JP3917219B2 - Manufacturing method of bonded SOI wafer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貼り合わせSOIウェーハの製造方法に係り、特に貼り合わせSOIウェーハの接着に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の貼り合わせSOIウェーハの製造方法においては、図3に示すように、片面もしくは両面に鏡面加工を施したベースウェーハ1と、片面もしくは両面に鏡面加工を施した上、熱酸化処理を施して所定の厚さの絶縁膜 (SiO2)2aを形成した活性ウェーハ2とをそれぞれアンモニアと過酸化水素水との水溶液などで洗浄して親水性処理を施した後、接着治具を用いて加圧しつつ接着する。そして所定時間経過後、前記接着したウェーハに接着熱処理を行っている。接着後、接着熱処理までの経過時間は納期と熱処理炉の都合等を考慮して適宜定めている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従って、接着が終了してから接着熱処理までの経過時間はロットごとにばらつきがあるが、ロットによっては図4に示すようにウェーハ周辺部にボイド3が発生する。この図は、一例として接着後36時間経過した貼り合わせSOIウェーハを超音波探傷計で調査した結果を示している。ボイド3はウェーハの外周から1.5mmないし5mmの範囲に発生していることが多い。このウェーハ周辺部のボイドは、接着工程終了から接着熱処理工程開始までの経過時間とともに増加する傾向があり、また、このウェーハ周辺部のボイドは接着熱処理工程後は発生しない。接着したウェーハにボイドが1個でも発生していると、そのウェーハは不良品として廃棄しなければならない。従って、前記経過時間を短縮するよう熱処理工程を調整しなければならない。
【0004】
従来から、たとえばエピタキシャルウェーハの代替品として2枚のシリコンウェーハを用いる直接貼り合わせウェーハが用いられている。この貼り合わせウェーハに関して特開平7−263290号公報で製造方法が開示されているが、これは2枚のシリコンウェーハをフッ酸溶液で洗浄した後、貼り合わせるものである。この方法では、表面の酸化膜が除去されてしまうため、中間層に絶縁膜を有するSOIウェーハを製造することはできないという問題があった。
【0005】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、接着工程終了から接着熱処理工程開始までの経過時間に特別な制約を設けなくてもボイドが発生しないような貼り合わせSOIウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の貼り合わせSOIウェーハの製造方法は、片面もしくは両面に鏡面研磨加工を施したベースウェーハと、片面もしくは両面を鏡面研磨加工した後、熱酸化処理を施して所定の厚さの絶縁膜を形成した活性ウェーハとを加圧しつつ接着する接着工程と、更に、接着熱処理を施して貼り合わせる接着熱処理工程とを含む貼り合わせSOIウェーハの製造方法において、前記接着工程に先立ち、ベースウェーハに疎水性処理を施す疎水性処理工程と、活性ウェーハに親水性処理を施す親水性処理工程とを含むことを特徴とする。 また、望ましくは前記ベースウェーハに施す疎水性処理工程は、フッ酸系水溶液を用いた湿式処理工程である。
【0007】
前記疎水性処理工程は、フッ酸系水溶液を用いた湿式処理工程であることを特徴とする。このフッ酸系水溶液は、自然酸化膜を除去しうる程度のフッ酸濃度を有するように構成された、フッ酸を主成分とする水溶液を意味するものであり、他の成分を含有していてもよい。
【0008】
また、前記ベースウェーハに施す疎水性処理工程としては、ドライエッチング工程を用いるようにしてもよい。
【0009】
さらに、前記ドライエッチング工程としてはプラズマエッチング工程を用いるようにしてもよい。
【0010】
また、前記親水性処理工程としては、アンモニアと過酸化水素との水溶液による洗浄工程の他、硫酸と過酸化水素水との水溶液による洗浄(SPM)工程、前記親水性処理を塩酸と過酸化水素水との水溶液による洗浄工程を用いるようにしてもよい。
【0011】
本発明は、接着工程に先立って行う前処理工程を改良したものである。すなわち、親水性処理は活性ウェーハに対して行い、ベースウェーハには疎水性処理を施すようにしたことを特徴とする。これにより、接着工程から接着熱処理工程までの経過時間の長短にかかわらず、ウェーハ周辺部にボイドが発生することはない。
【0012】
活性ウェーハに対しては、親水性処理が施されるため、酸化膜はあまり除去されることなく、清浄な表面を得ることができる一方、ベースウェーハに施す疎水性処理は、ベースウェーハ表面の自然酸化膜を十分に除去可能な濃度のフッ酸溶液(HF)等でエッチング処理するなどの方法により洗浄するものであるため、ベースウェーハの表面は接着に適した清浄な面となる。このように、親水性処理を行い、不純物を除去するとともにOH基を付加した活性ウェーハ表面と、疎水性処理を行い、自然酸化膜を除去し清浄化したベースウェーハ表面を、張り合わせることにより、極めて密着性よく良好に接着され得、この接着工程後、接着熱処理を行うまでの、経過時間が長くなった場合にも、ボイドの発生もなく、信頼性の高い張り合わせウェーハを得ることが可能となる。
【0013】
なお、ベースウェーハと、活性ウェーハとの両方に対し共に親水性処理工程を施した後、ベースウェーハに対してのみ、疎水性処理を施すようにしてもよい。
【発明の実施の形態】
次に、本発明実施例の貼り合わせSOIウェーハの製造方法について、図面を参照し筒、詳細に説明する。図1は貼り合わせSOIウェーハの製造工程を示す模式図である。
【0014】
まず、片面もしくは両面を鏡面加工したシリコンウェーハをベースウェーハとして用い、このベースウェーハ1に疎水性処理を施す。疎水性処理とは、ウェーハ表面の自然酸化膜を十分に除去できる濃度のフッ酸溶液でベースウェーハ1を洗浄することである。一方、活性ウェーハ2は片面もしくは両面を鏡面研磨加工した後、熱酸化処理を施して所定の厚さの絶縁膜 (SiO2)2aを形成したもので、この活性ウェーハ2には親水性処理を施す。前記親水性処理は、アンモニアと過酸化水素との水溶液による洗浄、硫酸と過酸化水素水との水溶液による洗浄(SPM)、塩酸と過酸化水素水との水溶液による洗浄のいずれでもよい。 このような処理を行ったベースウェーハ1と活性ウェーハ2とを接着治具を用いて加圧しつつ接着した後、接着熱処理を行う。
【0015】
上記貼り合わせSOIウェーハの製造方法による実験結果は、下記の通りである。
【0016】
ベースウェーハを洗浄するHFの濃度を1.5%,5%,10%,49%の4水準とし、これらの濃度のフッ酸溶液を用いてベースウェーハを洗浄した。活性ウェーハにはアンモニアと過酸化水素水との水溶液による洗浄を行って親水性を付与した。その後、接着治具を用いて前記2枚のウェーハを接着し、接着状況を確認した。更に、接着熱処理工程開始までの経過時間ごとにボイドの発生状況を調査した。また、比較のためベースウェーハ、活性ウェーハの両方に従来法による親水性処理を施したものを接着し、前記と同様の調査を行った。
【0017】
図2に接着後の経過時間とウェーハ当たりのボイド数との関係を示す。ベースウェーハ、活性ウェーハともに親水性処理を施した従来法による貼り合わせウェーハでは、接着して1時間後からボイドが発生し、240時間後には100個程度の発生が見られた。これに対し、ベースウェーハを濃度1.5%,5%,10%,49%のHF溶液で洗浄し、活性ウェーハにアンモニアと過酸化水素水との水溶液による洗浄を行って親水性を付与した後接着した貼り合わせウェーハではボイドが発生していない。従って、ベースウェーハ上の自然酸化膜を十分に除去できる濃度である1.5%以上の濃度のHF洗浄を行えば、接着してから少なくとも240時間経過してもボイドは発生しないということが確認された。接着強度に関しては、ベースウェーハを上記4つのHF濃度で洗浄し、従来法による親水性処理を施した場合と同じ温度による熱処理を行ったが、これらの強度と従来法による親水性処理を施した場合の強度との差は見られなかった。
【0018】
なお、前記実施例では、前記疎水性処理をフッ酸溶液により行ったが、これに限定するものではなく、他の湿式処理方法の他、プラズマエッチングなどのドライエッチングなど前記ベースウェハの表面に形成された自然酸化膜を除去することのできる方法であればよい。
【0019】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ベースウェーハにフッ酸洗浄による疎水性処理、活性ウェーハに親水性処理を行うことにより、接着工程から接着熱処理工程までの経過時間が240時間以下であればウェーハ周辺部のボイド発生がなく、ボイドによる不良率を著しく低減させることができる。また、これに伴って接着工程終了後、接着熱処理工程までの時間間隔を大幅に延長することができ製造工程の管理が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】貼り合わせSOIウェーハの製造工程を示す模式図。
【図2】接着後の経過時間と発生したボイド数との関係を示す図。
【図3】従来の技術による貼り合わせSOIウェーハの製造工程を示す模式図。
【図4】従来の技術による貼り合わせSOIウェーハにおけるボイドの発生状況の一例を示す模式図。
【符号の説明】
1 ベースウェーハ
2 活性ウェーハ
2a 絶縁膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a bonded SOI wafer, and more particularly to bonding of a bonded SOI wafer.
[0002]
[Prior art]
In the conventional method for manufacturing a bonded SOI wafer, as shown in FIG. 3, a
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, the elapsed time from the end of bonding to the bonding heat treatment varies from lot to lot, but depending on the lot,
[0004]
Conventionally, for example, a directly bonded wafer using two silicon wafers has been used as an alternative to an epitaxial wafer. Japanese Patent Laid-Open No. 7-263290 discloses a manufacturing method for this bonded wafer, in which two silicon wafers are bonded together after washing with a hydrofluoric acid solution. This method has a problem that an SOI wafer having an insulating film as an intermediate layer cannot be manufactured because the surface oxide film is removed.
[0005]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method for manufacturing a bonded SOI wafer in which voids are not generated even if there is no special restriction on the elapsed time from the end of the bonding process to the start of the bonding heat treatment process. For the purpose.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method for producing a bonded SOI wafer according to the present invention includes a base wafer that has been mirror-polished on one side or both sides, and mirror-polished on one side or both sides, and then subjected to thermal oxidation treatment to obtain a predetermined In the method for manufacturing a bonded SOI wafer, the method includes a bonding step of bonding an active wafer on which an insulating film having a thickness of 5 mm is applied while pressing, and further a bonding heat treatment step of bonding and performing a bonding heat treatment. First, the method includes a hydrophobic treatment step for subjecting the base wafer to a hydrophobic treatment, and a hydrophilic treatment step for subjecting the active wafer to a hydrophilic treatment. Preferably, the hydrophobic treatment step applied to the base wafer is a wet treatment step using a hydrofluoric acid aqueous solution.
[0007]
The hydrophobic treatment step is a wet treatment step using a hydrofluoric acid aqueous solution. This hydrofluoric acid aqueous solution means an aqueous solution containing hydrofluoric acid as a main component, which is configured to have a hydrofluoric acid concentration sufficient to remove the natural oxide film, and contains other components. Also good.
[0008]
Moreover, a dry etching process may be used as the hydrophobic treatment process applied to the base wafer.
[0009]
Furthermore, a plasma etching process may be used as the dry etching process.
[0010]
The hydrophilic treatment step includes a washing step with an aqueous solution of ammonia and hydrogen peroxide, a washing step (SPM) with an aqueous solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution, and the hydrophilic treatment includes hydrochloric acid and hydrogen peroxide. A cleaning step using an aqueous solution with water may be used.
[0011]
The present invention is an improvement of the pretreatment process performed prior to the bonding process. That is, the hydrophilic treatment is performed on the active wafer, and the hydrophobic treatment is performed on the base wafer. As a result, no void is generated in the peripheral portion of the wafer regardless of the length of the elapsed time from the bonding process to the bonding heat treatment process.
[0012]
Since the active wafer is subjected to a hydrophilic treatment, a clean surface can be obtained without much removal of the oxide film, while the hydrophobic treatment applied to the base wafer is a natural treatment of the base wafer surface. Since the surface is cleaned by a method such as etching with a hydrofluoric acid solution (HF) having a concentration capable of sufficiently removing the oxide film, the surface of the base wafer becomes a clean surface suitable for adhesion. In this way, by applying a hydrophilic treatment, removing the impurities and adding an OH group to the active wafer surface, and applying a hydrophobic treatment to remove the natural oxide film and clean the base wafer surface, It can be bonded well with extremely good adhesion, and even when the elapsed time from this bonding process to the bonding heat treatment becomes long, there is no generation of voids and it is possible to obtain a highly reliable bonded wafer Become.
[0013]
In addition, after performing a hydrophilic treatment process with respect to both a base wafer and an active wafer, you may make it perform a hydrophobic process only with respect to a base wafer.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, a method of manufacturing a bonded SOI wafer according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing a manufacturing process of a bonded SOI wafer.
[0014]
First, a silicon wafer having one or both sides mirror-finished is used as a base wafer, and the
[0015]
The experimental results by the method for manufacturing the bonded SOI wafer are as follows.
[0016]
The concentration of HF for cleaning the base wafer was set to four levels of 1.5%, 5%, 10%, and 49%, and the base wafer was cleaned using a hydrofluoric acid solution having these concentrations. The active wafer was washed with an aqueous solution of ammonia and hydrogen peroxide to impart hydrophilicity. Thereafter, the two wafers were bonded using a bonding jig, and the bonding state was confirmed. Furthermore, the occurrence of voids was investigated for each elapsed time until the start of the adhesive heat treatment process. For comparison, both the base wafer and the active wafer were subjected to a hydrophilic treatment by a conventional method, and the same investigation as described above was performed.
[0017]
FIG. 2 shows the relationship between the elapsed time after bonding and the number of voids per wafer. In the bonded wafer according to the conventional method in which both the base wafer and the active wafer were subjected to hydrophilic treatment, voids were generated 1 hour after bonding, and about 100 were observed after 240 hours. On the other hand, the base wafer was washed with HF solutions having concentrations of 1.5%, 5%, 10%, and 49%, and the active wafer was washed with an aqueous solution of ammonia and hydrogen peroxide to impart hydrophilicity. Voids are not generated in the bonded wafer bonded afterwards. Therefore, it is confirmed that if HF cleaning with a concentration of 1.5% or more, which is a concentration that can sufficiently remove the natural oxide film on the base wafer, is performed, no voids will be generated even if at least 240 hours have elapsed after bonding. It was done. Regarding the adhesive strength, the base wafer was washed with the above four HF concentrations, and heat treatment was performed at the same temperature as when the conventional hydrophilic treatment was performed, but these strengths and the conventional hydrophilic treatment were performed. There was no difference from the strength of the case.
[0018]
In the embodiment, the hydrophobic treatment is performed with a hydrofluoric acid solution. However, the present invention is not limited to this, and other wet treatment methods, dry etching such as plasma etching, and the like are formed on the surface of the base wafer. Any method that can remove the natural oxide film formed may be used.
[0019]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by performing hydrophobic treatment by hydrofluoric acid cleaning on the base wafer and hydrophilic treatment on the active wafer, the elapsed time from the bonding step to the bonding heat treatment step can be 240 hours or less. For example, there is no generation of voids in the periphery of the wafer, and the defect rate due to voids can be significantly reduced. Accordingly, the time interval from the end of the bonding process to the bonding heat treatment process can be greatly extended, and the manufacturing process can be easily managed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a manufacturing process of a bonded SOI wafer.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an elapsed time after bonding and the number of voids generated.
FIG. 3 is a schematic view showing a manufacturing process of a bonded SOI wafer according to a conventional technique.
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a void generation state in a bonded SOI wafer according to a conventional technique.
[Explanation of symbols]
1
Claims (8)
前記接着工程に先立ち、ベースウェーハに疎水性処理を施す疎水性処理工程と活性ウェーハに親水性処理を施す親水性処理工程とを含むことを特徴とする貼り合わせSOIウェーハの製造方法。A base wafer that has been mirror-polished on one side or both sides is bonded to an active wafer that has been mirror-polished on one or both sides and is then thermally oxidized to form an insulating film with a predetermined thickness. In a method for manufacturing a bonded SOI wafer, which includes an adhesion step and an adhesion heat treatment step in which an adhesion heat treatment is further performed to bond them together.
A method for producing a bonded SOI wafer comprising a hydrophobic treatment step for subjecting a base wafer to a hydrophobic treatment and a hydrophilic treatment step for subjecting an active wafer to a hydrophilic treatment prior to the bonding step.
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