JP2001093788A - 貼り合せｓｏｉウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原子のスリップ移動の欠陥がなく、かつ、絶
縁耐圧が高い貼り合せＳＯＩウェーハを製造する。 【解決手段】 工程（ａ）でベースウェーハ１と活性ウ
ェーハ２を用意し、工程（ｂ）で活性ウェーハ２表面に
酸化膜３ａを、ベースウェーハ１の表面に酸化膜３ｂを
それぞれ形成し、その酸化膜３ａ，３ｂの厚み差を２μ
ｍ以下とし、かつ、酸化膜３ａ，３ｂの厚みの合計は２
μｍを越える値とする。次に、工程（ｃ）によりベース
ウェーハ１と活性ウェーハ２を密着一体化したものを熱
処理室内に入れ、酸素を含む雰囲気ガス中で１０００〜
１２００℃の温度に所定時間保って、熱処理（ｄ）の工
程を行う。次いで、活性ウェーハ２の研削（ｅ）と研磨
（ｆ）の工程をへて貼り合せＳＯＩウェーハを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はベースウェーハと活
性ウェーハを貼り合せて接着一体化する貼り合せＳＯＩ
ウェーハの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６には貼り合せＳＯＩ（Silicon On I
nsulation）ウェーハの製造方法が示されている。同図
において、先ず、工程（ａ）で、シリコンのベースウェ
ーハ１とシリコンの活性ウェーハ２を準備する。次に、
工程（ｂ）で、ベースウェーハ１と活性ウェーハ２の一
方側又は両側のウェーハ表面に酸化膜（ＳｉＯ_２）３を
絶縁層として形成する。図示の例では活性ウェーハ２の
表面に酸化膜３が形成されている。

【０００３】次にベースウェーハ１と活性ウェーハ２を
クリーニングした後、工程（ｃ）により密着一体化して
熱処理室に入れ、工程（ｄ）の熱処理を行う。この接着
熱処理の工程はそれぞれ酸素ガスを含む雰囲気ガスで熱
処理室内を満たし、１０００℃〜１２００℃の範囲の一
定温度に例えば１〜２時間保持して行う。この工程
（ｄ）の接着熱処理により、ベースウェーハ１と活性ウ
ェーハ２は酸化膜３を介して強固に接着し、熱酸化によ
り酸化膜３がさらに成長形成される。

【０００４】この工程（ｄ）の接着熱処理が終了した
後、ベースウェーハ１と活性ウェーハ２が接着されて一
体化した貼り合せＳＯＩウェーハは熱処理室から取り出
され、工程（ｅ）で活性ウェーハ２の表面と周端面の研
削及びエッチングが行われる。次に工程（ｆ）で研磨が
行われ、活性ウェーハ２の厚みが仕様の活性層２ａの厚
みに仕上げられて、目的とする貼り合せＳＯＩウェーハ
が完成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、上記
のような貼り合せＳＯＩウェーハを高耐圧用のデバイス
として用いることが検討されており、貼り合せＳＯＩウ
ェーハの絶縁耐圧を大きくすることが望まれている。そ
のために、ベースウェーハ１と活性ウェーハ２との接着
部に介設される酸化膜３の中間酸化膜が厚い貼り合せＳ
ＯＩウェーハが要求されるようになった。

【０００６】しかしながら、上記中間酸化膜が例えば３
μｍといったように、中間酸化膜を２μｍよりも厚くし
た貼り合せＳＯＩウェーハを製造する際に、ベースウェ
ーハ１と活性ウェーハ２の一方側のウェーハの表面に酸
化膜３を形成して、ベースウェーハ１と活性ウェーハ２
とを接着した場合には、熱酸化後のベースウェーハ１と
活性ウェーハ２の断面の特に周端領域に、ベースウェー
ハ１と活性ウェーハ２を構成している原子のスリップ現
象（原子がスリップ移動する現象）が発生することが本
発明者の実験により分かった。

【０００７】そこで、本発明者は、貼り合せＳＯＩウェ
ーハの製造に際し、活性ウェーハ２の表面とベースウェ
ーハ１の各表面にそれぞれ酸化膜３を形成し、該酸化膜
３を介してベースウェーハ１と活性ウェーハ２を重ねて
接着することにより、前記スリップ現象の発生を抑制で
きないかと考えた。そして、さらに、図６の（ｂ）の工
程で活性ウェーハ２の表面に形成する酸化膜３ａとベー
スウェーハ１の表面に形成する酸化膜３ｂ（図６には図
示せず）の厚みの相関関係と熱酸化後のベースウェーハ
１および活性ウェーハ２の品質特性との関係を、実験を
通して考察した。

【０００８】その結果、前記中間酸化膜（ウェーハ１，
２の接着部における酸化膜３ａの厚みと酸化膜３ｂの厚
みの合計）を２μｍよりも大きくし、かつ、接着するベ
ースウェーハ１と活性ウェーハ２の各表面に形成する酸
化膜３ａ，３ｂの厚みの差を２μｍよりも大きくした場
合、熱酸化後のウェーハ１，２の断面の特に周端領域
に、ウェーハ１，２を構成している原子のスリップ現象
が生じることが判明し、一方、前記中間酸化膜を２μｍ
よりも大きくした場合でも、接着するベースウェーハ１
と活性ウェーハ２の各表面に形成する酸化膜３ａ，３ｂ
の厚みの差を２μｍ以下とすると、前記のような原子の
スリップ現象が生じないことが判明した。

【０００９】ウェーハ１，２の断面に原子のスリップ現
象が生じると貼り合せＳＯＩウェーハを用いたデバイス
の作製工程で不良を引き起こすことになる。前記中間酸
化膜を２μｍよりも大きくし、かつ、接着するベースウ
ェーハ１と活性ウェーハ２の各表面に形成する酸化膜３
ａ，３ｂの厚みの差を２μｍよりも大きくした場合、原
子がスリップ移動するという原因は必ずしも明らかでな
いが、本発明者は、次のように推察している。

【００１０】すなわち、ベースウェーハ１および活性ウ
ェーハ２を形成するシリコンと酸化膜３を形成する酸化
シリコンとでは熱膨張率（熱収縮率）が異なるために、
この熱膨張率の違いによって、ウェーハ１，２の接着熱
処理中にウェーハ１，２に応力がかかる。この内部応力
は、接着する活性ウェーハ２とベースウェーハ１の各表
面に形成する酸化膜３ｂ，３ａの厚みの差が大きくなる
に連れて大きくなり、ウェーハ１，２の表面に形成する
酸化膜３ａ，３ｂの厚みの差が２μｍを越えると、ウェ
ーハ１，２の内部応力が原子スリップ移動を生じさせる
閾値を越える結果となり、このことにより前記ウェーハ
１，２の断面に原子のスリップ現象が生じるものと考え
ている。

【００１１】本発明は上記発明者の実験検討に基づきな
されたものであり、その目的は、ベースウェーハと活性
ウェーハとの接着部に介設される中間酸化膜の厚みを大
きくするように、接着するベースウェーハと活性ウェー
ハの各表面に酸化膜を形成し、ベースウェーハと活性ウ
ェーハの接着熱処理を行っても、ウェーハ内部に原子の
スリップ現象が生ぜず、品質の良い貼り合せＳＯＩウェ
ーハを提供することが可能な貼り合せＳＯＩウェーハの
製造方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために次のような構成をもって課題を解決する手段
としている。すなわち、第１の発明は、ベースウェーハ
の表面と活性ウェーハの表面にそれぞれ酸化膜を形成
し、該酸化膜を介して前記ベースウェーハと活性ウェー
ハを重ねて接着するとともに接着されたベースウェーハ
と活性ウェーハの表面を熱酸化する貼り合せＳＯＩの製
造方法において、前記接着するベースウェーハと活性ウ
ェーハの各表面に形成する酸化膜の厚みの差を２μｍ以
下とすることによって熱酸化後のベースウェーハと活性
ウェーハの断面にベースウェーハと活性ウェーハを構成
している原子のスリップ現象が発生することを抑制し
て、課題を解決する手段としている。

【００１３】また、第２の発明は、前記第１の発明の構
成を備えたものにおいて、ベースウェーハと活性ウェー
ハとの接着部に介設される中間酸化膜厚を２μｍよりも
大きくしたことをもって課題を解決する手段としてい
る。

【００１４】本発明の貼り合せＳＯＩウェーハの製造方
法は、本発明者の検討結果に基づき、接着するベースウ
ェーハと活性ウェーハの各表面に形成する酸化膜の厚み
の差を２μｍ以下とすることによって熱酸化後のベース
ウェーハと活性ウェーハの断面にベースウェーハと活性
ウェーハを構成している原子のスリップ現象が発生する
ことを抑制するようにしたものであるため、例えば、ベ
ースウェーハと活性ウェーハとの接着部に介設される酸
化膜厚を２μｍよりも大きくしても、ウェーハ内部に原
子のスリップ現象が生じるということが無く、品質の良
い貼り合せＳＯＩウェーハを製造することが可能とな
る。

【００１５】したがって、本発明においては、高耐圧用
のデバイスとして用いること可能な絶縁耐圧の高い貼り
合せＳＯＩウェーハを、前記スリップ現象を抑制して高
品質に製造することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例を図面
に基づき説明する。図１には、本実施形態例に係る貼り
合せＳＯＩウェーハの製造方法が模式的に示されてい
る。本実施形態例は、図１の工程（ａ）〜（ｆ）に従っ
て行われるものであり、これら（ａ）〜（ｆ）の各工程
の説明において、図６に示した貼り合せＳＯＩウェーハ
の製造方法との重複説明は省略する。

【００１７】本実施形態例において特徴的なことは、図
１に示す工程（ｂ）で、活性ウェーハ２とベースウェー
ハ１の両方の表面に酸化膜３（３ａ，３ｂ）を形成し、
この活性ウェーハ２とベースウェーハ１の各表面に形成
する酸化膜３ａ，３ｂの厚みの差を２μｍ以下とするこ
とによって熱酸化後のベースウェーハ１と活性ウェーハ
２の断面にベースウェーハ１と活性ウェーハ２を構成し
ている原子のスリップ現象が発生することを抑制するよ
うにしたことである。

【００１８】なお、同図においては、活性ウェーハ２の
表面に形成する酸化膜３ａの厚みをベースウェーハ１の
表面に形成する酸化膜３ｂよりも小さく示しているが、
その逆に、活性ウェーハ２の表面に形成する酸化膜３ａ
の厚みをベースウェーハ１の表面に形成する酸化膜３ｂ
よりも大きく形成してもよいし、各酸化膜３ａ、３ｂの
厚みを同じ厚みにしてもよい。

【００１９】ただし、図１の（ｅ）に示す工程で、活性
ウェーハ２の表面と周端面の研削等が行なわれ、活性ウ
ェーハ２の表面に形成した酸化膜３ａは除去されること
を考慮すると、同図に示すように、活性ウェーハ２の表
面に形成する酸化膜３ａの厚みをベースウェーハ１の表
面に形成する酸化膜３ｂよりも小さく形成すると無駄が
少なくてすむといった利点がある。

【００２０】図２は本実施形態例の貼り合せＳＯＩウェ
ーハの製造に際し、図１の（ｂ）の工程でベースウェー
ハ１と活性ウェーハ２とをそれぞれ酸化することにより
形成される活性ウェーハ２の表面の酸化膜３ａとベース
ウェーハ１の表面の酸化膜３ｂとの厚み関係を示してお
り、酸化膜３ｂの厚みはＢで、酸化膜３ａの厚みはＡで
あり、０≦｜（Ｂ−Ａ）｜≦２μｍの関係を満足してい
る。

【００２１】表１は、ベースウェーハ１の表面に形成す
る酸化膜３ｂと活性ウェーハ２の表面に形成する酸化膜
３ａの厚みを様々に替えて、その厚みの組み合わせによ
って接着熱処理後（図１の工程（ｃ）、（ｄ）の後）の
各ウェーハ１，２の断面に原子のスリップ現象が生じて
いるか否かをＸ線ラング法によって調べた実験結果を示
している。

【００２２】

【表１】

【００２３】この表において、〇印はウェーハ１，２の
断面に原子のスリップ現象が生じていないことを示し、
×印は原子のスリップ現象が生じていることを示す。

【００２４】図３はこの実験結果をグラフにより示した
もので、グラフの縦軸は原子のスリップ移動の長さを表
し、横軸は接着する活性ウェーハ２の表面に形成する酸
化膜３ａの厚みとベースウェーハ１の表面に形成する酸
化膜３ｂとの厚み差を表している。この図３の原子のス
リップ移動の長さもＸ線ラング法によって測定してい
る。

【００２５】これら、表１および図３に示す実験結果か
ら、酸化膜３ａと酸化膜３ｂとの厚みの差が２μｍ以下
のときには熱酸化後のウェーハ１，２の断面に原子のス
リップ移動が生じることが無く、酸化膜３ａと酸化膜３
ｂとの厚みの差が２μｍを越えるときには熱酸化後のウ
ェーハ１，２の断面に原子のスリップ現象が生じること
が検証されている。

【００２６】本発明者はウェーハ１，２の直径の大きさ
や、厚みの大きさを可変したりして同様な実験を繰り返
し行っており、その結果、ウェーハの直径の大きさや厚
みの大きさ等に拘らず同様な結果（活性ウェーハ２の表
面に形成する酸化膜３ａとベースウェーハ１の表面に形
成する酸化膜３ｂとの厚みの差が２μｍ以下のときには
熱酸化後のウェーハ１，２の断面に原子のスリップ移動
が生じることが無く、前記酸化膜３ａと前記酸化膜３ｂ
との厚みの差が２μｍを越えると原子のスリップ現象が
生じるという結果）が得られることを確認している。

【００２７】図４および図５はＸ線ラング法を使用して
接着熱処理後のウェーハ１，２の断面を観察した画像の
一例を示す。図４は活性ウェーハ２の表面に形成する酸
化膜３ａとベースウェーハ１の表面に形成する酸化膜３
ｂとの厚みの差を２μｍ以下としたときの画像であり、
図５はその厚み差を２μｍよりも大きくした場合の画像
である。この図４および図５においてはともに（ａ）は
活性ウェーハ２の断面を示し、（ｂ）はベースウェーハ
１の断面を示している。

【００２８】図４と図５を比較すれば明らかなごとく、
活性ウェーハ２の表面に形成する酸化膜３ａとベースウ
ェーハ１の表面に形成する酸化膜３ｂとの厚みの差が２
μｍ以下の条件で接着熱処理が行われた図４の画像には
ベースウェーハ１と活性ウェーハ２の何れの断面にも原
子のスリップ現象が見当たらないが、活性ウェーハ２の
表面に形成する酸化膜３ａとベースウェーハ１の表面に
形成する酸化膜３ｂとの厚みの差が２μｍを超えた条件
で接着熱処理が行われた図５の画像にはベースウェーハ
１と活性ウェーハ２の何れの断面にもウェーハ断面に原
子のスリップ現象が生じていることが観察される。

【００２９】本実施形態例は、上記実験結果を踏まえ、
活性ウェーハ２とベースウェーハ１の両方の表面に酸化
膜３（３ａ，３ｂ）を形成し、この活性ウェーハ２とベ
ースウェーハ１の各表面に形成する酸化膜３ａ，３ｂの
厚みの差を２μｍ以下とすることによって熱酸化後のベ
ースウェーハ１と活性ウェーハ２の断面にベースウェー
ハ１と活性ウェーハ２を構成している原子のスリップ現
象が発生することを抑制するようにして、図１に示した
工程に従い処理を行い、目的とする貼り合せＳＯＩウェ
ーハを製造している。

【００３０】本実施形態例によれば、活性ウェーハ２の
表面に形成する酸化膜３ａとベースウェーハ１の表面に
形成する酸化膜３ｂとの厚みの差が２μｍ以下となるよ
うにすることで、熱酸化後にウェーハ１，２の断面に原
子のスリップ現象が生じることを抑制するようにしたの
で、熱酸化後にウェーハ１，２の断面に原子のスリップ
現象が生じることが無く、たとえベースウェーハ１と活
性ウェーハ２との接着部に介設される中間酸化膜３ａ，
３ｂの厚みを２μｍよりも大きくしても、前記スリップ
現象を抑制した品質の良い貼り合せＳＯＩウェーハを製
造することができる。

【００３１】そして、ベースウェーハ１と活性ウェーハ
２との接着部に介設される中間酸化膜の厚みを大きく形
成すれば、貼り合せＳＯＩウェーハの絶縁耐圧を大きく
することができ、高耐圧用のデバイスとして用いること
ができる貼り合せＳＯＩウェーハを前記スリップ現象が
無い高品質の貼り合せＳＯＩウェーハとして提供するこ
とができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、接着するベースウェー
ハと活性ウェーハの各表面に形成する酸化膜の厚みの差
を２μｍ以下とすることによって熱酸化後のベースウェ
ーハと活性ウェーハの断面にベースウェーハと活性ウェ
ーハを構成している原子のスリップ現象が発生すること
を抑制するようにしたものであるため、例えば、ベース
ウェーハと活性ウェーハとの接着部に介設される中間酸
化膜厚を２μｍよりも大きくしてもウェーハ内部に原子
のスリップ現象が生じるということが無く、品質の良い
貼り合せＳＯＩウェーハを製造することができる。

【００３３】したがって、本発明によれば、高耐圧用の
デバイスとして用いること可能な絶縁耐圧の高い貼り合
せＳＯＩウェーハを、前記スリップ現象を抑制して高品
質に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る貼り合せＳＯＩウェーハの製造方
法の一実施形態例を示す製造工程図である。

【図２】本実施形態例の貼り合せＳＯＩウェーハの製造
工程において、接着されるベースウェーハと活性ウェー
ハの各表面に形成される厚み寸法を示す説明図である。

【図３】ベースウェーハと活性ウェーハの接着熱処理に
よって生じるウェーハ構成原子のスリップの長さを、接
着前に両ウェーハの表面に形成される酸化膜の厚み差と
の関係で示す実験データのグラフである。

【図４】本実施形態例の製造方法によるベースウェーハ
と活性ウェーハの熱酸化後におけるベースウェーハと活
性ウェーハの両断面の観察画像の図である。

【図５】貼り合せＳＯＩウェーハの製造工程において、
接着されるベースウェーハと活性ウェーハの各表面に形
成される厚み差を２μｍより大きくした場合の、ベース
ウェーハと活性ウェーハの熱酸化後におけるベースウェ
ーハと活性ウェーハの両断面の観察画像の図である。

【図６】貼り合せＳＯＩウェーハの製造方法の一例を示
す製造工程図である。

【符号の説明】

１ ベースウェーハ ２ 活性ウェーハ ３，３ａ，３ｂ 酸化膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベースウェーハの表面と活性ウェーハの
   表面にそれぞれ酸化膜を形成し、該酸化膜を介して前記
   ベースウェーハと活性ウェーハを重ねて接着するととも
   に接着されたベースウェーハと活性ウェーハの表面を熱
   酸化する貼り合せＳＯＩの製造方法において、前記接着
   するベースウェーハと活性ウェーハの各表面に形成する
   酸化膜の厚みの差を２μｍ以下とすることによって熱酸
   化後のベースウェーハと活性ウェーハの断面にベースウ
   ェーハと活性ウェーハを構成している原子のスリップ現
   象が発生することを抑制する貼り合せＳＯＩウェーハの
   製造方法。
2. 【請求項２】 ベースウェーハと活性ウェーハとの接着
   部に介設される中間酸化膜厚を２μｍよりも大きくした
   ことを特徴とする請求項１記載の貼り合せＳＯＩウェー
   ハの製造方法。