專(zhuān)利名稱(chēng)：貼合晶片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種采用離子注入剝離法來(lái)制造貼合晶片的方法，典型地，是涉及 一種將已注入氫離子等的晶片與其它的晶片貼合后，加以剝離來(lái)制造貼合晶片的方法。
背景技術(shù)：
在根據(jù)離子注入剝離法來(lái)制造貼合而成的絕緣層上覆硅(SOI)晶片的情況下，需 要進(jìn)行絕緣膜形成、氫離子植入、貼合、剝離熱處理等的處理。特別是在剝離熱處理后的SOI 晶片中，會(huì)發(fā)生一種被稱(chēng)為空穴、氣泡的貼合界面的缺陷。此缺陷，會(huì)受到包括剝離熱處理 在內(nèi)的先前工序的影響。作為其中一個(gè)原因，可舉出在各工序中所附著的微粒。特別是具 有埋入絕緣膜(BOX)越薄產(chǎn)生缺陷的數(shù)量越多的傾向。當(dāng)制作SOI晶片的情況，若BOX的厚度薄至100納米(nm)以下，則有缺陷數(shù)量增 加的傾向，另外，即使在BOX的厚度為100納米以上的情況，也會(huì)因?yàn)樵诎▌冸x熱處理在 內(nèi)的先前工序中的微粒，而發(fā)生缺陷。作為這些缺陷具有以目視便可以看到的氣泡、空穴，以及要利用微粒計(jì)數(shù)器來(lái)檢 出的光點(diǎn)缺陷(LPD(Light Point Defect)等。然而，即使是光點(diǎn)缺陷(局部光散射缺陷)， 若以?huà)呙栊碗娮语@微鏡(SEM)來(lái)觀察，實(shí)際上也是微小的空穴(void)。需要使這些缺陷減 少而盡可能地消除，特別是對(duì)于容易發(fā)生缺陷的具有薄的埋入絕緣膜(BOX)的SOI晶片和 沒(méi)有BOX的直接接合晶片而言，需要減少缺陷。為了減少缺陷，有一種方法是通過(guò)使氫離子的植入深度變深，增加SOI層的厚度， 來(lái)提高剛性，但是，若BOX變薄，則其效果是不充分的。另外，若增大氫離子植入深度，則在 后續(xù)工序中，通過(guò)犧牲氧化等來(lái)減少SOI層的厚度的量會(huì)變多，因此會(huì)有處理過(guò)程變長(zhǎng)，且 SOI膜厚分布惡化的傾向。另外，作為減少缺陷的其它方法，有一種方法是根據(jù)將貼合面曝露在等離子體中 來(lái)實(shí)行等離子體處理，使貼合面活性化，來(lái)提高貼合強(qiáng)度。作為此種方法的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程，推薦 采用等離子體活性化+水洗凈+貼合這樣的過(guò)程。例如，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，記載一種方法， 先進(jìn)行等離子體處理來(lái)形成氧化膜，然后以純水洗凈該表面，待干燥后進(jìn)行貼合(參照日 本特開(kāi)平5-82404號(hào)公報(bào))。然而，即使是利用此種方法來(lái)制造貼合晶片，也無(wú)法充分地減少貼合界面的缺陷 (空穴、氣泡)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而開(kāi)發(fā)出來(lái)，其目的是提供一種貼合晶片的制造方 法，當(dāng)直接或隔著絕緣膜來(lái)進(jìn)行貼合時(shí)，通過(guò)減少貼合面的微粒且牢固地貼合，能防止在貼 合晶片的薄膜中發(fā)生缺陷。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種貼合晶片的制造方法，至少?gòu)慕Y(jié)合晶片的表 面，離子注入氫離子、稀有氣體離子中的至少一種氣體離子，而在晶片內(nèi)部形成離子注入層，然后在將所述結(jié)合晶片的離子注入后的表面與基底晶片的表面，直接貼合或是隔著絕 緣膜貼合后，以所述離子注入層為界，使結(jié)合晶片剝離，來(lái)制作貼合晶片，此貼合晶片的制 造方法的特征在于，根據(jù)對(duì)所述結(jié)合晶片和基底晶片的至少其中一方的貼合面施行等離子 體處理，使氧化膜成長(zhǎng)，而在對(duì)該成長(zhǎng)后的氧化膜實(shí)行蝕刻處理后，與另一方的晶片貼合。若是此種貼合晶片的制造方法，特別是對(duì)于因?yàn)榈入x子體處理而使微粒容易附 著、附著后的微粒難以除去的貼合面，能將該貼合面的氧化膜表面，蝕刻除去所附著的微粒 并除去至受到微粒的影響的部分為止。由此，能做出微粒非常少的貼合面，進(jìn)而能實(shí)行牢固 的貼合，而能使被制作出來(lái)的貼合晶片的薄膜中所產(chǎn)生的缺陷非常少。此時(shí)，優(yōu)選所述蝕刻氧化膜的處理是通過(guò)浸漬在SCl溶液和SC2溶液中來(lái)實(shí)行的。如此，本發(fā)明的制造方法中的蝕刻處理，即使只稍微蝕刻根據(jù)等離子體處理而成 長(zhǎng)后的氧化膜表面，便可大幅地減少缺陷，因此即使是蝕刻速度比較慢的SCl溶液(NH4OH 與H2O2的水溶液)和SC2溶液(HCl與H2O2的水溶液)，也能充分地減少微粒，進(jìn)而，容易調(diào) 整蝕刻量，且也容易均勻地蝕刻全體氧化膜的表面。另外，優(yōu)選根據(jù)對(duì)所述基底晶片的貼合面施行等離子體處理而使氧化膜成長(zhǎng)，而 在對(duì)該成長(zhǎng)后的氧化膜實(shí)行蝕刻處理后，與所述結(jié)合晶片貼合。如此，根據(jù)對(duì)基底晶片的貼合面施行本發(fā)明的等離子體處理和蝕刻處理，能進(jìn)一 步減少貼合界面所產(chǎn)生的缺陷，并能有效地防止被制作出來(lái)的貼合晶片的薄膜中所產(chǎn)生的 缺陷。此時(shí)，優(yōu)選在對(duì)所述基底晶片的貼合面蝕刻成長(zhǎng)后的氧化膜的處理中，將所述氧 化膜蝕刻0. 3納米以上而小于2納米的厚度。如此，根據(jù)將氧化膜的蝕刻厚度設(shè)定在上述范圍內(nèi)來(lái)進(jìn)行蝕刻，可進(jìn)一步減少貼 合界面的缺陷的發(fā)生量，而能極度地減少被制作出來(lái)的貼合晶片的薄膜中的缺陷。另外，優(yōu)選僅在所述結(jié)合晶片的表面預(yù)先形成絕緣膜。應(yīng)用本發(fā)明的制造方法時(shí)，在使絕緣膜形成在結(jié)合晶片的表面，然后通過(guò)該絕緣 膜來(lái)實(shí)行離子注入，繼而與沒(méi)有形成絕緣膜的基底晶片貼合的情況下，尤其能減少被制作 出來(lái)的貼合晶片的薄膜中的缺陷。另外，能利用氧等離子體或氮等離子體來(lái)實(shí)行所述等離子體處理。在本發(fā)明的制造方法中，能從這些條件中選擇適當(dāng)?shù)臈l件，且即使是采用氮等離 子體的情況，也能形成氧化膜。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的貼合晶片的制造方法，由于能一同除去附著在等離子體 處理面上的微粒與根據(jù)等離子體處理而成長(zhǎng)后的氧化膜，因此能作出微粒非常少的貼合 面。由此，能利用等離子體處理來(lái)產(chǎn)生牢固的貼合，并能進(jìn)而作出幾乎沒(méi)有缺陷的貼合界 面，因此，能有效地減少被制作出來(lái)的貼合晶片的薄膜中所產(chǎn)生的缺陷。另外，若是本發(fā)明 的制造方法，由于能應(yīng)用于直接接合晶片和SOI晶片的任一種晶片，因此能減少在多種貼 合晶片的薄膜中所產(chǎn)生的缺陷。


圖1是表示本發(fā)明的貼合晶片的制造方法的工序的一個(gè)例子的流程圖。
具體實(shí)施例方式在制造貼合晶片時(shí)，在薄膜的表面和基底晶片與薄膜的界面會(huì)發(fā)生缺陷，特別是 在制作具有薄的埋入絕緣膜的SOI晶片和直接接合晶片的情況下，會(huì)有缺陷多的問(wèn)題。本發(fā)明人，針對(duì)這些缺陷，實(shí)行深入調(diào)查后的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了以下的技術(shù)而完成本發(fā) 明，該技術(shù)為通過(guò)等離子體處理而使氧化膜在貼合面成長(zhǎng)，然后蝕刻該氧化膜，減少厚度 后進(jìn)行貼合，由此，能使在所制作出來(lái)的貼合晶片的薄膜中產(chǎn)生的缺陷變得非常少。以下，關(guān)于本發(fā)明的貼合晶片的制造方法，作為實(shí)施方式中的一個(gè)例子，一邊參照 圖1，一邊詳細(xì)地說(shuō)明關(guān)于通過(guò)離子注入剝離法來(lái)制造貼合晶片的情況，但是本發(fā)明并未被 限定于此實(shí)施方式。另外，圖1是表示本發(fā)明的貼合晶片的制造方法的工序的一個(gè)例子的流程圖。首先，在圖1的工序(a)中，作為結(jié)合晶片10和基底晶片20，例如準(zhǔn)備2片鏡面研 磨后的單晶硅晶片。此時(shí)，如圖1所示，僅預(yù)先在結(jié)合晶片10上形成絕緣膜12，但是，絕緣膜12也可以 僅形成在基底晶片20上，也可以形成在兩晶片上；另外，在兩晶片上，也可以都沒(méi)有形成絕 緣膜12。如此，若是本發(fā)明的制造方法，不論是隔著絕緣膜而貼合或是直接貼合，皆可減少 缺陷，其中僅在結(jié)合晶片的表面上形成絕緣膜的情況，貼合晶片的薄膜的缺陷減少量最多。 特別是此種情況下缺陷變少的原因還沒(méi)有完全明白，但是推測(cè)與存在于兩晶片的貼合面中 的氫氧基和水分的濃度有關(guān)。作為此時(shí)所形成的絕緣膜，例如能形成熱氧化膜、化學(xué)氣相沉積(CVD)氧化膜等。 另外，要被形成在各個(gè)晶片上的絕緣膜，除了可以形成在包含背面在內(nèi)的晶片的全部表面 以外，也可以?xún)H形成在貼合面。繼而，在工序(b)中，從結(jié)合晶片10的絕緣膜12的表面(貼合面13)，離子注入氫 離子、稀有氣體離子中的至少一種氣體離子，而在晶片內(nèi)部形成離子注入層11。此時(shí)，注入 能量、注入劑量、注入溫度等的其它離子注入條件，能以可得到規(guī)定厚度的薄膜的方式，加 以適當(dāng)?shù)剡x擇。在工序(c)中，對(duì)基底晶片20的貼合面22施行等離子體處理，使氧化膜21成長(zhǎng)。此時(shí)，可僅對(duì)結(jié)合晶片10的絕緣膜12施行等離子體處理來(lái)使氧化膜成長(zhǎng)，也可對(duì) 兩晶片施行等離子體處理來(lái)使氧化膜成長(zhǎng)。另外，在對(duì)基底晶片的貼合面施行等離子體處 理來(lái)使氧化膜成長(zhǎng)，而在之后的工序(d)中，蝕刻該氧化膜的情況下，能進(jìn)一步減少在所制 作出來(lái)的貼合晶片的薄膜中產(chǎn)生的缺陷。特別是在此種情況下缺陷變少的理由沒(méi)有完全明 白，但是推測(cè)與存在于兩晶片的貼合面中的氫氧基和水分的濃度有關(guān)。此時(shí)，作為將貼合面曝露在等離子體中的等離子體處理，只要能使氧化膜在晶片 表面成長(zhǎng)即可，沒(méi)有特別的限定，例如能以氧等離子體或氮等離子體來(lái)實(shí)行。即使是氮等離 子體，也能根據(jù)腔室(chamber)內(nèi)的殘留氧氣來(lái)使氧化膜成長(zhǎng)。如此，利用實(shí)行等離子體處理，例如使處理面的氫氧基增加而活性化，而在貼合 時(shí)，通過(guò)氫鍵等，能使晶片彼此之間牢固地貼合。在工序(d)中，對(duì)已成長(zhǎng)在基底晶片20的貼合面22上的氧化膜21，實(shí)行蝕刻處理。如此，通過(guò)蝕刻成長(zhǎng)后的氧化膜，能將難以除去微粒的等離子體處理面的表面蝕
5刻除去至受到微粒的影響的部分為止，而能防止在貼合界面發(fā)生缺陷，因此，能減少被制作 出來(lái)的貼合晶片的薄膜中所產(chǎn)生的缺陷。另外，在蝕刻處理對(duì)基底晶片的貼合面進(jìn)行等離子體處理而使氧化膜成長(zhǎng)后的氧 化膜的情況下，優(yōu)選將氧化膜的厚度蝕刻0.3納米(nm)以上而小于2納米。例如，即使只 蝕刻0. lnm，只要氧化膜表面被蝕刻除去，便能發(fā)揮本發(fā)明的效果，而利用蝕刻除去上述范 圍的膜厚，能更可靠地減少所制作出來(lái)的貼合晶片的薄膜缺陷。作為蝕刻方法，并沒(méi)有特別的限定，例如優(yōu)選通過(guò)浸漬在SCl溶液和SC2溶液中來(lái) 實(shí)行。對(duì)通過(guò)等離子體處理而成長(zhǎng)后的氧化膜，由于只要稍微蝕刻便能作出缺陷已被減少 的貼合界面，因此若是蝕刻速度比較慢的上述溶液，容易調(diào)整蝕刻量，且能均勻地蝕刻氧化 膜表面，而能作出更良好的貼合面。在工序(e)中，使結(jié)合晶片10的絕緣膜12與基底晶片20的氧化膜21密接而貼
I=I O如此，將已施行等離子體處理后的表面，作為貼合面，例如在減壓或常壓下，使兩 晶片密接，不用施行高溫處理等，便能充分牢固地貼合。在工序(f)中，以離子注入層11為界，將結(jié)合晶片10剝離，而制作出一種在基底 晶片20上隔著絕緣膜12而形成有薄膜31的貼合晶片30。此結(jié)合晶片的剝離，能通過(guò)施加熱處理或機(jī)械性的外力來(lái)實(shí)行。作為通過(guò)熱處理 來(lái)進(jìn)行剝離的方法，只要例如在惰性氣體氣氛下以大約500°C的溫度施加熱處理，就能夠利 用結(jié)晶的再排列和氣泡的凝集，以離子注入層為界，剝離結(jié)合晶片。如此，根據(jù)本發(fā)明，由于能同時(shí)達(dá)成牢固的貼合與在貼合界面沒(méi)有微粒存在的貼 合，因此能極度地減少在被制作出來(lái)的貼合晶片的薄膜中所產(chǎn)生的缺陷。以下，根據(jù)實(shí)施例、比較例，更具體地說(shuō)明本發(fā)明，但是本發(fā)明并未被限定于這些 例子。(實(shí)施例1)準(zhǔn)備2片鏡面研磨后的直徑300mm的單晶硅晶片作為結(jié)合晶片和基底晶片，并在 結(jié)合晶片的表面形成膜厚20納米(nm)的熱氧化膜來(lái)作為絕緣膜。繼而，利用結(jié)合晶片的 熱氧化膜，以50keV、6X IOlfVcm2的條件，注入氫離子而形成離子注入層。繼而，對(duì)結(jié)合晶片的氧化膜表面和基底晶片的單晶硅表面(形成有大約1納米的 自然氧化膜)，施行氮等離子體處理(室溫、氣體流量115Sccm(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)毫升/分)、壓力 0. 4Torr(53. 3Pa)、輸出100W、15秒)。結(jié)果，結(jié)合晶片的氧化膜的膜厚成為21納米，基底晶 片的氧化膜的膜厚成為4納米。繼而，將等離子體處理后的晶片，浸漬在SCl洗凈液和SC2洗凈液中，并根據(jù)調(diào)整 液溫與浸漬時(shí)間，將結(jié)合晶片的氧化膜蝕刻2納米的厚度，并將基底晶片的氧化膜蝕刻1. 2 納米的厚度。在室溫下，將實(shí)行氧化膜的蝕刻處理后的兩晶片的等離子體處理面彼此貼合在一 起，然后通過(guò)施加500°C、30分鐘的剝離熱處理，以離子注入層為界，將結(jié)合晶片剝離，由 此，制作出一種在基底晶片上隔著氧化膜而形成有硅薄膜的貼合晶片。觀察該貼合晶片的 硅薄膜，通過(guò)目視來(lái)計(jì)數(shù)所發(fā)生的缺陷(空穴、氣泡)的數(shù)量，得知可獲得良好的結(jié)果。將 測(cè)定結(jié)果表示在表1中。
(實(shí)施例2-5、比較例1-4)準(zhǔn)備一種與實(shí)施例1同樣的結(jié)合晶片(附有20納米的熱氧化膜，已注入氫離子) 和基底晶片(附有1納米的自然氧化膜)，對(duì)于與實(shí)施例1相同條件的氮等離子體處理和氧 化膜蝕刻處理，以表1所記載的組合，來(lái)決定實(shí)施或不實(shí)施，并與實(shí)施例1同樣地測(cè)定在貼 合晶片的硅薄膜中所發(fā)生的缺陷數(shù)量。將測(cè)定結(jié)果表示于表1?！脖?〕
權(quán)利要求
一種貼合晶片的制造方法，至少?gòu)慕Y(jié)合晶片的表面，離子注入氫離子、稀有氣體離子中的至少一種氣體離子，而在晶片內(nèi)部形成離子注入層，然后在將所述結(jié)合晶片的離子注入后的表面與基底晶片的表面，直接貼合或是隔著絕緣膜貼合后，以所述離子注入層為界，使結(jié)合晶片剝離，來(lái)制作貼合晶片，其特征在于，根據(jù)對(duì)所述結(jié)合晶片和基底晶片的至少其中一方的貼合面施行等離子體處理，使氧化膜成長(zhǎng)，而在對(duì)該成長(zhǎng)后的氧化膜實(shí)行蝕刻處理后，與另一方的晶片貼合。
2.如權(quán)利要求1所述的貼合晶片的制造方法，其特征在于，所述蝕刻氧化膜的處理是 通過(guò)浸漬在SCl溶液和SC2溶液中來(lái)實(shí)行的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的貼合晶片的制造方法，其特征在于，根據(jù)對(duì)所述基底晶片的 貼合面施行等離子體處理而使氧化膜成長(zhǎng)，而在對(duì)該成長(zhǎng)后的氧化膜實(shí)行蝕刻處理后，與 所述結(jié)合晶片貼合。
4.如權(quán)利要求3所述的貼合晶片的制造方法，其特征在于，在對(duì)所述基底晶片的貼合 面蝕刻成長(zhǎng)后的氧化膜的處理中，將所述氧化膜蝕刻0. 3納米以上而小于2納米的厚度。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的貼合晶片的制造方法，其特征在于，僅在所述結(jié)合 晶片的表面預(yù)先形成絕緣膜。
6.如權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的貼合晶片的制造方法，其特征在于，利用氧等離子 體或氮等離子體來(lái)實(shí)行所述等離子體處理。
全文摘要
本發(fā)明是一種貼合晶片的制造方法，至少?gòu)慕Y(jié)合晶片的表面，離子注入氫離子、稀有氣體離子中的至少一種氣體離子，而在晶片內(nèi)部形成離子注入層，然后在將結(jié)合晶片的離子注入后的表面與基底晶片的表面，直接貼合或是隔著絕緣膜貼合后，以離子注入層為界，使結(jié)合晶片剝離，來(lái)制作貼合晶片，其中，根據(jù)對(duì)結(jié)合晶片和基底晶片的至少其中一方的貼合面施行等離子體處理，使氧化膜成長(zhǎng)，而在對(duì)成長(zhǎng)后的氧化膜實(shí)行蝕刻處理后，與另一方的晶片貼合。由此，當(dāng)直接貼合或是隔著絕緣膜貼合時(shí)，通過(guò)減少貼合面的微粒且牢固地進(jìn)行貼合，便能防止在貼合晶片的薄膜中發(fā)生缺陷。
文檔編號(hào)H01L27/12GK101960558SQ20098010757
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2009年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月6日
發(fā)明者小林德弘, 石塚徹, 能登宣彥, 阿賀浩司 申請(qǐng)人:信越半導(dǎo)體股份有限公司