JP2001196567A

JP2001196567A - 張り合わせシリコン基板の製造方法

Info

Publication number: JP2001196567A
Application number: JP2000128446A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Oi; 浩之大井; Yuichi Furukawa; 裕一古川
Original assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2001-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】工程数を増加させず、ウェーハ外周部の不完
全張り合わせ部を減少させる。張り合わせウェーハのチ
ッピングおよびウェーハ剥がれを防ぐ。張り合わせウェ
ーハでの有効面積を拡大する。【解決手段】活性層用ウェーハ１０、支持基板用ウェ
ーハ１１を用意する。ウェーハ１０，１１の鏡面同士を
室温で重ね合わせて張り合わせウェーハ１３を作製す
る。張り合わせウェーハを石英反応管に装入し、四塩化
珪素を含むガスを流し込む。続いて相対湿度９０％の水
蒸気を導入し、張り合わせウェーハを１時間この蒸気に
さらす。この結果、不完全張り合わせ部ａの珪素化合物
が加水分解し、酸化シリコンが析出する。ポーラスな常
温ＣＶＤ酸化膜ｂが形成される。続いて高純度の酸素ガ
スを導入し張り合わせ熱処理を行う。不完全張り合わせ
部ａの常温ＣＶＤ酸化膜が緻密な酸化シリコン膜に変わ
る。つまり、酸化シリコンにより不完全張り合わせ部ａ
の隙間が埋めつくされる。活性層用ウェーハ１０の表面
を研削・研磨し、洗浄する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は張り合わせシリコ
ン基板の製造方法、詳しくはウェーハ外周部の不完全張
り合わせ部のウェーハ半径方向の幅（以下、不完全張り
合わせ部の領域という場合がある）を小さくすることに
より、活性層用ウェーハの有効面積の拡大を図ることが
できる張り合わせシリコン基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な張り合わせシリコン基板は、以
下のようにして作製される。すなわち、単結晶シリコン
ウェーハからなる活性層用ウェーハと、同じく単結晶シ
リコンウェーハからなる支持基板用ウェーハとを室温で
重ね合わせる。この後、これを加熱炉の石英反応管内に
装入する。そして、石英反応管内に、直接、高純度のＯ
_２ガスまたは不活性ガス（Ｎ_２ガスなど）を導入し、炉
内温度１１００℃、加熱時間２時間の条件で、この張り
合わせウェーハの張り合わせ強度を高める張り合わせ熱
処理を施す。その後、活性層用ウェーハの外周部に面取
りを行い、張り合わせウェーハの外周部の不完全張り合
わせ部を除去する。

【０００３】これらの活性層用ウェーハおよび支持基板
用ウェーハは、いずれも張り合わせ面が鏡面仕上げされ
ている。この場合、鏡面仕上げを行うことで各ウェーハ
外周部にダレが発生する。この研磨ダレの増大が、上記
不完全張り合わせ部を拡大させる要因になっていた。こ
の不完全張り合わせ部は他の部分（完全張り合わせ部）
よりも機械的強度が劣っている。そのため、この不完全
な張り合わせ領域が大きくなるほど、以降の工程でチッ
ピング、ウェーハ剥がれなどを招く懸念が高まってい
た。また、上記面取りでのウェーハ半径方向の幅は、で
きるだけ短い方が活性層用ウェーハの有効面積（デバイ
スとして有効に利用できる領域の面積）が大きくなって
有利である。

【０００４】これを解消する従来技術としては、特開平
１１−６７７０１号公報に記載されたものが知られてい
る。この従来の張り合わせシリコン基板の製造方法は、
張り合わせウェーハの外周部にワックスなどの保護剤を
塗布し、この保護剤により不完全張り合わせ部の隙間を
埋めてしまうものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
張り合わせシリコン基板の製造方法によれば、不完全張
り合わせ部を小さくするため、保護剤の塗布工程、保護
剤の乾燥工程および活性層用ウェーハの外周部の面取り
の後の保護剤の除去工程という、いくつもの特殊な工程
を施さなければならなかった。この結果、張り合わせシ
リコン基板を製造する工程数が増加するという別の問題
が発生することとなった。なお、この保護剤を支持基板
用ウェーハに付着したまま、張り合わせシリコン基板を
製造することも考えられる。しかしながら、活性層用ウ
ェーハの面取り以降の工程、例えばデバイス工程での張
り合わせ基板の真空吸着時、活性層用ウェーハ表面の平
坦度が低下するなどの不都合が起こる。このため、保護
剤を除去する必要がある。

【０００６】

【発明の目的】この発明は、工程数を増加させずに、ウ
ェーハ外周部の不完全張り合わせ部の領域を減少させ
て、張り合わせシリコン基板のチッピングおよびウェー
ハ剥がれを防ぐことができ、しかも活性層用ウェーハの
有効面積の拡大が図れる張り合わせシリコン基板の製造
方法を提供することを、その目的としている。また、こ
の発明は、不完全張り合わせ部に珪素化合物を良好に供
給することができる張り合わせシリコン基板の製造方法
を提供することを、その目的としている。さらに、この
発明は、常温常圧下で容易かつ短時間で珪素化合物を加
水分解することができる張り合わせシリコン基板の製造
方法を提供することを、その目的としている。さらにま
た、この発明は、珪素化合物の加水分解を良好に行うこ
とができる張り合わせシリコン基板の製造方法を提供す
ることを、その目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、活性層用シリコンウェーハと支持基板用シリコンウ
ェーハとを張り合わせることにより、張り合わせウェー
ハを得る工程と、この張り合わせウェーハの外周部の不
完全張り合わせ部に、珪素化合物のガスと水蒸気を含む
ガスとを供給することにより、この珪素化合物を加水分
解する工程と、この不完全張り合わせ部に加水分解層を
形成した後、この張り合わせウェーハに熱処理を施す工
程とを備えた張り合わせシリコン基板の製造方法であ
る。

【０００８】活性層用シリコンウェーハおよび支持基板
用シリコンウェーハは、その両者がベアウェーハまたは
シリコン酸化膜により被われたウェーハでもよい。ま
た、いずれか一方のウェーハがシリコン酸化膜により被
われたウェーハでもよい。珪素化合物としては、例えば
四塩化珪素（ＳｉＣｌ_４）の他、トリクロルシラン（Ｓ
ｉＨＣｌ_３）、ジクロルシラン（ＳｉＨＣｌ_２）などが
挙げられる。すなわち、容易に加水分解されて酸化シリ
コンを析出することができる珪素系の化合物であればよ
い。供給される珪素化合物のガス（以下、珪素化合物ガ
スという場合がある）の温度は限定されない。ただし、
通常は２１〜２７℃が好ましい。また、不完全張り合わ
せ部に酸化シリコンを良好に析出させるためには、高純
度の珪素化合物を使用する必要がある。

【０００９】反応容器（グローブボックス型の容器、チ
ューブ型の容器など）内に、珪素化合物のガスと併せて
水蒸気を導入する。この水蒸気雰囲気に張り合わせウェ
ーハをさらす時間は、１０分〜６時間、特に３０分〜３
時間が好ましい。１０分間未満では、周辺の隙間に充分
に酸化シリコンが析出しない。また、６時間を超える
と、必要以上に酸化シリコンが堆積される。さらに、珪
素化合物（酸化シリコン）の被着後、水蒸気導入を繰り
返すことで、細部まで緻密な酸化シリコンを折出させる
ことができる。この場合の湿度は低めがよい。この水蒸
気の相対湿度は限定されず、例えば１００％以下であっ
てもよい。さらに、反応容器内での水蒸気の濃度は３０
〜１００％が好ましい。３０％未満では反応に長い時間
を要し、効率良く酸化シリコンを析出させることができ
ない。また、１００％を超えると水滴が結露し、後の張
り合わせ熱処理時において、局所的に酸化が促進され
る。なお、通常は、水蒸気を導入して酸化シリコンを析
出した後、窒素ガスまたは酸素ガスによって充分なパー
ジを行なってから、連続して張り合わせ熱処理を行な
う。この他にも、張り合わせシリコン基板を純水により
水洗し、乾燥後、張り合わせ熱処理を行なってもよい。
熱処理後の活性層用ウェーハの外周部における面取り幅
は、単葉のウェーハ周辺のラウンド部を除外する大きさ
以上であればよい。ただし、この発明では、不完全張り
合わせ部の領域が減少するため、面取り幅は短くなる。
例えば、従来値が３ｍｍであるならば、この発明では１
〜２ｍｍである。また、張り合わせ熱処理時のウェーハ
の加熱温度は限定されない。ただし、通常は１０００〜
１２００℃である。

【００１０】請求項２に記載の発明は、上記珪素化合物
のガスの供給は、非反応性でかつ相対湿度が１００％以
下のガスをキャリアガスとして行う請求項１に記載の張
り合わせシリコン基板の製造方法である。溶液状態で高
い粘性を有する珪素化合物は、その珪素化合物ガスを、
大量の水素ガスなどのキャリアガスによって供給する必
要がある。これは、少量のガスによって供給した場合、
不完全張り合わせ部に充分な珪素化合物ガスが供給され
ないおそれがあるからである。キャリアガスとしては、
例えば空気、窒素ガス、アルゴンガス、水素ガスなどを
使用することができる。キャリアガスの流量は限定され
ない。ただし、珪素化合物ガスの割合が、水蒸気を導入
した時点で、４〜５０重量％となるように、珪素化合物
ガスの保持温度と、水素ガスの導入量を調整する。例え
ば、１００リットルの石英反応管内で処理する場合、珪
素化合物ガスの保持温度は２４℃、ガスの導入量は３〜
２０ＳＬＭ程度となる。

【００１１】請求項３に記載の発明は、上記珪素化合物
が四塩化珪素である請求項１または請求項２に記載の張
り合わせシリコン基板の製造方法である。

【００１２】請求項４に記載の発明は、上記水蒸気が相
対湿度１００％以下の蒸気である請求項１〜請求項３の
うちのいずれか１項に記載の張り合わせシリコン基板の
製造方法である。

【００１３】請求項５に記載の発明は、上記珪素化合物
は常温で加水分解して酸化珪素を形成し得る請求項１〜
請求項４のいずれか１項に記載の張り合わせシリコン基
板の製造方法である。

【００１４】請求項６に記載の発明は、上記珪素化合物
のガスの供給を、減圧条件、常圧条件、または、加圧条
件の下で行う請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載
の張り合わせシリコン基板の製造方法である。

【００１５】

【作用】この発明によれば、不完全張り合わせ部に珪素
化合物のガスを供給した後または供給と同時に、水蒸気
を導入すると、この不完全張り合わせ部の隙間内で珪素
化合物が加水分解される。この反応によって、不完全張
り合わせ部に酸化シリコンが析出する。この酸化シリコ
ン膜はポーラスである。ところが、この酸化シリコン
は、後工程の張り合わせ熱処理時の高熱により緻密な酸
化シリコン膜に変わり、不完全張り合わせ部の隙間を埋
めつくす。これが不完全張り合わせ部を一体化させる接
着剤の役目を果たす。その結果、不完全張り合わせ部へ
の保護剤の塗布工程、乾燥工程、後の除去工程を必要と
する従来法に比べて、工程数を少なくして、ウェーハ外
周部の不完全張り合わせ部の領域を減少させることがで
きる。したがって、張り合わせシリコン基板のチッピン
グおよびウェーハ剥がれを防ぐことができる。また、活
性層用ウェーハの有効面積を拡大することができる。

【００１６】なお、上記加水分解時には、酸化シリコン
が張り合わせウェーハの表裏面（活性層用ウェーハの表
面、支持基板用ウェーハの裏面）にも析出する。しかし
ながら、活性層用ウェーハの表面を被うシリコン酸化膜
は、後工程の活性層用ウェーハの表面研削時に除去され
る。次に、この張り合わせウェーハに、所定温度で所定
時間だけ張り合わせ強度を高める張り合わせ熱処理を行
う。次いで、この活性層用ウェーハの外周部をウェーハ
半径方向へ所定幅だけ面取りする。

【００１７】特に、請求項２に記載の発明によれば、水
素ガスなどをキャリアガスとして、不完全張り合わせ部
に珪素化合物を供給するので、溶液状態で高い粘性を有
する珪素化合物であっても、不完全張り合わせ部に珪素
化合物を良好に供給することができる。

【００１８】また、請求項３に記載の発明によれば、常
温常圧下で四塩化珪素を含むガスの雰囲気中に水蒸気を
導入すれば、次の反応式により加水分解される。ＳｉＣ
ｌ_４＋２Ｈ_２Ｏ → ＳｉＯ_２＋４ＨＣｌすなわち、不
完全張り合わせ部にポーラスな常温ＣＶＤ酸化膜が形成
される。この酸化膜は水に不溶ではあるが剥がれやす
い。しかしながら、この後の張り合わせ熱処理によって
緻密な酸化シリコン膜に変わることとなる。ここで使用
された四塩化珪素は、水との反応性が高いため、通常、
短時間で酸化シリコンが析出する。このように、珪素化
合物として四塩化珪素を採用したので、常温常圧下で容
易かつ短時間で珪素化合物を加水分解することができ
る。

【００１９】さらに、請求項４に記載の発明によれば、
水蒸気として、相対湿度１００％以下の蒸気を使用する
ことで、珪素化合物の良好な加水分解を行うことができ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施例に係る
張り合わせシリコン基板の製造方法を説明する。図１
は、この発明の一実施例に係る張り合わせシリコン基板
の製造方法のフローシートである。図２の（ａ）は、一
般的な張り合わせシリコン基板のウェーハ外周部を示す
拡大断面図である。図２の（ｂ）は、この一実施例に係
る張り合わせシリコン基板のウェーハ外周部を示す拡大
断面図である。

【００２１】この実施例によれば、図１に示すように、
あらかじめ単結晶シリコンからなる鏡面仕上げされた活
性層用ウェーハ１０を用意する。また、活性層用ウェー
ハ１０と同一素材および同一口径の鏡面に仕上げられた
支持基板用ウェーハ１１を用意する。なお、この支持基
板用ウェーハ１１は、絶縁膜であるシリコン酸化膜１２
により被われている。次に、これらの活性層用ウェーハ
１０および支持基板用ウェーハ１１を、ＳＣ１（Ｓｔａ
ｎｄａｒｄＣｌｅａｎｉｎｇ１）液での洗浄後、純
水により水洗し、これらの鏡面同士を室温で重ね合わせ
て張り合わせることで、張り合わせウェーハ１３を作製
する。

【００２２】そして、この張り合わせウェーハ１３を、
容量がおよそ１３０リットルの石英反応管内に装入す
る。その後、この反応管内に、高純度（９９．９９９
％）の四塩化珪素を３０重量％含むガスを流量２０ＳＬ
Ｍで流し込む。引き続き、相対湿度９０％の水蒸気を導
入する。そして、張り合わせウェーハ１３を１時間この
蒸気にさらす。この結果、張り合わせウェーハ１３の外
周部の不完全張り合わせ部ａにまで供給された珪素化合
物が加水分解し、酸化シリコンが析出される。酸化シリ
コンの析出反応式は、ＳｉＣｌ_４＋２Ｈ_２Ｏ → ＳｉＯ_２＋４ＨＣｌである。この結果、不完全張り合わせ部ａにポーラスな
常温ＣＶＤ酸化シリコン膜ｂが形成される。なお、この
酸化シリコン膜ｂは、張り合わせウェーハ１３の全体を
被う。ここでは、珪素化合物として四塩化珪素を採用し
たので、常温常圧下で容易かつ短時間で珪素化合物を加
水分解することができる。四塩化珪素は水との反応性が
高いため、通常は３０分〜３時間で酸化シリコンが析出
する。

【００２３】次に、この反応管内のガスを１０ＳＬＭの
窒素ガスで２０分間パージし、続いて高純度の酸素ガス
を導入して、張り合わせウェーハ１３の張り合わせ強度
を高める張り合わせ熱処理を行う。熱処理温度は１１０
０℃、熱処理時間は２時間である。この熱処理時に、不
完全張り合わせ部ａの常温ＣＶＤ酸化シリコン膜が緻密
な酸化シリコン膜に変わる。つまり、この酸化シリコン
により不完全張り合わせ部ａの隙間が埋めつくされ、こ
れが不完全張り合わせ部ａを一体化させる接着剤の役目
を果たすことになる。その結果、不完全張り合わせ部ａ
への保護剤の塗布工程、保護剤の乾燥工程、保護剤の除
去工程を必要とする従来法に比べて、その工程数が少な
く、かつ、ウェーハ外周部の不完全張り合わせ部ａを減
少させることができる。したがって、張り合わせウェー
ハ１３のチッピングおよびウェーハ剥がれを防ぐことが
できる。さらに、面取り幅が小さくなることから、活性
層用ウェーハ１０の有効面積を拡大することができる。

【００２４】それから、超音波によるボイド検査を行
い、その後、活性層用ウェーハ１０の外周部に、面取り
用砥石により、この不完全張り合わせ部ａを除去する面
取りを施す。次いで、活性層用ウェーハ１０に表面研削
および表面研磨を施した後、仕上げ洗浄が行われる。な
お、この表面研削時に、活性層用ウェーハ１０の表面に
堆積された酸化膜ｂが除去される。

【００２５】ここで、図２に、一般的な張り合わせシリ
コン基板と、この実施例による張り合わせシリコン基板
とにおけるウェーハ外周部の形状の違いを示す。図２の
（ａ），（ｂ）からも明らかなように、この実施例に係
る張り合わせシリコン基板では、その面取り幅が、一般
的な張り合わせシリコン基板の幅ｄ１よりも短い幅ｄ２
になる。この結果、活性層用ウェーハ１０の有効面積
（デバイス領域として活用できる面積）を拡大すること
ができる。

【００２６】

【発明の効果】この発明によれば、工程数を増加させず
に、不完全張り合わせ部の領域を減少させることができ
る。これにより、張り合わせウェーハのチッピングおよ
びウェーハ剥がれを防ぐことができる。しかも、活性層
用ウェーハの有効面積を拡大することができる。特に、
請求項２に記載の発明によれば、珪素化合物のガスを不
完全張り合わせ部に不都合なく充分に供給することがで
きる。また、請求項３に記載の発明によれば、常温常圧
下で容易かつ短時間で珪素化合物を加水分解することが
できる。さらに、請求項４に記載の発明によれば、珪素
化合物の良好な加水分解を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る張り合わせシリコン
基板の製造方法のフローシートである。

【図２】（ａ）は一般的な張り合わせシリコン基板のウ
ェーハ外周部を示す拡大断面図である。（ｂ）はこの発
明の一実施例の張り合わせシリコン基板のウェーハ外周
部を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

１０活性層用シリコンウェーハ、１１支持基板用シリコンウェーハ、１２シリコン酸化膜、１３張り合わせウェーハ、ａ不完全張り合わせ部、ｂ常温ＣＶＤ酸化シリコン膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/20 Ｈ０１Ｌ 21/20 21/316 21/316 ＳＦターム(参考） 4G077 AA10 BA04 FF01 FF07 HA12 5F052 KB01 KB05 5F058 BA10 BC02 BF03 BF04 BF24 BF29 BH03 BH20 BJ01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性層用シリコンウェーハと支持基板用
シリコンウェーハとを張り合わせることにより、張り合
わせウェーハを得る工程と、この張り合わせウェーハの外周部の不完全張り合わせ部
に、珪素化合物のガスと水蒸気を含むガスとを供給する
ことにより、この珪素化合物を加水分解する工程と、この不完全張り合わせ部に加水分解層を形成した後、こ
の張り合わせウェーハに熱処理を施す工程とを備えた張
り合わせシリコン基板の製造方法。
【請求項２】上記珪素化合物のガスの供給は、非反応
性でかつ相対湿度が１００％以下のガスをキャリアガス
として行う請求項１に記載の張り合わせシリコン基板の
製造方法。
【請求項３】上記珪素化合物が四塩化珪素である請求
項１または請求項２に記載の張り合わせシリコン基板の
製造方法。
【請求項４】上記水蒸気が相対湿度１００％以下の蒸
気である請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記
載の張り合わせシリコン基板の製造方法。
【請求項５】上記珪素化合物は常温で加水分解して酸
化珪素を形成し得る請求項１〜請求項４のいずれか１項
に記載の張り合わせシリコン基板の製造方法。
【請求項６】上記珪素化合物のガスの供給を、減圧条
件、常圧条件、または、加圧条件の下で行う請求項１〜
請求項５のいずれか１項に記載の張り合わせシリコン基
板の製造方法。