JP2007214255A - 貼り合わせｓｏｉウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 貼り合わせＳＯＩウェーハ製造において、そのＳＯＩ層の面積をできるだけ広くし、その裏面の支持基板用ウェーハの損傷を簡便に防止する。
【解決手段】 支持基板用ウェーハ１１、活性層用ウェーハ１２を熱酸化し保護酸化膜１３および接合酸化膜１４を形成する。そして、支持基板用ウェーハ１１の表面を高平坦度に鏡面研磨し、支持基板用ウェーハ１１の表面と活性層用ウェーハ１２とを接合酸化膜１４を介して貼り合わせる。以下、貼り合わせたウェーハの外周研削、薄膜化加工によるＳＯＩ層１５の形成、ベベル加工、鏡面研磨等を行いウェーハ外周部にベベル面１６，１７を形成する。最後に上記保護酸化膜１３をエッチング除去し貼り合わせＳＯＩウェーハ製品にする。このようにして、上記ＳＯＩウェーハ製造を通しその裏面が保護酸化膜１３により保護される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、貼り合わせＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウェーハの製造方法に関し、特にＳＯＩウェーハ裏面を機械的損傷等から保護し製造歩留まりを高めた貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法に関する。

単結晶シリコンからなる支持基板用ウェーハに例えばシリコン酸化膜を介して活性層用ウェーハを貼り合わせ、この活性層用ウェーハを適宜な厚さのＳＯＩ層に形成した貼り合わせＳＯＩウェーハは、高性能化した半導体デバイスの製造に好適な半導体基板として広く使用されるようになってきている。そして、例えばＳＲＡＭを含む高速動作のロジック回路が搭載される高速デバイス、あるいはパワートランジスタを含む高耐圧デバイスの基板材料としてその作製方法が種々に検討されている。ここで、上記ＳＯＩウェーハの量産製造では、上記半導体デバイスから要求される種々の技術事項に対処すると共に、ＳＯＩウェーハの製造歩留まりを向上させ製造コストを低減させることが強く求められる。

この貼り合わせＳＯＩウェーハの典型的な作製方法について図３を参照して説明する。図３はＳＯＩウェーハの作製方法の一例を示す工程フロー図である。初めに、バルクシリコンウェーハの支持基板用ウェーハ１０１および活性層用ウェーハ１０２を準備する（図３（ａ））。ここで、例えば支持基板用ウェーハ１０１の表面および裏面は鏡面研磨され、活性層用ウェーハ１０２の片面が鏡面研磨されている。そして、これらのバルクウェーハの外周部はベベル加工されている。

次に、例えば支持基板用ウェーハ１０１の表面側を更に鏡面研磨しその平坦度を向上させる。また、活性層用ウェーハ１０２を熱酸化（ドライ酸化またはウェット酸化）しシリコン酸化膜１０３を形成する（図３（ｂ））。そして、支持基板用ウェーハ１０１の上記表面側と活性層用ウェーハ１７の高平坦度の鏡面側のシリコン酸化膜１０３とを常温・常圧下で接着した後に、例えば１２００℃、２時間の熱処理を施し接着強度を十分に高め接合し貼り合せる（図３（ｃ））。ここで上記熱処理が酸化性雰囲気中で行われると、支持基板用ウェーハ１０１の露出部においてもシリコン酸化膜形成される。

次に、上記貼り合せた支持基板用ウェーハ１０１と活性層用ウェーハ１０２の外周研削により、外周部の未接合部分を除去する（図３（ｄ））。その後、活性層用ウェーハ１０２を所要の厚さになるまで平面研削し薄膜化してＳＯＩ層１０４を形成する。続いて、上記ＳＯＩ層１０４側および支持基板用ウェーハ１０１裏面側の外周部のベベル加工を行い、ベベル面１０５，１０６を形成し、ＳＯＩ層１０４表面およびベベル面１０５，１０６の鏡面研磨を行う。このようにして、支持基板用ウェーハ１０１、接合酸化膜１０７およびＳＯＩ層１０４から成る貼り合わせＳＯＩウェーハが作製される（図３（ｅ））。

しかし、このＳＯＩウェーハの量産製造にあっては、上記図３（ｅ）の工程後の貼り合わせＳＯＩウェーハ製品において、支持基板用ウェーハ１０１の裏面側に図４に示すようなキズ１０８、スクラッチ等の機械的損傷、あるいは吸着跡のような痕跡損傷の形成されることがある。ここで、機械的損傷は、主に、図３（ｂ）あるいは図３（ｅ）における研削、研磨等のウェーハ加工装置からウェーハを脱着する際のスクレイバー起因で生じるキズ、スクラッチ等である。また、痕跡損傷は、上記ＳＯＩウェーハの製造工程において用いる研削、研磨等のウェーハ加工装置におけるウェーハの真空チャックの痕跡、あるいは製造管理に必須なウェーハの測定および検査のための各種測定／検査装置におけるウェーハの真空チャック跡の痕跡が挙げられる。

ここで、このような痕跡は、強力な洗浄手段であるＳＣ−１洗浄であっても除去することができないものである。また、上記機械的損傷は、その深さにも関係するが、ＳＯＩウェーハ製造において常用されるアルカリ洗浄後においてシミのように残存することがある。

上記損傷は、図３（ａ）に示したように支持基板用ウェーハ１０１の両面を鏡面研磨して作製する方法では、ＳＯＩウェーハの製品歩留まりを顕著に低減させる要因になる。そこで、図３（ａ）の工程においては片面（例えば表面側）を鏡面研磨し、図３（ｄ）の工程において支持基板用ウェーハ１０１の裏面側を鏡面研磨する作製方法もある。この場合、それ以前の工程において生じた損傷は、この最後の図３（ｄ）の工程においてある程度研磨除去できるが、深い機械的損傷は除去しきれないで残存する。また、この場合でも、図３（ｅ）の研削、研磨等のウェーハ加工装置からウェーハを脱着する際に、キズ、スクラッチ等がスクレイバー起因で生じることがある。いずれにしても、機械的損傷あるいは痕跡損傷等による貼り合わせＳＯＩウェーハの製造歩留まりの低下は避けられない。

なお、上記貼り合わせＳＯＩウェーハの両面の鏡面研磨あるいはベベル面の鏡面研磨は、上記半導体デバイス生産におけるパーティクル発生を防止する上で必須な要求事項となっている。

貼り合わせのＳＯＩウェーハは、上述したように２枚のバルクシリコンウェーハが基板材料として使用され、１枚のＳＯＩ基板製品として製造される。ここで、上記バルクウェーハはそのまま半導体デバイス用ウェーハとしても使用できるものであり、貼り合わせＳＯＩウェーハは高価なものになり易い。そこで、上記ＳＯＩウェーハの量産製造において、その製造歩留まりを向上させること、および上記バルクウェーハ材料を有効に使用できるようにすることが、その製造コストを低減する上で極めて重要になる。このために、上述した支持基板用ウェーハ裏面に生じる機械的損傷等を簡便に防止できる方法の開発が大きな課題となっていた。また、上記２枚のバルクウェーハの支持基板用ウェーハと活性層用ウェーハのシリコン酸化膜を介した接合においては、ウェーハの外周部において生じ易い未接合部分の面積を低減させその活性層であるＳＯＩ層の面積を広くすることが、半導体デバイスの収率を増加させるために大きな課題になっていた。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、貼り合わせＳＯＩウェーハの製造工程において、そのＳＯＩ層の面積をできるだけ広くでき、その裏面の支持基板用ウェーハの損傷を簡便に防止することができる貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明にかかる貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法は、支持基板用ウェーハの少なくとも裏面に保護酸化膜を形成する工程と、活性層用ウェーハの少なくとも表面を鏡面研磨する工程と、前記活性層用ウェーハを熱酸化する工程と、前記支持基板用ウェーハの表面を鏡面研磨する工程と、前記鏡面研磨された支持基板用ウェーハの表面と前記鏡面研磨された活性層用ウェーハの表面とを前記熱酸化膜を介して接着させ熱処理して接合させる工程と、前記活性層用ウェーハの薄膜化加工を通して所要の厚さの活性層にする工程と、前記活性層を形成した後、前記保護酸化膜を化学薬液によりエッチング除去する工程と、を有する構成になっている。

上記発明により、貼り合わせＳＯＩウェーハの量産製造において、ＳＯＩウェーハの裏面は、その製造に使用される各種の加工装置、測定装置あるいは検査装置による機械的損傷あるいは痕跡損傷から、最後の製品となるまで保護酸化膜により保護される。そして、貼り合わせＳＯＩウェーハの製造歩留まりが向上するようになる。

上記発明の好適な態様では、前記保護酸化膜が形成される前記支持基板用ウェーハの裏面は予め鏡面研磨される。また、前記保護酸化膜は、前記支持基板用ウェーハの熱酸化により形成されたシリコン酸化膜から成る。そして、前記保護酸化膜の膜厚は１μｍ〜５μｍの範囲にされる。

上記発明により、貼り合わせＳＯＩウェーハの製造において、支持基板用ウェーハと活性層用ウェーハに介在する接合酸化膜の侵食が抑制され、ＳＯＩウェーハの外周部において生じ易い未接合部分が減少してＳＯＩ層の面積が広くなる。

本発明の構成により、貼り合わせＳＯＩウェーハの製造工程において、そのＳＯＩ層の面積を広くでき、その裏面の支持基板用ウェーハの機械的損傷等が簡便に防止でき、上記ＳＯＩウェーハの製造歩留まりが向上するようになる。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における貼り合わせＳＯＩウェーハの作製方法を示す工程フロー図である。

初めに、図１（ａ）に示すように、その少なくとも片面（裏面）を鏡面研磨した支持基板用ウェーハ１１、片面を高い平坦度に鏡面研磨した活性層用ウェーハ１２を準備する。

次に、図１（ｂ）に示すように、支持基板用ウェーハ１１に対して熱酸化（ドライ酸化またはウェット酸化）を施す。そして、このウェーハ全面に膜厚が例えば１μｍ程度のシリコン酸化膜から成る保護酸化膜１３を形成する。また、活性層用ウェーハ１２を熱酸化（ドライ酸化またはウェット酸化）しシリコン酸化膜１４から成る接合酸化膜１４を形成する。ここで、接合酸化膜１４の膜厚も例えば１μｍ程度にする。

続いて、図１（ｃ）に示すように、支持基板用ウェーハ１１の表面のシリコン酸化膜の除去およびその鏡面研磨を行い、支持基板用ウェーハ１１の表面を高平坦度にする。ここで、支持基板用ウェーハ１１の裏面には保護酸化膜１３が形成されている。

次に、図１（ｄ）に示すように、支持基板用ウェーハ１１の鏡面の表面と活性層用ウェーハ１２の鏡面側の接合酸化膜１４とを常温・常圧下で接着した後に、例えば１２００℃、２時間の熱処理を施し接着強度を十分に高め接合して貼り合せる。ここで、上記熱処理は例えば希釈酸素雰囲気中で行うとよい。この熱処理において保護酸化膜１３あるいは接合酸化膜１４の膜厚はほとんど変化しない。

次に、図１（ｅ）に示すように、上記貼り合せた支持基板用ウェーハ１１と活性層用ウェーハ１２の外周研削により、外周部の未接合部分を除去する。その後、図１（ｆ）に示すように、活性層用ウェーハ１２を所要の厚さになるまで例えば平面研削し薄膜化する。このようにして、支持基板用ウェーハ１１上に接合酸化膜１４を介して接合したＳＯＩ層１５を形成する。そして、上記ＳＯＩ層１５側および支持基板用ウェーハ１１の裏面側の外周部のベベル加工を行い、ベベル面１６，１７を形成し、ＳＯＩ層１５の表面および上記ベベル面１６,１７の鏡面研磨を行う。

そして、最後に支持基板用ウェーハ１１の裏面の保護酸化膜１３をフッ酸系薬液によりエッチング除去する。このようにして、図１（ｇ）に示すように、支持基板用ウェーハ１１、接合酸化膜１４およびＳＯＩ層１５から成る両面研磨された貼り合わせＳＯＩウェーハが作製される。

次に、図２を参照して上記実施形態の効果について具体的に説明する。図２は、上記貼り合わせＳＯＩウェーハの主な製造工程を説明する製造フローチャートである。

図２に示すように、図１（ａ）に対応したステップＳ１１において、上述した支持基板用ウェーハ１１および活性層用ウェーハ１２の準備がなされ、ステップＳ１２において、熱酸化がなされて、支持基板用ウェーハ１１全面と活性層用ウェーハ１２全面にシリコン酸化膜が形成される。そして、図１（ｃ）に対応したステップＳ１３において、支持基板用ウェーハ１１の表面のシリコン酸化膜の除去および平面研削・研磨がなされ、その表面が鏡面にされ高い平坦度にされる。

ここで、上記支持基板用ウェーハ１１表面の平面研削・研磨による鏡面研磨の後、上記ウェーハをセラミックスプレートから剥離する際にスクレイバーが必須になる。この時、本実施形態では支持基板用ウェーハ１１の裏面は、上記保護酸化膜１３に被覆されていることから、従来の技術において生じていたスクレイバー起因のキズ、スクラッチの発生が防止される。

次に、ステップＳ１４において、その表面が鏡面研磨にされた支持基板用ウェーハ１１の平坦度測定および反り測定、そして外観検査がなされる。ここで、上記平坦度および反りの測定は、上記鏡面研磨された表面が活性層用ウェーハ１２との接合面になることから極めて重要となる。このような測定・検査において、これ等の測定装置あるいは検査装置の真空チャック跡のような痕跡損傷が生じ易い。しかし、この場合も、支持基板用ウェーハ１１の裏面は、上記保護酸化膜１３に被覆されていることから、上記痕跡損傷が完全に防止される。

次に、図１（ｄ）に対応したステップＳ１５において、支持基板用ウェーハ１１の表面と活性層用ウェーハ１２とが接着され上述したような１２００℃、２時間程度のアニール処理がされ、両ウェーハの接合による貼り合わせがなされる。そして、ステップＳ１６において、貼り合わされた両ウェーハにおける未接合部分の検査すなわちボイド検査が必須になる。本実施形態では、この場合も、支持基板用ウェーハ１１の裏面は、上記保護酸化膜１３によりボイド検査装置による損傷から保護される。

次に、図１（ｅ）に対応したステップＳ１７において、貼り合わせたウェーハの外周部の外周研削がなされる。この場合も外周研削装置の真空チャック跡のような痕跡損傷が生じ易いが支持基板用ウェーハ１１の裏面は、上記保護酸化膜１３に被覆されていることから、上記痕跡損傷が完全に防止される。
更に、図１（ｆ）に対応したステップＳ１８において、活性層用ウェーハ１２の平面研削・研磨がなされる。この場合にも、ステップＳ１３で説明したのと同様に、支持基板用ウェーハ１１の裏面は、上記保護酸化膜１３によりスクレイバー起因のキズ、スクラッチから保護される。

次に、ステップＳ１９において、ＳＯＩ層１５の厚さ測定、平坦度測定、外観検査およびパーティクル検査が必須になる。この場合も、ステップＳ１４で説明したのと全く同じように、支持基板用ウェーハ１１の裏面は、上記保護酸化膜１３により上記測定装置および検査装置による損傷から保護される。

そして、最後に、図１（ｇ）に対応したステップＳ２０において、上記ＳＯＩウェーハ製造工程を通して上記損傷から支持基板用ウェーハ１１裏面を保護した上記保護酸化膜１３はエッチング除去される。そして、その後の洗浄がなされて製品とし入庫される。

このように、本実施形態の保護酸化膜１３は、貼り合わせＳＯＩウェーハの量産製造において、上記以外に静電容量式平坦度測定装置、ＦＴ−ＩＲ測定装置等を含む多くの測定装置、加工装置および検査装置からの損傷を防止する。このために、貼り合わせＳＯＩウェーハの製造歩留まりが極めて顕著に向上するようになる。

ここで、保護酸化膜１３は、上記真空チャック跡等の痕跡損傷を防ぐにはそれほどの厚さは必要でなくせいぜい２００ｎｍ程度で構わない。しかし、上記スクレイバー起因のようなキズあるいはスクラッチを防止するには、膜厚が１μｍ以上の熱酸化膜が必要である。しかし、この膜厚が厚くなりすぎると、上記ステップＳ２０において、保護酸化膜１３のエッチング除去に用いられるフッ酸系薬液により、接合酸化膜１４が侵食を受け易くなる。この侵食の評価結果について次の表１を参照して説明する。

表１は、シリコン熱酸化膜からなる保護酸化膜１３の膜厚を種々に変えて、ステップＳ２０において保護酸化膜１３をエッチング除去したときに、接合酸化膜１４のエッチングで侵食される量をまとめたものである。表１に示すように、保護酸化膜１３の膜厚が増大すると共に、接合酸化膜１４の横方向のエッチ長さは増加し侵食量が増加することが判る。そして、特に保護酸化膜１３の膜厚が５μｍを超えてくるとエッチ長さは急増する。ここで、表１における値は、接合酸化膜１４の膜厚が１μｍの場合であるが、このような傾向は上記接合酸化膜１４の膜厚にあまり関係しない。

以上のことから、保護酸化膜１３がシリコン熱酸化膜から成る場合には、その膜厚は１μｍ〜５μｍの範囲にするのが好適となる。そして、この保護酸化膜１３のエッチング除去により接合酸化膜１４の侵食される量は２０μｍ以下になる。ここで、保護酸化膜１３は、熱酸化膜以外の例えば化学気相成長（ＣＶＤ）法により成膜したシリコン酸化膜であってもよい。あるいは、熱酸化とＣＶＤにより積層して形成されたシリコン酸化膜であってもよい。このようにして、接合酸化膜１４の侵食が制御されて低減し、ウェーハの外周部において生じ易い未接合部分が減少しＳＯＩ層の面積が増大するようになる。

上記実施形態では、上述したように支持基板用ウェーハ１１の裏面側に保護酸化膜１３を形成することにより、貼り合わせＳＯＩウェーハの製造工程においてその機械的損傷等が防止され、製造歩留まりが大幅に向上するようになる。更には、支持基板用ウェーハ１１と活性層用ウェーハ１２のシリコン酸化膜を介した接合において、接合酸化膜１４の侵食が低減し、ウェーハの外周部において生じ易い未接合部分が減少してＳＯＩ層の面積が広くなる。そして、このＳＯＩ層を活性層とする半導体デバイスの収率が増加する。このようにして、バルクウェーハの有効利用が促進されてその製造コストが低減するようになる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、支持基板用ウェーハ１１と活性層用ウェーハ１２とを接合した後その外周研削を行っているが、この外周研削を施さないで、上記活性層用ウェーハ１２の平面研削等による薄膜化を行い、貼り合わせＳＯＩウェーハの外周部のベベル加工をするようにしてもよい。このようにすると、ＳＯＩ層の面積を更に増大させることができる。

また、図１（ａ）の工程において支持基板用ウェーハ１１の裏面側は鏡面研磨をしないで、最終の貼り合わせＳＯＩウェーハ製品の裏面が鏡面研磨されていない場合であってもよい。

更には、支持基板用ウェーハ１１の外周縁に沿う段差が生じたいわゆるテラス付きＳＯＩ層１３が形成される場合にも上記実施形態は同様に適用することができることに言及しておく。

本発明の実施形態にかかる貼り合わせＳＯＩウェーハの作製方法を示す工程フロー図である。 本発明の実施形態にかかる貼り合わせＳＯＩウェーハの主な製造工程を説明する製造フローチャートである。 従来の技術にかかる貼り合わせＳＯＩウェーハの作製方法を示す工程フロー図である。 従来の技術で生じる貼り合わせＳＯＩウェーハ裏面の機械的損傷を示す平面図である。

符号の説明

１１ 支持基板用ウェーハ
１２ 活性層用ウェーハ
１３ 保護酸化膜
１４ 接合酸化膜
１５ ＳＯＩ層
１６,１７ ベベル面

Claims (4)

1. 支持基板用ウェーハの少なくとも裏面に保護酸化膜を形成する工程と、
   活性層用ウェーハの少なくとも表面を鏡面研磨する工程と、
   前記活性層用ウェーハを熱酸化する工程と、
   前記支持基板用ウェーハの表面を鏡面研磨する工程と、
   前記鏡面研磨された支持基板用ウェーハの表面と前記鏡面研磨された活性層用ウェーハの表面とを前記熱酸化膜を介して接着させ熱処理して接合させる工程と、
   前記活性層用ウェーハの薄膜化加工を通して所要の厚さの活性層にする工程と、
   前記活性層を形成した後、前記保護酸化膜を化学薬液によりエッチング除去する工程と、
   を含むことを特徴とする貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法。
2. 前記保護酸化膜が形成される前記支持基板用ウェーハの裏面は、予め鏡面研磨されていることを特徴とする請求項１に記載の貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法。
3. 前記保護酸化膜は、前記支持基板用ウェーハの熱酸化により形成されたシリコン酸化膜から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法。
4. 前記保護酸化膜の膜厚は、１μｍ〜５μｍの範囲にあることを特徴とする請求項３に記載の貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法。
   
   

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