JP7318580B2 - SOI wafer manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、SOIウェーハおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to an SOI wafer and its manufacturing method.
SOIウェーハの作製方法として、基板となるベースウェーハと、SOI層が形成されるボンドウェーハの2枚のシリコン単結晶ウェーハをシリコン酸化膜を介して貼り合わせて貼り合わせSOIウェーハを作製する方法が知られている。このような貼り合わせウェーハ作製の工程として、例えば2枚のウェーハのうち、少なくとも一方のウェーハの表面に酸化膜を形成し、接合面に異物を介在させることなく相互に密着させた後、およそ200~1200℃の温度で熱処理し結合強度を高める方法が知られている(特許文献1参照)。 As a method for manufacturing an SOI wafer, there is known a method of manufacturing a bonded SOI wafer by bonding two silicon single crystal wafers, a base wafer as a substrate and a bond wafer on which an SOI layer is formed, with a silicon oxide film interposed therebetween. It is As a process for manufacturing such a bonded wafer, for example, an oxide film is formed on the surface of at least one of the two wafers, and after the bonding surfaces are brought into close contact with each other without foreign matter interposed therebetween, approximately 200 wafers are bonded together. A method of heat-treating at a temperature of up to 1200° C. to increase bonding strength is known (see Patent Document 1).
このような熱処理を行うことにより結合強度が高められた貼り合わせウェーハは、その後の研削及び研磨工程が可能となるため、ボンドウェーハを研削及び研磨により所望の厚さに薄膜化することで、半導体デバイスが形成されるSOI層を形成することができる。しかし研削後の表面に対し研磨による薄膜化を行う際、その研磨代を多く設定すると、研磨表面の微小なマイクロラフネスが改善されるという利点があるが、一方でウェーハ全体でのSOI層の膜厚均一性が劣化してしまうという問題があるため、設定できる研磨代には上限がある。 The bonded wafer, whose bonding strength has been increased by performing such a heat treatment, can be subjected to subsequent grinding and polishing processes. An SOI layer can be formed in which devices are formed. However, when the surface after grinding is thinned by polishing, setting a large polishing allowance has the advantage of improving minute micro-roughness of the polished surface, but on the other hand, the film of the SOI layer over the entire wafer. Since there is a problem that thickness uniformity deteriorates, there is an upper limit to the polishing margin that can be set.
そこで、膜厚均一性を劣化させずにマイクロラフネスを改善する方法として、非酸化性雰囲気中における1000℃以上の高温熱処理があり、マイクロラフネス改善の有効な手段となっている。 Therefore, as a method for improving the micro-roughness without degrading the film thickness uniformity, there is a high-temperature heat treatment at 1000° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere, which is an effective means for improving the micro-roughness.
また、最近では、SOI層の厚さが0.1μm以下の超薄膜SOIウェーハを膜厚均一性良く製造するための技術として、イオン注入剥離法(スマートカット(登録商標)法とも呼ばれる。)が注目されている(特許文献2)。
イオン注入剥離法は、例えば二枚のシリコンウェーハのうち少なくとも一方に酸化膜を形成すると共に、ボンドウェーハの表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一方を注入し、ボンドウェーハ内部、例えば表面近傍に微小気泡層(封入層)を形成させた後、ボンドウェーハをイオン注入面側で酸化膜を介してベースウェーハと密着させ、その後熱処理(剥離熱処理)を加えて微小気泡層を劈開面(剥離面)としてボンドウェーハを薄膜状に剥離し、さらに熱処理(結合熱処理)を加えて二枚のシリコンウェーハを強固に結合してSOIウェーハとする技術である。
Recently, as a technique for manufacturing an ultra-thin SOI wafer having an SOI layer thickness of 0.1 μm or less with good film thickness uniformity, an ion implantation delamination method (also called Smart Cut (registered trademark) method) has been introduced. It is drawing attention (Patent Document 2).
In the ion implantation delamination method, for example, an oxide film is formed on at least one of two silicon wafers, and at least one of hydrogen ions and rare gas ions is implanted from the surface of the bond wafer to the inside of the bond wafer, for example, near the surface. After the microbubble layer (encapsulation layer) is formed, the bond wafer is brought into close contact with the base wafer via the oxide film on the ion-implanted surface side, and then heat treatment (peeling heat treatment) is applied to remove the microbubble layer from the cleaved surface (peeled surface). ), the bond wafer is separated into a thin film, and heat treatment (bonding heat treatment) is applied to firmly bond the two silicon wafers to form an SOI wafer.
このようにして作製されたSOIウェーハの表面(剥離面)は比較的良好な鏡面となるが、通常の鏡面研磨ウェーハと同等の表面粗さを有するSOIウェーハとするために、さらにタッチポリッシュと呼ばれる研磨代が100nm以下と極めて少ない研磨が行なわれる。
また、このタッチポリッシュの代替として、あるいは併用して、水素やAr雰囲気の下で高温熱処理を行なうことにより、剥離直後のSOI層の膜厚均一性を維持したままSOI層の表面粗さ(表面ラフネス)や結晶欠陥を低減する技術も知られている(特許文献3)。
The surface (exfoliated surface) of the SOI wafer manufactured in this way has a relatively good mirror finish, but in order to obtain an SOI wafer with a surface roughness equivalent to that of a normal mirror-polished wafer, it is further called touch polishing. Polishing is performed with a very small polishing stock removal of 100 nm or less.
As an alternative to or in combination with this touch polishing, high-temperature heat treatment is performed in a hydrogen or Ar atmosphere to reduce the surface roughness of the SOI layer (surface A technique for reducing roughness) and crystal defects is also known (Patent Document 3).
上記のイオン注入剥離法を用いれば、SOI層の膜厚均一性が極めて高いSOIウェーハが比較的容易に得られる上、剥離した一方のウェーハを再利用できるので、材料を有効に使用できるという利点もある。また、この方法は、貼り合わせウェーハ作製の際に酸化膜を介さずに直接シリコンウェーハ同士を結合する場合にも用いることができるし、シリコンウェーハ同士を結合する場合だけでなく、シリコンウェーハにイオン注入して、シリコンウェーハとは熱膨張係数の異なる石英、炭化珪素、アルミナ、ダイヤモンド等の絶縁性ベースウェーハと結合させてSOIウェーハを作製する場合にも用いることができる。 By using the ion implantation delamination method, it is relatively easy to obtain an SOI wafer with extremely high film thickness uniformity of the SOI layer, and in addition, one of the delaminated wafers can be reused, so there is an advantage that materials can be used effectively. There is also In addition, this method can be used to directly bond silicon wafers without an oxide film in the production of bonded wafers. It can also be used to manufacture an SOI wafer by injecting and bonding with an insulating base wafer such as quartz, silicon carbide, alumina, or diamond, which has a different coefficient of thermal expansion from that of a silicon wafer.
このようなSOIウェーハの作製におけるボンドウェーハとベースウェーハとしては、共に、面方位が{100}のシリコン単結晶ウェーハを用いることが一般的であるが、MOSFET(MOS電解効果トランジスタ:MOS Field Effect Transistor)のチャネル方向のキャリア移動度を高めたデバイスを作製する目的で、ボンドウェーハとして面方位が{110}であるウェーハを用いて、SOI層の面方位が{110}であるSOIウェーハを作製する方法も提案されている(特許文献4)。 As a bond wafer and a base wafer in the production of such an SOI wafer, it is common to use a silicon single crystal wafer with a plane orientation of {100}. ), an SOI wafer having an SOI layer having a plane orientation of {110} is produced by using a wafer having a plane orientation of {110} as a bond wafer for the purpose of producing a device with enhanced carrier mobility in the channel direction. A method has also been proposed (Patent Document 4).
なお、本願明細書においてはミラー指数を用いて結晶面及び結晶方位を表す。例えば{100}は、(100)、(010)、(001)等の結晶面の総称を表すものであり、<100>は、[100]、[010]、[001]等の結晶方位の総称を表すものである。 In the specification of the present application, the Miller indices are used to represent crystal planes and crystal orientations. For example, {100} is a generic term for crystal planes such as (100), (010), and (001), and <100> is a crystal orientation such as [100], [010], and [001]. It represents a generic term.
近年、SOIウェーハを用いて作製されるデバイス用途の多様化により、従来用いられてきた{100}や{110}の面方位のSOI層を有するSOIウェーハのほか、デバイス用途によっては、或いは、化合物半導体層をエピタキシャル成長するための基板などとして{111}の面方位のSOI層を有するSOIウェーハが求められるようになってきた。 In recent years, due to the diversification of device applications manufactured using SOI wafers, in addition to the conventionally used SOI wafers having an SOI layer with a plane orientation of {100} or {110}, depending on the device application, or compound An SOI wafer having an SOI layer with a plane orientation of {111} has been demanded as a substrate for epitaxially growing a semiconductor layer.
ところが、発明者の調査によれば、SOIウェーハのSOI層の面方位が正確に{111}である、すなわち{111}ジャスト(一般的な加工精度は±0.1度程度)の場合、SOIウェーハの製造工程において、主にSOI層表面の平坦化を行う目的で施される平坦化熱処理において、SOI層表面に原子ステップ形状を反映したような凹凸が顕著に発生し、十分な平坦度(表面粗さ)が得られないという問題点があることがわかった。また、研磨を用いて、SOI層表面の原子ステップ形状を除去することは可能だが、研磨起因のウェーハ外周部のダレにより、SOI層の膜厚均一性が悪化してしまう。 However, according to the inventor's research, when the plane orientation of the SOI layer of the SOI wafer is exactly {111}, that is, {111} just (general processing accuracy is about ±0.1 degrees), the SOI In the wafer manufacturing process, the flattening heat treatment applied mainly for the purpose of flattening the surface of the SOI layer causes remarkable unevenness reflecting the atomic step shape on the surface of the SOI layer, and sufficient flatness ( It was found that there is a problem that the surface roughness) cannot be obtained. Further, although it is possible to remove the atomic step shape on the surface of the SOI layer by polishing, the film thickness uniformity of the SOI layer deteriorates due to the sagging of the outer peripheral portion of the wafer caused by polishing.
そこで本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、{111}のSOI層を有するSOIウェーハであっても、SOI層表面に平坦化熱処理を効果的に加えることのできるSOIウェーハを提供することで、結果として、ステップ形状を反映した凹凸が抑制された表面粗さ(マイクロラフネス)の良好な{111}のSOI層を有するSOIウェーハおよびその製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been devised in view of such problems, and provides an SOI wafer capable of effectively applying planarization heat treatment to the surface of the SOI layer even if the SOI wafer has a {111} SOI layer. As a result, it is an object of the present invention to provide an SOI wafer having a {111} SOI layer with good surface roughness (micro-roughness) in which unevenness reflecting the step shape is suppressed, and a method for manufacturing the same.
上記課題を達成するために、本発明では、SOI層を具備するSOIウェーハであって、前記SOI層の面方位が{111}からオフアングルされたものであり、前記オフアングルの角度が2度以上のものであることを特徴とするSOIウェーハを提供する。
このように、SOI層の面方位が{111}からオフアングルされたものであり、かつオフアングルの角度が2度以上のものであることにより、非酸化性雰囲気下の熱処理(平坦化熱処理)によってマイクロラフネスが悪化せず、むしろ向上し、高い膜厚均一性と良好なマイクロラフネスの両方を有するSOIウェーハとすることができる。
In order to achieve the above objects, the present invention provides an SOI wafer having an SOI layer, wherein the plane orientation of the SOI layer is angled off from {111}, and the angle of the off-angle is 2 degrees. An SOI wafer characterized by the above is provided.
In this way, the plane orientation of the SOI layer is off-angled from {111} and the off-angle angle is 2 degrees or more, so heat treatment in a non-oxidizing atmosphere (flattening heat treatment) is performed. Therefore, the micro-roughness is not deteriorated, but rather improved, and an SOI wafer having both high film thickness uniformity and good micro-roughness can be obtained.
また、前記オフアングルの角度が5度以下であることが好ましい。
オフアングルの角度が5度以下であれば{111}としての特性(デバイス特性)がより確実に十分に得られる。
Further, it is preferable that the angle of the off-angle is 5 degrees or less.
If the off-angle angle is 5 degrees or less, {111} characteristics (device characteristics) can be obtained more reliably and sufficiently.
また、本発明では、ベースウェーハとシリコン単結晶からなるボンドウェーハとを貼り合わせ、該ボンドウェーハを薄膜化してSOI層を形成するSOIウェーハの製造方法であって、前記ボンドウェーハとして、面方位が{111}からオフアングルされたものであり、かつ前記オフアングルの角度が2度以上のものを用いて前記SOIウェーハを製造することを特徴とするSOIウェーハの製造方法を提供する。
このように、貼り合わせ法によりSOIウェーハを製造する方法において、面方位が{111}からオフアングルされ、かつオフアングルの角度が2度以上のボンドウェーハを用いることにより、高い膜厚均一性と良好なマイクロラフネスの両方を有するSOIウェーハを製造することができる。
Further, according to the present invention, there is provided a method for manufacturing an SOI wafer in which a base wafer and a bond wafer made of silicon single crystal are bonded together and the bond wafer is thinned to form an SOI layer, wherein the bond wafer has a plane orientation of Provided is a method for manufacturing an SOI wafer, characterized in that the SOI wafer is manufactured by using a wafer which is off-angled from {111} and the angle of the off-angle is 2 degrees or more.
Thus, in the method of manufacturing an SOI wafer by the bonding method, by using a bond wafer whose plane orientation is off-angled from {111} and whose off-angle angle is 2 degrees or more, high film thickness uniformity and SOI wafers with both good micro-roughness can be produced.
また、前記製造したSOIウェーハにさらに非酸化性雰囲気下において1000℃以上1350℃以下の温度で熱処理することが好ましい。
このように、本発明であれば非酸化性雰囲気下の熱処理を施しても、SOI層表面に原子ステップ形状を反映したような凹凸は発生せず、ラフネスの改善と結晶欠陥の低減が十分になされたSOIウェーハを製造することができる。
Further, it is preferable to heat-treat the manufactured SOI wafer at a temperature of 1000° C. or more and 1350° C. or less in a non-oxidizing atmosphere.
As described above, according to the present invention, even if heat treatment is performed in a non-oxidizing atmosphere, unevenness reflecting the shape of atomic steps does not occur on the surface of the SOI layer, and roughness is sufficiently improved and crystal defects are reduced. A well-structured SOI wafer can be manufactured.
また、前記ボンドウェーハとして、表面から水素イオンおよび希ガスイオンのうち少なくとも1種類を注入して前記表面の近傍にイオン注入層を形成したものを用い、前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハとを貼り合わせた後、前記イオン注入層で剥離することによって前記ボンドウェーハの薄膜化を行うことができる。
このように、いわゆるイオン注入剥離法により行うことにより、SOI層の厚さが例えば0.1μm以下の超薄膜SOIウェーハであって、膜厚均一性が高く高速デバイスを形成可能なSOIウェーハをより確実に製造することができる。
In addition, as the bond wafer, at least one of hydrogen ions and rare gas ions is implanted from the surface to form an ion-implanted layer in the vicinity of the surface, and the bond wafer and the base wafer are bonded together. After that, the bond wafer can be thinned by peeling at the ion-implanted layer.
In this way, by using the so-called ion implantation delamination method, an ultra-thin SOI wafer having an SOI layer thickness of, for example, 0.1 μm or less, which has high film thickness uniformity and is capable of forming high-speed devices, can be obtained. It can be reliably manufactured.
また、前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハとを貼り合わせるとき、絶縁膜を介して貼り合わせることが好ましい。
このように、例えばシリコンからなるボンドウェーハとベースウェーハとを絶縁膜を介して貼り合わせることにより、ベースウェーハとボンドウェーハが同じ材質であるため、結合強度も良好なSOIウェーハを製造することができる。
Moreover, when bonding the bond wafer and the base wafer together, it is preferable to bond them together via an insulating film.
In this way, by bonding a bond wafer and a base wafer made of, for example, silicon via an insulating film, it is possible to manufacture an SOI wafer having good bonding strength because the base wafer and the bond wafer are made of the same material. .
また、前記ボンドウェーハとして、前記オフアングルの角度が5度以下のものを用いることが好ましい。
オフアングルの角度が5度以下のものを用いれば{111}としての特性(デバイス特性)がより確実に十分に得られる。
Further, it is preferable to use a bond wafer having an off-angle angle of 5 degrees or less.
If the off-angle angle is 5 degrees or less, {111} characteristics (device characteristics) can be obtained more reliably and sufficiently.
以上のように、本発明のSOIウェーハであれば、SOI層表面のマイクロラフネスのみならず、SOI層の膜厚均一性も優れたSOIウェーハとすることができ、特定のデバイス用途や化合物半導体からなるエピタキシャル層を形成するのに適した面方位が{111}のSOI層を有するSOIウェーハおよびその製造方法を提供することができる。 As described above, with the SOI wafer of the present invention, not only the SOI layer surface micro-roughness but also the thickness uniformity of the SOI layer can be excellent. It is possible to provide an SOI wafer having an SOI layer with a plane orientation of {111} suitable for forming an epitaxial layer and a method for manufacturing the same.
従来、面方位が{111}であるSOI層を有するSOIウェーハを製造する場合、まず結晶方位が<111>のシリコン単結晶インゴットを引き上げ、次にそのインゴットの結晶方位をX線方位測定装置(角度分解能1分程度)を使って正確に測定し、面方位が{111}ジャストになるようにインゴットのスライスを行い、SOI層を形成するボンドウェーハを作製していた。 Conventionally, when manufacturing an SOI wafer having an SOI layer with a plane orientation of {111}, first, a silicon single crystal ingot with a crystal orientation of <111> is pulled up, and then the crystal orientation of the ingot is measured by an X-ray orientation measuring device ( Angular resolution of about 1 minute), the ingot is sliced so that the plane orientation is exactly {111}, and a bond wafer for forming an SOI layer is manufactured.
このように、面方位が{111}ジャストになるようにスライスを行ったボンドウェーハを量産レベルで作製した場合、ジャストになるようにスライスを行っても、実際には±0.1度程度の角度ずれを有するものが含まれるのが通常である。またその一方で、要求される製品ウェーハの仕様として±0.2度程度の角度のズレまで許容されている場合もあり、そのような場合には、角度のズレが±0.2度以内のウェーハであれば要求仕様を満足しているので、そのようなウェーハは{111}ジャストの面方位をもつものとして取り扱われる。
しかしながら、0.2度より大きい角度のズレが{111}ジャストとして許容されるような製品仕様である場合はないので、そのような角度のズレを有するウェーハは、意図的に{111}から傾斜させてスライスしたウェーハであるということができる。このように、スライスする方向をある特性の方位から意図的に傾斜させて作製されたウェーハをオフアングル付きウェーハと呼び、傾斜角度をオフアングル角度と呼ぶ事とする。
In this way, when bond wafers sliced so that the plane orientation is exactly {111} are manufactured at the mass production level, even if they are sliced so that the plane orientation is just, the actual degree is about ±0.1 degrees. Those with angular misalignment are usually included. On the other hand, there are cases where an angular deviation of about ±0.2 degrees is allowed as a required product wafer specification. In such a case, the angular deviation is within ±0.2 degrees. Since a wafer satisfies the required specifications, such a wafer is treated as having a plane orientation of {111} just.
However, there are no product specifications that allow angular deviations greater than 0.2 degrees as {111} just, so wafers with such angular deviations are intentionally tilted from {111}. It can be said that it is a wafer sliced by In this way, a wafer manufactured by intentionally tilting the slicing direction from a certain characteristic orientation is called an off-angled wafer, and the tilt angle is called an off-angle angle.
本発明者は、SOI層の面方位が{111}ジャストであるSOIウェーハをイオン注入剥離法により作製し、剥離熱処理後のSOI層表面のラフネス改善、および欠陥除去の目的で不活性ガス(アルゴンガス)中で高温熱処理を行なったところ、SOI層表面に原子ステップ形状を反映したような凹凸が顕著に発生し、SOIウェーハ表面のマイクロラフネスはむしろ悪化してしまう傾向が見られることを確認し、さらに検討を重ねた結果、この熱処理後のマイクロラフネスはボンドウェーハのオフアングルに関係があることを見出した。 The present inventor prepared an SOI wafer having an SOI layer with a plane orientation of {111} just by an ion implantation delamination method, and used an inert gas (argon It was confirmed that when a high-temperature heat treatment was performed in a gas), the surface of the SOI layer showed a remarkable unevenness reflecting the shape of the atomic step, and the micro-roughness of the surface of the SOI wafer tended to worsen. As a result of further investigation, we found that the micro-roughness after this heat treatment is related to the off-angle of the bond wafer.
ここで、SOI層の元となるボンドウェーハについての実験を示す。
図4に、(111)ジャスト結晶を用いたポリッシュドウェーハ(PW)の平坦化熱処理後の表面状態の一例を示す。このときの条件およびAFM(原子間力顕微鏡:Atomic Force Microscope)による測定結果は下記のとおりである。
・使用ウェーハ:直径300mmPW、(111)ジャスト
・熱処理条件:RTA(水素雰囲気(100%H2)、1200℃、30秒)
・表面粗さ測定:AFM(30μm角)
・測定結果:
(RTA前)P-V:0.853nm、RMS:0.103nm、Ra:0.085nm
(RTA後)P-V:0.901nm、RMS:0.111nm、Ra:0.091nm
Here, an experiment on a bond wafer, which is the source of the SOI layer, will be shown.
FIG. 4 shows an example of the surface state of a polished wafer (PW) using (111) just crystal after planarization heat treatment. The conditions at this time and the measurement results by AFM (Atomic Force Microscope) are as follows.
・Wafer used: diameter 300 mm PW, (111) just ・Heat treatment conditions: RTA (hydrogen atmosphere (100% H 2 ), 1200° C., 30 seconds)
・Surface roughness measurement: AFM (30 μm square)
·Measurement result:
(Before RTA) PV: 0.853 nm, RMS: 0.103 nm, Ra: 0.085 nm
(After RTA) PV: 0.901 nm, RMS: 0.111 nm, Ra: 0.091 nm
このように、高温熱処理によって表面にステップ形状の凹凸が発生し、マイクロラフネスが悪化してしまう。そして、このような(111)ジャスト結晶であるボンドウェーハを用いたSOIウェーハへの高温熱処理でも、同様にSOI層表面にステップ形状の凹凸が発生し、マイクロラフネスが悪化する。そこでさらに鋭意研究した結果、面方位が{111}から2度以上の角度でオフアングルされたものであれば、熱処理後でもマイクロラフネスの改善を図れることを見出し、本発明を完成させた。 As described above, the high-temperature heat treatment causes step-shaped unevenness on the surface, thereby deteriorating the micro-roughness. Also in the high-temperature heat treatment of an SOI wafer using such a bond wafer of (111) just crystals, step-shaped irregularities are generated on the surface of the SOI layer, and the micro-roughness is deteriorated. As a result of further intensive research, the present inventors have found that micro-roughness can be improved even after heat treatment if the plane orientation is off-angled from {111} by an angle of 2 degrees or more, and have completed the present invention.
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail as an example of embodiments with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these.
図1に本発明のSOIウェーハの一例を示す。図1に示すようにSOIウェーハ1は、例えばシリコンウェーハであるベースウェーハ2上に絶縁膜(例えばSi酸化膜)3を介してSOI層4を有している。このSOI層4は、面方位が{111}からオフアングルされたものであり、このオフアングルの角度が2度以上のものである。すなわち、通常では{111}ジャストとして許容されるような製品仕様(オフアングル角度:±0.1度以内)のものではない。
なお、図1の形態の他、絶縁膜が別途設けられたものではなく、ベースウェーハとして絶縁性基板(石英基板等)の上に上記のようなSOI層が形成されたものとすることもできる。
FIG. 1 shows an example of the SOI wafer of the present invention. As shown in FIG. 1, an
In addition to the embodiment shown in FIG. 1, an SOI layer as described above may be formed on an insulating substrate (such as a quartz substrate) as a base wafer, instead of the one in which an insulating film is separately provided. .
このようなものであれば、少なくとも上記に述べた高温熱処理により表面ラフネスの改善効果が得られるし、また欠陥除去の目的も達成できる。 With such a material, at least the effect of improving the surface roughness can be obtained by the high-temperature heat treatment described above, and the purpose of removing defects can also be achieved.
オフアングル角度の上限は、平坦化熱処理においてステップ形状の発生を抑制することができれば特に限定されないが、15度以下が好ましく、5度以下がより好ましい。
特に5度以下であれば{111}としての特性(デバイス特性)がより確実に十分に得られる。
The upper limit of the off-angle angle is not particularly limited as long as generation of a step shape in the planarization heat treatment can be suppressed, but is preferably 15 degrees or less, more preferably 5 degrees or less.
In particular, when the angle is 5 degrees or less, {111} characteristics (device characteristics) can be obtained more reliably and sufficiently.
上記のSOIウェーハは、例えば、以下に説明する本発明のSOIウェーハの製造方法の工程で作製できる。初めに、チョクラルスキー法(CZ法)により結晶方位<111>の種結晶を用い結晶方位<111>を有するシリコン単結晶インゴットを育成する。次に、SOI層を形成するボンドウェーハを上記育成されたシリコン単結晶インゴットからスライスする際、オフアングルをかけ、かつオフアングル角度が2度以上になるようにする。この場合、予め用いる種結晶を所望オフアングルを有するものとし、育成されたCZシリコン単結晶インゴットを、育成軸方向に垂直になるようにしてスライスするようにしてもよい。こうすることによって、インゴットからのスライス歩留まりを向上させることができる。 The above SOI wafer can be produced, for example, by the steps of the SOI wafer production method of the present invention described below. First, a silicon single crystal ingot having a <111> crystal orientation is grown using a <111> crystal orientation seed crystal by the Czochralski method (CZ method). Next, when slicing a bond wafer for forming an SOI layer from the grown silicon single crystal ingot, an off-angle is applied so that the off-angle angle is 2 degrees or more. In this case, the seed crystal used in advance may have a desired off-angle, and the grown CZ silicon single crystal ingot may be sliced perpendicular to the growth axis direction. By doing so, the yield of slicing from the ingot can be improved.
次に、イオン注入剥離法によるボンドウェーハの薄膜化について説明する。
まず、上記のCZ法により作製したオフアングルを有するボンドウェーハの表面から水素イオンおよび希ガスイオンのうち少なくとも一方を所望の加速エネルギー及びドーズ量で注入する。こうして注入されたイオンによりボンドウェーハ表面近傍に微小気泡層(イオン注入層)が形成される。このボンドウェーハをイオン注入面側でシリコン酸化膜等を介してベースウェーハと密着させる。その後500℃程度かそれ以上の比較的低温で熱処理(剥離熱処理)を加えると微小気泡の圧力と結晶の再配列の作用により微小気泡層で剥離する。次に酸化性雰囲気下で1000~1200℃程度の熱処理(結合熱処理)をしてウェーハ同士の結合力を高める。
Next, thinning of the bond wafer by the ion implantation delamination method will be described.
First, at least one of hydrogen ions and rare gas ions is implanted at a desired acceleration energy and dose from the surface of a bond wafer having an off-angle produced by the CZ method. A microbubble layer (ion-implanted layer) is formed in the vicinity of the surface of the bond wafer by the ions thus implanted. This bond wafer is brought into close contact with the base wafer via a silicon oxide film or the like on the ion-implanted surface side. After that, when a heat treatment (peeling heat treatment) is applied at a relatively low temperature of about 500° C. or higher, the microbubble layer is peeled off due to the pressure of the microbubbles and the rearrangement of the crystals. Next, a heat treatment (bonding heat treatment) is performed at about 1000 to 1200° C. in an oxidizing atmosphere to increase the bonding strength between the wafers.
このようなイオン注入剥離法であれば、SOI層の厚さが例えば0.1μm以下の超薄膜SOIウェーハであって、膜厚均一性が高く面方位が{111}のSOI層を有するSOIウェーハをより確実に製造することができる。
なお、ボンドウェーハの薄膜化は、上記水素イオン注入剥離法に限定されるものではなく、研削、研磨、エッチング等従来用いられている方法を適用することが可能である。
With such an ion implantation delamination method, an ultra-thin SOI wafer having an SOI layer thickness of, for example, 0.1 μm or less, which has an SOI layer with high film thickness uniformity and a plane orientation of {111}. can be manufactured more reliably.
The thinning of the bond wafer is not limited to the hydrogen ion implantation delamination method, and conventionally used methods such as grinding, polishing, and etching can be applied.
なお、上記のようにボンドウェーハとベースウェーハとを貼り合わせるとき、絶縁膜を介して貼り合わせることが好ましい。このように、例えばシリコンからなるボンドウェーハとベースウェーハとを絶縁膜を介して貼り合わせることにより、ベースウェーハとボンドウェーハが同じ材質であるため、結合強度も良好なSOIウェーハを製造することができる。但し、本発明はこれに限定されず、例えば、ボンドウェーハを直接、絶縁性のベースウェーハに貼り合わせてもよい。 When bonding the bond wafer and the base wafer together as described above, it is preferable to bond them together via an insulating film. In this way, by bonding a bond wafer and a base wafer made of, for example, silicon via an insulating film, it is possible to manufacture an SOI wafer having good bonding strength because the base wafer and the bond wafer are made of the same material. . However, the present invention is not limited to this, and for example, the bond wafer may be directly attached to the insulating base wafer.
次に、得られたSOIウェーハにArやH2のような非酸化性雰囲気下で1000℃~1350℃程度の高温熱処理を行うことで、ウェーハ内での膜厚均一性が高く、マイクロラフネスも良好であり、結晶欠陥も低減されたSOIウェーハを製造することができる。この場合、本発明では、SOI層は面方位が{111}から2度以上オフアングルされているので、非酸化性雰囲気下の熱処理により、面方位が{111}ジャストのときとは異なり、マイクロラフネスが悪化することはなく、むしろ向上する。 Next, the obtained SOI wafer is subjected to a high-temperature heat treatment of about 1000°C to 1350°C in a non-oxidizing atmosphere such as Ar or H2 . It is possible to manufacture an SOI wafer which is excellent and has reduced crystal defects. In this case, in the present invention, since the plane orientation of the SOI layer is at least two degrees off-angled from {111}, the heat treatment in a non-oxidizing atmosphere results in a microscopic Roughness does not deteriorate, but rather improves.
こうして得られたSOIウェーハは上記のように極薄で、膜厚均一性が高く、マイクロラフネスが良好であるとともに、SOI層の面方位が{111}から2度以上オフアングルされたものなので、特定のデバイス用途や化合物半導体からなるエピタキシャル層を形成するのに好適なものとなる。 The SOI wafer thus obtained is extremely thin as described above, has high film thickness uniformity, and has good micro-roughness. It is suitable for specific device applications and for forming epitaxial layers made of compound semiconductors.
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the examples.
(実施例1)
CZ法により結晶方位が<111>であるシリコン単結晶インゴットを引き上げ、このインゴットをスライスすることにより、直径300mmであり、面方位が(111)から2度だけオフアングルされた、オフアングル付きボンドウェーハを本発明の実施例として作製した。
(Example 1)
A silicon single crystal ingot having a <111> crystal orientation is pulled up by the CZ method, and the ingot is sliced to obtain a bond with a diameter of 300 mm and an off-angled bond whose plane orientation is off-angled from (111) by 2 degrees. Wafers were produced as examples of the present invention.
このボンドウェーハに酸化膜を形成し、水素イオンを注入してイオン注入層を形成し、ベースウェーハと貼り合わせ、イオン注入層で剥離することによりSOIウェーハを作製した。
なお、SOIウェーハ作製条件は下記のとおりである。
・ベースウェーハ:(100)シリコン単結晶ウェーハ
・埋め込み酸化膜:ボンドウェーハ表面に300nm形成、ベースウェーハはなし
・イオン注入条件:水素イオン、注入エネルギーは60keV、ドーズ量は8×1016atoms/cm2
・剥離熱処理:Arガス雰囲気下で500℃、30分間
・平坦化熱処理1:RTA(100%H2、1200℃、30秒間)
・結合熱処理:酸化性雰囲気、1000℃、1時間
・平坦化熱処理2:RTA(100%H2、1200℃、30秒間)
An SOI wafer was produced by forming an oxide film on this bond wafer, implanting hydrogen ions to form an ion-implanted layer, bonding with a base wafer, and separating at the ion-implanted layer.
The SOI wafer fabrication conditions are as follows.
・Base wafer: (100) silicon single crystal wafer ・Buried oxide film: 300 nm formed on bond wafer surface, no base wafer ・Ion implantation conditions: Hydrogen ions, implantation energy of 60 keV, dose amount of 8×10 16 atoms/cm 2
・Exfoliation heat treatment: 500° C. for 30 minutes in an Ar gas atmosphere ・Planarization heat treatment 1: RTA (100% H 2 , 1200° C., 30 seconds)
- Bonding heat treatment: Oxidizing atmosphere, 1000°C, 1 hour - Flattening heat treatment 2: RTA (100% H 2 , 1200°C, 30 seconds)
SOIウェーハに対して上記平坦化熱処理2を行った後、SOI層表面のマイクロラフネス測定をAFMにて行った。このAFMによるマイクロラフネス測定は、SOIウェーハ中心部の30μm角の範囲に対して行った。図2に測定結果を示す。また、表1に、実施条件の他、マイクロラフネス(P-V、RMS、Ra)及びステップ状の凹凸の有無についても示す。
After the
(実施例2)
ボンドウェーハのオフアングル角度を4度とした以外は、実施例1と同様にしてSOIウェーハを製造し、AFMによるマイクロラフネス測定を行った。図2に測定結果を示す。
(Example 2)
An SOI wafer was produced in the same manner as in Example 1 except that the off-angle angle of the bond wafer was 4 degrees, and micro-roughness was measured by AFM. FIG. 2 shows the measurement results.
(実施例3)
平坦化熱処理の条件を下記のとおり変更した以外は、実施例1と同様にしてSOIウェーハを製造し、AFMによるマイクロラフネス測定を行った。
・平坦化熱処理1:なし
・平坦化熱処理2:100%Ar雰囲気、1200℃、1時間
(Example 3)
An SOI wafer was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the conditions of the planarization heat treatment were changed as follows, and micro-roughness was measured by AFM.
・Planarization heat treatment 1: None ・Planarization heat treatment 2: 100% Ar atmosphere, 1200°C, 1 hour
(比較例1、2)
ボンドウェーハを(111)ジャスト(比較例1)、オフアングル角度1度(比較例2)とした以外は、実施例1と同様にしてSOIウェーハを製造し、AFMによるマイクロラフネス測定を行った。図3に比較例1の測定結果を示す。
(Comparative Examples 1 and 2)
An SOI wafer was produced in the same manner as in Example 1 except that the bond wafer was (111) just (Comparative Example 1) and the off-angle angle was 1 degree (Comparative Example 2), and micro-roughness was measured by AFM. The measurement results of Comparative Example 1 are shown in FIG.
膜厚均一性を測定したところ、実施例1-3、比較例のいずれも良好であった。ただし、ステップ状の凹凸に関しては、実施例1-3では全く発生していなかったのに対し、オフアングルなしの比較例1では顕著に発生しており、オフアングル角度1度の比較例2でも発生していることが確認された。また、表面ラフネスに関しては、表1のように、本発明であり、ボンドウェーハのオフアングル角度が2度以上の実施例1-3は、比較例1、2に比べてほぼ良好な値となった。 When the film thickness uniformity was measured, both Examples 1-3 and Comparative Example were good. However, step-shaped unevenness did not occur at all in Example 1-3. confirmed to have occurred. As for surface roughness, as shown in Table 1, Example 1-3, which is the present invention and the off-angle angle of the bond wafer is 2 degrees or more, has substantially better values than Comparative Examples 1 and 2. rice field.
なお、本発明は、上記実施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 embodiment. The above embodiment is an example, and any device that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and produces similar effects is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
1…SOIウェーハ、 2…ベースウェーハ、 3…絶縁膜、 4…SOI層。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ボンドウェーハとして、面方位が{111}からオフアングルされたものであり、かつ前記オフアングルの角度が2度以上5度以下のものを用いて前記SOIウェーハを製造し、
前記製造したSOIウェーハにさらに非酸化性雰囲気下において1000℃以上1350℃以下の温度で熱処理することを特徴とするSOIウェーハの製造方法。 A method for manufacturing an SOI wafer by bonding a base wafer and a bond wafer made of silicon single crystal together and thinning the bond wafer to form an SOI layer, comprising:
manufacturing the SOI wafer using a bond wafer having a plane orientation oriented off-angle from {111} and having an off-angle angle of 2 degrees or more and 5 degrees or less ;
A method for manufacturing an SOI wafer, wherein the manufactured SOI wafer is further heat-treated at a temperature of 1000° C. or higher and 1350° C. or lower in a non-oxidizing atmosphere .
前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハとを貼り合わせた後、前記イオン注入層で剥離することによって前記ボンドウェーハの薄膜化を行うことを特徴とする請求項1に記載のSOIウェーハの製造方法。 using a bond wafer in which at least one of hydrogen ions and rare gas ions is implanted from the surface to form an ion-implanted layer in the vicinity of the surface;
2. The method for manufacturing an SOI wafer according to claim 1 , wherein after bonding the bond wafer and the base wafer, the bond wafer is thinned by delamination at the ion-implanted layer.
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JP2004214400A (en) | 2002-12-27 | 2004-07-29 | Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp | Manufacturing method for semiconductor substrate |
JP2004342858A (en) | 2003-05-15 | 2004-12-02 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | SOI wafer and method for manufacturing the same |
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