JP2021097094A

JP2021097094A - Ｓｏｉウェーハの製造方法およびボート

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Publication number: JP2021097094A
Application number: JP2019226190A
Authority: JP
Inventors: 秀光岡部; Hidemitsu Okabe; 毅廣重; Takeshi Hiroshige; 安伸池田; Yasunobu Ikeda
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2021-06-24
Anticipated expiration: 2039-12-16
Also published as: JP7302463B2

Abstract

【課題】貼合わせウェーハをボートに装填して行う熱処理において、ボートに対して、活性側ウェーハの周縁部を接触させる一方で、支持側ウェーハの周縁部並びに表面のいずれも接触させない、貼合わせウェーハの装填を実現する。【解決手段】支持基板となる支持側ウェーハおよび、半導体デバイスを作り込む活性側ウェーハのどちらか一方、もしくは両方に酸化膜を形成し、該酸化膜を介して前記支持側ウェーハと前記活性側ウェーハとを貼合わせ、該貼合わせウェーハをその径方向に立つ姿勢にてボートに装填して熱処理を施す際に、前記貼合わせウェーハを、前記ボートの同一円弧上において、最下点に位置する主係止溝および、前記主係止溝を挟んで対向する副係止溝の少なくとも３点にて支持し、かつ前記ボートの主係止溝の底面と前記活性側ウェーハの周縁部との接触部を支点として、該支点を通る鉛直線に対して前記活性側ウェーハの側に前記貼合わせウェーハの重心を位置させる。【選択図】図９

Description

本発明は、半導体装置の基板として使用されるＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェーハの製造方法およびこの製造における熱処理工程に供するボートに関するものである。

ＳＯＩウェーハは、支持側基板上に、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）等の絶縁膜、およびデバイス活性層として使用される単結晶シリコン層が順次形成された構造を有する。ＳＯＩウェーハの代表的な製造方法の一つに、貼合せ法がある。この貼合せ法は、支持基板となる支持側ウェーハおよび活性層用基板となる活性側ウェーハの少なくとも一方に酸化膜（BOX（Buried Oxide）層）を形成し、次いでこれらのウェーハを、酸化膜を介して貼合わせて貼合わせウェーハとした後、該貼合わせウェーハを１２００℃程度の高温にて接合するための熱処理を施すことにより、ＳＯＩウェーハを製造するものである。

前記熱処理は、例えば、特許文献１の図３４に記載されるように、複数枚の前記貼合わせウェーハが装填されたボートを、横型拡散炉に導入し、この炉内において貼合わせウェーハを加熱して行われる。各貼合わせウェーハをボートへ装填するには、特許文献１の図３６に示されるように、ボートに形成された複数の支持部（１５８）内に貼合わせウェーハの周縁部を収容することによって、ボートに貼合わせウェーハがその径方向に立つ姿勢にて装填されている。かように、貼合わせウェーハを装填したボートを横型拡散炉に導入して加熱処理を行った場合に、貼合わせウェーハの支持側ウェーハに欠陥が生じることがあり、その改善が希求されている。

特開２００３−３１７７９号公報

さて、貼合わせウェーハをボートへ装填するには、上記した特許文献１の図３７に示される、支持部（１５８）として凹部（１６０）を用いているのが一般的である。具体的に図１を参照して説明すると、ボート１０に形成された複数の凹部１１内に貼合わせウェーハ１２の周縁部を収容することによって、ボート１０に貼合わせウェーハ１２をその径方向に直立する姿勢にて装填されるのが一般的である。凹部１１は、各貼合わせウェーハ１２に対して、例えば同一円弧上の離間する複数点に設けられ、複数点支持によって各貼合わせウェーハ１２が直立姿勢にて装填されることになる。

この凹部１１内に収容された貼合わせウェーハ１２は、凹部１１の底面に該ウェーハ周縁部が部分的に強く当接することになる。すると、加熱後の貼合わせウェーハ１２を凹部１１から取り出す際に、図１（ｂ）に示すように、貼合わせウェーハ１２を覆っている酸化膜１３が前記当接部にて凹部１１の底面に固着されて部分的に剥離する。次いで、ボート１０から取り出した貼合わせウェーハ１２は、図２（ａ）に示すように、支持側ウェーハ１２ａに貼り付けた活性側ウェーハ１２ｂの周辺部の面取りを行った後に、エッチング加工を施してから、活性側ウェーハ１２ｂを研削する薄膜化工程に供することになる。前記した熱処理後において、酸化膜１３の剥離が生じると、図２（ｂ）に示すように、エッチング加工において剥離部１４からエッチングが優先して進行する結果、ここを起点としてピット状の欠陥が拡大することが判明した。

ここで、特許文献１には、上記した酸化膜剥離に起因した課題ではないが、凹部と貼合わせウェーハの周縁部との接触による同周縁部の傷付きを問題として掲げ、その解決手段として、同文献１の図４に示されるように、貼合わせウェーハの活性側ウェーハの周縁部が凹部の底面に接触し、支持側ウェーハの周縁部が凹部の底面に接触しない状態にて、貼合わせウェーハをボートに装填することが記載されている。

しかしながら、特許文献１に提案された貼合わせウェーハの装填手法は、活性側ウェーハの周縁部のみを凹部の底面に接触させて貼合わせウェーハを支持するため、貼合わせウェーハの重心が支持側ウェーハの側にあって支持側ウェーハの側に傾くモーメントが発生する。これを支持側ウェーハの表面が凹部の側壁に当接することによって解消する必要があり、当接部分が傷付くことになる。支持側ウェーハは切削加工を施さないのが基本であり、この傷は製品においても残ることになる。

そこで、本発明は、貼合わせウェーハをボートに装填して行う熱処理において、ボートに対して、活性側ウェーハの周縁部を接触させる一方で、支持側ウェーハの周縁部並びに表面のいずれも接触させない、貼合わせウェーハの装填が実現される方途について提供することを目的とする。

発明者らは、上記課題を解決するため、ボートにおける貼合わせウェーハの装填姿勢について鋭意検討したところ、貼合わせウェーハをボートに直立させる際の該貼合わせウェーハの重心が支持側ウェーハより活性側ウェーハ寄りになる、装填姿勢とすることが有効であるとの知見を得て、本発明を完成するに到った。
本発明は、以上の知見にさらに検討を加えてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。

（１）支持基板となる支持側ウェーハおよび、半導体デバイスを作り込む活性側ウェーハのどちらか一方、もしくは両方に酸化膜を形成し、該酸化膜を介して前記支持側ウェーハと前記活性側ウェーハとを貼合わせ、該貼合わせウェーハをその径方向に立つ姿勢にてボートに装填して熱処理を施し、前記支持側ウェーハと前記活性側ウェーハとを結合する、ＳＯＩウェーハの製造方法であって、
前記貼合わせウェーハを、前記ボートの同一円弧上において、最下点に位置する主係止溝および、前記主係止溝を挟んで対向する副係止溝の少なくとも３点にて支持し、かつ前記ボートの主係止溝の底面と前記活性側ウェーハの周縁部との接触部を支点として、該支点を通る鉛直線に対して前記活性側ウェーハの側に前記貼合わせウェーハの重心が位置する姿勢にて、前記ボートに装填する、ＳＯＩウェーハの製造方法。

（２）ＳＯＩウェーハの製造において、支持側ウェーハと活性側ウェーハとを酸化膜を介して貼合わせた、貼合わせウェーハに熱処理を施す際に、該貼合わせウェーハを装填するためのボートであって、
同一円弧上において、最下点に位置する主係止溝および、前記主係止溝を挟んで対向する副係止溝の少なくとも３点の、前記貼合わせウェーハの支持部を有し、前記主係止溝および副係止溝が、前記主係止溝を通る鉛直線に対して前記副係止溝が離間する相互配置を有する、ボート。

（３）前記鉛直線に対して前記副係止溝が離間する最短距離が０．１８ｍｍ以上である前記（２）に記載のボート。

（４）前記主係止溝の底面が水平面に対して傾斜する前記（２）または（３）に記載のボート。

（５）前記主係止溝の底面が水平面に対して１°以上の傾斜角度を有する前記（４）に記載のボート。

本発明の方法によれば、ボートにおいて、活性側ウェーハの周縁部を接触させる一方で、支持側ウェーハの周縁部並びに表面のいずれも接触させない、貼合わせウェーハの装填姿勢を実現できる。従って、この貼合わせウェーハ装填後のボートを例えば横型拡散炉に導入して熱処理を行う際に、貼合わせウェーハの支持側ウェーハがボートと接触することが未然に防がれるため、接合強度が高くかつ欠陥のないＳＯＩウェーハを提供することができる。また、本発明のボートによれば、上記した貼合わせウェーハの装填姿勢を容易かつ確実に実現することができる。

（ａ）は従来のウェーハを装着したボートの側面図および（ｂ）は従来のボートの凹溝に対するウェーハの着脱を示す図である。熱処理後のウェーハに施す処理の説明図である。（ａ）はボートの上面図および（ｂ）は側面図である。図３（ａ）におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。図３（ａ）におけるＶ−Ｖ線断面図である。係止溝のボート本体の長手方向に沿う断面形状を示す図である。主係止溝および副係止溝への貼合わせウェーハの装入状態を示す図である。主係止溝および副係止溝への貼合わせウェーハの装入状態を示す図である。主係止溝および副係止溝への貼合わせウェーハの装入状態を示す図である。副係止溝への貼合わせウェーハの装入状態を示す図である。主係止溝への貼合わせウェーハの装入状態を示す図である。

以下、本発明に従うＳＯＩウェーハの製造方法を具体的に説明する。
なお、本発明は、貼合わせウェーハをボートに装填して熱処理を施す工程に特徴があり、この熱処理工程の前後の工程は通例に従って行うことができる。すなわち、本発明では、先に図１および２に示した、支持基板となる支持側ウェーハ１２ａおよび、半導体デバイスを作り込む活性側ウェーハ１２ｂを予め準備し、両者のどちらか一方、もしくは両方に酸化膜１３を形成し、該酸化膜１３を介して支持側ウェーハ１２ａと活性側ウェーハ１２ｂとを貼合わせて貼合わせウェーハ１２を作製し、該貼合わせウェーハ１２を径方向に立てた姿勢にてボートに装填して熱処理を施し、支持側ウェーハ１２ａと活性側ウェーハ１２ｂとを結合して、ＳＯＩウェーハを製造する。その際、以下に説明するボートを用いて、該ボートに貼合わせウェーハを所定の態様で装填することが肝要である。

まず、本発明の方法に用いるボートについて、図３から図５を参照して詳しく説明する。なお、図３（ａ）はボートの上面図および同図（ｂ）は側面図であり、図４は図３（ａ）におけるＩＶ−ＩＶ線断面図、図５は図３（ａ）におけるＶ−Ｖ線断面図である。

図３に示すボート１は、例えば同図（ｂ）に示す断面形状を有する、ボート本体２に、該ボート本体２に沿う同一円弧上において、図４に示すように、最下点に位置する主係止溝３と、該主係止溝３を挟んで対向する副係止溝４ａおよび４ｂとの少なくとも３点の、貼合わせウェーハの支持部を有する。これら主係止溝３、副係止溝４ａおよび４ｂを１つの組とし、複数組がボート本体２の長手方向へ等間隔で並ぶ配置の下に、主係止溝３、副係止溝４ａおよび４ｂを設けてある（図３（ａ）および図５参照）。主係止溝３、副係止溝４ａおよび４ｂの１組宛て１枚の貼合わせウェーハを装填し、ボート１全体では多数枚の貼合わせウェーハが装填可能になる。なお、図３（ａ）および図５では、ボート本体２の長手方向中間域における主係止溝３、副係止溝４ａおよび４ｂを省略して示してあるが、これら中間域にも等間隔で並ぶ配置の下に主係止溝３、副係止溝４ａおよび４ｂを設けてある。

主係止溝３、副係止溝４ａおよび４ｂは、ボート本体２の長手方向に沿う断面形状を図６に示すように、貼合わせウェーハ１２の周縁部を含む径方向端部が収容される凹溝であり、主係止溝３と副係止溝４ａおよび４ｂとは開口方向が異なる以外は同じ断面形状の溝である。すなわち、図６には、図３（ａ）のＶ−Ｖ線断面における主係止溝３の形状、並びに後述の図８に示す矢視における副係止溝４ａおよび４ｂの形状が示されている。

ここで、主係止溝３と副係止溝４ａおよび４ｂとは、両者の相対位置がボート本体２の長手方向にずれて設けることが重要である。すなわち、図５に部分拡大図として示すように、主係止溝３を通る鉛直線Ｌに対して副係止溝４ａおよび４ｂが距離ｔにて離間する相互配置を有する、ことが重要である。なお、副係止溝４ａと４ｂとをずらす必要はなく、副係止溝４ａと４ｂは主係止溝３に対して同じ位置関係を有する。この離間距離ｔはボード１における、主係止溝３、副係止溝４ａおよび４ｂの全ての組毎に設ける。

かような配置関係にある主係止溝３と副係止溝４ａおよび４ｂを支持部として貼合わせウェーハ１２を装填するに際し、図７及び図８に示すように、主係止溝３に対して副係止溝４ａおよび４ｂが離間する方向へ貼合わせウェーハ１２の活性側ウェーハ１２ｂが向くように、主係止溝３、副係止溝４ａおよび４ｂのそれぞれに貼合わせウェーハ１２を装入する。貼合わせウェーハ１２を装入すると、ウェーハ１２の周縁部の最下点が主係止溝３の底面と接触してウェーハ１２の支点となる一方、副係止溝４ａおよび４ｂに貼合わせウェーハ１２の周縁部の前記最下点から離間した２点で保持されることになる。

ここで、主係止溝３と副係止溝４ａおよび４ｂとは上記した相互配置を有し、主係止溝３における支点と副係止溝４ａおよび４ｂにおける保持点が離間しているために、図９に示すように、貼合わせウェーハ１２は主係止溝３を起点として副係止溝４ａおよび４ｂ側に傾くことを強いられる。その結果、主係止溝３の前記支点Ｓを通る鉛直線Ｌ１に対して活性側ウェーハ１２ｂの側に貼合わせウェーハ１２の重心Ｗが位置する装填姿勢が実現する。この装填姿勢では、図９に示すように、貼合わせウェーハ１２の活性側ウェーハ１２ｂの周縁部が主係止溝３の底面に当接して支点となり、支持側ウェーハ１２ａの周端部は底面との接触は回避される。

このことは、副係止溝４ａおよび４ｂにおいても同様であり、貼合わせウェーハ１２の重心が活性側ウェーハ１２ｂ側にあるため、図１０に示すように、副係止溝４ａおよび４ｂの溝壁面に接触するのは活性側ウェーハ１２ｂであり、支持側ウェーハ１２ａは溝壁面との接触は回避される。

以上説明したとおり、貼合わせウェーハをボートに装填して行う熱処理において、ボートに対して、活性側ウェーハ１２ｂの周縁部を接触させる一方で、支持側ウェーハ１２ａの周縁部並びに表面のいずれも接触させない、貼合わせウェーハの装填が実現される。従って、このボートを用いて熱処理を行うことによって、該熱処理における酸化膜の部分剥離は抑制される結果、欠陥のないＳＯＩウェーハを製造することができる。

貼合わせウェーハ１２の重心が活性側ウェーハ１２ｂ側にするには、上記のとおり、主係止溝３を通る鉛直線Ｌに対して副係止溝４ａおよび４ｂが距離ｔにて離間する相互配置とすればよい。この距離ｔは特に限定する必要はないが、距離ｔを０．１８ｍｍ以上とすることが好ましい。すなわち、距離ｔが０．１８ｍｍ未満では、係止溝３の支点Ｓを通る鉛直線Ｌ１に対して重心Ｗの離間距離が小さくなって、例えばボート１のハンドリング時などに貼合わせウェーハ１２が支持側ウェーハ１２ａ側へ倒れる、おそれがあるため、０．１８ｍｍ以上とすることが好ましい。より好ましくは、１．００ｍｍ以上である。

一方、上限は、距離ｔが大きくなり過ぎると、貼合わせウェーハをボートに装填する作業に支障を来すことになり、またボードに設けられる主係止溝３、副係止溝４ａおよび４ｂの組数が減少することになるため、これらに現場環境やウェーハ径を加味して総合的に判断すればよい。例えば、ウェーハ径が２００ｍｍの場合では、距離ｔは７ｍｍ以下とすることが好ましい。

なお、距離ｔは、図５に示したように、ボートの側面視において、主係止溝３の開口幅中心を通る鉛直線Ｌから、副係止溝４ａおよび４ｂの開口幅中心までの最短距離である。

前記距離ｔは、主係止溝３と副係止溝４ａおよび４ｂとの関係において規定しているが、係止溝は４箇所以上に設けることも可能である。その場合は、同一円弧上において、最下点に位置する主係止溝を挟んで対向する２つの副係止溝は主係止溝に隣接する係止溝とする。

上記のとおり、主係止溝３を通る鉛直線Ｌに対して副係止溝４ａおよび４ｂが距離ｔにて離間する相互配置とすれば、支持側ウェーハ１２ａの周縁部並びに表面のいずれも接触させない、貼合わせウェーハの装填が実現される。この装填状態では、支持側ウェーハ１２ａの周縁部は主係止溝３の底面と離間し、底面が水平であっても僅かの隙間が形成され、底面との接触が回避されている。支持側ウェーハ１２ａの周縁部と底面との隙間は大きいことが好ましく、そのためには、図１１に示すように、主係止溝３の底面３ａを水平面Ｈに対して傾斜させることが好ましい。この傾斜は、主係止溝３内に貼合わせウェーハ１２を装入した際に活性側ウェーハ１２ｂが面する溝側壁３ｂから逆側の溝側壁３ｃ側へ下る向きに付与する。底面３ａに与える傾斜角度αは、１°以上であることが好ましい。すなわち、傾斜角度αが１°以上であれば、例え支持側ウェーハ１２ａの径にばらつきがある場合にも支持側ウェーハ１２ａの周縁部と底面３ａとの接触を確実に回避することができる。より好ましくは、αが１４°以上である。

一方、傾斜角度αの上限は、２０°とすることが好ましい。すなわち、傾斜角度αが大きくなって急傾斜になると活性側ウェーハ１２ｂと底面３ａとの接触部が溝側壁３ｃ側へずれて支持側ウェーハ１２ａが溝側壁３ｃと接触する、おそれがあるため、２０°以下とすることが好ましい。

また、主係止溝３の溝側壁３ｂおよび３ｃには、貼合わせウェーハ装入時の作業性を考慮して溝底面３ａから開口端へ向かって開口幅が拡大する向きの傾斜が付与されるのが通例である。本発明のボ−トにおいても同様の傾斜を与えることが好ましく、支持側ウェーハ１２ａと対向する溝側壁３ｃは従前の傾斜角度βとして差し支えない。一方、溝側壁３ｂに与える傾斜角度γは、従前の傾斜角度βに、上記した距離ｔによって貼合わせウェーハが傾く分σを加えればよい。例えば、傾斜角度βが７．５°であり、距離ｔ：１ｍｍのときのσが１°である場合のγは、８．５°となる。なお、傾斜角度γの上限は、隣り合う主係止溝３相互間におけるウェーハ相互の干渉がないように、隣り合う主係止溝３の間隔を考慮して決定すればよい。例えば、一般的な仕様のボートにおいては、傾斜角度γを４２°以下とすることが好ましい。

径が７５ｍｍ、１００ｍｍおよび１５０ｍｍ、厚みが６７５ｍｍおよび７２５ｍｍの貼合わせウェーハを作製し、これら貼合わせウェーハを、表１に仕様を示す、従来ボートおよび本発明に従うボートに装填し、熱処理（１２００℃、９時間、水素および酸素の混合ガス雰囲気）に供した。熱処理後に加熱炉からボートを取り出し、さらにボート１０から取り出した貼合わせウェーハ１２を、図２（ａ）に示すように、支持側ウェーハ１２ａに貼り付けた活性側ウェーハ１２ｂの周辺部の面取りを行った後に、エッチング加工（アルカリ（ＴＭＡＨ）中で１４０分）を施した。

かくして得られたエッチング加工後の貼合わせウェーハ１２について、支持側ウェーハの周縁部におけるピットの有無を観察したところ、従前のボートを用いて熱処理が施された貼合わせウェーハには、エッチング処理後に支持側ウェーハの周縁部に１０〜２０μｍ深さのピットがみとめられた。一方、本発明に従うボートを用いて熱処理が施された貼合わせウェーハには、エッチング処理後の支持側ウェーハの周縁部にピットが全くみとめられなかった。

１ボート
２ボート本体
３主係止溝
３ａ底面
４ａ、４ｂ副係止溝
１２貼合わせウェーハ
１２ａ支持側ウェーハ
１２ｂ活性側ウェーハ

Claims

支持基板となる支持側ウェーハおよび、半導体デバイスを作り込む活性側ウェーハのどちらか一方、もしくは両方に酸化膜を形成し、該酸化膜を介して前記支持側ウェーハと前記活性側ウェーハとを貼合わせ、該貼合わせウェーハをその径方向に立つ姿勢にてボートに装填して熱処理を施し、前記支持側ウェーハと前記活性側ウェーハとを結合する、ＳＯＩウェーハの製造方法であって、
前記貼合わせウェーハを、前記ボートの同一円弧上において、最下点に位置する主係止溝および、前記主係止溝を挟んで対向する副係止溝の少なくとも３点にて支持し、かつ前記ボートの主係止溝の底面と前記活性側ウェーハの周縁部との接触部を支点として、該支点を通る鉛直線に対して前記活性側ウェーハの側に前記貼合わせウェーハの重心が位置する姿勢にて、前記ボートに装填して前記熱処理を行うことを特徴とするＳＯＩウェーハの製造方法。
ＳＯＩウェーハの製造において、支持側ウェーハと活性側ウェーハとを酸化膜を介して貼合わせた、貼合わせウェーハに熱処理を施す際に、該貼合わせウェーハを装填するためのボートであって、
同一円弧上において、最下点に位置する主係止溝および、前記主係止溝を挟んで対向する副係止溝の少なくとも３点の、前記貼合わせウェーハの支持部を有し、前記主係止溝および副係止溝が、前記主係止溝を通る鉛直線に対して前記副係止溝が離間する相互配置を有する、ボート。
前記鉛直線に対して前記副係止溝が離間する最短距離が０．１８ｍｍ以上である請求項２に記載のボート。
前記主係止溝の底面が水平面に対して傾斜する請求項２または３に記載のボート。
前記主係止溝の底面が水平面に対して１°以上の傾斜角度を有する請求項４に記載のボート。