JP4846915B2

JP4846915B2 - 貼り合わせウェーハの製造方法

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Publication number: JP4846915B2
Application number: JP2001090803A
Authority: JP
Inventors: 孝夫阿部; 時男武井; 啓一岡部; 元宮島
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: US6583029B2; JP2001345435A; US20030008478A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハ及び貼り合わせＳＯＩ（silicon on insulator）ウェーハやダイレクトボンドウェーハの貼り合わせウェーハの製造方法に関し、特にウェーハの外周部に生ずる研磨ダレを低減したシリコンウェーハ、及び外周除去領域がないか低減した貼り合わせＳＯＩウェーハ及びダイレクトボンドウェーハ並びにそれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン鏡面ウェーハの一般的な製造工程としては、シリコン単結晶インゴットをワイヤーソーや内周刃式のスライサーを用いてウェーハ状にスライス加工するスライス工程と、スライスされたウェーハのワレ・カケを防止するためウェーハ周縁部を面取りする面取り工程と、平坦度を高めるために遊離砥粒を用いてラッピングするラッピング工程と、加工歪みを除去するため酸性溶液やアルカリ性溶液を用いてエッチングを行うエッチング工程と、少なくとも一方の表面を研磨する鏡面研磨工程とを有することが知られている。
【０００３】
前記鏡面研磨工程においては、硬いシリコンウェーハを柔らかい研磨布によってメカノケミカル研磨（機械化学研磨）により鏡面仕上げされるので、その外周部には図５に示すような研磨ダレ（以下、周辺ダレと呼ぶことがある。）と呼ばれる領域が存在する。この研磨ダレはデバイス作製に影響を及ぼすため、極力なくすことが望まれる。しかし、研磨ダレをゼロにするためには機械研磨のみにする必要があるが、機械加工によりクラックダメージを発生させない手法である延性モードによる加工方法を用いても、加工により転位は発生するので、これをメカノケミカル研磨で除去しなければならず、結果として研磨ダレは避けられない。
【０００４】
ところで、このようなシリコン鏡面ウェーハを用いて貼り合わせＳＯＩウェーハを作製することが行われる。貼り合わせＳＯＩウェーハは、２枚のシリコンウェーハをシリコン酸化膜を介して貼り合せる技術であり、例えば特公平５−４６０８６号公報に示されている様に、少なくとも一方のウェーハに酸化膜を形成し、接合面に異物を介在させることなく相互に密着させた後、２００〜１２００℃の温度で熱処理して結合強度を高める方法が、従来より知られている。
【０００５】
熱処理を行なうことにより結合強度が高められた貼り合わせウェーハは、その後の研削研磨工程が可能となるため、素子作製側ウェーハを研削及び研磨により所望の厚さに減厚加工することにより、素子形成を行なうＳＯＩ層を形成することができる。
しかし、貼り合わせ前の両ウェーハ表面は、前述した通りメカノケミカル研磨によって鏡面仕上げされているので、その外周部には研磨ダレが存在する。従って、両者が貼り合されて作製された貼り合わせウェーハの外周部には、例えば約１〜３ｍｍ程度の未結合部分が発生してしまう。
この未結合部分があるまま、一方のウェーハを研削・研磨すると、その工程中に未結合部分の剥離が発生し、素子形成領域に傷やパーティクル付着等の悪影響を及ぼすので、この未結合部分は予め除去しておく必要がある。
【０００６】
そこで、例えば特開平６−１７６９９３号公報では、２枚のシリコンウェーハを酸化膜を介して密着させた後、酸化性雰囲気で熱処理を行なうことにより結合強度が高められた貼り合わせウェーハの外周の未結合部分を含む領域を、ボンドウェーハ（素子領域となる第一のシリコンウェーハ）の表面側から厚さ方向に向かってベースウェーハ（支持体となる第二のシリコンウェーハ）との結合界面の直前まで研削し、その後、結合界面までエッチングして未結合部分を完全に除去し、しかる後にそのボンドウェーハを研削・研磨して、所望の厚さまで減厚加工することによって貼り合わせウェーハを作製する方法が提案されている。
【０００７】
この方法によれば、ベースウェーハの形状を変更することなく、未結合部分の除去が可能となるが、未結合部分を完全に除去するための外周除去幅としては、安全をみてボンドウェーハの外周端から少なくとも３ｍｍを除去するのが一般的である。
また、貼り合わせウェーハを酸化性雰囲気中で熱処理することにより周辺の未結合部分を熱酸化膜により埋めることにより未結合部分を低減する技術（特開平１１−２６３３６号公報）も知られているが、未結合部分を熱酸化膜で十分に埋めるためには高温で長時間の酸化熱処理が必要である上、十分な結合強度が得られないという欠点があった。さらに別の手法として、２枚のウェーハを貼り合わせた後、両ウェーハの外周部を同時に研削し、ウェーハの直径を縮小することにより未結合部を除去する技術が特公平４−４７４２号公報に記載されている。
この手法によれば、ＳＯＩ層に上記特開平６−１７６９９３号公報のような外周除去領域のないＳＯＩウェーハが得られるが、作製すべきＳＯＩウェーハの規格直径よりも、大きな直径のウェーハを原料ウェーハとして使用しなければならないという欠点があった。
また、シリコンウェーハ同士を酸化膜を介さず直接密着させて熱処理を行い結合強度を高めてダイレクトボンド（直接結合）ウェーハを製造する方法も従来より知られており、減厚加工した層（ボンド層）外周部の未結合部に関して貼り合わせＳＯＩウェーハと同様の問題があった。
【０００８】
一方、近年の半導体デバイスの高集積化、高速度化に伴い、ＳＯＩ層の厚さは更なる薄膜化と膜厚均一性の向上が要求されており、具体的には０．１±０．０１μｍ程度の膜厚及び膜厚均一性が必要とされている。
このような膜厚及び膜厚均一性をもつ薄膜ＳＯＩウェーハを貼り合わせウェーハで実現するためには従来の研削・研磨での減厚加工では不可能であるため、新たな薄膜化技術として、特開平５−２１１１２８号公報に開示されているイオン注入剥離法と呼ばれる方法（スマートカット（登録商標）とも呼ばれる。）が開発された。
【０００９】
このイオン注入剥離法は、二枚のシリコンウェーハのうち少なくとも一方に酸化膜を形成するとともに、一方のシリコンウェーハ（以下、ボンドウェーハと言うこともある。）の上面から水素イオンまたは希ガスイオンを注入し、該シリコンウェーハ内部に微小気泡層（封入層）を形成させた後、該イオン注入面を酸化膜を介して他方のウェーハ（以下、ベースウェーハということもある。）と密着させ、その後熱処理（剥離熱処理）を加えて微小気泡層を劈開面（剥離面）として一方のウェーハを薄膜状に剥離し、さらに熱処理（結合熱処理）を加えて強固に結合してＳＯＩウェーハとする技術である。
尚、この方法は、酸化膜を介さずに直接シリコンウェーハ同士を結合することもできるし、シリコンウェーハ同士を結合する場合だけでなく、シリコンウェーハにイオン注入して、ベースウェーハとして石英、炭化珪素、アルミナ等の熱膨張係数の異なる絶縁性ウェーハと結合する場合にも用いられる。尚、最近では水素イオンを励起してプラズマ状態でイオン注入を行い、特別な熱処理を加えることなく室温で剥離を行うＳＯＩウェーハの製造方法も知られている。
【００１０】
この方法によれば、剥離面は良好な鏡面であり、ＳＯＩ層の均一性が極めて高いＳＯＩウェーハが比較的容易に得られる上、剥離した一方のウェーハを再利用できるので、材料を有効に使用できるという利点も有する。
また、薄膜状に剥離する際には、周辺部の未結合部分は貼り合わせ面で剥がれるので、前記のような周辺部の未結合領域を除去する工程が不要になるという利点も有しており、これは、ＳＯＩ層の膜厚均一性、材料のリサイクルという利点と並び、イオン注入剥離法の重要な利点の１つである。
実際にイオン注入剥離法により作製されたＳＯＩウェーハの周辺部を観察すると、ベースウェーハの外周端から内側へ向かって約１ｍｍの領域にＳＯＩ層の外周端が位置していることがわかる。これは、結合した両ウェーハの外周部の研磨ダレの影響により、外周端から約１ｍｍの領域が結合されずに剥離したものである。
尚、この外周端からの未結合幅は、研磨ダレの大きさに依存するが、通常のシリコン鏡面研磨ウェーハを用いた場合、通常は約１ｍｍ程度であり、最大でも２ｍｍ程度であることがわかっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の貼り合わせＳＯＩウェーハは、その原料として通常の鏡面研磨ウェーハを用いているため、そのウェーハの周辺ダレに起因して、ＳＯＩ層の有効面積が外周から１〜３ｍｍ程度縮小されるか、あるいは、最大限外周部まで使用可能にしようとすると、通常の鏡面研磨ウェーハの規格よりも直径が若干大きなウェーハを準備して結合した後に未結合部分を除去して規格の直径に仕上げるといった工程等が必要とされるため、コストがかかり、量産品としての現実的な製造方法とは言えなかった。
また、シリコンウェーハ同士を酸化膜を介さず直接密着させたダイレクトボンドウェーハにおいても、減厚加工した層（ボンド層）外周部の未結合部に関して貼り合わせＳＯＩウェーハと同様の問題があった。
【００１２】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであって、比較的簡便な方法により周辺ダレの少ない鏡面研磨ウェーハを作製する方法を提供し、さらに、この方法を貼り合わせＳＯＩウェーハ又はダイレクトボンドウェーハの製造方法に応用することにより、外周除去領域がないか低減したＳＯＩ層又はボンド層を有する貼り合わせウェーハの製造方法並びにその貼り合わせウェーハを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鏡面研磨ウェーハの研磨ダレを低減するため、鏡面研磨前の面取り形状に着目した。通常の製造工程で作製された鏡面研磨ウェーハの面取り部の面取り幅は、図４に示すように、ウェーハ表面側の面取り幅Ｘ１と、ウェーハ裏面側の面取り幅Ｘ２の寸法比はＸ１＝Ｘ２（例えば、３００±２００μｍ）であることが多く、少なくとも表面の鏡面研磨を行う前に面取り加工される。用途によっては、Ｘ１、Ｘ２を異なる値に設定する場合もあるが、その場合においても面取り加工は表面の鏡面研磨前に行われることが通常である。ただし、鏡面面取り加工と称して、ウェーハ表面の鏡面研磨後に面取り部分を鏡面研磨することがあるが、これはパーティクルの発生を防止するための面取り部分の鏡面化が主な目的であって、その工程で面取り形状を変化させるものではない。
【００１４】
本発明者らは、この面取り工程に着目し、ウェーハ表面を鏡面研磨した後に再度表面側の面取り加工をすれば、研磨ダレ部分の一部または全部を面取り幅に取り込むことができるので、結果的に研磨ダレの低減が可能になることを発想した。
ただし、表面の研磨工程前に表面側に面取り加工が全く施されていないのでは、他の工程中にカケ、ワレが発生する可能性が高くなる。そこで、ウェーハ表面の研磨前に表面側の面取り部に予め施す面取り幅は裏面の面取り幅より小さくすることにより、欠け、割れが発生することを防止すると同時に、研磨ダレを低減できることになる。
又、上記の方法を貼り合わせＳＯＩウェーハ又はダイレクトボンドウェーハの製造方法に応用することにより、外周除去領域がないか低減したＳＯＩ層又はボンド層を有する貼り合わせウェーハを製作できる。
また、ＳＯＩウェーハの製造方法においては、外周部の研磨ダレが低減される結果、特にＳＯＩ層が１μｍより薄いような場合には、ＳＯＩ層の表面側の面取り幅を広げるような面取り加工を行わなくても、少なくともＳＯＩ層側の表面の面取り部を鏡面面取り加工或いは、テープ研磨または軟研削加工を行った後に鏡面面取り加工を行うことで、外周除去領域がないか低減したＳＯＩ層を有する貼り合わせウェーハを製作可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は本発明に係るシリコンウェーハの製造方法の＜実施態様１＞を示す製造工程のフロー図である。
【００１６】
工程（ａ）は、シリコン単結晶インゴットをワイヤーソーや内周刃式のスライサーを用いてウェーハ状にスライス加工したスライスウェーハ１である。このスライスされたシリコンウェーハ１の割れ、欠けを防止するため該ウェーハ１の表面側及び裏面側の周縁部を面取りする。
その面取りは工程（ｂ）に示すように、表面側１ａの面取り幅をＸ１’、裏面側１ｂの面取り幅をＸ２’とするとき、表面側１ａの面取り幅Ｘ１’よりも裏面側１ｂの面取り幅Ｘ２’が大となるように面取り加工する。そして、その面取り加工は、ダイヤモンド砥石ホイールを用いて表面側１ａと裏面側１ｂを同時に加工しても、或いは表面側１ａと裏面側１ｂを別々に加工してもよいものである。
【００１７】
シリコンウェーハ１の周縁部の面取り加工を行った後、工程（ｃ）ではラッピングとエッチング加工を行い、平坦度を高め且つ加工歪みを除去する。
スライシングにより生じたウェーハ表面の変形層（反り）を除去し平坦度を高めるラッピング加工は、平行な２枚の定盤の間にウェーハを入れ、酸化アルミニウムウムの砥粒が入ったラッピング液を流し込み、定盤を加圧回転することでウェーハ両面をラッピングする。
このラッピング加工は、スライシングにより生じた加工歪みの表面層をある程度除去すると共に、厚さバラツキを抑える役割を果たすが、ラッピングだけでは加工歪みを完璧に除去できないため、ラッピング後に加工歪み層を除去するための化学的なエッチング加工を行う。
そのエッチング加工は、酸性溶液（フッ酸、硝酸、酢酸の混合溶液）やアルカリ性溶液（ＮａＯＨ水溶液）を用いて、表面から数十μｍの厚さをエッチングする。このラッピング及びエッチングにより表面側１ａ及び裏面側１ｂの面取り幅は、それぞれＸ１’→Ｘ１（Ｘ１’＞Ｘ１）、Ｘ２’→Ｘ２（Ｘ２’＞Ｘ２）となる。尚、ラッピング工程後に再度面取り加工を行なった後、エッチングを行なう場合もある。
【００１８】
次に、工程（ｄ）でシリコンウェーハ１の表面側１ａの鏡面研磨を行う。
この鏡面研磨は、加工液による化学研磨と砥粒による機械研磨を組合せて行う。
この方法はメカノケミカルポリシングと呼ばれ、例えば、ＫＯＨのようなアルカリ液にコロイダルシリカを混合させた研磨剤を用い、人工皮革などの研磨布を張り付けた回転定盤上を適当な圧力を加えながら自転させて行う。
この鏡面研磨においては、硬いシリコンウェーハを柔らかい研磨布で鏡面仕上げするので、ウェーハの外周縁部に図５に示したような研磨ダレが生じる。尚、鏡面研磨を硬い研磨布を用いて行ったり、研磨時の圧力を強くすると、機械研磨の効果がより強くなるため、平面度のよい表面が得られるが、研磨痕や歪みが残留し易くなる。
【００１９】
シリコンウェーハ１の表面側１ａを鏡面研磨した後、工程（ｅ）で表面側１ａの周縁部を、その面取り幅がＸ３（Ｘ３＞Ｘ１）になるように面取り加工する。
この面取り加工は、前述のダイヤモンド砥石ホイール等で行うことができる。又、加工後の面取り部分に残る加工歪みを除去する必要がある場合には、鏡面面取り加工等の工程を付加してもよい。これにより、研磨ダレ部分の一部または全部を上記面取り幅Ｘ３の範囲内に取り込むことができるため、研磨ダレを低減することができる。この際、Ｘ３＝Ｘ２とすれば、表裏の面取り幅が同一なウェーハを作製することができる。
尚、前記した工程（ｃ）のラッピング工程やエッチング工程の代替として、または、ラッピングやエッチングの後に表面側１ａを平面研削し、更に１〜５μｍ程度のアルカリエッチングを施した後、工程（ｄ）の鏡面研磨工程で研磨代２μｍ以下の鏡面研磨を行うことにより、ウェーハ１外周縁部の研磨ダレを極めて低減できると同時に、加工歪みのない表面を得ることができる。
【００２０】
＜実施態様２＞
この実施態様２は本発明に係る貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法を示し、その製造工程を図１及び図２に基づき説明する。
先ず、貼り合わせに使用する２枚のシリコンウェーハを用意するが、その２枚のシリコンウェーハ１、２は＜実施態様１＞と同一の方法で（ａ）〜（ｄ）の工程を経て２枚の鏡面研磨ウェーハを準備する。
次に、工程（ｆ）において２枚のウェーハのうち、一方のウェーハ（ボンドウェーハ）１を熱酸化して表面に酸化膜３を形成する。この酸化膜３はＳＯＩウェーハの埋め込み酸化膜となるので、その厚さは用途に応じて設定されるが、通常０．１〜２．０μｍ程度が選択される。尚、この酸化膜３はボンドウェーハ１に限らず、ベースウェーハ１に施してもよいものである。
これを、工程（ｇ）のように他方のウェーハ（ベースウェーハ）２とを酸化膜３を介して清浄な雰囲気下の室温で鏡面研磨面同士を密着させる。そして、この密着させたウェーハ１、２を熱処理して、結合強度を高める。熱処理の温度としては、１０００℃以上が好ましく、より好ましくは１１００℃以上が最適である。
【００２１】
次に工程（ｈ）は、ボンドウェーハ１の減厚加工工程で、ボンドウェーハ１をその表面側から肉厚方向に向かって所望厚さまで研削及び研磨して、所定のＳＯＩ層１’厚さに仕上げる。また、研削研磨後に更に気相エッチング（例えば、第２５６５６１７号公報に記載されたＰＡＣＥ法と呼ばれる方法など）して膜厚均一性の高いＳＯＩウェーハを作製することもできる。
【００２２】
工程（ｉ）は、ＳＯＩウェーハにおける表面側（ＳＯＩ層１’側）の外周縁部を面取りする面取り加工工程で、ＳＯＩ層１’の外周縁部及びベースウェーハ２の表面側の外周縁部の研磨ダレ部分（ボンドウェーハとの未結合部分）を除去する面取り幅Ｘ３（Ｘ３＞Ｘ１）となるように面取り加工する。面取り加工は、前述のダイヤモンド砥石ホイール等で行い、必要に応じて加工歪みを除去する為のエッチングや鏡面面取り加工を付加することができる。この場合、未結合部分を確実に除去する為にはＸ３≧Ｘ２とすることが好ましい。また、ＳＯＩ層表面の最終研磨を面取り加工後に行うこともできる。尚、ＳＯＩ層は、厚くても数十μｍ程度であるため、面取り幅にはあまり影響しない。
【００２３】
＜実施態様３＞
この実施態様３は、イオン注入剥離法でＳＯＩ層の減厚加工を行う貼り合わせＳＯＩウェーハの製造工程を図３（ｊ）〜（ｏ）に基づき説明する。
先ず、貼り合わせに使用する２枚のシリコンウェーハを用意するが、その２枚のシリコンウェーハ１、２は＜実施態様２＞と同一の方法で、図１（ａ）〜（ｄ）及び図２（ｆ）の工程を経て２枚のウェーハを準備する。
次に工程（ｊ）で、酸化膜３を形成したボンドウェーハ１の一方の面（ベースウェーハ２と結合する面）の上面から酸化膜を通して水素イオンまたは希ガスイオンのうち少なくとも一方（ここでは水素イオン）を注入し、シリコンウェーハ内部にイオンの平均進入深さにおいて表面に平行な微小気泡層（封入層）４を形成させる。イオンの注入線量は５×１０^１６atoms／cm^２以上とすることが好ましい。
尚、ボンドウェーハ１へのイオン注入は、酸化膜を形成したボンドウェーハに対して行う形態に限られるものではなく、工程（ｄ）を完了したウェーハにイオン注入してもよいものである。その場合は、ベースウェーハ２におけるボンドウェーハ１との密着面に予め酸化膜を形成するようにする。
【００２４】
次に、工程（ｋ）は、イオン注入したボンドウェーハ１をそのイオン注入面側（表面側１ａ）を、他方のウェーハ２（ベースウェーハ）の表面側２ａに重ね合わせて密着させる工程であり、常温の清浄な雰囲気下で２枚のウェーハの表面同士を接触させることにより、接着剤等を用いることなくウェーハ同士が接着する。
【００２５】
工程（ｌ）は、イオン注入により形成された封入層を境界として剥離することによって、剥離ウェーハ（図示省略）とＳＯＩウェーハ５（ＳＯＩ層６＋埋め込み酸化膜３’＋ベースウェーハ２）に分離する剥離熱処理工程であり、不活性ガス雰囲気または酸化性ガス雰囲気下で４００〜６００℃程度の温度で熱処理を加えれば、結晶の再配列と気泡の凝集とによって剥離ウェーハとＳＯＩウェーハ５に分離されると同時に、室温での密着面もある程度は強固に結合がなされる。
【００２６】
ＳＯＩウェーハ５をデバイス作製工程で使用するためには、工程（ｌ）の剥離熱処理による結合力では十分でないので、工程（ｍ）の結合熱処理として高温の熱処理を施し、結合強度を十分に高める。この熱処理は、例えば不活性ガス雰囲気または酸化性ガス雰囲気下、１０００℃以上の温度で処理するのが好ましく、より好ましくは１１００℃以上が好適である。また、ランプ加熱装置のような急速加熱・急速冷却装置を用いれば、１０００℃〜１３５０℃の温度で１〜３００秒程度の短時間で十分な結合強度が得られる。
又、工程（ｍ）の結合熱処理として工程（ｌ）の剥離熱処理を兼ねて行う場合には工程（ｌ）を省略することもできる。
【００２７】
そして、工程（ｎ）は、ＳＯＩウェーハ５における表面側（ＳＯＩ層６側）の外周縁部を面取りする面取り加工工程で、実施態様２と同様にＳＯＩ層６の外周縁部及びベースウェーハ２の表面側２ａの外周縁部の研磨ダレ部分（ボンドウェーハとの未結合部分）を除去する面取り幅Ｘ３（Ｘ３＞Ｘ１、好ましくはＸ３≧Ｘ２）となるように面取り加工する。尚、ＳＯＩ層は、厚くても１μｍ程度であるため、面取り幅にはほとんど影響しない。
【００２８】
工程（ｏ）は、必要に応じてＳＯＩ層の表面である劈開面（剥裏面）に存在するイオン注入によるダメージ層や表面粗さを除去する鏡面研磨工程である。この工程としては、タッチポリッシュと呼ばれる研磨代の極めて少ない研磨（５〜数百ｎｍ程度の研磨代）を行う。
以上の工程により、外周除去領域のない貼り合わせＳＯＩウェーハを作製することができた。
【００２９】
＜実施態様４＞
＜実施態様２＞においては、図２の工程（ｉ）でＳＯＩウェーハにおける表面側の外周縁部を、面取り幅がＸ３（Ｘ３＞Ｘ１）となるように面取り加工を行っているが、＜実施態様４＞においてはＳＯＩ層１’の外周縁部及びベースウェーハ２の表面側の面取り部を鏡面面取り加工を行うことによって、ＳＯＩ層の未結合部分を除去すると共に、ベースウェーハの面取り部を平坦化する。
図６は本実施態様において使用可能な鏡面面取り装置の例である。
鏡面面取り装置１１は、円筒状の研磨布１２の表面１３に、ウェーハＷを傾けた状態で押圧し、研磨剤供給ノズル１６から研磨剤１５を供給しながら両者を回転させて面取り部の鏡面研磨を行うものである。
【００３０】
図２の工程（ｈ）で得られたＳＯＩウェーハのＳＯＩ層１’の外周縁部が円筒状の研磨布１２の表面１３に接触するような角度で鏡面面取り加工を行うことによってＳＯＩ層１’の外周の未結合部部分が除去されると共に、必要に応じてベースウェーハ２の面取り部が円筒状に研磨布１２の表面１３に接触するような角度で鏡面面取り加工を行うことによってベースウェーハ２の面取り部が鏡面化される。この場合には、ベースウェーハ２のＳＯＩ層側の面取り部の幅Ｘ１はほとんど変化しない。ウェーハの外周部の研磨ダレが小さい場合には、この方法でも外周除去領域の大幅な低減が可能となる。
尚、鏡面面取り加工を行う前に、砥粒が担持されたテープをＳＯＩ層１’の外周縁部及びベースウェーハ２の面取り部に接触するような角度でテープ研磨を行うことも可能である。テープ研磨に用いる装置としては、特開平８−１６９９４６号公報に開示されているような装置を用いることが可能である。
【００３１】
また、鏡面面取り加工を行う前に、図６の装置で円筒状の研磨布１２に代えて円筒状の砥石を用い、ウェーハと砥石の押圧力を一定として、研磨液を供給しながら研削を行う軟研削加工を行うことも可能である。
テープ研磨加工や軟研削加工では、面取り部の幅を大きく変化させることはできないが、条件の選択により僅かには広げることが可能になる。ＳＯＩ層の厚さが数ミクロンと厚いものでは、鏡面面取り加工前にテープ研磨加工や軟研削加工を行うことが好ましい。
本実施態様においても、ＳＯＩ層の最終研磨を鏡面面取り加工後に行うこともできる。
【００３２】
＜実施態様５＞
＜実施態様３＞においては図３の工程（ｎ）でＳＯＩウェーハにおける表面側の外周縁部を、面取り幅がＸ３（Ｘ３＞Ｘ１）となるように面取り加工を行っているが、＜実施態様５＞においても＜実施態様４＞と同様にＳＯＩ層６の外周縁部及びベースウェーハ２の表面側の面取り部を鏡面面取り加工を行うことによって、ＳＯＩ層の未結合部分を除去すると共に、ベースウェーハの面取り部を平坦化する。
本実施態様において使用可能な鏡面面取り装置としては、前記した＜実施態様４＞で説明した図６の装置を使用することができる。
【００３３】
図３の工程（ｍ）で得られたＳＯＩウェーハのＳＯＩ層６の外周縁部が円筒状の研磨布１２の表面１３に接触するような角度で鏡面面取り加工を行うことによってＳＯＩ層６の外周の未結合部部分が除去されると共に、必要に応じてベースウェーハ２の面取り部が円筒状に研磨布１２の表面１３に接触するような角度で鏡面面取り加工を行うことによってベースウェーハ２の面取り部が鏡面化される。この場合には、ベースウェーハ２のＳＯＩ層側の面取り部の幅Ｘ１はほとんど変化しない。ウェーハの外周部の研磨ダレが小さい場合には、この方法でも外周除去領域の大幅な低減が可能となる。
尚、本実施態様５においても前記した＜実施態様４＞と同様、鏡面面取り加工を行う前に、砥粒が担持されたテープをＳＯＩ層６の外周縁部及びベースウェーハ２の面取り部に接触するような角度でテープ研磨を行うことも可能である。その場合、テープ研磨に用いる装置としては、特開平８−１６８９４６号公報に開示されているような装置を用いることが可能である。
【００３４】
＜実施態様６＞
この実施態様６はダイレクトボンドウェーハの製造方法であり、酸化膜を介さずに直接シリコンウェーハ同士を貼り合せる点を除いては＜実施態様２＞とほぼ同様である。以下、その製造工程を図７（ｇ’）〜（ｉ’）に基づき説明する。
先ず、貼り合わせに使用する２枚のシリコンウェーハを用意するが、その２枚のシリコンウェーハ１、２は＜実施態様１＞と同一の方法で（ａ）〜（ｄ）の工程を経て２枚の鏡面研磨ウェーハを準備する。
次に、工程（ｇ’）のように準備した２枚のシリコンウェーハ（ボンドウェーハ１とベースウェーハ２）を清浄な雰囲気下の室温で鏡面研磨面同士を密着させる。そして、この密着させたウェーハを熱処理して、結合強度を高める。熱処理の温度としては、１０００℃以上が好ましく、より好ましくは１１００℃以上が最適である。
【００３５】
続いて、工程（ｈ’）で一方のウェーハ（ボンドウェーハ１）の減厚加工工程を行う。＜実施態様２＞と同様にボンドウェーハ１をその表面側から肉厚方向に向かって所望厚さまで研削及び研磨して所定のボンド層厚さに仕上げる。また、研削研磨後に更に気相エッチング（例えば前記のＰＡＣＥ方と呼ばれる方法など）して膜厚均一性の高いダイレクトボンドウェーハを作製することができる。
【００３６】
次に、工程（ｉ’）で＜実施態様２＞と同様にダイレクトボンドウェーハにおける表面側（ボンド層側）の外周縁部を面取りする面取り加工工程を行う。ボンド層７の外周縁部及びベースウェーハ２の表面側の外周縁部の研磨ダレ部分（ボンドウェーハとの未結合部分）を除去する面取り幅Ｘ３（Ｘ３＞Ｘ１）となるように面取り加工する。
面取り加工は、前述のダイヤモンド砥石ホイール等で行い、必要に応じて加工歪みを除去するためのエッチングや鏡面面取り加工を付加することができる。この場合、未結合部分を確実に除去するためにはＸ３≧Ｘ２とすることが好ましい。また、ボンド層７表面の最終研磨を面取り加工後に行うこともできる。
【００３７】
＜実施態様７＞
この実施態様７はダイレクトボンドウェーハの製造方法であり、酸化膜を介さずに直接シリコンウェーハ同士を貼り合せる点を除いては＜実施態様３＞とほぼ同様である。以下、その製造工程を図８（ｊ’）〜（ｏ’）に基づき説明する。
先ず、貼り合わせに使用する２枚のシリコンウェーハを用意するが、その２枚のシリコンウェーハ１、２は＜実施態様１＞と同一の方法で（ａ）〜（ｄ）の工程を経て２枚の鏡面研磨ウェーハを準備する。
【００３８】
次に、工程（ｊ’）で準備した２枚のシリコンウェーハ（ボンドウェーハとベースウェーハ）のうち一方のウェーハ（ボンドウェーハ１）の一方の面（ベースウェーハと結合する面）の上方から水素イオンまたは希ガスイオンのうち少なくとも一方（ここでは水素イオン）を注入し、シリコンウェーハ内部にイオンの平均進入深さにおいて表面に平行な微小気泡層（封入層）４を形成させる。イオンの注入線量は５×１０^１６atoms／cm^２以上とすることが好ましい。
次に、工程（ｋ’）はイオン注入したボンドウェーハ１を、他方のウェーハ（ベースウェーハ２）の表面側に重ね合せて密着させる工程であり、常温の清浄な雰囲気下で２枚のウェーハの表面同士を密着させることにより、接着剤等を用いることなくウェーハ同士が接着する。
【００３９】
工程（ｌ’）は、イオン注入により形成された封入層を境界として剥離することによって、剥離ウェーハ（図示省略）とダイレクトボンドウェーハ８（ボンド層７＋ベースウェーハ２）に分離する剥離熱処理工程であり、不活性ガス雰囲気または酸化性ガス雰囲気下で４００〜６００℃程度の温度で熱処理を加えれば、結晶の再配列と気泡の凝集とによって剥離ウェーハとダイレクトボンドウェーハ８に分離されると同時に、室温での密着面もある程度は強固に結合がなされる。
【００４０】
ダイレクトボンドウェーハ８をデバイス作製工程で使用するためには、工程（ｌ’）の剥離熱処理による結合力では十分でないので、工程（ｍ’）の結合熱処理として高温の熱処理を施し、結合強度を十分に高める。この熱処理は、例えば不活性ガス雰囲気または酸化性ガス雰囲気下、１０００℃以上の温度で処理するのが好ましく、より好ましくは１１００℃以上が好適である。また、ランプ加熱装置のような急速加熱・急速冷却装置を用いれば、１０００℃〜１３５０℃の温度で１〜３００秒程度の短時間で十分な結合強度が得られる。
又、工程（ｍ’）の結合熱処理として工程（ｌ’）の剥離熱処理を兼ねて行う場合には工程（ｌ’）を省略することもできる。
【００４１】
そして、工程（ｎ’）は、ダイレクトボンドウェーハ８における表面側（ボンド層９側）の外周縁部を面取りする面取り加工工程で、実施態様２と同様にボンド層９の外周縁部及びベースウェーハ２の表面側２ａの外周縁部の研磨ダレ部分（ボンドウェーハとの未結合部分）を除去する面取り幅Ｘ３（Ｘ３＞Ｘ１、好ましくはＸ３≧Ｘ２）となるように面取り加工する。尚、ボンド層は、厚くても１μｍ程度であるため、面取り幅にはほとんど影響しない。
【００４２】
工程（ｏ’）は、必要に応じてボンド層の表面である劈開面（剥裏面）に存在するイオン注入によるダメージ層や表面粗さを除去する鏡面研磨工程である。この工程としては、タッチポリッシュと呼ばれる研磨代の極めて少ない研磨（５〜数百ｎｍ程度の研磨代）を行う。
以上の工程により、外周除去領域がないか低減した貼り合わせウェーハを作製することができた。
【００４３】
＜実施態様８＞
＜実施態様６＞においては、図７の工程（ｉ’）でダイレクトボンドウェーハにおける表面側の外周縁部を、面取り幅がＸ３（Ｘ３＞Ｘ１）となるように面取り加工を行っているが、＜実施態様８＞においてはボンド層７の外周縁部及びベースウェーハ２の表面側の面取り部を鏡面面取り加工を行うことによって、ボンド層の未結合部分を除去すると共に、ベースウェーハの面取り部を平坦化する。
本実施態様において使用可能な鏡面面取り装置は、前記した実施態様４で説明した図６の鏡面面取り装置を使用することができるため、詳細な説明は省略する。
【００４４】
図７の工程（ｈ’）で得られたダイレクトボンドウェーハのボンド層７の外周縁部が円筒状の研磨布１２の表面１３に接触するような角度で鏡面面取り加工を行うことによってボンド層７の外周の未結合部部分が除去されると共に、必要に応じてベースウェーハ２の面取り部が円筒状に研磨布１２の表面１３に接触するような角度で鏡面面取り加工を行うことによってベースウェーハ２の面取り部が鏡面化される。この場合には、ベースウェーハ２のボンド層側の面取り部の幅Ｘ１はほとんど変化しない。ウェーハの外周部の研磨ダレが小さい場合には、この方法でも外周除去領域の大幅な低減が可能となる。
尚、鏡面面取り加工を行う前に、砥粒が担持されたテープをボンド層７の外周縁部及びベースウェーハ２の面取り部に接触するような角度でテープ研磨を行うことも可能である。テープ研磨に用いる装置としては、前記した特開平８−１６８９４６号公報に開示されているような装置を用いることが可能である。
【００４５】
また、鏡面面取り加工を行う前に、図６の装置で円筒状の研磨布１２に代えて円筒状の砥石を用い、ウェーハと砥石の押圧力を一定として、研磨液を供給しながら研削を行う軟研削加工を行うことも可能である。
テープ研磨加工や軟研削加工では、面取り部の幅を大きく変化させることはできないが、条件の選択により僅かには広げることが可能になる。ボンド層の厚さが数ミクロンと厚いものでは、鏡面面取り加工前にテープ研磨加工や軟研削加工を行うことが好ましい。
本実施態様においても、ＳＯＩ層の最終研磨を鏡面面取り加工後に行うこともできる。
【００４６】
＜実施態様９＞
＜実施態様７＞においては図８の工程（ｎ’）でダイレクトボンドウェーハにおける表面側の外周縁部を、面取り幅がＸ３（Ｘ３＞Ｘ１）となるように面取り加工を行っているが、＜実施態様９＞においても＜実施態様８＞と同様にボンド層９の外周縁部及びベースウェーハ２の表面側の面取り部を鏡面面取り加工を行うことによって、ボンド層の未結合部分を除去すると共に、ベースウェーハの面取り部を平坦化する。
本実施態様において使用可能な鏡面面取り装置としては、前記した＜実施態様４＞で説明した図６の装置を使用することができる。
【００４７】
図８の工程（ｍ’）で得られたダイレクトボンドウェーハ８のボンド層９の外周縁部が円筒状の研磨布１２の表面１３に接触するような角度で鏡面面取り加工を行うことによってボンド層６の外周の未結合部部分が除去されると共に、必要に応じてベースウェーハ２の面取り部が円筒状に研磨布１２の表面１３に接触するような角度で鏡面面取り加工を行うことによってベースウェーハ２の面取り部が鏡面化される。この場合には、ベースウェーハ２のボンド層９側の面取り部の幅Ｘ１はほとんど変化しない。ウェーハの外周部の研磨ダレが小さい場合には、この方法でも外周除去領域の大幅な低減が可能となる。
尚、本実施態様９においても前記した＜実施態様８＞と同様、鏡面面取り加工を行う前に、砥粒が担持されたテープをボンド層９の外周縁部及びベースウェーハ２の面取り部に接触するような角度でテープ研磨を行うことも可能である。その場合、テープ研磨に用いる装置としては、同様に特開平８−１６８９４６号公報に開示されているような装置を用いることが可能である。
【００４８】
＜実施例＞
シリコン単結晶インゴットをワイヤーソーを用いてスライスし、直径１５０ｍｍのシリコンウェーハを作製した。
これらのウェーハの外周部を粒度が１５００番（ＪＩＳ規格）のダイヤモンド砥石ホイールを用いて、表面側の面取り幅（Ｘ１’）が３５０μｍ、裏面側の面取り幅（Ｘ２’）が５００μｍになるように（面取り角度は約２０°）として面取り加工を行った。
面取り加工後のウェーハを酸化アルミニウムの１２００番の遊離砥粒を含んだスラリーで加圧回転加工するラッピング工程（ラップ代片面約５０μｍ）を行った後、混酸液（硝酸、フッ酸、酢酸の混合水溶液）を用いて、片面約２０μｍのエッチングを行い、ラッピングの加工歪みを除去した。
さらに、表面側のみ約１０μｍの平面研削（２０００番）を行った後、ＮａＯＨ水溶液によるアルカリエッチングにより全面を約２μｍエッチングした。この時点での面取り幅は、Ｘ１が約１３０μｍ、Ｘ２が約３００μｍであった。そして、最後に表面側を約２μｍのメカノケミカル研磨を行うことにより、研磨ダレの極めて少ない鏡面研磨ウェーハを作製した。
【００４９】
作製されたウェーハから２枚（ボンドウェーハ、ベースウェーハ）を取り出し、ボンドウェーハとしてその表面に熱酸化膜を４００ｎｍ形成した後、その酸化膜を通して水素イオンを注入した。注入エネルギーは９０ｋｅＶ、注入線量は８×１０^１６atoms／cm³とした。
次にイオン注入後のボンドウェーハと、ベースウェーハとを室温で密着させ、その状態で窒素雰囲気下、５００℃、３０分の熱処理を行った。その結果、ボンドウェーハがイオン注入層で剥離し、約０．４μｍ厚のＳＯＩ層を有するＳＯＩウェーハが作製された。
このＳＯＩウェーハの結合強度を向上させるため、１１００℃、２時間の熱処理を行った後、外周部を顕微鏡観察して、ベースウェーハの外周端とＳＯＩ層の外周端との距離を測定したところ、約３００μｍであった。
即ち、ボンドウェーハとベースウェーハとして、本発明方法による研磨ダレの少ない鏡面研磨ウェーハを用いたことにより、貼り合わせウェーハの未結合幅が通常に比べ減少したことがわかった。
そこで、この貼り合わせＳＯＩウェーハのＳＯＩ層側の面取り部を、裏面側の面取り幅である約３００μｍに合わせて面取り加工した。面取り加工は１５００番のダイヤモンド砥石ホイールを用いて行い、その加工歪みを除去する為、鏡面面取り加工を行った。そして、最後にＳＯＩ層表面に残るイオン注入ダメージ層や表面粗さを除去するために、研磨代の少ない研磨（研磨代約０．１μｍ）の研磨を行った結果、外周除去領域のない貼り合わせＳＯＩウェーハが作製された。
【００５０】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記＜実施態様３＞や＜実施態様５＞ではイオン注入剥離法により２枚のシリコンウェーハを酸化膜を介して結合させてＳＯＩウェーハを作製する工程について説明したが、本発明は、他の貼り合わせウェーハの作製方法、シリコンウェーハ同士を貼り合わせる場合のみならず、シリコンウェーハにイオンを注入して、これとＳｉＯ_２、ＳｉＣ，Ａｌ_２Ｏ_３等の絶縁性ウェーハとを直接結合してＳＯＩウェーハ作製する場合にも適用することができる。
また、上記実施形態では水素イオン剥離法において熱処理を施して剥離する場合について説明したが、本発明は、水素イオンを励起してプラズマ状態でイオン注入を行い、特別な熱処理を行うことなく室温で剥離を行う水素イオン注入剥離法にも適用することができる。
また、鏡面研磨後やＳＯＩ層、ボンド層形成後の面取り加工や、鏡面面取り加工を行う際には、鏡面研磨やＳＯＩ層、ボンド層の表面をポリビニルブチラ−ルのような樹脂の薄膜で被覆した後に、面取り加工や鏡面面取り加工を行うことによって表面を保護して端部の加工を行うことが可能である。
ポリビニルブチラ−ルは洗浄時に薄膜化したものを除去することが可能であるので好適に使用できるが、樹脂はこれに限定されず、シリコン表面に容易に薄膜が形成でき、シリコンウェーハに通常用いられる洗浄工程で前記薄膜が除去可能なものであれば使用可能である。
【００５１】
本発明の請求項１〜３に記載の貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法によれば、貼り合わせＳＯＩウェーハの未結合幅を縮小することができ、その結果、外周除去領域がないか低減した貼り合わせＳＯＩウェーハを得ることができる。
又、請求項４〜６に記載の方法によれば、ダイレクトボンドウェーハの未結合幅を縮小することができ、その結果、外周除去領域がないか低減したダイレクトボンドウェーハを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１に係る製造方法を示すフロー図である。
【図２】本発明の請求項２に係る製造方法を示すフロー図である。
【図３】本発明の請求項３に係る製造方法を示すフロー図である。
【図４】ウェーハの表裏面外周部における面取り加工の説明図である。
【図５】鏡面研磨工程で生じる研磨ダレの説明図である。
【図６】鏡面面取り装置の一例を示す概略図である。
【図７】本発明の請求項８に係る製造方法を示すフロー図である。
【図８】本発明の請求項９に係る製造方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
１…シリコンウェーハ（ボンドウェーハ）
２…シリコンウェーハ（ベースウェーハ）
３…酸化膜
５…貼り合わせＳＯＩウェーハ
１’、６…ＳＯＩ層
７、９…ボンド層
８…ダイレクトボンドウェーハ
Ｘ１、Ｘ２…外周部の面取り幅

Claims

シリコンウェーハの表面側の半径方向の面取り幅をＸ１とし、裏面側の半径方向の面取り幅をＸ２とするとき、Ｘ１＜Ｘ２である面取り部を有するシリコンウェーハを２枚用意し、両ウェーハの表面を鏡面研磨した後、一方のウェーハ（ボンドウェーハ）の表面に水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一方を注入して内部に微小気泡層（注入層）を形成し、酸化膜を介して他方のウェーハ（ベースウェーハ）と密着させた状態で熱処理を加えて前記微小気泡層でボンドウェーハを薄膜状に剥離してＳＯＩ層の厚さが１μｍ以下の貼り合わせＳＯＩウェーハを作製した後、該ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層側の表面の半径方向の面取り幅Ｘ３を、該ＳＯＩ層の外周縁部及びベースウェーハの表面側の外周縁部の研磨ダレ部分を除去する面取り幅（Ｘ３≧Ｘ２）に面取り加工することによって、外周除去領域がない貼り合わせＳＯＩウェーハを作製することを特徴とする貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法。
シリコンウェーハの表面側の半径方向の面取り幅をＸ１とし、裏面側の半径方向の面取り幅をＸ２とするとき、Ｘ１＜Ｘ２である面取り部を有するシリコンウェーハを２枚用意し、両ウェーハの表面を鏡面研磨した後、一方のウェーハ（ボンドウェーハ）の表面に水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一方を注入して内部に微小気泡層（注入層）を形成し、酸化膜を介して他方のウェーハ（ベースウェーハ）と密着させた状態で熱処理を加えて前記微小気泡層でボンドウェーハを薄膜状に剥離してＳＯＩ層の厚さが１μｍ以下の貼り合わせＳＯＩウェーハを作製した後、該ＳＯＩ層の外周縁部及びベースウェーハの表面側の面取り部を鏡面面取り加工を行い、前記ＳＯＩの未結合部分を除去すると共に、前記ベースウェーハの面取り部を平坦化することによって、外周除去領域がない貼り合わせＳＯＩウェーハを作製することを特徴とする貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法。
前記鏡面面取り加工を行う前に、前記ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層側の表面の面取り部をテープ研磨または軟研削加工によって処理することを特徴とする請求項２に記載の貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法。
シリコンウェーハの表面側の半径方向の面取り幅をＸ１とし、裏面側の半径方向の面取り幅をＸ２とするとき、Ｘ１＜Ｘ２である面取り部を有するシリコンウェーハを２枚用意し、両ウェーハの表面を鏡面研磨した後、一方のウェーハ（ボンドウェーハ）の表面に水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一方を注入して内部に微小気泡層（注入層）を形成し、直接他方のウェーハ（ベースウェーハ）と密着させた状態で熱処理を加えて前記微小気泡層でボンドウェーハを薄膜状に剥離してボンド層の厚さが１μｍ以下の貼り合わせウェーハを作製した後、該貼り合わせウェーハの少なくともボンドウェーハ側の表面の半径方向の面取り幅Ｘ３を、該ボンド層の外周縁部及びベースウェーハの表面側の外周縁部の研磨だれ部分を除去する面取り幅（Ｘ３≧Ｘ２）に面取り加工することによって、外周除去領域がない貼り合わせウェーハを作製することを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法。
シリコンウェーハの表面側の半径方向の面取り幅をＸ１とし、裏面側の半径方向の面取り幅をＸ２とするとき、Ｘ１＜Ｘ２である面取り部を有するシリコンウェーハを２枚用意し、両ウェーハの表面を鏡面研磨した後、一方のウェーハ（ボンドウェーハ）の表面に水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一方を注入して内部に微小気泡層（注入層）を形成し、直接他方のウェーハ（ベースウェーハ）と密着させた状態で熱処理を加えて前記微小気泡層でボンドウェーハを薄膜状に剥離してボンド層の厚さが１μｍ以下の貼り合わせウェーハを作製した後、該ボンド層の外周縁部及びベースウェーハの表面側の面取り部を鏡面面取り加工を行い、前記ボンド層の未結合部分を除去すると共に、前記ベースウェーハの面取り部を平坦化することによって、外周除去領域がない貼り合わせウェーハを作製することを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法。
前記鏡面面取り加工を行う前に、ボンドウェーハ側の表面の面取り部をテープ研磨または軟研削加工によって処理することを特徴とする請求項５に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。