TWI270940B - Method for producing bonding wafer - Google Patents

Description

1270940 A7 B7 五、發明説明（1 ) 〔技術領域〕 本發明是有關一種使用離子注入剝離法的貼合晶圓之 製造方法，特別是與注入氫離子等的矽晶圓作爲支撐基板 的其他晶圓接合後予以剝離而製造矽絕緣層晶圓之方法。 〔背景技術〕 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 最近矽絕緣層晶圓的製造方法是接合後剝離離子注入 的晶圓，而製造出矽絕緣層晶圓的方法（離子注入剝離法 :亦稱爲精靈切割法（登錄商標）的技術）重新開始受到注 目。該離子注入剝離法是在二枚矽晶圓內的至少一方，形 成氧化膜的同時，從其中一方矽晶圓（結合晶圓）的上面， 注入氫離子或稀氣離子等的氣體離子，於該晶圓內部形成 微小氣泡層（封入層）後，將注入該離子這方的面，介著氧 化膜，與另一方的矽晶圓（基晶圓）密合，然後加上熱處理 (剝離熱處理），並以微小氣泡層作爲劈開面，薄膜狀地剝 離其中一方的晶圓（結合晶圓），進一步加上熱處理（結合 熱處理），而強固地結合製成矽絕緣層晶圓的技術（參照日 本特開平5 - 211128號）。應用此方法，劈開面（剝離面）爲 良好的鏡面，也比較容易獲得矽絕緣層層的膜厚均一性高 的矽絕緣層晶圓。 但是利用離子注入剝離法製作矽絕緣層晶圓時，會在 剝離後的矽絕緣層晶圓表面，存有因離子注入的損傷層， 而表面粗度與普通製品等級的砂晶圓鏡面相比，變得比較 大。因而應用離子注入剝離法，必需除去此種損傷層、表 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 1270940 A7 B7 五、發明説明（2 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 面粗度。習知欲除去該損傷層等，於結合熱處理後的最終 工程，施行稱爲接觸式硏磨的硏磨餘量極少的鏡面硏磨（ 加工餘量：lOOnm左右）。 可是，對矽絕緣層層施行包括機械加工的要素的硏磨 時，硏磨的加工餘量不均勻的緣故，會產生藉由氫離子等 注入、剝離而達成的矽絕緣層層的膜厚均一性惡化的問題 〇 於是，日本特開平10 - 2421 54號公報，是提案一種 不硏磨以離子注入剝離法所獲得的矽絕緣層晶圓表面，在 活性氣氛（氫氣氛）進行熱處理，藉此改善面粗度的方法。 按照此種方法，即記載著能一面維持矽絕緣層層的膜厚均 一性一面改善矽絕緣層層表面的面粗度。但在利用離子注 入剝離法所獲得的矽絕緣層晶圓中，存在著因離子注入所 引起的損傷，該矽絕緣層層中的損傷，表面側很大，隨著 愈內部愈小。因而加上如上述的活性氣氛的熱處理時，損 傷的回復雖是由矽絕緣層層的內部進行到表面側，但對於 表面側損傷大的情形下，除了需要長時間的熱處理外，即 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 使施行高溫、長時間的熱處理，仍無法因情況而完全回復 〇 損傷的大小和深度，會影響氫離子等的氣體離子的注 入能量大小和投入量，故例如製造具有厚矽絕緣層層和厚 置入氧化膜的矽絕緣層晶圓的時候，需要較大注入能量的 時候，或是目的在於以低溫施行剝離熱處理，必需較大投 入量的時候，上述問題很明顯。 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 1270940 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（3 ) 進而’在含有氫氣的還原性氣氛下，進行高溫、長時 間的熱處理的話，矽絕緣層層表面的矽會被蝕刻，而膜厚 均一性劣化的同時，會於置入氧化膜產生蝕刻凹坑。這是 指在矽絕緣層層會有像是C〇P(Crystal Originated Particle)的缺陷，若缺陷到基礎的氧化膜的話，COP不會 被消滅，依然會殘留下來，或者會擴大的緣故，就會因通 過該缺陷而侵入的氫等，也會被蝕刻到置入氧化膜，在此 形成凹坑的原因。此蝕刻凹坑也會有影響其近傍的矽絕緣 層層的問題。 如以上，欲將利用離子注入剝離法所獲得的矽絕緣層 晶圓的損傷層或表面粗度，一面維持矽絕緣層層的膜厚均 一性一面除去，提案各種方法，但仍依無法滿足，希望有 適當的解決方法。 於是本申請人等提案一種如日本特開2000 - 124092 號公報，針對離子注入剝離法，將殘留在剝離後的矽絕緣 層層表面的損傷層、表面粗度，一面維持矽絕緣層層的膜 厚均一性一面加以除去，藉此製造高品質的矽絕緣層晶圓 之方法，針對剝離後的矽絕緣層表面，利用氧化性氣氛下 的熱處理，形成氧化膜後，除去該氧化膜，接著加上還原 性氣氛下的熱處理之方法。 如此一來，施行利用氧化性氣氛下的熱處理，於矽絕 緣層層形成氧化膜後，除去氧化膜的所謂犧牲氧化，藉此 能於氧化膜中，處理矽絕緣層層表面的損傷層的一部分或 全部的關係，只要除此這個，就能有效除去損傷層。而且 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ;裝· 訂 d 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6 - 1270940 A7 B7 五、發明説明（4 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 接著加上還原性氣氛下的熱處理，藉此回復殘留在矽絕緣 層層的損傷層的同時，還能改善表面粗度，已經藉由犧牲 氧化除去矽絕緣層層表面的損傷層的一部分或全部的關係 ，還原性氣氛下的熱處理的熱處理時間也會縮短時間。進 而利用此方法，不必進行包括機械加工要素的硏磨等等的 緣故，矽絕緣層層的膜厚均一性也不會劣化，就能藉由離 子注入剝離法以更高生產性製造極高品質的矽絕緣層晶圓 〇 如上所述，記載於日本特開2000 - 1 24092號公報的 技術，於離子注入剝離法中，具有能將剝離後殘留在矽絕 緣層層表面的損傷層、表面粗度，一面維持矽絕緣層層的 膜厚均一性一面加以除去的優點，但有關本技術經本發明 人等進一步再次試驗的時候，判明有以下的缺點，目前得 知量產技術並不夠充分。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1) 上述技術方面的犧牲氧化，利用離子注入直接氧化 剝離面的緣故，會有因氧化產生氧化誘導稹層缺陷（〇3尸·· Oxidation induced Stacking Fault)的情形，該〇SF 只是除 去其後的還原性氣氛的熱處理，會有不乾淨的情形。 2) 在還原性氣氛的熱處理，充分被除去的表面粗度主 要只是短周期成份（例如周期1 μιη以下），表面粗度的長周 期成份（例如周期1〜10 μ m左右）會有除去不夠充分的情 形。 3) ¾原性热热’右是在含有多量氫氣的氣氛下，施行 高溫熱處理的話，會有氫氣對貼合界面作用，且界面侵蝕 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 1270940 A7 B7 五、發明説明（5 ) 變大的情形，造成裝置製程方面的發塵原因。 〔發明之揭示〕 本發明係爲解決此種問題點的發明，能一面維持利用 離子注入剝離法所製造的貼合晶圓的薄膜的膜厚均一性一 面確實地除去表面的損傷或缺陷，令表面粗度十分平坦’ 而且目的在於提供量產技術能充分適用的貼合晶圓之製造 方法。 爲解決上述課題，本發明的貼合晶圓之製造方法乃屬 於藉由至少設有接合具有利用氣體離子的注入所形成的微 小氣泡層的結合晶圓與成爲支撐基板的基晶圓的工程；和 以前述微小氣泡層爲邊界，來剝離結合晶圓，並在基晶圓 上形成薄膜的工程的離子注入剝離法，來製造貼合晶圓的 方法，其特徵爲：於剝離前述結合晶圓後的貼合晶圓，在 非活性氣體、氫氣，或是該些混合氣體氣氛下，施行熱處 理，然後對該貼合晶圓進行熱氧化，於前述薄膜的表面形 成熱氧化膜，且除去該熱氧化膜，藉此減少前述薄膜的厚 度。 如此一來，對於剝離工程後的薄膜的剝離面，在非活 性氣體、氫氣，或是該些混合氣體氣氛下，施行熱處理， 並施行表面的平坦化處理與損傷除去後，施行氧化及氧化 膜除去的話，就能維持膜厚均一性，同時確實回避因氧化 產生〇SF。 此時，在前述非活性氣體、氫氣，或是該些混合氣體 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29?公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ,裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1270940 A7 B7_ 五、發明説明（6 ) 氣氛下，進行熱處理後，將前述薄膜的表面，用70nm以 下的加工餘量予以硏磨，然後就能施行前述熱氧化。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 如此一來，在非活性氣體、氫氣，或是該些混合氣體 氣氛下，進行熱處理後，就能稍微硏磨表面（加工餘量 70nm以下，特別是50nm以下），藉此改善表面粗度的長 周期成份。 亦即，在非活性氣體、氫氣，或是該些混合氣體氣氛 下，進行熱處理，藉此表面粗度的短周期成份，會被充分 除去，但殘存長周期成份的時候，即利用硏磨除去長周期 成份。如此一來，一旦施行熱處理，就能改善表面粗度及 表面損傷，故硏磨餘量與習知相比少很多，特別是也能減 少到一半以下，令薄膜的膜厚均一性受影響的程度留在最 小限，而確實地施行除去表面粗度的長周期成份。 而在前述非活性氣體、氫氣，或是該些混合氣體氣氛 下，進行的熱處理，最好是在氬100%氣氛或包括爆發界 限以下的氫的氬氣氛下施行。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 只要是此種氣氛下，就能一面抑制侵蝕貼合界面一面 改善表面粗度及表面損傷。 更於本發明中，結合晶圓最好是用矽單結晶晶圓。 如此一來，就能將可製作出高品質、大口徑晶圓的矽 單結晶晶圓作爲結合晶圓使用，對此注入氣體離子並予以 剝離，藉此就能以低成本製造出具有高品質的矽單結晶薄 膜的大口徑貼合晶圓。 而且藉由本發明方法所製造的貼合晶圓，是種具有膜 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 1270940 A7 ' B7 五、發明説明（7 ) 厚均一性高，同時沒有表面粗度及表面損傷的薄膜的高品 質貼合晶圓。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 例如能針對將2枚矽晶圓介著氧化膜而貼合所製造的 矽絕緣層晶圓，提供一種以ίμιη平方及ΙΟμηι平方測定矽 絕緣層層表面的表面粗度（R M S )，均爲0 · 1 5 n m以下，砍絕 緣層層的膜厚爲1.5nm以下的貼合矽絕緣層晶圓。 如以上說明，按照本發明就能針對離子注入剝離法， 將殘留在剝離的薄膜的表面的損傷層、表面粗度，一面維 持薄膜的膜厚均一性一面確實地加以除去。因而能以高生 產性製造出極局品質的貼合晶圓，量產技術極適合的貼合 晶圓之製造方法。 〔用以實施本發明的最佳形態〕 以下邊參照圖面邊說明本發明的實施形態，但本發明 並不限於此。 在此，第1圖是表示利用本發明的離子注入剝離法， 製造矽絕緣層晶圓的方法之製造工程之其中一例的流程圖 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 〇 以下以本發明貼合2枚矽晶圓的情形爲例做一說明。 首先於第1圖的離子注入剝離法中，在工程準備2 枚砂鏡面晶圓，並準備成爲配合裝置形態的支撐基板的基 晶圓1和成爲矽絕緣層層的結合晶圓2。 其次’在工程（b)，其中至少一方的晶圓，在此令結 合晶圓2進行熱氧化，於其表面形成約〇.丨〜2. 〇 μ㈤厚的 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公楚） 1270940 A7 B7 五、發明説明（8 ) 氧化膜3。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在工程（c)，針對於表面形成氧化膜的結合晶圓2的 單面，注入氫離子或稀氣離子等氣體離子，在此是注入氫 離子，就離子的平均進入深度來看，會於表面形成平行的 微小氣泡層（封入層）4。 工程（d)是指在注入氫離子的結合晶圓2的氫離子注 入面，將基晶圓1介著氧化膜重疊而密合的工程，通常是 在常溫淸淨的氣氛下，接2枚晶圓表面彼此接觸，藉此不 用接著劑等，晶圓彼此就會貼合。 其次，工程（e)是指以封入層4爲界限，來剝離結合 晶圓，藉此分離爲剝離晶圓5與矽絕緣層晶圓6(矽絕緣 層層7 +置入氧化膜3 +基晶圓1)的剝離熱處理工程，例 如非活性氣體氣氛下，以約400°C〜600°C的溫度，加上 熱處理，就能藉由封入層的結晶的再配列與氣泡的凝集， 分離爲剝離晶圓5與矽絕緣層晶圓6。而且該剝離依然會 在矽絕緣層晶圓表面的矽絕緣層層7殘留損傷層8。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 而激勵所注入的氫等離子，以電漿狀態注入，或針對 貼合面事先施行氮、氧、氫等電漿處理，令貼合表面活性 化而密合，藉此也能省略剝離熱處理。 該剝離工程後，在工程（f)施行結合熱處理工程。該 工程是利用前述工程（d)(e)的密合工程及剝離熱處理工程 所接合的晶圓彼此的結合力，依然使用在裝置工程，很弱 的關係，結合熱處理是對矽絕緣層晶圓6施行高溫的熱處 理，結合強度十分強。該熱處理是在例如非活性氣體氣氛 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 - 1270940 A7 B7 五、發明説明（9 ) 下，以1000〜1 300t，在30分至2小時的範圍施行爲佳 。目前的工程，本發明的方法也是與習知的離子注入剝離 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 法相同。 但於本發明中，省略該結合熱處理，將下一工程的非 活性氣體、氫氣，或是該些混合氣體氣氛下的熱處理，亦 可兼具結合熱處理（參照第1圖的〇。藉此，與習知除去 表面粗度或表面損傷的方法相比，能令工程簡略化。 其次，在工程（g)對結合熱處理工程（f)之後（或省略結 合熱處理的時候，剝離工程（e)之後）的矽絕緣層晶圓，在 活性氣體、氫氣，或是該些混合氣體氣氛下，使用一般的 加熱器加熱式的熱處理爐（分批爐），進行熱處理，除去矽 絕緣層表面的表面粗度的改善與損傷。熱處理溫度以 1100°C〜1 350°C最適合。不滿ll〇〇°C的話，雖然改善表面 粗度，但需要很長的時間。而利用超過135(TC的溫度， 會有因重金屬雜質受汚染，或熱處理爐的耐久性發生問題 的情況。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 而熱處理時間也是依據熱處理溫度，但1 〇分〜8小 時的範圍最適合。藉此以短時間，會有表面粗度改善不足 的情形，藉此以長時間，會令生產性下降。一方面，將上 述熱處理使用RTA(Rapid Thermal Annealing)裝置施行的 時候’熱處理溫度爲120CTC以上，熱處理時間爲1〜12〇 秒很適合。而且亦可組合利用該些分批爐的熱處理與利用 RTA裝置的熱處理。 熱處理氣氛只要是非活性氣體、氫氣，或是該些混合 -12· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210X297公釐） 1270940 A7 B7 五、發明説明（10) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 氣體氣氛即可’但氫氣比例多的話，易對如前所述的貼合 界面產生侵蝕’以及易因熱處理發生滑動移位，故氫氣含 有量最好爲25%以下。進而由安全上的觀點來看，氫氣 爲爆發界限（4% )以下的含有量更佳。非活性氣體以最便 宜汎用性高的氬氣最適合，但也可用氦等。 如此一來’利用本發明，不是直接在剝離面形成犧牲 氧化膜，是先施行工程（g)的熱處理，因此不會在薄膜發 生OSF，且膜厚均一性不會惡化，會改善表面粗度與表面 損傷。 其次，僅工程（g)的熱處理，除去矽絕緣層表面的損 傷，且不乾淨情形多的關係，利用工程（h)的熱氧化工程 ，將矽絕緣層表面的損傷，於處理氧化膜的同時，調整令 所取得的矽絕緣層層的厚度爲所希望的厚度地加以形成熱 氧化膜的厚度。如此一來，就可用熱氧化來施行矽絕緣層 層的減厚，膜厚均一性幾乎沒有惡化，就能薄膜化。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 而且，於工程（i)中，例如使用含有HF的水溶液，施 行熱氧化膜的除去，就能形成具有所肴望膜厚的矽絕緣層 層的砂絕緣層晶圓。 如此一來，就能獲得一面維持膜厚均一性一面確實地 除去表面粗度及表面損傷之具有所希望厚度的矽絕緣層層 的砂絕緣層晶圓。 再者，亦可於工程（g)之熱處理後、熱氧化工程（h)之 前，配合需要附加加工餘量7〇nm以下，特別是50nm以 下的硏磨工程（參照第1圖的g)。加上該硏磨工程，藉 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐^ -13- 1270940 A7 __B7 _ 五、發明説明（H) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 此在工程（g)的熱處理進行除去，且確實地除去不乾淨的 表面粗度的長周期成份。而硏磨餘量限於70nm以下，特 別是50nm以下的緣故，若與習知的硏磨餘量（i00nm左右 ，或100nm以上）相比的話很少，例如也可爲一半以下， 就非常能抑制矽絕緣層層的膜厚均一性下降。 以下舉例具體地說明本發明的實施例及比較例，但本 發明並不限於此。 (實施例1〜4及比較例1〜3) 在利用柴可拉斯基法所製作的結晶方位（1 〇 〇 )，將導 電型爲P型，而電阻率爲20G Cm的矽單結晶晶錠加以 切片，對晶錠進行加工，藉此製作直徑200mm的矽鏡面 晶圓。將θ亥些分爲結合晶圓和基晶圓’按照第1圖（a)〜（i) 所示的工程’利用本發明的離子注入剝離法，製造矽絕緣 層晶圓。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 首先按照第1圖的（a)〜（e)，剝離結合晶圓2，取得 矽絕緣層晶圓6。此時，置入氧化膜3的厚度爲400nm， 其他離子的注入等主要條件乃如下所述。 1) 離子注入條件：H+離子、注入能量90keV、注入線 量 6.5x 1016/c m2 2) 剝離熱處理條件：N2氣氣氛下、500°C、30分，按 此取得具有厚度437nm的矽絕緣層層7的矽絕緣層晶圓6 ’但將照舊剝離第1圖（e)的矽絕緣層晶圓6表面（剝離面） 的表面粗度，利用原子間力顯微鏡法，以1 μιη平方測定 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） ~ΛΛ · 1270940 A7 ____B7_ 五、發明説明（12) 時，在RMS値（平方平均平方根粗度）平均爲6.7nm。此値 爲普通鏡面硏磨的矽單結晶晶圓表面粗度1 0倍以上的値 ，得知照舊剝離的矽絕緣層層的表面，局部性的面粗（短 周期成份）大。而成爲長周期成份目標的ΙΟμιη平方的 RMS値也平均變大爲5.5nm。 採用該些剝離工程（e)之後的矽絕緣層晶圓，並將其 後的工程，按表1及表2所示的各種處理流程，對矽絕緣 層晶圓進行加工，測定按此所取得的各個貼合晶圓的矽絕 緣層層的表面粗度（RMS)、膜厚均一性（平均値t、標準偏 差σ)、缺陷密度。各處理條件及測定條件標示於表3。 表1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 實施例1 實施例2 比較例1 比較例2 處 無結合熱處理 結合熱處理 無結合熱處理 結合熱處理 理 i 1 流 Ar退火 Αι*退火 Ar退火 犧牲氧化 程 犧牲氧化 40nm硏磨 氧化膜除去 1 1 1 氧化膜除去 犧牲氧化 I Ar退火 Ψ 氧化膜除去 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 1270940 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（13) 表2 實施例3 實施例4 比較例3 處 結合熱處理 結合熱處理 結合熱處理 理 I 1 流 Ar退火 Ar退火 lOOnm硏磨 程 1 犧牲氧化 7 00nm硏磨 1 氧化膜除去 犧牲氧化 氧化膜除去 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -16- 1270940 A7 B7 i、發明説明（14)見3 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 處 (結合熱處理） 埋 1100°C、120 分（N2IOO% 氣氛） 條 (Ar退火） 件 120(TC、60 分（A rlOO% 氣氛） 及 (犧牲氧化） 測 定 氧化膜厚： 條 950°C熱原氧化、 件 590nm(實施例1)、500nm(實施例2)、 465nm(實施例3)、435nm(實施例4)、 590nm(比較例2) (氧化膜除去） 利用5 %氟酸的蝕刻 (表面粗度測定） Veeco公司製AFM、Ιμιη平方及ΙΟμηι 平方的RMS測定 (膜厚分佈測定） ADE公司製A cu Ma p2、面內1 765點 測定 (缺陷測定） 矽絕緣層層厚成爲30n m爲止稀釋閉聯蝕刻-> 氟酸蝕刻—光學鞍微鏡觀察 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 17 - 1270940 A7 B7 五、發明説明（15) 在此簡單地說明矽絕緣層層的缺陷測定方法。 如本發明的薄膜砂絕緣層的情形下，利用通常砂晶圓 選擇蝕刻所用的閉聯蝕刻液（重鉻酸、氟酸和水的混合液） ’蝕刻速率太快，以短時間鈾刻除去矽絕緣層層的緣故， 不適合缺陷評估。 於是，採用以純水稀釋閉聯蝕刻液，使蝕刻速率降低 的稀釋閉聯鈾刻，對矽絕緣層層施行蝕刻到所定的厚度爲 止。藉此矽絕緣層層中的缺陷部分會成爲貫穿矽絕緣層層 的微小凹坑。該微小凹坑依然很難觀察，故浸泡在氟酸中 ’藉此穿過微小凹坑，來蝕刻置入氧化膜，使缺陷部分明 顯化，就很容易從薄膜矽絕緣層層的表面利用光學顯微鏡 進行觀察。 本實施例及比較例中，將市售的普通閉聯蝕刻液稀釋 2倍使用，矽絕緣層層剩下的厚約爲30nm時，即終止稀 釋閉聯蝕刻。然後，於25重量％的氟酸中，浸泡90秒， 將形成在置入氧化膜的凹坑，利用倍率1 〇〇倍的光學顯微 鏡進行觀察，測定缺陷密度。 將測定結果記載在表4、表5。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1270940 A7 B7 五、發明説明（16) 表4 RMS(nm) 膜厚分佈（n m) 缺陷密度 (個 /cm2) 1 μιη 平 方 1 Ομιη 平 方 平均値t σ 實施例1 0.08 0.29 171.5 0.2 lx 102 實施例2 0.06 0.16 172.4 1.0 lx 102 比較例1 0.10 0.28 437.0 0.2 5x 10s 比較例2 0.11 0.30 171.5 0 2 2x 104 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表5 RMS (nm) 膜厚分佈（nm) 缺陷密度 (個 /cm2) ΐμπι平方 ΙΟμιη 平 方 平均値t σ 實施例3 0.08 0.15 172.5 1.4 lx 102 實施例4 0.09 0.14 171.5 1.5 lx 102 比較例3 0.10 0.13 437.0 2.0 5x 105 由表4及表5的結果得知，實施例1至實施例4所示 的本發明之製造方法是最適合對欲充分除去因離子注入引 起的表面粗度及表面的損傷，而形成缺陷少的矽絕緣層層 。而實施例1的剝離面完全不施行硏磨除去的緣故，膜厚 均一性也極爲優異。有關表面粗度的長周期成份，與施行 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -19 - 1270940 A7 B7 五、發明説明（17) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 7 0nm以下硏磨的實施例2〜4相比，雖然稍低，但與剝離 之後相比，可獲得1倍以上的改善。而於實施例2〜4中 ，因受硏磨影響的緣故，膜厚均一性略低，但σ依然能 維持1.0〜1.5nm的高水準。而有關表面粗度，無論短周 期成份、長周期成份都獲得極高品質。 一方面，如比較例1，得知光是A I·退火，缺陷密度 明顯昇高，表面損傷不能完全除去。而如比較例2般，於 Ar退火前施行犧牲氧化，藉此獲得缺陷減低效果，但因 在氧化工程產生OSF，與實施例1〜4相比，缺陷密度高 。而如比較例3，光是硏磨缺陷密度就明顯提高外， lOOiim也硏磨，故膜厚均一性差。 因而，得知按照本發明就能製作例如以1 μιη平方及 10μιη平方測定矽絕緣層層表面的表面粗度（RMS)均爲 〇.15nm以下，矽絕緣層層的膜厚σ爲l.5nm以下，而且 缺陷密度不滿103個/cm2的貼合矽絕緣層晶圓。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 更在上述實施例中，採用改善表面粗度的熱處理氣氛 爲A rlOO %氣氛，但取代該氣氛用包含氫氣3%的氬氣氛 而實施時，會得到略與上述同樣的結果。而且在上述實施 例1〜4方面的A 1*100%氣氛、以及包含取代該氣氛的氫 氣3%的氬氣氛的熱處理，會如氫1〇〇%氣氛的熱處理地 觀察到以利用含多量氫的氣氛的熱處理所看見的貼合界面 的侵触。 再者，本發明並不限於上述實施形態。上述實施形態 爲例示’具有實質上與本發明申請專利範圍所記載的技術 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 1270940 A7 B7 五、發明説明（18) 思想相同的構成，且達到同樣的作用效果，均屬本發明的 技術範圍。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 例如上述是貼合2枚矽晶圓製造矽絕緣層晶圓時爲中 心所做的說明，但本發明不限於此狀況，於矽晶圓進行離 子注入後與絶緣性晶圓結合，且剝離矽晶圓製造矽絕緣層 晶圓的情形，或進行離子注入的晶圓是用Ga As等化合物 半導體晶圓的情形當然也適用。 而本發明的貼合晶圓之製造工程亦不限於第1圖所示 者，該工程中附加洗淨、熱處理等其他工程，或配合目的 適當予以省略等。 〔圖面的簡單說明〕 第1圖（a)〜（i)是表示利用本發明的離子注入剝離法 ，製造矽絕緣層晶圓的製造工程的其中一例的流程圖。 〔符號說明〕 1 : 基晶圓 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 : 結合晶圓 3 _· 氧化膜 4 · 封入層 5 : 剝離晶圓 6 : 砂絕緣層晶圓 7 : 砂絕緣層層 B * 損傷層 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. Α8 Β8 C8 D8 17ΰ94α^ ^年7_修(象)正本 六、申請專利範圍1 第9 1 1 1 5723號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 民國94年1 2月21日修正 1. 一種貼合晶圓之製造方法，乃屬於藉由具有接合具 有利用氣體離子的注入所形成的微小氣泡層的結合晶圓與 成爲支撐基板的基晶圓的工程、和以前述微小氣泡層爲邊 界而剝離結合晶圓，並於基晶圓上形成薄膜的工程的離子 注入剝離法而製造貼合晶圓之方法中，其特徵爲：於剝離 前述結合晶圓後的貼合晶圓，在非活性氣體、氫氣，或是 該些的混合氣體氣氛下施行熱處理，然後對該貼合晶圓施 行熱氧化，於前述薄膜表面形成熱氧化膜，且除去該熱氧 化膜，藉此減少前述薄膜厚度。 2. 如申請專利範圍第1項所述之貼合晶圓之製造方法 ，其中，在前述非活性氣體、氫氣、或是該些的混合氣體 氣氛下施行熱處理後，將前述薄膜表面以7 0 n m以下的加 工餘量進行硏磨’然後施行前述熱氧化。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3. 如申請專利範圍第1項所述之貼合晶圓之製造方法 ，其中，將在前述非活性氣體、氫氣、或是該些的混合氣 體氣氛下的熱處理’於氬100%氣氛或是包含釋發界限以 下的氫的鎮氣氛下進行的。 4 申請專利範圍第2項所述之貼合晶圓之製造方法 ，其中，將在前述非活性氣體、氫氣、或是該些·的混合氣 ||氣^胃下的熱處理，於氬100%氣氛或是包含爆發界限以 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） 〜—〜 1270940 A8 B8 C8 ___ D8 六、申請專利範圍 2 下的氫的Μ氣氛下進行。 5 ·如申請專利範圍第1項所述之貼合晶圓之製造方法 ’其中’前述結合晶圓是採用矽單結晶晶圓。 6·如申請專利範圍第2項所述之貼合晶圓之製造方法 ’其中’前述結合晶圓是採用矽單結晶晶圓。 7 ·如申請專利範圍第3項所述之貼合晶圓之製造方法 ’其中’前述結合晶圓是採用矽單結晶晶圓。 8 ·如申請專利範圍第4項所述之貼合晶圓之製造方法 ’其中’前述結合晶圓是採用矽單結晶晶圓。 9. 一種貼合矽絕緣層晶圓，乃屬於藉著氧化膜來貼合 2枚砂晶圓所製造的矽絕緣層晶圓中，其特徵爲：以丨 平方及ΙΟμιη平方測定矽絕緣層層表面的表面粗糙度（rms) 均爲0.15nm以下，矽絕緣層層的膜厚σ爲1.5nm以下， 缺陷密度爲不足103個/cm2。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) _裝· 、1T 經齊部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）