Soi晶片的製造方法及soi晶片的製作方法

2023-06-19 23:08:56

專利名稱：Soi晶片的製造方法及soi晶片的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種於成為基板的絕緣層上覆矽(Silicon on Insulator; SOI)
晶片上使半導體單晶膜磊晶生長，增厚SOI層而成的製造SOI晶片的方法。
背景技術：
將結合晶片與基底晶片貼合後，將結合晶片薄膜化後的貼合基板是使用 作為高性能組件用的半導體基板。如此的貼合基板之一，已知有矽的SOI基板。
作為SOI基板的製造方法，例如，已知有以下的貼合法。也即，先準備
已鏡面研磨的二片矽晶片(結合晶片與基底晶片)，至少於其中一方的晶片 形成氧化膜。然後，將這些晶片隔著氧化膜貼合之後，經熱處理提高結合強
度。之後，將結合晶片薄膜化而得到形成有絕緣層上覆矽(Silicon on Insulator; SOI)層的SOI基板。作為此薄膜化的方法，是通過磨削、蝕刻結合晶片至某 程度薄膜化後，再通過化學機械研磨(chemical mechanical polishing)表面，
進行精加工而成為預定的SOI層厚度。
利用此方法製造出來的SOI晶片，其SOI層的結晶性、氧化膜的可靠性， 具有與通常的半導體晶片同樣高的優點，但是此製造方法，其SOI層的膜厚 均勻性有極限，會有即使採用高精度的加工手法，對於目標膜厚至多也僅可 得到約土0.3tim的面內均勻性這樣的缺點。又，從二片半導體晶片僅可得到 一片SOI晶片，有成本高的問題。
最近，作為新的SOI晶片的製造方法，是如日本特開平5-211128號中提 案的，將已注入離子的晶片與其他的晶片結合之後，通過熱處理，利用離子 注入層(以離子注入層為界)來進行剝離的方法，也即被稱為所謂的離子注入 剝離法的技術。此方法是在二片矽晶片之中，至少於其中一方形成氧化膜， 且從結合晶片的主表面注入氫離子或稀有氣體離子，於該晶片內部形成微小 氣泡(離子注入層)後，使該離子注入側的面，隔著氧化膜與基底晶片密著， 之後，施加熱處理(剝離熱處理)，以微小氣泡層作為劈開面，將結合晶片
薄膜狀地剝離，依不同情況，再施加熱處理(結合熱處理)，強固地結合， 製成SOI晶片的技術。
以此方法比較容易得到膜厚均勻性是土0.01 u m以下的SOI晶片。
但是，SOI層的膜厚是具有數P m至數十li m的較厚的膜厚的SOI晶片， 對於作為雙極組件(Bipolar device)、功率組件(Power device)用，是極 有用，今後的發展也令人期待。先前，為了製造具有如此的較厚的膜厚的SOI 晶片，通過上述貼合法，首先，隔著氧化膜貼合結合晶片與基底晶片，於約 1100。C進行結合熱處理，接著，進行磨削與研磨處理，製造具有預定的膜厚 的SOI晶片。但是此時，因為在晶片周邊部發生未結合部，研磨前必須進行 除去未結合部的邊緣處理工序，有工序變得複雜，導致成本增加的問題。另 外，如上所述，僅以研磨工序無法使SOI層的膜厚的均勻性良好，通過日本 特開平5-160074號所揭示的被稱為等離子體輔助化學蝕刻法(Plasma Assisted Chemical Etching; PACE法)的氣相蝕刻處理，使膜厚均勻化，再通過鏡面 研磨進行霧面等的除去，但是若如此地在氣相蝕刻後進行研磨，反而有SOI 層的膜厚的均勻性惡化，導入潛傷、損傷層，結晶性容易劣化這樣的缺點， 且加工成本依然會變高。
另一方面，離子注入剝離法中，因不需要上述晶片結合法中不可缺的邊 緣處理工序，於生產性、成本面有較大的優點。但是離子注入裝置的加速電 壓是決定離子的注入深度，此注入深度將決定SOI層的膜厚，因此，作為量 產機器而通常使用的大電流的離子注入裝置中，因裝置上的限制，約200keV 的加速電壓為其限度，而僅可製作出至多具有約2ixm的膜厚的SOI層。因 此，通過離子注入剝離法，為了形成具有此以上的膜厚的SOI層，必須有可 得到更高加速電壓的大電流的離子注入裝置，但是可得到超過200keV的高 加速電壓的裝置，其難以得到大電流，為了得到預定的注入量需要花費時間， 結果來說，將導致成本變高，因此，在量產方面尚未達到實用化。另外，從 為了改善剝離後的SOI表面的面粗度，而必須有研磨等的工序的觀點來看， 與PACE法有相同的問題點。
為了解決上述課題，日本專利公報第3358550號揭示一種SOI晶片的制 造方法，其是在結合晶片與基底晶片之中，至少在其中一方形成氧化膜，且 從結合晶片的主表面注入氫離子或稀有氣體離子，形成離子注入層後，將該
已注入離子側的面，隔著氧化膜與基底晶片密著，接著，施加熱處理，以該 離子注入層作為劈開面(剝離面)，將結合晶片薄膜狀地剝離，製作出具有 SOI層的SOI晶片(成為基板的SOI晶片)後，於該SOI層上使磊晶層生長，
來形成膜厚較厚的SOI層的SOI晶片的製造方法。
然而，上述的方法中，於成為基板的SOI晶片的SOI層上，利用燈加熱
方式的磊晶生長裝置，在高溫下進行磊晶生長時，晶片上容易發生滑移位錯
等，有SOI晶片的質量惡化的問題點，尚有需改良的空間。

發明內容
因此，本發明是為了解決如此的問題點而開發出來，其目的是提供一種
SOI晶片的製造方法，是針對在基底晶片上形成有氧化膜與SOI層的SOI晶 片的SOI層上，使磊晶層生長來增厚SOI層的SOI晶片的製造方法，可製造 出滑移位錯等較少的高質量SOI晶片的方法。
為了達成上述目的，本發明提供一種SOI晶片的製造方法，是針對在基 底晶片上已形成氧化膜與SOI層的SOI晶片的SOI層上，使磊晶層生長來增 厚SOI層的SOI晶片的製造方法，其特徵為以使上述磊晶層生長的SOI晶 片的磊晶生長開始時的加熱光的波長域中的表面反射率，成為30%以上80
%以下的方式，來進行磊晶生長。
如此，針對在基底晶片上已形成氧化膜與SOI層的SOI晶片的SOI層上， 使磊晶層生長來增厚SOI層的SOI晶片的製造方法，若使SOI晶片的表面上 的加熱燈光的反射率為30%以上80%以下，則由於SOI晶片的表面上的加熱 燈光的能量吸收是有效率地進行，因此，能使SOI晶片內的溫度分布更均勻
化，可抑制滑移位錯等的發生。因此，可效率佳地得到滑移位錯等較少的高
質量的SOI晶片，提高生產性。
又，本發明可通過分別調節上述氧化膜的厚度與上述SOI層的厚度，來 使上述磊晶層生長的SOI晶片的表面的反射率成為30%以上80%以下。
具有膜厚薄的SOI層的SOI晶片的表面上的反射率，會有因氧化膜與SOI
層所構成的一次元光能隙結構的形成，而受到很大的幫助的情況。因此，可
通過分別調節使磊晶層生長的SOI晶片的上述氧化膜與上述SOI層的厚度， 來使SOI晶片的表面的反射率成為30%以上80%以下。
又，在本發明中，使上述磊晶層生長的SOI晶片，是可將氫離子、稀有 氣體離子或這些的混合氣體離子，從結合晶片的表面進行離子注入，於晶片 內部形成離子注入層，然後使該結合晶片的離子注入側的表面與基底晶片的 表面，隔著氧化膜而密著，接著，施加熱處理，以該離子注入層作為劈開面， 使結合晶片薄膜狀地分離而製作。
利用上述的離子注入剝離法來製作成為使磊晶層生長的基板的SOI晶片
時，本發明的效果特別顯著。以離子注入剝離法製作出來的成為基板的SOI 晶片，其SOI層最大約至2um為止，容易滿足其表面反射強的條件。又， 以離子注入剝離法製作出來的成為基板的SOI晶片，其SOI層的膜厚均勻性 高，如於如此的SOI層上進行磊晶生長，則可製造出其SOI層的膜厚均勻的 厚膜SOI晶片。
若是通過如上述般的SOI晶片的製造方法而製造出來的SOI晶片，則為 滑移位錯等較少、膜厚均勻性高的具有厚膜SOI層的高質量的SOI晶片。
如本發明般，針對在基底晶片上已形成氧化膜與SOI層的SOI晶片的SOI 層上，使磊晶層生長來增厚SOI層的SOI晶片的製造方法，若以使上述磊晶 層生長的SOI晶片的磊晶生長開始時的加熱光的波長域中的表面反射率，成 為30%以上80%以下的方式，來進行磊晶生長，則能使晶片內的溫度分布更 均勻化，其結果，可抑制滑移位錯等的發生。因此，可效率佳地製造出滑移 位錯等較少的高質量的厚膜SOI晶片。


圖1是表示於SOI晶片的SOI層上，使磊晶層生長來增厚SOI層的SOI
晶片的工序的說明圖。
圖2是可用於本發明的單片式氣相磊晶生長裝置的概要構成圖。 圖3是模式化表示因光能隙結構(photonic band gap structures)的形成而 於SOI層側的光反射的樣子。
圖4是表示SOI晶片的反射率的測定結果的圖表。
圖5是表示磊晶生長前的SOI晶片的反射率與磊晶生長後的總滑移長度 之間的關係的圖表。
具體實施例方式
本發明者反覆檢討有關在成為基板的SOI晶片的SOI層上，使磊晶層生
長時，會容易發生滑移位錯等的問題。其中，本發明者著眼於折射率相異的
氧化膜與SOI層，於磊晶生長開始時，滿足特定的層厚關係的情況下，形成 下述的一次元光能隙結構(photonic band gap structures)，對於照射的加熱光 譜的反射率變成極大。而且，認為因如此的氧化膜與SOI層的光學結構而由 來的反射特性，在通過加熱光照射來進行SOI晶片的加熱時，將造成不均勻， 導致滑移位錯等的發生。
其次，本發明者發現，氧化膜與SOI層的積層部，於特定的波長域，形 成一次元光能隙結構，產生強烈反射時，利用適當地調節層厚關係，可大幅 抑制此反射。
又，本發明者努力檢討的結果，發現磊晶生長所使用的加熱光的光譜， 其強度峰值，通常位於1.0 u m附近的波長域，為了使對於氧化膜與SOI層的 積層部所顯示的該當波長域的光的反射率減小，通過調節氧化膜與SOI層的 層厚關係，具體地，以該當波長域中的表面的反射率為80%以下，優選是可 以成為70%以下的方式，通過調節磊晶生長進行前的時點中的成為基板的 SOI晶片的氧化膜的厚度tl與SOI層的厚度t2，有幫助於來自光源的加熱的 波長成分，可有效率地被SOI晶片吸收，能極有效地抑制伴隨著使磊晶層生 長時的加熱而發生的滑移位錯等。
以下更詳細說明。
本發明者詳細檢討於成為基板的SOI晶片的SOI層上進行磊晶生長時的 條件與晶片上的滑移位錯等的發生之間的關係的結果，掌握下述的事實。
(1) 於成為基板的SOI晶片的SOI層上，進行磊晶生長時，有容易發 生滑移位錯等的情況。具體地，是通過從SOI層側的光照射來加熱SOI晶片 的情況。
(2) 滑移位錯等的發生，其中顯著的是因照射的加熱光的波長(以下以 峰值波長入表示)、以及氧化膜與SOI層的該當波長域中的光學厚度tOP滿 足一定的關係的情況，特別是在磊晶生長開始時，滿足接近tOP=0.5入的關 系時，顯著地發生滑移位錯等。
進行磊晶生長時的加熱光照射時，在滿足上述(2)的情況下，特別容易 發生滑移位錯等的原因， 一般認為是如以下所述。
SOI層表面的光反射， 一般認為是周圍的環境(例如空氣)與SOI層的 折射率差而由來的全反射，但此僅發生於光的入射角度大於一定的臨界角度 以上的情況，可於面內以寬廣的光源，對SOI晶片的全面均勻地照射加熱光 的情況時，並不成為問題。但是，組合折射率互相差異大的氧化膜與SOI層 時，根據其層厚與入射光的波長的關係，即使光的入射方向接近面的法線方 向的情況，也可能產生非常強烈的反射。
例如，已知如矽氧化膜與矽層交互積層的結構般，在折射率周期性變化 的積層體的層厚方向，對於光量子化的電磁波能量，形成與結晶內的電子能
量類似的帶結構(band structures)，會妨礙對應折射率變化的周期的特定波 長的電磁波侵入積層體結構中。如此的結構稱為光能隙結構(photonic band gap structures)，多層膜的情況時，因折射率變化僅形成於層厚方向，因此， 也狹義地稱為一次元光能隙結構。
如此的光能隙結構，其積層周期數越多，有入射被禁止的波長域(也就 是反射率變大的波長域，以下稱為光能隙域)變廣的傾向，但是即使積層周 期數為一，僅光能隙域相對地變窄，而於能隙中心波長附近產生非常大的反 射，並無改變。典型的SOI晶片結構，也就是在基底晶片上形成氧化膜與SO
層各一層的上述積層部的結構，便該當於此種結構；用以產生一次元光能隙 結構的條件，是如當氧化膜的該當波長域中的折射率設為nl、 SOI層的該當 波長域中的折射率設為n2，則氧化膜與SOI層的入射光波長域中的光學厚度 tOP二nlXtl+n2Xt2滿足入射光的波長1/2 (也艮卩0.5人)的情況。此時， 通過如圖3所示的一次元光能隙結構的形成，於SOI層18側引起加熱光h v 的強烈反射。特別是氧化膜與SOI層的光學厚度比(tlXnl) / (t2Xn2) 於1的附近時(也即，兩層的光學厚度相等時)，引起強反射的波長域變得 最廣，反射率也變高。另外，氧化膜的紅外線波長域的折射率nl，在矽氧化 膜的情況為L5， SOI層的折射率n2，在矽單晶的情況為3.5，在鍺(Ge)的 情況為4.0，在SM3e,—x的情況時，Si為3.5， Ge為4.0，則依混晶比x的值， 採用線性內插而得的折射率。
若氧化膜與SOI層所形成的光能隙的中心波長，接近入射光的波長入， 則即使對SOI層表面均勻地照射加熱光，因反射的影響，晶片的層厚方向的
加熱分布變成不均勻(此不均勻是如後的詳述，並非因反射產生的SOI層側 變成低溫而發生者)。發生基底晶片的層厚方向的溫度不均勻時，基底晶片 的面內熱應力也在層厚方向產生分布，作為用以發生滑移位錯等的應力而產 生作用。特別是若在基底晶片內形成氧析出物，則一般認為會於該氧析出物 的周圍，在構成晶片的矽單晶基體(Bulk)領域中，導入多數的滑移位錯等 的結晶缺陷。
因此，為了使氧化膜與soi層的積層部所形成的光能隙的中心波長，盡
量遠離入射光的峰值波長A ，通過調節氧化膜與SOI層的各層厚度，可有效
地抑制成為上述溫度不均勻的原因的加熱光的反射，具體地，可使反射率為
80%以下。但是，現狀的SOI晶片的結構，使反射率未滿30%有困難，若要 使反射率未滿30%，則會由於產率的降低而使得成本增加。
對此，本發明者通過實驗努力檢討的結果，成為氧化膜的Si02的波長域 中的折射率設為nl，成為SOI層的半導體的波長域中的折射率設為n2，為了 使這些氧化膜與SOI層的波長域的光學厚度tOP儘量遠離0.5入，分別調整 氧化膜的厚度tl與SOI層的厚度t2，由此，可使反射率為30%以上80%以 下。其結果，可通過從SOI層側的光照射，更均勻地加熱SOI晶片，可有效 地防止磊晶生長時，於SOI晶片發生的滑移位錯等。
又，磊晶生長時的加熱，是通過僅配置於SOI層的第一主表面側的加熱 光源來進行，也即利用單面加熱方式的磊晶生長裝置來進行時，可特別顯著 地發揮上述本發明的效果。如此的磊晶生長裝置中，通常，通過配置於基底 晶片的第二主表面側(背面側)的溫度傳感器(例如輻射溫度計)， 一面測 定該基底晶片的溫度， 一面以使所測定的基底晶片的溫度可升溫、保持於設 定加熱溫度的方式，控制上述加熱光光源的發熱輸出，來進行加熱。此時， 若SOI層與氧化膜皆形成光能隙結構，則招致下述的狀況。
也即，在初期階段中，因溫度傳感器所檢測到的基底晶片的溫度低於設 定溫度，所以加熱光光源的輸出是控制向增加方向，於是開始升溫。但是， 在SOI層側，由於到來的加熱光的多數被反射，因此，於基底晶片的第二主 表面側檢測到的溫度也不太上升。其結果，光源的控制部為使檢測溫度接近 目標值，不斷地增加加熱光的輸出。也即，與不太發生反射的情況(例如， 於未形成SOI層的鏡面研磨晶片等之上，進行磊晶生長的情況)相較，加熱 光光源的輸出會被控制成偏向過度側的狀態。另一方面，從SOI層表面向基 底晶片側的熱傳達，不僅是因加熱光的直接入射所導致的輻射熱傳達，當然 地，來自周圍環境的熱傳導也有關連。而且，若加熱光光源的輸出偏向過度 側，則不受反射影響的周圍環境的溫度，異常地升高，與此接觸的SOI層側 的溫度會過度上升，使基底晶片的表背面的溫度差變得非常大。其結果，SOI 晶片的溫度的不均勻容易不斷地擴大。但是，通過抑制氧化膜與SOI層的積
層部中的光能隙形成，如本發明般的表面的反射率成為30%以上80%以下， 則即使利用單面加熱方式的磊晶生長裝置，也可有效地防止SOI晶片上的滑 移位錯等的發生。
此效果是於加熱設定溫度例如為較高的IOO(TC以上130(TC以下、或是至 其設定溫度為止的升溫速度例如為較快的50°C /秒以上100°C /秒以下的情 況時，特別顯著。也即，設定升溫速度快時，在晶片的厚度方向的熱傳導未 充分進行之間，加熱光光源的輸出變強，要被測定溫度的基底晶片的第二主 表面上的溫度上升，相對於SOI層側的溫度，變成越來越延遲。其結果，加 熱光光源的輸出更容易變成過度地強烈，而變成容易發生溫度不均勻。
以下， 一面參照添附的圖面一面具體地說明本發明的實施方式，但是本 發明不限定於這些方式。
圖1是表示在成為基板的SOI晶片的SOI層上，使磊晶層生長，來增厚 SOI層的SOI晶片的製造方法的說明圖，表示成為使磊晶層生長的基板的SOI 晶片，是通過貼合二片矽晶片，之後通過離子注入剝離法，將SOI層薄膜化 的方法而製作的方法。
在此，製作成為使磊晶層生長的基板的SOI晶片的工序，是設為通過離 子注入剝離法，但是不限於離子注入剝離法，以任何方法製作皆可。例如， 也可為在矽晶片注入氧離子後進行熱處理的方法(SIMOX法)；作為結合晶 片，也可採用在單晶矽晶片上，使Si、 SiGe、 Ge等的半導體單晶磊晶生長而 成的磊晶晶片。又，貼合後，通過磨削等而薄膜化，來製造SOI晶片的情況 也可適用。
首先，在工序(a)中，準備二片矽鏡面晶片，此步驟是準備成為配合組 件規格的支持基板的基底晶片14、與成為SOI層的結合晶片11。
接著，在工序(b)中，將其中至少一方的晶片，在此是結合晶片11，
例如進行熱氧化，於其表面形成例如膜厚10nm以上500nm以下的氧化膜12。 此氧化膜的形成可採用CVD等的方法。
上述氧化膜的膜厚，當熱氧化時，可通過氧化處理溫度、時間、用於氧 化處理的環境中的氧濃度等，精密地調節。此時，提高氧化處理溫度、延長 氧化處理時間、或是提高用於氧化處理的環境中的氧濃度，有助於增加氧化 膜12的膜厚。此氧化膜12的膜厚，在維持此狀態下，將成為之後的工序(f) 中要被製作的成為基板的SOI晶片的氧化膜(埋入氧化膜)17的膜厚tl。
接著，在工序(c)中，對於結合晶片11的一面注入選自氫離子或稀有 氣體(氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe))離子所組成 的離子群中的至少一種，在此是氫離子，於離子的平均進入深度處，形成平 行於表面的離子注入層13。
離子注入層13的深度，例如可為20nm以上2000nm以下的值，可通過 離子注入能量等精密地調節。此時，提高離子注入能量是幫助於離子注入層 13的深度向更深的方向。此離子注入層13的深度是與決定之後的工序(f) 中製作的成為基板的SOI晶片的SOI層18的膜厚有直接的關連，幾乎等於 氧化膜17的膜厚與剛剝離之後的SOI層18的膜厚的和。
接著，工序(f)是將注入氫離子的結合晶片11的氫離子注入面，隔著 氧化膜與基底晶片14重迭密著的工序。於常溫清淨的環境下，通過使二片晶 片的表面之間接觸，不使用黏著劑來黏著晶片之間。
接著，工序(e)是以離子注入層13為邊界而剝離，使剝離晶片15與 SOI晶片16分離的剝離熱處理工序。例如於惰性氣體環境下，利用約400 60(TC的溫度加以熱處理，因結晶的再配列與氣泡的凝集，使剝離晶片15與 SOI晶片16分離。又，通過提高形成剝離用離子注入層13時的離子注入量、 或對於重迭面預先進行等離子體處理，使表面活性化，也有可省略剝離熱處 理的情況。另外，剝離晶片15的剝離面研磨後，可再利用作為結合晶片或基 底晶片。
剝離工序之後，於工序(f)進行結合熱處理工序。此工序是因上述工序 (d) (e)的密著工序與剝離熱處理工序而密著的晶片之間的結合力，僅依 照此狀態使用於組件工序時，此結合力弱，因此對於SOI晶片16施以高溫的 熱處理來作為結合熱處理，使結合強度充分。此熱處理，例如於惰性氣體環
境下，在1000 1200°C，進行30分鐘至二小時的範圍。
此時，將剝離熱處理例如於80(TC以上的高溫下進行，由此兼具結合熱 處理的作用，也可省略單獨地進行的結合熱處理。
另外，之後，為了除去SOI層18的表面，也即剝離面的在工序(c)中 因離子注入所造成的損壞層等，可進行研磨量非常小的研磨也即所謂的接觸 拋光、或是進行蝕刻除去氧化熱處理後生成的氧化膜，也即進行犧牲氧化等。
經過以上的工序，即可製作出具備氧化膜17與SOI層18，成為用以於 SOI層18上進行磊晶生長的基板的SOI晶片19。
接著，工序(g)是於成為基板的SOI晶片的SOI層上，進行磊晶生長， 製造具有預定厚度的SOI層的SOI晶片的工序。
此磊晶生長是如圖2所示，利用單片式的氣相磊晶生長裝置來進行。此 磊晶生長裝置30是例如於單晶矽晶片(晶片W)等的基板的主表面， 一片 片地進行用以氣相磊晶生長的伴隨加熱的處理的裝置。
磊晶生長裝置30，主要具備磊晶生長容器31、用以載置晶片W的承受 器32、支持承受器32的支持裝置33、溫度測定裝置34、用以加熱晶片W的 加熱裝置35等而構成。磊晶生長容器31是將晶片W配置於內部，用以進行 磊晶生長者，其頂壁31a與底壁31b是由透光性的石英構成。另外，於熱處 理容器31的側壁，形成用以供給反應氣體至磊晶生長容器31內的氣體供給 口 31c、與用以從磊晶生長容器31排出反應氣體的氣體排出口 31d。
承受器32備置於磊晶生長容器31的內部，被覆碳化矽於石墨而形成。 承受器32的頂面形成用以載置晶片W的略圓形的沉孔32a。支持裝置33是 由於承受器32的下方，往上下方向延伸的旋轉軸33a (旋轉軸33a是與未 圖標的旋轉驅動裝置連結)；以及從旋轉軸33a上端向上方傾斜而放射狀地 分歧，其前端部支持承受器32底面的輪輻33b所構成。於承受器32的背面 與支持裝置33的輪幅33b前端部接觸之處，構成未圖示的凹部。輪幅33b 前端部陷入此凹部，使承受器32固定於支持裝置33上。
本實施方式中，用於磊晶生長的加熱，其至磊晶生長溫度為止的升溫速 度，是設定成以50。C/秒以上10(TC/秒以下，例如75。C/秒的急速加熱來 進行。SOI晶片是被配置在上側，並使其SOI層可面向加熱燈35。加熱燈35 發出的加熱光，例如其峰值波長入為例如100nm的近紅外線。
磊晶生長的反應溫度，例如矽的情況是於90(TC以上120(TC以下進行。 另外，磊晶生長的反應時間，例如是於三十秒以上三十分鐘以下進行。反應 時間也可延長，但此時的生產性會降低。另外，磊晶層的膜厚可通過反應氣 體的流量、反應溫度、反應時間來調節。
磊晶生長後的磊晶層20與磊晶生長前的SOI層18成為一體，形成磊晶 生長後的SOI晶片21的SOI層。
如此，可製造出具有預定膜厚的SOI層的SOI晶片21 。
然而，如上所述，在工序(b)的階段中，決定氧化膜17的厚度tl。另 外，工序(c)的離子注入時的離子注入能量所決定的離子注入深度，因於工 序(e)的階段中剝離，剛剝離之後的SOI層18的厚度t2是決定於工序(c) 時。也即，在工序(b)與工序(c)的階段中，可適當地調節條件，以調節 氧化膜17的厚度tl以及SOI層18的厚度t2的厚度。
在此敘述了以離子注入法製作成為基板的SOI晶片時，氧化膜17的膜厚 tl、 SOI層18的厚度t2的調節方法，但以其他方法來製作成為使磊晶層生長 的基板的SOI晶片時，也可利用適當的方法來調節氧化膜的厚度tl與SOI 層的厚度t2。例如，植氧分離(Separation by Implantation of Oxygen; SIMOX) 法中，例如可通過調節氧離子注入時的注入能量等，調節氧化膜的厚度tl與 SOI層的厚度t2。
又，若決定了兩層的各層厚tl、 t2和折射率nl、 n2，依光能隙理論，可 通過計算而模擬積層部的反射率的波長相關性。
也即，本發明的特徵在於氧化膜17與SOI層18的積層部儘量不形成一 次元光能隙結構，也就是說，調節矽氧化膜17的層厚tl與SOI層18的層厚 t2，使得兩層的光學厚度的合計tOP，儘量與成為光能隙的形成條件的0.5入 的點作區隔。於磊晶生長開始時滿足如此的層厚關係，即可抑制磊晶生長後 的SOI晶片上的滑移位錯等的缺陷密度。磊晶生長開始時具有預定的反射率， 會對於磊晶生長後的SOI晶片的質量造成影響， 一般認為是因為若生長開始 時面內溫度不均勻，則磊晶層不均勻地生長，而於之後的生長過程中，均勻 性也未被修正的緣故。
實施例1
以下，例示本發明的實施例，更具體地說明本發明，但本發明不限定於 這些實施例。
依據圖1，說明通過離子注入剝離法來製作成為基板的SOI晶片的方法。
準備四片氧濃度20ppma的CZ單晶矽基板(直徑200mm (8英吋)、厚 625 um)的薄圓板狀的晶片，分別各以二片作為結合晶片與基底晶片。
接著，將此二片結合晶片於氧化環境下進行熱處理，於晶片表面全體形 成氧化膜。此時，調節熱處理的時間，使氧化膜的厚度成為M5nm。對於此 結合晶片，以慘雜量10X1016/cm2，並通過調節注入能量來使注入深度為 195nm、 215nm的條件，分別對二片結合晶片進行氫離子注入。
接著，依據圖1的工序(d) (e) (f)，準備二片成為基板的SOI晶片。 這些SOI晶片的氧化膜的厚度tl與SOI層的厚度t2的組合也即t2 / tl的組 合，分別為50nm/145nm、 70nm/145nm。
測定這些SOI晶片的反射率，其結果表示於圖4。於加熱燈的光量為最 大的1000nm附近，反射率分別為76%、 80%。
接著，利用如圖2所示的單片式的氣相磊晶生長裝置，於上述的成為基 板的SOI晶片的SOI層上，生長磊晶層。反應溫度為105(TC，反應時間為三 十秒。磊晶層的膜厚皆為1000nm，磊晶生長後的SOI層的總膜厚與氧化膜 的厚度，分別成為1050nm / 145nm、 1070nm / 145nm。
如此，對於進行磊晶生長後的SOI晶片，測定總滑移長度，分別為5mm、 30mm。
實施例2、比較例
接著、準備七片以與實施例1相同的方法(注入深度215nm)，調節氧 化膜的厚度與SOI層的厚度，使表面反射率分別為30% 95%的成為基板的 SOI晶片。於這些成為基板的SOI晶片上，以反應溫度1050。C、反應時間三 十秒的條件，生長1000nm的磊晶層，來製造SOI晶片。
磊晶生長後測定的總滑移長度與磊晶生長前的SOI晶片的反射率的關 系，表示於圖5。反射率超過807。的SOI晶片中，總滑移長度有超過容許值 也就是100mm的可能性，但是反射率807。以下的SOI晶片中，總滑移長度 於容許值以下，特別是反射率於70%以下時幾乎為零。反射率於60^以下時
則皆為零。
又，本發明不限定於上述實施方式。上述實施方式僅為例示。凡是具有 與本發明的權利要求中記載的技術思想實質上具有相同的構成，可產生相同 的效果者，不論為如何的方式，皆應包含於本發明的技術範圍內。
權利要求
1.一種SOI晶片的製造方法，是針對在基底晶片上已形成氧化膜與SOI層的SOI晶片的SOI層上，使磊晶層生長增厚SOI層的SOI晶片的製造方法，其特徵為以使上述磊晶層生長的SOI晶片的磊晶生長開始時的加熱光的波長域中的表面反射率，成為30％以上80％以下的方式，來進行磊晶生長。
2. 如權利要求l所述的SOI晶片的製造方法，其中，通過分別調節上述 氧化膜的厚度與上述SOI層的厚度，使上述磊晶層生長的SOI晶片的表面的 反射率成為30%以上80%以下。
3. 如權利要求l或2所述的SOI晶片的製造方法，其中，使上述磊晶層 生長的SOI晶片，是將氫離子、稀有氣體離子或這些的混合氣體離子，從結 合晶片的表面進行離子注入，於晶片內部形成離子注入層，然後使該結合晶 片的離子注入側的表面與基底晶片的表面，隔著氧化膜而密著，接著，施加 熱處理，以該離子注入層作為劈開面，使結合晶片薄膜狀地分離而製作。
4. 一種SOI晶片，其是通過權利要求1 3中任一項所述的SOI晶片的 製造方法製造。
全文摘要
本發明是一種SOI晶片的製造方法，是針對在基底晶片上已形成氧化膜與SOI層的SOI晶片的SOI層上，使磊晶層生長來增厚SOI層的SOI晶片的製造方法，其特徵為以使上述磊晶層生長的SOI晶片的磊晶生長開始時的加熱光的波長域中的表面反射率，成為30％以上80％以下的方式，來進行磊晶生長。由此，提供一種SOI晶片的製造方法，針對在基底晶片上已形成氧化膜與SOI層的SOI晶片的SOI層上，使磊晶層生長來增厚SOI層的SOI晶片的製造方法，可製造出滑移位錯等較少的高質量的SOI晶片。
文檔編號H01L21/02GK101371334SQ20078000292
公開日2009年2月18日 申請日期2007年1月15日 優先權日2006年1月23日
發明者八木真一郎 申請人:信越半導體股份有限公司