专利名称：贴合晶片的制造方法
技术领域：
本发明是涉及一种采用离子注入剥离法来制造贴合晶片的方法，典型地，是涉及 一种将已注入氢离子等的晶片与其它的晶片贴合后，加以剥离来制造贴合晶片的方法。
背景技术：
在根据离子注入剥离法来制造贴合而成的绝缘层上覆硅(SOI)晶片的情况下，需 要进行绝缘膜形成、氢离子植入、贴合、剥离热处理等的处理。特别是在剥离热处理后的SOI 晶片中，会发生一种被称为空穴、气泡的贴合界面的缺陷。此缺陷，会受到包括剥离热处理 在内的先前工序的影响。作为其中一个原因，可举出在各工序中所附着的微粒。特别是具 有埋入绝缘膜(BOX)越薄产生缺陷的数量越多的倾向。当制作SOI晶片的情况，若BOX的厚度薄至100纳米(nm)以下，则有缺陷数量增 加的倾向，另外，即使在BOX的厚度为100纳米以上的情况，也会因为在包括剥离热处理在 内的先前工序中的微粒，而发生缺陷。作为这些缺陷具有以目视便可以看到的气泡、空穴，以及要利用微粒计数器来检 出的光点缺陷(LPD(Light Point Defect)等。然而，即使是光点缺陷(局部光散射缺陷)， 若以扫描型电子显微镜(SEM)来观察，实际上也是微小的空穴(void)。需要使这些缺陷减 少而尽可能地消除，特别是对于容易发生缺陷的具有薄的埋入绝缘膜(BOX)的SOI晶片和 没有BOX的直接接合晶片而言，需要减少缺陷。为了减少缺陷，有一种方法是通过使氢离子的植入深度变深，增加SOI层的厚度， 来提高刚性，但是，若BOX变薄，则其效果是不充分的。另外，若增大氢离子植入深度，则在 后续工序中，通过牺牲氧化等来减少SOI层的厚度的量会变多，因此会有处理过程变长，且 SOI膜厚分布恶化的倾向。另外，作为减少缺陷的其它方法，有一种方法是根据将贴合面曝露在等离子体中 来实行等离子体处理，使贴合面活性化，来提高贴合强度。作为此种方法的标准过程，推荐 采用等离子体活性化+水洗净+贴合这样的过程。例如，在专利文献1中，记载一种方法， 先进行等离子体处理来形成氧化膜，然后以纯水洗净该表面，待干燥后进行贴合(参照日 本特开平5-82404号公报)。然而，即使是利用此种方法来制造贴合晶片，也无法充分地减少贴合界面的缺陷 (空穴、气泡)。
发明内容
因此，本发明是鉴于上述问题而开发出来，其目的是提供一种贴合晶片的制造方 法，当直接或隔着绝缘膜来进行贴合时，通过减少贴合面的微粒且牢固地贴合，能防止在贴 合晶片的薄膜中发生缺陷。为了达成上述目的，本发明提供一种贴合晶片的制造方法，至少从结合晶片的表 面，离子注入氢离子、稀有气体离子中的至少一种气体离子，而在晶片内部形成离子注入层，然后在将所述结合晶片的离子注入后的表面与基底晶片的表面，直接贴合或是隔着绝 缘膜贴合后，以所述离子注入层为界，使结合晶片剥离，来制作贴合晶片，此贴合晶片的制 造方法的特征在于，根据对所述结合晶片和基底晶片的至少其中一方的贴合面施行等离子 体处理，使氧化膜成长，而在对该成长后的氧化膜实行蚀刻处理后，与另一方的晶片贴合。若是此种贴合晶片的制造方法，特别是对于因为等离子体处理而使微粒容易附 着、附着后的微粒难以除去的贴合面，能将该贴合面的氧化膜表面，蚀刻除去所附着的微粒 并除去至受到微粒的影响的部分为止。由此，能做出微粒非常少的贴合面，进而能实行牢固 的贴合，而能使被制作出来的贴合晶片的薄膜中所产生的缺陷非常少。此时，优选所述蚀刻氧化膜的处理是通过浸渍在SCl溶液和SC2溶液中来实行的。如此，本发明的制造方法中的蚀刻处理，即使只稍微蚀刻根据等离子体处理而成 长后的氧化膜表面，便可大幅地减少缺陷，因此即使是蚀刻速度比较慢的SCl溶液(NH4OH 与H2O2的水溶液)和SC2溶液(HCl与H2O2的水溶液)，也能充分地减少微粒，进而，容易调 整蚀刻量，且也容易均勻地蚀刻全体氧化膜的表面。另外，优选根据对所述基底晶片的贴合面施行等离子体处理而使氧化膜成长，而 在对该成长后的氧化膜实行蚀刻处理后，与所述结合晶片贴合。如此，根据对基底晶片的贴合面施行本发明的等离子体处理和蚀刻处理，能进一 步减少贴合界面所产生的缺陷，并能有效地防止被制作出来的贴合晶片的薄膜中所产生的 缺陷。此时，优选在对所述基底晶片的贴合面蚀刻成长后的氧化膜的处理中，将所述氧 化膜蚀刻0. 3纳米以上而小于2纳米的厚度。如此，根据将氧化膜的蚀刻厚度设定在上述范围内来进行蚀刻，可进一步减少贴 合界面的缺陷的发生量，而能极度地减少被制作出来的贴合晶片的薄膜中的缺陷。另外，优选仅在所述结合晶片的表面预先形成绝缘膜。应用本发明的制造方法时，在使绝缘膜形成在结合晶片的表面，然后通过该绝缘 膜来实行离子注入，继而与没有形成绝缘膜的基底晶片贴合的情况下，尤其能减少被制作 出来的贴合晶片的薄膜中的缺陷。另外，能利用氧等离子体或氮等离子体来实行所述等离子体处理。在本发明的制造方法中，能从这些条件中选择适当的条件，且即使是采用氮等离 子体的情况，也能形成氧化膜。如上所述，根据本发明的贴合晶片的制造方法，由于能一同除去附着在等离子体 处理面上的微粒与根据等离子体处理而成长后的氧化膜，因此能作出微粒非常少的贴合 面。由此，能利用等离子体处理来产生牢固的贴合，并能进而作出几乎没有缺陷的贴合界 面，因此，能有效地减少被制作出来的贴合晶片的薄膜中所产生的缺陷。另外，若是本发明 的制造方法，由于能应用于直接接合晶片和SOI晶片的任一种晶片，因此能减少在多种贴 合晶片的薄膜中所产生的缺陷。
图1是表示本发明的贴合晶片的制造方法的工序的一个例子的流程图。
具体实施例方式在制造贴合晶片时，在薄膜的表面和基底晶片与薄膜的界面会发生缺陷，特别是 在制作具有薄的埋入绝缘膜的SOI晶片和直接接合晶片的情况下，会有缺陷多的问题。本发明人，针对这些缺陷，实行深入调查后的结果，发现了以下的技术而完成本发 明，该技术为通过等离子体处理而使氧化膜在贴合面成长，然后蚀刻该氧化膜，减少厚度 后进行贴合，由此，能使在所制作出来的贴合晶片的薄膜中产生的缺陷变得非常少。以下，关于本发明的贴合晶片的制造方法，作为实施方式中的一个例子，一边参照 图1，一边详细地说明关于通过离子注入剥离法来制造贴合晶片的情况，但是本发明并未被 限定于此实施方式。另外，图1是表示本发明的贴合晶片的制造方法的工序的一个例子的流程图。首先，在图1的工序(a)中，作为结合晶片10和基底晶片20，例如准备2片镜面研 磨后的单晶硅晶片。此时，如图1所示，仅预先在结合晶片10上形成绝缘膜12，但是，绝缘膜12也可以 仅形成在基底晶片20上，也可以形成在两晶片上；另外，在两晶片上，也可以都没有形成绝 缘膜12。如此，若是本发明的制造方法，不论是隔着绝缘膜而贴合或是直接贴合，皆可减少 缺陷，其中仅在结合晶片的表面上形成绝缘膜的情况，贴合晶片的薄膜的缺陷减少量最多。 特别是此种情况下缺陷变少的原因还没有完全明白，但是推测与存在于两晶片的贴合面中 的氢氧基和水分的浓度有关。作为此时所形成的绝缘膜，例如能形成热氧化膜、化学气相沉积(CVD)氧化膜等。 另外，要被形成在各个晶片上的绝缘膜，除了可以形成在包含背面在内的晶片的全部表面 以外，也可以仅形成在贴合面。继而，在工序(b)中，从结合晶片10的绝缘膜12的表面(贴合面13)，离子注入氢 离子、稀有气体离子中的至少一种气体离子，而在晶片内部形成离子注入层11。此时，注入 能量、注入剂量、注入温度等的其它离子注入条件，能以可得到规定厚度的薄膜的方式，加 以适当地选择。在工序(c)中，对基底晶片20的贴合面22施行等离子体处理，使氧化膜21成长。此时，可仅对结合晶片10的绝缘膜12施行等离子体处理来使氧化膜成长，也可对 两晶片施行等离子体处理来使氧化膜成长。另外，在对基底晶片的贴合面施行等离子体处 理来使氧化膜成长，而在之后的工序(d)中，蚀刻该氧化膜的情况下，能进一步减少在所制 作出来的贴合晶片的薄膜中产生的缺陷。特别是在此种情况下缺陷变少的理由没有完全明 白，但是推测与存在于两晶片的贴合面中的氢氧基和水分的浓度有关。此时，作为将贴合面曝露在等离子体中的等离子体处理，只要能使氧化膜在晶片 表面成长即可，没有特别的限定，例如能以氧等离子体或氮等离子体来实行。即使是氮等离 子体，也能根据腔室(chamber)内的残留氧气来使氧化膜成长。如此，利用实行等离子体处理，例如使处理面的氢氧基增加而活性化，而在贴合 时，通过氢键等，能使晶片彼此之间牢固地贴合。在工序(d)中，对已成长在基底晶片20的贴合面22上的氧化膜21，实行蚀刻处理。如此，通过蚀刻成长后的氧化膜，能将难以除去微粒的等离子体处理面的表面蚀
5刻除去至受到微粒的影响的部分为止，而能防止在贴合界面发生缺陷，因此，能减少被制作 出来的贴合晶片的薄膜中所产生的缺陷。另外，在蚀刻处理对基底晶片的贴合面进行等离子体处理而使氧化膜成长后的氧 化膜的情况下，优选将氧化膜的厚度蚀刻0.3纳米(nm)以上而小于2纳米。例如，即使只 蚀刻0. lnm，只要氧化膜表面被蚀刻除去，便能发挥本发明的效果，而利用蚀刻除去上述范 围的膜厚，能更可靠地减少所制作出来的贴合晶片的薄膜缺陷。作为蚀刻方法，并没有特别的限定，例如优选通过浸渍在SCl溶液和SC2溶液中来 实行。对通过等离子体处理而成长后的氧化膜，由于只要稍微蚀刻便能作出缺陷已被减少 的贴合界面，因此若是蚀刻速度比较慢的上述溶液，容易调整蚀刻量，且能均勻地蚀刻氧化 膜表面，而能作出更良好的贴合面。在工序(e)中，使结合晶片10的绝缘膜12与基底晶片20的氧化膜21密接而贴
I=I O如此，将已施行等离子体处理后的表面，作为贴合面，例如在减压或常压下，使两 晶片密接，不用施行高温处理等，便能充分牢固地贴合。在工序(f)中，以离子注入层11为界，将结合晶片10剥离，而制作出一种在基底 晶片20上隔着绝缘膜12而形成有薄膜31的贴合晶片30。此结合晶片的剥离，能通过施加热处理或机械性的外力来实行。作为通过热处理 来进行剥离的方法，只要例如在惰性气体气氛下以大约500°C的温度施加热处理，就能够利 用结晶的再排列和气泡的凝集，以离子注入层为界，剥离结合晶片。如此，根据本发明，由于能同时达成牢固的贴合与在贴合界面没有微粒存在的贴 合，因此能极度地减少在被制作出来的贴合晶片的薄膜中所产生的缺陷。以下，根据实施例、比较例，更具体地说明本发明，但是本发明并未被限定于这些 例子。(实施例1)准备2片镜面研磨后的直径300mm的单晶硅晶片作为结合晶片和基底晶片，并在 结合晶片的表面形成膜厚20纳米(nm)的热氧化膜来作为绝缘膜。继而，利用结合晶片的 热氧化膜，以50keV、6X IOlfVcm2的条件，注入氢离子而形成离子注入层。继而，对结合晶片的氧化膜表面和基底晶片的单晶硅表面(形成有大约1纳米的 自然氧化膜)，施行氮等离子体处理(室温、气体流量115Sccm(标准状态毫升/分)、压力 0. 4Torr(53. 3Pa)、输出100W、15秒)。结果，结合晶片的氧化膜的膜厚成为21纳米，基底晶 片的氧化膜的膜厚成为4纳米。继而，将等离子体处理后的晶片，浸渍在SCl洗净液和SC2洗净液中，并根据调整 液温与浸渍时间，将结合晶片的氧化膜蚀刻2纳米的厚度，并将基底晶片的氧化膜蚀刻1. 2 纳米的厚度。在室温下，将实行氧化膜的蚀刻处理后的两晶片的等离子体处理面彼此贴合在一 起，然后通过施加500°C、30分钟的剥离热处理，以离子注入层为界，将结合晶片剥离，由 此，制作出一种在基底晶片上隔着氧化膜而形成有硅薄膜的贴合晶片。观察该贴合晶片的 硅薄膜，通过目视来计数所发生的缺陷(空穴、气泡)的数量，得知可获得良好的结果。将 测定结果表示在表1中。
(实施例2-5、比较例1-4)准备一种与实施例1同样的结合晶片(附有20纳米的热氧化膜，已注入氢离子) 和基底晶片(附有1纳米的自然氧化膜)，对于与实施例1相同条件的氮等离子体处理和氧 化膜蚀刻处理，以表1所记载的组合，来决定实施或不实施，并与实施例1同样地测定在贴 合晶片的硅薄膜中所发生的缺陷数量。将测定结果表示于表1。〔表1〕
权利要求
一种贴合晶片的制造方法，至少从结合晶片的表面，离子注入氢离子、稀有气体离子中的至少一种气体离子，而在晶片内部形成离子注入层，然后在将所述结合晶片的离子注入后的表面与基底晶片的表面，直接贴合或是隔着绝缘膜贴合后，以所述离子注入层为界，使结合晶片剥离，来制作贴合晶片，其特征在于，根据对所述结合晶片和基底晶片的至少其中一方的贴合面施行等离子体处理，使氧化膜成长，而在对该成长后的氧化膜实行蚀刻处理后，与另一方的晶片贴合。
2.如权利要求1所述的贴合晶片的制造方法，其特征在于，所述蚀刻氧化膜的处理是 通过浸渍在SCl溶液和SC2溶液中来实行的。
3.如权利要求1或2所述的贴合晶片的制造方法，其特征在于，根据对所述基底晶片的 贴合面施行等离子体处理而使氧化膜成长，而在对该成长后的氧化膜实行蚀刻处理后，与 所述结合晶片贴合。
4.如权利要求3所述的贴合晶片的制造方法，其特征在于，在对所述基底晶片的贴合 面蚀刻成长后的氧化膜的处理中，将所述氧化膜蚀刻0. 3纳米以上而小于2纳米的厚度。
5.如权利要求1 4中任一项所述的贴合晶片的制造方法，其特征在于，仅在所述结合 晶片的表面预先形成绝缘膜。
6.如权利要求1 5中任一项所述的贴合晶片的制造方法，其特征在于，利用氧等离子 体或氮等离子体来实行所述等离子体处理。
全文摘要
本发明是一种贴合晶片的制造方法，至少从结合晶片的表面，离子注入氢离子、稀有气体离子中的至少一种气体离子，而在晶片内部形成离子注入层，然后在将结合晶片的离子注入后的表面与基底晶片的表面，直接贴合或是隔着绝缘膜贴合后，以离子注入层为界，使结合晶片剥离，来制作贴合晶片，其中，根据对结合晶片和基底晶片的至少其中一方的贴合面施行等离子体处理，使氧化膜成长，而在对成长后的氧化膜实行蚀刻处理后，与另一方的晶片贴合。由此，当直接贴合或是隔着绝缘膜贴合时，通过减少贴合面的微粒且牢固地进行贴合，便能防止在贴合晶片的薄膜中发生缺陷。
文档编号H01L27/12GK101960558SQ20098010757
公开日2011年1月26日 申请日期2009年2月17日 优先权日2008年3月6日
发明者小林德弘, 石塚徹, 能登宣彦, 阿贺浩司 申请人:信越半导体股份有限公司