JP2000348992A

JP2000348992A - 半導体基板の製造方法

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Publication number: JP2000348992A
Application number: JP2000122451A
Authority: JP
Inventors: Akira Nieda; 晃贄田; Hiroshi Sato; 弘佐藤; Muneharu Shimanoe; 宗治島ノ江
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1989-12-12
Filing date: 2000-04-24
Publication date: 2000-12-15
Anticipated expiration: 2020-04-24
Also published as: JP3239884B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＳＯＩ基板の製造方法において、貼り合せ界
面に気泡混入のない貼り合せウェーハを得る。【解決手段】２枚のウェーハ１及び１１を貼り合せて
なる半導体基板の製造方法であって、２枚のウェーハ
１，１１を凸球面状に変形させてから貼り合せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体基板の製造方
法、特にウェーハを貼り合せてＳＯＩ（silicon-on-ins
ulator）基板を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、絶縁体上に薄膜単結晶シリコン層
を形成してなる所謂ＳＯＩ基板を用いて超ＬＳＩを作製
する開発が進められている。各種のＳＯＩ基板の作製方
法の中でも最も結晶性が良く、特性面でも優れていると
考えられるものに貼り合せ方式がある。

【０００３】図１７ははり合せ方式によるＳＯＩ基板の
一例を示す。図１７Ａに示すように鏡面シリコンウェー
ハ１の主面にフォトリソグラフィー技術を用いて複数の
凸部２が形成されるように所定パターンの段差を形成す
る。そして、その主面上に絶縁膜例えばＳｉＯ₂膜３を
形成し、さらに段差を埋めるために全面に平坦化用の層
例えば多結晶シリコン層４を形成し、この多結晶シリコ
ン層４の表面を平坦研磨する。

【０００４】次に、図１７Ｂに示すように平坦化された
多結晶シリコン層４に別の鏡面シリコンウェーハ１１を
貼り合せて貼り合せウェーハ１２とした後、図１７Ｃに
示すようにＳｉＯ₂膜３を研磨ストッパーにして、シリ
コンウェーハ１の裏面より研磨し、ＳｉＯ₂膜３で分離
された複数の島状シリコン領域１５を有したＳＯＩ基板
５１を得ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の２枚
のウェーハ１及び１１を貼り合せ工程（図１７Ｂ参照）
において、通常は図１８Ａに示すように、２枚のウェー
ハ１及び１１に対し、強制的な変形を全く加えないでそ
のまま合体させ貼り合せるようにしている。

【０００６】この場合、ウェーハ１及び１１間の水素結
合力及びファンデルワールス力により互いに自己接合
（吸着）する際、ランダムに貼り合さるため、図１８Ｂ
に示すように、貼り合せ界面ｌに空気を取り込み易く、
その結果、貼り合せ界面ｌに気泡３１が多数発生すると
いう不都合がある。

【０００７】また、他の貼り合せ方法としては、図１９
Ａに示すように、片方のウェーハ（例えばウェーハ１
１）を真空吸着チャック（図示せず）に保持させると共
に、このウェーハ１１を真空吸引して凸球面状にそら
せ、その後、強制変形されていないウェーハ（例えばウ
ェーハ１）と上記ウェーハ１１の各中心部を互いに接着
させたのち、上記真空吸引チャックの吸引力を弱めて両
ウェーハ１及び１１の自己吸着作用を利用して中心部よ
り外周部に向かって貼り合せるという方法があるが、こ
の場合も、図１９Ｂに示すように、貼り合せ界面ｌの外
周付近に気泡３１の取り込みが認められる。

【０００８】これは、ウェーハ１１のそりを徐々に戻し
ながらウェーハ１と貼り合せる際、外周付近の接触スピ
ードが中心付近の接触スピードよりも速くなるかと考え
られる。

【０００９】このような貼り合せ界面ｌに気泡３１が入
った貼り合せウェーハ１２で例えばデバイス作製する
と、熱処理プロセスで気泡３１の破裂が起こり、デバイ
スの歩留り低下を引起こすと共に、パーティクルによる
プロセスの汚染源となってしまうという不都合が生じ
る。

【００１０】本発明は、上述の点に鑑み、気泡混入をな
し、半導体基板の高信頼性化並びに該基板上に形成され
るデバイスの高歩留り化を図ることができる半導体基板
の製造方法を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体基板
の製造方法は、２枚のウェーハを貼り合せて成る半導体
基板の製造方法であって、２枚のウェーハを凸球面状に
変形させてから貼り合せる。貼り合せは、２枚のウェー
ハの互いに中心付近から接触させていくことが好まし
い。

【００１２】この製造方法によれば、２枚のウェーハを
凸球面状に変形させてから貼り合せるようにするので、
貼り合せ界面へ気泡を混入させないでウェーハの貼り合
せができる。

【００１３】本発明に係る半導体基板の製造方法は、２
枚のウェーハを貼り合せて成る半導体基板の製造方法で
あって、２枚のウェーハを貼り合せた後、加圧治具によ
る気泡の追い出しを行う。

【００１４】この製造方法によれば、２枚のウェーハを
貼り合せた直後に貼り合せ界面に気泡が取り込まれてい
ても、その後の加圧治具による加圧で気泡は外へ押し出
され、気泡の無い貼り合せウェーハが得られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【００１６】図６及び図７は、本発明の実施の形態に係
る半導体基板（以後、ＳＯＩ基板と記す）の製造方法を
示す工程図である。以下、その工程を順を追って説明す
る。

【００１７】まず、図６Ａに示すように、両面が鏡面加
工されたシリコンウェーハ１の主面にフォトリソグラフ
ィー技術を用いて複数の厚さ１０００Åの凸部２が形成
されるように所定パターンの段差を形成する。

【００１８】次に、図６Ｂに示すように、段差を有する
シリコンウェーハ１の主面上に厚さ１μｍ程度の熱酸化
及びＣＶＤ（化学気相成長）法によるＳｉＯ₂膜３を形
成し、このＳｉＯ₂膜３をバッファとして、更にこの上
にＣＶＤ法による多結晶シリコン層４を厚さ５μｍ程度
堆積する。

【００１９】次に、図６Ｃに示すように、凸部２の影響
による多結晶シリコン層４上の凸部（１０００Å程度の
段差）５を除去するために、多結晶シリコン層４に対し
平坦化研磨を行う。この研磨により１０００Å程度の微
小なパターン凸部５のみが研磨され、多結晶シリコン層
４が平坦化される。

【００２０】次に、図７Ｄに示すように、別のシリコン
ウェーハ１１を平坦化させた多結晶シリコン層４に直接
接合して貼り合せウェーハ１２となす。

【００２１】この貼り合せ工程の際、両ウェーハ１，１
１をアンモニアと過酸化水素の混合液で洗浄して両ウェ
ーハ１，１１の表面を清浄化したのち、スピンドライヤ
ーにて乾燥させる。次に、クリーンな雰囲気中で貼り合
せを行う。その後、酸素雰囲気又は窒素雰囲気中で１１
００℃、２時間の熱処理を行って貼り合せ界面ｌに対し
てバルク並みの密着度をもたせる。

【００２２】本実施の形態では、この貼り合せ法に特徴
があり、詳細は後述する。

【００２３】次に、図７Ｅに示すように、貼り合せウェ
ーハ１２の周端縁１１ａ，１ａに対し面取りを行う。し
かる後、図７Ｆに示すように、一方のウェーハ１をその
端面より平坦研磨（即ち、選択研磨）してＳｉＯ₂膜３
で互いに分離された複数の島状シリコン領域１５を形成
して目的のＳＯＩ基板１６を得る。

【００２４】そして、本実施の形態では、特に、図７Ｄ
のウェーハ貼り合せ工程において、前述した貼り合せ界
面ｌに気泡３１が無い貼り合せウェーハ１２を得る。

【００２５】１つの方法としては、貼り合せる時に生じ
た気泡３１を貼り合せウェーハ１２の片面又は両面から
加圧することにより気泡３１を貼り合せ界面ｌから外へ
押し出して、貼り合せ界面ｌに気泡３１が全く無い高信
頼性のあるＳＯＩ基板１６を得るようにする。

【００２６】図１は、気泡の除去方法の一例を示す。前
述した通常の方法で２枚のウェーハ１及び１１を貼り合
せた後、赤外線の透過等によって気泡の混入の確認を行
う。このとき、図４Ａ及びＢに示すように、貼り合せウ
ェーハ１２の貼り合せ界面ｌに気泡３１が入っている場
合、図２に示すようなローラプレス機４１を用いて図１
に示すようにローラ４２をウェーハ１２の一端面から他
端面まで加圧しながら移動させる。

【００２７】このとき、気泡３１が、ローラ４２に押さ
れるように移動し、最終的に貼り合せ界面ｌから外へ押
し出されるため、気泡３１が全く無い貼り合せウェーハ
１２を得る。

【００２８】尚、ローラ４２による加圧は、あまり高い
とウェーハ１２が割れる危険性があるため、０．１ｋｇ
／ｃｍ²以上であればよい。

【００２９】また、ウェーハ１２の下に敷くもの（バッ
ファ）４３としては、軟質のものがよく、例えばシリコ
ーンゴム等を用いるを可とする。

【００３０】また、ローラプレス機による気泡３１の追
い出しは、ウェーハ１及び１１の貼り合せ後、すぐに行
うことが好ましい。なぜなら、ウェーハ１及び１１の貼
り合せ後における熱処理後に行うと、気泡３１以外の箇
所は完全に接着が完了しているため、気泡３１を押し出
すことが不可能となるからである。

【００３１】図３は、気泡の除去方法の他の例を示す。
貼り合せウェーハ１２に対する加圧の方法としては、上
記ローラプレス機４１に限定せず、図３に示すように、
下面凸状の治具４４を用いてもよい。

【００３２】即ち、軟質板（例えばシリコーンゴム等）
４５の上に貼り合せウェーハ１２を載置し、上記治具４
４にてウェーハ１２中心より加圧すると、貼り合せ界面
ｌより気泡３１が外へ押し出され、ローラプレス機４１
を用いたときと同様に、気泡３１が全く無い貼り合せウ
ェーハ１２を得ることができる。尚、この治具４４の凸
部４４ａの高さｈは２０μｍ〜２００μｍ程度とし、大
きさはウェーハ１２の径より大きいことが望ましい。

【００３３】上記例は、貼り合せウェーハ１２に気泡３
１が入ってしまった場合において、その気泡３１を取り
除く方法の例を示したが、その他、貼り合せウェーハ１
２への気泡３１の混入を事前に防止する方法として、次
のような方法が本発明の実施の形態では用いられる。

【００３４】即ち、図５Ａに示すように、２枚のウェー
ハ１及び１１を例えばシリコーンゴム等の弾性体で作っ
た真空吸引チャック（図示せず）に吸引させて、夫々凸
球面状に変形させる。この状態で各ウェーハ１及び１１
を互いにほぼ中心付近から接触させていく。その後、真
空吸引チャックの吸引圧力をコントロールしながら、該
真空吸引チャックで両ウェーハ１及び１１を互いに押し
付けながら徐々に互いの外周部分まで接触させ、そして
ウェーハ１及び１１全面が接触したとき、上記真空吸引
チャックを常圧に戻して貼り合せが完了する。

【００３５】この方法によれば、ウェーハ１及び１１間
の各中心部付近における接触スピードと各外周部付近に
おける接触スピードがほぼ同じになるため、貼り合せ
時、図５Ｂに示すように、貼り合せ界面ｌへの気泡混入
が全くない貼り合せウェーハ１２を得ることができる。

【００３６】尚、ここでは、真空吸引チャック（図示せ
ず）の真空を保ったまま貼り合せを行ったが、別な方法
として凸球面状にそらせた２枚のウェーハ１及び１１間
の各中心付近が接触し始めた時点で常圧にゆっくり戻す
ようにしてもよい。このときは、ウェーハ１及び１１の
自己復元力により互いが貼り合わされていくが、この場
合においても、気泡混入がない貼り合せウェーハ１２を
得ることができる。これは、通常の場合（図１９参照）
と比べ、接触スピードが外周部で遅いため、気泡の取り
込みが無くなると考えられる。

【００３７】本実施の形態によれば、上記図１〜図５の
方法を用いることにより、貼り合せウェーハ１２の貼り
合せ界面ｌへの気泡混入が全く無くなるため、その後の
熱処理での気泡破裂が防止され、気泡破裂による熱処理
炉の汚染が無くなり、デバイスの歩留りが向上すると共
に、デバイスの信頼性が向上する。

【００３８】特に、図５の場合、貼り合せ時に貼り合せ
界面ｌへの気泡３１の混入が事前に防止されるため、図
２及び図３で示すローラプレス機４１や治具４４等を使
用する必要がなく、製造装置のメンテナンスが少なくて
済み、作業性が向上する。

【００３９】ところで、上述の図７Ｄの２枚のウェーハ
１及び１１を貼り合せた後、最終的に一方のシリコンウ
ェーハ１を研磨加工して最終的に島状シリコン領域１５
（図７Ｆ参照）を形成するが、シリコンウェーハ１を通
常の方法で研磨すると、研磨加工の際、貼り合せウェー
ハ１２の外周部において欠が生じるという不都合があ
る。

【００４０】即ち、一般にウェーハ１及び１１は、図８
に示すように、その各周端縁１ａ及び１１ａが断面円弧
状となっているため、一方のウェーハ１に対する研磨加
工の際、貼り合せ界面ｌ付近まで研磨したとき、一方の
ウェーハ１の周端縁１ａが別のウェーハ１１に対して浮
いた状態となり、更にその浮いた部分（未接着部分）５
２が非常に薄くなって欠け易くなる。この部分５２が欠
けるとダスト源、ゴミの原因となってデバイス作製上の
歩留りの低下につながるという不都合がある。

【００４１】そこで本例では、２枚のウェーハ１及び１
１を貼り合せた後、図７Ｅ及び図９に示すよう、貼り合
せウェーハ１２の周端縁１１ａ，１ａに対し面取りを行
う。この面取りは、砥石車の回転研削によるならい加工
が用いられ、図１０に示すように、貼り合せウェーハ１
２の上下間をチャック２１ａ，２１ｂで挟むと共に、貼
り合せウェーハ１２をチャック２１ａ，２１ｂ及び回転
軸２２ａ，２２ｂを介して約１ｒｐｍの回転数で回転さ
せ、砥石車であるダイヤモンドホイール２３も回転軸２
４を介して約２８００ｒｐｍの回転数で回転させ、更に
貼り合せウェーハ１２の周端縁１ａ，１１ａとダイヤモ
ンドホイール２３のダイヤ電着部２３ａとを互いに接触
させて行う。この場合、ダイヤモンドホイール２３のダ
イヤ電着部２３ａを、貼り合せウェーハ１２の径方向に
移動させて研削する。

【００４２】そして、図９Ｂに示すように、一方のウェ
ーハ１の周端縁１ａを中心に削り、別のウェーハ１１の
周端縁１１ａに対しては界面ｌをやや削る程度とする。
このとき、貼り合せウェーハ１２の回転方向とダイヤモ
ンドホイール２３の回転方向は、同方向に設定される。
尚、一方のウェーハ１に対する最大研削代ｄは３〜４ｍ
ｍ程度とした。

【００４３】通常、砥石車の回転によるならい研削加工
は、加工物（この場合、貼り合せウェーハ１２）の回転
方向と砥石車（この場合、ダイヤモンドホイール２３）
の回転方向を異にして行われる。この方法を上記面取り
加工に適用した場合、図１１に示すように、研削開始点
ａと研削くず噴出点ｂが異なった位置にできるため、図
１２に示すように、研削くず２５を貼り合せウェーハ、
特に別のウェーハ１１とダイヤモンドホイール２３のダ
イヤ電着部２３ａ間にまき込んでしまい、そのため、ダ
イヤモンドホイール２３とウェーハ１１間に研削くず２
５がつまり、それにより無理な力が加わって亀裂２６が
入ったり、図１３に示すように、ウェーハ１１の外周部
１１ｂに欠け２７が生じるという不都合がある。

【００４４】しかし、本例の如く、貼り合せウェーハ１
２とダイヤモンドホイール２３の回転方向を同方向に設
定すれば、図１４に示すように、研削開始点ａと研削く
ず噴出点ｂが同位置となるため、研削くず２５をウェー
ハ１１とダイヤモンドホイール２３間にまき込むことが
ない。

【００４５】従って、図１５に示すように、ウェーハ１
１の外周部１１ｂに欠けが生じるということがなく、高
精度に面取りを行うことができる。その後、図７Ｅに示
すように、研削表面に生じた砥石によるダメージ層をエ
ッチング除去して加工歪をとる。このとき、一方のウェ
ーハ１の他主面側においてＲ（円弧）１３が形成される
ようにする。

【００４６】このように、２枚のウェーハ１及び１１を
貼り合せ後、その貼り合せウェーハ１２の外周部を径方
向に研削して面取りするようにしたので、後工程である
一方のウェーハ１に対する選択研磨加工の際、図１６に
示すように、一方のウェーハ１の研削後の周端縁１ｂが
別のウェーハ１１に対し浮くということがなくなり、即
ち、通常生じていた未接着の部分１４（一点鎖線で示
す）がなくなるため、一方のウェーハ１の外周部での欠
けは生じなくなる。

【００４７】従って、ＳＯＩ基板１６の高信頼性化が図
れると共に、該ＳＯＩ基板１６上に形成されるデバイス
の歩留り化を図ることができる。また、上記面取りの
際、貼り合せウェーハ１２とダイヤモンドホイール２３
の回転方向を同方向に設定したので、面取り時に生じる
研削くず２５を貼り合せウェーハ、特にウェーハ１１と
ダイヤモンドホイール２３間にまき込むことがなくな
り、面取り時におけるウェーハ１１の外周部１１ｂへの
欠けを防止することができる。従って、ＳＯＩ基板１６
の高信頼性化並びにデバイスの高歩留り化をより一層図
ることができる。

【００４８】

【発明の効果】本発明に係る半導体基板の製造方法によ
れば、２枚のウェーハを貼り合せる際に、２枚のウェー
ハを凸球面状に変形させてから貼り合せるようにしたの
で、気泡を取り込まずに貼り合せができ、貼り合せ界面
への気泡混入が全くない貼り合せウェーハを得ることが
できる。貼り合せにおいて、２枚のウェーハの互いの中
心付近から接触させていくことにより、より確実に気泡
を取り込まず、気泡混入のない貼り合せウェーハを得
る。

【００４９】本発明に係る半導体基板の製造方法によれ
ば、２枚のウェーハを貼り合せた後、加圧治具により気
泡を追い出すことにより、貼り合せ界面に気泡が全くな
い貼り合せウェーハを得ることができる。

【００５０】従って、本発明によれば、半導体基板の高
信頼性化を図ると共に、該基板に形成されるデバイスの
高歩留り化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る半導体基板（ＳＯＩ
基板）の製造方法におけるウェーハ貼り合せ工程でのロ
ーラプレス機による気泡除去方法の一例を示す説明図で
ある。

【図２】Ａローラプレス機の側面図である。Ｂローラプレス機の平面図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る半導体基板（ＳＯＩ
基板）の製造方法におけるウェーハ貼り合せ工程での気
泡除去方法の他の例を示す説明図である。

【図４】Ａ貼り合せ時におけるウェーハ状態を示す側
面図である。Ｂ貼り合せ時におけるウェーハ状態を示す平面図であ
る。

【図５】Ａ，Ｂ本発明の実施の形態に係る半導体基板
（ＳＯＩ基板）の製造方法におけるウェーハ貼り合せ工
程での気泡混入を防止した貼り合せ方法を示す説明図で
ある。

【図６】Ａ〜Ｃ本発明の実施の形態に係る半導体基板
（ＳＯＩ基板）の製造方法を示す製造工程図（その１）
である。

【図７】Ｄ〜Ｆ本発明の実施の形態に係る半導体基板
（ＳＯＩ基板）の製造方法を示す製造工程図（その２）
である。

【図８】従来までの選択研磨時におけるウェーハの状態
を示す説明図である。

【図９】Ａ，Ｂ面取り加工を示す説明図である。

【図１０】面取り方法の具体例を示す説明図である。

【図１１】ウェーハとダイヤモンドホイールの回転方向
を違えた場合の作用を示す説明図である。

【図１２】ウェーハとダイヤモンドホイールの回転方向
を違えた場合の作用を示す説明図である。

【図１３】ウェーハとダイヤモンドホイールの回転方向
を違えた場合の作用を示す説明図である。

【図１４】ウェーハとダイヤモンドホイールの回転方向
を同方向に設定した場合の作用を示す説明図である。

【図１５】ウェーハとダイヤモンドホイールの回転方向
を同方向に設定した場合の作用を示す説明図である。

【図１６】選択研磨時におけるウェーハの状態を示す説
明図である。

【図１７】Ａ〜Ｃ従来例に係るＳＯＩ基板の製造工程
図である。

【図１８】Ａ，Ｂ通常の貼り合せ方法を示す説明図で
ある。

【図１９】Ａ，Ｂ通常の貼り合せ方法の他の例を示す
説明図である。

【符号の説明】

１‥‥一方のシリコンウェーハ、２‥‥凸部、３‥‥Ｓ
ｉＯ₂膜、４‥‥多結晶シリコン層、ｌ‥‥界面、１１
‥‥別のウェーハ、１２‥‥貼り合せウェーハ３１‥‥気泡、４１‥‥ローラプレス機、４４‥‥バッ
ファ、４５‥‥軟質板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２枚のウェーハを貼り合せて成る半導体
基板の製造方法であって、前記２枚のウェーハを凸球面状に変形させてから貼り合
せることを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項２】前記の貼り合せは２枚のウェーハの互い
の中心付近から接触させていくことを特徴とする請求項
１記載の半導体基板の製造方法。
【請求項３】２枚のウェーハを貼り合せて成る半導体
基板の製造方法であって、前記２枚のウェーハを貼り合せた後、加圧治具による気
泡の追い出しを行うことを特徴とする半導体基板の製造
方法。
【請求項４】前記加圧治具がローラープレス機である
ことを特徴とする請求項３記載の半導体基板の製造方
法。