JP2009238946A - 直接接合ウェーハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ボンドウェーハとベースウェーハとが絶縁膜を介さずに直接貼り合された構造を有する直接接合ウェーハの製造方法であって、少なくとも、前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハの貼り合わせを行う表面にHF処理を行い、前記表面を水素で終端させる工程と、前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハを不活性ガス中で熱処理して前記終端している水素を前記貼り合わせを行う表面から離脱させる工程と、前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハを貼り合わせる工程とを含むことを特徴とする直接接合ウェーハの製造方法。
【選択図】 図1
Description
この欠陥を低減するために、水素イオンの打ち込み深さを深くするという方法があるが、酸化膜が薄いとその効果は十分ではない。
また、ボイドの少ない強固な貼り合わせを行うため、2枚の鏡面シリコンウェーハを希HF溶液で洗浄し乾燥させることによって表面を水素で終端させ、その表面のH基被覆率θ=60%以上にし、ドライ酸素雰囲気、1200〜1280℃、60分間で熱処理する張り合わせ基板の製造方法が開示されている(特許文献3参照)。
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、ボイドやブリスターなどの界面欠陥が少ない直接接合ウェーハが製造できる製造方法を提供することを目的とする。
このように、前記HF処理をHF含有水溶液で行えば、前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハの貼り合わせを行う表面を容易に効率良く水素終端とすることができる。
2枚のウェーハを直接接合してなる直接接合ウェーハの製造において、ウェーハ表面の自然酸化膜上にある結合子となる水分および結合子とはならない水素が原因でウェーハにボイド、ブリスターと言われている欠陥が発生してしまうことがあった。特に、ウェーハ表面および自然酸化膜上に水分及び水素が共存する場合にブリスターやボイドなどの界面欠陥が発生しやすい。
程の一例を示すフロー図である。
本発明の直接接合ウェーハの製造方法では、まず、図1(a)のように、ボンドウェーハ1およびベースウェーハ2となる2枚のウェーハを用意する。例えば、シリコン層を有する直接接合ウェーハを製造するためには、ボンドウェーハ1としてシリコンウェーハを用いる。また、ベースウェーハ2としては、ボンドウェーハ1と同様のシリコンウェーハとすることができるが、例えば、シリコンウェーハとは異種のウェーハ、またはボンドウェーハ1と方位が違うシリコンウェーハなどを用いてもよい。シリコンウェーハと異種のウェーハとしては、シリコン−ゲルマニウム混晶ウェーハを挙げることができるが、これに限定されない。方位の違うシリコンウェーハとしては、例えばボンドウェーハを面方位(110)とし、ベースウェーハ2を(100)とすることで、デバイス作製をする薄膜層の面方位が(110)であるので、高速デバイスとすることが可能であり、ベースウェーハ2は(100)を用いることで高温熱処理による反りの発生を防止することができる。このようなシリコンウェーハの表面には、自然酸化膜6が形成されている。
ここで、HF処理はHF含有水溶液中にウェーハを浸漬させ洗浄することで貼り合わせを行う表面3を含む全面の自然酸化膜を除去することができる。
このように、HF処理をHF含有水溶液を用いて行えば、ボンドウェーハ1とベースウェーハ2の貼り合わせを行う表面3を容易に効率良く水素終端とすることができる。
このとき、アニールする際に使用する不活性ガスとして、露点が−110℃以下の100%アルゴンガスを用いることができる。
このように、水分等の不純物成分が含まれるのが極めて抑制されたアルゴンガスを使用すれば、熱処理による面粗れを十分に防いで面粗れによる界面欠陥の発生を抑制する効果を奏しつつ、貼り合わせを行う表面から終端している水素を離脱させることができる。
ここで、アニール温度は、特に限定されないが、例えば400℃程度とすることができる。
このように、本発明では、ブリスターやボイドなどの界面欠陥の原因となる水分および水素がウェーハの表面3にほとんどない状態で貼り合わせを行うので、界面欠陥が少ない高品質の直接接合ウェーハを製造することができる。
本発明では、この薄膜化を、後述する第二の実施形態で示すような、少なくともイオン注入剥離法を含む工程により行うこともできる。
まず、前記の実施形態と同様に、ボンドウェーハ1とベースウェーハ2となる2枚のウェーハを用意する(図2(a))。
このように、水分が注入された雰囲気中で水素を離脱させたボンドウェーハ1とベースウェーハ2の表面3に水分を均一に吸着させてから、ウェーハの貼り合わせを行えば、ボンドウェーハ1とベースウェーハ2の接合強度を高めることができる。
このように、ボンドウェーハ1とベースウェーハ2の表面3から水素を離脱した状態で貼り合わせを行えば、ボイドやブリスターなどの界面欠陥が少ない高品質の直接接合ウェーハを製造することができる。また、水素が離脱したボンドウェーハ1とベースウェーハ2の表面3に水分を吸着させた状態では、界面欠陥が発生し易い水分と水素が共存した状態と比較して、同程度の接合強度を保ちつつ、界面欠陥を十分に抑制することができる。すなわち、界面欠陥が少ない高品質の直接接合ウェーハを製造することができる。
このとき、水分吸着後貼り合わせた場合は、貼り合わせ界面に自然酸化膜6が形成されていることになる。
このように、イオン注入剥離法により薄膜化を行えば、極めて均一な厚さ分布を有する薄膜を得ることができる。
図2(e)にて、ボンドウェーハ1とベースウェーハ2の表面3に水分を吸着させた場合には、そのウェーハの表面3に酸化膜6が成長し、この酸化膜6が貼り合わせウェーハ4の界面に残存してしまうことがある。本発明では、このような場合に、貼り合わせウェーハ4を高温の不活性ガス雰囲気中で熱処理することによって、界面の酸化膜6を除去し、直接接合ウェーハを製造することができる。また、これによって貼り合わせウェーハ4、すなわち、直接接合ウェーハの接合強度を高めることができる。
直接接合ウェーハを製作するためのウェーハとして、直径300mmの面方位(110)と面方位(100)ウェーハを用意し、薄膜化が行われるボンドウェーハに面方位(110)を、支持基板となるベースウェーハに(100)を用いた。
次に、予めボンドウェーハの表面に熱酸化により酸化膜を50nm成長させ、その後、ボンドウェーハの表面から酸化膜を介して、水素イオンの打ち込みを行った。ここで、水素イオンの注入条件はドーズ量7×1016atoms/cm2、加速エネルギーは35keVとした。
次に、それらのウェーハを引き続きアルゴンガス中で貼り合わせを行った。
次に、貼り合わせたウェーハを剥離熱処理し薄膜化を行った。ここで、熱処理条件は500℃で30分間とした。
このようにして、本発明の直接接合ウェーハの製造方法は、ボイドやブリスターなどの界面欠陥が少ない直接接合ウェーハを製造することができることが確認できた。
実施例1と同一仕様の2つのウェーハを用い、露点が−110℃以下のアルゴンガス中でアニールしてウェーハ表面の水素を離脱する工程までは実施例1と同一の工程を行った後、チャンバー内の温度を200℃以下に降温した状態でスチームを注入してウェーハ表面に水分を吸着させた。この際、両ウェーハの表面に薄い酸化膜が形成された状態となった。
次に、それらのウェーハを引き続きアルゴンガス中で貼り合わせを行った。
次に、貼り合わせたウェーハを剥離熱処理を行った。ここで、熱処理条件は500℃で30分間とした。
次に、貼り合わせウェーハは貼り合わせ界面に薄い酸化膜を有するので、それを除去して直接接合ウェーハを得るため、アルゴンガス雰囲気中で、1200℃、2時間の熱処理を行った。
このようにして、本発明の直接接合ウェーハの製造方法は、ボイドやブリスターなどの界面欠陥が少ない直接接合ウェーハを製造することができることが確認できた。
実施例1と同一仕様の2つのウェーハを用い、露点が−110℃以下のアルゴンガス中でアニールしてウェーハ表面の水素を離脱する工程を除いた実施例1と同一の工程を行って直接接合ウェーハを作製した。そして、その結果得られた直接接合ウェーハの界面欠陥の状態を観察を行ったところ、この直接接合ウェーハにはブリスター及びボイドが多発していることが確認できた。
4…貼り合わせウェーハ、5…イオン注入層、6…自然酸化膜、
7…熱酸化膜。
Claims (6)
- ボンドウェーハとベースウェーハとが絶縁膜を介さずに直接貼り合された構造を有する直接接合ウェーハの製造方法であって、少なくとも、前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハの貼り合わせを行う表面にHF処理を行い、前記表面を水素で終端させる工程と、前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハを不活性ガス中で熱処理して前記終端している水素を前記貼り合わせを行う表面から離脱させる工程と、前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハを貼り合わせる工程と、ボンドウェーハを薄膜化する工程とを含むことを特徴とする直接接合ウェーハの製造方法。
- 前記表面を水素で終端させる工程の前に、前記ボンドウェーハの貼り合わせを行う表面から水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一方をイオン注入してイオン注入層を形成し、前記ボンドウェーハの薄膜化工程において、前記ボンドウェーハの一部を前記イオン注入層で剥離することを特徴とする請求項1に記載の直接接合ウェーハの製造方法。
- 前記水素を離脱させる工程の後に、水分が注入された雰囲気中で前記水素を離脱させた前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハの表面に水分を吸着させ、その後、前記貼り合わせの工程を行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の直接接合ウェーハの製造方法。
- 前記ボンドウェーハの薄膜化工程の後の貼り合わせウェーハを不活性ガス雰囲気中で熱処理することを特徴とする請求項3に記載の直接接合ウェーハの製造方法。
- 前記HF処理をHF含有水溶液で行うことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の直接接合ウェーハの製造方法。
- 前記水素を離脱させる工程で使用する不活性ガスとして、露点が−110℃以下の100%アルゴンガスを用いることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の直接接合ウェーハの製造方法。
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