JP6287920B2 - 貼り合わせウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
前記減厚加工を行う工程は、温度調節されたエッチング液を満たした薬液槽に前記貼り合わせウェーハを浸漬して前記薄膜をエッチングすることによって前記薄膜の膜厚調整を行うエッチング段階を含み、
前記エッチング段階において、前記薬液槽の開口部を蓋で覆った状態で前記薄膜をエッチングすること、及び、少なくとも前記薬液槽と該薬液槽に隣接して配置されたリンス槽との間に、断熱性を有する仕切り板を設置した状態で前記薄膜をエッチングすること、のいずれか一方又は両方を行うことを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法を提供する。
ボンドウェーハとしてシリコンウェーハを好適に用いることができる。
また、アンモニア水と過酸化水素水の混合水溶液は、パーティクルや有機物汚染の除去能力が高いため、エッチング液として好適に用いることができる。
エッチング液の温度が50℃以上であれば、エッチング速度が適度であり、膜厚調整に時間がかかりすぎない。また、エッチング液の温度が80℃以下であれば、エッチング速度が大きすぎないため、膜厚調整を行うのに適している。
石英からなり、前記エッチング液を貯留し、複数の前記貼り合わせウェーハを前記エッチング液中に浸漬する槽本体部と、
石英からなり、前記槽本体部の開口部の周囲に設けられ、前記槽本体部の開口部上端からオーバーフローした前記エッチング液を受けるオーバーフロー受部と、
前記槽本体部の周囲に設けられている断熱壁部と
を備え、
前記断熱壁部は切れ目なく前記槽本体部を囲っていて、前記断熱壁部と前記槽本体部の側壁との間に中空層が形成されているものを用いて前記エッチングを行うことが好ましい。
このような薬液槽を用いれば、断熱壁部と槽本体部の側壁との間に形成される中空層によって槽本体部の壁面からの放熱を低減させることができるとともに、中空層内で空気の対流が起こることで槽本体部の壁面内の温度均一性を向上させることができる。このため、槽本体部内のエッチング液の温度均一性を向上させることができ、膜厚調整のためのエッチング後も膜厚均一性が維持された貼り合わせウェーハを高歩留りで製造することができる。
オーバーフロー受部から下方では、槽本体部の壁面から放熱しやすいので、この箇所に断熱壁部を好適に設けることができる。
前記断熱壁部の下端は、前記浸漬された貼り合わせウェーハの下端よりも下方に位置することが好ましい。
このようなオーバーフロー受部と断熱壁部の配置により、浸漬された貼り合わせウェーハ全体の周囲のエッチング液の温度均一性をより向上させることができる。
断熱壁部の下部を解放することにより、断熱壁部の下部に溜まった低温の空気を逃がすことができる。
断熱壁部の下部を封鎖することで、断熱壁部の下部からの放熱を抑制することができ、空気抜き孔を設けることで、空気の膨張による断熱壁部の破損を防止することができる。
このように、断熱壁部の下部に流路を形成する整流板を設けることで、流路の表面積を増加させて保温性を高めることができる。
このような整流板の配置により、浸漬された貼り合わせウェーハ全体の周囲のエッチング液の温度均一性をより向上させることができる。
なお、本明細書では貼り合わせウェーハとして、シリコンウェーハを用いて作製するSOIウェーハを例に挙げて説明するが、本発明の「貼り合わせウェーハ」はSOIウェーハにも、シリコンウェーハにも限定されない。
例えば、SiGeウェーハや化合物半導体、その他のウェーハを、シリコン、石英、Al2O3等と貼り合わせる場合が挙げられる。この場合、貼り合わせるボンドウェーハには絶縁膜はあってもなくてもよい。また、エッチング液は、形成された薄膜をエッチングできるものであればよく、用いるボンドウェーハに合せて適宜選択すればよい。
図2は、本発明の貼り合わせウェーハの製造方法におけるエッチング工程に用いられる洗浄ラインの一例の概略図である。この洗浄ラインは、ロードエリア、第一洗浄エリア(アルカリ)、第二洗浄エリア(酸)、乾燥機(乾燥エリア)、及びアンロードエリアを備えている。イオン注入剥離法にて作製した剥離後の貼り合わせウェーハ3の薄膜のエッチング(洗浄)は、SC1の槽である図2の薬液槽1にて行われる。ウェーハ3のエッチングを薬液槽1で実施したのち、ウェーハ3をリンス槽11及びリンス槽12でリンスする。エッチング、リンスされたウェーハ3は、第二洗浄エリア(酸)にて表面に付着した金属不純物等が除去される。
次に、薬液槽1について図1を参照して説明する。薬液槽1は、槽本体部15を備え、該槽本体部の中にはエッチング液16として、温度調節されたSC1が満たされている。エッチング液16のうち、槽本体部15から溢れたものは、オーバーフロー受部5で受けられた後、ポンプ8によりフィルター4を通して再び槽本体部15に循環される。この際、エッチング液16の液温は温度計6により測定され、ヒーター7により所定の温度に調整される。図1に示した薬液槽1では、さらに槽本体部15の周囲に断熱壁部2が設けられており、断熱壁部2と槽本体部15の間には中空層13が形成され、槽本体部15の側壁からの放熱を防いでいる。
まず、イオン注入剥離法で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。続いて、ベースウェーハ上の薄膜を所望の膜厚まで、エッチング液によるエッチングを含む工程により減厚加工する。その後、リンス、ウェーハ表面の金属汚染の除去、乾燥等が行われ、貼り合わせウェーハが製造される。
本発明の貼り合わせウェーハの製造方法では、まず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。この貼り合わせウェーハの作製は、イオン注入剥離法による公知の方法で行えばよく、すなわち、ボンドウェーハの表面に、水素イオン及び希ガスイオンから選ばれる一種類以上のガスイオンをイオン注入してボンドウェーハ内部にイオン注入層を形成し、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又は絶縁膜を介して貼り合わせた後、イオン注入層を剥離面としてボンドウェーハを剥離することにより、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。
例えば、まず、剥離後に犠牲酸化処理や平坦化熱処理を行ってもよい。この犠牲酸化処理や平坦化熱処理は公知の方法で行えばよい。
さらに、減厚加工は、温度調節されたエッチング液を満たした洗浄槽(薬液槽)に剥離後の貼り合わせウェーハを浸漬して薄膜をエッチングすることによって行うが、本発明ではこのとき、薬液槽の開口部を蓋で覆った状態、又は、少なくとも薬液槽と薬液槽に隣接して配置されたリンス槽との間に、断熱性を有する仕切り板を設置した状態、のいずれか一方又は両方の状態でエッチングを行う。
その際、洗浄槽として、薬液槽の周囲を中空層を有する断熱壁部で囲った洗浄槽を用いることが好ましい。
薬液槽1内には剥離後の貼り合わせウェーハ3が配置されている。SC1等のエッチング液(洗浄液)16は図1右側の駆動エリアのポンプ8の作用により図1中の実線矢印aのように循環され、該エッチング液16によりウェーハ3の薄膜のエッチングが行われる。
本発明では図1に示すように、薬液槽1の開口部を覆う蓋100を設けた状態でエッチングを行う。これによって、開口部からの放熱を抑制することができるので、槽内の薬液の液温を均一に保持することができる。これによりウェーハ面内、ウェーハ間ともに取り代均一性が極めて高いエッチング(洗浄)を行うことができる。すなわち、エッチング後も膜厚均一性を維持することが可能となる。
蓋100の材質は、断熱性を有すれば特に限定されないが、薬液槽1と同一の材質である石英や、フッ素樹脂等を用いることができる。
このような薬液槽1を用いてエッチングを行うことで、薬液槽1内のエッチング液16の温度の偏りをより一層低減することができる。
仕切り板200の材質についても、断熱性を有すれば特に限定されず、蓋100と同様に石英や、フッ素樹脂等を用いることができるが、蓋100に比べてウェーハへの汚染の心配が少ないので、塩化ビニール等の安価な耐薬品性材料を用いることもできる。
尚、仕切り板200は、図2のように薬液槽1とリンス槽11との隙間の片側のみに設けるだけでなく、両側に設置したり、側面全面(四面)に設置することもできるし、薬液槽が複数並んでいる場合には、薬液槽と薬液槽の隙間に設置することもできる。
図2の洗浄ラインは、ロードエリア、第一洗浄エリア(アルカリ)、第二洗浄エリア(酸)、乾燥エリア、及びアンロードエリアで構成される。第一洗浄エリア(アルカリ)では、上述の図1の薬液槽1にSC1等のアルカリ性のエッチング液を用いてエッチング後、リンス槽11、リンス槽12でリンスする。第二洗浄エリア(酸)では、エッチング液をSC2(塩酸と過酸化水素水の混合水溶液でシリコンのエッチング作用なし)等の酸性のエッチング液として第一洗浄エリアと同様にエッチング及びリンスを行う。
なお、上述の図1は、図2中の仕切り板200側から見た薬液槽1の概略断面図である。
SC1はパーティクルや有機物汚染を除去するため、イオン注入剥離法を用いたSOIウェーハの製造工程において頻繁に用いられており扱いが容易である。
エッチング液の温度が50℃以上であれば、エッチング速度が適度であり、膜厚調整に時間がかかりすぎない。また、エッチング液の温度が80℃以下であれば、エッチング速度が大きすぎないため、膜厚調整を行うのに適している。
オーバーフロー受部5から下方では、槽本体部15の側壁面から放熱しやすいので、この箇所に断熱壁部2を好適に設けることができる。
上記の構成により、浸漬された貼り合わせウェーハ3の全体の周囲のエッチング液16の温度均一性をより向上させることができる。
上記の構成により、断熱壁部2の下部に溜まった低温の空気を逃がすことができる。
断熱壁部の下部を封鎖することで、断熱壁部の下部からの放熱を抑制することができ、空気抜き孔を設けることで、空気の膨張による断熱壁部の破損を防止することができる。
尚、図3は薬液槽1の開口部に蓋100を設けていない状態を示したものである。
図4は、エッチング工程に用いられる、他の薬液槽(洗浄槽)21の概略断面図であり、断熱壁部2の下部に空気の流路を形成する整流板14が設けられている点で、図1に示した薬液槽(洗浄槽)1と異なっている。
上記の構成により、浸漬された貼り合わせウェーハ3全体の周囲のエッチング液16の温度均一性をより向上させることができる。
また、薬液槽21に対して蓋100と仕切り板200を併用することができる。
本発明の貼り合わせウェーハの製造方法では、このような薬液槽31の開口部を蓋100で覆うので、覆わない場合に比べてエッチング液16の温度均一性を向上させることができる。あるいは、蓋100に代わり仕切り板200を用いるので、仕切り板を設けない場合に比べエッチング液16の温度均一性を向上させることができる。また、もちろん、薬液槽31に対して蓋100と仕切り板200を併用することができる。
上述のように、従来ではエッチング工程に用いられる洗浄ラインのクリーンエアーと薬液槽やリンス槽などの間で熱交換が行われるため、薬液槽の周囲や薬液中に微量の温度分布が生じ、ウェーハ面内やウェーハ間の取り代に微小な差異が生ずるものと推定される。
洗浄(エッチング)中の薬液中の微小な温度差(ウェーハ間、ウェーハ面内)の測定は困難であるため、第一洗浄エリアにおいて、1バッチ(25枚)のSOIウェーハ(直径300mmのシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハ上にSiO2からなる埋め込み酸化膜層とシリコン単結晶層からなるSOI層が順次積層された構造)の繰り返し洗浄を行って、ウェーハ間やウェーハ面内の取り代を調査する実験を行った。
図6のグラフから、ウェーハキャリア内において、駆動エリア側(メイン排気側)に配置されたウェーハの取り代が少ないことがわかった。すなわち、薬液槽の駆動エリア側(メイン排気側)の液温が相対的に低いことが推定される。
図7のグラフから、ロードエリア側の半面に比べ、リンス槽側の半面の平均取り代が少ないことがわかった。すなわち、リンス槽側の液温が相対的に低いことが推定される。
図2の洗浄ラインの第一洗浄エリア(図1の洗浄エリア)を用い、下表の条件(水準)で、1バッチ(25枚)のSOIウェーハを繰り返し洗浄(エッチング)し(実施例1〜4)、取り代を比較した。また、図1、2とは異なり、蓋100も仕切り板200もない薬液槽等を用いて(すなわち本発明とは異なる方法で)同様のSOIウェーハを洗浄(エッチング)して取り代を比較した。
[洗浄条件]
(洗浄フロー)
SC1(75±1℃)→リンス(25℃)→リンス(25℃)を6回繰り返した。
SC1の1回の浸漬時間:60秒
SC1への1回浸漬によるSOI層の標準エッチング量:1.14nm
(洗浄槽)
材質:透明石英、厚さ3mm(槽本体部、オーバーフロー受部、断熱壁部共通)
構造:
(オーバーフロー受部)
洗浄用ウェーハの上端より30mm上の位置に底部を配置した。
(断熱壁部)
洗浄用ウェーハの下端より30mm下の位置まで設けた。
(蓋)
材質:フッ素樹脂(ポリフッ化ビニリデン(PVDF))、厚さ5mm
構造:洗浄槽の開口部を完全に覆う形状。
(仕切り板)
材質:塩化ビニール板、厚さ10mm
構造:洗浄槽の側面を完全に覆うサイズと配置。
イオン注入剥離法(ボンドウェーハ及びベースウェーハとしてシリコン単結晶ウェーハを使用)により作製され、剥離後に犠牲酸化処理及び平坦化熱処理を行い、SOI層の平均膜厚が90nm、膜厚レンジ(ウェーハ面内)が1.0nm(±0.5nm)に調整されたSOIウェーハ25枚(直径300mm、結晶方位<100>)を使用した。なお、この25枚のSOIウェーハは、バッチ内のウェーハ間の膜厚レンジ(最大−最小)も1.0nmに調整されている。
ADE社製Acumapにより周辺3mmを除外した全面(4237点)を測定した。
また、実施例2(薬液槽の断熱壁部有り、仕切り板無し、蓋有り)、実施例3(薬液槽の断熱壁部有り、仕切り板有り、蓋有り)、及び実施例4(薬液槽の断熱壁部有り、仕切り板有り、蓋無し)では、いずれもバッチ内取り代公差が0.060nm以下、平均取り代レンジが0.030nm以下であり、蓋や仕切り板を配置するのに加え、断熱壁部をさらに設けると、取り代をバッチ間、面内で均一にする効果がより高くなった。
尚、実施例1から4では、SC1での洗浄(エッチング)を6回繰り返した後でも、ウェーハ間、ウェーハ面内共に膜厚レンジ1.0nm(±0.5nm)の膜厚均一性をほぼ維持していた。
3…剥離後の貼り合わせウェーハ、 4…フィルター、 5…オーバーフロー受部、
6…温度計、 7…ヒーター、 8…ポンプ、 9…エアフィルター、
10…排気ダクト、 11、12…リンス槽、 13…中空層、 14…整流板、
15…槽本体部、 16…エッチング液、 100…蓋、 200…仕切り板、
a…エッチング液の流れ、 b…エアーの流れ。
Claims (8)
- ボンドウェーハの表面に、水素イオン及び希ガスイオンから選ばれる一種類以上のガスイオンをイオン注入して前記ボンドウェーハ内部に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又は絶縁膜を介して貼り合わせた後、前記イオン注入層を剥離面としてボンドウェーハを剥離することにより、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した後、前記薄膜の減厚加工を行う貼り合わせウェーハの製造方法であって、
前記減厚加工を行う工程は、温度調節されたエッチング液を満たした薬液槽に前記貼り合わせウェーハを浸漬して前記薄膜をエッチングすることによって前記薄膜の膜厚調整を行うエッチング段階を含み、
前記エッチング段階において、前記薬液槽の開口部を蓋で覆った状態で前記薄膜をエッチングすること、及び、少なくとも前記薬液槽と該薬液槽に隣接して配置されたリンス槽との間に、断熱性を有する仕切り板を設置した状態で前記薄膜をエッチングすること、のいずれか一方又は両方を行う貼り合わせウェーハの製造方法であり、
前記薬液槽として、
石英からなり、前記エッチング液を貯留し、複数の前記貼り合わせウェーハを前記エッチング液中に浸漬する槽本体部と、
石英からなり、前記槽本体部の開口部の周囲に設けられ、前記槽本体部の開口部上端からオーバーフローした前記エッチング液を受けるオーバーフロー受部と、
前記槽本体部の周囲に設けられている断熱壁部と
を備え、
前記断熱壁部は切れ目なく前記槽本体部を囲っていて、前記断熱壁部と前記槽本体部の側壁との間に中空層が形成されており、前記断熱壁部が、前記オーバーフロー受部から下方に繋がって延在しているものを用いて前記エッチングを行うことを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法。 - 前記ボンドウェーハとしてシリコンウェーハを用い、前記エッチング液としてアンモニア水と過酸化水素水の混合水溶液を用いることを特徴とする請求項1に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
- 前記温度調節は、50℃以上、80℃以下の温度に調節することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
- 前記オーバーフロー受部の底面は、前記浸漬された貼り合わせウェーハの上端よりも上方に位置し、
前記断熱壁部の下端は、前記浸漬された貼り合わせウェーハの下端よりも下方に位置することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。 - 前記断熱壁部の下部は開放されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
- 前記断熱壁部の下部は封鎖され、前記断熱壁部には空気抜き孔が設けられていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
- 前記断熱壁部の下部に、整流板が設けられていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
- 前記整流板は、前記浸漬された貼り合わせウェーハの下端より下方に設けられていることを特徴とする請求項7に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
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