特許 6674568 多層単結晶シリコン薄膜の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6674568

(24)【登録日】2020年3月10日

(45)【発行日】2020年4月1日

(54)【発明の名称】多層単結晶シリコン薄膜の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20200323BHJP

   H01L 27/12 20060101ALI20200323BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20200323BHJP

   B23K 20/00 20060101ALI20200323BHJP

【ＦＩ】

   H01L27/12 B

   H01L21/304 631

   H01L21/304 621D

   H01L21/02 B

   B23K20/00 310L

【請求項の数】7

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2019-5105(P2019-5105)

(22)【出願日】2019年1月16日

(65)【公開番号】特開2019-129321(P2019-129321A)

(43)【公開日】2019年8月1日

【審査請求日】2019年1月16日

(31)【優先権主張番号】201810075920.8

(32)【優先日】2018年1月26日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】517081736

【氏名又は名称】瀋陽硅基科技有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】党 啓森

【審査官】 宇多川 勉

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−１６６７７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−０９１２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８６９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平１１−５０２６７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０６４０９６４９（ＣＮ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０１１１０４２８（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

Ｂ２３Ｋ ２０／００

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｈ０１Ｌ ２７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

以下の（１）〜（５）の要求に順次従って製造される多層単結晶シリコン薄膜の製造方法であって、
（１）まず、２枚のシリコンシートであるＳｉ−１、Ｓｉ−２を取って通常のウェット洗浄を行って表面を洗浄し、真空度＜１Ｔｏｒｒの真空条件においてプラズマ活性化技術を用いて表面に対して５ｓ−２０ｓの処理を行ってボンディング時におけるプリボンディング力を強化し、プリボンディングを行い、
（２）プリボンディングが完了されたシリコンシートを、室温から５−１０℃／ｍｉｎのレートで２００−３００℃の一定温度まで昇温し、この温度で６−１０時間アニールし続け、
（３）このボンディングシートについて、粗研削と仕上げ研削と研磨との処理方式によりＳｉ−２の厚みを所望の厚みまで薄肉化し、トップ層Ｓｉ−２が２−１００μｍまで残ることが要求され、
（４）ステップ（３）で得られたシリコンシートをＳｉ−１の全体とみなし、１枚の新シリコンシートであるＳｉ−３を取ってＳｉ−２とみなしてステップ（１）−（３）の操作を繰り返して、Ｓｉ−１／Ｓｉ−２／Ｓｉ−３の多層シリコンシートを取得し、
（５）ステップ（４）の操作を繰り返し、所望の層数の多層シリコンシート（Ｓｉ−１／Ｓｉ−２／…／Ｓｉ−ｎ）を得ることを特徴とする多層単結晶シリコン薄膜の製造方法。

【請求項2】

前記多層単結晶シリコン薄膜の製造方法において、シリコンシートの厚みに対して薄肉化処理を行って要求を満たすことは、具体的に、粗研削してから、仕上げ研削し、その後、化学的機械的研磨を行い、使用される機器がＤｉｓｃｏ社の型番８７６１の研削・研磨機であることを特徴とする請求項１に記載の多層単結晶シリコン薄膜の製造方法。

【請求項3】

プラズマ活性化技術を用いてシリコンシート表面を処理してボンディング時におけるプリボンディング力と最終的に形成されるボンディング力とを強化し、洗浄予処理後のボンディングすべきシリコンシートを２枚取り、そのボンディングしようとする表面を向き合わせ、真空環境においてプリボンディング動作を行うことを特徴とする請求項２に記載の多層単結晶シリコン薄膜の製造方法。

【請求項4】

プラズマ活性化技術を用いてシリコンシート表面を処理してボンディング時におけるプリボンディング力を強化する前に、シリコンシート表面に対してウェット洗浄を行い、通常の洗浄順序は、化学液ＳＣ１を用いる洗浄→Ｈ_２Ｏを用いる洗い→化学液ＳＣ２を用いる洗浄→Ｈ_２Ｏを用いる洗いであり、用いられる化学液ＳＣ１の成分及び配合比は、ＮＨ_４ＯＨ:Ｈ_２Ｏ_２:Ｈ_２Ｏ=１:５:４０であり、化学液ＳＣ２の成分及び配合比は、ＨＣｌ:Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ=１:２:２０であり、Ｈ_２Ｏは、脱イオン水であることを特徴とする請求項２に記載の多層単結晶シリコン薄膜の製造方法。

【請求項5】

２つのシリコンシートをボンディングした後の全体を１つの全体としてみなし、もう１つのシリコンシートを更に取り、両者の表面にそれぞれウェット洗浄を行ってからプラズマ活性化し、その後両者のボンディングすべき表面を対向させ、真空環境においてプリボンディングを行い、プリボンディング後の前記ボンディングシートに対して２００−３００℃の温度で６−１０時間のアニールを行って２枚のシリコンシートを徹底的にボンディングし、粗研削と仕上げ研削と化学的機械的研磨との処理方式により厚みの薄肉化を行って所望の厚みの薄膜に至ることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の多層単結晶シリコン薄膜の製造方法。

【請求項6】

多層単結晶シリコン薄膜のシリコンシート層の層数は、２−３０層であり、
何れか２つの単結晶シリコンシートは、平坦度ＴＴＶ＜１μｍ、ＳＦＱＲ＜０．３μｍ、表面粗さＲｍｓ＜０．５ｎｍ、厚み４５０μｍ−７５０μｍ、電気抵抗率０．０１−１０００ｏｈｍ．ｃｍを満たすことを特徴とする請求項５に記載の多層単結晶シリコン薄膜の製造方法。

【請求項7】

多層単結晶シリコン薄膜のシリコンシート層の層数は、２−５層であり、
２つの単結晶シリコンシートは、シリコンシートのタイプがＰ型又はＮ型であり、且つ、隣接する２層の電気抵抗率又はドーピングタイプが異なることを満たすことを特徴とする請求項６に記載の多層単結晶シリコン薄膜の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多層単結晶シリコン薄膜の製造技術分野に関し、特に多層単結晶シリコン薄膜の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来技術では、例えば下記の特許文献１および２に多層単結晶シリコン薄膜の製造方法が開示されている。しかし、これらの技術案では、その操作が複雑であり、技術効果も理想的でなく、解決すべき技術課題が、まだ沢山残っている。例えば、多層単結晶シリコン薄膜製品の各層の間には依然として明らかな電気抵抗移行領域が存在する。
このように、人々は技術効果に優れる多層単結晶シリコン薄膜を手に入れる要望に迫られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】中国特許出願公開第１０６４０９６４９号明細書

【特許文献2】中国特許出願公開第１０６４０９６５０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、技術効果に優れる多層単結晶シリコン薄膜を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一実施形態は、多層単結晶シリコン薄膜の製造方法を提供する。多層単結晶シリコン薄膜は、以下の（１）〜（５）の要求に順次従って製造される。

【0006】

（１）まず、２枚のシリコンシートであるＳｉ−１、Ｓｉ−２を取って通常のウェット洗浄を行って表面を洗浄し、真空条件（真空度＜１Ｔｏｒｒ）においてプラズマ活性化技術を用いて表面に対して５ｓ−２０ｓの処理を行ってボンディング時におけるプリボンディング力を強化し、プリボンディングを行う。

【0007】

（２）プリボンディングが完了されたシリコンシートを、室温から５−１０℃／ｍｉｎのレートで２００−３００℃の一定温度まで昇温し、この温度で６−１０時間アニールし続ける。この温度では、移行領域の発生を回避しつつ、２枚のシリコンシートを徹底的にボンディング可能である。

【0008】

（３）ステップ（２）でアニールして得られたボンディングシートについて、粗研削と仕上げ研削と研磨との処理方式によりＳｉ−２の厚みを所望の厚みまで薄肉化し、トップ層Ｓｉ−２が２−１００μｍまで残ることが要求される。

【0009】

（４）ステップ（３）で得られたシリコンシートをＳｉ−１の全体（ｉｎｔｅｇｒａｌ）とみなし、１枚の新シリコンシートであるＳｉ−３を取ってＳｉ−２とみなしてステップ（１）−（３）の操作を繰り返して、Ｓｉ−１／Ｓｉ−２／Ｓｉ−３の多層シリコンシートを取得する。
（５）ステップ（４）の操作を繰り返し、所望の層数の多層シリコンシート（Ｓｉ−１／Ｓｉ−２／…／Ｓｉ−ｎ）を得る。

【0010】

具体的に、ステップ（４）で得られた多層シリコンシートをＳｉ−１とし、改めて新たなシリコンシートを１つ取ってＳｉ−２として、ステップ（１）−（３）の操作を繰り返す。所望の層数が得られるまで、このように実施する。

【0011】

なお、（１）多層単結晶シリコン薄膜の製造過程に、最高温度が３００℃であり、この温度で得られた多層シリコンシートの界面に有意な移行領域が存在しない。（２）選択されるシリコンシートが特定の要求を有さず、一般的に隣接する両層が電気抵抗率の差或いはドーピングタイプの差を有する。例えば、Ｓｉ−１がヘビードーピングシートであり、Ｓｉ−２がライトドーピングシートである。又は、Ｓｉ−１がＰ型シリコンシートであり、Ｓｉ−２がＮ型シリコンシートである。（３）粗研削・仕上げ研削・研磨の方式によりトップ層の薄肉化を行なうため、厚みは２−１００μｍに制御可能である。通常、Ｓｉ−１にエピタキシャル成長を採用する方式では、厚いＳｉ薄膜が得られ難いが、この方式では、新シリコンシートの厚みを７０μｍ／６０μｍ／５０μｍに容易に薄肉化できる。
前記多層単結晶シリコン薄膜の製造方法は、好ましく保護請求する技術内容が、更に下記のことを有する。

【0012】

前記多層単結晶シリコン薄膜の製造方法において、シリコンシートの厚みに対して薄肉化処理を行って要求を満たすことは、具体的に、粗研削してから、仕上げ研削し、その後、化学的機械的研磨を行う。使用される機器は例えばＤｉｓｃｏ社の型番８７６１の研削・研磨機である。当該機器は、研削及び研磨を集約した機器であり、当該機器は、オンライン測定ツールを有し、所望の厚み（２−１００μｍ）に薄肉化が可能である。

【0013】

プラズマ活性化技術を用いてシリコンシート表面を処理してボンディング時におけるプリボンディング力と最終的に形成されるボンディング力とを強化し、洗浄予処理後のボンディングすべきシリコンシートを２枚取り、そのボンディングしようとする表面を向き合わせ、真空環境（低真空）においてプリボンディング動作を行う。

【0014】

プラズマ活性化技術を用いてシリコンシート表面を処理してボンディング時におけるプリボンディング力を強化する前に、シリコンシート表面に対してウェット洗浄を行う。通常の洗浄順序は、化学液ＳＣ１を用いる洗浄→Ｈ_２Ｏを用いる洗い→化学液ＳＣ２を用いる洗浄→Ｈ_２Ｏを用いる洗いであり、用いられる化学液ＳＣ１の成分及び配合比は、ＮＨ_４ＯＨ:Ｈ_２Ｏ_２:Ｈ_２Ｏ=１:５:４０であり、化学液ＳＣ２の成分及び配合比は、ＨＣｌ:Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ =１:２:２０であり、Ｈ_２Ｏは、ＤＩ ｗａｔｅｒである。

【0015】

２つのシリコンシートをボンディングした後の全体を１つの全体とみなし、もう１つのシリコンシートを更に取り、両者の表面にそれぞれウェット洗浄を行ってからプラズマ活性化し、その後両者のボンディングすべき表面を対向させ、真空環境においてプリボンディングを行い、プリボンディング後の前記ボンディングシートに対して２００−３００℃の温度で６−１０時間のアニールを行って２枚のシリコンシートを徹底的にボンディングし、粗研削と仕上げ研削と化学的機械的研磨との処理方式により厚みの薄肉化を行って所望の厚みの薄膜に至る。

【0016】

多層単結晶シリコン薄膜のシリコンシート層の層数は、２−５層である。ここでの層数は、好適例であり、上記内容に２、３層が既に含まれる。これは、実質的に４−３０のより多くの層を重点保護する。もし各層に自分の厚み要求がある場合、個別に詳細に規定してもよい。

【0017】

何れか２つの隣接する単結晶シリコンシート、ボンディング層である。その中、単結晶シリコンシートのボンディング前に、幾何パラメータは、下記の要求を満たす。単結晶シリコンシートは、平坦度ＴＴＶ＜１μｍ、ＳＦＱＲ＜０．３μｍ、表面粗さＲｍｓ＜０．５ｎｍ、厚み４５０μｍ−７５０μｍ、電気抵抗率０．０１−１０００ｏｈｍ．ｃｍを満たす。

【0018】

具体的に、ＴＴＶは、Ｔｏｔａｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｖａｒｉａｔｉｏｎの略称であり、ＳＦＱＲは、Ｓｉｔｅ ｆｌａｔｎｅｓｓ ｆｒｏｎｔ ｌｅａｓｔ−ｓｑｕａｒｅｓ ｒａｎｇｅの略称であり、Ｒｍｓは、Ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓの略称である。
更に好ましくは、

【0019】

多層単結晶シリコン薄膜のシリコンシート層の層数は、２−５層であり、何れか２つの隣接する単結晶シリコンシート、ボンディング層である。単結晶シリコンシートは、単結晶シリコンシートのタイプがＰ型又はＮ型であり、且つ、隣接する２層の単結晶シリコンシートが異なる電気抵抗率又は異なるドーピングタイプを有することを満たす。

【発明の効果】

【0020】

本発明の一形態形態は、ボンディング時におけるプリボンディング力が大きく、ボンディング効果に優れることと、界面に有意な電気抵抗移行領域がないことと、各層の単結晶シリコンの厚みを有効に制御可能であることと、総合的な技術効果が良好であることと、巨大な経済価値及び社会価値を有することとのメリットを有する。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】多層単結晶シリコン薄膜の製造原理の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１において、
１）Ｓｉ−１／Ｓｉ−２／Ｓｉ−３／Ｓｉ−ｎは、何れも、表面がクリーンである１枚の単結晶シリコンシートを表す。
２）Ｓｉ−１／Ｓｉ−２／Ｓｉ−３／Ｓｉ−ｎは、何れも、ある目標厚みに応じて研削及び研磨を行った後のシリコンシートを表す。
実施例１
多層単結晶シリコン薄膜の製造方法は、提供され、順次下記の要求に従って多層単結晶シリコン薄膜が製造される。

【0023】

（１）まず、２枚のシリコンシートＳｉ−１、Ｓｉ−２を取って通常のウェット洗浄を行って表面を洗浄し、真空条件（真空度＜１Ｔｏｒｒ）においてプラズマ活性化技術を用いて表面に対して５ｓ−２０ｓの処理を行ってボンディング時におけるプリボンディング力を強化し、プリボンディングを行う。

【0024】

（２）プリボンディングが完了されたシリコンシートを、室温から５−１０℃／ｍｉｎのレートで２００−３００℃の一定温度まで昇温し、この温度で６−１０時間アニールし続ける。この温度では、移行領域の発生を回避しつつ、２枚のシリコンシートを徹底的にボンディング可能である。

【0025】

（３）このボンディングシートについて、粗研削と仕上げ研削と研磨との処理方式によりＳｉ−２の厚みを所望の厚みまで薄肉化し、トップ層Ｓｉ−２が２−１００μｍまで残ることが要求される。

【0026】

（４）ステップ（３）で得られたシリコンシートをＳｉ−１全体とみなし、１枚の新シリコンシートＳｉ−３を取ってＳｉ−２とみなしてステップ（１）−（３）の操作を繰り返して、Ｓｉ−１／Ｓｉ−２／Ｓｉ−３の多層シリコンシートを取得する。
（５）ステップ（４）の操作を繰り返し、所望層数の多層シリコンシート（Ｓｉ−１／Ｓｉ−２／…／Ｓｉ−ｎ）を得る。

【0027】

なお、（１）多層単結晶シリコン薄膜の製造過程において、最高温度は３００℃であり、この温度で得られた多層シリコンシートの界面には有意な移行領域が存在しない。（２）選択されるシリコンシートが特定の要求を有さず、一般的に隣接する両層が電気抵抗率の差又はドーピングタイプの差を有する。例えば、Ｓｉ−１がヘビードーピングシートであり、Ｓｉ−２がライトドーピングシートである。又は、Ｓｉ−１がＰ型シリコンシートであり、Ｓｉ−２がＮ型シリコンシートである。（３）粗研削・仕上げ研削・研磨の方式によりトップ層の薄肉化を行なうため、厚みが２−１００μｍに制御可能である。通常、Ｓｉ−１にエピタキシャル成長を採用する方式では、厚いＳｉ薄膜が得られ難いが、この方式では、比較的容易に７０μｍ／６０μｍ／５０μｍに留めることができる。
前記多層単結晶シリコン薄膜の製造方法には、下記の補足要求内容がある。

【0028】

シリコンシートの厚みを薄肉化処理して要求を満たすことは、具体的に、粗研削してから、仕上げ研削し、その後、化学的機械的研磨を行い、使用される機器は例えばＤｉｓｃｏ社の型番８７６１の研削・研磨機である。当該機器は、研削及び研磨を集約する機器であり、当該機器は、オンライン測定ツールを有し、所望の厚み（即ち、２−１００μｍ）に留めることができる。

【0029】

プラズマ活性化技術を用いてシリコンシート表面を処理してボンディング時におけるプリボンディング力と最終的に形成されるボンディング力とを強化し、洗浄予処理後のボンディングすべきシリコンシートを２枚取り、そのボンディングしようとする表面を向き合わせ、真空環境（低真空）においてプリボンディング動作を行う。

【0030】

プラズマ活性化技術を用いてシリコンシート表面を処理してボンディング時におけるプリボンディング力を強化する前に、シリコンシート表面に対してウェット洗浄を行う。通常の洗浄順序は、化学液ＳＣ１を用いる洗浄→Ｈ_２Ｏを用いる洗い→化学液ＳＣ２を用いる洗浄→Ｈ_２Ｏを用いる洗いであり、用いられる化学液ＳＣ１の成分及び配合比は、ＮＨ_４ＯＨ:Ｈ_２Ｏ_２:Ｈ_２Ｏ=１:５:４０であり、化学液ＳＣ２の成分及び配合比は、ＨＣｌ:Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ=１:２:２０であり、Ｈ_２Ｏは、脱イオン水（ＤＩ ｗａｔｅｒ）である。

【0031】

２つのシリコンシートをボンディングした後の全体を１つの全体としてみなし、もう１つのシリコンシートを更に取り、両者の表面にそれぞれウェット洗浄を行ってからプラズマ活性化し、その後両者のボンディングすべき表面を対向させ、真空環境においてプリボンディングを行い、プリボンディング後の前記ボンディングシートに対して２００−３００℃の温度で６−１０時間のアニールを行って２枚のシリコンシートを徹底的にボンディングし、粗研削と仕上げ研削と化学的機械的研磨との処理方式により厚みの薄肉化を行って所望の厚みの薄膜に至る。
多層単結晶シリコン薄膜のシリコンシート層の層数は、２−５層である。

【0032】

何れか２つの隣接する単結晶シリコンシートは、そのボンディング前に、幾何学的パラメータは、下記の要求を満たす。単結晶シリコンシートは、平坦度ＴＴＶ＜１μｍ、ＳＦＱＲ＜０．３μｍ、表面粗さＲｍｓ＜０．５ｎｍ、厚み４５０μｍ−７５０μｍ、電気抵抗率０．０１−１０００ｏｈｍ．ｃｍを満たす。単結晶シリコンシートは、単結晶シリコンシートのタイプがＰ型又はＮ型であり、且つ、隣接する２層の単結晶シリコンシートが異なる電気抵抗率又は異なるドーピングタイプを有することを満たす。

【0033】

本実施例では、ボンディング時におけるプリボンディング力が大きく、ボンディング効果に優れており、界面に有意な電気抵抗移行領域がなく、各層の単結晶シリコンの厚みを有効に制御可能であり、総合的な技術効果が良好であり、巨大な経済価値及び社会価値を有する。

【符号の説明】

【0034】

Ｓｉ−１，Ｓｉ−２，…，Ｓｉ−ｎ：多層シリコンシート

【図1】