JP7347318B2 - 貼り合わせｓｏｉウェーハのベースウェーハの抵抗率測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、貼り合わせＳＯＩウェーハのベースウェーハの抵抗率測定方法に関する。

携帯端末、インターネット通信等の発達により、無線による情報のやりとりの情報量や通信速度への要求は、限りなく増大する一方である。近年では、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）スイッチ等の高周波デバイスとして、これまでＳＯＳ（サファイア上シリコン：Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｓａｐｐｈｉｒｅ）やＧａＡｓの基板等により作製していた単一の素子を、Ｓｉ基板上に集積化されたデバイスに置き換えて、小型化・集積化する技術が盛んに採用されるようになった。特に、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハを使用して高周波デバイスを作製する方法が、市場を大きく伸ばしている。

高周波デバイスの性能として、通信の混線を防止する為に、２次高調波、３次高調波の抑制が主要な要求項目となっている。この為には、基板が絶縁体であることが必要になる。ＳＯＩウェーハにおいては、埋め込み酸化膜（ＢＯＸ層）の厚さを大きくすることが一つの方法と考えられるが、酸化膜は熱伝導率が悪く、高周波デバイスを動作させる際の発熱を除去できないことが問題になる。そこで、ＳＯＩウェーハの支持基板（ベースウェーハ）として、高抵抗率を有するＳｉ基板（高抵抗基板）を使用する方法が考えられた。これにより、ＢＯＸ層より下での電気の伝導を抑制することができて、高周波デバイスの高調波を抑制することができる。

上記のような高抵抗基板を、貼り合わせＳＯＩウェーハのベースウェーハとして使用する場合、ベースウェーハの抵抗率の測定は、ボンドウェーハと貼り合わせる前に行って抵抗率を保証することが一般的である。

ただし、貼り合わせＳＯＩウェーハの製造工程においては、様々な熱処理を受けるため、ＳＯＩウェーハを完成させた後にベースウェーハの抵抗率を測定して保証することを求められる場合もある。

高抵抗基板の抵抗率測定方法として、例えば特許文献１に記載の方法が知られている。特許文献１には、半導体シリコン基板の被測定面に洗浄による酸化膜が形成された状態で抵抗率を測定する方法が記載されている。

特開２０１０－１６５８３２号公報

貼り合わせＳＯＩウェーハの製造工程中の酸化性雰囲気の熱処理を受けて、ベースウェーハ裏面に熱酸化膜が形成されている状態のＳＯＩウェーハに対しては、その裏面酸化膜をエッチングで除去した後に、四探針法でベースウェーハの抵抗率の測定を行うことになる。

しかしながら、本発明者は、ＳＯＩウェーハの裏面酸化膜をエッチングで除去した後に四探針法でベースウェーハの抵抗率の測定を行って得られた抵抗率は、貼り合わせ前のベースウェーハの抵抗率と一致しない場合があるという新たな問題点を見出した。また、そのような問題点は、１０００Ωｃｍ以上の高抵抗率のベースウェーハで特に顕著に発生することがわかった。

この原因を調査した結果、貼り合わせＳＯＩウェーハの埋め込み酸化膜を形成する酸化熱処理や、結合強度を高める目的で行われる酸化熱処理を受けて、ベースウェーハの裏面に熱酸化膜が形成されると、ベースウェーハ中に含まれるドーパントのシリコン（Ｓｉ）と酸化シリコン（ＳｉＯ_２）への偏析係数の相違により、ベースウェーハ裏面の表層部には、バルク中とはドーパント濃度が異なる領域が形成されてしまうことがわかった。

ｐ型ドーパントの場合は表層部のドーパント濃度が低下し、ｎ型ドーパントの場合には表層部のドーパント濃度が増加するため、単に、裏面酸化膜を除去しただけの状態で抵抗率を測定すると、表層部の、バルク中とはドーパント濃度が異なる領域の影響が加わる。それにより貼り合わせ前のベースウェーハの抵抗率と差異が生じてしまう。これにより、ＳＯＩウェーハを完成した後のベースウェーハの抵抗率を測定して保証することができなくなってしまう。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、裏面に熱酸化膜が形成されているＳＯＩウェーハであっても、ベースウェーハの抵抗率を正確に求めることができる測定方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、シリコン単結晶からなるベースウェーハとボンドウェーハとが酸化膜を介して貼り合わせられ、かつ、少なくともベースウェーハの裏面に熱酸化膜が形成された貼り合わせＳＯＩウェーハのベースウェーハの抵抗率測定方法であって、前記ベースウェーハの抵抗率測定箇所における、前記ベースウェーハ自体の表層部の前記シリコン単結晶を除去した後、前記ベースウェーハの抵抗率を測定する貼り合わせＳＯＩウェーハのベースウェーハの抵抗率測定方法を提供する。

このような貼り合わせＳＯＩウェーハのベースウェーハの抵抗率測定方法によれば、少なくともベースウェーハの裏面に熱酸化膜が形成されているＳＯＩウェーハであっても、ベースウェーハの抵抗率を正確に求めることができる。これにより、ＳＯＩウェーハを完成した後のベースウェーハの抵抗率を測定して保証することができるようになる。

このとき、前記ベースウェーハの表層部のシリコン単結晶の除去は、前記裏面に形成された前記熱酸化膜を除去した後、前記ベースウェーハ自体の前記裏面の表層部の前記シリコン単結晶を除去することにより行うことが好適である。

このようにすれば、ベースウェーハの裏面において、ベースウェーハの抵抗率をより正確に求めることができる。

このとき、前記ベースウェーハの表層部のシリコン単結晶の除去は、前記貼り合わせＳＯＩウェーハのＳＯＩ層と埋め込み酸化膜層とを除去した後、前記ベースウェーハ自体の貼り合わせ面の表層部の前記シリコン単結晶を除去することにより行うことが好適である。

このようにすれば、ベースウェーハの貼り合わせ面において、ベースウェーハの抵抗率をより正確に求めることができる。

このとき、前記ベースウェーハの抵抗率が１０００Ωｃｍ以上とすることが好ましい。

このような、抵抗率が１０００Ωｃｍ以上という抵抗率変動の大きい高抵抗基板であっても、本発明に係る抵抗率測定方法であれば、より正確でより安定した測定を行うことができるため好適である。

このとき、前記ベースウェーハの抵抗率測定箇所における前記シリコン単結晶を、厚さ１μｍ以上除去することが好適である。

これにより、より正確な抵抗率の測定をより安定して行うことができる。

このとき、前記抵抗率の測定を四探針法により行うことが好適である。

これにより、より簡便により安定して抵抗率を測定することができる。

以上のように、本発明の貼り合わせＳＯＩウェーハのベースウェーハの抵抗率測定方法によれば、裏面に熱酸化膜が形成されているＳＯＩウェーハであっても、ベースウェーハの抵抗率を正確に求めることが可能となる。これにより、ＳＯＩウェーハを完成した後のベースウェーハの抵抗率を測定して保証することができるようになる。

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

上述のように、貼り合わせＳＯＩウェーハを製造する工程において行われる酸化熱処理を受けて、ベースウェーハの裏面に熱酸化膜が形成される。裏面に形成された熱酸化膜の影響による、ベースウェーハ中に含まれるドーパントの、ＳｉとＳｉＯ_２への偏析係数の相違により、ベースウェーハ裏面の表層部のシリコン単結晶には、バルク中とはドーパント濃度が異なる領域が形成されてしまう。そのため、単に、裏面酸化膜を除去しただけの状態で抵抗率を測定すると、バルク中とはドーパント濃度が異なる表層部の影響が加わるため、貼り合わせ前のベースウェーハの抵抗率と差異が生じてしまう。

したがって、ＳＯＩウェーハの裏面酸化膜をエッチングで除去した後に得られたベースウェーハの抵抗率と、貼り合わせ前のベースウェーハの抵抗率とがほぼ一致するような、言い換えると、裏面に熱酸化膜が形成されているＳＯＩウェーハであっても、ベースウェーハの抵抗率を正確に求めることができるような測定方法が求められていた。

本発明者は、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、シリコン単結晶からなるベースウェーハとボンドウェーハとが酸化膜を介して貼り合わせられ、かつ、少なくともベースウェーハの裏面に熱酸化膜が形成された貼り合わせＳＯＩウェーハのベースウェーハの抵抗率測定方法であって、前記ベースウェーハの抵抗率測定箇所における、前記ベースウェーハ自体の表層部の前記シリコン単結晶を除去した後、前記ベースウェーハの抵抗率を測定する貼り合わせＳＯＩウェーハのベースウェーハの抵抗率測定方法により、裏面に熱酸化膜が形成されているＳＯＩウェーハであっても、ベースウェーハの抵抗率を正確に求めることができることを見出し、本発明を完成した。

本発明に係る抵抗率測定方法の対象である貼り合わせＳＯＩウェーハは、ＣＺ法のような通常行われる技術を用いて製造されたシリコン単結晶から切り出されたウェーハを、ベースウェーハとボンドウェーハとする。ベースウェーハとボンドウェーハのどちらか一方、あるいは両方に酸化膜を形成し、形成した酸化膜を介してベースウェーハとボンドウェーハを貼り合わせ、公知の方法により貼り合わせＳＯＩウェーハを形成する。貼り合わせＳＯＩウェーハの製造工程では、ベースウェーハに酸化膜を形成するときの酸化処理や、貼り合わせた後の、酸化雰囲気で行われる結合熱処理等により、少なくともベースウェーハの裏面に熱酸化膜が形成されている。

抵抗率の測定はベースウェーハの抵抗率測定箇所における、ベースウェーハ自体の表層部のシリコン単結晶を除去した後に行う。これにより、熱酸化膜が形成されて、バルク中とはドーパント濃度が異なる領域となった表層部の影響を受けずに、貼り合わせ前のベースウェーハの抵抗率とほぼ一致する抵抗率が得られる。これにより、ＳＯＩウェーハを完成した後のベースウェーハの抵抗率を測定して保証することができるようになる。

ここで、測定するベースウェーハの抵抗率は１０００Ωｃｍ以上であることが好ましい。このような、高抵抗の基板は、ドーパントの濃度が低く、熱処理、汚染等により測定される抵抗率が簡単に変化することがあるため、安定して正確な測定を信頼性高く行うことができる本発明に係る抵抗率測定に好適である。

尚、抵抗率測定を行う前のベースウェーハの表層部の適切な除去量は、ベースウェーハの導電型や抵抗率、及び、ＳＯＩウェーハが完成するまでにベースウェーハに施される熱処理条件に基づいて、ベースウェーハ中のドーパント濃度の深さ方向分布をシミュレーションにより算出することによって適宜設定することができるが、より正確な抵抗率の測定をより安定して行うためには、ベースウェーハの抵抗率測定箇所におけるベースウェーハの表層部のシリコン単結晶を、厚さ１μｍ以上除去することが好ましい。これにより、ベースウェーハに熱酸化膜が形成された場合の、偏析係数の違いによるドーパント濃度の変化の影響を受けた領域を、より確実に除去することができ、より正確な抵抗率の測定をより安定して行うことができる。

ベースウェーハの抵抗率を測定する面は特に限定されず、裏面でも貼り合わせ面でもよい。裏面で測定を行う場合には、例えば、裏面酸化膜をエッチングで除去し、更に、ベースウェーハ自体の裏面の表層部のシリコン単結晶を、１μｍ～数μｍ程度除去した後に、抵抗率を測定することができる。これにより、貼り合わせ前のベースウェーハの抵抗率とほぼ一致する抵抗率が得られる。

また、抵抗率の測定をベースウェーハの貼り合わせ面で行う場合には、例えば、貼り合わせＳＯＩウェーハのＳＯＩ層と埋め込み酸化膜層とを除去し、更に、ベースウェーハ自体の貼り合わせ面の表層部のシリコン単結晶を、１μｍ～数μｍ程度除去した後に、抵抗率を測定することができる。

ベースウェーハの表層部のシリコン単結晶の除去方法は、特に限定されないが、例えば、ハンドラッピングや、ＨＦ／ＨＮＯ_３／ＣＨ_３ＣＯＯＨ等の混酸や、アルカリ水溶液によるエッチングで行うことができる。ベースウェーハの表層部のシリコン単結晶の除去を、混酸などの酸系エッチング液を用いて行えば、ＳｉとＳｉＯ_２の双方をエッチングできるので、裏面酸化膜除去とベースウェーハ裏面の表層部のシリコン単結晶の除去を一度に実施できる。また、ベースウェーハの貼り合わせ面側を測定する場合においても、ＳＯＩ層と埋め込み酸化膜層とベースウェーハの貼り合わせ面側の表層部のシリコン単結晶を一度に除去できる。

抵抗率の測定方法は、シリコンウェーハの抵抗率が測定できる方法であれば特に限定されないが、四探針法で行うことが好ましい。簡便にかつ正確に抵抗率が測定できるためである。なお、四探針法を用いた抵抗率の測定方法は、基板の被測定面上に一直線に探針となる４本の電極を立て、測定電流通電電極を介して定電流電源により一定電流を流し、その状態で測定用電極間の電位差を測定することにより、その電位差と測定用電極間距離とにより抵抗率を算出するものである。

以下、実施例を挙げて本発明について具体的に説明するが、これは本発明を限定するものではない。

以下の実施例１－３、比較例１、２では、ボンドウェーハとして、直径３００ｍｍで結晶方位＜１００＞のシリコン単結晶ウェーハを用いた。また、ベースウェーハとして、直径３００ｍｍで結晶方位＜１００＞、抵抗率が５０００Ωｃｍを超える高抵抗のシリコン単結晶ウェーハの全面に所定の厚さの熱酸化膜を形成したものを用いた。

（実施例１）
表１に、実施例１で使用したベースウェーハ、ボンドウェーハと、ＳＯＩウェーハ製造工程の諸条件を示す。結合熱処理を行った後のＳＯＩウェーハのベースウェーハの裏面には、熱酸化膜が形成されていた。ＳＯＩウェーハは、いわゆる水素イオン注入剥離法により作製した。このようなＳＯＩウェーハに対し、表１に示す条件で、ベースウェーハの裏面の酸化膜除去、表層部のシリコン単結晶の除去を行い、四探針法でベースウェーハの裏面側の抵抗率を測定したところ、表１に示すように抵抗率は５９８９Ωｃｍであった。

（比較例１）
表層部のシリコン単結晶の除去を行わなかったこと以外は実施例１と同様にベースウェーハの裏面側の抵抗率を測定したところ、表１に示すように、抵抗率は９５３２Ωｃｍであった。

実施例１においては、貼り合わせ前に測定したベースウェーハの抵抗率と、貼り合わせ後に測定したベースウェーハの抵抗率との差は２４７Ωｃｍであった。一方で、比較例１では、抵抗率の差は３７９０Ωｃｍであった。裏面の酸化膜を除去した後に、ベースウェーハ自体の表層部のシリコン単結晶を除去したことで、貼り合わせ前後での抵抗率の差が著しく小さくなっており、熱処理等によりベースウェーハの裏面に熱酸化膜が形成された場合であっても、正確にベースウェーハの抵抗率を測定できることがわかる。

（実施例２）
表２に、実施例２で使用したベースウェーハ、ボンドウェーハと、ＳＯＩウェーハ製造工程の諸条件を示す。結合熱処理を行った後のＳＯＩウェーハのベースウェーハの裏面には、熱酸化膜が形成されていた。ＳＯＩウェーハは、いわゆる水素イオン注入剥離法により作製した。このようなＳＯＩウェーハに対し、表２に示す条件で、ベースウェーハの裏面の酸化膜除去、表層部のシリコン単結晶の除去を行い、四探針法でベースウェーハの裏面側の抵抗率を測定したところ、表２に示すように抵抗率は５３５４Ωｃｍであった。

（比較例２）
表層部のシリコン単結晶の除去を行わなかったこと以外は実施例２と同様にベースウェーハの裏面側の抵抗率を測定したところ、表２に示すように、抵抗率は２４３２Ωｃｍであった。

実施例２においては、貼り合わせ前に測定したベースウェーハの抵抗率と、貼り合わせ後に測定したベースウェーハの抵抗率との差は３１７Ωｃｍであった。一方で、比較例２では、抵抗率の差は３２３９Ωｃｍであった。実施例２においても、裏面の酸化膜を除去した後にベースウェーハ自体の表層部のシリコン単結晶を除去したことで、貼り合わせ前後での抵抗率の差が著しく小さくなっていることがわかる。

（実施例３）
表３に、実施例３で使用したベースウェーハ、ボンドウェーハと、ＳＯＩウェーハ製造工程の諸条件を示す。結合熱処理を行った後のＳＯＩウェーハのベースウェーハの裏面には、熱酸化膜が形成されていた。ＳＯＩウェーハは、いわゆる水素イオン注入剥離法により作製した。このようなＳＯＩウェーハに対し、表３に示す条件で、ＳＯＩ層、埋め込み酸化膜層、ベースウェーハ自体の貼り合わせ面の表層部のシリコン単結晶を除去し、四探針法でベースウェーハの貼り合わせ面側の抵抗率を測定したところ、表３に示すように、抵抗率は５９２０Ωｃｍであった。

実施例３においては、貼り合わせ前に測定したベースウェーハの抵抗率と、貼り合わせ後に測定したベースウェーハの抵抗率との差は２１０Ωｃｍであった。裏面だけではなく、貼り合わせ面においても、酸化膜を除去した後にベースウェーハ自体の表層部のシリコン単結晶を除去したことで、貼り合わせ前後での抵抗率の差が著しく小さくなっていることがわかる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (6)

1. シリコン単結晶からなるベースウェーハとボンドウェーハとが酸化膜を介して貼り合わせられ、かつ、少なくともベースウェーハの裏面に熱酸化膜が形成された貼り合わせＳＯＩウェーハのベースウェーハの抵抗率測定方法であって、
   前記ベースウェーハの抵抗率測定箇所における、前記ベースウェーハ自体の表層部の前記シリコン単結晶を除去した後、前記ベースウェーハの抵抗率を測定し、
   前記ベースウェーハの表層部のシリコン単結晶の除去は、前記貼り合わせＳＯＩウェーハのＳＯＩ層と埋め込み酸化膜層とを除去した後、前記ベースウェーハ自体の貼り合わせ面の表層部の前記シリコン単結晶を除去することにより行うことを特徴とする貼り合わせＳＯＩウェーハのベースウェーハの抵抗率測定方法。
2. シリコン単結晶からなるベースウェーハとボンドウェーハとが酸化膜を介して貼り合わせられ、かつ、少なくともベースウェーハの裏面に熱酸化膜が形成された貼り合わせＳＯＩウェーハのベースウェーハの抵抗率測定方法であって、
   前記ベースウェーハの抵抗率測定箇所における、前記ベースウェーハ自体の表層部の前記シリコン単結晶を除去した後、前記ベースウェーハの抵抗率を測定し、
   前記ベースウェーハの表層部のシリコン単結晶の除去は、前記裏面に形成された前記熱酸化膜を除去した後、前記ベースウェーハ自体の前記裏面の表層部の前記シリコン単結晶を除去することにより行い、
   前記ベースウェーハの抵抗率測定箇所における前記シリコン単結晶を、厚さ１μｍ～数μｍ除去することを特徴とする貼り合わせＳＯＩウェーハのベースウェーハの抵抗率測定方法。
3. 前記ベースウェーハの抵抗率が１０００Ωｃｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の貼り合わせＳＯＩウェーハのベースウェーハの抵抗率測定方法。
4. 前記ベースウェーハの抵抗率測定箇所における前記シリコン単結晶を、厚さ１μｍ以上除去することを特徴とする請求項１に記載の貼り合わせＳＯＩウェーハのベースウェーハの抵抗率測定方法。
5. 前記抵抗率の測定を四探針法により行うことを特徴とする請求項１、２、４のいずれか一項に記載の貼り合わせＳＯＩウェーハのベースウェーハの抵抗率測定方法。
6. 前記抵抗率の測定を四探針法により行うことを特徴とする請求項３に記載の貼り合わせＳＯＩウェーハのベースウェーハの抵抗率測定方法。