JP2007243038A

JP2007243038A - 貼り合わせウェーハ及びその製造方法

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Publication number: JP2007243038A
Application number: JP2006066020A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Morimoto; 信之森本; Hideki Nishihata; 秀樹西畑; Etsuro Morita; 悦郎森田
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2007-09-20

Abstract

【課題】本発明の目的は、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハの少なくとも一方の貼り合わせ面に、所定のプラズマ処理を施すことにより、テラス部の発生を効果的に抑止することができる貼り合わせウェーハの製造方法の提供することにある。
【解決手段】熱酸化された活性層用ウェーハに軽元素イオンを注入し、表面から0.1〜2μmの深さに欠陥層が形成させる。イオン注入したウェーハを、研磨した支持基板用ウェーハと共に、貼り合わせ界面の接着強度が大きくなるようにプラズマ処理を施す。なお、プラズマ処理は、窒素、酸素、水素、又は窒素と水素の混合ガスの雰囲気中で行われることが好ましい。プラズマ処理後、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハを貼り合わせ、熱処理により活性層用ウェーハを剥離させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水素又はヘリウム等の軽元素を所定の深さ位置にイオン注入した活性層用ウェーハを、支持基板用ウェーハと貼り合わせ、その後の熱処理によりイオン注入した部分を剥離させる工程を有する、貼り合わせウェーハの製造方法及びその方法により製造した貼り合わせウェーハに関するものである。

貼り合わせウェーハの製造方法としては、例えば、水素又はヘリウム等の軽元素を所定の深さ位置にイオン注入した活性層用ウェーハを、支持基板用ウェーハと貼り合わせ、その後の熱処理により、イオン注入した部分を剥離させる、いわゆるスマートカット法がある。このスマートカット法は、従来の貼り合わせ技術とは異なり、貼り合わせた後の剥離により、その剥離した残部がウェーハとして再利用できる。この再利用により、貼り合わせウェーハでありながら、そのうちの１枚のウェーハを複数回使用することが可能となり、材料コスト削減の道を開いた。また、スマートカット法により製造したウェーハは、膜厚均一性に優れているという利点もあり、将来性のある製造方法として注目されている。

ただしスマートカット法は、活性層用ウェーハを熱処理により剥離させた際、支持基板用ウェーハの外周部上に、テラス部（活性層の外周に位置する支持基板用ウェーハの外周部）が不可避的に発生する。テラス部上には、剥離の際に活性層用ウェーハの一部が固着・残存して、いわゆるSOI島と称される島状の固着物が生じ、このSOI島が残存したままだと、デバイスプロセス中にパーティクルとなって、パターン欠陥を引き起こす原因となりやすく、デバイス特性や性能に悪影響を及ぼすことが懸念される。このため、貼り合わせウェーハの品質を向上させるためには、活性層用ウェーハの剥離によるテラス部の発生をできる限り抑止し、あるいはテラス部が発生してもテラス部の幅をできるだけ狭くし、且つテラス部をSOI島等の固着物のないクリーンな状態にすることが必要である。

テラス部の発生を抑止する第１の方法としては、剥離熱処理条件を改善する方法が挙げられる。例えば、特許文献１に記載されているように、アニーリング開始温度の次に緩速勾配で温度処理し、転移温度に達した後に、急速勾配で加熱するように剥離熱処理条件を制御し、テラス部の発生を抑止する方法が開示されている。
特開２００３−３４７５２６号公報

また、テラス部の発生を抑止する第２の方法としては、貼り合わせ技術に工夫を施す方法が挙げられる。例えば、特許文献２に記載されているように、支持基板、酸化膜、活性層を階段状に積み重ねることで、活性層外周部と支持基板との接着面積を小さくし、これにより、テラス部の発生を抑止する方法が開示されている。
特開２０００−２４３９４２号公報

テラス部の発生を抑止する第３の方法としては、テラス部を除去する方法が挙げられる。例えば、特許文献３に記載されているように、熱処理により活性層を剥離させた後、貼り合わせウェーハ端部にベリリング処理を施すことでテラス部を除去する方法が開示されている。
特開２００１−１４４２７４号公報

しかしながら、特許文献１記載の方法では、剥離後に発生するテラス幅が1000〜1300μm程度と広く、テラス部の発生を抑止する方法としては不十分であり、加えて、活性層外周部のSOI島の存在範囲である活性層外周面のスムースさが20μm以上と大きく、これが後のデバイスプロセス中に剥がれ落ちることでパーティクルとなる恐れもある。

さらにまた、特許文献２記載の方法では、貼り合わせウェーハの端部が階段状になっているため、支持基板ウェーハの端部は無駄になってしまい、特許文献３記載の方法では、貼り合わせウェーハ端部をベリリング処理により除去するため、本来有効な活性層までも削り取ることとなる。その結果、特許文献２及び３記載の方法は、いずれも半導体基板として使用できるウェーハの有効面積が小さくなるという問題がある。

本発明の目的は、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハの少なくとも一方の貼り合わせ面に、所定のプラズマ処理を施すことにより、テラス部の発生を効果的に抑止することができる貼り合わせウェーハの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）水素又はヘリウム等の軽元素を所定の深さ位置にイオン注入した活性層用ウェーハを、支持基板用ウェーハと貼り合わせ、その後の熱処理によりイオン注入した部分を剥離させる工程を有する貼り合わせウェーハの製造方法において、前記活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハを貼り合わせるに先立ち、これらウェーハの貼り合わせ面の少なくとも一方に所定のプラズマ処理を施すことを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法。

（２）所定のプラズマ処理は、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハの両貼り合わせ面に施す上記（１）記載の貼り合わせウェーハの製造方法。

（３）前記プラズマ処理の雰囲気ガスは、窒素、酸素、水素、又は窒素と水素の混合ガスである上記（１）又は（２）記載の貼り合わせウェーハの製造方法。

（４）活性層用ウェーハを支持基板用ウェーハに貼り合わせ、剥離させた直後に、剥離させた活性層の外周部を研磨する工程をさらに有する上記（１）、（２）又は（３）記載の貼り合わせウェーハの製造方法。

（５）上記（１）〜（３）のいずれか１項記載の方法により製造された、テラス幅の大きさが1mm以下、テラス幅のばらつきが200μm以内、及び活性層の外周面のスムースさの範囲が10μm以内である貼り合わせウェーハ。

（６）上記（４）記載の方法により製造された、テラス幅の大きさが1mm以下、テラス幅のばらつきが100μm以内、及び活性層の外周面のスムースさの範囲が5μm以内である貼り合わせウェーハ。

この発明によれば、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハの少なくとも一方の貼り合わせ面に、所定のプラズマ処理を施すことにより、テラス部の発生を効果的に抑止することができる貼り合わせウェーハの製造方法の提供が可能になった。

次に、この発明に従う貼り合わせウェーハの製造方法について図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明の製造方法によって貼り合わせウェーハを製造する工程を説明するためのフローチャートである。

この発明の製造方法は、水素又はヘリウム等の軽元素イオンを所定の深さ位置にイオン注入した活性層用ウェーハ１を、支持基板用ウェーハ２と貼り合わせ、熱処理によりイオン注入した部分を剥離させる工程を有する、いわゆるスマートカット法による製造方法である。より具体的には図１に示すように、表面に熱酸化させた酸化層３を有する活性層用ウェーハ（図１(a)）にH⁺のような軽元素イオンを注入し、表面から例えば0.1〜2μmの深さに欠陥層４を形成させる（図１(b)）。イオン注入した活性層用ウェーハ１と図１(c)に示す支持基板用ウェーハ２の貼り合わせ面の少なくとも一方、図１(d)では、両貼り合わせ面に対し、貼り合わせ界面の接着強度が大きくなるようにプラズマ処理を施す。なお、ここでいうプラズマ処理とは、貼り合わせ表面の活性化、および貼り合わせ表面に付着している有機物の除去による接着力強化が目的である。また、雰囲気としては特に限定するものではないが、例えば、窒素、酸素、水素、又は窒素と水素の混合ガスの雰囲気中で行われることが好ましい。プラズマ処理後、活性層用ウェーハ１と支持基板用ウェーハ２を貼り合わせ（図１(e)）、窒素雰囲気中で所定温度、好適には400〜600℃の範囲内で熱処理を行い、欠陥層４にて活性層用ウェーハの残部５を剥離させる（図１(f)）。この方法により、活性層用ウェーハ１´のイオン注入部（欠陥層４）の剥離に伴い不可避的に形成されるテラス部６の幅及びそのばらつき、並びに活性層７の外周面８のスムースさを、効果的に抑制することが可能となる。

本発明では上記工程後、剥離させた貼り合わせウェーハ（図１(g)）の活性層７の外周部８（活性層７とテラス部６との境界部分）に研磨機９を用いて研磨を施す（図１(h)）ことが、テラス部６のばらつき及び活性層７の外周面８のスムースさがより改善される点で好ましい。

なお、前記したように、この貼り合わせウェーハでは、剥離により支持基板用ウェーハの外周部上にテラス部が不可避的に形成されることが知られている。図２(a)〜(d)に示すように、剥離直後の貼り合わせウェーハ１０は、活性層１１の外周面１１ａがリアス式海岸のように波打っていて、テラス幅Ｗに大きなばらつきがあること、及び前記剥離時に活性層の一部がテラス部１２上に固着してSOI島と称する島状の固着物１３が残存する傾向があり、その後の工程により、この剥離した活性層１１の外周部１１ａを研磨し、テラス幅Ｗのばらつきを小さくするとともに、島状の固着物１３を除去して、活性層１１の外周面１１ａのスムースさも小さくすることが必要である。

また、剥離後のテラス幅Ｗは、1mm以下であることが好ましい。ただし、図２(a)に示すようなノッチ部又はオリエンテーションフラット部（図示せず）位置でのテラス幅は考慮に入れない。

また、「テラス幅Ｗのばらつき」とは、ウェーハ全周における、テラス幅Ｗの最大値と最小値の差をいう。テラス幅Ｗのばらつきの範囲は、活性層１１の剥離後で全周にわたって200μm以内に収めることが好ましく、活性層１１の外周部１１ａをさらに研磨する場合には研磨後で100μm以内に収めることが好ましい。ただし、ノッチ部又はオリエンテーションフラット部（図示せず）位置でのテラス幅は考慮に入れない。

また、「活性層の外周面のスムースさ」とは、図２(c)に示すように、所定の視野範囲（幅：2mm）で、活性層１１の外周面１１ａをウェーハ１０上方から眺めたときの、活性層１１の外周面１１ａからSOI島１３の残存している範囲をいう。活性層外周面１１ａのスムースさの範囲は、活性層１１の剥離後で10μm以内に収めることが好ましく、活性層外周部１１ａをさらに研磨する場合には研磨後で5μm以内に収めることが好ましい。

そして、図３は、この発明に従う貼り合わせウェーハの製造方法における、剥離した活性層の外周部の研磨工程を実施するのに好適な研磨機の要部構成を、研磨する貼り合わせウェーハとともに示した図であって、所定の固定砥粒研磨布を用いてウェーハ活性層の外周部、特に活性層外周部（活性層とテラス部との境界部分）を研磨することにより、活性層の剥離に起因して発生するSOI島を、テラス幅のばらつき、及び活性層の外周面のスムースさを抑制しつつ、有効に除去することができる。

図示の研磨機１４（図３では枚葉研磨機）は、多数の固定砥粒１５aが埋め込まれた固定砥粒研磨布１５を表面に取り付けた剛体の研磨用ヘッド１６と、吸着パッド１７を表面に取り付けた研磨用テーブル１８で主として構成され、貼り合わせウェーハ１９が吸着パッド１７を介して研磨用テーブル１８上に固定載置され、固定砥粒研磨布１５を、載置された貼り合わせウェーハ１９の上方から下方の所定位置まで下降移動させるとともに、必要に応じて研磨液を研磨用ヘッド１６の中心位置に設けた研磨液導入管２０から供給しながら貼り合わせウェーハ１９を構成する活性層の表面及び外周部を研磨することが好ましい。

前記固定砥粒研磨布としては、例えば、多官能イソシアネートをもつソフトセグメント、及び多官能ポリオールをもつハードセグメントからなり、かつ発泡倍率が1.1〜4倍であるウレタン結合材と、平均粒径が0.2〜10μmの範囲で且つ水酸基をもつシリカとを有し、ハードセグメントの、ウレタン結合材中に占める割合が、分子量比で40〜55％であり、シリカの、固定砥粒研磨布全体に占める体積割合が20〜60％の範囲であり、固定砥粒研磨布のショアＤ硬度が40〜80であることが好ましい。

上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。

（実施例１）
実施例１は、サイズが300mmの活性層用シリコンウェーハに1500Åの酸化膜を形成した後、水素ガスのイオン注入（加速電圧：50keV、ドーズ量：1×10¹⁷／cm²）を行った後、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハの両貼り合わせ面に対し、窒素ガス雰囲気にてプラズマ処理を施し、その後貼り合わせた。貼り合わせウェーハに窒素雰囲気で500℃、30分間の熱処理を施して、水素イオンを注入した部分を剥離させた。

（実施例２）
実施例２は、酸素ガス雰囲気にてプラズマ処理を施すこと以外は、実施例１と同様の工程で貼り合わせウェーハを製造した。

（実施例３）
実施例３は、水素ガス雰囲気にてプラズマ処理を施すこと以外は、実施例１と同様の工程で貼り合わせウェーハを製造した。

（実施例４）
実施例４は、96体積％の窒素、4体積％の水素の混合ガス雰囲気にてプラズマ処理を施すこと以外は、実施例１と同様の工程で貼り合わせウェーハを製造した。

（実施例５）
実施例５は、剥離させた後に図３に示す研磨条件で剥離させた活性層の外周部を研磨する工程をさらに有する以外は、実施例１と同様の工程で貼り合わせウェーハを製造した。
（実施例６）
実施例６は、窒素ガス雰囲気にて活性層用ウェーハの貼り合わせ面のみプラズマ処理を施すこと以外は、実施例１と同様の工程で貼り合わせウェーハを製造した。
（実施例７）
実施例７は、窒素ガス雰囲気にて支持基板用ウェーハの貼り合わせ面のみプラズマ処理を施すこと以外は、実施例１と同様の工程で貼り合わせウェーハを製造した。

比較例

（比較例１）
比較例１は、貼り合わせ前にプラズマ処理を行わないこと以外は、実施例１と同様の工程で貼り合わせウェーハを製造した。

（比較例２）
比較例２は、貼り合わせ前にプラズマ処理を行わず、剥離させた直後に剥離させた活性層の外周部を図３に示す研磨条件で研磨する工程をさらに有すること以外は、実施例１と同様の工程で貼り合わせウェーハを製造した。

（評価方法）
上記で作製した各ウェーハの、テラス幅、テラス幅のばらつき、及び活性層の外周面のスムースさの観察及び計測について、光学顕微鏡を用いて行った。テラス幅、テラス幅のばらつき、及び活性層の外周面のスムースさの観察結果を図４、計測結果を表１に示す。

表１の結果から、研磨処理を施していない実施例１〜４はテラス幅及びそのばらつき、並びに活性層の外周面のスムースさのいずれについても、同じく研磨処理を施していない比較例１よりも良好な数値を得ていることがわかる。また、プラズマ処理に加えて研磨処理をさらに施した実施例５は、テラス幅がプラズマ処理を行うことなく研磨処理だけを施した比較例２よりも格段に小さい。この結果、貼り合わせ前にプラズマ処理を施すことが、テラス幅及びそのばらつき、並びに活性層外周面のスムースさを抑制することに効果を奏していることがわかる。

この発明の製造方法によって貼り合わせウェーハを製造する工程を説明するためのフローチャートであって、(a)は熱酸化処理した活性層用ウェーハ、(b)はH^＋イオンを用いてイオン注入した活性層用ウェーハ、(c)は支持基板用ウェーハ、(d)は両ウェーハの貼り合わせ面に対しプラズマ処理を施した状態、(e)は両ウェーハを貼り合わせた状態、(f)は熱処理により活性層から活性層用ウェーハの残部剥離時の状態、(g)は活性層用ウェーハの残部剥離後の状態、そして(h)は貼り合わせウェーハ外周部の研磨状態を示す。貼り合わせウェーハの概念図であって、(a)は平面図、(b)は (a)のＩ領域、(c)は(b)のII領域、(d)は (b)のIII−III線上断面図を示す。この発明の研磨に用いるのに適した枚葉研磨機の要部構成の概略断面図であって、貼り合わせウェーハの外周部を研磨している状態を示す。実施例１〜７並びに比較例１及び２の貼り合わせウェーハの外周部を、光学顕微鏡を用いて観察したときの写真であって、(a)は実施例１、(b)は実施例２、(c)は実施例３、(d)は実施例４、(e)は実施例５、(f)は実施例６、(g)は実施例７、(h)は比較例１、そして(i)は比較例２の観察結果を示す。

符号の説明

１イオン注入した活性層用ウェーハ
２支持基板用ウェーハ
３酸化層
４欠陥層
５活性層用ウェーハの残部
６テラス部
７活性層
８外周面
９研磨機
１０貼り合わせウェーハ
１１活性層
１１ａ活性層の外周面
１２テラス部
１３ SOI島
１４枚葉研磨機
１５固定砥粒研磨布
１６研磨用ヘッド
１７吸着パッド
１８研磨用テーブル
１９貼り合わせウェーハ
２０研磨液導入管
２１活性層
２２支持基板
２３ SOI島

Claims

水素又はヘリウム等の軽元素イオンを所定の深さ位置にイオン注入した活性層用ウェーハを、支持基板用ウェーハと貼り合わせ、その後の熱処理によりイオン注入した部分を剥離させる工程を有する貼り合わせウェーハの製造方法において、
前記活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハを貼り合わせるに先立ち、これらウェーハの貼り合わせ面の少なくとも一方に所定のプラズマ処理を施すことを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法。
所定のプラズマ処理は、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハの両貼り合わせ面に施す請求項１記載の貼り合わせウェーハ。
前記プラズマ処理の雰囲気ガスは、窒素、酸素、水素、又は窒素と水素の混合ガスである請求項１又は２記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
活性層用ウェーハを支持基板用ウェーハに貼り合わせ、剥離させる工程の後に、活性層の外周部を研磨する工程をさらに有する請求項１、２又は３記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
請求項１〜３のいずれか１項記載の方法により製造された、テラス幅が1mm以下、テラス幅のばらつきが200μm以内、及び活性層の外周面のスムースさの範囲が10μm以内である貼り合わせウェーハ。
請求項４記載の方法により製造された、テラス幅が1mm以下、テラス幅のばらつきが100μm以内、及び活性層の外周面のスムースさの範囲が5μm以内である貼り合わせウェーハ。