貼合晶圓的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種利用離子注入剝離法的貼合晶圓的制造方法，尤其設(shè)及一種利用 再生晶圓且通過離子注入剝離法來制造貼合晶圓的方法，該再生晶圓是對(duì)通過離子注入剝 離法來制造貼合晶圓時(shí)所伴隨產(chǎn)生的剝離晶圓實(shí)施再生加工而獲得。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為SOI晶圓的制造方法，尤其是使尖端集成電路的高性能化成為可能的薄膜SOI 晶圓的制造方法，將已注入離子的晶圓進(jìn)行貼合后加 W剝離來制造 SOI晶圓的方法(離子注 入剝離法:也被稱為SMART-CUT法（乂7-b力外法），注冊(cè)商標(biāo))廣受注目。
[0003] 該離子注入剝離法，是一種如下所述的技術(shù):在兩片娃晶圓中，在至少其中一片上 形成氧化膜，并且由一片娃晶圓(接合晶圓）的上表面注入氨離子或稀有氣體離子等氣體離 子，在該晶圓的內(nèi)部形成離子注入層(又稱為微氣泡層或封入層）。之后，將注入離子的那片 娃晶圓的表面隔著氧化膜與另一片娃晶圓（基底晶圓）密接，之后施加熱處理（剝離熱處 理），將微氣泡層作為劈開而薄膜狀地剝離其中一片娃晶圓（接合晶圓）。進(jìn)一步，施加熱處 理(結(jié)合熱處理牢固地結(jié)合從而制造 SOI晶圓（參照專利文獻(xiàn)1)。在該階段，劈開面(剝離 面)成為SOI層的表面，從而可較容易得到SOI膜厚薄且均勻性亦高的SOI晶圓。
[0004] 在該離子注入剝離法中，并不限定于隔著絕緣膜來制作貼合SOI晶圓的情況，也可 W應(yīng)用于直接將兩片晶圓貼合而制作貼合晶圓的情況。
[0005] 在該離子注入剝離法中，對(duì)于剝離后的接合晶圓（剝離晶圓），通過再次實(shí)施包含 研磨及蝕刻等表面處理的再生加工(再新加工，refresh process)，來減少或去除在未結(jié)合 部所產(chǎn)生的高低差、剝離后的表面粗糖、注入殘留層的影響，從而能夠重復(fù)使用晶圓。關(guān)于 該再生加工的方法，例如如專利文獻(xiàn)2所述，提出了組合倒角加工與研磨，去除存在于倒角 部的離子注入殘留層的影響的方法。
[0006] 關(guān)于對(duì)剝離晶圓進(jìn)行再生加工，在專利文獻(xiàn)3中，記載了將剝離晶圓表面的研磨裕 度設(shè)為上、及重復(fù)地將剝離晶圓作為接合晶圓來加 W再利用的技術(shù)。另外，在專利文 獻(xiàn)4中，記載了在剝離晶圓的重復(fù)再利用中，能最多重復(fù)10次大約扣m的研磨的技術(shù)。進(jìn)一步 地，在專利文獻(xiàn)5中，記載了將剝離晶圓表面的研磨裕度設(shè)為1~扣mW上且將剝離晶圓不斷 進(jìn)行再生加工的技術(shù)。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) [000引專利文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)1:日本專利公開平成5-211128號(hào)公報(bào)
[0010] 專利文獻(xiàn)2:日本專利公開2001-155978號(hào)公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)3:日本專利公開2008-21892號(hào)公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)4:日本專利公開2006-140445號(hào)公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)5:日本專利公開2007-149907號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] (一)要解決的技術(shù)問題
[0015] 若測(cè)量通過離子注入剝離法所制作的貼合SOI晶圓的SOI層的膜厚分布，有出現(xiàn)大 理石花紋的膜厚不均的情況。若進(jìn)行接合晶圓剝離后的SOI層表面的外觀檢查，W目視也能 觀察到該膜厚不均，該膜厚不均形成W毫米(mm)為單位的圖案。
[0016] 近年來，SOI層的膜厚分布的標(biāo)準(zhǔn)變得嚴(yán)格，使在剝離時(shí)產(chǎn)生的大圖案的膜厚不均 消失是很重要的。尤其是關(guān)于被稱為極薄SOKEx化emely Thin S0I，ETS0I)的SOI層膜厚為 30皿W下的種類，運(yùn)樣的膜厚不均會(huì)對(duì)生產(chǎn)成品率造成很大的影響，因此希望能夠阻止其 產(chǎn)生。
[0017] 本發(fā)明是鑒于上述運(yùn)樣的問題而完成的，其目的在于，制造一種貼合晶圓，其抑制 通過離子注入剝離法來制造貼合晶圓時(shí)在薄膜產(chǎn)生的大理石花紋的膜厚不均，且薄膜的膜 厚均勻性高。
[001引仁很術(shù)方案
[0019] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，依據(jù)本發(fā)明，提供一種貼合晶圓的制造方法，其對(duì)接合晶圓的 表面，離子注入氨離子、稀有氣體離子中的至少一種氣體離子而形成離子注入層，將所述接 合晶圓的已注入離子的表面與基底晶圓的表面直接貼合或隔著絕緣膜貼合之后，施加熱處 理，并在所述離子注入層使所述接合晶圓的一部分剝離，由此來制作在所述基底晶圓上具 有薄膜的貼合晶圓，所述貼合晶圓的制造方法的特征在于:在將所述接合晶圓與基底晶圓 貼合之前，測(cè)量所述接合晶圓與所述基底晶圓的厚度，選擇兩片晶圓的厚度的差值為扣mW 上的所述接合晶圓與所述基底晶圓所成的組合，W400°CW下的溫度來進(jìn)行所述熱處理，并 在所述離子注入層使所述接合晶圓的一部分剝離。
[0020] 若是運(yùn)樣的貼合晶圓的制造方法，則能夠抑制薄膜的膜厚不均，能夠制造一種薄 膜的膜厚均勻性高的貼合晶圓。
[0021] 此時(shí)，優(yōu)選W350°CW上的溫度來進(jìn)行所述熱處理。
[0022] 若運(yùn)樣W350°CW上的溫度來進(jìn)行熱處理，則能夠在離子注入層使接合晶圓的一 部分切實(shí)地剝離。
[0023] 此時(shí)，作為所述接合晶圓及/或所述基底晶圓，可使用再生晶圓，該再生晶圓是對(duì) 在所述貼合晶圓的制造方法中制作貼合晶圓時(shí)所伴隨產(chǎn)生的剝離晶圓，進(jìn)行伴隨有減少厚 度的再生加工而成。該再生晶圓是進(jìn)行過兩次W上所述伴隨有減少厚度的再生加工而成的 晶圓，或者進(jìn)行過所述伴隨有減少厚度的再生加工而減少如mW上厚度的晶圓。
[0024] 運(yùn)樣，本發(fā)明可優(yōu)選適用于使用容易產(chǎn)生膜厚不均的再生晶圓的情況，且能降低 成本，并能夠制造出一種薄膜的膜厚均勻性高的貼合晶圓。
[0025] 另外，所述接合晶圓及所述基底晶圓可W由單晶娃晶圓構(gòu)成，所述絕緣膜可W由 娃氧化膜構(gòu)成，所述薄膜可W是SOI層。
[0026] 如此一來，能夠制造出SOI層薄膜的膜厚均勻性高的SOI晶圓。
[0027] 在本發(fā)明的貼合晶圓的制造方法中，由于在將接合晶圓與基底晶圓貼合之前，測(cè) 量接合晶圓與基底晶圓的厚度，選擇兩片晶圓的厚度的差值為扣mW上的接合晶圓與基底 晶圓所成的組合，W400°CW下的溫度來進(jìn)行熱處理，并在離子注入層使接合晶圓的一部分 剝離，因此能夠抑制薄膜的膜厚不均，并能制造出一種薄膜的膜厚均勻性高的貼合晶圓。
【附圖說明】
[0028] 圖1是表示本發(fā)明的貼合晶圓的制造方法一例的流程圖。
[0029] 圖2是表示實(shí)施例1~2、比較例1~3的SOI晶圓的膜厚圖的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面，針對(duì)本發(fā)明來說明實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于該實(shí)施方式。
[0031] -般而言，在通過離子注入剝離法來制作貼合SOI晶圓時(shí)，為了降低成本，常利用 再生晶圓來作為接合晶圓或基底晶圓，該再生晶圓是對(duì)在制作貼合晶圓時(shí)所伴隨產(chǎn)生的剝 離晶圓進(jìn)行伴隨有減少厚度的再生加工而得到?；蛘?，有時(shí)也會(huì)利用未使用過的晶圓（未進(jìn) 行過再生加工的晶圓，W下稱為原始晶圓(prime wafer))來作為接合晶圓和基底晶圓。
[0032] 如上所述，若通過離子注入剝離法來制作貼合SOI晶圓，則會(huì)有在貼合SOI晶圓的 SOI層產(chǎn)生大理石花紋的膜厚不均運(yùn)樣的問題，發(fā)明人等經(jīng)過詳細(xì)地調(diào)查，結(jié)果得知了 W下 事項(xiàng)。
[0033] 使用原始晶圓作為接合晶圓和基底晶圓時(shí)，若兩片晶圓是由不同的制造批次所制 造的情況下，SOI層的膜厚不均的產(chǎn)生頻率就會(huì)變高。而若接合晶圓和基底晶圓的至少一片 是利用再生晶圓時(shí)，膜厚不均的產(chǎn)生頻率會(huì)變得更高，此外，有再生晶圓的再生次數(shù)越多， 則產(chǎn)生頻率也會(huì)增加的傾向。因此，發(fā)明人利用原始晶圓與再生晶圓進(jìn)行下述實(shí)驗(yàn)，并針對(duì) 該產(chǎn)生頻率變高的傾向，進(jìn)行如下考察。
[0034] 一般而言，能作為接合晶圓與基底晶圓來加 W利用的單晶娃晶圓的晶圓厚度是W ±15wii的標(biāo)準(zhǔn)來制造。實(shí)際上，若是同一個(gè)制造批次，則晶圓間的厚度偏差有±數(shù)微米(皿） 程度的精度。因此，尤其是若利用同一個(gè)制造批次所制造的原始晶圓，則膜厚不均產(chǎn)生的可 能性低。另一方面，在制造批次不同，晶圓厚度的中位數(shù)值有所差異的情況下，即使是原始 晶圓彼此之間，兩片晶圓的厚度的差值也有可能超過5皿，因而使膜厚不均產(chǎn)生的頻率變 局。
[0035] 在接合晶圓和基底晶圓的至少一片是利用再生晶圓的情況下，由于晶圓因減厚加 工而變薄，因此兩片晶圓的厚度的差值超過扣m的可能性提高。特別是，接合晶圓或基底晶 圓的其中一片是利用原始晶圓，另一片是利用再生晶圓時(shí)，運(yùn)種可能性會(huì)非常高。因此，膜 厚不均產(chǎn)生的頻率也會(huì)變得更高。
[0036](實(shí)驗(yàn)例）
[0037]作為接合晶圓和基底晶圓，準(zhǔn)備了一種具有示于表1的厚度的由直徑300mm、晶體 取向<100〉的娃單晶所構(gòu)成的四種鏡面研磨晶圓。晶圓厚度是利用靜電電容式的測(cè)量裝置 來測(cè)量整個(gè)晶圓，并采用其平均值(小數(shù)點(diǎn)W下四舍五入）。
[003引（表1)
[0039]

[0040] 利用運(yùn)四種晶圓，分別作為接合晶圓、基底晶圓，并W下述的制造條件，通過離子 注入剝離法來制作貼合SOI晶圓。之后，實(shí)行SOI層的膜厚測(cè)量(現(xiàn)慢裝置:KLA-Tencor公司 制造的Acumap裝置)且評(píng)價(jià)有無膜厚不均。將其結(jié)果示于表2。
[0041 ]此時(shí)的貼合SOI晶圓的制造條件，如下所示。
[0042] (貼合SOI晶圓制造條件）
[0043] (氧化膜)在接合晶圓上形成55nm的熱氧化膜，基底晶圓上無氧化膜；
[0044] (氨離子注入條件)注入能量:48.化eV，劑量:5 X 1 〇i6/cm2;
[0045] (剝離熱處理)350°C、4小時(shí)巧00°C、30分鐘，Ar(氣)氣氛；
[0046] (平坦化熱處理）1200°C、1小時(shí)，Ar氣氛；
[0047] (SOI膜厚調(diào)整)通過犧牲氧化處理將SOI層的厚度減少到70nm左右。
[004引（表2)
[0049]
[0050] 由表2的結(jié)果可得知，若是接合晶圓與基底晶圓的厚度的差值為扣mW上，就會(huì)產(chǎn) 生SOI層的膜厚不均。此處，表2中的〇表示未產(chǎn)生膜厚不均，而X表示產(chǎn)生了膜厚不均。
[0051] 雖然接合晶圓與基底晶圓的厚度的差值和膜厚不均的產(chǎn)生之間有何關(guān)系的機(jī)制 尚未明了，但是