JP6156046B2 - 半導体基板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）構造の半導体基板（以下、ＳＯＩ基板という）およびその製造方法に関するものである。

従来、特許文献１において、ＳＯＩ基板の製造方法が提案されている。具体的には、ここで提案されている製造方法では、次のようにしてＳＯＩ基板を製造している。

まず、２枚の半導体基板を用意し、第１の半導体基板に対して熱処理を行うことで表面に熱酸化膜を形成すると共に、第２の半導体基板に対して一面側の外周部を研削して外周研削部を形成することで、第２の半導体基板のうち外周部以外を突き出させる。続いて、第１の半導体基板における熱酸化膜上に、第２の半導体基板を外周部が凹まされた一面側が熱酸化膜側を向くように搭載して貼り合せる。これにより、第１の半導体基板と第２の半導体基板との貼り合せ面の外周部において、第２の半導体基板に形成された外周研削部が介在することで、この外周研削部において第１の半導体基板と第２の半導体基板との間に隙間が構成された状態となる。この状態で、第２の半導体基板を第１の半導体基板と反対側から表面研削し、第２の半導体基板の厚みが外周研削部の深さ以下となるようにする。このようにして、第２の半導体基板のうち外周研削部の内側の部分、つまり突き出した形状となっていた部分のみを第１の半導体基板の上に残し、これを活性層（ＳＯＩ層）としたＳＯＩ基板を形成している。

特開平４−８５８２７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたＳＯＩ基板の製造方法によると、研削した活性層の外縁部が割れたり欠けたりするチッピングが発生し、それが活性層に付着して、活性層にデバイス形成を行ったとき異物になるという問題がある。具体的には、第２の半導体基板に対して外周研削部を形成する際に、外周研削部の側面が基板表面に対して垂直となるようにされている。または、第２の半導体基板の厚み方向において第２の半導体基板の表面から裏面に向かうに連れて徐々に外周研削部の幅が狭まり、第２の半導体基板の外径が徐々に大きくなるように外周研削部が形成されている。このため、図７（ａ）に示すように第１の半導体基板Ｊ１上に絶縁膜Ｊ２を介して形成された活性層Ｊ３の側面が第１の半導体基板Ｊ１の表面に対して垂直となる。もしくは、図７（ｂ）に示すように第１の半導体基板Ｊ１の表面から離れるに従って活性層Ｊ３の外径が徐々に大きくなり活性層Ｊ３の外縁部が尖ったナイフエッジ状となる。したがって、活性層Ｊ３の外縁部においてチッピングが発生し易くなってしまう。

本発明は上記点に鑑みて、活性層にチッピングが発生することを抑制することが可能なＳＯＩ構造を有する半導体基板およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１ないし４に記載の発明では、表面（１ａ）と裏面（１ｂ）および表面と裏面との間に位置する側面（１ｃ）を有する支持基板（１）の表面上に、絶縁膜（２）を介して形成され、円形状かつ円形状の一部を切り欠いた直線状部（３ｄ）が形成された活性層（３）を有するＳＯＩ構造の半導体基板であって、活性層のうち、絶縁膜と反対側となる表面（３ａ）と絶縁膜側となる裏面（３ｂ）との間に位置する部分を側面（３ｃ）として、活性層の側面と表面との成す角度が鈍角であることを特徴としている。

このように、活性層の側面と表面との成す角度が鈍角となるようにしている。このため、活性層の外縁部においてチッピングが発生することを抑制することが可能となる。

請求項５に記載の発明では、表面（２０ａ）と裏面（２０ｂ）および表面と裏面との間に位置する側面（２０ｃ）を有するシリコン基板（２０）を用意すると共に、表面（１ａ）と裏面（１ｂ）および表面と裏面との間に位置する側面（１ｃ）を有する支持基板（１）を用意する工程と、シリコン基板の裏面と支持基板の表面のうちの少なくとも一方に絶縁膜（２）を形成する工程と、シリコン基板の裏面に対して、シリコン基板の外周部を研削することにより、シリコン基板の厚み方向において、シリコン基板の裏面側から表面側に向かうに連れてシリコン基板の外径が徐々に小さくなる形状とされた外周研削部（２０ｄ）を形成する工程と、シリコン基板のうち外周研削部が形成された裏面側が支持基板側を向くようにして、絶縁膜を介して、シリコン基板を支持基板の表面上に貼り合せる工程と、支持基板に貼り合せたシリコン基板を表面側から外周研削部まで達する位置まで研削研磨することで活性層（３）を形成し、活性層のうち絶縁膜と反対側となる表面（３ａ）と絶縁膜側となる裏面（３ｂ）との間に位置する部分を側面（３ｃ）として、活性層の側面と表面との成す角度が鈍角となるようにする工程と、を含んでいることを特徴としている。

このように、シリコン基板の裏面に対して、シリコン基板の外周部を研削することにより、シリコン基板の厚み方向において、シリコン基板の裏面側から表面側に向かうに連れてシリコン基板の外径が徐々に小さくなる形状とされた外周研削部を形成する。これにより、活性層の側面と表面との成す角度が鈍角となるようにできる。このため、活性層の外縁部においてチッピングが発生することを抑制することが可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかるＳＯＩ基板の断面図である。 図１に示すＳＯＩ基板の製造工程を示した断面図である。 本発明の第２実施形態にかかるＳＯＩ基板の断面図である。 図３に示すＳＯＩ基板の製造工程を示した断面図である。 本発明の第３実施形態で説明する活性層３を円形状とする場合の様子を示したＳＯＩ基板の上面図である。 本発明の第３実施形態にかかるＳＯＩ基板の上面図である。 従来のＳＯＩ基板の断面図である。 従来のＳＯＩ基板の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態にかかるＳＯＩ基板は、支持基板１と絶縁膜２および活性層３とを有した構成とされている。

支持基板１は、表面１ａおよび裏面１ｂとこれら表面１ａおよび裏面１ｂの間に位置する側面１ｃとを有する基板であり、外周部に部分的にノッチもしくはオリエンテーションフラットを形成した円形状の基板とされ、例えばシリコン基板などで構成されている。本実施形態の場合、支持基板１の外周部をベベリング処理等の丸め処理によって丸めてあるが、必ずしも丸めてある必要はない。

絶縁膜２は、少なくとも支持基板１と活性層３の間に配置されることで活性層３と支持基板１との間の絶縁を図る膜であり、本実施形態の場合、支持基板１の表面１ａや裏面１ｂおよび側面１ｃの全面に絶縁膜２を形成している。ここでは、絶縁膜２を熱酸化膜によって構成しているが、熱酸化膜以外の絶縁膜で構成しても良い。

活性層３は、デバイス形成が行われるものであり、シリコン基板を研削して形成したシリコン層によって構成されており、例えば厚さ１００〜２００μｍ程度とされている。活性層３の外径は支持基板１よりも小さくされており、活性層３の外周端が支持基板１の外周端よりも内側に位置した状態となっている。また、活性層３のうち絶縁膜２と反対側となる表面３ａと絶縁膜２側となる裏面３ｂとの間に位置する部分を側面３ｃとして、側面３ｃと表面３ａとの成す角度が鈍角とされている。

ここで、本実施形態では、側面３ｃのうち活性層３の厚み方向全域において、側面３ｃと活性層３の表面３ａとの成す角度が鈍角となるようにしている。この側面３ｂと表面３ａとの成す角度については、側面３ｃのうち少なくとも表面３ａとの境界位置が表面３ａに対して傾斜していて、その部分において側面３ｃと表面３ａとの成す角度が鈍角であることを意味している。例えば、側面３ｃのうち表面３ａとの境界位置以外においては鈍角でなく、側面３ｃが表面３ａに対して垂直となっていても構わない。

このように構成されたＳＯＩ基板では、活性層３のうち側面３ｃと表面３ａとの成す角度が鈍角となっている。このため、図７（ａ）のように活性層Ｊ３の側面が第１のシリコン基板Ｊ１の表面に対して垂直になったり、図７（ｂ）のように活性層Ｊ３の外縁部が尖ったナイフエッジ状にならない。このため、活性層３の外縁部においてチッピングが発生することを抑制することが可能となる。

次に、このように構成された本実施形態にかかるＳＯＩ基板の製造方法について、図２を参照して説明する。

〔図２（ａ）に示す工程〕
シリコン基板などで構成される支持基板１を用意すると共に、デバイスが形成される活性層３を構成するために、表面２０ａおよび裏面２０ｂとこれら表面２０ａおよび裏面２０ｂの間に位置する側面２０ｃを有した単結晶のシリコン基板２０を用意する。

〔図２（ｂ）に示す工程〕
支持基板１の表面１ａや裏面１ｂおよび側面１ｃ上に例えばシリコン酸化膜からなる絶縁膜２を形成する。絶縁膜２については、熱酸化によって形成可能であるが、ＣＶＤ法等によって形成することもできる。

また、シリコン基板２０の裏面２０ｂ側において、シリコン基板２０の外周部を研削して凹ませた外周研削部２０ｄを形成する。例えば、図中に示したように、先端部に行くほど徐々に研削面３０ａの外径が拡大していくようなグラインダー３０を用いる。そして、シリコン基板２０を図示しないステージに搭載し、シリコン基板２０の中心を回転中心としてステージと共に回転させ、シリコン基板２０の外周部にグラインダー３０の研削面３０ａを当接させる。

これにより、シリコン基板２０の外周部が研削され、外周研削部２０ｄが形成される。このように形成される外周研削部２０ｄは、シリコン基板２０の厚み方向において裏面２０ｂ側から表面側２０ａに向かうに連れてシリコン基板２０の外径が徐々に小さくなる逆テーパ形状とされる。

このとき、外周研削部２０ｄの深さ（シリコン基板２０の厚み方向の寸法）については活性層３として残す部分の厚み以上としており、例えば１００〜２００μｍとしている。また、外周研削部２０ｄの幅（シリコン基板２０の径方向の寸法）についてはシリコン基板２０と支持基板１との貼り合せズレを考慮して設定してあり、貼り合せズレ以上の寸法、例えば１ｍｍ以上としている。これにより、次の図２（ｃ）に示す工程において、シリコン基板２０と支持基板１とを貼り合せたときのズレ量が最大になっても、シリコン基板２０のうち外周研削部２０ｄよりも内側の突出部２０ｅが支持基板１の外周部より内側に配置されるようにできる。

〔図２（ｃ）に示す工程〕
絶縁膜２を形成した支持基板１の表面１ａ側に、シリコン基板２０を貼り合せる。このとき、シリコン基板２０の裏面２０ｂ側、つまり外周研削部２０ｄおよび突出部２０ｅが形成された側の面が絶縁膜２側に向けられるようにして、シリコン基板２０を絶縁膜２の表面に貼り合せる。例えば、絶縁膜２を介して支持基板１の表面１ａ側にシリコン基板２０を配置し、この状態で酸素または窒素雰囲気中で加熱処理することで２つの基板１、２０を強固に貼り合わせることができる。

〔図２（ｄ）に示す工程〕
シリコン基板２０の表面２０ａ側から外周研削部２０ｄに達する位置まで研削研磨し、シリコン基板２０のうち突出部２０ｅよりも表面２０ａ側の部分を除去する。これにより、シリコン基板２０のうちの突出部２０ｅのみが残り、この部分によって活性層３が構成される。このようにして、図１に示したＳＯＩ基板を製造することができる。

以上説明したように、本実施形態では、活性層３のうち絶縁膜２と反対側となる表面３ａと絶縁膜２側となる裏面３ｂとの間に位置する部分を側面３ｃとして、側面３ｃと表面３ａとの成す角度が鈍角となるようにしている。このため、活性層３の外縁部においてチッピングが発生することを抑制することが可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して活性層３の側面３ｃの形状を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図３に示すように、本実施形態では、活性層３の側面３ｃが曲面となるようにしている。そして、側面３ｃのうち表面３ａとの境界部において、側面３ｃと表面３ａとが成す角度が鈍角となるようにしている。具体的には、側面３ｃのうち表面３ａとの境界部における接線と表面３ａとの成す角度が鈍角となっている。そして、活性層３の表面３ａ側から裏面３ｂ側に向かうほど、活性層３の厚み方向と平行な断面において、側面３ｃと表面３ａとが成す鈍角の角度が徐々に大きくなっていくような曲面によって側面３ｃを構成している。

このような曲面によって側面３ｃを構成しても、側面３ｃと表面３ａとの成す角度が鈍角となるようにできる。このため、第１実施形態と同様、活性層３の外縁部においてチッピングが発生することを抑制することが可能となる。

なお、本実施形態のような形状の活性層３を形成する場合、例えば第１実施形態において図２（ｂ）に示す工程で説明したグラインダー３０の研削面３０ａの先端部が側面３ｃの形状に対応する曲面形状とされていれば良い。例えば、図４に示すように研削面３０ａの先端部を円弧状とすることができる。この場合、シリコン基板２０を支持基板１および絶縁膜２に貼り合わせた後の研削研磨時に、半円形状とされる外周研削部２０ｄのうちの中心よりも下側（シリコン基板２０の裏面２０ｂ側）までシリコン基板２０を研削研磨すれば、図３に示す形状が得られる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して活性層３の外縁形状を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

支持基板１をシリコン基板などの半導体基板で構成する場合、図５に示すように面方位などを確認し易いように外周部の一部を切り欠くことで、ノッチ１ｄを形成したり、図示しないが直線状のオリエンテーションフラットとすることが一般的に行われている。このような場合において、図中に示したように活性層３を円形状にするときには、活性層３の外径をできるだけ大きく設定することでチップ形成の行える有効面積を広くすることになる。しかしながら、シリコン基板２０と支持基板１との貼り合せズレが発生した場合に、活性層３がノッチ部１ｄやオリエンテーションフラットに重なってしまうことが考えられる。

このため、本実施形態では、図６に示すように、活性層３のうちノッチ部１ｄやオリエンテーションフラットと対応する部分において、円形状の一部を切り欠いた直線状部３ｄを形成している。このような構成とすることで、活性層３の一部がノッチ１ｄやオリエンテーションフラットと重なってしまうことを防止できる。

なお、この場合、直線状部３ｄについても、活性層３の側面３ｃと表面３ａとの成す角度が鈍角となるようにしておけば、チッピングの発生を抑制することが可能となり、上記第１、第２実施形態と同様の効果が得られる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、絶縁膜２をシリコン酸化膜で形成する場合を例に挙げて説明したが、シリコン酸化膜に限るものではなく、シリコン窒化膜などの他の絶縁膜やＯＮＯ膜のような複数種類の絶縁膜の積層膜であっても構わない。

また、上記実施形態では、絶縁膜２を支持基板１側に形成したが、活性層３を構成するための単結晶のシリコン基板２０の少なくとも裏面２０ｂ上に絶縁膜２を形成しておいても良い。その場合、絶縁膜２と共にシリコン基板２０の一部を除去することで外周研削部２０ｄを形成し、シリコン基板２０と共に絶縁膜２を支持基板１に貼り合せることで、上記各実施形態に示した構造のＳＯＩ基板を製造することができる。また、支持基板１とシリコン基板２０の両方に絶縁膜２を形成しても良い。

１ シリコン基板
２ 絶縁膜
３ 活性層
３ａ 表面
３ｂ 裏面
３ｃ 側面
２０ シリコン基板
２０ａ 表面
２０ｂ 裏面
２０ｃ 側面
２０ｄ 外周研削部

Claims (5)

1. 表面（１ａ）と裏面（１ｂ）および該表面と裏面との間に位置する側面（１ｃ）を有する支持基板（１）と、
   前記支持基板の表面に形成された絶縁膜（２）と、
   前記絶縁膜を介して前記支持基板の上に配置され、シリコン基板により構成され、円形状かつ円形状の一部を切り欠いた直線状部（３ｄ）が形成された活性層（３）と、を有し、
   前記活性層のうち、前記絶縁膜と反対側となる表面（３ａ）と前記絶縁膜側となる裏面（３ｂ）との間に位置する部分を側面（３ｃ）として、該活性層の側面と表面との成す角度が鈍角であることを特徴とする半導体基板。
2. 前記側面は平坦面であり、該側面のうち前記活性層の厚み方向全域において、該側面と前記活性層の表面との成す角度が鈍角とされていることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
3. 前記側面は曲面であり、前記活性層の表面側から裏面側に向かうほど、前記活性層の厚み方向と平行な断面において、前記側面と前記活性層の表面とが成す鈍角の角度が大きくなることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
4. 前記支持基板は、前記支持基板の外周部の一部を切り欠かれたノッチ部（１ｄ）もしくは前記外周部の一部を直線状としたオリエンテーションフラットが形成され、
   前記直線状部は、前記ノッチ部もしくは前記オリエンテーションフラットと対応する部分に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体基板。
5. 表面（２０ａ）と裏面（２０ｂ）および該表面と裏面との間に位置する側面（２０ｃ）を有するシリコン基板（２０）を用意すると共に、表面（１ａ）と裏面（１ｂ）および該表面と裏面との間に位置する側面（１ｃ）を有する支持基板（１）を用意する工程と、
   前記シリコン基板の裏面と前記支持基板の表面のうちの少なくとも一方に絶縁膜（２）を形成する工程と、
   前記シリコン基板の裏面に対して、該シリコン基板の外周部を研削することにより、該シリコン基板の厚み方向において、該シリコン基板の裏面側から表面側に向かうに連れて該シリコン基板の外径が徐々に小さくなる形状とされた外周研削部（２０ｄ）を形成する工程と、
   前記シリコン基板のうち前記外周研削部が形成された裏面側が前記支持基板側を向くようにして、前記絶縁膜を介して、前記シリコン基板を前記支持基板の表面上に貼り合せる工程と、
   前記支持基板に貼り合せた前記シリコン基板を表面側から前記外周研削部まで達する位置まで研削研磨することで活性層（３）を形成し、該活性層のうち前記絶縁膜と反対側となる表面（３ａ）と前記絶縁膜側となる裏面（３ｂ）との間に位置する部分を側面（３ｃ）として、該活性層の側面と表面との成す角度が鈍角となるようにする工程と、を含んでいることを特徴とする半導体基板の製造方法。

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