JP2000223452A - Ｓｏｉウェーハおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＳＯＩ層の膜厚が５μｍ以上の厚膜ＳＯＩで
あっても、ＳＯＩ層の外周端にレジストを十分な厚さに
塗布でき、デバイス作製工程中でパーティクル等の汚染
物の発生源となる溝が発生することのない貼り合わせＳ
ＯＩウェーハおよびその製造方法を提供する。 【解決手段】 ＳＯＩ層の外周端がベースウェーハの外
周端より内側にあり、且つＳＯＩ層の厚さが５μｍ以上
のＳＯＩウェーハであって、前記ＳＯＩ層の立ち上がり
角度を５〜４５度とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２枚のシリコンウ
ェーハをシリコン酸化膜を介して貼り合せて作製する貼
り合わせＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウェーハの
作製方法であり、特にＳＯＩウェーハの外周部の除去方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】貼り合わせＳＯＩウェーハの作製方法と
して、２枚のシリコンウェーハをシリコン酸化膜を介し
て貼り合せる技術、例えば特公平５−４６０８６号公報
に示されている様に、少なくとも一方のウェーハに酸化
膜を形成し、接合面に異物を介在させることなく相互に
密着させた後、２００〜１２００℃の温度で熱処理して
結合強度を高める方法が、従来より知られている。熱処
理を行なうことにより結合強度が高められた貼り合わせ
ウェーハは、その後の研削研磨工程が可能となるため、
素子作製側ウェーハを研削及び研磨により所望の厚さに
減厚加工することにより、素子形成を行なうＳＯＩ層を
形成することができる。

【０００３】しかし、貼り合わせ前の両ウェーハ表面
は、いわゆるメカノケミカル研磨によって鏡面仕上げさ
れているので、その外周部には研磨ダレと呼ばれる領域
が存在する。従って、両者が貼り合わされて作製された
貼り合わせウェーハの外周部には、例えば約１〜３ｍｍ
程度の未結合部分が発生してしまう。この未結合部分が
あるまま、一方のウェーハを研削・研磨すると、その工
程中に未結合部分の剥離が発生し、素子形成領域に傷や
パーティクル付着等の悪影響を及ぼすので、この未結合
部分は予め除去しておく必要がある。

【０００４】そこで、例えば特開昭６４−８９３４６号
公報には、その外周部の未結合部分を除去する技術が記
載されている。また、この技術では未結合部分を除去す
る工程後の薄膜化工程において周縁部でのチッピングが
発生するという問題点があったので、特開平１−２２７
４４１号公報において、外周部の未結合部分を除去する
際、同時に面取りを施す技術が開示されている。

【０００５】一方、特開平６−１７６９９３号公報や特
開平７−４５４８５号公報では、２枚のシリコンウェー
ハを酸化膜を介して密着させた後、酸化性雰囲気で熱処
理を行なうことにより結合強度が高められた貼り合わせ
ウェーハの外周の未結合部分を含む領域を、ボンドウェ
ーハ（素子領域となる第一のシリコンウェーハ）の厚さ
方向からベースウェーハ（支持体となる第二のシリコン
ウェーハ）との結合界面の直前まで研削し、その後、結
合界面までエッチングして未結合部分を完全に除去し、
しかる後にそのボンドウェーハを研削・研磨して、所望
の厚さまで減厚加工することによって貼り合わせウェー
ハを作製する方法が提案されている。そして、この様な
未結合部の除去を研削＋エッチングで行なう技術であっ
ても、上記特開平１−２２７４４１号公報に記載されて
いると同様に、研削時には面取りが行なわれていること
がわかる。（特開平６−１７６９９３号公報の図３、特
開平７−４５４８５号公報の図１参照）

【０００６】上記の方法によれば、ベースウェーハの形
状を変更することなく、未結合部分の除去が可能となる
が、未結合部分を完全に除去するための外周除去幅とし
ては、安全をみてボンドウェーハの外周端から少なくと
も３ｍｍを除去するのが一般的である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年の半導
体デバイスの分野には、デバイスの高集積化、高速度化
に伴い、ＳＯＩ層の厚さは更なる薄膜化と膜厚均一性の
向上が要求され、具体的には０．１±０．０１μｍ程度
の膜厚及び膜厚均一性が必要とされている分野がある一
方で、高耐圧デバイスを搭載したいわゆるパワーＩＣ用
の分野があり、例えば５〜５０μｍ程度の厚さの厚膜Ｓ
ＯＩ基板に対する要望も多い。このような厚膜ＳＯＩ基
板を貼り合わせ法により作製すると、前述したように周
辺の未結合部分を除去するため、除去した領域とＳＯＩ
層の外周部には比較的大きな段差を生ずることになり、
この段差はＳＯＩ層の厚さに比例して大きくなる。これ
に起因して、厚膜ＳＯＩ基板においては、ＳＯＩ層表面
の最外周の角部がデバイス作製工程中でパーティクル等
の汚染物を発生するという問題点があった。この問題点
について、図１および図２を用いて説明する。

【０００８】図１、図２は従来の未結合部除去方法を用
いて厚膜ＳＯＩウェーハ（膜厚５μｍ以上）を作製し、
更にそのＳＯＩ層の所望の領域にトレンチエッチングを
施す工程までを示している。図１の（ａ）〜（ｆ）の工
程はそれぞれ、（ａ）結合工程、（ｂ）外周部の研削工
程、（ｃ）外周のエッチング工程、（ｄ）薄膜化工程、
（ｅ）パターニング酸化工程、（ｆ）レジスト塗布工程
を示す図である。図２の（ｇ）は、図１（ｆ）の点線部
分を拡大した図である。

【０００９】従来は、図１（ｂ）における外周部の研削
角度αを特に限定せずに行なっており、通常は、最終的
なＳＯＩ層の有効面積を大きくするために４５度程度若
しくはそれ以上の角度にするのが一般的であった。しか
しながら、この角度を約４５度以上として、膜厚５μｍ
以上の厚膜ＳＯＩを作製すると、図２（ｇ）のように作
製されたＳＯＩ層の立ち上がり角度θも４５度以上にな
り、ＳＯＩ層表面の最外周の角部が比較的尖った形状に
なるので、その部分にはレジスト９’が充分塗布されな
いことがわかった。その結果、図２（ｈ）工程でウェー
ハ表面のレジスト９’に所望の開口部１０’を形成した
のち、図２（ｉ）のフッ酸を含む水溶液で開口部の酸化
膜を除去する工程において、最外周の角部のレジストが
十分に塗布されていない領域ａにフッ酸がしみ込んでし
まい、図２（ｊ）で示すように、最外周の角部に酸化膜
が薄くなった領域ａ’が形成されてしまうことになる。
開口部の酸化膜除去をフッ酸を含む水溶液の代わりに、
反応性イオンやプラズマを用いて行う気相エッチング
（以下、ドライエッチングという。）を用いた場合も同
様に領域ａ’が形成されてしまう。

【００１０】この状態でトレンチ形成のためのドライエ
ッチングを行なうと、図２（ｋ）のように、所望の開口
部にはトレンチ１１’が形成されるが、角部には埋め込
み酸化膜に到達しない不必要な溝１２が形成されること
になる。このような溝の存在が、デバイス作製工程中で
パーティクル等の汚染物の発生源となることが明らかに
なった。このような現象を回避するためには、図１
（ｆ）て塗布するレジストを厚くすればよいが、レジス
トを厚くすると微細なパターンが形成できなくなるた
め、塗布可能なレジスト厚さには限界があった。尚、厚
さが５μｍ以下のＳＯＩ層の場合は、ＳＯＩ層の最終研
磨時に生ずる外周部の研磨ダレの影響により、このよう
な問題は発生しない。

【００１１】そこで本発明は、ＳＯＩ層の膜厚が５μｍ
以上の厚膜ＳＯＩであっても、上記した問題点が発生す
ることのない貼り合わせＳＯＩウェーハおよびその製造
方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に本発明の請求項１の発明は、ＳＯＩ層の外周端がベー
スウェーハの外周端より内側にあり、且つＳＯＩ層の厚
さが５μｍ以上のＳＯＩウェーハであって、前記ＳＯＩ
層の立ち上がり角度が５〜４５度であることを特徴とす
るＳＯＩウェーハである。本発明におけるＳＯＩ層の立
ち上がり角度とは、ベースウェーハ表面とＳＯＩ層の外
周面とが交叉する内角（図１（ｄ）、図２（ｇ）に示す
角θ）をいうものとする。この様に、ＳＯＩ層の外周端
の立ち上がり角度が５〜４５度であるＳＯＩウェーハで
あれば、ＳＯＩ層の外周端（外周端の角部）においても
レジストが十分な厚さで塗布できるので、デバイス作製
工程中でパーティクル等の汚染物の発生源となるような
溝が形成されることはない。立ち上がり角度が５度未満
になるとＳＯＩ層の有効面積が小さくなるので適当では
ない。

【００１３】また、請求項２の発明は、第１のシリコン
ウェーハ（ボンドウェーハ）と第２のシリコンウェーハ
（ベースウェーハ）とをシリコン酸化膜層を介して密着
させ、熱処理を加えて強固に結合させた後、第１のシリ
コンウェーハ外周部の第２シリコンウェーハとの未結合
部分を含む領域を第１のシリコンウェーハが所定の残厚
になるまで研削し、該残厚部をエッチングにより除去し
た後、前記第１のシリコンウェーハを減厚加工して膜厚
が５μｍ以上のＳＯＩ層を作製するＳＯＩウェーハの製
造方法において、前記第１のシリコンウェーハ外周部の
研削は、切り欠き部の角度が５〜３５度である研削砥石
を用いて行なうことを特徴とするＳＯＩウェーハの製造
方法である。このように、外周研削を行なう砥石の切り
込み角度を５〜３５度に設定し、これを用いて外周部分
の研削を行なえば、立ち上がり角度が５〜４５度である
ＳＯＩウェーハを容易に作製することができる。尚、研
削砥石の切り欠き部の角度とは、図４に例示されている
様な砥石の外周下面に形成されたテーパー部の角度が
（１８０−α）度、すなわち前出の研削角度がαとなる
角度のことであり、結果的にこの角度がＳＯＩ層の立ち
上がり角度に反映されることになる。また、貼り合わせ
ウェーハに対する砥石の移動方向は、第１のシリコンウ
ェーハの外周方向から中心方向に向けて水平移動させて
も、或いは第１のシリコンウェーハの主面方向から（上
方から）近接させ、垂直方向に移動させてもよい。

【００１４】

【発明の実施形態】以下、本発明の実施の形態を貼り合
わせＳＯＩウェーハの場合につき、図１、図３を参照し
て説明する。先ず、今日周知の手法で単結晶シリコンウ
ェーハよりなり表面に酸化膜３を形成した第１のシリコ
ンウェーハ（ボンドウェーハ）１と第２のシリコンウェ
ーハ（ベースウェーハ）２とを酸化膜３を介して密着さ
せ、しかる後、酸化性雰囲気下で熱処理を加えて両ウェ
ーハ１と２を強固に結合させ、図１（ａ）に示す貼り合
わせウェーハＡを形成する。熱処理条件としては、例え
ば、酸素または水蒸気を含む雰囲気下、２００℃〜１２
００℃の温度で行えばよい。この時、第１のシリコンウ
ェーハ１と第２のシリコンウェーハ２が強固に結合され
ると共に、第２のシリコンウェーハ２の外表面全体には
後工程でエッチング被膜となる酸化膜４が形成され、第
１のシリコンウェーハ１の外表面の酸化膜は成長して酸
化膜３’となる。

【００１５】こうして結合された貼り合わせウェーハＡ
の外周部には、第１のウェーハ１と第２のウェーハ２の
未結合部が存在している。このような未結合部は、デバ
イスを作製するＳＯＩ層として用いることができないう
えに、後工程で剥がれ落ちて種々の問題を引き起こすた
め除去する必要がある。

【００１６】未結合部を除去するには、図１（ｂ）に示
すように、先ず未結合部が存在する第１のシリコンウェ
ーハ１の外周部を所定厚さｔまで研削して除去する。研
削の手法によれば、高速で除去することができるし、加
工精度もよいからである。この場合、所定厚さｔとして
はできるだけ薄くした方が、後工程であるエッチング工
程での取り代を減少させることができるので好ましい。
この第１のシリコンウェーハ１の外周部を所定厚さｔま
で研削して除去するのに、砥石を第１のシリコンウェー
ハ１の外周方向から中心方向に向けて相対的に移動させ
て研削する。

【００１７】上記第１のシリコンウェーハ１の外周部の
研削は、図４に示すように、回転可能な吸着ステージ５
上に貼り合わせウェーハＡを吸着固定し、他方、外周部
を研削する砥石６を前記貼り合わせウェーハＡの外周よ
り径方向外側の位置に距離及び高さを所定位置に保って
に配置し、不図示の回転機構によって吸着ステージ５と
砥石６を相互に逆方向に回転させ、且つ砥石６を不図示
の移動機構により水平移動させることによって、第１の
シリコンウェーハ１の外周部をウェーハ中心部に向けて
研削して行く。逆に、砥石６の位置を固定し、吸着ステ
ージ５を移動機構により水平移動させて、貼り合わせウ
ェーハＡにおける第１のシリコンウェーハ１の外周部を
砥石６に押し当ててもよい。そして、第１のシリコンウ
ェーハ１の外周研削後の所定厚さｔは、砥石６と第１の
シリコンウェーハ１の高さ方向の位置関係を調整するこ
とによって制御することができる。この所定厚さｔとし
ては、１０〜９０μｍが好適である。

【００１８】第１のシリコンウェーハ１の外周部を研削
する砥石６は、その外形が円柱状であれば研削される外
周面は鉛直面となり、下側の角部を斜めに切り欠いたテ
ーパ面の外形とした場合は、研削される外周面は第１の
シリコンウェーハ１の上面から第２のシリコンウェーハ
２との結合面に向けて末広がり状の傾斜面、即ち図１
（ｂ）に示す角度αが９０度未満の傾斜立ち上がり面と
なる。しかしながら、この研削角度αを４５度程度若し
くはそれ以上の角度とした場合は、前記したようにＳＯ
Ｉ層の立ち上がり角度θも確実に４５度以上になり、Ｓ
ＯＩ層表面の最外周の角部が比較的尖った形状になるの
で、その部分にレジストが充分塗布されず、その結果、
角部にはデバイス作製工程中でパーティクル等の汚染物
の発生源となる不必要な溝が形成されるという問題を有
する。

【００１９】本発明はＳＯＩ層表面の最外周の角部にも
レジストを塗布可能な範囲内で充分に塗布できるように
するために、ＳＯＩ層の立ち上がり角度θを５〜４５度
とした。そして、上記ＳＯＩ層の立ち上がり角度θを５
〜４５度とするために砥石６の切り欠き部の角度を５〜
３５度、好ましくは１０〜３０度に設定し、研削後の第
１シリコンウェーハ１の残し厚、即ち厚さｔは１０〜９
０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍとする。上記砥石６
の進行方向を第１シリコンウェーハ１の外周方向から中
心方向に向けて研削した場合、加工歪みのようなダメー
ジは砥石の進行方向であるウェーハの中心方向に入り、
厚さ方向のダメージは少なく、従って、第１シリコンウ
ェーハ１の外周を、上記したように１０〜９０μｍの厚
さまで薄く研削しても、埋め込み酸化膜３或いは第２シ
リコンウェーハ２にダメージが入らない。尚、第１シリ
コンウェーハ１の中心方向に入るダメージは大きくなる
が、このダメージは次工程のエッチングで除去されるの
で問題ない。但し、ウェーハの外周方向から研削して
も、ウェーハの厚さ方向に約１０μｍ程度のダメージが
入るので、１０μｍ未満まで研削すると埋め込み酸化膜
３、第２シリコンウェーハ２にダメージを与える可能性
があるため、好ましくない。

【００２０】次に、図１（ｃ）に示すように、エッチン
グにより第１シリコンウェーハ１外周部の未結合部を完
全に除去する。これはシリコン酸化膜に比べてシリコン
単結晶のエッチング速度が格段に速いエッチング液に貼
り合わせウェーハＡを浸漬することによって簡単に行う
ことが出来る。即ち、貼り合わせウェーハＡにおける第
１シリコンウェーハ１の外周部は、前工程の研削によっ
てシリコンが露出しているために、エッチング液によっ
てエッチングされるが、貼り合わせウェーハＡの他の部
分は酸化膜３’，４で覆われているため、エッチングさ
れない。上記エッチング液としては、例えばＮａＯＨ水
溶液、ＫＯＨ水溶液などのアルカリ水溶液や混酸（フッ
酸、硝酸、酢酸の混合液など）が挙げられる。アルカリ
水溶液を用いた場合、シリコンのエッチングは異方性エ
ッチングになるので、エッチング後の立ち上がり角度θ
は研削角度αよりも大きくなる傾向がある。従って、目
標とする立ち上がり角度θより小さめの研削角度αを選
択することが好ましい。一方、混酸を用いた場合は、等
方性エッチングになるので立ち上がり角度θと研削角度
αは近い値となるが、酸化膜のエッチング速度が比較的
速く、貼り合わせウェーハＡの表面に露出している酸化
膜は、アルカリエッチングの場合に比べて薄くなるの
で、これらは必要に応じて使い分ければよい。

【００２１】次に、図１（ｄ）に示すように、第１シリ
コンウェーハ１の表面を通常の方法に従い平面研削及び
研磨して所望厚さまで薄膜化することで、ＳＯＩ層７を
有する貼り合わせウェーハが作製される。前記ＳＯＩ層
の膜厚としては、５〜５０μｍの範囲とする。

【００２２】以上の如く、貼り合わせウェーハＡにおけ
る第１シリコンウェーハ１の外周部の立ち上がり角度θ
を５〜４５度とし、ＳＯＩ層の膜厚を５〜５０μｍとし
た貼り合わせウェーハのＳＯＩ層の表面に、図１（ｅ）
に示すパターニング用酸化膜８の形成した後、図３
（Ａ）のレジスト９の塗布、同図（Ｂ）のフォトリソグ
ラフィーによるレジスト表面への開口部１０の形成、同
図（Ｃ）のフッ酸を含む水溶液で開口部の酸化膜を除去
（エッチング）、同図（Ｄ）の硫酸＋過酸化水素水、又
はドライエッチングによるレジスト除去、同図（Ｅ）の
ドライエッチングによりトレンチ１１の形成を行って
も、図２（ｋ）に示すような角部に不必要な溝が形成さ
れることはない。

【００２３】次に本発明の実施例及び比較例について説
明する。尚、実施例及び比較例で使用したシリコンウェ
ーハは全て、直径１５０ｍｍ、面方位（１００）、厚さ
６２５μｍである。 （実施例）図１及び図２の工程に従い、貼り合わせウェ
ーハの第１シリコンウェーハの外周部を、切り欠き部角
度αが１０度、２０度、３５度の３種の砥石で、外周部
の研削後、表１に示すエッチング条件、薄膜化加工後、
図３（Ａ）〜（Ｅ）の方法でトレンチを形成し、形成後
のＳＯＩ外周端を観察した結果を示す。 （比較例）実施例で用いたと同じ貼り合わせウェーハの
第１シリコンウェーハの外周部を、切り欠き部角度αが
４５度の砥石で外周部の研削後、表１に示すエッチング
条件、薄膜化加工後、図３（Ａ）〜（Ｅ）の方法でトレ
ンチを形成し、形成後のＳＯＩ外周端を観察した結果を
示す。

【００２４】実施例と比較例との比較結果は、表１のト
レンチ形成後の外周端の観察結果に示されているように
研削砥石の切り欠き部角度αが５〜３５度のものでウェ
ーハの外周面を研削した貼り合わせウェーハには、トレ
ンチ形成後においても外周端に溝は形成されなかった。
しかしながら、切り欠き部角度αが４５度の砥石で外周
面を研削して形成した貼り合わせウェーハの場合は、ト
レンチ形成によって外周端に溝が形成された。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明請求項１記
載のＳＯＩウェーハはＳＯＩ層の立ち上がり角度を５〜
４５度としたことで、ＳＯＩ層の外周端においてもレジ
ストを十分な厚さに塗布でき、それによりデバイス作製
工程中でパーティクル等の汚染物の発生源となる溝の発
生を防止することが出来る。また、請求項２記載の製造
方法によれば、ＳＯＩ層の立ち上がり角度が５〜４５度
であるＳＯＩウェーハを簡単に製造することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）〜（ｆ）は、ボンドウェーハとベース
ウェーハの外周部の未結合部除去方法を用いてＳＯＩウ
ェーハを作製し、ＳＯＩ層にトレンチエッチングを施す
工程におけるレジスト塗布工程までを示す説明図であ
る。

【図２】 （ｇ）〜（ｋ）は、図１（ｆ）の点線部分を
拡大した図において開口部形成からトレンチ形成までの
工程を示す説明図である。

【図３】 （Ａ）〜（Ｅ）は、本発明によるＳＯＩウェ
ーハにトレンチ形成を施した場合の説明図である。

【図４】 本発明の製造方法を示す説明図である。

【符号の説明】

１…第１シリコンウェーハ ２…第２シリコ
ンウェーハ ３…埋め込み酸化膜 ４…シリコン酸
化膜 ６…砥石 Ａ…貼り合わせ
ウェーハ α…研削角度（切り欠き部角度） θ…立ち上がり
角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武井 時男 長野県更埴市大字屋代1393番地 長野電子 工業株式会社内 (72)発明者 立川 勝一 長野県更埴市大字屋代1393番地 長野電子 工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＳＯＩ層の外周端がベースウェーハの外
   周端より内側にあり、且つＳＯＩ層の厚さが５μｍ以上
   のＳＯＩウェーハであって、前記ＳＯＩ層の立ち上がり
   角度が５〜４５度であることを特徴とするＳＯＩウェー
   ハ。
2. 【請求項２】 第１のシリコンウェーハと第２のシリコ
   ンウェーハとをシリコン酸化膜層を介して密着させ、熱
   処理を加えて強固に結合させた後、第１のシリコンウェ
   ーハ外周部の第２シリコンウェーハとの未結合部分を含
   む領域を第１のシリコンウェーハが所定厚さになるまで
   研削し、その所定厚さの残存部をエッチングにより除去
   した後、前記第１のシリコンウェーハを減厚加工して膜
   厚が５μｍ以上のＳＯＩ層を作製するＳＯＩウェーハの
   製造方法において、前記第１のシリコンウェーハ外周部
   の研削は、切り欠き部の角度が５〜３５度である研削砥
   石を用いて行なうことを特徴とするＳＯＩウェーハの製
   造方法。