贴合式SOI晶圆的制造方法与流程

本发明涉及贴合式soi晶圆的制造方法。

背景技术：

作为半导体组件用的晶圆的一种，有于为绝缘膜的埋制氧化膜上形成硅层(以下有称为soi层的情况)的soi(silicononinsulator)晶圆。此soi晶圆，由于成为装置制作区域的基板表层部的soi层为通过埋制绝缘层(埋制氧化膜层(box层))而与基板内部电气地分离的缘故，而有寄生电容小、耐放射性能力高等的特征。因此，被期待有高速且低耗电动作、软件错误防止等的效果，而在作为高性能半导体组件用的基板为前途看好。

具有所谓的基底晶圆、box层、soi层的soi晶圆，一般而言以贴合法制造者为多。此贴合法为例如于二片的单晶硅晶圆的其中至少一者的表面形成硅氧化膜之后，透过此形成的氧化膜而使二片的晶圆密接，并通过实施结合热处理而提高结合力，之后镜面研磨其中一片的晶圆(形成soi层的晶圆(以下，接合晶圆))，或通过所谓的离子注入剥离法而薄膜化，进而制造soi晶圆的方法。

以如此的贴合法制造soi晶圆的情况，为了使装置自所制作的soi层为远离于贴合交界面的目的，因此多有在接合晶圆之侧形成氧化膜。

另一方面，近年来，在各种通讯机器之中，高速化及大电容化持续地发展。伴随于此，高频装置(rf装置)用半导体也寻求高性能化。再者，也有要求于硅基板上不仅制构电子集成电路也制构光集成电路的硅光(siphotonics)。对于对应这些用途的贴合式soi晶圆，有具有厚的box氧化膜的要求。在贴合式soi晶圆具有厚的box氧化膜的情况下，自离子注入能量的上限的观点，有采取使厚的氧化膜成长于基底晶圆之侧而进行贴合的手法的情况。然后，于使厚的氧化膜成长于基底晶圆的情况，亦在为与基底晶圆的贴合面的相反侧的内面侧处附上厚的氧化膜的状态下，进行贴合式soi晶圆的制造流程。

于通过离子注入剥离法而制造贴合式soi晶圆，提高剥离后的soi层表面的平坦性的步骤为必要。于此平坦化步骤，有使用cmp(chemicalmechanicalpolish)而进行平坦化的步骤、以及通过氢气体或惰性气体氛围下的高温退火(以下有称为平坦化热处理的情况)的平坦化步骤。通常会对剥离后的贴合式soi晶圆实施这些的其中之一。

通过cmp的平坦化步骤后的soi层表面的粗糙度与镜面研磨晶圆同等，但是soi层的面内厚度均一性会有劣化的倾向。另一方面，通过高温退火的平坦化步骤，粗糙度会比镜面研磨些微大，但是soi层的膜厚度均一性佳。特别是在直径300mm以上的大直径晶圆之中，通过cmp的平坦化步骤的膜厚度均一性的劣化为显著。与其相比，通过高温退火的平坦化则无如此的倾向。

作为通过高温退火而平坦化soi层表面的热处理的范例，有通过含有为惰性气体的氩气的氩氛围的退火(以下称为ar退火)(专利文献1)。

于专利文献1的图1(e)及第〔0047〕段，记载有对内面有氧化膜的soi晶圆以惰性气体氛围进行热处理而作为平坦化热处理，氩氛围的情况，以1200℃以上进行为佳(参考专利文献1的第〔0048〕段)。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本特开2012-129347号公报

技术实现要素：

[发明所欲解决的问题]

本发明人们新发现了当以批次式热处理炉将内面有氧化膜的soi晶圆进行高温ar退火处理，位于晶圆支承部正下方的晶圆的soi层的表面的中心，lpd(lightpointdefect)有比ar退火前增加的倾向。

观察到的lpd通过sem(scanningelectronmicroscope)的edx(energydispersivex-rayspectroscopy)进行分析，检测出氧及硅。但是，装填于批次炉的最上方的晶圆则总是未见lpd的增加。

另一方面，在内面没有氧化膜的soi晶圆的情况下，在退火前后并未发现lpd的增加。此教示了lpd的增加与内面氧化膜有相关连。对内面有氧化膜的soi晶圆实施高温ar退火时，有抑制此lpd的增加的必要。

本发明鉴于上述问题点，其目的在于提供一种能在通过批次式热处理炉对内面有氧化膜的贴合式soi晶圆在氩氛围下实施热处理而平坦化soi层的表面的步骤之中抑制lps的增加的soi晶圆的制造方法。

[解决问题的技术手段]

为了达成上述目的，本发明提供一种贴合式soi晶圆的制造方法，具有对内面具有氧化膜的贴合式soi晶圆在氩氛围下实施热处理而使soi层的表面平坦化的步骤，其中于通过批次式热处理炉而进行在该氩氛围下的热处理时，于收纳在该批次式热处理炉内的相邻的该贴合式soi晶圆之间，配置硅晶圆作为挡片而进行热处理。

如此一来，通过于相邻的贴合式soi晶圆之间配置硅晶圆，能抑制内面有氧化膜的贴合式soi晶圆的表面的lpd的增加，能安定地制造lpd少的贴合式soi晶圆。

此时，其中作为该挡片而使用的硅晶圆为尚未作为该挡片而使用的镜面研磨晶圆，或为于作为该挡片而使用后实施洗净的镜面研磨晶圆为佳。

若为如此的挡片则能容易地准备，且抑制lpd的增加的效果也大的缘故，能更低价地制造lpd少的贴合式soi晶圆。

再者，在该氩氛围下的热处理的温度为1150℃以上为佳。

当热处理的温度为1150℃以上，更能提高贴合式soi晶圆的soi层的表面粗糙度改善效果。

〔对照现有技术的功效〕

根据本发明，在通过批次式热处理炉对内面有氧化膜的贴合式soi晶圆在氩氛围下实施热处理而平坦化soi层的表面的步骤之中，能抑制soi层表面的lpd的增加，能提升lpd少的贴合式soi晶圆的收率。因此，能安定地制造lpd少的贴合式soi晶圆。

附图说明

图1是显示根据本发明的soi晶圆的制造方法的批次式热处理炉内的贴合式soi晶圆及挡片的配置的一范例的示意图。

图2是显示本发明的soi晶圆的制造方法的一实施例的步骤流程图。

具体实施方式

以下，关于本发明，作为实施样貌的一范例，参考附图的同时详细地说明，但是本发明并非限定于此。

图2是显示本发明的soi晶圆的制造方法的一实施例的步骤流程图。以下参考图2依步骤顺序说明本发明的贴合式soi晶圆的制造方法。

作为贴合式soi晶圆的基底晶圆1，准备表内面附有例如1μm的厚度的氧化膜的基板(图2的(a))。于此形成的氧化膜2的厚度，只要是在之后的步骤(f)的平坦化热处理步骤之中soi晶圆的内面残留有氧化膜的厚度，则不特别限定。氧化膜2，能通过例如通常的热氧化而形成。另一方面，能于接合晶圆4离子注入氢离子或稀有气体的其中至少一种的离子而形成离子注入层3(图2的(b))。此为，为了在图2的(d)所示的步骤之中，将此离子注入层3作为剥离面。自离子注入层3的接合晶圆4的表面的深度，能因应期望的soi层的厚度，调整注入的离子的种类或能量而设定。

接下来，将形成了氧化膜2的基底晶圆1及形成了离子注入层3的接合晶圆4，以使接合晶圆4的形成有离子注入层3之侧的面成为在贴合面之侧的方式，如图2的(c)所示，透过氧化膜2而贴合(贴合步骤)。于此贴合步骤之前，为了除去附着于晶圆的表面的微粒及有机物等的污染物，亦可实施基底晶圆1及接合晶圆4的贴合前洗净。作为贴合前洗净，能使用例如rca洗净等。

在贴合步骤之中，当对于经贴合的基底晶圆1及接合晶圆4，例如以氮氛围500℃程度的温度进行剥离热处理，能将离子注入层3作为剥离面而剥离接合晶圆(剥离步骤)。通过此剥离步骤，如图2的(d)所示，能制作由剥离后的soi层5、box层6(氧化膜2)及基底晶圆1所构成的内面具有氧化膜2的贴合式soi晶圆10。此时，虽然会产生作为副产物的剥离后的接合晶圆9，此剥离后的接合晶圆9能再生而作为新品的接合晶圆4。

为了提高剥离后的soi层5与基底晶圆1的贴合交界面的结合力，以高温的氧化性氛围而进行结合热处理亦可(结合热处理步骤)。通过此结合热处理，如图2的(e)所示，于剥离后的soi层5的表面形成结合热处理所致的表面氧化膜7。之后，通过例如氟酸等除去以结合热处理形成的表面氧化膜7。通过以此氧化膜形成及氧化膜除去的牺牲氧化处理，能除去剥离时所发生的机械的损伤或氢离子等的离子注入时所发生的注入损伤。

剥离后的贴合式soi晶圆10，因剥离后的soi层5的表面的面粗糙度大的缘故，通过ar退火而进行表面粗糙度的改善(图2的(f)，平坦化热处理步骤)。此时的热处理温度，通常1100℃以上即可，但是在本发明的贴合式soi晶圆的制造方法之中，在氩氛围下的热处理的温度为1150℃以上为佳。若为如此的热处理温度，soi层5的表面的迁移会充分地进行，能更加提高贴合式soi晶圆10的soi层5的表面粗糙度的改善效果。此热处理温度，更佳为1200℃以上。通过以更高温度进行热处理，表面粗糙度会更为改善。再者，此热处理温度的上限并未特别限定，但是例如为1300℃以下。ar退火的处理时间并未特别限定，但是能为3分钟至10小时，更佳为30分钟至2小时程度。通过此高温的ar退火处理，于soi层5的表面的硅原子发生迁移，soi层5的表面会平坦化。另外，本发明之中的氩氛围，能为ar气体100％的氛围、或是ar气体为主成分的非氧化性氛围。

此ar退火时，若以通常的方法将内面具有氧化膜的贴合式soi晶圆10填充至批次式热处理炉，则会变成于剥离后的soi层5的表面的紧接上方，上槽的贴合式soi晶圆10的内面的氧化膜2为相对向。若贴合式soi晶圆10为如此配置，则自贴合式soi晶圆10的内面释出的氧成分，会到达下槽的贴合式soi晶圆10的soi层5的表面，而被认为是成为lpd的发生原因。

相对于此，在本发明的贴合式soi晶圆的制造方法，为了防止上述的lpd的发生，收纳在批次式热处理炉内的相邻的贴合式soi晶圆10之间，配置了作为挡片的硅晶圆12而进行热处理。此时的贴合式soi晶圆10及挡片(硅晶圆12)的配置的一范例示于图1。如图1所示，将内面具有氧化膜的贴合式soi晶圆10相隔一槽地配置于形成于晶舟的支承杆14的晶圆支承部13，于贴合式soi晶圆10之间的槽配置作为挡片的硅晶圆12。硅晶圆12使用内面及表面不具有氧化膜者(自然氧化膜不受此限)。若如此配置，位于内面具有氧化膜的贴合式soi晶圆10的紧接上方的是不具有氧化膜的硅晶圆12的内面。因此，自更上方的内面具有氧化膜的贴合式soi晶圆10的内面释出的氧成分，会通过硅晶圆12而被遮蔽，而几乎不会到达下槽的贴合式soi晶圆10的表面。

再者，在本发明的贴合式soi晶圆的制造方法之中，作为挡片而使用的硅晶圆12，为尚未作为挡片而使用的镜面研磨晶圆、或是在作为挡片而使用后已经实施洗净的镜面研磨晶圆为佳。

配置于贴合式soi晶圆10之间的硅晶圆(镜面研磨晶圆)12，会因为自周围的贴合式soi晶圆10释出的氧成分而有逐渐堆积脏污的现象。若就此放置此脏污不处理而反复进行热处理，反而会自作为挡片而使用的镜面研磨晶圆释出氧成分。然后，该氧成分到达贴合式soi晶圆10的表面，而会成为对于该表面形成缺陷的原因。缘此，配置于贴合式soi晶圆10之间的镜面研磨晶圆12，于每批次或处理完规定的批次数之后，替换成尚未作为挡片而使用的表面是干净的镜面研磨晶圆，或是再次使用已在作为挡片而使用之后实施洗净的镜面研磨晶圆为佳。再者，能容易地准备作为挡片的镜面研磨晶圆，能更低价地制造lpd少的贴合式soi晶圆。

再者，作为抑制内面具有氧化膜的贴合式soi晶圆10的内面侧的影响的方法，被认为有使填充至批次式处理炉时的槽间隔为相隔一槽、相隔二槽、相隔三槽或相隔四槽等，仅仅逐渐远离的方法。但是，于此情况，并未遮蔽自位于上方的贴合式soi晶圆10的内面侧释出的氧成分的缘故，抑制以扩散到达下方的贴合式soi晶圆10的表面的成分一事被认为是困难的。再者，相隔二槽以上的情况，会变成显著损及批次式热处理炉的生产性。

[实施例]

[实施例一]

作为接合晶圆4及基底晶圆1，准备了经双面研磨的直径300mm、导电型p型、电阻率10ω·cm、结晶方位<100>的单晶硅晶圆。接着，对基底晶圆1，以氧化温度950℃成长了1μm的氧化膜2。此时，于晶圆内面侧也成长了约1μm的氧化膜2。

将此基底晶圆1，与经以加速电压50kev、剂量5.0×10¹⁶/cm²注入的氢离子的接合晶圆4相贴合，施加500℃、20分钟的热处理，在离子注入层3剥离而制作了贴合式soi晶圆10。

对剥离后的贴合式soi晶圆10，以900℃形成0.15μm的氧化膜之后，实施了除去此氧化膜的hf洗净(牺牲氧化处理)。其结果，成为表面不具有氧化膜，内面附有约0.85μm的氧化膜的状态的贴合式soi晶圆10。

之后，使用直立型的电阻加热式的批次式热处理炉，实施通过1200℃、1小时的惰性气体氛围氩(ar100％)的平坦化热处理。此时，将进行平坦化的贴合式soi晶圆10，对于晶圆支承部13，间隔一槽地配置100片，于贴合式soi晶圆10之间配置尚未作为挡片而使用的由单晶硅所构成的镜面研磨晶圆12。此平坦化热处理之后，实施牺牲氧化处理(950℃的氧化及形成的氧化膜除去)，将soi层的厚度调整成150nm。作为此贴合式soi晶圆10的表面的缺陷评价，进行了直径0.10μm以上的lpd测定，相对于100个/片以下的是否合格判定规格，84％的贴合式soi晶圆为合格。

[实施例二]

以与实施例一相同的条件，制作了连续十批次的贴合式soi晶圆10。但是，在此十批次的处理之中，不进行在最初的一批次之中使用的镜面研磨晶圆12的洗净或交换，照原样，使用于之后的连续九批次的平坦化热处理而制作了贴合式soi晶圆10。对于第十批次制作的贴合式soi晶圆10，以与实施例一相同的条件进行了lpd测定，75％的贴合式soi晶圆为合格。

[实施例三]

对于在实施例二之中用于十批次的连续处理的镜面研磨晶圆12进行了洗净(sc1洗净及sc2洗净)。使用洗净后的镜面研磨晶圆12，以与实施例一相同的条件进行至平坦化热处理为止，更进一步，以与实施例一相同的条件进行了lpd测定。其结果，82％的贴合式soi晶圆为合格。

[比较例一]

于平坦化热处理时，将进行平坦化的100片贴合式soi晶圆10，无间隔地充填至批次式热处理炉的晶圆支承部13以外，以与实施例一相同的制造条件进行至平坦化热处理为止，以与实施例一相同的条件进行了lpd测定。其结果，仅2％的贴合式soi晶圆为合格。

[比较例二]

于平坦化热处理时，将进行平坦化的100片贴合式soi晶圆10，间隔一槽地配置于批次式热处理炉的晶舟，该些贴合式soi晶圆10之间未配置镜面研磨晶圆12以外，以与实施例一相同的制造条件进行至平坦化热处理为止。然后，以与实施例一相同的条件进行了lpd测定，仅32％的贴合式soi晶圆为合格。

[比较例三]

于平坦化热处理时，将进行平坦化的50片贴合式soi晶圆10，以相隔二槽的扩大晶圆间隔的状态配置于批次式热处理炉的晶舟，贴合式soi晶圆10之间未配置镜面研磨晶圆12以外，以与实施例一相同的制造条件进行至平坦化热处理为止。然后，以与实施例一相同的条件进行了lpd测定，仅60％的贴合式soi晶圆为合格。虽然在比较例三之中，合格率高于比较例一及二，但是大幅地低于实施例一至三，再者，由于有大幅地降低贴合式soi晶圆10的充填片数的必要的缘故，相比于实施例，生产性会降低。

如同以上，以本发明的贴合式soi晶圆的制造方法，能提升lpd少的贴合式soi晶圆的收率。再者，能安定地制造lpd少的贴合式soi晶圆。

此外，本发明并不限定于上述的实施例。上述实施例为举例说明，凡具有与本发明的申请专利范围所记载之技术思想实质上同样之构成，产生相同的功效者，不论为何物皆包含在本发明的技术范围内。