TWI483350B

TWI483350B - SOI wafer manufacturing method and glass cleaning method

Info

Publication number: TWI483350B
Application number: TW098109182A
Authority: TW
Inventors: Shoji Akiyama; Yoshihiro Kubota; Atsuo Ito; Kouichi Tanaka; Makoto Kawai; Yuji Tobisaka; Hiroshi Tamura
Original assignee: Shinetsu Chemical Co
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2009-03-20
Publication date: 2015-05-01
Also published as: TW201005883A

Description

SOI晶圓的製造方法及玻璃的洗淨方法

本發明係關於SOI晶圓之製造方法，尤其是關於藉由離子注入法改善薄膜化．轉印之矽薄膜之表面處理方法之SOI晶圓之製造方法，以及施以噴砂處理之玻璃處理面之洗淨方法。

為了實現到降低寄生容量、設備之高速化．省電力化而廣泛使用絕緣層上矽(Silicon on Insulator，SoI)基板。

近年來，為了做出完全空乏層型SOI裝置而對SOI層(矽層)為100nm以下之薄膜SOI之需求升高。其係由於藉使SOI層薄膜化而可期待設備之高速化之故。

伴隨著SOI層之薄膜化，導致所要求之面內膜厚之均勻性亦更為嚴格。

一般之薄膜SOI晶圓係藉由預先將氫離子注入供體晶圓(donor wafer)中，然後與處理晶圓進行貼合，將沿著氫離子注入界面將薄膜自供體側轉印至處理側之SOITEC法或SiGen法製造，但此時，所轉印之矽薄膜中殘留約0.1μm左右之離子注入缺陷層(無定型層)，且薄膜表面中導入有以RMS測得之數nm以上之面粗操(參照例如非專利文獻1)。

其中，所謂的SOITEC法係使供體．操作兩晶圓在室溫下貼合隨後升溫至500℃附近，在氫注入界面處形成稱為微孔穴之空孔並進行熱剝離、轉印薄膜之方法。

另一方面，所謂的SiGen法係以進行表面電漿活性化處理作為貼合供體．操作兩晶圓之前處理，在室溫下貼合，此時達成高的結合強度，且依據需要施加低溫(300℃左右)之熱處理後，對氫離子注入界面施加機械衝擊進行剝離，而轉印薄膜之方法。該SiGen法由於係比SOITEC法更低溫之製程，因此為適於製造熱膨脹率不同之晶圓彼此之貼合(例如石英上之矽：SOQ)之製造方法。

其中，如前述之SOITEC法或SiGen法於剝離面之表面部分中因離子注入而存在有導入之離子注入缺陷層。去除該缺陷層使表面平滑化之方法已經被提出。

其一為研磨與離子注入缺陷層之厚度相同程度厚度之0.1μm左右，去除離子注入缺陷層之方法。然而，該方法由於研磨不均一，而有難以獲得殘膜厚度之面內均勻性之問題點。

至於其他方法亦考慮藉由高溫熱處理恢復受損層之結晶性，隨後進行以去除表面凹凸之稱為接觸拋光之數十nm研磨之方法。亦有於此時經歷於氛圍氣體中使用氫氣進行接觸拋光之步驟進行表面平滑化之報告(參照例如非專利文獻2)。

然而，由於施加高溫氫熱處理步驟，而產生金屬污染或基板之翹起、製造成本之上昇、產量下降等新的問題。另外由於氫氣會蝕刻矽而有難以獲得基板間．基板面內之膜厚均勻性之缺點。

又處理晶圓為矽以外之低熔點物質(石英、玻璃等)之SOI晶圓由於並無法施加高溫熱處理，故問題更嚴重。

又，亦以報告對一般以氫離子注入法(SOITEC法或SiGen法等)製作之SOI晶圓之矽薄膜於剛轉印後之表面，以AMF觀察1×1μm範圍時，存在有以RMS表示之8nm左右之面粗糙度及峰對谷(P-V)為64.5nm左右之凹凸(例如參考非專利文獻3)。認為若於狹小如1×1μm範圍即存在有64.5nm之凹凸，則認為晶圓全面上將具有更大的凹凸(100nm以上)。因此，有必要減低表面之面內粗度。

進行玻璃、石英等之SiO₂ 基礎之基板、零件等之霧化處理(結霜處理，frost treatment)之際，使用有噴砂法。此方法為對進行處理之面吹附氧化鋁或二氧化矽微粉而使變粗糙之方法，已廣泛使用於各種用途。

然而，於電子材料或裝置領域中，以該等方法所製作之霧面多少仍有問題點。其一為微粒(異物)問題，其係最後殘留在經噴砂粉處理之面上，或由粗糙處理面之銳角部分或破裂、損傷部分引起之發塵。該等問題大多為以一般的洗淨無法對應之情況。又，此異物起因之金屬污染於電子材料領域尤其嚴重。

尤其，在半導體領域中使用施以此霧化處理者之情況，微粒問題具有致命性。例如於擴散爐等中使用之晶圓之石英舟等，為了防止晶圓密著於保持晶圓之溝內而有施加霧化處理之情況，但由於經歷高溫製程故對於與微粒同時之金屬污染亦有必要思及對策。又，如SOQ(石英上矽)或SOG(玻璃上矽)之透明基板以使各種裝置之基板辨識感測器可辨識基板之方式，於基板背面施以霧化處理之際亦有微粒大幅增加之問題。

為了除去此等噴砂處理後之微粒，於噴砂處理後進行洗淨步驟。此洗淨步驟使用例如HF洗淨，但以HF洗淨使玻璃等表面活性化且洗淨之際游離之細玻璃等之碎片將再附著於表面使微粒程度惡化而為其問題(參考非專利文獻4)。又，若為了除去微粒而以高濃度HF進行長時間洗淨，則施以霧化處理之面同時變成極度平滑，亦有減少粗糙效果之問題。

[非專利文獻1]B.Asper”Basic Mechanisms involved in the Smart-Cut(R)process”,Microelectronics Engineering,36,p233(1997)

[非專利文獻2]Nobuhiko Sato and Takao yonehara “Hydrogen annealed silicon-on-insulator”,Appl Phys Lett vol 65,pp 1924(1994)

[非專利文獻3]「SOI之科學」第二章，Realize公司

[非專利文獻4]矽之科學第四章第四節Realize公司

本發明係有鑑於上述問題而完成者，本發明之目的係提供一種SOI晶圓的製造方法，其可藉由離子注入剝離法有效率地去除經剝離之剝離面附近的離子注入層中存在之離子注入缺陷層，可確保基板之面內均一性，且可達成低成本化、高處理量。

因此本發明為有鑑於上述問題點而完成者，本發明係提供一種洗淨方法，係於對施以噴砂處理之玻璃處理面進行洗淨之際，可除去進行噴砂處理面之微粒源及微粒之去除時之游離後再附著之異物。

為解決上述問題，本發明提供一種SOI晶圓的製造方法，其係SOI晶圓之製造方法，且至少具有下列步驟：使注入氫離子或稀有氣體離子或兩者而形成有離子注入層之矽晶圓或附有氧化膜之矽晶圓與處理晶圓(handle wafer)貼合之準備貼合基板之步驟；沿著前述離子注入層進行剝離，將前述矽晶圓轉印至前述處理晶圓上，而製作剝離後之SOI晶圓之步驟；於氨-過氧化氫水溶液中浸漬並蝕刻50nm以上之前述經剝離後之SOI晶圓之步驟；及藉由對在前述氨-過氧化氫水溶液中浸漬並剝離後之SOI晶圓之矽薄膜層進行CMP研磨，而研磨10-50nm之步驟(申請專利範圍第1項)

如此般藉由使以離子注入剝離法剝離之具有矽薄膜之剝離後之SOI晶圓浸漬於氨-過氧化氫水溶液中，使剝離後之SOI晶圓之矽薄膜藉由蝕刻速度比KOH等鹼性溶液慢之氨-過氧化氫水溶液蝕刻50nm以上。據此，由於可輕易的控制蝕刻量，因此可均勻地蝕刻面內，因此可確保蝕刻後之面內膜厚均勻性，且可去除離子注入受損層。隨後，以CMP研磨進行接觸拋光，藉此確保面內膜厚之均勻性且進行離子注入受損層之去除，藉此，相較於過去可獲得面內膜厚偏差被抑制之SOI晶圓。

又，由於浸漬於氨-過氧化氫水溶液之步驟可為批式製程，因此可一次大量地處理剝離後之SOI晶圓，而為可達成低成本化、高處理量之SOI晶圓之製造方法。

又，前述氨-過氧化氫水溶液較好使用組成比以體積比計，氨水(29wt%)設為0.05~2、過氧化氫水溶液(30wt%)設為0.01~0.5、水設為10者(申請專利範圍第2項)。

據此，如上述組成之氨-過氧化氫水溶液，由於藉由NH₄ OH與H₂ O₂ 對矽之競爭反應而引起蝕刻，因此可更均勻地蝕刻面內。

又，準備前述貼合基板之步驟中，前述處理晶圓可為矽、藍寶石、氧化鋁、石英、SiC、氮化鋁、玻璃之任一材料(申請專利範圍第3項)。

據此，依據本發明，即使不進行退火等熱處理時亦可獲得面內膜厚均勻性優異之剝離後之SOI晶圓，因此處理晶圓可使用例如絕緣性之低熔點材料。因此，藉由對應目的選擇處理晶圓之材質，可於SOI基板上獲得可抑制洩漏電流流過等特性，使後製作之設備之低消耗電力化或高精度化成為可能。

本發明係提供一種SOI晶圓之製造方法，其特徵為至少具有下列步驟：使注入氫離子或稀有氣體離子或兩者而形成有離子注入層之矽晶圓與處理晶圓貼合之準備貼合基板之步驟；以沿著前述離子注入層進行剝離，將前述矽晶圓轉印至前述處理晶圓上，而製作剝離後之SOI晶圓之步驟；於氨-過氧化氫水溶液中浸漬前述剝離後之SOI晶圓之步驟；及對在前述氨-過氧化氫水溶液中浸漬之前述剝離後之SOI進行溫度900℃以上之熱處理之步驟(申請專利範圍第4項)。

如此，藉由將以離子注入剝離法剝離之具有矽薄膜之剝離後之SOI晶圓浸漬於氨-過氧化氫水溶液中，使剝離後之SOI晶圓之矽薄膜表面上存在之無定型度高且大多存在離子注入缺陷之高受損層藉由蝕刻速度比KOH等鹼性溶液慢之氨-過氧化氫水溶液蝕刻。據此，由於可輕易的控制蝕刻量，且可使面內均勻地蝕刻，因此可進一步確保蝕刻後之面內膜厚均勻性。隨後由於在表面粗糙度降低之狀態下對剝離後之SOI晶圓進行退火熱處理，因此可成為可使熱處理時之退火溫度、退火時間縮短、低溫化之SOI晶圓之製造方法。

又，前述氨-過氧化氫水溶液浸漬步驟中，較好使前述剝離後之SOI晶圓蝕刻20nm以上(申請專利範圍第5項)。

據此，藉由以氨-過氧化氫使蝕刻量在20nm以上，可更確實地蝕刻高受損層。

又，前述氨-過氧化氫水溶液係使用組成比以體積比計，氨水(29wt%)設為0.05~2、過氧化氫水溶液(30wt%)設為0.01~0.5、水設為10者(申請專利範圍第6項)。

據此，如上述組成之氨-過氧化氫水溶液由於NH₄ OH與H₂ O₂ 對矽之競爭反應而引起蝕刻，因此可更均勻地蝕刻面內。

又，前述準備貼合基板之步驟中，前述處理晶圓較好為矽、藍寶石、氧化鋁、石英、SiC、氮化鋁、玻璃之任一材料(申請專利範圍第7項)。

依據本發明，由於退火熱處理可比以往低溫、短時間化，因此處理晶圓亦可使用上述之絕緣性或低熔點之材料。因此，依據目的藉由分別使用，相較於使用矽晶圓作為處理晶圓之情況，由於可於SOI基板上獲得可抑制洩漏電流通過等特性，因此使後製作之設備之低消耗電力化或高精度化成為可能。

另外，前述熱處理步驟可在氬、氮、氦之任一種氛圍中或該等之混合氣體氛圍中進行(申請專利範圍第8項)。

據此，在惰性氣體氛圍中進行熱處理，除可使熱處理前後之電阻率變化減少以外，可獲得在表層附近幾乎沒有已長成(Grown-in)缺陷之高品質SOI晶圓。

另外，前述熱處理步驟可在氧氛圍、或在氬、氮、氦中至少任一種氣體與氧之混合氣體氛圍中進行(申請專利範圍第9項)。

據此，在含氧之氛圍中進行熱處理下，使表面矽內之過量氧可向外擴散，藉此，由於可增加SOI晶圓之絕緣氧化膜層之絕緣耐力，因此可獲得更高品質之SOI晶圓。

又，前述熱處理步驟可在氫氣氛圍、或在氬、氮、氦中至少任一種氣體與氫氣之混合氣體氛圍中進行(申請專利範圍第10項)。

據此，在矽原子之移行效果高之含氫氛圍中進行熱處理下，使面內膜厚之均勻性更為優異且使表面粗糙度下降可獲得高品質之SOI晶圓。

本發明提供一種對施以噴砂處理之玻璃處理面的洗淨方法，係對施以噴砂處理之玻璃處理面之洗淨方法，其特徵為至少以HF洗淨該處理面後，進行鹼洗淨(申請專利範圍第11項)。

據此，依據本發明之洗淨方法，首先以HF洗淨噴砂處理後之玻璃處理面，藉由HF溶液對玻璃之蝕刻作用，可蝕刻去除玻璃處理面之銳角部份、龜裂、受損部分等噴砂處理特有之微粒源等部份。隨後，由於可藉由鹼洗淨去除該HF洗淨之際游離再附著之異物，因此即使施以噴砂處哩，亦可成為顆粒極少之玻璃。另外，由於使用鹼溶液進行鹼洗淨去除該異物，因此鹼溶液中一旦去除之異物幾乎不會再附著，因此可進行有效的洗淨。

此時，前述玻璃可為石英玻璃(申請專利範圍第12項)。

據此，即使特別容易附著異物之絕緣物若使用本發明之洗淨方法，亦可去除噴砂處理後之HF洗淨時之游離異物並可防止其再附著，可進行高效率之洗淨。

又，前述玻璃可為成晶圓狀者(申請專利範圍第13項)。

尤其對微粒成為問題之玻璃製晶圓，若以本發明之洗淨方法可成為沒有微粒之晶圓。

此時，前述晶圓為層合有單晶矽層者(申請專利範圍第14項)。

據此，若以本發明之洗淨方法，即使為玻璃晶圓上層合單晶矽層之晶圓，即使在HF洗淨之際自施以噴砂處理之處理面游離之異物附著於單晶矽層上，由於在隨後可藉由鹼洗淨去除故可防止單晶矽層之微粒產生。

此時，前述HF洗淨可以前述晶圓上之單晶矽層由保護膠帶或有機保護膜予以保護之狀態下進行(申請專利範圍第15項)。

如此，HF洗淨中由於單晶矽層被保護，因此可減少HF溶液對單晶矽層之蝕刻，又，由於可防止HF洗淨中自噴砂處理面游離之異物附著於單晶矽層上，因此可成為具有微粒更少之單晶矽層之晶圓。

且，前述鹼洗淨中所用之鹼溶液較好為NH₄ OH、NaOH、KOH、CsOH之任一種或於該等任一種中添加H₂ O₂ 者(申請專利範圍第16項)。

本發明之鹼洗淨中使用之鹼溶液可適當的選自該等之中，另外亦可添加H₂ O₂ 以增加氧化力，可更有效的進行異物之去除。

另外，前述鹼洗淨中所用之鹼溶液較好為於濃度組成以H₂ O作為10時，NH₄ OH(換算為29%水溶液)為0.5~2、H₂ O₂ (換算為30%水溶液)為0.01~0.5之SCl溶液(申請專利範圍第17項)。

本發明之鹼洗淨中使用該等濃度組成之SCl溶液，可更有效率地去除玻璃上附著之異物且可防止異物之再附著。另外，在使H₂ O₂ 之濃度比率低於該等通常之SC1溶液下，可維持適度之鹼蝕刻效果。

另外，前述鹼洗淨中所用之鹼溶液可為鹼系之有機溶劑(申請專利範圍第18項)。

本發明之洗淨方法亦可使用該等鹼系有機溶劑。

又，前述HF洗淨中，較好對施以噴砂處理之玻璃處理面蝕刻20nm以上(申請專利範圍第19項)。

如此，若將玻璃處理面蝕刻20nm以上，則可使成為處理面之微粒發生源之銳角部分、龜裂、受損部分等在隨後步驟中進行不會產生發塵程度之蝕刻。

又，本發明係提供一種施加噴砂處理之玻璃，其特徵為其為藉由本發明之施以噴砂處理之玻璃處理面的洗淨方法所洗淨者(申請專利範圍第20項)。

如此，若藉由本發明之洗淨方法洗淨施以噴砂處理之玻璃，則可有效的去除因噴砂處理產生之顆粒，且，由於亦可防止洗淨時異物之再附著，因此即使施以噴砂處理亦可成為微粒少之良好品質玻璃製品。

如以上說明，由於依據本發明之SOI晶圓之製造方法，可容易地控制蝕刻量，故可均勻地蝕刻面內，因此可確保蝕刻後之面內膜厚均勻性。據此，可獲得面內膜厚偏差被抑制之SOI晶圓。另外，浸漬於氨-過氧化氫水溶液之步驟由於可為批式製程，因此可一次大量的處理剝離後之SOI晶圓，可成為達成低成本化、高處理量之SOI晶圓之製造方法。

依據本發明之SOI晶圓之製造方法，藉由將剝離後之SOI晶圓浸漬於蝕刻速度比鹼溶液慢之氨-過氧化氫水溶液中，可容易地控制蝕刻速度，且由於可均勻地蝕刻面內，因此可確保蝕刻後之面內均勻性。又，由於可在降低表面粗糙度之狀態下對剝離後之SOI晶圓進行退火熱處理，因此可使熱處理之退火溫度、退火時間縮短．低溫化。藉此，可成為降低金屬污染或晶圓翹起，且達成低成本化之SOI晶圓之製造方法。

進行噴砂處理之玻璃處理面特有之問題之來自處理面之銳角部分、龜裂、受損部份之發塵可先進行HF洗淨蝕刻去除該等微粒源而予以防止。藉由隨後進行之鹼洗淨，可去除HF洗淨時未取出之微粒或因蝕刻游離再附著之異物，進而，由於亦可避免去除異物之進而再附著，因此可有效的進行洗淨。據此，依據本發明之洗淨方法，尤其可有效的去除容易產生微粒之施以噴砂處理過之玻璃之微粒。

以下就本發明更具體加以說明。

如前述，期待開發出有效率的去除剝離面附近之離子注入層中存在之離子注入缺陷層，且可確保基板之面內均勻性之SOI晶圓之製造方法。

因此，本發明者積極檢討之結果，發現藉由以蝕刻速度比鹼溶液慢之氨-過氧化氫水溶液蝕刻50nm以上，由於可容易地控制蝕刻量，因此可去除離子注入缺陷層且均勻的蝕刻面內，如此可確保蝕刻後之面內膜厚均勻性，因而完成本發明。

以下參照圖1說明本發明之SOI晶圓之製造方法，但本發明並不受該等之限制。

圖1為顯示本發明之SOI晶圓製造方法之步驟之一例之步驟圖。

(步驟a：準備貼合基板)

首先，如圖1(a)中所示，使注入氫離子或稀有氣體離子或兩者而形成有離子注入層14之矽晶圓11與處理晶圓12貼合，準備貼合基板15。

其中，準備之貼合基板15可在矽晶圓11與處理晶圓12之間設置氧化膜13，圖1係針對配置氧化膜13之情況敘述，但該氧化膜13並非必要者，準備之貼合基板亦可為將矽晶圓與處理晶圓直接貼合而成者。

其中，準備貼合基板之際，可以由矽、藍寶石、氧化鋁、石英、SiC、氮化鋁、玻璃之任一材料所構成者作為處理晶圓。

本發明係如後述，將剝離後之SOI晶圓浸漬於氨-過氧化氫水溶液中進行蝕刻，因此，即使不進行退火等熱處理亦可獲得面內膜厚均勻性優異之剝離後之SOI晶圓。如此在不進行熱處理下亦可獲得面內均勻性優異之SOI晶圓，據此，基板不限於矽，亦可使用石英或玻璃等異種物質或低熔點之材料。另外，由於處理晶圓可使用上述之絕緣性材料，且由於可抑制SOI基板上之洩漏電流之通過，因此使後續製作設備之高精度化及低消耗電力成為可能。

(步驟b：剝離)

接著，如圖1(b)所示般，沿著離子注入層14進行剝離，使貼合基板15中之矽晶圓11薄膜化，將矽薄膜16轉印到處理晶圓12上。據此獲得剝離後之SOI晶圓17。

(步驟c：浸漬於氨-過氧化氫水溶液中)

接著，如圖1(c)所示般，藉由將剝離後之SOI晶圓17浸漬於氨-過氧化氫水溶液中，以蝕刻矽薄膜16。

其中，本步驟中之矽薄膜蝕刻量在50nm以上。

氨-過氧化氫水溶液由於蝕刻速度比KOH等鹼性溶液慢，因此蝕刻量容易被控制，且容易確保膜厚之均勻性。藉由以該等氨-過氧化氫水溶液使矽薄膜之蝕刻量成為50nm以上，可蝕刻掉因離子注入剝離而大量殘存有受損之層。

其中，浸漬剝離後之SOI晶圓之氨-過氧化氫水溶液可使用組成比以體積比計，氨水(29wt%)設為0.05~2、過氧化氫水溶液(30wt%)設為0.01~0.5、水設為10者據此，如上述組成之氨-過氧化氫水溶液，由於NH₄ OH與H₂ O₂ 對矽之競爭反應而引起蝕刻，藉此可更均勻地蝕刻面內，因此可獲得膜厚均勻性更優異之SOI晶圓。

又，本步驟中，矽薄膜之蝕刻速度可藉由改變NH₄ OH與H₂ O₂ 之組成而調整。

為了更提升處理量，獲得某種程度之蝕刻速度為必要，據此，以H₂ O設為10時，使NH₄ OH成為0.05以上(29wt%)，H₂ O₂ 成為0.5以下(30wt%)較好。當然NH₄ OH之下限與H₂ O₂ 之上限並不在上述範圍限定。

將剝離後之SOI晶圓浸漬於該組成比之氨-過氧化氫水溶液中，可達成處理量之進一步提高，且可使製造成本再降低。

(步驟d：CMP研磨)

隨後，如圖1(d)所示，對浸漬於氨-過氧化氫水溶液中之後之剝離後SOI晶圓17之矽薄膜進行CMP研磨，藉此可獲得SOI晶圓10。其中，該步驟中係使研磨量成為10~50nm。亦即，由於僅成為少許研磨量，因此不太使膜厚之面內均勻性劣化而可洗淨表面粗糙度，可提升平坦度。

如此，本發明之SOI晶圓之製造方法係將剝離後之SOI晶圓浸漬於氨-過氧化氫水溶液中進行離子注入受損層之蝕刻。

使用該氨-過氧化氫水溶液之理由如下。

舉例為，以KOH等為代表之單純鹼溶液通常使蝕刻過快(>100nm/分鐘)，藉由降低濃度或降低溫度等而控制蝕刻速度非常難，且使面內蝕刻速度均一亦有困難。然而，以氨-過氧化氫水溶液蝕刻由於係引起氨與過氧化氫之競爭反應，因此可均勻地蝕刻面內，且由於蝕刻速度亦比純鹼溶液適度地慢，因此可簡單的控制蝕刻量。據此，可容易控制蝕刻量，又由於可均勻蝕刻面內，因此可確保蝕刻後之面內膜厚均勻性。

隨後，由於以CMP研磨取出少許材料而進行接觸拋光，因此可確保面內膜厚之均勻性且可進行離子注入受損層之去除。據此，相較於以往，可獲得面內膜厚之偏差可被控制之SOI晶圓。

又，浸漬於氨-過氧化氫水溶液之步驟由於可為批式製程，因此可一次大量的處理剝離後之SOI晶圓，可成為可達成低成本化、高處理量之SOI晶圓之製造方法。

以下參照圖4說明本發明之SOI晶圓之製造方法，但本發明並不受該等之限制。

圖4為顯示本發明之SOI晶圓製造方法之步驟之一例之步驟圖。

(步驟a：準備貼合基板)

首先，如圖4(a)中所示，使注入氫離子或稀有氣體離子或兩者而形成有離子注入層14之矽晶圓11與處理晶圓12貼合，準備貼合基板15。

其中，準備之貼合基板15係在矽晶圓11與處理晶圓12之間設置氧化膜13。

又，準備貼合基板時，可以由矽、藍寶石、氧化鋁、石英、SiC、氮化鋁、玻璃之任一材料所構成者作為處理晶圓。

本發明係如後述，將剝離後之SOI晶圓浸漬於氨-過氧化氫水溶液中進行蝕刻，因此，可確保蝕刻後之面內膜厚均勻性，且可在降低表面粗糙度之狀態下進行退火熱處理。接著於隨後之熱處理步驟在比過去低溫化、省時間化。據此，基板不限於矽，亦可使用石英或玻璃等異種物質或低熔點之材料。另外，由於處理晶圓可使用上述之絕緣性材料，且相較於使用矽晶圓作為處理晶圓之情況，由於可抑制SOI基板上之洩漏電流之通過，因此使後製作設備之高精度化及低消耗電力成為可能。

(步驟b：剝離)

接著，如圖4(b)所示般，沿著離子注入層14進行剝離，使貼合基板15中之矽晶圓11薄膜化，將矽薄膜16轉印到處理晶圓12上。據此獲得剝離後之SOI晶圓17。

本步驟中獲得之剝離後之SOI晶圓17之矽薄膜16係由藉由離子注入，自表面側，藉由下列之三層所構成：具有多數離子注入缺陷之無定型度高之高受損層16a，離子注入受損非如前述高受損層16a之程度且無定型度不那麼高之低受損層16b，以及藉離子注入而無受損之單結晶之無受損層16c。

(步驟c：浸漬於氨-過氧化氫水溶液中)

接著，如圖4(c)所示般，藉由將剝離後之SOI晶圓17浸漬於氨-過氧化氫水溶液中，以蝕刻矽薄膜16之高受損層16a。

其中，剝離後之SOI晶圓之蝕刻可在20nm以上。

如此，藉由使以氨-過氧化氫水溶液之蝕刻量在20nm以上，可更確實地蝕刻高受損層。

又，浸漬剝離後之SOI晶圓之氨-過氧化氫水溶液可使用組成比以體積比計，氨水(29wt%)設為0.05~2、過氧化氫水溶液(30wt%)設為0.01~0.5、水設為10者。

據此，如上述組成之氨-過氧化氫水溶液，由於因NH₄ OH與H₂ O₂ 對矽之競爭反應而引起蝕刻，因此可更均勻的蝕刻面內。

(步驟d：熱處理)

隨後，如圖4(d)所示般，對浸漬於氨-過氧化氫水溶液後之剝離後之SOI晶圓17進行熱處哩，藉此獲得表面平坦化之SOI晶圓10。

其中，該熱處理步驟可在氬、氮、氦之任一種氛圍中或該等之混合氣體氛圍中進行。

如此，在惰性氣體氛圍中進行熱處理，除熱處理前後之電阻率變化少以外，可獲得在表層附近幾乎沒有已生長缺陷之高品質SOI晶圓。

又，該熱處理步驟可為在氧氛圍、或氬、氮、氦之至少任一種氣體與氧之混合氛圍中進行者。

如此，在含氧之氛圍中進行熱處理，可使表面矽內之過量氧向外擴散，據此可增加SOI晶圓之絕緣氧化膜層之絕緣耐力，因此可獲得高品質之SOI晶圓。

另外，熱處理步驟可為在氫氛圍、或氬、氮、氦之至少任一種氣體與氫之混合氛圍中進行者。

如此，在矽原子之移行效果高之含氫氛圍中進行熱處理下，可獲得面內膜厚均勻性更優異，且已生長缺陷及表面粗糙度降低之SOI晶圓。

如此，本發明之SOI晶圓之製造方法係藉由將剝離後之SOI晶圓浸漬於氨-過氧化氫水溶液中進行蝕刻後經熱處理。

使用該氨-過氧化氫水溶液之理由列舉以下兩點。

剛剝離後之SOI晶圓之矽薄膜通常在表面附近之矽之無定型度高，越遠則越接近單結晶之品質。其中，氨-過氧化氫水溶液會優先蝕刻無定型度高之部分。具體而言，表面粗糙大的突起部份會較早被蝕刻。

又，以KOH等為代表之單純鹼溶液，通常可列舉出蝕刻太快(>100nm/分鐘)，以降低濃度或降低溫度等亦極難以控制蝕刻速度，且難以使面內蝕刻速度均一。然而，以氨-過氧化氫水溶液蝕刻，由於係引起氨與過氧化氫之競爭反應，因此可均勻地蝕刻面內，且由於蝕刻速度亦比純鹼溶液適度地慢，因此可簡單地控制蝕刻量。

據此，可容易控制蝕刻之量，又由於可均勻地蝕刻面內，因此可確保蝕刻後之面內膜厚均勻性。接著由於在降低表面粗糙度之狀態下對剝離後的SOI晶圓進行退火熱處理，因此可使熱處理時之退火溫度、退火時間縮短、低溫化。且，可降低金屬污染或晶圓之翹曲，且成為達成低成本化之SOI晶圓之製造方法。亦即，過去用以使受損層恢復之熱處理需要在1150℃以上之程度，但本發明可在900℃以上恢復。

以下針對本發明之洗淨方法，參照圖10作為實施樣態之一例加以詳細說明，但本發明並不受該等之限制。

圖10為顯示自玻璃之噴砂處理至本發明之洗淨為止之實施樣態之一例之流程圖。

如圖10中所示，首先對玻璃進行噴砂處理。

該噴砂處理之方法並無特別限制，例如可使用與過去相同之裝置，藉由使氧化鋁或石英等粒子撞擊處理面使之粗糙。

可使用本發明之洗淨方法之玻璃可使用SiO₂ 基底者等，但可適用者為例如石英玻璃。如此，即使容易帶電之絕緣物若使用本發明之洗淨方法，亦可防止噴砂處理後之洗淨時微粒之再附著，可進行良好之洗淨。

又，該等玻璃亦可為晶圓狀者，且亦可為例如半導體晶圓之熱處理時使用之石英舟。

又，本發明亦適用於層合有單晶矽層之晶圓。層合該等單晶矽層之情況下，依據本發明之洗淨方法，亦可藉由鹼洗淨去除於HF洗淨之際自處理面游離並附著於單晶矽層上之異物，及由於可防止再附著故可有效的進行微粒之減少。另外，由於在HF洗淨後進行鹼洗淨，因此即使未進行長時間HF洗淨亦可達成微粒之去除，且可減少HF洗淨時異物對單晶矽層之附著。例如，如SOQ(石英上之矽)或SOG(玻璃上之矽)等之微粒尤其成為問顯者，使用本發明之洗淨方法亦可成為幾乎沒有微粒之晶圓。

接著，如圖10所示，使施以噴砂處理之玻璃處理面經HF洗淨。此時使用之氟酸只要為含氟酸者即可，例如可使用氟酸溶液、緩衝氟酸水溶液等。又，洗淨方法並無特別限制，經噴砂處理之玻璃可藉由例如浸漬進行，且亦可使經噴砂處理之處理面經旋轉洗淨。

如此，首先以HF洗淨已施以噴砂處理之玻璃之處理面，可蝕刻去除由噴砂處理所形成之成為微粒源之龜裂等凹凸部份。此時，較好藉由HF洗淨蝕刻20nm以上之玻璃處理面，據此可進行於後續步驟不發塵程度之微粒源之去除。

又，以本發明之洗淨方法洗淨之玻璃為層合有單結晶矽之晶圓時，較好在以保護膠帶或有機保護膜保護單晶矽層之狀態進行該HF之洗淨。該保護可在HF洗淨之前形成，亦可在更之前之噴砂處理之前形成。若在噴砂處理之前，則可更有效地防止單晶矽層之微粒產生。

該有機保護膜可形成例如如光阻膜之有機膜，且亦可為貼合在有機膜上之保護膠帶，且亦可為直接貼合在單晶矽層上之保護膠帶。

如此形成之保護膜之異物附著少而可在鹼洗淨之前去除，亦可藉由鹼洗淨去除單晶矽層之微粒，且於鹼洗淨之後去除保護膜。

接著，如圖10所示進行鹼洗淨。

如此，於HF洗淨後進行鹼洗淨，可使在HF洗淨之際經蝕刻並游離且再附著之異物藉由鹼洗淨時去除，又，於鹼溶液中由於可防止異物之再附著故可有效率地去除微粒。

此時使用之鹼溶液可使用NH₄ OH、NaOH、KOH、CsOH之任一種，或於該等之任一種中添加H₂ O₂ 者，或EDP(乙二胺-焦兒茶酚-水)、TMAH(氫氧化四甲基銨)、聯胺等鹼系有機溶劑。

又，較好使用濃度組成以H₂ O設為10時，NH₄ OH(換算成29%水溶液)設為0.5~2、H₂ O₂ (換算成30%水溶液)設為0.01~0.5之SCl溶液作為鹼溶液。若為該濃度組成之SCl溶液，則由於H₂ O₂ 之氧化力使洗淨效果被提升，由於H₂ O₂ 濃度比率比一般SCl溶液低仍具有適當之鹼性，因此可維持蝕刻效果，進而可防止洗淨時之異物再附著。

如此，依據本發明之洗淨效果，首先可去除以HF洗淨已施以噴砂處理之玻璃處理面所特有之受損部份等微粒源，隨後進行鹼洗淨，可進而有效地防止並去除於HF洗淨時游離並再附著之異物，故可有效地進行洗淨。對於如玻璃之有必要藉由噴砂處理施以霧化處理者，藉由本發明之洗淨方法加以洗淨，亦可製造保有霧化處理效果且微粒少之玻璃製品。

[實施例]

以下對本發明之SOI晶圓之製造方法及玻璃洗淨方法，以實施例及比較例更具體加以說明，但本發明並不受該等之限制。

(實施例1-5、比較例1-4)

首先，準備以氫離子注入法轉印薄膜之剝離後之SOI晶圓(膜厚310nm左右)。

隨後，將所準備之剝離後SOI晶圓浸漬於氨-過氧化氫水溶液中，蝕刻30nm(比較例1)、40nm(比較例2)、50nm(實施例1)、70nm(實施例2)、85nm(實施例3-5，比較例3、4)。此時之氨-過氧化氫之組成設為NH₄ OH:H₂ O₂ :H₂ O=1：0.02：10，溫度設為80℃。此時之矽薄膜之蝕刻速度為3nm/分鐘弱的程度。

隨後，進行CMP研磨，製作SOI晶圓。

其中，該CMP研磨步驟中之矽薄膜研磨量設為10nm(實施例3)、25nm(實施例4)、50nm(實施例5)、60nm(比較例3)、70nm(比較例4)。再者，比較例1、2之剝離後SOI晶圓並未進行該CMP研磨步驟。

SOI晶圓之製作過程與製作後，進行如下所示之評價。

在將實施例1-5、比較例1-4之剝離後SOI晶圓浸漬於氨-過氧化氫水溶液中之步驟之前後，以膜厚測定器觀察晶圓表面，且評價矽薄膜之膜厚及面內膜厚偏差。膜厚測定器之掃描範圍為10×10μm，且取晶圓面內361點之平均值。又，面內膜厚偏差係以「最大膜厚-最小膜厚」定義者。

實施例3-5、比較例3、4之SOI晶圓為在CMP研磨步驟之前後以膜厚測定器觀察晶圓之表面，且評價矽薄膜之膜厚及面內膜厚偏差。測定晶圓面內361點，且以最大之值與最小之值之差作為偏差。

另表1中，顯示評價實施例1-3、比較例1、2之剝離後之SOI晶圓及浸漬於氨-過氧化氫水溶液中之步驟前後之矽薄膜之面內膜厚偏差時面內膜厚偏差相對於蝕刻量之關係。

且表2中，係顯示評價實施例3-5、比較例3、4之SOI晶圓之CMP研磨步驟前後之矽薄膜面內膜厚偏差時偏差量相對於研磨量之關係。

另圖2係顯示實施例4中之於氨-過氧化氫水溶液浸漬步驟前後之剝離後之SOI晶圓之矽薄膜之膜厚變化量之比較圖。

另圖3中，係顯示實施例4中之浸漬步驟前後、CMP研磨步驟前後之剝離後SOI晶圓之矽薄膜之面內膜厚之偏差量變化量之比較圖。

浸漬於氨-過氧化氫水溶液中前後之剝離後SOI晶圓之矽薄膜之面內膜厚偏差係如表1中所示，分別為在實施例1為4.0nm至5.1nm，在實施例2為4.0nm至5.2nm，在實施例3為4.1nm至5.3nm，在比較例1為4.0nm至5.8nm，在比較例2為4.1nm至6.0nm。

如此，藉由使以氨-過氧化氫水溶液之蝕刻量在50nm以上可充分地控制剝離後之SOI晶圓之矽薄膜之面內偏差。

CMP研磨步驟前後之剝離後SOI晶圓之矽薄膜面內膜厚偏差係如表2所示，分別為在實施例3為5.3nm至5.5nm，在實施例4為5.2nm至6.5nm，在實施例5為5.1nm至7.2nm，在比較例3為5.3nm至10.2nm，在比較例4為5.1nm至11.6nm。

據此，可知以CMP研磨將藉由氨-過氧化氫水溶液蝕刻50nm以上之經剝離後SOI晶圓之矽薄膜研磨50nm以下，可製作偏差在10nm以下之膜厚均勻性優異之SOI晶圓。又，以CMP研磨無法成為10nm以下之研磨量。

實施例4中，評價以氨-過氧化氫水溶液蝕刻前後之矽薄膜之膜厚之後，如圖2中所示，可了解於剝離後之SOI晶圓間之偏差減小。藉此，可判定藉由氨-過氧化氫之蝕刻為安定者。

又浸漬步驟前後、研磨步驟前後之矽薄膜之膜厚偏差之變化示於圖3。

實施例4之剝離後SOI晶圓在以氨-過氧化氫水溶液蝕刻85nm後，矽薄膜之面內膜厚之偏差亦為2nm左右並未增加。該值與蝕刻量相比相當的小，為實用之值。另外，CMP研磨後之矽薄膜之面內膜厚之偏差同樣地顯示於圖3。可知CMP研磨後之膜厚偏差集中至最大7nm左右。該值相對於研磨量亦為相當小之值，可知可獲得面內膜厚均勻性優異之SOI晶圓。

如此，將藉由離子注入剝離法剝離之剝離後SOI晶圓浸漬於氨-過氧化氫水溶液中蝕刻50nm以上，且隨後藉由CMP研磨研磨10-50nm。據此，相較於以以往方法薄膜化之SOI晶圓，可獲得面內膜厚偏差受到抑制之SOI晶圓。

(實施例6、7，比較例5、6)

準備20片以離子注入法轉印薄膜之剝離後SOI晶圓(矽薄膜之膜厚300nm左右)，且分成實施例60片，比較例50片。

隨後，將10片實施例之剝離後SOI晶圓浸漬於氨-過氧化氫水溶液中，且蝕刻50nm左右，此時之氨-過氧化氫水溶液之組成設為NH₄ OH：H₂ O₂ ：H₂ O=1：0.2：10，溫度設為80℃。其中NH₄ OH、H₂ O₂ 之濃度為分別換算成29%水溶液、換算成30%水溶液之情況。又，此時之蝕刻速度為3nm/分鐘弱之程度。

相對於此，比較例之剝離後SOI晶圓係以10片浸漬於氨-過氧化氫水溶液中。

接著，對於實施例與比較例之剝離後SOI晶圓，使溫度在900℃~1200℃之溫度範圍內變化(實施例6、比較例5)進行熱處理(處理時間固定為1小時)。氛圍氣體為氫10%與氨90%之混合氣體。又，在上述氛圍中，將處理溫度固定在950℃，且改變熱處理時間(實施例7、比較例6)。

隨後，如下進行評價。

以10×10μm之範圍，進行實施例之熱處理步驟前之SOI晶圓之AFM觀察，結果顯示於圖5(a)，比較例之熱處理步驟前之SOI晶圓觀察像示於圖5(b)。圖5為顯示實施例與比較例中之熱處理步驟前之剝離後SOI晶圓藉由AFM表面觀察像之圖。

比較例之剝離後SOI晶圓之矽薄膜表面之面粗糙度以RMS表示在8.4nm，以P-V值表示為74.1nm。觀察該AFM像時觀察到無數突起狀者。

實施例之剝離後SOI晶圓為表面粗糙度以RMS表示為3.3nm，以P-V表示為34.5nm，可知與比較例者相比，以氨-過氧化氫水溶液蝕刻可使表面粗糙度大幅降低。

蝕刻前後之SOI晶圓之矽薄膜之膜厚(200mm晶圓面內361點之平均)之變化示於圖6中。圖6為實施例與比較例中熱處理步驟前之剝離後SOI晶圓之矽薄膜膜厚變化之比較圖。

可知實施例、比較例二者之熱處理步驟前之剝離後SOI晶圓之矽薄膜膜厚於樣品間之偏差少。

又蝕刻前後之面內膜厚偏差之變化(200mm晶圓之面內361點之平均)示於圖7。圖7為比較晶圓間之實施例與比較例中熱處理步驟前之剝離後SOI晶圓之矽薄膜之面內膜厚偏差之圖。

實施例之剝離後SOI晶圓表面偏差相較於未進行蝕刻之比較例之晶圓雖增加1nm左右之偏差，但若將該值與蝕刻量(50nm)相較則為相當小之值，可謂已充分確保面內膜厚均勻性。可知以如此實施例之蝕刻方法SOI層之面內膜厚均勻性均未惡化。

改變處理溫度之熱處理後SOI晶圓之表面粗糙度與處理溫度之關係顯示於圖8。圖8為顯示實施例與比較例中SOI晶圓之熱處理後之SOI晶圓之表面粗糙度與熱處理溫度之關係圖。

相對於比較例之SOI晶圓中顯著呈現自1150℃熱處理之效果，可知實施例之SOI晶圓自900℃即可呈現出效果。顯示去除該等大的突起狀之凹凸有必要在更高溫進行，但實施例之SOI晶圓藉氨-過氧化氫水溶液蝕刻，去除該大的突起可在熱處理之低溫化側進行。

其結果示於圖9。圖9係顯示實施例與比較例中SOI晶圓之熱處理後SOI晶圓之表面粗糙度與熱處理時間之關係圖。

實施例7、比較例6二者之晶圓係隨時間降低表面粗糙度，但可知施以蝕刻處理之實施例7之晶圓在4小時左右之粗糙度集中至以RMS表示為0.2nm左右。另一方面，可知未經蝕刻處理之比較例6之晶圓雖隨著時間而降低粗糙度，但其程度相較於實施例7明顯極為緩慢。

以下，以實施例、比較例更具體說明本發明，但本發明並不受其限制。

(實施例8，比較例7-9)

首先，對8片石英晶圓施以噴砂處理。

接著，以下列各條件每次兩片進行處理。

實施例8：在2%之HF溶液中浸漬30分鐘，隨後浸漬於鹼溶液(NH₄ OH：H₂ O₂ ：H₂ O=1：0.2：10)中10分鐘。

比較例7：未進行洗淨

比較例8：浸漬於2%HF溶液中30分鐘。

比較例9：浸漬於鹼溶液(NH₄ OH：H₂ O₂ ：H₂ O=1：0.2：10)中10分鐘。

接著，如圖11所示，使兩片與以上述條件處理石英晶圓11進行相同條件之處理者，及兩片未進行噴砂處理之評價用矽晶圓13，使噴砂處理面12與矽晶圓13之微粒評價面15相對向以合計4片之晶圓配置於洗淨匣14中。此時，石英晶圓11與矽晶圓13之間隔為5mm。以微粒計數器測量在該狀態下進行一般之RCA洗淨後之矽晶圓13之評價面15之微粒(0.2μm以上)之數目。由該測定之微粒數進行石英晶圓11上附著之異物數之評價。測定結果示於圖12。

如圖12所示，實施例8之HF洗淨後進行鹼洗淨之晶圓相較於比較例7-9，測定出極少微粒。又，比較例8僅進行HF洗淨時，測定出比未進行洗淨之比較例7之晶圓更多之微粒數。比較例9之僅進行鹼洗淨之情況下，相較於比較例7、8，微粒數較少，但無法去除微粒源。

(實施例9-13)

首先，對6片石英晶圓施以噴砂處理。

接著，以下列各條件每次兩片進行處理。

實施例9：在2%之HF溶液中浸漬30分鐘，隨後浸漬於MH₄ OH溶液(3 vol%)中10分鐘。

實施例10：在0.2%之HF溶液中浸漬30分鐘，隨後浸漬於鹼溶液(NH₄ OH：H₂ O₂ ：H₂ O=1：1：10)中10分鐘。

實施例11：在2%之HF溶液中浸漬30分鐘，隨後浸漬於鹼溶液(NH₄ OH：H₂ O₂ ：H₂ O=1：0.2：10)中10分鐘。

實施例12：在2%之HF溶液中浸漬30分鐘，隨後浸漬於鹼系有機溶劑(8%TMAH溶液)中10分鐘。

實施例13：在2%之HF溶液中浸漬30分鐘，隨後浸漬於鹼溶液(10wt% KOH溶液)中10分鐘。

接著，如圖11所示，使兩片與以上述條件處理之石英晶圓11進行相同條件之處理者，及兩片未進行噴砂處理之評價用矽晶圓13，使噴砂處理面12與微粒評價面15相對向以合計4片之晶圓配置於洗淨匣14中。此時，石英晶圓11與矽晶圓13之間隔設為5mm。以微粒計數器測量在該狀態下進行一般之RCA洗淨後之矽晶圓13之評價面15之微粒(0.2μm以上)數。由該測定之顆粒數進行石英晶圓11上附著之異物數之評價。在相同條件下僅進行HF洗淨之比較例8之測定結果，與實施例9-13之測定結果示於圖13。

如圖13所示，相較於僅進行相同條件之HF洗淨之比較例8之測定數，隨後進行鹼洗淨之實施例9-13之微粒測定數顯著減少，可知藉由該鹼洗淨可使微粒數明顯降低。又，實施例11之鹼洗淨之微粒數最少。此係由於實施例11之鹼溶液中之H₂ O₂ 之氧化力與NH₄ OH之相乘效果造成者，由於與實施例10之鹼溶液相比H₂ O₂ 濃度減低，但鹼之蝕刻效果並未變弱，可知可更有效率地去除微粒。

如上述，依據進行HF洗淨後進行鹼洗淨之本發明洗淨方法，由於以HF洗淨可蝕刻去除成為施以噴砂處理之玻璃處理面特有之微粒源之凹凸，且此時游離並附著之異物以鹼洗淨可防止再附著並去除，故可有效率地進行微粒減少。

又，本發明並不限定於上述實施形態。上述實施形態僅為例示，凡具有與本發明申請專利範圍中所述之技術思想實質上相同之構成，且可發揮同樣作用效果者，則均包含於本發明之技術範圍內。

10．．．SOI晶圓

11．．．矽晶圓

11a．．．石英晶圓

12．．．處理晶圓

12a．．．噴砂處理面

13．．．氧化膜

13a．．．矽晶圓

14．．．離子注入層

14a．．．洗淨匣

15．．．貼合基板

15a．．．顆粒評價面

16．．．矽薄膜

16a．．．高受損層

16b．．．低受損層

16c．．．無受損層

17．．．剝離後之SOI晶圓

圖1為顯示本發明之SOI晶圓之製造方法之步驟之一例之步驟圖。

圖2為顯示實施例4中之氨-過氧化氫水溶液浸漬步驟前後之剝離後SOI晶圓之矽薄膜之膜厚變化量之比較圖。

圖3係顯示實施例4中之浸漬步驟前後、CMP研磨步驟前後之剝離後SOI晶圓之矽薄膜之面內膜厚之偏差量變化量之比較圖。

圖4為概要顯示本發明之SOI晶圓之製法流程圖。

圖5為顯示實施例與比較例之熱處理步驟前之剝離後SOI晶圓藉由AFM之表面觀察像之圖。

圖6為實施例與比較例之熱處理步驟前之剝離後SOI晶圓之矽薄膜膜厚變化之比較圖。

圖7為實施例與比較例之熱處理步驟前之剝離後SOI晶圓之矽薄膜之面內膜厚偏差之比較圖。

圖8為顯示實施例6與比較例5之SOI晶圓之熱處理後之SOI晶圓表面粗糙度與熱處理溫度之關係圖。

圖9係顯示實施例7與比較例6之SOI晶圓之熱處理後之SOI晶圓之表面粗糙度與熱處理時間之關係圖。

圖10為顯示本發明之施以噴砂處理之玻璃處理面之洗淨步驟之一例之流程圖。

圖11係為用以評價附著於晶圓之異物數而進行洗淨時，將晶圓配置於洗淨匣內之狀態之概要圖。

圖12為微粒數之測定結果。

圖13為微粒數之測定結果。