JP2016225538A - 酸化物単結晶薄膜を備えた複合ウェーハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】表面から水素原子イオンまたは水素分子イオンを注入し、酸化物単結晶ウェーハの内部にイオン注入層を形成する工程と、酸化物単結晶ウェーハのイオン注入した表面と支持ウェーハの表面の少なくとも一方に表面活性化処理を施す工程と、酸化物単結晶ウェーハのイオン注入した表面と支持ウェーハの表面とを貼り合わせて接合体を得る工程と、接合体を90℃以上であって割れを生じない温度で熱処理する工程と、熱処理した接合体のイオン注入層に機械的衝撃を与える工程であって、イオン注入層に沿って剥離し、支持ウェーハ上に転写された酸化物単結晶薄膜を得る、工程とを少なくとも含む複合ウェーハの製造方法である。
【選択図】図1
Description
タンタル酸リチウムウェーハまたはニオブ酸リチウムウェーハである酸化物単結晶ウェーハの表面から水素原子イオンまたは水素分子イオンを注入し、前記酸化物単結晶ウェーハの内部にイオン注入層を形成する工程と、
前記酸化物単結晶ウェーハのイオン注入した表面と、前記酸化物単結晶ウェーハと貼り合わせようとする支持ウェーハの表面の少なくとも一方に、表面活性化処理を施す工程と、
前記表面活性化処理を施した後、前記酸化物単結晶ウェーハのイオン注入した表面と、前記支持ウェーハの表面とを貼り合わせて接合体を得る工程と、
前記接合体を90℃以上であって割れを生じない温度で熱処理する工程と、
前記熱処理した接合体の前記イオン注入層に機械的衝撃を与える工程であって、前記イオン注入層に沿って剥離し、前記支持ウェーハ上に転写された酸化物単結晶薄膜を得る、工程と
を少なくとも含み、
前記水素原子イオンの注入量が、5.0×1016atom/cm2〜2.75×1017atom/cm2であり、前記水素分子イオンの注入量が、2.5×1016atoms/cm2〜1.37×1017atoms/cm2である、
支持ウェーハ上に酸化物単結晶薄膜を備えた複合ウェーハの製造方法を提供することができる。
支持ウェーハとして、直径100mm、厚さ0.35mmのサファイアウェーハを用いた。酸化物単結晶ウェーハとして、直径100mm、厚さ0.35mmのタンタル酸リチウムウェーハを用いた。サファイアウェーハおよびタンタル酸リチウムウェーハの互いに貼り合わせに用いる面の表面粗さRMSを原子間力顕微鏡で評価したところ、1.0nm以下であった。
まず、サファイアウェーハおよびタンタル酸リチウムウェーハの互いに貼り合わせに用いる面に、窒素雰囲気下でプラズマ活性化装置を用いてプラズマ処理を施し、表面活性化を行った。次に、表面活性化したサファイアウェーハおよびタンタル酸リチウムウェーハの表面を室温(25℃)で貼り合わせて接合体を得た。次に、接合体が70、80、90、100、110、125、150、175、200、225、250、または275℃となるように各々加熱し、各温度において24時間加熱処理を行った。加熱手段には、熱処理オーブンを用い、熱電対でオーブン内の雰囲気温度を測定して接合体の温度とした。得られた接合体の外観検査の結果を表1に示す。なお、外観検査は目視で行い、割れや欠けがないものを○、微小なクラックが有るものを△、ウェーハが破損したものを×とした。支持ウェーハをサファイアとすると、熱処理温度を70〜225℃としたサンプルについては、割れや欠けが発生せず、接合していることが確認できた。
支持ウェーハとして、直径100mm、厚さ0.35mmのシリコンウェーハを用いて、接合体が70、80、90、100、110、125、150、175、200、または225℃となるように各々加熱し、各温度において24時間加熱処理を行った以外は実験1と同様に行った。なお、シリコンウェーハおよびタンタル酸リチウムウェーハの互いに貼り合わせに用いる面の表面粗さRMSは、1.0nm以下であった。得られた接合体の外観検査の結果を表1に示す。支持ウェーハをシリコンとすると、熱処理温度を70〜200℃としたサンプルについては、割れや欠けが発生せず、接合していることが確認できた。
支持ウェーハとして、直径100mm、厚さ0.35mmのシリコンウェーハ上に100nmの酸化膜を付したシリコンウェーハを用いて、接合体が70、80、90、100、110、125、150、175、200、または225℃となるように各々加熱し、各温度において24時間加熱処理を行った以外は実験1と同様に行った。なお、酸化膜付きシリコンウェーハおよびタンタル酸リチウムウェーハの互いに貼り合わせに用いる面の表面粗さRMSは、1.0nm以下であった。得られた接合体の外観検査の結果を表1に示す。なお、酸化膜付きシリコンウェーハは、予めシリコンウェーハを1100℃で1時間程度加熱することにより、シリコンウェーハ上に100nmの熱酸化膜を成長させたシリコンウェーハとした。支持ウェーハを酸化膜付きシリコンとすると、熱処理温度を70〜200℃としたサンプルについては、割れや欠けが発生せず、接合していることが確認できた。
支持ウェーハとして、直径100mm、厚さ0.35mmのガラスウェーハを用いて、接合体が70、80、90、100、110、または125℃となるように各々加熱し、各温度において24時間加熱処理を行った以外は実験1と同様に行った。なお、ガラスウェーハおよびタンタル酸リチウムウェーハの互いに貼り合わせに用いる面の表面粗さRMSは、1.0nm以下であった。得られた接合体の外観検査の結果を表1に示す。支持ウェーハをガラスとすると、熱処理温度を70〜110℃としたサンプルについては、割れや欠けが発生せず、接合していることが確認できた。
支持ウェーハとして、直径100mm、厚さ0.35mmのサファイアウェーハを用いた。酸化物単結晶ウェーハとして、直径100mm、厚さ0.35mmのタンタル酸リチウムウェーハを用いた。サファイアウェーハおよびタンタル酸リチウムウェーハの互いに貼り合わせに用いる面の表面粗さRMSは、1.0nm以下であった。
まず、タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量7.0×1016atom/cm2、加速電圧100KeVの条件でイオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成した。次に、イオン注入したタンタル酸リチウムウェーハの表面と、タンタル酸リチウムウェーハと貼り合わせようとするサファイアウェーハの表面に、7×10−6Pa下で真空イオンビーム装置を用いてArをイオン源とし、真空イオンビーム処理を施し、表面活性化を行った。次に、表面活性化したサファイアウェーハおよびタンタル酸リチウムウェーハの表面を室温(25℃)で貼り合わせて接合体を得た。次に、接合体が90、100、110、125、150、175、200、または225℃となるように各々加熱し、各温度において24時間加熱処理を行った。なお、加熱手段として、熱処理オーブンを用い、熱電対でオーブン内の雰囲気温度を測定して接合体の温度とした。熱処理した接合体を室温に下がるまで静置し、その後、室温(25℃)で、接合体のイオン注入層に楔状の刃を接触させてイオン注入層に沿って剥離し、サファイアウェーハ上にタンタル酸リチウム薄膜を転写した複合ウェーハを得た。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表2に示す。なお、外観検査は、目視で行い、薄膜の転写がウェーハ全面において出来ているものを○、薄膜の転写が一部不良であるものを△、薄膜の転写ができなかったものを×とした。
接合体を70℃で24時間加熱処理した以外は実施例1と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表2に示す。
接合体を80℃で24時間加熱処理した以外は実施例1と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表2に示す。
支持ウェーハとして、直径100mm、厚さ0.35mmのシリコンウェーハを用いて、接合体が90、100、110、125、150、175、または200℃となるように各々加熱し、各温度において24時間加熱処理を行った以外は実施例1と同様に行った。なお、シリコンウェーハおよびタンタル酸リチウムウェーハの互いに貼り合わせに用いる面の表面粗さRMSは、1.0nm以下であった。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表2に示す。
接合体を70℃で24時間加熱処理した以外は実施例2と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表2に示す。
接合体を80℃で24時間加熱処理した以外は実施例2と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表2に示す。
支持ウェーハとして、直径100mm、厚さ0.35mmのシリコンウェーハ上に100nmの酸化膜を付したシリコンウェーハを用いて、接合体が90、100、110、125、150、175、または200℃となるように各々加熱し、各温度において24時間加熱処理を行った以外は実施例1と同様に行った。なお、酸化膜付きシリコンウェーハおよびタンタル酸リチウムウェーハの互いに貼り合わせに用いる面の表面粗さRMSは、1.0nm以下であった。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表2に示す。なお、酸化膜付きシリコンウェーハは、予めシリコンウェーハを1100℃で1時間加熱することにより、シリコンウェーハ上に100nmの熱酸化膜を成長させたシリコンウェーハとした。
接合体を70℃で24時間加熱処理した以外は実施例3と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表2に示す。
接合体を80℃で24時間加熱処理した以外は実施例3と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表2に示す。
支持ウェーハとして、直径100mm、厚さ0.35mmのガラスウェーハを用いて、接合体が90、100、または110℃となるように各々加熱し、各温度において24時間加熱処理を行った以外は実施例1と同様に行った。なお、ガラスウェーハおよびタンタル酸リチウムウェーハの互いに貼り合わせに用いる面の表面粗さRMSは、1.0nm以下であった。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表2に示す。
接合体を70℃で24時間加熱処理した以外は実施例4と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表2に示す。
接合体を80℃で24時間加熱処理した以外は実施例4と同様にして実施した。得られた複合ウェーハの外観検査の結果を表2に示す。
いずれの支持ウェーハにおいても、熱処理温度を70℃とした場合に、イオン注入層での剥離は生じず、貼り合わせた両ウェーハの界面で剥がれが生じた。また、熱処理温度を80℃とした場合には、支持ウェーハ上にタンタル酸リチウム薄膜が転写できた部分と一部未転写の部分が発生した。70℃および80℃ではイオン注入界面での脆化が十分でなく、また、両ウェーハの貼り合わせの接合力が不足し、全面転写に至らなかったものと思われる。
タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を5.0×1016、7.5×1016、10×1016、12.5×1016、15×1016、17.5×1016、20×1016、22.5×1016、25×1016、または27.5×1016atom/cm2、加速電圧100KeVの条件で各々イオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成したことと、接合体を90℃で24時間加熱処理を行った以外は実施例1と同様に実施した。
タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を4.0×1016atom/cm2、加速電圧100KeVの条件でイオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成した以外は実施例5と同様に実施した。
酸化物単結晶ウェーハとして、直径100mm、厚さ0.35mmのタンタル酸リチウムウェーハを用いた。タンタル酸リチウムウェーハの互いに貼り合わせに用いる面の表面粗さRMSは、1.0nm以下であった。タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量30×1016atom/cm2、加速電圧100KeVの条件でイオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成した。結果、貼り合わせる前のタンタル酸リチウムウェーハの表面上に凹凸が観察され、貼り合わせ時の所望の表面粗さとならないため貼り合わせを行わなかった。タンタル酸リチウムウェーハの表面上の凹凸は、注入した水素が固溶しきれずに内部で発泡したため生じたと思われる。
タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を5.0×1016、7.5×1016、10×1016、12.5×1016、15×1016、17.5×1016、20×1016、22.5×1016、25×1016、または27.5×1016atom/cm2、加速電圧100KeVの条件で各々イオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成したことと、接合体を90℃で24時間加熱処理を行った以外は実施例2と同様に実施した。
タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を4.0×1016atom/cm2、加速電圧100KeVの条件でイオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成した以外は実施例6と同様に実施した。
タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を5.0×1016、7.5×1016、10×1016、12.5×1016、15×1016、17.5×1016、20×1016、22.5×1016、25×1016、または27.5×1016atom/cm2、加速電圧100KeVの条件で各々イオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成したことと、接合体を90℃で24時間加熱処理を行った以外は実施例3と同様に実施した。
タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を4.0×1016atom/cm2、加速電圧100KeVの条件でイオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成した以外は実施例7と同様に実施した。
タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を5.0×1016、7.5×1016、10×1016、12.5×1016、15×1016、17.5×1016、20×1016、22.5×1016、25×1016、または27.5×1016atom/cm2、加速電圧100KeVの条件で各々イオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成したことと、接合体を90℃で24時間加熱処理を行った以外は実施例4と同様に実施した。
タンタル酸リチウムウェーハの表面から、水素原子イオンを用いて注入量を4.0×1016atom/cm2、加速電圧100KeVの条件でイオン注入を行い、タンタル酸リチウムウェーハの内部にイオン注入層を形成した以外は実施例8と同様に実施した。
なお、実施例5〜8では水素原子イオンを用いたが、水素分子イオンを用いてその注入量を水素原子イオンの注入量の半分とすることでも、同様の結果を得ることができた。また、酸化物単結晶ウェーハとしてニオブ酸リチウムウェーハを用いても実施例5〜8と同じ結果を得ることができた。
接合体を110℃で24時間加熱処理を行い、熱処理した後に室温(25℃)まで冷却した接合体の支持ウェーハ側の表面を真空チャックで固定ステージ上に固定した状態で、接合体のイオン注入層に楔状の刃を接触させてイオン注入層に沿って剥離した以外は、実施例1〜4と同様にして行った。いずれの支持ウェーハを用いた場合でも、支持ウェーハ上の全面にタンタル酸リチウム薄膜が転写されたことを確認した。
接合体を110℃で24時間加熱処理を行い、熱処理した後に室温(25℃)まで冷却した接合体の支持ウェーハ側の表面を真空チャックで固定ステージ上に固定し、接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側の表面に両面テープを用いて直径100mm、厚さ0.35mmのガラス製の補強板を設置した状態で、接合体のイオン注入層に楔状の刃を接触させてイオン注入層に沿って剥離した以外は、実施例1〜4と同様にして行った。いずれの支持ウェーハを用いた場合でも、支持ウェーハ上の全面にタンタル酸リチウム薄膜が転写されたことを確認した。
接合体を110℃で24時間加熱処理を行い、熱処理した後に室温(25℃)まで冷却した接合体の支持ウェーハ側の表面を真空チャックで固定ステージ上に固定し、接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側の表面の端部から10mmの位置に直径10mmの真空パッドを取り付け、真空パッドを上方に5kgの力で引っ張った状態で、接合体のイオン注入層に楔状の刃を接触させてイオン注入層に沿って剥離した以外は、実施例1〜4と同様にして行った。いずれの支持ウェーハを用いた場合でも、支持ウェーハ上の全面にタンタル酸リチウム薄膜が転写されたことを確認した。
接合体を110℃で24時間加熱処理を行い、熱処理した後に室温(25℃)まで冷却した接合体の支持ウェーハ側の表面を真空チャックで固定ステージ上に固定し、接合体のタンタル酸リチウムウェーハ側の表面に両面テープを用いて直径100mm、厚さ0.35mmのガラス製の補強板を設置し、更に、補強板の表面の端部から10mmの位置に直径10mmの真空パッドを取り付け、真空パッドを上方に5kgの力で引っ張った状態で、接合体のイオン注入層に楔状の刃を接触させてイオン注入層に沿って剥離した以外は、実施例1〜4と同様にして行った。いずれの支持ウェーハを用いた場合でも、支持ウェーハ上の全面にタンタル酸リチウム薄膜が転写されたことを確認した。
接合体を110℃で24時間加熱処理を行い、熱処理した後に室温(25℃)まで冷却した接合体の支持ウェーハ側の表面を真空チャックで固定ステージ上に固定した状態で、接合体のイオン注入層に高圧エアを流速50L/minで吹き付けながらイオン注入層に沿って剥離した以外は、実施例1〜4と同様にして行った。いずれの支持ウェーハを用いた場合でも、支持ウェーハ上の全面にタンタル酸リチウム薄膜が転写されたことを確認した。
接合体を110℃で24時間加熱処理を行い、熱処理した後に室温(25℃)まで冷却した接合体の支持ウェーハ側の表面を真空チャックで固定ステージ上に固定した状態で、接合体のイオン注入層に高圧水を流速30L/minで吹き付けながらイオン注入層に沿って剥離した以外は、実施例1〜4と同様にして行った。いずれの支持ウェーハを用いた場合でも、支持ウェーハ上の全面にタンタル酸リチウム薄膜が転写されたことを確認した。
11s :酸化物単結晶ウェーハの表面
11a :酸化物単結晶ウェーハ薄膜
11b :剥離した後の酸化物単結晶ウェーハ
12 :水素イオン
13 :イオン注入層
14 :支持ウェーハ
14s :支持ウェーハの表面
15 :イオンビーム照射
16 :接合体
18 :複合ウェーハ
19 :楔状の刃
21 :接合体の酸化物単結晶ウェーハ
21s :接合体の酸化物単結晶ウェーハ側の表面
23 :接合体のイオン注入層
24 :接合体の支持ウェーハ
24s :接合体の支持ウェーハ側の表面
26 :接合体
29 :楔状の刃
30a :真空チャック
30b :補強板
30c :真空パッド
31 :固定ステージ
32 :両面テープ
Claims (11)
- タンタル酸リチウムウェーハまたはニオブ酸リチウムウェーハである酸化物単結晶ウェーハの表面から水素原子イオンまたは水素分子イオンを注入し、前記酸化物単結晶ウェーハの内部にイオン注入層を形成する工程と、
前記酸化物単結晶ウェーハのイオン注入した表面と、前記酸化物単結晶ウェーハと貼り合わせようとする支持ウェーハの表面の少なくとも一方に、表面活性化処理を施す工程と、
前記表面活性化処理を施した後、前記酸化物単結晶ウェーハのイオン注入した表面と、前記支持ウェーハの表面とを貼り合わせて接合体を得る工程と、
前記接合体を90℃以上であって割れを生じない温度で熱処理する工程と、
前記熱処理した接合体の前記イオン注入層に機械的衝撃を与える工程であって、前記イオン注入層に沿って剥離し、前記支持ウェーハ上に転写された酸化物単結晶薄膜を得る、工程と
を少なくとも含み、
前記水素原子イオンの注入量が、5.0×1016atom/cm2〜2.75×1017atom/cm2であり、前記水素分子イオンの注入量が、2.5×1016atoms/cm2〜1.37×1017atoms/cm2である、
支持ウェーハ上に酸化物単結晶薄膜を備えた複合ウェーハの製造方法。 - 前記支持ウェーハがサファイア、シリコン、酸化膜付きシリコン、およびガラスからなる群から選ばれるウェーハであり、
前記熱処理する工程における前記温度が、前記支持ウェーハがサファイアウェーハであるときは90〜225℃であり、前記支持ウェーハがシリコンウェーハまたは酸化膜付きシリコンウェーハであるときは90〜200℃であり、前記支持ウェーハがガラスウェーハであるときは90〜110℃である、請求項1に記載の複合ウェーハの製造方法。 - 前記表面活性化処理が、オゾン水処理、UVオゾン処理、イオンビーム処理、およびプラズマ処理から選ばれる、請求項1または2に記載の複合ウェーハの製造方法。
- 前記接合体を得るための前記貼り合わせ時の温度と、前記機械的衝撃を与える時の前記接合体の温度との差が、0〜40℃以内である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の複合ウェーハの製造方法。
- 前記機械的衝撃を与える工程が、前記接合体の片側または両側の表面に補強材を固定した後に、前記イオン注入層に前記機械的衝撃を与えることを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の複合ウェーハの製造方法。
- 前記補強材が、真空チャック、静電チャックまたは補強板である、請求項5に記載の複合ウェーハの製造方法。
- 前記補強板が、両面テープによって固定される、請求項6に記載の複合ウェーハの製造方法。
- 前記機械的衝撃が、前記イオン注入層に楔状の刃を接触させることで与えられる、請求項1〜7のいずれか1項に記載の複合ウェーハの製造方法。
- 前記機械的衝撃が、前記イオン注入層に気体もしくは液体の流体を吹き付けることで与えられる、請求項1〜7のいずれか1項に記載の複合ウェーハの製造方法。
- 前記機械的衝撃が、前記イオン注入層に楔状の刃を接触させることと、前記イオン注入層に気体もしくは液体の流体を吹き付けることで与えられる、請求項1〜7のいずれか1項に記載の複合ウェーハの製造方法。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の複合ウェーハの製造方法によって得られる、支持ウェーハと、前記支持ウェーハ上のタンタル酸リチウム薄膜またはニオブ酸リチウム薄膜である酸化物単結晶薄膜とを備えた複合ウェーハ。
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