(57)【要約】【課題】少なくとも一方に低抵抗シリコンウェーハを使用し、かつ、両方に酸化膜を形成したシリコンウェーハ同士を貼り合わせて、貼り合わせ強度の高いＳＯＩウェーハを製造することにある。【解決手段】比抵抗０．０２Ωｃｍ以下のシリコンウェーハと比抵抗０．０２Ωｃｍを超えるシリコンウェーハの両方に酸化膜を形成し、酸化膜を介してシリコンウェーハ同士を貼り合わせた後、１２００℃以上で２時間以上加熱し、貼り合わせ面の酸化膜の密着性を向上させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
比抵抗０．０２Ωｃｍ以下のシリコンウェーハと比抵抗０．０２Ωｃｍを超えるシリコンウェーハの両方に酸化膜を形成し、該酸化膜を介してシリコンウェーハ同士を貼り合わせた後、１２００℃以上で２時間以上加熱するＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項２】
比抵抗０．０２Ωｃｍ以下のシリコンウェーハに酸化膜を形成し、酸化膜を形成したシリコンウェーハ同士を前記酸化膜を介して貼り合わせた後、１２００℃以上で２時間以上加熱するＳＯＩウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＯＩウェーハの製造方法に係り、特に、酸化膜を形成したシリコンウェーハ同士を貼り合わせてＢＯＸ層（埋め込み酸化膜）を形成するＳＯＩウェーハの製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、単結晶シリコンインゴットをスライスして鏡面研磨し、比抵抗３Ωｃｍの２枚のシリコンウェーハを生成することが記載されている。そして、生成したシリコンウェーハの一方に絶縁性の酸化膜を形成し、シリコンウェーハ同士を酸化膜を介して貼り合わせ、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）層を有するＳＯＩウェーハを製造するようにしている。また、同文献では、貼り合わせたＳＯＩウェーハを８００℃以上、例えば、１１００℃で２時間加熱して、ＳＯＩウェーハの貼り合わせ強度を増加するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５３１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、最終的に製造する半導体デバイスのタイプ及び特性に応じて、ＳＯＩウェーハの活性側Ｓｉ層及び支持側Ｓｉ層の不純物（Ｎ型、Ｐ型）濃度を種々指定される。そこで、指定濃度に応じた不純物をシリコンの溶湯に混入して、指定された不純物濃度の単結晶シリコンのインゴットを製造している。そして、そのインゴットをスライスし、必要なエッチング処理及び研磨処理を施してウェーハを製造している。このようにして、不純物濃度に応じて比抵抗が低抵抗から高抵抗までの種々のシリコンウェーハが製造される。
【０００５】
しかしながら、特許文献１には、低抵抗（例えば、比抵抗０．０２Ωｃｍ以下。）同士のシリコンウェーハに酸化膜を形成して貼り合わせること、あるいは、一方が低抵抗で他方が高抵抗（例えば、比抵抗０．０２Ωｃｍを超える。）のシリコンウェーハに酸化膜を形成して貼り合わせることについては記載されていない。つまり、このような組み合わせのシリコンウェーハ同士を貼り合わせて強度を十分なものとする技術については配慮されていない。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、少なくとも一方に低抵抗シリコンウェーハを使用し、かつ、両方に酸化膜を形成したシリコンウェーハ同士を貼り合わせて、貼り合わせ強度の高いＳＯＩウェーハを製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発明者らは、少なくとも一方に低抵抗のシリコンウェーハを用いてＳＯＩウェーハを製造すると、ＳＯＩウェーハの貼り合わせ強度が低下することを知見した。この原因は、低抵抗シリコンウェーハは不純物濃度が高いから、インゴット製造時に径方向に不純物の濃度分布が生じ、その影響によりシリコンウェーハ表面の硬度やエッチング液に対する溶解度が異なり、研磨では除去しきれない凹凸がシリコンウェーハの表面に波状に残る。そして、この凹凸に応じて酸化膜が形成されるから、低抵抗シリコンウェーハの貼り合わせ面はラフネス（表面粗さ）が大きくなるため、加熱条件の如何によっては、貼り合わせ界面の酸化膜同士の密着性が低下しボイド（空隙）が残るものと推察される。
【０００８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、少なくとも一方が低抵抗シリコンウェーハを用いて、酸化膜同士を貼り合わせて所謂ＢＯＸ層を形成したＳＯＩウェーハを製造するにあたって、貼り合わせ時の加熱条件を確立し、安定した貼り合わせ強度の貼り合わせＳＯＩウェーハを提供することにある。
【０００９】
これらの知見に基づいて、上記課題を解決するため、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法は、比抵抗０．０２Ωｃｍ以下のシリコンウェーハと比抵抗０．０２Ωｃｍを超えるシリコンウェーハの両方に酸化膜を形成し、酸化膜を介してシリコンウェーハ同士を貼り合わせた後、１２００℃以上で２時間以上加熱することを特徴とする。
【００１０】
また、両方のシリコンウェーハの比抵抗が０．０２Ωｃｍ以下であって、かつ、酸化膜を形成した場合も、貼り合わせた後に１２００℃以上で２時間以上加熱することを特徴とする。
【００１１】
これによれば、シリコンウェーハの比抵抗に応じて加熱温度及び加熱時間を十分大きくしたから、貼り合わせ面の酸化膜が十分に軟化するとともに、十分になじむので、ボイドを排除して貼り合わせ強度の高いＳＯＩウェーハを製造することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、少なくとも一方に低抵抗シリコンウェーハを用いてＢＯＸ層を形成したＳＯＩウェーハを製造しても、ＳＯＩウェーハの貼り合わせ強度を高くできるとともに、安定した貼り合わせ強度のＳＯＩウェーハを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１及び比較例１〜３の貼り合わせ強度を比較した図である。
【図２】高抵抗シリコンウェーハ同士及び低抵抗シリコンウェーハ同士の貼り合わせ界面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。本実施形態の比抵抗０．０２Ωｃｍ以下のシリコンウェーハ（以下、低抵抗シリコンウェーハという。）は、例えば、単結晶シリコンインゴットをワイヤーソーなどでスライスして薄円板状に形成される。単結晶シリコンインゴットは、例えば、多結晶シリコンと所定量の不純物を石英るつぼに入れて溶融し、溶融させたシリコンの液面に種結晶シリコンをつけ種結晶シリコンを回転させながら引き上げて製造される（ＣＺ法）。Ｎ型の低抵抗シリコンウェーハを製造する場合は、例えば、砒素、アンチモン、リンを不純物として添加し、Ｐ型の低抵抗シリコンウェーハを製造する場合は、例えば、ボロンを不純物として添加する。なお、シリコンインゴットの製造方法はＣＺ法に限定されず、ＭＣＺ法など周知の製造方法を使用できる。
【００１５】
スライスされた低抵抗シリコンウェーハは、例えば、粗研磨された後、必要なエッチング処理及び研磨処理され、表面が平坦度の高い鏡面に仕上げられる。鏡面仕上げされた低抵抗シリコンウェーハは、例えば、所定の酸素濃度雰囲気中で加熱され表面に酸化膜（ＳｉＯ２）が形成される。酸化膜が形成された２枚の低抵抗シリコンウェーハは、例えば、室温雰囲気のクリーンルーム内で重ね合わせることで張り合わされる。なお、この貼り合わせは、常圧、減圧雰囲気などで行うことができる。また、重ね合わせた低抵抗シリコンウェーハ同士を自重により、又は、適宜押圧して貼り合わせることができる。
【００１６】
貼り合わされた低抵抗シリコンウェーハは、酸化膜が軟化する温度、例えば、１２００℃以上で２時間以上加熱される。これにより、貼り合わせ面の酸化膜同士が十分に軟化するとともに、十分になじむことになり、貼り合わせ強度の高いＳＯＩウェーハを製造することができる。このように製造されたＳＯＩウェーハは、貼り合わせ面を境に一方が支持側Ｓｉ層となり、他方が半導体デバイスが形成される活性側Ｓｉ層となる。
【実施例】
【００１７】
次に、図１を用いて本発明の実施例を説明する。実施例１は、比抵抗０．０１Ωｃｍ、０．０１７Ωｃｍ、０．０２Ωｃｍの３種類で２枚ずつ（活性側用ウェーハと支持側用ウェーハ）の低抵抗シリコンウェーハの両方に酸化膜を形成し、酸化膜を介して貼り合わせた後に１２００℃で２時間加熱した。これに対し、実施例１の加熱時間のみを１時間にしたものを比較例１とし、実施例１の低抵抗シリコンウェーハを比抵抗０．１Ωcmと１０Ωcmの２種類で２枚ずつの高抵抗のシリコンウェーハに変えて、貼り合わせた後に１２００℃で１時間加熱した場合を比較例２とし、実施例１の酸化膜を一方の低抵抗シリコンウェーハにのみ形成し、加熱温度を１１５０℃に変更したものを比較例３とした。
【００１８】
貼り合わせ強度の評価は、実施例及び比較例で製造したＳＯＩウェーハを貼り合わせ面と直交する方向に切断してＨＦ液に浸積し、貼り合わせ面の断面を走査電子顕微鏡で観察し、ＨＦ液による腐食（エッチング）の深さにより評価した。この評価により、ボイドの発生箇所はＨＦ液との接触面積が大きくＨＦ液によるエッチングが深い異常エッチングになるから、異常エッチングの有無を評価することでボイドの有無がわかるので、貼り合わせ強度を評価できる。
【００１９】
図１に示すように、１２００℃で２時間加熱した実施例１は、異常エッチングが観察されなかったので、貼り合わせ面のボイドが排除されて貼り合わせ強度が高いといえる。これに対して、１２００℃で１時間加熱した比較例１は、異常エッチングが観察されたので、貼り合わせ面にボイドが残り貼り合わせ強度が低いといえる。また、比抵抗０．０２Ωｃｍを超えるシリコンウェーハ（以下、高抵抗シリコンウェーハという。）を用いた比較例２は、異常エッチングが観察されなかったことから、比較例１と同じ条件でも十分な貼り合わせ強度が得られたといえる。
【００２０】
一方、酸化膜を片方にのみ形成し、１１５０℃で２時間加熱した比較例３は、異常エッチングが認められなかった。この１１５０℃で２時間加熱は、従来の高抵抗シリコンウェーハの加熱条件であるから、貼り合わせ強度の低下は、酸化膜同士を貼り合わせてＢＯＸ層を形成した場合のみに発生すると考えられる。
【００２１】
ここで、低抵抗シリコンウェーハを使用した場合の貼り合わせ強度の低下について説明する。高抵抗シリコンウェーハと低抵抗シリコンウェーハの表面をＸＲＴ（Ｘ線トポグラフ）で観察したところ、低抵抗シリコンウェーハにはドーパントストリエーション（不純物のむら）が年輪状に認められたが、高抵抗シリコンウェーハには殆ど認められなかった。これにより、低抵抗シリコンウェーハの貼り合わせ面は、高抵抗シリコンウェーハの貼り合わせ面よりもラフネスが大きく、貼り合わせ界面にボイドが生じやすいと考えられる。
【００２２】
これを、図２を用いて模式的に説明する。図２（Ａ）に高抵抗シリコンウェーハ同士の貼り合せを示し、図２（Ｂ）に低抵抗シリコンウェーハ同士の貼り合わせを示す。図２（Ａ）（ａ）に示すように、酸化膜を形成した高抵抗シリコンウェーハ同士を室温で貼り合わせるだけでは、貼り合わせ面のラフネスにより貼り合わせ界面１にボイド３が形成される。これを、１２００℃で１時間加熱すると、図２（Ａ）（ｂ）に示すように酸化膜５が軟化し、酸化膜５同士がなじむから、ボイド３が除去され、貼り合わせ界面１の密着性が向上する。
【００２３】
一方、図２（Ｂ）（ｃ）に示すように、酸化膜５を形成した低抵抗シリコンウェーハ同士を室温で貼り合わせると、貼り合わせ面のラフネスが大きいため、図２（Ａ）（ａ）に比べて、大きなボイド３が多く存在していることがわかる。そのため、高抵抗シリコンウェーハと同一の加熱条件（１２００℃で１時間）で加熱しても、図２（Ｂ）（ｄ）に示すように、貼り合わせ界面１にボイド３が残り酸化膜５同士の密着性が悪いから、ＳＯＩウェーハの貼り合わせ強度が低下したと考えられる。
【００２４】
しかし、本実施形態は、シリコンウェーハの比抵抗に応じて加熱温度及び加熱時間を十分大きくしたから、貼り合わせ面の酸化膜が十分に軟化するとともに、十分になじむことになり、ボイドを排除でき、低抵抗シリコンウェーハを使用しても貼り合わせ強度の高いＳＯＩウェーハを製造することができる。つまり、低抵抗シリコンウェーハを使用する場合は、加熱条件を１２００℃以上で２時間以上とすることで、不純物の濃度分布による貼り合わせ面のボイドを埋めることができ、貼り合わせ強度の高いＳＯＩウェーハを製造できる。そして、ＳＯＩウェーハの貼り合わせ強度を高くできることから、活性側と支持側のＳｉ層が剥がれることを低減でき、半導体デバイスの歩留まりを向上できる。
【００２５】
また、酸化膜を形成した低抵抗シリコンウェーハ同士を貼り合わせても貼り合わせ強度の高いＳＯＩウェーハを製造できることから、片方にのみ酸化膜を形成する場合に比べてＢＯＸ層を容易に厚くできる。
【００２６】
なお、加熱温度は１２００℃以上であればよく、高温によってＳｉ層の単結晶がずれるスリップが発生しにくい温度範囲にすることができる。また、加熱時間は２時間以上であればよく、生産性などに応じて適宜選択できる。
【００２７】
また、貼り合わせ強度の低下は低抵抗シリコンウェーハの径の大きさに関係無く発生するから、低抵抗シリコンウェーハの径は限定されるものではない。また、低抵抗シリコンウェーハや酸化膜の厚さは半導体デバイスの仕様などに応じて適宜選択できる。
【００２８】
なお、一方が低抵抗シリコンウェーハで他方が高抵抗シリコンウェーハの場合でも、高抵抗シリコンウェーハの加熱条件では十分な貼り合わせ強度が得られないから、この場合も１２００℃以上で２時間以上加熱して貼り合わせ強度の高いＳＯＩウェーハを製造できる。
【符号の説明】
【００２９】
１  貼り合わせ界面
３  ボイド
５  酸化膜
【図１】
2010263160.tif 000003
【図２】
2010263160.tif 000004