JP2010262984A - サンドブラスト処理された裏面を有するｓｏｉ基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＳＯＩ基板の裏面にサンドブラスト処理を施しても、表面のシリコン層の欠陥が少ない、粗面化された裏面を有するＳＯＩ基板の製造方法を提供する。
【解決手段】ＳＯＩ基板のシリコン薄膜の表面を１０ｎｍ以上エッチングするエッチング工程と、上記エッチングされたシリコン薄膜の表面に保護テープを貼り、該表面の反対側となる上記ＳＯＩ基板の裏面のサンドブラスト処理を行う工程と、上記サンドブラスト処理後、上記保護テープを剥がす工程と、上記保護テープを剥がされたシリコン層の表面を研磨し、洗浄する工程とを少なくとも含んでなる、粗面化された裏面を有するＳＯＩ基板の製造方法。
【選択図】図４
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【選択図】図４
Description
本発明は、粗面化された裏面を有するＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板、より具体的にはサンドブラスト処理された裏面を有するＳＯＩ基板の製造方法に関する。
ＳＯＱ（Silicon On Quartz）基板やＳＯＧ（Silicon On Glass）基板等を作製する方法としては、ＳＯＩＴＥＣ（Smart Cut）法やＳｉＧｅｎ法と呼ばれる方法が用いられる。
ＳＯＩＴＥＣ法は、貼り合せ面側に水素イオンを注入したシリコン基板（ドナー基板）と、石英基板やガラス基板等の絶縁性基板（ハンドリング基板）とを貼り合わせ、４００℃以上（例えば５００℃）の熱処理を施して、注入水素イオンの濃度が最も高い領域からシリコン薄膜を熱剥離させてＳＯＩ基板を得る方法である（例えば、特許文献１や非特許文献１）。この方法は、水素イオンの注入で形成された「マイクロキャビティ」と呼ばれる高密度の「気泡」を加熱により「成長」させ、この「気泡成長」を利用してシリコン薄膜を剥離するというメカニズムを基礎としている。
また、ＳｉＧｅｎ法は、貼り合せ面側に水素イオンを注入したシリコン基板（ドナー基板）と、石英基板やガラス基板等の絶縁性基板（ハンドリング基板）とを貼り合わせる前に、これらの基板の貼り合せ面の双方もしくは一方の表面をプラズマ処理し、表面が活性化された状態で両基板を貼り合わせ、低温（例えば、１００〜３００℃）で熱処理を施して接合強度を高めた後に、常温で機械的に剥離してＳＯＩ基板を得る方法である（例えば、特許文献２〜４）。
これら２つの方法の相違点は、主としてシリコン薄膜の剥離プロセスにあり、ＳＯＩＴＥＣ法はシリコン薄膜の剥離のために高温での処理を必要とするが、ＳｉＧｅｎ法は常温での剥離が可能である。
シリコン薄膜の剥離に高温を要するＳＯＩＴＥＣ法は、ハンドル基板がシリコンとは異なる材料の基板である場合、熱膨張率等の熱的諸特性の相違に起因して、割れや局所的なクラック等のダメージが生じ易くなる。
一方、低温剥離が可能なＳｉＧｅｎ法は、熱的諸特性の相違に起因した割れや局所的クラックは生じ難いものの、機械的にシリコン薄膜を剥離するため、剥離工程中にハンドル基板との接着面が剥がれたり、剥離痕が生じたり或いはシリコン薄膜に機械的なダメージが導入され易い。
これらの熱的剥離又は機械的剥離によるダメージは表層に近いほど激しいことが知られている（非特許文献２）。
シリコン薄膜の剥離に高温を要するＳＯＩＴＥＣ法は、ハンドル基板がシリコンとは異なる材料の基板である場合、熱膨張率等の熱的諸特性の相違に起因して、割れや局所的なクラック等のダメージが生じ易くなる。
一方、低温剥離が可能なＳｉＧｅｎ法は、熱的諸特性の相違に起因した割れや局所的クラックは生じ難いものの、機械的にシリコン薄膜を剥離するため、剥離工程中にハンドル基板との接着面が剥がれたり、剥離痕が生じたり或いはシリコン薄膜に機械的なダメージが導入され易い。
これらの熱的剥離又は機械的剥離によるダメージは表層に近いほど激しいことが知られている（非特許文献２）。
また、ガラス、石英等のＳｉＯ２ベースの基板や部品、サファイアベースの基板や部品等の曇り処理（フロスト処理）をする際に、サンドブラスト法が用いられることが知られている。これは、アルミナやシリカの微粉を荒らしたい面に吹き付ける方法であり、様々な用途に広く用いられている。
A. J. Auberton-Herve et al., "SMART CUT TECHNOLOGY: INDUSTRIAL STATUS of SOI WAFER PRODUCTION and NEW MATERIAL DEVELOPMENTS" (Electrochemical Society Proceedings Volume 99-3 (1999) p.93-106).
大見忠弘ら著「ＳＯＩの科学」第二章・第二節・第二項、リアライズ理工センター社、２０００年
この技術をシリコン薄膜がハンドル基板に積層されたＳＯＩ(silicon on insulator)基板に応用することが可能である。特に単結晶シリコン薄膜を積層したＳＯＱ（Silicon On Quartz）基板やＳＯＧ（Silicon On Glass）基板、ＳＯＳ（Silicon On Sapphire）基板などは、通常のシリコンウェーハと同じようなＣＭＯＳプロセスに投入されるため、ロボット・自動搬送の滑り止め、または搬送センサー対応の意味からも裏面を故意に荒らすことは特に重要である。
電子材料・デバイス分野において、サンドブラスト法を用いて曇り処理や滑り止め等を行う場合を検討する。
サンドブラスト法では、微粉がシリコン層を傷つけないようにシリコン側を保護する必要がある。最も簡単な方法は、半導体工程に広く用いられている保護テープ（例えば、バックグラインド用、ダイシング用）をシリコン側に貼ることであり、サンドブラスト処理後に、テープを剥がし、シリコン面を研磨・洗浄するという方法が考えられる。テープを貼るために、シリコン表面には多少の異物や有機物、微小なキズが入るために、手順としては、テープ貼り工程、サンドブラスト工程、テープ剥がし工程、研磨・洗浄工程が合理的と考えられる。例えば、ＳｉＧｅｎ法やＳＯＩＴＥＣ法を用いてＳＯＱ、ＳＯＧを作製する際は、図４に示すように、剥離による薄膜転写工程の後、テープ貼り工程、サンドブラスト工程、テープ剥がし工程、研磨・洗浄工程の手順が適当と思われる。
サンドブラスト法では、微粉がシリコン層を傷つけないようにシリコン側を保護する必要がある。最も簡単な方法は、半導体工程に広く用いられている保護テープ（例えば、バックグラインド用、ダイシング用）をシリコン側に貼ることであり、サンドブラスト処理後に、テープを剥がし、シリコン面を研磨・洗浄するという方法が考えられる。テープを貼るために、シリコン表面には多少の異物や有機物、微小なキズが入るために、手順としては、テープ貼り工程、サンドブラスト工程、テープ剥がし工程、研磨・洗浄工程が合理的と考えられる。例えば、ＳｉＧｅｎ法やＳＯＩＴＥＣ法を用いてＳＯＱ、ＳＯＧを作製する際は、図４に示すように、剥離による薄膜転写工程の後、テープ貼り工程、サンドブラスト工程、テープ剥がし工程、研磨・洗浄工程の手順が適当と思われる。
しかし、本発明者らは、保護テープを用いる方法では保護テープを剥がす際に表面のダメージ部や欠陥部分がテープとともに剥がれ、もしくは欠陥が拡大することを見出した。剥離後のシリコン薄膜の表面がアモルファスとなっており、また微小なクラックが導入されていることから、取り扱いが非常に難しいことが問題となっている。したがって、本発明は、ＳＯＩ基板の裏面にサンドブラスト処理を施しても、表面のシリコン層の欠陥が少ない、粗面化された裏面を有するＳＯＩ基板の製造方法を提供する。
本発明者らは、ＳｉＧｅｎ法及びＳＯＩＴＥＣ法に代表される方法で作製したＳＯＩ基板を用意し、その剥離後のシリコン薄膜の表面を観察した。これらの方法では、転写膜の厚さはシリコン基板に打ち込まれる水素イオンの深さで規定される。剥離直後のシリコン薄膜の表層にはアモルファス及び／又は微小なダメージが残存しており、その深さは１００〜２００ｎｍ以上に及ぶことが断面ＴＥＭ観察による判明した。
図５は、後述する製造方法によって得られた剥離直後のＳＯＱ基板の断面ＴＥＭ写真を示す。ＳＯＱ基板５は、絶縁性基板（石英基板）１とシリコン薄膜２からなり、シリコン薄膜２は、絶縁性基板と接する面から順に単結晶部２ａ、ダメージが部分的に残存する２ｂ、ダメージ部２ｃ、剥離面２ｄを有する。図５は、約１５０ｎｍのダメージ層を示す。
図５は、後述する製造方法によって得られた剥離直後のＳＯＱ基板の断面ＴＥＭ写真を示す。ＳＯＱ基板５は、絶縁性基板（石英基板）１とシリコン薄膜２からなり、シリコン薄膜２は、絶縁性基板と接する面から順に単結晶部２ａ、ダメージが部分的に残存する２ｂ、ダメージ部２ｃ、剥離面２ｄを有する。図５は、約１５０ｎｍのダメージ層を示す。
本発明者らは、シリコン薄膜の表面のダメージ層の少なくとも一部を除去して保護テープを貼り、ＳＯＩ基板の裏面をサンドブラスト処理すると、テープを剥がす際に生じるシリコン薄膜の欠陥部分が低減できることを見出し、本発明を完成した。
本発明は、具体的には、ＳＯＩ基板のシリコン薄膜の表面を１０ｎｍ以上エッチングするエッチング工程と、上記エッチングされたシリコン薄膜の表面に保護テープを貼り、該表面の反対側となる上記ＳＯＩ基板の裏面のサンドブラスト処理を行う工程と、上記サンドブラスト処理後、上記保護テープを剥がす工程と、上記保護テープを剥がされたシリコン層の表面を研磨し、洗浄する工程とを少なくとも含んでなる、粗面化された裏面を有するＳＯＩ基板の製造方法を提供する。
本発明によれば、ＳＯＩ基板のシリコン薄膜の表面に保護テープを貼り、ＳＯＩ基板の裏面（シリコン薄膜とは反対側の絶縁性基板の面）をサンドブラスト処理しても、テープを剥がす際に生じるシリコン薄膜の欠陥部分が低減できる。これにより、滑り止めや曇り処理（フロスト処理）等のために、サンドブラスト処理をＳＯＩ基板の裏面に施すことが可能となる。
本発明は、例えば、滑り止め処理や曇り処理（フロスト処理）等により、裏面をサンドブラスト処理することが必要となるＳＯＩ基板に適用できる。
ＳＯＩ基板は、シリコン薄膜を提供するドナー基板である単結晶シリコン基板と、ハンドル基板である絶縁性基板とを接合させて製造できる。
絶縁性基板としては、特に限定されないが、石英基板、ガラス基板（例えば、ホウケイ酸ガラスウェーハ、結晶化ガスウェーハ等）、サファイア基板、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板等が挙げられ、曇り処理（フロスト処理）の点からは、好ましくは、石英基板、ガラス基板及びサファイア基板である。
したがって、ＳＯＩ基板としては、好ましくは、ＳＯＧ基板、ＳＯＱ基板及びＳＯＳ基板に適用できる。
ＳＯＩ基板は、シリコン薄膜を提供するドナー基板である単結晶シリコン基板と、ハンドル基板である絶縁性基板とを接合させて製造できる。
絶縁性基板としては、特に限定されないが、石英基板、ガラス基板（例えば、ホウケイ酸ガラスウェーハ、結晶化ガスウェーハ等）、サファイア基板、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板等が挙げられ、曇り処理（フロスト処理）の点からは、好ましくは、石英基板、ガラス基板及びサファイア基板である。
したがって、ＳＯＩ基板としては、好ましくは、ＳＯＧ基板、ＳＯＱ基板及びＳＯＳ基板に適用できる。
本発明に用いるＳＯＩ基板は、ＳＯＩＴＥＣ法やＳｉＧｅｎ法（これらの改良方法を含む）を用いて、好ましくは、単結晶シリコン基板の一つの表面に水素イオンを注入するイオン注入工程と、絶縁性基板と上記単結晶シリコン基板のイオン注入面とを接合させる接合工程と、上記接合後、上記イオン注入層から上記絶縁性基板上のシリコン薄膜を剥離し、上記絶縁性基板上にシリコン薄膜を転写されたＳＯＩ基板を得る剥離工程とを少なくとも含んでなる製造方法より得られたものであり、ＳＯＩ基板のシリコン薄膜は剥離後のシリコン薄膜となる。ＳＯＩＴＥＣ法及びＳｉＧｅｎ法の改良方法についても多くの報告があるが、その一つの例として特開２００７−２２０９００号公報が挙げられる。
絶縁性基板の好ましい厚さは、特に限定されないが、ＳＥＭＩ等で規定されているシリコンウェーハの厚さに近いものが望ましい。これは半導体装置はこの厚さのウェーハを扱うように設定されていることが多いためである。この観点から好ましくは３００〜９００μｍである。
単結晶シリコン基板としては、特に限定されないが、例えばチョクラルスキー法により育成された単結晶をスライスして得られたもので、例えば直径が１００〜３００ｍｍ、導電型がＰ型またはＮ型、抵抗率が１０Ω・ｃｍ程度のものが挙げられる。
単結晶シリコン基板の表面は、あらかじめ薄い絶縁膜を形成しておくことが好ましい。絶縁膜を通して水素イオン注入を行えば、注入イオンのチャネリングを抑制する効果が得られるからである。絶縁膜としては、好ましくは５０〜５００ｎｍの厚さを有するシリコン酸化膜が好ましい。これはあまり薄いと、膜厚の酸化膜厚の制御が難しく、またあまり厚いと時間が掛かりすぎるためである。シリコン酸化膜は、一般的な熱酸化法により形成することができる。
単結晶シリコン基板の表面は、あらかじめ薄い絶縁膜を形成しておくことが好ましい。絶縁膜を通して水素イオン注入を行えば、注入イオンのチャネリングを抑制する効果が得られるからである。絶縁膜としては、好ましくは５０〜５００ｎｍの厚さを有するシリコン酸化膜が好ましい。これはあまり薄いと、膜厚の酸化膜厚の制御が難しく、またあまり厚いと時間が掛かりすぎるためである。シリコン酸化膜は、一般的な熱酸化法により形成することができる。
以下、ＳＯＩ基板の製造方法を図６に示す例に基づき説明する。
単結晶シリコン基板１２は、表面１２ｓから水素イオンを注入し、シリコン基板中にイオン注入層を形成しておく。この際、例えば、単結晶シリコン基板の温度を２５０〜４５０℃とし、その表面から所望の深さにイオン注入層を形成できるような注入エネルギーで、所定の線量の水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一方を注入する。このときの条件として、例えば注入エネルギーは５０〜１００ｋｅＶ、注入線量は２×１０１６〜１×１０１７／ｃｍ２とできる。
注入される水素イオンとしては、２×１０１６〜１×１０１７（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）のドーズ量の水素イオン（Ｈ＋）、又は１×１０１６〜５×１０１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）のドーズ量の水素分子イオン（Ｈ２ ＋）が好ましい。
単結晶シリコン基板のイオン注入面１２ｓからイオン注入層１３までの深さは、絶縁性基板１上に設けるシリコン薄膜の所望の厚さに依存するが、好ましくは３００〜５００ｎｍ、更に好ましくは４００ｎｍ程度である。また、イオン注入層３の厚さは、機械衝撃によって容易に剥離できる厚さが良く、好ましくは２００〜４００ｎｍ、更に好ましくは３００ｎｍ程度である。単結晶シリコン基板の厚さは、このようなイオン注入層を含有できるものであれば特に限定されないが、あまり厚くなると不経済となるため、通常５００〜８００μｍである。
単結晶シリコン基板１２は、表面１２ｓから水素イオンを注入し、シリコン基板中にイオン注入層を形成しておく。この際、例えば、単結晶シリコン基板の温度を２５０〜４５０℃とし、その表面から所望の深さにイオン注入層を形成できるような注入エネルギーで、所定の線量の水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一方を注入する。このときの条件として、例えば注入エネルギーは５０〜１００ｋｅＶ、注入線量は２×１０１６〜１×１０１７／ｃｍ２とできる。
注入される水素イオンとしては、２×１０１６〜１×１０１７（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）のドーズ量の水素イオン（Ｈ＋）、又は１×１０１６〜５×１０１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）のドーズ量の水素分子イオン（Ｈ２ ＋）が好ましい。
単結晶シリコン基板のイオン注入面１２ｓからイオン注入層１３までの深さは、絶縁性基板１上に設けるシリコン薄膜の所望の厚さに依存するが、好ましくは３００〜５００ｎｍ、更に好ましくは４００ｎｍ程度である。また、イオン注入層３の厚さは、機械衝撃によって容易に剥離できる厚さが良く、好ましくは２００〜４００ｎｍ、更に好ましくは３００ｎｍ程度である。単結晶シリコン基板の厚さは、このようなイオン注入層を含有できるものであれば特に限定されないが、あまり厚くなると不経済となるため、通常５００〜８００μｍである。
予め水素イオンを注入して水素イオン注入層１３を設けた単結晶シリコン基板の水素イオン注入面１２ｓと、絶縁性基板１１の表面１１ｓとの双方もしくは片方に表面活性化処理を施してもよい。表面活性化処理は、表面のＯＨ基を増加させて活性化させる処理であり、例えばプラズマ処理、オゾン処理、又はこれらの組合せが挙げられる。
次に、水素イオン注入面１２ｓと絶縁性基板の表面１１ｓとを接合して接合基板４を得る。例えば、貼り合わせことにより、この時点である程度の結合強度を確保できる。単結晶シリコン基板２のイオン注入面１２ｓ又は絶縁性基板１１の表面１１ｓの少なくとも一方が活性化処理されている場合、これらを、例えば、減圧または常圧下、好ましくは冷却や加熱をすることなく一般的な室温（約２０℃）程度の温度下で密着させるだけで後工程での機械的剥離に耐え得る強度で強く接合できる。加熱して、接合強度を高めてもよい。
接合基板１４の水素イオン注入層１３に、例えば機械的衝撃を加えてシリコン薄膜１２Ｂを剥離させ、絶縁性基板１１上にシリコン薄膜を転写されたＳＯＩ基板１５を得る。イオン注入層に衝撃を与えるためには、例えば、ガスや液体等の流体のジェットを接合したウェーハの側面から連続的または断続的に吹き付ければよい。
サンドブラスト処理された裏面を有するＳＯＩ基板の製造方法を図１に基づき説明する。
剥離後のＳＯＩ基板は、エッチング工程において、そのシリコン薄膜の表面をエッチングされる。
エッチングは、好ましくは、アリカリエッチング液を使用して行われる。アルカエッチング液は、好ましくは、アンモニア過水、アンモニア、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化セシウム、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、エチレンジアミン−パイロカテコール−水（ＥＤＰ）及びヒドラジンからなる群から選ばれる一以上を含む。アンモニア過水は、水酸化アンモニウム、過酸化水素及び水を混合したものであり、例えば、シリコン製ウェーハのＲＣＡ洗浄に用いられるＳＣ１溶液を用いても良く、好ましくは、過酸化水素水の量を減らし、エッチング効果を高めたものが使用できる。
好ましい濃度範囲は、例えば、ＳＣ１溶液の好ましい組成は、質量比でＨ２Ｏを１０としたときにＮＨ４ＯＨが０．０５〜２、Ｈ２Ｏ２が０．０１〜０．０５である。
アルカリ溶液の溶媒としては、通常水であるが、特に限定はされない。アルカリ溶液のアルカリ濃度は、特に限定されない。
エッチング処理の温度は、好ましくは室温〜８０℃である。エッチング溶液の組成や処理温度、浸漬時間等を変えることでエッチング量を変化させた。
欠陥低減に有効なエッチング量は、１０ｎｍ以上、好ましくは２０ｎｍ以上であり、その上限は、１５０ｎｍである。これ以上エッチングを行っても良いが、ダメージ層の除去という観点からは意味がない。
剥離後のＳＯＩ基板は、エッチング工程において、そのシリコン薄膜の表面をエッチングされる。
エッチングは、好ましくは、アリカリエッチング液を使用して行われる。アルカエッチング液は、好ましくは、アンモニア過水、アンモニア、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化セシウム、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、エチレンジアミン−パイロカテコール−水（ＥＤＰ）及びヒドラジンからなる群から選ばれる一以上を含む。アンモニア過水は、水酸化アンモニウム、過酸化水素及び水を混合したものであり、例えば、シリコン製ウェーハのＲＣＡ洗浄に用いられるＳＣ１溶液を用いても良く、好ましくは、過酸化水素水の量を減らし、エッチング効果を高めたものが使用できる。
好ましい濃度範囲は、例えば、ＳＣ１溶液の好ましい組成は、質量比でＨ２Ｏを１０としたときにＮＨ４ＯＨが０．０５〜２、Ｈ２Ｏ２が０．０１〜０．０５である。
アルカリ溶液の溶媒としては、通常水であるが、特に限定はされない。アルカリ溶液のアルカリ濃度は、特に限定されない。
エッチング処理の温度は、好ましくは室温〜８０℃である。エッチング溶液の組成や処理温度、浸漬時間等を変えることでエッチング量を変化させた。
欠陥低減に有効なエッチング量は、１０ｎｍ以上、好ましくは２０ｎｍ以上であり、その上限は、１５０ｎｍである。これ以上エッチングを行っても良いが、ダメージ層の除去という観点からは意味がない。
エッチングされたシリコン薄膜の表面に保護テープを貼り、該表面の反対側となる上記ＳＯＩ基板の裏面のサンドブラスト処理を行う。
保護テープは、サンドブラスト処理中にシリコン薄膜の表面を保護できるものであれば特に限定されないが、紫外線照射により粘着性が低下するＵＶ硬化型テープが好ましい。保護テープは、好ましくは、バックグラインド用保護テープ、ダイシング用テープ、又はダイボンディングテープである。
サンドブラスト処理は、公知の方法を用いて行うことができる。例えば、ブラスト用の微粉としては、平均粒径５〜５０μｍのアルミナやシリカが挙げられ、サンドブラスト処理は、市販の装置を用いて行うことができる。
保護テープは、サンドブラスト処理中にシリコン薄膜の表面を保護できるものであれば特に限定されないが、紫外線照射により粘着性が低下するＵＶ硬化型テープが好ましい。保護テープは、好ましくは、バックグラインド用保護テープ、ダイシング用テープ、又はダイボンディングテープである。
サンドブラスト処理は、公知の方法を用いて行うことができる。例えば、ブラスト用の微粉としては、平均粒径５〜５０μｍのアルミナやシリカが挙げられ、サンドブラスト処理は、市販の装置を用いて行うことができる。
上記サンドブラスト処理後、保護テープを剥がし、保護テープを剥がされたシリコン層の表面を研磨し、洗浄して、粗面化された裏面を有するＳＯＩ基板が得られる。
保護テープを剥がす工程は、処理の利便性から、好ましくは、追加処理としてサンドブラスト後にＨＦを含む溶液で裏面の洗浄を行ってからテープ剥がしを行うとよい。ＨＦを含む溶液は、好ましくは１〜４９体積％のフッ化水素酸やバッファードフッ化水素酸（ＢＨＦ：Ｂｕｆｆｅｒｅｄ ＨＦ）が挙げられる。
保護テープを剥がす工程は、処理の利便性から、好ましくは、追加処理としてサンドブラスト後にＨＦを含む溶液で裏面の洗浄を行ってからテープ剥がしを行うとよい。ＨＦを含む溶液は、好ましくは１〜４９体積％のフッ化水素酸やバッファードフッ化水素酸（ＢＨＦ：Ｂｕｆｆｅｒｅｄ ＨＦ）が挙げられる。
続いて、研磨・洗浄工程を行う。
研磨は、特に限定されないが、半導体プロセスで一般的に用いられる化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を用いることができる。
洗浄は、特に限定されないが、半導体プロセスで一般的に用いられるＲＣＡ洗浄などを用いることができる。
研磨は、特に限定されないが、半導体プロセスで一般的に用いられる化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を用いることができる。
洗浄は、特に限定されないが、半導体プロセスで一般的に用いられるＲＣＡ洗浄などを用いることができる。
図１に記載した処理をすることで製造されたＳＯＩ基板は、図３に示すように、結晶欠陥の数が低減することが判明した（図３参照）。
サンドブラスト処理工程において、好ましくは、サンドブラスト処理前に、サンドブラスト処理の対象となるＳＯＩ基板の裏面（シリコン薄膜ではない側）の有機汚染物を除去するための洗浄をする。ＳＯＩ基板の裏面に多くの有機汚染物が付着している場合があり、これらの有機汚染物を除去してサンドブラスト処理を行うと、その後のシリコン薄膜の均一な研磨が可能となり、局所的にシリコン薄膜が薄くなる膜厚ムラを低減できからである。
有機汚染物が付着したＳＯＩ基板の裏面をサンドブラスト処理した後、シリコン薄膜を研磨したときに生じる膜厚ムラの推察される発生機構を、図７に示す。
図７（Ａ）に示すように、絶縁性基板２２上のシリコン薄膜２２を有するＳＯＩ基板２５には、有機汚染物質Ｃが存在する。この有機汚染物Ｃは、例えば、糊、油分等であり、環境中からもしくはウェーハのハンドリング中に絶縁性基板３上に付着する。有機汚染物Ｃの大きさはさまざまであるが、膜厚ムラに与える影響の大きさを考慮すると、通常１μ〜９００μｍ程度のものである。これより大きくなるとサンドブラストにより飛ばされる可能性が高くなり、これより小さいと後述するような突起物として残る可能性が低くなるためである。
サンドブラスト処理を行うと、図７（Ｂ）に示すように、ブラストされた絶縁性基板２１の面は荒れると同時に数百ｎｍ〜数μｍ程度除去されるため、未処理部分２１ｂは、突起部となって残存する。すなわち、サンドブラスト処理の完了部分２１ａとともに、未処理部分２１ｂが存在する。サンドブラストは強い圧力で微粉を吹き付けるため、大抵の異物は処理と同時に除去されるが、粘着力の高い有機汚染物はマスクの働きをして均一なサンドブラスト処理妨げる。また、通常、サンドブラスト工程は、粉塵を発生する工程であることから、綺麗な環境化で行うことが非常に難しい工程といえる。未処理部分２１ｂの大きさは、通常５０〜２００μｍのものである。これらを大きくなるとサンドブラストにより飛ばされる可能性が高くなり、これらより小さいと突起物として残る可能性が低くなるためである。
図７（Ａ）に示すように、絶縁性基板２２上のシリコン薄膜２２を有するＳＯＩ基板２５には、有機汚染物質Ｃが存在する。この有機汚染物Ｃは、例えば、糊、油分等であり、環境中からもしくはウェーハのハンドリング中に絶縁性基板３上に付着する。有機汚染物Ｃの大きさはさまざまであるが、膜厚ムラに与える影響の大きさを考慮すると、通常１μ〜９００μｍ程度のものである。これより大きくなるとサンドブラストにより飛ばされる可能性が高くなり、これより小さいと後述するような突起物として残る可能性が低くなるためである。
サンドブラスト処理を行うと、図７（Ｂ）に示すように、ブラストされた絶縁性基板２１の面は荒れると同時に数百ｎｍ〜数μｍ程度除去されるため、未処理部分２１ｂは、突起部となって残存する。すなわち、サンドブラスト処理の完了部分２１ａとともに、未処理部分２１ｂが存在する。サンドブラストは強い圧力で微粉を吹き付けるため、大抵の異物は処理と同時に除去されるが、粘着力の高い有機汚染物はマスクの働きをして均一なサンドブラスト処理妨げる。また、通常、サンドブラスト工程は、粉塵を発生する工程であることから、綺麗な環境化で行うことが非常に難しい工程といえる。未処理部分２１ｂの大きさは、通常５０〜２００μｍのものである。これらを大きくなるとサンドブラストにより飛ばされる可能性が高くなり、これらより小さいと突起物として残る可能性が低くなるためである。
この未処理部分２１ｂを有するＳＯＩ基板２５を、図７（Ｃ）に示すように、例えば、研磨器のウェーハチャック３２でＳＯＩ基板２５の裏面を固定し、研磨布３１でシリコン薄膜２２を研磨する。その結果、図７（Ｄ）に示すように、未処理部分２１ｂに対応する箇所のシリコン薄膜２２が多く研磨されることとなる。したがって、ＳＯＩ基板２５は、膜厚ムラを有するものとなる。
有機汚染物は、洗浄液を用いて除去でき、洗浄液は、有機汚染物除去に有効なものであれば特に限定されないが、利便性や価格等から、好ましくは、有機溶剤、酸又はアルカリ溶液を用いることができる。
有機溶剤としては、好ましくは、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等のアルコール、アセトン等のケトン、トルエン等の芳香族炭化水素、又はこれらの組み合わせが挙げられる。好ましくは、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン及びトルエンからなる群から選ばれる一以上を含み、更に好ましくはエタノール又はイソプロピルアルコールである。
酸としては、硫酸、硫酸と過酸化水素と水の混合物である硫酸過水が挙げられ、硫酸と過酸化水素の好ましい濃度は、それぞれ３０〜９８質量％であり、好ましくは体積比で１：１から４：１（９８質量％硫酸：３０質量％過酸化水素水）である。アルカリ溶液としては、好ましくは、アンモニア、水酸化アンモニウムと過酸化水素と水の混合物であるアンモニア過水、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化セシウム、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、エチレンジアミン−パイロカテコール−水（ＥＤＰ）及びヒドラジンからなる群からなる選らばれる一以上を含むものが挙げられる。使用するアルカリ濃度は、特に限定されないが、ＯＨ−の濃度［ＯＨ−］が０．００２ｍｏｌ／Ｌ以上であることが望ましい。アンモニア過水では、アルカリエッチング液の例として記載した範囲と同様であり、ＥＤＰでは１００質量％、ＴＭＡＨでは２〜５０質量％である。
有機溶剤としては、好ましくは、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等のアルコール、アセトン等のケトン、トルエン等の芳香族炭化水素、又はこれらの組み合わせが挙げられる。好ましくは、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン及びトルエンからなる群から選ばれる一以上を含み、更に好ましくはエタノール又はイソプロピルアルコールである。
酸としては、硫酸、硫酸と過酸化水素と水の混合物である硫酸過水が挙げられ、硫酸と過酸化水素の好ましい濃度は、それぞれ３０〜９８質量％であり、好ましくは体積比で１：１から４：１（９８質量％硫酸：３０質量％過酸化水素水）である。アルカリ溶液としては、好ましくは、アンモニア、水酸化アンモニウムと過酸化水素と水の混合物であるアンモニア過水、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化セシウム、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、エチレンジアミン−パイロカテコール−水（ＥＤＰ）及びヒドラジンからなる群からなる選らばれる一以上を含むものが挙げられる。使用するアルカリ濃度は、特に限定されないが、ＯＨ−の濃度［ＯＨ−］が０．００２ｍｏｌ／Ｌ以上であることが望ましい。アンモニア過水では、アルカリエッチング液の例として記載した範囲と同様であり、ＥＤＰでは１００質量％、ＴＭＡＨでは２〜５０質量％である。
有機汚染物の除去は、基板のパーティクル除去が目的ではなく、あくまで有機物除去である。
有機汚染物の除去は、有機溶剤を含ませた布や紙等でふき取る方法や、または基板を有機溶剤、酸又はアルカリ溶液に浸漬し、洗浄する方法がある。いずれの方法も有効であるが、対象となる基板をサンドブラスト装置にセットする際に有機物汚染が発生する恐れがある場合は、基板セットの後に、有機溶剤を含ませた布や紙等でふき取る方法が単純で有効な方法といえる。
有機汚染物の除去は、有機溶剤を含ませた布や紙等でふき取る方法や、または基板を有機溶剤、酸又はアルカリ溶液に浸漬し、洗浄する方法がある。いずれの方法も有効であるが、対象となる基板をサンドブラスト装置にセットする際に有機物汚染が発生する恐れがある場合は、基板セットの後に、有機溶剤を含ませた布や紙等でふき取る方法が単純で有効な方法といえる。
本発明を実施例及び比較例に基づき説明するが、本発明に実施例に限定されるものではない。
＜ＳＯＱ基板の準備＞
用いたウェーハのサイズは１５０ｍｍである。
ＳＯＱ基板として、次の方法で製造したＳＯＱウェーハ（直径１５０ｍｍ、シリコン薄膜の厚さ３２５ｎｍ、石英基板の厚さ６２５μｍ）を使用した。
製造方法は、予め水素イオン注入を施した酸化膜付きシリコンウェーハにプラズマ活性化処理を施し、石英ウェーハを貼り合せた。２５０℃で熱処理を２４時間施した後にイオン注入界面で機械剥離を行い、薄膜転写を行った。
得られたＳＯＱウェーハの一つの断面ＴＥＭ写真を図５に示す。
＜ＳＯＱ基板の準備＞
用いたウェーハのサイズは１５０ｍｍである。
ＳＯＱ基板として、次の方法で製造したＳＯＱウェーハ（直径１５０ｍｍ、シリコン薄膜の厚さ３２５ｎｍ、石英基板の厚さ６２５μｍ）を使用した。
製造方法は、予め水素イオン注入を施した酸化膜付きシリコンウェーハにプラズマ活性化処理を施し、石英ウェーハを貼り合せた。２５０℃で熱処理を２４時間施した後にイオン注入界面で機械剥離を行い、薄膜転写を行った。
得られたＳＯＱウェーハの一つの断面ＴＥＭ写真を図５に示す。
実施例１〜６及び比較例１〜３
剥離後のＳＯＱ基板を複数枚用意し、以下の処理を施した。用いたアルカリ溶液は、ＳＣ１溶液とし、過酸化水素水の量を故意に減らし、エッチング効果を高めたものである。組成は、ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：０．２：１０であり処理温度は８０℃とした。浸漬時間を変えることでエッチング量を変化させた。エッチングを行った基板に、保護テープ（リンテック社製Ｄ６３６）を貼り、サンドブラスト装置を使用し、平均粒径１０μｍのアルミナの微粉を噴射して、表面粗さ（中心線粗さＲａ５００ｎｍ）となるようにしてサンドブラスト処理を行った。その後、保護テープ剥がして、フッ化水素酸を用いて洗浄し、ＣＭＰを用いて研磨し、粗面化した裏面を有するＳＯＱ基板を完成させた。エッチング量は、１０ｎｍ（実施例１）、１５ｎｍ（実施例２）、２０ｎｍ（実施例３）、３０ｎｍ（実施例４）、４０ｎｍ（実施例５）、５０ｎｍ（実施例６）、６ｎｍ（比較例２）、８ｎｍ（比較例３）であった。比較例１は、保護を貼った後、エッチング処理を行わずに保護テープを剥がして、研磨及び洗浄を行って得た基板であった。
完成した基板を５０質量％フッ化水素酸に３分間浸漬し、欠陥の数を目視検査によりカウントした。結果を図２に示す。
剥離後のＳＯＱ基板を複数枚用意し、以下の処理を施した。用いたアルカリ溶液は、ＳＣ１溶液とし、過酸化水素水の量を故意に減らし、エッチング効果を高めたものである。組成は、ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：０．２：１０であり処理温度は８０℃とした。浸漬時間を変えることでエッチング量を変化させた。エッチングを行った基板に、保護テープ（リンテック社製Ｄ６３６）を貼り、サンドブラスト装置を使用し、平均粒径１０μｍのアルミナの微粉を噴射して、表面粗さ（中心線粗さＲａ５００ｎｍ）となるようにしてサンドブラスト処理を行った。その後、保護テープ剥がして、フッ化水素酸を用いて洗浄し、ＣＭＰを用いて研磨し、粗面化した裏面を有するＳＯＱ基板を完成させた。エッチング量は、１０ｎｍ（実施例１）、１５ｎｍ（実施例２）、２０ｎｍ（実施例３）、３０ｎｍ（実施例４）、４０ｎｍ（実施例５）、５０ｎｍ（実施例６）、６ｎｍ（比較例２）、８ｎｍ（比較例３）であった。比較例１は、保護を貼った後、エッチング処理を行わずに保護テープを剥がして、研磨及び洗浄を行って得た基板であった。
完成した基板を５０質量％フッ化水素酸に３分間浸漬し、欠陥の数を目視検査によりカウントした。結果を図２に示す。
実施例１〜６及び比較例１〜３の結果から、シリコン表面を１０ｎｍ以上エッチングしたものは、欠陥の数の減少を示すことが判明した。
実施例７〜１１
アルカリ溶液として、ＳＣ１溶液に換えて、ＮＨ４ＯＨ（実施例７）、ＫＯＨ（実施例８）、ＮａＯＨ（実施例９）、ＴＭＡＨ（実施例１０）、ＥＤＰ（実施例１１）を用いた以外は実施例４と同様な処理を行い、シリコン層を３０ｎｍエッチングした後粗面化した裏面を有するＳＯＱ基板を完成させた。
完成した基板を５０質量％フッ化水素酸に３分間浸漬し、欠陥の数をカウントした。結果を図３に示す。
アルカリ溶液として、ＳＣ１溶液に換えて、ＮＨ４ＯＨ（実施例７）、ＫＯＨ（実施例８）、ＮａＯＨ（実施例９）、ＴＭＡＨ（実施例１０）、ＥＤＰ（実施例１１）を用いた以外は実施例４と同様な処理を行い、シリコン層を３０ｎｍエッチングした後粗面化した裏面を有するＳＯＱ基板を完成させた。
完成した基板を５０質量％フッ化水素酸に３分間浸漬し、欠陥の数をカウントした。結果を図３に示す。
実施例４及び実施例７〜１１の結果から、シリコン層をエッチング溶液の種類の違いによる影響は少ないことが分かる。
１ 絶縁性基板
２ シリコン薄膜
２ａ 単結晶シリコン
２ｂ
２ｃ ダメージ部
２ｄ 剥離面
５ ＳＯＩ基板
１１ 絶縁性基板
１１ｓ 絶縁性基板の表面
１２ 単結晶シリコン基板
１２Ｂ シリコン薄膜
１２ｓ 単結晶シリコンのイオン注入面
１３ 水素注入層
１４ 接合基板
１５ ＳＯＩ基板
２１ 絶縁性基板
２１ａ サンドブラスト処理の完了部分
２１ｂ サンドブラスト処理の未処理部分
２２ シリコン薄膜
２５ ＳＯＩ基板
３１ 研磨布
３２ ウェーハチャック
２ シリコン薄膜
２ａ 単結晶シリコン
２ｂ
２ｃ ダメージ部
２ｄ 剥離面
５ ＳＯＩ基板
１１ 絶縁性基板
１１ｓ 絶縁性基板の表面
１２ 単結晶シリコン基板
１２Ｂ シリコン薄膜
１２ｓ 単結晶シリコンのイオン注入面
１３ 水素注入層
１４ 接合基板
１５ ＳＯＩ基板
２１ 絶縁性基板
２１ａ サンドブラスト処理の完了部分
２１ｂ サンドブラスト処理の未処理部分
２２ シリコン薄膜
２５ ＳＯＩ基板
３１ 研磨布
３２ ウェーハチャック
Claims (7)
- ＳＯＩ基板のシリコン薄膜の表面を１０ｎｍ以上エッチングするエッチング工程と、
上記エッチングされたシリコン薄膜の表面に保護テープを貼り、該表面の反対側となる上記ＳＯＩ基板の裏面のサンドブラスト処理を行うサンドブラスト処理工程と、
上記サンドブラスト処理後、上記保護テープを剥がす工程と、
上記保護テープを剥がされたシリコン層の表面を研磨し、洗浄する工程と
を少なくとも含んでなる、粗面化された裏面を有するＳＯＩ基板の製造方法。 - 上記サンドブラスト処理工程において、該サンドブラスト処理前に、サンドブラスト処理の対象となるＳＯＩ基板の裏面の有機汚染物を除去するための洗浄をする請求項１に記載の粗面化された裏面を有するＳＯＩ基板の製造方法。
- 上記エッチング工程において該エッチングの対象となるＳＯＩ基板が、
単結晶シリコン基板の一つの表面に水素イオンを注入するイオン注入工程と、
絶縁性基板と上記単結晶シリコン基板のイオン注入面とを接合させる接合工程と、
上記接合後、上記イオン注入層から上記絶縁性基板上のシリコン薄膜を剥離し、上記絶縁性基板上にシリコン薄膜を転写されたＳＯＩ基板を得る剥離工程と
を少なくとも含んでなる製造方法より得られたものであり、上記シリコン薄膜が剥離後のシリコン薄膜である請求項１又は請求項２に記載の粗面化された裏面を有するＳＯＩ基板の製造方法。 - 上記絶縁性基板が、石英基板、ガラス基板又はサファイア基板である請求項１〜３のいずれかに記載の粗面化された裏面を有するＳＯＩ基板の製造方法。
- 上記エッチング工程が、アリカリエッチング液の使用を含み、該アルカリエッチング液が、アンモニア過水、アンモニア、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化セシウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、エチレンジアミン−パイロカテコール−水（ＥＤＰ）及びヒドラジンからなる群から選ばれる一以上を含む請求項１〜４のいずれかに記載の粗面化された裏面を有するＳＯＩの製造方法。
- 上記保護テープが、バックグラインド用保護テープ、ダイシング用テープ、又はダイボンディングテープである請求項１〜５のいずれかに記載の粗面化された裏面を有するＳＯＩ基板の製造方法。
- 上記保護テープを剥がす工程が、上記サンドブラスト処理後、ＨＦを含む溶液でサンドブラスト面を洗浄してから上記保護テープを剥がす請求項１〜６のいずれかに記載の粗面化された裏面を有するＳＯＩ基板の製造方法。
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- 2009-04-30 JP JP2009110790A patent/JP5030992B2/ja active Active
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