JP2004140266A

JP2004140266A - 薄膜層ウェハ製造方法、及び薄膜層ウェハ

Info

Publication number: JP2004140266A
Application number: JP2002305083A
Authority: JP
Inventors: Norihito Kawaguchi; 河口　紀仁; Miyuki Masaki; 正木　みゆき
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】半導体ウェハ１の表面１ａ及び半導体ウェハ１の表面１ａに極めて近い領域のみを局部的に加熱し、薄膜層３と絶縁基板２を強固に結合するまでの加熱時間を極めて短くする。
【解決手段】半導体ウェハ３に表面３ａから水素イオンを注入することにより、半導体ウェハ１の内部に表面３ａに対して平行な微小気泡層６を形成し、半導体ウェハ１の表面１ａと絶縁基板２の一面２ａと貼り合わせ、レーザ光７を外側から絶縁基板２に向かって照射することにより、微小気泡層６を劈開面として半導体ウェハ１を薄膜状に剥離すると共に、剥離された薄膜層３と絶縁基板２を強固に結合する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハと透明な絶縁基板を用いて、薄膜層を有した薄膜層ウェハを製造する薄膜層ウェハ製造方法、及び薄膜層ウェハに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来の薄膜層ウェハ製造方法の先行技術として下記の特許文献１に示すものがあり、この薄膜層ウェハ製造方法は、公知のイオン剥離法（特開平１１−１４５４３８号公報、特開２００１−２１０８１０号公報等参照）に基づき、Ｓｉウェハ（半導体ウェハの１つ）と透明なガラス基板（絶縁基板の１つ）を用いて、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）薄膜層（薄膜層の１つ）を有したＳＯＩ薄膜層ウェハ（薄膜層ウェハの１つ）を製造する方法であって、次のような態様を有している。
【０００３】
即ち、前記Ｓｉウェハに表面から水素イオン又は希ガスイオンを注入することにより、前記Ｓｉウェハの内部に前記表面に対して平行な微小気泡層を形成する（イオン注入工程）。次に、前記Ｓｉウェハの前記表面と前記ガラス基板の一面を貼り合わせる（貼り合わせ工程）。
【０００４】
前記貼り合わせ工程が終了した後に、前記Ｓｉウェハ及び前記ガラス基板を炉内において１００〜３００℃で熱処理して、前記Ｓｉウェハと前記ガラス基板を仮接合する（第１熱処理工程）。そして、前記Ｓｉウェハが所定の厚さになるように、前記Ｓｉウェハに対してアルカリエッチング処理を行って、前記Ｓｉウェハを薄片化する（エッチング工程）。
【０００５】
前記エッチング工程が終了した後に、前記Ｓｉウェハ及び前記ガラス基板を前記炉内において５００℃以上で熱処理して、前記微小気泡層を劈開面として前記Ｓｉウェハを薄膜状に剥離する（第２熱処理工程）。更に、剥離された前記ＳＯＩ層及び前記ガラス基板を前記炉内において８００℃以上で熱処理して、前記ＳＯＩ層と前記ガラス基板を強固に結合する（第３熱処理工程）。
【０００６】
以上により、前記ＳＯＩ薄膜層を有した前記ＳＯＩ薄膜層ウェハを製造することができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１４５４３８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記ＳＯＩ層と前記ガラス基板を強固に結合するには前記ＳＯＩ層及び前記ガラス基板を前記炉内において８００℃以上で熱処理する必要があるため、前記ガラス基板の構成材料として融点の低いものを用いることができず、前記ガラス基板の構成材料は例えば石英等のように８００℃よりもかなり高い融点を有する高価なものに限られる。そのため、様々な構成材料からなる絶縁基板を前記薄膜層ウェハの製造に用いることができないと共に、前記薄膜層ウェハの製造コストが高くなる。
【０００９】
また、前記ＳＯＩ層と前記ガラス基板における構成材料の線膨張係数差によって、前記ＳＯＩ層と前記ガラス基板を強固に結合する際に前記ＳＯＩ層に割れ等が生じないように、前記Ｓｉウェハを薄片化しているが、前述のように、前記微小気泡層を劈開面として前記Ｓｉウェハを薄膜状に剥離する前に、前記第１熱処理工程と前記エッチング工程が必要となる。そのため、前記薄膜層ウェハの製造するための工程数が増え、前記薄膜層ウェハの製造作業が煩雑化して、作業時間が長くなる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明にあっては、半導体ウェハと透明な絶縁基板を用いて、薄膜層ウェハを製造する薄膜層ウェハ製造方法において、
前記半導体ウェハに表面から水素イオン又は希ガスイオンを注入することにより、前記半導体ウェハの内部に前記表面に対して平行な微小気泡層を形成するイオン注入工程と、
前記イオン注入工程が終了した後に、前記半導体ウェハの前記表面と前記絶縁基板の一面と貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記貼り合わせ工程が終了した後に、レーザ光を外側から前記絶縁基板に向かって照射することにより、前記微小気泡層を劈開面として前記半導体ウェハを薄膜状に剥離すると共に、剥離された前記薄膜層と前記絶縁基板を強固に結合するレーザ光照射工程と、
を備えてなることを特徴とする。
【００１１】
ここで、レーザ光を外側から前記絶縁基板に向かって照射することによって、前記半導体ウェハの前記表面及び前記半導体ウェハの前記表面に極めて近い領域のみを局部的に加熱でき、また、前記薄膜層と前記絶縁基板を強固に結合するまでの加熱時間（レーザ光の照射時間）を極めて短くできる。
【００１２】
また、レーザ光を外側から透明な前記絶縁基板に向かって照射しても、大部分のレーザ光は前記絶縁基板を透過して、前記絶縁基板の直接加熱に寄与するものではない。
【００１３】
請求項２に記載の発明にあっては、請求項１に記載の発明特定事項の他に、前記レーザ光が前記絶縁基板を十分に透過しかつ前記レーザ光の光エネルギーが前記半導体ウェハに十分に吸収されるように、予め前記レーザ光の波長を選択することを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明にあっては、請求項１又は請求項２に記載の発明特定事項の他に、前記半導体ウェハは、Ｓｉウェハ，ＧａＡｓウェハ，ＳｉＣウェハ，ＩｎＰウェハのいずれかであって、前記絶縁基板は、ガラス基板又はプラスチック基板であることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明にあっては、請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の薄膜層ウェハ製造方法により製造されたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態に係わる薄膜層ウェハの製造方法のフロー図であって、図２は、レーザ光の波長とガラスにおけるレーザ光の透過率との関係を示す図であって、図３は、レーザ光の波長とシリコンにおけるレーザ光の吸収係数との関係を示す図である。
【００１８】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係わる薄膜層ウェハ製造方法は、公知のイオン剥離法（特開平１１−１４５４３８号公報、特開２００１−２１０８１０号公報等参照）に基づき、Ｓｉウェハ１（図１（ａ）参照）と透明なガラス基板２（図１（ａ）参照）を用いて、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）薄膜層３を有したＳＯＩ薄膜層ウェハ４（図１（ｅ）参照）を製造する方法であって、次のような、▲１▼イオン注入工程、▲２▼貼り合わせ工程、▲３▼レーザ光照射工程を備えている。即ち、
▲１▼　イオン注入工程
Ｓｉウェハ１に表面１ａから水素イオン５又は希ガスイオンを注入することにより、Ｓｉウェハ１の内部に表面１ａに対して平行な微小気泡層６を形成する（図１（ｂ）参照）。ここで、イオン注入の際の加速電圧を制御することによりＳｉウェハ１の表面１ａから所定の深さ位置に微小気泡層６を形成することができる。
【００１９】
▲２▼　貼り合わせ工程
前記▲１▼イオン注入工程が終了した後に、Ｓｉウェハ１の表面１ａとガラス基板２の一面２ａと貼り合わせる（図１（ｃ）参照）。
【００２０】
▲３▼　レーザ光照射工程
前記▲２▼貼り合わせ工程が終了した後に、レーザ照射装置（図示省略）によってレーザ光（本発明の実施の形態にあっては例えばＹＡＧレーザの２倍波）７を外側からガラス基板２に向かって照射する。これによって、微小気泡層６を劈開面としてＳｉウェハ１を薄膜状に剥離すると共に、剥離されたＳＯＩ薄膜層３とガラス基板２を強固に結合する。なお、レーザ光７を照射する際に、貼り合わせたＳｉウェハ１及びガラス基板２をレーザ光７の光軸に対して直交する方向へ相対的に移動させる。
【００２１】
ここで、レーザ光７を外側からガラス基板２に向かって照射することによって、Ｓｉウェハ１の表面１ａ及びＳｉウェハ１の表面１ａに極めて近い領域（本発明の実施の形態にあっては表面１ａから厚さ方向へ数百ｎｍの領域）のみを局部的に加熱でき、また、ＳＯＩ薄膜層３とガラス基板２を強固に結合するまでの加熱時間（レーザ光７の照射時間）を極めて短くできる（本発明の実施の形態にあっては加熱時間は数百ｎ秒である）。一方、レーザ光７を外側から透明なガラス基板２に向かって照射しても、大部分のレーザ光７はガラス基板２を透過して、ガラス基板２の直接加熱に寄与するものではない。
【００２２】
更に、レーザ光７がガラス基板２を十分に透過しかつレーザ光７の光エネルギーがＳｉウェハ１に十分に吸収されるように、予めレーザ光７の波長を選択してある。即ち、図２に示すようにレーザ光７の波長が３８０ｎｍ以上で２２００ｎｍ以下の場合にはガラスにおけるレーザ光７の透過率が９０％になって、レーザ光７がガラス基板２を十分に透過することが判明している。また、Ｓｉ（シリコン）のバンドギャップを光の波長に変換すると１１００ｎｍ程度であることもあって、図２に示すようにレーザ光７の波長が７８０ｎｍ以下の場合であっても、レーザ光７の光エネルギーがＳｉウェハ１に十分に吸収されることが判明している。従って、３８０ｎｍ以上で７８０ｎｍ以下のレーザ光７の波長を予め選択することによって、レーザ光７がガラス基板２を十分に透過しかつレーザ光７の光エネルギーがＳｉウェハ１に十分に吸収されることを確保できる。特に、本発明の実施の形態にあっては、前記所定の深さ位置の微小気泡層６を劈開面としてＳｉウェハ１を薄膜状に剥離するために、レーザ光７の波長として３８０ｎｍ以上で７８０ｎｍ以上の中から５３２ｎｍを予め選択している。
【００２３】
また、レーザ光７の発振は、パルス波又は連続波のいれでも差し支えない。
【００２４】
なお、前記レーザ照射工程が終了した後に、ＳＯＩ薄膜層３の表面３ａを鏡面研磨することが望ましい。
【００２５】
以上の如き、本発明の実施の形態によれば、レーザ光７を外側から透明なガラス基板２に向かって照射しても、大部分のレーザ光７はガラス基板２を透過して、ガラス基板２の直接加熱に寄与するものではなく、また、ＳＯＩ薄膜層３とガラス基板２を強固に結合するまでの加熱時間を極めて短くできるため、Ｓｉウェハ１の構成材料が例えば石英等の高い融点を有する高価なものに限られず、融点の低い安価なものもＳｉウェハ１の構成材料として用いることができる。そのため、様々な構成材料からなるガラス基板２をＳＯＩ薄膜層ウェハ４の製造に用いることができると共に、ＳＯＩ薄膜層ウェハ４の製造コストの低下を図ることができる。
【００２６】
また、レーザ光７を外側からガラス基板２に向かって照射することによって、Ｓｉウェハ１の表面１ａ及びＳｉウェハ１の表面１ａに極めて近い領域のみを局部的に加熱でき、また、ＳＯＩ薄膜層３とガラス基板２を強固に結合するまでの加熱時間を極めて短くできるため、Ｓｉウェハ１を薄片化しなくても、ＳＯＩ薄膜層３とガラス基板２における構成材料の線膨張係数差によって、ＳＯＩ薄膜層３とガラス基板２を強固に結合する際にＳＯＩ薄膜層３に割れ等が生じることがない。そのため、ＳＯＩ薄膜層ウェハ４を製造する一連の工程の中から、Ｓｉウェハ１を薄片化する工程を省くことができ、ＳＯＩ薄膜層ウェハ４の製造作業を短くして、作業能率が向上する。特に、微小気泡層６を劈開面としてＳｉウェハ１を薄膜状に剥離する処理、剥離されたＳＯＩ薄膜層３とガラス基板２を強固に結合する処理を同一工程により行うことができるため、ＳＯｉ薄膜層ウェハ４の製造作業を更に短くして、作業能率がより一層向上する。
【００２７】
なお、本発明は、前述の発明の実施の形態の説明に限るものではなく、例えば、半導体ウェハとしてＳｉウェハ１の代わりに、ＧａＡｓウェハ，ＳｉＣウェハ，ＩｎＰウェハのいずれかを用いたり、透明な絶縁基板として透明なガラス基板２の代わりに透明なプラスチック基板を用いる等、適宜の変更を行うことにより、その他様々な形態で実施可能である。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１から請求項４のうちのいずれかの請求項に記載の発明によれば、レーザ光を外側から透明な前記絶縁基板に向かって照射しても、大部分のレーザ光は前記絶縁基板を透過して、前記絶縁基板の直接加熱に寄与するものではなく、また、前記薄膜層と前記絶縁基板を強固に結合するまでの加熱時間を極めて短くできるため、前記半導体ウェハの構成材料が例えば石英等の高い融点を有する高価なものに限られず、融点の低い安価なものも前記半導体ウェハの構成材料として用いることができる。そのため、様々な構成材料からなる絶縁基板を前記薄膜層ウェハの製造に用いることができると共に、前記薄膜層ウェハの製造コストの低下を図ることができる。
【００２９】
また、レーザ光を外側から前記絶縁基板に向かって照射することによって、前記半導体ウェハの前記表面及び前記半導体ウェハの前記表面に極めて近い領域のみを局部的に加熱でき、また、前記薄膜層と前記絶縁基板を強固に結合するまでの加熱時間を極めて短くできるため、前記半導体ウェハを薄片化しなくても、前記薄膜層と前記絶縁基板における構成材料の線膨張係数差によって、前記薄膜層と前記絶縁基板を強固に結合する際に前記薄膜層に割れ等が生じることがない。そのため、前記薄膜層ウェハを製造する一連の工程の中から、前記半導体ウェハを薄片化する工程を省くことができ、前記薄膜層ウェハの製造作業を短くして、作業能率が向上する。特に、前記微小気泡層を劈開面として前記半導体ウェハを薄膜状に剥離する処理、剥離された前記薄膜層と前記絶縁基板を強固に結合する処理を同一工程により行うことができるため、前記薄膜層ウェハの製造作業を更に短くして、作業能率がより一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる薄膜層ウェハの製造方法のフロー図である。
【図２】レーザ光の波長とガラスにおけるレーザ光の透過率との関係を示す図である。
【図３】レーザ光の波長とシリコンにおけるレーザ光の吸収係数との関係を示す図である。
【符号の説明】
１　　Ｓｉウェハ
２　　ガラス基板
３　　ＳＯＩ薄膜層
４　　薄膜層ウェハ
５　　水素イオン
６　　微小気泡層
７　　レーザ光

Claims

半導体ウェハと透明な絶縁基板を用いて、薄膜層を有した薄膜層ウェハを製造する薄膜層ウェハ製造方法において、
前記半導体ウェハに表面から水素イオン又は希ガスイオンを注入することにより、前記半導体ウェハの内部に前記表面に対して平行な微小気泡層を形成するイオン注入工程と、
前記イオン注入工程が終了した後に、前記半導体ウェハの前記表面と前記絶縁基板の一面と貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記貼り合わせ工程が終了した後に、レーザ光を外側から前記絶縁基板に向かって照射することにより、前記微小気泡層を劈開面として前記半導体ウェハを薄膜状に剥離すると共に、剥離された前記薄膜層と前記絶縁基板を強固に結合するレーザ光照射工程と、
を備えてなることを特徴とする薄膜層ウェハ製造方法。
前記レーザ光が前記絶縁基板を十分に透過しかつ前記レーザ光の光エネルギーが前記半導体ウェハに十分に吸収されるように、予め前記レーザ光の波長を選択することを特徴とする請求項１に記載の薄膜層ウェハ製造方法。
前記半導体ウェハは、Ｓｉウェハ，ＧａＡｓウェハ，ＳｉＣウェハ，ＩｎＰウェハのいずれかであって、前記絶縁基板は、ガラス基板又はプラスチック基板であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の薄膜層ウェハ製造方法。
請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の薄膜層ウェハ製造方法により製造されたことを特徴とする薄膜層ウェハ。