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WO2005024918A1 - Ｓｏｉウェーハおよびその製造方法 - Google Patents

Ｓｏｉウェーハおよびその製造方法 Download PDF

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Publication number
WO2005024918A1
WO2005024918A1 PCT/JP2004/013070 JP2004013070W WO2005024918A1 WO 2005024918 A1 WO2005024918 A1 WO 2005024918A1 JP 2004013070 W JP2004013070 W JP 2004013070W WO 2005024918 A1 WO2005024918 A1 WO 2005024918A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wafer
layer
soi
bonded
active layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2004/013070
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Akihiko Endo
Nobuyuki Morimoto
Original Assignee
Sumco Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumco Corporation filed Critical Sumco Corporation
Priority to EP04787753A priority Critical patent/EP1667209B1/en
Priority to US10/570,668 priority patent/US7544583B2/en
Priority to JP2005513712A priority patent/JP4552857B2/ja
Publication of WO2005024918A1 publication Critical patent/WO2005024918A1/ja

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/322—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to modify their internal properties, e.g. to produce internal imperfections
    • H01L21/3221—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to modify their internal properties, e.g. to produce internal imperfections of silicon bodies, e.g. for gettering
    • H01L21/3226—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to modify their internal properties, e.g. to produce internal imperfections of silicon bodies, e.g. for gettering of silicon on insulator

Definitions

  • the present invention relates to an SOI wafer and a method for manufacturing the same, more specifically, to reduce the degree of contamination of the active layer with metal impurities, to have sufficient mechanical strength to suppress the occurrence of slip of the supporting wafer, and to provide a thin film.
  • the present invention relates to a technique for inexpensively manufacturing an SOI wafer using a smart cut method that can improve the accuracy of LPD evaluation of an active layer.
  • the wafer is introduced into a heat treatment furnace and heat-treated at 500 ° C for 30 minutes, and the ion implantation area force also removes part of the active layer wafer, followed by bonding heat treatment to increase the bonding strength of the wafer. It is a method of applying. As a result, a bonded SOI substrate having a buried silicon oxide film interposed between the supporting wafer and the active layer is obtained. In the bonding heat treatment, heat treatment is performed at 1100 ° C for 2 hours using oxygen as an atmospheric gas.
  • Patent Document 1 an n-type silicon wafer having a specific resistance of 10 ⁇ ⁇ and an oxygen concentration of 1 ⁇ 10 18 atoms mscm 3 is used as a supporting wafer. To anneal this e-ha As a result, an oxygen precipitate is formed, and the oxygen precipitate is used as a gettering site, and metal impurities such as Cu and Fe that have passed through the embedded silicon oxide film are captured in the supporting wafer. As a result, the degree of contamination of the active layer with metal impurities can be reduced.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-326396
  • the heat treatment is performed at a high temperature of 1100 ° C.
  • slippage occurred easily on the surface on the support side of the supporting e-ha (contact surface with a boat etc.).
  • a method of supporting the bonded wafer with an annular susceptor made of ceramics or with an aluminum support jig such as an air boat having an annular air holding portion is used. There was a problem.
  • the thickness of the active layer is less than 0.10 ⁇ m (for example, 0.02 to 0.05 m), and the thickness of the buried silicon oxide film is reduced to about 0.15 m. I have. Therefore, when evaluating the LPD (Light Point Defect) with a surface inspection device, there is a possibility that microvoids may be detected as pseudo defects.
  • the microvoid means a minute void (exposed COP or the like) existing between the silicon oxide film and the supporting wafer. The reason why the microvoid is detected as a pseudo defect is that the measurement laser beam passes through the thin active layer and the embedded silicon oxide film. As a result, the reliability of LPD evaluation was reduced.
  • a silicon single crystal ingot is grown at a pulling rate of 0.8 mmZmin or less in the CZ method.
  • COP is not deposited in the con single crystal ingot! If this COP does not exist! If a silicon wafer is used as a supporting wafer, the microvoids will not be generated.
  • An object of the present invention is to provide an SOI wafer capable of reducing contamination of an active layer due to metal impurities and suppressing the occurrence of slip of a supporting wafer, and a method of manufacturing the same.
  • An object of the present invention is to provide a method for manufacturing the SOI wafer at a low cost by using a smart cut method.
  • an active layer wafer is bonded to a supporting wafer via an insulating film to form a bonded wafer, and thereafter, a part of the bonded active wafer for the active layer is formed into a thin film.
  • a second invention is the first invention, wherein the supporting wafer has a nitrogen concentration of 1 ⁇ 10 14 atoms / cm 3 X 10 atoms Zcm and an oxygen concentration of 12 ⁇ 10 atoms Zcm (old ASTM) or more.
  • This is a method for manufacturing an SOI wafer having:
  • ⁇ Crystals that generate OSF over the entire surface of the wafer can be obtained by controlling the temperature gradient and the pulling speed during pulling.
  • oxygen and nitrogen are present at high concentrations in the support wafer. Specifically, oxygen was added at a concentration of 12 ⁇ 10 17 atoms Zcm 3 or more as measured by the old ASTM, nitrogen was added with a predetermined amount of silicon nitride at the time of crystal pulling, and the value calculated from the segregation coefficient was 1 ⁇ 10 14 at omsZcm 3 — 3 X 10 15 atomsZcm 3 . When oxygen and nitrogen are contained in these amounts, the OSF can be generated over the entire surface of the wafer to further optimize the pulling conditions.
  • the defect density in the supporting wafer is 1 ⁇ 10 9 Zcm 3 or more.
  • the mechanical strength of the supporting wafer is increased, and it is possible to prevent the supporting wafer from slipping during heat treatment.
  • the anti-slip effect of the supporting wafer is regarded as important for bonded wafers with diameters exceeding 300 mm.
  • the types of the active layer wafer and the support wafer for example, single crystal silicon wafer, germanium wafer, or SiC wafer can be used.
  • an oxide film, a nitride film, or the like can be employed as the insulating film.
  • the thickness of the insulating film is, for example, less than 1. O / z m, preferably 0.1-0.2 m.
  • the thickness of the active layer is not limited. For example, the thickness is 110 m for a thick active layer. In the case of a thin active layer, it is 0.01-1 m.
  • the oxygen concentration of the supporting wafer is less than 12 ⁇ 10 17 at O msZcm 3 , sufficient oxygen precipitates or OSFs associated therewith will not be generated.
  • the relationship between the temperature gradient (G) near the solid-liquid interface and the pulling speed (V) in the CZ method is such that the VZG value is 0.2-0.3 mm 2 Z ° C 'min.
  • the preferred concentration of the oxygen is 13 X 10 17 - a 15 X 10 17 atoms / cm 3 .
  • the old ASTM is one of the definitions of oxygen concentration in silicon, and is one method for converting FT-IR spectral power back to oxygen concentration.
  • an active layer wafer is bonded to a supporting wafer via an insulating film to form a bonded wafer, and thereafter, a part of the bonded active wafer of the active wafer is formed into a thin film.
  • Forming a SOI layer by forming an SOI layer, wherein the supporting wafer has an oxygen concentration of 16 ⁇ 10 17 atoms / cm 3 (old AS TM) or more. This is a method for manufacturing SOI wafers.
  • the third invention among the metal impurities contained in the active layer wafer or the active layer, Cu, Fe, etc., which have passed through the buried insulating film by diffusion, include BMD or OSF in the supporting wafer. Captured by defects. In addition, metal impurities including Cu and Fe present in the support wafer are also captured by the defect. As a result, it is possible to finally reduce the degree of contamination of the active layer due to metallic impurities.
  • the defect density in the supporting wafer becomes 1 ⁇ 10 9 / cm 3 or more without adding nitrogen.
  • the oxygen concentration is 16 ⁇ 10 17 atoms / cm 3 or more, the BMD density is a sufficient value to suppress the occurrence of a slip even if a pulling condition that generates OSF is not selected on the entire surface. It becomes. As a result, the mechanical strength of the supporting wafer is increased, and slip of the supporting wafer during heat treatment can be prevented.
  • the bonding force of the bonded wafer according to the present invention can be obtained only by including oxygen of 16 ⁇ 10 17 atoms Zcm 3 or more in the crystal when pulling the ingot for the supporting wafer. As a result, a bonded wafer having the above effects can be manufactured at low cost.
  • oxygen concentration of the supporting Ueha is sufficient BMD or OSF can not be obtained with less than 16 X 10 17 atomsZcm 3 measured by old ASTM.
  • the preferred concentration of oxygen is 17 X 10 17 one 20 X 10 17 atomsZcm ".
  • a fourth invention is the first invention, wherein a hydrogen gas or a rare gas is ion-implanted into the active layer wafer to form an ion implanted layer in the active layer wafer.
  • a hydrogen gas or a rare gas is ion-implanted into the active layer wafer to form an ion implanted layer in the active layer wafer.
  • a hydrogen gas or a rare gas is added to the active layer wafer.
  • the active element is ion-implanted to form an ion-implanted layer on the active layer layer, and then the active layer layer and the support layer are bonded to form a bonded layer.
  • This is a method for manufacturing an SOI wafer in which the bonded wafer is kept at a predetermined temperature and is heat-treated, whereby the ion-implanted layer is separated as a boundary.
  • the sixth invention is the third invention, wherein a hydrogen gas or a rare gas element is ion-implanted into the active layer layer, an ion-implanted layer is formed in the active layer layer, The active layer layer and the supporting layer are bonded together to form a bonded layer, and thereafter, the bonded layer is held at a predetermined temperature and heat-treated. This is a method for manufacturing SOI wafers to be exfoliated.
  • Light elements to be ion-implanted include, for example, hydrogen (H) and rare gas elements such as helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe ), Radon (Rn), etc. These may be simple substances or compounds.
  • the dose of the light element at the time of ion implantation is not limited.
  • the acceleration voltage at the time of light element ion implantation is 50 keV or less, preferably 30 keV or less, and more preferably 20 keV or less.
  • Light element ion implantation allows the light element to be concentrated at the target depth at a lower accelerating voltage, and in thin-film SOI fabrication, the margin for removal after peeling is reduced, which is advantageous for improving the in-plane thickness variation. It is.
  • the heating temperature of the bonded wafer at the time of peeling is 400 ° C. or higher, preferably 400 to 700 ° C., and more preferably 450 to 550 ° C. If the temperature is lower than 400 ° C, it is difficult for the light element force ion-implanted into the active layer wafer to form light element bubbles. If the temperature exceeds 700 ° C, oxygen precipitates may be formed in the active layer, which may degrade device characteristics.
  • the atmosphere in the furnace at the time of peeling may be an atmosphere of a non-oxidizing gas (an inert gas such as nitrogen or argon). Further, it may be in a vacuum.
  • a non-oxidizing gas an inert gas such as nitrogen or argon.
  • the heating time of the bonding layer at the time of peeling is 1 minute or more, preferably 10 to 60 minutes. If the time is less than 1 minute, it becomes difficult to bubble the light element ion-implanted into the bonding.
  • a bonding heat treatment for increasing the strength of the bonding heat treatment for the active layer wafer and the supporting wafer may be performed.
  • the heating temperature at this time is, for example, 1100 ° C. for 2 hours. Oxygen or the like can be used as the atmospheric gas in the thermal oxidation furnace.
  • a seventh invention is the method for manufacturing an SOI wafer according to the first invention, wherein the thickness of the SOI layer is less than 0.10 ⁇ m.
  • An eighth invention is the method for manufacturing an SOI wafer according to the second invention, wherein the thickness of the SOI layer is less than 0.10 / zm.
  • a ninth invention is the method for manufacturing an SOI wafer according to the third invention, wherein the thickness of the SOI layer is less than 0.10 / zm.
  • a tenth invention is the method for manufacturing an SOI wafer according to the fourth invention, wherein the thickness of the SOI layer is less than 0.10 / zm.
  • An eleventh invention is the method for manufacturing an SOI wafer according to the fifth invention, wherein the thickness of the SOI layer is less than 0.10 / zm.
  • a twelfth invention is the method for manufacturing an SOI wafer according to the sixth invention, wherein the thickness of the SOI layer is less than 0.10 / zm.
  • the active layer and the buried silicon oxide film each have a thickness of less than 0.10 m of the SOI layer that transmits a laser beam for LPD evaluation. Even if it is ridden, microvoids present between the buried insulating film and the supporting wafer are not detected as pseudo defects during LPD evaluation. As a result, the reliability of the LPD evaluation of the active layer can be improved.
  • a thirteenth invention is the method according to any one of the first to twelfth inventions, wherein before the bonding, the supporting wafer is placed in a reducing gas atmosphere at 1100 to 1250 ° C for 5 minutes. This is a method for manufacturing an SOI wafer which is subjected to the rapid thermal process or the high-temperature heat treatment at 1050-1250 ° C for 1 hour or more.
  • the support wafer before bonding, is subjected to a rapid thermal process at 1100 to 1250 ° C. for 5 minutes or more in a reducing gas atmosphere. Or, 1050-1250 ° C, high temperature heat treatment for 1 hour or more.
  • This promotes outward diffusion of oxygen existing near the front and back surfaces of the support wafer, and the Oxygen diffuses out. Therefore, the oxidized film (inner wall oxidized film) on the inner surface of the COP existing near the wafer surface becomes unsaturated and is dissolved, and the COP in which the inner wall oxidized film disappears is removed by the lattice existing in the periphery. Filled by silicon, the COP disappears.
  • the active layer and the buried insulating film are thinned to such an extent that they transmit the laser light for LPD evaluation, the micro voids existing between the buried insulating film and the supporting wafer during the LPD evaluation (COP) is not detected as a pseudo defect. Therefore, the reliability of the LPD evaluation of the active layer can be improved.
  • the time of the rapid thermal process is not limited as long as it is before bonding the active layer wafer and the supporting wafer.
  • the rapid thermal process refers to an operation or process that rapidly raises or lowers the temperature of a wafer in order to increase throughput and the like.
  • reducing gas for example, hydrogen gas, argon gas, nitrogen gas, or a mixed gas thereof can be used.
  • the COP on the surface does not disappear. If the temperature of the supporting wafer exceeds 1250 ° C, slip will occur.
  • the preferred support wafer temperature in the rapid thermal process is 1 100-1150. . Duru.
  • the heating time in the rapid thermal process is less than 5 minutes, the COP in the surface layer does not disappear.
  • the preferred heating time of the supporting wafer is 5-10 minutes.
  • the time of the high-temperature heat treatment is not limited as long as it is before bonding the active layer wafer and the supporting wafer.
  • the same reducing gas as in the rapid thermal process can be used.
  • the COP on the surface does not disappear.
  • the preferred temperature of the support wafer here is 1100-1200 ° C. If the heating time in the high-temperature heat treatment is less than 1 hour, the COP of the surface layer is difficult to disappear, especially at 1050-1100 ° C.
  • the preferable heating time of the supporting wafer is set to be 1 to 2 hours.
  • the active layer wafer is bonded to a supporting wafer via an insulating film to form a bonded wafer, and then a part of the bonded active wafer is formed.
  • An SOI wafer manufactured by forming a SOI layer by forming a thin film, wherein the bonded supporting wafer has an oxidation-induced stacking fault (OSF) on the entire surface thereof.
  • the SOI wafer has a thickness of less than 0.10 m.
  • the supporting wafer has a nitrogen concentration of I X 10
  • a wafer for active layer is bonded to a supporting wafer via an insulating film to form a bonded wafer, and then a part of the bonded wafer for active layer is formed.
  • the SOI layer is an SOI wafer with a thickness of less than 0.10 m.
  • oxygen is added to the supporting wafer by the old ASTM at 12 ⁇ 10 17 atoms / c
  • the support wafer contains oxygen of 16 ⁇ 10 17 atoms / cm 3 or more.
  • oxygen and the like are contained in these amounts, the defect density in the supporting wafer becomes 1 ⁇ loVcm 3 or more. Therefore, the mechanical strength of the support wafer is increased, and the occurrence of slip of the support wafer during heat treatment can be prevented.
  • a bonded wafer having such an effect can be obtained by including a predetermined amount of nitrogen and oxygen or oxygen in the crystal when pulling up the supporting wafer ingot. Therefore, a bonded wafer having the above-described effects can be manufactured at low cost.
  • the support wafer prior to bonding, in a reducing gas atmosphere, the support wafer is subjected to rapid thermal processing at 1100-1250 ° C for 5 minutes or more, or 1050-1250 ° C, Perform high-temperature heat treatment for more than an hour.
  • oxygen existing near the front and back surfaces of the support wafer diffuses outward.
  • the active layer and the buried silicon oxide film are thinned to the extent that they transmit the laser light for LPD evaluation, microvoids are not detected as pseudo defects during LPD evaluation. As a result, the reliability of the LPD evaluation of the active layer can be improved.
  • FIG. 1 is a flow sheet showing a method for manufacturing an SOI wafer according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing an LPD evaluation test of a bonded wafer obtained by a method for manufacturing an SOI wafer according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a bonded wafer obtained by an SOI wafer manufacturing method according to a conventional means during an LPD evaluation test.
  • a p-type silicon single crystal ingot doped with a predetermined amount of boron is pulled up by the CZ method.
  • the lifting speed is 1. OmmZmin.
  • the silicon single crystal ingot is subjected to block cutting, slicing, chamfering and mirror polishing.
  • a P-type mirror-finished active layer wafer 10 having a thickness of 725 / ⁇ , a diameter of 200 mm, a plane orientation (100) plane, a specific resistance of 11 lO Q cm, and a P-type mirror surface is obtained.
  • a p-type silicon single crystal ingot doped with a predetermined amount of boron and nitrogen is lifted by a CZ method.
  • Bow I Control the lifting speed (V) and temperature gradient (G) to raise the entire surface to the OSF range.
  • V is 0.5 mm / min.
  • the nitrogen concentration is 2 ⁇ 10 14 atoms / cm 3 as a charged amount at the time of crystal pulling, and the interstitial oxygen atom concentration Oi is 13 ⁇ 10 17 at O m S / cm 3 .
  • the silicon single crystal ingot is subjected to block cutting, slicing, chamfering, mirror polishing, and the like.
  • a mirror-finished support wafer 20 having a thickness of 725 / ⁇ , a diameter of 200 mm, a plane orientation (100) plane, a specific resistance of 110 ⁇ « ⁇ , and a ⁇ type is obtained.
  • an arbitrary number of the supporting wafers 20 are inserted into the oxidation heat treatment apparatus, and subjected to oxidation heat treatment at 1000 ° C. for 16 hours. Then, with respect to supporting Ueha 20 heat treated, after 2 m etched by light etching method, to measure BMD and OSF an optical microscope, there is OSF more than 1 X 10 9 Zcm 3 across the Ueha surface Make sure that
  • the supporting wafer 20 is inserted into an RTP apparatus employing lamp heating as a heat source, and subjected to a rapid thermal process at 1150 ° C. for 5 minutes in an argon gas atmosphere.
  • the OSF near the front and back surfaces of the support wafer 20 diffuses outward and disappears, and a layer having a crystal defect depth of about 0.1-0.3 m is formed at the disappeared portion.
  • the wafer 10 for an active layer is inserted into a thermal oxidation apparatus, and a thermal oxidation treatment is performed in an oxygen gas atmosphere.
  • a silicon oxide film 12a having a thickness of 0.15 m is formed on the entire exposed surface of the active layer wafer 10.
  • the heat treatment conditions are 1000 ° C. and 7 hours.
  • hydrogen was ion-implanted at a predetermined depth position from the mirror-finished surface of the active layer wafer 10 using a medium current ion implanter at an acceleration voltage of 50 keV. inject.
  • a hydrogen ion implanted region 14 is formed in the active layer wafer 10.
  • the dose at this time is 5 ⁇ 10 16 atoms / cm 2 .
  • the surface of the active layer wafer 10 and the mirror surface of the supporting wafer 20 are used as a bonding surface (overlapping surface), and the silicon oxide film is formed.
  • the two wafers 10 and 20 are pasted together via the film 12a by, for example, a known jig in a vacuum apparatus to produce the wafer 30.
  • the active layer wafer 10 and the supporting wafer 20 are bonded via the silicon oxide film 12a, and the silicon oxide film 12a at the bonding portion is embedded. 12b.
  • step S 105 of FIG. 1 the shellfish divination wafer 30 is inserted into a peeling heat treatment apparatus (not shown), and heat treatment is performed in a furnace temperature of 500 ° C. and a nitrogen gas atmosphere.
  • the heat treatment time is 30 minutes.
  • the active layer wafer 10 is peeled off from the hydrogen ion implanted region 14 while leaving the active layer 13 at the bonding interface of the support wafer 20.
  • the bonding wafer 30 is subjected to a bonding heat treatment at 1150 ° C. for 2 hours in a nitrogen gas atmosphere. Thereby, the bonding strength between the wafer 10 for the active layer and the wafer 20 for the support is enhanced.
  • the surface of the active layer 13 is polished by a polishing device and the SOI surface is flattened and thinned by sacrificial oxidation.
  • a bonded SOI substrate (bonded wafer) having the active layer 13 having a thickness of about 0: Lm is manufactured using the smart cut method.
  • the crystal contains 2 ⁇ 10 14 atoms / cm 3 of nitrogen and the interstitial oxygen atom concentration Oi is 13 ⁇ 10 17 / It is set to cm 3. For this reason, BMD or 1 ⁇ 10 9 / cm 3 over the entire area of the wafer surface OSF defects are generated as a result. If OSF defects exist in the entire area of the wafer surface, the defect density in the support wafer 20 is 1 ⁇ 10 9 Zcm 3 or more. Thereby, the mechanical strength of the supporting wafer 20 is increased, and the slip of the supporting wafer 20 during the heat treatment can be prevented.
  • the bonded SOI substrate having such an effect when pulled up, the crystal of 1 ⁇ 10 14 atoms / cm 3 and 13 ⁇ 10 17 atoms / cm 3 Since it can be obtained by including oxygen, a bonded SOI substrate having the above effects can be manufactured at low cost.
  • Example 2 is an example in which nitrogen was not added when pulling a silicon single crystal ingot by the CZ method, and only the interstitial oxygen atom concentration Oi was set to 18 ⁇ 10 17 at O msZcm 3 in the crystal.
  • the supporting wafer 20 After lifting, the supporting wafer 20 is inserted into the annealing device, and the atmosphere is argon gas. At 1150 ° C for 2 hours. As a result, the OSF near the front and back surfaces of the support wafer 20 disappears, and a layer free of crystal defects is formed at the disappeared portion.
  • Other configurations, operations, and effects are substantially the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
  • the results of a comparative study of the presence of slip on the back surface of the supporting wafer and the distribution of LPD in the active layer surface of the bonded SOI substrate are reported for the present invention method and the conventional method. I do.
  • the presence or absence of slip in the table is indicated by ⁇ when the observed slip length is less than 20 mm and X when the observed slip length is 20 mm or more.
  • RTP indicates a rapid thermal process
  • Ar AN indicates argon anneal.
  • the thickness of the active layer is about 0.1 m, and the thickness of the buried silicon oxide film 12b is 0.15 / zm.
  • An X-ray topograph (XRT) method was employed as a method for evaluating slip.
  • the LPD density was measured by a surface inspection device (SP-1 manufactured by Tencor) after light etching (chromic acid etching) of 2 m. The results are shown in Table 1.
  • the density of OSF is 1 X 10 cm 3 or more.
  • the supporting wafer used in Test Example 1 and Test Example 2 was prepared by doping nitrogen into the crystal at 2 ⁇ 10 14 atoms Zcm 3 and pulling the interstitial oxygen atom concentration when pulling up the silicon single crystal ingot. This is a wafer in which Oi is adjusted to 14 ⁇ 10 17 atoms Zcm 3 and VZG. For this reason, a large amount of OSF is present on the entire surface of the supporting ewa.

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Abstract

　支持用ウェーハには、１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の窒素および１３×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の格子間酸素原子濃度Ｏｉ（ｏｌｄ　ＡＳＴＭ）が含まれるので、貼り合わせ後の熱処理時に活性層用ウェーハ中の一部の金属不純物とウェーハの金属不純物とが、ウェーハ中のＢＭＤおよびＯＳＦに捕獲される。その結果、活性層の金属汚染を低減できる。

Description

明 細 書
SOIゥエーハおよびその製造方法
技術分野
[0001] この発明は SOIゥヱーハおよびその製造方法、詳しくは活性層の金属不純物によ る汚染度の低減が図れ、支持用ゥエーハのスリップ発生を抑制するに十分な機械的 強度を有し、薄膜の活性層の LPD評価の精度の向上が図れるスマートカット法を利 用した SOIゥ ーハを安価に製造する技術に関する。
背景技術
[0002] 近年、デバイスの高集積ィ匕などに伴い、活性層の薄膜化 (0. 05 /z m未満）が進ん でいる。これを実現する SOI (Silicon On Insulator)構造を有した半導体基板を 製造する方法として、特許文献 1に記載されたスマートカット法が開発されている。 これは、酸化膜が形成され、水素を所定深さ位置にイオン注入した活性層用ゥエー ハを用い、この活性層用ゥエーハと支持用ゥエーハとを室温で貼り合わせ、その後、 得られた貼り合わせゥヱーハを熱処理炉に揷入して 500°C、 30分間熱処理し、その イオン注入領域力も活性層用ゥエーハの一部を剥離し、続いて貼り合わせゥエーハ に貼り合わせ強度を増強する貼り合わせ熱処理を施す方法である。これにより、支持 用ゥエーハと活性層との間に埋め込みシリコン酸ィ匕膜を介在した貼り合わせ SOI基 板が得られる。貼り合わせ熱処理では、酸素を雰囲気ガスとする 1100°C、 2時間の 熱処理が施される。
[0003] ところで、活性層用ゥエーハおよび活性層には、水素イオン注入工程および貼り合 わせ熱処理などの高温プロセスにより若干量の金属不純物が混入する。金属不純物 のうち Cu、 Feなどは、貼り合わせ後の熱処理時に埋め込みシリコン酸化膜を透過し 、支持用ゥ ーハ内まで拡散される。この現象を応用し、支持用ゥ ーハにおいて金 属不純物を捕獲する、例えば特許文献 1に記載された IG (Intrinsic Gettering)法 が知られている。
この特許文献 1では、支持用ゥヱーハとして比抵抗 10 Ω «η、酸素濃度 1 X 1018ato msZcm3の n型のシリコンゥエーハを採用している。このゥエーハをァニールすること により、酸素析出物を形成し、この酸素析出物をゲッタリングサイトとし、埋め込みシリ コン酸ィ匕膜を透過した Cu、 Feなどの金属不純物を支持用ゥエーハ内で捕獲する。そ の結果、活性層の金属不純物の汚染度を低減することができる。
[0004] 特許文献 1：日本国特開平 9— 326396号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] し力しながら、酸素濃度 1 X 1018atomsZcm3程度力もの酸素析出物をゲッタリン グサイトとした支持用ゥエーハでは、活性層用ゥエーハまたは活性層の金属不純物を 捕獲するには不十分であった。
また、貼り合わせ熱処理時には、 1100°Cという高温で熱処理される。そのため、支 持用ゥエーハの支持側の面 (ボートなどとの接触面）にスリップが発生し易力 た。こ れを改善するために、貼り合わせゥエーハを、セラミックス製の環状のサセプタ、また は、環状のゥエーハ保持部を有するゥエーハボートなどのゥエーハ支持治具により支 持する方法が用いられている力 コスト的な問題があった。
[0006] さらに、近年では、活性層の厚さが 0. 10 μ m未満（例えば 0. 02-0. 05 m)、埋 め込みシリコン酸化膜が 0. 15 m程度まで薄膜ィ匕している。そのため、表面検査装 置により LPD (Light Point Defect)を評価する際において、マイクロボイドを疑似 欠陥として検出するおそれがあった。ここでいうマイクロボイドとは、シリコン酸ィ匕膜と 支持用ゥエーハとの間に存在する微細な空隙 (露出した COPなど）を意味する。この ように、マイクロボイドを疑似欠陥として検出するのは、測定用のレーザ光が薄膜の活 性層と埋め込みシリコン酸ィ匕膜とを透過するためである。その結果、 LPD評価の信頼 性が低下していた。
[0007] このような疑似欠陥の問題を解消するため、例えば日本国特開平 2-267195号公 報に記載された COPが存在しないシリコンゥエーハを支持用ゥエーハとして利用する ことが考えられる。
日本国特開平 2-267195号公報に記載の方法では、 CZ法における引き上げ速 度を 0. 8mmZmin以下としてシリコン単結晶インゴットを育成する。シリコンを低速 度で引き上げ、育成し、さらに引き上げ炉内の温度環境を最適化することにより、シリ コン単結晶インゴット中に COPが析出されな!、。この COPが存在しな!、シリコンゥェ ーハを支持用ゥエーハに用いれば、上記マイクロボイドは発生しなくなる。
し力しながら、 COPをなくすために、結晶中の空孔濃度が低くなり、逆に、空孔を必 要とする酸素析出物が得にく 、と 、う問題が生じて!/、た。
[0008] この発明は、金属不純物による活性層の汚染が低減され、支持用ゥヱーハのスリツ プ発生も抑制することができる SOIゥエーハおよびその製造方法を提供することを、 その目的としている。
この発明は、スマートカット法を用いて安価に上記 SOIゥエーハを製造することがで きる方法を提供することを、その目的としている。
また、この発明は、薄膜の活性層の LPD評価の信頼性を高めることができる SOW エーハおよびその製造方法を提供することを、その目的としている。
課題を解決するための手段
[0009] 第 1の発明は、活性層用ゥエーハを絶縁膜を介して支持用ゥエーハに貼り合わせて 貼り合わせゥエーハを形成し、この後、この貼り合わせゥエーハの活性層用ゥエーハ の一部を薄膜ィ匕して SOI層を形成することにより SOIゥエーハを製造する SOIゥエー ハの製造方法であって、上記支持用ゥ ーハは、その全面に酸ィ匕誘起積層欠陥（o
SF)を有する SOIゥ ーハの製造方法である。
第 2の発明は、第 1の発明にあって、上記支持用ゥエーハは、 1 X 1014atoms/cm 3 X 10 atomsZcmの窒素濃度を有するとともに、 12 X 10 atomsZcm (old ASTM)以上の酸素濃度を有する SOIゥエーハの製造方法である。
[0010] 第 1の発明および第 2の発明によれば、活性層用ゥエーハまたは活性層に含まれる 金属不純物のうち、外方拡散した Cu、 Feなどが、支持用ゥ ーハ中の酸素析出物（ BMD ;Bulk Micro Defects)またはそれに起因した酸素誘起積層欠陥（OSF; O xidation Induced Stacking Fault)に ffli獲 れる。
ゥエーハ全面に OSFを発生する結晶は、引き上げ時の温度勾配および引き上げ速 度を制御することにより得られる。
また、支持用ゥエーハに存在し、埋め込み絶縁膜を透過して活性層用ゥエーハまた は活性層に移動した Cu、 Feなども、同様に COPまたは OSF (以下、欠陥）に捕獲さ れる。もちろん、支持用ゥ ーハ中の他の金属不純物もこの欠陥に捕獲される。その 結果、活性層の金属不純物による汚染度の低減を図ることができる。
[0011] また、支持用ゥ ーハ中には酸素と窒素とがそれぞれ高濃度に存在する。具体的 には、酸素が old ASTMによる測定で 12 X 1017atomsZcm3以上、窒素が結晶引 き上げ時にシリコン窒化物を所定量添加し、偏析係数より計算された値が 1 X 1014at omsZcm3— 3 X 1015atomsZcm3である。酸素と窒素とがこれらの分量含有される と、さらに引き上げ条件を最適化するには、ゥヱーハ全面に OSFを発生させることで
、支持用ゥエーハ中の欠陥密度は 1 X 109Zcm3以上となる。その結果、支持用ゥェ ーハの機械的強度が高まり、熱処理時の支持用ゥエーハのスリップ発生を防止する ことができる。支持用ゥエーハのスリップ発生防止効果は、直径が 300mmを超える 貼り合わせゥエーハにお 、て重要視される。
[0012] 活性層用ゥエーハおよび支持用ゥエーハの種類としては、例えば単結晶シリコンゥ エーハ、ゲルマニウムゥエーノヽ、 SiCゥエーハを採用することができる。
絶縁膜としては、例えば酸ィ匕膜、窒化膜などを採用することができる。
絶縁膜の厚さは、例えば 1. O /z m未満、好ましくは 0. 1-0. 2 mである。 活性層の厚さは限定されない。例えば、厚膜の活性層では 1一 10 mである。また 、薄膜の活性層では 0. 01— 1 mである。
支持用ゥ ーハの窒素濃度が 1 X 1014atOmsZcm3未満では、十分な酸素析出物 またはそれに付随する OSFが発生しない。また、 3 X 1015atoms/cm3を超えると窒 素の固溶限界を超え、無転位結晶を引き上げることができない。窒素の好ましい濃度 は 2 X 1014— 1 X 1015atomsZcm3である。
支持用ゥエーハの酸素濃度が 12 X 1017atOmsZcm3未満では、十分な酸素析出 物またはそれに付随する OSFが発生しない。また、ゥエーハ全面に OSFを発生させ る引き上げ条件として、 CZ法における固液界面近傍の温度勾配 (G)と引き上げ速度 (V)との関係は、 VZG値が 0. 2-0. 3mm2Z°C 'min程度となる。酸素の好ましい 濃度は 13 X 1017— 15 X 1017atoms/cm3である。 old ASTMとは、シリコン中の 酸素濃度の定義の一つであり、 FT— IRスペクトル力 酸素濃度に返還するための一 つの手法である。 [0013] 第 3の発明は、活性層用ゥエーハを絶縁膜を介して支持用ゥエーハに貼り合わせて 貼り合わせゥエーハを形成し、この後、この貼り合わせゥエーハの活性層用ゥエーハ の一部を薄膜ィ匕して SOI層を形成することにより SOIゥエーハを製造する SOIゥエー ハの製造方法であって、上記支持用ゥエーハは、 16 X 1017atoms/cm3 (old AS TM)以上の酸素濃度を有する SOIゥエーハの製造方法である。
[0014] 第 3の発明によれば、活性層用ゥヱーハまたは活性層に含まれる金属不純物のうち 、拡散により埋め込み絶縁膜を透過した Cu、 Feなどは、支持用ゥエーハ中の BMD または OSFなどの欠陥に捕獲される。また、支持用ゥヱーハに存在する Cu、 Feを含 む金属不純物も、同様に欠陥に捕獲される。その結果、最終的に活性層の金属不純 物による汚染度の低減を図ることができる。
[0015] また、支持用ゥヱーハ中には、 16 X 1017atomsZcm3以上の高濃度の酸素が存在 する。酸素がこの分量含有されると、窒素を添加しなくても支持用ゥ ーハ中の欠陥 密度は 1 X 109/cm3以上となる。また、酸素濃度が 16 X 1017atoms/cm3以上とな ると、全面に OSFを発生させるような引き上げ条件を選択しなくても、 BMD密度がス リップ発生を抑制するために十分な値となる。その結果、支持用ゥエーハの機械的強 度が高まり、熱処理時の支持用ゥエーハのスリップ発生を防止することができる。 し力も、この発明に係る貼り合わせゥエーハは、支持用ゥエーハ用のインゴットの引 き上げ時、結晶中に酸素を 16 X 1017atomsZcm3以上含ませるだけで得られる。そ の結果、上記効果を有する貼り合わせゥヱーハを低コストで製造することができる。
[0016] 支持用ゥエーハの酸素濃度が、 old ASTMによる測定で 16 X 1017atomsZcm3 未満では十分な BMDまたは OSFが得られない。酸素の好ましい濃度は 17 X 1017 一 20 X 1017atomsZcm"である。
[0017] 第 4の発明は、第 1の発明にあって、上記活性層用ゥエーハに水素ガスまたは希ガ スをイオン注入して、この活性層用ゥエーノ、にイオン注入層を形成し、次いで、上記 活性層用ゥエーハおよび上記支持ゥエーハを貼り合わせて貼り合わせゥエーハを形 成し、この後、この貼り合わせゥエーハを所定温度に保持して熱処理することにより、 イオン注入層を境界として剥離する SOIゥヱーハの製造方法である。
第 5の発明は、第 2の発明にあって、上記活性層用ゥエーハに水素ガスまたは希ガ ス元素をイオン注入して、この活性層用ゥ にイオン注入層を形成し、次いで、 上記活性層用ゥ ハおよび上記支持ゥ ハを貼り合わせて貼り合わせゥ ハ を形成し、この後、この貼り合わせゥ ハを所定温度に保持して熱処理すること〖こ より、イオン注入層を境界として剥離する SOIゥヱーハの製造方法である。
第 6の発明は、第 3の発明にあって、上記活性層用ゥ ハに水素ガスまたは希ガ ス元素をイオン注入して、この活性層用ゥ にイオン注入層を形成し、次いで、 上記活性層用ゥ ハおよび上記支持ゥ ハを貼り合わせて貼り合わせゥ ハ を形成し、この後、この貼り合わせゥ ハを所定温度に保持して熱処理すること〖こ より、イオン注入層を境界として剥離する SOIゥヱーハの製造方法である。
[0018] イオン注入する軽元素としては、例えば水素（H)の他、希ガスの元素であるへリウ ム（He)、ネオン（Ne)、アルゴン (Ar)、クリプトン (Kr)、キセノン (Xe)、ラドン (Rn)な どでもよ 、。これらは単体または化合物でもよ 、。
イオン注入時の軽元素のドーズ量は限定されない。例えば 2 X 1016 8 X 1016ato msz cm (？める。
軽元素のイオン注入時の加速電圧は、 50keV以下、好ましくは 30keV以下、さら に好ましくは 20keV以下である。軽元素のイオン注入は、低加速電圧ほど目標深さ に軽元素を集中させることができ、薄膜 SOIの作製については、剥離後の取り代が少 なくなり、面内の厚さバラツキの向上に有利である。
剥離時の貼り合わせゥエーハの加熱温度は 400°C以上、好ましくは 400— 700°C さらに好ましくは 450— 550°Cである。 400°C未満では、活性層用ゥエーハにイオン 注入された軽元素力も軽元素バブルを形成することが難しい。また、 700°Cを超える と、活性層内に酸素析出物が形成されてしまい、そのデバイス特性の低下を招くおそ れがある。
[0019] 剥離時の炉内雰囲気は、非酸ィ匕性ガス（窒素、アルゴンなどの不活性ガス）の雰囲 気でもよい。また、真空中でもよい。
剥離時の貼り合わせゥ ハの加熱時間は 1分間以上、好ましくは 10— 60分間で ある。 1分間未満では、貼り合わせゥ にイオン注入された軽元素をバブルィ匕す ることが困難になる。 剥離工程後、活性層用ゥヱーハと支持用ゥヱーハとの貼り合わせ熱処理の強度を 高める貼り合わせ熱処理を施してもよい。この際の加熱温度は、例えば 1100°C、 2 時間である。熱酸化炉内の雰囲気ガスとしては、酸素などを採用することができる。
[0020] 第 7の発明は、第 1の発明にあって、上記 SOI層の厚みを、 0. 10 μ m未満とした S OIゥ ーハの製造方法である。
第 8の発明は、第 2の発明にあって、上記 SOI層の厚みを、 0. 10 /z m未満とした S OIゥ ーハの製造方法である。
第 9の発明は、第 3の発明にあって、上記 SOI層の厚みを、 0. 10 /z m未満とした S OIゥ ーハの製造方法である。
第 10の発明は、第 4の発明にあって、上記 SOI層の厚みを、 0. 10 /z m未満とした SOIゥ ーハの製造方法である。
第 11の発明は、第 5の発明にあって、上記 SOI層の厚みを、 0. 10 /z m未満とした SOIゥ ーハの製造方法である。
第 12の発明は、第 6の発明にあって、上記 SOI層の厚みを、 0. 10 /z m未満とした SOIゥ ーハの製造方法である。
[0021] 第 7—第 12の発明によれば、活性層と埋め込みシリコン酸ィ匕膜とが、 LPD評価用 のレーザ光をそれぞれ透過する 0. 10 m未満の SOI層の厚みにまで薄膜ィ匕されて いても、 LPD評価時に埋め込み絶縁膜と支持用ゥエーハとの間に存在するマイクロ ボイドを疑似欠陥として検出することがない。その結果、活性層の LPD評価の信頼性 を高めることができる。
[0022] 第 13の発明は、第 1一第 12の発明のいずれかにあって、上記貼り合わせの前に、 還元ガス雰囲気で、上記支持用ゥエーハに対して 1100— 1250°C、 5分間以上のラ ピッドサ一マルプロセス処理、または、 1050— 1250°C、 1時間以上の高温熱処理を 施す SOIゥ ーハの製造方法である。
[0023] 第 13の発明によれば、貼り合わせの前に、還元ガス雰囲気で、支持用ゥ ーハに 対して 1100— 1250°C、 5分間以上のラピッドサ一マルプロセス処理を施す。または 、 1050— 1250°C、 1時間以上の高温熱処理を施す。これにより、支持用ゥヱーハの 表裏両面付近に存在する酸素の外方拡散が促進され、そのゥ ーハ表裏両面から 酸素が外方拡散する。よって、ゥ ーハ表面近傍に存在する COP内面の酸ィ匕膜（内 壁酸ィ匕膜)が未飽和になって溶解し、内壁酸ィ匕膜が消失した COPは、周辺に存在 する格子間シリコンによって埋められ、 COPが消滅する。その結果、例えば活性層と 埋め込み絶縁膜とが、 LPD評価用のレーザ光をそれぞれ透過する程度まで薄膜ィ匕 されても、 LPD評価時に埋め込み絶縁膜と支持用ゥヱーハとの間に存在するマイク ロボイド (COP)を疑似欠陥として検出することがない。よって、活性層の LPD評価の 信頼性を高めることができる。
[0024] ラピッドサ一マルプロセス処理の時期は、活性層用ゥエーハと支持用ゥエーハの貼 り合わせ前であれば限定されな 、。
ラピッドサ一マルプロセスとは、スループットなどを高めるため、急速にゥエーハの温 度を上昇、下降する操作または工程をいう。
還元ガスとしては、例えば水素ガス、アルゴンガス、窒素ガスまたはその混合ガスな どを採用することができる。
[0025] ラピッドサ一マルプロセスにおいて、支持用ゥエーハの温度が 1100°C未満では表 面の COPが消滅しない。また、支持用ゥエーハの温度が 1250°Cを超えるとスリップ が発生する。ラピッドサ一マルプロセスにおける好ましい支持用ゥエーハの温度は、 1 100—1150。。でぁる。
ラピッドサ一マルプロセスでの加熱時間が 5分間未満でも、表面層の COPが消滅し ない。支持用ゥエーハの好ましい加熱時間は 5— 10分間である。また、ラピッドサ一 マルプロセスにより高温力 急冷する過程において酸素析出に必要な空孔がゥエー ハ全面から内部に注入されるため析出に有利に働く。
[0026] 高温熱処理の時期は、活性層用ゥエーハと支持用ゥエーハとの貼り合わせ前であ れば限定されない。
高温熱処理時に使用される還元ガスは、ラピッドサ一マルプロセスと同じ還元ガス を使用することができる。
高温熱処理において、支持用ゥエーハの温度が 1050°C未満では表面の COPが 消滅しない。また、支持用ゥエーハの温度が 1250°Cを超えるとスリップが発生する。 ここでの好ましい支持用ゥエーハの温度は、 1100— 1200°Cである。 高温熱処理での加熱時間が 1時間未満では表面層の COPが消滅しにくぐ特に 1 050— 1100°Cでは困難となる。支持用ゥエーハの好ましい加熱時間は 1一 2時間で める。
[0027] 第 14の発明は、活性層用ゥエーハを絶縁膜を介して支持用ゥエーハに貼り合わせ て貼り合わせゥエーハを形成し、この後、この貼り合わせゥエーハの活性層用ゥエー ハの一部を薄膜ィ匕して SOI層を形成することにより製造する SOIゥエーハであって、 貼り合わされた上記支持用ゥ ーハには、その全面に酸化誘起積層欠陥（OSF)を 有し、上記 SOI層は、厚みが 0. 10 m未満である SOIゥエーハである。
[0028] 第 15の発明は、第 14の発明にあって、上記支持用ゥエーハは、窒素濃度が I X 10
14atomsZcm3— 3 X 1015atomsZcm3で、かつ、酸素濃度が 12 X 1017atomsZc m3 (old ASTM)以上である SOIゥエーハである。
[0029] 第 16の発明は、活性層用ゥエーハを絶縁膜を介して支持用ゥエーハに貼り合わせ て貼り合わせゥエーハを形成し、この後、この貼り合わせゥエーハの活性層用ゥエー ハの一部を薄膜ィ匕して SOI層を形成することにより製造する SOIゥエーハであって、 貼り合わされた上記支持用ゥエーハには、酸素濃度が 16 X 1017atoms/cm3 (old ASTM)以上含まれ、上記 SOI層は、厚みを 0. 10 m未満とした SOIゥエーハであ る。
発明の効果
[0030] この発明によれば、支持用ゥエーハに酸素が old ASTMで 12 X 1017atoms/c
以上、窒素が 1 X 10 atoms/cm 一 3 X 10 atomsZcm含まれている。また は、支持用ゥエーハに酸素が 16 X 1017atoms/cm3以上含まれている。酸素等がこ れらの分量含有されると、支持用ゥヱーハ中の欠陥密度は 1 X loVcm3以上となる 。そのため、支持用ゥ ーハの機械的強度が高まり、熱処理時の支持用ゥ ーハの スリップ発生を防止することができる。
[0031] し力も、貼り合わせ後の熱処理時、活性層用ゥエーハまたは活性層に含まれる金属 不純物のうち、拡散により埋め込み絶縁膜を透過可能な Fe, Cuと、支持用ゥヱーハ 中の金属不純物と力 ゲッタリングサイトとなる支持用ゥエーハ中の COPまたは OSF といった欠陥に捕獲される。その結果、最終的に活性層の金属不純物による汚染度 を低減させることができる。
さらに、このような効果を有する貼り合わせゥエーハは、支持用ゥエーハ用のインゴ ットの引き上げ時、結晶中に所定量の窒素と酸素、または、酸素を含ませれば得られ る。そのため、上記効果を有する貼り合わせゥエーハを低コストで製造することができ る。
[0032] さらに、支持用ゥエーハに結晶欠陥が存在しないので、活性層と埋め込みシリコン 酸ィ匕膜とが薄膜化されても、 LPD評価時に埋め込み絶縁膜と支持用ゥエーハとの間 に存在するマイクロボイドを疑似欠陥として検出せず、活性層の LPD評価の信頼性 が高まる。
[0033] さらに、貼り合わせの前に、還元ガス雰囲気で、支持用ゥ ーハに対して 1100— 1 250°C、 5分間以上のラピッドサ一マルプロセス処理、または、 1050— 1250°C、 1時 間以上の高温熱処理を施す。これにより、支持用ゥ ーハの表裏両面付近に存在す る酸素が外方拡散する。その結果、例えば活性層と埋め込みシリコン酸ィ匕膜とが、 L PD評価用のレーザ光をそれぞれ透過する程度まで薄膜化されても、 LPD評価時に マイクロボイドを疑似欠陥として検出することがない。その結果、活性層の LPD評価 の信頼性を高めることができる。
図面の簡単な説明
[0034] [図 1]この発明の実施例 1に係る SOIゥヱーハの製造方法を示すフローシートである。
[図 2]この発明の実施例 1に係る SOIゥヱーハの製造方法により得られた貼り合わせ ゥ ーハの LPD評価試験中を示す要部拡大断面図である。
[図 3]従来手段に係る SOIゥ ーハの製造方法により得られた貼り合わせゥ ーハの LPD評価試験中を示す要部拡大断面図である。
符号の説明
[0035] 10 活性層用ゥヱーハ、
12a シリコン酸ィ匕膜 (絶縁膜)、
12b 埋め込みシリコン酸化膜、
13 活性層、
14 水素イオン注入領域 (イオン注入領域)、 20 支持用ゥエーハ、
30 貝占り合わせゥヱーハ。
発明を実施するための最良の形態
[0036] 以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
実施例 1
[0037] まず、図 1の S101工程に示すように、ボロンが所定量ドープされた p型のシリコン単 結晶インゴットを CZ法により引き上げる。引き上げ速度は、 1. OmmZminである。そ の後、シリコン単結晶インゴットに、ブロック切断、スライス、面取り、鏡面研磨などを施 す。これにより、厚さ 725 /ζ πι、直径 200mm、面方位（100)面、比抵抗 1一 lO Q cm 、 P型の鏡面仕上げされた活性層用ゥエーハ 10が得られる。
一方、図 1の S111工程に示すように、所定量のボロンと窒素がドープされた p型の シリコン単結晶インゴットを CZ法により弓 Iき上げる。弓 Iき上げ速度 (V)および温度勾 配 (G)を制御して全面 OSF領域となるように引き上げる。この場合、 Vは 0. 5mm/ minである。窒素濃度は結晶引き上げ時の仕込み量として 2 X 1014atoms/cm3、 格子間酸素原子濃度 Oiは 13 X 1017atOmS/cm3である。その後、シリコン単結晶ィ ンゴットに、ブロック切断、スライス、面取り、鏡面研磨などを施す。これにより、厚さ 72 5 /ζ πι、直径 200mm、面方位（100)面、比抵抗 1一 10 Ω «η、 ρ型の鏡面仕上げさ れた支持用ゥエーハ 20が得られる。
[0038] その後、図 1の S112工程に示すように、支持用ゥエーハ 20のうち、任意の数枚を 酸化熱処理装置に挿入し、 1000°C、 16時間の酸化熱処理を施す。続いて、熱処理 された支持用ゥエーハ 20に対し、ライトエッチング法により 2 mエッチングした後、 光学顕微鏡で BMDおよび OSFを測定し、ゥエーハ表面の全域で 1 X 109Zcm3を 超える OSFが存在することを確認する。
次に、図 1の S113工程に示すように、支持用ゥヱーハ 20を、熱源にランプ加熱を 採用した RTP装置に挿入し、アルゴンガス雰囲気で 1150°C、 5分間のラピッドサ一 マルプロセスを施す。これにより、支持用ゥヱーハ 20の表裏両面付近の OSFが外方 拡散して消失し、その消失部分に深さ約 0. 1-0. 3 mの結晶欠陥が存在しない層 が形成される。 [0039] 次いで、図 1の S102工程に示すように、活性層用ゥエーハ 10を熱酸ィ匕装置に挿入 し、酸素ガス雰囲気で熱酸化処理を施す。これにより、活性層用ゥエーハ 10の露出 面の全域に、厚さ 0. 15 mのシリコン酸ィ匕膜 12aが形成される。熱処理条件は 100 0°C、 7時間である。
次に、図 1の S103工程に示すように、活性層用ゥエーハ 10の鏡面仕上げされた表 面から所定深さ位置に、中電流イオン注入装置を使用し、 50keVの加速電圧で水 素をイオン注入する。これにより、活性層用ゥエーハ 10に、水素イオン注入領域 14が 形成される。このときのドーズ量は、 5 X 1016atoms/cm2である。
[0040] 続いて、図 1の S104工程に示すように、活性層用ゥ ーハ 10の表面と支持用ゥ ーハ 20の鏡面とを貼り合わせ面 (重ね合わせ面）とし、シリコン酸ィ匕膜 12aを介して、 例えば真空装置内で公知の治具により、両ゥエーハ 10, 20を貼り合わせて貼り合わ せゥエーハ 30を作製する。このとき、活性層用ゥエーハ 10と支持用ゥエーハ 20とが、 シリコン酸ィ匕膜 12aを介して接合され、この接合部分のシリコン酸ィ匕膜 12aが埋め込 みシリコン酸ィ匕膜 (絶縁膜） 12bとなる。
[0041] それから、図 1の S 105工程に示すように、貝占り合わせゥヱーハ 30を図示しない剥離 熱処理装置に挿入し、 500°Cの炉内温度、窒素ガスの雰囲気で熱処理する。熱処理 時間は 30分間である。この熱処理により、支持用ゥ ーハ 20の貼り合わせ界面に活 性層 13を残し、活性層用ゥエーハ 10が水素イオン注入領域 14から剥離される。 剥離後、図 1の S 106工程に示すように、貼り合わせゥエーハ 30に対して、窒素ガス の雰囲気で 1150°C、 2時間の貼り合わせ熱処理を施す。これにより、活性層用ゥェ ーハ 10と支持用ゥエーハ 20との貼り合わせ強度が増強される。
次いで、図 1の S107工程に示すように、活性層 13の表面に研磨装置による研磨、 犠牲酸化により SOI表面の平坦化、薄膜化を施す。こうして、スマートカット法を利用 し、厚さが約 0.： L mの活性層 13を有した貼り合わせ SOI基板 (貼り合わせゥエーハ )が作製される。
[0042] このように、支持用ゥエーハ 20用のシリコン単結晶インゴットの引き上げ時、結晶中 には窒素が 2 X 1014atoms/cm3含まれ、格子間酸素原子濃度 Oiは 13 X 1017/c m3としている。そのため、ゥエーハ表面の全域で 1 X 109/cm3を超える BMDまたは それに伴う OSF欠陥が発生する。ゥエーハ表面の全域に OSF欠陥が存在すると、支 持用ゥ ーハ 20中の欠陥密度は 1 X 109個 Zcm3以上となる。これにより、支持用ゥ エーハ 20の機械的な強度が高まり、熱処理時の支持用ゥエーハ 20のスリップを防止 することができる。
[0043] 貼り合わせ後の熱処理時には、活性層用ゥエーハ 10または活性層 13に含まれる 金属不純物のうち、拡散により埋め込みシリコン酸ィ匕膜 12bを透過可能な Cu、 Feの 他、支持用ゥエーハ 20中の金属不純物も、 BMDまたは OSFに捕獲される。このよう に、支持用ゥエーハ 20の全面にはゲッタリングサイトとなる OSFが多量に存在する。 そのため、活性層用ゥエーハ 10または活性層 13中の金属不純物、加えて支持用ゥ エーハ 20中の金属不純物も十分に捕獲することができる。その結果、活性層 13の金 属不純物による汚染度の低減を図ることができる。
[0044] また、図 2に示すように、支持用ゥエーハ 20の貼り合わせ界面付近には、ラピッドサ 一マルプロセス処理により結晶欠陥が存在しない。したがって、活性層 13と埋め込み シリコン酸ィ匕膜 12bとが、 LPD評価用のレーザ光をそれぞれ透過する程度まで薄膜 化されていても、従来のように埋め込みシリコン酸ィ匕膜 12bと支持用ゥエーハ 20との 間に、マイクロボイド 40が形成されることはない。そのため、 LPD評価時において、図 3に示すように、マイクロボイド 40を疑似欠陥として検出することがない。その結果、活 性層 13の LPD評価の信頼性を高めることができる。
さらに、このような効果を有する貼り合わせ SOI基板は、支持用ゥエーハ 20用のィ ンゴットの引き上げ時、結晶中に 1 X 1014atoms/cm3の窒素と、 13 X 1017atoms /cm3の酸素とを含ませれば得られるので、上記効果を有する貼り合わせ SOI基板 を低コストで製造することができる。
実施例 2
[0045] 次に、この発明の実施例 2に係る貼り合わせゥ ーハの製造方法を説明する。
この実施例 2は、 CZ法によるシリコン単結晶インゴットの引き上げ時において、窒素 が添加されず、結晶中に格子間酸素原子濃度 Oiだけを 18 X 1017atOmsZcm3とし た例である。
引き上げ後、支持用ゥエーハ 20はァニール装置に挿入され、アルゴンガス雰囲気 で 1150°C、 2時間の熱処理が施される。これにより、支持用ゥヱーハ 20の表裏両面 付近の OSFが消失し、その消失部分に結晶欠陥が存在しない層が形成される。 その他の構成、作用、効果は、実施例 1と略同じであるので説明を省略する。
[0046] ここで、実際に本発明法および従来法について、貼り合わせ SOI基板における支 持用ゥエーハの裏面のスリップの有無と、活性層面内の LPDの分布とについて、比 較調査した結果を報告する。なお、表中のスリップ発生の有無は、観察されるスリップ 長が 20mm未満を〇とし，スリップ長 20mm以上を Xとした。また、 RTPはラピッドサ 一マルプロセスを示し、 Ar ANはアルゴンァニールを示す。
活性層の厚さは約 0. l ^ m,埋め込みシリコン酸ィ匕膜 12bの厚さは 0. 15 /z mであ る。スリップの評価方法としては、 X線トポグラフ (XRT)法を採用した。また、 LPDの 分布の評価としては、 2 mのライトエッチング (クロム酸エッチング)後、表面検査装 置 (テンコール社製 SP— 1)により LPD密度を測定した。その結果を表 1に示す。
[0047] [表 1]
〔¾004B
上し
Figure imgf000017_0001
Micro Defect)、 OSFの密度が 1 X lO cm3以上である。そのため、支持用ゥェ ーハの裏面に 20mm以上のスリップが発生せず、活性層面内の LPDも特異な分布 はないか若干ゥヱーハ中心部に多い程度で、比較例 1および比較例 2 (Oi= 14 X 1 017atoms/cm3)に比べて改善された。
なお、試験例 1および試験例 2に使用される支持用ゥ ーハは、シリコン単結晶イン ゴットの引き上げ時、結晶中に窒素を 2 X 1014atomsZcm3ドープし、かつ格子間酸 素原子濃度 Oiを 14 X 1017atomsZcm3および VZGを調整したゥエーハである。そ のため、支持用ゥエーハの全面には OSFが多量に存在している。

Claims

請求の範囲
[1] 活性層用ゥヱーハを絶縁膜を介して支持用ゥヱーハに貼り合わせて貼り合わせゥェ ーハを形成し、この後、この貼り合わせゥエーハの活性層用ゥエーハの一部を薄膜ィ匕 して SOI層を形成することにより SOIゥ ハを製造する SOIゥ ハの製造方法で あって、
上記支持用ゥ ハは、その全面に酸化誘起積層欠陥（OSF)を有する SOIゥ ーハの製造方法。
[2] 上記支持用ゥ ハは、 1 X 1014atoms/cm3 3 X 1015atoms/cm3の窒素濃 度を有し、かつ 12 X 1017atomsZcm3 (old ASTM)以上の酸素濃度を有する請 求項 1に記載の SOIゥ ハの製造方法。
[3] 活性層用ゥヱーハを絶縁膜を介して支持用ゥヱーハに貼り合わせて貼り合わせゥェ ーハを形成し、この後、この貼り合わせゥエーハの活性層用ゥエーハの一部を薄膜ィ匕 して SOI層を形成することにより SOIゥ ハを製造する SOIゥ ハの製造方法で あって、
上記支持用ゥ ハは、 16 X 1017atoms/cm3 (old ASTM)以上の酸素濃度を 有する SOIゥエーハの製造方法。
[4] 上記活性層用ゥ ハに水素ガスまたは希ガス元素をイオン注入して、この活性層 用ゥ にイオン注入層を形成し、次いで、上記活性層用ゥ ハおよび上記支 持ゥ ハを貼り合わせて貼り合わせゥ ハを形成し、この後、この貼り合わせゥェ ーハを熱処理することにより、イオン注入層を境界として剥離する請求項 1に記載の S OIゥエーハの製造方法。
[5] 上記活性層用ゥ ハに水素ガスまたは希ガス元素をイオン注入して、この活性層 用ゥ にイオン注入層を形成し、次いで、上記活性層用ゥ ハおよび上記支 持ゥ ハを貼り合わせて貼り合わせゥ ハを形成し、この後、この貼り合わせゥェ ーハを熱処理することにより、イオン注入層を境界として剥離する請求項 2に記載の S OIゥエーハの製造方法。
[6] 上記活性層用ゥ ハに水素ガスまたは希ガス元素をイオン注入して、この活性層 用ゥ にイオン注入層を形成し、次いで、上記活性層用ゥ ハおよび上記支 持ゥエーハを貼り合わせて貼り合わせゥエーハを形成し、この後、この貼り合わせゥェ ーハを熱処理することにより、イオン注入層を境界として剥離する請求項 3に記載の S OIゥエーハの製造方法。
[7] 上記 SOI層の厚みは、 0. 10 m未満である請求項 1に記載の SOIゥエーハの製 造方法。
[8] 上記 SOI層の厚みは、 0. 10 m未満である請求項 2に記載の SOIゥエーハの製 造方法。
[9] 上記 SOI層の厚みは、 0. 10 m未満である請求項 3に記載の SOIゥエーハの製 造方法。
[10] 上記 SOI層の厚みは、 0. 10 m未満である請求項 4に記載の SOIゥエーハの製 造方法。
[11] 上記 SOI層の厚みは、 0. 10 m未満である請求項 5に記載の SOIゥエーハの製 造方法。
[12] 上記 SOI層の厚みは、 0. 10 m未満である請求項 6に記載の SOIゥエーハの製 造方法。
[13] 上記貼り合わせの前に、還元ガス雰囲気で、上記支持用ゥ ーハに対して 1100— 1250。C、 5分間以上のラピッドサ一マルプロセス処理、または、 1050— 1250。C、 1 時間以上の高温熱処理を施す請求項 1一請求項 12のいずれか 1項に記載の SOIゥ エーハの製造方法。
[14] 活性層用ゥヱーハを絶縁膜を介して支持用ゥヱーハに貼り合わせて貼り合わせゥェ ーハを形成し、この後、この貼り合わせゥエーハの活性層用ゥエーハの一部を薄膜ィ匕 して SOI層を形成することにより製造する SOIゥエーハであって、
貼り合わされた上記支持用ゥ ーハは、その全面に酸化誘起積層欠陥 (OSF)を 有し、
上記 SOI層の厚みが 0. 10 μ m未満である SOIゥェーハ。
[15] 上記支持用ゥエーハは、窒素濃度が 1 X 1014atoms/cm3— 3 X 1015atoms/cm 3かつ酸素濃度が 12 X 1017atoms/cm3 (old ASTM)以上有する請求項 14に記 載の SOIゥエーハ。 [16] 活性層用ゥヱーハを絶縁膜を介して支持用ゥヱーハに貼り合わせて貼り合わせゥェ ーハを形成し、この後、この貼り合わせゥエーハの活性層用ゥエーハの一部を薄膜ィ匕 して SOI層を形成することにより製造する SOIゥエーハであって、
貼り合わされた上記支持用ゥエーハには、酸素濃度が 16 X 1017atoms/cm3 (old
ASTM)以上含まれ、
上記 SOI層の厚みが 0. 10 μ m未満である SOIゥェーハ。
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