JP6136786B2 - 貼り合わせウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
このように熱処理を350℃以上で行うことで、イオン注入層でボンドウェーハの一部を確実に剥離させることができる。
このような、特に膜厚ムラが発生しやすい再生ウェーハを用いる場合に本発明を好適に適用でき、コストを低減しつつ、薄膜の膜厚均一性の高い貼り合わせウェーハを製造できる。
このようにすれば、SOI層の薄膜の膜厚均一性の高いSOIウェーハを製造できる。
一般的に、イオン注入剥離法により貼り合わせSOIウェーハを作製する場合には、コスト削減のため、貼り合わせウェーハを作製する際に副生された剥離ウェーハに減厚を伴う再生加工を行った再生ウェーハをボンドウェーハまたはベースウェーハとして用いることが多い。或いは、ボンドウェーハおよびベースウェーハとして未使用のウェーハ(再生加工を行っていないウェーハ、以下、プライムウェーハと呼ぶ。)を用いる場合もある。
ボンドウェーハおよびベースウェーハとしてプライムウェーハを用いる場合、両ウェーハが異なる製造ロットで製造されたものである場合にSOI層の膜厚ムラの発生頻度が高くなる。ボンドウェーハおよびベースウェーハの少なくとも一方に再生ウェーハを用いる場合には膜厚ムラの発生頻度がより高くなり、また、その再生回数が多いほど発生頻度が増加する傾向がある。そこで、発明者は、プライムウェーハと再生ウェーハを用いた下記の実験を行い、この発生頻度が高くなる傾向について以下のように考察した。
ボンドウェーハおよびベースウェーハとして、表1に示す厚さを有する直径300mm、結晶方位<100>のシリコン単結晶からなる4種類の鏡面研磨ウェーハを用意した。ウェーハ厚は、静電容量式の測定装置を用いてウェーハ全面を測定し、その平均値(小数点以下四捨五入)を採用した。
[貼り合わせSOIウェーハ製造条件]
(酸化膜)ボンドウェーハには55nmの熱酸化膜を形成、ベースウェーハには酸化膜なし、
(水素イオン注入条件)注入エネルギー:48.7keV、ドーズ量:5×1016/cm2、
(剥離熱処理)350℃で4時間+500℃で30分、Ar雰囲気、
(平坦化熱処理)1200℃で1時間、Ar雰囲気
(SOI膜厚調整)犠牲酸化処理によりSOI層を70nm程度まで減厚
ボンドウェーハとベースウェーハの厚さの差が膜厚ムラの発生にどのように関係しているかのメカニズムについては明らかではないが、厚さが異なると剥離熱処理で剥離する際に、剥離領域の固有振動数が異なることに起因するものと推定される。
以上のように、本発明者は、膜厚ムラの発生がボンドウェーハとベースウェーハの厚さの差が大きいことに起因していることを見出し、更に、厚さの差が大きい場合であっても、剥離熱処理を400℃以下で行えば、SOI層の膜厚ムラが発生しないことを見出し、本発明を完成させた。
本発明では、ベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハとして、例えば、シリコン単結晶ウェーハ上にシリコン酸化膜を介してSOI層が形成されたSOIウェーハを作製することができる。
次に、図1(d)に示すように、イオン注入したボンドウェーハ10を、注入面が接するように、ベースウェーハ11と密着させて貼り合わせる。
剥離熱処理を350℃以上で行うことで、イオン注入層13でボンドウェーハ10の一部を確実に剥離させることができる。なお、ドーズ量が同一であれば、剥離熱処理の温度が低いほど剥離に必要な時間が長くなる傾向があるので、熱処理時間はドーズ量と剥離熱処理温度を考慮して適宜設定することができる。
そして、図1(j)に示すように、この貼り合わせウェーハ14に、平坦化熱処理、結合熱処理、研磨等を施して、剥離面を平坦化したり、結合強度を高めることもできる。
直径300mm、結晶方位<100>のシリコン単結晶からなる鏡面研磨ウェーハをボンドウェーハおよびベースウェーハとして用いてイオン注入剥離法による貼り合わせSOIウェーハを作製し、SOI層の膜厚ムラの発生の有無を評価した。
このとき実施例1−2、比較例1−3のいずれもベースウェーハとしてはプライムウェーハ(775μm)を用い、ボンドウェーハとしては、再生研磨加工を2回行った再生ウェーハ(765μm)を用いた。
また、剥離熱処理条件は表3に記載された条件とし、その他の製造条件は実験例と同一とした。
剥離熱処理を380℃、12時間(実施例3)、350℃、24時間(実施例4)とした以外は実施例1、2と同一条件で貼り合わせSOIウェーハを作製し、SOI層の膜厚ムラの発生の有無を評価した。
その結果、膜厚ムラは発生せず、SOI膜厚レンジも実施例1、2と同等であった。
例えば、上記では、絶縁膜を介して貼り合わせSOIウェーハを作製する場合について説明しているが、直接2枚のウェーハを貼り合わせて貼り合わせウェーハを作製する場合にも本発明を適用可能である。
13…イオン注入層、 14…貼り合わせウェーハ、 15…薄膜、
16…埋め込み酸化膜、 17…剥離ウェーハ、 18…剥離面。
Claims (6)
- ボンドウェーハの表面に、水素イオン、希ガスイオンのうち少なくとも一種類のガスイオンをイオン注入してイオン注入層を形成し、前記ボンドウェーハのイオン注入した表面と、ベースウェーハの表面とを直接または絶縁膜を介して貼り合わせた後、熱処理を加えて前記イオン注入層で前記ボンドウェーハの一部を剥離させることにより、前記ベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する貼り合わせウェーハの製造方法において、
前記ボンドウェーハとベースウェーハを貼り合わせる前に、前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハの厚さを測定し、両ウェーハの厚さの差が5μm以上である前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハとなる組み合わせを選択し、
前記熱処理を400℃以下で行って前記イオン注入層で前記ボンドウェーハの一部を剥離させることを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法。 - 前記熱処理を350℃以上で行うことを特徴とする請求項1に記載された貼り合わせウェーハの製造方法。
- 前記ボンドウェーハおよび/または前記ベースウェーハとして、前記貼り合わせウェーハの製造方法において貼り合わせウェーハを作製する際に副生された剥離ウェーハに、減厚を伴う再生加工を行った再生ウェーハを用いることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載された貼り合わせウェーハの製造方法。
- 前記再生ウェーハは、前記減厚を伴う再生加工が2回以上行われたものであることを特徴とする請求項3に記載された貼り合わせウェーハの製造方法。
- 前記再生ウェーハは、前記減厚を伴う再生加工として5μm以上の減厚が行われたものであることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載された貼り合わせウェーハの製造方法。
- 前記ボンドウェーハおよび前記ベースウェーハがシリコン単結晶ウェーハからなり、前記絶縁膜がシリコン酸化膜からなり、前記薄膜がSOI層であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載された貼り合わせウェーハの製造方法。
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