JP2001284559A - 張り合わせ基板の製造方法 - Google Patents

張り合わせ基板の製造方法

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JP2001284559A
JP2001284559A JP2000100569A JP2000100569A JP2001284559A JP 2001284559 A JP2001284559 A JP 2001284559A JP 2000100569 A JP2000100569 A JP 2000100569A JP 2000100569 A JP2000100569 A JP 2000100569A JP 2001284559 A JP2001284559 A JP 2001284559A
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wafer
active layer
oxide film
silicon oxide
thermal diffusion
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JP2000100569A
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Masamitsu Fukuda
雅光 福田
Takaaki Kasamatsu
隆亮 笠松
Hiroyuki Oi
浩之 大井
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Mitsubishi Materials Silicon Corp
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Mitsubishi Materials Silicon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱拡散処理後の活性層用ウェーハの拡散面の
研磨工程を省ける張り合わせ基板の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 活性層用ウェーハ11を熱酸化炉に挿入
して加熱することで、活性層用ウェーハ11をシリコン
酸化膜で覆い、その後シリコン酸化膜を通して、活性層
用ウェーハ11の表面にアンチモンを熱拡散する。次に
シリコン酸化膜を希HF洗浄で洗浄し、これを除去す
る。このように、シリコン酸化膜を不純物による耐ダン
メージ膜として利用して熱拡散を行うようにしたので、
ウェーハ表面の平坦性および面状態が熱拡散の前後でほ
とんど変化せず、結果、従来では必須であった熱拡散後
の研磨工程を省略することができる。

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基板の
製造方法、詳しくは活性層用ウェーハに不純物を拡散し
た張り合わせ基板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】2枚のシリコンウェーハを張り合わせた
張り合わせ基板の一種として、張り合わせSOIウェー
ハが知られている。これは、デバイスが作製される活性
層用ウェーハと、これを裏側から支持する支持基板用ウ
ェーハとの間に、厚さ数μmのシリコン酸化膜が埋め込
まれた張り合わせウェーハである。以下、従来の張り合
わせSOIウェーハの製造方法を説明する。すなわち、
まずCZ法により引き上げられた単結晶シリコンインゴ
ットをスライスし、研磨して、鏡面に仕上げられた2枚
のシリコンウェーハを用意する。次いで、一方のシリコ
ンウェーハである活性層用ウェーハ、または、他方のシ
リコンウェーハである支持基板用ウェーハ、もしくは、
これら両方のウェーハを熱酸化炉に挿入し、ここで熱酸
化処理して、処理後のウェーハ全体を絶縁膜であるシリ
コン酸化膜により覆う。それから、両ウェーハを室温に
おいて重ね合わせる。続いて、所定の張り合わせ熱処理
を施す。その後、活性層用ウェーハの外周部の面取りを
行い、外周縁の張り合わせ不良領域を除去する。次に、
活性層用ウェーハの表面を研削・研磨する。これによ
り、埋め込み酸化膜を有する張り合わせSOIウェーハ
が作製される。
【0003】ここで、SOIウェーハには、アンチモン
Sbなどの不純物を活性層用ウェーハの張り合わせ面に
ドープすることがある。従来、熱拡散された活性層用ウ
ェーハの作製方法としては、洗浄後の活性層用ウェーハ
を熱拡散炉に挿入し、この炉内にSb23 ガスを流し
込み、1200℃の拡散温度でウェーハ表面(鏡面)か
らアンチモンSbを熱拡散する。得られた熱拡散層のシ
ート抵抗ρs は10〜50Ω/□であり、拡散長Xjは
0.5〜5.0μmである。ρs の測定は4探針法によ
る。Xjの測定はボールラップ、ステインエッチ後の光
学顕微鏡観察による。次いで、熱拡散時にウェーハ表面
に形成されたシリコン酸化膜をHF洗浄により洗浄・除
去し、その後、外部露出されたこの拡散面を研磨して鏡
面にする。この研磨面が支持基板用ウェーハとの張り合
わせ面となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の活性
層用ウェーハの熱拡散方法によれば、このように熱拡散
時の高熱によって、活性層用ウェーハの熱拡散面(シリ
コン面)が荒れてしまい、ウェーハ表面の平坦性が低下
していた。そのため、この熱拡散処理後、支持基板用ウ
ェーハとの張り合わせ面を鏡面仕上げするために、再
度、ウェーハ表面を研磨していた。
【0005】この結果、ウェーハ表面へのアンチモンの
拡散長は、あらかじめ設定された希望拡散長に研磨取り
代を加えた数値となっていた。これにより、熱拡散の処
理時間が長くなるとともに、その後の研磨時に研磨取り
代が若干でも変量した場合には、設計通りの拡散長の活
性層用ウェーハが得られなくなるという問題点があっ
た。しかも、通常の研磨工程は、1〜3次研磨および仕
上げ研磨という複数の研磨工程から構成されており、こ
のため張り合わせSOIウェーハの製造時間が長くなっ
ていた。また、活性層用ウェーハに鏡面研磨を施すと、
このウェーハ外周部に研磨ダレが生じやすくなる。その
ため、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの張り
合わせ時に、張り合わせ界面の外周部にボイドが発生し
やすいという問題点があった。
【0006】そこで、発明者は、鋭意研究の結果、シリ
コン酸化膜を介して、活性層用ウェーハの表面から不純
物を熱拡散すれば、ウェーハ表面の平坦性および面状態
が熱拡散の前後で変化せず、これにより従来法では必須
であった熱拡散後の研磨工程を省くことができることを
見いだし、この発明を完成させた。
【0007】
【発明の目的】この発明は、熱拡散処理後の活性層用ウ
ェーハの拡散面の研磨工程を省ける張り合わせ基板の製
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、活性層用ウェーハ作製の工程数の削減およ
び作製時間の短縮を図ることができる張り合わせ基板の
製造方法を提供することを、その目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、活性層用鏡面ウェーハの鏡面をシリコン酸化膜によ
り覆う工程と、このシリコン酸化膜を介して上記活性層
用ウェーハの鏡面から不純物を熱拡散する工程と、この
後、上記シリコン酸化膜を除去する工程と、除去後、上
記活性層用ウェーハを、その熱拡散面を張り合わせ面と
して支持基板用ウェーハと張り合わせる工程とを備えた
張り合わせ基板の製造方法である。
【0009】活性層用ウェーハをシリコン酸化膜で覆う
方法には例えば熱酸化処理がある。具体的には、乾燥酸
素中の酸化であるドライ酸化式、水蒸気酸化のウェット
酸化式および水素燃焼酸化式のタイプがある常圧熱酸化
方法、高圧雰囲気中で酸化を行う高圧熱酸化方法、およ
び、化学的に活性な酸素プラズマとウェーハとの反応に
より酸化膜を形成するプラズマ陽極酸化方法などが挙げ
られる。また、この熱酸化処理時の炉内温度および雰囲
気ガスも限定されない。例えば、この雰囲気ガスは酸素
ガスでもよい。シリコン酸化膜の厚さは限定されない。
例えば、請求項2のように20nm以下でもよい。
【0010】活性層用ウェーハの表面に熱拡散される不
純物の種類も限定されない。例えば、Sb,Asなどが
挙げられる。熱拡散温度は限定されない。例えば、請求
項3の1150〜1250℃でもよい。また、この熱拡
散の要する時間は、通常、5〜20時間である。従来の
熱拡散時間は5〜15時間である。得られた熱拡散層の
シート抵抗ρs は限定されない。ただし、通常は10〜
40Ω/□である。さらに、この熱拡散層の拡散長Xj
は限定されない。ただし、通常は0.5〜4.0μmで
ある。シリコン酸化膜の除去は例えば希HF洗浄によ
る。この場合、HFが41%の希薄なHF洗浄を用いて
シリコン酸化膜を洗浄する。希HF洗浄後のウェーハ平
坦度(例えばTTV)は、通常、処理前のTTVと比較
して+0.05μmの範囲内であり、鏡面仕上げと差は
ない。
【0011】また、これらの活性層用ウェーハおよび支
持基板用ウェーハの張り合わせ工程は、室温にて両ウェ
ーハを重ね合わせ、その後、これを張り合わせ熱処理す
ることで行われる。活性層用ウェーハの張り合わせ面
と、支持基板用ウェーハの張り合わせ面とは、通常、鏡
面研磨されている。張り合わせ熱処理の加熱温度は例え
ば800℃以上、通常は1100℃である。張り合わせ
熱処理時間は、一般的に2時間である。張り合わせ炉内
の雰囲気ガスには酸素などが用いられる。
【0012】請求項2に記載の発明は、上記シリコン酸
化膜の厚さが20nm以下である請求項1に記載の張り
合わせ基板の製造方法である。好ましいシリコン酸化膜
の厚さは10nm以下である。特に好ましくは5nm以
下である。20nmを超えると拡散元素が酸化膜を通過
しないという不都合が生じる。
【0013】請求項3に記載の発明は、上記熱拡散の温
度が1150〜1250℃である請求項1または請求項
2に記載の張り合わせ基板の製造方法である。好ましい
熱拡散の温度は1200℃以上である。特に好ましくは
1250℃である。1150℃未満では拡散元素(S
b,Asなど)の高濃度の埋込が困難という不都合が生
じる。また、1250℃を超えると装置の早期劣化とい
う不都合が生じる。
【0014】請求項4に記載の発明は、上記活性層用ウ
ェーハをシリコン酸化膜により覆う工程と、その後の熱
拡散処理工程とを同じ加熱炉内で連続的に行う請求項1
〜請求項3のうちのいずれか1項に記載の張り合わせ基
板の製造方法である。したがって、ここでいう熱酸化処
理は、基本的に、乾燥酸素中の酸化であるドライ酸化式
を採用することになる。
【0015】
【作用】この発明によれば、活性層用ウェーハを熱酸化
炉に挿入して加熱することで、活性層用ウェーハをシリ
コン酸化膜で覆う。その後、このシリコン酸化膜を通し
て、活性層用ウェーハの表面に不純物を熱拡散する。そ
れから、このシリコン酸化膜を希HF洗浄によって洗浄
して除去する。このように、このシリコン酸化膜を、不
純物による耐ダメージ膜として利用して熱拡散を行うそ
の結果、従来は必須となっていた熱拡散後の研磨工程を
省くことができる。
【0016】特に、請求項4の発明によれば、活性層用
ウェーハの熱酸化処理と熱拡散処理とを同じ加熱炉内で
連続的に行う。これにより、活性層用ウェーハ作製の工
程数の削減および作製時間の短縮を図ることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を図面を
参照して説明する。図1は、この発明の一実施例に係る
張り合わせSOIウェーハの製造方法を示すフローチャ
ートである。まず、CZ法により単結晶シリコンインゴ
ットを引き上げ、この引き上げられた単結晶シリコンイ
ンゴットに、以下の処理を施すことにより、活性層用ウ
ェーハ11および支持基板用ウェーハ12を作製する。
すなわち、外径研削後の単結晶シリコンインゴットを所
定長さにブロック切断し、これを所定厚さにスライス
し、得られたシリコンウェーハに対して、順次、面取
り、ラップ、エッチング、研磨、洗浄を施すことで、そ
れぞれ厚さ620μm、直径150mm(6インチ)の
活性層用ウェーハ11および支持基板用ウェーハ12が
作製される。
【0018】その後、この活性層用ウェーハ11を熱処
理炉としての石英反応管に挿入し、炉内温度800℃、
雰囲気ガスがO2 ガス、熱処理時間30分で熱酸化処理
し、この活性層用ウェーハ11の全体を厚さ10nmの
シリコン酸化膜で覆う。続いて、同じ熱処理炉を使用し
て、雰囲気ガスをO2 ガスからArガスに切り換えサブ
炉よりSbを供給する炉内温度を1200℃まで上昇さ
せてウェーハ表面(鏡面)からアンチモンSbを3時間
だけ熱拡散する。得られた熱拡散層の目標比抵抗ρs は
20Ω/□、一方目標の拡散長Xjは3.0μmであ
る。次いで、活性層用ウェーハ11を覆うシリコン酸化
膜を、希HF洗浄、すなわちHFが1%である希薄な希
HFを用いて5分間だけ洗浄する。よって、活性層用ウ
ェーハ11の全体を覆っていたシリコン酸化膜が除去さ
れる。その後、このようにして作製された15枚の活性
層用ウェーハについて、実際に熱拡散の試験を行った。
得られた各ウェーハの比抵抗ρs の平均公差は20Ω/
□±0.5Ω/□、拡散長Xjの平均公差は3.0±
0.2μmであって、それぞれ良品範囲の結果が得られ
た。
【0019】次に、これらの15枚の活性層用ウェーハ
について、熱拡散処理の前後におけるウェーハ表面の平
坦度の測定試験を行った際の結果を報告する。表1およ
び表2にその測定結果を示す。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】これらの表1および表2から明らかなよう
に、各活性層用ウェーハとも、アンチモンの熱拡散処理
の前と後では、その平坦度に大きな差は生じていなかっ
た。すなわち、熱拡散後のウェーハ表面は鏡面のままで
あった。これにより、従来は拡散処理後に必須であった
ウェーハ拡散面の研磨を省くことができる。またここで
は、活性層用ウェーハの熱酸化処理と熱拡散処理とを同
じ加熱炉内で連続的に行うようにしたので、活性層用ウ
ェーハ作製の工程数の削減および作製時間の短縮を図る
ことができる。
【0023】その後、こうして得られた活性層用ウェー
ハ11と、上記支持基板用ウェーハ12とを室温で張り
合わせ、その張り合わせ基板13に対して張り合わせ熱
処理を行う。なお、活性層用ウェーハ11の張り合わせ
面は熱拡散面である。また、張り合わせ熱処理温度は8
80〜1100℃、加熱時間は2時間で、その張り合わ
せ熱処理はN2 ガス雰囲気で行う。次に、超音波照射に
よるボイド検査を行い、また、面取り、支持基板用ウェ
ーハ12の研削・研磨によりこの支持基板用ウェーハ1
2を所定厚さとし、洗浄することとなる。なお、活性層
用ウェーハ11の表面は、外周ダレを引き起こす研磨工
程を経ていないので、張り合わせ基板13の張り合わせ
界面はボイドが少ない。
【0024】
【発明の効果】この発明によれば、シリコン酸化膜を通
して、活性層用ウェーハの表面に不純物を熱拡散処理す
るようにしたので、ウェーハ表面の平坦性および面状態
が熱拡散の前後でほとんど変化せず、これにより従来行
われていた熱拡散処理後のウェーハの研磨を省くことが
できる。
【0025】特に、請求項4の発明によれば、活性層用
ウェーハの熱酸化処理と熱拡散処理とを同じ加熱炉内で
連続的に行うようにしたので、活性層用ウェーハ作製の
工程数の削減および作製時間の短縮を図ることができ
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SOIウ
ェーハの製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
11 活性層用ウェーハ、 12 支持基板用ウェーハ。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 活性層用鏡面ウェーハの鏡面をシリコン
    酸化膜により覆う工程と、 このシリコン酸化膜を介して上記活性層用ウェーハの鏡
    面から不純物を熱拡散する工程と、 この後、上記シリコン酸化膜を除去する工程と、 除去後、上記活性層用ウェーハを、その熱拡散面を張り
    合わせ面として支持基板用ウェーハと張り合わせる工程
    とを備えた張り合わせ基板の製造方法。
  2. 【請求項2】 上記シリコン酸化膜の厚さが20nm以
    下である請求項1に記載の張り合わせ基板の製造方法。
  3. 【請求項3】 上記熱拡散の温度が1150〜1250
    ℃である請求項1または請求項2に記載の張り合わせ基
    板の製造方法。
  4. 【請求項4】 上記活性層用ウェーハをシリコン酸化膜
    により覆う工程と、その後の熱拡散処理工程とを同じ加
    熱炉内で連続的に行う請求項1〜請求項3のうちのいず
    れか1項に記載の張り合わせ基板の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003046994A1 (fr) * 2001-11-27 2003-06-05 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Procede de fabrication d'une tranche collee

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2003046994A1 (fr) * 2001-11-27 2003-06-05 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Procede de fabrication d'une tranche collee
US7531425B2 (en) 2001-11-27 2009-05-12 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Method of fabricating bonded wafer

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