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JP7380517B2 - SOI wafer manufacturing method and SOI wafer - Google Patents

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JP7380517B2 JP2020176850A JP2020176850A JP7380517B2 JP 7380517 B2 JP7380517 B2 JP 7380517B2 JP 2020176850 A JP2020176850 A JP 2020176850A JP 2020176850 A JP2020176850 A JP 2020176850A JP 7380517 B2 JP7380517 B2 JP 7380517B2
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Description

本発明は、SOIウェーハの製造方法及びSOIウェーハに関する。 The present invention relates to an SOI wafer manufacturing method and an SOI wafer.

半導体素子用のウェーハの一つとして、絶縁膜であるシリコン酸化膜の上にシリコン層(以下、SOI層と呼ぶことがある)を形成したSOI(Silicon On Insulator)ウェーハがある。このSOIウェーハは、デバイス作製領域となる基板表層部のSOI層が埋め込み絶縁層(埋め込み酸化膜(BOX層))により基板内部と電気的に分離されているため、寄生容量が小さく、耐放射性能力が高いなどの特徴を有する。そのため、SOIウェーハは、高速及び低消費電力での動作の実現、並びにソフトエラー防止などの効果が期待され、高性能半導体素子用の基板として有望視されている。 One type of wafer for semiconductor devices is an SOI (Silicon On Insulator) wafer in which a silicon layer (hereinafter sometimes referred to as an SOI layer) is formed on a silicon oxide film, which is an insulating film. This SOI wafer has small parasitic capacitance and radiation resistance because the SOI layer on the surface of the substrate, which is the device fabrication area, is electrically isolated from the inside of the substrate by a buried insulating layer (buried oxide film (BOX layer)). It has characteristics such as high Therefore, SOI wafers are expected to achieve high-speed operation with low power consumption and to prevent soft errors, and are considered promising as substrates for high-performance semiconductor devices.

このSOIウェーハを製造する代表的な方法として、ウェーハ貼り合わせ法やSIMOX法が挙げられる。ウェーハ貼り合わせ法は、例えば2枚のシリコン単結晶ウェーハのうちの少なくとも一方の表面に熱酸化膜を形成した後、この形成した熱酸化膜を介して2枚のウェーハを密着させ、結合熱処理を施すことによって結合力を高め、その後に片方のウェーハ(SOI層を形成するウェーハ(以下、ボンドウェーハ))を鏡面研磨等により薄膜化することによってSOIウェーハを製造する方法である。また、この薄膜化の方法としては、ボンドウェーハを所望の厚さまで研削、研磨する方法や、ボンドウェーハの内部に水素イオン又は希ガスイオンの少なくとも1種類を注入してイオン注入層を形成しておき、形成したイオン注入層を剥離面としてボンドウェーハを剥離して、薄膜化したSOI層を得るイオン注入剥離法と呼ばれる方法等がある。 Typical methods for manufacturing this SOI wafer include the wafer bonding method and the SIMOX method. In the wafer bonding method, for example, a thermal oxide film is formed on the surface of at least one of two silicon single crystal wafers, and then the two wafers are brought into close contact via the formed thermal oxide film, and a bonding heat treatment is performed. This is a method of manufacturing an SOI wafer by increasing the bonding strength by applying bonding, and then thinning one wafer (the wafer on which the SOI layer will be formed (hereinafter referred to as a bond wafer)) by mirror polishing or the like. In addition, methods for thinning the film include grinding and polishing the bond wafer to a desired thickness, and forming an ion-implanted layer by implanting at least one type of hydrogen ion or rare gas ion into the bond wafer. There is a method called an ion implantation delamination method, in which the bond wafer is peeled off using the formed ion implantation layer as a peeling surface to obtain a thin SOI layer.

一方、SIMOX法は、単結晶シリコン基板の内部に酸素をイオン注入し、その後に高温熱処理(酸化膜形成熱処理)を行って注入した酸素とシリコンとを反応させてBOX層を形成することによってSOIウェーハを製造する方法である。 On the other hand, the SIMOX method implants oxygen ions into a single crystal silicon substrate, and then performs high-temperature heat treatment (oxide film formation heat treatment) to cause the implanted oxygen to react with silicon to form a BOX layer. This is a method of manufacturing wafers.

上記の代表的な2つの手法のうち、ウェーハ貼り合わせ法は、作製されるSOI層やBOX層の厚さが自由に設定できるという優位性があるため、様々なデバイス用途に適用することが可能である。 Of the two typical methods mentioned above, the wafer bonding method has the advantage of being able to freely set the thickness of the SOI layer and BOX layer, so it can be applied to a variety of device applications. It is.

中でもイオン注入剥離法は、作製されるSOI層の膜厚均一性を極めて優れたものとすることができるため、近年、盛んに使用されるようになってきている。 Among these, the ion implantation delamination method has been widely used in recent years because it can provide extremely excellent film thickness uniformity of the produced SOI layer.

一方、SOIウェーハの反りを抑制したり、ゲッタリング能力を高めるために、特許文献1及び2に記載されているように、ボロンが高濃度にドープされたベースウェーハを用いてSOIウェーハを製造することがしばしば行なわれている。 On the other hand, in order to suppress warpage of SOI wafers and improve gettering ability, SOI wafers are manufactured using base wafers doped with boron at a high concentration, as described in Patent Documents 1 and 2. This is often done.

このようなボロンが高濃度にドープされたベースウェーハを、前記イオン注入剥離法に適用する場合において、例えば、2μm以上といった厚い埋め込み絶縁層を形成したものが要求されることがある。この場合、ボンドウェーハに厚い酸化膜を形成して貼り合わせようとすると、イオン注入エネルギーを極めて大きくする必要が生じたり、作製されるSOIウェーハの反りが大きくなってしまうという問題があるため、ベースウェーハ側に厚い酸化膜を形成してボンドウェーハと貼り合わせる必要がある。 When applying such a base wafer doped with boron at a high concentration to the ion implantation delamination method, it may be required to have a buried insulating layer as thick as 2 μm or more, for example. In this case, if an attempt is made to form a thick oxide film on the bond wafer and then bond it together, there will be problems such as the need to use extremely high ion implantation energy and the resulting SOI wafer being warped. It is necessary to form a thick oxide film on the wafer side and bond it to the bond wafer.

その際、ボロンが高濃度にドープされたベースウェーハを熱酸化して厚い酸化膜を形成するため、該熱酸化膜中に多量のボロンが含まれる結果となり、イオン注入剥離法による薄膜化後のSOIウェーハに対して、結合熱処理や平坦化熱処理、あるいはエピタキシャル成長等の高温の熱処理を施す際に、SOIウェーハ裏面の熱酸化膜に含まれたボロンが外方拡散してSOI層をドーパント汚染してしまうという問題(いわゆるオートドープ)があった。このようなオートドープが発生すると、SOI層の導電型や抵抗率が変化してしまう結果となる。 At that time, the base wafer doped with boron at a high concentration is thermally oxidized to form a thick oxide film, which results in a large amount of boron being contained in the thermal oxide film, resulting in When performing high-temperature heat treatments such as bonding heat treatment, planarization heat treatment, or epitaxial growth on SOI wafers, boron contained in the thermal oxide film on the backside of the SOI wafer diffuses out and contaminates the SOI layer with dopants. There was a problem of storage (so-called autodope). When such autodoping occurs, the conductivity type and resistivity of the SOI layer change.

同様の問題は、例えば研削・研磨などの他の薄膜化手法を用いた場合であっても、薄膜化後にSOI層上にエピタキシャル成長を行ってSOI層を厚膜化する熱処理や、SOIウェーハを用いたデバイス製造プロセス中の熱処理によっても発生していた。 Similar problems can occur even when other film thinning methods such as grinding and polishing are used, heat treatment that thickens the SOI layer by epitaxial growth on the SOI layer after thinning, and SOI wafers. It was also caused by heat treatment during the device manufacturing process.

このような問題点に対し、本発明者は、特許文献3において、ベースウェーハの熱酸化工程より前に、ベースウェーハの貼り合わせ面とは反対側の面にCVD絶縁膜を形成することによって、SOI層のドーパント汚染と反りを同時に低減する方法を提案した。 In order to solve these problems, the present inventor disclosed in Patent Document 3 that by forming a CVD insulating film on the surface of the base wafer opposite to the bonding surface before the thermal oxidation process of the base wafer, We proposed a method to simultaneously reduce dopant contamination and warpage of SOI layers.

しかしながら、この方法を用いてもSOI層のドーパント汚染については、十分に抑制できない場合があることが判明した。 However, it has been found that even if this method is used, dopant contamination of the SOI layer may not be sufficiently suppressed in some cases.

特開平5-226620号公報Japanese Patent Application Publication No. 5-226620 特開平8-37286号公報Japanese Patent Application Publication No. 8-37286 特開2008-294045号公報Japanese Patent Application Publication No. 2008-294045

特許文献3に記載の方法の上記問題の原因について本発明者が鋭意検討した結果、SOI層のドーパント汚染は、ベースウェーハの裏面酸化膜からの外方拡散が主な発生源であるが、CVD絶縁膜ではSOI層のドーパント汚染を十分に抑えることができないことがあることが明らかとなった。 As a result of the inventor's intensive investigation into the cause of the above-mentioned problem in the method described in Patent Document 3, the main source of dopant contamination in the SOI layer is outward diffusion from the backside oxide film of the base wafer, but CVD It has become clear that the insulating film may not be able to sufficiently suppress dopant contamination of the SOI layer.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、ベースウェーハに含まれるドーパントの混入によるSOI層の汚染を抑制しながら、SOIウェーハを製造することができるSOIウェーハの製造方法、及びベースウェーハに含まれているドーパントの混入によるSOI層の汚染を抑制できるSOIウェーハを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and provides a method for manufacturing an SOI wafer, which can manufacture an SOI wafer while suppressing contamination of the SOI layer due to the contamination of dopants contained in the base wafer, and a method for manufacturing an SOI wafer. An object of the present invention is to provide an SOI wafer that can suppress contamination of an SOI layer due to contamination of dopants contained in the wafer.

上記目的を達成するために、本発明では、少なくとも、
ウェーハ全体にドーパントを含有し且つ第1主面及び前記第1主面と反対側の第2主面を有するシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハと、前記ベースウェーハのドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有するシリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハとを準備する工程と、
前記ベースウェーハの全面にシリコン酸化膜を熱酸化によって形成する熱酸化工程と、
前記ボンドウェーハの一方の主面と前記ベースウェーハの前記第1主面とを、前記ベースウェーハ上の前記シリコン酸化膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記ボンドウェーハを薄膜化してSOI層を形成する薄膜化工程と、
を含むSOIウェーハの製造方法であって、
前記ベースウェーハの熱酸化工程より前に、前記ベースウェーハの前記第2主面上に、前記ベースウェーハの前記ドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有する裏面シリコン膜を形成する工程を更に含み、
前記熱酸化工程において、前記裏面シリコン膜を熱酸化して、前記シリコン酸化膜の一部としての裏面シリコン熱酸化膜を得ることを特徴とするSOIウェーハの製造方法を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides at least the following:
a base wafer consisting of a silicon single crystal wafer containing a dopant throughout the wafer and having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface; and a dopant at a lower concentration than the dopant concentration of the base wafer. a step of preparing a bond wafer consisting of a silicon single crystal wafer containing;
a thermal oxidation step of forming a silicon oxide film on the entire surface of the base wafer by thermal oxidation;
a bonding step of bonding one main surface of the bond wafer and the first main surface of the base wafer via the silicon oxide film on the base wafer;
a thinning step of thinning the bond wafer to form an SOI layer;
A method for manufacturing an SOI wafer, comprising:
Further comprising the step of forming a backside silicon film containing a dopant at a lower concentration than the dopant concentration of the base wafer on the second main surface of the base wafer before the thermal oxidation step of the base wafer,
The present invention provides a method for manufacturing an SOI wafer, characterized in that in the thermal oxidation step, the backside silicon film is thermally oxidized to obtain a backside silicon thermal oxide film as a part of the silicon oxide film.

このような本発明のSOIウェーハの製造方法では、貼り合わせ工程において、ベースウェーハのボンドウェーハとの貼り合わせ面(第1主面)とは反対側の面である第2主面上に裏面シリコン熱酸化膜が形成されており、ベースウェーハの第1主面とボンドウェーハの一方の主面とが、シリコン酸化膜を介して貼り合されたSOIウェーハを得ることができる。そして、裏面シリコン熱酸化膜は、ベースウェーハのドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含む裏面シリコン膜を熱酸化して得られたものである。このような裏面シリコン熱酸化膜は、例えばCVD絶縁膜よりも緻密な構造を有し、この熱酸化膜を通してのドーパントの拡散を確実に防ぐことができる。このようなSOIウェーハでは、ベースウェーハの第2主面からのボンドウェーハへのオートドープを裏面シリコン熱酸化膜によってブロックできる。また、ベースウェーハの熱酸化工程において、ベースウェーハの全面にシリコン酸化膜を熱酸化によって形成するので、このシリコン酸化膜により、ベースウェーハの第1主面からボンドウェーハへの固相拡散によるオートドープや、ベースウェーハのテラス部(ベースウェーハの外周部にSOI層が形成されていない部分)及びエッジ部からのドーパントの外方拡散も抑制することもできる。 In the SOI wafer manufacturing method of the present invention, in the bonding step, backside silicon is deposited on the second main surface of the base wafer, which is the surface opposite to the bonding surface (first main surface) with the bond wafer. A thermal oxide film is formed, and an SOI wafer can be obtained in which the first main surface of the base wafer and one main surface of the bond wafer are bonded together with the silicon oxide film interposed therebetween. The backside silicon thermal oxide film is obtained by thermally oxidizing a backside silicon film containing a dopant at a lower concentration than that of the base wafer. Such a backside silicon thermal oxide film has a more dense structure than, for example, a CVD insulating film, and can reliably prevent dopant diffusion through this thermal oxide film. In such an SOI wafer, autodoping from the second main surface of the base wafer to the bond wafer can be blocked by the backside silicon thermal oxide film. In addition, in the thermal oxidation process of the base wafer, a silicon oxide film is formed on the entire surface of the base wafer by thermal oxidation, so this silicon oxide film causes autodoping by solid phase diffusion from the first main surface of the base wafer to the bond wafer. Furthermore, it is also possible to suppress out-diffusion of dopants from the terrace portion of the base wafer (the portion where the SOI layer is not formed on the outer periphery of the base wafer) and the edge portion.

従って、本発明のSOIウェーハの製造方法によれば、例えば貼り合わせ工程及びこの工程に続く工程において、ベースウェーハに含まれていたドーパントが、ベースウェーハの裏面である第2主面からの外方拡散によってボンドウェーハ又はSOI層中に混入したり、ベースウェーハとボンドウェーハ又はSOI層との間のシリコン酸化膜を通しての固相拡散によってボンドウェーハ又はSOI層中に混入したりすることを抑制することができる。特に、熱処理を伴う工程においても、SOI層へのドーパントの上記混入を抑制することができる。 Therefore, according to the SOI wafer manufacturing method of the present invention, for example, in the bonding process and the process subsequent to this process, the dopant contained in the base wafer is released outward from the second main surface, which is the back surface of the base wafer. To suppress mixing into the bond wafer or SOI layer by diffusion or mixing into the bond wafer or SOI layer by solid phase diffusion through the silicon oxide film between the base wafer and the bond wafer or SOI layer. I can do it. In particular, even in a process involving heat treatment, the above-mentioned mixing of dopants into the SOI layer can be suppressed.

すなわち、本発明のSOIウェーハの製造方法によれば、ベースウェーハに含まれるドーパントの混入によるSOI層の汚染を抑制しながら、SOIウェーハを製造することができる。そして、このようにオートドープを防ぐことができるので、SOI層の導電型や抵抗率が変化するのを防ぐことができる。 That is, according to the SOI wafer manufacturing method of the present invention, an SOI wafer can be manufactured while suppressing contamination of the SOI layer due to contamination with dopants contained in the base wafer. Since autodoping can be prevented in this way, changes in the conductivity type and resistivity of the SOI layer can be prevented.

さらに、本発明のSOIウェーハの製造方法で製造したSOIウェーハを用いてデバイスを製造する場合にも、ベースウェーハに含まれていたドーパントが、ベースウェーハの裏面である第2主面の裏面シリコン熱酸化膜を通しての外方拡散によってSOI層中に混入したり、SOIウェーハの埋め込み酸化膜としてのシリコン酸化膜からの固相拡散によってSOI層中に混入したりすることを抑制することができる。 Furthermore, when manufacturing a device using an SOI wafer manufactured by the SOI wafer manufacturing method of the present invention, the dopant contained in the base wafer is heated to the back surface of the second main surface, which is the back surface of the base wafer. It is possible to suppress contamination into the SOI layer due to outward diffusion through the oxide film or contamination into the SOI layer due to solid phase diffusion from the silicon oxide film as the buried oxide film of the SOI wafer.

加えて、本発明のSOIウェーハの製造方法で製造したSOIウェーハを用いてデバイスを製造する場合、ベースウェーハの第2主面を通してのドーパントの外方拡散を抑制できるので、熱処理炉の炉内部品へのドーパント汚染も十分に抑制でき、炉内部品からウェーハへの2次汚染を抑制する効果も得られる。 In addition, when manufacturing devices using the SOI wafer manufactured by the SOI wafer manufacturing method of the present invention, outward diffusion of dopants through the second main surface of the base wafer can be suppressed, so that the parts inside the heat treatment furnace can be Dopant contamination to the wafer can also be sufficiently suppressed, and secondary contamination from the parts inside the furnace to the wafer can also be suppressed.

そして、本発明のSOIウェーハの製造方法によれば、ドーパントを含有しているベースウェーハを用いることにより、反りを抑制でき、優れたゲッタリング効果を発揮することができるSOIウェーハを製造できる。 According to the SOI wafer manufacturing method of the present invention, by using a base wafer containing a dopant, it is possible to manufacture an SOI wafer that can suppress warpage and exhibit an excellent gettering effect.

前記裏面シリコン膜として、例えば、ポリシリコン、アモルファスシリコン、及び単結晶シリコンからなる群より選択される少なくとも1種を含む膜を形成することができる。 As the back silicon film, for example, a film containing at least one selected from the group consisting of polysilicon, amorphous silicon, and single crystal silicon can be formed.

このように、裏面シリコン膜として、様々なシリコン含有膜を用いることができる。 In this way, various silicon-containing films can be used as the backside silicon film.

前記ベースウェーハの熱酸化工程より前に、前記ベースウェーハの前記第1主面上に前記ベースウェーハの前記ドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有するバリアシリコン層を形成する工程を更に含み、
前記熱酸化工程において、前記バリアシリコン層を熱酸化して、前記シリコン酸化膜の一部としてのバリアシリコン酸化膜を得て、
前記貼り合わせ工程において、前記ボンドウェーハの前記一方の主面と前記ベースウェーハの前記第1主面とを、前記シリコン酸化膜の一部である前記バリアシリコン酸化膜を介して貼り合わせることが好ましい。
Prior to the thermal oxidation step of the base wafer, the method further includes forming a barrier silicon layer containing a dopant at a lower concentration than the dopant concentration of the base wafer on the first main surface of the base wafer,
In the thermal oxidation step, thermally oxidize the barrier silicon layer to obtain a barrier silicon oxide film as a part of the silicon oxide film,
In the bonding step, it is preferable that the one main surface of the bond wafer and the first main surface of the base wafer be bonded via the barrier silicon oxide film that is a part of the silicon oxide film. .

このような製造方法によって得られたSOIウェーハでは、バリアシリコン酸化膜が更なるドーパント拡散防止層として働くことができるので、ベースウェーハの第1主面からボンドウェーハへの固相拡散によるオートドープを更に確実に抑制することができる。 In the SOI wafer obtained by this manufacturing method, the barrier silicon oxide film can act as an additional dopant diffusion prevention layer, so autodoping by solid phase diffusion from the first main surface of the base wafer to the bond wafer is prevented. This can be suppressed more reliably.

前記貼り合わせ工程より前に、前記ボンドウェーハの全面にシリコン酸化膜を形成する工程を更に含んでもよい。 The method may further include a step of forming a silicon oxide film on the entire surface of the bond wafer before the bonding step.

このようにボンドウェーハの全面にシリコン酸化膜を形成することにより、貼り合わせ工程において、ベースウェーハとボンドウェーハとを、ベースウェーハの第1主面に配置されたシリコン酸化膜及びボンドウェーハに配置されたシリコン酸化膜を介して貼り合せることができる。このようにして貼り合わせ工程を行うことにより、ベースウェーハの第1主面からのボンドウェーハ又はSOI層中へのドーパントの混入をより確実に抑制することができる。 By forming a silicon oxide film on the entire surface of the bond wafer in this way, in the bonding process, the base wafer and the bond wafer can be bonded to the silicon oxide film placed on the first main surface of the base wafer and the bond wafer. They can be bonded together via a silicon oxide film. By performing the bonding step in this manner, it is possible to more reliably suppress the dopant from entering the bond wafer or the SOI layer from the first main surface of the base wafer.

或いは、前記バリアシリコン層を形成する場合、前記貼り合わせ工程において、前記ボンドウェーハの前記一方の主面のシリコン単結晶表面と前記ベースウェーハの前記バリアシリコン酸化膜の表面とを直接貼り合わせてもよい。 Alternatively, when forming the barrier silicon layer, the silicon single crystal surface of the one main surface of the bond wafer and the surface of the barrier silicon oxide film of the base wafer may be directly bonded in the bonding step. good.

ボンドウェーハにシリコン酸化膜を形成しない場合であっても、ベースウェーハからの第1主面に配置されたシリコン酸化膜を通しての固相拡散によるSOI層中へのドーパントの混入を十分に抑制することができる。この態様は、酸化膜同士の貼り合わせが適用できない場合(例えば貼り合わせ工程において高温(例えば、1150℃以上)の熱処理ができない場合)に特に有効である。 Even when a silicon oxide film is not formed on a bond wafer, the incorporation of dopants into an SOI layer by solid phase diffusion from a base wafer through a silicon oxide film disposed on a first principal surface is sufficiently suppressed. I can do it. This aspect is particularly effective when bonding oxide films cannot be applied (for example, when heat treatment at a high temperature (for example, 1150° C. or higher) cannot be performed in the bonding process).

前記バリアシリコン層として、ドーパントの濃度が1×1016atoms/cm以下のものを形成することが好ましい。 It is preferable to form the barrier silicon layer with a dopant concentration of 1×10 16 atoms/cm 3 or less.

このようなバリアシリコン層を形成することにより、ベースウェーハからの第1主面に配置されたシリコン酸化膜を通しての固相拡散によるSOI層中へのドーパントの混入をより確実に抑制することができる。 By forming such a barrier silicon layer, it is possible to more reliably suppress the incorporation of dopant into the SOI layer due to solid phase diffusion from the base wafer through the silicon oxide film disposed on the first main surface. .

前記熱酸化工程において、前記バリアシリコン層の一部が未酸化の状態で残るように熱酸化を行い、
その後に、前記バリアシリコン層の前記未酸化の状態の一部の層に前記ベースウェーハ中の前記ドーパントを拡散させるアニールを加えてもよい。
In the thermal oxidation step, thermal oxidation is performed so that a part of the barrier silicon layer remains in an unoxidized state,
Thereafter, annealing may be performed to diffuse the dopant in the base wafer into the unoxidized portion of the barrier silicon layer.

このように、熱酸化工程において、バリアシリコン層の全てではなく一部のみをバリアシリコン酸化膜として、バリアシリコン層の一部が未酸化の状態で残るように熱酸化を行うことができる。この場合、バリアシリコン層のうち未酸化の状態の一部の層にドーパントを拡散させるアニールを行うこともできる。 In this way, in the thermal oxidation process, thermal oxidation can be performed such that only a part of the barrier silicon layer, not all of it, is made into a barrier silicon oxide film, and a part of the barrier silicon layer remains in an unoxidized state. In this case, annealing may be performed to diffuse the dopant into a portion of the barrier silicon layer that is not oxidized.

前記貼り合わせ工程より前に、前記ボンドウェーハの内部に水素イオン及び希ガスイオンからなる群より選択される少なくとも1種類を注入してイオン注入層を形成するイオン注入工程を更に含み、
前記薄膜化工程において、前記イオン注入層を剥離面として前記ボンドウェーハを剥離することにより、前記ボンドウェーハを薄膜化して前記SOI層を得てもよい。
Prior to the bonding step, the method further includes an ion implantation step of implanting at least one type selected from the group consisting of hydrogen ions and rare gas ions into the bond wafer to form an ion implantation layer,
In the thinning step, the bond wafer may be peeled off using the ion implantation layer as a peeling surface, thereby thinning the bond wafer and obtaining the SOI layer.

このようなイオン注入層を形成するイオン注入工程を行い、薄膜化工程でこのイオン注入層を利用することにより、優れた膜厚均一性を有する薄膜化したSOI層を得ることができる。 By performing an ion implantation step to form such an ion implantation layer and utilizing this ion implantation layer in a thinning step, a thinned SOI layer having excellent film thickness uniformity can be obtained.

前記ベースウェーハとして、前記ドーパント濃度が1×1017atoms/cm以上のものを準備することができる。 The base wafer may have a dopant concentration of 1×10 17 atoms/cm 3 or more.

発明のSOIウェーハの製造方法によれば、ドーパント濃度が1×1017atoms/cm以上のベースウェーハを用いても、本ベースウェーハに含まれるドーパントの混入によるSOI層の汚染を抑制しながら、SOIウェーハを製造することができる。 According to the SOI wafer manufacturing method of the invention, even if a base wafer with a dopant concentration of 1×10 17 atoms/cm 3 or more is used, contamination of the SOI layer due to the contamination of the dopant contained in the base wafer is suppressed, while SOI wafers can be manufactured.

また、本発明では、ベースウェーハと、埋め込み酸化膜と、前記埋め込み酸化膜を介して前記ベースウェーハに貼り合わされたSOI層とを含むSOIウェーハであって、
前記ベースウェーハは、ウェーハ全体にドーパントを含有し、前記SOI層との貼り合わせ面である第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面とを有するシリコン単結晶ウェーハからなり、
前記ベースウェーハの前記第2主面に、前記ベースウェーハの前記ドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有する裏面シリコン熱酸化膜が配置されており、
前記SOI層は、前記ベースウェーハのドーパント濃度よりも低い濃度でドーパントを含有するシリコン単結晶からなるものであることを特徴とするSOIウェーハを提供する。
Further, the present invention provides an SOI wafer including a base wafer, a buried oxide film, and an SOI layer bonded to the base wafer via the buried oxide film,
The base wafer is made of a silicon single crystal wafer containing a dopant throughout the wafer and having a first main surface that is a bonding surface with the SOI layer and a second main surface opposite to the first main surface. Become,
A backside silicon thermal oxide film containing a dopant at a lower concentration than the dopant concentration of the base wafer is disposed on the second main surface of the base wafer,
The SOI wafer is characterized in that the SOI layer is made of silicon single crystal containing a dopant at a concentration lower than that of the base wafer.

本発明のSOIウェーハでは、ベースウェーハのドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含む裏面シリコン熱酸化膜が、例えばCVD絶縁膜よりも緻密な構造を有し、この熱酸化膜を通してのドーパントの拡散を確実に防ぐことができる。そのため、本発明のSOIウェーハは、このような裏面シリコン熱酸化膜により、ベースウェーハの第1主面(SOI層との貼り合わせ面)とは反対側の第2主面を通してのドーパントの外方拡散を防ぐことができる。また、本発明のSOIウェーハが含む埋め込み酸化膜は、この埋め込み酸化膜を通してのドーパントの固相拡散を抑制することができる。そのため、本発明のSOIウェーハでは、埋め込み酸化膜を通してのベースウェーハの第1主面からSOIウェーハへのドーパントの拡散も防ぐことができる。その結果、本発明のSOIウェーハは、ベースウェーハに含まれているドーパントの混入によるSOI層の汚染を抑制できる。 In the SOI wafer of the present invention, the backside silicon thermal oxide film containing a dopant at a lower concentration than that of the base wafer has a more dense structure than, for example, a CVD insulating film, and the diffusion of the dopant through this thermal oxide film is prevented. It can definitely be prevented. Therefore, in the SOI wafer of the present invention, due to such a backside silicon thermal oxide film, the dopant is released outwardly through the second main surface opposite to the first main surface (bonding surface with the SOI layer) of the base wafer. Can prevent spread. Further, the buried oxide film included in the SOI wafer of the present invention can suppress solid phase diffusion of dopants through the buried oxide film. Therefore, in the SOI wafer of the present invention, dopant can also be prevented from diffusing from the first main surface of the base wafer to the SOI wafer through the buried oxide film. As a result, the SOI wafer of the present invention can suppress contamination of the SOI layer due to mixing of dopants contained in the base wafer.

さらに、本発明のSOIウェーハを用いてデバイスを製造する場合にも、ベースウェーハに含まれていたドーパントが、第2主面を通しての外方拡散によってSOI層中に混入したり、埋め込み酸化膜における固相拡散によってSOI層中に混入したりすることを抑制することができる。 Furthermore, when manufacturing devices using the SOI wafer of the present invention, dopants contained in the base wafer may be mixed into the SOI layer by out-diffusion through the second main surface, or may be mixed into the SOI layer in the buried oxide film. It is possible to suppress mixing into the SOI layer due to solid phase diffusion.

加えて、本発明のSOIウェーハを用いてデバイスを製造する場合、ベースウェーハの第2主面を通してのドーパントの外方拡散を抑制できるので、熱処理炉の炉内部品へのドーパント汚染も十分に抑制でき、炉内部品からウェーハへの2次汚染を抑制する効果も得られる。 In addition, when manufacturing devices using the SOI wafer of the present invention, outward diffusion of dopants through the second main surface of the base wafer can be suppressed, so dopant contamination of the internal parts of the heat treatment furnace can also be sufficiently suppressed. This also provides the effect of suppressing secondary contamination from furnace parts to wafers.

そして、本発明のSOIウェーハは、ドーパントを含有しているベースウェーハを含むので、反りを抑制でき、優れたゲッタリング効果を発揮することができる。 Further, since the SOI wafer of the present invention includes a base wafer containing a dopant, warping can be suppressed and an excellent gettering effect can be exhibited.

前記ベースウェーハの前記第1主面に、前記埋め込み酸化膜の少なくとも一部としてのバリアシリコン酸化膜が配置されているものであることが好ましい。 Preferably, a barrier silicon oxide film as at least a part of the buried oxide film is disposed on the first main surface of the base wafer.

このようなバリアシリコン酸化膜を含むSOIウェーハは、埋め込み酸化膜を通しての固相拡散によるベースウェーハからSOI層へのドーパントの混入をより確実に防ぐことができる。 An SOI wafer including such a barrier silicon oxide film can more reliably prevent dopant from entering the SOI layer from the base wafer due to solid phase diffusion through the buried oxide film.

前記ベースウェーハと前記バリアシリコン酸化膜との間に、バリアシリコン層が配置されており、
前記バリアシリコン層中に、前記ベースウェーハが含有するドーパントと同種のドーパントが拡散していてもよい。
A barrier silicon layer is disposed between the base wafer and the barrier silicon oxide film,
A dopant of the same type as a dopant contained in the base wafer may be diffused into the barrier silicon layer.

このように、本発明のSOIウェーハは、ベースウェーハとバリアシリコン酸化膜との間に、バリアシリコン層を更に含むことができる。 In this way, the SOI wafer of the present invention can further include a barrier silicon layer between the base wafer and the barrier silicon oxide film.

以上のように、本発明のSOIウェーハの製造方法であれば、ベースウェーハに含まれるドーパントの混入によるSOI層の汚染を抑制しながら、SOIウェーハを製造することができる。そして、このようにオートドープを防ぐことができるので、SOI層の導電型や抵抗率が変化するのを防ぐことができる。 As described above, with the method for manufacturing an SOI wafer of the present invention, an SOI wafer can be manufactured while suppressing contamination of the SOI layer due to contamination with dopants contained in the base wafer. Since autodoping can be prevented in this way, changes in the conductivity type and resistivity of the SOI layer can be prevented.

更に、本発明のSOIウェーハの製造方法で製造したSOIウェーハを用いてデバイスを製造することにより、ベースウェーハに含まれていたドーパントがSOI層中に混入することを抑制することができる。 Furthermore, by manufacturing a device using an SOI wafer manufactured by the SOI wafer manufacturing method of the present invention, it is possible to suppress dopants contained in the base wafer from being mixed into the SOI layer.

そして、本発明のSOIウェーハの製造方法によって製造したSOIウェーハは、反りを抑制でき、優れたゲッタリング効果を発揮することができる。 The SOI wafer manufactured by the SOI wafer manufacturing method of the present invention can suppress warpage and exhibit an excellent gettering effect.

また、本発明のSOIウェーハであれば、ベースウェーハに含まれているドーパントの混入によるSOI層の汚染を抑制できる。 Further, with the SOI wafer of the present invention, contamination of the SOI layer due to the mixing of dopants contained in the base wafer can be suppressed.

更に、本発明のSOIウェーハを用いたデバイスの製造プロセス中、ベースウェーハに含まれているドーパントの混入によるSOI層の汚染を抑制できる。 Furthermore, during the manufacturing process of devices using the SOI wafer of the present invention, it is possible to suppress contamination of the SOI layer due to mixing of dopants contained in the base wafer.

そして、本発明のSOIウェーハは、反りを抑制でき、優れたゲッタリング効果を発揮することができる。 The SOI wafer of the present invention can suppress warpage and exhibit excellent gettering effects.

本発明のSOIウェーハの第一例を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a first example of an SOI wafer of the present invention. 本発明のSOIウェーハの第二例を示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a second example of the SOI wafer of the present invention. 本発明のSOIウェーハの第三例を示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a third example of the SOI wafer of the present invention. 本発明のSOIウェーハの第四例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional view showing the fourth example of the SOI wafer of the present invention. 本発明のSOIウェーハの製造方法の第一例を示す概略フロー図である。1 is a schematic flow diagram showing a first example of a method for manufacturing an SOI wafer of the present invention. 本発明のSOIウェーハの製造方法の第二例を示す概略フロー図である。FIG. 2 is a schematic flow diagram showing a second example of the SOI wafer manufacturing method of the present invention. 本発明のSOIウェーハの製造方法の第三例を示す概略フロー図である。FIG. 3 is a schematic flow diagram showing a third example of the method for manufacturing an SOI wafer of the present invention. 実施例6でのシミュレーション結果を示すグラフである。7 is a graph showing simulation results in Example 6. 実施例7でのシミュレーション結果を示すグラフである。7 is a graph showing simulation results in Example 7.

上述のように、ベースウェーハに含まれるドーパントの混入によるSOI層の汚染を抑制しながらSOIウェーハを製造することができるSOIウェーハの製造方法、及びベースウェーハに含まれているドーパントの混入によるSOI層の汚染を抑制できるSOIウェーハの開発が求められていた。 As described above, there is provided a method for manufacturing an SOI wafer that can manufacture an SOI wafer while suppressing contamination of the SOI layer due to the contamination of the SOI layer due to the contamination of the SOI layer due to the contamination of the dopant contained in the base wafer. There has been a need for the development of SOI wafers that can suppress contamination.

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、ベースウェーハの熱酸化工程の前に、ベースウェーハの貼り合わせ面とは反対側の第2主面上にベースウェーハのドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有する裏面シリコン膜を形成し、その後にベースウェーハの熱酸化工程を行ない、次いでベースウェーハとボンドウェーハとの貼り合わせを行うことにより、ベースウェーハに含まれるドーパントの混入によるSOI層の汚染を抑制しながら、SOIウェーハを製造することができることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies on the above-mentioned problem, the present inventors have found that, before the thermal oxidation process of the base wafer, a dopant concentration higher than that of the base wafer is added to the second main surface of the base wafer on the opposite side to the bonding surface. By forming a backside silicon film containing a dopant at a low concentration, then performing a thermal oxidation process on the base wafer, and then bonding the base wafer and bond wafer, SOI due to the contamination of the dopant contained in the base wafer is eliminated. The present invention was completed by discovering that SOI wafers can be manufactured while suppressing layer contamination.

即ち、本発明は、少なくとも、
ウェーハ全体にドーパントを含有し且つ第1主面及び前記第1主面と反対側の第2主面を有するシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハと、前記ベースウェーハのドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有するシリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハとを準備する工程と、
前記ベースウェーハの全面にシリコン酸化膜を熱酸化によって形成する熱酸化工程と、
前記ボンドウェーハの一方の主面と前記ベースウェーハの前記第1主面とを、前記ベースウェーハ上の前記シリコン酸化膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記ボンドウェーハを薄膜化してSOI層を形成する薄膜化工程と、
を含むSOIウェーハの製造方法であって、
前記ベースウェーハの熱酸化工程より前に、前記ベースウェーハの前記第2主面上に、前記ベースウェーハの前記ドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有する裏面シリコン膜を形成する工程を更に含み、
前記熱酸化工程において、前記裏面シリコン膜を熱酸化して、前記シリコン酸化膜の一部としての裏面シリコン熱酸化膜を得ることを特徴とするSOIウェーハの製造方法である。
That is, the present invention provides at least
a base wafer consisting of a silicon single crystal wafer containing a dopant throughout the wafer and having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface; and a dopant at a lower concentration than the dopant concentration of the base wafer. a step of preparing a bond wafer consisting of a silicon single crystal wafer containing;
a thermal oxidation step of forming a silicon oxide film on the entire surface of the base wafer by thermal oxidation;
a bonding step of bonding one main surface of the bond wafer and the first main surface of the base wafer via the silicon oxide film on the base wafer;
a thinning step of thinning the bond wafer to form an SOI layer;
A method for manufacturing an SOI wafer, comprising:
Further comprising the step of forming a backside silicon film containing a dopant at a lower concentration than the dopant concentration of the base wafer on the second main surface of the base wafer before the thermal oxidation step of the base wafer,
The method for manufacturing an SOI wafer is characterized in that in the thermal oxidation step, the backside silicon film is thermally oxidized to obtain a backside silicon thermal oxide film as a part of the silicon oxide film.

また、本発明は、ベースウェーハと、埋め込み酸化膜と、前記埋め込み酸化膜を介して前記ベースウェーハに貼り合わされたSOI層とを含むSOIウェーハであって、
前記ベースウェーハは、ウェーハ全体にドーパントを含有し、前記SOI層との貼り合わせ面である第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面とを有するシリコン単結晶ウェーハからなり、
前記ベースウェーハの前記第2主面に、前記ベースウェーハの前記ドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有する裏面シリコン熱酸化膜が配置されており、
前記SOI層は、前記ベースウェーハのドーパント濃度よりも低い濃度でドーパントを含有するシリコン単結晶からなるものであることを特徴とするSOIウェーハである。
The present invention also provides an SOI wafer including a base wafer, a buried oxide film, and an SOI layer bonded to the base wafer via the buried oxide film,
The base wafer is made of a silicon single crystal wafer containing a dopant throughout the wafer and having a first main surface that is a bonding surface with the SOI layer and a second main surface opposite to the first main surface. Become,
A backside silicon thermal oxide film containing a dopant at a lower concentration than the dopant concentration of the base wafer is disposed on the second main surface of the base wafer,
The SOI wafer is characterized in that the SOI layer is made of a silicon single crystal containing a dopant at a concentration lower than that of the base wafer.

以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

<SOIウェーハ>
まず、本発明のSOIウェーハを説明する。
<SOI wafer>
First, the SOI wafer of the present invention will be explained.

本発明のSOIウェーハは、ベースウェーハとSOI層とが埋め込み酸化膜を介して貼り合されており、ベースウェーハのSOI層との貼り合わせ面である第1主面とは反対側の第2主面に裏面シリコン熱酸化膜が配置されており、裏面シリコン熱酸化膜中のドーパント濃度がベースウェーハのドーパント濃度よりも低いことを特徴とする。埋め込み酸化膜は、これを通しての固相拡散によるベースウェーハからSOI層へのドーパントの混入を防ぐことができる。加えて、裏面シリコン熱酸化膜は、例えばCVD絶縁膜よりも緻密な構造を有し、この熱酸化膜を通してのベースウェーハの第1主面とは反対側の第2主面からのドーパントの外方拡散を防ぐことができる。その結果、本発明のSOIウェーハは、ベースウェーハに含まれているドーパントの混入によるSOI層の汚染を抑制できる。 The SOI wafer of the present invention has a base wafer and an SOI layer bonded to each other via a buried oxide film, and a second main surface opposite to a first principal surface of the base wafer that is bonded to the SOI layer. A backside silicon thermal oxide film is disposed on the front surface, and the dopant concentration in the backside silicon thermal oxide film is lower than the dopant concentration of the base wafer. The buried oxide film can prevent dopants from entering the SOI layer from the base wafer by solid phase diffusion therethrough. In addition, the backside silicon thermal oxide film has a more dense structure than, for example, a CVD insulating film, and the dopant from the second main surface opposite to the first main surface of the base wafer is removed through this thermal oxide film. This can prevent further spread. As a result, the SOI wafer of the present invention can suppress contamination of the SOI layer due to mixing of dopants contained in the base wafer.

さらに、本発明のSOIウェーハを用いてデバイスを製造する場合にも、ベースウェーハに含まれていたドーパントが、第2主面を通しての外方拡散によってSOI層中に混入したり、埋め込み酸化膜における固相拡散によってSOI層中に混入したりすることを抑制することができる。 Furthermore, when manufacturing devices using the SOI wafer of the present invention, dopants contained in the base wafer may be mixed into the SOI layer by out-diffusion through the second main surface, or may be mixed into the SOI layer in the buried oxide film. It is possible to suppress mixing into the SOI layer due to solid phase diffusion.

加えて、本発明のSOIウェーハを用いてデバイスを製造する場合、ベースウェーハの第2主面を通してのドーパントの外方拡散を抑制できるので、熱処理炉の炉内部品へのドーパント汚染も十分に抑制でき、炉内部品からウェーハへの2次汚染を抑制する効果も得られる。 In addition, when manufacturing devices using the SOI wafer of the present invention, outward diffusion of dopants through the second main surface of the base wafer can be suppressed, so dopant contamination of the internal parts of the heat treatment furnace can also be sufficiently suppressed. This also provides the effect of suppressing secondary contamination from furnace parts to wafers.

本発明のSOIウェーハでは、ベースウェーハの第1主面に埋め込み酸化膜の少なくとも一部としてのバリアシリコン酸化膜が配置されていても良い。 In the SOI wafer of the present invention, a barrier silicon oxide film as at least a part of the buried oxide film may be disposed on the first main surface of the base wafer.

このようなバリアシリコン酸化膜を含むSOIウェーハは、埋め込み酸化膜を通しての固相拡散によるベースウェーハからSOI層へのドーパントの混入をより確実に防ぐことができる。 An SOI wafer including such a barrier silicon oxide film can more reliably prevent dopant from entering the SOI layer from the base wafer due to solid phase diffusion through the buried oxide film.

本発明のSOIウェーハでは、ベースウェーハとバリアシリコン酸化膜との間に、バリアシリコン層が配置されていても良い。この場合、バリアシリコン層中に、ベースウェーハが含有するドーパントと同種のドーパントが拡散していても良い。 In the SOI wafer of the present invention, a barrier silicon layer may be disposed between the base wafer and the barrier silicon oxide film. In this case, the same type of dopant as the dopant contained in the base wafer may be diffused into the barrier silicon layer.

このように、本発明のSOIウェーハは、ベースウェーハとバリアシリコン酸化膜との間に、バリアシリコン層を更に含むことができる。本発明のSOIウェーハは、他の層を含むこともできる。 In this way, the SOI wafer of the present invention can further include a barrier silicon layer between the base wafer and the barrier silicon oxide film. SOI wafers of the present invention may also include other layers.

本発明のSOIウェーハは、例えば、後段で説明する本発明のSOIウェーハの製造方法によって製造することができる。 The SOI wafer of the present invention can be manufactured, for example, by the SOI wafer manufacturing method of the present invention described later.

以下、本発明のSOIウェーハの各構成部材をより詳細に説明する。 Hereinafter, each component of the SOI wafer of the present invention will be explained in more detail.

(ベースウェーハ)
ベースウェーハは、ウェーハ全体にドーパントを含有するシリコン単結晶ウェーハからなる。ドーパントとしては、例えば、B、Ga、P、Sb、As等を挙げることができる。このようなシリコン単結晶ウェーハは、例えば、CZ法やFZ法により製造されたシリコン単結晶インゴットをスライスして得ることができる。
(Base wafer)
The base wafer consists of a silicon single crystal wafer containing dopants throughout the wafer. Examples of the dopant include B, Ga, P, Sb, and As. Such a silicon single crystal wafer can be obtained, for example, by slicing a silicon single crystal ingot manufactured by the CZ method or the FZ method.

ベースウェーハのドーパント濃度は、SOI層のドーパント濃度よりも高ければ特に限定されないが、例えば1×1017atoms/cm以上とすることができる。ドーパント濃度が1×1017atoms/cm以上であるベースウェーハを用いることにより、優れたゲッタリング効果を示すことができると共に、SOIウェーハの反りを更に抑制することができる。そして、先に説明した理由により、本発明のSOIウェーハでは、ベースウェーハ中のドーパント濃度が1×1017atoms/cm以上であるベースウェーハを用いても、ベースウェーハに含まれるドーパントがSOI層に混入することを抑制することができる。 The dopant concentration of the base wafer is not particularly limited as long as it is higher than the dopant concentration of the SOI layer, but it can be, for example, 1×10 17 atoms/cm 3 or more. By using a base wafer having a dopant concentration of 1×10 17 atoms/cm 3 or more, it is possible to exhibit an excellent gettering effect and further suppress warpage of the SOI wafer. For the reason explained above, in the SOI wafer of the present invention, even if a base wafer having a dopant concentration of 1×10 17 atoms/cm 3 or more is used, the dopant contained in the base wafer will not be absorbed into the SOI layer. It is possible to suppress contamination with

尚、ベースウェーハのドーパントがn型ドーパントの場合、ベースウェーハに熱酸化によってシリコン酸化膜を形成する際にシリコン酸化膜中に取り込まれるドーパント濃度はp型ドーパントに比べて低いので、前述した様なSOI層をドーパント汚染してしまうという問題はそれほど顕著には発生しないが、n型であっても、例えばベースウェーハのドーパント濃度が1×1017atoms/cm以上の高濃度である場合、SOI層のドーパント汚染の問題を無視できなくなる。しかしながら、上段で述べたように、本発明のSOIウェーハでは、ベースウェーハのドーパント濃度がこのような高濃度であっても、ベースウェーハに含まれるドーパントがSOI層に混入することを抑制することができる。 In addition, when the dopant of the base wafer is an n-type dopant, the concentration of the dopant incorporated into the silicon oxide film when forming the silicon oxide film on the base wafer by thermal oxidation is lower than that of the p-type dopant, so the above-mentioned Although the problem of dopant contamination of the SOI layer does not occur so conspicuously, even if the SOI layer is n-type, if the base wafer has a high dopant concentration of 1×10 17 atoms/cm 3 or more, the SOI The problem of dopant contamination of the layer cannot be ignored. However, as mentioned above, in the SOI wafer of the present invention, even if the base wafer has such a high dopant concentration, it is difficult to prevent the dopant contained in the base wafer from being mixed into the SOI layer. can.

ベースウェーハのドーパント濃度の上限は、特に限定されないが、シリコン単結晶へのそのドーパントの固溶限界以下とすることができる。ベースウェーハのドーパント濃度は、1×1017atoms/cm以上1×1020atoms/cm以下であることが好ましい。 The upper limit of the dopant concentration in the base wafer is not particularly limited, but can be set to be below the solid solubility limit of the dopant in silicon single crystal. The dopant concentration of the base wafer is preferably 1×10 17 atoms/cm 3 or more and 1×10 20 atoms/cm 3 or less.

(裏面シリコン熱酸化膜)
ベースウェーハのSOI層との貼り合わせ面である第1主面とは反対側の第2主面に、裏面シリコン熱酸化膜が配置されている。裏面シリコン熱酸化膜は、ベースウェーハのドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含む。
(Backside silicon thermal oxide film)
A backside silicon thermal oxide film is disposed on the second main surface opposite to the first main surface, which is the bonding surface with the SOI layer of the base wafer. The backside silicon thermal oxide film contains dopants at a lower concentration than the dopant concentration of the base wafer.

裏面シリコン熱酸化膜中のドーパントの濃度は、ベースウェーハのドーパント濃度以下であれば特に限定されないが、例えば、1×1013atoms/cm以上1×1016atoms/cm以下であり得る。 The dopant concentration in the backside silicon thermal oxide film is not particularly limited as long as it is below the dopant concentration of the base wafer, but may be, for example, 1×10 13 atoms/cm 3 or more and 1×10 16 atoms/cm 3 or less.

ドーパントとしては、例えば、B、Ga、P、Sb、As等を挙げることができる。裏面シリコン熱酸化膜は、ベースウェーハに含まれるドーパントと同種のドーパントを含んでも良いし、異種のドーパントを含んでも良い。 Examples of the dopant include B, Ga, P, Sb, and As. The backside silicon thermal oxide film may contain the same type of dopant as the dopant contained in the base wafer, or may contain a different type of dopant.

裏面シリコン熱酸化膜は、例えば、ポリシリコン、アモルファスシリコン、及び単結晶シリコンからなる群より選択される少なくとも1種と、上記ドーパントとを含むシリコン膜を熱酸化に供して得られたものであり得る。これらの中では、ベースウェーハの熱酸化膜形成などの熱処理中のゲッタリング効果を考慮すると、ポリシリコンが好適である。ポリシリコンを含む裏面シリコン熱酸化膜は、ポリバックシール酸化膜と呼ぶこともできる。 The backside silicon thermal oxide film is obtained by subjecting a silicon film containing at least one selected from the group consisting of polysilicon, amorphous silicon, and single crystal silicon and the above dopant to thermal oxidation, for example. obtain. Among these, polysilicon is preferred in view of the gettering effect during heat treatment such as formation of a thermal oxide film on the base wafer. The back silicon thermal oxide film containing polysilicon can also be called a poly back seal oxide film.

裏面シリコン熱酸化膜とベースウェーハの第2主面との間には、ポリシリコン、アモルファスシリコン、及び単結晶シリコンからなる群より選択される少なくとも1種と、上記ドーパントとを含む裏面シリコン膜(すなわち、熱酸化を受けていないシリコン膜)が配置されていても良い。 Between the backside silicon thermal oxide film and the second main surface of the base wafer, a backside silicon film ( In other words, a silicon film (which has not undergone thermal oxidation) may be disposed.

(表面シリコン酸化膜)
また、任意に、ベースウェーハのSOI層との貼り合わせ面である第1主面に、表面シリコン酸化膜が配置されていても良い。
(Surface silicon oxide film)
Furthermore, a surface silicon oxide film may optionally be disposed on the first main surface of the base wafer, which is the bonding surface with the SOI layer.

表面シリコン酸化膜は、ベースウェーハのドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含むバリアシリコン酸化膜を含んでいても良いし、このバリアシリコン酸化膜からなっていても良いし、又はバリアシリコン酸化膜を含まなくても良い。 The surface silicon oxide film may include a barrier silicon oxide film containing a dopant at a lower concentration than the dopant concentration of the base wafer, or may consist of this barrier silicon oxide film, or may include a barrier silicon oxide film containing a dopant at a lower concentration than that of the base wafer. It doesn't have to be included.

表面シリコン酸化膜がバリアシリコン酸化膜を含まない場合、表面シリコン酸化膜は、ベースウェーハのSOI層と貼り合される方の主面(第1主面)が熱酸化によって酸化して形成されたシリコン熱酸化膜であり得る。 When the surface silicon oxide film does not include a barrier silicon oxide film, the surface silicon oxide film is formed by thermal oxidation of the main surface (first main surface) of the base wafer that is bonded to the SOI layer. It can be a silicon thermal oxide film.

ベースウェーハは、第1主面に、SOI層が形成されていない部分、すなわちテラス部を含むことができる。表面シリコン酸化膜は、ベースウェーハの第1主面のうち、テラス部にも配置することができる。この場合、表面シリコン酸化膜は、ベースウェーハの第1主面のテラス部を通してのドーパントの外方拡散をブロックすることができる。 The base wafer can include a portion where the SOI layer is not formed, that is, a terrace portion, on the first main surface. The surface silicon oxide film can also be placed on the terrace portion of the first main surface of the base wafer. In this case, the surface silicon oxide film can block out-diffusion of dopants through the terrace portion of the first main surface of the base wafer.

(ベースウェーハの全面に形成されたシリコン酸化膜)
また、ベースウェーハの側面に、側面シリコン酸化膜が配置されていても良い。側面シリコン酸化膜が配置されている場合、表面シリコン酸化膜、裏面シリコン熱酸化膜及び側面シリコン酸化膜は、ベースウェーハの全面に形成されたシリコン熱酸化膜を構成することができる。
(Silicon oxide film formed on the entire surface of the base wafer)
Furthermore, a side silicon oxide film may be disposed on the side surface of the base wafer. When a side silicon oxide film is disposed, the front silicon oxide film, the back silicon thermal oxide film, and the side silicon oxide film can constitute a silicon thermal oxide film formed on the entire surface of the base wafer.

(SOI層)
SOI層は、ベースウェーハのドーパント濃度よりも低い濃度でドーパントを含有するシリコン単結晶からなる。
(SOI layer)
The SOI layer consists of a silicon single crystal containing dopants at a lower concentration than that of the base wafer.

ドーパントとしては、例えば、B、Ga、P、Sb、As等を挙げることができる。SOI層は、ベースウェーハに含まれるドーパントと同種のドーパントを含んでも良いし、異種のドーパントを含んでも良い。 Examples of the dopant include B, Ga, P, Sb, and As. The SOI layer may contain the same type of dopant as the dopant contained in the base wafer, or may contain a different type of dopant.

SOI層のドーパント濃度は、ベースウェーハのドーパント濃度よりも低くければ特に限定されず、SOI層に求められる導電型及び抵抗率に応じて適宜変更できる。SOI層のドーパント濃度は、例えば1×1013atoms/cm以上1×1016atoms/cm以下とすることができる。 The dopant concentration of the SOI layer is not particularly limited as long as it is lower than the dopant concentration of the base wafer, and can be changed as appropriate depending on the conductivity type and resistivity required of the SOI layer. The dopant concentration of the SOI layer can be, for example, 1×10 13 atoms/cm 3 or more and 1×10 16 atoms/cm 3 or less.

SOI層は、ドーパントを含有していない部分を含むこともできる。 The SOI layer can also include portions that do not contain dopants.

SOI層のベースウェーハとの貼り合わせ面である一方の主面に、シリコン酸化膜(以下、SOI側シリコン酸化膜ともいう)が配置されていてもよい。 A silicon oxide film (hereinafter also referred to as SOI-side silicon oxide film) may be disposed on one main surface of the SOI layer, which is the bonding surface with the base wafer.

(埋め込み酸化膜)
埋め込み酸化膜は、ベースウェーハとSOI層との間に配置される。
(buried oxide film)
A buried oxide layer is disposed between the base wafer and the SOI layer.

埋め込み酸化膜は、その少なくとも一部として、先に説明した表面シリコン酸化膜を含んでもよい。埋め込み酸化膜は、表面シリコン酸化膜からなっていてもよい。 The buried oxide film may include, at least in part, the surface silicon oxide film described above. The buried oxide film may be made of a surface silicon oxide film.

埋め込み酸化膜は、バリアシリコン酸化膜からなっていても良い。この場合、SOIウェーハにおいて、SOI層のシリコン単結晶表面と、ベースウェーハのバリアシリコン酸化膜の表面とが直接貼り合されていても良い。 The buried oxide film may be made of a barrier silicon oxide film. In this case, in the SOI wafer, the silicon single crystal surface of the SOI layer and the surface of the barrier silicon oxide film of the base wafer may be directly bonded.

或いは、埋め込み酸化膜は、表面シリコン酸化膜又はバリアシリコン酸化膜と、これとは別の酸化膜とを含んでいても良い。例えば、SOI層のベースウェーハとの貼り合わせ面である一方の主面にSOI側シリコン酸化膜が配置されている場合、このSOI側シリコン酸化膜は、埋め込み酸化膜の一部であってもよい。この場合、SOIウェーハにおいて、表面シリコン酸化膜又はバリアシリコン酸化膜と、SOI側シリコン酸化膜とが直接貼り合されていても良い。 Alternatively, the buried oxide film may include a surface silicon oxide film or a barrier silicon oxide film, and another oxide film. For example, when an SOI-side silicon oxide film is arranged on one main surface of the SOI layer that is the bonding surface with the base wafer, this SOI-side silicon oxide film may be part of the buried oxide film. . In this case, in the SOI wafer, the surface silicon oxide film or the barrier silicon oxide film and the SOI side silicon oxide film may be directly bonded.

或いは、埋め込み酸化膜は、バリアシリコン酸化膜を含まなくても良い。この場合、例えば、埋め込み酸化膜は、先に説明した、ベースウェーハの一方の主面が熱酸化により酸化して形成された表面シリコン酸化膜を含むことができる。 Alternatively, the buried oxide film may not include the barrier silicon oxide film. In this case, for example, the buried oxide film can include the above-described surface silicon oxide film formed by oxidizing one main surface of the base wafer by thermal oxidation.

次に、本発明のSOIウェーハの幾つかの具体例を、図1~図4を参照しながら説明する。ただし、本発明のSOIウェーハは、以下に説明する例に限定されるものではない。また、以下では各構成部材の配置のみを説明する。各構成部材の詳細は、上記を参照されたい。 Next, some specific examples of the SOI wafer of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. However, the SOI wafer of the present invention is not limited to the examples described below. In addition, only the arrangement of each component will be described below. Please refer to the above for details of each component.

[第一例]
図1は、本発明のSOIウェーハの第一例を示す概略断面図である。
[First example]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first example of an SOI wafer of the present invention.

図1に示す第一例のSOIウェーハ100は、ベースウェーハ10と、埋め込み酸化膜20と、埋め込み酸化膜20を介してベースウェーハ10に貼り合されたSOI層30とを含む。 The SOI wafer 100 of the first example shown in FIG. 1 includes a base wafer 10, a buried oxide film 20, and an SOI layer 30 bonded to the base wafer 10 via the buried oxide film 20.

ベースウェーハ10は、SOI層30との貼り合わせ面である第1主面11と、この第1主面11と反対側の第2主面12とを有する。 The base wafer 10 has a first main surface 11 that is a bonding surface with the SOI layer 30, and a second main surface 12 opposite to the first main surface 11.

ベースウェーハ10の第1主面11には、表面シリコン酸化膜21が配置されている。表面シリコン酸化膜21は、先に説明した、バリアシリコン酸化膜を含んでも良いし、バリアシリコン酸化膜を含まなくても良い。図1に示す第一例のSOIウェーハ100では、埋め込み酸化膜20は、表面シリコン酸化膜21からなる。なお、図1に示す第一例のSOIウェーハ100では、ベースウェーハ10の第1主面11のうち、SOI層30を担持していない部分、すなわちテラス部14にも、表面シリコン酸化膜21が形成されている。一方、ベースウェーハ10の第2主面12には、裏面シリコン熱酸化膜51が配置されている。更に、ベースウェーハ10の側面(エッジ部)13には、側面シリコン酸化膜52が配置されている。 A surface silicon oxide film 21 is disposed on the first main surface 11 of the base wafer 10 . The surface silicon oxide film 21 may include the barrier silicon oxide film described above, or may not include the barrier silicon oxide film. In the SOI wafer 100 of the first example shown in FIG. 1, the buried oxide film 20 consists of a surface silicon oxide film 21. Note that in the SOI wafer 100 of the first example shown in FIG. It is formed. On the other hand, a back silicon thermal oxide film 51 is disposed on the second main surface 12 of the base wafer 10 . Furthermore, a side silicon oxide film 52 is disposed on the side surface (edge portion) 13 of the base wafer 10 .

すなわち、図1に示す第一例のSOIウェーハ100では、ベースウェーハ10の全面が、表面シリコン酸化膜21、裏面シリコン熱酸化膜51及び側面シリコン酸化膜52を含むシリコン酸化膜50で被覆されている。 That is, in the SOI wafer 100 of the first example shown in FIG. There is.

そして、図1に示す第一例のSOIウェーハ100では、SOI層30の一方の主面32が、表面シリコン酸化膜21、すなわち埋め込み酸化膜20の表面に直接貼り合されている。 In the SOI wafer 100 of the first example shown in FIG. 1, one main surface 32 of the SOI layer 30 is directly bonded to the surface silicon oxide film 21, that is, the surface of the buried oxide film 20.

[第二例]
図2は、本発明のSOIウェーハの第二例を示す概略断面図である。
[Second example]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a second example of the SOI wafer of the present invention.

図2に示す第二例のSOIウェーハ100は、ベースウェーハ10の第2主面12と裏面シリコン熱酸化膜51との間に、先に説明した裏面シリコン膜40が配置されている以外は、第一例のSOIウェーハ100と同様である。 The SOI wafer 100 of the second example shown in FIG. 2 has the following features except that the backside silicon film 40 described above is disposed between the second main surface 12 of the base wafer 10 and the backside silicon thermal oxide film 51. This is similar to the SOI wafer 100 of the first example.

[第三例]
図3は、本発明のSOIウェーハの第三例を示す概略断面図である。
[Third example]
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a third example of the SOI wafer of the present invention.

図3に示す第三例のSOIウェーハ100は、SOI層30の表面の一部にシリコン酸化膜(SOI側シリコン酸化膜)22が形成されている以外は、第一例のSOIウェーハ100と同様である。 The SOI wafer 100 of the third example shown in FIG. 3 is the same as the SOI wafer 100 of the first example except that a silicon oxide film (SOI side silicon oxide film) 22 is formed on a part of the surface of the SOI layer 30. It is.

具体的には、図3に示すように、SOI層30のベースウェーハ10との貼り合わせ面である一方の主面32に、SOI側シリコン酸化膜22が配置されている。 Specifically, as shown in FIG. 3, the SOI side silicon oxide film 22 is disposed on one main surface 32 of the SOI layer 30, which is the surface to be bonded to the base wafer 10.

また、図3に示す第三例のSOIウェーハ100では、SOI層30の一方の主面32に配置されたSOI側シリコン酸化膜22と、ベースウェーハ10の第1主面11に配置された表面シリコン酸化膜21とが貼り合されて、埋め込み酸化膜20を構成している。言い換えると、第三例のSOIウェーハ100は、埋め込み酸化膜20の一部としての表面シリコン酸化膜21と、埋め込み酸化膜20の他の一部としてのSOI側シリコン酸化膜22とを含んでいる。 In addition, in the SOI wafer 100 of the third example shown in FIG. A buried oxide film 20 is formed by bonding the silicon oxide film 21 with the silicon oxide film 21 . In other words, the SOI wafer 100 of the third example includes the surface silicon oxide film 21 as part of the buried oxide film 20 and the SOI side silicon oxide film 22 as another part of the buried oxide film 20. .

[第四例]
図4は、本発明のSOIウェーハの第四例を示す概略断面図である。
[Fourth example]
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a fourth example of the SOI wafer of the present invention.

図4に示す第四例のSOIウェーハ100は、ベースウェーハ10の第1主面11と表面シリコン酸化膜21との間にバリアシリコン層60が配置されている以外は、第二例のSOIウェーハ100と同様である。 The SOI wafer 100 of the fourth example shown in FIG. Same as 100.

<SOIウェーハの製造方法>
次に、本発明のSOIウェーハの製造方法を説明する。
<Manufacturing method of SOI wafer>
Next, a method for manufacturing an SOI wafer according to the present invention will be explained.

本発明のSOIウェーハの製造方法は、少なくとも、
ウェーハ全体にドーパントを含有し且つ第1主面及び前記第1主面と反対側の第2主面を有するシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハと、前記ベースウェーハのドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有するシリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハとを準備する工程と、
前記ベースウェーハの全面にシリコン酸化膜を熱酸化によって形成する熱酸化工程と、
前記ボンドウェーハの一方の主面と前記ベースウェーハの前記第1主面とを、前記ベースウェーハ上の前記シリコン酸化膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記ボンドウェーハを薄膜化してSOI層を形成する薄膜化工程と、
を含むSOIウェーハの製造方法であって、
前記ベースウェーハの熱酸化工程より前に、前記ベースウェーハの前記第2主面上に、前記ベースウェーハの前記ドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有する裏面シリコン膜を形成する工程を更に含み、
前記熱酸化工程において、前記裏面シリコン膜を熱酸化して、前記シリコン酸化膜の一部としての裏面シリコン熱酸化膜を得ることを特徴とする。
The SOI wafer manufacturing method of the present invention includes at least the following steps:
a base wafer consisting of a silicon single crystal wafer containing a dopant throughout the wafer and having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface; and a dopant at a lower concentration than the dopant concentration of the base wafer. a step of preparing a bond wafer consisting of a silicon single crystal wafer containing;
a thermal oxidation step of forming a silicon oxide film on the entire surface of the base wafer by thermal oxidation;
a bonding step of bonding one main surface of the bond wafer and the first main surface of the base wafer via the silicon oxide film on the base wafer;
a thinning step of thinning the bond wafer to form an SOI layer;
A method for manufacturing an SOI wafer, comprising:
Further comprising the step of forming a backside silicon film containing a dopant at a lower concentration than the dopant concentration of the base wafer on the second main surface of the base wafer before the thermal oxidation step of the base wafer,
In the thermal oxidation step, the backside silicon film is thermally oxidized to obtain a backside silicon thermal oxide film as a part of the silicon oxide film.

このような本発明のSOIウェーハの製造方法では、貼り合わせ工程において、ベースウェーハのボンドウェーハとの貼り合わせ面(第1主面)とは反対側の面である第2主面上に裏面シリコン熱酸化膜が形成されており、ベースウェーハの第1主面とボンドウェーハの一方の主面とが、シリコン酸化膜を介して貼り合されたSOIウェーハを得ることができる。そして、裏面シリコン熱酸化膜は、ベースウェーハのドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含む裏面シリコン膜を熱酸化して得られたものである。このような裏面シリコン熱酸化膜は、例えばCVD絶縁膜よりも緻密な構造を有し、この熱酸化膜を通してのドーパントの拡散を確実に防ぐことができる。このようなSOIウェーハでは、ベースウェーハの第2主面からのボンドウェーハへのオートドープを裏面シリコン熱酸化膜によってブロックできる。また、ベースウェーハの熱酸化工程において、ベースウェーハの全面にシリコン酸化膜を熱酸化によって形成するので、このシリコン酸化膜により、ベースウェーハの第1主面からボンドウェーハへの固相拡散によるオートドープや、ベースウェーハのテラス部及びエッジ部からのドーパントの外方拡散を抑制することもできる。 In the SOI wafer manufacturing method of the present invention, in the bonding step, backside silicon is deposited on the second main surface of the base wafer, which is the surface opposite to the bonding surface (first main surface) with the bond wafer. A thermal oxide film is formed, and an SOI wafer can be obtained in which the first main surface of the base wafer and one main surface of the bond wafer are bonded together with the silicon oxide film interposed therebetween. The backside silicon thermal oxide film is obtained by thermally oxidizing a backside silicon film containing a dopant at a lower concentration than that of the base wafer. Such a backside silicon thermal oxide film has a more dense structure than, for example, a CVD insulating film, and can reliably prevent dopant diffusion through this thermal oxide film. In such an SOI wafer, autodoping from the second main surface of the base wafer to the bond wafer can be blocked by the backside silicon thermal oxide film. In addition, in the thermal oxidation process of the base wafer, a silicon oxide film is formed on the entire surface of the base wafer by thermal oxidation, so this silicon oxide film causes autodoping by solid phase diffusion from the first main surface of the base wafer to the bond wafer. Furthermore, it is also possible to suppress out-diffusion of dopants from the terrace and edge portions of the base wafer.

従って、本発明のSOIウェーハの製造方法によれば、例えば貼り合わせ工程及びこの工程に続く工程において、ベースウェーハに含まれていたドーパントが、ベースウェーハの裏面である第2主面からの外方拡散によってボンドウェーハ又はSOI層中に混入したり、ベースウェーハとボンドウェーハ又はSOI層との間のシリコン酸化膜を通しての固相拡散によってボンドウェーハ又はSOI層中に混入したりすることを抑制することができる。特に、熱処理を伴う工程においても、SOI層へのドーパントの上記混入を抑制することができる。 Therefore, according to the SOI wafer manufacturing method of the present invention, for example, in the bonding process and the process subsequent to this process, the dopant contained in the base wafer is released outward from the second main surface, which is the back surface of the base wafer. To suppress mixing into the bond wafer or SOI layer by diffusion or mixing into the bond wafer or SOI layer by solid phase diffusion through the silicon oxide film between the base wafer and the bond wafer or SOI layer. Can be done. In particular, even in a process involving heat treatment, the above-mentioned mixing of dopants into the SOI layer can be suppressed.

すなわち、本発明のSOIウェーハの製造方法によれば、ベースウェーハに含まれるドーパントの混入によるSOI層の汚染を抑制しながら、SOIウェーハを製造することができる。そして、このようにオートドープを防ぐことができるので、SOI層の導電型や抵抗率が変化するのを防ぐことができる。 That is, according to the SOI wafer manufacturing method of the present invention, an SOI wafer can be manufactured while suppressing contamination of the SOI layer due to contamination with dopants contained in the base wafer. Since autodoping can be prevented in this way, changes in the conductivity type and resistivity of the SOI layer can be prevented.

さらに、本発明のSOIウェーハの製造方法で製造したSOIウェーハを用いてデバイスを製造する場合にも、ベースウェーハに含まれていたドーパントが、ベースウェーハの裏面である第2主面の裏面シリコン熱酸化膜を通しての外方拡散によってSOI層中に混入したり、SOIウェーハの埋め込み酸化膜としてのシリコン酸化膜からの固相拡散によってSOI層中に混入したりすることを抑制することができる。 Furthermore, when manufacturing a device using an SOI wafer manufactured by the SOI wafer manufacturing method of the present invention, the dopant contained in the base wafer is heated to the back surface of the second main surface, which is the back surface of the base wafer. It is possible to suppress contamination into the SOI layer due to outward diffusion through the oxide film or contamination into the SOI layer due to solid phase diffusion from the silicon oxide film as the buried oxide film of the SOI wafer.

加えて、本発明のSOIウェーハの製造方法で製造したSOIウェーハを用いてデバイスを製造する場合、ベースウェーハの第2主面を通してのドーパントの外方拡散を抑制できるので、熱処理炉の炉内部品へのドーパント汚染も十分に抑制でき、炉内部品からウェーハへの2次汚染を抑制する効果も得られる。 In addition, when manufacturing devices using the SOI wafer manufactured by the SOI wafer manufacturing method of the present invention, outward diffusion of dopants through the second main surface of the base wafer can be suppressed, so that the parts inside the heat treatment furnace can be Dopant contamination to the wafer can also be sufficiently suppressed, and secondary contamination from the parts inside the furnace to the wafer can also be suppressed.

そして、本発明のSOIウェーハの製造方法によれば、ドーパントを含有しているベースウェーハを用いることにより、反りを抑制でき、優れたゲッタリング効果を発揮することができるSOIウェーハを製造できる。 According to the SOI wafer manufacturing method of the present invention, by using a base wafer containing a dopant, it is possible to manufacture an SOI wafer that can suppress warpage and exhibit an excellent gettering effect.

以下、本発明のSOIウェーハの製造方法をより詳細に説明する。 Hereinafter, the SOI wafer manufacturing method of the present invention will be explained in more detail.

本発明のSOIウェーハの製造方法は、少なくとも、ベースウェーハ及びボンドウェーハを準備する工程と、ベースウェーハの熱酸化工程と、貼り合わせ工程と、薄膜化工程とを含み、ベースウェーハの熱酸化工程より前に、裏面シリコン膜を形成する工程を更に含む。 The SOI wafer manufacturing method of the present invention includes at least a step of preparing a base wafer and a bond wafer, a step of thermally oxidizing the base wafer, a step of bonding, and a step of thinning the base wafer. The method further includes a step of forming a backside silicon film.

本発明のSOIウェーハの製造方法は、熱酸化工程より前に、ベースウェーハの前記第1主面上に前記ベースウェーハの前記ドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有するバリアシリコン層を形成する工程を更に含むことが好ましい。この場合、熱酸化工程において、バリアシリコン層を熱酸化して、ベースウェーハの全面に形成するシリコン酸化膜の一部としてのバリアシリコン酸化膜を得て、貼り合わせ工程において、ボンドウェーハの一方の主面とベースウェーハの第1主面とを、上記シリコン酸化膜の一部であるバリアシリコン酸化膜を介して貼り合わせることが好ましい。 The SOI wafer manufacturing method of the present invention includes a step of forming a barrier silicon layer containing a dopant at a lower concentration than the dopant concentration of the base wafer on the first main surface of the base wafer before the thermal oxidation step. It is preferable to further include. In this case, in the thermal oxidation process, the barrier silicon layer is thermally oxidized to obtain a barrier silicon oxide film as part of the silicon oxide film formed on the entire surface of the base wafer, and in the bonding process, one side of the bond wafer is It is preferable that the main surface and the first main surface of the base wafer are bonded together via a barrier silicon oxide film that is part of the silicon oxide film.

本発明のSOIウェーハの製造方法は、貼り合わせ工程より前に、ボンドウェーハの全面にシリコン酸化膜を形成する工程を更に含んでもよい。 The SOI wafer manufacturing method of the present invention may further include a step of forming a silicon oxide film on the entire surface of the bond wafer before the bonding step.

本発明のSOIウェーハの製造方法は、貼り合わせ工程より前に、ボンドウェーハの内部に水素イオン及び希ガスイオンからなる群より選択される少なくとも1種類を注入してイオン注入層を形成するイオン注入工程を更に含むことができる。この場合、薄膜化工程において、イオン注入層を剥離面として前記ボンドウェーハを剥離することにより、ボンドウェーハを薄膜化して前記SOI層を得てもよい。 The method for manufacturing an SOI wafer of the present invention includes ion implantation in which at least one type selected from the group consisting of hydrogen ions and rare gas ions is implanted into the inside of the bond wafer to form an ion implantation layer before the bonding process. The method may further include a step. In this case, in the thinning process, the bond wafer may be thinned by peeling off the bond wafer using the ion implantation layer as a peeling surface to obtain the SOI layer.

本発明のSOIウェーハの製造方法は、他の工程を更に含むこともできる。 The SOI wafer manufacturing method of the present invention may further include other steps.

次に、本発明のSOIウェーハの製造方法の各工程を更に詳細に説明する。 Next, each step of the SOI wafer manufacturing method of the present invention will be explained in more detail.

(ベースウェーハ及びボンドウェーハを準備する工程)
この工程では、ウェーハ全体にドーパントを含有し且つ第1主面及び第1主面と反対側の第2主面を有するシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハと、ベースウェーハのドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有するシリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハとを準備する。
(Process of preparing base wafer and bond wafer)
In this process, a base wafer consisting of a silicon single crystal wafer containing a dopant throughout the wafer and having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, and a base wafer having a dopant concentration lower than that of the base wafer are used. A bond wafer consisting of a silicon single crystal wafer containing a dopant is prepared.

準備するベースウェーハとしては、本発明のSOIウェーハの説明において挙げたベースウェーハを挙げることができる。特に、ドーパント濃度が1×1017atoms/cm以上であるベースウェーハを用いることにより、優れたゲッタリング効果を示すことができると共に、製造するSOIウェーハの反りを更に抑制することができる。そして、先に説明した理由により、本発明のSOIウェーハの製造方法では、ベースウェーハ中のドーパント濃度が1×1017atoms/cm以上であるベースウェーハを用いても、ベースウェーハに含まれていたドーパントがボンドウェーハ又はSOI層に混入することを防ぐことができる。 Examples of the base wafer to be prepared include the base wafers mentioned in the description of the SOI wafer of the present invention. In particular, by using a base wafer having a dopant concentration of 1×10 17 atoms/cm 3 or more, it is possible to exhibit an excellent gettering effect and further suppress warpage of the manufactured SOI wafer. For the reasons explained above, in the SOI wafer manufacturing method of the present invention, even if a base wafer with a dopant concentration of 1×10 17 atoms/cm 3 or more is used, no dopant is contained in the base wafer. This can prevent dopants from entering the bond wafer or SOI layer.

ボンドウェーハは、後段に説明する薄膜化工程でSOI層となる。よって、製造するSOIウェーハのSOI層に求められる導電型及び抵抗率を有するボンドウェーハを準備するのが好ましい。具体的には、準備するボンドウェーハとしては、本発明のSOIウェーハの説明において挙げたSOI層のシリコン単結晶からなるボンドウェーハを挙げることができる。 The bond wafer becomes an SOI layer in a thinning process explained later. Therefore, it is preferable to prepare a bond wafer having the conductivity type and resistivity required for the SOI layer of the SOI wafer to be manufactured. Specifically, as the bond wafer to be prepared, the bond wafer made of silicon single crystal of the SOI layer mentioned in the description of the SOI wafer of the present invention can be mentioned.

(ボンドウェーハの全面にシリコン酸化膜を形成する工程)
任意のこの工程では、後段で説明する貼り合わせ工程の前に、準備したボンドウェーハの全面に、シリコン酸化膜を形成する。
(Process of forming a silicon oxide film on the entire surface of the bond wafer)
In this optional step, a silicon oxide film is formed on the entire surface of the prepared bond wafer before the bonding step described later.

シリコン酸化膜を形成する手段は、特に限定されないが、例えばボンドウェーハの表面を熱酸化してシリコン酸化膜を形成することができる。 The means for forming the silicon oxide film is not particularly limited, but for example, the silicon oxide film can be formed by thermally oxidizing the surface of a bond wafer.

(イオン注入工程)
任意のこの工程では、ボンドウェーハの内部に水素イオン及び希ガスイオンからなる群より選択される少なくとも1種類を注入してイオン注入層を形成する。
(Ion implantation process)
In this optional step, at least one type selected from the group consisting of hydrogen ions and rare gas ions is implanted into the bond wafer to form an ion implantation layer.

イオンを注入する具体的な手段は、特に限定されず、公知の方法で行うことができる。 The specific means for implanting ions is not particularly limited, and any known method can be used.

(裏面シリコン膜を形成する工程)
この工程では、ベースウェーハの第2主面(ボンドウェーハの貼り合わせ面(第1主面)に対する裏面)上に裏面シリコン膜を形成する。
(Step of forming backside silicon film)
In this step, a back silicon film is formed on the second main surface of the base wafer (the back surface with respect to the bonding surface (first main surface) of the bond wafer).

裏面シリコン膜として、例えば、ポリシリコン、アモルファスシリコン、及び単結晶シリコンからなる群より選択される少なくとも1種を含む膜を形成することができる。先にも述べたように、これらの中では、ベースウェーハの熱酸化膜形成などの熱処理中のゲッタリング効果を考慮すると、ポリシリコンが好適である。ポリシリコンを含む裏面シリコン膜は、ポリバックシールと呼ぶこともできる。 As the backside silicon film, for example, a film containing at least one selected from the group consisting of polysilicon, amorphous silicon, and single crystal silicon can be formed. As mentioned above, among these, polysilicon is preferable in consideration of the gettering effect during heat treatment such as thermal oxide film formation on the base wafer. The back silicon film containing polysilicon can also be called a poly back seal.

裏面シリコン膜は、ドーパントを含有する。裏面シリコン膜のドーパントは、ベースウェーハが含有するドーパントと同種であっても良いし、異なっていても良い。裏面シリコン膜におけるドーパントの濃度は、ベースウェーハのドーパント濃度よりも低ければ特に限定されないが、例えば1×1013atoms/cm以上1×1016atoms/cm以下とすることができる。 The backside silicon film contains a dopant. The dopant in the backside silicon film may be the same type of dopant as the dopant contained in the base wafer, or may be different from the dopant contained in the base wafer. The dopant concentration in the backside silicon film is not particularly limited as long as it is lower than the dopant concentration in the base wafer, but can be set to, for example, 1×10 13 atoms/cm 3 or more and 1×10 16 atoms/cm 3 or less.

裏面シリコン膜は、例えば、CVD炉内にあるサセプタにベースウエーハをその第1主面が下になるように載置し、その反対側の面である第2主面に、ドーパントを含む、ポリシリコン又はアモルファスシリコンの膜をCVD法(Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長法)によって堆積して、形成することができる。また、エピタキシャル法により、ドーパントを含む単結晶シリコンの膜を、裏面シリコン膜として形成することもできる。 The backside silicon film is formed by, for example, placing the base wafer on a susceptor in a CVD furnace with its first main surface facing down, and then depositing a dopant-containing polyester on the second main surface, which is the opposite surface. It can be formed by depositing a silicon or amorphous silicon film by CVD (Chemical Vapor Deposition). Furthermore, a single crystal silicon film containing a dopant can also be formed as a backside silicon film by an epitaxial method.

(バリアシリコン層を形成する工程)
任意のこの工程では、ベースウェーハの第1主面上にベースウェーハのドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有するバリアシリコン層を形成する。
(Step of forming barrier silicon layer)
This optional step forms a barrier silicon layer containing a dopant at a lower concentration than the dopant concentration of the base wafer on the first major surface of the base wafer.

この任意の工程で形成したバリアシリコン層は、後の熱酸化工程で、ベースウェーハの全面に形成するシリコン酸化膜の一部としての、バリアシリコン酸化膜とすることができる。このようなバリアシリコン酸化膜は、更なるドーパント拡散防止層として働くことができるので、ベースウェーハの第1主面からボンドウェーハへの固相拡散によるオートドープを更に確実に抑制することができる。 The barrier silicon layer formed in this arbitrary step can be made into a barrier silicon oxide film as part of the silicon oxide film to be formed over the entire surface of the base wafer in a later thermal oxidation step. Since such a barrier silicon oxide film can act as an additional dopant diffusion prevention layer, autodoping due to solid phase diffusion from the first main surface of the base wafer to the bond wafer can be suppressed more reliably.

バリアシリコン層は、例えば、エピタキシャル成長によりベースウェーハの第1主面上に形成することができる。 The barrier silicon layer can be formed on the first main surface of the base wafer by, for example, epitaxial growth.

バリアシリコン層として、ドーパントの濃度が1×1016atoms/cm以下のものを形成することが好ましい。 It is preferable to form the barrier silicon layer with a dopant concentration of 1×10 16 atoms/cm 3 or less.

このようなバリアシリコン層を形成することにより、ベースウェーハからの第1主面に配置されたシリコン酸化膜を通しての固相拡散によるSOI層中へのドーパントの混入をより確実に抑制することができる。 By forming such a barrier silicon layer, it is possible to more reliably suppress the incorporation of dopant into the SOI layer due to solid phase diffusion from the base wafer through the silicon oxide film disposed on the first main surface. .

バリアシリコン層のドーパント濃度は、いわゆるノンドープとして、不可避的に混入するもの程度とすることができる。バリアシリコン層に含有させるドーパントは、ベースウェーハのドーパントと同種でもよいし、又は異なっていても良い。 The dopant concentration of the barrier silicon layer can be so-called non-doped, and can be set to a level that is unavoidably mixed. The dopant contained in the barrier silicon layer may be the same type as the dopant in the base wafer, or may be different from the dopant in the base wafer.

バリアシリコン層の膜厚は、特に限定されないが、例えば本発明のSOIウェーハの製造方法によって得られるSOIウェーハのSOI層とベースウェーハとの間のシリコン酸化膜(埋め込み酸化膜)の総厚の半分以上とすることができる。このような膜厚を有するバリアシリコン層を形成し、これを後段で説明する熱酸化工程によりバリアシリコン酸化膜とすることで、ベースウェーハの第1主面からボンドウェーハ又はボンドウェーハを薄膜化して得られるSOI層へのドーパントの固相拡散による混入をより十分に抑制できる。バリアシリコン酸化膜の膜厚は、400nm以上であることが好ましく、500nm以上であることがより好ましく、600nm以上であることが更に好ましい。バリアシリコン酸化膜の膜厚は、例えば1000nm以下とすることができる。 The thickness of the barrier silicon layer is not particularly limited, but is, for example, half the total thickness of the silicon oxide film (buried oxide film) between the SOI layer and the base wafer of the SOI wafer obtained by the SOI wafer manufacturing method of the present invention. It can be more than that. By forming a barrier silicon layer having such a thickness and using it as a barrier silicon oxide film through a thermal oxidation process described later, the bond wafer or bond wafer can be thinned from the first main surface of the base wafer. Incorporation of dopant into the resulting SOI layer by solid phase diffusion can be more fully suppressed. The thickness of the barrier silicon oxide film is preferably 400 nm or more, more preferably 500 nm or more, and even more preferably 600 nm or more. The thickness of the barrier silicon oxide film can be, for example, 1000 nm or less.

なお、バリアシリコン層の厚さを厚くすることで、ベースウェーハからのドーパントの拡散を抑制しやすくなるが、SOIウェーハの埋め込み酸化膜(BOX層)の厚さに対して、ドーパント濃度が低い層が厚すぎると、BOX層直下に、ドーパント濃度が低い層が出来てしまう。このようなSOIウェーハが製造されるのが望まれない場合、これを防止する方法として、一つに、バリアシリコン層の厚さを薄くすることが望ましく、例えば、製造するSOIウェーハの埋め込み酸化膜の厚さの半分程度の厚さにすることが望ましい。ここでは、Si/SiO=0.45の酸化比率(Si層全体を熱酸化によりSiO層に変化させた場合のSi層とSiO層の膜厚の比率)から半分程度とした。 Note that increasing the thickness of the barrier silicon layer makes it easier to suppress dopant diffusion from the base wafer, but a layer with a low dopant concentration compared to the thickness of the buried oxide film (BOX layer) of the SOI wafer If it is too thick, a layer with low dopant concentration will be formed directly under the BOX layer. If it is not desirable to manufacture such an SOI wafer, one way to prevent this is to reduce the thickness of the barrier silicon layer, for example, by reducing the thickness of the buried oxide film of the SOI wafer to be manufactured. It is desirable that the thickness be about half of the thickness of . Here, the oxidation ratio of Si/SiO 2 =0.45 (the ratio of the film thicknesses of the Si layer and the SiO 2 layer when the entire Si layer is changed to the SiO 2 layer by thermal oxidation) was set to about half.

本発明のSOIウェーハの製造方法によれば、ベースウェーハの第1主面が、SOI層を担持していない部分、すなわちテラス部を含むSOIウェーハを製造することができる。この場合、バリアシリコン層を形成する任意の工程において、ベースウェーハの第1主面のうちテラス部となる部分にも、バリアシリコン層を形成しても良い。後段で説明する熱酸化工程によりバリアシリコン層をバリアシリコン酸化膜とすることにより、バリアシリコン層のうちテラス部上に形成された部分もバリアシリコン酸化膜の一部となる。バリアシリコン酸化膜のこの一部は、SOIウェーハのテラス部からのドーパントの外方拡散を更に抑制することができる。 According to the SOI wafer manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture an SOI wafer in which the first main surface of the base wafer includes a portion that does not support an SOI layer, that is, a terrace portion. In this case, in any step of forming the barrier silicon layer, the barrier silicon layer may also be formed on the portion of the first main surface of the base wafer that will become the terrace portion. By converting the barrier silicon layer into a barrier silicon oxide film through a thermal oxidation process to be described later, the portion of the barrier silicon layer formed on the terrace portion also becomes part of the barrier silicon oxide film. This portion of the barrier silicon oxide film can further suppress out-diffusion of dopants from the terraces of the SOI wafer.

そのため、この場合、ベースウェーハの外周部にSOI層が形成されていない部分、すなわちテラス部があっても、バリアシリコン酸化膜により、このテラス部を通してのSOI層へのドーパントの混入を更に防ぐことができる。 Therefore, in this case, even if there is a portion on the outer periphery of the base wafer where the SOI layer is not formed, that is, a terrace portion, the barrier silicon oxide film further prevents dopants from entering the SOI layer through this terrace portion. Can be done.

尚、ベースウェーハの熱酸化工程より前に行う裏面シリコン膜を形成する工程と、任意のバリアシリコン層を形成する工程との工程順は、特に限定されない。また、貼り合わせ不良を低減するために、裏面シリコン膜とバリアシリコン層との両者を形成したベースウェーハの貼り合わせ側の表面(すなわちバリアシリコン層)を、熱酸化工程の前に、再研磨することもできる。 Note that the order of the step of forming a backside silicon film and the step of forming an arbitrary barrier silicon layer, which is performed before the thermal oxidation step of the base wafer, is not particularly limited. In addition, in order to reduce bonding defects, the surface of the bonding side of the base wafer on which both the backside silicon film and the barrier silicon layer have been formed (i.e., the barrier silicon layer) is repolished before the thermal oxidation process. You can also do that.

(熱酸化工程)
この工程では、ベースウェーハの全面にシリコン酸化膜を熱酸化によって形成する。また、この工程では、ベースウェーハの第2主面上に形成した裏面シリコン膜を熱酸化して、ベースウェーハの全面に形成するシリコン酸化膜の一部としての裏面シリコン熱酸化膜を得る。
(Thermal oxidation process)
In this step, a silicon oxide film is formed on the entire surface of the base wafer by thermal oxidation. Further, in this step, the backside silicon film formed on the second main surface of the base wafer is thermally oxidized to obtain a backside silicon thermal oxide film as a part of the silicon oxide film to be formed on the entire surface of the base wafer.

この工程では、裏面シリコン膜の一部が未酸化の状態で残るように熱酸化を行ってもよい。 In this step, thermal oxidation may be performed so that a portion of the backside silicon film remains unoxidized.

また、ベースウェーハの第1主面上にバリアシリコン層を形成しない場合、この工程において、ベースウェーハの第1主面(ボンドウェーハとの貼り合わせ面)も熱酸化され、先に説明した表面シリコン酸化膜となる。この工程ののち、ベースウェーハのうち、表面シリコン酸化膜に接した面が、新たな第1主面となる。 In addition, when a barrier silicon layer is not formed on the first main surface of the base wafer, the first main surface of the base wafer (the surface to be bonded to the bond wafer) is also thermally oxidized in this step, and the surface silicon layer described above is It becomes an oxide film. After this step, the surface of the base wafer that is in contact with the surface silicon oxide film becomes a new first main surface.

また、ベースウェーハの第1主面上にバリアシリコン層を形成した場合、この工程で、バリアシリコン層の少なくとも一部を熱酸化して、ベースウェーハの全面に形成するシリコン酸化膜の一部としてのバリアシリコン酸化膜を得ることができる。 In addition, when a barrier silicon layer is formed on the first main surface of the base wafer, in this step, at least a portion of the barrier silicon layer is thermally oxidized to form a part of the silicon oxide film formed on the entire surface of the base wafer. A barrier silicon oxide film can be obtained.

そして、この工程では、バリアシリコン層の一部が未酸化の状態で残るように熱酸化を行なってもよい。 In this step, thermal oxidation may be performed so that a portion of the barrier silicon layer remains unoxidized.

熱酸化工程において、バリアシリコン層を完全に酸化せずに未酸化の残厚が残るように熱酸化を行なって埋め込み酸化膜(BOX層)の少なくとも一部となるシリコン酸化膜を形成すると、シリコン酸化膜直下に、ドーパント濃度が低い、バリアシリコン層の未酸化の状態の一部の層ができる。その場合、熱酸化工程の後にドーパント拡散熱処理(アニール)を追加することで、シリコン酸化膜直下のドーパント濃度を補うことが出来る。この拡散熱処理は、結合熱処理、もしくは、熱処理時間の延長などで補うことが出来る。 In the thermal oxidation process, thermal oxidation is performed so that the barrier silicon layer is not completely oxidized and a residual unoxidized thickness remains to form a silicon oxide film that will become at least a part of the buried oxide film (BOX layer). Directly below the oxide film, a portion of the barrier silicon layer in an unoxidized state with a low dopant concentration is formed. In that case, by adding a dopant diffusion heat treatment (annealing) after the thermal oxidation step, it is possible to compensate for the dopant concentration directly under the silicon oxide film. This diffusion heat treatment can be supplemented with a bonding heat treatment or an extension of the heat treatment time.

或いは、バリアシリコン層の全てを熱酸化してバリアシリコン酸化膜とし、ベースウェーハのうちバリアシリコン層の直下にある部分を更に熱酸化しても良い。 Alternatively, the entire barrier silicon layer may be thermally oxidized to form a barrier silicon oxide film, and the portion of the base wafer directly below the barrier silicon layer may be further thermally oxidized.

熱酸化の程度は、例えば、熱酸化温度及び時間によって調整できる。 The degree of thermal oxidation can be adjusted by, for example, the thermal oxidation temperature and time.

この熱酸化により得られたシリコン酸化膜のうち、バリアシリコン酸化膜は、バリアシリコン層の少なくとも一部が熱酸化したものであり、裏面シリコン熱酸化膜は、裏面シリコン膜が熱酸化したものである。 Among the silicon oxide films obtained by this thermal oxidation, the barrier silicon oxide film is obtained by thermally oxidizing at least a portion of the barrier silicon layer, and the back silicon thermal oxide film is obtained by thermally oxidizing the back silicon film. be.

また、本発明のSOIウェーハの製造方法でテラス部を含むSOIウェーハを製造し、これを用いてデバイスを製造する場合、この熱酸化工程においてベースウェーハの全面に形成したシリコン酸化膜は、ベースウェーハの第2主面を通してのドーパントの外方拡散だけでなく、SOIウェーハのテラス部のシリコン酸化膜を通してのドーパントの外方拡散も抑制できる。よって、本発明のSOIウェーハの製造方法によれば、熱処理炉の炉内部品へのドーパント汚染も十分に抑制でき、炉内部品からウェーハへの2次汚染を抑制する効果も得られる。 In addition, when an SOI wafer including a terrace portion is manufactured using the SOI wafer manufacturing method of the present invention and a device is manufactured using this, the silicon oxide film formed on the entire surface of the base wafer in this thermal oxidation step is It is possible to suppress not only the out-diffusion of the dopant through the second main surface of the SOI wafer, but also the out-diffusion of the dopant through the silicon oxide film on the terrace portion of the SOI wafer. Therefore, according to the SOI wafer manufacturing method of the present invention, it is possible to sufficiently suppress dopant contamination to the internal parts of the heat treatment furnace, and it is also possible to obtain the effect of suppressing secondary contamination from the furnace internal parts to the wafer.

(貼り合わせ工程)
この工程では、ボンドウェーハの一方の主面とベースウェーハの第1主面とを、ベースウェーハ上のシリコン酸化膜を介して貼り合わせる。
(Lamination process)
In this step, one main surface of the bond wafer and the first main surface of the base wafer are bonded together via the silicon oxide film on the base wafer.

この貼り合わせ工程の前にボンドウェーハの全面にシリコン酸化膜を形成した場合、貼り合わせ工程において、ベースウェーハとボンドウェーハとを、ベースウェーハの第1主面に配置されたシリコン酸化膜及びボンドウェーハに配置されたシリコン酸化膜を介して貼り合せることができる。このようにして貼り合わせ工程を行うことにより、ベースウェーハの第1主面からのボンドウェーハ又はSOI層中へのドーパントの混入をより確実に抑制することができる。 If a silicon oxide film is formed on the entire surface of the bond wafer before this bonding process, in the bonding process, the base wafer and the bond wafer are They can be bonded together via a silicon oxide film placed on the surface. By performing the bonding step in this manner, it is possible to more reliably suppress the dopant from entering the bond wafer or the SOI layer from the first main surface of the base wafer.

或いは、この貼り合わせ工程において、ボンドウェーハの一方の主面のシリコン単結晶表面とベースウェーハの表面シリコン酸化膜の表面とを直接貼り合わせてもよい。 Alternatively, in this bonding step, the silicon single crystal surface of one main surface of the bond wafer and the surface of the surface silicon oxide film of the base wafer may be directly bonded.

ボンドウェーハにシリコン酸化膜を形成しない場合であっても、ベースウェーハからの第1主面に配置されたシリコン酸化膜を通しての固相拡散によるSOI層中へのドーパントの混入を十分に抑制することができる。この態様は、酸化膜同士の貼り合わせが適用できない場合(例えば貼り合わせ工程において高温の熱処理ができない場合)に特に有効である。 Even when a silicon oxide film is not formed on a bond wafer, the incorporation of dopants into an SOI layer by solid phase diffusion from a base wafer through a silicon oxide film disposed on a first principal surface is sufficiently suppressed. I can do it. This aspect is particularly effective when bonding oxide films cannot be applied (for example, when high temperature heat treatment cannot be performed in the bonding process).

特に、バリアシリコン酸化膜を形成する場合、この貼り合わせ工程において、ボンドウェーハの一方の主面のシリコン単結晶表面とベースウェーハのバリアシリコン酸化膜の表面とを直接貼り合わせることにより、ベースウェーハからの第1主面に配置されたシリコン酸化膜を通しての固相拡散によるSOI層中へのドーパントの混入を十分に抑制することができる。 In particular, when forming a barrier silicon oxide film, in this bonding process, by directly bonding the silicon single crystal surface on one main surface of the bond wafer and the surface of the barrier silicon oxide film on the base wafer, The incorporation of dopant into the SOI layer due to solid phase diffusion through the silicon oxide film disposed on the first main surface of the SOI layer can be sufficiently suppressed.

(薄膜化工程)
この工程では、ボンドウェーハを薄膜化してSOI層を形成する。
(Thinning process)
In this step, the bond wafer is thinned to form an SOI layer.

薄膜化の手段は、特に限定されず、研削、研磨あるいはエッチング等によってもよいが、イオン注入剥離法による薄膜化を行うことが好ましい。イオン注入剥離方法を行う場合、予め先に説明したイオン注入工程を行なってボンドウェーハにイオン注入層を形成しておく。そして、このイオン注入層を剥離面としてボンドウェーハを剥離することにより、ボンドウェーハを薄膜化してSOI層を得ることができる。 The method for thinning the film is not particularly limited, and may be grinding, polishing, etching, etc., but it is preferable to thin the film by ion implantation and peeling. When performing the ion implantation stripping method, the ion implantation process described above is performed in advance to form an ion implantation layer on the bond wafer. Then, by peeling off the bond wafer using this ion-implanted layer as a peeling surface, the bond wafer can be made into a thin film and an SOI layer can be obtained.

このようなイオン注入剥離法を行なえば、優れた膜厚均一性を有する薄膜化したSOI層を得ることができる。 By performing such an ion implantation peeling method, a thin SOI layer having excellent film thickness uniformity can be obtained.

薄膜化工程に次いで、犠牲酸化処理工程、平坦化熱処理工程、研磨工程、鏡面処理工程及び洗浄工程などを行なっても良い。 Following the film thinning process, a sacrificial oxidation process, a flattening heat treatment process, a polishing process, a mirror polishing process, a cleaning process, etc. may be performed.

本発明のSOIウェーハの製造方法では、薄膜化工程、又はその後の任意の工程を経て、SOIウェーハを得ることができる。そして、本発明のSOIウェーハの製造方法によれば、例えば、先に説明した本発明のSOIウェーハを製造できる。 In the SOI wafer manufacturing method of the present invention, an SOI wafer can be obtained through a thinning process or any subsequent process. According to the SOI wafer manufacturing method of the present invention, for example, the SOI wafer of the present invention described above can be manufactured.

次に、本発明のSOIウェーハの製造方法の幾つかの具体例を、図5~図7を参照しながら説明する。ただし、本発明のSOIウェーハの製造方法は、以下に説明する例に限定されるものではない。 Next, some specific examples of the SOI wafer manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 7. However, the SOI wafer manufacturing method of the present invention is not limited to the example described below.

[第一例]
図5は、本発明のSOIウェーハの製造方法の第一例を示す概略フロー図である。この例の製造方法によれば、例えば、図1を参照しながら説明した第一例のSOIウェーハであって、表面シリコン酸化膜21がバリアシリコン酸化膜を含まないSOIウェーハを製造することができる。
[First example]
FIG. 5 is a schematic flow diagram showing a first example of the SOI wafer manufacturing method of the present invention. According to the manufacturing method of this example, it is possible to manufacture, for example, the SOI wafer of the first example described with reference to FIG. 1, in which the surface silicon oxide film 21 does not include a barrier silicon oxide film. .

まず、工程(a)において、ベースウェーハ10とボンドウェーハ31とを準備する。ベースウェーハ10は、図5において上方を向いた第1主面11、第1主面11とは反対側の第2主面12、及び第1主面11と第2主面12とをつなぐ側面(エッジ部)13とを有する。ボンドウェーハ31は、のちにベースウェーハ10の第1主面11と貼り合せる一方の主面32を有する。ベースウェーハ10とボンドウェーハ31とは、共にドーパントを含むが、その濃度はベースウェーハ10の方が高い。 First, in step (a), a base wafer 10 and a bond wafer 31 are prepared. The base wafer 10 has a first main surface 11 facing upward in FIG. 5, a second main surface 12 opposite to the first main surface 11, and a side surface connecting the first main surface 11 and the second main surface 12. (edge portion) 13. The bond wafer 31 has one main surface 32 that will be bonded to the first main surface 11 of the base wafer 10 later. Both the base wafer 10 and the bond wafer 31 contain dopants, but the concentration of dopants is higher in the base wafer 10.

次に、工程(b)において、工程(a)で準備したベースウェーハ10の第2主面12上に裏面シリコン膜40を形成する。裏面シリコン膜40は、ベースウェーハ10のドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含む。 Next, in step (b), a back silicon film 40 is formed on the second main surface 12 of the base wafer 10 prepared in step (a). The backside silicon film 40 contains a dopant at a lower concentration than the dopant concentration of the base wafer 10 .

次に、工程(c)において、ベースウェーハ10を熱酸化に供して、シリコン酸化膜50を得る。この例では、この熱酸化工程(c)において、裏面シリコン膜40の全てを裏面シリコン熱酸化膜51としている。また、ベースウェーハ10の第1主面11を含んでいた部分も表面シリコン酸化膜21となり、ベースウェーハ10では、この表面シリコン酸化膜21に接する新たな第1主面11が生じている。そして、ベースウェーハ10の側面13上に、側面シリコン酸化膜52が形成される。表面シリコン酸化膜21、裏面シリコン熱酸化膜51及び側面シリコン酸化膜52が、ベースウェーハ10の全面を被覆するシリコン酸化膜50を形成している。 Next, in step (c), the base wafer 10 is subjected to thermal oxidation to obtain a silicon oxide film 50. In this example, in this thermal oxidation step (c), the entire back silicon film 40 is turned into a back silicon thermal oxide film 51. Furthermore, the portion of the base wafer 10 that included the first main surface 11 also becomes the surface silicon oxide film 21, and a new first main surface 11 is formed in the base wafer 10 in contact with this surface silicon oxide film 21. Then, a side silicon oxide film 52 is formed on the side surface 13 of the base wafer 10. The front silicon oxide film 21, the back silicon thermal oxide film 51, and the side silicon oxide film 52 form a silicon oxide film 50 that covers the entire surface of the base wafer 10.

次に、工程(d)において、工程(a)で準備したボンドウェーハ31の一方の主面32と、工程(c)での熱酸化に供されたベースウェーハ10の第1主面11とを、シリコン酸化膜50、具体的には表面シリコン酸化膜21を介して貼り合せる。 Next, in step (d), one main surface 32 of the bond wafer 31 prepared in step (a) and the first main surface 11 of the base wafer 10 subjected to thermal oxidation in step (c) are separated. , and are bonded via the silicon oxide film 50, specifically, the surface silicon oxide film 21.

次に、工程(e)において、ボンドウェーハ31を薄膜化して、SOI層30を得る。 Next, in step (e), the bond wafer 31 is thinned to obtain the SOI layer 30.

貼り合わせ工程(d)の前に、ボンドウェーハ31の内部に水素イオン及び希ガスイオンからなる群より選択される少なくとも1種を注入してイオン注入層を形成するイオン注入工程を行なえば、薄膜化工程(e)をイオン注入剥離法により行うこともできる。 Before the bonding step (d), an ion implantation step is performed in which at least one type selected from the group consisting of hydrogen ions and rare gas ions is implanted into the bond wafer 31 to form an ion implantation layer. The converting step (e) can also be performed by an ion implantation stripping method.

薄膜化工程(e)を行うことにより、図1に示した第一例のSOIウェーハ100を得ることができる。 By performing the film thinning step (e), the SOI wafer 100 of the first example shown in FIG. 1 can be obtained.

なお、熱酸化工程(c)における熱酸化の程度を弱めれば、図2に示した第二例のSOIウェーハ100を得ることもできる。 Note that if the degree of thermal oxidation in the thermal oxidation step (c) is weakened, the SOI wafer 100 of the second example shown in FIG. 2 can also be obtained.

[第二例]
図6は、本発明のSOIウェーハの製造方法の第二例を示す概略フロー図である。この例の製造方法によれば、例えば図1を参照しながら説明した第一例のSOIウェーハであって、表面シリコン酸化膜21がバリアシリコン酸化膜からなるSOIウェーハを製造することができる。
[Second example]
FIG. 6 is a schematic flow diagram showing a second example of the SOI wafer manufacturing method of the present invention. According to the manufacturing method of this example, it is possible to manufacture, for example, an SOI wafer of the first example described with reference to FIG. 1, in which the surface silicon oxide film 21 is a barrier silicon oxide film.

第二例の製造方法は、工程(b)で裏面シリコン膜を形成した後、熱酸化工程(c)の前に、ベースウェーハ10の第1主面11上にバリアシリコン層60を形成する工程(f)を行なう点で、第一例の製造方法と異なる。 The manufacturing method of the second example is a step of forming a barrier silicon layer 60 on the first main surface 11 of the base wafer 10 after forming the backside silicon film in step (b) and before the thermal oxidation step (c). This is different from the manufacturing method of the first example in that (f) is performed.

工程(f)では、ベースウェーハ10のドーパント濃度よりも低濃度であるバリアシリコン層60を形成する。 In step (f), a barrier silicon layer 60 having a lower dopant concentration than the base wafer 10 is formed.

この例の製造方法では、熱酸化工程(c)により、バリアシリコン酸化膜からなる表面シリコン酸化膜21が形成される。 In the manufacturing method of this example, a surface silicon oxide film 21 made of a barrier silicon oxide film is formed by the thermal oxidation step (c).

なお、熱酸化工程(c)における熱酸化の程度を弱めれば、図4に示した第四例のSOIウェーハ100を得ることもできる。 Note that if the degree of thermal oxidation in the thermal oxidation step (c) is weakened, the SOI wafer 100 of the fourth example shown in FIG. 4 can also be obtained.

[第三例]
図7は、本発明のSOIウェーハの製造方法の第三例を示す概略フロー図である。この例の製造方法によれば、例えば、図3を参照しながら説明した第三例のSOIウェーハを製造することができる。
[Third example]
FIG. 7 is a schematic flow diagram showing a third example of the SOI wafer manufacturing method of the present invention. According to the manufacturing method of this example, for example, the SOI wafer of the third example described with reference to FIG. 3 can be manufactured.

第三例の製造方法は、工程(a)で準備したボンドウェーハ31の、ベースウェーハ10と貼り合せる側の一方の主面32、それとは反対側の主面(裏面)36及びこれらをつなぐ側面(エッジ部)33を含む全面に、シリコン酸化膜34を形成する工程(g)を含む点で、第一例の製造方法と異なる。 In the manufacturing method of the third example, one main surface 32 of the bond wafer 31 prepared in step (a) on the side to be bonded to the base wafer 10, the main surface (back surface) 36 on the opposite side, and a side surface connecting these. This manufacturing method differs from the first example in that it includes a step (g) of forming a silicon oxide film 34 on the entire surface including the edge portion 33.

工程(g)で形成するシリコン酸化膜34は、ボンドウェーハ31の一方の主面32に形成されたSOI側シリコン酸化膜22と、主面36に形成された裏面シリコン酸化膜37と、側面33に形成された側面シリコン酸化膜35とを含む。 The silicon oxide film 34 formed in step (g) includes the SOI side silicon oxide film 22 formed on one main surface 32 of the bond wafer 31, the back silicon oxide film 37 formed on the main surface 36, and the side surface 33. and a side silicon oxide film 35 formed on the surface.

また、第三例の製造方法では、貼り合わせ工程(d)において、ベースウェーハ10とボンドウェーハ31とを、表面シリコン酸化膜21及びSOI側シリコン酸化膜22とを介して貼り合せる。 Further, in the manufacturing method of the third example, in the bonding step (d), the base wafer 10 and the bond wafer 31 are bonded via the front silicon oxide film 21 and the SOI side silicon oxide film 22.

そして、第三例の製造方法では、薄膜化工程(e)において、ボンドウェーハ31のうち裏面シリコン酸化膜37が形成された部分を含む部分を剥離して、SOI層30を得る。このような薄膜化工程(e)を行うことにより、図3に示した第三例のSOIウェーハ100を得ることができる。 In the manufacturing method of the third example, in the thinning step (e), a portion of the bond wafer 31 including the portion where the backside silicon oxide film 37 is formed is peeled off to obtain the SOI layer 30. By performing such a thinning step (e), it is possible to obtain the SOI wafer 100 of the third example shown in FIG. 3.

[測定方法]
ベースウェーハ、ボンドウェーハ、裏面シリコン膜、裏面シリコン熱酸化膜、バリアシリコン層、バリアシリコン酸化膜などにおけるドーパント濃度は、例えば、2次イオン質量分析装置(SIMS)を用いて測定することができる。
[Measuring method]
The dopant concentration in the base wafer, bond wafer, back silicon film, back silicon thermal oxide film, barrier silicon layer, barrier silicon oxide film, etc. can be measured using, for example, a secondary ion mass spectrometer (SIMS).

SOIウェーハが含む各構成部材の厚さ、並びにSOIウェーハの製造方法で準備する各ウェーハ及び形成する各層の厚さは、例えば、断面SEM、光反射法、エリプソメトリ等で確認することができる。 The thickness of each component included in the SOI wafer, as well as the thickness of each wafer prepared in the SOI wafer manufacturing method and the thickness of each layer formed, can be confirmed by, for example, cross-sectional SEM, light reflection method, ellipsometry, etc.

以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically explained using Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.

(実施例1)
実施例1では、図6に概略的に示すフローと同様のフローで、SOIウェーハ100の製造を行なった。
(Example 1)
In Example 1, the SOI wafer 100 was manufactured in a flow similar to the flow schematically shown in FIG.

<工程(a)>
まず、ボンドウェーハ31として、直径300mm、ボロンドープ(ドーパント濃度1×1015atoms/cm)のp型シリコン単結晶ウェーハ(抵抗率10Ωcm)を準備した。また、ベースウェーハ10として、直径300mm、ボロンドープ(ドーパント濃度1×1017atoms/cm)のp型シリコン単結晶ウェーハ(抵抗率0.1Ωcm)を準備した。
<Step (a)>
First, as the bond wafer 31, a p-type silicon single crystal wafer (resistivity: 10 Ωcm) having a diameter of 300 mm and doped with boron (dopant concentration 1×10 15 atoms/cm 3 ) was prepared. Further, as the base wafer 10, a p-type silicon single crystal wafer (resistivity: 0.1 Ωcm) having a diameter of 300 mm and doped with boron (dopant concentration 1×10 17 atoms/cm 3 ) was prepared.

また、準備したボンドウェーハ31の内部に、貼り合わせ面である一方の主面32側から、下記表1の条件で水素イオンを注入し、イオン注入層を形成した。 Furthermore, hydrogen ions were implanted into the prepared bond wafer 31 from the one main surface 32 side, which is the bonding surface, under the conditions shown in Table 1 below to form an ion-implanted layer.

<工程(b)>
次に、ベースウェーハ10を、貼り合わせ面である第1主面11を下にして、CVD炉のサセプタに載置し、第2主面12上に裏面シリコン膜40として、ボロンドープのポリシリコン膜をCVD法により形成した。形成したポリシリコン膜の厚さは、500nmとした。形成したポリシリコン膜のドーパント濃度は、1×1015atoms/cmとした。
<Step (b)>
Next, the base wafer 10 is placed on a susceptor of a CVD furnace with the first main surface 11 facing down, and a boron-doped polysilicon film is formed on the second main surface 12 as the back silicon film 40. was formed by CVD method. The thickness of the formed polysilicon film was 500 nm. The dopant concentration of the formed polysilicon film was 1×10 15 atoms/cm 3 .

<工程(f)>
次に、ベースウェーハ10の貼り合わせ面である第1主面11上に、バリアシリコン層60をエピタキシャル成長させた。バリアシリコン層は、導電型がp型であり、厚さが400nmであり、抵抗率が10Ωcmであり、ドーパント濃度が1×1015atoms/cmであった。
<Step (f)>
Next, a barrier silicon layer 60 was epitaxially grown on the first main surface 11, which is the bonding surface of the base wafer 10. The barrier silicon layer had a p-type conductivity, a thickness of 400 nm, a resistivity of 10 Ωcm, and a dopant concentration of 1×10 15 atoms/cm 3 .

<工程(c)>
次に、ベースウェーハ10の全面を熱酸化して、ベースウェーハ10の全面を被覆するシリコン酸化膜50を形成した。
<Step (c)>
Next, the entire surface of the base wafer 10 was thermally oxidized to form a silicon oxide film 50 covering the entire surface of the base wafer 10.

熱酸化は、シリコン酸化膜50の膜厚が1000nmとなるように行なった。そのため、この熱酸化工程(c)により、裏面シリコン膜40の全てが酸化されて、裏面シリコン熱酸化膜51となった。また、バリアシリコン層60の全ても酸化されて、バリアシリコン酸化膜21となった。 The thermal oxidation was performed so that the thickness of the silicon oxide film 50 was 1000 nm. Therefore, in this thermal oxidation step (c), the entire backside silicon film 40 was oxidized to become a backside silicon thermal oxide film 51. Further, the entire barrier silicon layer 60 was also oxidized to become a barrier silicon oxide film 21.

<工程(d)>
次に、工程(c)の熱酸化に供したベースウェーハ10と、イオン注入層を形成したボンドウェーハ31とを、バリアシリコン酸化膜21とボンドウェーハ31の一方の主面32とが接するように貼り合わせた。
<Step (d)>
Next, the base wafer 10 subjected to thermal oxidation in step (c) and the bond wafer 31 on which the ion-implanted layer has been formed are placed so that the barrier silicon oxide film 21 and one main surface 32 of the bond wafer 31 are in contact with each other. Pasted together.

<工程(e)>
この貼り合わせたウェーハに対して30分間、500℃のアルゴン雰囲気下で剥離熱処理を施し、イオン注入層を剥離面としてボンドウェーハ31を剥離することにより、ボンドウェーハ31を薄膜化してSOI層30を得た。
<Step (e)>
This bonded wafer is subjected to a peeling heat treatment for 30 minutes in an argon atmosphere at 500°C, and the bond wafer 31 is peeled off using the ion-implanted layer as a peeling surface, thereby thinning the bond wafer 31 and forming the SOI layer 30. Obtained.

続いて、SOI層30のダメージ除去のために下記表1に示した条件で犠牲酸化処理を施した。この犠牲酸化処理は、ウェーハ同士の結合を強固にするための結合熱処理を兼ねている。そして、下記表1に示す条件で平坦化熱処理を施し、SOIウェーハ100を製造した。 Subsequently, in order to remove damage to the SOI layer 30, sacrificial oxidation treatment was performed under the conditions shown in Table 1 below. This sacrificial oxidation treatment also serves as bonding heat treatment to strengthen the bond between the wafers. Then, planarization heat treatment was performed under the conditions shown in Table 1 below, and SOI wafer 100 was manufactured.

(実施例2~5、並びに比較例1)
製造条件を下記表1~表3のそれぞれに示す条件としたこと以外は実施例1と同様の条件で、各例のSOIウェーハ100を製造した。
(Examples 2 to 5 and Comparative Example 1)
The SOI wafers 100 of each example were manufactured under the same conditions as in Example 1 except that the manufacturing conditions were as shown in Tables 1 to 3 below.

<評価>
各例のSOIウェーハ100のSOI層30中のドーパント濃度を、SIMSを用いて測定した。その結果を以下の表1~表3にそれぞれ示す。
<Evaluation>
The dopant concentration in the SOI layer 30 of the SOI wafer 100 of each example was measured using SIMS. The results are shown in Tables 1 to 3 below.

Figure 0007380517000001
Figure 0007380517000001

Figure 0007380517000002
Figure 0007380517000002

Figure 0007380517000003
Figure 0007380517000003

(比較例2及び3)
比較例2及び3では、ベースウェーハ10の第2主面12上にポリシリコン膜を形成しなかったこと以外は実施例3及び5とそれぞれ同様の条件で、各例のSOIウェーハ100を製造した。比較例2のSOIウェーハのSOI層のボロン濃度は、8×1017atoms/cmであった。また、比較例3のSOIウェーハのSOI層のリン濃度は、3×1015atoms/cmであった。
(Comparative Examples 2 and 3)
In Comparative Examples 2 and 3, SOI wafers 100 of each example were manufactured under the same conditions as Examples 3 and 5, respectively, except that a polysilicon film was not formed on the second main surface 12 of the base wafer 10. . The boron concentration of the SOI layer of the SOI wafer of Comparative Example 2 was 8×10 17 atoms/cm 3 . Further, the phosphorus concentration of the SOI layer of the SOI wafer of Comparative Example 3 was 3×10 15 atoms/cm 3 .

表1に示した実施例1と比較例1との結果の比較から、裏面シリコン膜を形成した実施例1のSOIウェーハは、裏面シリコン膜を形成しなかった比較例1のSOIウェーハよりも、ベースウェーハからのボロンの混入によるSOI層のボロン濃度の上昇を顕著に抑えることができたことが分かる。 From the comparison of the results of Example 1 and Comparative Example 1 shown in Table 1, the SOI wafer of Example 1 in which a backside silicon film was formed had a lower temperature than the SOI wafer of Comparative Example 1 in which a backside silicon film was not formed. It can be seen that the increase in the boron concentration in the SOI layer due to the mixing of boron from the base wafer could be significantly suppressed.

また、表2に示した実施例2及び3と、先に示した比較例2との結果の比較から、裏面シリコン膜を形成した実施例2及び3のSOIウェーハは、裏面シリコン膜を形成しなかった比較例2よりも、ベースウェーハからのボロンの混入によるSOI層のボロン濃度の上昇を顕著に抑えることができたことが分かる。 Furthermore, from a comparison of the results of Examples 2 and 3 shown in Table 2 and Comparative Example 2 shown above, it was found that the SOI wafers of Examples 2 and 3 in which a back silicon film was formed did not have a back silicon film. It can be seen that the increase in the boron concentration in the SOI layer due to the mixing of boron from the base wafer was able to be significantly suppressed compared to Comparative Example 2 in which no boron was present.

さらに、表2に示した実施例2と実施例3との結果の比較から、バリアシリコン層を更に形成した実施例2のSOIウェーハは、バリアシリコン層を形成しなかった実施例3のSOIウェーハよりも、ベースウェーハからのボロンの混入によるSOI層のボロン濃度の上昇を更に抑えることができたことが分かる。 Furthermore, from the comparison of the results of Example 2 and Example 3 shown in Table 2, the SOI wafer of Example 2 in which a barrier silicon layer was further formed was different from the SOI wafer of Example 3 in which a barrier silicon layer was not formed. It can be seen that it was possible to further suppress the increase in boron concentration in the SOI layer due to the mixing of boron from the base wafer.

また、表3に示した実施例4及び5と、先に示した比較例3との結果の比較から、裏面シリコン膜を形成した実施例4及び5のSOIウェーハは、裏面シリコン膜を形成しなかった比較例3よりも、ベースウェーハからのリンの混入によるSOI層のリン濃度の上昇を顕著に抑えることができたことが分かる。 Furthermore, from a comparison of the results of Examples 4 and 5 shown in Table 3 and Comparative Example 3 shown above, it was found that the SOI wafers of Examples 4 and 5 in which a back silicon film was formed did not have a back silicon film. It can be seen that the increase in the phosphorus concentration in the SOI layer due to the mixing of phosphorus from the base wafer was able to be significantly suppressed compared to Comparative Example 3 where no phosphorus was present.

そして、表3に示した実施例4と実施例5との結果の比較から、バリアシリコン層を更に形成した実施例4のSOIウェーハは、バリアシリコン層を形成しなかった実施例5のSOIウェーハよりも、ベースウェーハからのリンの混入によるSOI層のリン濃度の上昇を更に抑えることができたことが分かる。 From the comparison of the results of Example 4 and Example 5 shown in Table 3, the SOI wafer of Example 4 in which a barrier silicon layer was further formed was different from the SOI wafer of Example 5 in which no barrier silicon layer was formed. It can be seen that it was possible to further suppress the increase in the phosphorus concentration in the SOI layer due to the mixing of phosphorus from the base wafer.

(実施例6)
実施例6では、形成するバリアシリコン層の厚さを変化させたこと以外は実施例2と同一条件でSOIウェーハを作製した場合の、バリアシリコン層(エピ層)の厚さとSOI層/埋め込み酸化膜(BOX層)界面付近のSOI層中のボロン濃度との関係をシミュレーションした。その結果を図により算出した結果を図8に示す。
(Example 6)
In Example 6, the thickness of the barrier silicon layer (epilayer) and the SOI layer/buried oxidation were measured when an SOI wafer was manufactured under the same conditions as in Example 2 except that the thickness of the barrier silicon layer to be formed was changed. The relationship with the boron concentration in the SOI layer near the film (BOX layer) interface was simulated. The results calculated graphically are shown in FIG. 8.

図8及び表2によれば、バリアシリコン層を形成すれば、バリアシリコン層を形成しなかった実施例3に比べて、SOI層のボロン濃度の上昇を更に抑えることができることが分かる。また、図8によれば、バリアシリコン層を400nm形成すれば、SOI層のボロン濃度の上昇を2倍以内に抑制できること、更には、バリアシリコン層をのちに形成する埋め込み酸化膜の半分である500nmの厚さで形成すれば、SOI層のボロン濃度の上昇をほぼ抑制できることがわかる。 According to FIG. 8 and Table 2, it can be seen that by forming a barrier silicon layer, the increase in the boron concentration of the SOI layer can be further suppressed compared to Example 3 in which no barrier silicon layer was formed. Furthermore, according to FIG. 8, if the barrier silicon layer is formed to a thickness of 400 nm, the increase in the boron concentration in the SOI layer can be suppressed to within twice, and furthermore, the increase in the boron concentration in the SOI layer can be suppressed to within half that of the buried oxide film that will be formed later. It can be seen that if the SOI layer is formed with a thickness of 500 nm, the increase in boron concentration in the SOI layer can be almost suppressed.

(実施例7)
実施例7では、埋め込み酸化膜の膜厚を2μmとした以外は実施例6と同一条件でシミュレーションを行った。バリアシリコン層(エピ層)の厚さとSOI層/埋め込み酸化膜界面付近のSOI層中のボロン濃度との関係を算出したシミュレーション結果を、図9に示す。
(Example 7)
In Example 7, a simulation was performed under the same conditions as Example 6 except that the thickness of the buried oxide film was 2 μm. FIG. 9 shows simulation results for calculating the relationship between the thickness of the barrier silicon layer (epilayer) and the boron concentration in the SOI layer near the SOI layer/buried oxide film interface.

図9及び表2によれば、埋め込み酸化膜の厚さを2μmに増加させても、バリアシリコン層を形成すれば、バリアシリコン層を形成しなかった実施例3に比べて、SOI層のボロン濃度の上昇を顕著に抑えることができることが分かる。 According to FIG. 9 and Table 2, even if the thickness of the buried oxide film is increased to 2 μm, if a barrier silicon layer is formed, boron in the SOI layer is It can be seen that the increase in concentration can be significantly suppressed.

また、図9によれば、埋め込み酸化膜の厚さを2μmに増加させても、1μmの場合と同様に、バリアシリコン層を400~500nm程度形成すれば、SOI層のボロン濃度の上昇を十分に抑制できることがわかる。 Furthermore, according to FIG. 9, even if the thickness of the buried oxide film is increased to 2 μm, the boron concentration in the SOI layer can be sufficiently increased by forming a barrier silicon layer of about 400 to 500 nm, as in the case of 1 μm. It can be seen that this can be suppressed.

これは、厚さ2μmの埋め込み酸化膜の後半部分(SOI層とは離れた部分)では高濃度のベースウェーハのボロンを高濃度に含んだ酸化膜が形成されるが、バリアシリコン層が酸化してなるバリアシリコン酸化膜を含む埋め込み酸化膜中のボロンの拡散速度が遅いため、ボロンがSOI層まで拡散せず、SOI層中のボロン濃度に影響が及ばないことを意味している。従って、埋め込み酸化膜を2μmを超える厚膜とする場合であっても、バリアシリコン層を形成すればSOI層中のドーパント濃度の上昇を抑えることができ、バリアシリコン層の厚さは400~500nm程度が好ましく、安全を見ても、600~1000nm程度形成すれば十分であることを示唆している。 This is because an oxide film containing a high concentration of boron from the base wafer is formed in the latter half of the 2 μm thick buried oxide film (apart from the SOI layer), but the barrier silicon layer is oxidized. This means that boron does not diffuse into the SOI layer and does not affect the boron concentration in the SOI layer because the diffusion rate of boron in the buried oxide film including the barrier silicon oxide film is slow. Therefore, even if the buried oxide film is thicker than 2 μm, it is possible to suppress the increase in dopant concentration in the SOI layer by forming a barrier silicon layer, and the thickness of the barrier silicon layer is 400 to 500 nm. It is suggested that a thickness of about 600 to 1000 nm is sufficient from a safety standpoint.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 Note that the present invention is not limited to the above embodiments. The above-mentioned embodiments are illustrative, and any embodiment that has substantially the same configuration as the technical idea stated in the claims of the present invention and has similar effects is the present invention. covered within the technical scope of.

10…ベースウェーハ、 11…第1主面(貼り合わせ面)、 12…第2主面、 13…側面(エッジ部)、 14…テラス部、 20…埋め込み酸化膜、 21…表面シリコン酸化膜(バリアシリコン酸化膜)、 22…SOI側シリコン酸化膜、 30…SOI層、 31…ボンドウェーハ、 32…一方の主面(貼り合わせ面) 33…側面、 34…シリコン酸化膜、 35…側面シリコン酸化膜、 36…他方の主面(裏面)、 37…裏面シリコン酸化膜、 40…裏面シリコン膜、 50…シリコン酸化膜、 51…裏面シリコン熱酸化膜、 52…側面シリコン酸化膜、 60…バリアシリコン層、 100…SOIウェーハ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Base wafer, 11... First main surface (bonding surface), 12... Second main surface, 13... Side surface (edge part), 14... Terrace part, 20... Buried oxide film, 21... Surface silicon oxide film ( barrier silicon oxide film), 22... SOI side silicon oxide film, 30... SOI layer, 31... bond wafer, 32... one main surface (bonding surface) 33... side surface, 34... silicon oxide film, 35... side silicon oxide Film, 36... Other main surface (back surface), 37... Back silicon oxide film, 40... Back silicon film, 50... Silicon oxide film, 51... Back silicon thermal oxide film, 52... Side silicon oxide film, 60... Barrier silicon Layer, 100...SOI wafer.

Claims (13)

少なくとも、
ウェーハ全体にドーパントを含有し且つ第1主面及び前記第1主面と反対側の第2主面を有するシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハと、前記ベースウェーハのドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有するシリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハとを準備する工程と、
前記ベースウェーハの全面にシリコン酸化膜を熱酸化によって形成する熱酸化工程と、
前記ボンドウェーハの一方の主面と前記ベースウェーハの前記第1主面とを、前記ベースウェーハ上の前記シリコン酸化膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記ボンドウェーハを薄膜化してSOI層を形成する薄膜化工程と、
を含むSOIウェーハの製造方法であって、
前記ベースウェーハの熱酸化工程より前に、前記ベースウェーハの前記第2主面上に、前記ベースウェーハの前記ドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有する裏面シリコン膜を形成する工程を更に含み、
前記熱酸化工程において、前記裏面シリコン膜を熱酸化して、前記シリコン酸化膜の一部としての裏面シリコン熱酸化膜を得
前記熱酸化工程において、前記裏面シリコン膜を全て前記裏面シリコン熱酸化膜とすることを特徴とするSOIウェーハの製造方法。
at least,
a base wafer consisting of a silicon single crystal wafer containing a dopant throughout the wafer and having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface; and a dopant at a lower concentration than the dopant concentration of the base wafer. a step of preparing a bond wafer consisting of a silicon single crystal wafer containing;
a thermal oxidation step of forming a silicon oxide film on the entire surface of the base wafer by thermal oxidation;
a bonding step of bonding one main surface of the bond wafer and the first main surface of the base wafer via the silicon oxide film on the base wafer;
a thinning step of thinning the bond wafer to form an SOI layer;
A method for manufacturing an SOI wafer, comprising:
Further comprising the step of forming a backside silicon film containing a dopant at a lower concentration than the dopant concentration of the base wafer on the second main surface of the base wafer before the thermal oxidation step of the base wafer,
In the thermal oxidation step, the backside silicon film is thermally oxidized to obtain a backside silicon thermal oxide film as a part of the silicon oxide film ;
A method for manufacturing an SOI wafer, characterized in that in the thermal oxidation step, all of the backside silicon films are made into the backside silicon thermal oxide film .
前記裏面シリコン膜として、ポリシリコン、アモルファスシリコン、及び単結晶シリコンからなる群より選択される少なくとも1種を含む膜を形成することを特徴とする請求項1に記載のSOIウェーハの製造方法。 2. The method for manufacturing an SOI wafer according to claim 1, wherein a film containing at least one selected from the group consisting of polysilicon, amorphous silicon, and single crystal silicon is formed as the backside silicon film. 前記ベースウェーハの熱酸化工程より前に、前記ベースウェーハの前記第1主面上に前記ベースウェーハの前記ドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有するバリアシリコン層を形成する工程を更に含み、
前記熱酸化工程において、前記バリアシリコン層を熱酸化して、前記シリコン酸化膜の一部としてのバリアシリコン酸化膜を得て、
前記貼り合わせ工程において、前記ボンドウェーハの前記一方の主面と前記ベースウェーハの前記第1主面とを、前記シリコン酸化膜の一部である前記バリアシリコン酸化膜を介して貼り合わせることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のSOIウェーハの製造方法。
Prior to the thermal oxidation step of the base wafer, the method further includes forming a barrier silicon layer containing a dopant at a lower concentration than the dopant concentration of the base wafer on the first main surface of the base wafer,
In the thermal oxidation step, thermally oxidize the barrier silicon layer to obtain a barrier silicon oxide film as a part of the silicon oxide film,
In the bonding step, the one main surface of the bond wafer and the first main surface of the base wafer are bonded via the barrier silicon oxide film that is a part of the silicon oxide film. The method for manufacturing an SOI wafer according to claim 1 or claim 2.
前記貼り合わせ工程より前に、前記ボンドウェーハの全面にシリコン酸化膜を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項1~請求項3の何れか1項に記載のSOIウェーハの製造方法。 4. The method for manufacturing an SOI wafer according to claim 1, further comprising the step of forming a silicon oxide film on the entire surface of the bond wafer before the bonding step. 前記貼り合わせ工程において、前記ボンドウェーハの前記一方の主面のシリコン単結晶表面と前記ベースウェーハの前記バリアシリコン酸化膜の表面とを直接貼り合わせることを特徴とする請求項3に記載のSOIウェーハの製造方法。 The SOI wafer according to claim 3, wherein in the bonding step, the silicon single crystal surface of the one main surface of the bond wafer and the surface of the barrier silicon oxide film of the base wafer are directly bonded. manufacturing method. 前記バリアシリコン層として、ドーパントの濃度が1×1016atoms/cm以下のものを形成することを特徴とする請求項3又は請求項5に記載のSOIウェーハの製造方法。 6. The method of manufacturing an SOI wafer according to claim 3, wherein the barrier silicon layer is formed with a dopant concentration of 1×10 16 atoms/cm 3 or less. 前記熱酸化工程において、前記バリアシリコン層の一部が未酸化の状態で残るように熱酸化を行い、
その後に、前記バリアシリコン層の前記未酸化の状態の一部の層に前記ベースウェーハ中の前記ドーパントを拡散させるアニールを加えることを特徴とする請求項3、請求項5又は請求項6に記載のSOIウェーハの製造方法。
In the thermal oxidation step, thermal oxidation is performed so that a part of the barrier silicon layer remains in an unoxidized state,
7. Annealing is then performed to diffuse the dopant in the base wafer into the unoxidized portion of the barrier silicon layer. A method for manufacturing an SOI wafer.
前記貼り合わせ工程より前に、前記ボンドウェーハの内部に水素イオン及び希ガスイオンからなる群より選択される少なくとも1種類を注入してイオン注入層を形成するイオン注入工程を更に含み、
前記薄膜化工程において、前記イオン注入層を剥離面として前記ボンドウェーハを剥離することにより、前記ボンドウェーハを薄膜化して前記SOI層を得ることを特徴とする請求項1~請求項7の何れか1項に記載のSOIウェーハの製造方法。
Prior to the bonding step, the method further includes an ion implantation step of implanting at least one type selected from the group consisting of hydrogen ions and rare gas ions into the bond wafer to form an ion implantation layer,
In the thinning step, the bond wafer is peeled using the ion implantation layer as a peeling surface, thereby thinning the bond wafer and obtaining the SOI layer. The method for manufacturing an SOI wafer according to item 1.
前記ベースウェーハとして、前記ドーパント濃度が1×1017atoms/cm以上のものを準備することを特徴とする請求項1~請求項8の何れか一項に記載のSOIウェーハの製造方法。 9. The method for manufacturing an SOI wafer according to claim 1, wherein the base wafer is prepared having a dopant concentration of 1×10 17 atoms/cm 3 or more. ベースウェーハと、埋め込み酸化膜と、前記埋め込み酸化膜を介して前記ベースウェーハに貼り合わされたSOI層とを含むSOIウェーハであって、
前記ベースウェーハは、ウェーハ全体にドーパントを含有し、前記SOI層との貼り合わせ面である第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面とを有するシリコン単結晶ウェーハからなり、
前記ベースウェーハの前記第2主面に、前記ベースウェーハの前記ドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有する裏面シリコン熱酸化膜が、前記第2主面に直接接して配置されており、
前記SOI層は、前記ベースウェーハのドーパント濃度よりも低い濃度でドーパントを含有するシリコン単結晶からなるものであることを特徴とするSOIウェーハ。
An SOI wafer comprising a base wafer, a buried oxide film, and an SOI layer bonded to the base wafer via the buried oxide film,
The base wafer is made of a silicon single crystal wafer containing a dopant throughout the wafer and having a first main surface that is a bonding surface with the SOI layer and a second main surface opposite to the first main surface. Become,
A backside silicon thermal oxide film containing a dopant at a lower concentration than the dopant concentration of the base wafer is disposed on the second main surface of the base wafer in direct contact with the second main surface ,
An SOI wafer, wherein the SOI layer is made of a silicon single crystal containing a dopant at a concentration lower than that of the base wafer.
前記ベースウェーハの前記第1主面に、前記埋め込み酸化膜の少なくとも一部としてのバリアシリコン酸化膜が配置されているものであることを特徴とする請求項10に記載のSOIウェーハ。 11. The SOI wafer according to claim 10, wherein a barrier silicon oxide film as at least a part of the buried oxide film is disposed on the first main surface of the base wafer. 前記ベースウェーハと前記バリアシリコン酸化膜との間に、バリアシリコン層が配置されており、
前記バリアシリコン層中に、前記ベースウェーハが含有するドーパントと同種のドーパントが拡散しているものであることを特徴とする請求項11に記載のSOIウェーハ。
A barrier silicon layer is disposed between the base wafer and the barrier silicon oxide film,
12. The SOI wafer according to claim 11, wherein a dopant of the same type as a dopant contained in the base wafer is diffused into the barrier silicon layer.
少なくとも、at least,
ウェーハ全体にドーパントを含有し且つ第1主面及び前記第1主面と反対側の第2主面を有するシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハと、前記ベースウェーハのドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有するシリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハとを準備する工程と、a base wafer consisting of a silicon single crystal wafer containing a dopant throughout the wafer and having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface; and a dopant at a lower concentration than the dopant concentration of the base wafer. a step of preparing a bond wafer consisting of a silicon single crystal wafer containing;
前記ベースウェーハの全面にシリコン酸化膜を熱酸化によって形成する熱酸化工程と、a thermal oxidation step of forming a silicon oxide film on the entire surface of the base wafer by thermal oxidation;
前記ボンドウェーハの一方の主面と前記ベースウェーハの前記第1主面とを、前記ベースウェーハ上の前記シリコン酸化膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、a bonding step of bonding one main surface of the bond wafer and the first main surface of the base wafer via the silicon oxide film on the base wafer;
前記ボンドウェーハを薄膜化してSOI層を形成する薄膜化工程と、a thinning step of thinning the bond wafer to form an SOI layer;
を含むSOIウェーハの製造方法であって、A method for manufacturing an SOI wafer, comprising:
前記ベースウェーハの熱酸化工程より前に、前記ベースウェーハの前記第2主面上に、前記ベースウェーハの前記ドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有する裏面シリコン膜を形成する工程を更に含み、Further comprising the step of forming a backside silicon film containing a dopant at a lower concentration than the dopant concentration of the base wafer on the second main surface of the base wafer before the thermal oxidation step of the base wafer,
前記熱酸化工程において、前記裏面シリコン膜を熱酸化して、前記シリコン酸化膜の一部としての裏面シリコン熱酸化膜を得、In the thermal oxidation step, the backside silicon film is thermally oxidized to obtain a backside silicon thermal oxide film as a part of the silicon oxide film;
前記ベースウェーハの熱酸化工程より前に、前記ベースウェーハの前記第1主面上に前記ベースウェーハの前記ドーパント濃度よりも低濃度でドーパントを含有するバリアシリコン層を形成する工程を更に含み、Prior to the thermal oxidation step of the base wafer, the method further includes forming a barrier silicon layer containing a dopant at a lower concentration than the dopant concentration of the base wafer on the first main surface of the base wafer,
前記熱酸化工程において、前記バリアシリコン層を熱酸化して、前記シリコン酸化膜の一部としてのバリアシリコン酸化膜を得て、In the thermal oxidation step, thermally oxidize the barrier silicon layer to obtain a barrier silicon oxide film as a part of the silicon oxide film,
前記貼り合わせ工程において、前記ボンドウェーハの前記一方の主面と前記ベースウェーハの前記第1主面とを、前記シリコン酸化膜の一部である前記バリアシリコン酸化膜を介して貼り合わせ、In the bonding step, the one main surface of the bond wafer and the first main surface of the base wafer are bonded via the barrier silicon oxide film that is a part of the silicon oxide film,
前記熱酸化工程において、前記バリアシリコン層の一部が未酸化の状態で残るように熱酸化を行い、In the thermal oxidation step, thermal oxidation is performed so that a part of the barrier silicon layer remains in an unoxidized state,
その後に、前記バリアシリコン層の前記未酸化の状態の一部の層に前記ベースウェーハ中の前記ドーパントを拡散させるアニールを加えることを特徴とするSOIウェーハの製造方法。A method for manufacturing an SOI wafer, comprising: thereafter applying annealing to diffuse the dopant in the base wafer into a portion of the unoxidized layer of the barrier silicon layer.
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