JP2007273942A - 複合材料を製造する方法及びウエハを選択する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複合材料ウエハ、特にシリコンオンインシュレータタイプのウエハを製造プロセスにおいて、使用するウエハを選択するための方法を提供する。
【解決手段】２つのウエハを用意するステップ３１と、一方のウエハを他方のウエハに対して付着させ、特に接合させるステップ４１とを備え、ウエハの境界もしくはその近傍で生じる結晶欠陥の量を減らすために、エッジロールオフ値を決定するステップ３３が実行される方法に関する。エッジロールオフ値は、ウエハのエッジから約０．５〜２．５ｍｍ離れた位置で決定され及び／又は高さプロファイルの二次導関数を使用して決定する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複合材料ウエハ、特にシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）タイプのウエハを製造するための方法であって、２つのウエハを用意するステップと、一方のウエハを他方のウエハに対して特に接合により付着させるステップとを備える方法に関する。また、本発明は、複合材料ウエハの製造プロセスに適したウエハを選択する方法、及び、複合材料ウエハの製造プロセスでのウエハの使用に関する。

最終生成物、例えばＳＯＩウエハ上では、複合材料ウエハの外周の近傍に、欠陥、例えば孔隙を観察することができる。欧州特許第１５６６８３０号から、外周から１０ｍｍ〜３ｍｍ離れた領域で形状変化が０．１ｎｍ以下のウエハに関してＳＯＩ製造プロセスを実行することによりこのタイプの欠陥の量を減らすことができることが知られている。或いは、外周から５ｍｍ離れた位置で０．０２％以下の傾斜を伴うウエハでは、欠陥が少ないＳＯＩウエハが得られる。

本発明の目的は、複合材料ウエハの外周における欠陥の生成を減らすことができる、複合材料ウエハを製造するための代替の方法及び／又は複合材料ウエハの製造プロセスに適した代替のウエハを選択する方法を提供することである。

この目的は、請求項１に係る複合材料を製造する方法を用いて達成される。また、この目的は、請求項２に係るウエハを選択する方法を用いて達成される。

驚くべきことに、ウエハの製造プロセスにおいて、各ウエハのプロファイルの二次導関数を使用してエッジロールオフ値を決定することにより、また、５０ｎｍよりも大きい、特に１００ｎｍよりも大きい、更には１５０ｎｍよりも大きいエッジロールオフ値(ＥＲＯ)を有するウエハだけを使用することにより、ウエハの外周の近傍に形成される孔隙の数を減らすことができる。

ここで、用語「プロファイル」とは、他のウエハに対する付着が生じる表面における径方向でのウエハの高さプロファイルのことである。また、２つのウエハは、同じ材料から成っている必要はなく、また、更なる層が設けられていてもいなくてもよい。

好ましい実施形態において、二次導関数はエッジロールオフ値を定めるために使用され、エッジロールオフ値は、ＥＲＯ＝Ｙ（ａ）−Ｙ（ｆｑａ）を確定することにより得ることができる。この場合、ａ及びｆｑａは、ウエハの２つの半径位置に対応しており、Ｙ（ａ）は二次導関数Ｙ”（ａ）がゼロとなる径方向位置でのウエハの高さに対応しており、Ｙ（ｆｑａ）は外周から約０．５ｍｍ〜２．５ｍｍ離れた、特に約１ｍｍ離れた径方向位置でのウエハの高さに対応している。両方のウエハに関して、この方法を使用するとともに、５０ｎｍよりも大きい、特に１００ｎｍよりも大きい、更には１５０ｎｍよりも大きいエッジロールオフ値を用いると、欠陥に関連する更に改善された結果が得られた。

好ましくは、各ウエハは３００ｍｍタイプのウエハであってもよい。３００ｎｍタイプのウエハの場合には、小さいウエハの場合よりも多くの孔隙が形成されるため、このクラスのウエハにおける孔隙の数を減少させる方法は、大きなサイズのウエハにとって特に興味深い。更に大きいウエハの場合、例えば４５０ｎｍウエハの場合にも、これが効果を奏すると期待される。

ＥＲＯをウエハの幾つかの位置で決定でき、また、個々のＥＲＯ値から平均ＥＲＯが計算されることが有益である。したがって、不均一なウエハエッジを考慮に入れることができる。

好ましくは、本方法は、ウエハ同士を付着させる前に２つのウエハの少なくとも一方に絶縁層を設けるステップを更に備えることができる。二次導関数方法に基づいて決定されるＥＲＯ値においては、例えばＳＯＩタイプのウエハのように絶縁層を備える複合材料ウエハ構造に関して、孔隙数の減少が観察される。

有益なことに、本方法は、ウエハの一方に所定の分離領域を形成するステップを更に備えることができる。このような方法ステップは、一方のウエハから他方のウエハへの薄い材料層の遷移を可能にするために使用され、薄層中には孔隙が形成される。この方法を使用する場合であっても、二次導関数方法に基づいて決定されるＥＲＯ値においては、このように製造された複合材料ウエハ構造に関して孔隙数の減少が観察される。

好ましい実施形態では、２つのウエハの少なくとも一方に絶縁層を設けるステップの後、又は、ウエハの一方に所定の分離領域を形成する更なるステップの後に、エッジロールオフ値の決定及び／又はウエハの選択を行なうことができる。ここで、ＥＲＯ値は、接合される予定になっているようなウエハ同士の接合の直前に決定される。

また、本発明は、請求項７に係るウエハの使用に関する。

本発明の特定の実施形態は、添付図面に関連する以下の説明から更に明らかになろう。

特にＳＯＩウエハにおいて適用できる従来の複合材料製造プロセスの状態が図１に示されている。この製造プロセスは以下のステップを備えており、ＳＯＩウエハに関してこの製造プロセスを説明する。

第１のステップでは、図１の（ａ）に示されるように、２つのＳｉウエハ１１，１３、例えば３００ｍｍウエハが用意される。第２のステップでは、図１の（ｂ）に示されるように、ウエハ１１上で熱酸化物層１５が成長される。実際には、熱成長中、ウエハは酸化物によって全体が覆われる。しかしながら、背面上及び側面上にある酸化物は、その後の段階で除去される。次のステップでは、図１の（ｃ）に示されるように、水素イオン又は希ガスイオン等の原子種１７が熱酸化物層１５を通じてウエハ１１中へ注入され、それにより、ウエハ１１の内部に所定の分離領域１９が形成される。その後、次のステップでは、ウエハ１３とウエハ１１との間に酸化物層１５が位置されるように第２のウエハ１３がウエハ１１に対して接合される。

その後、所定の分離領域１９で剥離が起こるように、接合されたウエハ系に対してエネルギ、特に熱エネルギが与えられ、それにより、最初のウエハ１３とウエハ１１から生じた酸化物層１５及び遷移層２３とを備える所望のシリコンオンインシュレータウエハ２１が形成される。

無論、シリコンオンインシュレータウエハ２１を形成する代わりに、このプロセスを使用して他のタイプの複合材料ウエハを製造することもできる。別の複合材料ウエハの一例は、ストレインドシリコンオンインシュレータ（ｓＳＯＩ）、ＳｉＧｅＯＩ、ＧｅＯＩ、シリコンオンクウォーツＳＯＱ又は直接シリコン接合ウエハ（ＤＳＢ）である。また、更なる層が存在していてもよい。

図２ａは、前述した方法によって得られるシリコンオンインシュレータウエハ２１の平面図を示している。遷移層２３の表面上には、欠陥２５ａ，２５ｂ，２５ｃ等を観察することができる。これらの欠陥は、ＳＯＩウエハ２１のエッジ２７から約３ｍｍ離れて位置されている。説明のため、図中の欠陥のサイズは誇張されている。実際には、欠陥は直径が約１ｍｍのサイズを有している。

図２ｂは、図２ａに示されるＡ−Ａ線に沿って切断した断面を示している。図から分かるように、欠陥２５ｂ，２５ｃは、層２３の遷移が不完全であった領域に対応している。これらの孔隙は、遷移層及び絶縁層１５を完全に貫通して、接合が生じた境界面に達することができる。これらの欠陥は、通常、接合不良が原因である。２つのウエハが接合される場合、これらのウエハは実際には互いに密着された後、一般的にはウエハの一端面で圧力が加えられる。接合が開始されたポイントと反対の端面で接合ウエハの摂動が起こり、これにより、例えば接合力の局部的な低下に起因して欠陥が観察されるようになる。

図３は、少なくとも平均して特定数のウエハにわたって、例えば約１００００個のウエハにわたって前述したタイプの欠陥を減少させることができる、複合材料ウエハを製造するための本発明の方法の一実施形態を示すブロック図である。

第１のステップ３１は、図２ａに示された方法と同様に、２つのウエハを用意することにある。次にステップ３３において、各ウエハのエッジロールオフ値が決定される。複合材料ウエハ２１のエッジ２７から最大で約３ｍｍの場所に図２ａ及び図２ｂに示されるような接合欠陥２５ａ，２５ｂ，２５ｃが主に存在する場合、本発明の第１の実施形態に係るエッジロールオフ値は、ウエハ１１，１３の外周２７から好ましくは約０．５ｍｍ−２．５ｍｍ離れた場所、特に１ｍｍ離れた場所で決定される。

本発明において、エッジロールオフ値は、ウエハのプロファイルＹ（ｒ）の二次導関数を使用して決定される。プロファイルＹ（ｒ）は、その後に付着が起こる表面の一般的にｎｍで表される径方向ｒでの高さプロファイルに対応している。或いは、ウエハ厚プロファイルが使用されてもよい。エッジロールオフ値は、ウエハのプロファイルの二次導関数を使用して決定され、以下の式により定められる。

ＥＲＯ＝Ｙ（ａ）−Ｙ（ｆｑａ） （１）
したがって、ｎｍで表されるＥＲＯは、２つの場所の間、すなわち半径“ａ”の場所と半径“ｆｑａ”の場所との間の高さ（又は厚さ）の差である。“ｆｑａ”の値は、３００ｍｍウエハの場合、１４７．５ｍｍ〜１４９．５ｍｍの半径の範囲となるように、特に１４９ｎｍの半径となるように選択される。

“ａ”の値は、ウエハの半径の所定値ではないが、“ｆｑａ”から始まって中心に向かう方向でＹ（ｒ）の二次導関数がゼロに等しくなる、すなわちＹ”（ａ）＝０となる最初の位置に対応している。

二次導関数は、ウエハのプロファイル測定に基づく数値プロセスを使用して決定されることが好ましい。二次導関数はウエハの幾つかの位置で決定され、また、個々の値から、例えば測定されたプロファイル自体から、或いは、二次導関数プロファイルを２回再積分することにより、平均ＥＲＯ値を計算することができる。二重積分は、一般に、ＥＲＯ値に誤って寄与する部分をフィルタ除去するために使用される。ＥＲＯ値に誤って寄与する部分は、測定チャック上におけるウエハのアライメント不良に起因している可能性があり、それにより例えばウエハが僅かに跳ね飛ぶ。

図４はこのプロセスを示している。上側の図は、例えば図２ａに示される線Ｂに沿うウエハ上の１つ以上の位置において径方向で決定されるウエハの高さプロファイルを示している。二次導関数が下側の図に示されている。この二次導関数は、高さプロファイルを使用して数値的に計算される。このデータを使用して、二次導関数がセロになる位置“ａ”が決定される。その後、対応するウエハ高さＹ（ａ）及びＹ（ｆｑａ）が決定され、これらの高さから、方程式（１）を使用してＥＲＯ値が計算される。

その後、ステップ３５においては、更なる処理のため、ＥＲＯ値が５０ｎｍよりも大きい、特に１００ｎｍよりも大きいウエハのみが選択される。

その後、本発明のプロセスは、２つのウエハの少なくとも一方に図１の（ｂ）に示される層１５のような絶縁層を設けるステップを続ける（ステップ３７）。その後、所定の分離領域が設けられ（ステップ３９）、これは図１の（ｃ）に示される処理ステップに対応している。その後、ステップ４１において、ウエハ同士が互いに付着される。これは、図１の（ｄ）に示される処理ステップに対応している。図１に示される方法ステップの詳細な説明は参照することにより本明細書に組み込まれる。

実施形態１，２の変形例において、エッジロールオフ値決定ステップ３３及び選択ステップ３５は、２つのウエハ１１，１３の少なくとも一方に絶縁層１５を設けた後、或いは、ウエハ１１，１３の一方に所定の分離領域１７を形成するステップの後であっても実行することもできる。

また、本発明の第２の実施形態において、ステップ３３，３５は、図２ａ及び図２ｂに示されるような複合材料ウエハの製造プロセスに適した、ウエハを選択するための独立した方法として実行することもできる。

図５は、５０ｎｍよりも大きい、特に１００ｎｍよりも大きい、更には１５０ｎｍよりも大きいエッジロールオフ値を有するウエハのみを使用する有利な効果を示している。図５は、ドナー基板としての機能を果たすウエハ１１及びＳＯＩウエハ２１の製造における支持基板としての機能を果たす第２のウエハ１３に関し、以下の決定されたエッジロールオフ値に対して１００００個のウエハのサンプルにおける平均的な数の結晶欠陥がプロットされている３次元ダイアグラムである。

ＥＲＯ＝Ｙ（ａ）−Ｙ（ｆｑａ＝１４９ｎｍ）
これらのウエハは、二次導関数に基づくＥＲＯ値を定めるレイテックス・ダイナサーチツールを使用して解析された。

図から明らかなように、図２ａ及び図２ｂに示されるようなタイプの欠陥の量は、両方のウエハにおけるエッジロールオフ値が５０ｎｍ未満である場合、平均して１０個を超えることができ、また、エッジロールオフ値が１００ｎｍ未満である場合には、２個を超えることができる。この場合、エッジロールオフ値はダブル微分法（ｄｏｕｂｌｅ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ）を使用して決定された。逆に言うと、両方のウエハのエッジロールオフ値が１００ｎｍを越える場合、これらの欠陥の量は平均して２個未満となる。

（ａ）〜（ｅ）は当分野において既知である複合材料ウエハの製造プロセスを示している。 外周近傍に欠陥を有する当分野において既知である複合材料ウエハを平面図で示している。 外周近傍に欠陥を有する当分野において既知である複合材料ウエハの、図２ａのＡ−Ａ線に沿っての断面図である。 複合材料ウエハを製造するための本発明の方法の一実施形態を示すブロック図である。 二次導関数を使用してエッジロールオフ値を決定する方法を示している。 複合材料ウエハの製造プロセスで使用される２つのウエハのＥＲＯ値の関数として孔隙欠陥の平均的な数を表す３次元ダイアグラムである。

符号の説明

１１，１３…ウエハ、１５…熱酸化物層、１９…分離領域、２１…シリコンオンインシュレータウエハ、２３…遷移層。

Claims (7)

1. 複合材料ウエハ、特にシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）タイプのウエハを製造するための方法において、
   ２つのウエハ（１１，１３）を用意するステップと、
   一方のウエハを他方のウエハに対して付着させ、特に接合させるステップと、
   を備え、
   付着させる前に、各ウエハ（１１，１３）のプロファイルの二次導関数を使用して２つの各ウエハのエッジロールオフ（ＥＲＯ）値を決定するとともに、５０ｎｍよりも大きい、特に１００ｎｍよりも大きい、更には１５０ｎｍよりも大きいＥＲＯを有するウエハを使用し、
   ＥＲＯが、以下の式を確定することにより得られ、
   ＥＲＯ＝Ｙ（ａ）−Ｙ（ｆｑａ）
   ａ及びｆｑａがウエハの２つの半径位置に対応しており、Ｙ（ａ）が二次導関数Ｙ”がゼロとなる径方向位置でのウエハの高さに対応しており、Ｙ（ｆｑａ）が外周（２７）から約０．５ｍｍ〜２．５ｍｍ離れた、特に約１ｍｍ離れた径方向位置でのウエハの高さに対応していることを特徴とする、方法。
2. 請求項１に記載の複合材料ウエハの製造プロセスに適したウエハを選択する方法において、
   ウエハのプロファイルの二次導関数が、ウエハのエッジロールオフ（ＥＲＯ）値を定めるために決定され、５０ｎｍよりも大きい、特に１００ｎｍよりも大きい、更には１５０ｎｍよりも大きいＥＲＯを有するウエハだけが製造プロセスのために選択され、
   ＥＲＯが以下の式を確定することにより得られ、
   ＥＲＯ＝Ｙ（ａ）−Ｙ（ｆｑａ）
   ａ及びｆｑａがウエハの２つの半径位置に対応しており、Ｙ（ａ）が二次導関数Ｙ”がゼロとなる径方向位置でのウエハの高さに対応しており、Ｙ（ｆｑａ）が外周（２７）から約０．５ｍｍ〜２．５ｍｍ離れた、特に約１ｍｍ離れた径方向位置でのウエハの高さに対応していることを特徴とする、ウエハを選択する方法。
3. 各ウエハ（１１，１３）が３００ｍｍタイプのウエハである、請求項１又は２に記載の方法。
4. ＥＲＯがウエハの幾つかの位置で決定され、個々の値から平均ＥＲＯが計算される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. ウエハ同士を付着させる前に２つのウエハ（１１，１３）の少なくとも一方に絶縁層（１５）を設けるステップを更に備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. ウエハ（１１，１３）の一方に所定の分離領域（１７）を形成するステップを更に備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 複合材料ウエハ(２１)、特にシリコンオンインシュレータタイプのウエハの製造プロセスにおける、５０ｎｍよりも大きい、特に１００ｎｍよりも大きい、更には１５０ｎｍよりも大きいエッジロールオフ値（ＥＲＯ）を有するウエハの使用であって、
   ＥＲＯが以下の式を確定することにより得られ、
   ＥＲＯ＝Ｙ（ａ）−Ｙ（ｆｑａ）
   ａ及びｆｑａがウエハの２つの半径位置に対応しており、Ｙ（ａ）が二次導関数Ｙ”がゼロとなる径方向位置でのウエハの高さに対応しており、Ｙ（ｆｑａ）が外周（２７）から約０．５ｍｍ〜２．５ｍｍ離れた、特に約１ｍｍ離れた径方向位置でのウエハの高さに対応している、ウエハの使用。

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