Soi基板的制造方法

专利名称：Soi基板的制造方法
技术领域：
本发明涉及SOI基板的制造方法，特别是涉及在透明绝缘性基板的主表面上形成 硅薄膜的SOI基板的制造方法。
背景技术：
为了获得更高性能的半导体器件，近年来，人们将注意力集中于SOI (绝缘体上覆 硅)基板。此外，还期待将支持基板(支撑晶片)由非硅材料制成的某些种类SOI基板应 用于TFT-IXD、高频(RF)器件和其他MEMS制品等，所述SOI基板例如石英上覆硅(SOQ)基 板和玻璃上覆硅(SOG)基板等(例如参见特开2006-324530号公报)。已经提出了制造上述SOQ基板等的方法，该方法通过例如用硅基板作为施主晶片 并用石英基板作为支撑晶片，再将这些不同的基板共同贴合。由于在上述贴合基板中石英 基板是透明的，所以该贴合基板在加工和评价过程中的问题可能不同于将硅基板彼此贴合 而制造的通常的SOI基板。这些问题之一例如当在装置上运送时，在SOQ基板等的透明绝缘性基板上形成 硅薄膜的SOI基板(以下有时缩写为透明SOI基板)无法被用于识别基板的光学传感器识 别。另一方面，在某些情况下，在对玻璃、石英等基于SiO2的基板或组件等进行雾化处 理(磨砂处理)时，使用了喷砂方法。在该方法中，将氧化铝或二氧化硅微粉喷向将要进行 处理的表面使其变得粗糙。该方法广泛用于不同的用途。然而，在电子材料、电子器件领域中，通过该方法制作的雾化表面具有若干问题。 其中之一是颗粒(异物)问题。这一问题是由下述原因造成的喷砂粉末残留在处理后的 表面上；来自粗糙处理面的尖锐部分、裂缝和损伤部分的粉尘等。多数情况下，这些问题无 法通过通常的清洗步骤解决。此外，在电子材料领域，由这些异物引起的金属污染等问题也
很严重。特别地，在将通过该雾化处理的产品用于半导体领域的情况下，这一颗粒问题是 致命的。例如，有时会对在扩散炉等中用作晶片的石英舟等进行雾化处理，以防止所述晶片 紧密地附着于把持所述晶片的槽。在这种情况下，由于石英舟等经受了高温加工，需要对颗 粒进行处理，同时需要对金属污染进行处理。此外，还有一个问题是为使得SOQ(石英上覆 硅)、S0G (玻璃上覆硅)这些透明基板被各种设备的基板识别传感器识别，在对透明基板的 背面进行雾化处理时，颗粒显著增加。为了在该喷砂处理后除去颗粒，在喷砂处理后进行清洗工序。在这一洗净工序中， 已经使用了例如HF清洗。然而，HF清洗存在使得颗粒水平变得更差的问题，这是因为HF 清洗活化了玻璃等的表面；此外，在清洗时游离出的细的玻璃等碎片重新附着于所述表面 (例如参见* 'J 二 > O科学，第4章第4节，U 7，^ <社)。进一步地讲，如果长时间用高 浓度HF进行清洗以除去颗粒，进行雾化处理的表面会变得过于光滑，从而降低了将表面粗 糙化的效果。
专利文献1 特开2006-324530号公报非专利文献1 * 1J ^ > O科学，第4章第4节，丨J 7，^文社

发明内容
鉴于上述问题而完成了本发明。本发明的目的是提供一种简便地制造SOI基板的 方法，所述SOI基板具有在一个主表面上形成硅薄膜的透明绝缘性基板，与形成所述硅薄 膜一侧的相对侧的主表面被粗糙化。为应对上述问题而完成了本发明。本发明提供了一种制造SOI基板的方法，所述 基板至少包含透明绝缘性基板和硅薄膜，所述硅薄膜形成于作为所述透明绝缘性基板一 个主表面的第一主表面上，而所述透明绝缘性基板的第二主表面是粗糙的，所述第二主表 面为与所述第一主表面相对侧的主表面，所述方法至少包括下述工序制备所述透明绝缘 性基板的工序，作为所述透明绝缘性基板，所述第一主表面按RMS值计的表面粗糙度小于 0. 7nm,并且所述第二主表面按RMS值计的表面粗糙度大于所述第一主表面的表面粗糙度； 以及在所述透明绝缘性基板的第一主表面上形成硅薄膜的工序。如上所述，所述制造SOI基板的方法包括下述工序制备所述透明绝缘性基板的 工序，作为透明绝缘性基板，所述第一主表面按RMS值计的表面粗糙度小于0. 7nm,并且所 述第二主表面按RMS值计的表面粗糙度大于第一主表面的表面粗糙度；以及在所述透明绝 缘性基板的第一主表面上形成硅薄膜的工序。通过该方法，可以简便地制造SOI基板，所述 SOI基板在透明绝缘性基板上形成硅薄膜，并且背面(未形成硅薄膜的主表面)被粗糙化。此外，采用上述方法制造的SOI基板，由于透明绝缘性基板的背面粗糙度高，使来 自使用光学传感器的识别装置的信号散射，从而能够防止识别装置不识别基板的问题。此 外，这能防止运送期间基板的滑动等。根据本发明的制造SOI基板的方法可以简便地制造SOI基板，所述SOI基板为在 透明绝缘性基板上形成硅薄膜的SOI基板(透明SOI基板)，并且背面(未形成硅薄膜的主 表面)被粗糙化。此外，采用上述方法制造的SOI基板，由于透明绝缘性基板的背面粗糙度高，使来 自使用光学传感器的识别装置的信号散射，从而能使得识别装置识别基板。此外，这能防止 运送期间基板的滑动等。


图1.本发明SOI基板制造方法的一个实例的流程图。图2.本发明SOI基板制造方法的具体实施方式
的一个实例的流程图。图3.实施了喷砂处理的玻璃基板的处理面的清洗工序的一个实例的流程图。图4.进行清洗以评价附着于晶片上的异物数时，晶片在清洗盒中放置状态的示 意图。图5.颗粒数的测定结果。图6.颗粒数的测定结果。
具体实施例方式以下，将对本发明进行更为详细的描述。如上所述，以往在透明绝缘性基板上形成硅薄膜的SOI基板(例如SOQ基板)所 具有的问题之一在于，例如当SOQ基板在装置上运送时，难于被识别基板的光学传感器识 别。进一步地讲，存在的另一个问题是，当在玻璃上进行喷砂处理时，颗粒数目显著增加，即 使进行后续的清洗，颗粒也会不利地增加。针对这些问题，本发明者发现了下列事实。具体而言，预先制备主表面具有不同 表面粗糙度的透明绝缘性基板。针对该透明绝缘性基板，如果在表面光滑的一侧的主表面 形成硅薄膜，可以不经复杂的步骤、简便地制造SOI基板，所述SOI基板在透明绝缘性基板 上形成硅薄膜，并且背面(与形成硅薄膜一侧相对侧的主表面)是粗糙的。该SOI基板能 够防止识别装置无法识别出基板的情况。进一步地讲，本发明者发现了首先对经过喷砂处 理的玻璃基板的处理面进行HF清洗，由此将颗粒源蚀刻除去，然后进行碱清洗，将在HF清 洗的过程中游离出并附着于玻璃基板的异物除去并防止其重新附着，由此进行了有效的清 洗，从而完成了本发明。以下，将会参考附图对本发明的实施方式进行说明。然而，本发明并不限于此。图1为显示本发明的SOI基板制造方法的一个实例的流程图。将会对整个流程进行说明。制备一个主表面的表面粗糙度高于另一个主表面的表 面粗糙度的透明绝缘性基板(工序a)。在所述透明绝缘性基板较光滑的主表面上形成硅薄 膜(工序b)。因此，制造出具有粗糙背面、在透明绝缘性基板上形成硅薄膜的SOI基板。具体而言，在工序a中，如图1(a)所示制备透明绝缘性基板10。另外，在本说明书 中，为方便起见，在透明绝缘性基板10的主表面中，在工序b中，形成硅薄膜一侧的主表面 被称作“第一主表面”，而与第一主表面相对侧的主表面被称作“第二主表面”。所制备的透 明绝缘性基板10的第一主表面11的表面粗糙度按RMS值计小于0. 7nm，第二主表面12的 表面粗糙度按RMS值计高于第一主表面的表面粗糙度。两个主表面具有这样的表面粗糙度 的原因将在后文中进行说明。RMS是指对平均线与测定曲线之间偏差的平方进行平均后的 值的平方根。另外，对能适用于本发明的透明绝缘性基板的种类没有特别限定。例如，可使用石 英基板、玻璃基板和蓝宝石基板中的任一种，并且可在形成SOI基板后，根据所制造的半导 体器件的目的等适当地进行选择。在这种情况下，制备透明绝缘性基板的工序至少优选包括对所述第一主表面和 所述第二主表面进行双面研磨(lapping)加工和蚀刻处理；然后，只对所述第一主表面进 行单面磨光(polishing)加工。如上所述，通过至少对第一主表面和第二主表面进行双面研磨加工和蚀刻处理、 然后只对第一主表面进行单面磨光加工制备透明绝缘性基板，可除去研磨加工后的损伤 层，并且能够有效抑制由经粗糙化的背面产生的颗粒。此外，由于只需要对一个表面进行磨 光加工，与双侧磨光后再将一个表面粗糙化的情况相比，降低了成本。在这种情况下，优选包括在对透明绝缘性基板的第一主表面和第二主表面进行双 面研磨加工和蚀刻处理后，在只对第一主表面进行单面磨光加工前，将透明绝缘性基板进 行退火加工。
如上所述，在双面研磨加工和蚀刻处理后进行退火处理，可有效地防止在后续的 单面磨光加工中晶片形状的变化。接下来，在工序b中，如图1(b)所示，在透明绝缘性基板10的第一主表面11上形 成硅薄膜31，从而形成SOI基板30。在本发明的SOI基板的制造方法中，形成硅薄膜的工序可至少包括对硅基板或 表面形成有氧化膜的硅基板，从表面注入氢离子和/或稀有气体离子，以形成离子注入层； 将硅基板或表面形成有氧化膜的硅基板的离子注入面紧密贴合在透明绝缘性基板的第一 主表面上；沿着离子注入层作为边界，将硅基板或表面形成有氧化膜的硅基板剥离而发生 薄膜化，以在透明绝缘性基板的第一主表面上形成硅薄膜。如上所述，通过在离子注入后、以离子注入层作为边界，通过剥离形成硅薄膜，能 够形成薄的、结晶度高的硅薄膜。此外，透明绝缘性基板优选石英基板、玻璃基板、蓝宝石基板的任一种。根据所制造的半导体器件的目的，用于本发明的SOI基板制造方法的透明绝缘性 基板可从这些基板中适当选择。在制备第一主表面11的表面粗糙度按RMS值计小于0. 7nm、第二主表面12的表面 粗糙度按RMS值计大于第一主表面11的表面粗糙度的透明绝缘性基板10的工序a中，对该 透明绝缘性基板10的具体生产方法没有特别的限定。另外，在工序b中，对在第一主表面11 上形成硅薄膜31的方法也没有特别的限定。然而，举例来说，这些工序可按下述方式进行。图2显示了本发明透明绝缘性基板制造方法的具体实施方式
的一个实例。另外， 图2 (a-Ι)至图2 (a-3)对应于上述工序a，图2 (b_l)至图2 (b_4)对应于上述工序b。首先，如图2(a_l)所示意的那样，制备两个主表面均为粗糙表面的透明绝缘性基 板10'(子工序a-l)。例如，可使用从石英锭上以切片形式切下的石英基板。在该状态下， 透明绝缘性基板10'的两个主表面均为相对未加控制的粗糙表面。接下来，如图2(a_2)所示意的那样，对透明绝缘性基板10‘的两个主表面进行研 磨的双面研磨加工(子工序a_2)。另外，在这种情况下，优选用氢氟酸等进行蚀刻处理，从 而除去研磨加工后的损伤层。此处，因为易于进行，优选进行同时处理两个表面的双面研磨加工的模式。然而， 也可以依次对每个表面进行处理。上述进行双面研磨加工和蚀刻处理的透明绝缘性基板10"的两个主表面为具有 相对可控表面粗糙度的粗糙表面。接下来，如图2(a_3)所示意的那样，仅对进行过双面研磨加工和蚀刻处理的透明 绝缘性基板10"的一个主表面进行磨光加工(子工序a_3)。将进行磨光加工一侧的主表 面作为第一主表面(即稍后形成硅薄膜的表面)11，而将未进行磨光的主表面作为第二主 表面12。以这种方式，通过子工序a-l至a_3，可制造出第一主表面11的表面粗糙度按RMS 值计小于0. 7nm、第二主表面12的表面粗糙度按RMS值计大于第一主表面的表面粗糙度的 透明绝缘性基板10。另外，经过双面研磨加工和蚀刻处理(子工序a_2)后，可对透明绝缘性基板10进 行退火处理。如果在上述双面研磨加工和蚀刻处理后进行退火处理，能有效地防止由于后续的单面磨光加工(子工序a-3)造成的晶片形状的变化，因此优选进行退火处理。另外，本文的实例已经显示在子工序a-Ι中制备具有两个粗糙主表面的透明绝缘 性基板。然而，可以在工序a中最终制备第一主表面的表面粗糙度按RMS值计小于0. 7nm、第 二主表面的表面粗糙度按RMS值计大于第一主表面表面粗糙度的透明绝缘性基板。在子工 序a-Ι中制备的透明绝缘性基板不必具有两个粗糙的表面。例如，在制备具有两个经镜面 研磨的主表面的透明绝缘性基板、并且随后对其进行双面研磨加工和蚀刻(子工序a_2)、 退火处理以及单面磨光加工(子工序a_3)时，可制造出满足上述表面粗糙度的透明绝缘性 基板10。接下来，在工序b中，可具体按照例如下述工序形成硅薄膜。首先，如图2(b_l)所示，制备硅基板20 (子工序b_l)。或者，可任选使用在表面上 形成氧化膜的硅基板。为达到良好的贴合状态，将要进行贴合的表面(贴合表面)需要具 有一定水平以上的平坦度。为此，至少对将要贴合的表面进行镜面研磨等。希望该平坦度 例如按RMS值计小于0. 7nm。接下来，如图2(b_2)所示，从表面(离子注入表面22)将氢离子注入硅基板20，从 而形成离子注入层21 (子工序b-2)。形成该离子注入层21所注入的离子不限于氢离子，也可注入稀有气体离子或同 时注入氢离子和稀有气体离子。应适当地选择注入能量、注入剂量、注入温度和其他离子注 入条件，从而可得到具有预定厚度的薄膜。作为具体的实例，注入时的基板温度可设定为 250-4000C，离子注入深度可设定为0. 5 μ m，注入能量可设定为20_100keV，注入剂量可设 定为IX IO16-I X IO1Vcn^然而，离子注入条件不限于此。另外，根据需要，可使用表面上形成有氧化膜的单晶硅基板。使用表面上形成有氧 化膜的硅基板并透过氧化膜注入离子，取得抑制所注入离子的沟道效应的效果。这可以进 一步抑制离子注入深度的差异。因此，可形成膜厚均一性更高的薄膜。接下来，如图2(b_3)所示，将硅基板20的离子注入表面22与透明绝缘性基板10 的第一主表面11进行贴合(子工序b-3)。在将硅基板20与该透明绝缘性基板10贴合时，第一主表面11和离子注入表面22 均为上述足够平坦的表面。因此，可仅通过在室温下贴合并施加压力，将例如合成石英基板 和硅基板贴合。然而，为了贴合得更为牢固，优选按下述方法进行贴合。S卩，希望在硅基板20的离子注入表面22和透明绝缘性基板10的第一主表面11都 预先进行表面活化处理。也可只在硅基板20的离子注入表面22或透明绝缘性基板10的 第一主表面11上进行表面活化处理。此时，表面活化处理可为等离子体处理。作为上述表面活化处理，在进行等离子体 处理时，施予表面活化处理的基板表面按照表面上OH基团增加等方式进行活化。因此，当 透明绝缘性基板10的第一主表面11与硅基板20的离子注入表面22以这一状态贴合时， 所述基板通过氢键等可更牢固地贴合。或者，可进行臭氧处理等作为表面活化处理，或可进 行若干种处理的组合。等离子体处理可将通过RCA清洗等清洗的基板置于真空室中。在其中导入等离子 体用气体后，将基板暴露于优选约100W的高频等离子体约5-30秒，从而对表面进行等离子体处理。可用的等离子体用气体的实例包括氧气等离子体，用于处理表面上形成有氧化膜 的单晶硅基板；氢气、氩气、氢气与氩气的气体混合物、或氢气与氦气的气体混合物，用于处 理表面上未形成有氧化膜的单晶硅基板。或者，也可使用非活性气体氮气。臭氧处理时，将通过RCA清洗等清洗的基板置于已经导入空气的室中，导入例如 氮气或氩气的等离子体用气体后，产生高频等离子体，从而将空气中的氧气转化为臭氧，对 表面进行臭氧处理。这样，当将进行过表面活化处理的表面用作贴合表面时，所述基板可不经高温处 理而牢固地贴合，例如在减压下或常压下，使所述基板在室温下牢固地贴合。另外，在将硅基板与透明绝缘性基板贴合后，可进行将贴合基板加热的热处理工 序，优选在100-300°C下进行热处理。如上所述，当将硅基板与透明绝缘性基板贴合后，然后在贴合基板上进行优选在 100-300°C下的热处理时，可提高硅基板和透明绝缘性基板之间的贴合强度。此外，由于 因使用不同种类材料而产生的热膨胀系数的差异，在上述温度下的热处理很少会发生热应 变、裂缝、剥离等。贴合强度的提高可减少剥离工序中发生的不良状况。接下来，进行将硅基板20与离子注入层21分离、从而使得硅基板20薄膜化的剥 离工序。因此，如图2(b-4)所示，形成硅薄膜31 (工序b-4)。通过例如向其施加机械性的外力，可实现该硅基板的分离(剥离、薄膜化)。对所 述机械性的外力没有特别的限定。实例包括向离子注入层的侧面吹气体或液体，或是施加 物理性冲击。经过上述工序，可制造出在透明绝缘性基板10的第一主表面11上具有薄膜31的 SOI基板30。另外，对各个基板进行处理的上述子工序a-Ι至a_3以及子工序b_l至b_2当然 还可以相反的顺序进行，或是同时进行。在本发明的工序a中，透明绝缘性基板10的第一主表面11的表面粗糙度按RMS 值计小于0. 7nm的原因如下如果表面粗糙度高于该值(即平坦度低)，难于使得硅薄膜通 过贴合作用等进行贴合，另外，即使形成了硅薄膜，也会生产未贴合部分的空隙，从而难于 良好地保持硅薄膜的结晶度。另外，第一主表面11的表面粗糙度按RMS值计的下限没有特别的限定，优选平坦 度更高。然而，平坦度的提高涉及成本问题，因此表面粗糙度按RMS计实际上可设定为约 0. Inm以上。另一方面，如上所述，当透明绝缘性基板10的第二主表面12的表面粗糙度按RMS 值计大于第一主表面的表面粗糙度时，识别装置更易于识别所述基板。尽管取决于识别装 置的性能和其他条件，RMS值优选例如0. 7nm以上，因为该RMS值使得识别作用易于进行。第二主表面12的表面粗糙度按RMS值计的上限没有特别的限定。鉴于识别装置 更易于识别所述基板的观点，优选更高的值。然而，考虑到防止颗粒生成，优选表面粗糙度 不应高于必要值。例如，RMS值的上限可为约50nm。同时，当透明绝缘性基板为玻璃基板时，制备透明绝缘性基板的工序可至少包括 对玻璃基板的第一主表面和第二主表面进行喷砂处理；以及对玻璃基板的处理面进行清 洗，清洗至少包括对处理面进行HF清洗后再进行碱清洗。
在这种方式中，首先，对经过喷砂处理后的玻璃基板的处理面进行HF清洗。通过 HF溶液对玻璃基板的蚀刻作用，可除去喷砂处理特有的颗粒源部分，例如玻璃处理面的尖 锐部分、裂缝和损伤部分等。在蚀刻后，可通过碱清洗除去在HF清洗时游离并重新附着的 异物。因此，即使经过喷砂处理后，也可得到颗粒数极少的玻璃基板。此外，由于用碱溶液 进行碱清洗以除去异物，异物一旦除去很难在碱溶液中重新附着，从而实现有效的清洗。在这种情况下，玻璃基板可为石英玻璃基板。即使对于异物特别容易附着的绝缘体的情况，也可除去喷砂处理后在HF清洗时 游离的异物并防止其重新附着，从而实现有效的清洗。此外，玻璃基板可为晶片形式。对于尤其具有颗粒问题的玻璃制晶片，根据该清洗方法，可将其制成无颗粒的晶 片。在这种情况下，晶片可为具有堆叠的单晶硅层的晶片。即使对于在玻璃晶片上堆叠有单晶硅层的晶片的情况，即使当HF清洗时从经过 喷砂处理的处理面游离的异物附着于单晶硅层上时，该清洗方法可通过后续的碱清洗除去 异物，从而可防止由单晶硅层产生颗粒。在上述情况下，当晶片上的单晶硅层通过保护带或有机保护膜进行保护时，可进 行HF清洗。在HF清洗中，以上述方式保护单晶硅层可使单晶硅层被HF溶液蚀刻得更少。此 外，在HF清洗中，可防止由喷砂处理面游离的异物附着于单晶硅层上，从而可得到具有颗 粒较小的单晶硅层的晶片。同时，用于碱清洗的碱溶液可为NH40H、Na0H、K0H和CsOH中的任一种溶液，或是添 加H2O2的上述任一种溶液。用于碱清洗的碱溶液可从这些溶液中适当选择。随着进一步添加H2O2，该碱溶液 获得氧化能力，可更有效地除去异物。进一步地讲，用于碱清洗的碱溶液优选SCl溶液，所述溶液至少含有(体积组成 比)当H2O为10份时，NH4OH为0. 5-2份(以29wt%的水溶液计)、H202为0. 01-0. 5份(以 30wt%的水溶液计)。将具有这一浓度组成的SCl溶液用于碱清洗，能够高效地去除附着于玻璃基板上 的异物，并防止异物的重新附着。此外，使H2O2的浓度比例低于通常的SCl溶液可以适当地 保持碱的蚀刻效果。进一步地讲，用于碱清洗的碱溶液可为碱性有机溶剂。该碱性有机溶剂还可用于碱清洗。同时，HF清洗工序优选包括对经过喷砂处理的玻璃基板的处理面进行20nm以上 的蚀刻。以此方式将玻璃基板的处理面进行20nm以上的蚀刻，可将成为处理面的颗粒源 的尖锐部分、裂缝和损伤部分等蚀刻到在后续工序中不会产生粉尘的程度。图3为显示玻璃基板从喷砂处理到清洗的实施方式之一的流程图。如图3所示，首先，在玻璃基板上进行喷砂处理。对喷砂处理的方法没有特别的限定。例如，可使用与常规装置相同的装置，通过将
9氧化铝、石英等的颗粒施于处理面而将其粗糙化。适用该清洗方法的玻璃基板的种类包括基于SiO2的基板等。例如，该方法适用于 石英玻璃基板。即使对于该绝缘体易于带电的情况，该清洗方法可防止喷砂处理后清洗时 颗粒的重新附着，从而可进行良好的清洗。或者，玻璃基板可为晶片形式，或可为例如在对半导体晶片热处理时用的石英舟。进一步地讲，该方法还适用于甚至具有单晶硅层堆叠的晶片。即使对于这类单晶 硅层堆叠的情况，该清洗方法中，通过碱清洗可除去在HF清洗时从处理面游离并附着于单 晶硅层的异物，并防止异物重新附着。因此，该方法可有效地减少颗粒。此外，由于碱清洗在 HF清洗后进行，可以不花费很长时间进行HF清洗而能将颗粒除去，并且在HF清洗时附着于 单晶硅层上的异物少。进一步地讲，即使对于特别会发生颗粒问题的晶片(例如SOQ(石英 上覆硅)、SOG(玻璃上覆硅)等)的情况，该清洗方法可生产出几乎没有颗粒的晶片。接下来，如图3所示，对经过喷砂处理的玻璃基板的处理面进行HF清洗。含有氢氟 酸的任何物质均可作为氢氟酸用于该HF清洗，例如可使用氢氟酸溶液、氢氟酸水溶液缓冲 液等。此外，对清洗方法没有特别的限定。例如，可将经过喷砂处理的玻璃基板进行浸渍， 或将经过喷砂处理的处理面进行旋转清洗。通过首先对经过喷砂处理的玻璃基板的处理面进行HF清洗，可蚀刻除去由于喷 砂处理形成的成为颗粒源的例如裂缝等的凹凸部分。这时，通过HF清洗，优选对玻璃基板 的处理面进行20nm以上的蚀刻，由此可将颗粒源去除到在后续工序中不产生粉尘的程度。同时，通过该清洗方法清洗的玻璃基板为堆叠有单晶硅的晶片的情况下，优选单 晶硅层通过保护带或有机保护膜进行保护的状态下进行该HF清洗。这一保护作用可在HF 清洗前形成，或在更早的喷砂处理前形成。在喷砂处理前形成保护可更有效地防止由单晶 硅层产生颗粒。作为有机保护膜，可形成例如感光耐蚀膜(photoresist film)这样的有机膜。此 外，可将保护带贴在有机膜上，或者可将直接保护带贴在单晶硅层上。在几乎没有异物附着的碱清洗前，除去如上形成的保护膜时，可通过碱清洗除去 单晶硅层的颗粒。或者，可在碱清洗后除去保护膜。接下来，如图3所示，进行碱清洗。通过在HF清洗后进行碱清洗，将在HF清洗时蚀刻产生的游离并重新附着的异物 除去。此外，还防止异物在碱溶液中重新附着。因此，可有效地除去颗粒。作为用于该清洗的碱溶液，可使用下述物质NH40H、NaOH, KOH和CsOH中的任一 种；或碱性有机溶剂，例如EDP(乙二胺-焦儿茶酚-水)、TMAH(四甲基氢氧化铵)或胼等。进一步地讲，优选使用SCl溶液作为碱溶液，所述溶液至少含有(体积组成比) 当H2O为10份时，NH4OH为0. 5-2份(以29wt %的水溶液计)、H2O2为0. 01-0. 5份(以 30wt%的水溶液计)。对于具有该浓度组成比例的SCl溶液，清洗效果因H2O2的氧化能力 而增强，H2O2的浓度比例低于通常的SCl溶液，并且具有适当的碱性，因此可保持蚀刻效果， 并且进一步地也可阻止异物在清洗时重新附着。如上所述，首先，通过HF清洗，可除去经过喷砂处理的玻璃基板的处理面所特有 的损伤部分等颗粒源。然后，通过进行碱清洗，可除去在HF清洗时游离并重新附着的异物， 并防止其进一步重新附着，因此，可进行有效的清洗。对于基板上需要通过喷砂处理进行雾
10化处理的情况，当将该清洗方法用于清洗例如玻璃基板的基板时，可以生产出几乎没有颗 粒且保持雾化处理效果的玻璃制品。实施例以下，将通过本发明的实施例和比较例对本发明进行具体说明。然而，本发明并不 限于此。(实施例1)根据通过贴合方法制造SOI基板的方法，如图2所示，按下述方法制造30个透明 SOI基板。首先，从合成石英块上直接切下，制备直径150mm的合成石英基板10'(子工序 a-Ι) ο接下来，用双面研磨装置在该合成石英基板10'的两个表面进行双面研磨加工， 并用氢氟酸进行蚀刻(子工序a_2)。然后，在1100°C，将该合成石英基板在非氧化气氛下 进行退火处理30分钟。用单面研磨装置对合成石英基板10"进行处理，仅对一个表面进行磨光加工，由 此使一个主表面(第一主表面)11的表面粗糙度按RMS值计为0. 2nm (子工序a_3)，另一个 主表面(第二主表面)12的表面粗糙度按RMS值计为1. Onm。接下来，制备经过镜面磨光的、直径150mm的单晶硅基板作为硅基板20。然后，通 过热氧化在硅基板的表面上形成IOOnm的二氧化硅膜层(子工序b-Ι)。接下来，通过形成的二氧化硅膜层将氢离子注入硅基板20，从而形成微气泡层 (离子注入层)21，所述微气泡层平行于离子平均行进深度处的表面(子工序b-2)。作为离 子注入的条件，注入能量为35keV，注入剂量为9 X IOlfVcm2，注入深度为0. 3 μ m。接下来，将注入离子的硅基板20置于等离子体处理装置中，在其中导入氮气作为 等离子体用气体后，在2Torr (270Pa)的减压条件下，高频功率为50W，通过在直径300mm的 平行板电极之间施加13. 56MHz的高频，在注入离子的表面进行10秒的高频等离子体处理。 以此方式，对硅基板20的离子注入表面22进行了表面活化处理。同时，将合成石英基板10置于等离子体处理装置中，在电极之间的窄隙中导入氮 气作为等离子体用气体后，通过在电极之间施加高频以产生等离子体，对合成石英基板10 进行10秒的高频等离子体处理。以此方式，在合成石英基板10的第一主表面11上也进行 了表面活化处理。用经过表面活化处理的表面作为贴合表面，将经过上述表面活化处理的硅基板20 和合成石英基板10在室温下进行贴合。然后，在厚度方向上对两基板的背面施以强的压力 (工序b-3)。接下来，为提高贴合强度，将通过将硅基板20和合成石英基板10贴合而得到的基 板在300°C进行30分钟的热处理。接下来，向硅基板20的离子注入层21施加外部冲击，硅基板沿着离子注入层21 逐渐分离，从而形成硅薄膜31 (子工序b-4)。以此方式制造透明SOI基板30，所述SOI基板30具有位于合成石英基板10上的 硅薄膜31。通过使用装备于器件制造装置的基板识别装置，对所制造的透明SOI基板30进 行识别试验。结果，所有基板都被正确地识别。
(实施例2、比较例1-3)首先，将8枚石英晶片进行喷砂处理。接下来，在下述各种条件下，对每2枚晶片进行处理。实施例2 将晶片浸渍于2wt %的HF溶液30分钟，随后浸渍于碱溶液 (NH4OH H2O2 H2O=I 0.2 10，质量比)10 分钟。比较例1 不对晶片进行清洗。比较例2 将晶片浸渍于2衬％的HF溶液30分钟。比较例3 将晶片浸渍于碱溶液(NH4OH H2O2 H2O = 1 0. 2 10，质量比)10分钟。接下来，如图4所示，将4枚晶片放入清洗盒43，所述4枚晶片包括2枚石英晶片 40，其在与上述条件相同的条件下处理；以及2枚评价用硅晶片42，其未进行喷砂处理。所 述晶片以下述方式放置喷砂处理面41分别朝向评价用硅晶片42的颗粒评价面44。此处， 石英晶片40和硅晶片42的间隔被设定为5mm。在该状态下，进行通常的RCA清洗后，用颗 粒计数器测定硅晶片42的评价面44上的颗粒(0.2μπι以上)数目。基于颗粒数目，对附 着于石英晶片40上的异物数量进行评价。图5显示了测定结果。如图5所示，与比较例1-3相比，从进行HF清洗、然后再进行碱清洗的实施例2的 晶片测到了极其少的颗粒数。此外，从只进行HF清洗的比较例2的晶片测到的颗粒数多于 未进行清洗的比较例1的晶片的颗粒数。与比较例1和比较例2相比，只进行碱清洗的比 较例3中的颗粒数相对较少；然而未除去颗粒源。(实施例3-7)首先，将6枚石英晶片进行喷砂处理。接下来，在下述每种条件下对每2枚晶片进行处理。实施例3 将晶片浸渍于2wt %的HF溶液30分钟，随后浸渍于3vol %的NH4OH溶 液10分钟。实施例4 将晶片浸渍于2wt %的HF溶液30分钟，随后浸渍于碱溶液 (NH4OH H2O2 H2O = 1 1 10，质量比)10 分钟。实施例5 将晶片浸渍于2wt %的HF溶液30分钟，随后浸渍于碱溶液 (NH4OH H2O2 H2O=I 0.2 10，质量比)10 分钟。实施例6 将晶片浸渍于2衬％的冊溶液30分钟，随后浸渍于碱性有机溶剂(8% 的TMAH溶液)10分钟。实施例7 将晶片浸渍于2wt%的HF溶液30分钟，随后浸渍于碱溶液(10wt%的 KOH溶液)10分钟。接下来，如图4所示，将4枚晶片放入清洗盒43，所述4枚晶片包括2枚石英晶 片40，其在与上述条件相同的条件下处理；以及2枚评价用硅晶片42，其未进行喷砂处理。 所述晶片以下述方式放置喷砂处理面41分别朝向评价用硅晶片42的颗粒评价面44。此 处，石英晶片40和评价用硅晶片42的间距被设定为5mm。在该状态下，进行通常的RCA清 洗后，用颗粒计数器测定硅晶片42的评价面44上的颗粒(0.2μπι以上)数目。基于颗粒 数目，对附着于石英晶片40上的异物数量进行评价。图6显示了实施例3-7的测定结果， 还显示了同样条件下只进行HF清洗的比较例2的测定结果。
如图6所示，与同样条件下只进行HF清洗的比较例2中的测定数相比，在HF清洗
后、再进行碱清洗的实施例3-7中测定的颗粒数显著较少。因此，通过碱清洗可明显减少颗
粒数。此外，实施例5中通过碱清洗的颗粒数最少。这可归因于实施例5中H2O2的氧化能
力与碱溶液中的NH4OH的协同效应。由于实施例5的碱溶液的H2O2浓度低于实施例4的碱
溶液的H2O2浓度，碱的蚀刻效果并未劣化。因此，更有效地除去了颗粒。 如上所述，HF清洗后进行碱清洗的清洗方法具有下述效果通过HF清洗蚀刻除去
凹凸，所述凹凸成为经过喷砂处理的玻璃的处理面所特有的颗粒源。可通过碱清洗除去在
HF清洗时游离并附着的异物，并防止其重新附着。因此，可有效地减少颗粒。 应当注意的是，本发明不限于上述记载的实施方式。所述实施方式为示例性的，与
本申请权利要求书的范围内记载的技术构思实质上构成相同、并且显示出类似功能和效果
的实施方式包含于本发明的技术范围内。
1权利要求
一种制造SOI基板的方法，所述基板至少包含透明绝缘性基板和硅薄膜，所述硅薄膜形成于作为所述透明绝缘性基板一个主表面的第一主表面上，而所述透明绝缘性基板的第二主表面是粗糙的，所述第二主表面为与第一主表面相对侧的主表面，所述方法至少包括下述工序制备所述透明绝缘性基板的工序，作为所述透明绝缘性基板，所述第一主表面按RMS值计的表面粗糙度小于0.7nm，并且所述第二主表面按RMS值计的表面粗糙度大于所述第一主表面的表面粗糙度；以及在所述透明绝缘性基板的第一主表面上形成硅薄膜的工序。
2.如权利要求1所述的制造SOI基板的方法，其中，所述制备透明绝缘性基板的工序至 少包括对所述第一主表面和所述第二主表面进行双面研磨加工和蚀刻处理；然后只对所述第一主表面进行单面磨光加工。
3.如权利要求2所述的制造SOI基板的方法，所述方法包括在对所述透明绝缘性基板 的第一主表面和第二主表面进行双面研磨加工和蚀刻处理之后，在只对所述第一主表面进 行所述单面磨光加工之前，将所述透明绝缘性基板进行退火处理。
4.如权利要求1-3中的任一项所述的制造SOI基板的方法，其中，所述形成硅薄膜的工 序至少包括对硅基板或表面形成有氧化膜的硅基板，从表面注入氢离子和/或稀有气体离子，以 形成离子注入层；将所述硅基板或表面形成有氧化膜的硅基板的离子注入面紧密贴合在所述透明绝缘 性基板的第一主表面上；以及沿着所述离子注入层作为边界，将所述硅基板或表面形成有氧化膜的硅基板剥离而发 生薄膜化，以在所述透明绝缘性基板的第一主表面上形成所述硅薄膜。
5.如权利要求1-4任一项所述的制造SOI基板的方法，其中，所述透明绝缘性基板为石 英基板、玻璃基板和蓝宝石基板中的任一种。
6.如权利要求1所述的制造SOI基板的方法，其中，所述透明绝缘性基板为玻璃基板， 所述制备透明绝缘性基板的工序至少包括对所述玻璃基板的第一主表面和第二主表面进 行喷砂处理，清洗所述玻璃基板的处理面，所述清洗作用至少包括对所述处理面进行HF清 洗后再进行碱清洗。
7.如权利要求6所述的制造SOI基板的方法，其中，所述玻璃基板为石英玻璃基板。
8.如权利要求6和7中的任一项所述的制造SOI基板的方法，其中，用于所述碱清洗的 碱溶液为NH40H、NaOH, KOH和CsOH中的任一种，或为添加有H2O2的上述任一种溶液。
9.如权利要求6和7中的任一项所述的制造SOI基板的方法，其中，用于所述碱清洗的 碱溶液为SCl溶液，按照体积组成比，所述SCl溶液至少含有当H2O为10份时，以29wt% 的水溶液计NH4OH为0. 5-2份、以30wt%的水溶液计H2O2为0. 01-0. 5份。
10.如权利要求6和7中的任一项所述的制造SOI基板的方法，其中，用于所述碱清洗 的碱溶液为碱性有机溶剂。
11.如权利要求6-10中的任一项所述的制造SOI基板的方法，其中，所述HF清洗的工 序包括对所述经过喷砂处理的玻璃基板的处理面进行20nm以上的蚀刻。
全文摘要
本发明提供了一种简便地制造SOI基板的方法，所述SOI基板为透明绝缘性基板，所述SOI基板具有一个主表面，硅薄膜形成于该主表面上；粗糙的主表面，该粗糙的主表面位于形成所述硅薄膜一侧的相对侧。本发明提供了一种制造SOI基板的方法，所述基板至少包含透明绝缘性基板和硅薄膜，所述硅薄膜形成于作为所述透明绝缘性基板一个主表面的第一主表面上，而所述透明绝缘性基板的第二主表面是粗糙的，所述第二主表面为与第一主表面相对侧的主表面。所述方法至少包含下述工序制备所述透明绝缘性基板的工序，作为所述透明绝缘性基板，所述第一主表面按RMS值计的表面粗糙度小于0.7nm，并且所述第二主表面按RMS值计的表面粗糙度大于所述第一主表面的表面粗糙度；以及在所述透明绝缘性基板的第一主表面上形成硅薄膜的工序。
文档编号H01L21/304GK101981654SQ20098011173
公开日2011年2月23日 申请日期2009年4月1日 优先权日2008年4月1日
发明者久保田芳宏, 伊藤厚雄, 川合信, 田中好一, 田村博, 秋山昌次, 飞坂优二 申请人:信越化学工业株式会社