(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板用ウェーハに張り合わされたポリシリコン層と、このポリシリコン層の表面に形成され誘電体分離酸化膜により互いに絶縁された複数のシリコン島とを有する誘電体分離ウェーハにおいて、
上記ポリシリコン層は、上記誘電体分離酸化膜との界面側に５４０〜６７０℃での低温ＣＶＤ法により成長させた５０〜５０００ｎｍの厚さの種ポリシリコン層と、
この種ポリシリコン層の表面に、１２００〜１２９０℃での高温ＣＶＤ法を用いて成長させた高温ポリシリコン層とを有する誘電体分離ウェーハ。
【請求項２】
シリコンウェーハの表面に誘電体分離用溝を形成し、
この誘電体分離用溝の表面を含むシリコンウェーハの表面に誘電体分離酸化膜を形成し、
この誘電体分離酸化膜の表面にポリシリコン層を成長させ、
このシリコンウェーハをその裏面側から研削、研磨して、この研磨面に誘電体分離酸化膜で分離された複数の誘電体分離シリコン島を現出させる誘電体分離ウェーハの製造方法において、
上記ポリシリコン層を成長させるにあたって、
あらかじめ、上記誘電体分離酸化膜の表面に、５４０〜６７０℃での低温ＣＶＤ法により５０〜５０００ｎｍの厚さの種ポリシリコン層を成長させ、
その後、この種ポリシリコン層の表面に、１２００〜１２９０℃での高温ＣＶＤ法を用いて上記ポリシリコン層を成長させる誘電体分離ウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は誘電体分離ウェーハおよびその製造方法、詳しくは誘電体分離酸化膜の表面にポリシリコン層を成長させる際に、巣（空隙）の発生を抑えられる誘電体分離ウェーハおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、張り合わせシリコンウェーハの一種として、張り合わせ誘電体分離ウェーハが知られている。従来の張り合わせ誘電体分離ウェーハは、図５に示す各工程を経て製造されていた。図５は従来の誘電体分離ウェーハの製造工程を示す説明図である。
すなわち、まず、活性層用ウェーハとなる表面を鏡面加工したシリコンウェーハ１０を用意する（図５（ａ））。次いで、このシリコンウェーハ１０の表面に、マスク酸化膜１１を形成する（図５（ｂ））。それから、フォトリソグラフ法によって窓付きのレジスト膜１２を形成する。この窓を介して酸化膜１１に所定パターンの窓を形成し、シリコンウェーハ１０表面を露出させる。次に、ネガレジスト膜１２を除去した後、このシリコンウェーハ１０をエッチング液（ＩＰＡ／ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ）に浸漬して、ウェーハ表面の窓内部を異方性エッチングする（図５（ｃ））。このようにして、ウェーハ表面に断面Ｖ字形状の誘電体分離用溝１３が形成される。
なお、ここでいう異方性エッチングとは、シリコンウェーハ１０の結晶面方位に起因し、深さ方向のエッチング速度が水平方向よりも大きくて、エッチング速度が方向依存性を持ったエッチングのことである。
【０００３】
次に、マスク酸化膜１１を除去する（図５（ｄ））。それから、ウェーハ表面に、酸化熱処理によって誘電体分離酸化膜１４を形成する（図５（ｅ））。この結果、誘電体分離用溝１３表面にも酸化膜１４が形成される。そして、このウェーハ表面を洗浄する。
続いて、誘電体分離酸化膜１４の表面に、約１２００〜１３００℃の高温ＣＶＤ法で、高温ポリシリコン層１６を厚めに成長させる（図５（ｆ））。
それから、ウェーハ外周部を面取りし、必要に応じて、ウェーハ裏面を平坦化する。
次いで、ウェーハ表面の高温ポリシリコン層１６を厚さ約１０〜８０μｍまで研削・研磨する（図５（ｇ））。
この後、必要に応じて、ウェーハ表面に５５０〜７００℃の低温ＣＶＤ法で厚さ１〜５μｍの低温ポリシリコン層１７を形成し、それから張り合わせ面の鏡面化を図る目的で、低温ポリシリコン層１７の表面をポリッシングする。
【０００４】
一方では、支持基板用ウェーハとなるシリコンウェーハ２０を準備する（図５（ｈ））。これは、ウェーハ表面を鏡面加工したものである。
次に、このシリコンウェーハ２０に、上記活性層用ウェーハ用のシリコンウェーハ１０を、鏡面同士を接触させて張り合わせる（図５（ｉ））。
それから、この張り合わせウェーハの張り合わせ強度を高めるための熱処理を施す。
次にまた、図５（ｊ）に示すように、この活性層用ウェーハの外周部を面取りし、活性層用ウェーハ表面を研削・研磨する。この活性層用ウェーハの研削量は、誘電体分離酸化膜１４が外部に露出し、高温ポリシリコン層１６の表面に、誘電体分離酸化膜１４で区画された誘電体分離シリコン島１０Ａが現出するまでとする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の誘電体分離ウェーハの製造方法によれば、ポリシリコン層１６の高温ＣＶＤ法による成長時において、ポリシリコンは、図６に示すように、誘電体分離酸化膜１４の表面にパーティクルＰ、傷などが存在した場合、これらを成長核として徐々に成長していく。
その結果、このパーティクルなどを成長核とした多数のポリシリコン株１６ａの群れのうち、隣接するポリシリコン株１６ａとポリシリコン株１６ａとの間に気泡欠陥である巣（空隙）Ｂが発生するおそれがあった。
したがって、その後の工程を経ることで、この巣Ｂが誘電体分離ウェーハの表面に露出した場合、その部分が凹みとなり、ここにごみなどが残るという不都合が起きる懸念があった。また、この巣Ｂが誘電体分離ウェーハの表面に露出しない場合でも、ユーザ側のデバイス作製工程で、この巣Ｂを原因とする誘電体分離ウェーハの熱的劣化が発生するおそれもあった。なお、図６は従来手段に係るポリシリコン層の成長工程を示す説明図である。
【０００６】
そこで、発明者は、あらかじめ誘電体分離酸化膜上に低温ＣＶＤ法による種ポリシリコン層を薄く成長させ、その後、この種ポリシリコン層上に、高温ポリシリコン層を成長させれば、結晶の粒径が小さく被覆性が高い種ポリシリコン層の表面全域から略均一にポリシリコンが成長することを知見し、この発明を完成するに至った。
【０００７】
【発明の目的】
この発明は、露出したポリシリコン層表面の凹み、および、ポリシリコン層と誘電体分離酸化膜との界面から巣をなくせる誘電体分離ウェーハを提供することを、その目的としている。
また、この発明は、誘電体分離酸化膜とポリシリコン層との界面に巣を発生させることがない誘電体分離ウェーハの製造方法を提供することを、その目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、支持基板用ウェーハに張り合わされたポリシリコン層と、このポリシリコン層の表面に形成され誘電体分離酸化膜により互いに絶縁された複数のシリコン島とを有する誘電体分離ウェーハにおいて、上記ポリシリコン層は、上記誘電体分離酸化膜との界面側に５４０〜６７０℃での低温ＣＶＤ法により成長させた５０〜５０００ｎｍの厚さの種ポリシリコン層と、この種ポリシリコン層の表面に、１２００〜１２９０℃での高温ＣＶＤ法を用いて成長させた高温ポリシリコン層とを有する誘電体分離ウェーハである。
誘電体分離ウェーハは、ポリシリコン層を薄肉化した誘電体分離ウェーハの裏面に、支持基板用ウェーハを張り合わせたウェーハである。
種ポリシリコン層の厚さは５０〜５０００ｎｍ、好ましくは１００〜３０００ｎｍである。５０ｎｍ未満では、高温ポリシリコン層を積層する際に、ポリシリコンのエッチング作用により、この種ポリシリコン層の一部が消失し、孔が発生するおそれがある。５０００ｎｍを超えると、不必要に厚くなるという不都合が生じる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、シリコンウェーハの表面に誘電体分離用溝を形成し、この誘電体分離用溝の表面を含むシリコンウェーハの表面に誘電体分離酸化膜を形成し、この誘電体分離酸化膜の表面にポリシリコン層を成長させ、このシリコンウェーハをその裏面側から研削、研磨して、この研磨面に誘電体分離酸化膜で分離された複数の誘電体分離シリコン島を現出させる誘電体分離ウェーハの製造方法において、上記ポリシリコン層を成長させるにあたって、あらかじめ、上記誘電体分離酸化膜の表面に、５４０〜６７０℃での低温ＣＶＤ法により５０〜５０００ｎｍの厚さの種ポリシリコン層を成長させ、その後、この種ポリシリコン層の表面に、１２００〜１２９０℃での高温ＣＶＤ法を用いて上記ポリシリコン層を成長させる誘電体分離ウェーハの製造方法である。
【００１０】
ポリシリコン層の成長方法としては、高温ＣＶＤ法が採用できる。これは、シリコンを含んだ原料ガスをキャリアガス（Ｈ２ガスなど）とともに反応炉内へ導入し、高温に熱せられたシリコンウェーハ上に原料ガスの熱分解または還元によって生成されたシリコンを析出させる方法である。シリコンを含んだ化合物としては、通常、ＳｉＣｌ２Ｈ２，ＳｉＣｌ４，ＳｉＨＣｌ３などが用いられる。
反応炉としては、例えばドーム形の石英ベルジャー内で、シリコンウェーハを載せたサセプタを回転させながらガス導入して、高周波誘導により加熱する高周波誘導加熱型炉もある。さらに、この他にも、例えば石英容器内に収められた六角柱状のサセプタの各面にシリコンウェーハを張り付け、その後、このサセプタを、ガス導入および赤外線ランプにより加熱しながら回転するランプ加熱型炉なども採用することができる。
【００１１】
高温ＣＶＤ法によるポリシリコンの成長温度は炉の発熱方式により異なる。この用途に用いられる最も一般的な高周波誘導加熱炉では、１２００〜１２９０℃、特に１２３０〜１２８０℃が好ましい。１２００℃未満ではシリコンウェーハが割れ易いという不都合が生じる。また、１２９０℃を超えるとスリップが発生し、シリコンウェーハが割れに到り易いという不都合が生じる。
ポリシリコン層の厚さは、異方性エッチングを行った深さの２〜３倍の厚さに、残したいポリシリコン層の厚さを付加した厚さとする。ポリシリコン層厚が異方性エッチングを行った深さの２倍以下では、異方性エッチングの溝が十分に埋まらないことがある。一方で、３倍以上では、不要に厚く成長させることとなり、不経済である。
【００１２】
種ポリシリコン層の成長方法としては、常圧または減圧の低温ＣＶＤ法が採用される。これは、高温ＣＶＤ法と同様に、シリコンを含んだ原料ガスをキャリアガス（Ｈ２ガスなど）とともに反応炉内へ導入し、比較的低温に熱せられたシリコンウェーハ上に原料ガスの熱分解または還元によって生成されたシリコンを析出させる方法である。シリコンを含む化合物としては、ＳｉＨ４，ＳｉＨ２Ｃｌ２などが挙げられる。反応炉には、石英ベルジャー内でシリコンウェーハを載せたサセプターを回転させながらガス導入して、石英ベルジャーの外側から抵抗加熱する縦型反応炉や、石英チューブを横に寝かせ、シリコンウェーハを載せたボートをチューブ内に納め、ガス導入しながらチューブの外側から抵抗加熱する横型反応炉が使用できる。
種ポリシリコン層の成長温度は、５４０〜６７０℃、特に５７０〜６５０℃が好ましい。５４０℃未満では反応が遅いという不都合が生じる。一方、６７０℃を超えると、結晶粒が大きくなりすぎるという不都合が生じる。
【００１３】
種ポリシリコン層の成長時の圧力は、１０Ｐａ〜常圧、特に３０Ｐａ〜常圧が好ましい。１０Ｐａ未満では成長が遅いという不都合が生じる。一方、常圧を超えると、厚み分布が劣化するという不都合が生じる。
種ポリシリコン層の厚さは５０〜５０００ｎｍ、好ましくは１００〜３０００ｎｍである。５０ｎｍ未満では、高温ポリシリコン層を積層する際に、ポリシリコンのエッチング作用により、この種ポリシリコン層の一部が消失し、孔が発生するおそれがある。５０００ｎｍを超えると、不必要に厚くなるという不都合が生じる。
【００１４】
異方性エッチング液としては、ＫＯＨ（ＩＰＡ／ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ），ＫＯＨ（ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ），ＫＯＨ（ヒドラジン／ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ）といったアルカリ性エッチング液などを使用することができる。異方性エッチングの条件としては、通常の条件を適用することができる。
また、ウェーハ表面側のレジスト膜に、異方性エッチング用の窓部を形成するための各工程の条件としては、一般的な条件を採用することができる。
【００１５】
【作用】
この発明によれば、誘電体分離酸化膜の表面に低温ＣＶＤ法により種ポリシリコン層を比較的薄く成長させ、その後、この種ポリシリコン層の表面に、高温ＣＶＤ法によりポリシリコン層を成長させる。
低温ＣＶＤ法でのポリシリコンの成長は、高温ＣＶＤ法での成長に比べて結晶の粒径が小さい。その結果、仮に誘電体分離酸化膜の表面にパーティクルや傷があったとしても、これらは被覆性の高い種ポリシリコンにより徐々に被われていく。したがって、種ポリシリコン層の表面の平坦度が高まる。
よって、その後、この高平坦度な表面に、高温ＣＶＤ法でポリシリコンを成長させると、従来手段のポリシリコン株拡大型の成長とは異なる成長が起きる。すなわち、この誘電体分離酸化膜の全面において、略均一な厚さでポリシリコンが成長していく。これにより、誘電体分離酸化膜と、ポリシリコン層との間に発生する巣を低減させることができる。
これにより、誘電体分離ウェーハ表面に露出したポリシリコン層表面の凹み、および、誘電体分離ウェーハ内において、ポリシリコン層と誘電体分離酸化膜との界面から巣をなくすことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例に係る誘電体分離ウェーハおよびその製造方法を説明する。なお、ここでは従来技術の欄で説明した張り合わせ誘電体分離ウェーハを例に説明する。したがって、同一部分には同一符号を付す。
図１はこの発明の一実施例に係る種ポリシリコン層上の高温ポリシリコン層の成長過程を示す説明図である。図２はこの発明の一実施例に係る誘電体分離ウェーハの製造工程を示す説明図である。
まず、活性層用ウェーハとなる表面を鏡面加工したシリコンウェーハ１０を作製、準備する（図２（ａ））。
次いで、このシリコンウェーハ１０を洗浄後、ウェーハ表面に、マスク酸化膜１１を形成する（図２（ｂ））。なお、マスク酸化膜１１に代えて、ＣＶＤ法によりチッ化膜を成長させてもよい。
【００１７】
次に、このマスク酸化膜１１上にレジスト膜１２を被着する。そして、このレジスト膜１２に所定パターンの窓を形成する。
続いて、この窓を介して酸化膜１１に同じパターンの窓を形成し、シリコンウェーハ１０表面の一部を露出させる。
次に、レジスト膜１２を除去する。そして、ウェーハ表面を洗浄する。
さらに、このシリコンウェーハ１０を異方性エッチング液（ＩＰＡ／ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ）に所定時間だけ浸漬させる。その結果、シリコンウェーハ表面には所定パターンでの凹部（窪み）が形成される。よって、ウェーハ表面に異方性エッチングが施され、断面Ｖ字形状の誘電体分離用溝１３が形成される（図２（ｃ））。
【００１８】
次に、マスク酸化膜１１を除去する（図２（ｄ））。
その後、必要に応じて、シリコン内部にドーパントを注入し、次いでウェーハ表面に、酸化熱処理により誘電体分離酸化膜１４を形成する（図２（ｅ））。その結果、誘電体分離用溝１３上にも、誘電体分離酸化膜１４が形成される。
次に、このウェーハ表面を洗浄する。
【００１９】
続いて、誘電体分離酸化膜１４の表面上に、圧力１３０Ｐａ，ソースガスＳｉＨ４，６００℃の減圧・低温ＣＶＤ法により、種ポリシリコン層１５を５００ｎｍ成長させる。そして、洗浄後、この種ポリシリコン層１５上に、約１２００℃の高温ＣＶＤ法で、高温ポリシリコン層１６を１５０μｍ成長させる（図２（ｆ））。
低温ＣＶＤ法での成長は、ポリシリコンの結晶粒径が小さいので異物の被覆性が高い。このため、仮に誘電体分離酸化膜１４の表面にパーティクルや傷があっても、成長中の種ポリシリコンがこれらを徐々に被覆していく。したがって、種ポリシリコン層１５の表面は、平坦度が高い。
このことから、その後、この高平坦度な種ポリシリコン層１５上に、ポリシリコンを高温ＣＶＤ法で成長させた際、誘電体分離酸化膜１４の全面で、略均一な厚さを保ってポリシリコンが成長していく（図１参照）。その結果、誘電体分離酸化膜１４と、ポリシリコン層との間に発生していた巣をなくすことができる。
これにより、誘電体分離ウェーハの作製後、このウェーハ表面に露出した高温ポリシリコン層１６の表面の凹みもなくなる。
【００２０】
それから、ウェーハ外周部を面取りし、必要に応じ、ウェーハ裏面を平坦化する。次いで、高温ポリシリコン層１６を厚さ３０μｍ程度まで表面研削・研磨する（図２（ｇ））。
その後、ウェーハ表面に６００℃の低温ＣＶＤ法で厚さ３．０μｍ程度の低温ポリシリコン層１７を形成してから、張り合わせ面の鏡面化のために、低温ポリシリコン層１７の表面をポリッシングする。
【００２１】
一方、支持基板用ウェーハとなるシリコンウェーハ２０（ここではシリコン酸化膜２１により被われたもの）を準備する（図２（ｈ））。ウェーハ表面を鏡面加工したものである。
次に、このシリコンウェーハ２０上に、上記活性層用ウェーハ用のシリコンウェーハ１０を、鏡面同士を接触させて張り合わせる（図２（ｉ））。
そして、この張り合わせウェーハの張り合わせ強度を高める熱処理を行う。
それから、図２（ｊ）に示すように、活性層用のシリコンウェーハ１０の外周部を面取りし、必要に応じて支持基板用のシリコンウェーハ２０の酸化膜２１をＨＦ洗浄で除去した後、シリコンウェーハ１０を研削・研磨する。なお、この際の研削量は、誘電体分離酸化膜１４が外部に露出し、高温ポリシリコン層１６の表面上に、誘電体分離酸化膜１４で区画された誘電体分離シリコン島１０Ａが現出し、隣り合うシリコン島同士が完全に分離する量とする。
このようにして、張り合わせ誘電体分離ウェーハが製造される。
【００２２】
ここで、実際に、従来法（種ポリシリコン層を介さない）と、この発明（種ポリシリコン層を介する）との対比実験を行った際の、各シリコンウェーハ１０表面に現れた巣の発生数を記載する。なお、この実験は、従来法およびこの発明とも、それぞれウェーハ１０枚を一組とし、各々２回ずつ行った。
あらかじめ、異方性エッチングされた直径５インチ，厚さ６２５μｍ，誘電体分離溝１３の溝深さ６０μｍのシリコンウェーハ１０表面に、誘電体分離酸化膜を１μｍだけ形成する。その後、シリコンウェーハ１０表面に、以下の条件で高温ポリシリコン層を成長させる。図３には、シリコンウェーハ１０表面の各箇所における異方性エッチングのパターン領域を示している。巣は、これらの領域内で観測されたものである。
【００２３】
各部分の全体寸法は、８６００×８６００μｍである。その中に４９個のパターン（１パターン１１００×１１００μｍ）が形成されている（図４参照）。異方性エッチングの溝幅は１００μｍである。ただし、パターン全体の外周縁部の溝幅だけは１５０μｍに設定されている。なお、図４はシリコンウェーハ表面の一部分における異方性エッチングのパターンを示す説明図である。
高温ポリシリコン層の成長条件は、厚さ１５０μｍ、ソースガス（ＴＣＳ（トリクロルシラン））、成長温度１２００℃である。また、低圧・低温ＣＶＤ法によるこの発明の種ポリシリコン層の成長条件は、厚さ５００ｎｍ、ソースガス（ＳｉＨ４）、成長温度６００℃、圧力１３０Ｐａである。
その後、高温ポリシリコン層の表面を、＃３００の砥粒のビトリファイド研削砥石による１次研削後、＃１５００の砥粒のビトリファイド仕上げ研削砥石による仕上げ研削を施し、合わせて１００μｍ研削する。次いで、この研削面を２０μｍだけ研磨した後、１０枚のシリコンウェーハ１０の研磨面の面内全てに現れた巣の発生数を、光学顕微鏡を用いて蛍光灯下で全面スキャンする。こうして観察された結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
0003601763.tif 000002
【００２５】
表１から明らかなように、種ポリシリコン層を介さず、直接、高温ポリシリコン層を成長させた従来法では、１回目の実験時にはウェーハ１枚あたり平均１６．７個の巣の発生があった。また、２回目もほぼ同様の平均１７．９個の巣が発生した。これに対して、種ポリシリコン層を介したこの発明では、１回目および２回目とも巣は発生しなかった。
【００２６】
【発明の効果】
この発明によれば、誘電体分離酸化膜上にポリシリコン層を成長させる際に、低温ＣＶＤ法による種ポリシリコン層を介在させて、ポリシリコン層を成長させるようにしたので、露出したポリシリコン層表面の凹み、および、ポリシリコン層と誘電体分離酸化膜との界面に生じる巣の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る種ポリシリコン層上の高温ポリシリコン層の成長過程を示す説明図である。
【図２】この発明の一実施例に係る誘電体分離ウェーハの製造工程を示す説明図である。
【図３】シリコンウェーハ表面の全体における異方性エッチングのパターンを示す説明図である。
【図４】シリコンウェーハ表面の一部分における異方性エッチングのパターンを示す説明図である。
【図５】一般的な誘電体分離ウェーハの製造工程を示す説明図である。
【図６】従来手段に係るポリシリコン層の成長工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  シリコンウェーハ、
１０Ａ  誘電体分離シリコン島、
１１  マスク酸化膜、
１２  レジスト膜、
１３  誘電体分離用溝、
１４  誘電体分離酸化膜、
１５  種ポリシリコン層、
１６  高温ポリシリコン層。
【図１】
0003601763.tif 000003
【図２】
0003601763.tif 000004
【図３】
0003601763.tif 000005
【図４】
0003601763.tif 000006
【図５】
0003601763.tif 000007
【図６】
0003601763.tif 000008