JP2001313382A

JP2001313382A - Ｓｏｉウエハ製造方法

Info

Publication number: JP2001313382A
Application number: JP2000129782A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Nakayama; 康之中山; Tetsuya Furuta; 哲也古田; Susumu Suzuki; 進鈴木; Kensuke Kojima; 健介小嶋
Original assignee: Kansai Technology Licensing Organization Co Ltd
Current assignee: Kansai Technology Licensing Organization Co Ltd
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】シリコンウエハの貼接面に塵埃が付着するの
を防止して、貼接面の接着不良や欠陥の少ないＳＯＩウ
エハを製造する手段を提供する。【解決手段】本発明の実施の形態に係るＳＯＩウエハ
製造方法は、２枚のシリコンウエハ１０１、１０２を貼
接することによりＳＯＩウエハ１００を製造するＳＯＩ
ウエハ製造方法において、シリコンウエハ１０１の貼接
面に酸化シリコン層１１を形成する酸化工程と、洗浄液
２０で各シリコンウエハ１０１、１０２の貼接面を洗浄
する洗浄工程と、該洗浄工程後、シリコンウエハ１０
１、１０２の貼接面同士を清浄液２１中で密着して貼接
する貼接工程と、貼接したシリコンウエハ１０１、１０
２を一定の圧力で圧着する圧着工程と、圧着したシリコ
ンウエハ１０１、１０２を加熱して固着する熱処理工程
とを含むものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＳＯＩウエハの製
造方法、特に、２枚のシリコンウエハを貼接してＳＯＩ
ウエハを製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウエハ
とは、絶縁体となる酸化シリコン層をシリコン層で挟み
こんだ構造のものをいう。図３は、該ＳＯＩウエハの断
面構造を示した模式図であるが、図に示すように、ＳＯ
Ｉウエハ１００は、全体の厚さが約０．６ｍｍ程度のも
のであり、シリコン基板１０上に、厚さ０．１μｍから
１μｍ程度の酸化シリコン層１１が積層され、さらに、
厚さ０．４μｍから１μｍ程度のシリコン層１２が積層
されてなるものである。なお、酸化シリコン層１１及び
シリコン層１２の厚さは、ＳＯＩウエハ１００を用いて
形成する半導体デバイスの種類に応じて適宜設定され
る。

【０００３】前記ＳＯＩウエハ１００を用いて形成され
た半導体デバイスは、シリコン層１２に形成した各構成
要素が酸化シリコン層１１により電気的に絶縁されるた
め、ラッチアップと呼ばれるエラーを防ぐことができ、
また、放射線や高温環境の影響を受け難く、さらに、半
導体デバイスの消費電力を低くすることができる。この
ような特性により、ＳＯＩウエハは、半導体デバイスの
高速化、高機能化を実現するものとして、また、特殊な
環境、特に宇宙空間や原子炉周辺等の放射線が強い環境
又は高温環境のもとで安定して使用できる半導体デバイ
スを実現するものとして期待されている。

【０００４】前記ＳＯＩウエハ１００の従来の製造方法
は、一般に、ＳＩＭＯＸ（Separation by Implanted Ox
igen）法と呼ばれる方法と、２枚のシリコンウエハを貼
接する方法とが用いられている。ＳＩＭＯＸ法は、シリ
コンウエハに酸素イオンをイオン注入装置を用いて注入
した後、該シリコンウエハを１３５０℃以上に加熱する
ことにより酸素イオンとシリコンとを反応させ、該シリ
コンウエハ内に酸化シリコン層１１を形成する方法であ
るが、酸素イオンを大量に注入するために相当なエネル
ギーが消費されることや、１３５０℃以上の高温で熱処
理を施さなければならないことから、ＳＯＩウエハ１０
０の製造コストが高くなるという欠点がある。一方、シ
リコンウエハを貼接する方法では、酸素イオンの注入等
を行わないため、ＳＩＭＯＸ法を用いた場合よりＳＯＩ
ウエハ１００の製造コストを抑制することができる。

【０００５】以下、この２枚のシリコンウエハを貼接し
てＳＯＩウエハ１００を製造する従来の方法について、
図４を用いて詳細に説明する。まず、２枚のシリコンウ
エハ１０１、１０２のうち、一方のシリコンウエハ１０
１の貼接面側に所望の厚さの酸化シリコン層１１を形成
する（Ｓ１）。酸化シリコン層１１は熱酸化法により、
すなわち、酸素雰囲気又は水蒸気を含んだ気体雰囲気中
でシリコンウエハ１０１を高温加熱することにより形成
される。なお、気相反応法と呼ばれるモノシランと酸素
等とを反応させる方法を用いても酸化シリコン層１１を
形成することができるが、熱酸化法によれば、形成すべ
き酸化シリコン層１１の厚さを精密に制御することがで
き、また、不純物が少ない安定な酸化シリコン層１１を
形成することができる。

【０００６】さらに、酸化シリコン層１１を形成したシ
リコンウエハ１０１に、酸化シリコン層１１側から水素
イオンを注入する（Ｓ１）。これは、ＳＯＩウエハ１０
０の表面となるべきシリコン層１２を形成すべく、シリ
コンウエハ１０１を厚さ数μｍ以下でスライスするため
に行うものであり、このような方法はスマート・カット
（Smart Cut）法と呼ばれる。この方法では、後に行う
熱処理工程により、水素イオンが注入された層、すなわ
ち、図４の点線で示す位置からシリコンウエハ１０１が
剥離するので、水素イオンを注入する深さで形成すべき
シリコン層１２の厚さが決定される。

【０００７】水素イオンを注入した後、２枚のシリコン
ウエハ１０１、１０２の各貼接面を洗浄液２０で洗浄す
る（Ｓ２）。洗浄液２０は、例えば、ＲＣＡ洗浄液、超
純水、脱イオン水、弗酸等が用いられる。洗浄後、２枚
のシリコンウエハ１０１、１０２を乾燥し、貼接面同士
を貼り合わせる（Ｓ３）。なお、これらの作業は、シリ
コンウエハ１０１、１０２の貼接面に塵埃が付着するの
を防止するためにクリーンルーム内で行われる。

【０００８】つぎに、貼り合わせた２枚のシリコンウエ
ハ１０１、１０２を熱処理することにより、シリコンウ
エハ１０１、１０２の貼接面が接着されるとともに、水
素イオンを注入した層からシリコンウエハ１０１が剥離
されて（Ｓ４）、ＳＯＩウエハ１００が製造される。な
お、剥離して形成されたシリコン層１２の表面は、研磨
等により平滑に仕上げられる。

【０００９】なお、前記製造方法では、ＳＯＩウエハ１
００の表面となるべきシリコン層１２は、スマート・カ
ット法を用いて、シリコンウエハ１０１を所望の厚さに
スライスすることにより形成するものとしたが、スマー
ト・カット法に代えて、シリコンウエハ１０１を研磨す
ることにより、前記シリコン層１２を所望の厚さとする
方法を用いてもよい。その場合には、前述した水素イオ
ンの注入を行う必要はない。また、シリコンウエハ１０
１をマイクロメートル単位でスライスできるような技術
が開発されれば、当該イオン注入も不要となることは当
然である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、シリ
コンウエハ１０１、１０２の洗浄後にシリコンウエハ１
０１、１０２の貼接面同士を貼接する工程は、該貼接面
に塵埃等が付着するのを防止するためにクリーンルーム
内で行われており、クリーンルーム内の清浄度は、超Ｌ
ＳＩ製造用であれば、塵埃の粒系が０．１μｍ以上のも
のが１立方フィートに１０個程度を超えない範囲で管理
されている。しかし、ＳＯＩウエハの製造設備として、
このような清浄度のクリーンルームを大規模に建設する
には多大な費用が必要となる。一方、清浄度の低いクリ
ーンルーム等では、シリコンウエハ１０１、１０２の貼
接面に塵埃が付着する度合いが増え、これに伴い２枚の
シリコンウエハ１０１、１０２の貼接界面に空洞（ボイ
ド）が多発して貼接面の接着不良が増加する。貼接面の
接着不良が増加すれば歩留まりが減少して、製造コスト
が高くなる。さらに、空洞が発生しない場合にも、塵埃
がナトリウムを含むものであるような場合には、該塵埃
を含むＳＯＩウエハから製造される電子デバイスにとっ
ては致命的な欠陥となる。本発明は、これらの点に鑑み
てなされたものであり、クリーンルーム等の貼接工程を
行う空間内の清浄度に依存せずに、シリコンウエハの貼
接面に塵埃が付着するのを防止して、貼接面の接着不良
や欠陥の少ないＳＯＩウエハを製造する手段を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
になされた本発明の請求項１に係るＳＯＩウエハ製造方
法は、２枚のシリコンウエハを貼接してＳＯＩウエハを
製造するＳＯＩウエハ製造方法において、少なくとも一
方のシリコンウエハの貼接面に酸化シリコン層を形成す
る酸化工程と、前記各シリコンウエハの貼接面を洗浄す
る洗浄工程と、該洗浄工程後、シリコンウエハの貼接面
同士を清浄液中で密着して貼接する貼接工程と、貼接し
たシリコンウエハを加熱して固着する熱処理工程とを含
むものである。

【００１２】また、本発明の請求項２に係るＳＯＩウエ
ハ製造方法は、請求項１に記載のＳＯＩウエハ製造方法
において、前記貼接工程の後に、貼接したシリコンウエ
ハを一定の圧力で圧着する圧着工程を含むものである。

【００１３】また、本発明の請求項３に係るＳＯＩウエ
ハ製造方法は、請求項２に記載のＳＯＩウエハ製造方法
において、前記清浄液が、少なくとも水酸化物イオンを
含むものである。

【００１４】また、本発明の請求項４に係るＳＯＩウエ
ハ製造方法は、請求項２に記載のＳＯＩウエハ製造方法
において、前記清浄液が、純水のものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき具体的に説明する。本発明の実施の形態に係る
ＳＯＩウエハ製造方法は、２枚のシリコンウエハ１０
１、１０２を貼接することによりＳＯＩウエハ１００を
製造するＳＯＩウエハ製造方法において、シリコンウエ
ハ１０１の貼接面に酸化シリコン層１１を形成する酸化
工程と、洗浄液２０で各シリコンウエハ１０１、１０２
の貼接面を洗浄する洗浄工程と、該洗浄工程後、シリコ
ンウエハ１０１、１０２の貼接面同士を清浄液２１中で
密着して貼接する貼接工程と、貼接したシリコンウエハ
１０１、１０２を一定の圧力で圧着する圧着工程と、圧
着したシリコンウエハ１０１、１０２を加熱して固着す
る熱処理工程とを含むものである。なお、本実施の形態
では、スマート・カット法によりＳＯＩウエハ１００の
表面となるべきシリコン層１２を形成するものについて
説明する。

【００１６】図１は、前記ＳＯＩウエハ製造方法を説明
するための模式図である。図に示すように、まず酸化工
程（Ｓ１０）において、２枚のシリコンウエハ１０１、
１０２のうち、一方のシリコンウエハ１０１の貼接面側
所望の厚さの酸化シリコン層１１を形成する。各シリコ
ンウエハ１０１、１０２は、厚さ約０．６ｍｍ程度のも
のであり、形成すべき酸化シリコン層１１の厚さは、約
０．１μｍから１μｍ程度である。なお、シリコンウエ
ハ１０１、１０２の厚さ及び直径、酸化シリコン層１１
の厚さ等は特に限定的なものではなく、ＳＯＩウエハ１
００を用いて製造する半導体デバイスの種類等にあわせ
て、適宜設定すればよい。酸化シリコン層１１の形成
は、熱酸化法又は気相反応法のいずれを用いてもよい
が、形成すべきシリコン層１１の厚さを精密に制御する
ことができ、また、不純物が少ない安定な酸化シリコン
層１１を形成できることから、熱酸化法を用いることが
望ましい。

【００１７】さらに、酸化シリコン層１１を形成したシ
リコンウエハ１０１に、酸化シリコン層１１側から水素
イオンを注入する。水素イオンを注入する深さは、ＳＯ
Ｉウエハ１００の表面となるべきシリコン層１２の厚さ
に応じて設定する。

【００１８】水素イオンを注入した後、洗浄工程（Ｓ１
１）、すなわち、２枚のシリコンウエハ１０１、１０２
の各貼接面を洗浄液２０で洗浄する工程が行われる。洗
浄液２０には、超純水や脱イオン水等が用いられる。洗
浄工程を終えた後、貼接工程（Ｓ１２）が行われる。す
なわち、貼接面が洗浄された２枚のシリコンウエハ１０
１、１０２を、清浄液２１中においた状態のままで貼接
面同士を密着させる。この作業は、シリコンウエハ１０
１、１０２を清浄液２１中に浸した状態のまま行うた
め、特にクリーンルーム内で行う必要はない。清浄液２
１は、超純水や脱イオン水等から塵埃等の微粒子を除去
したものが用いられる。

【００１９】つぎに、２枚のシリコンウエハ１０１、１
０２を貼接したままの状態で清浄液２１から取り出し、
圧着器具３０を用いて一定の圧力を加える圧着工程（Ｓ
１３）を行う。図２は、貼接した２枚のシリコンウエハ
１０１、１０２を圧着器具３０で挟みこんだ状態を示す
模式図である。図に示すように、圧着器具３０は、複数
の孔が設けられた２枚の平板３１が対向し、各孔にボル
ト３２が挿通され、該ボルト３２及びナット３３により
前記２枚の平板３１を締め付けて、該平板３１間に挟み
込まれた２枚のシリコンウエハ１０１、１０２に一定の
圧力を加えるものである。これにより、２枚のシリコン
ウエハ１０１、１０２には、約２９４００００Ｐａの圧
力が一晩加えられる。

【００２０】このとき、２枚のシリコンウエハ１０１、
１０２の貼接面が清浄液２１を吸収して、該貼接面には
清浄液２１中に存在する水酸化物イオンが水酸基として
配列し、圧着工程により、シリコンウエハ１０１、１０
２の貼接面の粗さ等に起因して貼接界面に生ずる微小な
空洞（ボイド）を減少させるとともに、該貼接面に配列
した水酸基同士が水素結合して、２枚のシリコンウエハ
１０１、１０２が接着された状態となる。したがって、
貼接された２枚のシリコンウエハ１０１、１０２は容易
に剥がれることはなく、また、その後の工程において貼
接界面に塵埃等が侵入することもない。なお、本実施の
形態の圧着工程における圧力や時間は一例であり、使用
する清浄液２１の種類やシリコンウエハ１０１、１０２
の貼接面の粗さ等を考慮して、好適な条件を設定するこ
とが望ましい。

【００２１】つぎに、熱処理工程（Ｓ１４）を行い、貼
接した２枚のシリコンウエハ１０１、１０２の貼接面を
さらに強力に接着するとともに、水素イオンを注入した
層からシリコンウエハ１０１が剥離されて、ＳＯＩウエ
ハ１００が製造される。熱処理工程は、貼接した２枚の
シリコンウエハ１０１、１０２を１１００℃、９０分間
加熱することにより行われる。該熱処理工程により、図
３に示すように、前記水酸基の水素結合により接着した
シリコンウエハ１０１、１０２の貼接面では、該水酸基
から水及び水素が脱離してシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−
Ｓｉ）が形成され、２枚のシリコンウエハ１０１、１０
２がより強力に接着される。その後、剥離して形成され
たシリコン層１２の表面は、研磨等により平滑に仕上げ
られる。なお、本実施の形態の熱処理工程における温度
や時間は一例であり、シリコンウエハの貼接面に必要と
される接着強度等を考慮して、好適な条件を設定するこ
とが望ましい。

【００２２】なお、前記製造方法においては、ＳＯＩウ
エハ１００の表面となるべきシリコン層１２を、スマー
ト・カット法によりシリコンウエハ１０１を所望の厚さ
でスライスして形成するものとしたが、該スマート・カ
ット法に代えて、シリコンウエハ１０１を研磨すること
により前記シリコン層１２を所望の厚さとする方法を用
いてもよい。該方法を用いる場合には、前述した水素イ
オンの注入を行う必要はなく、熱処理工程の後、ＳＯＩ
ウエハー１００のシリコン層１２を所望の厚さにまで研
磨すればよい。

【００２３】このように、本実施の形態に係るＳＯＩウ
エハ製造方法によれば、洗浄工程後、シリコンウエハ１
０１、１０２の貼接面同士を清浄液２１中で密着して貼
接する貼接工程を含むものとしたので、貼接工程を行う
室内空気の清浄度に依存することなく、シリコンウエハ
１０１、１０２の貼接面に塵埃が付着するのを防ぐこと
ができる。また、貼接したシリコンウエハ１０１、１０
２を一定の圧力で圧着する圧着工程を含むものとしたの
で、貼接界面にボイドが発生することを抑制でき、ま
た、熱処理工程の低温化にも貢献できるものと期待され
る。また、清浄液２１は、水酸化物イオンを含むものを
用いることとしたので、シリコンウエハ１０１、１０２
の貼接面を水素結合により接着できる。さらに、本ＳＯ
Ｉウエハ製造方法により製造されたＳＯＩウエハ１００
は、引っ張り試験で単位平方センチメートル当たり５０
ｋｇの強度が測定されており、従来の製造方法を用いた
ものより接着強度が良好なものである。

【００２４】なお、本実施の形態では、酸化工程におい
て、シリコンウエハ１０１、１０２のうち、一方のシリ
コンウエハ１０１の貼接面側に酸化シリコン層１１を形
成するものとしたが、双方のシリコンウエハ１０１、１
０２の貼接面側に酸化シリコン層１１を形成するように
しても、前記と同様の効果を得ることができる。

【００２５】また、本実施の形態では、清浄液２１に超
純水又は脱イオン水等を用いることとしたが、超純水等
では水分子の電離により生ずる水酸化物イオン濃度も低
いので、シリコンウエハ１０１、１０２の貼接面に配列
する水酸基を増加させるために、水酸化物イオンを多く
含む溶液、例えば所定濃度の過酸化水素水を用いること
としてもよい。なお、清浄液２１に過酸化水素水を用い
る場合にも、該清浄液２１中から塵埃を除くことが必要
である。

【００２６】また、本実施の形態では、圧着工程は、貼
接したシリコンウエハ１０１、１０２を清浄液２１から
取り出して行うものとしたが、清浄液２１中で２枚のシ
リコンウエハ１０１、１０２を貼接した後、該シリコン
ウエハ１０１、１０２を清浄液２１中においた状態のま
まで、圧着器具２０により挟み込むものとしてもよい。
また、圧着工程においては、本実施の形態で示した圧着
器具２０以外の圧着器具を用いることができることは当
然である。なお、圧着工程は、シリコンウエハ１０１、
１０２の貼接面の粗さ等により、貼接界面に生ずる微小
な空洞を減少させるために行うものであるが、各シリコ
ンウエハ１０１、１０２の貼接面が、前記空洞を発生さ
せないほどに平滑なものであれば、圧着工程を省略して
もよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るＳＯ
Ｉウエハ製造方法によれば、２枚のシリコンウエハを貼
接してＳＯＩウエハを製造するＳＯＩウエハ製造方法に
おいて、少なくとも一方のシリコンウエハの貼接面に酸
化シリコン層を形成する酸化工程と、前記各シリコンウ
エハの貼接面を洗浄する洗浄工程と、該洗浄工程後、シ
リコンウエハの貼接面同士を清浄液中で密着して貼接す
る貼接工程と、貼接したシリコンウエハを加熱して固着
する熱処理工程とを含むものとしたので、２枚のシリコ
ンウエハを貼接する室内空気の清浄度に依存することな
く、シリコンウエハの貼接面に塵埃が付着するのを防ぐ
ことができる。これにより、ＳＯＩウエハの製造設備と
して清浄度の高いクリーンルームを設ける必要がなく、
ＳＯＩウエハの製造コストの抑制を図ることができる。

【００２８】また、本発明によれば、前記貼接工程の後
に、貼接したシリコンウエハを一定の圧力で圧着する圧
着工程を含むものとしたので、シリコンウエハの貼接界
面にボイドが発生することを抑制できる。これにより、
ＳＯＩウエハの歩留まりを増やして、製造コストの抑制
を図ることができる。また、その後に行う熱処理工程の
低温化にも貢献するものと期待される。

【００２９】また、本発明によれば、前記清浄液は、少
なくとも水酸化物イオンを含むもの、又は純水としたの
で、貼接された２枚のシリコンウエハは水素結合により
接着されて容易に剥がれず、また、その後の工程におい
て貼接界面に塵埃等が侵入することもない。これによ
り、貼接された２枚のシリコンウエハの取り扱いを容易
なものとして、ＳＯＩウエハ製造方法を一層簡便なもの
とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るＳＯＩウエハ製造方
法を示す模式図である。

【図２】圧着器具２０の構成を示す模式図である。

【図３】熱処理工程におけるシリコンウエハ１０１、１
０２の貼接面の状態を示す模式図である。

【図４】ＳＯＩウエハ１００の構成を示す模式図であ
る。

【図５】従来のＳＯＩウエハ製造方法を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１００ＳＯＩウエハ１０１、１０２シリコンウエハ１０シリコン基板１１酸化シリコン層１２シリコン層２０洗浄液２１清浄液

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木進滋賀県草津市野路東１−１−１立命館大学びわこ・くさつキャンパス理工学部内 (72)発明者小嶋健介滋賀県草津市野路東１−１−１立命館大学びわこ・くさつキャンパス理工学部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２枚のシリコンウエハを貼接してＳＯＩ
ウエハを製造するＳＯＩウエハ製造方法において、少なくとも一方のシリコンウエハの貼接面に酸化シリコ
ン層を形成する酸化工程と、前記各シリコンウエハの貼接面を洗浄する洗浄工程と、該洗浄工程後、シリコンウエハの貼接面同士を清浄液中
で密着して貼接する貼接工程と、貼接したシリコンウエハを加熱して固着する熱処理工程
とを含むことを特徴とするＳＯＩウエハ製造方法。
【請求項２】前記貼接工程の後に、貼接したシリコン
ウエハを一定の圧力で圧着する圧着工程を含むことを特
徴とする請求項１に記載のＳＯＩウエハ製造方法。
【請求項３】前記清浄液は、少なくとも水酸化物イオ
ンを含むものであることを特徴とする請求項２に記載の
ＳＯＩウエハ製造方法。
【請求項４】前記清浄液は、純水であることを特徴と
する請求項２に記載のＳＯＩウエハ製造方法。