JP2010153488A

JP2010153488A - Ｓｏｉウエハの製造方法およびｓｏｉウエハ

Info

Publication number: JP2010153488A
Application number: JP2008328213A
Authority: JP
Inventors: Eiji Nukaga; 栄二額賀; Toshiaki Inoue; 俊明井上
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2010-07-08

Abstract

【課題】ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハの反り変形を防止する。
【解決手段】ＳＯＩウエハ１は、第１シリコンウエハ２のシリコン部分上に、第１シリコンウエハ２の表面の表面側酸化膜３およびシリコン層５の表面の酸化膜６からなるＢＯＸ層と、シリコン層５のシリコン部分とがこの順に積層されたＳＯＩ構造を有している。そして、ＢＯＸ層の厚さが裏面側酸化膜４の厚さに等しい。そのため、ＢＯＸ層と裏面側酸化膜４との膨張／収縮量にほとんど差が生じない。よって、その膨張／収縮量差に起因するＳＯＩウエハ１（第１シリコンウエハ２）の反り変形を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハおよびその製造方法に関する。

ＳＯＩウエハは、高耐圧素子を備えるＩＣ（Integrated Circuit）やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により製造される加速度センサ（ＭＥＭＳセンサ）などの製造に用いられている。
ＳＯＩウエハは、シリコンウエハ上にＳｉＯ_２（酸化シリコン）からなるＢＯＸ（Buried Oxide）層およびシリコン層がこの順に積層された構造を有している。シリコン層の厚さが１０μｍ以上の厚膜ＳＯＩウエハは、２枚のシリコンウエハを貼り合わせる貼り合わせ方式により製造されるのが一般的である。

図３Ａ〜３Ｃは、貼り合わせ方式によるＳＯＩウエハの製造方法を工程順に示す模式的な断面図である。
ＳＯＩウエハの製造工程では、２枚の第１シリコンウエハ１０１および第２シリコンウエハ１０２が用意される。そして、平坦化処理（たとえば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械的研磨））により、第１シリコンウエハ１０１および第２シリコンウエハ１０２の各表面および各裏面が平坦化され、それらの各表面および各裏面に存在する結晶欠陥層が除去される。

その後、図３Ａに示すように、熱酸化法により、第１シリコンウエハ１０１の表面および裏面に、一様な厚さの酸化膜１０３が形成される。また、第２シリコンウエハ１０２の表面および裏面に、一様な厚さの酸化膜１０４が形成される。
次に、図３Ｂに示すように、第１シリコンウエハ１０１の表面と第２シリコンウエハ１０２の表面とが貼り合わされる。

その後、第２シリコンウエハ１０２の周縁部が除去される。そして、第２シリコンウエハ１０２がその裏面側から研削および研磨される。これにより、図３Ｃに示すように、第１シリコンウエハ１０１のシリコン部分上に酸化膜１０３，１０４からなるＢＯＸ層および第２シリコンウエハ１０２のシリコン部分からなるシリコン層１０５がこの順に積層された構造のＳＯＩウエハが得られる。
特開平９−１７９８４号公報

この方法により製造されるＳＯＩウエハでは、ＢＯＸ層の厚さが第１シリコンウエハ１０１の裏面の酸化膜１０３の厚さの約２倍になり、第１シリコンウエハ１０１のシリコン部分の表裏両側で酸化シリコンからなるＢＯＸ層の厚さと酸化膜１０３の厚さとに差が生じる。この厚さの差は、ＳＯＩウエハに要求されるＢＯＸ層の厚さが大きくなるほど大きくなる。ＢＯＸ層と酸化膜１０３との厚さの差が大きいと、ＢＯＸ層と酸化膜１０３との膨張／収縮量に大きな差が生じ、ＳＯＩウエハ（第１シリコンウエハ１０１）に反り変形を生じる。

そこで、本発明の目的は、反り変形を防止することができるＳＯＩウエハを製造する方法およびその方法により製造されるＳＯＩウエハを提供することである。

前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、第１シリコンウエハおよび第２シリコンウエハの各表面および各裏面に酸化膜を成長させるための熱酸化処理を行う工程と、前記熱酸化処理に先立ち、前記第１シリコンウエハに対し、前記熱酸化処理時に酸化膜を前記第１シリコンウエハの表面よりもその裏面に大きく成長させるための成長レート変更処理を行う工程と、前記熱酸化処理後、前記第１シリコンウエハの表面と前記第２シリコンウエハの表面とを貼り合わせる工程とを含む、ＳＯＩウエハの製造方法である。

この製造方法では、第１シリコンウエハに対して成長レート変更処理が行われた後、熱酸化処理が行われて、第１シリコンウエハおよび第２シリコンウエハの各表面および各裏面に酸化膜が形成される。第１シリコンウエハに対しては、熱酸化処理の前に成長レート変更処理が行われているので、第１シリコンウエハの裏面には、その表面に形成される酸化膜（表面側酸化膜）の厚さよりも大きい厚さの酸化膜（裏面側酸化膜）が形成される。一方、第２シリコンウエハの表面および裏面には、一様な厚さの酸化膜が形成される。そして、熱酸化処理後に、第１シリコンウエハの表面と第２シリコンウエハの表面とが貼り合わされる。これにより、第１シリコンウエハのシリコン部分上に、表面側酸化膜および第２シリコンウエハの表面の酸化膜からなるＢＯＸ層および第２シリコンウエハのシリコン部分がこの順に積層されたＳＯＩ構造が得られる。

裏面側酸化膜の厚さが表面側酸化膜の厚さよりも大きいので、ＢＯＸ層の厚さと裏面側酸化膜の厚さとに大きな差が生じない。そのため、ＢＯＸ層と裏面側酸化膜との膨張／収縮量の大きな差が生じない。よって、その膨張／収縮量差に起因するＳＯＩウエハ（第１シリコンウエハ）の反り変形を防止することができる。
成長レート変更処理は、たとえば、次の（１）〜（５）のいずれかの処理であってもよい。

（１）研削装置を用いて、第１シリコンウエハの裏面を研削する処理（請求項２）
（２）第１シリコンウエハの裏面に不純物をドープする処理（請求項３）
（３）第１シリコンウエハの裏面をポーラス化する処理（請求項４）
（４）第１シリコンウエハの裏面をサンドブラスト加工する処理（請求項５）
（５）第１シリコンウエハの表面のみに対する結晶欠陥層の除去のための平坦化処理（請求項６）
前記製造方法により、請求項７に記載のＳＯＩウエハを製造することができる。このＳＯＩウエハは、表面側酸化膜および裏面側酸化膜がそれぞれ表面および裏面に形成された第１シリコンウエハと、第１シリコンウエハの表面上に形成されたシリコン層とを備えている。シリコン層は、第２シリコンウエハのシリコン部分により構成される。そして、裏面側酸化膜の厚さが表面側酸化膜の厚さよりも大きい。

このような構造のＳＯＩウエハは、たとえば、第１シリコンウエハおよび第２シリコンウエハの各表面および各裏面に一様な同じ厚さの酸化膜を形成し、第１シリコンウエハの表面の酸化膜および／または第２シリコンウエハの表面の酸化膜をウエットエッチングにより一様に薄くした後、第１シリコンウエハの表面と第２シリコンウエハの表面とを貼り合わせることによっても得ることができる。しかしながら、第１シリコンウエハおよび第２シリコンウエハの各表面および各裏面に、酸化膜を薄くする分だけ酸化膜を余分に成長させなければならず、その成長に時間がかかる。また、ウエットエッチングのための薬液の取扱いに作業者の注意が必要であり、作業者の手間がかかるという問題もある。さらに、酸化膜が薄くされた後の薬液の処理の問題もある。

これに対し、前記製造方法では、その余分な酸化膜の成長が不要であるので、酸化膜の成長に時間がかからない。また、ウエットエッチングのための薬液を使用しないので、その薬液の使用による問題を有さない。
また、第１シリコンウエハの裏面における酸化膜の成長レートがその表面における酸化膜の成長レートの約２倍になるように成長レート変更処理を行い、第２シリコンウエハの表面および裏面の酸化膜の厚さと第１シリコンウエハの表面の酸化膜の厚さとが同じになるように熱酸化処理を行うことにより、請求項８に記載のＳＯＩウエハを製造することができる。このＳＯＩウエハでは、前記シリコン層における前記第１シリコンウエハに接合された面に酸化膜が形成されており、前記表面側酸化膜および前記酸化膜の合計厚さが前記裏面側酸化膜の厚さに等しい。この場合、ＳＯＩウエハの反り変形を一層防止することができる。

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るＳＯＩウエハの模式的な断面図である。
ＳＯＩウエハ１は、第１シリコンウエハ２を備えている。第１シリコンウエハ２は、たとえば、厚さ７５０μｍの円板状のシリコンウエハからなる。第１シリコンウエハ２の表面および裏面には、それぞれＳｉＯ_２からなる表面側酸化膜３および裏面側酸化膜４が形成されている。裏面側酸化膜４の中央部分の厚さ（たとえば、４μｍ）は、表面側酸化膜３の中央部分の厚さ（たとえば、２μｍ）の約２倍である。

なお、第１シリコンウエハ２の最外周縁に対する一方面が第１シリコンウエハ２の表面であり、その他方面が第１シリコンウエハ２の裏面である。
第１シリコンウエハ２の表面の平坦な部分（中央部分）上には、シリコン層５が形成されている。シリコン層５は、断面台形状をなしている。シリコン層５の表面（第１シリコンウエハ２の表面に接合された面）には、ＳｉＯ_２からなる酸化膜６が形成されている。酸化膜６の厚さは、第１シリコンウエハ２の表面側酸化膜３の中央部分の厚さとほぼ同じである。

これにより、ＳＯＩウエハ１は、第１シリコンウエハ２のシリコン部分上に、表面側酸化膜３およびシリコン層５の表面の酸化膜６からなるＢＯＸ層と、シリコン層５のシリコン部分とがこの順に積層されたＳＯＩ構造を有している。そして、ＢＯＸ層の厚さが裏面側酸化膜４の厚さに等しい。そのため、ＢＯＸ層と裏面側酸化膜４との膨張／収縮量にほとんど差が生じない。よって、その膨張／収縮量差に起因するＳＯＩウエハ１（第１シリコンウエハ２）の反り変形を防止することができる。

図２Ａ〜２Ｅは、図１に示すＳＯＩウエハの製造方法を工程順に示す図解的な断面図である。
ＳＯＩウエハ１の製造工程では、２枚のシリコンウエハが用意される。そして、図２Ａに示すように、一方のシリコンウエハ（第１シリコンウエハ２）に対し、この後の熱酸化処理時に第１シリコンウエハ２の裏面にその表面よりも酸化膜を大きく成長させるための成長レート変更処理が行われる。

成長レート変更処理は、たとえば、次の（１）〜（５）のいずれかの処理である。
（１）第１シリコンウエハ２の表面および裏面の平坦化処理により、その表面および裏面に存在する結晶欠陥層が除去された後、研削装置を用いて、第１シリコンウエハの裏面を研削する処理
（２）第１シリコンウエハ２の表面および裏面の平坦化処理により、その表面および裏面に存在する結晶欠陥層が除去された後、イオン注入法により、第１シリコンウエハ２の裏面に不純物（たとえば、Ａｓ（ヒ素））を高濃度（たとえば、１．０Ｅ１９／ｃｍ^３）にドープする処理
（３）第１シリコンウエハ２の表面および裏面の平坦化処理により、その表面および裏面に存在する結晶欠陥層が除去された後、陽極化成法により、第１シリコンウエハの裏面をポーラス化する処理
（４）第１シリコンウエハ２の表面および裏面の平坦化処理により、その表面および裏面に存在する結晶欠陥層が除去された後、第１シリコンウエハの裏面をサンドブラスト加工（シリカ粒子などの研磨剤を吹き付ける）する処理
（５）第１シリコンウエハ２の表面の平坦化処理により、第１シリコンウエハの表面に存在する結晶欠陥層を除去し、第１シリコンウエハ２の裏面に結晶欠陥層を残す処理
成長レート変更処理が行われた後、熱酸化処理が行われる。この熱酸化処理では、第１シリコンウエハ２および他方のベアシリコンウエハである第２シリコンウエハ７に対し、たとえば、酸素ガスを含む雰囲気下において、６００分間にわたって、１１００℃の温度条件で熱が加えられる。成長レート変更処理により、第１シリコンウエハ２の裏面がダメージを受け、または、第１シリコンウエハ２の裏面にのみ結晶欠陥層が形成されているので、第１シリコンウエハ２の裏面における酸化膜の成長レートは、その表面における酸化膜の成長レートよりも大きい。具体的には、成長レート変更処理が前記（１）〜（５）のいずれかの処理であり、熱酸化処理の各種条件が前記の条件である場合、第１シリコンウエハ２の裏面における酸化膜は、その表面に成長する酸化膜の約２倍の成長レートで成長する。その結果、図２Ｂに示すように、第１シリコンウエハ２の裏面には、その表面に形成される表面側酸化膜３の厚さの約２倍の厚さの裏面側酸化膜４が形成される。一方、第２シリコンウエハ７の表面および裏面には、表面側酸化膜３の中央部分の厚さとほぼ同じで一様な厚さの酸化膜６が形成される。

次に、図２Ｃに示すように、第１シリコンウエハ２の表面と第２シリコンウエハ７の表面とが貼り合わされる。
その後、図２Ｄに示すように、研削により、第２シリコンウエハ７の周縁部が裏面側から切り欠くように除去される。第２シリコンウエハ７の周縁部は、ほぼ除去され、その表面側の一部分８のみが除去されずに残る。

次いで、図２Ｅに示すように、ウェットエッチングにより、第２シリコンウエハ７の周縁部の残留した一部分８が除去される。そして、第２シリコンウエハ７がその裏面から研削された後、ＣＭＰにより、第２シリコンウエハ７の裏面（研削された面）が研磨される。これにより、第２シリコンウエハ７の表面から酸化膜６が除去されて、第２シリコンウエハ７のシリコン部分が露出し、図１に示すＳＯＩウエハ１が得られる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
たとえば、表面側酸化膜３および酸化膜６からなるＢＯＸ層の厚さと裏面側酸化膜４の厚さとがほぼ同じである構造を例にとったが、第１シリコンウエハ２の裏面側酸化膜４の厚さが表面側酸化膜３の厚さよりも大きければ、ＢＯＸ層の厚さと裏面側酸化膜４の厚さとは相違していてもよい。第１シリコンウエハ２の裏面側酸化膜４の厚さが表面側酸化膜３の厚さよりも大きければ、ＢＯＸ層の厚さと裏面側酸化膜４の厚さとに大きな差が生じない。そのため、ＢＯＸ層と裏面側酸化膜４との膨張／収縮量の大きな差が生じない。よって、その膨張／収縮量差に起因するＳＯＩウエハ１（第１シリコンウエハ２）の反り変形を防止することができる。

また、ＳＯＩウエハを用いて半導体装置を作成する場合に、ＳＯＩウエハの表面に形成される素子によっては、ＳＯＩウエハの表面と裏面に形成される膜（たとえば、表面保護膜と第１シリコンウエハの裏面側酸化膜）による応力の差が生じ、ＳＯＩウエハに反りを生じる場合がある。この場合において、本発明の製造方法を適用し、ＳＯＩウエハに生じる反りの方向が判っていれば、ＳＯＩウエハの製造時の成長レート変更処理の内容を調整し、素子形成前のＳＯＩウエハにその反りの方向と逆方向の反りを生じるように、第１シリコンウエハの裏面に成長する酸化膜（裏面側酸化膜）の厚さを調整してもよい。これにより、素子形成後のＳＯＩウエハに生じる応力の差がＳＯＩウエハが有する反りの更正に寄与し、半導体装置に反りが生じることを防止できる。

図１は、本発明の一実施形態に係るＳＯＩウエハの模式的な断面図である。図２Ａは、図１に示すＳＯＩウエハの製造方法を説明するための模式的な断面図である。図２Ｂは、図２Ａの次の工程を示す模式的な断面図である。図２Ｃは、図２Ｂの次の工程を示す模式的な断面図である。図２Ｄは、図２Ｃの次の工程を示す模式的な断面図である。図２Ｅは、図２Ｄの次の工程を示す模式的な断面図である。従来のＳＯＩウエハの製造方法を説明するための模式的な断面図である。図３Ａの次の工程を示す模式的な断面図である。図３Ｂの次の工程を示す模式的な断面図である。

符号の説明

１ＳＯＩウエハ
２第１シリコンウエハ
３表面側酸化膜
４裏面側酸化膜
５シリコン層
６酸化膜
７第２シリコンウエハ

Claims

第１シリコンウエハおよび第２シリコンウエハの各表面および各裏面に酸化膜を成長させるための熱酸化処理を行う工程と、
前記熱酸化処理に先立ち、前記第１シリコンウエハに対し、前記熱酸化処理時に酸化膜を前記第１シリコンウエハの表面よりもその裏面に大きく成長させるための成長レート変更処理を行う工程と、
前記熱酸化処理後、前記第１シリコンウエハの表面と前記第２シリコンウエハの表面とを貼り合わせる工程とを含む、ＳＯＩウエハの製造方法。
前記成長レート変更処理は、研削装置を用いて、前記第１シリコンウエハの裏面を研削する処理である、請求項１に記載のＳＯＩウエハの製造方法。
前記成長レート変更処理は、前記第１シリコンウエハの裏面に不純物をドープする処理である、請求項１に記載のＳＯＩウエハの製造方法。
前記成長レート変更処理は、前記第１シリコンウエハの裏面をポーラス化する処理である、請求項１に記載のＳＯＩウエハの製造方法。
前記成長レート変更処理は、前記第１シリコンウエハの裏面をサンドブラスト加工する処理である、請求項１に記載のＳＯＩウエハの製造方法。
前記成長レート変更処理は、前記第１シリコンウエハの表面のみを平坦化し、その裏面に結晶欠陥層を残したままにする処理である、請求項１に記載のＳＯＩウエハの製造方法。
表面側酸化膜および裏面側酸化膜がそれぞれ表面および裏面に形成された第１シリコンウエハと、
前記第１シリコンウエハの表面上に形成されたシリコン層とを含み、
前記裏面側酸化膜の厚さは、前記表面側酸化膜の厚さよりも大きい、ＳＯＩウエハ。
前記シリコン層における前記第１シリコンウエハに接合された面には、酸化膜が形成されており、
前記表面側酸化膜および前記酸化膜の合計厚さは、前記裏面側酸化膜の厚さに等しい、請求項７に記載のＳＯＩウエハ。