JP4239324B2

JP4239324B2 - 張り合わせｓｏｉウェーハの製造方法

Info

Publication number: JP4239324B2
Application number: JP30604899A
Authority: JP
Inventors: 憲治冨澤; 圭小松; 勝高松
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: JP2001127274A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は張り合わせＳＯＩウェーハの製造方法、詳しくは活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの間にシリコン酸化膜が存在する張り合わせＳＯＩウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２枚のシリコンウェーハを張り合わせた張り合わせ基板の一種として、張り合わせＳＯＩウェーハが知られている。これは、デバイスが作製される活性層用ウェーハと、これを裏側から支持する支持基板用ウェーハとの間に、厚さ数μｍのシリコン酸化膜が埋め込まれた張り合わせウェーハである。以下、従来の張り合わせＳＯＩウェーハの製造方法を説明する。
すなわち、まずＣＺ法により引き上げられた単結晶シリコンインゴットをスライスし、研磨して、鏡面に仕上げられた２枚のシリコンウェーハを用意する。次いで、一方のシリコンウェーハである活性層用ウェーハ、または、他方のシリコンウェーハである支持基板用ウェーハ、もしくは、これら両方のウェーハを熱酸化炉に挿入し、ここで熱酸化処理して、処理後のウェーハ全体を絶縁膜であるシリコン酸化膜により覆う。
それから、両ウェーハを室温において重ね合わせる。続いて、所定の張り合わせ熱処理を施す。その後、張り合わせ不良領域を除去するために、活性層用ウェーハの外周部の面取りを行う。次に、活性層用ウェーハの表面を研削・研磨する。これにより、埋め込み酸化膜を有する張り合わせＳＯＩウェーハが作製される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このように活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの間に埋め込まれるシリコン酸化膜の成膜方法には、上述した３つの方法がある。ただし、いずれの方法で作製された場合であっても、最近、デバイスメーカ側からの受注の多くは、シリコン酸化膜が厚い張り合わせＳＯＩウェーハである。
一般的に、このシリコン酸化膜はウエット雰囲気による高温の熱酸化処理により成膜される。すなわち、厚いシリコン酸化膜を成膜するには、このシリコンウェーハを高温の炉内に長時間さらしておかなければならなかった。ところが、その炉内には銅，モリブデン，鉄などの金属不純物が存在する。このため、長時間にわたって熱処理していると、微細な不純物が、ウェーハ外膜のシリコン酸化膜に付着し、また、シリコン中に混入してしまい、活性層用ウェーハの金属汚染を招いていた。
【０００４】
一方、シリコンウェーハにおけるデバイスの作製領域は、通常、表層部の１０μｍ以下の領域である。張り合わせＳＯＩウェーハの場合、厚さが数１０μｍ〜数μｍの活性層用ウェーハの表層部にデバイスが造られる。このように、活性層用ウェーハを活性領域として利用すれば、活性層用ウェーハの結晶特性が重要になる。このため、そのウェーハ表面は完全に無欠陥でなければならず、表層部としても均質かつ無欠陥であることが要求される。
しかしながら、この従来の張り合わせＳＯＩウェーハでは、前述したように炉内において長時間をかけて厚いシリコン酸化膜を成膜するために、この成膜時に熱酸化処理されるウェーハが金属汚染を受けやすかった。このため、例えば酸化膜耐圧などの電気的特性が低下するという問題点があった。
【０００５】
そこで、発明者は、活性層用ウェーハにシリコン酸化膜を成膜する前に、この活性層用ウェーハの片面に活性層ゲッタリング層を形成しておけば、熱酸化処理時に、この酸化膜に付着した金属不純物を活性層ゲッタリング層に捕獲し、それを後に除去することで、この活性層用ウェーハの表層部の無欠陥化を図ることができ、その電気的特性を高めることができることを知見した。しかも、支持基板用ウェーハの片面にも支持基板ゲッタリング層を形成すれば、活性層用ウェーハの熱酸化処理中に炉内を浮遊している金属不純物が、仮に支持基板用ウェーハに付着しても、その不純物は支持基板ゲッタリング層に良好に捕獲される。そのため、支持基板用ウェーハの金属汚染を抑えることができることをも知見し、この発明を完成させた。
【０００６】
【発明の目的】
この発明は、活性層用ウェーハの金属汚染を抑止することで、その電気的特性を高めることができ、しかも支持基板用ウェーハの金属汚染を抑えることができる張り合わせＳＯＩ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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、活性層用ウェーハの片面に活性層ゲッタリング層を形成した後、該活性層ゲッタリング層を有する上記活性層用ウェーハを熱酸化処理して該活性層用ウェーハの全体をシリコン酸化膜により覆う工程と、支持基板用ウェーハの片面に支持基板ゲッタリング層を形成した後、該支持基板ゲッタリング層を有する上記支持基板用ウェーハを熱酸化処理して該支持基板用ウェーハの全体をシリコン酸化膜により覆う工程と、上記活性層ゲッタリング層および上記シリコン酸化膜を有する上記活性層用ウェーハの上記活性層ゲッタリング層とは反対側の上記シリコン酸化膜の面に、上記支持基板ゲッタリング層および上記シリコン酸化膜を有する上記支持基板用ウェーハを張り合わせる張り合わせ工程と、この張り合わせ工程の後、上記活性層用ウェーハの上記活性層ゲッタリング層を除去する工程とを備えた張り合わせＳＯＩウェーハの製造方法である。
【０００８】
活性層用ウェーハ片面に活性層ゲッタリング層を形成するＥＧ（ＥｘｔｅｒｎａｌＧｅｔｔｅｒｉｎｇ）法の種類は限定されない。例えば、低温ＣＶＤ法によりウェーハ面にポリシリコンを被着させるポリバックシール（ＰＢＳ）法、ウェーハ裏面に微細なアルミナなどを吹き付けて、機械的なひずみを与えるサンドブラスト法、イオン注入法、レーザ法、リンゲッタリング法、ウェーハ面にボロンを高濃度でドーピングするボロンゲッタリング法、塩酸酸化によりシリコン面の金属不純物を塩化物として昇華させる化学ゲッタリング法などが挙げられる。
【０００９】
活性層用ウェーハの熱酸化処理方法は限定されない。例えば、乾燥酸素中の酸化であるドライ酸化式、水蒸気酸化のウェット酸化式および水素燃焼酸化式のタイプがある常圧熱酸化方法、高圧雰囲気中で酸化を行う高圧熱酸化方法、および、化学的に活性な酸素プラズマとウェーハとの反応により酸化膜を形成するプラズマ陽極酸化方法などが挙げられる。
また、これらの活性層用ウェーハおよび支持基板用ウェーハの張り合わせ工程は、室温にて両ウェーハを重ね合わせ、その後、これを張り合わせ熱処理することで行われる。
活性層用ウェーハの張り合わせ面と、支持基板用ウェーハの張り合わせ面とは、通常、鏡面研磨されている。活性層用ウェーハの張り合わせ面は、活性層ゲッタリング層とは反対側のシリコン酸化膜の面である。なお、この活性層用ウェーハが鏡面研磨される時期は、支持基板用ウェーハに張り合わされる前であれば限定されない。ただし、活性層用ウェーハの熱酸化処理の前が好ましい。これは、通常、熱酸化処理されたウェーハの表層部は、バルク内部よりも高硬度となるため、加工しにくくなるからである。
張り合わせ熱処理の加熱温度は例えば８００℃以上、通常は１１００℃である。張り合わせ熱処理時間は、一般的に２時間である。張り合わせ炉内の雰囲気ガスには酸素などが用いられる。
これは、前述のポリバックシール法である。ポリシリコン層の作製方法は限定されない。ただし、通常は、低温ＣＶＤ法により、ウェーハ面にポリシリコンを成長させる。
また、ここでは活性層用ウェーハに活性層ゲッタリング層を形成させるだけではなく、支持基板用ウェーハの片面にも支持基板ゲッタリング層を形成する。
【００１０】
【作用】
この請求項１に記載の発明によれば、シリコン酸化膜を成膜する前に、活性層用ウェーハの一面に活性層ゲッタリング層を形成しておく（他面は鏡面）。その後、この活性層用ウェーハに熱酸化炉内で熱酸化処理を施し、この活性層用ウェーハをシリコン酸化膜で覆う。その際、この炉内の金属不純物が活性層用ウェーハ表面に付着したとしても、その不純物は活性層ゲッタリング層に捕獲される。
次いで、活性層用ウェーハの活性層ゲッタリング層とは反対側の面に支持基板用ウェーハを張り合わせる。さらに、張り合わせたウェーハを張り合わせ熱処理炉に挿入して、この炉内で張り合わせ熱処理を行なう。この際も、前述した熱酸化処理時と同じように、仮に炉内の金属不純物が活性層用ウェーハ表面に付着したとしても、その不純物は活性層ゲッタリング層に捕獲される。
その後、張り合わせウェーハにおいて活性層用ウェーハの活性層ゲッタリング層を除去する。この結果、活性層ゲッタリング層に捕獲された金属不純物がウェーハから除去される。これにより、デバイスが形成される活性層用ウェーハの表層部の金属汚染量を低減させることができる。すなわち、活性層用ウェーハの表層部の電気的特性（酸化膜耐圧など）を高めることができる。
【００１１】
また、活性層用ウェーハの裏面に活性層ゲッタリング層を形成させるだけではなく、支持基板用ウェーハにも支持基板ゲッタリング層を形成している。そのため、支持基板用ウェーハの片面に支持基板ゲッタリング層を形成し、その後、これを熱酸化炉で熱酸化処理すると、炉内を浮遊中の金属不純物が、仮に支持基板用ウェーハに付着しても、その不純物は支持基板ゲッタリング層に良好に捕獲される。その結果、この支持基板用ウェーハの金属汚染を抑えることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施例に係る張り合わせＳＯＩウェーハの製造方法を示すフローチャートである。
まず、ＣＺ法により単結晶シリコンインゴットを引き上げ、この引き上げられた単結晶シリコンインゴットに、以下の処理を施すことにより、活性層用ウェーハ１０を作製する。すなわち、外径研削後の単結晶シリコンインゴットを所定長さにブロック切断し、これを所定厚さにスライスしてシリコンウェーハを作製する。次に、このシリコンウェーハに対して、面取り、ラップ、エッチングを施す。さらに、エッチング後のシリコンウェーハに対して、減圧・低温ＣＶＤ法により、その表面にポリシリコン層を成長させる。すなわち、エッチドウェーハを低温ＣＶＤ炉の石英反応管内に挿入し、圧力１３０Ｐａ，ソースガスＳｉＨ_４，温度６００℃の成長条件によって、厚さ１．５μｍのポリシリコン層１１をシリコンウェーハの表面上に成長させる。その後、このポリシリコン層とは反対側の面に鏡面研磨を施し、厚さ６２０μｍ、直径１５０ｍｍ（６インチ）の活性層用ウェーハ１０を用意する。
【００１３】
厚さ１．５μｍのポリシリコン層１１を被着した理由は以下の通りである。これは、ポリシリコン層１１上に酸化膜を成膜したとき、シリコンとポリシリコンとが接しているように構成するためである。すなわち、ポリシリコン層１１を残すことを意図したものである。厚さ１μｍの酸化膜を成膜したとき、約１μｍの厚さのポリシリコン層１１が残ることとなる。
次いで、このようにポリシリコン層１１を積層した活性層用ウェーハ１０を熱酸化炉の石英反応管に挿入して、この活性層用ウェーハ１０の表裏面を含む全体を、厚さ１．０μｍのシリコン酸化膜１２により覆う。このときの熱酸化条件は、雰囲気ガスをウェットＯ_２ガスとし、圧力を１０１０８０Ｐａ，加熱温度を１１３０℃とする。
【００１４】
また、上述した活性層用ウェーハ１０と略同じ製法により、同じ厚さ、同一口径の鏡面仕上げの支持基板用ウェーハ２０を用意する。すなわち、スライスドウェーハに、面取り、ラップ、エッチング、鏡面研磨を施すことにより、ポリシリコン層を有していないポリッシュドウェーハを支持基板用ウェーハ２０として準備する。
次に、この活性層用ウェーハ１０と、上記支持基板用ウェーハ２０とをそれぞれＳＣ１（ＳｔａｎｄａｒｄＣｌｅａｎｉｎｇ１）洗浄し、純水によるリンス後、乾燥させる。そして、活性層用ウェーハ１０の鏡面仕上げされた非ゲッタリング面（酸化膜表面）と、支持基板用ウェーハ２０の鏡面とをクリーンルームの室温下で重ね合わせる。これにより、張り合わせシリコンウェーハ３０が作製される。
その後、この張り合わせシリコンウェーハ３０を、張り合わせ炉の石英反応管に挿入し、酸素ガス雰囲気で張り合わせ熱処理する。熱処理温度は１１００℃，熱処理時間は２時間である。
【００１５】
続いて、超音波照射によるボイド検査を行い、その結果として得られた良品の張り合わせシリコンウェーハ３０は面取りされ、その活性層用ウェーハ１０部分の研削・研磨が行われる。これにより、活性層用ウェーハ１０部分は所定厚さまで薄肉化される。その結果、活性層ゲッタリング層であるポリシリコン層１１は張り合わせシリコンウェーハ３０の表面から除去される。この場合、研磨面（活性層用ウェーハ表面）がデバイス形成面となる。
また、この薄い活性層用ウェーハ１０部分と比較的厚い支持基板用ウェーハ２０部分との間に、シリコン酸化膜１２が埋め込まれた張り合わせＳＯＩウェーハが作製される。
この張り合わせＳＯＩウェーハは、その後、洗浄され、ウェーハケースなどに梱包されて、デバイスメーカなどへ出荷される。
【００１６】
このように、活性層用ウェーハ１０を熱酸化する前に、この活性層用ウェーハ１０にポリシリコン層（活性層ゲッタリング層）１１を形成したので、熱酸化処理時にこの活性層用ウェーハ１０の表面に銅などの金属不純物が付着したとしても、また、ウェーハ中に金属不純物が混入してきたとしても、その不純物をポリシリコン層１１に捕獲することができる。このことは、その後の張り合わせ熱処理時の活性層用ウェーハ１０にも言えることである。これにより、活性層用ウェーハ１０のデバイス形成部の金属汚染量を大幅に低減することができる。よって、この活性層用ウェーハ１０について例えば酸化膜耐圧などの電気的特性を高めることができる。
この活性層ゲッタリング層１１は、張り合わせ後、研削などにより除去される。
【００１７】
ここで、図２のグラフを参照して、実際に活性層用ウェーハ上に１．５μｍのポリシリコン層を堆積させた場合（本発明品）と、このポリシリコン層を堆積させなかった場合（従来品）とについて、ＭＯＳ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）キャパシタの酸化膜信頼性試験を行なったときの試験データを報告する。
図２は、従来の張り合わせウェーハとこの発明の張り合わせウェーハとの酸化膜信頼性試験に基づく不良率を示すグラフである。
試験用の張り合わせＳＯＩウェーハとして、活性層用の厚さ１０μｍ、埋め込み酸化膜の厚さ２μｍのものを２枚ずつ用いた。これらのウェーハ上に、酸化膜の厚さが２５ｎｍのＭＯＳキャパシタを形成し、定電流ストレスによるＴＤＤＢ（ＴｉｍｅＤｅｐｅｎｄｅｎｔＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＢｒｅａｋｄｏｗｎ）評価を行なった。測定においては、面積１×１０^−２ｃｍ^２のＭＯＳキャパシタのゲート酸化膜に一定電流１×１０^−１Ａ／ｃｍ^２を通電した際に、絶縁破壊に至るまでの電化量を測定した。測定したＭＯＳキャパシタの個数は、ウェーハ１枚につき１００個である。これらの電流量が３０Ｃ（クーロン）／ｃｍ^２以下を不良品と見なし、不良率を算出した。
図２のグラフから明らかなように、従来品に比べて、この発明に係る張り合わせＳＯＩウェーハは、酸化膜信頼性試験による不良率を大幅に低下させた。
【００１８】
【発明の効果】
この請求項１に記載の発明によれば、活性層用ウェーハを熱酸化処理する前に、活性層用ウェーハに活性層ゲッタリング層を形成し、その後、この活性層ゲッタリング層を除去するようにしたので、熱酸化処理時などに、活性層用ウェーハに付着した炉内の金属不純物を活性層ゲッタリング層内に捕獲し、デバイスが形成されるウェーハ表層部の金属汚染量を低減することができる。これにより、例えば酸化膜耐圧などの電気的特性を高めることができる。
【００１９】
また、活性層用ウェーハの裏面に活性層ゲッタリング層を形成させるだけではなく、支持基板用ウェーハにも支持基板ゲッタリング層を形成させている。そのため、支持基板用ウェーハの片面に支持基板ゲッタリング層を形成させ、その後、これを熱酸化炉で熱酸化処理すると、炉内を浮遊中の金属不純物が、仮に支持基板用ウェーハに付着しても、その不純物は支持基板ゲッタリング層に良好に捕獲される。その結果、この支持基板用ウェーハの金属汚染を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る張り合わせＳＯＩウェーハの製造方法を示すフローチャートである。
【図２】従来の張り合わせウェーハとこの発明の張り合わせウェーハとの酸化膜耐圧に基づく不良率を示すグラフである。
【符号の説明】
１０活性層用ウェーハ、
１１ポリシリコン層（活性層ゲッタリング層）、
１２シリコン酸化膜、
２０支持基板用ウェーハ。

Claims

活性層用ウェーハの片面に活性層ゲッタリング層を形成した後、該活性層ゲッタリング層を有する上記活性層用ウェーハを熱酸化処理して該活性層用ウェーハの全体をシリコン酸化膜により覆う工程と、
支持基板用ウェーハの片面に支持基板ゲッタリング層を形成した後、該支持基板ゲッタリング層を有する上記支持基板用ウェーハを熱酸化処理して該支持基板用ウェーハの全体をシリコン酸化膜により覆う工程と、
上記活性層ゲッタリング層および上記シリコン酸化膜を有する上記活性層用ウェーハの上記活性層ゲッタリング層とは反対側の上記シリコン酸化膜の面に、上記支持基板ゲッタリング層および上記シリコン酸化膜を有する上記支持基板用ウェーハを張り合わせる張り合わせ工程と、
この張り合わせ工程の後、上記活性層用ウェーハの上記活性層ゲッタリング層を除去する工程とを備えた張り合わせＳＯＩウェーハの製造方法。