JP5926527B2 - 透明ｓｏｉウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、透明ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハの製造方法に関するものである。
寄生容量を低減し、デバイスの高速化を図るために、ＳＯＩウェーハが広く用いられるようになってきている。このＳＯＩウェーハの中でも、ＳＯＱ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｑｕａｒｔｚ）及びＳＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｓａｐｐｈｉｒｅ）というハンドルウェーハが、絶縁透明ウェーハで構成されるウェーハとして注目を集めている。
ＳＯＱウェーハは、石英の高い透明性を活かしたオプトエレクトロニクス関係、又は低い誘電損失を活かした高周波デバイスへの応用が期待される。また、ＳＯＳウェーハは、ハンドルウェーハがサファイアで構成されることから、高い透明性や低い誘電損失に加え、石英では得られない高い熱伝導率を有するため、発熱を伴う高周波デバイスへの応用が期待される。
シリコン薄膜をハンドルウェーハ上に積層する方法として、Ｒ面のサファイア上にシリコン層をヘテロエピタキシャル成長させる方法、ガラス上に非単結晶シリコンを成長させ、その後レーザーアニール等によって結晶性を高めるＣＧ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｇｒａｉｎｓ：連続粒界結晶）シリコン等が開発されている。しかし、高い品質を有する単結晶シリコンをハンドルウェーハ上に積層するためには、バルクのシリコンウェーハとハンドルウェーハとを貼り合わせ、シリコンウェーハの一部を剥離してハンドルウェーハ上に転写する方法によってシリコン薄膜を形成することが理想的である。転写されるシリコン膜が薄い（例えば５００ｎｍ未満）場合は、水素イオン注入法を応用した方法によって、シリコン薄膜を剥離、転写することが可能である（特許文献１）。
しかし、転写されるシリコン膜が厚い（例えば１μｍより大きい）場合は、古典的な貼り合わせ、裏面研削法（Ｂｏｎｄ＆Ｅｔｃｈｂａｃｋ）を適用する以外に方法がない。イオンを深く注入するためには、イオンを打ち込む時の加速電圧を上げる必要がある。そのため、加速電圧を上げてイオンを打ち込むことによって、シリコン膜の表面にダメージが導入される恐れがある。
この貼り合わせ、裏面研削法は、２枚のウェーハ（ドナーウェーハ、ハンドルウェーハ）を貼り合わせた後に熱処理を行うことによって結合強度を高め、その後ドナーウェーハの裏面を研削、研磨することによってドナーウェーハを薄膜化し、所望の厚さのシリコン薄膜に仕上げる方法である。２枚のウェーハを貼り合わせる際、貼り合わせることができない領域（周辺除外領域：Ｅｄｇｅ ｅｘｃｌｕｓｉｏｎ）がウェーハの周辺から数ｍｍ生じる。これは、ウェーハに面取り加工と呼ばれる処理が施されていることによって、ウェーハの角が丸みを帯びているために生じるものである。
図６は単純な薄膜化プロセスによるチッピングの発生を表す概念図である。２枚のウェーハ（ドナーウェーハ１０２、ハンドルウェーハ１０１）を貼り合わせ（図６（Ａ））、その後熱処理を行い、ドナーウェーハ１０２を数μｍまで研削、研磨すると（図６（Ｂ））、ドナーウェーハの周辺の断面１０２ａの角度αが鋭角になるため、チッピングと呼ばれる欠け１０２ｂが頻発するようになる（図６（Ｃ））。これを防ぐために、本発明者は、図１に示すように、予め周辺を機械的に削り取るか（図１（Ａ））、薬品等によって除去する（図１（Ｂ））方法を見出した。しかし、この方法は、熱膨張係数の異なるウェーハ間には採用できない。ドナーウェーハとハンドルウェーハの各熱膨張係数が大幅に異なるＳＯＱウェーハ及びＳＯＳウェーハの場合、シリコンウェーハと、石英（ガラス）又はサファイアとを貼り合わせた後に熱処理を行うと、熱膨張係数の違いのため、貼り合わせたウェーハは破損する。したがって、貼り合わせた段階では十分な熱処理を行うことは難しい。このような不十分な熱処理しか行えない段階でウェーハの周辺を機械的又は化学的に除去しようとすると、接合強度が不十分であるため、除去したくない部分まで除去されてしまうからである。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、ウェーハの破損及びチッピングの発生を抑制することができる透明ＳＯＩウェーハの製造方法を提供する。
上記課題を解決するため、本発明者は、可視光線に対して、ＳＯＱウェーハ及びＳＯＳウェーハの透明性を活かした方法を見出した。
すなわち、本発明においては、シリコンウェーハをドナーウェーハとして用い、前記シリコンウェーハの表面と、透明ハンドルウェーハの表面とを貼り合わせて貼り合わせウェーハを得る工程と、前記貼り合わせウェーハに、１５０〜３００℃の第１熱処理を施す工程と、前記貼り合わせる工程によって貼り合わされた面部分と、貼り合わされていない面部分との境界に、前記熱処理を施された貼り合わせウェーハのシリコンウェーハ側から、入射光と該シリコンウェーハの径方向とがなす角度が６０〜９０°となるように可視光レーザーを照射し、前記貼り合わされていない部分を切断する工程と、前記切断後の貼り合わせウェーハのシリコンウェーハに、研削、研磨又はエッチング処理を施すことによってシリコン薄膜を作製する工程と、前記シリコン薄膜の作製後の貼り合わせウェーハに、第１熱処理よりも高い温度となる３００〜５００℃の第２熱処理を施す工程とを少なくとも含む方法によって得られる透明ＳＯＩウェーハの製造方法を提供する。
すなわち、本発明においては、シリコンウェーハをドナーウェーハとして用い、前記シリコンウェーハの表面と、透明ハンドルウェーハの表面とを貼り合わせて貼り合わせウェーハを得る工程と、前記貼り合わせウェーハに、１５０〜３００℃の第１熱処理を施す工程と、前記貼り合わせる工程によって貼り合わされた面部分と、貼り合わされていない面部分との境界に、前記熱処理を施された貼り合わせウェーハのシリコンウェーハ側から、入射光と該シリコンウェーハの径方向とがなす角度が６０〜９０°となるように可視光レーザーを照射し、前記貼り合わされていない部分を切断する工程と、前記切断後の貼り合わせウェーハのシリコンウェーハに、研削、研磨又はエッチング処理を施すことによってシリコン薄膜を作製する工程と、前記シリコン薄膜の作製後の貼り合わせウェーハに、第１熱処理よりも高い温度となる３００〜５００℃の第２熱処理を施す工程とを少なくとも含む方法によって得られる透明ＳＯＩウェーハの製造方法を提供する。
本発明の透明ＳＯＩウェーハの製造方法によれば、ウェーハの破損及びチッピングの発生を抑制することができる。
本発明で用いる透明ハンドルウェーハとしては、好ましくは、石英、ガラス、又はサファイアのいずれかの材料からなるものを挙げることができる。なお、透明ハンドルウェーハは、後述する貼り合わせる工程の前に、ＲＣＡ洗浄等の洗浄をしておくことが好ましい。
本発明で用いるドナーウェーハとしては、単結晶シリコンウェーハ等が挙げられ、例えば、チョクラルスキ法により育成された一般に市販されているものであり、その導電型や比抵抗率等の電気特性値や結晶方位や結晶径は、本発明の方法で製造される透明ＳＯＩウェーハが供されるデバイスの設計値やプロセス又は製造されるデバイスの表示面積等に依存して適宜選択されてよい。
シリコンウェーハの厚さは、後述するシリコン薄膜の所望の厚さに依存して適宜選択されてよく、特に限定されるものではない。例えば、６インチウェーハでは５５０〜６５０μｍ、８インチウェーハでは６５０〜７５０μｍのものが入手しやすく、ハンドリングも容易である。
好ましくは、シリコンウェーハの周辺部が面取りされているか、又は、シリコンウェーハの径が透明ハンドルウェーハの径よりも大きい。このような場合に、貼り合わせウェーハにおける貼り合わされていない部分（周辺除外領域）がウェーハの周辺から数ｍｍ生じる。面取り方法は、Ｃ面取り、Ｒ面取り等が挙げられる。
本発明で用いるドナーウェーハとしては、単結晶シリコンウェーハ等が挙げられ、例えば、チョクラルスキ法により育成された一般に市販されているものであり、その導電型や比抵抗率等の電気特性値や結晶方位や結晶径は、本発明の方法で製造される透明ＳＯＩウェーハが供されるデバイスの設計値やプロセス又は製造されるデバイスの表示面積等に依存して適宜選択されてよい。
シリコンウェーハの厚さは、後述するシリコン薄膜の所望の厚さに依存して適宜選択されてよく、特に限定されるものではない。例えば、６インチウェーハでは５５０〜６５０μｍ、８インチウェーハでは６５０〜７５０μｍのものが入手しやすく、ハンドリングも容易である。
好ましくは、シリコンウェーハの周辺部が面取りされているか、又は、シリコンウェーハの径が透明ハンドルウェーハの径よりも大きい。このような場合に、貼り合わせウェーハにおける貼り合わされていない部分（周辺除外領域）がウェーハの周辺から数ｍｍ生じる。面取り方法は、Ｃ面取り、Ｒ面取り等が挙げられる。
以下、本発明に係る透明ＳＯＩウェーハの製造方法について図２及び図３を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（第１の実施形態）
図２は、透明ＳＯＩウェーハの製造方法の工程の一例を示す図である。
まず、図２（Ａ）に示すように、透明ハンドルウェーハ１１と、ドナーウェーハとしてシリコンウェーハ１２を用意する。次に、図２（Ｂ）に示すように、シリコンウェーハ１２の表面１２ｓと、透明ハンドルウェーハ１１の表面１１ｓとを貼り合わせて貼り合わせウェーハ１３を得る。
必要に応じて、ドナーウェーハとして、表面１２ｓ又は表面全体に酸化膜を形成したシリコンウェーハを用いてもよい。酸化膜は、一般的な熱酸化法により形成することができる。一般的には、酸素雰囲気又は水蒸気雰囲気で、常圧下で、８００〜１１００℃で熱処理することによって得られるものである。酸化膜の厚さは、好ましくは５０〜５００ｎｍである。これはあまり薄いと、酸化膜厚の制御が難しく、またあまり厚いと時間が掛かりすぎるためである。
（第１の実施形態）
図２は、透明ＳＯＩウェーハの製造方法の工程の一例を示す図である。
まず、図２（Ａ）に示すように、透明ハンドルウェーハ１１と、ドナーウェーハとしてシリコンウェーハ１２を用意する。次に、図２（Ｂ）に示すように、シリコンウェーハ１２の表面１２ｓと、透明ハンドルウェーハ１１の表面１１ｓとを貼り合わせて貼り合わせウェーハ１３を得る。
必要に応じて、ドナーウェーハとして、表面１２ｓ又は表面全体に酸化膜を形成したシリコンウェーハを用いてもよい。酸化膜は、一般的な熱酸化法により形成することができる。一般的には、酸素雰囲気又は水蒸気雰囲気で、常圧下で、８００〜１１００℃で熱処理することによって得られるものである。酸化膜の厚さは、好ましくは５０〜５００ｎｍである。これはあまり薄いと、酸化膜厚の制御が難しく、またあまり厚いと時間が掛かりすぎるためである。
ここで、貼り合わせる前に、シリコンウェーハ１２、透明ハンドルウェーハ１１のうちどちらか一方又は両方の表面に、表面活性化処理を施してもよい。この表面活性化処理を施すことにより、貼り合わせた直後の貼り合わせウェーハの接合強度を高めることができる。
表面活性化処理は、好ましくは、オゾン水処理、ＵＶオゾン処理、イオンビーム処理、又はプラズマ処理のうち、少なくとも１つの処理が行われる。
プラズマで処理をする場合、例えば、チャンバ中にＲＣＡ洗浄等の洗浄をしたシリコンウェーハ及び／又は透明ハンドルウェーハを載置し、プラズマ用ガスを減圧下で導入した後、１００Ｗ程度の高周波プラズマに５〜１０秒程度さらし、表面をプラズマ処理する。プラズマ用ガスとしては、シリコンウェーハを処理する場合、表面を酸化する場合には酸素ガスのプラズマ、酸化しない場合には水素ガス、アルゴンガス、窒素ガス又はこれらの混合ガスあるいは水素ガスとヘリウムガスの混合ガスを用いることができる。透明ハンドルウェーハを処理する場合はいずれのガスでもよい。プラズマで処理することにより、シリコンウェーハ及び／又は透明ハンドルウェーハの表面の有機物が酸化して除去され、さらに表面のＯＨ基が増加し、活性化する。
オゾン水で処理する場合には、例えば、オゾンを１０ｍｇ／Ｌ程度溶存した純水にウェーハを浸漬することで実現できる。
ＵＶオゾンで処理をする場合は、オゾンガス、もしくは大気より生成したオゾンガスにＵＶ光（例えば、波長１８５ｎｍ）を照射することで行うことが可能である。
イオンビームで処理する場合には、例えば、スパッタ法のようにウェーハの表面をアルゴンなどの不活性ガスのビームで高真空下において処理することにより、表面の未結合手を露出させ、結合力を増すことが可能である。
オゾン水処理やＵＶオゾン処理などでは、シリコンウェーハまたは透明ハンドルウェーハの表面の有機物をオゾンにより分解し、表面のＯＨ基を増加させることによって活性化を行う。一方、イオンビーム処理やプラズマ処理などでは、ウェーハの表面の反応性の高い未結合手（ダングリングボンド）を露出させることによって、もしくはその未結合手にＯＨ基が付与されることによって活性化を行う。
表面の活性化は、親水性の程度（濡れ性）を見ることによって確認ができる。具体的には、ウェーハの表面に水をたらし、その接触角（コンタクトアングル）を測ることによって簡便に測定できる。
表面活性化処理は、好ましくは、オゾン水処理、ＵＶオゾン処理、イオンビーム処理、又はプラズマ処理のうち、少なくとも１つの処理が行われる。
プラズマで処理をする場合、例えば、チャンバ中にＲＣＡ洗浄等の洗浄をしたシリコンウェーハ及び／又は透明ハンドルウェーハを載置し、プラズマ用ガスを減圧下で導入した後、１００Ｗ程度の高周波プラズマに５〜１０秒程度さらし、表面をプラズマ処理する。プラズマ用ガスとしては、シリコンウェーハを処理する場合、表面を酸化する場合には酸素ガスのプラズマ、酸化しない場合には水素ガス、アルゴンガス、窒素ガス又はこれらの混合ガスあるいは水素ガスとヘリウムガスの混合ガスを用いることができる。透明ハンドルウェーハを処理する場合はいずれのガスでもよい。プラズマで処理することにより、シリコンウェーハ及び／又は透明ハンドルウェーハの表面の有機物が酸化して除去され、さらに表面のＯＨ基が増加し、活性化する。
オゾン水で処理する場合には、例えば、オゾンを１０ｍｇ／Ｌ程度溶存した純水にウェーハを浸漬することで実現できる。
ＵＶオゾンで処理をする場合は、オゾンガス、もしくは大気より生成したオゾンガスにＵＶ光（例えば、波長１８５ｎｍ）を照射することで行うことが可能である。
イオンビームで処理する場合には、例えば、スパッタ法のようにウェーハの表面をアルゴンなどの不活性ガスのビームで高真空下において処理することにより、表面の未結合手を露出させ、結合力を増すことが可能である。
オゾン水処理やＵＶオゾン処理などでは、シリコンウェーハまたは透明ハンドルウェーハの表面の有機物をオゾンにより分解し、表面のＯＨ基を増加させることによって活性化を行う。一方、イオンビーム処理やプラズマ処理などでは、ウェーハの表面の反応性の高い未結合手（ダングリングボンド）を露出させることによって、もしくはその未結合手にＯＨ基が付与されることによって活性化を行う。
表面の活性化は、親水性の程度（濡れ性）を見ることによって確認ができる。具体的には、ウェーハの表面に水をたらし、その接触角（コンタクトアングル）を測ることによって簡便に測定できる。
次に、図２（Ｃ）に示すように、貼り合わせウェーハ１３に、１５０〜３００℃の第１熱処理Ｈ１を施す。例えば、透明ハンドルウェーハ１１として石英又はガラスを用いた場合には、好ましくは１５０〜３００℃の第１熱処理Ｈ１を施し、透明ハンドルウェーハ１１としてサファイアを用いた場合には、好ましくは１５０〜２５０℃の第１熱処理Ｈ１を施す。また、熱処理時間は、熱処理温度と材料に応じて決められ、好ましくは１〜４８時間の範囲から選択される。このように、貼り合わせウェーハ１３を熱処理することによって、シリコンウェーハ１２と透明ハンドルウェーハ１１の貼り合わせの強度を高めることができる。また、このような温度での熱処理であれば、異種材料であることに起因する熱膨張係数の差異による熱歪、ひび割れ、剥離等が発生する恐れが少ない。なお、この段階では、後述する研削等を行うには十分な強度を達成しているが、透明ＳＯＩウェーハの強度としては十分ではない。
熱処理工程は、好ましくは、アルゴン、窒素、ヘリウム、またはこれらの混合ガスの存在下で行われる。
熱処理工程は、好ましくは、アルゴン、窒素、ヘリウム、またはこれらの混合ガスの存在下で行われる。
次に、図２（Ｄ）に示すように、貼り合わせる工程によって貼り合わされた面部分１４と、貼り合わされていない面部分１５ａとの境界１６に、熱処理を施された貼り合わせウェーハのシリコンウェーハ側から、入射光と該シリコンウェーハの径方向とがなす角度が６０〜９０°となるように可視光レーザーＬを照射し、貼り合わされていない部分１５を切断する（工程ｄ−１−ｉ）。
図３は、貼り合わせウェーハの上面図である。図３に示すように、貼り合わされた面部分１４と、貼り合わされていない面部分１５ａとの境界１６に、熱処理を施された貼り合わせウェーハのシリコンウェーハ側から、入射光と該シリコンウェーハの径方向とがなす角度θ、すなわち、入射光とシリコンウェーハとの交点とシリコンウェーハの中心Ｃとを結ぶ線と、入射光とがなす角度θが６０〜９０°となるように可視光レーザーＬを照射し、貼り合わされていない部分１５を切断する。このような方法によれば、シリコンウェーハの貼り合わされていない部分１５を切断した後、可視光レーザーＬが下地である透明ハンドルウェーハ１１に到達した場合でも、透明ハンドルウェーハ１１に傷等が導入される心配はない。
可視光レーザーは、好ましくは、グリーンレーザー、例えばＳＨＧ−ＹＡＧレーザー（λ＝５１５ｎｍ）である。
可視光レーザーを照射する角度は、入射光とシリコンウェーハの径方向とがなす角度θが６０〜９０°である。図６（Ｂ）に示すシリコンウェーハの周辺の断面１０２ａの角度αが鈍角となり、チッピングと呼ばれる欠けが生じにくいからである。θは、好ましくは９０°、すなわち入射光が貼り合わせた面に対して垂直である。このような角度であれば、透明ハンドルウェーハ上に形成されるシリコン薄膜の直径が、透明ハンドルウェーハからの距離に依存せず一定となるからである。
図３は、貼り合わせウェーハの上面図である。図３に示すように、貼り合わされた面部分１４と、貼り合わされていない面部分１５ａとの境界１６に、熱処理を施された貼り合わせウェーハのシリコンウェーハ側から、入射光と該シリコンウェーハの径方向とがなす角度θ、すなわち、入射光とシリコンウェーハとの交点とシリコンウェーハの中心Ｃとを結ぶ線と、入射光とがなす角度θが６０〜９０°となるように可視光レーザーＬを照射し、貼り合わされていない部分１５を切断する。このような方法によれば、シリコンウェーハの貼り合わされていない部分１５を切断した後、可視光レーザーＬが下地である透明ハンドルウェーハ１１に到達した場合でも、透明ハンドルウェーハ１１に傷等が導入される心配はない。
可視光レーザーは、好ましくは、グリーンレーザー、例えばＳＨＧ−ＹＡＧレーザー（λ＝５１５ｎｍ）である。
可視光レーザーを照射する角度は、入射光とシリコンウェーハの径方向とがなす角度θが６０〜９０°である。図６（Ｂ）に示すシリコンウェーハの周辺の断面１０２ａの角度αが鈍角となり、チッピングと呼ばれる欠けが生じにくいからである。θは、好ましくは９０°、すなわち入射光が貼り合わせた面に対して垂直である。このような角度であれば、透明ハンドルウェーハ上に形成されるシリコン薄膜の直径が、透明ハンドルウェーハからの距離に依存せず一定となるからである。
次に、切断後の貼り合わせウェーハのシリコンウェーハ１４に、研削、研磨又はエッチング処理を施すことによってシリコン薄膜１２Ｂを作製する（工程ｄ−１−ｉｉ）。上述したような貼り合わされていない部分１５を切断した後に、このような処理を行うことによって、チッピングの発生を防ぐことができる。研削、研磨又はエッチング処理は、シリコン薄膜の所望の厚さ、例えば、２０μｍ以下程度となるまで行われる。
次に、図２（Ｅ）に示すように、シリコン薄膜１２Ｂを備える貼り合わせウェーハ１７に、好ましくは３００〜５００℃の第２熱処理Ｈ２を施す。例えば、透明ハンドルウェーハ１１として石英又はガラスを用いた場合には、好ましくは３５０〜５００℃の第２熱処理Ｈ２を施し、透明ハンドルウェーハ１１としてサファイアを用いた場合には、温度が３００〜５００℃の第２熱処理Ｈ２を施す。第２熱処理Ｈ２の温度は、第１熱処理Ｈ１よりも高い温度とすることができる。好ましくは、第２熱処理Ｈ２の温度は、第１熱処理Ｈ１の温度よりも１５０〜２５０℃高い。この段階では、シリコン薄膜１２Ｂは十分に薄いため、このような第２熱処理Ｈ２を施しても、シリコン薄膜１２Ｂに割れ等が発生する心配はない。
以上のような工程により、図２（Ｆ）に示すような、透明ＳＯＩウェーハ１８を得ることができる。
以上説明したように、第１の実施形態によれば、チッピングの発生を抑制することができる。
以上説明したように、第１の実施形態によれば、チッピングの発生を抑制することができる。
（第２の実施形態）
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施形態と同じである。第１の実施形態と同様に、透明ハンドルウェーハ１１と、ドナーウェーハとしてシリコンウェーハ１２を用意し（図２（Ａ））、シリコンウェーハ１２の表面１２ｓと、透明ハンドルウェーハ１１の表面１１ｓとを貼り合わせて貼り合わせウェーハ１３を得（図２（Ｂ））、貼り合わせウェーハ１３に熱処理Ｈ１を施す（図２（Ｃ））。
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施形態と同じである。第１の実施形態と同様に、透明ハンドルウェーハ１１と、ドナーウェーハとしてシリコンウェーハ１２を用意し（図２（Ａ））、シリコンウェーハ１２の表面１２ｓと、透明ハンドルウェーハ１１の表面１１ｓとを貼り合わせて貼り合わせウェーハ１３を得（図２（Ｂ））、貼り合わせウェーハ１３に熱処理Ｈ１を施す（図２（Ｃ））。
次に、図２（Ｄ）に示すように、貼り合わせウェーハ１３のシリコンウェーハ１２の厚さが好ましくは１００μｍ以上となるように、該シリコンウェーハ１２に研削、研磨又はエッチング処理を施す（工程ｄ−２−ｉ）。このようなシリコンウェーハの厚さであれば、鋭角αが存在してもチッピングが発生することはない。
次に、貼り合わせる工程によって貼り合わされた面部分２４と、貼り合わされていない面部分２５ａとの境界２６に、研削、研磨又はエッチング処理が施された貼り合わせウェーハのシリコンウェーハ側から、入射光と該シリコンウェーハの径方向とがなす角度が６０〜９０°となるように可視光レーザーＬを照射し、貼り合わされていない部分２５を切断する（工程ｄ−２−ｉｉ）。このような方法によれば、シリコンウェーハの貼り合わされていない部分２５を切断した後、可視光レーザーＬが下地である透明ハンドルウェーハ１１に到達した場合でも、透明ハンドルウェーハ１１に傷等が導入される心配はない。
次に、切断後の貼り合わせウェーハのシリコンウェーハ２４の厚さが２０μｍ以下となるように、該シリコンウェーハ２４に研削、研磨又はエッチング処理を施すことによってシリコン薄膜２２Ｂを作製する（工程ｄ−２−ｉｉｉ）。上述したような貼り合わされていない部分２５を切断した後に、このような処理を行うことによって、チッピングの発生を防ぐことができる。
次に、第１の実施形態と同様に、図２（Ｅ）に示すように、シリコン薄膜２２Ｂを備える貼り合わせウェーハ２７に、好ましくは３００〜５００℃の第２熱処理Ｈ２を施す。例えば、透明ハンドルウェーハ１１として石英又はガラスを用いた場合には、好ましくは３５０〜５００℃の第２熱処理Ｈ２を施し、透明ハンドルウェーハ１１としてサファイアを用いた場合には、好ましくは３００〜５００℃の第２熱処理Ｈ２を施す。第２熱処理Ｈ２の温度は、第１熱処理Ｈ１よりも高い温度とすることができる。好ましくは、第２熱処理Ｈ２の温度は、第１熱処理Ｈ１の温度よりも１５０〜２５０℃高い。この段階では、シリコン薄膜２２Ｂは十分に薄いため、このような第２熱処理Ｈ２を施しても、シリコン薄膜２２Ｂに割れ等が発生する心配はない。
以上のような工程により、図２（Ｆ）に示すような、透明ＳＯＩウェーハ２８を得ることができる。
以上説明したように、第２の実施形態によれば、チッピングの発生を抑制することができる。
なお、シリコンウェーハと透明ハンドルウェーハの径の大きさが異なる場合においても、上述した第１の実施形態及び第２の実施形態と同様に、透明ＳＯＩウェーハを製造することができる。
以上説明したように、第２の実施形態によれば、チッピングの発生を抑制することができる。
なお、シリコンウェーハと透明ハンドルウェーハの径の大きさが異なる場合においても、上述した第１の実施形態及び第２の実施形態と同様に、透明ＳＯＩウェーハを製造することができる。
以下、実施例、比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
直径が１５０ｍｍ、厚さが６２５μｍのシリコンウェーハと、該シリコンウェーハと同サイズの石英ウェーハとを貼り合わせ、２００℃で２４時間の熱処理を施した。次に、得られた貼り合わせウェーハのシリコンウェーハの厚さが２００μｍとなるまで研削、研磨を行った。次に、貼り合わせる工程によって貼り合わされた面部分と、貼り合わされていない面部分との境界に、グリーンレーザー（ＳＨＧ−ＹＡＧレーザー：λ＝５１５ｎｍ）を照射し、貼り合わされていない部分を垂直に切断した。その後、シリコンウェーハの厚さが２０μｍとなるまで研削、研磨を行い、透明ＳＯＩウェーハを得た。
得られた透明ＳＯＩウェーハの周辺に、欠けは観察されなかった。その後、５００℃で６時間の熱処理を施したが、欠けは観察されなかった。
直径が１５０ｍｍ、厚さが６２５μｍのシリコンウェーハと、該シリコンウェーハと同サイズの石英ウェーハとを貼り合わせ、２００℃で２４時間の熱処理を施した。次に、得られた貼り合わせウェーハのシリコンウェーハの厚さが２００μｍとなるまで研削、研磨を行った。次に、貼り合わせる工程によって貼り合わされた面部分と、貼り合わされていない面部分との境界に、グリーンレーザー（ＳＨＧ−ＹＡＧレーザー：λ＝５１５ｎｍ）を照射し、貼り合わされていない部分を垂直に切断した。その後、シリコンウェーハの厚さが２０μｍとなるまで研削、研磨を行い、透明ＳＯＩウェーハを得た。
得られた透明ＳＯＩウェーハの周辺に、欠けは観察されなかった。その後、５００℃で６時間の熱処理を施したが、欠けは観察されなかった。
（実施例２）
直径が１５０ｍｍ、厚さが６２５μｍのシリコンウェーハと、該シリコンウェーハと同サイズの石英ウェーハとを貼り合わせ、２００℃で２４時間の熱処理を施した。次に、貼り合わせる工程によって貼り合わされた面部分と、貼り合わされていない面部分との境界に、グリーンレーザー（ＳＨＧ−ＹＡＧレーザー：λ＝５１５ｎｍ）を照射し、貼り合わされていない部分を垂直に切断した。その後、切断された貼り合わせウェーハのシリコンウェーハの厚さが２０μｍとなるまで研削、研磨を行い、透明ＳＯＩウェーハを得た。
得られた透明ＳＯＩウェーハの周辺に、欠けは観察されなかった。その後、５００℃で６時間の熱処理を施したが、欠けは観察されなかった。
直径が１５０ｍｍ、厚さが６２５μｍのシリコンウェーハと、該シリコンウェーハと同サイズの石英ウェーハとを貼り合わせ、２００℃で２４時間の熱処理を施した。次に、貼り合わせる工程によって貼り合わされた面部分と、貼り合わされていない面部分との境界に、グリーンレーザー（ＳＨＧ−ＹＡＧレーザー：λ＝５１５ｎｍ）を照射し、貼り合わされていない部分を垂直に切断した。その後、切断された貼り合わせウェーハのシリコンウェーハの厚さが２０μｍとなるまで研削、研磨を行い、透明ＳＯＩウェーハを得た。
得られた透明ＳＯＩウェーハの周辺に、欠けは観察されなかった。その後、５００℃で６時間の熱処理を施したが、欠けは観察されなかった。
（比較例１）
直径が１５０ｍｍ、厚さが６２５μｍのシリコンウェーハと、該シリコンウェーハと同サイズの石英ウェーハとを貼り合わせ、２００℃で２４時間の熱処理を施した。その後、得られた貼り合わせウェーハのシリコンウェーハの厚さが２０μｍとなるまで研削、研磨を行い、透明ＳＯＩウェーハを得た。
得られた透明ＳＯＩウェーハの周辺に、欠けが観察された。
直径が１５０ｍｍ、厚さが６２５μｍのシリコンウェーハと、該シリコンウェーハと同サイズの石英ウェーハとを貼り合わせ、２００℃で２４時間の熱処理を施した。その後、得られた貼り合わせウェーハのシリコンウェーハの厚さが２０μｍとなるまで研削、研磨を行い、透明ＳＯＩウェーハを得た。
得られた透明ＳＯＩウェーハの周辺に、欠けが観察された。
（実施例３）
透明ハンドルウェーハとしてサファイアウェーハを用いた以外は、実施例１と同様に行った。
得られた透明ＳＯＩウェーハの周辺の拡大写真を図４に示す。図４より、シリコン薄膜ａとサファイアウェーハｂとの境界（周辺）に、欠けは観察されなかった。その後、５００℃で６時間の熱処理を施したが、欠けは観察されなかった。
透明ハンドルウェーハとしてサファイアウェーハを用いた以外は、実施例１と同様に行った。
得られた透明ＳＯＩウェーハの周辺の拡大写真を図４に示す。図４より、シリコン薄膜ａとサファイアウェーハｂとの境界（周辺）に、欠けは観察されなかった。その後、５００℃で６時間の熱処理を施したが、欠けは観察されなかった。
（比較例２）
透明ハンドルウェーハとしてサファイアウェーハを用いた以外は、比較例１と同様に行った。
得られた透明ＳＯＩウェーハの周辺の拡大写真を図５に示す。図５より、シリコン薄膜ａとサファイアウェーハｂとの境界（周辺）に、欠けが観察された。
透明ハンドルウェーハとしてサファイアウェーハを用いた以外は、比較例１と同様に行った。
得られた透明ＳＯＩウェーハの周辺の拡大写真を図５に示す。図５より、シリコン薄膜ａとサファイアウェーハｂとの境界（周辺）に、欠けが観察された。
（実施例４）
直径が１５０ｍｍ、厚さが６２５μｍのシリコンウェーハの表面と、該シリコンウェーハと同サイズのサファイアウェーハの表面に、表面活性化処理としてプラズマ処理を施した。次に、プラズマ処理が施されたシリコンウェーハの表面と、サファイアウェーハの表面とを貼り合わせ、１５０℃で２４時間の熱処理を施した。次に、得られた貼り合わせウェーハのシリコンウェーハの厚さが２００μｍとなるまで研削、研磨を行った。次に、貼り合わせる工程によって貼り合わされた面部分と、貼り合わされていない面部分との境界に、グリーンレーザー（ＳＨＧ−ＹＡＧレーザー：λ＝５１５ｎｍ）を照射し、貼り合わされていない部分を垂直に切断した。その後、シリコンウェーハの厚さが２０μｍとなるまで研削、研磨を行い、透明ＳＯＩウェーハを得た。
得られた透明ＳＯＩウェーハの周辺に、欠けは観察されなかった。その後、５００℃で６時間の熱処理を施したが、欠けは観察されなかった。
直径が１５０ｍｍ、厚さが６２５μｍのシリコンウェーハの表面と、該シリコンウェーハと同サイズのサファイアウェーハの表面に、表面活性化処理としてプラズマ処理を施した。次に、プラズマ処理が施されたシリコンウェーハの表面と、サファイアウェーハの表面とを貼り合わせ、１５０℃で２４時間の熱処理を施した。次に、得られた貼り合わせウェーハのシリコンウェーハの厚さが２００μｍとなるまで研削、研磨を行った。次に、貼り合わせる工程によって貼り合わされた面部分と、貼り合わされていない面部分との境界に、グリーンレーザー（ＳＨＧ−ＹＡＧレーザー：λ＝５１５ｎｍ）を照射し、貼り合わされていない部分を垂直に切断した。その後、シリコンウェーハの厚さが２０μｍとなるまで研削、研磨を行い、透明ＳＯＩウェーハを得た。
得られた透明ＳＯＩウェーハの周辺に、欠けは観察されなかった。その後、５００℃で６時間の熱処理を施したが、欠けは観察されなかった。
１１ 透明ハンドルウェーハ
１１ｓ 表面
１２ シリコンウェーハ
１２ｓ 表面
１２Ｂ、２２Ｂ シリコン薄膜
１３ 貼り合わせウェーハ
１４、２４ 貼り合わされた面部分
１５、２５ 貼り合わされていない部分
１５ａ、２５ａ 貼り合わされていない面部分
１６、２６ 境界
１７、２７ 貼り合わせウェーハ
１８、２８ 透明ＳＯＩウェーハ
１０１ ハンドルウェーハ
１０２ ドナーウェーハ
１０２ａ ドナーウェーハの周辺の断面
１０２ｂ 欠け
Ｃ 中心
θ 角度
α 角度
Ｈ１、Ｈ２ 熱処理
Ｌ 可視光レーザー
ａ シリコン薄膜
ｂ サファイアウェーハ
１１ｓ 表面
１２ シリコンウェーハ
１２ｓ 表面
１２Ｂ、２２Ｂ シリコン薄膜
１３ 貼り合わせウェーハ
１４、２４ 貼り合わされた面部分
１５、２５ 貼り合わされていない部分
１５ａ、２５ａ 貼り合わされていない面部分
１６、２６ 境界
１７、２７ 貼り合わせウェーハ
１８、２８ 透明ＳＯＩウェーハ
１０１ ハンドルウェーハ
１０２ ドナーウェーハ
１０２ａ ドナーウェーハの周辺の断面
１０２ｂ 欠け
Ｃ 中心
θ 角度
α 角度
Ｈ１、Ｈ２ 熱処理
Ｌ 可視光レーザー
ａ シリコン薄膜
ｂ サファイアウェーハ
Claims (9)
- シリコンウェーハをドナーウェーハとして用い、前記シリコンウェーハの表面と、透明ハンドルウェーハの表面とを貼り合わせて貼り合わせウェーハを得る工程であって、前記貼り合わせ前のシリコンウェーハの周辺部が面取りされているか、又は、前記貼り合わせ前のシリコンウェーハの径が前記透明ハンドルウェーハの径よりも大きい工程と、
前記貼り合わせウェーハに、１５０〜３００℃の第１熱処理を施す工程と、
前記貼り合わせる工程によって貼り合わされた面部分と、貼り合わされていない面部分との境界において、該境界に沿って、前記熱処理を施された貼り合わせウェーハのシリコンウェーハ側から、入射光と該シリコンウェーハの径方向とがなす角度が６０〜９０°となるように可視光レーザーを照射し、前記貼り合わされていない部分を切断する工程と、
前記切断後の貼り合わせウェーハのシリコンウェーハに、研削、研磨又はエッチング処理を施すことによってシリコン薄膜を作製する工程と、
前記シリコン薄膜の作製後の貼り合わせウェーハに、第１熱処理よりも高い温度となる３００〜５００℃の第２熱処理を施す工程と
を少なくとも含む方法によって得られる透明ＳＯＩウェーハの製造方法。 - 前記第２熱処理の温度が、前記第１熱処理の温度よりも１５０〜２５０℃高い請求項１に記載の透明ＳＯＩウェーハの製造方法。
- 前記貼り合わせる工程後で、前記切断工程前に、前記貼り合わせウェーハのシリコンウェーハの厚さが１００μｍ以上となるように、該シリコンウェーハに研削、研磨又はエッチング処理を施す工程をさらに含み、
前記切断後の貼り合わせウェーハのシリコンウェーハに研削、研磨又はエッチング処理を施す工程が、厚さが２０μｍ以下のシリコン薄膜を作製する請求項１または２に記載の透明ＳＯＩウェーハの製造方法。 - 前記可視光レーザーが、ＳＨＧ−ＹＡＧレーザーである請求項１〜３のいずれかに記載の透明ＳＯＩウェーハの製造方法。
- 前記透明ハンドルウェーハが、石英、ガラス、又はサファイアである請求項１〜４のいずれかに記載の透明ＳＯＩウェーハの製造方法。
- 前記切断工程の前に、前記貼り合わせウェーハに、前記透明ハンドルウェーハとして石英又はガラスを用いた場合には、１５０〜３００℃の第１熱処理、３５０〜５００℃の第２熱処理を施し、前記透明ハンドルウェーハとしてサファイアを用いた場合には、１５０〜２５０℃の第１熱処理、３００〜５００℃の第２熱処理を施す請求項１〜５のいずれかに記載の透明ＳＯＩウェーハの製造方法。
- 前記貼り合わせる工程の前に、前記シリコンウェーハ、前記透明ハンドルウェーハのうちどちらか一方又は両方の表面に、表面活性化処理を施す請求項１〜６のいずれかに記載の透明ＳＯＩウェーハの製造方法。
- 前記表面活性化処理が、オゾン水処理、ＵＶオゾン処理、イオンビーム処理、又はプラズマ処理のうち、少なくとも１つの処理が行われる請求項７に記載の透明ＳＯＩウェーハの製造方法。
- 前記シリコンウェーハが、表面に酸化膜を形成したシリコンウェーハである請求項１〜８のいずれかに記載の透明ＳＯＩウェーハの製造方法。
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