JP2005079394A

JP2005079394A - ダミーウェーハ

Info

Publication number: JP2005079394A
Application number: JP2003309161A
Authority: JP
Inventors: Hideki Nishihata; 秀樹西畑; Nobuyuki Morimoto; 信之森本
Original assignee: Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2003-09-01
Filing date: 2003-09-01
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】スマートカット法によるＳＯＩウェーハ製造におけるダミーウェーハからの発塵を抑制でき且つ使用可能回数を多くできるダミーウェーハを提供することを目的とする。
【解決手段】スマートカット法によるＳＯＩウェーハ製造におけるダミーウェーハからの発塵を抑制でき且つ使用可能回数を多くできる様にダミーウェーハ10に、シリコン表面まで注入するイオンが到達しないよう様、その厚さがイオン注入時の注入ピーク深さよりも厚い薄膜層2をウェーハ1表面に形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、イオン注入したウェーハを結合後に剥離してＳＯＩ（ Silicon on insulator ）ウェーハを製造する、いわゆるスマートカット法において使用するダミーウェーハに関するものである。

従来、ＳＯＩ構造のウェーハの作製方法としては、酸素イオンをシリコン単結晶に高濃度で打ち込んだ後に、高温で熱処理を行い酸化膜を形成するＳＩＭＯＸ（ Separation by implanted oxygen ）法によるものと、２枚のシリコンウェーハを酸化膜を介し接着剤を用いることなく結合し、片方のウェーハを薄膜化する貼り合わせ法がある。

一方、最近、ＳＯＩウェーハの製造方法として、イオン注入したウェーハをベースウェーハに結合した後に剥離してＳＯＩウェーハを製造する方法、いわゆるスマートカット法が新たに注目されている。この方法は、２枚のシリコンウェーハのうち、少なくとも一方に酸化膜を形成すると共に、一方のシリコンウェーハの上面から水素イオンまたは希ガスイオンのうち少なくとも一つを注入し、該ウェーハ内部に微小気泡層（封入層）を形成させた後、該イオンを注入した方の面を酸化膜を介して他のシリコンウェーハと密着させ、その後熱処理（剥離熱処理）を施して微小気泡層を劈開面としてイオンを注入したウェーハを薄膜状に剥離し、さらに熱処理（結合熱処理）を加えて強固に結合してＳＯＩウェーハとする技術である。この方法だと劈開面は良好な鏡面であり、ＳＯＩ層膜厚の均一性も高いＳＯＩウェーハが容易に得られる。（例えば、特許文献１）。
特開平０５−２１１１２８号公報

このようなスマートカット法にてＳＯＩウェーハを作製する場合、イオン注入装置においては、１バッチあたりのチャージ枚数が決まっており、それ以外の枚数での処理は、高速回転時のバランス問題から不可能である。このことから端数のウェーハ処理が必要になった場合、及び装置のコンディショニング、条件出しを行う際には、ダミーウェーハの使用が必要となる。しかしながら、ダミーウェーハは繰り返し使用して特定のドーズ量に達すると発塵が多くなったり、時には自己剥離を起こす。通常、同一のダミーウェーハではその最大注入量から使用回数を制限し、発塵を抑制したり、自己剥離を防止しているが、この方法では、ダミーウェーハの使用可能回数が少なくなり、コストが高くなる。また、もしもダミーウェーハが注入中に自己剥離を起こしてしまうと、真空チャンバ内にパーティクルが飛散し、真空チャンバ内が汚染されてしまい、この汚染された真空チャンバ内のパーティクルレベルを元の状態に戻すには、かなりの手間と時間を要するという問題があった。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、スマートカット法によるＳＯＩウェーハ製造におけるダミーウェーハからの発塵を抑制でき且つ使用可能回数を多くできるダミーウェーハを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の請求項１に記載した発明は、スマートカット法によってＳＯＩウェーハを製造する際に使用するダミーウェーハにおいて、シリコン表面まで注入するイオンが到達しないよう様、その厚さがイオン注入時の注入ピーク深さよりも厚い薄膜層をウェーハ表面に形成したことを特徴とし、イオン注入時に、イオンがシリコンウェーハ表面まで到達しないように表面処理を行ったダミーウェーハである。

また、本発明の請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の薄膜層が、酸化膜、ポリシリコン膜または非晶質シリコン膜であるダミーウェーハである。

以下の表１は、ダミーウェーハの使用回数とパーティクル数の関係である。（単位：個）

表１より、比較例がダミーウェーハの使用可能回数が２回であるが、実施例では実施例１、実施例２、実施例３共に８回まで使用可能となった。

ここで、図２はイオン注入剥離法でＳＯＩウェーハを製造する方法の製造工程の一例を示すフロー図である。

まず、図２のイオン剥離法において、工程（ａ）では、２枚の鏡面シリコンウェーハを準備するものであり、基台となるベースウェーハ３とＳＯＩ層となるボンドウェーハ４を準備する。このとき、２枚の鏡面シリコンウェーハはデバイスの仕様に合ったものを準備する。

次に工程（ｂ）では、そのうちの少なくとも一方のウェーハ、ここではボンドウェーハ４を熱酸化し、その表面に約０．１μｍ〜２．０μｍ厚の熱酸化膜を形成する。

工程（ｃ）では、表面では、表面に酸化膜を形成したボンドウェーハ４の片面に対して水素イオンまたは希ガスイオンのうち少なくとも一つを、ここでは水素イオンを注入し、イオン平均進入深さにおいて表面に平行な微小気泡層（封入層）６を形成させる。この温度は、２５〜４５０℃が望ましい。

工程（ｄ）は、水素イオン注入したボンドウェーハ４の水素イオン注入面に、ベースウェーハ３を酸化膜を介して重ね合わせて密着させる工程であり、常温の清浄な雰囲気下で２枚のウェーハの表面同士を接触させることにより、接着剤等を用いることなくウェーハ同士を接着させる。

次に、工程（ｅ）は、封入層６を境界として剥離することにより、剥離ウェーハ７とＳＯＩウェーハ８（ＳＯＩ層９＋埋め込み酸化膜５＋ベースウェーハ３）に分離する剥離熱処理工程で、例えば不活性ガス雰囲気下約５００℃以上の温度で熱処理すれば、結晶の再配列と気泡の凝集とによって剥離ウェーハ７とＳＯＩウェーハ８に分離する。

工程（ｆ）では、前記工程（ｄ）、（ｅ）の密着工程および剥離熱処理で密着させたウェーハ同士の結合力では、そのままデバイス工程で使用するには弱いので、結合熱処理としてＳＯＩウェーハ８に高温の熱処理を施し結合強度を十分なものとする。この熱処理は、例えば不活性ガス雰囲気下、１０５０℃〜１２００℃で３０分から２時間の範囲で行うことが望ましい。

以上の工程を経て結晶品質が高く、膜厚均一性の高いＳＯＩ層９を有する高品質のＳＯＩウェーハ８を製造することができる（工程（ｈ））。

以下、発明を実施するための最良の形態について具体的に説明する。一般に、スマートカット法によるイオン注入で使用されるダミーウェーハは、真空チャンバ内に載置される被処理シリコンウェーハと同等のものを使用する。また、真空チャンバ内に載置される本発明に係わるダミーウェーハの枚数及び載置位置は、各処理条件に応じて適宜選択される。実施例では、実施例すべてに対し、薄膜層を形成する前のシリコンウェーハに、ＣＺ法によりシリコン単結晶棒を成長し、この単結晶棒をスライス、エッチング、研磨等を行って加工した、結晶方位＜１００＞、伝導型がＰ型で、抵抗率が１０Ω・ｃｍ、直径２００ｍｍのシリコンウェーハを使用した。また、このシリコンウェーハを比較例の通常ダミーウェーハ及びモニタウェーハとして、使用した。

前記シリコンウェーハ１に薄膜層２（ここでは、厚さ７０００Åの酸化膜）を形成し、ダミーウェーハ１０を作製した。この酸化膜付ダミーウェーハ１０（１６枚）とモニタウェーハ（１枚）を真空チャンバ内に載置し、注入エネルギー５０ｋｅＶ、ドーズ量５．０Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の水素イオン注入を繰り返し実施した。そして、モニタウェーハのパーティクルをパーティクルカウンターにて数えた。

前記シリコンウェーハ１に薄膜層２（ここでは、厚さ７０００Åのポリシリコン膜）を形成し、ダミーウェーハ１０を作製した。このポリシリコン膜付ダミーウェーハ１０（１６枚）とモニタウェーハ（１枚）を真空チャンバ内に載置し、注入エネルギー５０ｋｅＶ、ドーズ量５．０Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の水素イオン注入を繰り返し実施した。そして、実施例１と同じくモニタウェーハのパーティクルをパーティクルカウンターにて数えた。

前記シリコンウェーハ１に薄膜層２（ここでは、厚さ７０００Åのアモルファスシリコン膜）を形成し、ダミーウェーハ１０を作製した。このアモルファスシリコン膜付ダミーウェーハ１０（１６枚）とモニタウェーハ（１枚）を真空チャンバ内に載置し、注入エネルギー５０ｋｅＶ、ドーズ量５．０Ｅ１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の水素イオン注入を繰り返し実施した。そして、実施例１と同じくモニタウェーハのパーティクルをパーティクルカウンターにて数えた。

本発明の一実施形態を示す断面図である。スマートカット法によるＳＯＩウェーハの製造工程の一例である。

符号の説明

１シリコンウェーハ
２薄膜層
３ベースウェーハ
４ボンドウェーハ
５酸化膜
６イオン注入微小気泡層（封入層）
７剥離ウェーハ
８ＳＯＩウェーハ
９ＳＯＩ層
１０ダミーウェーハ

Claims

シリコンウェーハに水素イオン又は不活性ガスの少なくとも一つをイオン注入する際に使用するダミーウェーハにおいて、シリコン表面まで注入するイオンが到達しないよう様、その厚さがイオン注入時の注入ピーク深さよりも厚い薄膜層をウェーハ表面に形成したことを特徴とするダミーウェーハ。
前記薄膜層が、酸化膜、ポリシリコン膜または非晶質シリコン膜であることを特徴とする請求項１に記載のダミーウェーハ。