JP3412410B2 - Ｓｏｉ基板の製造方法 - Google Patents
Ｓｏｉ基板の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は絶縁層上にシリコン
層（以下、ＳＯＩ層という）を形成したＳＯＩ（Silico
n-On-Insulator）基板の製造方法に関する。更に詳しく
は２枚のシリコンウェーハを絶縁層を介して貼り合わせ
るＳＯＩ基板の製造方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、高集積ＣＭＯＳ（Complementary
Metal Oxide Semiconductor）−ＩＣ、高耐圧素子など
がＳＯＩ基板を利用して製作されるようになってきてい
る。絶縁層の上にデバイス作製領域として使用される単
結晶シリコン層を形成したＳＯＩ基板は、高集積ＣＭＯ
Ｓの場合にはラッチアップ（寄生回路による異常発振現
象）の防止に、また高耐圧素子の場合にはベース基板と
の絶縁分離にそれぞれ有効である。このＳＯＩ基板の製
造方法には、シリコンウェーハ同士を、一方或いは両方
のウェーハ表面に形成した絶縁層である二酸化シリコン
層（以下、シリコン酸化層という）を介して貼り合わせ
る方法、絶縁性基板又は絶縁性薄膜を表面に有する基板
の上にまず多結晶シリコン薄膜をＣＶＤ（Chemical Vap
or Deposition）法により堆積させ、次いでレーザーア
ニールによって単結晶化するＺＭＲ（Zone Melt Recrys
tallization）法、シリコン基板内部に高濃度の酸素イ
オンを注入した後、高温でアニール処理してこのシリコ
ン基板表面から所定の深さの領域に埋込みシリコン酸化
層（絶縁層）を形成し、その表面側のシリコン層を活性
領域とするＳＩＭＯＸ（Separation by IMplanted OXyg
en）法などがある。これらの方法の中でも、貼り合わせ
法により作製されたＳＯＩ基板は、ＳＯＩ層の結晶性が
極めて良好であることから、有望視されて来ている。 【０００３】このシリコンウェーハの貼り合わせ法は、
具体的にはそれぞれ約６００μｍの２枚のシリコンウェ
ーハをシリコン酸化層からなる絶縁層を介して接合し、
酸素雰囲気中、１１００℃で２時間貼り合わせ熱処理し
て貼り合わせた後、２枚のシリコンウェーハの一方のシ
リコンウェーハの表面を砥石で研削し、更に研磨布で研
磨してこのシリコンウェーハの厚さを約０．１〜１０μ
ｍの範囲にし、この研磨した側の厚さ約０．１〜１０μ
ｍのシリコン層をデバイス形成用のＳＯＩ層としてい
る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のシ
リコンウェーハの貼り合わせ法では、２枚のシリコンウ
ェーハを酸素雰囲気中、１１００℃で２時間貼り合わせ
熱処理して貼り合わせたときに、酸素析出物がウェーハ
の厚さ方向に均一に形成され、この酸素析出物が研削・
研磨により薄膜化した後のＳＯＩ層内に取り残されてし
まう恐れがあった。本発明の目的は、ＳＯＩ層内の酸素
析出物を低減できるＳＯＩ基板の製造方法を提供するこ
とにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１及び図２に示すように、第１シリコンウェーハ１１
の一方の面を研磨し他方の面に多結晶シリコン層１３を
堆積する工程と、第１シリコンウェーハ１１の両表面に
絶縁層１４を形成する工程と、第１シリコンウェーハ１
１をこのウェーハ１１の一方の面の上記絶縁層１４を接
合面として支持基板となる第２シリコンウェーハ１２と
接合する工程と、接合した第１及び第２シリコンウェー
ハ１１，１２を熱処理して貼り合わせる工程と、第１シ
リコンウェーハ１１を所定の厚さに研削研磨してデバイ
ス形成用のＳＯＩ層１１ａとする工程とを含むＳＯＩ基
板の製造方法である。 【０００６】この請求項１に係るＳＯＩ基板の製造方法
では、第１シリコンウェーハ１１の研磨面とは反対側の
面にこのウェーハ１１より熱膨張係数が小さい多結晶シ
リコン層１３を堆積して室温まで冷却すると、第１シリ
コンウェーハ１１の多結晶シリコン層に隣接した側の結
晶格子中に引張応力が作用し、かつその反対側の表面近
傍の結晶格子中には逆に圧縮応力が作用するため、この
ウェーハ１１は多結晶シリコン層側が凸状となって反り
を生じる傾向がある（図２）。この結果、第１及び第２
シリコンウェーハ１１，１２に貼り合わせ熱処理を施す
と、第１シリコンウェーハ１１のうち引張応力が作用す
る多結晶シリコン層側、即ち裏面近傍の結晶格子中では
酸素析出物が増大し、圧縮応力が作用する研磨面近傍の
結晶格子中では酸素析出物が減少する。従って、第１シ
リコンウェーハ１１の研磨面側、即ちＳＯＩ層１１ａと
なる側の酸素析出物を低減することができる。 【０００７】 【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
基づいて詳しく説明する。図１及び図２に示すように、
第１シリコンウェーハ１１はＣＺ法又はＦＺ法で引上げ
たシリコン単結晶棒により作製されたシリコンウェーハ
である。また第２シリコンウェーハ１２は上記ＣＺ法又
はＦＺ法により育成された単結晶に限らず、シリコン多
結晶棒により作製されたシリコンウェーハでもよい。先
ず図１（ａ）に示すように、第１シリコンウェーハ１１
の一方の面を研磨し、他方の面、即ち研磨面とは反対側
の面に多結晶シリコン層１３がＣＶＤ法により形成され
る。この多結晶シリコン層１３の厚さは約０．５〜約
２．０μｍの範囲、好ましくは約１．０〜約１．５μｍ
の範囲にある。 【０００８】次いで図１（ｂ）に示すように、第１シリ
コンウェーハ１１の全面に絶縁層１４が形成される。即
ち第１シリコンウェーハ１１の他方の面には多結晶シリ
コン層１３を介して絶縁層１４が形成され、第１シリコ
ンウェーハ１１の一方の面及び側面にはこのウェーハ１
１に直接絶縁層１４が形成される。絶縁層１４の厚さは
作製するＳＯＩの用途にもよるが、約０．５〜約２．０
μｍの範囲、好ましくは約０．５〜約１．０μｍの範囲
にある。また絶縁層１４はシリコン酸化層（ＳｉＯ
2層）であって、シリコンウェーハ１１を熱酸化するこ
とにより、或いはＣＶＤ法により形成される。図２では
理解を容易にするために、実際の反りより大きく反らせ
て描いてある。なお、この実施の形態では、熱酸化によ
る場合を記述したため、第１シリコンウェーハの全面に
絶縁層が形成されているが、ＣＶＤ法によれば、当然な
がら第１シリコンウェーハの側面を除く両表面、或いは
片方の表面にのみ絶縁層を形成することが可能である。 【０００９】次に図１（ｃ）に示すように、この第１シ
リコンウェーハ１１が、このウェーハ１１の研磨面、即
ち多結晶シリコン層１３を堆積させずに第１シリコンウ
ェーハ１１に直接形成された絶縁層１４の表面を接合面
として、支持基板となる第２シリコンウェーハ１２と貼
り合わせられる。接合しようとする表面を活性化するた
めに、ＮＨ4ＯＨとＨ2Ｏ2・Ｈ2Ｏの混合溶液であるＳＣ
１（Standard Cleaning １）洗浄液でシリコンウェーハ
１１，１２を洗浄しておくことが好ましい。図１（ｄ）
に示すように接合した後の第１及び第２シリコンウェー
ハ１１，１２を乾燥酸素（ｄｒｙＯ2）雰囲気又は窒素
（Ｎ2）雰囲気中で１１００℃の温度下、１〜３時間、
好ましくは２時間程度行う。 【００１０】更に図１（ｅ）に示すように、一体化した
２枚のシリコンウェーハ１１，１２が放冷され室温にな
った後に、ＳＯＩ層となる第１シリコンウェーハ１１を
砥石で研削し、その後研磨剤を流しながら研磨布で研磨
して、約０．１〜１０μｍの厚さの薄膜に加工する。こ
れにより厚さ約０．１〜１０μｍのデバイス形成用のＳ
ＯＩ層１１ａが絶縁層１４上に得られる。 【００１１】 【実施例】 ＜実施例１＞次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳
しく説明する。 (a) サンプルの準備 ＣＺ法で引上げられたシリコン単結晶棒から切断され研
削研磨されたばかりの次の特性の２枚のシリコンウェー
ハを用意した。本発明の主眼である酸素析出物分布を際
だたせるために、通常の製品用に用いられているものよ
りも酸素濃度の高いウェーハを準備した。これらのウェ
ーハのうち一方を第１シリコンウェーハとし、他方のウ
ェーハを第２シリコンウェーハと呼ぶ。 直径： １２５ｍｍ（５インチ） 面方位： ＜１００＞ 伝導型： Ｐ型（ドーパントとしてボロンを添加） 抵抗率： 約１０Ωｃｍ 厚さ： 約６２５μｍ 初期格子間酸素濃度：約１．５×１０18／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ） (b) 多結晶シリコン層の形成 図１（ａ）に示すように、第１シリコンウェーハ１１の
一方の面を研磨し、他方の面に次の条件で多結晶シリコ
ン層１３をＣＶＤ法により形成した。 雰囲気： ０．１Ｔｏｒｒの減圧雰囲気 使用ガス（流量）： ＳｉＨ4（１００ＳＣＣＭ） 温度： ６２０℃ 堆積速度： ０．２μｍ／時 多結晶シリコン層１３は第１シリコンウェーハ１１の他
方の面に約１．５μｍの厚さで形成された。 【００１２】(c) 図１（ｂ）に示すように、第１シリコ
ンウェーハ１１を湿潤酸素（ｗｅｔＯ2、Ｏ2：Ｈ2＝
２．０リットル／分：１．０リットル／分）雰囲気中、
１０００℃で３時間熱処理して、上記ウェーハ１１の全
面に厚さ０．５μｍのシリコン酸化層（ＳｉＯ2）から
なる絶縁層１４を形成した。 (d) 接合 図１（ｃ）に示すように、多結晶シリコン層１３と絶縁
層１４とを形成した第１シリコンウェーハ１１と第２シ
リコンウェーハ１２とをそれぞれ比重０．９のＮＨ4Ｏ
Ｈの水溶液と比重１．１のＨ2Ｏ2水溶液とＨ2ＯとをＮ
Ｈ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝１：２：７の容量比で混合し
て調製し約８０℃に保持されたＳＣ１（Standard Clean
ing 1）の洗浄液で洗浄した後、第１シリコンウェーハ
１１をこのウェーハ１１の研磨面側の絶縁層１４を接合
面として第２シリコンウェーハ１２と貼り合わせた。 【００１３】(e) 貼り合わせ熱処理 図１（ｄ）に示すように、上記のようにして貼り合わせ
た両ウェーハ１１，１２を、室温から８００℃に設定さ
れた熱処理炉中に１０〜１５ｃｍ／分の速度で挿入し、
窒素雰囲気中で８００℃から１０℃／分の速度で昇温
し、１１００℃に達したところで２時間維持し、次いで
４℃／分の速度で降温し、８００℃まで冷却した後、１
０〜１５ｃｍ／分の速度で炉から室温中に取出した。通
常はこの後に、更に図１（ｅ）に示すように、第１シリ
コンウェーハ１１の表面を砥石で研削し、次いで研磨剤
を流しながら柔らかい研磨布で研磨し、絶縁層１４上に
厚さ０．１〜１０μｍのＳＯＩ層１１ａを形成するので
あるが、後述するように、第１シリコンウェーハ１１内
におけるＳｉ／ＳｉＯ2界面からの深さ方向の酸素析出
物の分布を調べるために、上記研削・研磨前の基板を実
施例１とした。 【００１４】＜比較例１＞図示しないが、第１シリコン
ウェーハの他方の面に多結晶シリコン層を形成しないこ
とを除いて、上記実施例１の研削・研磨前の基板を比較
例１とした。 【００１５】＜比較試験及び評価＞第１シリコンウェー
ハ内の厚さ方向の酸素析出物密度の分布を調べるため
に、先ず実施例１及び比較例１の研削・研磨前の基板
を、９００℃に保持した熱処理炉中に窒素雰囲気で４８
時間維持して熱処理を行った。次にこれらの基板を劈開
した後、酸素析出物を顕在化させるためにＨＦ溶液：
０．１５モルＫ2Ｃｒ2Ｏ7水溶液＝２：１のＳｅｃｃｏ
エッチャントに１．５分間浸漬してエッチングした。更
にこれらの基板をこのエッチャントから引上げ、純水で
洗浄し乾燥した後、光学顕微鏡で劈開面を観察し、酸素
析出物の深さ方向密度分布を得た。その結果を図３に示
す。 【００１６】図３から明らかなように、比較例１では酸
素析出物が第１シリコンウェーハの厚さ方向に対して略
均一に分布しているのに対し、実施例１では第１シリコ
ンウェーハの酸素析出物密度は多結晶シリコン層側の表
面近傍で最も大きく、第２シリコンウェーハに貼り合わ
せた絶縁層側のＳｉ／ＳｉＯ2界面に向うに従って次第
に減少し、この界面近傍で最も小さくなった。ＳＯＩ層
となる部分、即ち第１シリコンウェーハの一方の面から
他方の面に向って１〜１０μｍの範囲の酸素析出物密度
を比較すると、実施例１は比較例１に対して約１桁小さ
くなり、実施例１のＳＯＩ層中の酸素析出物が低減した
ことが判った。 【００１７】このようにＳｉ／ＳｉＯ2界面近傍の酸素
析出物が低減される機構について、以下のように考察で
きる。実施例１のように、第１シリコンウェーハの他方
の面にこのウェーハより熱膨張係数が小さい多結晶シリ
コン層を堆積して冷却すると、図２に示すように第１シ
リコンウェーハ１１の多結晶シリコン層に隣接した側の
結晶格子中に引張応力が作用し、かつその反対側の表面
近傍の結晶格子中には逆に圧縮応力が作用するため、こ
のウェーハ１１は多結晶シリコン層側が凸状となって反
りを生じる傾向がある。酸素析出反応は一般的に次式に
て表されると考えられる。 【００１８】 【化１】 【００１９】但し、ＳｉSは格子点にあるシリコン原子
であり、Ｓｉiは格子間シリコン原子であり、εは格子
中の弾性歪みである。式において、ＳｉＯ2はＳｉ原
子が格子点で占める体積の約２．２〜２．３倍の体積を
有するため、酸素析出反応の進行に伴って生じる弾性歪
みは圧縮歪みである。従って、酸素析出核が存在する結
晶格子中に引張応力が作用すると反応は右方向に進んで
酸素析出物が増大し、圧縮応力が作用すると反応は左方
向に進んで酸素析出物が減少する。この結果、第１及び
第２シリコンウェーハ１１，１２を貼り合わせるために
熱処理している間、及び９００℃×４８時間の析出物成
長熱処理の間に、第１シリコンウェーハのうち引張応力
が作用する多結晶シリコン層側の結晶格子中では酸素析
出物が増大し、圧縮応力が作用する研磨面近傍の結晶格
子中では酸素析出物が減少したため、第１シリコンウェ
ーハの研磨面側、即ちＳＯＩ層となる側の酸素析出物が
低減したものと考えられる。 【００２０】 【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、第
１シリコンウェーハの一方の面を研磨し他方の面に多結
晶シリコン層を堆積し、第１シリコンウェーハの両表面
に絶縁層を形成し、第１シリコンウェーハをこのウェー
ハの一方の面の絶縁層を接合面として支持基板となる第
２シリコンウェーハと接合し、更に上記接合した第１及
び第２シリコンウェーハを熱処理して貼り合わせた後、
第１シリコンウェーハを所定の厚さに研削研磨してデバ
イス形成用のＳＯＩ層としたので、第１シリコンウェー
ハの他方の面に熱膨張係数の小さい多結晶シリコン層を
堆積させることにより、第１シリコンウェーハの多結晶
シリコン層側の結晶格子中に引張応力が作用しかつ反対
側の結晶格子中に圧縮応力が作用する。 【００２１】この結果、引張応力が作用する第１シリコ
ンウェーハの多結晶シリコン側の結晶格子中で酸素析出
物が増大し、圧縮応力が作用する研磨面側の結晶格子中
で酸素析出物が減少する。また第１及び第２シリコンウ
ェーハを貼り合わせるために熱処理しても、成膜時に形
成された応力場が緩和されることは特になく、第１シリ
コンウェーハ内は上記と同様の応力状態にあるので、第
１シリコンウェーハの一方の面側、即ちＳＯＩ層内の酸
素析出物を低減することができる。
層（以下、ＳＯＩ層という）を形成したＳＯＩ（Silico
n-On-Insulator）基板の製造方法に関する。更に詳しく
は２枚のシリコンウェーハを絶縁層を介して貼り合わせ
るＳＯＩ基板の製造方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、高集積ＣＭＯＳ（Complementary
Metal Oxide Semiconductor）−ＩＣ、高耐圧素子など
がＳＯＩ基板を利用して製作されるようになってきてい
る。絶縁層の上にデバイス作製領域として使用される単
結晶シリコン層を形成したＳＯＩ基板は、高集積ＣＭＯ
Ｓの場合にはラッチアップ（寄生回路による異常発振現
象）の防止に、また高耐圧素子の場合にはベース基板と
の絶縁分離にそれぞれ有効である。このＳＯＩ基板の製
造方法には、シリコンウェーハ同士を、一方或いは両方
のウェーハ表面に形成した絶縁層である二酸化シリコン
層（以下、シリコン酸化層という）を介して貼り合わせ
る方法、絶縁性基板又は絶縁性薄膜を表面に有する基板
の上にまず多結晶シリコン薄膜をＣＶＤ（Chemical Vap
or Deposition）法により堆積させ、次いでレーザーア
ニールによって単結晶化するＺＭＲ（Zone Melt Recrys
tallization）法、シリコン基板内部に高濃度の酸素イ
オンを注入した後、高温でアニール処理してこのシリコ
ン基板表面から所定の深さの領域に埋込みシリコン酸化
層（絶縁層）を形成し、その表面側のシリコン層を活性
領域とするＳＩＭＯＸ（Separation by IMplanted OXyg
en）法などがある。これらの方法の中でも、貼り合わせ
法により作製されたＳＯＩ基板は、ＳＯＩ層の結晶性が
極めて良好であることから、有望視されて来ている。 【０００３】このシリコンウェーハの貼り合わせ法は、
具体的にはそれぞれ約６００μｍの２枚のシリコンウェ
ーハをシリコン酸化層からなる絶縁層を介して接合し、
酸素雰囲気中、１１００℃で２時間貼り合わせ熱処理し
て貼り合わせた後、２枚のシリコンウェーハの一方のシ
リコンウェーハの表面を砥石で研削し、更に研磨布で研
磨してこのシリコンウェーハの厚さを約０．１〜１０μ
ｍの範囲にし、この研磨した側の厚さ約０．１〜１０μ
ｍのシリコン層をデバイス形成用のＳＯＩ層としてい
る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のシ
リコンウェーハの貼り合わせ法では、２枚のシリコンウ
ェーハを酸素雰囲気中、１１００℃で２時間貼り合わせ
熱処理して貼り合わせたときに、酸素析出物がウェーハ
の厚さ方向に均一に形成され、この酸素析出物が研削・
研磨により薄膜化した後のＳＯＩ層内に取り残されてし
まう恐れがあった。本発明の目的は、ＳＯＩ層内の酸素
析出物を低減できるＳＯＩ基板の製造方法を提供するこ
とにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１及び図２に示すように、第１シリコンウェーハ１１
の一方の面を研磨し他方の面に多結晶シリコン層１３を
堆積する工程と、第１シリコンウェーハ１１の両表面に
絶縁層１４を形成する工程と、第１シリコンウェーハ１
１をこのウェーハ１１の一方の面の上記絶縁層１４を接
合面として支持基板となる第２シリコンウェーハ１２と
接合する工程と、接合した第１及び第２シリコンウェー
ハ１１，１２を熱処理して貼り合わせる工程と、第１シ
リコンウェーハ１１を所定の厚さに研削研磨してデバイ
ス形成用のＳＯＩ層１１ａとする工程とを含むＳＯＩ基
板の製造方法である。 【０００６】この請求項１に係るＳＯＩ基板の製造方法
では、第１シリコンウェーハ１１の研磨面とは反対側の
面にこのウェーハ１１より熱膨張係数が小さい多結晶シ
リコン層１３を堆積して室温まで冷却すると、第１シリ
コンウェーハ１１の多結晶シリコン層に隣接した側の結
晶格子中に引張応力が作用し、かつその反対側の表面近
傍の結晶格子中には逆に圧縮応力が作用するため、この
ウェーハ１１は多結晶シリコン層側が凸状となって反り
を生じる傾向がある（図２）。この結果、第１及び第２
シリコンウェーハ１１，１２に貼り合わせ熱処理を施す
と、第１シリコンウェーハ１１のうち引張応力が作用す
る多結晶シリコン層側、即ち裏面近傍の結晶格子中では
酸素析出物が増大し、圧縮応力が作用する研磨面近傍の
結晶格子中では酸素析出物が減少する。従って、第１シ
リコンウェーハ１１の研磨面側、即ちＳＯＩ層１１ａと
なる側の酸素析出物を低減することができる。 【０００７】 【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
基づいて詳しく説明する。図１及び図２に示すように、
第１シリコンウェーハ１１はＣＺ法又はＦＺ法で引上げ
たシリコン単結晶棒により作製されたシリコンウェーハ
である。また第２シリコンウェーハ１２は上記ＣＺ法又
はＦＺ法により育成された単結晶に限らず、シリコン多
結晶棒により作製されたシリコンウェーハでもよい。先
ず図１（ａ）に示すように、第１シリコンウェーハ１１
の一方の面を研磨し、他方の面、即ち研磨面とは反対側
の面に多結晶シリコン層１３がＣＶＤ法により形成され
る。この多結晶シリコン層１３の厚さは約０．５〜約
２．０μｍの範囲、好ましくは約１．０〜約１．５μｍ
の範囲にある。 【０００８】次いで図１（ｂ）に示すように、第１シリ
コンウェーハ１１の全面に絶縁層１４が形成される。即
ち第１シリコンウェーハ１１の他方の面には多結晶シリ
コン層１３を介して絶縁層１４が形成され、第１シリコ
ンウェーハ１１の一方の面及び側面にはこのウェーハ１
１に直接絶縁層１４が形成される。絶縁層１４の厚さは
作製するＳＯＩの用途にもよるが、約０．５〜約２．０
μｍの範囲、好ましくは約０．５〜約１．０μｍの範囲
にある。また絶縁層１４はシリコン酸化層（ＳｉＯ
2層）であって、シリコンウェーハ１１を熱酸化するこ
とにより、或いはＣＶＤ法により形成される。図２では
理解を容易にするために、実際の反りより大きく反らせ
て描いてある。なお、この実施の形態では、熱酸化によ
る場合を記述したため、第１シリコンウェーハの全面に
絶縁層が形成されているが、ＣＶＤ法によれば、当然な
がら第１シリコンウェーハの側面を除く両表面、或いは
片方の表面にのみ絶縁層を形成することが可能である。 【０００９】次に図１（ｃ）に示すように、この第１シ
リコンウェーハ１１が、このウェーハ１１の研磨面、即
ち多結晶シリコン層１３を堆積させずに第１シリコンウ
ェーハ１１に直接形成された絶縁層１４の表面を接合面
として、支持基板となる第２シリコンウェーハ１２と貼
り合わせられる。接合しようとする表面を活性化するた
めに、ＮＨ4ＯＨとＨ2Ｏ2・Ｈ2Ｏの混合溶液であるＳＣ
１（Standard Cleaning １）洗浄液でシリコンウェーハ
１１，１２を洗浄しておくことが好ましい。図１（ｄ）
に示すように接合した後の第１及び第２シリコンウェー
ハ１１，１２を乾燥酸素（ｄｒｙＯ2）雰囲気又は窒素
（Ｎ2）雰囲気中で１１００℃の温度下、１〜３時間、
好ましくは２時間程度行う。 【００１０】更に図１（ｅ）に示すように、一体化した
２枚のシリコンウェーハ１１，１２が放冷され室温にな
った後に、ＳＯＩ層となる第１シリコンウェーハ１１を
砥石で研削し、その後研磨剤を流しながら研磨布で研磨
して、約０．１〜１０μｍの厚さの薄膜に加工する。こ
れにより厚さ約０．１〜１０μｍのデバイス形成用のＳ
ＯＩ層１１ａが絶縁層１４上に得られる。 【００１１】 【実施例】 ＜実施例１＞次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳
しく説明する。 (a) サンプルの準備 ＣＺ法で引上げられたシリコン単結晶棒から切断され研
削研磨されたばかりの次の特性の２枚のシリコンウェー
ハを用意した。本発明の主眼である酸素析出物分布を際
だたせるために、通常の製品用に用いられているものよ
りも酸素濃度の高いウェーハを準備した。これらのウェ
ーハのうち一方を第１シリコンウェーハとし、他方のウ
ェーハを第２シリコンウェーハと呼ぶ。 直径： １２５ｍｍ（５インチ） 面方位： ＜１００＞ 伝導型： Ｐ型（ドーパントとしてボロンを添加） 抵抗率： 約１０Ωｃｍ 厚さ： 約６２５μｍ 初期格子間酸素濃度：約１．５×１０18／ｃｍ3（旧ＡＳＴＭ） (b) 多結晶シリコン層の形成 図１（ａ）に示すように、第１シリコンウェーハ１１の
一方の面を研磨し、他方の面に次の条件で多結晶シリコ
ン層１３をＣＶＤ法により形成した。 雰囲気： ０．１Ｔｏｒｒの減圧雰囲気 使用ガス（流量）： ＳｉＨ4（１００ＳＣＣＭ） 温度： ６２０℃ 堆積速度： ０．２μｍ／時 多結晶シリコン層１３は第１シリコンウェーハ１１の他
方の面に約１．５μｍの厚さで形成された。 【００１２】(c) 図１（ｂ）に示すように、第１シリコ
ンウェーハ１１を湿潤酸素（ｗｅｔＯ2、Ｏ2：Ｈ2＝
２．０リットル／分：１．０リットル／分）雰囲気中、
１０００℃で３時間熱処理して、上記ウェーハ１１の全
面に厚さ０．５μｍのシリコン酸化層（ＳｉＯ2）から
なる絶縁層１４を形成した。 (d) 接合 図１（ｃ）に示すように、多結晶シリコン層１３と絶縁
層１４とを形成した第１シリコンウェーハ１１と第２シ
リコンウェーハ１２とをそれぞれ比重０．９のＮＨ4Ｏ
Ｈの水溶液と比重１．１のＨ2Ｏ2水溶液とＨ2ＯとをＮ
Ｈ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝１：２：７の容量比で混合し
て調製し約８０℃に保持されたＳＣ１（Standard Clean
ing 1）の洗浄液で洗浄した後、第１シリコンウェーハ
１１をこのウェーハ１１の研磨面側の絶縁層１４を接合
面として第２シリコンウェーハ１２と貼り合わせた。 【００１３】(e) 貼り合わせ熱処理 図１（ｄ）に示すように、上記のようにして貼り合わせ
た両ウェーハ１１，１２を、室温から８００℃に設定さ
れた熱処理炉中に１０〜１５ｃｍ／分の速度で挿入し、
窒素雰囲気中で８００℃から１０℃／分の速度で昇温
し、１１００℃に達したところで２時間維持し、次いで
４℃／分の速度で降温し、８００℃まで冷却した後、１
０〜１５ｃｍ／分の速度で炉から室温中に取出した。通
常はこの後に、更に図１（ｅ）に示すように、第１シリ
コンウェーハ１１の表面を砥石で研削し、次いで研磨剤
を流しながら柔らかい研磨布で研磨し、絶縁層１４上に
厚さ０．１〜１０μｍのＳＯＩ層１１ａを形成するので
あるが、後述するように、第１シリコンウェーハ１１内
におけるＳｉ／ＳｉＯ2界面からの深さ方向の酸素析出
物の分布を調べるために、上記研削・研磨前の基板を実
施例１とした。 【００１４】＜比較例１＞図示しないが、第１シリコン
ウェーハの他方の面に多結晶シリコン層を形成しないこ
とを除いて、上記実施例１の研削・研磨前の基板を比較
例１とした。 【００１５】＜比較試験及び評価＞第１シリコンウェー
ハ内の厚さ方向の酸素析出物密度の分布を調べるため
に、先ず実施例１及び比較例１の研削・研磨前の基板
を、９００℃に保持した熱処理炉中に窒素雰囲気で４８
時間維持して熱処理を行った。次にこれらの基板を劈開
した後、酸素析出物を顕在化させるためにＨＦ溶液：
０．１５モルＫ2Ｃｒ2Ｏ7水溶液＝２：１のＳｅｃｃｏ
エッチャントに１．５分間浸漬してエッチングした。更
にこれらの基板をこのエッチャントから引上げ、純水で
洗浄し乾燥した後、光学顕微鏡で劈開面を観察し、酸素
析出物の深さ方向密度分布を得た。その結果を図３に示
す。 【００１６】図３から明らかなように、比較例１では酸
素析出物が第１シリコンウェーハの厚さ方向に対して略
均一に分布しているのに対し、実施例１では第１シリコ
ンウェーハの酸素析出物密度は多結晶シリコン層側の表
面近傍で最も大きく、第２シリコンウェーハに貼り合わ
せた絶縁層側のＳｉ／ＳｉＯ2界面に向うに従って次第
に減少し、この界面近傍で最も小さくなった。ＳＯＩ層
となる部分、即ち第１シリコンウェーハの一方の面から
他方の面に向って１〜１０μｍの範囲の酸素析出物密度
を比較すると、実施例１は比較例１に対して約１桁小さ
くなり、実施例１のＳＯＩ層中の酸素析出物が低減した
ことが判った。 【００１７】このようにＳｉ／ＳｉＯ2界面近傍の酸素
析出物が低減される機構について、以下のように考察で
きる。実施例１のように、第１シリコンウェーハの他方
の面にこのウェーハより熱膨張係数が小さい多結晶シリ
コン層を堆積して冷却すると、図２に示すように第１シ
リコンウェーハ１１の多結晶シリコン層に隣接した側の
結晶格子中に引張応力が作用し、かつその反対側の表面
近傍の結晶格子中には逆に圧縮応力が作用するため、こ
のウェーハ１１は多結晶シリコン層側が凸状となって反
りを生じる傾向がある。酸素析出反応は一般的に次式に
て表されると考えられる。 【００１８】 【化１】 【００１９】但し、ＳｉSは格子点にあるシリコン原子
であり、Ｓｉiは格子間シリコン原子であり、εは格子
中の弾性歪みである。式において、ＳｉＯ2はＳｉ原
子が格子点で占める体積の約２．２〜２．３倍の体積を
有するため、酸素析出反応の進行に伴って生じる弾性歪
みは圧縮歪みである。従って、酸素析出核が存在する結
晶格子中に引張応力が作用すると反応は右方向に進んで
酸素析出物が増大し、圧縮応力が作用すると反応は左方
向に進んで酸素析出物が減少する。この結果、第１及び
第２シリコンウェーハ１１，１２を貼り合わせるために
熱処理している間、及び９００℃×４８時間の析出物成
長熱処理の間に、第１シリコンウェーハのうち引張応力
が作用する多結晶シリコン層側の結晶格子中では酸素析
出物が増大し、圧縮応力が作用する研磨面近傍の結晶格
子中では酸素析出物が減少したため、第１シリコンウェ
ーハの研磨面側、即ちＳＯＩ層となる側の酸素析出物が
低減したものと考えられる。 【００２０】 【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、第
１シリコンウェーハの一方の面を研磨し他方の面に多結
晶シリコン層を堆積し、第１シリコンウェーハの両表面
に絶縁層を形成し、第１シリコンウェーハをこのウェー
ハの一方の面の絶縁層を接合面として支持基板となる第
２シリコンウェーハと接合し、更に上記接合した第１及
び第２シリコンウェーハを熱処理して貼り合わせた後、
第１シリコンウェーハを所定の厚さに研削研磨してデバ
イス形成用のＳＯＩ層としたので、第１シリコンウェー
ハの他方の面に熱膨張係数の小さい多結晶シリコン層を
堆積させることにより、第１シリコンウェーハの多結晶
シリコン層側の結晶格子中に引張応力が作用しかつ反対
側の結晶格子中に圧縮応力が作用する。 【００２１】この結果、引張応力が作用する第１シリコ
ンウェーハの多結晶シリコン側の結晶格子中で酸素析出
物が増大し、圧縮応力が作用する研磨面側の結晶格子中
で酸素析出物が減少する。また第１及び第２シリコンウ
ェーハを貼り合わせるために熱処理しても、成膜時に形
成された応力場が緩和されることは特になく、第１シリ
コンウェーハ内は上記と同様の応力状態にあるので、第
１シリコンウェーハの一方の面側、即ちＳＯＩ層内の酸
素析出物を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明一実施形態のＳＯＩ基板の製造方法を示
す部分断面図。 【図２】第１シリコンウェーハの片面に多結晶シリコン
層を積層したときのウェーハの反り状況を示す図１
（ａ）の拡大断面図。 【図３】図１（ｄ）の第１シリコンウェーハ内におけ
る、多結晶シリコン層側から厚さ方向への距離を変えた
ときの酸素析出物密度の変化を示す図。 【符号の説明】 １１ 第１シリコンウェーハ １１ａ ＳＯＩ層 １２ 第２シリコンウェーハ １３ 多結晶シリコン層 １４ 絶縁層（シリコン酸化層）
す部分断面図。 【図２】第１シリコンウェーハの片面に多結晶シリコン
層を積層したときのウェーハの反り状況を示す図１
（ａ）の拡大断面図。 【図３】図１（ｄ）の第１シリコンウェーハ内におけ
る、多結晶シリコン層側から厚さ方向への距離を変えた
ときの酸素析出物密度の変化を示す図。 【符号の説明】 １１ 第１シリコンウェーハ １１ａ ＳＯＩ層 １２ 第２シリコンウェーハ １３ 多結晶シリコン層 １４ 絶縁層（シリコン酸化層）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−275525（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−139180（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−29324（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−299349（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−115861（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 27/12
H01L 21/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 第１シリコンウェーハ(11)の一方の面を
研磨し他方の面に多結晶シリコン層(13)を堆積する工程
と、 前記第１シリコンウェーハ(11)の両表面に絶縁層(14)を
形成する工程と、 前記第１シリコンウェーハ(11)をこのウェーハ(11)の一
方の面に形成された前記絶縁層(14)を接合面として支持
基板となる第２シリコンウェーハ(12)と接合する工程
と、 前記接合した第１及び第２シリコンウェーハ(11,12)を
熱処理して貼り合わせる工程と、 前記第１シリコンウェーハ(11)を所定の厚さに研削研磨
してデバイス形成用のＳＯＩ層(11a)とする工程とを含
むＳＯＩ基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22915596A JP3412410B2 (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | Ｓｏｉ基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22915596A JP3412410B2 (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | Ｓｏｉ基板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1074919A JPH1074919A (ja) | 1998-03-17 |
| JP3412410B2 true JP3412410B2 (ja) | 2003-06-03 |
Family
ID=16887649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22915596A Expired - Fee Related JP3412410B2 (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | Ｓｏｉ基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3412410B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10903223B2 (en) * | 2019-01-15 | 2021-01-26 | Micron Technology, Inc. | Driver placement in memories having stacked memory arrays |
-
1996
- 1996-08-30 JP JP22915596A patent/JP3412410B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1074919A (ja) | 1998-03-17 |
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