JP6632462B2 - 複合ウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
直径100mm、厚さ0.55mmのシリコンウェーハを用意し、温度1000℃で熱酸化膜を480nm程度成長させた。積層ウェーハであるタンタル酸リチウムウェーハ(LTウェーハ)と支持ウェーハであるシリコンウェーハ双方のウェーハの表面粗さがRMSで1.0nm以下であることを確認した。シリコンウェーハの貼り合わせ面に、水素分子イオンを92keVのエネルギーで、ドーズ量が2.0×1016atms/cm2となるように注入した。イオン注入後、10%フッ化水素酸溶液で熱酸化膜を除去した。この時のシリコンウェーハ内の水素原子の貼り合わせ面から深さ方向への濃度分布を図3に示す。図3より、貼り合わせ面近傍の水素濃度が高くなっていることがわかる。
実施例1における表面活性化処理方法を、真空イオンビーム活性化、オゾン水処理による活性化、UVオゾン処理による活性化のそれぞれに変更して同様の試験を行った。実施例1との結果の相違は誤差の範囲であり、いずれの処理方法でも同様な効果が得られることが確認された。
実施例1において、注入するイオン種を水素原子とし、打ち込みエネルギーを46KeV(実施例1の半分)とし、ドーズ量を4×1016atoms/cm2としてイオン注入を行い試験を行った。実施例1との結果の相違は誤差の範囲であり、水素イオンを注入しても同様な効果が得られることが確認された。
実施例1において、注入するイオン種を水素原子とし、イオンのドーズ量を0.8×1016atoms/cm2から1.0×1017atoms/cm2の範囲で変化させた場合のスプリアス強度の確認試験を行った。結果を図5に示す。Referenceはイオン注入を行っていない場合の結果である。図5から、イオン注入の効果はドーズ量が1.0×1016atoms/cm2から顕著になることが確認された。なお、ドーズ量が1.0×1017atoms/cm2より多い場合も実施したが、貼り合わせ後の熱処理の段階で、貼り合わせ基板が割れてしまった。これは、過剰に存在する水素が貼り合わせ界面において接合を不安定にしたためであると推定される。
実施例1においてイオン注入後にシリコン上の酸化膜を除去しなかった場合について試験を行った。実施例1との結果の相違は誤差の範囲であり、酸化膜の有無にかかわらず同様な効果が得られることが確認された。
実施例1において熱酸化膜の代わりにLPCVD法で成膜したSiN膜やPECVD法で成膜したSiON膜を形成し、イオン注入後もそのまま残して貼り合せを行った場合について試験を行った。実施例1との結果の相違は誤差の範囲であり、酸化膜の有無にかかわらず同様な効果が得られることが確認された。
実施例1においてシリコンウェーハの代わりに酸化膜等が無いサファイアウェーハを用いて同様の試験を行った。結果を図6に示す。図6から、サファイアウェーハの場合は、シリコンウェーハの場合よりもスプリアス低減効果は減少するものの、効果が得られることがわかった。
実施例1においてイオン注入をシリコンウェーハでなくLTウェーハに行って貼り合わせを行った(その他の条件は同一)。実施例1との結果の相違は誤差の範囲であり、イオン注入は、シリコンウェーハに対して行ってもLTウェーハに対して行っても同様な効果が得られることが確認された。
実施例1においてイオンをシリコンウェーハとLTウェーハの双方に注入して試験を行った(その他の条件は同一)。結果を図7に示す。図7から、スプリアス低減効果は一方にイオン注入した際よりも若干大きいことがわかる。つまり、イオン注入をシリコンウェーハとLTウェーハの双方に行うことで、一方に対して行うより同等以上の効果が得られることが確認された。
実施例1において水素イオンの代わりにヘリウムイオンを注入して試験を行った。ドーズ量は4×1016atoms/cm2とし、加速電圧は140KeVとした。実施例1との結果の相違は誤差の範囲であり、ヘリウムイオンを注入しても同様な効果が得られることが確認された。
直径100mm、厚さ0.55mmのシリコンウェーハを用意し、温度1000℃で熱酸化膜を480nm程度成長させた。積層ウェーハであるタンタル酸リチウムウェーハ(LTウェーハ)と支持ウェーハであるシリコンウェーハ双方のウェーハの表面粗さがRMSで1.0nm以下であることを確認した。シリコンウェーハの貼り合わせ面に、水素分子イオンを92KeVのエネルギーで、ドーズ量が2.0×1016atms/cm2となるように注入した。イオン注入後は10%フッ化水素酸溶液で酸化膜を除去した。この時のシリコン内の水素原子の貼り合わせ面から深さ方向への濃度分布を図3に示す。図3より、貼り合わせ面近傍には水素濃度が高くなっていることがわかる。
11、21 貼り合わせ面
20 支持ウェーハ
22 イオン注入領域
31 界面
Claims (8)
- タンタル酸リチウムウェーハ又はニオブ酸リチウムウェーハ(以下「積層ウェーハ」という。)を、これよりも熱膨張係数が小さい支持ウェーハと貼り合わせることにより複合ウェーハを製造する複合ウェーハの製造方法において、
貼り合わせに先立ち、前記支持ウェーハの貼り合わせ面からイオンを注入して、前記貼り合わせ面近傍の結晶性を乱すイオン注入ステップを実行することを特徴とする複合ウェーハの製造方法。 - 前記イオンは、水素イオン(H+)であり、ドーズ量が1.0×1016atoms/cm2以上1.0×1017atoms/cm2以下であることを特徴とする請求項1に記載の複合ウェーハの製造方法。
- 前記イオンは、水素分子イオン(H2 +)であり、ドーズ量が5.0×1015atoms/cm2以上5.0×1016atoms/cm2以下であることを特徴とする請求項1に記載の複合ウェーハの製造方法。
- 前記イオンは、ヘリウムイオン(He+)であり、ドーズ量が1.0×1016atoms/cm2以上1.0×1017atoms/cm2以下であることを特徴とする請求項1に記載の複合ウェーハの製造方法。
- 前記イオン注入ステップの実行後、貼り合わせに先立ち、前記積層ウェーハ及び/又は前記支持ウェーハの貼り合わせ面に、オゾン水処理、UVオゾン処理、イオンビーム処理、又はプラズマ処理による表面活性化処理を行う表面活性化ステップを実行することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の複合ウェーハの製造方法。
- 前記支持ウェーハの素材が、シリコン又はサファイアであることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の複合ウェーハの製造方法。
- 前記イオン注入ステップに先立ち、前記積層ウェーハ及び/又は前記支持ウェーハの貼り合わせ面にSiO2、SiON、又はSiNによる絶縁膜を形成する絶縁膜形成ステップを実行することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の複合ウェーハの製造方法。
- 前記積層ウェーハは、厚さ方向に貼り合わせ面に近づくにつれリチウム濃度が高くなっているものであることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の複合ウェーハの製造方法。
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