JP2009111347A

JP2009111347A - 貼り合わせウェーハの製造方法

Info

Publication number: JP2009111347A
Application number: JP2008226648A
Authority: JP
Inventors: Hideki Nishihata; 秀樹西畑; Isoroku Ono; 五十六小野; Akihiko Endo; 昭彦遠藤
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2007-10-11
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2009-05-21
Also published as: TW200935492A

Abstract

【課題】貼り合わせに際し、酸素イオン注入層で研磨Stopする際の表面傷、さらには酸素
イオン注入層で研磨StopまたはエッチStopする際のウェーハ外周部近傍におけるTop層の
膜厚不均一を生じることのない貼り合わせウェーハの有利な製造方法を提供する。
【解決手段】活性層用ウェーハと支持層用ウェーハを貼り合わせたのち、活性層用ウェー
ハを薄膜化することからなる貼り合わせウェーハの製造方法において、
酸素イオン注入層を露出させる工程に先立ち、テラスを形成するためのテラス研磨を行
い、その際、支持層用ウェーハ上テラス部の酸化膜を残存させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、貼り合わせウェーハの製造方法に際し、特に表裏面のキズの発生を効果的に
阻止し，ウェーハ外周部のＴＯＰ層の膜厚均一性を改善しようとするものである。

一般的な貼り合わせウェーハの製造方法としては、酸化膜（絶縁膜）が形成された一枚
のシリコンウェーハに、もう一枚のシリコンウェーハを貼り合わせ、この貼り合わせたシ
リコンウェーハの一方を研削・研磨してSOI層を形成する方法（研削研磨法）や、シリコ
ンウェーハの内部に酸素イオンを打ち込んだのち、高温アニールを行うことによって、シ
リコンウェーハの内部に埋め込み酸化膜を形成し、該酸化膜の上部をSOI層とする方法（S
IMOX）、SOI層側となるシリコンウェーハ（活性層用ウェーハ）の表層部に、水素イオン
等を打ち込んでイオン注入層を形成したのち、支持基板用のシリコンウェーハと貼り合わ
せ、ついで熱処理により上記のイオン注入層で剥離することによって、SOI層を形成する
方法（スマートカット法）等が知られている。

しかしながら、上記した方法のうち研削研磨法は、活性層の膜厚均一性に劣る（±30％
以上）という問題があった。
また、酸素イオン注入を使った方法（SIMOX）の場合には、絶縁層を挟んで結晶方位の
異なるSOI構造の製造ができないという問題があった。

上記の問題を解決するものとして、発明者ら先に、酸素イオン注入法と研削研磨法を組
み合わせたプロセスを開発し、特許文献１において開示した。
特開平５−291543号公報

その他にも、酸素イオン注入法と研削研磨法を組み合わせたプロセスとして、特願2006
−184237号明細書において、次の構成になる貼り合わせウェーハの製造方法を提案した。
「表面に絶縁膜を有しまたは有しない活性層用ウェーハを、直接、支持層用ウェーハと
貼り合わせたのち、活性層用ウェーハを薄膜化することからなる貼り合わせウェーハの製
造方法であって、
活性層用ウェーハに酸素イオンを注入して、活性層内に酸素イオン注入層を形成する
工程、
活性層用ウェーハに対し、非酸化性雰囲気中にて1100℃以上の温度で熱処理を施す工
程、
活性層用ウェーハと支持層用ウェーハとを貼り合わせる工程、
貼り合わせ強度を向上させるための熱処理工程、
貼り合わせウェーハの活性層用ウェーハ部分を、酸素イオン注入層の手前まで研削す
る工程、
活性層用ウェーハをさらに研磨またはエッチングして、酸素イオン注入層を露出させ
る工程、
貼り合わせウェーハを酸化処理して酸素イオン注入層の露出面に酸化膜を形成する工
程、
この酸化膜を除去する工程、および
非酸化性雰囲気中にて1100℃以下の温度で熱処理を施す工程
の時系列的結合になることを特徴とする、貼り合わせウェーハの製造方法。」
このような組み合わせ法により、活性層の膜厚均一性に優れ、また透過電子顕微鏡（
TEM）による評価で比較的欠陥の少ない、直接貼り合わせウェーハの提供が可能になった
。

しかしながら、上記特許文献１に開示の技術には、以下に述べるような問題を残してい
た。
(1) 研削時に支持層用ウェーハの裏面にキズが発生する。
(2) 酸素イオン注入層を研磨により露出させる、すなわち酸素イオン注入層で研磨Stop
する際、表面キズが発生する。
(3) 酸素イオン注入層を研磨またはエッチングにより露出させる、すなわち酸素イオン
注入層で研磨StopまたはエッチStopする際、ウェーハ外周部近傍のTop層の膜厚が不均一
になる。

本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、貼り合わせに際し、支持層用ウェーハ
における裏面キズは勿論のこと、酸素イオン注入層で研磨Stopする際の表面キズ、さらに
は酸素イオン注入層で研磨StopまたはエッチStopする際のウェーハ外周部近傍におけるTo
p層の膜厚不均一を生じることのない貼り合わせウェーハの有利な製造方法を提案するこ
とを目的とする。

さて、発明者らは、上記の問題を解決すべく、貼り合わせ工程の各工程について綿密な
再検討を行ったところ、以下に述べる知見を得た。
(1) 貼り合せ強化熱処理を酸化性雰囲気中で行い、少なくともベース側基板(支持層用
ウェーハ)の裏面に一定厚みの酸化膜を成膜することにより、研削工程での貼り合せウェ
ーハ裏面におけるチャック痕（裏面キズ）を抑制することができる。
(2) 貼り合せウェーハ外周部の未接着部が研磨Stop工程で剥がれて表面キズが発生する
のを抑制するには、その前工程において未接着部を研磨により除去する、すなわちテラス
研磨を施すことが有効である。
(3) テラス研磨により、貼り合せウェーハ外周部（テラス部）のベース側基板のシリコ
ンが露出した場合、後工程の研磨StopまたはエッチStopでテラス部が研磨またはエッチン
グされ、Stop層である酸素イオン注入層の外周部が脱離し、外周部のTop層が消失または
シリコン層膜厚が薄くなるが、この点については、テラス部上に研磨またはエッチングさ
れない酸化膜を残すことで、解決することができる。
本発明は上記の知見に立脚するものである。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．活性層用ウェーハと支持層用ウェーハとを、絶縁膜を介して、または介さずに直接、
貼り合わせたのち、活性層用ウェーハを薄膜化することからなる貼り合わせウェーハの製
造方法であって、
(1) 活性層用ウェーハに酸素イオンを注入する工程、
(2) 活性層用ウェーハと支持層用ウェーハとを、直接または絶縁膜を介して貼り合わせ
る工程、
(3) 貼り合わせ強度を向上させるための熱処理工程、
(4) 貼り合わせウェーハの活性層用ウェーハを減厚化し、酸素イオン注入層を露出させ
る工程、
(5) 活性層用ウェーハの酸素イオン注入層を酸化または研磨により除去する工程、およ
び
(6) 活性層用ウェーハの表面を熱処理及び／または研磨にて平坦化及び／または薄膜化
する工程
を含む一連の工程中、前記(4)の酸素イオン注入層を露出させる工程に先立ち、テラス
を形成するためのテラス研磨を行うことを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法。

２．前記テラス研磨工程において、支持層用ウェーハ上テラス部の酸化膜を残すことを特
徴とする、上記１に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。

３．前記(3)の貼り合わせ強度を向上させるための熱処理工程において、処理雰囲気を酸
化性雰囲気として熱処理を行うことにより、少なくとも150nm以上の酸化膜を貼り合せウ
ェーハの全面に成膜することを特徴とする上記１または２に記載の貼り合わせウェーハの
製造方法。

４．前記貼り合わせウェーハの各ウェーハ面の結晶方位が、（１００），（１１０）また
は（１１１）のいずれかの組み合わせであることを特徴とする上記１〜３のいずれかに記
載の貼り合わせウェーハの製造方法。

本発明によれば、貼り合わせに際し、支持層用ウェーハにおける裏面傷は勿論のこと、
酸素イオン注入層で研磨Stopする際の表面傷、さらには酸素イオン注入層で研磨Stopまた
はエッチStopする際のウェーハ外周部近傍におけるTop層の膜厚不均一を生じることのな
い貼り合わせウェーハを製造することができる。

以下、本発明を具体的に説明する。
まず、本発明で対象とする貼り合わせウェーハ基板および図１に示すプロセスフローに
従う本発明の各製造工程について具体的に説明する。
ウェーハ基板
貼り合わせウェーハを作製するには、活性層用ウェーハと支持層用ウェーハの２枚のシ
リコンウェーハを貼り合わせるわけであるが、本発明は、両ウェーハの貼り合わせに際し
、絶縁膜（酸化膜）を介する場合は勿論のこと、かような絶縁膜を介さずに直接貼り合わ
せる場合にも適用することができる。
なお、貼り合わせウェーハとしては、貼り合せに適した表面ラフネスが良好なものであ
れば、ドーパントの種類、濃度および酸素濃度などは限定されない。ただし、欠陥をより
低減するためには、COPがないまたは少ないウェーハが好ましい。ここに、COPの低減には
、ＣＺ引き上げ条件を最適化してCOPを少なくする方法、ウェーハ鏡面加工後還元雰囲気
中で1000℃以上の高温熱処理を施す方法、ウェーハ上にCVDなどでSiをエピタキシャル成
長させる方法などを適用することができる。

(1) 活性層用ウェーハに酸素イオンを注入する工程
本発明において、酸素イオン注入時の加速電圧は、最終製品の活性層厚さに応じて適宜
選択することができ、特に限定されることはない。従って、通常の酸素イオン注入機の加
速電圧：100〜300keV程度で行えばよい。また、酸素イオンの注入は２度に分けて行うこ
とが好ましい。
第１の酸素イオン注入時のドーズ量は５×10¹⁶〜３×10¹⁷atoms/cm²程度とすることが
好ましい。というのは、第１の酸素イオン注入時のドーズ量が５×10¹⁶atoms/cm²に満た
ないとSiO₂層の形成が十分ではなく適切な研磨Stopができず、一方３×10¹⁷atoms/cm²を
超えると基板を高温にして注入を行っても注入損傷が大きく、欠陥が増加するからである
。研磨Stopを行う場合の好ましい条件は５×10¹⁶〜２×10¹⁷atoms/cm²、一方アルカリ液
によるエッチStopを行う場合には、Stop層となるSiO₂層が完全に連続である必要があるた
め、１×10¹⁷〜３×10¹⁷atoms/cm²程度とすることが好ましい。
この第１の酸素イオン注入時における基板温度は200℃以上とすることが好ましい。よ
り好ましくは400℃以上 600℃以下である。なお、600℃超えでは、イオン注入時の基板加
熱が困難となる。

次に、第２の酸素イオン注入時のドーズ量は１×10¹⁵〜５×10¹⁶atoms/cm²程度とする
ことが好ましい。というのは、第２の酸素イオン注入時のドーズ量が１×10¹⁵atoms/cm²
に満たないとアモルファス層が十分に形成されず、結晶欠陥の進展を止める効果が小さく
、一方５×10¹⁶atoms/cm²を超えると表面層が全てアモルファスになり、活性層が単結晶
にならないからである。
この第２イオン注入時の基板温度は200℃未満とすることが好ましい。200℃以上ではア
モルファス層が十分に形成されず結晶欠陥の進展を止める効果が小さい。好ましくは室温
（約20℃）以上 100℃以下である。なお、室温以下にするためには、ウェーハを強制的に
冷却する機能を注入機に付加する必要がある。

さらに、第１イオン注入と第２イオン注入の間に洗浄を行うことは有利である。という
のは、第１イオン注入工程で発生するパーティクルが、第２イオン注入工程時のマスクと
なって、パーティクルの影の部分にイオンが注入されない場合があり、その結果、この部
分のアモルファス化が十分に行われず、欠陥の突き抜けが生じ、表面欠陥の原因となる危
険性が残るからである。
同様に、第１イオン注入を複数回の分割注入とし、その間に洗浄を行ってもよい。
なお、洗浄方法としては、パーティクル除去能力に優れたSC1、HF、O₃および有機酸な
どが好適である。

(2) 活性層用ウェーハと支持層用ウェーハを貼り合わせる工程
ついで、活性層用ウェーハと支持層用ウェーハとを貼り合わせるが、この貼り合わせに
際しては、絶縁膜を介してもよいし、絶縁膜を介さずに直接、貼り合わせることもできる
。
絶縁膜を介して貼り合わせを行う場合、絶縁膜としては酸化膜（SiO₂）、窒化膜（Si₃N
₄）などが好適である。また、成膜方法としては、酸化雰囲気や窒素雰囲気中での熱処理
（熱酸化、熱窒化）、CVDなどが好適である。熱酸化としては、酸素ガスの他、水蒸気を
使ったWet酸化なども使用することができる。
さらに、絶縁膜は、酸素イオン注入前に表面側基板に成膜しても良いし、注入後でも良
い。また、絶縁膜の成膜は、活性層用ウェーハまたは支持層用ウェーハあるいは活性層用
および支持層用の両ウェーハに対して行うことができる。

上記のようにして活性層内に酸素イオン注入層を形成した活性層用ウェーハに対して、
1000℃以上の温度で熱処理を施してもよい。この時、還元雰囲気中で処理することにより
、酸素イオン注入時に最表面近傍に注入された酸素を外方拡散させて酸素濃度を下げるこ
とができ、その結果、貼り合わせ強化熱処理時の最表面近傍の酸素析出物の生成を抑制し
て、欠陥密度の一層の低減が可能になる。還元雰囲気として、ArまたはH₂またはその混合
雰囲気などが好適である。この場合、特殊な熱処理炉やウェーハ支持ボートを使用する必
要がなく、スリップの発生確率が小さい1200℃以下で行うことが好ましい。
また、1200℃以上の熱処理を行ってもよい。ただし、この場合、還元雰囲気で処理する
と熱処理中に生成されるSiO₂粒子が分解するため、酸化性雰囲気で処理する必要がある。
表面近傍の注入酸素の外方拡散は起こりにくいので、注入酸素は全てイオン注入層で生成
するSiO₂の成長に使用する必要があり、拡散を促進するために1300℃以上の温度で５時間
以上の保持が好ましい。

貼り合わせ雰囲気としては、還元雰囲気とすることが好ましく、特にArやH₂またはその
混合雰囲気などが有利に適合する。
貼り合わせの際の熱処理温度については、アモルファス層の再結晶化抑制のため、1000
℃以下とすることが好ましい。

また、貼り合わせの前には、パーティクルによるボイドの発生を抑制するため、洗浄処
理を施すことが有利である。
洗浄方法として、一般的なシリコンウェーハ洗浄方法である、SC1＋SC2、HF＋O₃、有機
酸またはその組み合わせなどが有効である。
さらに、貼り合せ強度を高めるために、貼り合わせ前のシリコン表面を、酸素、窒素、
He、H₂、Arまたはその混合雰囲気を使ったプラズマによる活性化処理を施すことが有利で
ある。

なお、直接貼り合わせの場合、貼り合わせ面に吸着したH₂Oがその後の熱処理でSiO₂に
変化し、貼り合わせ界面に存在するため、貼り合わせ面のHF洗浄を行い、疎水面貼り合わ
せを行って、SiO₂を抑制する方法を行ってもよい。これにより、界面での酸化物を低減す
ることができ、デバイス特性の改善につながる。

(3) 貼り合わせ強度向上のための熱処理工程
貼り合せ強度を高めるために行うこの熱処理は、結合強度を十分上げるために、1100℃
以上の温度で１時間以上保持することが好ましい。雰囲気については特に制限されないが
、次工程の研削工程でのウェーハ裏面保護のために、酸化雰囲気として、150nm以上の酸
化膜をつけることが好ましい。

(4) 活性層用ウェーハ部分を一部残して研削する工程
貼り合わせウェーハの活性層用ウェーハの研削は、機械式の加工で実施される。この研
削では、酸素イオン注入層の表面側に活性層用ウェーハの一部を残す。残される活性層用
ウェーハの一部の膜厚は限定されない。
次工程での研磨またはアルカリエッチング工程時間を短縮するために、酸素イオン注入
層の直前まで研削することが好ましいが、研削装置の精度、研削によるダメージ深さ（約
２μm）を考慮すると、残膜Si厚さは３〜10μm 程度とするのが好ましい。
なお、研削の代わりに、アルカリ溶液でエッチングしても良いが、その場合には支持側
ウェーハ裏面のエッチングを避けるために、裏面に酸化膜などの保護膜をつけることが望
ましい。

ついで、研磨またはエッチングにより、酸素イオン注入層を露出させるわけであるが、
本発明は、この酸素イオン注入層の露出工程に先立ち、次に述べるテラス研磨を行うこと
が重要である。
通常の研削処理により、酸素イオン注入層を露出させた場合、図２(a)に示すように、
ウェーハの外周部には未溶着部が残る。
(4)'テラス研磨工程
そこで、本発明では、酸素イオン注入層の露出工程に先立ち、貼り合せ未接着部を除去
するためのテラス部研磨を実施することを第一の特徴とした。テラス部を完全に除去する
ことで，その後の例えば研磨工程で，テラスの未接着部が剥がれて，ウェーハ表面にキズ
を付けることが無くなる．
その際、図２(b)の右側に示すように、支持層用ウェーハの酸化膜まで除去してしまう
と、図２(c)の右側に示すように、側面からのアタックにより、SOI層が侵食される弊害が
生じる。この点、図２(b)の左側に示すように、テラス研磨に際し、支持層用ウェーハの
酸化膜を残してやると、図２(c)の左側に示すように、側面からのアタックを防止するこ
とができる。
そこで、本発明では、テラス研磨に際して、支持層用ウェーハ上テラス部の酸化膜を残
すことを第二の特徴とした。そのためには、以下の研磨条件で行うことが好ましい。
すなわち、砥粒濃度（シリカ）が１質量％以下のアルカリ性溶液を使用する。アルカリ
性溶液としては、有機アルカリ溶液でありアミンを主成分としたもの（例えば、ピペラジ
ン、エチレンジアミン等）が有利に適合する。
機械的作用により未接着部は、容易に除去可能である。また、アルカリ性溶液の研磨の
ため、SiとSiO₂とのエッチングレート比が高いため、ベース側表面に存在する酸化膜で、
研磨速度が１/10000以下に小さくなるために、テラス上の酸化膜はほとんど研磨されずテ
ラスの保護膜として残存する。
なお、一般的な砥粒濃度（シリカ）が１質量％の研磨液を使用する場合、研磨時間、圧
力を調整して、テラス上の酸化膜が完全に除去しない条件を選択することが肝要である。
また、デバイス作成領域をできるだけ広くとるためには、テラス研磨幅は小さい方が好
ましい。具体的には、ウェーハ外周から１〜５mm程度、好ましくは２mm以下である。

図３に、研削後の貼り合わせウェーハの外周部およびテラス研磨後の写真を示す。図３
(a)は、研削後の貼り合わせウェーハ外周部の斜視図、同図(b)は、テラス研磨前のウェー
ハ外周部の拡大図、同図(c)は、テラス研磨後のウェーハ外周部の拡大図である。
図３(b)に示した状態で、次工程(5)に従い研磨Stopすると、ウェーハ外周部の未接着部
が剥がれ、研磨疵が発生する。これに対し、同図(c)に示したテラス研磨を行った後では
、研磨Stopした場合でも、ウェーハ外周部の未接着部の剥がれや研磨疵の発生はない。

(5) 活性層用ウェーハをさらに研磨またはエッチングして、酸素イオン注入層を露出させ
る工程
引き続き、活性層用ウェーハをさらに研磨またはエッチングして、酸素イオン注入層を
露出させる。
・研磨法（研磨Stop）
上記の薄膜化処理として、研磨法を利用する場合には、砥粒濃度が１質量％以下の研磨
剤を供給しながら行うことが好ましい。かような研磨液としては、砥粒（例えばシリカ）
濃度が１質量％以下の砥粒を含むアルカリ性溶液が挙げられる。なお、アルカリ性溶液と
しては、無機アルカリ溶液（KOH，NaOH等）、有機アルカリ溶液（例えば、アミンを主成
分とするピペラジンやエチレンジアミン等）またはこれらの混合溶液などが好適である。
この研磨法は、砥粒濃度が１質量％以下であることもあって、砥粒による機械的な研磨
作用はほとんどなく、化学的な研磨作用が優先される。そして、このアルカリ性溶液によ
る化学的な研磨作用により、活性層用ウェーハの一部（Si層）が研磨される。アルカリ性
溶液は、Si／SiO₂のエッチングレート比が高いため、活性層用ウェーハの一部であるSi層
は効率よく研磨することができるが、SiO₂層は殆ど研磨されない。従って、研磨装置の機
械的精度が十分でなくても、酸素イオン注入層はほとんど研磨されることなく、Si層のみ
が研磨される結果、酸素イオン注入層を均一に露出させることができるのである。
なお、以下に述べるエッチング法と比較して、この研磨法の優れた点は、酸素イオン注
入層が完全に連続したSiO₂層にならなくても、酸素イオン注入層で分離された表面側シリ
コンウェーハの一部であるSi活性層にダメージを与えることなく、面内厚さ均一性に優れ
た薄膜層を製造できるところにある。
この際、テラスは酸化膜で保護されているので、テラスが研磨されることはなく、貼り
合せウェーハ外周部の酸素イオン注入層が保護され、外周部まで均一厚さのTopシリコン
層を得ることができる。

・エッチング法（エッチStop）
上記の薄膜化処理に際し、アルカリ性エッチング液を使用して、酸素イオン注入層の研
削側の表面側シリコンウェーハを除去することもできる。
アルカリ性エッチング液としては、例えばKOHやNaOHなどが使用される。酸素イオン注
入層に形成されたSiO₂層が連続していない場合、SiO₂粒子間からアルカリ溶液がしみ込み
、活性層の一部までエッチングすることがある。これを防ぐためには、貼り合わせ前熱処
理および／または貼り合わせ強化熱処理を、1300℃以上の高温で５時間以上の十分な時間
行うことが好ましい。
なお、エッチング様式としては、複数枚のウェーハを同時にエッチング槽に入れてエッ
チングするバッチ式、あるいは一枚づつアルカリ液を吹きかけてエッチングする枚様式の
どちらでもよい。

・エッチング法と研磨法の組み合わせ
エッチング法と研磨法を組み合わせて、酸素イオン注入層を露出させてもよい。
特に、研磨前にSiをエッチングすることで、テラス（２枚のウェーハが貼り合わない最
外周１〜３mmの領域）と貼り合わせ領域境界がスムースになり、パーティクルの発生が抑
制される。なお、研磨前にテラス部のみを研磨してもよい。
・ドライエッチング法
上記した研磨法およびエッチング法の他、CF6、SF6などシリコンを選択的にエッチング
するガスを用いてもよい。

(6) 酸素イオン注入層の除去工程
露出した酸素イオン注入層は、SiO₂生成またはイオン注入に起因した結晶欠陥が多数存
在するため、除去する必要がある。除去方法として、エッチング法、酸化法、研磨法など
がある。
・エッチング法
このエッチング法は、HF溶液に浸漬してSiO₂を除去する方法であり、ウェーハを３〜50
%HF溶液に１〜30分程度浸漬する。酸化膜を介した貼り合せ基板の場合、ウェーハ周辺（
テラス）は酸化膜が露出しているため、高濃度・長時間HF浸漬により酸化膜がエッチング
される。エッチング量が多い場合、ウェーハ周辺のTop層の剥がれが生じ、パーティクル
発生の原因となる。よって、SiO₂除去の目安となる、ウェーハ表面全体が撥水面になる条
件が好ましい。
また、酸素ドーズ量および熱処理条件によっては、酸素イオン注入層がSiO₂とSiの混合
層となり、HF浸漬では完全に除去できない場合もある。
いずれにしても、貼り合わせ前熱処理または貼り合わせ強化熱処理が、完全なSiO₂層が
形成されない低温・短時間処理の場合には、酸素イオン注入層付近に存在する結晶欠陥が
完全には除去できないため、欠陥領域の除去工程がさらに必要となる。

・酸化法
この方法は、酸素イオン注入層の露出面に所定厚さの酸化膜を形成する工程と、この酸
化膜を除去する工程からなる。
この酸化処理は、酸化性雰囲気中で行えばよく、処理温度は特に限定されないが、好適
には600〜1100℃の酸化性雰囲気中での処理である。また、酸化処理される酸化膜の厚さ
も限定されない。
ただし、酸素イオン注入層に多数の結晶欠陥を含む場合、熱処理中に結晶欠陥の活性層
への伸展を抑制するためには、低温処理とすることが好ましく、600〜900℃程度がより好
適である。低温で酸化処理を行う場合、酸化膜成長速度を大きくするために、H₂O蒸気を
使ったWet酸化やHClガスを含んだ酸化性ガス処理の塩酸酸化を適用することができ、高い
スループットを得るためにより好ましい。
酸化膜の厚さは、特に限定されるものではないが、酸素イオン注入層に結晶欠陥層が存
在する場合には、その厚さ以上とすることが好ましく、本発明の酸素イオン注入条件にお
いては、100〜500nm程度とすることが好ましい。酸化膜の厚さが100nm未満では結晶欠陥
領域を十分に除去することができず、一方500nm超では、酸化膜の面内均一性の崩れによ
り、活性層膜厚均一性が劣化する。
この酸化膜を除去するには、HF液による洗浄でもよいし、水素ガスやArガスまたはHFを
含むガスを使ったアニールによるエッチングでもよい。ここに、上記の酸化処理および除
去処理は、複数回行ってもよい。これにより、平坦化された表面粗さを維持したまま、活
性層の一層の薄膜化が可能となる。
酸化膜を除去した後に、例えば有機酸とフッ酸との混合液に貼り合わせウェーハを浸積
して、貼り合わせウェーハの表面に付着するパーティクルおよび金属不純物を除去するこ
とは有利である。
なお、HF溶液に浸漬して酸素イオン注入層中のSiO₂を除去したのち、上記酸化を行って
もよい。

(7) 活性層用ウェーハ表面の平坦化または薄膜化工程
酸素イオン注入層除去後の貼り合わせウェーハ表面は、鏡面研磨と比較すると荒れてい
るため、平坦にする必要がある。
平坦化方法としては、研磨法、還元雰囲気中での熱処理法およびSiエッチングができる
ガス・イオン・ラジカルなどからなるガスエッチングなどが適用できる。
・研磨法
貼り合わせ表面を極僅か研磨してラフネスを改善する。研磨代は10〜500nm程度とする
のが好ましい。10nm未満では十分にラフネスが改善できず、一方500nm超えでは活性層の
膜厚均一性が劣化する。この処理により、表面ラフネス（RMS）を0.5nm以下にすることが
可能である。

・還元雰囲気熱処理法
Ar、H₂またはその混合雰囲気中で熱処理することにより、貼り合わせウェーハ表面のラ
フネスを改善する。処理温度は1000℃以上1300℃以下程度とすることが好ましい。処理時
間については低温ほど長時間とする必要があり、1000〜1200℃では１〜２時間程度、1200
〜1250℃では10〜30分程度、1250以上では１〜５分程度とすることが好ましい。上記の温
度および時間を超えて高温・長時間熱処理にすると、還元雰囲気のエッチング作用により
活性層の面内均一性が劣化するおそれがある。
熱処理炉としては、複数枚を同時に処理できる抵抗加熱型の縦型炉または一枚毎処理す
るランプ加熱式のRTA（高速昇降温炉）などが好適である。特に1200℃以上の処理ではRTA
が有効である。
そして、上記の熱処理により、研磨法の場合と同様に、表面ラフネス（RMS）を0.5nm以
下にすることが可能である。
この熱処理により生じた表面酸化膜の除去は、HF液による洗浄でもよいし、水素ガスや
ArガスまたはHFを含むガスを使ったアニールによるエッチングを用いてもよい。

かくして、膜厚均一性に優れ（ウェーハ外周部の不均一領域が少なく）、欠陥（表裏面
キズ）が少なく，しかも平坦化された表面粗さを有する貼り合わせウェーハを得ることが
できる。

さらに、本発明によれば、結晶方位の異なるシリコンウェーハを直接貼り合わせた（例
えば、１１０結晶と１００結晶の貼り合わせや１１１結晶と１００結晶の貼り合わせ等）
貼り合わせウェーハを作製することも可能である。

実施例１
ＣＺ法により育成され、ボロンがドーパントとされたシリコンインゴットからスライス
した直径：300mmで結晶方位（１００）のシリコンウェーハを２枚準備した。このシリコ
ンウェーハはｐ型で、比抵抗は１〜10Ωcmであった。
２枚のシリコンウェーハのうち活性層用ウェーハとして用いる(100)ウェーハに対し、
酸化雰囲気中にて1000℃，５時間の処理を施し、厚さ：150nmの酸化膜を成膜した。
次に、活性層用ウェーハである（110）ウェーハの表面から、酸素イオン注入を加速電
圧：180 keVで実施した。この酸素イオン注入は２段階に分けて行い、１回目のイオン注
入は、基板温度を200〜600℃とし、ドーズ量：１×10¹⁷atoms/cm²で行った。また、２回
目のイオン注入は、基板温度を室温から300℃以下とし、ドーズ量：５×10¹⁶atoms/cm²で
行った。
その結果、活性層用ウェーハの表面から約400nmの深さ位置に酸素イオン注入層が形成
された。

ついで、両ウェーハにHF＋オゾン洗浄を施し、貼り合せ面上のパーティクルを除去した
後、両ウェーハを貼り合わせた。
その後、貼り合わせ界面を強固に結合するための貼り合わせ熱処理を行った。熱処理条
件は、酸化性ガス雰囲気中で1100℃、約２時間とし、これにより貼り合せウェーハの裏面
に約300nm厚の酸化膜を形成し、後加工時の裏面保護膜とした。
次に、研削装置を用いて、貼り合わせウェーハの活性層用ウェーハを、その表面から所
定の厚さ分だけ研削した。すなわち、酸素イオン注入層の表面側に活性層用ウェーハの一
部（膜厚略５μm）だけを残す研削処理を施した。

次に、貼り合せ未接着部除去のためテラス研磨を実施した。このテラス研磨は、ウェー
ハ外周から２mmの領域について実施した。
その際、本発明に従い、テラス上の酸化膜を残す場合は、砥粒濃度（シリカ）が１質量
％以下のアルカリ性溶液を使用した。アルカリ性溶液は、有機アルカリ溶液であり、アミ
ンを主成分としたもの（例えば、ピペラジン、エチレンジアミン等）を用いた。一方、比
較のため、テラス上の酸化膜を残さないもについては、砥粒（シリカ）濃度が３質量％の
ものを使用した。

ついで、砥粒（シリカ）濃度が１質量％以下の砥粒を含む研磨剤を供給しながら、研削
後の貼り合わせウェーハの表面を研磨し、酸素イオン注入層を露出させた。研磨剤として
は、砥粒濃度が１質量％以下であるアルカリ性溶液を使用した。このアルカリ性溶液は、
有機アルカリ溶液であり、アミンを主成分としたもの（例えばピペラジン、エチレンジア
ミン等）である。
この状態で、貼り合せ表面における傷発生の有無およびTopシリコン層がウェーハ外周
から何ミリまで残存するかを調査した。
得られた結果を表１に示す。なお、表中における「Top層外周部における残存領域（テ
ラス幅）」とは、図４において＊１で示す長さである。

同表に示したとおり、本発明に従い、酸素イオン注入層の露出工程に先立ち、テラス研
磨を行った場合は研磨Stop後の表面キズの発生が無くなり、さらにその際支持層用ウェー
ハ上テラス部の酸化膜を残した場合には、研磨Stop後のテラス幅も3.2mmと微少にするこ
とができた。

その後、貼り合わせウェーハを以下の処理により洗浄した。まず、オゾン濃度が５ppm
の溶存オゾン水溶液に、次に純水に対して有機酸としてクエン酸を0.06質量％混合した水
溶液に、そしてフッ酸を0.05質量％添加した水溶液に、その後純水に対して有機酸である
クエン酸を0.6質量％添加した水溶液に、最後にオゾン濃度が５ppmの室温の溶存オゾン水
溶液に、それぞれ浸漬した。処理時間は各々５分、温度は室温とした。この洗浄処理によ
り、貼り合わせウェーハの表面から金属不純物およびパーティクルを除去した。
上記の洗浄後、アルゴンガス雰囲気中にて1100℃、２時間の熱処理を施して、貼り合わ
せウェーハを完成させた。
このようにして得られた活性層の膜厚は100〜200nmであり、面内での膜厚分布のばらつ
きは10〜20％以内であった。

実施例２
研磨Stopの代りにアルカリ性溶液を使ったエッチStopを実施する以外は、実施例１と同
じ条件で貼り合わせウェーハを作製した。
エッチッグ方法としては、枚葉式のエッチングを用い、貼り合せウェーハの表面のみに
KOHを吹きかけ、酸素イオン注入層上部のシリコン層を除去した。
この状態で、貼り合せ表面における傷発生の有無およびTopシリコン層がウェーハ外周
から何ミリまで残存するかを調査した。
得られた結果を表１に併記する。

同表に示したとおり、研磨Stopの代りにエッチStopを実施した場合でも、本発明に従っ
てテラス研磨を行った場合には、研磨Stop後のウェーハ表面疵の発生はなく、また酸化膜
残しのテラス研磨を行った場合は，テラス幅も2.5mmと微少であった。

本発明のプロセスフローを示す図である。 (a)は、通常の研削処理によって酸素イオン注入層を露出させた場合に、ウェーハの外周部には未溶着部が残った状態を示す図であり、(b)は、テラス研磨を一般的方法および本発明法に従って行った場合を示す図であり、(c)は、側面からのアタックの有無を比較して示す図である。研削後の貼り合わせウェーハの外周部およびテラス研磨後の写真であり、(a)は、研削後の貼り合わせウェーハ外周部の斜視図、(b)は、テラス研磨前のウェーハ外周部の拡大図、(c)は、テラス研磨後のウェーハ外周部の拡大図である。 Top層外周部における残存領域（テラス幅）の説明図である。

Claims

活性層用ウェーハと支持層用ウェーハとを、絶縁膜を介して、または介さずに直接、貼
り合わせたのち、活性層用ウェーハを薄膜化することからなる貼り合わせウェーハの製造
方法であって、
(1) 活性層用ウェーハに酸素イオンを注入する工程、
(2) 活性層用ウェーハと支持層用ウェーハとを、直接または絶縁膜を介して貼り合わせる
工程、
(3) 貼り合わせ強度を向上させるための熱処理工程、
(4) 貼り合わせウェーハの活性層用ウェーハを減厚化し、酸素イオン注入層を露出させる
工程、
(5) 活性層用ウェーハの酸素イオン注入層を酸化または研磨により除去する工程、および
(6) 活性層用ウェーハの表面を熱処理及び／または研磨にて，平坦化及び／または薄膜化
する工程
を含む一連の工程中、前記(4)の酸素イオン注入層を露出させる工程に先立ち、テラスを
形成するためのテラス研磨を行うことを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法．
前記テラス研磨工程において、支持層用ウェーハ上テラス部の酸化膜を残すことを特徴
とする、請求項１に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
前記(3)の貼り合わせ強度を向上させるための熱処理工程において、処理雰囲気を酸化
性雰囲気として熱処理を行うことにより、少なくとも150nm以上の酸化膜を貼り合せウェ
ーハの全面に成膜することを特徴とする請求項１または２に記載の貼り合わせウェーハの
製造方法。
前記貼り合わせウェーハの各ウェーハ面の結晶方位が、（１００），（１１０）または
（１１１）のいずれかの組み合わせであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
載の貼り合わせウェーハの製造方法。