[发明专利]贴合晶片的制造方法及贴合SOI晶片

说明书

技术领域

本发明涉及利用了离子注入剥离法的贴合晶片的制造方法，尤其涉及将注入了氢离子等的硅单晶片与成为支撑基片的衬底晶片贴合之后进行剥离而制造贴合晶片的方法。

背景技术

最近，作为贴合晶片的制造方法，将注入了离子的键合晶片贴合之后进行剥离而制造贴合晶片的方法（离子注入剥离法：还称之为智能剥离法（注册商标）的技术）重新开始引人瞩目。该离子注入剥离法是如下技术（参照专利文献1）。即、在两张晶片中至少在一方形成氧化膜，并且从一方的晶片（键合晶片）的上表面注入氢离子或稀有气体离子等的气体离子，并在该晶片内部形成微小气泡层（封装层）之后，使该注入了离子的一方的面直接或隔着氧化膜（绝缘膜）与另一方的晶片（衬底晶片）贴紧，其后，施加热处理（剥离热处理）并将微小气泡层作为分开面而将一方的晶片（键合晶片）剥离成薄膜状，且进一步施加热处理（结合热处理）而牢固地结合之后制作在衬底晶片上具有薄膜的贴合晶片。在该方法中，分开面（剥离面）是优良的镜面，容易得到薄膜尤其SOI层的膜厚的均匀性也多少高一些的SOI晶片。

但是，在通过离子注入剥离法制作贴合晶片的情况下，在剥离后的贴合晶片表面存在因离子注入而引起的损伤层，另外，表面粗糙度大于通常的产品标准的硅晶片的镜面。因此，在离子注入剥离法中有必要去除这种损伤层、表面粗糙度。

过去为了去除该损伤层等，在结合热处理后的最终工序中进行了称之为接触抛光的研磨余量极少的镜面研磨（加工余量：100nm左右）。

然而，若在衬底晶片上的薄膜进行包括机械加工的要素的研磨则由于研磨的加工余量不均匀，因而发生通过氢离子等的注入、剥离而多少完成的薄膜的膜厚均匀性变差之类的问题。

作为解决这种问题的方法，替代上述接触抛光而进行着实施高温热处理而改进表面粗糙度的平坦化处理。

例如在专利文献2中提出了经剥离热处理之后（或者结合热处理之后）不是研磨SOI层的表面而是在包括氢气的还原性气氛下施加热处理（快速加热、快速冷却热处理（RTA处理））的方案。再有，在专利文献3中提出了经剥离热处理之后（或者结合热处理之后）通过氧化性气氛下的热处理在SOI层形成氧化膜之后去除该氧化膜，接着施加还原性气氛的热处理（快速加热、快速冷却热处理（RTA处理））的方案。

另外，在专利文献4中，通过在剥离之后的SOI晶片实施惰性气体、氢气或者这些的混合气体气氛下的平坦化热处理之后进行牺牲氧化处理，而同时实现剥离面的平坦化和OSF的避免。

这样，由于代替接触抛光进行了实施高温热处理而改进表面粗糙度的平坦化处理，因而目前通过离子注入剥离法以大量生产的程度得到直径为300mm且具有SOI层的膜厚范围（从面内的最大膜厚値减去了最小膜厚値的値）为3nm以内的膜厚均匀性的SOI晶片。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：特开平5-211128号公报

专利文献2：特开平11-307472号公报

专利文献3：特开2000-124092号公报

专利文献4：WO2003/009386

发明内容

随着近年的便携式终端的普及，需要半导体器件的低功耗、小型化、高性能化，作为设计规则中22nm世代以后的有力的候补，在进行使用了SOI晶片的完全耗尽型的器件开发。在该完全耗尽型器件中，由于SOI层的膜厚影响器件的阈值电压，因而作为SOI层的面内膜厚分布要求面内膜厚范围为1nm以下的均匀性。

另外，近年来提出了通常是在用于与衬底晶片的绝缘的BOX层（埋入式氧化膜层）施加偏压而控制器件的阈值电压的方案，在该情况下有必要制作使BOX层膜厚较薄的Thin BOX型薄膜SOI晶片。

各本发明人试制了Thin BOX型的薄膜SOI晶片并调查了SOI层的面内膜厚范围的工序内变化，其结果发现面内膜厚范围刚一剥离就已经超过了1nm。另外，调查了刚刚剥离后的面内膜厚范围的发生原因，其结果发现离子注入时的注入深度的面内分布极大地影响剥离之后的膜厚面内范围。

这样，在使用了离子注入剥离法的贴合晶片的制造方法中，离子注入的深度（射程）分布照直反映在剥离后的薄膜的膜厚分布上，而就产生离子注入的深度分布的因素而言已知有锥角（cone angle）效应。

这里，如图2所示，分批式的离子注入器具备旋转体1和设置于旋转体1且配置基片3的多个晶片保持件2。而且，晶片保持件2为了保持基片3而从旋转体1的旋转面向内侧稍微倾斜。