JP3604026B2

JP3604026B2 - 張り合わせシリコン基板の製造方法

Info

Publication number: JP3604026B2
Application number: JP06186597A
Authority: JP
Inventors: 徹谷口; 悦郎森田
Original assignee: 三菱住友シリコン株式会社
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2017-02-27
Also published as: JPH10242015A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばシリコン面同士を直接張り合わせた張り合わせシリコン基板、酸化膜を間に介在させたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板およびその製造方法、特にウェーハ同士の張り合わせ強度を大きくした張り合わせシリコン基板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えばシリコン面同士を直接に張り合わせた張り合わせシリコン基板、また、間に絶縁膜を介在させたＳＯＩ基板のように、接着剤などを使わずに２枚のシリコンウェーハ同士を張り合わせて一体化する技術が開発されている。
直接張り合わせは、シリコンウェーハを洗浄して張り合わせ面（シリコン面）を親水性化処理し、次いで、室温大気中において張り合わせ面同士を重ね合わせて張り合わせ、それから加熱炉で張り合わせ熱処理を施すものである。
【０００３】
張り合わせシリコン基板の活性層側基板にあっては、デバイス作製上の要請により、シリコンウェーハの鏡面研磨後の張り合わせ面に、例えばＳｂ（アンチモン）などの不純物を所定の濃度プロファイルで拡散する場合がある。
このとき、鏡面研磨された張り合わせ面は不純物の拡散により、例えばヘイズレベルで１．５ｐｐｍ、Ｐ−Ｖ（Peak to Valley）値で５ｎｍ程度の面荒れが生じている。なお、Ｐ−Ｖ値は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscopy）により測定した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この張り合わせシリコン基板のウェーハ間の接着力（接合力）は、ウェーハ表面（張り合わせ界面）のマイクロラフネスが大きく関与する。マイクロラフネスが悪化すると、熱処理後、高い接合強度が得られない。よって、さらには、ウェーハに未接合部分（未接着部分）であるボイドが発生し、デバイス作製の各工程時にシリコンウェーハの剥がれなどの不都合が生じるおそれがある。
【０００５】
【発明の目的】
そこで、この発明は、シリコンウェーハの張り合わせ面をさらに仕上げ研磨することにより、ウェーハの接合強度（接着強度）を従来よりも大きくすることができる張り合わせシリコン基板およびその製造方法を提供することを、その目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、第１のシリコンウェーハの鏡面研磨された張り合わせ面に不純物としてアンチモンを拡散する工程と、この不純物拡散後の張り合わせ面に研磨量が０．１μｍ以下の仕上げ研磨を施す工程と、この仕上げ研磨面を第２のシリコンウェーハの張り合わせ面に重ね合わせることにより、張り合わせシリコン基板を製造する張り合わせ工程とを備え、上記第１のシリコンウェーハ表面に拡散されたアンチモンによる抵抗値は２０〜３０Ω／□である張り合わせシリコン基板の製造方法である。
なお、この室温での張り合わせ後、所定の張り合わせ熱処理を施す。
上記仕上げ研磨では、その研磨量を０．１μｍ以下としたので、拡散された不純物の濃度プロファイルに影響を与えることがない。
ここでいう張り合わせシリコン基板は、例えばベアシリコンウェーハ同士を張り合わせたもの（直接張り合わせ）、表面にＳｉＯ_２膜を有するシリコンウェーハとベアシリコンウェーハを張り合わせたもの（ＳＯＩ）、また、表面にＳｉＯ_２膜を有するシリコンウェーハ同士を張り合わせたもの（ＳＯＩ）を含む。
【０００７】
また、ここでいう仕上げ研磨とは、研磨布、研磨液などを用いた機械的化学的研磨（メカノケミカル研磨）をいう。この機械的化学的研磨は、表面基準の研磨であり、例えばワックスレスマウント方式による研磨である。使用する研磨剤は、例えば（株）フジミインコーポレーテッド製「ＦＧＬ−７００８」とする。使用する研磨布は、ポリエステルフェルトにポリウレタンを含浸させた基材に、ポリウレタンをコートし、ポリウレタン内に発泡層を成長させ、表面部位を除去し発泡層に開口部を設けたものである。発泡層内に保持された研磨剤がウェーハと発泡層内面との間で作用することにより、研磨が追行する。
【０００８】
好ましいシリコンウェーハの張り合わせ面の研磨量は、０．１μｍ以下であり、０．１μｍを超えて研磨するとなれば、拡散した不純物濃度プロファイルに影響を与えるおそれがある。よって、所定深さまで不純物を拡散しなければならず、その拡散工程が長期にわたる結果となるという不具合がある。
シリコンウェーハの張り合わせ面に拡散される不純物としては、Ｓｂ（アンチモン）がある。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、上記仕上げ研磨は、研磨面がヘイズレベルで０．５ｐｐｍ以下またはＰ−Ｖ値で４ｎｍ以下とする研磨である請求項１に記載の張り合わせシリコン基板の製造方法である。
シリコンウェーハの研磨によるウェーハ表面の粗さの成分であって、数〜数十μｍの周期をもった微小な表面粗さであるヘイズ値の好ましい値は、レーザ光が垂直に入射する方式のパーティクルカウンタ、例えば（株）テンコール社「ＳＦＳ６２００」による測定値で０．２ｐｐｍ未満である。このヘイズ値が大きくなると、例えば０．５ｐｐｍを超えると、ＳＣ１液での面荒れが大きくなり、張り合わせでの接合強度が低下する。また、Ｐ−Ｖ値では４ｎｍ以下であり、４ｎｍを超えると同じく強度低下、面荒れを生じる。
【００１０】
【００１１】
ここでＳＣ１洗浄とは、例えばＮＨ_４ＯＨ：Ｈ_２Ｏ_２: Ｈ_２Ｏ＝１：１：５というアンモニアと過酸化水素水との混合液（８０℃）を用いて、シリコンウェーハの表面を薄くエッチングすることにより、このウェーハ表面のパーティクルを除去する洗浄のことである。
【００１２】
【００１３】
【作用】
張り合わされるシリコンウェーハの作製工程において、通常は、シリコンウェーハの張り合わせ面に不純物を拡散することにより表面が荒れてしまう。ウェーハ表面の粗さは、例えばテンコール（株）の「ＳＦＳ６２００」で測定したヘイズレベルで１．５ｐｐｍ、ＡＦＭで測定したＰ−Ｖ値で５ｎｍ程度であった。
しかしながら、この発明にあっては、不純物拡散後に、拡散面に対して高精度の仕上げ研磨を施す。このため、ウェーハ表面の粗さが、「ＳＦＳ６２００」でのヘイズレベルで０．２ｐｐｍ以下、ＡＦＭによるＰ−Ｖ値で２ｎｍ以下まで低減された、マイクロラフネスの低いシリコンウェーハが得られる。
【００１４】
上記従来技術の欄で説明したように、ウェーハ間の接合力はウェーハ表面のマイクロラフネスが大きく関与するので、この発明によれば、２枚のシリコンウェーハ同士を張り合わせたときに、ウェーハ間に未接合部分（ボイド）を発生させず、より大きなウェーハ接合強度が得られる。したがって、ユーザーによる例えばＬＳＩの製造工程でのシリコンウェーハの剥がれを原因とした不良品の発生を低減することができる。ここで、図１および図２のグラフを参照して、この発明をより具体的に説明する。
【００１５】
図１は、各種シリコンウェーハのＰ−Ｖ値を基準にした比較を示すグラフである。また、図２は、各種シリコンウェーハのヘイズ値を基準にした比較を示すグラフである。
（１）シリコンウェーハに例えば不純物であるＳｂが高濃度に拡散され（例えば２０〜３０Ω／□）、かつ機械的化学的研磨である仕上げ研磨を施していない従来のａｓ拡散ウェーハと、（２）同じくＳｂが拡散され、かつ仕上げ研磨を施したこの発明と、（３）Ｓｂ拡散なしの一般的な鏡面シリコンウェーハとを、シリコンウェーハの張り合わせ面のＰ−Ｖ値およびヘイズ値について比較する。
図１、図２のグラフから明らかなように、仕上げ研磨を行わない従来手段に比べて、仕上げ研磨を行うこの発明のものは、Ｓｂ拡散がない手段のものとほぼ同程度の低さだった。
【００１６】
また、図３の各種シリコンウェーハの接合強度を示すグラフから明らかなように、その後、（１）および（２）の場合について、この仕上げ研磨された２枚のシリコンウェーハを、室温大気中において張り合わせ面同士を重ね合わせて張り合わせた。接合強度の測定は、以下のようにして行った。
張り合わせウェーハの一部を劈開し、ＨＦに浸漬し、埋め込み酸化膜（張り合わせ界面）への染み込み量を測定することによった。一定時間での染み込み量の大小で判定した。
張り合わせ後のシリコンウェーハ間の接合強度は、（１）のａｓ拡散ウェーハによる張り合わせシリコン基板に比べて、（２）の仕上げ研磨を施したこの発明の張り合わせシリコン基板の方が約５倍に増大した。
シリコンウェーハの張り合わせ面に、研磨量が０．１μｍ以下で仕上げ研磨を施すので、ウェーハ表面の粗さを不純物拡散なしの鏡面研磨ウェーハと同等程度にまで低減でき、これによりウェーハ接合強度をさらに増大できる。
【００１７】
特に、請求項２に記載の発明の場合には、この仕上げ研磨面のマイクロラフネスをヘイズレベルで０．５ｐｐｍ以下またはＰ−Ｖ値で４ｎｍ以下としたので、これによりウェーハ接合強度をより大きくすることができる。
【００１８】
さらに、請求項１に記載の発明の場合には、シリコンウェーハが、ベアウェーハであっても、その張り合わせ面の最終的な研磨工程が、研磨量０．１μｍ以下という表面基準の研磨である仕上げ研磨であるので、ウェーハ表面の粗さが、ヘイズレベルで０．５ｐｐｍ以下、Ｐ−Ｖ値で４ｎｍ以下まで低減される。また、表面にＳｉＯ_２膜を有するウェーハでも、Ｐ−Ｖ値で４ｎｍ以下まで低減される。これにより、いずれのシリコンウェーハの品種であっても、ウェーハ接合強度を大きくすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施例を挙げてこの発明をより具体的に説明する。ただし、この発明はこれに限定されないのはいうまでもない。
〈実施例１、比較例１〉
実施例１として、表面にＳｂが高濃度に拡散され、ＡＦＭ測定での表面粗さＰ−Ｖ値が５ｎｍ、「ＳＦＳ６２００」のヘイズ値が１．５ｐｐｍのシリコンウェーハを、ウェーハ保持テーブル上に載置する。なお、シリコンウェーハ表面に拡散されたＳｂによる抵抗値は、例えば２０〜３０Ω／□とする。
【００２０】
このシリコンウェーハを、バックパッドを用いた表面基準研磨方式で、その張り合わせ面を研磨量０．１μｍだけ仕上げ研磨を施した。張り合わせ面のＰ−Ｖ値は２ｎｍ、ヘイズ値は０．２ｐｐｍとなった。
また、比較例１として仕上げ研磨を施していない場合を示す。
そして、これらのシリコンウェーハを同一条件でそれぞれ張り合わせ、熱処理を施した。
その結果製造された張り合わせ基板について、それぞれ、上記エッチング液の浸食による接合強度の測定を行った。
その結果を表１に示す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
表１から明らかなように、実施例１の張り合わせシリコン基板は、不純物の拡散により表面が粗くなったシリコンウェーハの張り合わせ面を、その後、さらに高精度の機械的化学的研磨である仕上げ研磨を施して平滑化するようにしたので、高濃度の不純物が拡散されたシリコンウェーハであっても、不純物の拡散がないシリコンウェーハの場合と同等の表面粗さとなった。これにより接合強度が増大し、よって製品出荷後、ユーザーが例えばＬＳＩを製造する際に、張り合わされたシリコンウェーハが取り扱い中に剥がれて、不良品が発生する虞れが低減できた。
これに対して、比較例１の仕上げ研磨を施していない張り合わせシリコン基板の場合には、シリコンウェーハの張り合わせ面の表面粗さがＰ−Ｖ値およびヘイズ値とも比較的に大きい。これにより接合強度が小さくなり、したがってユーザー取り扱い時に、シリコンウェーハが剥がれて不良品となる率が比較的高い。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明の張り合わせシリコン基板の製造方法は、張り合わされるシリコンウェーハの作製工程において、不純物の拡散により粗くなった張り合わせ面を、研磨量０．１μｍ以下の仕上げ研磨を施すようにしたので、ウェーハ表面の粗さが低減して、マイクロラフネスの高いシリコンウェーハが得られる。これにより、ウェーハ張り合わせ強度の増大が図れ、したがってユーザーによる例えばＬＳＩの製造工程でのシリコンウェーハの剥がれに起因した不良品の発生を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る張り合わせシリコンウェーハのＰ−Ｖ値を他の張り合わせウェーハと比較して示すグラフである。
【図２】この発明の一実施例に係る張り合わせシリコンウェーハのヘイズ値を他の張り合わせウェーハと比較して示すグラフである。
【図３】この発明の一実施例に係る張り合わせシリコンウェーハの接合強度を他の張り合わせウェーハと比較して示すグラフである。

Claims

第１のシリコンウェーハの鏡面研磨された張り合わせ面に不純物としてアンチモンを拡散する工程と、
この不純物拡散後の張り合わせ面に研磨量が０．１μｍ以下の仕上げ研磨を施す工程と、
この仕上げ研磨面を第２のシリコンウェーハの張り合わせ面に重ね合わせることにより、張り合わせシリコン基板を製造する張り合わせ工程とを備え、
上記第１のシリコンウェーハ表面に拡散されたアンチモンによる抵抗値は２０〜３０Ω／□である張り合わせシリコン基板の製造方法。
上記仕上げ研磨は、その研磨面をヘイズレベルで０．５ｐｐｍ以下またはＰ−Ｖ値で４ｎｍ以下とする研磨である請求項１に記載の張り合わせシリコン基板の製造方法。