JP2008262992A - 貼り合わせウエーハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】イオン注入剥離法によって貼り合わせウエーハを製造する方法において、ボンドウエーハを剥離した後の貼り合わせウエーハの薄膜の表面に、保護膜を形成する第一工程を行ってから、非酸化性ガス雰囲気下で熱処理する第二工程を行い、次に、酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行って前記貼り合わせウエーハの表層に熱酸化膜を形成した後、該熱酸化膜および前記保護膜を除去する第三工程を行い、その後、再度非酸化性ガス雰囲気下で熱処理する第四工程を行うことを特徴とする貼り合わせウエーハの製造方法。
【選択図】図1
Description
そして、第一工程で保護膜を形成した後、非酸化性ガス雰囲気下で熱処理する第二工程を行い、次に、酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行って前記貼り合わせウエーハの表層に熱酸化膜を形成した後、該熱酸化膜および前記保護膜を除去する第三工程を行い、その後、再度非酸化性ガス雰囲気下で熱処理する第四工程を行うことにより、従来の貼り合わせウエーハの製造方法では多発してしまう凹状欠陥の発生を著しく抑制することができる。この結果、デバイス特性の向上、安定化を図ることができ、歩留りを向上させることが可能である。
このように、第一工程で保護膜として熱酸化膜を形成するのであれば、容易に緻密な保護膜を形成することが可能である。
このように、第一工程で保護膜として形成する熱酸化膜を、RTA(Rapid Thermal Annealing)により形成すれば、短時間で良質の熱酸化膜を形成することが可能である。
本発明では、第一工程で剥離後の貼り合わせウエーハの薄膜の表面に保護膜を形成してから、非酸化性ガス雰囲気下で熱処理する第二工程を行うので、該第二工程での熱処理温度が1200℃未満であっても、薄膜の表面に面荒れが発生するのを効果的に防止することができる。これにより、より一層の不純物汚染の抑制を図ることができる。
このように、第四工程後に、さらに、酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行って薄膜の表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去する第五工程を行えば、薄膜の厚さを所望の厚さに容易に調整することができる。
このように、第二工程および/または第四工程、特には第二工程での熱処理において、非酸化性ガス雰囲気をAr100%とすれば、酸素が混入されていないため、熱処理雰囲気が酸化性になるのをより確実に防ぎ、凹状欠陥が発生するのを一層効果的に防止することができる。
上述したように、従来のイオン注入剥離法を用いて作製された貼り合わせウエーハの薄膜(例えば貼り合わせSOIウエーハのSOI膜等)について本発明者らが調査を行ったところ、その表面をAFM測定すると凹状欠陥が発生していることが判った。この凹状欠陥はデバイスの特性に悪影響を与えてしまう。
イオン注入剥離法を用いて作製した貼り合わせウエーハに関し、剥離後の処理と凹状欠陥の関係について調査を行った。
ここでは、貼り合わせSOIウエーハの場合を例に挙げる。まず、以下のように、従来と同様にしてイオン注入剥離法によってSOIウエーハを製造する。すなわち、図2に示すような手順でSOIウエーハを製造する。
図2のイオン注入剥離法において、手順(a)では、2枚のシリコン鏡面ウエーハを準備するものであり、デバイスの仕様に合った支持基板となるベースウエーハ1とSOI膜となるボンドウエーハ2を準備する。
ここでは、0.4μmの厚さとした。
ここでのイオン注入条件は、注入したイオンはH+イオンであり、注入エネルギーは50keV、注入線量は5.0×1016/cm2とした。
この実験においても、通常通り、常温においてウエーハ同士を接着させた。
なお、この実験においては、剥離熱処理は、N2ガス雰囲気下で、500℃、2時間の熱処理とした。
実験1:非酸化性ガス雰囲気下での熱処理(Ar100%、1200℃、1hr)
実験2:犠牲酸化処理(パイロジェニック雰囲気下、900℃、1hrの熱処理後、15%のHFにより、ウエーハ表面(SOI膜表面)に形成された熱酸化膜を除去)してから、非酸化性ガス雰囲気下での熱処理(Ar100%、1200℃、1hr)
実験3:犠牲酸化処理(パイロジェニック雰囲気下、900℃、2hrの熱処理後、15%のHFにより、ウエーハ表面(SOI膜表面)に形成された熱酸化膜を除去)してから、非酸化性ガス雰囲気下での熱処理(Ar100%、1200℃、1hr)
実験4:ケミカルエッチング(SC−1液(NH4OH/H2O2/H2Oの混合液)に、76℃、140分浸漬)を行ってから、非酸化性ガス雰囲気下での熱処理(Ar100%、1200℃、1hr)
の各処理を行い、犠牲酸化処理(パイロジェニック雰囲気下、950℃、3hrの熱処理後、15%のHFにより、熱酸化膜を除去)を追加した後、SOI膜表面をAFM測定し、凹状欠陥を調査した。
このように、この凹状欠陥は、最初に非酸化性ガス雰囲気下での熱処理を行った場合に顕著に観察されることから、発生原因は非酸化性ガス雰囲気でのエッチング作用により起こると考えられる(実験1)。また、最初に犠牲酸化を行うと、最初に非酸化性ガス雰囲気下での熱処理を行った場合よりも凹状欠陥は低密度に発生することが分かる(実験1と実験2、3)。さらには、凹状欠陥の密度は剥離後の犠牲酸化膜厚に依存していることも分かる(実験2、3)、ただし、一方で、犠牲酸化膜を厚くしていくのみでは凹状欠陥の抑制には限界が有ることが分かった。
図1に本発明の貼り合わせウエーハの製造方法の工程の流れの一例を示す。なお、イオン注入剥離法を用いて作製した剥離後のSOIウエーハを準備するにあたっては、実験1−4、図2に示したのと同様の手順により準備することができる。
表面に薄膜状のSOI膜を有するSOIウエーハに対し、本発明では、まず、SOI膜の表面に保護膜を形成する。
このように、後の工程で行う熱処理に備えて予め保護膜を形成しておくことで、その熱処理のためにSOI膜の表面の面粗さが悪化するのを効果的に防止することができる。
また、この保護膜により、熱処理時に、熱処理炉等からの重金属がSOI膜に進入し、金属汚染が発生することを防ぐことができる。
また、熱酸化に限定されず、CVD法等により形成することもできる。
上記のようにして保護膜をSOI膜の表面に形成した後、非酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行う。
このように、非酸化性ガス雰囲気下での熱処理をSOIウエーハに施すことにより、SOI膜中において、先のイオン注入によって生じ、残留しているダメージを回復させることができる。また、一方で非酸化性雰囲気下での熱処理温度が1200℃以上の場合、ダメージ部のエッチングによって凹状欠陥も発生するが、この凹状欠陥は、後述するように第四工程の非酸化性ガス雰囲気下での熱処理で、マイグレーションによって消滅するものと考えられる。
当然、1200℃以上とすることも可能ではあるが、1200℃未満のように、より低温で熱処理することによって、熱処理炉からの重金属汚染も発生しにくく、より簡単かつ低コストで済ますことができる。
また、熱処理温度の下限としては、ダメージ回復を効率的に行うため、例えば1000℃以上にするのが良い。
次に、犠牲酸化処理を行う。すなわち、まず、酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行い、SOIウエーハの表層に熱酸化膜を形成した後、該熱酸化膜をHF水溶液等により除去する。このとき、第一工程で保護膜として形成した熱酸化膜も除去される。
上述したように、この犠牲酸化処理によって、残留するダメージ領域を除去することが可能であるが、そもそも酸化性ガス雰囲気下での熱処理では、イオン注入によるダメージ部に生じた欠陥を成長させる効果もあるため、この第三工程を行った後に、第四工程である非酸化性ガス雰囲気下での熱処理を行うと、第三工程で成長した欠陥やそれに伴う歪みが第四工程でエッチングされ、凹状欠陥が発生してしまう。
また、第二工程の非酸化性ガス雰囲気下の熱処理と、第三工程の犠牲酸化処理における酸化性ガス雰囲気下の熱処理は連続的に行うことも可能である。
さらに、第一工程から第三工程の熱処理を同一のヒータ加熱方式の熱処理炉(バッチ炉)を用いて連続的に行うことも可能である。
第三工程の後、再度非酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行う。
上述したように、第三工程までの工程により、ダメージ部に生じ、成長するはずの欠陥数は極めて減少しており、成長した欠陥、それに伴う歪みの数も当然減少しているため、第四工程で、これらに起因する局部的なエッチングの発生数は極めて抑制される。
また、第二工程で発生した凹状欠陥は、この第四工程でマイグレーションが発生するため消滅させることができる。
1%でも酸素を混ぜると酸化性の雰囲気になってしまい、凹状欠陥の発生の抑制効果を得ることができなくなるため、これらの工程(特に第二工程)では、例えばAr100%とするのが望ましい。
上記のような第一工程〜第四工程を行った後、第五工程として、必要に応じて、例えばさらに犠牲酸化処理を行うことによって、SOI膜の厚さが所望の厚さとなるように調整することができる。
この犠牲酸化処理自体は、従来と同様の方法とすることができる。この方法については、上記第三工程においても述べた通りである。
(実施例1−5)
本発明の貼り合わせSOIウエーハの製造方法を用い、SOIウエーハを製造する。
チョクラルスキー法により作製された結晶方位〈100〉で、導電型がp型で、抵抗率が10Ω・cmのシリコン単結晶インゴットをスライスして、これを加工することによって直径300mmのシリコン鏡面ウエーハを作製した。これらをボンドウエーハとベースウエーハに分け、図2の各手順にしたがって、表面に薄膜状のSOI膜を有するSOIウエーハをサンプルとして得た。
実施例1:熱処理温度 1000℃、熱処理時間 1hr
実施例2:熱処理温度 1050℃、熱処理時間 1hr
実施例3:熱処理温度 1100℃、熱処理時間 1hr
実施例4:熱処理温度 1200℃、熱処理時間 1hr
実施例5:熱処理温度 1200℃、熱処理時間 4hr
そして、第五工程として、パイロジェニック雰囲気下、950℃、3hrの熱処理を行った後、15%のHF水溶液によってウエーハ表層に形成された熱酸化膜を除去し、SOI膜が所望の厚さになるように調整した。
各実施例と同様にして、図2にしたがい、剥離後のSOIウエーハのサンプルを得た。
このサンプルに対し、各実施例と同様にして第一工程を行い、保護膜である熱酸化膜を形成した。
次に、Ar100%の非酸化性ガス雰囲気下の熱処理を第二工程として行った各実施例とは異なり、Ar/O2の割合が99/1の酸化性ガス雰囲気下の熱処理(1100℃、1hr)を行った。
この後、各実施例と同様にして、第三工程〜第五工程を行い、所望のSOI膜厚を有するSOIウエーハを得た。
本発明を実施した各実施例では、第一工程後の第二工程における熱処理は、Ar100%雰囲気であり、非酸化性ガス雰囲気であるため、SOI膜におけるイオン注入によるダメージを回復することができ、ダメージ部で生じる欠陥数が減少し、第三工程で成長する欠陥数が少なくなり、第四工程で局部的にエッチングされることになる成長した欠陥やそれによる歪みも少なくなる。この結果、最終的に、凹状欠陥の発生数を著しく抑制することができる。
各実施例と同様にして、図2にしたがい、剥離後のSOIウエーハのサンプルを得た。
このサンプルに対し、保護膜として熱酸化膜を形成した各実施例とは異なり、保護膜を形成せずに、次の工程を行った。
以降の工程は、各実施例と同様にして、第二工程〜第五工程を行い(第二工程は実施例3と同様の熱処理)、所望のSOI膜厚を有するSOIウエーハを得た。
一方、保護膜を予め形成し、本発明を実施した実施例1では、第二工程での熱処理温度が、比較例1と同様に1200℃未満ではあるが、面粗さは0.28nmで優れたものとなっている。しかも、保護膜の有無は、熱処理における汚染の危険の有無に直結する。
4…微小気泡層(封入層)、 5…剥離ウエーハ、 6…SOIウエーハ、
7…SOI膜、 8…ダメージ層。
Claims (6)
- 少なくとも、ガスイオンの注入により形成された微小気泡層を有するボンドウエーハと支持基板となるベースウエーハとを接合し、前記微小気泡層を境界としてボンドウエーハを剥離してベースウエーハ上に薄膜を形成するイオン注入剥離法によって貼り合わせウエーハを製造する方法において、
前記ボンドウエーハを剥離した後の貼り合わせウエーハの薄膜の表面に、保護膜を形成する第一工程を行ってから、非酸化性ガス雰囲気下で熱処理する第二工程を行い、次に、酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行って前記貼り合わせウエーハの表層に熱酸化膜を形成した後、該熱酸化膜および前記保護膜を除去する第三工程を行い、その後、再度非酸化性ガス雰囲気下で熱処理する第四工程を行うことを特徴とする貼り合わせウエーハの製造方法。 - 前記第一工程で保護膜として熱酸化膜を形成することを特徴とする請求項1に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
- 前記第一工程で保護膜として形成する熱酸化膜を、RTAにより形成することを特徴とする請求項2に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
- 前記第二工程での熱処理において、熱処理温度を1200℃未満とすることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
- 前記第四工程後に、さらに、酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行って前記薄膜の表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去する第五工程を行うことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
- 前記第二工程および/または前記第四工程での熱処理において、前記非酸化性ガス雰囲気をAr100%とすることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
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