JP5280015B2 - Soi基板の製造方法 - Google Patents
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Description
従来の貼り合わせ法によるSOI基板の製造方法の一例を示したフロー図を図4に示した。
まず、図4(a’)に示すように、ボンドウェーハ(半導体素子形成用のSOI層となる単結晶シリコンウェーハ)61と、ベースウェーハ(支持基板となる単結晶シリコンウェーハ)62を準備する(工程a’)。次に、図4(b’)に示すように、少なくともいずれか一方の単結晶シリコンウェーハの表面に埋め込み酸化膜となるシリコン酸化膜63を形成する(図4では、ベースウェーハに酸化膜を形成する例を示している)(工程b’)。次に、図4(c’)に示すように、ボンドウェーハ61とベースウェーハ62を酸化膜63を介して密着させて貼り合わせる。このようにして埋め込み酸化膜73、貼り合わせ面64を有する、2枚のウェーハが貼り合わされた基板70を得る(工程c’)。
このようにして貼り合わせ法によりSOI基板80を製造する。
また、ボンドウェーハが薄膜化された後の段階(すなわち、SOI層となる単結晶シリコン層が薄い段階)での熱処理は、熱処理温度が1000℃よりも高い温度と高温であるため、十分に貼り合わせ強度を高めることができる。このときには、既にボンドウェーハ(SOI層)は薄膜化されているため、単結晶シリコン層と、埋め込み酸化膜との間の熱膨張係数の違いに基づく歪によるSOI層のストレスが緩和されやすくなるため、1000℃よりも高い温度のような高温であっても、スリップ転位の発生を抑制することができる。
このように、上記でボンドウェーハとベースウェーハの少なくとも一方の表面に形成するとした酸化膜を、ベースウェーハのみに形成するSOI基板の製造方法であれば、最終的に製造されるSOI基板の反りを小さくすることができる。
このように、ボンドウェーハの薄膜化を、研削、研磨、エッチングの少なくともいずれか1つ以上の手法により行えば、例えば1μm以上のような、比較的厚いSOI層を有するSOI基板を、効率よく低コストで製造することができる。
このような、上記のいずれかのSOI基板の製造方法によって製造されたSOI基板であれば、埋め込み酸化膜の厚さが3μm以上のような厚い膜であり、スリップ転位の発生が抑制されており、高品質のSOI層を有するものであり、貼り合わせ強度が十分に高いSOI基板とすることができる。
このように、前記SOI層は、研削、研磨、エッチングの少なくともいずれか1つ以上の手法により薄膜化されたものであれば、より低コストで製造された厚膜SOI層を有するSOI基板とすることができる。
また、本発明に従うSOI基板であれば、SOI層の厚さが1μm以上、埋め込み酸化膜の厚さが3μm以上のSOI基板として、SOI層にスリップ転位が無く、高品質なSOI基板であり、様々な用途に用いることができるSOI基板とすることができる。また、貼り合わせ強度が十分に高いため、デバイス工程等に投入しても問題ない。
前述のように、従来の貼り合わせ法によるSOI基板の製造方法により、埋め込み酸化膜の厚さが3μm以上のように厚いSOI基板を製造すると、スリップ転位が発生し、高品質のSOI層を有するSOI基板を得ることができないという問題があった。
まず、ボンドウェーハとベースウェーハとを貼り合わせた直後は、ボンドウェーハ側がまだ薄膜化されていない。そのため、このまま、従来のように例えば1100℃以上のように高温の貼り合わせ熱処理を行ってしまうと、特に、埋め込み酸化膜の厚さを3μm以上のように厚い膜とする場合には、単結晶シリコン層と、埋め込み酸化膜との間の熱膨張係数の違いに基づく歪が大きくなり、スリップ転位が発生してしまうものと考えた。
図1は、本発明に係る貼り合わせ法によるSOI基板の製造方法の一例を示したフロー図である。
この酸化膜13は、図1(b)にその例を示すように、ベースウェーハ12のみに形成すれば、最終的に製造されるSOI基板の反りを小さくすることができるので望ましい。そして、本発明では、上記のように、貼り合わせ後の埋め込み酸化膜の厚さが3μm以上になるように酸化膜13を形成する。すなわち、ボンドウェーハあるいはベースウェーハのみに酸化膜を形成する場合は、その酸化膜の厚さを3μm以上とし、両方に形成する場合は、両者の酸化膜の厚さの合計が3μm以上となるようにする。なお、ボンドウェーハとベースウェーハの両方に酸化膜を形成する場合は、ベースウェーハに形成する酸化膜をボンドウェーハに形成する酸化膜よりも厚くすれば、SOI基板の反りを小さくすることができるので好ましい。
この低温熱処理の熱処理温度は、上記のように400℃以上とすれば、次のボンドウェーハの薄膜化工程(工程e)のために必要な貼り合わせ強度を得ることができる。また、1000℃以下とすることにより、単結晶シリコン層と、埋め込み酸化膜との間の熱膨張係数の違いに基づく歪を比較的小さいものとすることができるので、SOI層となる単結晶シリコン層に、この低温熱処理の間にスリップ転位が導入されることを抑制することができる。
SOI層となる単結晶シリコン層にスリップ転位が導入されることをより確実に防止するためには、この低温熱処理の熱処理温度をより低くすることが望ましく、900℃以下とするのがより確実である。実際の熱処理温度は、上記の貼り合わせ強度とスリップ転位の抑制効果との兼ね合いによって最適化することが好ましい。
具体的な薄膜化の手法は、特に限定されるものではないが、研削、研磨、エッチングの少なくともいずれか1つ以上の手法により行うことが好ましい。これらの薄膜化の手法によれば、ボンドウェーハの薄膜化を、効率よく低コストで行うことができる。特に、例えば1μm以上、さらには5μm以上のような、比較的厚いSOI層とする薄膜化を、効率よく低コストで行うことができる。
また、上記の手法を適宜組み合わせてもよい。例えば、研削により高速でボンドウェーハの薄膜化を行った後、フッ硝酸などによる酸エッチング、またはNaOHなどによるアルカリエッチングにより研削に伴う歪を除去するようにしてもよい。
なお、ボンドウェーハ11の表面に酸化膜が形成されている場合は、この薄膜化工程で除去される。
この高温熱処理の熱処理温度を1000℃よりも高い温度とすることにより、十分な貼り合わせ強度、特には、デバイス製造工程に投入したときに必要な貼り合わせ強度とすることができる。この高温熱処理の熱処理温度は、より高い貼り合わせ強度を得るために、1100℃以上、例えば1150℃とすることがさらに好ましい。また、1200℃以上のさらに高い温度で熱処理を行うこともできる。
また、上記のように、1200℃以上のようなさらなる高温で高温熱処理を行えば、高温熱処理工程にかかる時間を短縮し、製造効率を向上させることができる可能性がある。
その後、必要に応じて研磨等を行って、SOI層21の表面平坦性を改善する。
図1に示した工程に基づいて、以下のように貼り合わせ法によりSOI基板を作製した。
まず、ボンドウェーハ11及びベースウェーハ12として、CZ法により製造された、直径200mm(8インチ)、面方位{100}の鏡面研磨された2枚のP型単結晶シリコンウェーハを準備した(工程a)。ウェーハの厚さは725μm、抵抗率は1.0〜50.0Ωcmである。
次に、ベースウェーハ12の表面に、膜厚3μmのシリコン酸化膜13を熱酸化により形成した(工程b)。
次に、ボンドウェーハ11とベースウェーハ12とを酸化膜13を挟むようにして密着させて貼り合わせた(工程c)。
貼り合わせウェーハ20の外周加工後、次に、平面研削とエッチングによりボンドウェーハ11を薄膜化し、約30μmの膜厚を有するSOI層21とした(工程e)。
洗浄後、次に、酸化性雰囲気下、熱処理温度1150℃で高温熱処理を行った(工程f)。
次に、上記高温熱処理で生じたSOI層の表面に生じた薄い表面酸化膜をフッ酸で除去し、研磨を行って、15μmのSOI層を有するSOI基板30を得た。
実施例1と同様に、ただし、ベースウェーハ12に形成する酸化膜13の膜厚(実施例6についてはボンドウェーハ、ベースウェーハ両方に酸化膜13を形成した)、貼り合わせ熱処理温度を、下記の表1のようにしてSOI基板の製造を行った。また、それぞれ最終的なSOI層21の膜厚が20μmになるように薄膜化及び最終研磨を行った。
また、実施例1〜8において作製したSOI基板を通常のデバイス工程に投入したが、剥離などは生じず、貼り合わせ強度に問題はなかった。
図4に示す従来のSOI基板の製造方法に従い、以下のように実際にSOI基板を製造した。
まず、実施例1と同様の2枚の単結晶シリコンウェーハを準備した(工程a’)。
ベースウェーハ62の表面に、膜厚約1μmのシリコン酸化膜63を熱酸化により形成した(工程b’)。
次に、実施例1の工程cと同様に、ボンドウェーハ61とベースウェーハ62とを酸化膜63を挟むようにして密着させて貼り合わせた(工程c’)。
次に、1150℃で酸化性雰囲気下で貼り合わせ熱処理を行った(工程d’)。
貼り合わせウェーハ70の外周加工後、次に、貼り合わせウェーハ70のSOI層側を、平面研削とエッチング、研磨により、15μmの厚さになるまで薄膜化し、SOI基板80を得た(工程e’)。
比較例1と同様に、ただし、ベースウェーハ62に形成する酸化膜63の膜厚(比較例10についてはボンドウェーハ、ベースウェーハ両方に酸化膜63を形成した)、貼り合わせ熱処理温度を、下記の表2のようにしてSOI基板の製造を行った。
なお、表2には比較例1も併記した。
比較例1に加え、比較例2でもスリップ転位は発生していなかった。これは、埋め込み酸化膜の厚さが2μm以下であり、貼り合わせ熱処理中の、単結晶シリコン層と埋め込み酸化膜との間の熱膨張係数の違いに基づく歪が比較的小さいものであるためと考えられる。
比較例3〜10では、スリップ転位が発生していた。比較例3〜8のXRT測定画像と、測定された最長スリップ長さ(ウェーハ面内におけるスリップ転位のうち、最長のものの長さ)を図5に示す。
このグラフより、本発明のSOI基板の製造方法によれば、従来の貼り合わせ法によるSOI基板の製造方法では得られなかった、埋め込み酸化膜が3μm以上の場合でも、スリップ転位の発生が抑制された高品質のSOI層を有するSOI基板を製造することができたことがわかる。
14…貼り合わせ面、
20…2枚のウェーハが貼り合わされた基板(貼り合わせウェーハ)、
21…SOI層、 23…埋め込み酸化膜、
30…SOI基板。
Claims (1)
- 貼り合わせ法により、埋め込み酸化膜上にSOI層が形成されたSOI基板を製造する方法であって、少なくとも、
ともに単結晶シリコンウェーハからなる、ボンドウェーハとベースウェーハとを準備する工程と、
貼り合わせ後の埋め込み酸化膜の厚さが3μm以上になるように、前記ベースウェーハのみの表面に酸化膜を熱酸化により形成する工程と、
前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハとを前記酸化膜を介して貼り合わせる工程と、
前記ボンドウェーハとベースウェーハとを貼り合わせた基板に400℃以上1000℃以下の低温熱処理を行う工程と、
前記ボンドウェーハを研削、研磨、エッチングの少なくともいずれか1つ以上の手法により薄膜化してSOI層とする工程と、
1000℃よりも高い温度で高温熱処理を行って、貼り合わせ強度を高める工程と
を含むことを特徴とするSOI基板の製造方法。
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