JP2002208684A - Soi基板の製造方法とsoi基板 - Google Patents

Soi基板の製造方法とsoi基板

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JP2002208684A
JP2002208684A JP2001003021A JP2001003021A JP2002208684A JP 2002208684 A JP2002208684 A JP 2002208684A JP 2001003021 A JP2001003021 A JP 2001003021A JP 2001003021 A JP2001003021 A JP 2001003021A JP 2002208684 A JP2002208684 A JP 2002208684A
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silicon
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hydrofluoric acid
soi
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Takahiro Usui
隆寛 臼井
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Seiko Epson Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】SOI基板の電気特性を高く、機械強度を低下
させないで製造する 【解決手段】シリコンウェーハ101の表面に酸化珪素
膜102を形成する。二枚のシリコンウェーハ101を
対向する位置に置く。その間にフッ酸ガス103を満た
し、処理する。接触させ、加圧すると接合する。一体化
したシリコンウェーハの片面を研削、研磨し、SOI層
104を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は絶縁層上にシリコン
層(本明細書において以下SOI層という)を形成した
SOI(Silicon-On-Insulator)基板に関する。更に詳
しくは、2枚のシリコンウェーハを絶縁層を介して貼り
合わせるSOI基板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、ICの高速化、高耐圧、低電圧、
低電流駆動の用途が広がっている。高集積CMOS(Co
mplementary Metal Oxide Semiconductor)−IC、高
耐圧素子をSOI基板を利用して製作されるようになっ
てきている。
【0003】絶縁層の上にデバイス作製領域として使用
される単結晶シリコン層を形成したSOI基板は、高集
積CMOSの場合にはラッチアップ(寄生回路による異
常発振現象)の防止に、また高耐圧素子の場合にはベー
ス基板との絶縁分離にそれぞれ有効である。
【0004】このSOI基板の製造方法には、シリコン
ウェーハ同士を一方或いは両方のウェーハ表面に形成し
た絶縁層である二酸化シリコン層(以下、シリコン酸化
層という)を介して貼り合わせる方法、絶縁性基板又は
絶縁性薄膜を表面に有する基板の上にまず多結晶シリコ
ン薄膜をCVD(Chemical Vapor Deposition)法によ
り堆積させ、次いでレーザーアニールによって単結晶化
するZMR(Zone Melt Recrystallization)法、シリ
コン基板内部に高濃度の酸素イオンを注入した後、高温
でアニール処理してこのシリコン基板表面から所定の深
さの領域に埋込みシリコン酸化層(絶縁層)を形成し、
その表面側のシリコン層を活性領域とするSIMOX
(Separation by IMplanted OXygen)法などがある。
【0005】これらの方法の中でも、特開平10−74
918号公報等に提案されている貼り合わせ法により作
製されたSOI基板は、SOI層の結晶性が良好である
ことから、広く利用されている。このシリコンウェーハ
の貼り合わせ法は、具体的には2枚のシリコンウェーハ
を酸化珪素膜からなる絶縁層を介して接合し、酸素雰囲
気中、1100℃で2時間熱処理して貼り合わせた後、
2枚のシリコンウェーハの一方のシリコンウェーハの表
面を砥石で研削し、更に研磨布で研磨してこのシリコン
ウェーハの厚さを約0.1〜10μmの範囲にし、この
研磨した側の厚さ約0.1〜10μmのシリコン層をデ
バイス形成用のSOI層としている。上記SOI層とな
るシリコンウェーハはチョクラルスキー法(以下、CZ
法という)又はフローティングゾーン法(以下、FZ法
という)で引上げたシリコン単結晶棒から切出して作製
される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法には以下に述べる課題がある。SOI層となるシリ
コン単結晶から切り出されるシリコンウェーハ中の格子
間酸素濃度が1.0〜1.5×1018atoms/c
と高い。SOI層の機械的強度が強くなり、熱処理
中の熱応力起因によるウェーハ周辺部での転位(スリッ
プ)発生が抑制される一方で、酸素原子が貼り合わせ熱
処理中、及びSOI基板上にデバイスを形成するプロセ
ス中に析出して酸素析出物を形成する恐れがあるため、
ウェーハ全面にわたってSOI基板の電気特性に悪影響
を及ぼす不具合があった。
【0007】また、従来のFZ法で引上げたシリコン単
結晶棒から作製されたシリコンウェーハを薄膜化してS
OI層を形成する場合には、このSOI層となるウェー
ハ中の酸素濃度が1.0×1017atoms/cm
以下と、CZ法により作製したウェーハと比較して、約
1桁以上も低いため、SOI層中の酸素析出物の発生量
は殆ど完全に抑制され、ウェーハ中心部でのSOI基板
の電気特性は良好である。しかし、ウェーハ周辺部にお
ける機械的強度が低下し、貼り合わせ熱処理中或いはデ
バイスプロセス中に転位が発生するという問題点があっ
た。
【0008】そこで、本発明は、このような問題点を解
決するためになされたものであり、シリコンウェーハを
2枚貼り合わせて作られる絶縁層上のSOI層中の酸素
析出物及び転位を同時に低減することにより、SOI層
の電気特性及び機械的強度の両者を向上できる方法を提
案することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のSOI基板の製
造方法は、第1シリコンウェーハと第2シリコンウェー
ハの表面に酸化珪素膜を形成し、前記第1と第2シリコ
ンウェーハをフッ酸ガスにさらしたのち、接触させて接
合させた後に、前記第1又は第2シリコンウェーハを所
定の厚さに研削・研磨することを特徴とする。
【0010】上記構成によれば、熱応力による転位と酸
素析出物による性能劣化のないSOI基板を提供できる
という優れた効果がある。
【0011】上記SOI基板の製造方法において、好ま
しくは、前記フッ酸ガスはフッ酸の蒸気であることを特
徴とする。かかる構成によれば、簡便にフッ酸ガスを生
成できるという優れた効果がある。
【0012】上記SOI基板の製造方法において、好ま
しくは、前記フッ酸ガスはフッ素系ガスと水蒸気の混合
ガスを放電して生成することを特徴とする。かかる構成
によれば、フッ酸ガスを微量濃度に制御でき精密な接合
を実現できるという優れた効果がある。
【0013】上記SOI基板の製造方法において、好ま
しくは、前記フッ素系ガスがCFであることを特徴と
する。かかる構成によれば、簡便にフッ酸ガスを生成で
きるという優れた効果がある。
【0014】上記SOI基板の製造方法において、前記
接合は前記第1と第2シリコンウェーハを相互に圧接し
ておこなうことを特徴とする。かかる構成によれば、簡
便な工程で接合できるという優れた効果がある。
【0015】上記SOI基板の製造方法において、前記
接合は加熱下でおこなうことを特徴とする。かかる構成
によれば、簡便な工程で接合できるという優れた効果が
ある。
【0016】本発明によれば、上記方法により製造され
たSOI基板が提供される。かかるSOI基板は、高い
性能を持ち且つ安価に提供される。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて説
明する。図1は本発明のSOI基板の製造方法の概要を
説明する図である。
【0018】(1)FZ法あるいはCZ法で製造された
シリコンウェーハ101の表面に酸化珪素膜102を形
成する。酸化珪素膜102は公知のスパッタ、蒸着、C
VD、熱酸化法により形成する。なかでも熱酸化法は高
純度の酸化珪素膜を形成できる。絶縁層の厚さは作製す
るSOIの用途にもよるが、約0.5〜2.0μmの範
囲にあり、上記熱酸化により絶縁層を形成する場合に
は、シリコンウェーハを湿潤酸素(wetO)雰囲気
中、1000〜1150℃で1〜3時間熱処理すること
により行われる。
【0019】(2)次に二枚のシリコンウェーハ101
を対向する位置に置く。その間にフッ酸ガス103を満
たす。それぞれの酸化珪素系部材の表面はフッ酸ガス1
03が吸着し、原子と原子の結合が切られ、化学的に活
性になる。この際の化学反応は次のようであると、本発
明者は考える。フッ酸ガスはフッ化水素(HF)が水
(HO)に溶解したフッ酸の蒸気である。HFは水に
溶解すると電離する。これは次の化学式で表される。
【0020】HF + HO → 2H + F
+ OH 次にフッ酸ガスが酸化珪素部材の表面
に吸着し、酸化珪素系部材のシロキサン結合(Si−
O)を切断し、化学的に活性になる。
【0021】(3)次に二枚のシリコンウェーハ101
の酸化珪素膜102側同士を接触させる。二枚の化学的
に活性な面同士が結合し、接合する。接触は圧力をかけ
る圧接がよい。圧力により、接触面積が広くなり、結合
するポイントが増える。また加熱することにより容易に
面同士の結合が進む。結合は化学反応であり、熱により
反応が進む。その際の熱は200℃程度で良い。
【0022】(4)接合により一体化したシリコンウェ
ーハの片面を砥石、研削盤等で研削し、研磨剤を含む研
磨液を流しながら、研磨布で研磨する。研磨量を制御す
ることにより、厚さ約0.1〜10μmのデバイス形成
用のSOI層104を酸化珪素膜102上に形成でき
る。
【0023】次に図2をもとにフッ酸ガスの生成方法の
実施形態の例を説明する。原料ガス供給手段201より
CFの原料ガスを原料ガス配管202をとうして、原
料ガスは水バブリングユニット203に導入される。水
バブリングユニット203により水蒸気を含んだガスに
なる。これを供給配管204をとおして放電チャンバー
205に満たす。放電チャンバー205は対向する放電
電極を206、207備えている。放電電極206、2
07の間をガスが通過するようになっている。放電電極
206は高周波電源208と接続している。他方の放電
電極207は接地している。これにより放電電極20
6、207に高周波電圧を印加し、気体放電させる。気
体放電により一部のCFと水は分解され、結合し、フ
ッ化水素が生成される。これは次のような化学反応によ
ると、本発明者は考える。
【0024】CF + e → F + COF
+ e 。
【0025】F + COF + HO →
4HF + CO
【0026】さらにフッ化水素は分解されない水に溶解
しフッ酸蒸気となる。
【0027】HF + HO → 2H + F
+ OH
【0028】フッ酸蒸気は送出配管209をとおして図
示されていない接合処理室に送られる。このような放電
によりフッ化水素を生成する方法は微量濃度のフッ酸ガ
スを生成できる。酸化珪素系部材の表面の反応は極僅か
な反応がよい。反応が進みすぎると、酸化珪素系部材の
表面が荒れ、圧接の際の接触面積が少なくなり、接合で
きない。
【0029】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、酸
素析出物の少ない電気特性が高く、機械強度の高いSO
I基板を、安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のSOI基板の製造方法の一実施形態を
その工程に沿って説明する断面図。
【図2】本発明におけるフッ酸ガスの生成方法の一実施
形態を、使用される装置構成に沿って説明する図。
【符号の説明】
101.シリコンウェーハ 102.酸化珪素膜 103.フッ酸ガス 104.SOI層 201.原料ガス供給手段 202.原料ガス配管 203.水バブリングユニット 204.供給配管 205.放電チャンバー 206.放電電極 207.放電電極 208.高周波電源 209.送出配管

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1シリコンウェーハと第2シリコンウェ
    ーハの表面に酸化珪素膜を形成し、前記第1と第2シリ
    コンウェーハをフッ酸ガスにさらしたのち、接触させて
    接合させた後に、前記第1又は第2シリコンウェーハを
    所定の厚さに研削・研磨するSOI基板の製造方法。
  2. 【請求項2】前記フッ酸ガスはフッ酸の蒸気であること
    を特徴とする請求項1記載のSOI基板の製造方法。
  3. 【請求項3】前記フッ酸ガスはフッ素系ガスと水蒸気の
    混合ガスを放電して生成することを特徴とする請求項1
    記載のSOI基板の製造方法。
  4. 【請求項4】前記フッ素系ガスがCFであることを特
    徴とする請求項1記載のSOI基板の製造方法。
  5. 【請求項5】前記接合は前記第1と第2シリコンウェー
    ハを相互に圧接しておこなうことを特徴とする請求項1
    記載のSOI基板の製造方法。
  6. 【請求項6】前記接合は加熱下でおこなうことを特徴と
    する請求項1記載のSOI基板の製造方法。
  7. 【請求項7】請求項1乃至6のいずれかに記載のSOI
    基板の製造方法により製造されたことを特徴とするSO
    I基板。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013219370A (ja) * 2003-05-19 2013-10-24 Ziptronix Inc 室温共有結合方法

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