JP2007073768A - 貼り合わせｓｏｉウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】たとえＢＯＸの厚さが厚い貼り合わせＳＯＩウェーハであっても、効率よく、かつ、反りの発生を十分に抑えて製造することができる貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも、シリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハおよびベースウェーハの少なくとも一方のウェーハの貼り合わせ面となる側の主面にＣＶＤ法により第１シリコン酸化膜を形成し、該第１シリコン酸化膜を介して前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハとを貼り合わせて貼り合わせウェーハを形成した後、該貼り合わせウェーハを構成する前記ベースウェーハの貼り合わせ面とは反対側の主面にＣＶＤ法により第２シリコン酸化膜を形成し、前記ボンドウェーハを薄膜化した後、前記第１及び第２シリコン酸化膜形成温度よりも高温で結合熱処理を行うことを特徴とする貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハとベースウェーハを酸化膜を介して貼り合わせ、その後、ボンドウェーハを薄膜化することにより貼り合わせＳＯＩウェーハを製造する方法に関する。

ＳＯＩウェーハを製造する手法の１つとして、２枚のシリコン単結晶ウェーハ（ボンドウェーハとベースウェーハ）をシリコン酸化膜を介して貼り合わせた後、ボンドウェーハを薄膜化してＳＯＩ層とするウェーハ貼り合わせ法が良く知られている。このようにして製造されたＳＯＩウェーハは、ベースウェーハの上に埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）を介してＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）層が形成されたＳＯＩ構造を有する。

ウェーハ貼り合わせ法を用いてＳＯＩウェーハを作製すると、シリコン単結晶とシリコン酸化膜との間の熱膨張率の違いに起因してＳＯＩウェーハに反りが発生するという問題がある。

この問題を解決するため、特許文献１に記載された方法では、次のようにして貼り合わせウェーハを製造する。すなわち、２枚のウェーハ（ボンドウェーハとベースウェーハ）の何れか一方の少なくとも一方の主面にシリコン酸化膜を形成し、酸化膜を形成したウェーハを酸化膜が中間層になるようにして他方のウェーハに貼り合わせて貼り合わせウェーハを形成した後、所定温度に加熱してボンドウェーハとベースウェーハを接合する接合熱処理を施し、その後、貼り合わせウェーハを熱酸化処理（結合熱処理を兼ねる）してその全表面に熱酸化膜を形成し、一方のウェーハ（ボンドウェーハ）、好ましくは、接合熱処理前にシリコン酸化膜を形成した方のウェーハの表面を研磨してこれを薄膜化し、これにより貼り合わせＳＯＩウェーハを製造する。

そして、これにより、上層のウェーハ（ボンドウェーハ）を研磨してこれを薄膜化した時点で他方のウェーハ（ベースウェーハ）の上下面はシリコン酸化膜によって被われるため、該ウェーハの上下面における熱収縮量は略同一となって（即ち、残留応力分布は上下面において略等しくなって）、当該ウェーハの撓み変形が防がれ、この結果、反りの無い平坦度の高い貼り合わせＳＯＩウェーハが得られるとされている。

また、特許文献２によれば、特許文献１に記載された方法のように貼り合わせウェーハを熱酸化処理してその全表面に熱酸化膜を形成する方法以外の方法として、結合を強固にするための結合熱処理自体は窒素雰囲気で行い、その後、ベースウェーハの貼り合わせ面とは反対側の主面にＣＶＤ法により酸化膜を堆積することによって、貼り合わせＳＯＩウェーハを得る方法が開示されている。そして、これにより反りを抑制することができるとされている。

ところで、ＳＯＩウェーハの埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）となるシリコン酸化膜の厚さは、作製するデバイス用途により異なるが、０．１〜２μｍ程度の範囲としたものが一般的に用いられる。しかし、例えば光集積デバイスなどにおける光導波路などのような特殊な用途に用いる場合には、４μｍ以上、あるいは１０μｍ以上といった極めて厚い埋め込み酸化膜を形成したものが要求されることがある。

このような厚い埋め込み酸化膜をシリコンウェーハを熱酸化することにより形成するためには、高温の熱処理炉内にシリコンウェーハを何日間も投入しておかなければならず、製造効率が極めて悪く、高コストの要因となる。

そこで、熱酸化膜の代わりにＣＶＤ法により酸化膜（以下、ＣＶＤ酸化膜）を堆積して形成すれば、厚い酸化膜を短時間で効率よく形成することができるので有益である。このＣＶＤ酸化膜がＢＯＸとなるＳＯＩウェーハを製造するためには、ボンドウェーハの一方の主面（鏡面側）に所定厚のＣＶＤ酸化膜を堆積し、必要に応じてその主面のＣＶＤ酸化膜を研磨した後、ベースウェーハと貼り合わせ、結合強度を高める結合熱処理を加え、その後、ボンドウェーハ側を薄膜化するという手法を用いることができる。

ところが、このようにＢＯＸの厚さが極めて厚いＳＯＩウェーハを製造する場合、上記特許文献１，２に記載された方法のみでは、ＳＯＩウェーハの反りやスリップ転位の発生を十分に抑制することができないという問題があった。

特公平６−８０６２４号公報 特開平１１−９７３２０号公報

本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、たとえＢＯＸの厚さが厚い貼り合わせＳＯＩウェーハであっても、効率よく、かつ、反りの発生を十分に抑えて製造することができる貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、貼り合わせＳＯＩウェーハを製造する方法において、少なくとも、シリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハおよびベースウェーハの少なくとも一方のウェーハの貼り合わせ面となる側の主面にＣＶＤ法により第１シリコン酸化膜を形成し、該第１シリコン酸化膜を介して前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハとを貼り合わせて貼り合わせウェーハを形成した後、該貼り合わせウェーハを構成する前記ベースウェーハの貼り合わせ面とは反対側の主面にＣＶＤ法により第２シリコン酸化膜を形成し、前記ボンドウェーハを薄膜化した後、前記第１及び第２シリコン酸化膜形成温度よりも高温で結合熱処理を行うことを特徴とする貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法を提供する（請求項１）。

また、本発明は、貼り合わせＳＯＩウェーハを製造する方法において、少なくとも、シリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハの一方の主面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入してイオン注入層を形成し、該イオン注入層が形成されたボンドウェーハとシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハの少なくとも一方のウェーハの貼り合わせ面となる側の主面にＣＶＤ法により第１シリコン酸化膜を形成し、該第１シリコン酸化膜を介して前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハとを貼り合わせて貼り合わせウェーハを形成した後、該貼り合わせウェーハを構成する前記ベースウェーハの貼り合わせ面とは反対側の主面にＣＶＤ法により第２シリコン酸化膜を形成し、その後、前記ボンドウェーハを前記イオン注入層で剥離することにより、前記ボンドウェーハを薄膜化した後、前記第１及び第２のシリコン酸化膜形成温度よりも高温で結合熱処理することを特徴とする貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法を提供する（請求項２）。

前述のように従来の方法でも、ＳＯＩウェーハの反りを緩和するため、ベースウェーハの貼り合わせ面とは反対側の主面に酸化膜を形成することは行われていた。ところが、特許文献１の方法は、結合熱処理を兼ねた熱酸化処理により熱酸化膜を形成するものであるため、ＢＯＸ厚さが極めて厚いＳＯＩウェーハを製造する場合、そのＢＯＸ厚と同等の厚さの熱酸化膜を形成するためには、高温長時間の熱処理が必要となり、スリップ転位が多発してしまう。一方、特許文献２の方法は、ボンドウェーハとベースウェーハを強固に結合するための高温の結合熱処理を行った後に、ベースウェーハの貼り合わせ面とは反対側の主面にＣＶＤ酸化膜を形成するものである。このため、ＢＯＸ厚さが極めて厚いＳＯＩウェーハを製造する場合、高温の結合熱処理が終了した状態では、一方のウェーハのみに厚い酸化膜が形成されている状態であるため、シリコン単結晶とシリコン酸化膜との間の熱膨張率の違いに起因して大きな反りが発生し、スリップ転位が多発してしまう。
これに対して本発明は、ＢＯＸとなる第１シリコン酸化膜とは別に、ベースウェーハの貼り合わせ面とは反対側の主面にＣＶＤ法により第２シリコン酸化膜を形成する。このため、結合熱処理中は、ベースウェーハの上下面は、第２シリコン酸化膜とＢＯＸに覆われていることになり、ＢＯＸ厚さが極めて厚いＳＯＩウェーハを製造する場合であっても、ベースウェーハの上下面における熱収縮率の差を小さくすることができる。しかも、高温の結合熱処理を行う前にボンドウェーハを薄膜化しているので、結合熱処理後の冷却過程においてボンドウェーハが収縮する際にベースウェーハに作用する応力は小さくなり、結合熱処理後の反りは抑制され、その結果、スリップ転位の発生を抑制することができる。
さらに、本発明では、第１及び第２シリコン酸化膜の形成をＣＶＤ法により行う。このため厚い酸化膜であっても、効率よく短時間で形成することができる。

そして、この場合、前記イオン注入層での剥離は、前記第２シリコン酸化膜の形成温度よりも高温で熱処理を加えることにより行うのが好ましい（請求項３）。

イオン注入剥離法の場合には、このように剥離を起こさない低温で酸化膜を形成し、その後、その酸化膜形成温度よりも高温の熱処理によりイオン注入層で剥離を行うのが良い。

また、本発明の貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法では、前記第１シリコン酸化膜の厚さを４μｍ以上とすることができる（請求項４）。

このように、本発明の貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法では、第１シリコン酸化膜の厚さを４μｍ以上といった非常に厚いものとした場合にでも、反りを十分に抑えることができる。

また、本発明の貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法では、前記第２シリコン酸化膜の厚さと前記第１シリコン酸化膜の厚さの差を１μｍ以内にするのが好ましい（請求項５）。

このように、第２シリコン酸化膜の厚さと第１シリコン酸化膜の厚さの差を１μｍ以内にすれば、ベースウェーハの上下面における熱収縮率の差を小さくすることができる。これにより、ＢＯＸの厚さが極めて厚い場合であっても、結合熱処理中に発生する反りをより確実に抑えることができる。

以上説明したように、本発明の貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法によれば、たとえＢＯＸの厚さが厚い貼り合わせＳＯＩウェーハであっても、効率よく、かつ、反りの発生を抑えて製造することが可能となる。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
本発明者らは、先ず、ＢＯＸの厚さが極めて厚いＳＯＩウェーハを製造する場合、従来の方法では、ＳＯＩウェーハの反りの発生を十分に抑制することができなかった原因を見出すべく、調査、研究を行った。

前述のように、４μｍ以上、あるいは１０μｍ以上といった極めて厚い埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）を形成する場合、熱酸化により形成するのでは効率が悪いので、ＣＶＤ法により形成することがある。
本発明者らは、この場合、ボンドウェーハの一方の主面に所定厚のＣＶＤ酸化膜を堆積した時点ではＣＶＤ酸化膜が厚くてもさほど大きな反りにならないが、その後の結合熱処理により極めて大きな反りが発生してしまうことに気がついた。これは、その結合熱処理の温度が、ＣＶＤ酸化膜の形成温度よりも高い温度で行われるため、ＣＶＤ酸化膜に大きな収縮が発生することに起因すると考えられる（ＣＶＤ酸化膜形成温度は通常８００℃以下の低温である。）。

このようにＢＯＸの厚さが厚い場合、特許文献１に記載された方法のように、その全表面に酸化膜を形成する熱酸化処理（結合熱処理）を行ったとしても、形成される熱酸化膜はＢＯＸの厚さに比べて薄いので、その効果は小さく抑えられてしまう。このため、ＳＯＩウェーハの反りの発生を十分に抑制することはできない。
一方、特許文献２に記載された方法のように、結合熱処理後に、ベースウェーハの貼り合わせ面とは反対側の主面にＣＶＤ酸化膜を形成する手法の場合、前述のように結合熱処理によりウェーハは既に大きく反ってしまっている。このため、その後、ベースウェーハの貼り合わせ面とは反対側の主面にＣＶＤ酸化膜を形成したとしても、ＳＯＩウェーハの反りを十分に抑制することはできない。しかも、このように、反ってしまっているＳＯＩウェーハを平坦にしようとすると、追加の高温熱処理が必要となり、効率的でないばかりか、既に大きく反っているウェーハに対して改めて逆方向に応力を与えることになるので、スリップ転位が発生しやすく、ウェーハの機械的強度が低下してしまうという問題も生じる。

そこで、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、結合熱処理を行う前に、ＢＯＸとなる第１シリコン酸化膜とは別に、貼り合わせウェーハを構成するベースウェーハの貼り合わせ面とは反対側の主面にＣＶＤ法により第２シリコン酸化膜を形成し、更にボンドウェーハを薄膜化しておけば、ベースウェーハの上下面は、第２シリコン酸化膜と、埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）で覆われていることになり、ベースウェーハの上下面における熱収縮率の差を小さくすることができ、しかも、ボンドウェーハが薄膜化されているので結合熱処理の冷却過程においてボンドウェーハが収縮する際にベースウェーハに作用する応力は小さくなる。これにより、効率よく、かつ、反りの発生を十分に抑えてスリップ転位の少ないＳＯＩウェーハを製造することができることに想到し、本発明を完成させた。

以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明の貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法の一例を示す説明図である。
先ず、最初の工程（図１（ａ）参照）では、シリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハ１１とボンドウェーハ１４を準備する。

次の工程（図１（ｂ）参照）では、ボンドウェーハ１４をＣＶＤ装置（不図示）のサセプター１２に保持し、ボンドウェーハ１４の貼り合わせ面となる側の主面にＣＶＤ法により第１シリコン酸化膜１３を形成する。そして、必要に応じて第１シリコン酸化膜１３の表面を研磨により平坦化する工程を加える。
貼り合わせＳＯＩウェーハを例えば光集積デバイスなどにおける光導波路などのような特殊な用途に用いる場合には、４μｍ以上、あるいは１０μｍ以上といった極めて厚い埋め込み酸化膜が必要になるが、埋め込み酸化膜となる第１シリコン酸化膜の形成を、このようにＣＶＤ法により行えば、厚い酸化膜であっても、効率よく短時間で形成することができる。
尚、この時、ボンドウェーハ１４ではなく、ベースウェーハ１１に第１シリコン酸化膜を形成するようにしても良いし、両ウェーハに形成することもできる。

次の工程（図１（ｃ）参照）では、第１シリコン酸化膜１３を介してボンドウェーハ１４とベースウェーハ１１を貼り合わせて貼り合わせウェーハ１５を形成する。例えば、常温の清浄な雰囲気下で、第１シリコン酸化膜１３の表面とベースウェーハ１１の一方の主面を接触させることにより、接着剤等を用いることなくウエーハ同士が接着する。

次の工程（図１（ｄ）参照）では、貼り合わせウェーハ１５を、再びＣＶＤ装置（不図示）のサセプター１２に保持し、ベースウェーハ１１の貼り合わせ面とは反対側の主面にＣＶＤ法により第２シリコン酸化膜１６を形成する。第２シリコン酸化膜１６の厚さは、ＢＯＸとなる第１シリコン酸化膜と同一厚さとすることが好ましいが、これらの厚さの差が１μｍ以下であれば、ＢＯＸ厚が４μｍ以上の厚膜であっても、酸化膜厚差に起因する反りを１００μｍ以下（直径２００ｍｍの場合）にすることができる。
この場合、ボンドウェーハ１４の貼り合わせ面とは反対側の主面が、サセプター１２と接触するため、汚染の問題が気になるところである。しかしながら、図１の方法によれば、サセプターと接触する箇所は、その後の薄膜化工程で除去されるので、汚染の問題はそれほど気にする必要がない。

次の工程（図１（ｅ）参照）では、ボンドウェーハ１４を平面研削、研磨、エッチング等の方法により薄膜化を行う。薄膜化後のボンドウェーハ１４の厚さは１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下にすれば、結合熱処理後の冷却過程においてボンドウェーハが収縮する際にベースウェーハに作用する応力は十分小さくなり、反りを十分に抑制することができる。

次の工程（図１（ｆ）参照）では、第１及び第２シリコン酸化膜１３，１６の形成温度よりも高温で結合熱処理を行う。結合熱処理前は、接着の強度が不十分であるので、そのままデバイス作製工程では使用できない。このため、結合熱処理として貼り合わせＳＯＩウェーハ１５に高温の熱処理を施して結合強度を十分なものとする。例えば、この熱処理は不活性ガス雰囲気下、１０５０℃〜１２００℃で３０分から２時間の範囲で行うことができる。

この時、ベースウェーハの一方の表面にしか酸化膜が設けられていないと、シリコン単結晶とシリコン酸化膜との間の熱膨張率の違いに起因して、結合熱処理の最中に、ウェーハが大きく反ってしまう。ところが、図１の本発明の方法によれば、ベースウェーハ１１の上下面は、第２シリコン酸化膜１６と、第１シリコン酸化膜１３、すなわち埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）とで覆われている。このため、ベースウェーハ１１の上下面における熱収縮率の差が小さく、ＢＯＸの厚さが極めて厚い場合であっても、結合熱処理中に発生する反りを十分に抑えることができる。

そして、結合熱処理後、必要に応じて薄膜化されたボンドウェーハ１４の表面を研磨することによって、最終的に、第１シリコン酸化膜１３を埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）とし、その上にＳＯＩ層１８が形成された貼り合わせＳＯＩウェーハ１０が製造される。

次に、図２は、本発明の貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法の別の例を示す説明図である。この方法は、所謂、イオン注入剥離法と呼ばれている。
先ず、最初の工程（図２（ａ）参照）では、シリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハ２１とボンドウェーハ２４を準備する。そして、ボンドウェーハ２４の一方の主面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入する。これにより、ボンドウェーハ２４の内部にイオンの平均進入深さにおいて表面に平行なイオン注入層２７を形成することができる。この際、ボンドウェーハのイオン注入面には、チャネリング防止のため、あらかじめ薄い酸化膜を形成しておいてもよい。尚、この時のイオン注入層２７の深さは、最終的に形成されるＳＯＩ層２８の厚さに反映される。従って、注入エネルギー等を制御してイオン注入することにより、ＳＯＩ層の厚さを制御できる。

次の工程（図２（ｂ）参照）では、ボンドウェーハ２４を、ＣＶＤ装置（不図示）のサセプター２２に保持し、ボンドウェーハ２４の貼り合わせ面となる側の主面にＣＶＤ法により第１シリコン酸化膜２３を形成した後、必要に応じて第１シリコン酸化膜２３の表面を研磨する。ボンドウェーハ２４の貼り合わせ面は、通常イオン注入をした面と同一となる。
この時、ボンドウェーハ２４ではなく、ベースウェーハ２１に第１シリコン酸化膜を形成するようにしても良いし、両ウェーハに形成することもできる。

次の工程（図２（ｃ）参照）では、第１シリコン酸化膜２３を介してボンドウェーハ２４とベースウェーハ２１とを貼り合わせて貼り合わせウェーハ２５を形成する。

次の工程（図２（ｄ）参照）では、貼り合わせウェーハ２５を、再びＣＶＤ装置（不図示）のサセプター２２に保持し、ベースウェーハ２１の貼り合わせ面とは反対側の主面にＣＶＤ法により第２シリコン酸化膜２６を形成する。

次の工程（図２（ｅ）参照）では、ボンドウェーハ２４をイオン注入層２７で剥離することにより、ボンドウェーハ２４を薄膜化する。例えば、貼り合わせウェーハ２５に対して、不活性ガス雰囲気下約５００℃以上の温度で熱処理を加えれば、結晶の再配列と気泡の凝集とによって、ボンドウェーハ２４をイオン注入層２７で剥離することができる。

この時、イオン注入層２７での剥離は、第２シリコン酸化膜２６の形成温度よりも高温で熱処理を加えることにより行うのが好ましい。これは、剥離を起こさない低温で第２シリコン酸化膜を形成し、その後、その酸化膜形成温度よりも高温の熱処理によりイオン注入層で剥離を行うためである。
尚、剥離熱処理が第２シリコン酸化膜の形成温度よりも高温で行われると、シリコン酸化膜に大きな収縮が発生することになるが、図２の方法によれば、ベースウェーハの上下面は、第２シリコン酸化膜と、第１シリコン酸化膜で覆われているので、ベースウェーハ上下面における熱収縮量の差が小さくなる。また、熱処理中にイオン注入層で剥離が発生するため、冷却過程ではすでにボンドウェーハは薄膜化されており、反りの発生を十分に防ぐことができる。

次の工程（図２（ｆ）参照）では、第１及び第２シリコン酸化膜２３，２６の形成温度よりも高温で結合熱処理を行う。
この時も、ベースウェーハ２１の上下面は、第２シリコン酸化膜２６と、第１シリコン酸化膜２３、すなわち埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）とで覆われている。このため、上記図１の方法で説明したのと同様に、結合熱処理中に発生する反りを十分に抑えることができる。

そして、最後の工程（図２（ｇ）参照）では、ＳＯＩ層を平坦化するための研磨や熱処理を行い、最終的に、第１シリコン酸化膜２３を埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）とし、その上にＳＯＩ層２８が形成された貼り合わせＳＯＩウェーハ２０が製造される。

ここで、上記図１，２の方法のいずれの場合でも、第２シリコン酸化膜の厚さを第１シリコン酸化膜の厚さと等しい厚さとするのが好ましい。このように、第２シリコン酸化膜の厚さを第１シリコン酸化膜の厚さと等しい厚さとすれば、ベースウェーハの上下面における熱収縮率の差を略同一とすることができる。これにより、ＢＯＸの厚さが極めて厚い場合であっても、結合熱処理中に発生する反りをより小さく抑えることができる。

そして、これら図１，２の方法によれば、たとえＢＯＸの厚さが、４μｍ以上、特には１０μｍ以上と非常に厚い貼り合わせＳＯＩウェーハであっても、効率よく、かつ、反りの発生を抑えて製造することができる。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
図１の方法にしたがって、貼り合わせＳＯＩウェーハ１０を製造した。
先ず、図１（ａ）に示すように、直径２００ｍｍ、面方位（１００）、ｐ型、１０Ωｃｍ、厚さ７２５μｍで、片面鏡面研磨されたシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハ１１とボンドウェーハ１４を準備した。
次に、図１（ｂ）に示すように、ボンドウェーハ１４を、ＣＶＤ装置のサセプター１２に保持し、ボンドウェーハ１４の貼り合わせ面となる側（鏡面側）の主面にＣＶＤ法により第１シリコン酸化膜１３を形成した。第１シリコン酸化膜１３の堆積条件は次の通りである。原料ガス：SiH₄、O₂、 堆積温度：700℃、 堆積圧力：常圧、 堆積膜厚：１０μｍ、 表面研磨：CMPにより研磨代 100nm。尚、第１シリコン酸化膜１３を形成した後のボンドウェーハ１４の反り量は、３０μｍであった。
次に、図１（ｃ）に示すように、ボンドウェーハ１４の第１シリコン酸化膜１３の表面とベースウェーハ１１の鏡面とを室温で貼り合わせて貼り合わせウェーハ１５を形成した。

次に、図１（ｄ）に示すように、貼り合わせウェーハ１５を構成するベースウェーハ１１の貼り合わせ面とは反対側の主面にＣＶＤ法により第２シリコン酸化膜１６を形成した。第２シリコン酸化膜１６の堆積条件は、表面研磨を行わなかったことを除いて、前記第１シリコン酸化膜１３の堆積条件と同じとした。
次に、図１（ｅ）に示すように、平面研削、表面研磨によりボンドウェーハ１４を薄膜化した。この時の平面研削の研削代は、６８０μｍ、表面研磨の研磨代は１５μｍとした。
そして、最後に、図１（ｆ）に示すように、１１００℃、２時間、Ａｒ１００％雰囲気下で、結合熱処理を行った。この結合熱処理の温度は、前記第１及び第２シリコン酸化膜１３，１６の形成温度よりも高温である。
このようにして、貼り合わせＳＯＩウェーハ１０を製造した。製造した貼り合わせＳＯＩウェーハの反り量は、１５μｍであった。

（比較例１）
ベースウェーハにＣＶＤ法により第２シリコン酸化膜を形成しなかったことを除いて、実施例１と同様にして貼り合わせＳＯＩウェーハを製造した。ただし、ボンドウェーハの薄膜化は、結合熱処理後に実施した。
製造した貼り合わせＳＯＩウェーハの反り量は、８００μｍであった。

以下の表１は、実施例１、比較例１で製造した貼り合わせＳＯＩウェーハの各製造条件をまとめたものである。

比較例１を見ると、第１シリコン酸化膜形成時のボンドウェーハの反り量が、１０μｍであったのに対して、結合熱処理後の貼り合わせＳＯＩウェーハの反り量が、８００μｍであった。すなわち、高温の結合熱処理前に、ベースウェーハにＣＶＤ法により第２シリコン酸化膜を形成することなく、高温の結合熱処理を行い、ボンドウェーハの薄膜化を行うと貼り合わせＳＯＩウェーハが大きく反ってしまうことが判る。
これに対して、実施例１では、高温の結合熱処理前に、ベースウェーハにＣＶＤ法により第２シリコン酸化膜を形成し、これにより、ベースウェーハの上下面が、それぞれ、第２シリコン酸化膜と第１シリコン酸化膜に覆われており、結合熱処理前に薄膜化を行っているので、高温の結合熱処理中やその冷却過程に発生する反りを十分に抑えることができたことが判る。

（実施例２）
図２の方法にしたがって、貼り合わせＳＯＩウェーハを製造した。
先ず、図２（ａ）に示すように、直径２００ｍｍ、面方位（１００）、ｐ型、１０Ωｃｍ、厚さ７２５μｍで、片面鏡面研磨されたシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハ２１とボンドウェーハ２４を準備した。そして、ボンドウェーハ２４の鏡面側の主面から水素イオンを注入してイオン注入層２７を形成した。イオン注入条件は次の通りである。注入エネルギー：40keV、注入量：8E16/cm²(8×10¹⁶/cm²)、注入角度：７度。
次に、図２（ｂ）に示すように、ボンドウェーハ２４を、ＣＶＤ装置（不図示）のサセプター２２に保持し、ボンドウェーハ２４の貼り合わせ面となる側（鏡面側）の主面にＣＶＤ法により第１シリコン酸化膜２３を形成した。第１シリコン酸化膜２３の堆積条件は次の通りである。原料ガス：SiH₄、O₂、堆積温度：400℃、堆積圧力：常圧、堆積膜厚：１０μｍ、表面研磨：CMPにより研磨代 100nm。尚、第１シリコン酸化膜２３を形成した後のボンドウェーハ２４の反り量は、１０μｍであった。
次に、図２（ｃ）に示すように、ボンドウェーハ２４の第１シリコン酸化膜２３の表面とベースウェーハ２１の鏡面とを室温で貼り合わせて貼り合わせウェーハ２５を形成した。

次に、図２（ｄ）に示すように、貼り合わせウェーハ２５を構成するベースウェーハ２１の貼り合わせ面とは反対側の主面にＣＶＤ法により第２シリコン酸化膜２６を形成した。第２シリコン酸化膜２６の堆積条件は、表面研磨を行わなかったことを除いて、前記第１シリコン酸化膜２３の堆積条件と同じとした。
次に、図２（ｅ）に示すように、ボンドウェーハ２４をイオン注入層２７で剥離することにより、ボンドウェーハ２４を薄膜化した。剥離熱処理の条件は次の通りである。熱処理温度：５００℃、熱処理時間：３０分、熱処理雰囲気：Ａｒ１００％、剥離後SOI層厚：約350nm。
次に、図２（ｆ）に示すように、１１００℃、２時間、Ａｒ１００％雰囲気下で結合熱処理を行った。この結合熱処理の温度は、前記第１及び第２シリコン酸化膜２３，２６の形成温度および剥離熱処理温度よりも高温である。
最後に、図２（ｇ）に示すように、ＳＯＩ層平坦化のための研磨を行った。この時の研磨代は、100nmとした。
このようにして、貼り合わせＳＯＩウェーハ２０を製造した。製造した貼り合わせＳＯＩウェーハの反り量は、１２μｍであった。

（比較例２）
ベースウェーハにＣＶＤ法により第２シリコン酸化膜を形成しなかったことを除いて、実施例２と同様にして貼り合わせＳＯＩウェーハを製造した。
製造した貼り合わせＳＯＩウェーハの反り量は、７９０μｍであった。

以下の表２は、実施例２、比較例２で製造した貼り合わせＳＯＩウェーハの各製造条件をまとめたものである。

比較例２を見ると、第１シリコン酸化膜形成時のボンドウェーハの反り量が、１０μｍであったのに対して、高温の結合熱処理後の貼り合わせＳＯＩウェーハの反り量が、７９０μｍであった。すなわち、貼り合わせウェーハを構成するベースウェーハの裏面にＣＶＤ法により第２シリコン酸化膜を形成することなく、高温の結合熱処理を行うと、貼り合わせＳＯＩウェーハが大きく反ってしまうことが判る。
これに対して、実施例２では、剥離熱処理及び結合熱処理前に、ベースウェーハにＣＶＤ法により第２シリコン酸化膜を形成しているので、高温の結合熱処理中に発生する反りを十分に抑えることができたことが判る。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

本発明の貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法の一例を示す説明図である。 本発明の貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法の別の例を示す説明図である。

符号の説明

１０，２０…貼り合わせＳＯＩウェーハ、 １１，２１…ベースウェーハ、
１２，２２…サセプター、 １３，２３…第１シリコン酸化膜、
１４，２４…ボンドウェーハ、 １５，２５…貼り合わせウェーハ、
１６，２６…第２シリコン酸化膜、 ２７…イオン注入層、
１８，２８…ＳＯＩ層。

Claims (5)

1. 貼り合わせＳＯＩウェーハを製造する方法において、少なくとも、シリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハおよびベースウェーハの少なくとも一方のウェーハの貼り合わせ面となる側の主面にＣＶＤ法により第１シリコン酸化膜を形成し、該第１シリコン酸化膜を介して前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハとを貼り合わせて貼り合わせウェーハを形成した後、該貼り合わせウェーハを構成する前記ベースウェーハの貼り合わせ面とは反対側の主面にＣＶＤ法により第２シリコン酸化膜を形成し、前記ボンドウェーハを薄膜化した後、前記第１及び第２シリコン酸化膜形成温度よりも高温で結合熱処理を行うことを特徴とする貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法。
2. 貼り合わせＳＯＩウェーハを製造する方法において、少なくとも、シリコン単結晶ウェーハからなるボンドウェーハの一方の主面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一種類を注入してイオン注入層を形成し、該イオン注入層が形成されたボンドウェーハとシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハの少なくとも一方のウェーハの貼り合わせ面となる側の主面にＣＶＤ法により第１シリコン酸化膜を形成し、該第１シリコン酸化膜を介して前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハとを貼り合わせて貼り合わせウェーハを形成した後、該貼り合わせウェーハを構成する前記ベースウェーハの貼り合わせ面とは反対側の主面にＣＶＤ法により第２シリコン酸化膜を形成し、その後、前記ボンドウェーハを前記イオン注入層で剥離することにより、前記ボンドウェーハを薄膜化した後、前記第１及び第２のシリコン酸化膜形成温度よりも高温で結合熱処理することを特徴とする貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法。
3. 前記イオン注入層での剥離は、前記第２シリコン酸化膜の形成温度よりも高温で熱処理を加えることにより行うことを特徴とする請求項２に記載された貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法。
4. 前記第１シリコン酸化膜の厚さを４μｍ以上とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載された貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法。
5. 前記第２シリコン酸化膜の厚さと前記第１シリコン酸化膜の厚さの差を１μｍ以内にすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法。

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