分布，以淺色表示的是高溫側，以深色表示的是低溫側。藉由如第4圖般地以使凹槽41的位置變得高溫的方式來配置並進行剝離熱處理，能將凹槽位置更確實地設成剝離開始位置，而在剝離熱處理時，由於剝離是沿剝離方向43的方向進行，所以能在剝離的途中避開凹槽的存在。
熱處理爐內的溫度分布，可由熱電偶、熱氧化、雜質植入晶圓的薄膜電阻值分佈來判斷。
另外，不單是剝離熱處理爐內的溫度分佈，也可調整熱處理爐加熱器的功率平衡(power balance)，來故意地作出溫度分布。
另外，較佳是以臥式爐(horizontal furnace)作為用以剝離的熱處理爐。若是臥式爐，由於接合晶圓的剝離開始位置在每個爐中是比較固定的，因此可更確實地實施本發明。
如上所述，若是本發明的貼合晶圓的製造方法，由於能在向接合晶圓植入離子時特意地調整剝離開始位置，可使已貼合的接合晶圓和基底晶圓的任一者或兩者的切口部的位置，位於從接合晶圓的剝離開始位置起0±30度或180±30度的範圍內，藉此，在剝離時能在剝離途中避開切口部的存 在，而能降低巨大斷層缺陷的產生。
[實施例]
以下，雖然利用實施例和比較例來說明本發明，但本發明並不限於這些例子。
[實施例1]
<將凹槽位置定位在離子植入的損傷較大的位置的例子>
(接合晶圓)
在由直徑300mm、結晶方位<100>、凹槽方位<011>的矽單晶而成的接合晶圓的表面上，以厚度成為200nm的方式形成氧化膜。接下來，以60keV、7×1016/cm2的植入條件且在面內的劑量(dose)分布成為均勻的方式進行離子植入。
預先以熱波測量機(KLA-Tencor公司製造)，來測量以上述離子植入條件進行離子植入後的晶圓的損傷分布(面內映射圖)，藉此，看出在晶圓周邊部中的損傷最大的位置，且以使此位置成為與凹槽部一致的方式將其他的晶圓配置於離子植入機並進行離子植入，再以此晶圓作為實施例1的接合晶圓來使用(參照第2圖)。
(基底晶圓)
準備由直徑300mm、結晶方位<100>、凹槽方位<011>的矽單晶而成的基底晶圓。
(貼合)
將上述的接合晶圓的凹槽與基底晶圓的凹槽定位在一起並在室溫下貼合。
(剝離熱處理)
以臥式爐、500℃、30分鐘、Ar(氬)100%氛圍的條件且使面內溫度分布成為面內均勻(500±1℃)的方式，進行剝離熱處理。
(巨大斷層缺陷觀察)
在聚光燈下以目視觀察剝離後的貼合晶圓，並調查產生巨大斷層缺陷的晶圓片數。其結果，在實施例1中的巨大斷層缺陷產生率是1%(2/200片)。
[比較例1]
<將凹槽位置與離子植入的損傷較大的位置加以錯開的例子>
與實施例1相同地看出在晶圓周邊部中損傷最大的位置，並以使由凹槽部錯開45度的位置上的損傷變成最大的方式配置離子植入機，且以與實施例1相同的條件進行離子植入，再以此晶圓作為比較例1的接合晶圓來使用(參照第3圖)。
準備與實施例1相同的基底晶圓，與實施例1相同地進行貼合和剝離熱處理。
在聚光燈下以目視觀察剝離後的貼合晶圓，並調查產生巨大斷層缺陷的晶圓片數。其結果，在比較例1中的巨大斷層缺陷產生率是30%(60/200片)。
[實施例2]
<以凹槽位置會成為熱處理爐內的高溫區域的方式來進行配置的例子>
接合晶圓、基底晶圓，是準備了與實施例1相同的晶圓。
(貼合)
將上述的接合晶圓的凹槽與基底晶圓的凹槽定位在一起 並在室溫下貼合。
(剝離熱處理)
以臥式爐、500℃、30分鐘、Ar 100%氛圍的條件，在爐內上部具有高5℃的溫度分佈的熱處理爐內，將凹槽朝向高溫部配置且進行剝離熱處理，再以此晶圓作為實施例2的接合晶圓來使用(參照第4圖)。
(巨大斷層缺陷觀察)
在聚光燈下以目視觀察剝離後的貼合晶圓，並調查產生巨大斷層缺陷的晶圓片數。其結果，在實施例2中的巨大斷層缺陷產生率是0.5%(1/200片)。
[實施例3和實施例4]
<增加凹槽部的離子植入量的例子>
(接合晶圓)
在由直徑300mm、結晶方位<100>、凹槽方位<011>的矽單晶而成的接合晶圓的表面上，以厚度成為200nm的方式形成氧化膜。接下來，利用批次式離子植入機，以60keV、7×1016/cm2的植入條件且在面內的劑量分布成為均勻的方式進行離子植入後，在凹槽部附近(距離邊緣1cm為止的空間)進行2%的追加植入，再以此晶圓作為實施例3的接合晶圓(參照第5圖)。另外，形成熱氧化膜後，利用單片式離子植入機，以60keV、7×1016/cm2的植入條件且且在面內的劑量分布成為均勻的方式進行離子植入後，在凹槽部附近(2cm2)進行2%的追加植入，再以此晶圓作為實施例4的接合晶圓(參照第6圖)。
(基底晶圓)
準備由直徑300mm、結晶方位<100>、凹槽方位<011>的矽單晶而成的基底晶圓。
(貼合)
將使上述接合晶圓的凹槽與基底晶圓的凹槽定位在一起並在室溫下貼合。
(剝離熱處理)
以臥式爐、500℃、30分鐘、Ar 100%氛圍的條件且使面內溫度分布成為面內均勻(500±1℃)的方式，進行剝離熱處理。
(巨大斷層缺陷觀察)
在聚光燈下以目視觀察剝離後的貼合晶圓，並調查產生巨大斷層缺陷的晶圓片數。其結果，在實施例3中的巨大斷層缺陷產生率是1%(2/200片)，在實施例4中的巨大斷層缺陷產生率是1%(2/200片)。
[實施例5]
<將凹槽部定位在散熱座的熱傳導率較低的位置且進行離子植入的例子>
(接合晶圓)
在由直徑300mm、結晶方位<100>、凹槽方位<011>的矽單晶而成的接合晶圓的表面上，以厚度成為200nm的方式形成氧化膜。接下來，以60keV、7×1016/cm2的植入條件且在面內的劑量分布成為均勻的方式進行離子植入之。另外，使添加於要配置在接合晶圓上的散熱座的散熱座橡膠中的碳濃度，局部地(2cm2的面積)減少10%，且在離子植入時，利用已使散熱座橡膠的傳導率下降的散熱座。使凹槽部定位在散 熱座中的碳濃度局部地低了10%的位置且進行離子植入，再以此晶圓作為實施例5的接合晶圓(參照第7圖)。
(基底晶圓)
準備由直徑300mm、結晶方位<100>、凹槽方位<011>的矽單晶而成的基底晶圓。
(貼合)
將上述的接合晶圓的凹槽與基底晶圓的凹槽定位在一起並在室溫下貼合。
(剝離熱處理)
以臥式爐、500℃、30分鐘、Ar 100%氛圍的條件且使面內溫度分布成為面內均勻(500±1℃)的方式，進行剝離熱處理。
(巨大斷層缺陷觀察)
在聚光燈下以目視觀察剝離後的貼合晶圓，並調查產生巨大斷層缺陷的晶圓片數。其結果，在實施例5中的巨大斷層缺陷產生率是0.5%(1/200片)。
[比較例2]
<將凹槽位置與散熱座的熱傳導率較低的位置加以錯開且進行離子植入的例子>
與實施例5相同地利用已使散熱座的熱傳導率降低的散熱座，使凹槽朝向由散熱座中的碳濃度局部地低了10%的位置起傾斜45度的位置，且以與實施例5相同的條件進行離子植入，再以此晶圓作為比較例2的接合晶圓(參照第8圖)。
準備與實施例5相同的基底晶圓，與實施例5相同地進行貼合及剝離熱處理。
在聚光燈下以目視觀察剝離後的貼合晶圓，並調查產生巨大斷層缺陷的晶圓片數。其結果，在比較例2中的巨大斷層缺陷產生率是27%(54/200片)。
如上所述，在剝離途中存在有凹槽的比較例1及比較例2中，巨大斷層缺陷產生率是27%以上。另一方面，在將剝離開始位置設在凹槽的位置的實施例1~5中，由於剝離途中不存在有凹槽，因此巨大斷層缺陷產生率是1%以下。
此外，以下的表1中，表示以使已貼合的晶圓的凹槽位置與剝離開始位置成為0度、10度、20度、30度、45度、90度、135度、150度、180度的方式，進行剝熱處理後的各個貼合晶圓中的巨大斷層缺陷產生率。
如表1所示，藉由將凹槽位置設在位於從剝離開始位置起0±30度或180±30度的範圍內，能降低巨大斷層缺陷的產生。
由以上記載可明瞭，若是本發明的貼合晶圓的製造方法，能在利用離子植入剝離法來進行剝離時，降低巨大斷層缺陷的產生。
此外，本發明並不限定於上述實施型態。上述實施型態僅為例示，只要實質上具有與本發明的申請專利範圍中所載的技術思想相同的構成，而能達到同樣作用效果者，都 被包含於本發明的技術範圍中。
10‧‧‧接合晶圓
11‧‧‧離子植入層
12‧‧‧氧化膜
20‧‧‧基底晶圓
30‧‧‧貼合晶圓
31‧‧‧剝離晶圓
32‧‧‧SOI層

Claims (10)

  1. 一種貼合晶圓的製造方法，其先自接合晶圓的表面離子植入氫離子、稀有氣體離子、或這些離子的的混合氣體離子，而在晶圓內部形成離子植入層，再將前述接合晶圓的已植入離子的表面與基底晶圓的表面貼合後，藉由利用熱處理爐來進行已貼合的晶圓的剝離熱處理，並以前述離子植入層為界使前述接合晶圓剝離而形成貼合晶圓，該貼合晶圓的製造方法的特徵在於：使用具有切口部之晶圓來作為前述接合晶圓和前述基底晶圓，在前述離子植入時，以下述方式設定進行前述離子植入的離子植入機和離子植入條件的任一者或兩者：在前述接合晶圓的剝離時，使已貼合的前述接合晶圓和前述基底晶圓的任一者或兩者的切口部的位置，位於從前述接合晶圓的剝離開始位置起0±30度或180±30度的範圍內。
  2. 如請求項1所述的貼合晶圓的製造方法，其中，在前述離子植入時，以下述方式將前述接合晶圓配置於前述離子植入機：使前述接合晶圓的切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置，會成為因前述進行離子植入的離子植入機和離子植入條件而導致的特定離子植入損傷，在前述接合晶圓面內相對較大的位置。
  3. 如請求項1所述的貼合晶圓的製造方法，其中，在前述離子植入時，相較於其他位置的離子植入量，增加前述接合晶 圓的切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置的離子植入量。
  4. 如請求項1所述的貼合晶圓的製造方法，其中，在前述離子植入時，將前述接合晶圓配置於散熱座上，且將前述接合晶圓的切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置，定位在離子植入時的前述散熱座的熱傳導在前述接合晶圓面內相對較低的位置。
  5. 如請求項4所述的貼合晶圓的製造方法，其中，前述散熱座的熱傳導在前述接合晶圓面內相對較低的位置，是將材質設成相較於其他部分的熱傳導率較低的材質的部分。
  6. 如請求項4所述的貼合晶圓的製造方法，其中，前述散熱座的熱傳導在接合晶圓面內相對較低的位置，是將厚度設成相較於其他部分的厚度較厚的部分。
  7. 如請求項1所述的貼合晶圓的製造方法，其中，在前述剝離熱處理時，以下述方式將前述已貼合的晶圓配置於前述熱處理爐內：使前述接合晶圓和前述基底晶圓的任一者或兩者的切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置，會成為在前述已貼合的晶圓面內相對高溫的位置。
  8. 如請求項2所述的貼合晶圓的製造方法，其中，在前述剝 離熱處理時，以下述方式將前述已貼合的晶圓配置於前述熱處理爐內：使前述接合晶圓和前述基底晶圓的任一者或兩者的切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置，會成為在前述已貼合的晶圓面內相對高溫的位置。
  9. 如請求項3所述的貼合晶圓的製造方法，其中，在前述剝離熱處理時，以下述方式將前述已貼合的晶圓配置於前述熱處理爐內：使前述接合晶圓和前述基底晶圓的任一者或兩者的切口部的位置、或切口部的位置+180度的位置，會成為在前述已貼合的晶圓面內相對高溫的位置。
  10. 如請求項1至9中任一項所述的貼合晶圓的製造方法，其中，前述切口部是凹槽。
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