SOI晶片的制造方法技术

本发明专利技术是一种SOI晶片的制造方法，该方法具有通过对于SOI晶片实施牺牲氧化处理而对上述SOI晶片的SOI层进行减厚调整的工序，其中，上述牺牲氧化处理是对SOI层表面进行热氧化并去除所形成的热氧化膜的处理，上述SOI晶片的制造方法其特征在于，通过使用分批式热处理炉至少在升温中、以及降温中的一方进行上述牺牲氧化处理中的热氧化，而在上述SOI层的表面形成大致同心圆形状的氧化膜厚分布。由此，通过进行形成大致同心圆形状的氧化膜并去除所形成的热氧化膜的牺牲氧化处理，提供一种能够以高生产率制造改进了面内膜厚分布的SOI晶片的SOI晶片的制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】SOI晶片的制造方法
本专利技术涉及SOI晶片的制造方法，尤其涉及将注入了氢离子等的硅单晶片隔着氧化膜与成为支撑基片的衬底晶片贴合之后进行剥离而制造SOI晶片的方法。
技术介绍
最近，作为SOI晶片的制造方法，将注入了离子的键合晶片贴合之后进行剥离而制造SOI晶片的方法(离子注入剥离法：还称之为智能剥离法(注册商标)的技术)重新开始引人瞩目。该离子注入剥离法是如下技术(参照专利文献1)。即、例如在两张晶片中至少在一方形成氧化膜(绝缘膜)，并且从一方的硅晶片(键合晶片)的上表面注入氢离子或稀有气体离子等的气体离子，并在该晶片内部形成微小气泡层(封装层)之后，使该注入了离子的一方的面隔着氧化膜与另一方的硅晶片(衬底晶片)贴紧，其后，施加热处理(剥离热处理)并将微小气泡层作为分开面而将一方的晶片(键合晶片)剥离成薄膜状，且进一步施加热处理(结合热处理)而牢固地结合之后制作SOI晶片。在该方法中，分开面(剥离面)是优良的镜面，比较容易得到SOI层的膜厚的均匀性也高的SOI晶片。但是，在通过离子注入剥离法制作SOI晶片的情况下，在剥离后的SOI晶片表面存在因离子注入而引起的损伤层，另外，表面粗糙度大于通常的产品标准的硅晶片的镜面。因此，在离子注入剥离法中有必要去除这种损伤层、表面粗糙度。过去为了去除该损伤层等，在结合热处理后的最终工序中进行了称之为接触抛光的研磨余量极少的镜面研磨(加工余量：100nm左右)。然而，若对SOI层进行包括机械加工的要素的研磨则由于研磨的加工余量并不均匀，因而发生通过氢离子等的注入、剥离而完成的SOI层的膜厚均匀性变差之类的问题。作为解决这种问题的方法，替代上述接触抛光而进行着实施高温热处理而改进表面粗糙度的平坦化处理。例如在专利文献2中提出了经剥离热处理之后(或者结合热处理之后)不是研磨SOI层的表面而是在包括氢的还原性气氛下施加热处理(快速加热、快速冷却热处理(RTA处理))的方案。再有，在专利文献3中提出了经剥离热处理之后(或者结合热处理之后)通过氧化性气氛下的热处理在SOI层形成氧化膜之后去除该氧化膜，接着施加还原性气氛的热处理(快速加热、快速冷却热处理(RTA处理))的方案。另外，在专利文献4中，通过在剥离之后的SOI晶片实施惰性气体、氢气、或者这些的混合气体气氛下的平坦化热处理之后进行牺牲氧化处理，而同时实现剥离面的平坦化和OSF的避免。这样，由于代替接触抛光进行了实施高温热处理而改进表面粗糙度的平坦化处理，因而目前通过离子注入剥离法以大量生产的程度得到直径为300mm且具有SOI层的膜厚范围(Range，从面内的最大膜厚値减去了最小膜厚値的値)为3nm以内的膜厚均匀性的SOI晶片。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开平5-211128号公报专利文献2：日本特开平11-307472号公报专利文献3：日本特开2000-124092号公报专利文献4：WO2003/009386
技术实现思路
专利技术所要解决的问题随着近年的便携式终端的普及，需要半导体器件的低功耗、小型化、高性能化，作为设计规则中22nm世代以后的有力的候补，在进行使用了SOI晶片的完全耗尽型的器件开发。在该完全耗尽型器件中，由于SOI层的膜厚非常之薄，成为10nm左右，加之，SOI层的膜厚分布影响器件的阈值电压，因而作为SOI的面内膜厚分布要求膜厚范围(Range)为1nm以下(Range(Max-Min)≦1nm)的均匀性。另外，近年来提出有通常是在用于与衬底晶片的绝缘的BOX层(埋入式氧化膜层)施加偏压而控制器件的阈值电压的方案，在该情况下有必要制作使BOX膜厚较薄的ThinBOX型的SOI晶片。在使用了离子注入剥离法的贴合晶片的制造方法中，离子注入的深度(射程)分布照直反映在剥离后的SOI层的膜厚分布上，而就产生离子注入的深度分布的因素而言，已知有锥角(coneangle)效应。这里，如图5所示，分批式的离子注入器具备旋转体1和设置于旋转体1且配置基片3的多个晶片保持件2。而且，晶片保持件2为了保持基片3而从旋转体1的旋转面向内侧稍微倾斜。由此在旋转体1旋转时，因离心力而产生向晶片保持件2按压基片3的力，从而晶片保持件2保持基片3。但在旋转体1的旋转面与基片3的表面如此不平行的情况下，即便要以一定角度对基片3注入离子束也在基片中心部与射束扫描方向的基片两端部随着旋转体的旋转而在注入角度上产生非常小的偏离，因此，离子注入深度变得在基片中央部较深，在扫描方向的基片两端部较浅。这称为锥角效应。为此，关于离子注入剥离法中的离子注入，如图6所示，通过将基片3与离子束的设定角度设定成基片表面与离子束的角度成为垂直的0度注入角(α＝0°)，以使注入角度在扫描方向的基片两端部偏离同等程度，从而使得注入的深度的面内分布比较均匀。但在使用了分批式的离子注入器的情况下，可考虑即使在设定注入角为0度的情况下也产生离子注入的面内深度分布的标准离差的第二个因素。第二个膜厚分布产生因素是在制作ThinBOX型的SOI晶片过程中产生的沟道。在制作具有100nm以下的BOX层(硅氧化膜层)膜厚的ThinBOX型的SOI晶片过程中，氧化膜所引起的散射效果较弱，从而在设定注入角度为0度的离子注入中产生沟道。在分批式离子注入器的情况下，由于结晶面与离子束的角度在基片中央部成为垂直，因而沟道效应较大使得离子注入深度较深。另一方面，由于在扫描方向的基片两端因锥角而产生注入角，因而沟道的影响相对较弱从而离子注入深度变浅。这样，在制作ThinBOX型的SOI晶片过程中，锥角的效应因沟道而尤其明显。为了防止沟道通常已知有使注入角倾斜而进行注入的方法，但若使注入角倾斜则锥角的效应在扫描方向的基片两端部之间相异，导致面内的深度分布较大。另外，已知有使用使晶片本身的晶轴方位倾斜的晶片(带偏斜角晶片)而防止沟道的方法，但与使注入角倾斜的方法相同地、注入角度在扫描方向的两端部之间相异，因而导致面内的深度分布较大。作为抑制由上述锥角效应所引起的SOI膜厚分布的方法，有分次注入，并在各离子注入转换晶片方向(使配置于晶片保持件的晶片仅自转规定角度)的方法(日本专利申请2011-120340)。锥角效应，由于在晶片中央部与扫描方向的晶片两端部之间所产生的深度分布，因而成为二次对称的分布。因此，例如分两次进行离子注入，并使晶片在各离子注入旋转(自转)90度，则在晶片中央部相对较深且晶片外周部在整个周边较浅，从而接近同心圆的分布。另外，并不限定于分两次进行，若分四次进行离子注入并使各离子注入时的晶片每次旋转(自转)90度，则同心圆的分布比两次注入的场合更完善。这样进行了注入的离子注入深度分布，在晶片中央部相对较深且晶片外周部在整个周边相对较浅，因此，剥离后的SOI晶片的SOI膜厚分布成为晶片中央部较厚且晶片外周部较薄的同心圆的凸状膜厚分布。作为改进该膜厚分布的方法，考虑到了通过牺牲氧化处理(热氧化+氧化膜去除)的热氧化膜的加工余量。然而，过去不能控制热氧化膜的面内分布而得到凸形状，对于形成抵消晶片剥离时的膜厚分布的凸形状的氧化膜分布的氧化炉或处理分批炉，有必要实验性地找出氧化炉或处理分批炉内的特定的舟皿切槽(Slot)位置，并选择性地使用而进行牺牲氧化处理，因而存在生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SOI晶片的制造方法，具有通过对于SOI晶片实施牺牲氧化处理而对上述SOI晶片的SOI层进行减厚调整的工序，其中，上述牺牲氧化处理是对SOI层表面进行热氧化并去除所形成的热氧化膜的处理，上述SOI晶片的制造方法其特征在于，通过使用分批式热处理炉在升温中、以及降温中的任一方或双方进行上述牺牲氧化处理中的热氧化，而在上述SOI层的表面形成大致同心圆形状的氧化膜厚分布。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.15 JP 2011-2749991.一种SOI晶片的制造方法，具有通过对于SOI晶片实施牺牲氧化处理而对上述SOI晶片的SOI层进行减厚调整的工序，其中，上述牺牲氧化处理是对SOI层表面进行热氧化并去除所形成的热氧化膜的处理，上述SOI晶片的制造方法其特征在于，将SOI层具有大致同心圆形状的膜厚分布的SOI晶片作为实施上述牺牲氧化处理的SOI晶片，通过使用分批式热处理炉在升温中、以及降温中的任一方或双方进行上述牺牲氧化处理中的热氧化，而在上述SOI层的表面形成具有大致同心圆形状的氧化膜厚分布的热氧化膜，以抵消上述大致同心圆形状的膜厚分布。2.根据权利要求1所述的SOI晶片的制造方法，其特征在于，将上述牺牲氧化处理中的热氧化在规定温度进行，而且在向该规定温度的升温中、以及从上述规定温度的降温中的任一方或双方也进行。3.根据权利要求1所述的SOI晶片的制造方法，其特征在于，作为上述牺牲氧化处理中的热氧化，利用高热氧化处理或湿式氧化处理。4.根据权利要求2所述的SOI晶片的制造方法，其特征在于，作为上述牺牲氧化处理中的热氧化，利用高热氧化处理或湿式氧化处理。5.根据权利要求1所述的SOI晶片的制造方法，其特征在于，通过从由单晶硅构成的键合晶片的表面注入氢离子、稀有气体离子的一种以上的气体离子而形成离子注入层，并将上述键合晶片的注入了离子的表面与衬底晶片的表面隔着绝缘膜贴合之后，在上述离子注入层剥离键合晶片而制造实施上述牺牲氧化处理的SOI晶片。6.根据权利要求2所述的SOI晶片的制造方法，其特征在于，通过从由单晶硅构成的键合晶片的表面注入氢离子、稀有气体离子的一种以上的气体离子而形成离子注入层，并将上述键合晶片的注入了离子的表面与衬底晶片的表面隔着绝缘膜贴合之后，在上述离子注入层剥离键合晶片而制造实施上述牺牲氧化处理的SOI晶片。7.根据权利要求3所述的SOI晶片的制造方法，其特征在于，通过从由单晶硅构成的键合晶片的表面注入氢离子、稀有气体离子的一种以上的气体离子而形成离子注入层，并将上述键合晶片的注入了离子的表面与衬底晶片的表面隔着绝缘膜贴合之后，在上述离子注入层剥离键合晶片而制造实施上述牺牲氧化处理的SOI晶片。8.根据权利要求4所述的SOI晶片的制造方法，其特征在于，通过从由单晶硅构成的键合晶片的表面注入氢离子、稀有气体离子的一种以上的气体离子而形成离子注入层，并将上述键合晶片的注入了离子的表面与衬底晶片的表面隔着绝缘膜贴合之后，在上述离子注入层剥离键合晶片而制造实施上述牺牲氧化处理的SOI晶片。9.根据权利要求5所述的SOI晶片的制造方法，其特征在于，使用具备旋转体和设置于该旋转体且配置基片的多个晶片保持件并对配置于该晶片保持件且公转的多个基片注入离子的分批式离子注入器来分多次进行上述离子注入，且每次注入离子之后使配置于上述晶片保持件的键合晶片仅自转规定的旋转角度，并在已自转的配置位置进行下一个离子注入。10.根据权利要求6所述的SOI晶片的制造方法，其特征在于，使用具备旋转体和设置于该旋转体且配置基片的多个晶片保持件并对配置于该晶片保持件且公转的多个基片注入离子的分批式离子注入...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿贺浩司，小林德弘，
申请(专利权)人：信越半导体株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP