贴合式晶圆的制造方法技术

本发明专利技术提供一种贴合式晶圆的制造方法，关于自贴合晶圆的表面以氢离子、惰性气体离子的至少一种气体离子进行离子注入而于晶圆内部形成离子注入层，将该贴合晶圆经离子注入的表面与基底晶圆的表面直接或是透过绝缘膜贴合后，借由以该离子注入层使贴合晶圆剥离，制造于该基底晶圆上具有薄膜的贴合式晶圆，而对于该贴合式晶圆，透过在含有氢气的氛围下进行RTA处理而将该薄膜表面平坦化，其中，于自该RTA处理的最高温降温而自热处理炉取出该贴合式晶圆之间，在该热处理炉内于该薄膜的表面形成保护膜，之后将形成有该保护膜的贴合式晶圆自该热处理炉取出，之后使用蚀刻该保护膜及该薄膜的洗净液以洗净。借此能够在RTA处理及进行其后的洗净后亦能良好维持薄膜的膜厚度的面内均匀性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是关于一种利用离子注入剥离法的贴合式晶圆的制造方法，特别是关于一种将经注入氢离子等的单晶硅晶圆予以与作为支持基板的基底晶圆于透过氧化膜贴合后进行剥离以制造SOI晶圆的方法。
技术介绍
以SOI晶圆的制造方法而言，特别是使尖端集成电路的高性能化变为可能的薄膜SOI晶圆的制造方法，将经离子注入的晶圆于结合后剥离而制造SOI晶圆的方法(离子注入剥离法：亦称为Smart的技术)逐渐开始受到重视。此离子注入法是于二片硅晶圆之中，于至少一方形成氧化膜的同时，自另一方的硅晶圆(贴合晶圆)的上表面注入氢离子或是惰性气体离子等气体离子，而于贴合晶圆内部形成微小气泡层(封入层)后，将经注入该离子的面透过氧化膜与另一方的硅晶圆(基底晶圆)密着，之后施加热处理(剥离热处理)将微小气泡层作为劈开面(剥离面)而将贴合晶圆剥离为薄膜状，进一步施加热处理(结合热处理)使其稳固地结合而成为SOI晶圆的技术(参照专利文献1)。于此阶段，劈开面将成为SOI层的表面，较容易得到SOI层较薄且膜厚度均匀性亦高的SOI晶圆。另外，非得到SOI晶圆而是得到直接接合的贴合式晶圆时，使贴合晶圆及基底晶圆于表面皆不形成氧化膜而直接密着而贴合。但是，剥离后的SOI晶圆表面存在有离子注入所导致的损伤层，又表面的粗糙程度与一般的硅晶圆的镜面相比变得较大。因此，于离子注入剥离法必须去除如此的损伤层及表面的粗糙。已知为了除去此损伤层等，于结合热处理后的最终步骤中，进行有被称为接触式抛光的研磨量极低的镜面研磨(加工量：约100nm)。但是，当于SOI层进行含有机械加工要素的研磨，由于研磨的加工量不均等，会产生由于氢离子等的注入、剥离所导致的SOI层的膜厚度均匀性恶化的问题。以解决如此问题点的方法而言，有以进行高温热处理以改善表面的粗糙的平坦化处理以取代接触式抛光。例如于专利文献2中，提出有于剥离热处理(或是结合热处理后)，不将SOI层的表面进行研磨，而是施以于包含氢气的还原性氛围下的热处理(急速加热、急速冷却热处理(Rapid Thermal Annealling,RTA处理))的方法。进一步而言，专利文献3中，记载有于剥离热处理后(或是结合热处理后)，透过于氧化性氛围下的热处理于SOI层形成氧化膜后除去该氧化膜(牺牲氧化处理)，接着进行复数次于还原性氛围下的RTA处理的方法。又以一般的离子注入剥离法制造SOI晶圆时，于进行前述的RTA处理等将剥离面平坦化的热处理后，进行有牺牲氧化处理或研磨等将SOI层的膜厚度调整为目的的膜厚度的处理(专利文献4至6)。将SOI晶圆投入如此的膜厚度调整处理之前，进行有洗净SOI晶圆的步骤，洗净步骤中，一般例如像SC1(NH4OH及H2O2的混合水溶液)一般，浸渍于具有将SOI层的表面微量蚀刻作用的洗净液以进行洗净。〔现有技术文献〕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：日本特开2009-032972号公报专利文献5：日本特开2012-222294号公报专利文献6：日本特开2013-143407号公报
技术实现思路
[专利技术所欲解决的问题]另一方面，伴随近年来携带型终端机的普及，半导体装置的低耗电化、缩小化、高性能化开始变的必要，作为设计规范在22纳米世代之后的有力候补，进行有使用SOI晶圆的完全空乏型装置的开发。此完全空乏型装置中，SOI层的膜厚度变为非常薄的约10nm的同时，由于SOI层的膜厚度分布会影响装置的阈值电压，以SOI层的内膜厚度分布而言，要求面内的膜厚度范围在1nm以下(Range(Max-Min)≦1nm)的均匀性。但是，于制造如此膜厚度范围较小的SOI晶圆时，难以良好维持平坦化、膜厚度调整后的SOI层的面内及晶圆间的膜厚度均匀性。这是由于虽然在如前述将贴合晶圆剥离的阶段SO层的膜厚度均匀性良好，但在用以改善剥离后的SOI层表面的表面粗糙而进行的平坦化热处理后所进行的洗净步骤中，SOI层的膜厚度均匀性将会恶化。特别是将SC1作为洗净液使用时，因SOI层由于蚀刻而厚度将确实地减少，因此依据洗净条件SOI层的面内膜厚度均匀性容易恶化。又当与透过热处理而SOI层表面为活性的状态下自热处理炉取出的RTA处理等平坦化热处理相组合时，特别存在有SOI层的面内膜厚度均匀性容易恶化的问题。如此的SOI层的面内膜厚度的均匀性的恶化，于制造如前述的膜厚度范围在1nm以下的SOI晶圆时，将成为特别严重的问题。本专利技术为解决前述问题，目的在于提供一种贴合式晶圆的制造方法，能够于RTA处理及其后的洗净处理后皆可良好维持薄膜的面内膜厚度均匀性。[解决问题的技术手段]本专利技术提供一种贴合式晶圆的制造方法，自贴合晶圆的表面以氢离子、惰性气体离子的至少一种气体离子进行离子注入而于晶圆内部形成离子注入层，将该贴合晶圆经离子注入的表面与基底晶圆的表面直接或是透过绝缘膜贴合后，借由以该离子注入层使贴合晶圆剥离而制造于该基底晶圆上制造具有薄膜的贴合式晶圆，对于该贴合式晶圆，透过在含有氢气的氛围下进行RTA处理而将该薄膜表面平坦化，其中，于自该RTA处理的最高温降温而自热处理炉取出该贴合式晶圆之间，在该热处理炉内于该薄膜的表面形成保护膜，之后将形成有该保护膜的贴合式晶圆自该热处理炉取出，之后使用蚀刻该保护膜及该薄膜的洗净液以洗净。依照如此的贴合式晶圆的制造方法，能够制造借由于以RTA处理而平坦化的薄膜表面面内均匀地形成保护膜，在进行RTA处理及其后的洗净后亦能良好维持薄膜的面内膜厚度均匀性的贴合式晶圆。又于此时，该保护膜的形成，以于自RTA处理的最高温度降温中，将该热处理炉内的将含有氢气体的氛围切换为氧化性氛围，氮化性氛围及氧氮化性氛围的其中一种，借由将该贴合式晶圆暴露于该氧化性氛围、氮化性氛围及氧氮化性氛围的其中一种，而于该薄膜的表面形成氧化膜、氮化膜及氧氮化膜的其中一种为佳。借此能够简单的在薄膜表面形成保护膜。又于此时，亦可使用NH4OH与H2O2的混合水溶液(SC1)作为洗净液。依照本专利技术，即使使用一般所使用的具有蚀刻性的SC1以洗净时，亦能良好的维持洗净后的薄膜的面内膜厚度均匀性。又于此时，以该保护膜的厚度为0.7至0.3nm为佳。依照如此厚度，能够充分得到保护膜的效果，亦不会使RTA处理的生产性大幅降低。[对照现有技术的功效]如同前述，依照本专利技术的贴合式晶圆的制造方法，能够简单的于由RTA处理而平坦化的薄膜表面形成保护膜，透过于薄膜表面面内均一形成的此保护膜，能够在RTA处理后以具蚀刻性的SC1进行洗净时，亦能良好的维持洗净后的薄膜的面内厚度均匀性的贴合式晶圆。附图简要说明图1是显示本专利技术的贴合式晶圆的制造方法的流程图。图2是显示实施例的RTA处理中RTA温度配置文件的示意图。图3是显示比较例的RTA处理中RTA温度配置文件的示意图。图4是显示实施例及比较例中，测量RTA处理后当下的SOI层上的氧化膜的膜厚度时的测量方向的示意图。图5是显示实施例及比较例中，比较RTA处理后当下的SOI层上的氧化膜的膜厚度的测量结果的示意图。具体实施方式本申请的专利技术人研究前述问题点时，虽然在以电阻加热式批次炉进行平坦化热处理时，于其后所进行的包含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种贴合式晶圆的制造方法，自贴合晶圆的表面以氢离子、惰性气体离子的至少一种气体离子进行离子注入而于晶圆内部形成离子注入层，将该贴合晶圆经离子注入的表面与基底晶圆的表面直接或是透过绝缘膜贴合后，借由以该离子注入层使贴合晶圆剥离而制造于该基底晶圆上制造具有薄膜的贴合式晶圆，对于该贴合式晶圆，透过在含有氢气的氛围下进行RTA处理而将该薄膜表面平坦化，其中，于自该RTA处理的最高温降温而自热处理炉取出该贴合式晶圆之间，在该热处理炉内于该薄膜的表面形成保护膜，之后将形成有该保护膜的贴合式晶圆自该热处理炉取出，之后使用蚀刻该保护膜及该薄膜的洗净液以洗净。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.18 JP 2014-0544271.一种贴合式晶圆的制造方法，自贴合晶圆的表面以氢离子、惰性气体离子的至少一种气体离子进行离子注入而于晶圆内部形成离子注入层，将该贴合晶圆经离子注入的表面与基底晶圆的表面直接或是透过绝缘膜贴合后，借由以该离子注入层使贴合晶圆剥离而制造于该基底晶圆上制造具有薄膜的贴合式晶圆，对于该贴合式晶圆，透过在含有氢气的氛围下进行RTA处理而将该薄膜表面平坦化，其中，于自该RTA处理的最高温降温而自热处理炉取出该贴合式晶圆之间，在该热处理炉内于该薄膜的表面形成保护膜，之后将形成有该保护膜的...

【专利技术属性】
技术研发人员：小林德弘，阿贺浩司，
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