[發明專利]SOI晶圓的制造方法及SOI晶圓

在審

• 申請號: 202180054023.9
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN116057666A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 橫川功
• 申請（專利權）人: 信越半導體株式會社
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 張晶;謝順星

本發明是一種SOI晶圓的制造方法，包含：通過熱氧化在包含摻雜劑的基底晶圓的整面形成硅氧化膜的工序；以及使結合晶圓的主面與基底晶圓的第一主面經由硅氧化膜貼合的工序，在熱氧化工序之前，還包含：在基底晶圓的第二主面上形成CVD絕緣膜的工序；以及在基底晶圓的第一主面上形成以低于基底晶圓的摻雜劑濃度的濃度含有摻雜劑的阻擋硅層的工序，在熱氧化工序中，將阻擋硅層熱氧化而獲得阻擋硅氧化膜，在貼合工序中，使結合晶圓與基底晶圓經由硅氧化膜的一部分即阻擋硅氧化膜貼合。由此，提供一種SOI晶圓的制造方法，能夠一邊抑制因基底晶圓的摻雜劑的混入所導致的SOI層的污染，一邊制造SOI晶圓。

技術領域

本發明涉及SOI晶圓的制造方法及SOI晶圓。

背景技術

作為半導體元件用的晶圓的一種，有在絕緣膜即硅氧化膜之上形成有硅層(以下，有時稱為SOI層)的SOI(Silicon?On?Insulator，絕緣體上硅)晶圓。由于作為器件制作區域的基板表層部的SOI層通過埋入式絕緣層(埋入式氧化膜(BOX層))而與基板內部電分離，因此該SOI晶元具有寄生電容較小、耐輻射能力較高等特征。因此，能夠期待SOI晶圓具有以高速及低功耗實現動作，并且防止軟件錯誤等效果，有望作為高性能半導體元件用的基板。

作為制造該SOI晶圓的代表方法，可以舉出晶圓貼合法或SIMOX法。晶圓貼合法例如是以下的方法：在兩片單晶硅晶圓中的至少一個的表面形成熱氧化膜后，通過使兩片晶圓經由該形成的熱氧化膜而緊密貼合，并實施結合熱處理而提高結合力，之后，通過對其中一個晶圓(形成SOI層的晶圓(以下為結合晶圓))進行鏡面研磨等而加以薄膜化，由此制造SOI晶圓。另外，作為該薄膜化的方法，具有：將結合晶圓磨削、研磨至所期望的厚度為止的方法；或預先將氫離子或稀有氣體離子中的至少一種離子注入結合晶圓的內部而形成離子注入層，并以形成的離子注入層作為剝離面來剝離結合晶圓，以獲得薄膜化后的SOI層的稱為離子注入剝離法的方法等。

另一方面，SIMOX法是以下的方法：將氧離子注入單晶硅基板的內部，之后進行高溫熱處理(氧化膜形成熱處理)而使注入的氧與硅反應而形成BOX層，由此制造SOI晶圓。

在上述代表性的兩個手法中，晶圓貼合法由于具有可以自由設定所制作的SOI層或BOX層的厚度這樣的優異性，因此可以應用于各式各樣的器件用途。

當中，離子注入剝離法由于能夠使制作的SOI層的膜厚均勻性極為優異，因此近年來被廣泛使用。

另一方面，為了抑制SOI晶圓的翹曲，或提高吸雜(日語：ゲッタリング)能力，經常如專利文獻1及2所記載的那樣，使用高濃度硼摻雜的基底晶圓來制造SOI晶圓。

在將這樣的高濃度硼摻雜的基底晶圓應用于所述離子注入剝離法的情況下，例如，有時需要形成2μm以上厚度的埋入式絕緣層。在這種情況下，如果在結合晶圓形成厚氧化膜而使它們貼合，則會有必須使離子注入能量極大，或制作的SOI晶圓的翹曲會變大這樣的問題，因此必須在基底晶圓側形成厚氧化膜而使其與結合晶圓貼合。

此時，由于將高濃度硼摻雜的基底晶圓進行熱氧化而形成厚氧化膜，因此會導致在該熱氧化膜中含有多量的硼，其結果為，在對通過離子注入剝離法所得的薄膜化后的SOI晶圓實施結合熱處理及平坦化熱處理、或外延生長等高溫的熱處理時，會有SOI晶圓背面的熱氧化膜所含有的硼向外擴散而導致摻雜劑污染SOI層這樣的問題(所謂的自摻雜)。如果產生這樣的自摻雜，則結果為導致SOI層的導電型或電阻率產生變化。

例如在使用磨削、研磨等其他的薄膜化手法的情況下，也會因為薄膜化后在SOI層上進行外延生長而使SOI層厚膜化的熱處理，或使用了SOI晶圓的器件制造過程中的熱處理而產生同樣的問題。

對于這樣的問題點，本案發明人在專利文獻3中提出了在基底晶圓的熱氧化工序前，通過在與基底晶圓的貼合面為相反側的面形成CVD絕緣膜，從而同時降低SOI層的摻雜劑污染與翹曲的方法。

但是，發現即使采用此方法，有時也無法充分地抑制SOI層的摻雜劑污染。