JP4603865B2 - Manufacturing method of silicon substrate with oxide film and silicon substrate with oxide film - Google Patents
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Description
本発明は、膜厚が5μm以上の酸化膜を有し、表面に付着するパーティクルが少ない酸化膜付きシリコン基板の製造方法、及び酸化膜付きシリコン基板に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a silicon substrate with an oxide film having an oxide film with a thickness of 5 μm or more and few particles adhering to the surface, and a silicon substrate with an oxide film.
酸化膜を付けたシリコン基板は、従来より半導体分野で広く使用されており、一般的な製造方法として熱酸化法やCVD法などが挙げられ、広く用いられている。その酸化膜は絶縁膜としての目的である為、酸化膜厚は比較的薄く、オングストロームオーダーのものが使われている。 Silicon substrates with an oxide film have been widely used in the field of semiconductors, and examples of common manufacturing methods include thermal oxidation and CVD, which are widely used. Since the oxide film is used as an insulating film, the oxide film thickness is comparatively thin and an angstrom order film is used.
一方、光通信用の光導波路型デバイス用途やMEMS(Micro Electro Mechanical System)用途でも酸化膜付きシリコン基板が用いられているが、半導体分野と比較して格段に厚い酸化膜が望まれており、数μm(特には5μm以上)から厚いもので20μm以上の酸化膜が必要とされている。この厚い酸化膜を製造するに当たり問題として挙げられるのは、製造効率、表面のパーティクルの2点である。例えば半導体分野で広く使われている熱酸化法を厚さ15μmの酸化膜製造に応用した場合、その製造時間は1000時間程度必要であり生産効率が非常に悪い。さらに、その長い酸化時間の為、表面にパーティクルが付着する確率が高く品質的にも課題が残っている。 On the other hand, silicon substrates with oxide films are also used in optical waveguide device applications for optical communication and MEMS (Micro Electro Mechanical System) applications, but a much thicker oxide film is desired compared to the semiconductor field. An oxide film having a thickness of several μm (especially 5 μm or more) to 20 μm or more is required. There are two problems in producing this thick oxide film: production efficiency and surface particles. For example, when the thermal oxidation method widely used in the semiconductor field is applied to the production of an oxide film having a thickness of 15 μm, the production time is about 1000 hours and the production efficiency is very poor. Furthermore, due to the long oxidation time, there is a high probability that particles will adhere to the surface, and problems remain in quality.
最近、高速酸化法として、ポリシリコンを熱酸化する方法(文献1、2)が報告されている。その製造方法は「ポリシリコンを基板上に堆積し、その基板を酸化熱処理してポリシリコン層を酸化する」、という工程を所望する酸化膜厚に達するまで繰り返すため工程が煩雑になり、実質的な製造効率は改善され難い。また、酸化膜表面の荒れや、シリコン基板の片面のみに厚い酸化膜が形成されるため、後工程において熱応力分布の不均一さによって基板に反りが生じやすいという品質的な問題もある。
Recently, a method of thermally oxidizing polysilicon (
一方、熱酸化法は、単純な作業で緻密且つ高品質な酸化膜がシリコン基板の表裏両面に得られる魅力がある。数μm以上の厚い酸化膜を作製する場合、酸化の進行は酸素原子の拡散則に従い、酸化膜厚の2乗と酸化時間が比例する関係を持つことが知られている。つまり、酸化膜厚が厚くなればなるほど、酸化に必要な時間は大きく増大することになる。厚い酸化膜を作製する際の酸化速度を向上させる方法として、酸化雰囲気を水蒸気を含む雰囲気とし、場合によってはさらに加圧状態とする、という手段がとられる。しかし、一般的に加圧熱酸化した場合は酸化膜表面のパーティクルが多く、文献3に対策が報告されているが、改善後でも10個/cm2という結果である。このレベルのパーティクルが基板表面に存在した場合、MEMS用途等で広く応用が進められている貼り合わせ基板(例えばSOI基板)の用途には不向きであり、更なる改善が必要とされている。 On the other hand, the thermal oxidation method is attractive in that a dense and high-quality oxide film can be obtained on both the front and back surfaces of a silicon substrate by a simple operation. In the case of producing a thick oxide film of several μm or more, it is known that the progress of oxidation has a relationship in which the square of the oxide film thickness is proportional to the oxidation time according to the diffusion rule of oxygen atoms. That is, the thicker the oxide film thickness, the greater the time required for oxidation. As a method for improving the oxidation rate at the time of forming a thick oxide film, a method is adopted in which the oxidizing atmosphere is an atmosphere containing water vapor and, in some cases, is further pressurized. However, in general, when pressure thermal oxidation is performed, there are many particles on the surface of the oxide film, and countermeasures have been reported in Document 3, but the result is 10 / cm 2 even after improvement. When particles of this level are present on the substrate surface, they are unsuitable for the use of bonded substrates (for example, SOI substrates) that are widely applied in MEMS applications and the like, and further improvements are required.
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、膜厚が5μm以上であり、表面上に付着しているパーティクルの数が極めて少ない高品質の酸化膜を有するシリコン基板の製造方法及び酸化膜付きシリコン基板を提供することを目的とする。
また、更にはこのような表面パーティクル数が少ない酸化膜付きシリコン基板を用い、これと他の基板とを貼り合わせて高品質の複合基板を製造する方法および複合基板を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and a method for manufacturing a silicon substrate having a high-quality oxide film having a film thickness of 5 μm or more and an extremely small number of particles adhering to the surface, and oxidation An object is to provide a silicon substrate with a film.
It is another object of the present invention to provide a method and a composite substrate for manufacturing a high-quality composite substrate by using a silicon substrate with an oxide film having a small number of surface particles and bonding this to another substrate. .
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、膜厚が5μm以上の酸化膜を有する酸化膜付きシリコン基板の製造方法であって、水蒸気を含む雰囲気下においてシリコン基板を熱処理して膜厚が5μmを超える所定膜厚の酸化膜を表面に形成し、該酸化膜付きシリコン基板の表面を少なくともHF溶液を含む溶液を用いて酸化膜の膜厚が5μm以上残存するようにエッチング処理を行い、その後、洗浄を行うことを特徴とする酸化膜付きシリコン基板の製造方法を提供する。 The present invention has been made to solve the above problems, and is a method for manufacturing a silicon substrate with an oxide film having an oxide film having a thickness of 5 μm or more, wherein the silicon substrate is heat-treated in an atmosphere containing water vapor. Then, an oxide film with a predetermined thickness exceeding 5 μm is formed on the surface, and the surface of the silicon substrate with the oxide film is etched using a solution containing at least an HF solution so that the oxide film thickness remains at least 5 μm. It performs a process, then, that you provide a method of manufacturing a silicon substrate with an oxide film, characterized in that for cleaning.
このように、シリコン基板を水蒸気を含む雰囲気下で熱処理して酸化膜を表面に形成し、該酸化膜付きシリコン基板の表面をHF溶液を含む溶液でエッチング処理を行い、その後洗浄すれば、緻密で基板表面上に付着しているパーティクルが極めて少なく、高品質な酸化膜を有するシリコン基板を得ることができる。
ここで、上記の熱処理で形成する「所定膜厚」とは、残存させる酸化膜の所望の膜厚(5μm以上)にエッチングにおける取りしろとなる膜厚の分を加えた膜厚を意味する。このように、予めエッチングする予定の膜厚の分を考慮して、熱処理において最終的に製品となる所望の膜厚を超える量の酸化膜を形成すれば、エッチング処理を行った後でも5μm以上の所望の膜厚の酸化膜を有するシリコン基板を得ることができる。
なお、酸化熱処理を常圧下で行うか、加圧下で行うかは必要な膜厚を形成する時間と製造装置の都合等によって選択すればよく、本発明はどちらにも応用できる。
Thus, if the silicon substrate is heat-treated in an atmosphere containing water vapor to form an oxide film on the surface, the surface of the silicon substrate with the oxide film is etched with a solution containing an HF solution, and then washed to obtain a dense Thus, a silicon substrate having a high quality oxide film can be obtained with very few particles adhering to the substrate surface.
Here, the “predetermined film thickness” formed by the above-mentioned heat treatment means a film thickness obtained by adding a desired film thickness (5 μm or more) of the oxide film to be left to a thickness to be removed in etching. In this way, if an oxide film having an amount exceeding the desired film thickness that will be the final product in the heat treatment is formed in consideration of the film thickness that is to be etched in advance, it is 5 μm or more even after the etching process is performed. A silicon substrate having an oxide film with a desired film thickness can be obtained.
Note that whether the oxidation heat treatment is performed under normal pressure or under pressure may be selected depending on the time required for forming the required film thickness and the convenience of the manufacturing apparatus, and the present invention can be applied to both.
また、前記エッチング処理において、HFの濃度が5〜30%の溶液を用いるのが望ましい。 Further, in the etching process, the concentration of HF is not to want to use a 5-30% solution.
このエッチング処理において使用する溶液のHF濃度が5%未満の場合では、5〜30%の場合と比べて同様の効果を得るために必要なエッチング時間が長くなり非効率的である。また、30%を超える場合では、同様の効果を得るためには酸化膜をより多くエッチングする必要があり、非効率的である。 When the HF concentration of the solution used in this etching process is less than 5%, the etching time required for obtaining the same effect is longer than that in the case of 5 to 30%, which is inefficient. Further, if it exceeds 30%, in order to obtain the same effect, it is necessary to etch more of the oxide film, which is inefficient.
さらに、前記エッチング処理において、前記酸化膜付きシリコン基板の表面を、エッチング処理を行うと同時にスクラブ処理を行うのが望ましい。 Further, in the above etching process, the surface of the silicon substrate with an oxide film, is not to desired to simultaneously scrubbing process is performed etching treatment.
このように、スクラブ処理を行うことで、基板表面上に付着しているパーティクルを物理的に取り除くことができ、より確実に、パーティクルが極めて少ない高品質の酸化膜を有するシリコン基板を得ることが可能となる。 In this way, by carrying out the scrub treatment, particles adhering to the substrate surface can be physically removed, and a silicon substrate having a high-quality oxide film with extremely few particles can be obtained more reliably. It becomes possible.
そして、前記洗浄において、少なくともSC−1洗浄、SC−2洗浄のいずれかを行うのが望ましい。 Then, in the cleaning, at least SC-1 cleaning, not to want to do any of the SC-2 cleaning.
このように、エッチング処理後に少なくともSC−1洗浄、SC−2洗浄のいずれかを行うことにより、確実に基板表面上に付着しているパーティクルを除去することができ、高品質な酸化膜を有するシリコン基板を得ることができる。この場合、SC−1洗浄、SC−2洗浄の両方とも行うことによって、より確実にパーティクルを低減できる。 Thus, by performing at least one of SC-1 cleaning and SC-2 cleaning after the etching process, particles adhering to the substrate surface can be surely removed, and a high-quality oxide film is provided. A silicon substrate can be obtained. In this case, the particles can be more reliably reduced by performing both SC-1 cleaning and SC-2 cleaning.
また、本発明では本発明の酸化膜付きシリコン基板製造方法により製造された酸化膜付きシリコン基板を他の基板と張り合わせて作製することを特徴とする複合基板の製造方法を提供する。 Further, in the present invention that provides a method of manufacturing a composite substrate, characterized in that to produce a silicon substrate with an oxide film produced by the oxidation film-coated silicon substrate manufacturing method of the present invention by affixing to another substrate.
本発明の酸化膜付きシリコン基板製造方法により製造された酸化膜付きシリコン基板を用いれば、基板表面に付着しているパーティクルが極めて少なく、他の基板と問題なく貼り合わせることができ、未結合部(ボイド)の少ないSOI基板等の複合基板を容易に作製できる。 If the silicon substrate with an oxide film manufactured by the method for manufacturing a silicon substrate with an oxide film of the present invention is used, particles adhering to the substrate surface are very few, and can be bonded to other substrates without any problem. A composite substrate such as an SOI substrate with few (voids) can be easily manufactured.
また、膜厚が5μm以上の酸化膜を有する酸化膜付きシリコン基板であって、該酸化膜付きシリコン基板の表面上に付着しているパーティクルが、0.01個/cm2以下であることを特徴とする酸化膜付きシリコン基板を提供する。 Further, it is a silicon substrate with an oxide film having an oxide film having a thickness of 5 μm or more, and the number of particles adhering to the surface of the silicon substrate with an oxide film is 0.01 / cm 2 or less. that provides an oxide film with a silicon substrate, wherein.
このように本発明によれば、酸化膜の厚さが5μm以上であり、酸化膜付きシリコン基板の表面上に付着しているパーティクルが、0.01個/cm2以下という極めて少ない酸化膜付きシリコン基板を得ることができ、光通信用の光導波路型デバイス用途やMEMS用途に十分利用できる。 As described above, according to the present invention, the oxide film has a thickness of 5 μm or more, and the number of particles adhering to the surface of the silicon substrate with an oxide film is 0.01 / cm 2 or less. A silicon substrate can be obtained and can be sufficiently used for optical waveguide device applications and MEMS applications for optical communication.
本発明の酸化膜付きシリコン基板を用いれば、複合基板を容易に作製する事ができる。
本発明の酸化膜付きシリコン基板を用いれば、基板表面上に付着しているパーティクルが極めて少ないので、他の基板と問題なく貼り合せてボイドの少ない高品質の複合基板を得ることができる。
Using the silicon substrate with an oxide film of the present invention, Ru can be easily fabricated composite substrate.
If the silicon substrate with an oxide film of the present invention is used, the number of particles adhering to the substrate surface is extremely small, so that a high-quality composite substrate with few voids can be obtained by bonding with another substrate without any problem.
なお、上記で用いる「パーティクル」とは、異物検査装置(日立電子エンジニアリング社製)を用い粒径0.3μm以上のパーティクルとして検出されるものとする。 The “particles” used above are detected as particles having a particle size of 0.3 μm or more using a foreign substance inspection apparatus (manufactured by Hitachi Electronics Engineering).
本発明のように、膜厚が5μm以上の酸化膜を有する酸化膜付きシリコン基板の製造方法であって、水蒸気を含む雰囲気下においてシリコン基板を熱処理して膜厚が5μmを超える所定膜厚の酸化膜を表面に形成し、該酸化膜付きシリコン基板の表面を少なくともHF溶液を含む溶液を用いて酸化膜の膜厚が5μm以上残存するようにエッチング処理を行い、その後、洗浄を行えば、特にエッチング処理により基板表面上のパーティクルを効率良く除去することができて、膜厚が5μm以上であり、パーティクル数が極めて少ない高品質の酸化膜を有する酸化膜付きシリコン基板を製造することができる。
また、本発明である、膜厚が5μm以上の酸化膜を有する酸化膜付きシリコン基板であって、該酸化膜付きシリコン基板の表面上に付着しているパーティクルが、0.01個/cm2以下である酸化膜付きシリコン基板であれば、基板表面に付着しているパーティクルが極めて少なく、他の基板と問題なく貼り合わせて容易に、光通信用の光導波路型デバイス用途やMEMS用途に十分利用できる高品質の複合基板を作製することが可能である。
A method of manufacturing a silicon substrate with an oxide film having an oxide film having a film thickness of 5 μm or more as in the present invention, wherein the silicon substrate is heat-treated in an atmosphere containing water vapor to have a predetermined film thickness exceeding 5 μm An oxide film is formed on the surface, and the surface of the silicon substrate with the oxide film is etched using a solution containing at least an HF solution so that the film thickness of the oxide film remains at 5 μm or more. In particular, particles on the substrate surface can be efficiently removed by etching treatment, and a silicon substrate with an oxide film having a high quality oxide film having a film thickness of 5 μm or more and an extremely small number of particles can be manufactured. .
Further, the present invention is a silicon substrate with an oxide film having an oxide film with a thickness of 5 μm or more, and the number of particles adhering to the surface of the silicon substrate with an oxide film is 0.01 / cm 2. The following silicon substrate with an oxide film has very few particles adhering to the substrate surface, and can be easily bonded to other substrates without problems and is sufficient for optical waveguide device applications and MEMS applications for optical communications. It is possible to produce a high-quality composite substrate that can be used.
以下では、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
光通信用の光導波路型デバイス用途やMEMS用途では、半導体分野と比較して厚い酸化膜が望まれており、特に5μm以上の厚さのものが必要とされているが、この厚い酸化膜を製造するにあたり、その製造効率と、基板の表面に付着しているパーティクルが問題点として挙げられていた。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.
In optical waveguide device applications and MEMS applications for optical communication, a thick oxide film is desired compared to the semiconductor field, and in particular, a thickness of 5 μm or more is required. In manufacturing, the manufacturing efficiency and particles adhering to the surface of the substrate were cited as problems.
高速酸化法としてポリシリコンを熱酸化する方法では、工程が煩雑になり、製造効率は改善され難く、酸化膜表面の荒れや、シリコン基板の片面のみ厚い酸化膜が形成されるため、後工程において熱応力分布の不均一さによって基板に反りが生じやすいという品質的な問題があった。 In the method of thermally oxidizing polysilicon as a high-speed oxidation method, the process becomes complicated, and it is difficult to improve the production efficiency, and the oxide film surface is roughened or a thick oxide film is formed only on one side of the silicon substrate. There was a quality problem that the substrate is likely to warp due to the non-uniformity of the thermal stress distribution.
さらに、熱酸化法として厚い酸化膜を作製する際の酸化速度を向上させる方法で、酸化雰囲気を水蒸気を含む雰囲気とし、場合によってはさらに加圧状態とする手段がある。しかし、一般的に加圧酸化した場合は酸化膜表面のパーティクルは多くなり、改善した方法においても10個/cm2という程度が限界で、MEMS用途等で広く応用が進められている貼り合わせ基板の用途には不向きという問題があった。 Further, as a thermal oxidation method, there is a method of improving the oxidation rate when forming a thick oxide film, and there is a means for making the oxidizing atmosphere an atmosphere containing water vapor and, in some cases, further pressing. However, in general, when pressure oxidation is performed, the number of particles on the surface of the oxide film increases, and even in the improved method, the limit is about 10 / cm 2, and the bonded substrate is widely used for MEMS applications. There was a problem that it was unsuitable for use.
そこで本発明者らは、膜厚が5μm以上の酸化膜を有する酸化膜付きシリコン基板の製造方法であって、水蒸気を含む雰囲気下においてシリコン基板を熱処理して膜厚が5μmを超える所定膜厚の酸化膜を表面に形成し、該酸化膜付きシリコン基板の表面を少なくともHF溶液を含む溶液を用いて酸化膜の膜厚が5μm以上残存するようにエッチング処理を行い、その後、洗浄を行う酸化膜付きシリコン基板の製造方法を考え出した。
このような製造方法では、特にエッチング処理を行うことによって酸化膜の表面を溶解して、基板表面上に付着しているパーティクルを効率良く排除することができるため、緻密でパーティクルが極めて少なく、高品質な酸化膜を持ったシリコン基板を得ることができる。
また、予めエッチングする予定の膜厚(エッチング取りしろ)の分を考慮して、熱処理において最終的に求められる所望の膜厚を超える量の酸化膜を形成すれば、エッチング処理を行った後でも膜厚が5μm以上残存する酸化膜を有するシリコン基板を得ることができる。
本発明者らは、これらのことを見出し、本発明を完成させた。
Accordingly, the inventors of the present invention provide a method for manufacturing a silicon substrate with an oxide film having an oxide film having a thickness of 5 μm or more, wherein the silicon substrate is heat-treated in an atmosphere containing water vapor, and the predetermined film thickness exceeds 5 μm. An oxide film is formed on the surface, and the surface of the silicon substrate with the oxide film is etched using a solution containing at least an HF solution so that the oxide film thickness remains at 5 μm or more, and then cleaned. A method for manufacturing a silicon substrate with a film has been devised.
In such a manufacturing method, the surface of the oxide film is dissolved by performing an etching process in particular, and particles adhering to the substrate surface can be efficiently removed. A silicon substrate having a quality oxide film can be obtained.
In addition, if an oxide film having an amount exceeding the desired film thickness finally required in the heat treatment is formed in consideration of the film thickness (etching allowance) to be etched in advance, even after the etching process is performed. A silicon substrate having an oxide film having a film thickness of 5 μm or more can be obtained.
The present inventors found these things and completed the present invention.
以下では、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図1は、基板上に酸化膜を育成する方法を示す概略説明図である。
シリコン基板1上に熱酸化膜を作製する装置の一例を挙げて説明する。
まず、予め所望の酸化膜の膜厚に、エッチングする量の厚さを加えた膜厚値を算出しておく。例えば、所望の酸化膜の膜厚を5μm、エッチング予定の厚さを0.4μmとした場合、実際に熱処理において形成する膜厚は5.4μmとする。このように、所望する酸化膜の膜厚に加えてエッチングする量を余分に形成しておけば、後の工程であるエッチング処理の後においても、所望の膜厚を割ることなく、所望の厚さの酸化膜を有するシリコン基板を得ることができる。
なお、表面に付着しているパーティクルを落とすために好適なエッチング量は0.4μm程度である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a method for growing an oxide film on a substrate.
An example of an apparatus for producing a thermal oxide film on the
First, a film thickness value obtained by adding an etching amount to a desired oxide film thickness is calculated in advance. For example, when the desired oxide film thickness is 5 μm and the thickness to be etched is 0.4 μm, the film thickness actually formed in the heat treatment is 5.4 μm. In this way, if an extra etching amount is formed in addition to the desired oxide film thickness, the desired thickness can be obtained without dividing the desired film thickness even after the subsequent etching process. A silicon substrate having an oxide film can be obtained.
Note that an etching amount suitable for removing particles adhering to the surface is about 0.4 μm.
次に、シリコン基板に酸化膜を形成する方法として例えば図1に示すような熱酸化炉10を用い、シリコン基板1の両面に熱酸化膜を形成する。なお、本発明の適用についてはウェーハ径に依存するものではない。また、酸化膜形成法として熱酸化法であればよく、常圧酸化、加圧酸化は使用する装置や形成する酸化膜厚の都合で選択すればよい。ただし、酸化速度を向上させるとともに緻密なものを得るため、雰囲気は水蒸気を含むものとされる。
Next, as a method of forming an oxide film on the silicon substrate, for example, a
用いる熱酸化炉10の構成例として、円筒状カンタルヒータモジュール4の中に、これと同軸に石英製炉心管3をセットする。ヒータモジュール4は3等分に分割され、炉心管3内を±1℃以内に均熱化できる。石英炉心管3の尾部にノズル7〜9を挿入し、それぞれのノズルから水素、酸素、キャリヤガスとして窒素を供給して熱反応させることにより、炉心管内で水蒸気を生成して水蒸気を含む雰囲気をつくりだす。また、ノズル7〜9と反対側の炉心管3の下部に排気管6を設けた。シリコン基板1を石英製のホルダ2に等間隔にセットして炉心管3に挿入し、炭化珪素製のキャップ5で閉じる。酸化条件を設定して熱処理を行い、シリコン基板に酸化膜を形成する。
酸化条件として、例えばヒータ設定温度1000℃、炉心管内圧力5気圧とし、酸化時間70時間で膜厚約10.5μmの酸化膜を育成したシリコン基板を得ることができる。
As a configuration example of the
As the oxidizing conditions, for example, a heater set temperature of 1000 ° C. and a pressure in the furnace core tube of 5 atm can be obtained, and a silicon substrate on which an oxide film having a thickness of about 10.5 μm is grown in an oxidation time of 70 hours can be obtained.
こうして得られた酸化膜付きシリコン基板の表面にはパーティクルが多数付着していることが、異物検査装置での測定結果より確認できる。これらパーティクルは、一般の半導体製造工程において用いられるSC−1溶液(アンモニア+過酸化水素混合溶液)やSC−2溶液(塩酸+過酸化水素混合溶液)による洗浄ではほとんど除去できない。これは、長時間の熱酸化処理でパーティクルと酸化膜表面が反応し強く付着しているためである。つまり、この反応部分を含めた表面を取り除くことができれば、パーティクルが極めて少ない高品質の酸化膜を有するシリコン基板を得ることが可能となる。 It can be confirmed from the measurement result of the foreign matter inspection apparatus that a large number of particles are adhered to the surface of the silicon substrate with an oxide film thus obtained. These particles can hardly be removed by cleaning with an SC-1 solution (ammonia + hydrogen peroxide mixed solution) or an SC-2 solution (hydrochloric acid + hydrogen peroxide mixed solution) used in a general semiconductor manufacturing process. This is because the particles and the oxide film surface react and adhere strongly in the long-term thermal oxidation treatment. That is, if the surface including the reaction portion can be removed, a silicon substrate having a high-quality oxide film with extremely few particles can be obtained.
この方法として、例えばCMPなど研磨による方法が考えられるが、酸化膜表面にパーティクルがある状態の基板を研磨した場合、パーティクルが存在した付近にキズが残りやすく、例えばその後SOI基板の作製にこの基板を用いた場合、その箇所にボイドが発生する確率が高くなる。また、最近の貼り合せ用途ではさまざまな厚さの基板が要求されており、特に基板の厚さが350μm未満の薄い基板の場合では研磨機で対応することが困難になっている。 As this method, for example, a polishing method such as CMP is conceivable. However, when a substrate having particles on the surface of the oxide film is polished, scratches are likely to remain in the vicinity of the presence of the particles. When is used, the probability that a void will occur at that location increases. In recent bonding applications, substrates with various thicknesses are required. In particular, in the case of a thin substrate having a thickness of less than 350 μm, it is difficult to cope with a polishing machine.
一方、本発明のHF溶液を含んだ溶液によるエッチング処理を行うことで、表面上に付着しているパーティクルが極めて少ない高品質の酸化膜を有するシリコン基板を得ることができる。このとき、パーティクルと基板表面とが反応している部分を効率良くエッチングすることが望ましく、HF濃度5〜30%の溶液が最も効率的に基板表面のパーティクルを取り除くことが可能である。
HF濃度が30%よりも高い溶液を用いた場合はその効果が弱く、5〜30%の溶液を使用した場合と同程度のパーティクル除去の効果を得るには、より多くの酸化膜をエッチングする必要があるため非効率的である。
また、HF濃度が5%未満の溶液を用いた場合は、そのエッチング速度が不足しているため、多くのエッチング時間を必要とし、非効率的となってしまう。
なお、先に述べたように、最終的に求められる所望の膜厚の酸化膜を得るためには、熱処理工程の際にエッチングする分の酸化膜を余分に形成しておく必要がある。
On the other hand, by performing an etching process using a solution containing the HF solution of the present invention, a silicon substrate having a high-quality oxide film with very few particles adhering to the surface can be obtained. At this time, it is desirable to efficiently etch the portion where the particles react with the substrate surface, and a solution having an HF concentration of 5 to 30% can most effectively remove the particles on the substrate surface.
When a solution with a HF concentration higher than 30% is used, the effect is weak, and in order to obtain the same particle removal effect as when a 5-30% solution is used, more oxide films are etched. It is inefficient because it is necessary.
Further, when a solution having an HF concentration of less than 5% is used, the etching rate is insufficient, so that a lot of etching time is required and it becomes inefficient.
Note that, as described above, in order to obtain an oxide film having a desired film thickness finally obtained, it is necessary to form an extra oxide film for etching in the heat treatment step.
また、エッチングと同時に基板表面をスクラブ処理することで、さらに確実にパーティクルを取り除くことが可能である。このスクラブの方法としては、基板表面にキズが入らなければよく、一般のスポンジなどを用いればよい。 Further, by scrubbing the substrate surface simultaneously with the etching, particles can be removed more reliably. As a scrubbing method, it is sufficient that scratches do not enter the substrate surface, and a general sponge or the like may be used.
エッチング処理の後、例えば薬液を用いた洗浄、超音波洗浄、水によるリンス洗浄等を行うことで、基板表面上に残っている酸化膜に起因するもの以外のパーティクルを除去でき、またエッチング時に使用したHF溶液等を洗い流すことができる。
また、このとき、少なくともSC−1溶液、SC−2溶液のいずれかを用いて洗浄を行うのが好ましい。これらの溶液は一般の半導体製造工程の洗浄においてよく用いられており、異物除去の効果が高い。
After etching, for example, cleaning with chemicals, ultrasonic cleaning, rinsing with water, etc. can remove particles other than those caused by oxide film remaining on the substrate surface. The HF solution and the like can be washed away.
At this time, it is preferable to perform cleaning using at least one of the SC-1 solution and the SC-2 solution. These solutions are often used for cleaning in general semiconductor manufacturing processes, and have a high effect of removing foreign substances.
このようにして膜厚が5μm以上であり、表面に付着しているパーティクルが極めて少ない高品質の酸化膜を有するシリコン基板を得ることができる。
また、両面に酸化膜が形成されているため基板の反りも小さく、SOI基板を始めとする貼り合わせ複合基板を容易にかつ高品質のものを作製することができる。
例えば、本発明である酸化膜付きシリコン基板と、他のシリコン基板とをポリッシュ面同士で密着させ、その後酸化熱処理炉にて1000℃で5時間接合熱処理して貼り合わせSOI基板を作製し、赤外線透過像にてボイド(未結合部)の観察を行ったところ、ボイドは確認されず、良質のSOI基板が得られた。
In this way, a silicon substrate having a high quality oxide film having a film thickness of 5 μm or more and very few particles adhering to the surface can be obtained.
In addition, since the oxide film is formed on both surfaces, the warpage of the substrate is small, and a bonded composite substrate including an SOI substrate can be easily manufactured with high quality.
For example, a silicon substrate with an oxide film according to the present invention and another silicon substrate are brought into close contact with each other, and then bonded and heat treated at 1000 ° C. for 5 hours in an oxidation heat treatment furnace to produce a bonded SOI substrate. When a void (unbonded portion) was observed in the transmission image, no void was confirmed, and a high-quality SOI substrate was obtained.
以下に本発明の実施例および比較例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
(実施例1)
直径4インチ(10.16cm)のシリコン基板上に所定膜厚として10μm(所望膜厚10μm+エッチング予定量0.4μm程度を熱処理工程で形成する)の酸化膜を形成する。
シリコン基板の熱処理として、図1に示したような熱酸化炉10を用いる。
直径400mm、長さ2500mmの円筒状カンタルヒータモジュール4の中に、これと同軸に直径350mm、長さ2000mmの石英製炉心管3をセットする。ヒータモジュール4は3等分に分割され、炉心管3内を±1℃以内に均熱化できる。石英炉心管3の尾部に3本の直径10mm、長さ200mmのノズル7〜9を挿入し、それぞれのノズルから水素3.6L/min、酸素2.0L/min、キャリヤガスとして窒素25L/minを供給して熱反応させることにより、炉心管内で水蒸気を生成して水蒸気を含む雰囲気をつくりだす。また、ノズル7〜9と反対側の炉心管3の下部に排気管6を設けた。シリコン基板1を石英製のホルダ2に等間隔にセットして炉心管3に挿入し、炭化珪素製のキャップ5で閉じる。酸化条件を設定して熱処理を行い、シリコン基板に酸化膜を形成する。
酸化条件としては、高圧酸化条件として、ヒータ設定温度1000℃、炉心管内圧力5気圧とし、酸化には70時間をかけた。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited thereto.
Example 1
An oxide film having a predetermined film thickness of 10 μm (desired film thickness of 10 μm and a predetermined etching amount of about 0.4 μm is formed in a heat treatment process) is formed on a silicon substrate having a diameter of 4 inches (10.16 cm).
As a heat treatment of the silicon substrate, a
A quartz furnace tube 3 having a diameter of 350 mm and a length of 2000 mm is set coaxially in a cylindrical cantal heater module 4 having a diameter of 400 mm and a length of 2500 mm. The heater module 4 is divided into three equal parts, and the inside of the core tube 3 can be soaked within ± 1 ° C. Three nozzles 7 to 9 having a diameter of 10 mm and a length of 200 mm are inserted into the tail portion of the quartz furnace core tube 3. Hydrogen is 3.6 L / min, oxygen is 2.0 L / min, and nitrogen is 25 L / min as a carrier gas. To produce a water vapor in the core tube and create an atmosphere containing the water vapor. Further, an exhaust pipe 6 was provided at the lower part of the core tube 3 on the side opposite to the nozzles 7 to 9. The
As oxidation conditions, the heater set temperature was 1000 ° C. and the pressure inside the furnace tube was 5 atm, and the oxidation took 70 hours.
このような熱処理を行うことにより、平均膜厚が10.7μmの酸化膜を育成したシリコン基板50枚を得た。
こうして得られた酸化膜付き基板を異物検査装置でパーティクル測定したところ、基板1枚当たりの平均パーティクル数は825.2個であり、パーティクルが0個の基板は確認されなかった。
そこで、25%HF水溶液を用いて1分間酸化膜の表面をエッチングして、その後半導体で一般的に行われる洗浄工程(SC−1洗浄、SC−2洗浄)を行い、同様にパーティクル数を測定したところ、基板1枚当たりの平均パーティクル数は0.38個(0.0047個/cm2)で、パーティクルが0個の基板は37枚であった。このときのエッチング量は0.42μmであった。
また、この基板を用いて、室温にて他の鏡面研磨されたシリコン基板とポリッシュ面同士で貼り合わせ、水蒸気を含む雰囲気下1000℃で5時間接合熱処理してSOI基板を作製した。この基板を赤外線透過観察したところ、ボイドの発生はなかった。
By performing such heat treatment, 50 silicon substrates on which an oxide film having an average film thickness of 10.7 μm was grown were obtained.
When the particle | grains of the board | substrate with an oxide film obtained in this way were measured with the foreign material inspection apparatus, the average number of particles per board | substrate was 825.2 pieces, and the board | substrate with 0 particle | grains was not confirmed.
Therefore, the surface of the oxide film is etched using a 25% HF aqueous solution for 1 minute, and then a cleaning process (SC-1 cleaning, SC-2 cleaning) generally performed for semiconductors is performed, and the number of particles is similarly measured. As a result, the average number of particles per substrate was 0.38 (0.0047 / cm 2 ), and the number of substrates with 0 particles was 37. The etching amount at this time was 0.42 μm.
Further, using this substrate, another mirror-polished silicon substrate and a polished surface were bonded to each other at room temperature, and an SOI substrate was manufactured by bonding heat treatment at 1000 ° C. for 5 hours in an atmosphere containing water vapor. When this substrate was observed by infrared transmission, no void was generated.
実施例1より、膜厚が目標の10μm以上あり、基板表面上のパーティクルが0.0047個/cm2という、極めて少ない高品質の酸化膜を有するシリコン基板を効率良く作製することができた。
さらに作製された基板と他のシリコン基板を貼り合わせて作製したSOI基板はボイドもなく品質がよく、光通信用の光導波路型デバイス用途やMEMS用途でも十分利用できるものであった。
From Example 1, it was possible to efficiently produce a silicon substrate having a very low quality oxide film having a target film thickness of 10 μm or more and 0.0047 particles / cm 2 on the substrate surface.
Furthermore, an SOI substrate manufactured by bonding a manufactured substrate and another silicon substrate has no voids and has good quality, and can be sufficiently used for optical waveguide device applications and MEMS applications for optical communication.
(実施例2)
実施例1と同様の製造方法により、平均膜厚が10.8μmの酸化膜を育成したシリコン基板50枚を得た。
基板1枚当たりの平均パーティクル数は850.3個であり、パーティクルが0個の基板は確認されなかった。
そこで、25%HF水溶液を用いて1分間酸化膜の表面をエッチングすると同時に、一般的なスポンジを用いて基板表面にスクラブ処理を施して、その後洗浄工程(SC−1洗浄、SC−2洗浄)を行い、同様にパーティクル数を測定したところ、基板1枚当たりの平均パーティクル数は0.12個(0.0015個/cm2)で、パーティクルが0個の基板は45枚であった。このときのエッチング量は0.44μmであった。
また、この基板を用いて、室温にて他のシリコン基板とポリッシュ面同士で貼り合わせ、水蒸気を含む雰囲気下1000℃で5時間接合熱処理してSOI基板を作製した。この基板を赤外線透過観察したところ、ボイドの発生はなかった。
(Example 2)
According to the same manufacturing method as in Example 1, 50 silicon substrates on which an oxide film having an average film thickness of 10.8 μm was grown were obtained.
The average number of particles per substrate was 850.3, and a substrate with zero particles was not confirmed.
Therefore, the surface of the oxide film is etched for 1 minute using a 25% HF aqueous solution, and at the same time, the substrate surface is scrubbed using a general sponge, and then a cleaning process (SC-1 cleaning, SC-2 cleaning). In the same manner, the number of particles was measured. As a result, the average number of particles per substrate was 0.12 (0.0015 particles / cm 2 ), and 45 substrates were 0 particles. The etching amount at this time was 0.44 μm.
In addition, using this substrate, another silicon substrate and the polished surfaces were bonded to each other at room temperature, and an SOI substrate was manufactured by bonding heat treatment at 1000 ° C. for 5 hours in an atmosphere containing water vapor. When this substrate was observed by infrared transmission, no void was generated.
実施例2より、エッチングと同時にスクラブ処理を施すことで、膜厚が目標の10μm以上あり、基板表面上のパーティクルが0.0015個/cm2という、極めて少ない高品質の酸化膜を有するシリコン基板をさらに効率良く作製することができた。
そして、作製された基板と他のシリコン基板を貼り合わせて作製したSOI基板はボイドもなく品質がよく、光通信用の光導波路型デバイス用途やMEMS用途でも十分利用できるものであった。
From Example 2, by performing scrubbing simultaneously with etching, a silicon substrate having a very high quality oxide film with a target film thickness of 10 μm or more and 0.0015 particles / cm 2 on the substrate surface. Was able to be produced more efficiently.
The SOI substrate produced by bonding the produced substrate and another silicon substrate has good quality without voids, and can be sufficiently used for optical waveguide device applications and MEMS applications for optical communication.
(実施例3)
実施例1と同様の製造方法により、平均膜厚が10.5μmの酸化膜を育成したシリコン基板50枚を得た。
基板1枚当たりの平均パーティクル数は832.1個であり、パーティクルが0個の基板は確認されなかった。
そこで、10%HF水溶液を用いて330秒間酸化膜厚の表面をエッチングして、その後洗浄工程(SC−1洗浄、SC−2洗浄)を行い、同様にパーティクル数を測定したところ、基板1枚当たりの平均パーティクル数は0.53個(0.0065個/cm2)で、パーティクルが0個の基板は20枚であった。このときのエッチング量は0.39μmであった。
(Example 3)
According to the same manufacturing method as in Example 1, 50 silicon substrates on which an oxide film having an average film thickness of 10.5 μm was grown were obtained.
The average number of particles per substrate was 832.1, and a substrate with zero particles was not confirmed.
Therefore, the surface of the oxide film was etched for 330 seconds using a 10% HF aqueous solution, and then the cleaning process (SC-1 cleaning, SC-2 cleaning) was performed. The average number of particles per unit was 0.53 (0.0065 particles / cm 2 ), and there were 20 substrates with zero particles. The etching amount at this time was 0.39 μm.
実施例3より、エッチング処理の時間は多少長くなったが、膜厚が目標の10μm以上あり、基板表面上のパーティクルが0.0065個/cm2という、実施例1と同程度のシリコン基板を作製することができた。 Although the etching process time was somewhat longer than in Example 3, a silicon substrate similar to that in Example 1 having a target film thickness of 10 μm or more and 0.0065 particles / cm 2 on the substrate surface was obtained. We were able to make it.
(実施例4)
実施例1と同様の製造方法により、平均膜厚が10.5μmの酸化膜を育成したシリコン基板50枚を得た。
基板1枚当たりの平均パーティクル数は827.7個であり、パーティクルが0個の基板は確認されなかった。
そこで、50%HF水溶液を用いて15秒間酸化膜の表面をエッチングして、その後洗浄工程(SC−1洗浄、SC−2洗浄)を行い、同様にパーティクル数を測定したところ、基板1枚当たりの平均パーティクル数は5.3個(0.065個/cm2)で、パーティクルが0個の基板は得られなかった。このときのエッチング量は0.40μmであった。
Example 4
According to the same manufacturing method as in Example 1, 50 silicon substrates on which an oxide film having an average film thickness of 10.5 μm was grown were obtained.
The average number of particles per substrate was 827.7, and no substrate with zero particles was confirmed.
Therefore, the surface of the oxide film was etched for 15 seconds using a 50% HF aqueous solution, followed by a cleaning step (SC-1 cleaning, SC-2 cleaning), and the number of particles was measured in the same manner. The average number of particles was 5.3 (0.065 particles / cm 2 ), and a substrate with zero particles was not obtained. The etching amount at this time was 0.40 μm.
ここで、この基板を50%HF水溶液でパーティクルを確認しながら追加エッチングを行っていった。さらに10秒間追加エッチングしたところでパーティクルを除去することができた。基板洗浄後にパーティクル数を確認したところ、基板1枚当たりの平均パーティクル数は0.40個(0.0049個/cm2)、パーティクルが0個の基板を32枚得ることができ、このときの全エッチング量は0.61μmであった。 Here, this substrate was subjected to additional etching while confirming particles with a 50% HF aqueous solution. The particles could be removed after additional etching for 10 seconds. When the number of particles was confirmed after substrate cleaning, the average number of particles per substrate was 0.40 (0.0049 particles / cm 2 ), and 32 substrates with zero particles were obtained. The total etching amount was 0.61 μm.
実施例4では、従来よりは大幅に改善できているものの、実施例1に比べてはパーティクル除去に必要なエッチング量は増大した。この結果、酸化膜厚も目標の10μmよりも薄くなってしまい、追加で酸化処理を行う必要が生じた。 In Example 4, the amount of etching required for particle removal increased compared with Example 1 although it was able to improve significantly compared with the past. As a result, the oxide film thickness becomes thinner than the target of 10 μm, and it is necessary to perform an additional oxidation treatment.
(実施例5)
実施例1と同様の製造方法により、平均膜厚が10.6μmの酸化膜を育成したシリコン基板50枚を得た。
基板1枚当たりの平均パーティクル数は820.3個であり、パーティクルが0個の基板は確認されなかった。
そこで、1.0%HF水溶液を用いて360秒間酸化膜の表面をエッチングして、その後洗浄工程(SC−1洗浄、SC−2洗浄)を行い、同様にパーティクル数を測定したところ、基板1枚当たりの平均パーティクル数は32.8個(0.40個/cm2)で、パーティクルが0個の基板は得られなかった。
(Example 5)
According to the same manufacturing method as in Example 1, 50 silicon substrates on which an oxide film having an average film thickness of 10.6 μm was grown were obtained.
The average number of particles per substrate was 820.3, and no substrate with zero particles was confirmed.
Therefore, the surface of the oxide film was etched for 360 seconds using a 1.0% HF aqueous solution, and then the cleaning process (SC-1 cleaning, SC-2 cleaning) was performed. The average number of particles per sheet was 32.8 (0.40 particles / cm 2 ), and a substrate with zero particles was not obtained.
ここで、この基板を1.0%HF水溶液で180秒間追加エッチングを行い、基板洗浄後にパーティクル数を確認したところ、基板1枚当たりの平均パーティクル数は29.8個(0.37個/cm2)、パーティクルが0個の基板は得られなく、このときの全エッチング量は0.09μmであった。 Here, this substrate was additionally etched with 1.0% HF aqueous solution for 180 seconds, and the number of particles was confirmed after cleaning the substrate. The average number of particles per substrate was 29.8 (0.37 / cm3). 2 ) A substrate with zero particles was not obtained, and the total etching amount at this time was 0.09 μm.
実施例5では、実施例1と同等の0.4μmのエッチングに必要な時間は40分程度と算出され、パーティクルが除去されるエッチング量を得るのに必要な時間は大きく増大してしまう。 In the fifth embodiment, the time required for the 0.4 μm etching equivalent to that in the first embodiment is calculated to be about 40 minutes, and the time required to obtain an etching amount from which particles are removed greatly increases.
実施例4、5のように、HF濃度が5%よりも低いか、あるいは30%を超える溶液を用いて酸化膜の表面をエッチング処理する場合、エッチング処理にかける時間を長くしたり、熱処理工程においてエッチングする分量を厚めに考慮して、より厚い酸化膜を予め形成しておくことにより、本発明である、5μm以上の所望の厚さを有し、表面のパーティクルが0.01個/cm2以下の酸化膜付きシリコン基板を得ることは可能である。
しかし、実施例1〜3のように、HF濃度が5〜30%の溶液を用いてエッチング処理を行えば、より効率的に本発明の酸化膜付きシリコン基板を作製することができる。
When the surface of the oxide film is etched using a solution having an HF concentration lower than 5% or higher than 30% as in Examples 4 and 5, the time required for the etching process is increased, or a heat treatment step The thicker oxide film is formed in advance in consideration of the amount to be etched in the step, so that the present invention has a desired thickness of 5 μm or more and surface particles of 0.01 /
However, if the etching process is performed using a solution having an HF concentration of 5 to 30% as in Examples 1 to 3, the silicon substrate with an oxide film of the present invention can be more efficiently produced.
(比較例1)
実施例1と同様の製造方法を行い、平均膜厚が10.4μmの酸化膜を育成したシリコン基板50枚を得た。
基板1枚当たりの平均パーティクル数は847.6個であり、パーティクルが0個の基板は確認されなかった。
この後洗浄工程(SC−1洗浄、SC−2洗浄)を行い、同様にパーティクル数を測定したところ、基板1枚当たりの平均パーティクル数は823.3個(10.2個/cm2)で、パーティクルが0個の基板は得られなかった。
(Comparative Example 1)
The same manufacturing method as in Example 1 was performed to obtain 50 silicon substrates on which an oxide film having an average film thickness of 10.4 μm was grown.
The average number of particles per substrate was 847.6, and a substrate with zero particles was not confirmed.
After this, a cleaning step (SC-1 cleaning, SC-2 cleaning) was performed and the number of particles was measured in the same manner. The average number of particles per substrate was 823.3 (10.2 / cm 2 ). A substrate with zero particles was not obtained.
比較例1ではパーティクルの除去方法としてエッチング処理を行わないで、SC−1洗浄、SC−2洗浄しか行わなかったところ、ほとんどパーティクルを取り除くことができなかった。これは、長時間の熱酸化処理でパーティクルと酸化膜表面が反応して強く付着しているためであると解される。実施例と比較すると、パーティクルの除去方法として酸化膜の表面をエッチング処理することは高い効果があり、効率的であることが判る。 In Comparative Example 1, etching was not performed as a particle removal method, and only SC-1 cleaning and SC-2 cleaning were performed, but almost no particles could be removed. This is understood to be due to the fact that the particles and the oxide film surface react and adhere strongly in the long-term thermal oxidation treatment. As compared with the example, it can be seen that etching the surface of the oxide film as a particle removal method is highly effective and efficient.
なお、本発明は、上記形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 In addition, this invention is not limited to the said form. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
1…シリコン基板、 2…ホルダ、 3…炉心管、 4…ヒータ、 5…キャップ、
6…排気管、 7、8、9…ノズル、 10…熱酸化炉。
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6 ... exhaust pipe 7, 8, 9 ... nozzle, 10 ... thermal oxidation furnace.
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