JP2009176918A - Ｓｏｉ基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハの貼り合わせ界面におけるボイドの発生を確実に防止する。
【解決手段】ＳＯＩ基板の製造方法は、表面に酸化膜１１ａが形成された活性層用ウェーハ１１を支持基板用ウェーハ１２に貼り合わせて貼り合わせウェーハ１３を得た後に活性層用ウェーハ１１を研削してＳＯＩ基板を得る。活性層用ウェーハ１１又は支持基板用ウェーハ１２のいずれか一方が両面研磨されたシリコンウェーハからなり、活性層用ウェーハ１１又は支持基板用ウェーハ１２のいずれか他方が片面研磨されたシリコンウェーハからなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、活性層用ウェーハを支持基板用ウェーハに貼り合わせた後に活性層用ウェーハを研削してＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板を得るＳＯＩ基板の製造方法に関するものである。

従来、ＳＯＩ基板は、デバイスが作製される活性層用ウェーハと、これを支持する支持基板用ウェーハとから製造されている。図４にこれらの活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを用いた製造フローを示す。即ち、ブロック切断された単結晶シリコンインゴットをスライスして多数枚のシリコンウェーハを作製する。ここでは、活性層用をシリコンウェーハ１、支持基板用をシリコンウェーハ２とする。次いで、これらのシリコンウェーハ１，２の外周部を面取りする。その後、ラップ盤により両シリコンウェーハ１，２の表裏両面をラッピングし、それから両ウェーハ１，２を混酸に浸漬し、ラップ、面取りの歪みを除去する。その後、両シリコンウェーハ１，２の外周部の面取り面を研磨布によって鏡面に仕上げし、さらに、研磨装置により後に貼り合わされる各シリコンウェーハ１，２の貼り合わせ表面を鏡面研磨する。その後、シリコンウェーハ１だけを洗浄し、さらに熱酸化装置の反応管に収納して熱酸化処理する。これにより、シリコンウェーハ１の表裏面に熱酸化膜１ａが形成される。それから、両ウェーハ１，２を最終洗浄する。

このようにして得られた活性層用ウェーハ１と支持基板用ウェーハ２とはその後室温で重ね合わされ、重ね合わされた状態で加熱炉の石英反応管内に装入される。そして、石英反応管内に、直接、高純度の酸素ガス又は不活性ガスを導入し、炉内温度１１００℃〜１２００℃、加熱時間１〜２時間の条件で、この貼り合わせウェーハ３の貼り合わせ強度を高める貼り合わせ熱処理を施す。それから、超音波を照射して貼り合わせ界面のボイド検査を行い、次に活性層用ウェーハ１の外周部を面取りし、貼り合わせウェーハ３の外周部の不完全貼り合わせ部を除去し、その後、活性層用ウェーハ１に表面研削・表面研磨を施して所定厚さとし、そして洗浄する。なお、この表面研削時に、活性層用ウェーハ１の表面に形成された酸化膜１ａが除去される。

しかし、従来の製造方法によれば、これらの活性層用ウェーハ１および支持基板用ウェーハ２は、エッチング工程でフッ酸、硝酸及び酢酸からなる混酸が使われていたため、この混酸での酸エッチングはエッチングレートが大きく、エッチング時間が短くなる反面、結晶面方位に依らずにエッチングが進行する等方性エッチングの性質があり、シリコンウェーハ１，２の表面があれやすい。よって、エッチドウェーハの外周部の断面形状が円形に近づき、丸みを帯びていた。そのため、後の研磨工程において、例えばシリコンウェーハ１，２をキャリアプレートにワックス貼着して研磨布により研磨する際、この断面略円形状を有するウェーハの外周部が、キャリアプレートに圧接された状態で加工される。これにより、研磨後、キャリアプレートからシリコンウェーハ１，２を剥離すると、ウェーハ外周部が研磨された面側に立ち上がった形状を呈していた。即ち、外力を加えていない条件で平面にウェーハを載置したとき、貼り合わせ面であるその表面中央部よりも外周縁部分の数ミリの領域が例えば０．２〜１．０μｍ程度高い形状を呈していた。よって、それぞれが外周立ちした活性層用ウェーハ１と支持基板用ウェーハ２とを貼り合わせることで、活性層用ウェーハ１と支持基板用ウェーハ２との外周部付近の貼り合わせ界面にボイドが多発する不具合があった。

このような不具合を解消するために、活性層用シリコンウェーハ及び支持基板用シリコンウェーハをアルカリ性エッチング液によりアルカリエッチすることが提案されている（例えば、特許文献1参照。)。即ち、活性層用のシリコンウェーハ及び支持基板用のシリコンウェーハをエッチングする際、ウェーハにアルカリエッチを施す。アルカリエッチは結晶面方位に依ってエッチング速度が異なる異方性エッチングの特性を有し、これにより、エッチドウェーハの外周部の断面形状はその周辺部が丸まりにくくなる。その結果、後工程の研削または研磨において、例えばシリコンウェーハをキャリアプレートにワックス貼着して研削または研磨を施した場合でも、また、真空吸着でウェーハを研磨定盤に保持して研磨を行った場合でも、加工後に剥離されたウェーハの外周立ちを抑えることができる。その結果、後工程でこの外周立ちが減少した活性層用ウェーハ及び支持基板用ウェーハを貼り合わせることで、両ウェーハ間の貼り合わせ界面でのボイドの発生を抑えることができるとしている。
特開２００３−６８９９６号公報（明細書［０００６］〜［００１０］、図１）

しかし、上記従来のＳＯＩ基板の製造方法では、従来のエッチング工程において用いられている混酸の他にアルカリ性エッチング液を準備しなければならず、そのエッチング液の管理が煩雑になる不具合があった。また、アルカリ性エッチング液を用いることにより、活性層用シリコンウェーハ及び支持基板用シリコンウェーハの周辺部を丸まりにくくすることができても、後工程の研削または研磨加工後に剥離されたウェーハの外周立ちを完全に無くすことはできず、両ウェーハ間の貼り合わせ界面でのボイドの発生を十分に抑えることが困難という未だ解決すべき課題が残存していた。

本発明の目的は、ウェーハ貼り合わせ界面におけるボイドの発生を確実に防止することができるＳＯＩ基板の製造方法を提供することにある。

請求項１に係る発明は、表面に酸化膜が形成された活性層用ウェーハを支持基板用ウェーハに貼り合わせて貼り合わせウェーハを得た後に活性層用ウェーハを研削してＳＯＩ基板を得るＳＯＩ基板の製造方法の改良である。

その特徴ある点は、活性層用ウェーハ又は支持基板用ウェーハのいずれか一方が両面研磨されたシリコンウェーハからなり、活性層用ウェーハ又は支持基板用ウェーハのいずれか他方が片面研磨されたシリコンウェーハからなるところにある。

この請求項１に記載されたＳＯＩ基板の製造方法では、活性層用ウェーハ又は支持基板用ウェーハのいずれか一方は片面研磨されたシリコンウェーハからなるので、その一方のシリコンウェーハの貼り合わせ面の外周部は立ち上がったものとなる。しかし、活性層用ウェーハ又は支持基板用ウェーハのいずれか他方が両面研磨されたシリコンウェーハからなるので、そのシリコンウェーハの外周部はその断面において先細り形状のものとなる。このため、これらを貼り合わせることにより得られた貼り合わせウェーハの周囲の活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの間では、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハは互いに密着し、それらの間にボイドが生じるようなことはない。よって、このような貼り合わせ基板の貼り合わせ界面におけるボイドの発生を確実に防止することができる。

本発明のＳＯＩ基板の製造方法では、活性層用ウェーハ又は支持基板用ウェーハのいずれか一方のシリコンウェーハの貼り合わせ面の外周部は立ち上がったものとなるけれども、活性層用ウェーハ又は支持基板用ウェーハのいずれか他方のシリコンウェーハの外周部をその断面において先細り形状にすることができる。このため、これらを貼り合わせることにより得られた貼り合わせウェーハの周囲の活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの間は、その周囲以外の内側の部分とともに互いに密着し、貼り合わせ基板の貼り合わせ界面におけるボイドの発生を確実に防止することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１に本発明のＳＯＩ基板の製造方法のフローシートを示す。このＳＯＩ基板の製造方法では、あらかじめ単結晶シリコンからなる表面が鏡面仕上げされた活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを用意する。具体的には、ブロック切断後の単結晶シリコンインゴットをスライスし、多数枚の、例えば厚さが約９００μｍであって、その外径が６インチのシリコンウェーハを得る。ここでは便宜上、活性層用のシリコンウェーハを１１、支持基板用のシリコンウェーハを１２とする。

これらのシリコンウェーハ１１，１２は、先ずその外周部に面取りが施される。例えば、＃６００の砥粒を結合材によって結合した面取り砥石を使用し、１００μｍ程度の加工取り代となるように研削する。続いて、ラップ盤により、シリコンウェーハ１１，１２の表裏両面をラッピングする。例えば、片面で２０〜５０μｍ、両面で４０〜１００μｍ程度がラッピングされるのが一般的である。

その後、シリコンウェーハ１１，１２をエッチング液に浸漬し、ラップ時のひずみ、面取り時のひずみなどを除去する。この場合のエッチング液は、従来から用いられている混酸であっても又はアルカリ性エッチング液であっても良い。その後、表裏両面がラッピングされたシリコンウェーハ１１，１２の表裏両面をチャックに吸着した状態で、ウェーハ外周部における面取り面を研磨布により鏡面仕上げする。ここでの加工取り代は、片面で１．０〜３．０μｍ程度である。次に、研磨装置を使用し、シリコンウェーハ１１，１２の表面を１０〜２０μｍ研磨して、エッチング後のシリコンウェーハの歪みを除去するとともに、シリコンウェーハ１１，１２の吸着面のあれなどを除去する。

本発明の特徴ある点は、研磨装置を使用した研磨において、活性層用ウェーハ１１又は支持基板用ウェーハ１２のいずれか一方を片面研磨し、活性層用ウェーハ１１又は支持基板用ウェーハ１２のいずれか他方を両面研磨するところにある。この実施の形態では、図１に示すように、活性層用ウェーハとなるシリコンウェーハ１１を両面研磨し、支持基板用ウェーハとなるシリコンウェーハ１２を片面研磨する場合を示す。

ここで、支持基板用ウェーハとなるシリコンウェーハ１２の片面研磨にあっては、貼り合わせウェーハ１３の周囲の活性層用ウェーハ１１と支持基板用ウェーハ１２との間を密着させる必要があるため、シリコンウェーハ１２の外周部の立ち上がりを極力抑える必要がある。このための手段としては、前述の支持基板用のシリコンウェーハ１２をエッチングする際にアルカリエッチを施して、エッチング後のウェーハ１２の外周部の断面形状をあまり丸めないで研磨することが考えられる。

また、シリコンウェーハ１２外周部の立ち上がりを極力抑える別の手段として、図２に示すように、シリコンウェーハ１２を研磨装置のキャリアプレート１４にワックス貼着する際に、そのシリコンウェーハ１２の周囲とキャリアプレート１４との間に樹脂リング１６を挿入し、シリコンウェーハ１２の外周部がキャリアプレート１４に圧接されることを回避することが考えられる。ここで図２における符号１７は、シリコンウェーハ１２をキャリアプレート１４に貼着する際に、そのシリコンウェーハ１２を保護するためにそれらの間に設けられるバックシート１７である。このように、樹脂リング１６をシリコンウェーハ１２の周囲とキャリアプレート１４との間に挿入した状態で研磨すると、ウェーハ外周部も十分に研磨され、研磨後にキャリアプレート１４からシリコンウェーハ１２を剥離したときに生じる外周部の立ち上がり量を著しく軽減することができる。

一方、シリコンウェーハを両面研磨すると、その外周部はその上面及び下面ともに中央部分に比較して著しく研磨され、断面形状において中央から外周方向に向かって先細りとなる形状を呈することが知られている。そして、この実施の形態における活性層用ウェーハとなるシリコンウェーハ１１の両面研磨にあっては、貼り合わせウェーハ１３の周囲の活性層用ウェーハ１１と支持基板用ウェーハ１２との間を密着させる必要があるため、シリコンウェーハ１１の外周部の断面における先細り形状を極力増大させることが好ましい。

また、活性層用ウェーハとなるシリコンウェーハ１１にあっては、その表裏面に熱酸化膜１１ａを形成する。具体的には、研磨された後のシリコンウェーハ１１を洗浄し、その後熱酸化装置の反応管に収納して、例えば１１００℃、６０〜１２０分の条件で熱酸化処理する。このようにして、シリコンウェーハ１１の表裏面に熱酸化膜１１ａを形成する。

その後、こうして得られた活性層用ウェーハ１１と支持基板用ウェーハ１２とをそれぞれ洗浄する。この洗浄としては、アンモニア水、過酸化水素水、水の混液からなるいわゆるＳＣ−１液による洗浄、又はこのＳＣ−１液による洗浄後に５％の希ＨＦ液を用いる洗浄が挙げられる。そして、その後、純水により更に水洗される。

次に、表面に酸化膜１１ａが形成された活性層用ウェーハ１１を支持基板用ウェーハ１２に貼り合わせて貼り合わせウェーハ１３を得る。ここで、前述したように、片面研磨された支持基板用シリコンウェーハ１２の外周部の立ち上がりは抑制されるとともに、両面研磨された活性層用シリコンウェーハ１１の外周部はその断面における先細り形状が増大されているので、この貼り合わせウェーハ１３は、その周囲における活性層用ウェーハ１１と支持基板用ウェーハ１２との間が密着することになる。そして、このように貼り合わされた貼り合わせウェーハ１３を、容量がおよそ１３０リットルの石英反応管内に装入する。石英反応管内に、直接、高純度の酸素ガスまたは不活性ガス（窒素ガスなど）、または、酸素と水素の燃焼によって生成した水蒸気を導入し、炉内温度１１００℃、加熱時間２時間または１２００℃、加熱時間１時間の条件で、この貼り合わせウェーハ１３の貼り合わせ強度を高める貼り合わせ熱処理を施す。

その後、超音波探傷装置を用いて、貼り合わせウェーハ１３に超音波を照射して貼り合わせ界面のボイド検査を行う。次に、活性層用ウェーハ１１の外周部を面取りし、貼り合わせウェーハ１３の外周部の不完全な貼り合わせ部を除去する。続いて、活性層用ウェーハ１１に表面研削および表面研磨を施した後、仕上げ洗浄が行われ、ＳＯＩ基板を得る。なお、この表面研削時に、活性層用ウェーハ１１の表面に堆積された酸化膜１１ａは除去される。

このようなＳＯＩ基板の製造方法では、活性層用ウェーハ１１又は支持基板用ウェーハ１２のいずれか一方は片面研磨されたシリコンウェーハからなるので、その一方のシリコンウェーハの貼り合わせ面の外周部は立ち上がったものとなる。しかし、活性層用ウェーハ１１又は支持基板用ウェーハ１２のいずれか他方が両面研磨されたシリコンウェーハからなるので、そのシリコンウェーハの外周部はその断面において先細り形状のものとなる。このため、これらを貼り合わせることにより得られた貼り合わせウェーハ１３の周囲の活性層用ウェーハ１１と支持基板用ウェーハ１２との間は互いに密着し、それらの間にボイドが生じるようなことはない。よって、このような貼り合わせ基板の貼り合わせ界面におけるボイドの発生を確実に防止することができる。

なお、上述した実施の形態では、活性層用ウェーハとなるシリコンウェーハ１１を両面研磨し、支持基板用ウェーハとなるシリコンウェーハ１２を片面研磨する場合を説明したが、図３に示すように、活性層用ウェーハとなるシリコンウェーハ１１を片面研磨し、支持基板用ウェーハとなるシリコンウェーハ１２を両面研磨しても良い。この場合であっても、これらを貼り合わせることにより得られた貼り合わせウェーハ１３の周囲の活性層用ウェーハ１１と支持基板用ウェーハ１２との間は互いに密着し、このような貼り合わせ基板の貼り合わせ界面におけるボイドの発生を確実に防止することができる。

本発明実施形態のＳＯＩ基板の製造方法のフローシートである。 研磨装置のキャリアプレートとシリコンウェーハの周囲との間に樹脂リングを挿入した状態を示す断面図である。 本発明の別のＳＯＩ基板の製造方法のフローシートである。 従来のＳＯＩ基板の製造方法を示す図１に対応するフローシートである。

符号の説明

１１ 活性層用ウェーハ
１１ａ 酸化膜
１２ 支持基板用ウェーハ
１３ 貼り合わせウェーハ

Claims (1)

1. 表面に酸化膜が形成された活性層用ウェーハを支持基板用ウェーハに貼り合わせて貼り合わせウェーハを得た後に前記活性層用ウェーハを研削してＳＯＩ基板を得るＳＯＩ基板の製造方法において、
   前記活性層用ウェーハ又は前記支持基板用ウェーハのいずれか一方が片面研磨されたシリコンウェーハからなり、
   前記活性層用ウェーハ又は前記支持基板用ウェーハのいずれか他方が両面研磨されたシリコンウェーハからなる
   ことを特徴とするＳＯＩ基板の製造方法。