JPH0964318A

JPH0964318A - 基板及びその製造方法

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Publication number: JPH0964318A
Application number: JP21758895A
Authority: JP
Inventors: Makoto Hashimoto; 誠橋本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-08-25
Filing date: 1995-08-25
Publication date: 1997-03-07
Anticipated expiration: 2015-08-25
Also published as: JP3518083B2

Abstract

(57)【要約】【課題】絶縁層による反りを確実に防止しながら絶縁層
の上に半導体層が形成され、デバイス特性の面内のばら
つきが抑制された基板を得る。【解決手段】トランジスタなどの所定の加工をした後、
表面に酸化シリコンなどの絶縁層１４を形成し、更に絶
縁層１４に平滑化用膜１５を形成した加工基板１０の該
平滑化用膜１５と、保持基板２０とを貼合せ、貼り合わ
せた基板の該加工基板を研削する基板の製造方法におい
て、保持基板２０面に例えば絶縁層１４と同じ酸化シリ
コンなどで補償膜３０を形成し、上記絶縁層１４による
貼合せ基板の反りを該補償膜３０で相殺する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＳＯＩ（Silicon
On Insulator）等の貼合せ基板及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、シリコン基板の表面にマイクロス
トラクチャや回路などを加工しておき、それを反転し
て、他の基板（ガラスやシリコン）に接合し、もとの基
板のうち、構造の作られていない部分を上面から研磨や
エッチングなどでなくしてしまう方法が開発されてい
る。この方法によれば、下の基板上に複雑な可動構造を
取り付けることができる。

【０００３】このような貼合せＳＯＩの従来の作成例を
図５、図６で説明する。まず、シリコン基板１１に、例
えばリソグラフィーと反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）で、図５の（１）に示すように、段差を形成する。
その後、図５（２）に示すように、ゲート酸化膜１２を
形成した後、ポリシリコン膜１３の堆積、パターニング
でゲート電極１３ａを形成する。そして埋込酸化膜１４
でゲート電極１３ａを埋め、次いで貼合せ用ポリシリコ
ン膜１５を形成し、貼合せ用ポリシリコン１５の表面を
研磨により平坦化する。この場合、シリコン基板の凹凸
を形成した面の対面側にも、酸化膜１２’、ポリシリコ
ン膜１３’、埋込酸化膜１４’、貼合せ用ポリシリコン
膜１５’が形成される。

【０００４】このような加工シリコン基板１０を、図５
（３）に示すように、保持用シリコン基板２０と貼り合
わせる。この場合、例えば真空中、約１０００℃に加熱
して数時間密着させておくと両シリコン基板の面が接合
面２１０で接合する。次に、図６（４）に示すように、
加工シリコン基板１０の裏面側から数μｍのケイ素層１
１’を残した状態まで研削（研磨）する。これにより、
加工基板１０に形成された裏面側のシリコン膜１５’、
酸化膜１４’、ポリシリコン膜１３’、ゲート酸化膜１
２’が研削されて消滅する。更に、この図６（４）の状
態から酸化膜ストッパー１２を利用して選択研磨が行わ
れ、最初に形成した段差に対応する薄膜ＳＯＩ層を有す
る貼合せＳＯＩ基板が完成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これら一連の工程内
で、ウエハーに生じる反りを考えると、図５（３）の貼
合せ状態までは、加工基板１０の表面、裏面側は同じ膜
構造を有しているので、反りはほとんど生じない。

【０００６】しかし、図６（４）に示した選択研磨前の
状態では、酸化膜層１４が貼合せ基板の表面側に集中し
ている。このときの各層の膜厚の例を示すと、保持基板
２０が約７２５μｍ、貼合せポリシリコン膜１４が約２
〜３μｍ、酸化膜１４が約１μｍ、シリコン基板１１’
が４〜５μｍ程度である。このため、膜応力により、貼
合せ基板は、図７に模式的に示すように、加工基板１
０’の側に凸の反りを生じる。これは、酸化膜を例えば
ＣＶＤ（例えば８００℃で形成）で形成したときには応
力はないが、室温に戻るときに、熱膨張係数の差から、
収縮の少ない酸化膜と収縮の多いシリコン側との間に応
力が発生し、一方の酸化膜が研削により除去されること
による非対称性により、その応力が曲げモーメントとし
て顕在化し、図７に示すように、加工基板側に凸の反り
が生じる。

【０００７】一般に、ウエハーの反りは、図８に示すよ
うに定義されるＷａｒｐ（ワープ）で表現されるが、図
６（４）状態でのＷａｒｐ値は５０〜６０μｍ程度であ
る。このような大きなＷａｒｐ値を持つウエハを研磨す
ると、図９に示すように、図９に示すような反りを持っ
たウエハーの選択研磨においては、研磨パッド（ソフト
（ａ）でもハード（ｂ）でも）のウエハへの一様な接触
が達成されず、リング状に研磨され、研磨レートの面内
均一性が悪化する。これは実験で確認されている。その
結果、貼合せ基板のＳＯＩ膜厚面内均一性が悪化し、デ
バイス特性のばらつきを大きくなる。この問題はウエハ
ーの口径が大きくなるほど（特に８インチ以上で）顕著
となる。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、絶縁層の上に半導体層を形成する基板を研削する際
に、基板の反りを可及的に少なくして、均一研磨をする
ことができる基板の製造方法及び基板を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、次の基板の製造方法及び基板を提供する。（１）絶縁層の上に半導体層が形成してある基板を製造
する方法において、絶縁層上の半導体層が形成された基
板の表面と反対側に、基板の反りを補償する補償膜を形
成することを特徴とする基板の製造方法。（２）半導体基板の表面に絶縁層を形成し、絶縁層の表
面に平坦化用膜を形成した加工基板を形成し、この加工
基板の平坦化用膜に保持基板を貼合せ、前記半導体基板
を研削することにより半導体層を形成する基板の製造方
法において、保持基板面の反貼合せ面に補償膜を形成
し、前記絶縁層による貼合せ基板の反りを該補償膜で減
少させることを特徴とする基板の製造方法。（３）絶縁層と補償膜のいずれか一方又は双方が酸化ケ
イ素である上記（１）記載の基板の製造方法。（４）基板の反りのワープ値が２０μｍ以下である上記
（１）記載の基板の製造方法。（５）補償膜を片面に形成した保持基板を、加工基板と
貼り合わせる上記（１）記載の基板の製造方法。（６）貼合せ基板の両面に補償膜を形成し、貼合せ基板
の研削工程中に一方の補償膜を除去する上記（１）記載
の基板の製造方法。（７）研削工程中に、貼合せ基板の保持基板面に選択的
に補償膜を形成する上記（１）記載の基板の製造方法。（８）絶縁層と補償膜のいずれか一方又は双方が酸化ケ
イ素である上記（２）記載の基板の製造方法。（９）基板の反りのワープ値が２０μｍ以下である上記
（２）記載の基板の製造方法。（１０）補償膜を片面に形成した保持基板を、加工基板
と貼り合わせる上記（２）記載の基板の製造方法。（１１）貼合せ基板の両面に補償膜を形成し、貼合せ基
板の研削工程中に一方の償膜を除去する上記（２）記載
の基板の製造方法。（１２）研削工程中に、貼合せ基板の保持基板面に選択
的に補償膜を形成する上記（２）記載の基板の製造方
法。（１３）絶縁層の上に半導体層が形成された基板におい
て、前記絶縁層による反りを相殺する補償膜が、前記絶
縁層上の半導体層が形成された基板の表面と反対側に形
成してあることを特徴とする基板。

【００１０】本発明の基板の製造方法は、絶縁層の上に
半導体層が形成してある基板を製造する際に、半導体層
と異なる熱膨張係数を持つ絶縁層により生じる基板の反
りを可及的に少なくする目的で、該基板に上記絶縁層の
反りを相殺する補償膜を形成するものである。

【００１１】具体的には、所定の加工をした後、表面に
酸化膜のような絶縁層を形成し、更に絶縁層に表面を平
滑化したシリコン膜又はガラス膜等の平滑化用膜を形成
し、このような加工基板の該平滑化用膜と、保持基板と
を貼合せ、貼り合わせた貼合せ基板の該加工基板を研削
して薄くすることにより貼合せウエハを製造すると、該
絶縁層が貼合せ基板の厚さ方向の中心面から遍在し、こ
れにより貼合せ基板に反りが生じる。これを防止するた
め、保持基板面に上記絶縁層による反りと反対方向の反
りを生じる補償膜を設け、この補償膜で絶縁層による反
りをキャンセルすることで、上記絶縁層による貼合せ基
板の反りを該補償膜で減少させることができる。

【００１２】この場合、絶縁層と補償膜は同じ酸化シリ
コンであることが一般的である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、具体的に図面を参照しながら説明する。図１、図２
は、本発明の基板の製造方法の一例を説明するもので、
図１に示すように、加工基板１０と、補償膜３０を形成
した保持基板２０とを貼り合わせた後、加工基板を研削
し、図２に示す選択研磨前の基板１’を得る工程を示
す。

【００１４】図１に示す加工基板１０の製造工程は従来
と同様であり、まず、シリコン基板１１に、例えばリソ
グラフィーと反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）で、図
５の（１）に示したように、段差を形成する。その後、
ゲート酸化膜１２を形成した後、ポリシリコン膜１３の
堆積、パターニングでゲート電極１３ａを形成する。そ
して絶縁層（埋込酸化膜）１４でゲート電極１３ａを埋
め、次いで貼合せ用ポリシリコン膜（平滑化用膜）１５
を形成し、貼合せ用ポリシリコン１５の表面を研磨によ
り平坦化して平滑面１５ａを形成する。この場合、シリ
コン基板の凹凸を形成した面の対面側にも、酸化膜１
２’、ポリシリコン膜１３’、絶縁層１４’、貼合せ用
ポリシリコン膜１５’が形成される。

【００１５】一方、保持基板２０は例えばシリコン基板
を使用し、その片面に加工基板１０の絶縁層１４と同じ
厚さの酸化膜３０を例えば同じＣＶＤで形成したものを
用いる。保持基板２０の片面のみに酸化膜３０を形成す
るには、例えばＣＶＤ法によるのが簡便であるが、その
他熱酸化法により両面に酸化膜を形成した後、片側の酸
化膜をＨＦを用いたウエットエッチング等で除去するこ
とにより作製することができる。

【００１６】そして、保持基板２０の補償酸化膜３０を
形成していない平滑面２０ａと加工基板１０の平滑面１
５ａとを通常の接合方法によって接合する。接合条件は
特に制限されないが、例えばＯ₂の雰囲気中、約９５０
〜１１００℃に加熱して０．５〜２時間密着させておく
ことにより、加工基板１０の平滑シリコン面１５ａと保
持基板２０の平滑シリコン面２０ａとが接合し、接合面
２１０で接合した貼合せ基板が形成される。なお、接合
用のシリコン膜１５に変えてガラス膜を用いても良い。

【００１７】次に、この貼合せ基板の加工基板側を研削
して、図２に示す貼合せ研削基板１’を得る。これによ
り、加工基板１０に形成された裏面側のシリコン膜１
５’、酸化膜１４’、ポリシリコン膜１３’、ゲート酸
化膜１２’が研削されて消滅する。この図２に示す貼合
せ研削基板は、本発明の基板を示す。本発明の基板は、
貼合せ直後又は貼合せ後の研削途中、さらには研削終了
後の貼合せ基板を含み、補償膜が形成されていればよ
い。

【００１８】このとき、絶縁層１４は貼合せ基板１’の
中心から遍在しているので、貼合せ基板１’に曲げモー
メントを生じさせるが、この曲げモーメントは、保持基
板２０に形成され、やはり中心から遍在し、絶縁層と対
面側にある補償酸化膜３０で生じる曲げモーメントによ
って相殺される。このため、図８に示したワープ値が減
り、ワープ値は、好ましくは２０μｍ以下、更に好まし
くは１５μｍ以下となる。このような小さなワープ値に
より、研磨の均一性が確保される。

【００１９】そして、この図２の状態から酸化膜ストッ
パー１２を利用して選択研磨が行われ、最初に形成した
段差に対応する薄膜ＳＯＩ層を有する貼合せＳＯＩ基板
が完成する。得られた貼合せＳＯＩ基板は、研磨レート
面内均一性が確保されているので、ＳＯＩ層膜厚の面内
均一性が保たれ、デバイス特性の面内のばらつきが最小
に抑制される。研磨が終了した後は、補償酸化膜は例え
ばエッチングあるいは研磨により除去する。

【００２０】上記絶縁層１４と補償酸化膜３０とは同じ
条件でＣＶＤされ、同じ厚さとすることが好ましいが、
本発明の目的から、次の式（１）で示される関係を満た
せば、一応目的とする反りの補償が達成されると考えら
れる。（Ｔ₁−Ｒ．Ｔ．）×ｔ₁＝（Ｔ₂−Ｒ．Ｔ．）×ｔ₂ …（１）ここで、Ｔ₁は絶縁層の形成温度、ｔ₁は絶縁層の膜
厚、Ｒ．Ｔ．は室温、Ｔ ₂は補償酸化膜の形成温度、ｔ
₂は補償酸化膜の膜厚である。なお、温度は何れも絶対
温度であり、膜厚は同じ単位を用いる。この場合、貼合
せ温度がＳｉＯ₂の軟化温度の約９５０℃を超えるとき
には、Ｔ₁は、貼合せ温度を用いる。これは、貼合せ時
の温度で酸化膜形成時の曲げモーメントがなくなり、貼
合せ時の温度から室温に戻るときの熱膨張係数の相違か
ら生じる曲げモーメントを補償する必要があるからであ
る。

【００２１】図３は、貼合せ基板を所定量研削し、絶縁
層の一方１４’が削られて消滅し、埋め込み酸化膜１４
が貼合せ基板１’の中心から遍在して曲げモーメントが
顕在化したとき（図３（１））に、貼合せ基板の保持基
板２０面に補償酸化膜３０を形成した状態（図３
（２））を示すものである。図３においては、図１、図
２と同じ構成部分には同一符号を付してその説明は省略
する。

【００２２】この場合、酸化膜を貼合せ研削基板の片側
のみに例えばＣＶＤ法により形成してもよく、あるいは
熱酸化法により貼合せ基板の両面に酸化膜を形成した
後、加工基板側に形成された酸化膜をエッチングあるい
は研磨により除去しても良い。また、図４は補償膜の別
の形成方法を示すもので、ここでは貼り合わせた後、こ
の貼合せ基板の両面（全面）に補償膜となる酸化膜を例
えばＣＶＤにより形成し、加工基板側補償酸化膜を通常
の研磨の工程で除去する方法を示している。この方法に
よれば、特別に酸化膜を片面に形成する操作は必要がな
いので、容易に能率良く補償膜を形成することができ
る。この図４においても、図１、図２と同じ構成部分に
は同一符号を付してその説明を省略する。

【００２３】本発明は、上記実施態様に限られるもので
はない。例えば上記例では絶縁層と補償膜の何れも酸化
膜で形成したが、例えば窒化シリコンでもよく、また、
これに限らず、絶縁層と補償膜とは異なる材料でもよ
く、あるいは積層膜でもよい。更に、絶縁層は形成した
後埋め込む方法のみならず、イオン注入により深く打ち
込むことで形成することも可能である。また、加工基板
に段差を設けた例を示したが、この段差のない通常の方
法にも、効果的に適用が可能であることは勿論である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更する
ことができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明の基板の製造方法によれば、絶縁
層による反りを確実に防止しながら絶縁層の上に半導体
層が形成された基板を得ることができる。また、本発明
の基板は、反りが抑制されて均一に研磨されるので、デ
バイス特性の面内のばらつきが抑制される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基板の製造方法に用いる加工基板と保
持基板を示す断面図である。

【図２】図１の２つの基板を貼り合わせて研削した状態
を示す断面図である。

【図３】（１）、（２）は、貼合せ研削基板の製造方法
を示す断面図である。

【図４】本発明の基板の製造方法の他の例を示す断面図
である。

【図５】従来の貼合せ基板の製造方法を示すもので、
（１）、（２）、（３）はそれぞれ工程の手順を示す断
面図である。

【図６】図５の続きの工程を示す断面図である。

【図７】絶縁層により貼合せ基板に反りが生じる様子を
説明する断面図である。

【図８】反りの基準となるｗａｒｐ値を説明する説明図
である。

【図９】反りが大きいウエハを研磨する状態を示す模式
図である。

【符号の説明】

１０加工基板１１シリコン基板１２ゲート酸化膜１３ａゲート電極１４絶縁層（埋込酸化膜）１５シリコン膜２０保持基板３０補償膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁層の上に半導体層が形成してある基板
を製造する方法において、絶縁層上の半導体層が形成された基板の表面と反対側
に、基板の反りを補償する補償膜を形成することを特徴
とする基板の製造方法。
【請求項２】半導体基板の表面に絶縁層を形成し、絶縁
層の表面に平坦化用膜を形成した加工基板を形成し、こ
の加工基板の平坦化用膜に保持基板を貼合せ、前記半導
体基板を研削することにより半導体層を形成する基板の
製造方法において、保持基板面の反貼合せ面に補償膜を形成し、前記絶縁層
による貼合せ基板の反りを該補償膜で減少させることを
特徴とする基板の製造方法。
【請求項３】絶縁層と補償膜のいずれか一方又は双方が
酸化ケイ素である請求項１記載の基板の製造方法。
【請求項４】基板の反りのワープ値が２０μｍ以下であ
る請求項１記載の基板の製造方法。
【請求項５】補償膜を片面に形成した保持基板を、加工
基板と貼り合わせる請求項１記載の基板の製造方法。
【請求項６】貼合せ基板の両面に補償膜を形成し、貼合
せ基板の研削工程中に一方の補償膜を除去する請求項１
記載の基板の製造方法。
【請求項７】研削工程中に、貼合せ基板の保持基板面に
選択的に補償膜を形成する請求項１記載の基板の製造方
法。
【請求項８】絶縁層と補償膜のいずれか一方又は双方が
酸化ケイ素である請求項２記載の基板の製造方法。
【請求項９】基板の反りのワープ値が２０μｍ以下であ
る請求項２記載の基板の製造方法。
【請求項１０】補償膜を片面に形成した保持基板を、加
工基板と貼り合わせる請求項２記載の基板の製造方法。
【請求項１１】貼合せ基板の両面に補償膜を形成し、貼
合せ基板の研削工程中に一方の補償膜を除去する請求項
２記載の基板の製造方法。
【請求項１２】研削工程中に、貼合せ基板の保持基板面
に選択的に補償膜を形成する請求項２記載の基板の製造
方法。
【請求項１３】絶縁層の上に半導体層が形成された基板
において、前記絶縁層による反りを相殺する補償膜が、前記絶縁層
上の半導体層が形成された基板の表面と反対側に形成し
てあることを特徴とする基板。