JP3615091B2 - 張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法 - Google Patents
張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法、詳しくは誘電体分離シリコン島を有する活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを、低温ポリシリコン層を介さずに張り合わせる張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の張り合わせ誘電体分離ウェーハは、図３に示す各工程を経て製造されていた。
まず、活性層用ウェーハとなる、表面を鏡面加工したシリコンウェーハ１０を用意する（図３（ａ））。次いで、このシリコンウェーハ１０の表面に、マスク酸化膜１１を被着する（図３（ｂ））。この酸化膜１１をフォトリソグラフ法によって窓付きのレジスト膜１２で覆い、この窓を介して酸化膜１１に所定パターンの開口を形成する。これによりシリコンウェーハ１０表面の一部を露出させる。次に、レジスト膜１２を除去した後、このシリコンウェーハ１０をエッチング液（ＩＰＡ／ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ）に浸漬して、ウェーハ表面の開口内部を異方性エッチングする（図３（ｃ））。この結果、ウェーハ表面に断面略Ｖ字形状の誘電体分離用溝１３が形成される。
異方性エッチングとは、シリコンウェーハ１０の結晶面方位に起因し、深さ方向のエッチング速度が水平方向よりも大きくて、エッチング速度が方向依存性を持ったエッチングのことである。
【０００３】
次に、マスク酸化膜１１を除去する（図３（ｄ））。それから、ウェーハ表面に、酸化熱処理によって誘電体分離酸化膜１４を形成する（図３（ｅ））。この結果、誘電体分離用溝１３表面にも酸化膜１４が形成される。
そして、このウェーハ表面を洗浄する。
続いて、誘電体分離酸化膜１４の表面上に、約１２００〜１３００℃の高温ＣＶＤ法で、高温ポリシリコン層１６を厚めに成長させる（図３（ｆ））。それから、ウェーハ外周部を面取りし、必要に応じてウェーハ裏面を平坦化する。次いで、裏面を平坦化した場合は、この平坦化したウェーハ裏面を基準にして、ウェーハ表面の高温ポリシリコン層１６を厚さ約１０〜８０μｍまで研削・研磨する（図３（ｇ））。
【０００４】
この際、表面研削では、粒径３８〜３００μｍの砥粒を有する（＃５０〜＃３００）レジノイド研削砥石による研削量任意の１次研削後、粒径３〜４０μｍの砥粒を有する（＃５００〜＃３０００）レジノイド研削砥石による研削量１０〜５０μｍの２次研削を行う。また、ここでの表面研磨は、エッチングの進行をともなう比較的粗いウェーハ表面の研磨である。
この後、ウェーハ表面に５５０〜７００℃の低温ＣＶＤ法で厚さ１〜５μｍの低温ポリシリコン層１７を成長させる。そして、張り合わせ面の鏡面化のために、この低温ポリシリコン層１７の表面を研磨する。
【０００５】
一方では、支持基板用ウェーハとなるシリコンウェーハ２０（シリコン酸化膜２１で表裏面が覆われたもの）を準備する（図３（ｈ））。これは、ウェーハ表面を鏡面加工したものである。次に、このシリコンウェーハ２０上に、上記活性層用ウェーハ用のシリコンウェーハ１０（具体的には低温ポリシリコン層１７）を、その鏡面同士を接触させて張り合わせる（図３（ｉ），図４も参照）。それから、この張り合わせウェーハの張り合わせ強度を高める熱処理を施す。
次に、図３（ｊ）に示すように、この活性層用ウェーハの外周部を面取りし、さらに活性層用ウェーハ表面を研削・研磨する。この活性層用ウェーハの研削量は、誘電体分離酸化膜１４が外部に露出し、高温ポリシリコン層１６の表面上に、誘電体分離酸化膜１４で分離された誘電体分離シリコン島１０Ａが現出するまでとする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した高温ＣＶＤ法によるポリシリコン粒子の成長は、比較的ポリシリコン粒子が大きい、高速度の成長である。そして、高温ポリシリコン層１６を研削し、その後研磨する場合、高温ポリシリコン層１６の表面、特に、Ｖ字形の誘電体分離用溝１３の向かい合う斜面に成長したポリシコンの粒界は、研磨に用いる薬剤によって腐食されやすく、支持基板用ウェーハのＳｉＯ２面との張り合わせは充分ではなかった。
【０００７】
そこで、これを解消する従来技術として、前述したように、高温ポリシリコン層１６の表面上に、さらに低温ＣＶＤ法で低温ポリシリコン層１７を厚さ１〜５μｍだけ成長させる方法が知られている。
ところが、この低温ＣＶＤ法では、高温ＣＶＤ法に比較してポリシリコン粒子の成長速度が遅い。これは、低温ＣＶＤ法によると、ポリシリコンの粒子径が、高温ＣＶＤ法によるものに比べて小さく、例えば平坦な薄い層を積み重ねていくような成長になるためである。その結果、かりに高温ポリシリコン層１６表面にパーティクルが存在していても、これを成長中のポリシリコンが被ってしまう。よって、低温ポリシリコン層１７表面の粗さは、通常の研磨処理を行っただけで、充分に張り合わせ可能なレベルにまで高まる。
ただし、低温ＣＶＤ工程を、前処理の洗浄を含めてわざわざ追加しなければならない。この結果、張り合わせ誘電分離ウェーハの製造に、時間や手間がかかり、生産性が低下してしまうという問題点があった。しかも、この低温ＣＶＤ工程を実施する場合は、前処理の洗浄装置などを含む一連の低温ＣＶＤ用の設備が別途必要となり、設備コストも嵩むという問題点があった。
【０００８】
【発明の目的】
この発明は、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを、低温ポリシリコン層を介することなく、張り合わせることができ、これにより工程数の削減、製造時間の短縮が図れて、生産性を高めることができ、設備コストの低減も図れる張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法を提供することを、その目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、活性層用ウェーハの表面に誘電体分離酸化膜を形成し、この誘電体分離酸化膜の表面に高温ＣＶＤ法により高温ポリシリコン層を成長させ、この高温ポリシリコン層の表面を研削し、この研削面を研磨した後、この研磨面を張り合わせ面として、活性層用ウェーハを支持基板用ウェーハの鏡面加工された面に張り合わせ、活性層用ウェーハを裏面側から研削・研磨して、この研磨面に誘電体分離酸化膜で分離された複数の誘電体分離シリコン島を現出させる誘電体分離ウェーハの製造方法において、上記高温ポリシリコン層の表面の研削が、１次研削、２次研削および３次研削の順番に実行され、１次研削が粒径２２〜７５μｍの砥粒を有するレジノイド研削砥石により行われ、２次研削が粒径３〜１６μｍの砥粒を有するレジノイド研削砥石により行われ、３次研削が粒径０．３〜６μｍの砥粒を有するメタルボンド研削砥石により行われ、上記高温ＣＶＤ法は、高周波誘導加熱炉で、ＳｉＨＣｌ ３ および水素ガス系を使用した場合は、１２００〜１２８０℃とし、ＳｉＣｌ ４ および水素ガス系を使用した場合は、１２２０〜１３００℃とするとともに、ランプ加熱炉で、ＳｉＨＣｌ ３ および水素ガス系を使用した場合は、１１００〜１２２０℃とし、ＳｉＣｌ ４ を使用した場合は、１１２０〜１２４０℃とする張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法である。
【００１１】
高温ＣＶＤ法は、シリコンを含んだ原料ガスをキャリアガス（Ｈ２ガスなど）とともに反応炉内へ導入し、高温に熱せられたシリコンウェーハ上に原料ガスの熱分解または還元により生成されたシリコンを析出させる方法である。シリコンを含む化合物としては、通常、ＳｉＣｌ２Ｈ２，ＳｉＨＣｌ３，ＳｉＣｌ４などが用いられる。
反応炉としては、例えばドーム形の石英ベルジャー内で、シリコンウェーハを載せたサセプタを回転させながらガス導入して、高周波誘導により加熱する高周波誘導加熱炉がある。この他にも、石英容器内に収められた六角柱状のサセプタの各面にシリコンウェーハを張り付け、その後、このサセプタをガス導入および赤外線ランプにより加熱しながら回転させるランプ加熱炉などがある。
【００１２】
高温ＣＶＤ法によるポリシリコンの成長温度は、使用炉の発熱方式および原料ガスの種類より異なる。すなわち、例えば使用炉が高周波誘導加熱炉の場合で、使用ガスがＳｉＨＣｌ３および水素ガス系の場合には、１２００〜１２８０℃、特に１２２０〜１２６０℃が好ましい。１２００℃未満では成膜後のウェーハの反りが大きくなる。また、著しく低温の場合には、ウェーハが割れやすいという不都合が生じる。また、１２８０℃を超えると誘電体分離用溝の段差被覆性が低下しやすい。また、ポリシリコンによるサセプタとのブリッジが発生しやすく、ウェーハが割れやすくなるという不都合が生じる。
また、使用炉は同じで、使用ガスがＳｉＣｌ４および水素ガス系の場合には、１２２０〜１３００℃、特に１２４０〜１２９０℃が好ましい。１２２０℃未満では成膜後のウェーハの反りが大きくなる。また、著しく低温の場合にはウェーハが割れやすい。１３００℃を超えると誘電体分離用溝の段差被覆性が悪くなりやすい。また、ポリシリコンによるサセプタとのブリッジが発生しやすく、ウェーハが割れやすくなる。
【００１３】
これに対して、使用炉がランプ加熱炉、使用ガスがＳｉＨＣｌ３および水素ガス系の場合では、１１００〜１２２０℃、特に１１２０〜１２００℃が好ましい。１１００℃未満では成膜後のウェーハの反りが大きくなる。また、著しく低温の場合にはウェーハが割れやすくなる。１２２０℃を超えると誘電体分離用溝の段差被覆性が悪くなりやすい。また、ポリシリコンによるサセプタとのブリッジが発生しやすく、ウェーハが割れやすくなる。
また、同じ使用炉で、使用ガスがＳｉＣｌ４の場合には、１１２０〜１２４０℃、特に１１４０〜１２２０℃が好ましい。１１２０℃未満では成膜後のウェーハの反りが大きくなる。また、著しく低温の場合にはウェーハが割れやすくなる。また、１２４０℃を超えると誘電体分離用溝の段差被覆性が悪くなりやすい。また、ポリシリコンによるサセプタとのブリッジが発生しやすく、ウェーハが割れやすくなる。
【００１４】
高温ポリシリコン層の厚さは、異方性エッチングを行った深さの２〜３倍の厚さに、残したいポリシリコン層の厚さを付加した厚さである。異方性エッチングの深さの２倍以下では、エッチング溝が充分に埋まらないことがあり、３倍以上では、不要に厚く成長させることになって不経済である。
高温ＣＶＤ法によるポリシリコン成長時の圧力は６００〜１３３００Ｐａ、特に７００〜１００００Ｐａが好ましい。６００Ｐａ未満では成膜速度がおそい。一方、１３３００Ｐａを超えると膜厚分布制御がむずかしい。
異方性エッチング液としては、ＫＯＨ（ＩＰＡ／ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ），ＫＯＨ（ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ），ＫＯＨ（ヒドラジン／ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ）といったアルカリ性エッチング液などを使用することができる。異方性エッチングの条件としては、汎用の条件を適用することができる。
また、ウェーハ表面側のネガレジスト膜に、異方性エッチング用の窓部を形成するための各工程の条件としては、一般的な条件を採用することができる。
【００１５】
高温ＣＶＤ法によりエピタキシャル成長された高温ポリシリコン層は、その後、研削・研磨される。
この研削は、１次研削を行った後、２次研削を行い、さらに３次研削を行う。
研削後の高温ポリシリコン層の残厚は限定されない。ただし、通常は２０〜８０μｍである。
１次研削用のレジノイド研削砥石の番手は＃２００〜＃６００（粒径２０〜８０μｍ）が好ましい。粒径が２０μｍ未満では高温ポリシリコン層の厚さを確保しにくい。また、２次研削で研削痕が消え難くなる。粒径が８０μｍを超えると研削面があれすぎる懸念がある。
【００１６】
２次研削用のレジノイド研削砥石の番手は、＃１０００〜＃２０００（粒径３〜１５μｍ）、特に＃１２００〜＃１５００（粒径４〜１２μｍ）が好ましい。粒径が３μｍ未満では１次研削時に現れた研削マークを除去しにくく、粒径が１５μｍを超えると仕上がり面の面粗さが不充分である。研削量は１〜３０μｍ程度とする。
３次研削用のメタルボンド研削砥石の番手は、＃３０００〜＃６０００（粒径０．３〜６μｍ）、特に＃４０００〜＃５０００（粒径０．３〜４．０μｍ）が好ましい。粒径が０．３μｍ未満では、２次研削時に現れた研削マークを除去しにくい。また、粒径が６μｍを超えると、十分に研磨しても張り合わせに適した面が得られない。メタルボンド研削砥石を用いた研削により、ポリシリコン層表面をさらに良好な面粗さに仕上げることができる。
【００１７】
また、１次研削時の研削砥石の回転数は４０００〜６０００ｒｐｍ、特に３８００〜５８００ｒｐｍが好ましい。４０００ｒｐｍ未満では表面平坦性が低下し、ひどい場合にはウェーハが割れてしまう。６０００ｒｐｍを超えると砥石への焼き付きという不都合が生じる。
２次研削時の研削砥石の回転数は４０００〜７０００ｒｐｍ、特に４５００〜６５００ｒｐｍが好ましい。４０００ｒｐｍ未満では表面平坦性が低下し、ひどい場合には割れてしまう。７０００ｒｐｍを超えると砥石への焼き付きが生じる。
３次研削時の研削砥石の回転数は２０００〜４０００ｒｐｍ、特に２５００〜３５００ｒｐｍが好ましい。２０００ｒｐｍ未満では表面平坦性が低下してひどい場合には割れてしまう。４０００ｒｐｍを超えると砥石に焼き付きが生じる。
このようにして、３次研削された後の高温ポリシリコン層表面の面粗さは、例えば中心線平均粗さＲａ値で６ｎｍ以下、Ｐ−Ｖ値で１５０ｎｍ以下、ヘイズ値で２３０ｐｐｍ以下となる。
ここでいう支持基板用ウェーハの張り合わせ面は、シリコン面に限定されない。例えば、ＳｉＯ２面（酸化シリコン膜）でもよい。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、上記高温ポリシリコン層の表面の研磨が、粒径３０〜２００ｎｍのＳｉＯ２砥粒を０．３〜４重量％含むｐＨ８〜１０．５の研磨剤を供給しながら、研磨布を用いて、研磨剤温度２０〜３５℃、研磨圧力０．０２〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２、研磨時間５〜３０分間の研磨条件で行われる請求項１に記載の張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法である。
研磨剤に添加される研磨砥粒はＳｉＯ２製の砥粒である。好ましい添加量は１．０〜２．５重量％である。０．３重量％未満では研磨における機械的研磨効果が小さくなり、ポリシリコン粒界のエッチングが進行するという不都合が生じる。４重量％を超えると研磨における機械的研磨効果が大きくなり、ポリシリコン表面の面あれが大きくなる。
また、１次研磨用の好ましい研磨剤のｐＨは９．８〜１０．２である。ｐＨ８未満では化学的研磨速度が小さくなり面あれが生じる。ｐＨ１０．５を超えるとエッチングが進行し、凹凸が現出する。その結果、ウェーハ表面の平坦性および面粗さが低下する。
【００１９】
研磨剤の流量は０．５〜１．５リットル／分である。好ましい研磨剤の流量は０．６〜１．０リットル／分である。０．５リットル／分未満では研磨剤の置換率が小さく、シリコンの削りかすをうまく排出できない。１．５リットル／分を超えると不必要に研磨剤を消費して不経済である。
さらにまた、好ましい研磨剤温度は２３〜３３℃である。２０℃未満では研磨の化学的作用が小さい。そして、３５℃を超えると化学的作用が勝ってしまい、ポリシリコン粒界のエッチングが進行するという不都合が生じる。
次いで、好ましい研磨圧力は０．０５〜０．８ｋｇｆ／ｃｍ２である。０．０２ｋｇｆ／ｃｍ２未満では、好適な研磨速度が得られない。１．０ｋｇｆ／ｃｍ２を超えると、ウェーハ表面に傷が発生しやすい。
なお、研磨時間は、高温ポリシリコン層が所望の厚さに近づくまでである。研磨後の高温ポリシリコン層表面の面粗さは、例えばＲａ値で１ｎｍ以下、Ｐ−Ｖ値で３０ｎｍ以下、ヘイズ値で８０ｐｐｍ以下となる。
【００２０】
【作用】
この発明によれば、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを張り合わせる際、両ウェーハの張り合わせ面を、高温ポリシリコン層の、１次〜３次研削後に研磨された鏡面度が高い表面と、支持基板用ウェーハの鏡面化されたシリコン面（またはＳｉＯ２面）とで構成する。すなわち、低温ＣＶＤ法による低温ポリシリコン層が、両ウェーハ間に介在されない張り合わせになる。
このように、高温ポリシリコン層表面の鏡面度をきわめて高くしたので、このポリシリコン面に、支持基板用ウェーハ側のシリコン面（ＳｉＯ２面も同じ）を張り合わせ、その後に熱処理すれば、ボイドの発生が少なく、張り合わせ誘電体分離ウェーハとしての十分な張り合わせ強度が得られる。
しかも、成長に時間のかかる低温ＣＶＤでの低温ポリシリコン層を、高温ポリシリコン層上に形成する必要がないので、張り合わせ誘電体分離ウェーハが比較的短時間で作製することができ、よってこの張り合わせ誘電体分離ウェーハの生産性が高まる。
さらに、低温ＣＶＤのための設備が不必要となるので、設備コストの低減が図れる。なお、張り合わせ強度が増したことは、この張り合わせ熱処理後のボイドの発生率を測定し、これが減少したことでも知ることができる。
【００２１】
特に、請求項２に記載の発明によれば、高温ポリシリコン層の表面研磨が、粒径３０〜２００ｎｍのＳｉＯ２砥粒を０．３〜４重量％含むｐＨ８〜１０．５の研磨剤を供給しながら、研磨布を用いて、研磨剤温度が２０〜３５℃、研磨圧力が０．０２〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２、研磨時間が５〜３０分間の研磨条件で行われる高精度な研磨である。これにより、活性層用ウェーハ側の張り合わせ面の面粗さを、低温ポリシリコン層を介さずとも、直接、支持基板用ウェーハに張り合わせるのに十分な値にまで高めることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法を実施例を参照して具体的に説明する。
ここでは張り合わせ誘電体分離ウェーハを例にとって説明する。
（実施例１）
まず、活性層用ウェーハとなる表面を鏡面加工したシリコンウェーハ１０を作製、準備する（図２（ａ））。シリコンウェーハ１０は直径５インチ、厚さ６２５μｍとする。
次いで、このシリコンウェーハ１０をＳＣ１(Standard Cleaning 1)液およびＨＣｌ希釈液により洗浄した後、ウェーハ表面に、熱酸化により所定厚さのマスク酸化膜１１を形成する（図２（ｂ））。なお、マスク酸化膜１１に代えて、ＣＶＤ法によりチッ化膜を成長させてもよい。
【００２３】
次に、このマスク酸化膜１１上にレジスト膜１２を被着する。そして、このレジスト膜１２に所定パターンの窓を形成する。
続いて、この窓を介して酸化膜１１に同じパターンの開口を形成し、この開口を介してシリコンウェーハ１０表面の一部を露出させる。
次に、このレジスト膜１２を除去する。そして、ＳＣ１およびＨＣｌ希釈液により、このウェーハ表面を洗浄する。
さらに、このシリコンウェーハ１０を異方性エッチング液（ＩＰＡ／ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ）に所定時間だけ浸漬する。この結果、シリコンウェーハ１０の表面には所定パターンでの凹部（窪み）、すなわち、断面Ｖ字形状の誘電体分離用溝１３が形成される（図２（ｃ））。誘電体分離用溝１３の深さは６０μｍとする。
次に、露呈したマスク酸化膜１１を除去する（図２（ｄ））。
その後、必要に応じてシリコンウェーハ内部にドーパントを注入し、それからウェーハ表面に、酸化熱処理によって誘電体分離酸化膜１４を被着する（図２（ｅ））。この誘電体分離酸化膜１４の厚さは１μｍとする。この結果、誘電体分離用溝１３上にも誘電体分離酸化膜１４が形成される。次に、このウェーハ表面を洗浄する。
【００２４】
続いて、誘電体分離酸化膜１４の表面上に、高温ＣＶＤ法で高温ポリシリコン層１６を１５０μｍの厚さだけ成長させる。反応炉として高周波誘導加熱型炉を使用し、材料ガスはトリクロルシラン、キャリアガスはＨ２ガス、反応温度は１２３０℃とする（図２（ｆ））。
それから、ウェーハ外周部を面取りし、必要に応じウェーハ裏面を平坦化する。次いで、ウェーハ表面の高温ポリシリコン層１６を厚さ３０μｍ程度まで研削・研磨する（図２（ｇ））。
具体的には、高温ポリシリコン層１６の表面を１次研削した後、２次研削を行う。さらに、３次研削（仕上げ研削）を行う。
１次研削は、図外の２軸研削機に、粒径４０〜６０μｍのダイヤモンド砥粒を含む番手＃４００のレジノイド研削砥石を装着し、これを５０００ｒｐｍで回転し研削する。除去される高温ポリシリコン層１６の厚さは１００μｍである。
２次研削は、１次研削砥石に代えて、この２軸研削機に、粒径５〜８μｍのダイヤモンド砥粒を含む番手＃１５００のレジノイド研削砥石を装着し、これを６０００ｒｐｍで回転し研削する。除去される高温ポリシリコン層１６の厚さは１７μｍである。
３次研削は、２次研削砥石に代えて、この研削機に、粒径０．５〜３μｍのＳｉＯ２砥粒を含む番手＃５０００のメタルボンド研削砥石を装着し、これを２８００ｒｐｍで回転し電解研削する。３次研削で除去される高温ポリシリコン層１６の厚さは３μｍである。
【００２５】
次に、この３次研削面に、高精度な研磨（仕上げ研磨）を施す。汎用のウェーハ研磨装置を用いて、粒径３０〜２００ｎｍのＳｉＯ２製の研磨砥粒３．０重量％を含む研磨剤（ｐＨ９）を、１．０リットル／分で供給し、ポリウレタン製の研磨布により、研磨剤温度３１℃、研磨圧力２．０ｋｇｆ／ｃｍ２、研磨時間１０分間の研磨条件で研磨する。
これにより、高温ポリシリコン層１６の張り合わせ面の面粗さは、Ｒａ値で１ｎｍ以下、Ｐ−Ｖ値で３０ｎｍ以下、または、ヘイズ値で８０ｐｐｍ以下となる。
【００２６】
一方、支持基板用ウェーハとなるシリコンウェーハ２０（シリコン酸化膜２１で表裏面が覆われたもの）を準備する（図２（ｈ））。このシリコンウェーハ２０は鏡面加工されている。その直径は５インチ、厚さ６２５μｍとする。
次に、このシリコンウェーハ２０上にシリコンウェーハ１０を張り合わせる（図２（ｉ）および図１参照）。この場合、活性層用ウェーハ側の張り合わせ面は高温ポリシリコン層１６であり、支持基板用ウェーハ側の張り合わせ面はＳｉＯ２２１となる。
それから、張り合わせ強度を高めるために１１９７〜１２０３℃、１時間の張り合わせ熱処理を行う。
その後、図２（ｊ）に示すように、この活性層用のシリコンウェーハ１０の外周部を面取りし、シリコンウェーハ１０の表面を研削・研磨する。この研削量は、誘電体分離酸化膜１４が外部に露出し、高温ポリシリコン層１６の表面上に、誘電体分離酸化膜１４で分離された誘電体分離シリコン島１０Ａが現出し、隣り合うシリコン島同士が完全に分離する量とする。
このようにして、実施例１に係る張り合わせ誘電体分離ウェーハが製造される。
そして、この張り合わせ誘電体分離ウェーハは２５枚を一組として後述する評価試験を行った。
【００２７】
（実施例２）
実施例２では、実施例１での研削・研磨条件のうち、３次研削条件と研磨条件を以下のように変更した。これ以外は、実施例１と同様である。
すなわち、変更された３次研削の条件は、メタルボンド研削砥石の番手を＃５０００（粒径０．５〜３μｍ）とし、研削厚さを５μｍとした。
また、変更された研磨条件は、ＳｉＯ２製の研磨砥粒１．０重量％を含む研磨剤を使用し、研磨剤温度を２６℃、研磨圧力は０．１０ｋｇｆ／ｃｍ２、研磨時間を５分間とするものである。
これにより、研磨後の高温ポリシリコン層１６表面の面粗さは、Ｒａで０．７ｎｍ、Ｐ−Ｖ値で２５ｎｍ、ヘイズ値で６３ｐｐｍであった。
このようにして、実施例２に係る張り合わせ誘電体分離ウェーハを製造した。
この張り合わせ誘電体分離ウェーハは２５枚を一組として後述する評価試験を行った。
【００２８】
（比較例１）
比較例１では、上記張り合わせ面を、高温ポリシリコン層に通常の１次，２次研削および通常の１次，２次研磨を施した研磨面と、支持基板用ウェーハのＳｉＯ２面とで構成した。すなわち、上記高温ポリシリコン層に１次研削、２次研削を施した後、研削面に１次研磨、２次研磨を施した。この研磨面は、その面粗さがＲａ値で７．３ｎｍ、Ｐ−Ｖ値で２０２ｎｍ、ヘイズ値で８３ｐｐｍとされる。
そして、この研磨面を用いて張り合わせを行ったものである。
その他の条件は上記実施例１のそれと同じである。
【００２９】
（比較例２）
比較例２は、従来の製法により作製した張り合わせ誘電体分離基板についての評価である。すなわち、低温ポリシリコン層を介して活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを張り合わせた場合である。
具体的には、図３（ａ）〜（ｆ）に示す各工程を経て高温ＣＶＤ法で高温ポリシリコン層を成長させた後、この高温ポリシリコン層の表面を研削、研磨した。この研削は、粒径３８〜３００μｍの砥粒を有するレジノイド研削砥石による１次研削と、粒径３〜４０μｍの砥粒を有するレジノイド研削砥石による研削量１０〜５０μｍの２次研削とで構成した。その表面研磨は、エッチングの進行をともなう比較的粗いウェーハ表面の研磨とした。研削・研磨量は１０〜８０μｍである。
この後、高温ポリシリコン層表面に５５０〜７００℃の低温ＣＶＤ法で厚さ１〜５μｍの低温ポリシリコン層を被着した。
そして、張り合わせは、低温ポリシリコン層表面に通常の研磨を施した研磨面と、支持基板用ウェーハのシリコン面とを密着させて行った。低温ポリシリコン層の研磨面の面粗さは、Ｒａ値で０．６ｎｍ、Ｐ−Ｖ値で２２ｎｍ、ヘイズ値で８ｐｐｍとした。
【００３０】
（評価）
そして、これらの評価は、周知の超音波探傷試験によった。測定は水中で行い、超音波の周波数は３０ＭＨｚとした。超音波の反射率が５０％を超える領域をボイドと見なし、画像処理により、ボイドのウェーハ表面内での専有面積率を算出した。ただし、外周１ｍｍはノイズの影響を避けるために面取りにより除去した。結果およびその平均値を表１に示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】
この表１から明らかなように、実施例１および実施例２では、高温ポリシリコン層の表面粗さを、面粗さ値がＲａで１ｎｍ以下、Ｐ−Ｖ値で３０ｎｍ以下、ヘイズ値で８０ｐｐｍ以下になる程度にまで低減したので、各張り合わせウェーハの張り合わせ界面における平均的なボイドの専有面積は０．００３６〜０．００４０％である。
これに対して、比較例１では５．３５３６％ときわめて大きい。
比較例２の場合、０．００４４％と比較的小さな数値となっている。しかしながら、これは低温ポリシリコン層を介在させた例である。
このように、高温ポリシリコン層の表面の鏡面度を高めたことで、高温ポリシリコン層の表面と、鏡面加工されたシリコン面とを直接張り合わせただけで、張り合わせ加熱後、ボイドの発生がほとんどない、十分な張り合わせ基板が得られる。その結果、この張り合わせ誘電体分離ウェーハを比較的短時間で作製することができた。これにより、この張り合わせ誘電体分離ウェーハの生産性を高めることができた。また、低温ＣＶＤの一連の設備が不要となるので、設備コストの低減を図ることができた。
【００３３】
【発明の効果】
この発明によれば、高温ポリシリコン層の表面粗さを低減したので、活性層用ウェーハ側の高温ポリシリコン層の表面と、鏡面加工された支持基板用ウェーハのシリコン面（ＳｉＯ２面でも可）とを直接張り合わせても、ボイドの発生の少ない良好な張り合わせウェーハを得ることができる。これにより、張り合わせ誘電体分離ウェーハが比較的短時間で作製でき、その結果、この張り合わせ誘電体分離ウェーハの生産性を高めることができる。しかも、設備コストの低減も図ることができる。
【００３４】
特に、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、活性層用ウェーハ側の張り合わせ面の面粗さを、支持基板用ウェーハ側の面との直接的な張り合わせができるのに十分な数値まで、比較的容易に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの張り合わせ直後の要部拡大断面図である。
【図２】この発明の一実施例に係る張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造工程を示す説明図である。
【図３】従来手段に係る張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造工程を示す説明図である。
【図４】従来手段に係る活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの張り合わせ直後の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ シリコンウェーハ（活性層用ウェーハ）、
１０Ａ 誘電体分離シリコン島、
１１ マスク酸化膜、
１２ レジスト膜、
１３ 誘電体分離用溝、
１４ 誘電体分離酸化膜、
１６ 高温ポリシリコン層、
２０ シリコンウェーハ。
【発明の属する技術分野】
この発明は張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法、詳しくは誘電体分離シリコン島を有する活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを、低温ポリシリコン層を介さずに張り合わせる張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の張り合わせ誘電体分離ウェーハは、図３に示す各工程を経て製造されていた。
まず、活性層用ウェーハとなる、表面を鏡面加工したシリコンウェーハ１０を用意する（図３（ａ））。次いで、このシリコンウェーハ１０の表面に、マスク酸化膜１１を被着する（図３（ｂ））。この酸化膜１１をフォトリソグラフ法によって窓付きのレジスト膜１２で覆い、この窓を介して酸化膜１１に所定パターンの開口を形成する。これによりシリコンウェーハ１０表面の一部を露出させる。次に、レジスト膜１２を除去した後、このシリコンウェーハ１０をエッチング液（ＩＰＡ／ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ）に浸漬して、ウェーハ表面の開口内部を異方性エッチングする（図３（ｃ））。この結果、ウェーハ表面に断面略Ｖ字形状の誘電体分離用溝１３が形成される。
異方性エッチングとは、シリコンウェーハ１０の結晶面方位に起因し、深さ方向のエッチング速度が水平方向よりも大きくて、エッチング速度が方向依存性を持ったエッチングのことである。
【０００３】
次に、マスク酸化膜１１を除去する（図３（ｄ））。それから、ウェーハ表面に、酸化熱処理によって誘電体分離酸化膜１４を形成する（図３（ｅ））。この結果、誘電体分離用溝１３表面にも酸化膜１４が形成される。
そして、このウェーハ表面を洗浄する。
続いて、誘電体分離酸化膜１４の表面上に、約１２００〜１３００℃の高温ＣＶＤ法で、高温ポリシリコン層１６を厚めに成長させる（図３（ｆ））。それから、ウェーハ外周部を面取りし、必要に応じてウェーハ裏面を平坦化する。次いで、裏面を平坦化した場合は、この平坦化したウェーハ裏面を基準にして、ウェーハ表面の高温ポリシリコン層１６を厚さ約１０〜８０μｍまで研削・研磨する（図３（ｇ））。
【０００４】
この際、表面研削では、粒径３８〜３００μｍの砥粒を有する（＃５０〜＃３００）レジノイド研削砥石による研削量任意の１次研削後、粒径３〜４０μｍの砥粒を有する（＃５００〜＃３０００）レジノイド研削砥石による研削量１０〜５０μｍの２次研削を行う。また、ここでの表面研磨は、エッチングの進行をともなう比較的粗いウェーハ表面の研磨である。
この後、ウェーハ表面に５５０〜７００℃の低温ＣＶＤ法で厚さ１〜５μｍの低温ポリシリコン層１７を成長させる。そして、張り合わせ面の鏡面化のために、この低温ポリシリコン層１７の表面を研磨する。
【０００５】
一方では、支持基板用ウェーハとなるシリコンウェーハ２０（シリコン酸化膜２１で表裏面が覆われたもの）を準備する（図３（ｈ））。これは、ウェーハ表面を鏡面加工したものである。次に、このシリコンウェーハ２０上に、上記活性層用ウェーハ用のシリコンウェーハ１０（具体的には低温ポリシリコン層１７）を、その鏡面同士を接触させて張り合わせる（図３（ｉ），図４も参照）。それから、この張り合わせウェーハの張り合わせ強度を高める熱処理を施す。
次に、図３（ｊ）に示すように、この活性層用ウェーハの外周部を面取りし、さらに活性層用ウェーハ表面を研削・研磨する。この活性層用ウェーハの研削量は、誘電体分離酸化膜１４が外部に露出し、高温ポリシリコン層１６の表面上に、誘電体分離酸化膜１４で分離された誘電体分離シリコン島１０Ａが現出するまでとする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した高温ＣＶＤ法によるポリシリコン粒子の成長は、比較的ポリシリコン粒子が大きい、高速度の成長である。そして、高温ポリシリコン層１６を研削し、その後研磨する場合、高温ポリシリコン層１６の表面、特に、Ｖ字形の誘電体分離用溝１３の向かい合う斜面に成長したポリシコンの粒界は、研磨に用いる薬剤によって腐食されやすく、支持基板用ウェーハのＳｉＯ２面との張り合わせは充分ではなかった。
【０００７】
そこで、これを解消する従来技術として、前述したように、高温ポリシリコン層１６の表面上に、さらに低温ＣＶＤ法で低温ポリシリコン層１７を厚さ１〜５μｍだけ成長させる方法が知られている。
ところが、この低温ＣＶＤ法では、高温ＣＶＤ法に比較してポリシリコン粒子の成長速度が遅い。これは、低温ＣＶＤ法によると、ポリシリコンの粒子径が、高温ＣＶＤ法によるものに比べて小さく、例えば平坦な薄い層を積み重ねていくような成長になるためである。その結果、かりに高温ポリシリコン層１６表面にパーティクルが存在していても、これを成長中のポリシリコンが被ってしまう。よって、低温ポリシリコン層１７表面の粗さは、通常の研磨処理を行っただけで、充分に張り合わせ可能なレベルにまで高まる。
ただし、低温ＣＶＤ工程を、前処理の洗浄を含めてわざわざ追加しなければならない。この結果、張り合わせ誘電分離ウェーハの製造に、時間や手間がかかり、生産性が低下してしまうという問題点があった。しかも、この低温ＣＶＤ工程を実施する場合は、前処理の洗浄装置などを含む一連の低温ＣＶＤ用の設備が別途必要となり、設備コストも嵩むという問題点があった。
【０００８】
【発明の目的】
この発明は、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを、低温ポリシリコン層を介することなく、張り合わせることができ、これにより工程数の削減、製造時間の短縮が図れて、生産性を高めることができ、設備コストの低減も図れる張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法を提供することを、その目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、活性層用ウェーハの表面に誘電体分離酸化膜を形成し、この誘電体分離酸化膜の表面に高温ＣＶＤ法により高温ポリシリコン層を成長させ、この高温ポリシリコン層の表面を研削し、この研削面を研磨した後、この研磨面を張り合わせ面として、活性層用ウェーハを支持基板用ウェーハの鏡面加工された面に張り合わせ、活性層用ウェーハを裏面側から研削・研磨して、この研磨面に誘電体分離酸化膜で分離された複数の誘電体分離シリコン島を現出させる誘電体分離ウェーハの製造方法において、上記高温ポリシリコン層の表面の研削が、１次研削、２次研削および３次研削の順番に実行され、１次研削が粒径２２〜７５μｍの砥粒を有するレジノイド研削砥石により行われ、２次研削が粒径３〜１６μｍの砥粒を有するレジノイド研削砥石により行われ、３次研削が粒径０．３〜６μｍの砥粒を有するメタルボンド研削砥石により行われ、上記高温ＣＶＤ法は、高周波誘導加熱炉で、ＳｉＨＣｌ ３ および水素ガス系を使用した場合は、１２００〜１２８０℃とし、ＳｉＣｌ ４ および水素ガス系を使用した場合は、１２２０〜１３００℃とするとともに、ランプ加熱炉で、ＳｉＨＣｌ ３ および水素ガス系を使用した場合は、１１００〜１２２０℃とし、ＳｉＣｌ ４ を使用した場合は、１１２０〜１２４０℃とする張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法である。
【００１１】
高温ＣＶＤ法は、シリコンを含んだ原料ガスをキャリアガス（Ｈ２ガスなど）とともに反応炉内へ導入し、高温に熱せられたシリコンウェーハ上に原料ガスの熱分解または還元により生成されたシリコンを析出させる方法である。シリコンを含む化合物としては、通常、ＳｉＣｌ２Ｈ２，ＳｉＨＣｌ３，ＳｉＣｌ４などが用いられる。
反応炉としては、例えばドーム形の石英ベルジャー内で、シリコンウェーハを載せたサセプタを回転させながらガス導入して、高周波誘導により加熱する高周波誘導加熱炉がある。この他にも、石英容器内に収められた六角柱状のサセプタの各面にシリコンウェーハを張り付け、その後、このサセプタをガス導入および赤外線ランプにより加熱しながら回転させるランプ加熱炉などがある。
【００１２】
高温ＣＶＤ法によるポリシリコンの成長温度は、使用炉の発熱方式および原料ガスの種類より異なる。すなわち、例えば使用炉が高周波誘導加熱炉の場合で、使用ガスがＳｉＨＣｌ３および水素ガス系の場合には、１２００〜１２８０℃、特に１２２０〜１２６０℃が好ましい。１２００℃未満では成膜後のウェーハの反りが大きくなる。また、著しく低温の場合には、ウェーハが割れやすいという不都合が生じる。また、１２８０℃を超えると誘電体分離用溝の段差被覆性が低下しやすい。また、ポリシリコンによるサセプタとのブリッジが発生しやすく、ウェーハが割れやすくなるという不都合が生じる。
また、使用炉は同じで、使用ガスがＳｉＣｌ４および水素ガス系の場合には、１２２０〜１３００℃、特に１２４０〜１２９０℃が好ましい。１２２０℃未満では成膜後のウェーハの反りが大きくなる。また、著しく低温の場合にはウェーハが割れやすい。１３００℃を超えると誘電体分離用溝の段差被覆性が悪くなりやすい。また、ポリシリコンによるサセプタとのブリッジが発生しやすく、ウェーハが割れやすくなる。
【００１３】
これに対して、使用炉がランプ加熱炉、使用ガスがＳｉＨＣｌ３および水素ガス系の場合では、１１００〜１２２０℃、特に１１２０〜１２００℃が好ましい。１１００℃未満では成膜後のウェーハの反りが大きくなる。また、著しく低温の場合にはウェーハが割れやすくなる。１２２０℃を超えると誘電体分離用溝の段差被覆性が悪くなりやすい。また、ポリシリコンによるサセプタとのブリッジが発生しやすく、ウェーハが割れやすくなる。
また、同じ使用炉で、使用ガスがＳｉＣｌ４の場合には、１１２０〜１２４０℃、特に１１４０〜１２２０℃が好ましい。１１２０℃未満では成膜後のウェーハの反りが大きくなる。また、著しく低温の場合にはウェーハが割れやすくなる。また、１２４０℃を超えると誘電体分離用溝の段差被覆性が悪くなりやすい。また、ポリシリコンによるサセプタとのブリッジが発生しやすく、ウェーハが割れやすくなる。
【００１４】
高温ポリシリコン層の厚さは、異方性エッチングを行った深さの２〜３倍の厚さに、残したいポリシリコン層の厚さを付加した厚さである。異方性エッチングの深さの２倍以下では、エッチング溝が充分に埋まらないことがあり、３倍以上では、不要に厚く成長させることになって不経済である。
高温ＣＶＤ法によるポリシリコン成長時の圧力は６００〜１３３００Ｐａ、特に７００〜１００００Ｐａが好ましい。６００Ｐａ未満では成膜速度がおそい。一方、１３３００Ｐａを超えると膜厚分布制御がむずかしい。
異方性エッチング液としては、ＫＯＨ（ＩＰＡ／ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ），ＫＯＨ（ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ），ＫＯＨ（ヒドラジン／ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ）といったアルカリ性エッチング液などを使用することができる。異方性エッチングの条件としては、汎用の条件を適用することができる。
また、ウェーハ表面側のネガレジスト膜に、異方性エッチング用の窓部を形成するための各工程の条件としては、一般的な条件を採用することができる。
【００１５】
高温ＣＶＤ法によりエピタキシャル成長された高温ポリシリコン層は、その後、研削・研磨される。
この研削は、１次研削を行った後、２次研削を行い、さらに３次研削を行う。
研削後の高温ポリシリコン層の残厚は限定されない。ただし、通常は２０〜８０μｍである。
１次研削用のレジノイド研削砥石の番手は＃２００〜＃６００（粒径２０〜８０μｍ）が好ましい。粒径が２０μｍ未満では高温ポリシリコン層の厚さを確保しにくい。また、２次研削で研削痕が消え難くなる。粒径が８０μｍを超えると研削面があれすぎる懸念がある。
【００１６】
２次研削用のレジノイド研削砥石の番手は、＃１０００〜＃２０００（粒径３〜１５μｍ）、特に＃１２００〜＃１５００（粒径４〜１２μｍ）が好ましい。粒径が３μｍ未満では１次研削時に現れた研削マークを除去しにくく、粒径が１５μｍを超えると仕上がり面の面粗さが不充分である。研削量は１〜３０μｍ程度とする。
３次研削用のメタルボンド研削砥石の番手は、＃３０００〜＃６０００（粒径０．３〜６μｍ）、特に＃４０００〜＃５０００（粒径０．３〜４．０μｍ）が好ましい。粒径が０．３μｍ未満では、２次研削時に現れた研削マークを除去しにくい。また、粒径が６μｍを超えると、十分に研磨しても張り合わせに適した面が得られない。メタルボンド研削砥石を用いた研削により、ポリシリコン層表面をさらに良好な面粗さに仕上げることができる。
【００１７】
また、１次研削時の研削砥石の回転数は４０００〜６０００ｒｐｍ、特に３８００〜５８００ｒｐｍが好ましい。４０００ｒｐｍ未満では表面平坦性が低下し、ひどい場合にはウェーハが割れてしまう。６０００ｒｐｍを超えると砥石への焼き付きという不都合が生じる。
２次研削時の研削砥石の回転数は４０００〜７０００ｒｐｍ、特に４５００〜６５００ｒｐｍが好ましい。４０００ｒｐｍ未満では表面平坦性が低下し、ひどい場合には割れてしまう。７０００ｒｐｍを超えると砥石への焼き付きが生じる。
３次研削時の研削砥石の回転数は２０００〜４０００ｒｐｍ、特に２５００〜３５００ｒｐｍが好ましい。２０００ｒｐｍ未満では表面平坦性が低下してひどい場合には割れてしまう。４０００ｒｐｍを超えると砥石に焼き付きが生じる。
このようにして、３次研削された後の高温ポリシリコン層表面の面粗さは、例えば中心線平均粗さＲａ値で６ｎｍ以下、Ｐ−Ｖ値で１５０ｎｍ以下、ヘイズ値で２３０ｐｐｍ以下となる。
ここでいう支持基板用ウェーハの張り合わせ面は、シリコン面に限定されない。例えば、ＳｉＯ２面（酸化シリコン膜）でもよい。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、上記高温ポリシリコン層の表面の研磨が、粒径３０〜２００ｎｍのＳｉＯ２砥粒を０．３〜４重量％含むｐＨ８〜１０．５の研磨剤を供給しながら、研磨布を用いて、研磨剤温度２０〜３５℃、研磨圧力０．０２〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２、研磨時間５〜３０分間の研磨条件で行われる請求項１に記載の張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法である。
研磨剤に添加される研磨砥粒はＳｉＯ２製の砥粒である。好ましい添加量は１．０〜２．５重量％である。０．３重量％未満では研磨における機械的研磨効果が小さくなり、ポリシリコン粒界のエッチングが進行するという不都合が生じる。４重量％を超えると研磨における機械的研磨効果が大きくなり、ポリシリコン表面の面あれが大きくなる。
また、１次研磨用の好ましい研磨剤のｐＨは９．８〜１０．２である。ｐＨ８未満では化学的研磨速度が小さくなり面あれが生じる。ｐＨ１０．５を超えるとエッチングが進行し、凹凸が現出する。その結果、ウェーハ表面の平坦性および面粗さが低下する。
【００１９】
研磨剤の流量は０．５〜１．５リットル／分である。好ましい研磨剤の流量は０．６〜１．０リットル／分である。０．５リットル／分未満では研磨剤の置換率が小さく、シリコンの削りかすをうまく排出できない。１．５リットル／分を超えると不必要に研磨剤を消費して不経済である。
さらにまた、好ましい研磨剤温度は２３〜３３℃である。２０℃未満では研磨の化学的作用が小さい。そして、３５℃を超えると化学的作用が勝ってしまい、ポリシリコン粒界のエッチングが進行するという不都合が生じる。
次いで、好ましい研磨圧力は０．０５〜０．８ｋｇｆ／ｃｍ２である。０．０２ｋｇｆ／ｃｍ２未満では、好適な研磨速度が得られない。１．０ｋｇｆ／ｃｍ２を超えると、ウェーハ表面に傷が発生しやすい。
なお、研磨時間は、高温ポリシリコン層が所望の厚さに近づくまでである。研磨後の高温ポリシリコン層表面の面粗さは、例えばＲａ値で１ｎｍ以下、Ｐ−Ｖ値で３０ｎｍ以下、ヘイズ値で８０ｐｐｍ以下となる。
【００２０】
【作用】
この発明によれば、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを張り合わせる際、両ウェーハの張り合わせ面を、高温ポリシリコン層の、１次〜３次研削後に研磨された鏡面度が高い表面と、支持基板用ウェーハの鏡面化されたシリコン面（またはＳｉＯ２面）とで構成する。すなわち、低温ＣＶＤ法による低温ポリシリコン層が、両ウェーハ間に介在されない張り合わせになる。
このように、高温ポリシリコン層表面の鏡面度をきわめて高くしたので、このポリシリコン面に、支持基板用ウェーハ側のシリコン面（ＳｉＯ２面も同じ）を張り合わせ、その後に熱処理すれば、ボイドの発生が少なく、張り合わせ誘電体分離ウェーハとしての十分な張り合わせ強度が得られる。
しかも、成長に時間のかかる低温ＣＶＤでの低温ポリシリコン層を、高温ポリシリコン層上に形成する必要がないので、張り合わせ誘電体分離ウェーハが比較的短時間で作製することができ、よってこの張り合わせ誘電体分離ウェーハの生産性が高まる。
さらに、低温ＣＶＤのための設備が不必要となるので、設備コストの低減が図れる。なお、張り合わせ強度が増したことは、この張り合わせ熱処理後のボイドの発生率を測定し、これが減少したことでも知ることができる。
【００２１】
特に、請求項２に記載の発明によれば、高温ポリシリコン層の表面研磨が、粒径３０〜２００ｎｍのＳｉＯ２砥粒を０．３〜４重量％含むｐＨ８〜１０．５の研磨剤を供給しながら、研磨布を用いて、研磨剤温度が２０〜３５℃、研磨圧力が０．０２〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２、研磨時間が５〜３０分間の研磨条件で行われる高精度な研磨である。これにより、活性層用ウェーハ側の張り合わせ面の面粗さを、低温ポリシリコン層を介さずとも、直接、支持基板用ウェーハに張り合わせるのに十分な値にまで高めることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法を実施例を参照して具体的に説明する。
ここでは張り合わせ誘電体分離ウェーハを例にとって説明する。
（実施例１）
まず、活性層用ウェーハとなる表面を鏡面加工したシリコンウェーハ１０を作製、準備する（図２（ａ））。シリコンウェーハ１０は直径５インチ、厚さ６２５μｍとする。
次いで、このシリコンウェーハ１０をＳＣ１(Standard Cleaning 1)液およびＨＣｌ希釈液により洗浄した後、ウェーハ表面に、熱酸化により所定厚さのマスク酸化膜１１を形成する（図２（ｂ））。なお、マスク酸化膜１１に代えて、ＣＶＤ法によりチッ化膜を成長させてもよい。
【００２３】
次に、このマスク酸化膜１１上にレジスト膜１２を被着する。そして、このレジスト膜１２に所定パターンの窓を形成する。
続いて、この窓を介して酸化膜１１に同じパターンの開口を形成し、この開口を介してシリコンウェーハ１０表面の一部を露出させる。
次に、このレジスト膜１２を除去する。そして、ＳＣ１およびＨＣｌ希釈液により、このウェーハ表面を洗浄する。
さらに、このシリコンウェーハ１０を異方性エッチング液（ＩＰＡ／ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ）に所定時間だけ浸漬する。この結果、シリコンウェーハ１０の表面には所定パターンでの凹部（窪み）、すなわち、断面Ｖ字形状の誘電体分離用溝１３が形成される（図２（ｃ））。誘電体分離用溝１３の深さは６０μｍとする。
次に、露呈したマスク酸化膜１１を除去する（図２（ｄ））。
その後、必要に応じてシリコンウェーハ内部にドーパントを注入し、それからウェーハ表面に、酸化熱処理によって誘電体分離酸化膜１４を被着する（図２（ｅ））。この誘電体分離酸化膜１４の厚さは１μｍとする。この結果、誘電体分離用溝１３上にも誘電体分離酸化膜１４が形成される。次に、このウェーハ表面を洗浄する。
【００２４】
続いて、誘電体分離酸化膜１４の表面上に、高温ＣＶＤ法で高温ポリシリコン層１６を１５０μｍの厚さだけ成長させる。反応炉として高周波誘導加熱型炉を使用し、材料ガスはトリクロルシラン、キャリアガスはＨ２ガス、反応温度は１２３０℃とする（図２（ｆ））。
それから、ウェーハ外周部を面取りし、必要に応じウェーハ裏面を平坦化する。次いで、ウェーハ表面の高温ポリシリコン層１６を厚さ３０μｍ程度まで研削・研磨する（図２（ｇ））。
具体的には、高温ポリシリコン層１６の表面を１次研削した後、２次研削を行う。さらに、３次研削（仕上げ研削）を行う。
１次研削は、図外の２軸研削機に、粒径４０〜６０μｍのダイヤモンド砥粒を含む番手＃４００のレジノイド研削砥石を装着し、これを５０００ｒｐｍで回転し研削する。除去される高温ポリシリコン層１６の厚さは１００μｍである。
２次研削は、１次研削砥石に代えて、この２軸研削機に、粒径５〜８μｍのダイヤモンド砥粒を含む番手＃１５００のレジノイド研削砥石を装着し、これを６０００ｒｐｍで回転し研削する。除去される高温ポリシリコン層１６の厚さは１７μｍである。
３次研削は、２次研削砥石に代えて、この研削機に、粒径０．５〜３μｍのＳｉＯ２砥粒を含む番手＃５０００のメタルボンド研削砥石を装着し、これを２８００ｒｐｍで回転し電解研削する。３次研削で除去される高温ポリシリコン層１６の厚さは３μｍである。
【００２５】
次に、この３次研削面に、高精度な研磨（仕上げ研磨）を施す。汎用のウェーハ研磨装置を用いて、粒径３０〜２００ｎｍのＳｉＯ２製の研磨砥粒３．０重量％を含む研磨剤（ｐＨ９）を、１．０リットル／分で供給し、ポリウレタン製の研磨布により、研磨剤温度３１℃、研磨圧力２．０ｋｇｆ／ｃｍ２、研磨時間１０分間の研磨条件で研磨する。
これにより、高温ポリシリコン層１６の張り合わせ面の面粗さは、Ｒａ値で１ｎｍ以下、Ｐ−Ｖ値で３０ｎｍ以下、または、ヘイズ値で８０ｐｐｍ以下となる。
【００２６】
一方、支持基板用ウェーハとなるシリコンウェーハ２０（シリコン酸化膜２１で表裏面が覆われたもの）を準備する（図２（ｈ））。このシリコンウェーハ２０は鏡面加工されている。その直径は５インチ、厚さ６２５μｍとする。
次に、このシリコンウェーハ２０上にシリコンウェーハ１０を張り合わせる（図２（ｉ）および図１参照）。この場合、活性層用ウェーハ側の張り合わせ面は高温ポリシリコン層１６であり、支持基板用ウェーハ側の張り合わせ面はＳｉＯ２２１となる。
それから、張り合わせ強度を高めるために１１９７〜１２０３℃、１時間の張り合わせ熱処理を行う。
その後、図２（ｊ）に示すように、この活性層用のシリコンウェーハ１０の外周部を面取りし、シリコンウェーハ１０の表面を研削・研磨する。この研削量は、誘電体分離酸化膜１４が外部に露出し、高温ポリシリコン層１６の表面上に、誘電体分離酸化膜１４で分離された誘電体分離シリコン島１０Ａが現出し、隣り合うシリコン島同士が完全に分離する量とする。
このようにして、実施例１に係る張り合わせ誘電体分離ウェーハが製造される。
そして、この張り合わせ誘電体分離ウェーハは２５枚を一組として後述する評価試験を行った。
【００２７】
（実施例２）
実施例２では、実施例１での研削・研磨条件のうち、３次研削条件と研磨条件を以下のように変更した。これ以外は、実施例１と同様である。
すなわち、変更された３次研削の条件は、メタルボンド研削砥石の番手を＃５０００（粒径０．５〜３μｍ）とし、研削厚さを５μｍとした。
また、変更された研磨条件は、ＳｉＯ２製の研磨砥粒１．０重量％を含む研磨剤を使用し、研磨剤温度を２６℃、研磨圧力は０．１０ｋｇｆ／ｃｍ２、研磨時間を５分間とするものである。
これにより、研磨後の高温ポリシリコン層１６表面の面粗さは、Ｒａで０．７ｎｍ、Ｐ−Ｖ値で２５ｎｍ、ヘイズ値で６３ｐｐｍであった。
このようにして、実施例２に係る張り合わせ誘電体分離ウェーハを製造した。
この張り合わせ誘電体分離ウェーハは２５枚を一組として後述する評価試験を行った。
【００２８】
（比較例１）
比較例１では、上記張り合わせ面を、高温ポリシリコン層に通常の１次，２次研削および通常の１次，２次研磨を施した研磨面と、支持基板用ウェーハのＳｉＯ２面とで構成した。すなわち、上記高温ポリシリコン層に１次研削、２次研削を施した後、研削面に１次研磨、２次研磨を施した。この研磨面は、その面粗さがＲａ値で７．３ｎｍ、Ｐ−Ｖ値で２０２ｎｍ、ヘイズ値で８３ｐｐｍとされる。
そして、この研磨面を用いて張り合わせを行ったものである。
その他の条件は上記実施例１のそれと同じである。
【００２９】
（比較例２）
比較例２は、従来の製法により作製した張り合わせ誘電体分離基板についての評価である。すなわち、低温ポリシリコン層を介して活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを張り合わせた場合である。
具体的には、図３（ａ）〜（ｆ）に示す各工程を経て高温ＣＶＤ法で高温ポリシリコン層を成長させた後、この高温ポリシリコン層の表面を研削、研磨した。この研削は、粒径３８〜３００μｍの砥粒を有するレジノイド研削砥石による１次研削と、粒径３〜４０μｍの砥粒を有するレジノイド研削砥石による研削量１０〜５０μｍの２次研削とで構成した。その表面研磨は、エッチングの進行をともなう比較的粗いウェーハ表面の研磨とした。研削・研磨量は１０〜８０μｍである。
この後、高温ポリシリコン層表面に５５０〜７００℃の低温ＣＶＤ法で厚さ１〜５μｍの低温ポリシリコン層を被着した。
そして、張り合わせは、低温ポリシリコン層表面に通常の研磨を施した研磨面と、支持基板用ウェーハのシリコン面とを密着させて行った。低温ポリシリコン層の研磨面の面粗さは、Ｒａ値で０．６ｎｍ、Ｐ−Ｖ値で２２ｎｍ、ヘイズ値で８ｐｐｍとした。
【００３０】
（評価）
そして、これらの評価は、周知の超音波探傷試験によった。測定は水中で行い、超音波の周波数は３０ＭＨｚとした。超音波の反射率が５０％を超える領域をボイドと見なし、画像処理により、ボイドのウェーハ表面内での専有面積率を算出した。ただし、外周１ｍｍはノイズの影響を避けるために面取りにより除去した。結果およびその平均値を表１に示す。
【００３１】
【表１】
この表１から明らかなように、実施例１および実施例２では、高温ポリシリコン層の表面粗さを、面粗さ値がＲａで１ｎｍ以下、Ｐ−Ｖ値で３０ｎｍ以下、ヘイズ値で８０ｐｐｍ以下になる程度にまで低減したので、各張り合わせウェーハの張り合わせ界面における平均的なボイドの専有面積は０．００３６〜０．００４０％である。
これに対して、比較例１では５．３５３６％ときわめて大きい。
比較例２の場合、０．００４４％と比較的小さな数値となっている。しかしながら、これは低温ポリシリコン層を介在させた例である。
このように、高温ポリシリコン層の表面の鏡面度を高めたことで、高温ポリシリコン層の表面と、鏡面加工されたシリコン面とを直接張り合わせただけで、張り合わせ加熱後、ボイドの発生がほとんどない、十分な張り合わせ基板が得られる。その結果、この張り合わせ誘電体分離ウェーハを比較的短時間で作製することができた。これにより、この張り合わせ誘電体分離ウェーハの生産性を高めることができた。また、低温ＣＶＤの一連の設備が不要となるので、設備コストの低減を図ることができた。
【００３３】
【発明の効果】
この発明によれば、高温ポリシリコン層の表面粗さを低減したので、活性層用ウェーハ側の高温ポリシリコン層の表面と、鏡面加工された支持基板用ウェーハのシリコン面（ＳｉＯ２面でも可）とを直接張り合わせても、ボイドの発生の少ない良好な張り合わせウェーハを得ることができる。これにより、張り合わせ誘電体分離ウェーハが比較的短時間で作製でき、その結果、この張り合わせ誘電体分離ウェーハの生産性を高めることができる。しかも、設備コストの低減も図ることができる。
【００３４】
特に、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、活性層用ウェーハ側の張り合わせ面の面粗さを、支持基板用ウェーハ側の面との直接的な張り合わせができるのに十分な数値まで、比較的容易に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの張り合わせ直後の要部拡大断面図である。
【図２】この発明の一実施例に係る張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造工程を示す説明図である。
【図３】従来手段に係る張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造工程を示す説明図である。
【図４】従来手段に係る活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの張り合わせ直後の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ シリコンウェーハ（活性層用ウェーハ）、
１０Ａ 誘電体分離シリコン島、
１１ マスク酸化膜、
１２ レジスト膜、
１３ 誘電体分離用溝、
１４ 誘電体分離酸化膜、
１６ 高温ポリシリコン層、
２０ シリコンウェーハ。
Claims (2)
- 活性層用ウェーハの表面に誘電体分離酸化膜を形成し、
この誘電体分離酸化膜の表面に高温ＣＶＤ法により高温ポリシリコン層を成長させ、
この高温ポリシリコン層の表面を研削し、
この研削面を研磨した後、この研磨面を張り合わせ面として、活性層用ウェーハを支持基板用ウェーハの鏡面加工された面に張り合わせ、
活性層用ウェーハを裏面側から研削・研磨して、この研磨面に誘電体分離酸化膜で分離された複数の誘電体分離シリコン島を現出させる誘電体分離ウェーハの製造方法において、
上記高温ポリシリコン層の表面の研削が、１次研削、２次研削および３次研削の順番に実行され、１次研削が粒径２２〜７５μｍの砥粒を有するレジノイド研削砥石により行われ、２次研削が粒径３〜１６μｍの砥粒を有するレジノイド研削砥石により行われ、３次研削が粒径０．３〜６μｍの砥粒を有するメタルボンド研削砥石により行われ、
上記高温ＣＶＤ法は、高周波誘導加熱炉で、ＳｉＨＣｌ ３ および水素ガス系を使用した場合は、１２００〜１２８０℃とし、ＳｉＣｌ ４ および水素ガス系を使用した場合は、１２２０〜１３００℃とするとともに、
ランプ加熱炉で、ＳｉＨＣｌ ３ および水素ガス系を使用した場合は、１１００〜１２２０℃とし、ＳｉＣｌ ４ を使用した場合は、１１２０〜１２４０℃とする張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法。 - 上記高温ポリシリコン層の表面の研磨が、粒径３０〜２００ｎｍのＳｉＯ ２ 砥粒を０．３〜４重量％含むｐＨ８〜１０．５の研磨剤を供給しながら、研磨布を用いて、研磨剤温度２０〜３５℃、研磨圧力０．０２〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ ２ 、研磨時間５〜３０分間の研磨条件で行われる請求項１に記載の張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法。
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