專利名稱：Soi晶片的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種將注入有離子的晶片結合后進行剝離來制造SOI晶片，即所謂的使用離子注入剝離法的SOI晶片的制造方法。
背景技術：
離子注入剝離法是一種將注入有氫離子或稀有氣體離子的鏡面研磨晶片(結合晶片)與作為支持體的基體晶片結合后，以離子注入層為界進行剝離，從而制造SOI晶片的方法，但在剝離后的SOI晶片的外周部，SOI層未被轉錄，因此會產(chǎn)生基體晶片的表面外露的平臺部。這主要是由于在鏡面研磨晶片的外周部的數(shù)mm左右處，晶片的平坦度變差，從而導致貼合晶片之間的結合力較弱，SOI層難以被轉錄至基體晶片側。如果用光學顯微鏡觀察此SOI晶片的平臺部，則會在SOI層與平臺部的邊界處，觀察到SOI層孤立成島狀的SOI島。此SOI島可以認為是在SOI層被轉錄的平坦度良好的區(qū)域與未被轉錄的平坦度較差的區(qū)域的過渡區(qū)域中產(chǎn)生的?？深A測這種SOI島會在元件制作工序中從晶片上剝落而成為硅顆粒，并再附著在元件制作區(qū)域從而造成元件不良(參照專利文獻1)。并且，在離子注入剝離法中，存在如下?lián)鷳n由于所述平臺部的寬度(以下稱為平臺寬度)是根據(jù)貼合的晶片的外周部的平坦度(研磨塌邊的程度)而決定，因此在貼合后難以控制平臺寬度，例如，要在元件步驟中在SOI晶片的平臺部標示激光標記等時，由于平臺寬度過于狹窄而無法進行標示。[先行技術文獻](專利文獻)專利文獻1 日本專利特開2002-305^2號公報。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于所述情況而完成，目的在于提供一種SOI晶片的制造方法，所述SOI 晶片的制造方法可控制使用離子注入剝離法來剝離時所產(chǎn)生的平臺寬度，并且可控制會造成良率下降的平臺部SOI島的產(chǎn)生。為了解決所述課題，本發(fā)明提供一種SOI晶片的制造方法，所述SOI晶片的制造方法是從由單晶硅所構成的結合晶片的表面，離子注入氫離子和稀有氣體離子中的至少一種氣體離子而形成離子注入層，然后經(jīng)由絕緣膜將此結合晶片的注入有離子的表面與基體晶片的表面貼合，并以所述離子注入層為界來剝離結合晶片，由此制作SOI晶片，所述SOI晶片的制造方法的特征在于具有下述步驟將以所述離子注入層為界來剝離結合晶片之前的貼合晶片，浸漬于可溶解所述絕緣膜的液體中，或者暴露于可溶解所述絕緣膜的氣體中，以此從所述貼合晶片的外周端，朝向中心方向，蝕刻位于所述結合晶片與所述基體晶片之間的所述絕緣膜。這樣，通過從貼合晶片的外周端，朝向中心方向，蝕刻位于結合晶片與基體晶片之間的絕緣膜，可控制平臺寬度，并可以防止使用離子注入剝離法進行剝離時產(chǎn)生特有的缺陷即SOI島。并且，優(yōu)選在室溫下貼合所述結合晶片與基體晶片，然后，不進行熱處理，而進行所述絕緣膜的蝕刻。這樣，通過在室溫下貼合結合晶片與基體晶片，無須使用粘接劑等即可使晶片之間粘接。并且，之后無須進行熱處理，通過蝕刻絕緣膜，即可防止在蝕刻絕緣膜前結合晶片以離子注入層為界進行剝離，并且，可更準確地控制平臺寬度，并可防止產(chǎn)生SOI島。并且，優(yōu)選在室溫下貼合所述結合晶片與基體晶片，然后，在所述離子注入層不發(fā)生剝離的前提下進行低溫熱處理后，進行所述絕緣膜的蝕刻。這樣，通過在室溫下貼合結合晶片與基體晶片，然后，在離子注入層不發(fā)生剝離的前提下進行低溫熱處理后，進行絕緣膜的蝕刻，可更準確地控制平臺寬度，并可防止產(chǎn)生 SOI 島。并且，優(yōu)選從所述貼合晶片的外周端，朝向中心方向，在0.5mm以上IOmm以下的范圍內，進行所述絕緣膜的蝕刻。這樣，通過從貼合晶片的外周端，朝向中心方向，在0. 5mm以上IOmm以下的范圍內，進行所述絕緣膜的蝕刻，而可在元件步驟中在平臺部制作激光標記時，獲得適當?shù)钠脚_寬度，并且可更可靠地防止產(chǎn)生SOI島。并且，可通過使用一種貼合晶片，所述絕緣膜為氧化膜、氮化膜或它們的積層結構，并將此貼合晶片浸漬于含有HF的水溶液或磷酸中，來進行所述絕緣膜的蝕刻。并且，也可使用一種貼合晶片來進行所述絕緣膜的蝕刻，所述絕緣膜為自然氧化膜。并且，優(yōu)選將進行了所述絕緣膜的蝕刻后的所述貼合晶片，浸漬于可溶解所述單晶硅的液體中，或者暴露于可溶解所述單晶硅的氣體中，以此將所述結合晶片的從貼合面?zhèn)冗_到至少所述離子注入層的深度的外周端部，蝕刻到至少所述被蝕刻的絕緣膜的外周端 (以下稱為Si蝕刻)，之后，進行所述結合晶片的剝離。通過這種Si蝕刻，可預先除去可能在元件制作步驟中成為異物的部分。如上所述，如果使用本發(fā)明的SOI晶片的制造方法，可控制平臺寬度，并可防止使用離子注入剝離法進行剝離時的特有的缺陷SOI島的產(chǎn)生。


圖1是表示本發(fā)明的SOI晶片的制造方法的說明圖。圖2是表示本發(fā)明的SOI晶片的另一制造方法的圖。圖3是觀察將貼合晶片浸漬于HF水溶液中時根據(jù)浸漬條件(HF水溶液濃度和浸漬時間)的變化而自結合晶片側的氧化膜外周端開始產(chǎn)生的浸蝕狀況而得的顯微鏡照片。圖4是用于觀察將貼合晶片浸漬于HF水溶液中時根據(jù)浸漬條件(HF水溶液濃度和浸漬時間)的變化而自結合晶片側的氧化膜外周端開始產(chǎn)生的浸蝕狀況的流程圖。
具體實施例方式以下，更為具體地說明本發(fā)明。本發(fā)明者們?yōu)榱艘种剖褂秒x子注入剝離法制作SOI晶片時會產(chǎn)生的特有的缺陷即SOI島，在研究SOI島產(chǎn)生的原因后認為如果在以離子注入層為界進行結合晶片的剝離前，從外周端，朝向中心方向，將位于結合晶片與基體晶片之間的絕緣膜蝕刻除去至某個程度的范圍內，則作為SOI島產(chǎn)生原因的結合強度較弱的區(qū)域將消失，因此，可在容易產(chǎn)生 SOI島的區(qū)域，防止不徹底的SOI層轉錄，并可靠地保證不發(fā)生SOI層轉錄，最終可防止SOI 島的產(chǎn)生。因此，在進行結合晶片的剝離前，必須將結合晶片浸漬于氫氟酸或磷酸等絕緣膜蝕刻液中，但是在先前，如果在結合強度較弱的狀態(tài)下將結合界面浸漬于蝕刻液中，則會擔心蝕刻液會浸蝕結合界面，因此，例如日本專利特開平10-700M號公報所記載，在浸漬于蝕刻液中之前，必須進行高溫(例如1000°C以上)的結合熱處理。然而，使用離子注入剝離法時，如果在蝕刻前進行這種高溫熱處理，則將發(fā)生結合晶片的剝離，因此，結果導致無法防止產(chǎn)生離子注入剝離法中特有的缺陷即SOI島。因此，本發(fā)明者們調查了在室溫下、在進行了貼合的狀態(tài)下浸漬于蝕刻液中時結合界面的蝕刻將以何種程度進行后發(fā)現(xiàn)，在硅氧化膜與支持硅的貼合中，即使浸漬于50% HF水溶液中1天(M小時)，結合界面的浸漬也僅限于距外周IOmm左右，可控制蝕刻量，從而完成了本發(fā)明。以下，對本發(fā)明的SOI晶片的制造方法進行詳細說明，但本發(fā)明并不限定于此。S卩，如圖1所示，本發(fā)明是一種制造SOI晶片的方法，所述制造SOI晶片的方法具有下述步驟從由單晶硅所構成的結合晶片1的表面，離子注入氫離子和稀有氣體離子中的至少一種氣體離子而形成離子注入層2，然后經(jīng)由絕緣膜4將此結合晶片1的注入有離子的表面與基體晶片3的表面貼合(圖1中的(A))，并且將以離子注入層2為界來剝離結合晶片1之前的貼合晶片5浸漬于可溶解絕緣膜4的液體中，或者暴露于可溶解絕緣膜4 的氣體中，以此來從貼合晶片5的外周端，朝向中心方向，蝕刻位于結合晶片1與基體晶片 3之間的絕緣膜4，以作為絕緣膜蝕刻后的絕緣膜4’(圖1中的(B))，然后以離子注入層2 為界來剝離結合晶片1(圖1中的(C))。在本發(fā)明中，結合晶片1與基體晶片3的貼合，優(yōu)選在室溫下進行。通過在室溫下經(jīng)由絕緣膜使2片晶片的表面之間接觸，可無須使用粘接劑等就將晶片之間粘接。而且，通過在貼合之后不進行熱處理，或者在不以離子注入層2為界發(fā)生結合晶片1的剝離的前提下進行低溫熱處理(例如400°C以下)，然后進行絕緣膜4的蝕刻，可防止先前使用離子注入剝離法時所擔憂的在蝕刻前的階段中結合晶片1發(fā)生剝離，并且，可更準確地控制平臺寬度。作為蝕刻絕緣膜4的方法，既有將貼合晶片5浸漬于可溶解絕緣膜的蝕刻液中的方法，也可以是將此貼合晶片5暴露于可溶解絕緣膜的蒸汽中而進行的蝕刻。通過蝕刻，貼合界面的絕緣膜從外周端開始受到浸蝕。如果絕緣膜這樣被浸蝕，由于在浸蝕部分結合晶片和基體晶片未結合，因此，在蝕刻后剝離結合晶片時，SOI層不發(fā)生轉錄而成為平臺區(qū)域。 另一方面，絕緣膜蝕刻后的絕緣膜(殘留絕緣膜的區(qū)域)4’中，SOI層因剝離而被轉錄。也就是說，可將蝕刻的浸蝕寬度作為平臺寬度，并可根據(jù)蝕刻時間或使用的蝕刻液的濃度、溫度等蝕刻條件來控制平臺寬度。絕緣膜為氧化膜時，蝕刻液優(yōu)選HF水溶液，但緩沖氫氟酸、HF/H202/CH3C00H水溶液、HF/HNO3水溶液等也適用。并且，絕緣膜為氮化膜時，優(yōu)選使用磷酸。
另外，如圖4所示那樣，將由單晶硅所構成的附帶氧化膜21的結合晶片22與由單晶硅所構成的基體晶片23，在室溫(25°C )下貼合，從而制作貼合晶片M，不對此貼合晶片 24施加熱處理而是浸漬于HF水溶液(25°C )中后，以貼合面為界進行剝離(脫粘)，以此觀察根據(jù)HF濃度和浸漬時間的變化而自結合晶片側的氧化膜外周端開始產(chǎn)生的浸蝕狀況而得的顯微鏡照片示于圖3中。另外，HF水溶液浸漬條件為10% /3min,50% /30min,50% /lhr (HF水溶液濃度/浸漬時間)。根據(jù)圖3可知，平臺寬度因HF水溶液的濃度及浸蝕時間不同而不同。進行所述蝕刻時自絕緣膜外周開始產(chǎn)生的浸蝕寬度，因絕緣膜的種類或蝕刻液的種類、濃度、溫度不同而有所異，但在相同條件下，可通過蝕刻時間來控制浸蝕寬度，因此， 可容易地控制SOI轉錄后的平臺寬度。另一方面，SOI島是在SOI層與平臺部的邊界部分產(chǎn)生的。這是由于貼合的晶片的外周部平坦度較差，導致結合強度弱，為SOI層僅部分轉錄的區(qū)域。為了抑制SOI島的產(chǎn)生，如果通過所述絕緣膜的蝕刻，將絕緣膜的浸蝕寬度擴展至會產(chǎn)生SOI島的區(qū)域(例如， 從貼合晶片的外周端朝向中心方向，0. 5mm以上IOmm以下的范圍)，而使得在導致SOI島產(chǎn)生的結合強度較弱的區(qū)域不發(fā)生SOI層的轉錄，這樣就不會產(chǎn)生SOI島。SOI島是離子注入剝離法中特有的缺陷，但平臺寬度的控制方法，不限于離子注入剝離法，也可應用于磨削研磨法等其他使用貼合的SOI制作中。絕緣膜未特別限定，但通常為氧化膜或氮化膜或它們的積層結構。并且，本發(fā)明的 SOI晶片的制造方法，在貼合絕緣膜為自然氧化膜的貼合晶片，即貼合僅具有自然氧化膜的晶片之間的情況下，也同樣適用，對控制平臺寬度或抑制SOI島的產(chǎn)生較為有效。并且，通過在貼合前對貼合面進行等離子處理，也可提高室溫下的貼合強度。并且，如圖2所示，使用所述方法，將進行了貼合晶片5的絕緣膜4(圖2中的(A)) 的蝕刻后的貼合晶片5’(圖2中的(B))，浸漬于可溶解單晶硅的液體中，或者暴露于可溶解單晶硅的氣體中，以此將結合晶片1的從貼合界面?zhèn)冗_到至少離子注入層2的深度的外周部，蝕刻至被蝕刻的絕緣膜4’的外周端(圖2中的(C))，之后，也可進行結合晶片1的剝離(圖2中的(D))。另外，圖2中的(C)中，1’表示Si蝕刻后的結合晶片，2’表示Si蝕刻后的離子注入層。通過這樣將結合晶片1的從貼合界面?zhèn)冗_到至少離子注入層2的深度的外周部， Si蝕刻到至少被蝕刻的絕緣膜4’的外周端，可預先除去可能會在元件制作步驟中成為異物的地方。這樣，可靠地防止了 SOI島的產(chǎn)生。并且，由于結合晶片外周部的離子注入層被除去，因此，即使在后續(xù)步驟中施加熱處理，也不會在外周部發(fā)生起泡。因此，可防止因對結合晶片外周部的離子注入層施加熱處理而發(fā)生的起泡所引起的Si屑附著在SOI晶片的平臺部。另外，所附著的Si屑不會像SOI島那樣結合在基體晶片上，因此，通過一般的洗凈也可在某種程度上將Si屑除去，但是，由于完全除去較為困難，因此，優(yōu)選盡可能地控制Si屑的附著。作為可溶解單晶硅的液體，可列舉例如TMAH(氫氧化四甲銨)水溶液等，但如果是可溶解單晶硅的液體或可溶解單晶硅的氣體，則并不限定于此。而且，在進行這種Si蝕刻前，優(yōu)選對結合晶片的要求實施Si蝕刻范圍以外的外周，預先進行覆蓋保護，以使結合晶片及基體晶片的外周不被蝕刻，所述Si蝕刻范圍是結合晶片的從貼合界面?zhèn)冗_到至少離子注入層的深度。[實施例]以下，示出實施例與比較例來對本發(fā)明加以具體說明，但本發(fā)明并不限定于此。(實施例1)在直徑為300mm的單晶硅晶片的表面上制作有150nm的熱氧化膜的結合晶片上， 按照下述表1的離子注入條件注入氫離子，并在室溫下將所述結合晶片與由直徑為300mm 的單晶硅所構成的基體晶片貼合，貼合后，浸漬于50% HF水溶液中30分鐘，然后，在500°C 下進行30分鐘剝離熱處理以剝離結合晶片，從而制作SOI晶片。將用光學顯微鏡觀察SOI 晶片制作條件及基體晶片剝離后的平臺部而得的結果示于表1中。平臺寬度為1. 6mm，未觀察到SOI島的產(chǎn)生，但觀察到因剝離熱處理時結合晶片的外周部的離子注入層中發(fā)生的起泡而產(chǎn)生的Si屑附著在平臺部上。(實施例2)在與實施例1相同的條件下貼合結合晶片與基體晶片，貼合后浸漬于50% HF水溶液中1小時，然后，浸漬于TMAH水溶液中，如圖2中的(C)所示，將結合晶片的外周部從貼合界面開始Si蝕刻至2 μ m的深度，然后，在500°C下進行30分鐘剝離熱處理以剝離結合晶片，從而制作SOI晶片。將用光學顯微鏡觀察SOI晶片制作條件及剝離后的平臺部而得的結果示于表1中。平臺寬度為1. 8mm,未觀察到SOI島的產(chǎn)生。并且，也完全未發(fā)生Si屑附著在平臺部上。(比較例)在直徑為300mm的單晶硅晶片的表面上制作有150nm的熱氧化膜的結合晶片上， 按照下述表1的離子注入條件注入氫離子，并在室溫下將所述結合晶片與由直徑為300mm 的單晶硅所構成的基體晶片貼合，然后，在500°C下進行30分鐘剝離熱處理以剝離結合晶片，從而制作SOI晶片。將用光學顯微鏡觀察SOI晶片制作條件及結合晶片剝離后的平臺部而得的結果示于表1中。平臺寬度為1. 4mm，觀察到SOI島的產(chǎn)生和Si屑的附著。[表 1]
權利要求
1.一種SOI晶片的制造方法，所述SOI晶片的制造方法從由單晶硅所構成的結合晶片的表面，離子注入氫離子和稀有氣體離子中的至少一種氣體離子而形成離子注入層，然后經(jīng)由絕緣膜將所述結合晶片的注入有離子的表面與基體晶片的表面貼合，并以所述離子注入層為界來剝離結合晶片，由此制作SOI晶片，其特征在于，具有下述步驟將以所述離子注入層為界來剝離結合晶片之前的貼合晶片，浸漬于可溶解所述絕緣膜的液體中，或者暴露于可溶解所述絕緣膜的氣體中，以此從所述貼合晶片的外周端，朝向中心方向，蝕刻位于所述結合晶片與所述基體晶片之間的所述絕緣膜。
2.如權利要求1所述的SOI晶片的制造方法，其中在室溫下貼合所述結合晶片與基體晶片，然后，不進行熱處理，而進行所述絕緣膜的蝕刻。
3.如權利要求1所述的SOI晶片的制造方法，其中在室溫下貼合所述結合晶片與基體晶片，然后，在所述離子注入層不發(fā)生剝離的前提下進行低溫熱處理后，進行所述絕緣膜的蝕刻。
4.如權利要求1至3中的任意一項所述的SOI晶片的制造方法，其中從所述貼合晶片的外周端，朝向中心方向，在0. 5mm以上IOmm以下的范圍內，進行所述絕緣膜的蝕刻。
5.如權利要求1至4中的任意一項所述的SOI晶片的制造方法，其中通過使用一種貼合晶片，所述絕緣膜為氧化膜、氮化膜或它們的積層結構，并將所述貼合晶片浸漬于含有HF的水溶液或磷酸中，來進行所述絕緣膜的蝕刻。
6.如權利要求1至5中的任意一項所述的SOI晶片的制造方法，其中 使用一種貼合晶片來進行所述絕緣膜的蝕刻，所述絕緣膜為自然氧化膜。
7.如權利要求1至6中的任意一項所述的SOI晶片的制造方法，其中將進行了所述絕緣膜的蝕刻后的所述貼合晶片，浸漬于可溶解所述單晶硅的液體中， 或者暴露于可溶解所述單晶硅的氣體中，以此將所述結合晶片的從貼合面?zhèn)冗_到至少所述離子注入層的深度的外周端部，蝕刻到至少所述被蝕刻的絕緣膜的外周端，之后，進行所述結合晶片的剝離。
全文摘要
本發(fā)明是一種SOI晶片的制造方法，從結合晶片的表面，離子注入氣體離子而形成離子注入層，然后經(jīng)由絕緣膜將此結合晶片的注入有離子的表面與基體晶片的表面貼合，并以離子注入層為界來剝離結合晶片，由此制作SOI晶片，其特征在于，具有下述步驟將以離子注入層為界來剝離結合晶片之前的貼合晶片，浸漬于可溶解絕緣膜的液體中，或者暴露于可溶解絕緣膜的氣體中，以此從貼合晶片的外周端，朝向中心方向，蝕刻位于結合晶片與基體晶片之間的絕緣膜。由此，提供一種SOI晶片的制造方法，所述SOI晶片的制造方法可控制使用離子注入剝離法來剝離時所產(chǎn)生的平臺寬度，并且可防止會造成良率下降的平臺部SOI島的產(chǎn)生。
文檔編號H01L21/02GK102326227SQ20108000868
公開日2012年1月18日 申請日期2010年1月8日 優(yōu)先權日2009年2月26日
發(fā)明者橫川功, 能登宣彥, 阿賀浩司 申請人:信越半導體股份有限公司