JP2013536575A - 半導体およびソーラウエハ - Google Patents
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Abstract
シリコン・オン・インシュレータまたは接合ウエハは、断面において台形形状を有する上部と、湾曲した形状を有する外側周縁部を有する下部とを含む。
Description
本開示は、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)接合構造体等の半導体およびソーラウエハ(solar wafer)に関し、より具体的には、接合SOIウエハおよび接合SOIウエハの製造方法に関する。
半導体ウエハは一般に、個別のウエハへとスライスされる単結晶インゴット(例えばシリコンインゴット)から製造される。本明細書において、シリコンで構成される半導体ウエハに言及しているが、ゲルマニウム、ヒ化ガリウムまたは後述の他の材料等の他の材料を同様に使用してよい。一の種類のウエハは、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)ウエハである。SOIウエハは、絶縁体層(即ち酸化物層)の上にシリコンの薄層(活性層)を有し、その絶縁体層は、シリコン基板の上に配置される。接合SOI半導体ウエハはSOI構造体の一種である。
電子産業におけるデバイス幅の縮小、電力の節約、超高速性能および/または特別な用途に起因して、SOI(シリコン・オン・インシュレータ)ウエハにおける要望が増大している。挑戦の1つとして、剥離を回避するために、支持基板に接合された活性層ウエハの、接合していない外側の周辺部を効果的に取り除くことが挙げられる。剥離は、ウエハの加工および/またはデバイスラインにおいて粒子の汚染を引き起こし得る。
SOIウエハを製造する際、接合すべき2つのウエハの外側の周辺部は、ウエハの破損、亀裂および/または粒子の発生を防ぐために、RもしくはT面取り又はエッジプロファイリング(以下に更に説明する)に付される。また、接合基板の外側の周辺部の厚さは、ウエハリング工程に起因して不均一である。この不均一な厚さを原因として、接合プロセスの間に、外側の周辺部が全く接合されず且つ/又は弱く接合される。活性ウエハの厚さを研削、エッチング、研磨等のプロセスにより小さくすると、この接合していない部分は、膜厚を小さくする工程の間に、接合基板から部分的に剥離する。剥離した部分は、膜厚の減少、洗浄および測定プロセスに対して問題を引き起こす。更に、デバイス加工において、残存する接合していない部分が剥離し、それにより、粒子が発生し、デバイスの収率に深刻な影響を及ぼす。
剥離を解決しようとするいくつかの従来技術が存在している。例えば、図1A〜1Dは、基板ウエハSと活性層ウエハAとを互いに接合し、次いで、接合ウエハWの縁部の周辺部を面取りする工程の連続を示している。図1Aは、活性層ウエハの下の基板を示しており、図1Bは接合ウエハを示している。図1Cは、ウエハの外側周縁部を研削する研削機(またはグラインダ)Gを示しており、図1Dは完成したSOIウエハWを示している(完成したウエハは更に加工されることに留意されたい)。この方法は、日本国特許出願第1986−256621号に示される方法と実質的に類似していると考えられる。この例の他の欠点の中には、ウエハWの直径が標準的なウエハ直径より小さいことがあり、それにより、下流の取扱設備および治具に関して問題が生じる。
図2A〜2Dに示す別の従来技術の例において、接合SOIウエハWが、上述のように活性層ウエハAおよび基板ウエハSから形成される。ウエハの縁部は、図2B〜2Cに示すように、活性ウエハAの外縁部全体が削り落とされるが基板の一部のみが削り落とされるように研削される。この方法は、日本国特許出願第1989−227441号に示される方法と実質的に類似していると考えられる。この方法は、効率が悪くなってしまう。
図3Aに示す従来技術の例において、活性ウエハAはその縁部が研削されて出っ張り(ledge)Lが形成される(従って、ウエハAは予め研削されたウエハである)。ウエハAは図3Bにおいて基板ウエハSに接合される。図3Cにおいて、接合SOIウエハWの上面が研削されて出っ張りLが除去され、完成したウエハが図3Dに示される。活性層ウエハの接合していない部分は、その後、削り落とされる。この方法は、日本国特許出願第1992−85827号に示される方法と実質的に類似していると考えられる。
図4Aの従来技術において、接合SOIウエハWは上述のように、活性層ウエハAおよび基板ウエハSから形成される。図4Bにおいて、活性ウエハAはその上部周縁部Eが研削されて図4Cに示す出っ張りLが形成される。図4Dのウエハ加工を完成させるために、選択的エッチング、研磨および/またはPAC(プラズマアシスト化学エッチング)法を用いて、活性層ウエハAの外側周縁部から接合していない部分を除去する。この方法は、米国特許第6,534,384号B2(参照することにより本明細書に組み込まれる)に示される方法と実質的に類似していると考えられる。以上のように、完成したウエハを形成するのに多数の工程が必要とされる。
図5Aの従来技術において、活性層ウエハAは、接合に先立って、その下面において溝Rが形成されている。活性ウエハAは、図5Bにおいて基板ウエハSに接合される。この方法は、米国特許出願第2009/0203167号A1(参照することにより本明細書に組み込まれる)に示される方法と実質的に類似していると考えられる。図5Cにおいて、ウエハAの溝Rと反対側において研削を実施する。ウエハAの外側の周辺部の接合していない部分は、図5Dの完成したウエハWにおいて示すように、ウエハを所定の厚さに研削した後に取り除くことができる。
ウエハの表面処理方法に関して、および接合構造体の活性層の外側の周辺部の剥離を防ぐ現在の方法の不都合な点に対処するウエハに関して、満たされていない要求が残っている。
一の態様において、シリコン・オン・インシュレータウエハは、断面において台形形状を有する上部と、湾曲した形状を有する外側周縁部を有する下部とを含む。
もう1つの態様において、シリコン・オン・インシュレータ構造体は、活性ウエハおよび基板ウエハを含み、活性ウエハは断面において台形形状を有し、基板ウエハは湾曲した形状を有する外側周縁部を有する。
更にもう1つの態様において、接合半導体ウエハは、互いに接合された活性ウエハおよび基板ウエハを含む。活性ウエハは、活性ウエハが断面において台形形状を有するように、角度付けられた形状を有する外側周縁部を含む。基板ウエハの上部周縁部は、活性層ウエハの台形形状の最下部を規定する。
上述の態様に関連して記載される特徴の種々の改良が存在する。更なる特徴もまた同様に、上述の態様に組み込まれてよい。これらの改良および追加の特徴は、個別に又は任意の組み合わせで存在してよい。例えば、例示されるいずれかの実施形態に関連して以下に論じる種々の特徴を、単独で又は任意の組み合わせで上述の態様のいずれにも組み込んでよい。
図面は縮尺通りではなく、例示を目的として一部が拡大されている。対応する参照文字は図面全体にわたって対応する部材を表している。
ここで、図6および7A〜7Eを参照して、接合ウエハ(あるいは、シリコン・オン・インシュレータ構造体またはSOIウエハ)を製造または加工する方法100を示す。図7Aに示すような活性ウエハ101および基板ウエハ103は常套的なウエハである。両者は鏡面研磨された前面101F、103Fを有し、比較的欠陥がない。
活性ウエハ101および基板ウエハ103は、SOI構造体において使用するのに適した任意の単結晶半導体材料であってよい。一般に、ウエハは、シリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、シリコンゲルマニウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、亜リン酸、サファイアおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される材料で構成されてよい。一の実施形態において、ウエハ101、103はシリコンから作製される。
酸化物の層を活性ウエハの前面に堆積させる(102)。酸化は通常、垂直炉、例えば市販されているAMS400において実施する。次いで、ウエハの前面を、基板ウエハの前面に接合して(104)、図7Bに示すように接合ウエハ105を形成する。接合は、オーストリアのEV Group製のModel EVG(登録商標)850等のツールを用いて、常套的な親水性接合プロセスにおいて実施することができる。電気炉(ペンシルバニアのTPS製のモデルBlue M等)において熱処理106を適切に実施して接合を強化する。次の工程、台形研削108を、図7Cを参照して以下に更に説明する。図7Cに示す平面研削110は、日本のDisco Corporation製のモデルDFG−830等の片面研削機を用いて適切に実施される。平面研削110は、粗研削工程および精密(または微細)研削工程を適切に含む。粗研削は、20〜30ミクロンのグリットサイズの600メッシュを用いて適切に実施され、精密研削は3000メッシュおよび2〜6ミクロンのグリットサイズで実施される。
次に、再び図6を参照して、接合ウエハ105においてエッチング112を実施し、常套的なエッチング装置においてアルカリエッチャントを用いて適切に実施するが、酸エッチャントを用いてもよい。次いで、研磨114を実施し、Strasbaugh Mark 9−Kを用いて、前面105Fにおける片面研磨を適切に実施する。別法として、研磨114は、前面105Fおよび裏面105Bの両方の両面研磨をであってよい。接合ウエハ105の仕上げ116は、平面度および粒子数等の必要とされる全てのパラメータに関してウエハを検査することと、次いで、顧客に出荷するためにウエハをパッケージングすることとを含む。
図7Eおよび13からわかるように、仕上げられた又は接合されたウエハ105は台形形状を有する上部を有する。より具体的には、活性層ウエハ101の残余と、基板ウエハの比較的小さい部分とを含む上部は、外側周縁部において角を有しており、その結果、ウエハは、台形形状を有している又は断面において台形形状を有していると考えられる。接合ウエハ105の下部(この実施形態における基板ウエハ103に実質的に対応している)は、その外側周縁部において常套的な傾斜した形状または丸みを帯びた形状(概して湾曲した形状)を有し、従って、台形形状を有しないことに留意されたい。この実施形態において、接合ウエハ105の上部は、活性ウエハ101と実質的に一致する。
再び図7Cを参照して、活性ウエハ101の外側周縁部を研石車に接触させ、接合ウエハ105の前面105Fに対して斜めに研削する。角度は、適切には約3°〜10°であり、この実施形態において、角度は約7°である。外側周縁部全体が図7Dに示すように研削されるまで、エッジ研削を実施する。研削は、外側周縁部におけるいずれのノッチも除去する。研削は、角度付けられた又は傾斜した部分の長さが約1mm〜1.5mm、例えば約1.25mmであるように適切に行ってよい。研削の角度および深さは、基板ウエハ103の上部傾斜119のごく一部が台形研削の間に除去されるようなものであることに留意されたい。
図7Cにおいて、活性ウエハ101の表面を、図7Dに示すように厚さが40〜50ミクロンになるまで研削する。図7Dにおける活性ウエハ101の台形形状に留意されたい。また、基板ウエハ103の一部が研削されるように、エッジ研削を実施する。
図8および9A〜9Dを参照して、図6および7A〜7Dの研削工程と比較して研削工程を逆転させる。換言すれば、台形研削の前に、活性ウエハ101の表面を先ず研削する。この工程の順番を図8に示す。この場合も同様に、平面研削工程は、粗研削工程および精密研削工程を含んでよい。粗研削は、600メッシュおよび20〜30ミクロンのグリットサイズを用いて適切に実施し、精密研削は、3000メッシュおよび2〜6ミクロンのグリットサイズで実施する。表面は、図9Bに示すように研削し、そして次に、図9Cにおいて、活性ウエハ101の縁部を、縁部が図9Dに示す台形形状を有するまで研削する。
図10および11を参照して、一の実施形態の砥石車151(概して台形研削工具)を、台形研削108の実施のために設計する。砥石車151は、台形研削を実施する常套的なエッジプロファイリング機械152に取り付けられるようになっている。この実施形態において、プロファイリング(または形状加工もしくは面取り)機械は直径200mmのウエハに適合するSTC EP−5800RHO機である。砥石車151はプロファイリング機械152のスピンドル(または軸z)153に取り付けられる。
この実施形態の砥石車151は、輪状または環状であり、プロファイリング機械152のスピンドル151に砥石車を取り付けるのに適用される中央の孔154を有する。砥石車151は202mmの直径Dを有し、中央の孔の直径HDは30mmであり、厚さは20mmである。この実施形態の砥石車151は、砥石車の外縁部に配置される上部の溝155、中央の溝157および下部の溝159を有する。この実施形態において、溝155、157、159は概してV字型である。別法として、砥石車151は、本開示の範囲内において、ただ1つの溝を有してよく、または実用的には任意の他の数の溝を有してよいことに留意されたい。
この実施形態において、上部の溝155および中央の溝157は精密研削に適用され、下部の溝159は粗研削に適用される。各溝は、ダイアモンドグリットを適切に含む。精密研削に関しては、2000または3000メッシュのダイアモンドグリットサイズが好適である。粗研削に関しては、600メッシュまたは800メッシュが好適である。砥石車151は金属合金、アルミニウム合金またはステンレス鋼から適切に作製されるが、他の材料も考えられる。
この実施形態の各溝壁は、溝の底部から溝の頂部へと傾斜しており、平坦な底部を有する。この実施形態において、傾斜は約7°の角度である。溝の底部の幅は、約200mmの総厚さを有する接合ウエハに使用する場合には約1.8mmであり、その結果、基板ウエハまたはウエハの裏面は台形研削の間、溝に接触しない。各溝の、最も幅が広い部分(溝の頂部)における幅は約3.5mmである。溝の壁は、約0.2mmの半径で、溝の底部へと湾曲している。溝の深さGDは約6.0mmであり、溝の根本(root)の深さRDは約8.0mmである。
砥石車151は、エッジプロファイリング機械152(STC EP−5800 RHOのスピンドル等)に設置される。砥石車を設置した後、スピンドル高さ(垂直方向)および距離(水平方向)を微調整し、その結果、砥石車151の溝155と接合ウエハ105とが、図12に示すように位置決めされる。基板ウエハの縁部の最外部および底面が研削溝155に接触していないことに留意されたい。次いで、台形研削を上述のように実施する。台形研削は、粗いグリット溝もしくは精密なグリット溝のいずれか、または両方のグリット溝(まず粗いグリット溝、次いで精密なグリット溝)を用いて実施することができる。研削は、例えばエッジの品質の要求に応じて、シングルパス(または単一の工程)またはマルチパス(または複数の工程)として実施してよい。
上述の例の方法は、基板ウエハに接合される活性層ウエハの、接合されていない外側の周辺部を取り除くのに適用される。これにより、よりしっかりと接合された外側の周辺部を有する接合ウエハがもたらされる。適切な方法において、支持基板の上に活性層ウエハを接合し、接合対の接合後の熱処理を行った後に、台形研削を適用して活性層ウエハの接合していない外側の周辺部を取り除く。砥石車151等のエッジ砥石車を用いて台形研削工程を実施してよい。他の利点の中に、本開示の実施形態による接合ウエハは、剥離してしまう可能性が低いことがある。更に、接合ウエハは、さもなければウエハの加工/デバイスラインにおける接合していない部分の剥離に起因して生じることがある粒子汚染を妨げ、または防止する。
本発明または本発明の(1以上の)実施形態の構成要素を導入する際、冠詞「a」、「an」、「the」および「said」は、その構成要素が1以上存在することを意味することが意図される。用語「含む」、「含有する」および「有する」は、包含的であることが意図され、列挙された構成要素の他に追加の構成要素が存在してよいことを意味することが意図される。
本発明の範囲から逸脱することなく、上述の構成に種々の変更を行うことが可能であるので、上述の説明に含まれる全ての事項および添付の(1以上の)図面に示される全ての事項は例示を目的とするものと解され、限定を意味するものとは解されないことが意図される。
ここで、図6および7A〜7Eを参照して、接合ウエハ(あるいは、シリコン・オン・インシュレータ構造体またはSOIウエハ)を製造または加工する方法100を示す。図7Aに示すような活性ウエハ101および基板ウエハ103は常套的なウエハである。活性ウエハ101および基板ウエハ103は、接合ウエハ、SOI構造体および/またはSOIウエハの第1の層および第2の層の各々の例である。両者は鏡面研磨された前面101F、103Fを有し、比較的欠陥がない。
酸化物の層107を活性ウエハの前面に堆積させる(102)。酸化は通常、垂直炉、例えば市販されているAMS400において実施する。次いで、ウエハの前面を、基板ウエハの前面に接合して(104)、図7Bに示すように接合ウエハ105を形成する。接合は、オーストリアのEV Group製のModel EVG(登録商標)850等のツールを用いて、常套的な親水性接合プロセスにおいて実施することができる。電気炉(ペンシルバニアのTPS製のモデルBlue M等)において熱処理106を適切に実施して接合を強化する。次の工程、台形研削108を、図7Cを参照して以下に更に説明する。図7Cに示す平面研削110は、日本のDisco Corporation製のモデルDFG−830等の片面研削機を用いて適切に実施される。平面研削110は、粗研削工程および精密研削工程を適切に含む。粗研削は、20〜30ミクロンのグリットサイズの600メッシュを用いて適切に実施され、精密研削は3000メッシュおよび2〜6ミクロンのグリットサイズで実施される。
ここで、図6および7A〜7Eを参照して、接合ウエハ(あるいは、シリコン・オン・インシュレータ構造体またはSOIウエハ)を製造または加工する方法100を示す。図7Aに示すような活性ウエハ101および基板ウエハ103は常套的なウエハである。両者は鏡面研磨された前面101F、103Fを有し、比較的欠陥がない。
Claims (19)
- 断面において台形形状を有する上部と、湾曲した形状を有する外側周縁部を有する下部とを含む、シリコン・オン・インシュレータウエハ。
- ウエハが活性ウエハおよび基板ウエハを含む、請求項1に記載のウエハ。
- 活性ウエハおよび基板ウエハが共にシリコンから作製される、請求項2に記載のウエハ。
- 前記上部が実質的に活性ウエハと一致する、請求項2に記載のウエハ。
- 前記上部が基板ウエハの上部周縁部を含み、台形形状が、その最下部において、基板ウエハの上部周縁部によって規定される、請求項4に記載のウエハ。
- 活性ウエハと基板ウエハとの間に配置される酸化物層を更に含む、請求項5に記載のウエハ。
- 基板ウエハが断面において台形形状を有しない、請求項2に記載のウエハ。
- 活性ウエハおよび基板ウエハを含むシリコン・オン・インシュレータ構造体であって、活性ウエハは断面において台形形状を有し、基板ウエハは湾曲した形状を有する外側周縁部を有する、構造体。
- 活性ウエハおよび基板ウエハが共にシリコンから作製される、請求項8に記載の構造体。
- 基板ウエハの上部周縁部が、活性層ウエハの台形形状の最下部を規定する、請求項8に記載の構造体。
- 上部が実質的に活性ウエハと一致する、請求項10に記載の構造体。
- 前記上部が基板ウエハの上部周縁部を含み、台形形状が、その最下部において、基板ウエハの上部周縁部によって規定される、請求項11に記載の構造体。
- 活性ウエハと基板ウエハとの間に配置される酸化物層を更に含む、請求項12に記載の構造体。
- 基板ウエハが断面において台形形状を有しない、請求項13に記載の構造体。
- 互いに接合された活性ウエハおよび基板ウエハを含む接合半導体ウエハであって、活性ウエハは、活性ウエハが断面において台形形状を有するように、角度付けられた形状を有する外側周縁部を含み、基板ウエハの上部周縁部は、活性層ウエハの台形形状の最下部を規定する、接合半導体ウエハ。
- 活性ウエハおよび基板ウエハが共にシリコンから作製される、請求項15に記載の接合ウエハ。
- 基板ウエハが、湾曲した形状を有する外側周縁部を有し、断面において台形形状を有しない、請求項15に記載の接合ウエハ。
- 接合ウエハの上部が実質的に活性ウエハと一致している、請求項17に記載の接合ウエハ。
- 活性ウエハと基板ウエハとの間に配置される酸化物層を更に含む、請求項18に記載のウエハ。
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