專利名稱：：Soi晶片的硅氧化膜形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種SOI晶片的硅氧化膜形成方法，其是使用在基體晶片側(cè)也就是背面具有厚氧化膜的SOI晶片，并且在SOI層側(cè)也就是表面，通過熱氧化形成主要是元件形成用的硅氧化膜。
背景技術(shù)：
：半導(dǎo)體元件用的晶片之一，有在絕緣膜也就是埋入氧化膜上形成硅層(以下，有稱為SOI層的情形)而成的SOI(絕緣層上覆硅；Silicononinsulator)晶片。該SOI晶片，因為其基板表層部的SOI層(元件制造區(qū)域)，通過埋入絕緣層(埋入氧化膜層(BOX層))而與基板內(nèi)部電性分離，具有寄生電容小且耐放射性能力高等的特征。因此，能夠期待高速、低消耗電力動作、防止軟錯誤等的效果，被認為有希望作為高性能半導(dǎo)體元件用的基板。具有基體晶片、BOX層及SOI層這樣的結(jié)構(gòu)的SOI晶片，通常多半通過貼合法來制造。該貼合方法是例如在兩片硅單結(jié)晶晶片中的至少一方的表面，形成硅氧化膜后，隔著該形成的氧化膜來密接兩片晶片，并施行結(jié)合熱處理來提高結(jié)合力，隨后，鏡面研磨其中一方的晶片(用來形成SOI層的晶片(以下，稱為接合晶片))，或通過所謂的離子注入剝離法進行薄膜化，來制造SOI晶片的方法。如上述的貼合方法，因為構(gòu)成基體晶片或SOI層的硅單結(jié)晶晶片、與構(gòu)成BOX層的硅氧化膜的熱膨脹率的差異達到1位數(shù)以上，若隔著氧化膜將兩片晶片重疊而施行結(jié)合熱處理時，基體晶片及接合晶片分別會蓄積因為與BOX層的熱膨脹率的差異所引起的殘留應(yīng)力。此時，基體晶片與接合晶片上的氧化膜的厚度若相同時，該貼合晶片因為殘留應(yīng)力能夠取得平?jīng)_，不會產(chǎn)生顯著的翹曲。但是，隨后若將接合晶片薄膜化而形成SOI層時，所制造的SOI晶片，其應(yīng)力平衡崩潰，致使具有SOI層的表面?zhèn)韧蛊?。而且，若將此種翹曲的SOI晶片使用于元件工藝時，因為產(chǎn)生曝光不良或吸附不良而使元件制造的產(chǎn)率變差，晶片制造廠商是通過各式各樣的手法來開發(fā)用于降低SOI晶片的翹曲的制造方法(例如，參照日本特公平6-80624號公報、特開平11-345954號公報、特開2007-73768號公報)。另一方面，特別是近年來，隨著半導(dǎo)體元件的制造技術(shù)進步的同時，其種類也多樣化，如日本特開平2007-73768號公報所記載，有晶片制造廠商制造一種SOI晶片，該SOI晶片具有例如2微米以上、或是10微米以上的極厚的埋入絕緣層。如此，特別是制造BOX層較厚的SOI晶片時，若只有在基體晶片的貼合面?zhèn)刃纬蓪⒊蔀锽OX層的熱氧化膜時，則因為氧擠入Si-Si鍵，使反應(yīng)部分(硅氧化膜)的體積膨脹為約2倍，致使基體晶片本身的形成硅氧化膜側(cè)凸起。因此，通過在基體晶片的兩面(全面)形成相同厚度的硅氧化膜，雖然在基體晶片所形成厚的硅氧化膜，會因體積膨脹而產(chǎn)生殘留應(yīng)力，但是由于該應(yīng)力平?jīng)_狀態(tài)可得到平衡化，所以晶片的翹曲互相抵銷。因此，例如在制造BOX層較厚的SOI晶片時，是在基體晶片的全面形成硅氧化膜，并且在隨后的SOI晶片的工藝中，幾乎都未將基體晶片的背面氧化膜除去。晶片制造廠商在SOI晶片出貨時，會按照元件制造廠商的需要而以在SOI晶片的背面(基體晶片側(cè))殘留有厚氧化膜的狀態(tài)出貨、或是將背面的氧化膜未殘留地除去而出貨，但是為了改善元件制造時的曝光不良或吸附不良，必須使用翹曲小的SOI晶片時，元件制造廠商多半也是對殘留有背面氧化膜的狀態(tài)的SOI晶片，施行元件形成加工。但是，制造具有厚的埋入絕緣膜的SOI晶片時，即便在SOI晶片中的各層所積蓄的殘留應(yīng)力得到平衡，并將已設(shè)法降低翹曲后的SOI晶片、或如上述殘留有背面氧化膜的SOI晶片，出貨至元件制造廠商，一旦元件制造廠商在SOI層的表面形成元件形成用的硅氧化膜時，會有在熱氧化處理后SOI晶片產(chǎn)生重大翹曲這樣的問題。這是起因于以下的現(xiàn)象，也即為了減少翹曲而對具有厚的背面氧化膜的SOI晶片施行熱氧化時，因為氧化速度是與時間的平方根成比例，氧化膜在殘留有背面氧化膜的背面?zhèn)葞缀跷闯砷L，而主要是成長于SOI層側(cè)的表面，而且，由于使硅氧化膜成長時所產(chǎn)生的體積膨脹，致使在SOI晶片的SOI層側(cè)所形成的氧化膜中，產(chǎn)生高內(nèi)部應(yīng)力的現(xiàn)象。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是鑒于上述問題而開發(fā)出來，本發(fā)明的目的是提供一種SOI晶片的硅氧化膜形成方法，即便使用在基體晶片側(cè)也就是背面具有厚氧化膜的SOI晶片，并且在其SOI層側(cè)也就是表面通過熱氧化而形成元件形成用的硅氧化膜，在熱氧化處理后，也能夠抑制SOI晶片產(chǎn)生翹曲，能夠降低因SOI晶片的翹曲所引起的曝光不良或吸附不良，而提高元件制造的產(chǎn)率。為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種SOI晶片的硅氧化膜形成方法，是至少對在背面具有氧化膜的SOI晶片施行熱氧化處理而在SOI層的表面形成硅氧化膜的SOI晶片的硅氧化膜形成方法，其特征在于在上述熱氧化處理后，更以比上述熱氧化處理的溫度更高溫的非氧化性氣氛，來施行熱處理。如此，對背面具有氧化膜的SOI晶片，為了在其SOI層的表面形成硅氧化膜，通過對SOI晶片施行熱氧化處理，且在該熱氧化處理后，更以比上述熱氧化處理的溫度更高溫的非氧化性氣氛，來施行熱處理，即便背面具有厚氧化膜也能夠緩和SOI晶片的各層的內(nèi)部應(yīng)力，所以能夠抑制SOI晶片的翹曲，且在隨后的元件制造中，能夠降低曝光不良或吸附不良，而能夠提高元件制造的產(chǎn)率。此時，在上述非氧化性氣氛中的熱處理溫度，較佳是設(shè)成比IOO(TC更高的溫度。如此，若將非氧化性氣氛中的熱處理溫度，設(shè)成比IOO(TC更高的溫度時，能夠更確實地緩和SOI晶片中的內(nèi)部應(yīng)力。又，若上述非氧化性氣氛是使用氬或氮來作為主要成分的氣氛時，則能夠簡單且價廉地消除SOI晶片的翹曲。而且，上述SOI晶片能夠使用在其背面具有500納米以上厚度的氧化膜。如此，即便SOI晶片是使用在其背面具有500納米以上厚度氧化膜，因為能夠充分地緩和在SOI晶片的熱氧化處理所產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力，所以能夠抑制SOI晶片的翹曲。若是依照本發(fā)明的SOI晶片的硅氧化膜形成方法，即便使用在基體晶片側(cè)也就是背面具有厚氧化膜的SOI晶片，且通過熱氧化在SOI層側(cè)也就是表面形成元件形成用的硅氧化膜，因為能夠緩和SOI晶片的各層的內(nèi)部應(yīng)力，所以能夠抑制熱氧化處理后SOI晶片的翹曲，且能夠降低曝光不良或吸附不良而提高元件制造的產(chǎn)率。圖1是用以說明本發(fā)明SOI晶片的硅氧化膜形成方法的第1實施形態(tài)的圖。圖2是用以說明在第1實施形態(tài)中的SOI晶片的翹曲情形的圖。具體實施例方式如前述，主要是使用貼合法而制成的SOI晶片，起因于該工藝，多半是在SOI晶片的背面形成有氧化膜的狀態(tài)被制造出來，為了應(yīng)用于必須減小翹曲的元件工藝中，是在殘留有背面氧化膜的狀態(tài)下被使用。特別是在埋入絕緣膜(BOX層)較厚的SOI晶片的情況，因為翹曲變大，所以幾乎都是在殘留有背面氧化膜的狀態(tài)下被使用。但是，已知若將殘留有背面氧化膜的狀態(tài)的SOI晶片熱氧化時，在熱氧化處理后，會有SOI晶片產(chǎn)生非常大的翹曲這樣的問題。這是因為氧化速度是與時間的平方根成比例，硅氧化膜主要是在SOI層側(cè)的表面成長，在殘留有厚的背面氧化膜狀態(tài)的背面?zhèn)龋柩趸缀跷闯砷L；又，是起因于在硅氧化膜的成長中，雖然Si與氧反應(yīng)而使體積約成為2倍，但是因為體積無法單純地膨脹，致使在硅氧化膜中產(chǎn)生高內(nèi)部應(yīng)力的現(xiàn)象。因而，本發(fā)明人設(shè)想若將該造成翹曲原因的形成于SOI層側(cè)的表面的硅氧化膜加以除去時，翹曲量會恢復(fù)至熱處理前，而嘗試僅除去已形成于SOI晶片的表面?zhèn)鹊墓柩趸ず螅瑴y定其翹曲量，結(jié)果得知翹曲量并不會恢復(fù)至熱處理前。也即，只根據(jù)在SOI層側(cè)的表面形成硅氧化膜時所產(chǎn)生的體積膨脹、及冷卻時所產(chǎn)生的Si與Si02熱膨脹系數(shù)的差異的原因，并無法說明熱氧化處理在背面具有氧化膜的SOI晶片所引起的翹曲。因此，本發(fā)明人進而專心研討該現(xiàn)象的結(jié)果，認為于熱氧化處理時在SOI晶片內(nèi)部為了取得應(yīng)力平衡而在Si層與Si02層全面的界面產(chǎn)生偏移(滑動)，在冷卻至室溫時該界面偏移被保存，結(jié)果無法恢復(fù)至原來的翹曲。因此，為了使該界面偏移恢復(fù)，想到若在對背面具有氧化膜的SOI晶片施行熱氧化處理后，進而以比該熱氧化處理的溫度更高溫的非氧化性氣氛來進行熱處理時，通過粘性流動能夠緩和內(nèi)部應(yīng)力，能夠釋放因Si層與Si(^層全面的界面偏移所產(chǎn)生的應(yīng)力，而完成了本發(fā)明。以下，一邊參照圖示一邊說明本發(fā)明的實施形態(tài)，但是本發(fā)明未限定于此實施形態(tài)。圖1是用以說明本發(fā)明的SOI晶片的硅氧化膜形成方法的第1實施形態(tài)的圖。又，圖2是用以說明在第1實施形態(tài)中的SOI晶片的翹曲情形的圖。首先，在工藝(A)，對背面具有氧化膜2的SOI晶片1施行熱氧化處理。SOI晶片1是使用依照貼合法所制造。該SOI晶片具有基體晶片3、BOX層4、SOI層5及背面氧化膜2。此時，在SOI晶片1無翹曲的問題。然后，將SOI晶片l投入熱處理爐(未圖示)，并在氧化性氣氛(氧化性環(huán)境)中施加熱氧化。在該熱氧化中，硅氧化膜6a成長于SOI晶片1的SOI層5側(cè)的表面。雖然在SOI晶片1的背面氧化膜2側(cè)也有硅氧化膜6b成長，但是該膜的成長極小。這是因為硅的氧化速度是與時間的平方根成比例。也即，因為在SOI晶片1的背面已形成有氧化膜2，所以在開始進行熱氧化(用以將元件形成用的硅氧化膜，形成于SOI晶片上)的時點，位于SOI晶片1的表面的由Si所構(gòu)成的SOI層5與位于背面的由Si02所構(gòu)成的背面氧化膜2，從最初的Si面算起所經(jīng)過的氧化時間不同。因此，若在氧化性氣氛下對SOI晶片1進行熱氧化時，相對于在SOI晶片1的表面的硅氧化膜6a急速地成長，而背面的硅氧化膜6b是幾乎沒有成長。而且，在熱氧化處理前幾乎沒有翹曲的SOI晶片，由于在其表背面各自成長厚度不同的硅氧化膜6a、6b，所以會因為硅氧化膜的體積膨脹致使SOI晶片產(chǎn)生翹曲，且SOI晶片為了得到應(yīng)力平衡，在Si-Si02界面產(chǎn)生偏移。而且，若從該狀態(tài)冷卻至室溫時，Si-Si02界面的偏移會固定在使SOI晶片1翹曲的狀態(tài)。因此，本發(fā)明是在工藝(A)的熱氧化處理后施行工藝(B)。工藝(B)是在工藝(A)的熱氧化處理后，將熱處理爐(未圖示)內(nèi)的氣氛變更為非氧化性氣氛，并且未將爐內(nèi)溫度從熱氧化處理溫度下降，而是直接升溫且以比熱氧化處理溫度更高的溫度來施行熱處理。如此，使用SOI晶片l，在SOI層5的表面形成元件形成用的硅氧化膜6a時，通過在工藝(A)的熱氧化處理后，進而以比熱氧化處理溫度更高的溫度來施行熱處理工藝(B)，即便背面存在有厚氧化膜2，因為根據(jù)粘性流動，Si-Si(^界面產(chǎn)生移動，能夠緩和SOI晶片1的內(nèi)部應(yīng)力，所以能夠抑制因Si-Si02界面偏移而被保存的SOI晶片的翹曲，能夠降低在后面的元件制造時的曝光不良或吸附不良，且能夠提高元件制造的產(chǎn)率。在工藝(B)中，在非氧化性氣氛下的熱處理溫度，較佳為設(shè)成高于IOO(TC的高溫。利用以如此的高溫來熱處理已翹曲的SOI晶片，能夠使Si-Si(^界面確實地產(chǎn)生粘性流動，能夠更確實地緩和SOI晶片中的內(nèi)部應(yīng)力。而且，在工藝(B)中所使用的非氧化性氣氛，較佳為使用以氬或氮作為主要成分的氣氛。根據(jù)使用此種氣氛，不會進而有意外地成長氧化膜的情況，而能夠簡單且價廉地消除SOI晶片的翹曲。此時，可單獨使用氬或氮，也可以是混合這些氣體而成的氣氛。或者，也可在氬、氮中，混合對硅為惰性的氣體來進行。若是如此的本發(fā)明時，即便SOI晶片是使用在其背面具有500納米以上厚度的氧化膜，因為根據(jù)粘性流動也能夠移動因SOI晶片的熱氧化處理所產(chǎn)生的Si-Si02界面的偏移，能夠充分地緩和內(nèi)部應(yīng)力，所以能夠抑制SOI晶片的翹曲。又，本發(fā)明的第1實施形態(tài)，為了謀求熱處理的效率化，是從在氧化性氣氛中施行熱氧化處理的工藝(A)至施行非氧化性氣氛的熱處理的工藝(B)，使用同一熱處理爐且未降溫而連續(xù)地對SOI晶片施行處理。但是，在從工藝(A)移至工藝(B)時，若欲用另外的熱處理爐時，也可將SOI晶片從工藝(A)所使用熱處理爐取出，并在冷卻至室溫后，移至工藝(B)所使用熱處理爐，來施行非氧化性氣氛的熱處理。若將工藝(A)的熱氧化處理后的SOI晶片冷卻至室溫時，因為界面偏移被保存而成為具有翹曲的SOI晶片，但是若利用工藝(B)的例如比IOO(TC高的溫度的非氧化性氣氛，來施行熱處理時，根據(jù)粘性流動使Si-Si02界面產(chǎn)生移動，能夠緩和內(nèi)部應(yīng)力，而能夠消除SOI晶片的翹曲。以下，顯示本發(fā)明的實施例及比較例來更具體地說明本發(fā)明，但是本發(fā)明未限定于這些例子。(實施例1、2及比較例1、2)以表1所示條件來進行SOI晶片1的制造。隨后，在所制造的SOI晶片上，形成元件制造用的硅氧化膜。其結(jié)果與SOI晶片的翹曲一并如表l所示。對其說明如下。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>〈SOI晶片的制造〉首先，準備直徑200毫米、p型、電阻率為lOQcm的硅單結(jié)晶晶片，來作為將成為SOI層的接合晶片，并準備直徑200毫米、p型、電阻率為10Qcm的硅單結(jié)晶晶片，來作為基體晶片。接著，將接合晶片和基體晶片各自熱氧化，在全部的表面形成硅氧化膜。在此，為了比較因背面氧化膜的厚度不同所造成的效果，在實施例1、比較例1中，在基體晶片上是形成3000納米厚度的硅氧化膜；而在實施例2、比較例2中，在基體晶片上是形成700納米厚度的硅氧化膜。這些硅氧化膜之中，殘留在基體晶片背面的，將成為SOI晶片的背面氧化膜。接合晶片，在任一例子中，都是形成200納米的氧化膜。接著，從接合晶片的貼合面?zhèn)?，以表l的條件形成離子注入層，隨后，隔著硅氧化膜與上述基體晶片貼合并施行剝離熱處理，在BOX層4上形成薄的SOI層。接著，以表1的件進行犧牲氧化處理用于除去SOI層的損傷，來制造SOI晶片1。此時，使用平坦度測定機來測定所制造的各SOI晶片的翹曲，結(jié)果任一都是40微米左右。〈元件形成用硅氧化膜的形成>對實施例、比較例的S01晶片，都是在氧化性氣氛、100(TC中，以1小時的濕式氧化來進行熱氧化處理，而在S0I層的表面形成200納米的硅氧化膜。比較例，是在此階段便從熱處理爐取出S0I晶片，并測定其翹曲量。為了實施本發(fā)明，實施例1是在100(TC的濕式氧化后，以該狀態(tài)的溫度，將同一熱處理爐內(nèi)從氧化性氣氛變更為非氧化性氣氛的氬，并升溫至110(TC，且以該溫度施行熱處理2小時。然后，從熱處理爐取出并測定其翹曲量。又，實施例2是使用與形成硅氧化膜的熱處理爐不同的另外準備的熱處理爐，其充滿非氧化性氣氛也就是氮，來對形成有硅氧化膜的S0I晶片施行1100°C、2小時的熱處理。此時，從氧化性的熱處理爐移至非氧化性的熱處理爐時，是先將SOI晶片冷卻至室溫。然后，從熱處理爐取出，來測定其翹曲量。依照實施例1、2及比較例1、2的方法所制造的形成有硅氧化膜的S0I晶片的翹曲量、及形成于S0I層的硅氧化膜的膜厚度、背面氧化膜的膜厚度，是記載于表1。結(jié)果，在S0I層上都是形成有200納米的硅氧化膜、且在背面都是形成有3000納米的背面氧化膜的實施例1、比較例1，利用犧牲氧化處理減少200納米后，在元件用熱氧化中，只有成長7納米。如此，得知若在具有厚的背面氧化膜的SOI晶片上形成硅氧化膜時，在SOI晶片的表背面，其成長情況是不同的。又，比較實施例1及實施例2時，得知背面氧化膜越厚時，越難以在背面成長硅氧化膜。而且，若對照實施例與比較例時，形成硅氧化膜后的SOI晶片的翹曲量，得知是已施行過本發(fā)明的熱處理的實施例，可得到較小的結(jié)果。借此，為了對背面具有厚氧化膜的SOI晶片，在SOI晶片的表面形成硅氧化膜，根據(jù)在熱氧化處理后，以比熱氧化處理的溫度更高溫的非氧化性氣氛施行熱處理，則能夠緩和SOI晶片的內(nèi)部應(yīng)力，所以能夠抑制SOI晶片的翹曲。因而在隨后的元件制造中，能夠降低曝光不良或吸附不良，而能夠提高元件制造的產(chǎn)率。又，本發(fā)明未限定于上述實施形態(tài)。上述實施形態(tài)是示例性的，凡是具有與本發(fā)明權(quán)利要求書所記載的技術(shù)思想實質(zhì)上相同構(gòu)成、且達成相同作用效果，無論如何都包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)權(quán)利要求一種SOI晶片的硅氧化膜形成方法，是至少對在背面具有氧化膜的SOI晶片施行熱氧化處理而在SOI層的表面形成硅氧化膜的SOI晶片的硅氧化膜形成方法，其特征在于在上述熱氧化處理后，更以比上述熱氧化處理的溫度更高溫的非氧化性氣氛，來施行熱處理。2.如權(quán)利要求1所述的SOI晶片的硅氧化膜形成方法，其中在上述非氧化性氣氛中的熱處理溫度，是設(shè)成比IOO(TC更高的溫度。3.如權(quán)利要求1或2所述的S01晶片的硅氧化膜形成方法，其中上述非氧化性氣氛，是使用氬或氮來作為主要成分的氣氛。4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的SOI晶片的硅氧化膜形成方法，其中上述SOI晶片，是使用在其背面具有500納米以上厚度氧化膜。全文摘要本發(fā)明是一種SOI晶片的硅氧化膜形成方法，是至少對在背面具有氧化膜的SOI晶片施行熱氧化處理(工藝(A))，并于熱氧化處理后，更以比熱氧化處理的溫度更高溫的非氧化性氣氛，來施行熱處理(工藝(B))，而在SOI層的表面形成硅氧化膜的SOI晶片的硅氧化膜形成方法。借此能夠提供一種SOI晶片的硅氧化膜形成方法，即便使用在背面具有厚氧化膜的SOI晶片，并且在SOI層側(cè)的表面通過熱氧化形成元件形成用的硅氧化膜，在熱氧化處理后，也能夠抑制SOI晶片產(chǎn)生翹曲，能夠降低因SOI晶片的翹曲所引起的曝光不良或吸附不良，從而能夠提高元件制造的產(chǎn)率。文檔編號H01L21/02GK101730925SQ20088001480公開日2010年6月9日申請日期2008年4月25日優(yōu)先權(quán)日2007年5月29日發(fā)明者山口進一,橫川功,能登宣彥申請人:信越半導(dǎo)體股份有限公司