專利名稱：：貼合晶片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及通過(guò)不夾有絕緣膜直接將活性層用晶片和支持基板用晶片貼合，并將活性層用晶片制成薄膜而形成的貼合晶片的制造方法。
背景技術(shù)：
：貼合晶片通常是指貼合SOI(SiliconOnInsulator,絕緣體上硅)晶片。作為貼合晶片的制造方法，例如有下述方法。非專利文獻(xiàn)1(UCS半導(dǎo)體基盤技術(shù)研究會(huì)編集，"silicon的科學(xué)(V!J3y0科學(xué))"，林式會(huì)社y7，吖X公司，1996年6月28日，p459-462)所公開的方法(研磨拋光法)中，將未氧化的支持基板用晶片和氧化的活性層用晶片貼合后，對(duì)氧化的活性層用晶片表面實(shí)施研磨拋光，由此薄膜化為所要求厚度。專利文獻(xiàn)l(日本特開平5-211128號(hào)公報(bào))中所公開的離子注入分離法具有下述工序?qū)浠蚝さ容p元素離子注入活性層用晶片的規(guī)定深度的位置形成離子注入層的工序；夾著絕緣膜將上述活性層用晶片貼合于支持基板用晶片的工序；在上述離子注入層進(jìn)行剝離的工序；將通過(guò)剝離暴露的活性層部分進(jìn)行薄膜化，形成規(guī)定膜厚的活性層的工序。此外，也可以通過(guò)所謂的智能剝離(smartcut(注冊(cè)商標(biāo)))法制造貼合晶片。作為用于下一代(次世代)之后的低耗電用裝置的晶片，例如如專利文獻(xiàn)2(日本特開2000-36445號(hào)公報(bào))所公開，有在活性層用晶片和支持基板用晶片的界面不夾有絕緣膜的新型貼合晶片。該晶片作為在復(fù)合結(jié)晶面基板的制造工序的簡(jiǎn)化以及性能改善方面有利的晶片而被關(guān)注。專利文獻(xiàn)2記栽的方法中，將具有自然氧化膜的晶片貼合后，使活性層用的晶片薄層化，然后進(jìn)行熱處理，由此形成不夾有絕緣膜的接合界面。但是，對(duì)于用上述專利文獻(xiàn)2的方法制造的貼合晶片，在貼合晶片的制造工序(特別是熱處理工序)中，貼合界面的自然氧化膜局部凝集，形成島狀的氧化物，存在這些島狀氧化物大量殘留于貼合界面的問(wèn)題。這些氧化物的存在導(dǎo)致裝置特性變差，在裝置制造工序中形成缺陷的核，引起芯片不良等成品率降低。作為減少貼合界面的島狀氧化物的方法，可以舉出如專利文獻(xiàn)3(日本特開平8-264398號(hào)公報(bào))所公開的將貼合前的各晶片浸漬于HF等溶液中，除去表面的自然氧化膜的方法。但是，利用專利文獻(xiàn)3的方法時(shí)，即使除去表面的自然氧化膜，也存在在隨后的制造工序(熱處理工序)中基板內(nèi)部的氧局部凝集于貼合界面，形成氧化物等問(wèn)題。因此，減少島狀氧化物的效果不充分。本發(fā)明的目的在于，在通過(guò)不夾有絕緣膜而直接將活性層用晶片和支持基板用晶片貼合，并將活性層用晶片制成薄膜而形成的貼合晶片的制造方法中，通過(guò)使規(guī)定的活性層用晶片和支持基板用晶片的至少包括貼合面的表層部分的氧濃度在規(guī)定的范圍，抑制貼合界面上島狀氧化物的形成。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第1方案為貼合晶片的制造方法，其特征在于，其具有不夾有絕緣膜而將第1半導(dǎo)體晶片和第2半導(dǎo)體晶片直接貼合的工序；將第2半導(dǎo)體晶片制成薄膜的工序，上述第1半導(dǎo)體晶片和第2半導(dǎo)體晶片的至少包括貼合面的表層部分的氧濃度都為1.0xl018(atoms/cm3，OldASTM)以下。上述第l半導(dǎo)體晶片可以為構(gòu)成半導(dǎo)體裝置的支持基板的半導(dǎo)體晶片(支持基板用晶片)，第2半導(dǎo)體晶片可以為構(gòu)成半導(dǎo)體裝置的活性層的半導(dǎo)體晶片(活性層用晶片)。本發(fā)明的第2方案為貼合晶片的制造方法，其為上述第l方案的貼合晶片的制造方法，其特征在于，上述第1半導(dǎo)體晶片和第2半導(dǎo)體晶片都為在Ar或H2氣氛圍氣中于UO(TC以上的溫度實(shí)施了熱處理的高溫退火晶片。本發(fā)明的第3方案為貼合晶片的制造方法，其為上述第l方案的貼合晶片的制造方法，其特征在于，上述第2半導(dǎo)體晶片為具有絕緣層和活性層的SOI晶片，該SOI晶片的活性層中的氧濃度為1.0xl018(atoms/cm3，OldASTM)以下。本發(fā)明的第4方案為貼合晶片的制造方法，其為上迷第1、第2或第3中任意一個(gè)方案的貼合晶片的制造方法，其特征在于，上述貼合晶片的第1半導(dǎo)體晶片和第2半導(dǎo)體晶片的晶體取向不同。本發(fā)明的第5方案為貼合晶片的制造方法，其為上述第1~第4中任意一個(gè)方案的貼合晶片的制造方法，其特征在于，上述第l半導(dǎo)體晶片和第2半導(dǎo)體晶片的貼合面都為疏水性表面。本發(fā)明的第6方案為貼合晶片的制造方法，其為上述第1~第5中任意一個(gè)方案的貼合晶片的制造方法，其特征在于，上述第2半導(dǎo)體晶片的薄膜化是使用離子注入分離法進(jìn)行的。根據(jù)本發(fā)明，可以將規(guī)定的活性層用晶片和支持基板用晶片的至少包括貼合面的表層部分的氧濃度抑制為1.0x1018(atoms/cm3，OldASTM)以下來(lái)制造貼合晶片。由此，可以抑制貼合界面上島狀氧化物的形成。圖1為用于說(shuō)明通過(guò)本發(fā)明的制造方法制造貼合晶片的工序的流程圖。A表示活性層用晶片和支持基板用晶片。B表示在氬氣或氫氣氛圍氣中進(jìn)行熱處理和/或通過(guò)HF溶液除去氧化膜而得到的活性層用晶片和支持基板用晶片。C表示將B所示的兩晶片貼合的狀態(tài)。D表示將活性層用晶片的一部分研磨或剝離后的貼合晶片的狀態(tài)。E表示貼合晶片活性層的拋光狀態(tài)。圖2AE為使用激光顯微鏡觀察實(shí)施例1~4和比較例1的貼合晶片的形成于貼合界面上的島狀氧化物時(shí)的照片。圖2A表示實(shí)施例1的觀察結(jié)果、圖2B表示實(shí)施例2的觀察結(jié)果、圖2C表示實(shí)施例3的觀察結(jié)果、圖2D表示實(shí)施例4的觀察結(jié)果、圖2E表示比較例1的觀察結(jié)果。具體實(shí)施方式參照附圖對(duì)基于本發(fā)明的貼合晶片的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。圖l為用于說(shuō)明通過(guò)本發(fā)明的制造方法制造貼合晶片的工序的流程圖。本發(fā)明的制造方法為具有下述工序的貼合晶片的制造方法不夾有絕緣膜而直接將活性層用晶片(活性層用半導(dǎo)體晶片)和支持基板用晶片(支持基板用半導(dǎo)體晶片)貼合的工序；將活性層用晶片制成薄膜的工序。對(duì)于根椐包括上述工序的方法制造的以往的貼合晶片，在隨后的貼合晶片的制造工序(熱處理工序)中，貼合界面的自然氧化膜局部凝集，形成島狀氧化物，存在這些島狀氧化物大量殘留于貼合界面的問(wèn)題。為此，本發(fā)明人對(duì)島狀氧化物的形成機(jī)理進(jìn)行精心研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，即使在貼合界面不具有絕緣膜時(shí)，若降低活性層用晶片和支持基板用晶片的至少包括貼合面的表層部分的氧濃度，則形成于貼合界面的島狀氧化物的尺寸減小，該氧化物的個(gè)數(shù)減少。本發(fā)明的具體的制造方法中，如圖1所示，準(zhǔn)備在通常的狀態(tài)下形成有自然氧化膜1的活性層用晶片2和支持基板用晶片3(圖1的A)。然后通過(guò)對(duì)這些晶片實(shí)施規(guī)定處理，形成至少包括貼合面的表層部分、優(yōu)選晶片表面整體的氧濃度被抑制為l.Oxl018(atoms/cm3,OldASTM)以下的活性層用晶片2'和支持基板用晶片3'(圖1的B)。然后，將活性層用晶片2'貼合于支持基板用晶片3'(圖1的C)上，對(duì)所得到的貼合晶片4的活性層部分5實(shí)施研磨或剝離后(圖1的D)，使用拋光機(jī)6進(jìn)行薄膜化處理(圖1的E)?；钚詫佑镁?和支持基板用晶片3所使用的半導(dǎo)體晶片可以為硅晶片(、乂!J3y々工一八)。此外，也可以為在由單晶切出的Si晶片上形成有l(wèi)層以上的Si層、SiGe層等的多層晶片。此外，還可以為具有絕緣層和半導(dǎo)體層的SOI晶片。實(shí)施了規(guī)定處理的活性層用晶片2，和支持基板用晶片3，都優(yōu)選指在Ar、H2或它們的混合氣體氛圍氣中通過(guò)IIO(TC以上的溫度實(shí)施了熱處理的高溫退火晶片。通過(guò)實(shí)施上述熱處理，活性層用晶片和支持基板用晶片的表面附近的氧向外部擴(kuò)散，可以使晶片表面附近的氧濃度為1.0x1018(atoms/cm3,OldASTM)以下。因此，本發(fā)明的貼合晶片的制造方法可以包含在Ar、H2或Ar和H2的混合氣體氛圍氣中于1100°C以上的溫度對(duì)活性層用晶片和支持基板用晶片進(jìn)行熱處理的工序。熱處理溫度優(yōu)選1100'C-1250'C的范圍。熱處理溫度低于1100'C時(shí)，不能充分得到氧向外部擴(kuò)散的效果。另一方面，為了避免不需要的損害，優(yōu)選使熱處理溫度為1200'C以下。更優(yōu)選的溫度范圍為1100-U50'C。熱處理的時(shí)間優(yōu)選為10分鐘2小時(shí)左右。作為活性層用晶片2和支持基板用晶片3，可以使用無(wú)晶體缺陷的晶片。通過(guò)對(duì)無(wú)晶體缺陷的晶片實(shí)施上述熱處理，降低表面附近的氧濃度，可以得到晶片表面的氧濃度為l.Ox1018(atoms/cm3，OldASTM)以下、且晶體缺陷少的活性層用晶片2，和支持基板用晶片3，。作為實(shí)施了規(guī)定處理的活性層用晶片2'和支持基板用晶片3，，可以使用外延晶片(工fc'夕年^十小，-一,、)。外延晶片的外延層的表面附近的氧濃度比通常的體晶片(〃少夕々工一八)等低，為l.Ox1018(atoms/cm3，OldASTM)以下。因此，若使用外延晶片則無(wú)需在高溫氣體氛圍氣中實(shí)施熱處理。因此，本發(fā)明的貼合晶片的制造方法可以包括在活性層用晶片的材料晶片和支持基板用晶片3'的材料晶片的表面形成外延層的工序。上述活性層用晶片為具有絕緣層和活性層(構(gòu)成半導(dǎo)體裝置的活性區(qū)域的半導(dǎo)體層)的SOI晶片，該SOI晶片活性層中的氧濃度優(yōu)選為1.0x1018(atoms/cm3，OldASTM)以下。此時(shí)，在貼合后的薄膜化工序(圖1的工序D)中，可以將用于活性層用晶片的SOI晶片的絕緣膜層作為拋光、蝕刻的終止層(2卜y^層)。作為降低活性層中的氧濃度的方法，可以舉出例如，上述在Ar氣氛圍氣中進(jìn)行熱處理等的方法。上述貼合晶片4中，對(duì)于活性層用晶片2'和支持基板用晶片3'可以使用晶體取向不同的晶片。貼合界面上的晶體取向不同，例如，指的是(110)結(jié)晶(用于貼合的表面為(100)面的結(jié)晶)與(100)結(jié)晶的貼合；(111)結(jié)晶與(100)結(jié)晶的貼合。晶片的晶體取向可以如下調(diào)整在對(duì)硅單晶進(jìn)行拉晶的階段，培養(yǎng)拉晶軸方向(結(jié)晶生長(zhǎng)方向)為所規(guī)定的晶體取向的單晶(單晶晶錠)，由所得到的單晶切出晶片，由此可以對(duì)晶片的晶體取向進(jìn)行調(diào)整。使上述活性層用晶片2'和支持基板用晶片3'的貼合面都為疏水性表面是更有效的。此時(shí)，可以進(jìn)一步除去表層部分的氧濃度都為1.0x1018(atoms/cm3,OldASTM)以下的上述活性層用晶片2，和支持基板用晶片3'的貼合面的氧化膜。因此，氧濃度進(jìn)一步降低，具有減少島狀氧化物產(chǎn)生的效果。這里所說(shuō)的疏水性表面指的是不存在自然氧化膜的狀態(tài)的表面，例如為將晶片浸漬于HF溶液中除去了自然氧化膜的表面。因此，本發(fā)明的貼合晶片的制造方法可以包括活性層用晶片2'和支持基板用晶片3'的表面疏水化處理工序。表面疏水化處理工序，例如，可以為將晶片浸漬于HF溶液中除去自然氧化膜的工序。作為將活性層用晶片2，和支持基板用晶片3，貼合的方法，可以使用與以往相同的方法。例如，將活性層用晶片2'和支持基板用晶片3，接合，在規(guī)定的溫度(例如U00120(TC)實(shí)施熱處理，由此構(gòu)成2張晶片的半導(dǎo)體材料在接合界面上生成共價(jià)鍵，從而將活性層用晶片2，和支持基板用晶片3，貼合。對(duì)將上述貼合晶片4的活性層5制成薄膜(圖1D)的方法不特別限定，只要為對(duì)活性層用晶片2'進(jìn)行研磨或剝離可制成薄膜的處理即可。作為制成薄膜的方法，優(yōu)選使用離子注入分離法來(lái)進(jìn)行。離子注入分離法具有下述優(yōu)點(diǎn)由于可以再利用剝離的殘部，因此在性價(jià)比方面優(yōu)異；不實(shí)施研磨等即可確保貼合晶片的膜厚均一性等。離子注入分離法中，在貼合前向活性層用晶片2，注入氫氣、氦氣等輕元素氣體，在距活性層用晶片2，表面一定深度的位置形成離子注入層。然后，將支持基板用晶片3'和活性層用晶片2'貼合后，實(shí)施450'C~600'C、優(yōu)選500'C左右的熱處理，在離子注入層剝離活性層用晶片。上述貼合晶片的活性層5的膜厚優(yōu)選通過(guò)薄膜化制成50nm~100nm。規(guī)定本發(fā)明的貼合前的活性層用晶片和支持基板用晶片表面的氧濃度為1.0xl08(atoms/cm3,OldASTM)以下。貼合前的活性層用晶片和支持基板用晶片表面的氧濃度優(yōu)選為1.0x1017(atoms/cm3，OldASTM)以下。此時(shí)，可以進(jìn)一步減少島狀氧化物的個(gè)數(shù)。氧濃度越低越好，對(duì)下限值不特別限定。但是認(rèn)為，目前實(shí)際上可以制造的晶片的表面氧濃度的下限值為1.0x1015(atoms/cm3，OldASTM)左右。本發(fā)明中，對(duì)于用于貼合的活性層用晶片和支持基板用晶片，希望使從貼合面的最表面起到深度為0.5pm的部分、優(yōu)選從最表面起到深度為lnm的部分的氧濃度為1.0x1018(atoms/cm3,OldASTM)以下。由此，通過(guò)貼合時(shí)的熱處理等，晶片內(nèi)部的氧凝集于界面的可能性降低，可以進(jìn)一步減少島狀氧化物的個(gè)數(shù)。而且優(yōu)選從表面起深度為1pm以上的部分的氧濃度也為l.Ox1018(atoms/cm3,OldASTM)以下。上文僅說(shuō)明了本發(fā)明實(shí)施方案的一個(gè)例子，在權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以加以各種改變。例如，雖然在上述記載中，對(duì)將支持基板用晶片和活性層用晶片貼合的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但是也可以使用本發(fā)明的方法將2張半導(dǎo)體晶片貼合后，形成其它的半導(dǎo)體層。實(shí)施例1準(zhǔn)備直徑為300mm、晶片面的晶體取向?yàn)?100)、表面氧濃度為1.3x1018(atoms/cm3，OldASTM)的2張相同的硅晶片作為活性層用晶片和支持基板用晶片。在Ar氣氛圍氣中實(shí)施U00'C的熱處理(Ar退火)，以使兩晶片的表面氧濃度為1.0x1016(atoms/cm3，OldASTM)。然后，不夾有絕緣膜而直接將實(shí)施了熱處理的2張高溫退火晶片貼合，并且為了改善貼合強(qiáng)度實(shí)施U00。C的熱處理。通過(guò)對(duì)活性層一側(cè)的晶片進(jìn)行研磨、拋光，將活性層的膜厚薄膜化為100nm以下。實(shí)施例2實(shí)施例2中，除了使用通過(guò)在Ar氣氛圍氣中實(shí)施IIO(TC的熱處理而將活性層的氧濃度調(diào)整為1.0xio18(atoms/cm3，OldASTM)的SOI晶片作為活性層用晶片以及不進(jìn)行Ar退火之外，通過(guò)與實(shí)施例l相同的工序制造貼合晶片。實(shí)施例3實(shí)施例3中，支持基板用晶片使用晶片面的晶體取向?yàn)?100)面的晶片，活性層用晶片使用晶片面的晶體取向?yàn)?110)面的晶片。在對(duì)作為原料的單晶進(jìn)行拉晶的階段，調(diào)整坩鍋的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行拉晶，由此將兩張晶片的表面氧濃度調(diào)整為1.0x1018(atoms/cm3，OldASTM)。沒(méi)有進(jìn)行Ar退火。除此之外，通過(guò)與實(shí)施例l相同的工序制造貼合晶片。實(shí)施例4實(shí)施例4中，除了使用通過(guò)在對(duì)作為原料的單晶進(jìn)行拉晶的階段，調(diào)整坩鍋的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行拉晶，將表面氧濃度調(diào)整為1.0x1018(atoms/cm3，OldASTM)的2張晶片；不進(jìn)行Ar退火；以及在貼合前將活性層用晶片和支持基板用晶片浸漬于容積比為HF:1%、H20:99。/。的HF溶液中之外，通過(guò)與實(shí)施例1相同的工序制造貼合晶片。比凈交例1比較例1中，除了使用表面氧濃度為1.1x1018的硅晶片作為活性層用晶片和支持基板用晶片；不在Ar氣氛圍氣中進(jìn)行熱處理之外，通過(guò)與實(shí)施例1相同的工序制造貼合晶片。評(píng)價(jià)方法通過(guò)光學(xué)顯微鏡計(jì)測(cè)上述制造的各貼合晶片的形成于貼合界面的島狀氧化物的每lcn^的平均個(gè)數(shù)，通過(guò)激光顯微鏡測(cè)定氧化物的尺寸。島狀氧化物的個(gè)數(shù)和尺寸的觀察結(jié)果如圖2A~D所示。實(shí)施例和比較例的島狀氧化物的每lcn^的平均個(gè)數(shù)和尺寸的測(cè)定結(jié)果如表1所示。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由表1的結(jié)果可知，對(duì)于島狀氧化物的個(gè)數(shù)以及其尺寸的任意一項(xiàng)，使晶片的表面氧濃度為l.Ox1018以下的實(shí)施例1~4均得到比含有氧濃度超過(guò)l.Ox1018的晶片的比較例l優(yōu)異的數(shù)值。此外，在實(shí)施例1~4中，使貼合界面為疏水性表面的實(shí)施例4的島狀氧化物的抑制效果顯著。根據(jù)本發(fā)明，可以提供貼合晶片的制造方法，其為不夾有絕緣膜而將活性層用晶片和支持基板用晶片直接貼合，并將活性層用晶片制成薄膜而形成的貼合晶片的制造方法，其特征在于，規(guī)定的活性層用晶片和支持基板用晶片的至少包括貼合面的表層部分的氧濃度為i.ox1018(atoms/cm3，OldASTM)以下。由此，可以抑制貼合界面上島狀氧化物的形成。以上對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但是本發(fā)明不被這些實(shí)施例所限定。在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行構(gòu)成的附加、省略、置換以及其它改變。本發(fā)明不被上述說(shuō)明所限定，僅被隨附的權(quán)利要求書限定。權(quán)利要求1.貼合晶片的制造方法，其為具有下述工序的貼合晶片的制造方法不夾有絕緣膜而直接將第1半導(dǎo)體晶片和第2半導(dǎo)體晶片貼合的工序；將上述第2半導(dǎo)體晶片制成薄膜的工序，其特征在于，上述第1半導(dǎo)體晶片和第2半導(dǎo)體晶片的至少包括貼合面的表層部分的氧濃度都為1.0x1018(atoms/cm3，OldASTM)以下。2.權(quán)利要求1所述的貼合晶片的制造方法，其特征在于，上述第1半導(dǎo)體晶片和第2半導(dǎo)體晶片都為在Ar或H2氣氛圍氣中于1100'C以上的溫度實(shí)施了熱處理的高溫退火晶片。3.權(quán)利要求l所迷的貼合晶片的制造方法，其特征在于，上述第2半導(dǎo)體晶片為具有絕緣層和活性層的SOI晶片，該SOI晶片活性層中的氧濃度為1.0x1018(atoms/cm3,OldASTM)以下。4.權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的貼合晶片的制造方法，其特征在于，上述貼合晶片的上述第1半導(dǎo)體晶片和第2半導(dǎo)體晶片的晶體取向不同。5.權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的貼合晶片的制造方法，其特征在于，上述第1半導(dǎo)體晶片和第2半導(dǎo)體晶片的貼合面都為疏水性表面。6.權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的貼合晶片的制造方法，其特征在于，將上述第2半導(dǎo)體晶片制成薄膜的工序是使用離子注入分離法進(jìn)行的。全文摘要本發(fā)明提供貼合晶片的制造方法，其具有不夾有絕緣膜而直接將第1半導(dǎo)體晶片和第2半導(dǎo)體晶片貼合的工序；將上述第2半導(dǎo)體晶片制成薄膜的工序，其特征在于，上述第1半導(dǎo)體晶片和第2半導(dǎo)體晶片的至少包括貼合面的表層部分的氧濃度都為1.0×10¹⁸(atoms/cm³，OldASTM)以下。文檔編號(hào)H01L21/02GK101145512SQ20071015473公開日2008年3月19日申請(qǐng)日期2007年9月13日優(yōu)先權(quán)日2006年9月15日發(fā)明者森本信之,遠(yuǎn)藤昭彥申請(qǐng)人:勝高股份有限公司