TW201810380A - 貼合式soi晶圓的製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種貼合式SOI晶圓的製造方法，包含下列步驟：於基底晶圓堆積多晶矽層；研磨多晶矽層得到研磨面；於接合晶圓形成絶緣膜；透過絶緣膜將多晶矽層的研磨面與接合晶圓予以貼合；將接合晶圓薄膜化，其中用100Ω‧cm以上之單晶矽晶圓作為基底晶圓而堆積多晶矽層步驟中，更包含於基底晶圓的堆積多晶矽層表面上先形成氧化膜之階段，多晶矽層的堆積係藉由升溫至1000℃以上規定溫度為止，且在規定溫度下供給多晶矽層原料氣體而進行，更進一步在升溫至規定溫度為止之際中也供給多晶矽層原料氣體。藉此，得以保持高生產率並抑制多晶矽層的單晶化。

Description

貼合式SOI晶圓的製造方法

本發明係關於一種貼合式SOI晶圓的製造方法。

作為對應射頻（Radio Frequency: RF）裝置的SOI晶圓，一直是以將基底晶圓的電阻率為高電阻化的方式解決。但是，為了對應更進一步的高速化而逐漸變得有對應更射頻的必要，僅使用習知的高電阻晶圓已經逐漸變得無法解決。

於是，作為對策提出有於SOI晶圓的埋入氧化膜層（BOX層）緊接下方，加入具有使產生的載子消滅的效果的層（載體捕陷層），而變得有必要將用以使高電阻晶圓中所產生的載子再結合的高電阻的多晶矽層形成於基底晶圓上。

專利文獻1中，記載有於BOX層及基底晶圓的交界面形成作為載子捕陷層的多晶矽層或非晶矽層。

另一方面，專利文獻2中，也記載有於BOX層及基底晶圓的交界面，形成作為載子捕陷層的多結晶層，更進一步，限制多晶矽層形成後的熱處理溫度以防止多晶矽層的再結晶化。

又，專利文獻3中，雖未記載有形成作為載子捕陷層的多晶矽層或非晶矽層，但記載有藉由將與接合晶圓貼合側的基底晶圓表面的表面粗糙度增大，得到與載子捕陷層相同的效果。 〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕

〔專利文獻1〕日本特表2007-507093號公報 〔專利文獻2〕日本特表2013-513234號公報 〔專利文獻3〕日本特開2010-278160號公報 〔專利文獻4〕日本特開2015-211061號公報

〔發明欲解決課題〕 但是，若將於基底晶圓的表面成長多晶矽層之際的成長溫度予以高溫，則會有增進多晶矽層的單晶化、失去作為載子捕陷層的功能、使射頻的特性劣化的情況。又，雖然以降低多晶矽層的形成溫度得以抑制多晶矽層的單晶化，但是會有成長速度下降、生產率惡化的問題。

在此，專利文獻4中，提出有製造貼合式SOI晶圓的方法，包含將多晶矽層的堆積以1010℃以下的第一溫度進行之第一成長，以及以較第一溫度更高溫的第二溫度進行較第一成長更厚的堆積。此製造方法，得以防止發生多晶矽層的單晶化，得以維持作為載子捕陷層的效果。但是，若堆積工程中進行如此低溫堆積及高溫堆積的二階段之堆積，則不可避免生產率低落。

本發明，鑑於前述狀況，目的在於提供一種得以保持高生產率並同時抑制多晶矽層的單晶化之貼合式SOI晶圓的製造方法。 〔解決問題之技術手段〕

為解決前述課題，本發明提供一種貼合式SOI晶圓之製造方法，將皆為矽單晶所構成之接合晶圓及基底晶圓透過絕緣膜予以貼合而製造貼合式SOI晶圓，該製造方法包含下列步驟：於該基底晶圓的貼合面側堆積多晶矽層；研磨該多晶矽層的表面而得到研磨面；於該接合晶圓的貼合面形成該絕緣膜；透過該絕緣膜將該基底晶圓的該多晶矽層的該研磨面與該接合晶圓貼合；以及將經貼合之該接合晶圓予以薄膜化而形成SOI層，其中，使用電阻率100Ω‧cm以上之單晶矽晶圓作為該基底晶圓，堆積該多晶矽層之步驟，更包含於該基底晶圓的堆積該多晶矽層的表面預先形成氧化膜之階段，該多晶矽層的堆積係藉由升溫至1000℃以上的規定溫度為止，且在該規定溫度下供給該多晶矽層之原料氣體而進行，更進一步在升溫至該規定溫度為止之際也供給該多晶矽層之原料氣體。

若為此種貼合式SOI晶圓的製造方法，由於以自低溫升溫至高溫為止之升溫階段的時間點，放入多晶矽層之原料氣體而形成多晶矽層的基礎，並以高溫成長多晶矽層，故得以製造兼顧抑制多晶矽層的單晶化及高生產率的貼合式SOI晶圓。

此時，該氧化膜藉由濕洗淨形成為佳。

由於使氧化膜介入於基底晶圓與多晶矽層之間，可能會對RF裝置的特性有影響，因此形成氧化膜的厚度以薄為佳，例如作為10nm以下的厚度為佳。作為如此厚度的氧化膜形成方法，能舉出濕洗淨為最簡便的方法。

又於此時，該規定溫度，以1150℃以下為佳。

若前述升溫之規定溫度為1150℃以下，則能夠降低在以高溫的堆積中多晶矽層的單晶化之可能性。

又於此時，在升溫至該規定溫度為止之際中的開始該多晶矽層之原料氣體的供給的溫度以600℃~980℃的範圍內之溫度為佳。

在升溫至前述的該規定溫度為止之際中的開始該多晶矽層之原料氣體的供給的溫度若為980℃以下，由於升溫中氧化膜變得不易消失，因此得以抑制多晶矽層的單晶化。又，若為600℃以上，得以確保高生產率。 〔對照先前技術之功效〕

本發明之貼合式SOI晶圓的製造方法中，在基底晶圓堆積多晶矽層之際，自低溫升溫至高溫為止的升溫階段的時間點以放入多晶矽層的原料氣體而形成多晶矽層的基礎，並以高溫成長多晶矽層。藉此，得以製造兼顧抑制多晶矽層的單晶化及高生產率之貼合式SOI晶圓。又，本發明之貼合式SOI晶圓的製造方法，不僅於多晶矽層的形成，亦得以應用於單晶矽層形成時的生產率提升之故，通用性為高。 【圖示簡單說明】

第1圖係顯示本發明之貼合式SOI晶圓的製造方法的一範例的流程圖。 第2圖係顯示本發明之貼合式SOI晶圓的製造方法的一範例的示意圖。 第3圖係顯示實施例之多晶矽層的堆積條件的圖表。 第4圖係顯示比較例1之多晶矽層的堆積條件的圖表。 第5圖係顯示比較例2之多晶矽層的堆積條件的圖表。 第6圖係顯示在比較實施例及比較例1、2中的生產率（生產能力）之圖表。 第7圖係在實施例及比較例1、2中堆積多晶矽層的晶圓的剖面SEM照片。

以下，雖然針對本發明，參考圖式並同時詳細說明，但本發明並不限定於此。

如前述，需要一種能夠保持高生產率並同時抑制多晶矽層的單晶化之貼合式SOI晶圓的製造方法。

本發明人們，針對前述課題反覆專心研究，思考出在多晶矽層的形成時中，不使生產率惡化而可抑制多晶矽層的單晶化之貼合式SOI晶圓的製造方法。雖然習知的多晶矽層的形成方法中，以將多晶矽層的形成溫度降低，升溫至規定溫度之後才放入多晶矽層的原料氣體（矽成長氣體）而成長多晶矽層以抑制多晶矽層的單晶化，但此種方法，會有多晶矽層的成長速度下降，且生產率惡化的問題。另一方面，為了提升生產率，將多晶矽層的形成溫度予以高溫，雖然提升了多晶矽層的成長速度，卻面對產生多晶矽層的單晶化之問題。

於是，本發明人們發現，以自低溫升溫至高溫為止的升溫階段之時間點，放入矽成長氣體而形成多晶矽層的底部，並以高溫成長多晶矽層，能夠實現兼顧抑制單晶化及高生產率的多晶矽層的堆積，進而完成本發明。

以下，參考第1圖、第2圖，並同時說明本發明之貼合式SOI晶圓的製造方法的實施型態的一範例，另外，以下雖然作為貼合式SOI晶圓的製造方法，舉例使用離子植入剝離法的製造方法而說明，但本發明不限定於此。

首先，準備由單晶矽所構成的接合晶圓1（參考第1圖的步驟S11、第2圖（a））。

接著，藉由例如熱氧化或CVD等，於接合晶圓1的貼合面，形成成為埋入絶緣膜層的絶緣膜3（例如，氧化膜）（參考第1圖的步驟S12、第2圖（b））。此情況，絶緣膜3的形成，不僅於貼合面、亦可形成於接合晶圓的整體。

接著，對接合晶圓1自絶緣膜3的上方藉由離子植入機，植入氫離子及稀有氣體離子中至少一個種類的氣體離子，而於接合晶圓1内形成離子植入層4（參考第1圖的步驟S13、第2圖（c））。

在此，為了除去接合晶圓1的貼合面的粒子，進行貼合前的洗淨（參考第1圖的步驟S14）。

另一方面，別於前述，準備由單晶矽所構成之基底晶圓2（參考第1圖的步驟S21、第2圖（d））。此時，準備電阻率100Ω‧cm以上的單晶矽晶圓，作為基底晶圓2。

基底晶圓2的電阻率，若為100Ω‧cm以上則能夠合適地使用於射頻裝置製造用，而1000Ω‧cm以上為更佳、3000Ω‧cm以上為特佳。雖然電阻率的上限並無特別限定，但例如能夠為50000Ω‧cm。

接著，於基底晶圓2上，形成氧化膜（基底氧化膜）5（參考第1圖的步驟S22、第2圖（e））。雖然氧化膜5的厚度並無特別限定，但由於藉由基底晶圓與多晶矽層之間介入氧化膜而可能會對RF裝置的特性有影響，因此形成氧化膜的厚度以薄為佳，例如0.3nm以上、10nm以下的厚度為佳。

作為如此厚度的氧化膜的形成方法，作為最簡便的方法能舉出濕洗淨。具體而言，藉由進行使用SC1（NH₄ OH與H₂ O₂ 之混合水溶液）、SC2（HCl與H₂ O₂ 之混合水溶液）、硫酸氧化氫水（H₂ SO₄ 與H₂ O₂ 之混合水溶液）、臭氧水等之洗淨，或組合這些溶液之洗淨，能夠形成厚度0.5~3nm程度均勻的氧化膜。

接著，使多晶矽層6堆積於氧化膜（基底氧化膜）5上（參考第1圖的步驟S23、第2圖（f））。在此，多晶矽層的堆積，藉由升溫至1000℃以上的規定溫度為止，並於規定溫度中供給多晶矽層的原料氣體而進行，更進一步，在升溫至其規定溫度為止之際中也供給多晶矽層的原料氣體。

另外，本發明中，升溫至1000℃以上的規定溫度為止為必須。前述升溫之規定溫度未滿1000℃，則雖然可抑制多晶矽層的單晶化，但成長速度下降、生產率惡化。又，前述升溫之規定溫度的上限，以1150℃以下為佳。若前述升溫之規定溫度為1150℃以下，則以在升溫至前述之規定溫度為止之際導入多晶矽層的原料氣體而薄薄地堆積多晶矽層，並由於在以前述高溫之規定溫度的堆積中氧化膜變得不易消失，故能夠降低多晶矽層單晶化的可能性。

又，在升溫至前述規定溫度為止之際的開始多晶矽層的原料氣體的供給的溫度，以600℃~980℃的範圍內的溫度為佳。若在升溫至前述規定溫度為止之際中的開始多晶矽層之原料氣體的供給的溫度為980℃以下，則由於升溫中氧化膜變得不易消失，故能夠抑制多晶矽層的單晶化。又，若為600℃以上，則能夠確保高生產率。

另外，在升溫至前述規定溫度為止之際中的多晶矽層的原料氣體的供給，在與所述升溫至規定溫度為止的升溫開始為同時開始亦可，或在正進行升溫至規定溫度為止的中途開始亦可。

接著，研磨堆積於基底晶圓2的多晶矽層6的表面而得到研磨面（參考第1圖的步驟S24、第2圖（g））。

在此，為了除去經研磨之多晶矽層6的表面的粒子，進行貼合前洗淨（參考第1圖的步驟S25）。

另外，對於接合晶圓的第1圖的步驟S11~S14，以及對於基底晶圓的第1圖的步驟S21~S25，任一方先進行亦可，或雙方並行進行亦可。

接著，將經形成多晶矽層6的基底晶圓2，以將基底晶圓2的經形成多晶矽層6的表面（研磨面）與接合晶圓 1的經植入離子側的表面接合的方式，與形成絶緣膜3的接合晶圓 1密接而貼合（參考第1圖的步驟S31、第2圖（h））。

接著，對於經貼合的晶圓，施予使離子植入層4產生微小氣泡層的熱處理（剝離熱處理），藉由以離子植入層4（微小氣泡層）剝離接合晶圓1而薄膜化，製作於基底晶圓2上經形成絶緣膜3及SOI層7的貼合式SOI晶圓8（參考第1圖的步驟S32、第2圖（i））。

之後，為了增加貼合交界面的結合強度，對貼合式SOI晶圓8施予結合熱處理（參考第1圖的步驟S33）。

以如前述方式，能夠製造貼合式SOI晶圓。另外，經貼合的接合晶圓1的薄膜化，離子植入剝離法以外，亦得以藉由研磨、拋光、蝕刻等進行或藉由這些組合而進行。

若為如以上説明的本發明之貼合式SOI晶圓的製造方法，能夠保持高生產率並同時抑制多晶矽層的單晶化。又，本發明之貼合式SOI晶圓的製造方法，不僅限於多晶矽層的形成，亦能夠應用於單晶矽層形成時的生產率提升之故，通用性為高。 〔實施例〕

以下，雖然顯示實施例及比較例並更具體地說明本發明，但本發明並非限定於這些實施例。

〔實施例〕 使用第1圖、第2圖說明之貼合式SOI晶圓的製造方法製作貼合式SOI晶圓。在此之際，使用直徑200mm、晶體方位＜100＞、電阻率1300Ω‧cm、p型的單晶矽晶圓作為基底晶圓，於基底晶圓之氧化膜的形成及多晶矽層的堆積以以下條件進行。

氧化膜形成條件 SC1+SC2洗淨 氧化膜的厚度約1nm

多晶矽層的堆積條件（如第3圖所顯示之條件） 投入溫度：850℃ 850℃~1070℃的一階段的堆積（在升溫開始的同時供給原料氣體） 常壓 膜厚3.0μm（研磨後的膜厚為2.0μm） 載子氣體：H₂ 氣體 原料氣體：三氯氫矽氣體（TCS氣體） 此時，在1070℃的堆積速度為3.0μm／分。

又，測定多晶矽層的堆積所耗費時間（製程步驟經過時間），將後述比較例1中生產一片經堆積多晶矽層的晶圓的所需時間（秒／片）為基準而求得生產率（生產能力）。更進一步，藉由觀察剖面SEM確認堆積後的多晶矽層的單晶化狀況。將這些結果顯示於表1、第6圖及第7圖。以如此於基底晶圓上堆積多晶矽層，更進一步進行後續程序而進行貼合式SOI晶圓的製作。

〔比較例1〕 與實施例相同地進行貼合式SOI晶圓的製作。除了，多晶矽層的堆積條件，以第4圖所顯示為條件。即，在升溫之際不供給TCS氣體，藉由以900℃與1070℃的二階段的條件供給TCS氣體而進行多晶矽層的堆積，又，在900℃中的堆積速度為0.3μm／分，在1070℃中的堆積速度為3.0μm／分。

又，與實施例同樣地進行多晶矽層的堆積工程中的製程步驟經過時間的測定，以及堆積後的多晶矽層的單晶化的狀況確認。於此比較例1之中，由於將生產一片經堆積多晶矽層的晶圓的所需時間為基準，因此生產能力為1。將這些結果顯示於表1、第6圖及第7圖。

〔比較例2〕 與實施例同樣地進行貼合式SOI晶圓的製作。但是，多晶矽層的堆積條件，以第5圖所顯示為條件。即，在升溫之際不供給TCS氣體，藉由僅以1020℃的一階段的條件供給TCS氣體而進行多晶矽層的堆積。又，堆積速度為2.2μm／分。

又，與實施例同様地進行在多晶矽層的堆積工程中的製程步驟經過時間的測定、以比較例1為基準的生產能力的算出、以及堆積後的多晶矽層的單晶化的狀況確認。這些結果顯示於表1、第6圖及第7圖。

【表1】

如表1、第6圖及第7圖所顯示，以本發明之貼合式SOI晶圓的製造方法製造貼合式SOI晶圓的實施例中，經堆積多晶矽層的晶圓的生產率（生產能力）高，亦無發生多晶矽層的單晶化。又，清楚得知於製作貼合式SOI晶圓後之中亦無發生多晶矽層的單晶化，也提升貼合式SOI晶圓製造整體的生產率。

另一方面，在升溫之際不供給多晶矽層的原料氣體，以二階段的條件進行多晶矽層的堆積的比較例1中，雖然無發生多晶矽層的單晶化，但生產率低。又，在升溫之際未供給多晶矽層的原料氣體，以一階段的條件進行多晶矽層的堆積的比較例2中，生產率低，且發生多晶矽層的單晶化。

另外，本發明並不為前述實施例所限制。前述實施例為例示，具有與本發明的申請專利範圍所記載的技術思想為實質相同的構成，且發揮同樣作用效果者，皆包括於本發明的技術範圍。

1‧‧‧接合晶圓
2‧‧‧基底晶圓
3‧‧‧絶緣膜
4‧‧‧離子植入層
5‧‧‧氧化膜
6‧‧‧多晶矽層
7‧‧‧SOI層
8‧‧‧貼合式SOI晶圓

Claims (5)

1. 一種貼合式SOI晶圓之製造方法，將皆為矽單晶所構成之接合晶圓及基底晶圓透過絕緣膜予以貼合而製造貼合式SOI晶圓，該製造方法包含下列步驟： 於該基底晶圓被貼合的貼合面側予以堆積多晶矽層； 研磨該多晶矽層的表面而得到研磨面； 於該接合晶圓的貼合面形成該絕緣膜； 透過該絕緣膜將該基底晶圓的該多晶矽層的該研磨面與該接合晶圓予以貼合；以及 將經貼合之該接合晶圓予以薄膜化而形成SOI層， 其中，使用電阻率100Ω‧cm以上之單晶矽晶圓作為該基底晶圓， 堆積該多晶矽層之步驟，更包含於該基底晶圓的堆積該多晶矽層的表面上預先形成氧化膜之階段， 該多晶矽層的堆積係藉由升溫至1000℃以上的規定溫度為止，且在該規定溫度下供給該多晶矽層之原料氣體而進行，更進一步在升溫至該規定溫度為止之際中也供給該多晶矽層之原料氣體。
2. 如請求項1所述之貼合式SOI晶圓的製造方法，其中該氧化膜係藉由濕洗淨所形成。
3. 如請求項1所述之貼合式SOI晶圓的製造方法，其中該規定溫度為1150℃以下。
4. 如請求項2所述之貼合式SOI晶圓的製造方法，其中該規定溫度為1150℃以下。
5. 如請求項1至4中任一項所述之貼合式SOI晶圓的製造方法，其中在升溫至該規定溫度為止之際中的開始供給該多晶矽層之原料氣體的溫度為600℃~980℃的範圍內之溫度。