[發(fā)明專利]SOI晶圓的制造方法以及SOI晶圓

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380071248.0
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN104956464A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 小林德弘;橫川功;阿賀浩司
• 申請（專利權(quán)）人: 信越半導體株式會社
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/265;H01L27/12
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 謝順星;張晶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及將進行過離子注入的晶圓在結(jié)合后剝離來制造SOI晶圓的，利用所謂離子注入剝離法的SOI晶圓的制造方法以及用該方法制造出的SOI晶圓。

背景技術(shù)

近年來，作為貼合晶圓的制造方法，通過將進行過離子注入的晶圓與其他晶圓貼合，在離子注入層剝離，來制造貼合晶圓的方法(離子注入剝離法：也被稱作智能剝離法(注冊商標)的技術(shù))備受關(guān)注。

在這樣的通過離子注入剝離法制造SOI晶圓的方法中，在兩片硅晶圓中至少一片上形成氧化膜，同時，從一片硅晶圓(接合晶圓)的上表面注入氫離子、稀有氣體離子等氣體離子，在該晶圓內(nèi)部形成微小氣泡層(封入層)。并且，使進行過離子注入的一側(cè)的表面通過氧化膜與另一片硅晶圓(基底晶圓)貼緊，之后施加熱處理(剝離熱處理)，將微小氣泡層作為剝離面將一片晶圓(接合晶圓)剝離成薄膜狀，進一步施加熱處理(結(jié)合熱處理)牢固地結(jié)合，做成SOI晶圓(參照專利文獻1、2)。

該方法可比較容易地得到具有剝離面為鏡面，且膜厚均勻性高的SOI層的SOI晶圓。但是，在利用離子注入剝離法來制作貼合晶圓的情況下，剝離后的貼合晶圓表面存在因離子注入導致的損傷層，并且與通常的產(chǎn)品級別的單晶硅晶圓的鏡面相比表面粗糙度大。因此，在利用離子注入剝離法進行的制造中，需要去除這樣的損傷層以及表面粗糙。

以往，為了去除該損傷層等，在結(jié)合熱處理后的最后工序中，進行被稱作接觸拋光(タッチポリッシュ)的研磨余量極少的鏡面研磨(加工余量：100nm左右)。然而，若對貼合晶圓的薄膜(SOI層)實施包含機械加工因素的研磨，則由于研磨的加工余量在面內(nèi)不均勻，因此產(chǎn)生通過氫離子等的注入、剝離而實現(xiàn)的薄膜的膜厚均勻性會惡化的問題。

作為解決上述問題點的方法，代替所述接觸拋光，開始了實施進行高溫熱處理改善表面粗糙度的平坦化處理。

另一方面，有一種室溫機械剝離法(也被稱作rT-CCP、SiGen法)，該方法在向接合晶圓注入氫離子等時，以智能剝離法的1.5倍左右的劑量進行注入，之后對接合晶圓和基底晶圓的貼合面進行等離子處理并貼合，通過在只進行熱處理時不會發(fā)生剝離的熱處理條件下(例如，350℃以下的低溫熱處理)進行熱處理，使離子注入層脆化，之后，在室溫下對貼合面附近的外周邊緣部分例如插入楔狀部件，以此為起點對接合晶圓進行機械剝離從而形成薄膜層(專利文獻3)。該方法可以說以注入大量的氫離子、提高結(jié)合力的等離子處理以及室溫分離為特征。由此，由于能夠改善剝離面的表面粗糙度，因此能夠降低剝離后的平坦化處理的負荷。

與上述方法同樣地，作為降低剝離面的表面粗糙度的其他方法，有將氫離子和氦離子雙方進行離子注入的共同注入法(專利文獻4、5)。該方法將氫離子和氦離子雙方分別向接合晶圓進行離子注入，之后與基底晶圓貼合，進行例如500℃、30分鐘左右的剝離熱處理，并在離子注入層進行剝離，與利用單一離子的離子注入的智能剝離法相比，能夠以少量劑量進行剝離，并且剝離面的表面粗糙度也能得到改善。

如上所述，利用離子注入剝離法的SOI晶圓的制造方法可以分類為3種方法(智能剝離法、SiGen法、共同注入法)。

在上述3種制造方法中，在不利用CMP對剝離后的SOI晶圓的剝離面進行平坦化處理的情況下，制造出的SOI晶圓的品質(zhì)特征如下所示。

智能剝離法在SOI層膜厚范圍以及平臺形狀上處于沒有大問題的水平，但SOI層表面的表面粗糙度比其他方法要大。

在SiGen法中SOI層表面的表面粗糙度抑制到較小，但由于在室溫分離時放入楔子，因此在初期發(fā)生分離的區(qū)域和之后發(fā)生分離的邊界上，膜厚分布有很大變化，且SOI層膜厚范圍變大，此外由于強制分離，平臺形狀產(chǎn)生凹凸狀或缺口。

在氫和氦的共同注入中，與SiGen法同樣可以將SOI層表面的表面粗糙度抑制到較小，并且SOI層膜厚范圍和平臺形狀上也沒有大問題，但是由于注入He的影響，有產(chǎn)生空隙或泡的情況變多的傾向。

作為向設(shè)備制造廠發(fā)貨的成品的SOI晶圓，要求SOI層膜厚范圍小，SOI層表面的表面粗糙度小，平臺部的形狀平滑，并且SOI層沒有空隙或泡等缺陷。