JP2010263084A - Ｓｏｉウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】活性側ウェーハの面取りと段付き形状を形成する工程を簡単化するとともに、面取り後のウェーハの品質を向上させること。
【解決手段】活性側ウェーハ１と支持側ウェーハの少なくとも一方の貼り合わせ面に酸化膜を形成し、貼り合わせて熱処理を施して接着させ、次いで、活性化ウェーハを貼り合わせ面と反対側の面側から厚み方向に表面研削して減厚し、ＳＯＩウェーハを形成する。ここで、活性化ウェーハ１の面取りに使用する面取り用ホイール１３は、回転させながら活性化ウェーハ１の外周縁部に当接させることで、外周縁部に面取りを形成するとともに、活性化ウェーハの貼り合わせ面の外周縁部に、支持側ウェーハの面取りされた貼り合わせ面の外径よりも小さい外径の円柱部１６を形成するように、研削面１４を有すること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２枚のシリコンウェーハ（以下、単位ウェーハという。）を貼り合わせて形成されるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハの製造方法に係り、特にウェーハの外周縁部を加工する方法に関する。

高性能デバイス用のＳＯＩウェーハとして、２枚のウェーハを貼り合わせた後、素子を作製する方のウェーハ（以下、活性側ウェーハという。）を薄膜化したＳＯＩウェーハが知られている。このＳＯＩウェーハは、例えば、鏡面研磨された２枚のシリコンウェーハを用意し、少なくとも一方のウェーハに酸化膜を形成させる。そして、これらのウェーハを密着させた状態で、所定の温度（例えば、２００℃〜１２００℃）で熱処理することにより、結合強度を高める。その後、活性側ウェーハの素子作製側の面を研削及び鏡面研磨して所望の厚さまで薄膜化することにより、ＳＯＩ層が形成された貼り合わせのＳＯＩウェーハを製造することができる。

このようなＳＯＩウェーハの製造において、活性側ウェーハとこれを支持するウェーハ（以下、支持側ウェーハという。）は、通常、貼り合わせ前に予め外周縁部に面取りが施されている。しかし、このように面取りされた２枚のウェーハを貼り合わせる場合、これらのウェーハの外周縁部には、２枚のウェーハが結合されない欠陥部分が生じることがある。このような部分が存在したまま研削などにより薄膜化を行うと、その薄膜工程中に欠陥部分が剥がれることがある。このようなウェーハをデバイス工程に投入すると、デバイス工程で剥離してパーティクルを生じさせ、デバイス歩留まりを低下させる要因となる。

そこで、活性側ウェーハと支持側ウェーハを貼り合わせる前に、活性側ウェーハの一方の面の外周縁部を機械加工で除去して段付き形状を形成し、この外周縁部が除去された面を貼り合わせ面にして、活性側ウェーハと支持側ウェーハを貼り合わせ、所定の熱処理後、活性側ウェーハの貼り合わせ面と反対側の面を表面研削、研磨などを施すようにしたＳＯＩウェーハの製造方法が提案されている（特許文献１参照。）。これによれば、活性側ウェーハは、外周縁部が除去されて円柱状に形成された部分を介して支持側ウェーハと結合されるため、外周縁部に欠陥が生じにくく、活性側ウェーハの薄膜工程中の剥離を抑制し、デバイス歩留まりを向上させることができる。

特開平４−８５８２７号公報

ところで、特許文献１の製造方法によれば、活性側ウェーハは、貼り合わせ面の欠陥が生じやすい外周縁部を機械加工で除去しているが、その反対側の面（以下、表面という。）の外周縁部においても、取扱上、面取りが施されるのが通常である。したがって、特許文献１の活性側ウェーハは、表面の外周縁部の面取りに加えて、貼り合わせ面の外周縁部を段付き形状に形成する必要がある。そのため、製造工程が増えることによる製造コストの増加が問題となっていた。また、外周縁部の面取りにおいては、機械加工に代えてエッチングを施して面取りを形成することも考えられるが、例えば、貼り合わせ面などにエッチピットが発生すると、デバイス歩留まりの低下を招くおそれがある。

本発明は、上述した問題点に鑑み、活性側ウェーハの面取りと段付き形状を形成する工程を簡単化するとともに、面取り後のウェーハの品質を向上させることを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するため、外周縁部が面取りされた活性側ウェーハと支持側ウェーハの少なくとも一方の貼り合わせ面に酸化膜を形成し、両ウェーハを貼り合わせて熱処理を施すことにより接着させ、次いで、活性化ウェーハを貼り合わせ面と反対側の面側から厚み方向に表面研削して減厚し、ＳＯＩウェーハを形成するＳＯＩウェーハの製造方法において、活性化ウェーハの面取りに使用する面取り用ホイールは、回転させながら活性化ウェーハの外周縁部に当接させることで、外周縁部に面取りを形成するとともに、活性化ウェーハの貼り合わせ面の外周縁部に、支持側ウェーハの面取りされた貼り合わせ面の外径よりも小さい外径の円柱部を形成するように、研削面を有することを特徴とする。

本発明によれば、活性側ウェーハの貼り合わせ面とその反対側の面の外周縁部を、所定の研削面を有する面取り用ホイールを用いて加工しているため、貼り合わせ面と表面の外周縁部を同時に加工することができる。このため、活性側ウェーハの面取りと段付き形状を形成する工程を簡単化することができる。また、このように活性側ウェーハの外周縁部の加工工程の数を減らすことにより、加工歩留まりを向上させることができる。

ところで、このようにして面取りが施された活性側ウェーハは、円柱部の端面（貼り合わせ面）が酸化膜を介して支持側ウェーハと貼り合わされた状態で、薄膜化、つまり機械加工による表面研削により円柱部まで活性側ウェーハを薄膜化する加工が施される。しかし、この表面研削により活性側ウェーハの厚みが減少して研削面が円柱部に近づくと、加工時の応力が変化したり、研削面積の急な減少などに伴い、ウェーハの外周部、例えば円柱部などに割れや欠けなどの欠陥が生じるおそれがある。このような円柱部の欠陥は、ＳＯＩ層の欠陥となり、デバイスの品質に影響を与える。

そこで、本発明では、活性化ウェーハの表面研削時において、活性化ウェーハを貼り合わせ面と反対側の面側から研削して減厚する際、少なくとも研削面が円柱部に達する前に、厚み方向の研削速度を低減させるようにする。このように研削面が円柱部に近づいたところで、研削速度を下げることにより、円柱部の割れや欠けなどを抑制することができ、デバイスの品質を安定させることができる。

本発明によれば、活性側ウェーハの面取りと段付き形状を形成する工程を簡単化するとともに、面取り後のウェーハの品質を向上させることができる。

本発明を適用してなるＳＯＩウェーハの製造方法における活性側ウェーハの外周縁部の面取り加工の一例を説明する図である。 本発明を適用してなるＳＯＩウェーハの製造方法における支持側ウェーハの外周縁部の面取り加工の一例を説明する図である。 本発明を適用してなるＳＯＩウェーハの製造方法において、活性側ウェーハと支持側ウェーハを貼り合わせ、活性側ウェーハを表面研削する前の状態を示す図である。 本発明を適用してなるＳＯＩウェーハの製造方法において、活性側ウェーハと支持側ウェーハを貼り合わせ、活性側ウェーハを表面研削する状態を示す図である。

以下、本発明について図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図１は、活性側ウェーハの外周縁部の面取り加工の一例を説明する図である。図２は、支持側ウェーハの外周縁部の面取り加工の一例を説明する図である。図３は、活性側ウェーハと支持側ウェーハを貼り合わせ、活性側ウェーハを表面研削する前の状態を示す図である。図４は、活性側ウェーハと支持側ウェーハを貼り合わせ、活性側ウェーハを表面研削する状態を示す図である。

まず、本発明を適用した貼り合わせによるＳＯＩウェーハの製造方法について説明する。はじめに、原料ウェーハである活性側ウェーハ１と支持側ウェーハ２を用意する。活性側ウェーハ１と支持側ウェーハ２は、シリコン単結晶ウェーハを用いる。

次に、用意されたシリコン単結晶ウェーハのうち、支持側ウェーハ２は、図２に示すように、貼り合わせ面３とその反対側の裏面４との外周縁部にそれぞれ面取りを施して斜面を形成する。一方、活性側ウェーハ１は、図１に示すように、表面６の外周縁部には面取りを施し、貼り合わせ面５の外周縁部には段付きの形状を形成する。ここで、面取りや段付き形状を形成する手段としては、後述する面取り用ホイールを用いた機械加工により行うことができる。

面取りを施した支持側ウェーハ２は、熱処理を施してウェーハ表面に酸化膜７を形成する。尚、本実施形態では、支持側ウェーハ２に酸化膜７を形成しているが、この酸化膜は活性側ウェーハ１に形成してもよいし、活性側ウェーハ１と支持側ウェーハ２の両方に形成してもよい。

次に、この活性側ウェーハ１と酸化膜を形成した支持側ウェーハ２とを清浄な雰囲気下で密着させる。これに酸化性雰囲気下で熱処理を施し、活性側ウェーハ１と支持側ウェーハ２を強固に接着させ、貼り合わせＳＯＩウェーハ８（図３）とする。この貼り合わせＳＯＩウェーハ８は、以下、ＳＯＩウェーハ８と称する。

活性側ウェーハ１と支持側ウェーハ２を接着させる熱処理条件としては、例えば、酸素又は水蒸気を含む雰囲気下、８００℃以上の温度で行うものとする。これにより、活性側ウェーハ１と支持側ウェーハ２は強固に接着されるとともに、ＳＯＩウェーハ８の露出面全体に酸化膜（図示せず）が形成される。尚、活性側ウェーハ１は、予め酸化膜７で覆われているため、この熱処理の熱により酸化膜７がさらに成長し、厚くなる。

このようにして得られたＳＯＩウェーハ８には、支持側ウェーハ２の貼り合わせ面３に活性側ウェーハ１の貼り合わせ面５が密着していない周状の領域が形成される。この支持側ウェーハ２の外周縁部の酸化膜７が露出している領域をテラス部９という。

次に、このＳＯＩウェーハ８のうち、活性側ウェーハ１を所望の厚さまで薄膜化する。この薄膜化の手段としては、例えば、周知の表面研削装置を用いることができる。

最後に、薄膜化されたＳＯＩウェーハ８は、表面研削された活性側ウェーハ１の表面を鏡面研磨し、その後、必要に応じて、ＳＯＩウェーハ８を周知の酸エッチング液に浸漬してエッチングを施し、加工歪を開放する。

以上のようにして、本発明に係る貼り合わせによるＳＯＩウェーハ８を製造することができる。

次に、本発明の特徴となるウェーハの外周縁部を面取り等する方法について詳しく説明する。

まず、支持側ウェーハ２においては、図２に示すように、回転する面取り用ホイール１１を回転する支持側ウェーハ２の外周面に近づけ、面取り用ホイール１１の側面に砥石で形成された研削面１２を支持側ウェーハ２の外周縁部に当接させて研削を施す。この研削により、支持側ウェーハ２は、貼り合わせ面３と裏面４の外周縁部にそれぞれ同形状の斜面の面取りが形成される。ここで、面取り用ホイール１１の研削面は、支持側ウェーハ２の面取り形状に倣った角度の斜面を有している。尚、支持側ウェーハ２を回転させる手段としては、例えば、裏面４側を真空吸着して回転させる方法を適用することができる。

次に、活性側ウェーハ１においては、図１に示すように、回転する面取り用ホイール１３を回転する活性側ウェーハ１の外周面に近づけ、面取り用ホイール１３の側面に砥石で形成された研削面１４を活性側ウェーハ１の外周縁部に当接させて研削を施す。この研削により、活性側ウェーハ１は、貼り合わせ面５の外周縁部に段付き部１５が形成されるとともに、表面６の外周縁部には支持側ウェーハ２と同様の面取りが施される。

このようにして面取り用ホイール１３で研削された活性側ウェーハ１は、貼り合わせ面５の外周縁部が除去されたことにより、貼り合わせ面５を端面とする円柱状の円柱部１６が形成される。ここで、円柱部１６の外周側に形成される段付き部１５は、図１に示すように、断面方向からみると、円柱部１６の外周面と、この外周面と略直角の面取り面１７から形成される。また、面取り面１７と表面６との間には、円柱部１６の外径よりも大きな外径を有する基端部１８が形成され、この基端部１８の両面の外周縁部には、斜面の面取りが施されている。尚、円柱部１６と基端部１８は同軸の関係となっている。

本実施形態では、活性側ウェーハ１に形成される段付き部１５の寸法は、例えば、ウェーハ外径を１５０ｍｍとした場合、基端部１８の半径と円柱部１６の半径の差を０．５〜２ｍｍとし、面取り面１７と貼り合わせ面５の段差量を約２００μｍとしている。

このように活性側ウェーハ１の外周縁部の加工を、面取り用ホイール１３を用いて行うことにより、円柱部１６を形成するとともに、基端部１８の両方の面の面取りを同時に行うことが可能となる。すなわち、面取り用ホイール１３は、このような活性側ウェーハ１の外周部分の形状を１回の研削で形成することができるように、研削面１４が形成されている。

次に、図３に示すように、活性側ウェーハ１と支持側ウェーハ２を貼り合わせて接着させた状態で、活性側ウェーハ１を平面研削する方法について、詳しく説明する。

活性側ウェーハ１の平面研削においては、図４に示すように、複数の砥石２１からなる研削面を有する研削盤２２を回転させた状態で、回転する活性側ウェーハ１の表面６に、研削面を当接させる。ここで、研削面と活性側ウェーハ１の表面６は、どちらも回転しているため、研削面と表面６の回転軸がある程度ずれていても、表面６全体を均一に研削することができる。研削盤２２は、研削面を回転させるとともに、所定の速度で軸方向（図４の下側）に移動させる。尚、ここでは、研削面を軸方向に移動させているが、活性側ウェーハ１を軸方向（図４の上側）に移動させることもできる。

ＳＯＩウェーハ８は、図４の点線で示した活性側ウェーハ１の基端部１８をすべて研削して除去した後、引き続き、円柱部１６を研削して薄膜化し、貼り合わせ界面に達しない所定の厚みに調整する。このようにして削り残された円柱部１６は、ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層となる。

ところで、活性側ウェーハ１を平面研削により薄膜化する際、研削面が円柱部１６に近づくと、加工時の応力が変化したり、研削面積の急な減少などに伴い、ウェーハ１の外周部、例えば円柱部１６に割れや欠けなどの欠陥が生じるおそれがある。この欠陥が、削り残されたＳＯＩ層の領域に達すると、デバイスの品質に影響を与えるおそれがある。

そこで、本実施形態では、活性側ウェーハ１を研削時に砥石の回転方向をウェーハセンタから外周に向かって研削すると共に厚み方向における研削速度（以下、研削速度という。）を段階的に変化させるようにする。より具体的には、例えば、基端部１８から平面研削を開始して、ウェーハの厚み方向に移動する研削面の移動速度を、研削面の位置が基端部１８と円柱部１６の境界位置１９よりも設定距離だけ手前側の位置に達したところで、研削速度をそれまでの研削速度よりも低い設定速度に切り替えるようにする。

このように、表面研削時においては、少なくとも、境界位置１９から設定距離手前までの厚み範囲は、研削速度が設定範囲となるように速度管理する。より好ましくは、境界位置１９を通過する前後の所定厚みの範囲で、研削速度が設定範囲となるように速度管理する。ここで、研削速度は、段階的に低下させる方法に限らず、例えば、連続的に低下させるようにしてもよい。

このように研削速度を変化させるのは、境界位置１９を含む所定の厚み範囲を除けば、研削速度をある程度早めてもウェーハの品質には影響がなく、また、研削速度を速めることにより研削時間の短縮を図ることができるからである。

以上述べたように、本実施形態では、活性側ウェーハ１の面取りにおいて、面取り用ホイール１３を用いることにより、貼り合わせ面５と表面６の外周縁部を同時に研削し、円柱部１６と基端部１８を１回の機械加工で形成することができる。これにより、活性側ウェーハ１の外周縁部の加工工程を簡単化することができ、製造コストの低減を図ることができる。また、本実施形態によれば、面取り工程でエッチングを施さなくてもよいため、ウェーハの貼り合わせ面などにおけるエッチピットの発生を防止することができ、ウェーハの品質を安定化させることができる。

また、従来は、張り合わせたウェーハのうち、活性側ウェーハの外周縁部を研削し、さらにエッチングを施すなどして、支持側ウェーハの貼り合わせ面にテラス部を形成するようにしている。これに対し、本実施形態では、活性側ウェーハを貼り合わせる前の面取り時において、テラス部を見据えた段付き部１５を形成するようにしているため、外周縁部の貼り合わせ部分の欠陥をなくすことができるとともに、従来のような複数の工程を経ることなく、１回の機械加工でテラス部を形成することができ、製造工程を簡単化することができる。

また、本実施形態では、活性側ウェーハ１の薄膜化において、研削面が円柱部１６に近づいたところで、表面研削の研削速度を設定範囲まで下げるようにしているため、円柱部１６における割れや欠けなどの発生を抑制することができ、デバイスの品質を安定させることができる。

１ 活性側ウェーハ
２ 支持側ウェーハ
３，５ 貼り合わせ面
４ 裏面
６ 表面
７ 酸化膜
８ 貼り合わせＳＯＩウェーハ（ＳＯＩウェーハ）
９ テラス部
１１，１３ 面取り用ホイール
１２，１４ 研削面
１５ 段付き部
１６ 円柱部
１７ 面取り面
１８ 基端部
１９ 境界位置
２２ 研削盤

Claims (2)

1. 外周縁部が面取りされた活性側ウェーハと支持側ウェーハの少なくとも一方の貼り合わせ面に酸化膜を形成し、両ウェーハを貼り合わせて熱処理を施すことにより接着させ、次いで、前記活性化ウェーハを前記貼り合わせ面と反対側の面側から厚み方向に表面研削して減厚し、ＳＯＩウェーハを形成するＳＯＩウェーハの製造方法において、
   前記活性化ウェーハの面取りに使用する面取り用ホイールは、回転させながら前記活性化ウェーハの外周縁部に当接させることで、該外周縁部に面取りを形成するとともに、前記活性化ウェーハの前記貼り合わせ面の外周縁部に、前記支持側ウェーハの面取りされた貼り合わせ面の外径よりも小さい外径の円柱部を形成するように、研削面を有することを特徴とするＳＯＩウェーハの製造方法。
2. 前記活性化ウェーハの前記表面研削は、該活性化ウェーハを前記貼り合わせ面と反対側の面側から研削して減厚するとき、少なくとも研削面が前記円柱部に達する前に、厚み方向の研削速度を低減することを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。

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