贴合晶圆的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于离子注入剥离法而实施的贴合晶圆的制造方法。
【背景技术】
[0002] 作为SOI (Silicon On Insulator，绝缘体上娃）晶圆的制造方法，特别是使尖端集 成电路的高性能化成为可能的薄膜SOI晶圆的制造方法，将已离子注入过的晶圆在接合后 剥离以制造S0I晶圆的方法（离子注入剥离法，也称为智能剥离法（Smart Cut，注册商标） 的技术）备受瞩目。
[0003] 该离子注入剥离法是在二片硅晶圆中的至少一片上形成氧化膜（绝缘膜），并且 从其中一片的硅晶圆（接合晶圆）的顶面注入氢离子或稀有气体离子等气体离子，而在该 晶圆内部形成微小气泡层（封入层）后，使已注入该离子的硅晶圆的面隔着氧化膜与另一 片硅晶圆（基底晶圆）密接，然后施加热处理（剥离热处理），以微小气泡层作为劈开面而 将其中一片的晶圆（接合晶圆）剥离为薄膜状，进一步施加热处理（结合热处理），并牢固 地结合从而做成S0I晶圆的技术（参照专利文献1等）。在该阶段中，劈开面（剥离面）成 为S0I层的表面，且较容易得到S0I膜的厚度薄且均匀性高的S0I晶圆。另外，在该离子注 入剥离法中，也可以不经由绝缘膜而直接贴合接合晶圆与基底晶圆来制造贴合晶圆。
[0004] 但是，在剥离后的S0I晶圆表面会存在由于离子注入所造成的损伤层，此外，表面 粗糙度会变得比通常的硅晶圆的镜面大。因此，在离子注入剥离法中，需要去除这样的损伤 层和表面粗糙度。
[0005] 以往，为了去除该损伤层等，在结合热处理后的最终工序中，会进行被称为接触抛 光（夕7y 7シ1 )的研磨裕度极少的镜面研磨（切削裕度：100nm左右）。然而，若对 S0I层进行包含机械加工要素的研磨，则由于研磨的切削裕度并不均匀，因此会发生通过氢 离子等的注入与剥离而完成的S0I层的膜厚均匀性恶化这样的问题。
[0006] 作为解决这种问题点的方法，进行高温热处理来取代上述的接触抛光，从而可以 进行用于改善表面粗糙度的平坦化处理。
[0007] 例如，在专利文献2中，提出了一种技术，该技术是在剥离热处理后（或结合热处 理后），不研磨S0I层的表面而施加在含氢还原性气氛下的热处理（急速加热和急速冷却热 处理（RTA处理，Rapid Thermal Annealing))。进而，在专利文献3的权利要求2等中，提 出了一种技术，该技术是在剥离热处理后（或结合热处理后），通过在氧化性气氛下的热处 理而在S0I层形成氧化膜之后，去除该氧化膜（牺牲氧化处理），接着施加还原性气氛的热 处理（急速加热/急速冷却热处理（RTA处理））。
[0008] 此外，在专利文献4中，为了避免在将剥离面直接氧化时容易发生的 0SF(oxidation induced stacking faults，氧化诱导迭差），通过在惰性气体、氢气或这些 气体的混合气体气氛下的平坦化热处理之后，进行牺牲氧化处理，由此同时实现剥离面平 坦化与避免0SF。
[0009] 在专利文献5中公开了一种技术，该技术是在氧化性气氛下进行用于提高剥离后 的贴合晶圆的结合强度的结合热处理时，为了切实地避免容易在剥离面发生的OSF，作为结 合热处理，以未满950°C的温度进行氧化热处理后，在包含5%以下的氧的惰性气体气氛， 以1000°C以上的温度进行热处理。
[0010] 进而，在专利文献6中公开了一种贴合晶圆的制造方法，其目的在于，当组合RTA 处理与牺牲氧化处理来进行贴合晶圆的薄膜表面平坦化与薄膜减薄时，能够抑制BMD(Bulk Micro Defect，体积微缺陷）密度增加且可使薄膜表面充分地平坦化，该贴合晶圆的制造方 法为，对剥离接合晶圆后的贴合晶圆在含氢气氛下进行第一 RTA处理后，进行牺牲氧化处 理以将薄膜减薄，然后，在含氢气氛下，以高于第一 RTA处理的温度进行第二RTA处理。
[0011] 现有技术文献
[0012] 专利文献
[0013] 专利文献1 :日本专利公开平成5-211128号公报
[0014] 专利文献2 :日本专利公开平成11-307472号公报
[0015] 专利文献3 :日本专利公开2000-124092号公报
[0016] 专利文献4 :国际公开第W02003/009386号/小册子
[0017] 专利文献5 :日本专利公开2010-98167号公报
[0018] 专利文献6 :日本专利公开2012-222294号公报
【发明内容】
[0019] (一）要解决的技术问题
[0020] 根据上述文献，已知一种技术，该技术在通过离子注入剥离法来制作SOI晶圆等 贴合晶圆的情况下，为了使刚剥离后的薄膜表面（剥离面，在SOI晶圆中为SOI层的表面） 平坦化和去除由于离子注入所造成的损伤层，在含氢还原性气氛下施加高温的RTA处理， 并在该RTA处理前后进行牺牲氧化处理。
[0021] 然而，得知了若通过组合RTA处理与牺牲氧化处理来进行薄膜表面平坦化与薄膜 减薄化（去除损伤与调整膜厚），则会有基底晶圆中的氧析出物（BMD，Bulk Micro Defect， (体积微缺陷））密度增大的情况。一般而言，已知由于BMD会因为RTA处理而溶解，因此 BMD密度会减少。但是，得知了如下现象：即使通过RTA处理来使大尺寸的BMD暂时减少， 小尺寸的BMD核仍会高密度地重新产生，而该核会因其后的牺牲氧化处理而成长为大尺寸 的BMD，其结果是，BMD密度反而会增大。进而，得知了存在使RTA处理的温度越高温，则由 于后续的氧化热处理所造成的BMD密度就会进一步增大的关系。
[0022] 在BMD密度高的情况下，已知会发生贴合晶圆（例如S0I晶圆）受到组件制程的 热处理而大幅变形，在光微影工序中图案会偏移而变得不良这样的问题，特别是针对贴合 晶圆，其供给高性能尖端集成电路的制造，且该制造需要微细的光微影时，抑制BMD密度的 增加被认为是重要的质量项目。
[0023] 本发明是鉴于上述这样的问题而完成的，其目的在于，提供一种贴合晶圆的制造 方法，其组合RTA处理与牺牲氧化处理，在进行贴合晶圆的薄膜表面的平坦化与薄膜减薄 化时，能够抑制BMD密度增加且能够使薄膜表面充分平坦化。
[0024] (二）技术方案
[0025] 为了实现上述目的，本发明提供一种贴合晶圆的制造方法，其从接合晶圆的表面 离子注入氢离子、稀有气体离子中的至少一种的气体离子来形成离子注入层，将所述接合 晶圆的已离子注入过的表面与基底晶圆的表面直接或隔着绝缘膜贴合后，以所述离子注入 层为界使接合晶圆剥离，由此来制作在所述基底晶圆上具有薄膜的贴合晶圆，该贴合晶圆 的制造方法的特征在于，具有对剥离所述接合晶圆后的贴合晶圆，在含氢气氛下进行RTA 处理后，进行牺牲氧化处理来减薄所述薄膜的工序，并且，在将所述RTA处理的保持开始温 度设为比1150Γ高的温度且将所述RTA处理的保持结束温度设为1150Γ以下的条件下，进 行所述RTA处理。
[0026] 若设为这样的保持开始温度及保持结束温度，则能够使薄膜表面充分平坦化。并 且，通过将保持结束温度设为上述温度，能够充分抑制贴合晶圆中的小尺寸的新BMD核的 形成。其结果是，即使在RTA处理后进行牺牲氧化处理来进行薄膜减薄，也能够抑制BMD密 度的增加。
[0027] 此外，优选地，在由所述保持开始温度至保持结束温度为止的保持时间中，伴随有 温度下降但不伴随有温度上升。
[0028] 通过这样地调整保持时间中的温度，即使在RTA处理的最初阶段将温度设为可充 分进行薄膜表面平坦化的高温，也能够在RTA处理的最后阶段中更切实地设为1150°C以 下，也能够缩短处理时间。
[0029] 此外，优选地，将所述保持开始温度设为1175Γ以上1250Γ以下，且将所述保持 结束温度设为1100°c以上1150°C以下。
[0030] 若为保持这样的开始温度及保持结束温度，则能够进一步使薄膜表面平坦化。并 且，通过将保持结束温度设为上述范围，能够充分抑制小尺寸的新BMD核的形成。
[0031] (三）有益效果
[0032] 根据本发明的贴合晶圆的制造方法，通过进行保持温度在最初为高温且在最后为 低温的RTA处理，之后进行牺牲氧化处理，能够制造一种表面粗糙度小且BMD密度低的贴合 晶圆。若为这种BMD密度小的贴合晶圆，则即使受到组件制程的热处理，贴合晶圆也不会大 幅变形，而难以发生在光微影工序中图案成为偏移的不良这样的问题。
【附图说明】
[0033] 图1是表示在制造实施例1的贴合晶圆时的RTA处理温度曲线的图表。
[0034] 图2是表示在制造实施例2的贴合晶圆时的RTA处理温度曲线的图表。
[0035] 图3是表示在制造实施例3的贴合晶圆时的RTA处理温度曲线的图表。
[0036] 图4是表示在制造实施例4的贴合晶圆时的RTA处理温度曲线的图表。
[0037] 图5是表示在制造比较例1的贴合晶圆时的RTA处理温度曲线的图表。
[0038] 图6是表示在制造比较例2的贴合晶圆时的RTA处理温度曲线的图表。
[0039] 图7是表示本发明的贴合晶圆的制造方法的实施方式一例的流程图。