JP2008258304A - 半導体基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板抵抗1〜100mΩcmの活性層用ウェーハに酸素イオンを注入して、前記活性層用ウェーハに酸素イオン注入層を形成する工程、前記活性層用ウェーハと支持用ウェーハとを、絶縁層を介して、または介さないで貼り合わせて、貼り合わせウェーハを形成する工程、前記貼り合わせウェーハを熱処理して貼り合わせを強化し、かつ前記酸素イオン注入層をSiO2層とする工程、前記貼り合わせを強化した、貼り合わせウェーハを、活性層用ウェーハの表面側から研削、研磨および/またはエッチングして、前記SiO2層を表面に露出させる工程、前記SiO2層を除去する工程、SiO2層を除去した、貼り合わせウェーハを還元雰囲気下で熱処理して、活性層用ウェーハに含まれる導電性成分を拡散させる工程
を含む、貼り合わせウェーハの製造方法。
【選択図】図1
Description
(1)研磨ストップ層であるSiO2相粒子を含んだ層または連続したSiO2層とシリコン基板との界面ラフネスが大きく、その結果、最終製品である貼り合せウェーハ表面のラフネスも大きくなる。
(2)そのため、SOI構造作成後、表面ラフネス改善のために追加加工として研磨処理または1100℃1hrの高温熱処理が必要であった。この高温熱処理はコスト上昇の要因となる。
(3)さらにこの追加加工により、Top(活性層)層の面内均一性が劣化するという、品質に関する課題もあった。
基板抵抗1〜100mΩcmの活性層用ウェーハに酸素イオンを注入して、前記活性層用ウェーハに酸素イオン注入層を形成する工程、
前記活性層用ウェーハと支持用ウェーハとを、絶縁層を介して、または介さないで貼り合わせて、貼り合わせウェーハを形成する工程、
前記貼り合わせウェーハを熱処理して貼り合わせを強化し、かつ前記酸素イオン注入層をSiO2相粒子を含んだ層または連続したSiO2層(以下、ストップ層という)とする工程、
前記貼り合わせを強化した、貼り合わせウェーハを、活性層用ウェーハの表面側から研削、研磨および/またはエッチングして、前記ストップ層を表面に露出させる工程、
前記ストップ層を除去する工程、および
ストップ層を除去した、貼り合わせウェーハを還元雰囲気下で熱処理して、活性層用ウェーハに含まれる導電性成分を拡散させる工程
を含む、貼り合わせウェーハの製造方法。
(1)基板抵抗1〜100mΩcmの活性層用ウェーハに酸素イオンを注入して、前記活性層用ウェーハに酸素イオン注入層を形成する工程、
(2)前記活性層用ウェーハと支持用ウェーハとを、絶縁層を介して、または介さないで貼り合わせて、貼り合わせウェーハを形成する工程、
(3)前記貼り合わせウェーハを熱処理して貼り合わせを強化し、かつ前記酸素イオン注入層をSiO2相粒子を含んだ層または連続したSiO2層(ストップ層)とする工程、
(4)前記貼り合わせを強化した、貼り合わせウェーハを、活性層用ウェーハの表面側から研削、研磨および/またはエッチングして、前記ストップ層を表面に露出させる工程、
(5)前記ストップ層を除去する工程、および
(6)ストップ層を除去した、貼り合わせウェーハを還元雰囲気下で熱処理して、活性層用ウェーハに含まれる導電性成分を拡散させる工程
活性層用ウェーハとしては、基板抵抗1〜100mΩcmのシリコンウェーハを用いる。基板抵抗1〜100mΩcmのシリコンウェーハは、例えば、p型ウェーハであることができ、より具体的には、導電性成分としてホウ素を含有するウェーハであることができる。基板抵抗1 mΩcm未満のウェーハは、結晶引き上げが困難であることから、本発明で基板抵抗1mΩcm以上のウェーハを用いる。基板抵抗が100mΩcmを超えると、SiO2反応促進による表面ラフネス改善の効果がほとんど見られないことから、基板抵抗の上限は100mΩcmとする。活性層用ウェーハの基板抵抗は、表面ラフネス改善の効果の観点から、好ましくは1〜20mΩcmの範囲である。
前記活性層用ウェーハと支持用ウェーハとを、絶縁層を介して、または介さないで貼り合わせて、貼り合わせウェーハを形成する。具体的には、支持用ウェーハが絶縁層(例えば、SiO2層)を有し、この絶縁層を介して、前記活性層用ウェーハと支持用ウェーハとを貼り合わせる。これにより、最終的製品として、SOI基板が得られる。また、支持用ウェーハは絶縁層を有さず、前記活性層用ウェーハと支持用ウェーハとを直接貼り合わせることもできる。これにより、最終的製品として、DSB基板が得られる。
前記貼り合わせウェーハを熱処理して貼り合わせを強化し、かつ前記酸素イオン注入層をSiO2層とする。貼り合わせを強化し、かつ酸素イオン注入層をストップ層とする工程における熱処理は、1000〜1300℃の範囲の温度で行なうことができる。この熱処理は、雰囲気は特に制限されず酸素を含む酸化雰囲気またはアルゴンなどの不活性ガス等の雰囲気下で行い、かつ時間は1〜10 時間の範囲とすることが適当である。
貼り合わせを強化し、かつSiO2相粒子を含んだ層または連続したSiO2層(ストップ層)が形成された、貼り合わせウェーハを、活性層用ウェーハの表面側から研削、研磨および/またはエッチングして、前記ストップ層を表面に露出させる。このストップ層表面露出工程は、例えば、前記貼り合わせウェーハを、活性層用ウェーハの表面側から研削し、次いで研削面をさらに研磨および/またはエッチングすることを含むことができる。この工程では、ストップ層は研削ストップ層として機能する。研磨は、SiとSiO2との研磨レート比の大きい、例えば、砥粒を含まないアルカリ性溶液を用いて行うことができる。研磨レート比は大きい方が好ましく、レート比10以上、更に好ましくは100以上である。エッチングは、例えばSiのみエッチングできるKOH溶液を用いて行うことができる。ただし、SiO2相粒子を不連続にSi中に存在したストップ層の場合、エッチング液がSiO2粒子間に染込んでいくため、エッチングを適用する場合は、ストップ層が連続したSiO2層であることが好ましい。
ストップ層を表面に露出させた後、露出したストップ層を除去する。ストップ層の除去は、例えば、HF処理によって行うことができる。HF処理は、例えば、1%に希釈されたHF溶液中に(バッチタイプの洗浄機)5分間浸すことで完全に除去することが可能である。SiO2相粒子を不連続にSi中に存在したストップ層の場合には、酸化雰囲気で熱処理することで連続したSiO2層に変化させた後、HF処理によって除去可能である。
ストップ層を除去した、貼り合わせウェーハは、還元雰囲気下で熱処理して、活性層用ウェーハに含まれる導電性成分を拡散させる。上記のように活性層用ウェーハとして、基板抵抗1〜100mΩcmのシリコンウェーハを用い、このウェーハは、p型ウェーハであることができ、より具体的には、導電性成分としてホウ素を含有するウェーハである。この工程において、例えば、導電性成分としてホウ素を拡散させる。活性層用ウェーハに含まれる導電性成分を拡散させる工程における熱処理は、1000〜1200℃の温度範囲で行なうことができる。熱処理時間は、活性層用ウェーハに含まれる導電性成分を拡散させるに十分な時間とすれば良く、例えば、10分〜10時間の範囲とすることができる。
実施例1
以下の手順により、SOI構造の貼り合わせウェーハを作製した。
(1)300mm支持用ウェーハを準備した。300mm支持用ウェーハは、基板抵抗が10-20Ωcmのp型ウェーハ(100)であり、1000℃、5hr、酸素雰囲気中の熱処理で形成した、BOX層(1500Å)を有する。
(2)300mm活性層用ウェーハ(Top基板)を準備した。300mm活性層用ウェーハは、基板抵抗が0.001-10Ωcmの範囲(詳細は表1に示す)のp型ウェーハ(100)であり、酸素イオン注入層を有する。酸素イオン注入層は、加速電圧180keV、ドーズ量2e17cm-2、基板温度100-500℃の条件で形成した。
(3)上記支持用ウェーハおよび活性層用ウェーハはSC1洗浄後、貼り合せた。
(4)貼り合せ後、貼り合せ強化熱処理を1200℃、1hr(-酸素雰囲気)で行った。
(5)活性層用ウェーハの表面から基板研削研磨を行い残り厚さ約10μmとした。
(6)研削研磨後に、さらにSiO2層で停止するまで、砥粒を含まないアルカリ性研磨液を用いて研磨を行った。尚、この研磨は、アルカリ溶液でのエッチングに替えることもできる。
(7)次いで、HF溶液(濃度25%)により、SiO2層を除去した。
(8)次いで貼り合せウェーハを1000-1200℃、1hr(アルゴン雰囲気)保持して外方拡散処理を行なった。
(9)得られた貼り合せウェーハの評価を以下のように行った。
AFMによるラフネス評価((7)後に評価)評価結果を表1に示す。
SIMSによる活性層用ウェーハ(Top層)中のボロン濃度((8)後に評価(一部) )
評価結果を表2に示す。
以下の手順により、DSB構造の貼り合わせウェーハを作製した。
(1)300mm支持用ウェーハを準備した。300mm支持用ウェーハは、基板抵抗が10-20Ωcmのp型ウェーハ(100)である。
(2)300mm活性層用ウェーハ(Top基板)を準備した。300mm活性層用ウェーハは、基板抵抗が0.001-10Ωcmの範囲(詳細は表1に示す)のp型ウェーハ(110)であり、酸素イオン注入層を有する。酸素イオン注入層は、加速電圧180keV、ドーズ量2e17cm-2、基板温度100-500℃の条件で形成した。
(3)〜(9)は、実施例1と同様に実施した。
評価結果を表1に示す。
Claims (9)
- 基板抵抗1〜100mΩcmの活性層用ウェーハに酸素イオンを注入して、前記活性層用ウェーハに酸素イオン注入層を形成する工程、
前記活性層用ウェーハと支持用ウェーハとを、絶縁層を介して、または介さないで貼り合わせて、貼り合わせウェーハを形成する工程、
前記貼り合わせウェーハを熱処理して貼り合わせを強化し、かつ前記酸素イオン注入層をSiO2相粒子を含んだ層または連続したSiO2層(以下、ストップ層という)とする工程、
前記貼り合わせを強化した、貼り合わせウェーハを、活性層用ウェーハの表面側から研削、研磨および/またはエッチングして、前記ストップ層を表面に露出させる工程、
前記ストップ層を除去する工程、および
ストップ層を除去した、貼り合わせウェーハを還元雰囲気下で熱処理して、活性層用ウェーハに含まれる導電性成分を拡散させる工程
を含む、貼り合わせウェーハの製造方法。 - 前記活性層用ウェーハがp型ウェーハである、請求項1に記載の製造方法。
- 前記p型ウェーハは、導電性成分としてホウ素を含有する、請求項2に記載の製造方法。
- 酸素イオン注入層は、前記活性層用ウェーハの貼り合わせ用の表面から200〜1000nmの深さに形成される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記支持用ウェーハが絶縁層を有し、この絶縁層を介して、前記活性層用ウェーハと支持用ウェーハとを貼り合わせる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記支持用ウェーハは絶縁層を有さず、前記活性層用ウェーハと支持用ウェーハとを直接貼り合わせる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記貼り合わせを強化し、かつ酸素イオン注入層を、SiO2相粒子を含んだ層または連続したSiO2層(ストップ層)とする工程における熱処理は、1000〜1300℃の範囲の温度で行なう、請求項1〜6のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記ストップ層を表面に露出させる工程は、前記貼り合わせを強化した、貼り合わせウェーハを、活性層用ウェーハの表面側から研削し、次いで研削面をさらに研磨および/またはエッチングすることを含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記活性層用ウェーハに含まれる導電性成分を拡散させる工程における熱処理は、1000〜1200℃の温度範囲で行なう、請求項1〜8のいずれか1項に記載の製造方法。
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