(57)【要約】【課題】ＣＶＤ酸化膜−シリコン間でのウェーハ貼り合わせにおいて、ボイドの発生を防止可能なウェーハ貼り合わせ方法を提供する。【解決手段】貼り合わせ界面に介在される酸化膜（埋め込み酸化膜）としてＣＶＤ酸化膜を採用した場合でも、第１のウェーハと第２のウェーハとを貼り合わせる前処理として、少なくとも第１のウェーハのＣＶＤ酸化膜の表面（貼り合わせ界面）に対して、有機物の除去後、表面ラフネスを小さくすれば、両ウェーハの貼り合わせ界面における有機物と表面ラフネスとを原因としたボイドの発生を防止可能である。【選択図】図１
2011103409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にＣＶＤ酸化膜が形成された第１のウェーハと、シリコンからなる第２のウェーハとを、前記ＣＶＤ酸化膜を介して貼り合わせるウェーハ貼り合わせ方法において、
この貼り合わせの前処理として、前記第１のウェーハの貼り合わせ界面と前記第２のウェーハの貼り合わせ界面とのうち、少なくとも前記第１のウェーハの貼り合わせ界面に対して、有機物を除去する処理と表面ラフネスを小さくする処理とを行い、
このうち、前記有機物を除去する処理は、ＳＣ１洗浄液、ＳＣ２洗浄液、第１洗浄用のＨＦ溶液と該第１洗浄後に行われる第２洗浄用のオゾン水とからなる２段階洗浄液の何れかを使用した洗浄と、酸素または窒素ガスの雰囲気での２００℃以上の熱処理とのうち、少なくとも１つで、前記表面ラフネスを小さくする処理は、研磨量が２００〜２０００Åのタッチポリッシュと、５０〜５００Ｗの高周波プラズマに５〜６０秒間さらすプラズマ処理とのうち、少なくとも１つであるウェーハ貼り合わせ方法。
【請求項２】
前記有機物を除去する処理では前記洗浄が行われ、
前記表面ラフネスを小さくする処理では、前記タッチポリッシュ後に前記プラズマ処理が行われる請求項１に記載のウェーハ貼り合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はウェーハ貼り合わせ方法、詳しくは表面にＣＶＤ酸化膜が形成されたウェーハと、表面がシリコンのシリコンウェーハとを貼り合わせるウェーハ貼り合わせ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２枚のウェーハを酸化膜を介して貼り合わせる貼り合わせＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハの製造方法として、例えば特許文献１が知られている。これは、水素イオン剥離法を利用したもので、貼り合わせ界面の炭素濃度を５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下とし、２枚のウェーハを貼り合わせることで、貼り合わせ界面のボイド低減を図る技術である。
水素イオン剥離法とは、酸化膜を形成後、水素（または軽元素）を所定深さ位置にイオン注入した一方のウェーハと、酸化膜を有しない他方のウェーハとを貼り合わせ、得られた貼り合わせウェーハを熱処理することで、イオン注入領域から一方のウェーハの一部を剥離して活性層を形成する方法である。
【０００３】
特許文献１では、炭素濃度の５×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下を実現するため、貼り合わせの前処理として、両ウェーハの貼り合わせ面に対して、ＳＣ１洗浄、ＳＣ２洗浄にオゾン洗浄、硫酸過水洗浄を組み合わせた洗浄を行う。
貼り合わせ界面の有機物汚染と、貼り合わせウェーハの結合不良とは、密接な関係があることが知られており、炭素濃度は有機物汚染の指標となる。貼り合わせ界面に有機物汚染が存在すれば、貼り合わせ界面にトラップされた有機物が高温の貼り合わせ熱処理を受けてガス化し、そのガス圧が貼り合わせ強度およびシリコンの剛性に優った時、ボイド（未接合領域）が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３０９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１は、熱酸化膜が表面に形成されたウェーハと、熱酸化膜を有しないウェーハという比較的有機物の汚染レベルが低く、表面ラフネスも小さいウェーハ間での貼り合わせのみ有効な技術であった。すなわち、デバイス工程で一般的に行われているＣＶＤ酸化膜−シリコン間の貼り合わせに関しては、ボイドの低減は不十分であった。これは、ＣＶＤ酸化膜が熱酸化膜より低密度であるため、表面ラフネスが大きく、不純物も多いためである。
【０００６】
そこで、発明者は鋭意研究の結果、貼り合わせ界面に介在される酸化膜がＣＶＤ酸化膜であっても、貼り合わせの前に、ＣＶＤ酸化膜の表面に対して、洗浄や熱処理からなる有機物除去と、軽度な研磨のタッチポリッシュやプラズマ処理からなる表面ラフネスの低減を行えば、有機物と表面ラフネスとを原因としたボイドの発生を防止可能であることを知見し、この発明を完成させた。
この発明は、貼り合わせが困難なＣＶＤ酸化膜−シリコン間のウェーハ貼り合わせにおいて、貼り合わせを可能とするとともに、ボイドの発生も抑制することができるウェーハ貼り合わせ方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、表面にＣＶＤ酸化膜が形成された第１のウェーハと、シリコンからなる第２のウェーハとを、前記ＣＶＤ酸化膜を介して貼り合わせるウェーハ貼り合わせ方法において、この貼り合わせの前処理として、前記第１のウェーハの貼り合わせ界面と前記第２のウェーハの貼り合わせ界面とのうち、少なくとも前記第１のウェーハの貼り合わせ界面に対して、有機物を除去する処理と表面ラフネスを小さくする処理とを行い、このうち、前記有機物を除去する処理は、ＳＣ１洗浄液、ＳＣ２洗浄液、第１洗浄用のＨＦ溶液と該第１洗浄後に行われる第２洗浄用のオゾン水とからなる２段階洗浄液の何れかを使用した洗浄と、酸素ガスまたは窒素ガスの雰囲気での２００℃以上の熱処理とのうち、少なくとも１つで、前記表面ラフネスを小さくする処理は、研磨量が２００〜２０００Åのタッチポリッシュと、５０〜５００Ｗの高周波プラズマに５〜６０秒間さらすプラズマ処理とのうち、少なくとも１つであるウェーハ貼り合わせ方法である。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、第１のウェーハと第２のウェーハとを貼り合わせる前に、第１のウェーハと第２のウェーハとのうち、少なくとも第１のウェーハの貼り合わせ界面（ＣＶＤ酸化膜の表面）の有機物を除去する処理を行う。具体的には、ＳＣ１洗浄液、ＳＣ２洗浄液、第１洗浄用のＨＦ溶液と第２洗浄用のオゾン水とからなる２段階洗浄液の何れかを使用した洗浄と、酸素ガスまたは窒素ガスの雰囲気での２００℃以上の熱処理とのうち、少なくとも１つの処理である。
また、第１のウェーハと第２のウェーハとのうち、少なくとも第１のウェーハの貼り合わせ界面に、表面ラフネスを低減する処理を行う。具体的には、研磨量が２００〜２０００Åのタッチポリッシュと、５０〜５００Ｗの高周波プラズマに５〜６０秒間さらすプラズマ処理とのうち、少なくとも１つの処理である。
次に、両貼り合わせ界面を重ね合わせ、第１のウェーハと第２のウェーハとを貼り合わせる。このとき、少なくとも第１のウェーハの貼り合わせ界面（ＣＶＤ酸化膜の表面）は、有機物が除去され、かつ表面ラフネスも改善されている。そのため、貼り合わせが困難なＣＶＤ酸化膜−シリコン間でのウェーハ貼り合わせであっても、貼り合わせが可能となり、かつ貼り合わせ界面のボイドの発生も抑制可能となる。
【０００９】
第１のウェーハおよび第２のウェーハとしては、例えば、チョクラルスキー法により引き上げられた単結晶シリコンインゴットをウェーハ加工して得られた単結晶シリコンウェーハを採用することができる。第１のウェーハの表面には、ＣＶＤ酸化膜が形成されている。ＣＶＤ酸化膜は、ウェーハ裏面にも形成してよい。
第１のウェーハおよび第２のウェーハの口径は任意である。例えば１００ｍｍ、１２５ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍ以上でもよい。
【００１０】
貼り合わせウェーハとしては、活性層側のウェーハの薄膜化を伴う各種の貼り合わせＳＯＩウェーハを採用することができる。例えば、両ウェーハの貼り合わせ後、活性層側となるウェーハを研削、研磨、エッチングにより薄膜化することで活性層を得る一般的な貼り合わせＳＯＩウェーハが挙げられる。その他、水素イオン剥離方式（スマートカット法）による貼り合わせＳＯＩウェーハでもよい。なお、貼り合わせウェーハとしては、ウェーハの薄膜化を伴わないものでもよい。
【００１１】
ここで、水素イオン剥離法によるＳＯＩウェーハの製造方法を説明する。まず、２×１０１６〜８×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、加速電圧が５０ｋｅＶ以下で、活性層側のウェーハの表面から水素をイオン注入し、そのウェーハ表層にイオン注入層を形成する。その後、活性層側のウェーハの表面に、ＣＶＤ酸化膜を介して、支持基板側のウェーハを常温で貼り合わせ、貼り合わせウェーハを作製する。次に、貼り合わせウェーハに加熱温度４００〜５５０℃、加熱時間１〜６０分間で熱処理を施す。これにより、イオン注入層に水素バブルが発生し、活性層側のウェーハが表層で劈開され、ＣＶＤ酸化膜の表面に活性層が残る。次に、活性層とＣＶＤ酸化膜（支持基板側のウェーハ）との貼り合わせ強度を高めるため、貼り合わせウェーハに対して、酸素ガスまたは窒素ガスの雰囲気で、８００℃以上、２時間以上の貼り合わせ熱処理を施す。こうして水素イオン剥離方式のＳＯＩウェーハが製造される。活性層側のウェーハとしては、表面にＣＶＤ酸化膜が形成された第１のウェーハを採用することができる。また、露出面がシリコンである第２のウェーハでもよい。活性層の厚さは、例えば０．０１〜０．５μｍである。
【００１２】
ＣＶＤ酸化膜とは、ＣＶＤ装置を用いて、成長ガス（酸化膜材料を構成する元素からなる１種または数種の化合物ガス、単体ガス）をウェーハ表面に供給し、気相またはウェーハ表面での化学反応により形成された酸化膜である。例えば、４００〜４５０℃で化学気相蒸着（ＣＶＤ）法により第１のウェーハの表面にＣＶＤ酸化膜が形成される。
成長ガスとしては、無機シラン系（ＳｉＨ４など）ガス、有機シラン系（ＴＥＯＳなど）ガスを採用することができる。
ＣＶＤ装置としては、例えば熱ＣＶＤ装置、プラズマＣＶＤ装置、光ＣＶＤ装置、レーザＣＶＤ装置などを採用することができる。
ＣＶＤ酸化膜は、貼り合わせウェーハの埋め込み酸化膜となる。そのため、その厚さは用途に応じて設定されるが、一般的には０．１〜５．０μｍである。
【００１３】
第１のウェーハと第２のウェーハとの貼り合わせは、例えば室温（１５〜３５℃）で行ってもよい。
貼り合わせウェーハの貼り合わせ強度（接合強度）を高める熱処理の条件としては、８００℃以上、例えば１０００℃で２〜１０時間である。雰囲気ガスとしては、例えば酸素ガスの他、窒素やアルゴンなどの不活性ガスを採用することができる。
貼り合わせウェーハの薄膜化を行う場合の薄膜化方法としては、研削、研磨、エッチングなどを採用することができる。
【００１４】
有機物の除去および表面ラフネスの減少の両処理が施されるのは、第１のウェーハの貼り合わせ界面のみ、または、この界面と第２のウェーハの貼り合わせ界面の両方の何れかである。
有機物を除去する処理と表面ラフネスを小さくする処理とを実施する順序は任意である。例えば、有機物の除去処理後に表面ラフネスの減少処理を行ってもよい。
有機物を除去する処理としては、洗浄、熱処理、これらの両方の何れでもよい。
このうち、洗浄工程は、ＳＣ１洗浄液を使用するＳＣ１洗浄、ＳＣ２洗浄液を使用するＳＣ２洗浄、ＨＦ溶液とオゾン水とを使用する２段階洗浄の何れか１つ、またはこれらの何れか２つ、もしくはこれらの全てでもよい。
ＳＣ１洗浄では、ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１：７〜１：２：７の容量比で混合して調製したＳＣ１洗浄液を使用し、このＳＣ１洗浄液（液温７５〜８５℃）中に１０〜２０分間、ウェーハ浸漬処理する。これにより、ウェーハ表面の有機物が除去される。ＳＣ１洗浄時には、ウェーハ表面が４ｎｍ程度エッチングされるため、ウェーハ表面のパーティクルも除去される。
【００１５】
ＳＣ２洗浄では、塩酸過酸化水素水溶液（ＨＣＬ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ−１：１：６）からなるＳＣ２洗浄液を使用し、このＳＣ２洗浄液（液温は室温）中に数１０秒間、ウェーハ浸漬処理する。これにより、ウェーハ表層に形成されたシリコン酸化膜が、ウェーハ表面に付着した有機物とともに除去される。
２段階洗浄では、第１洗浄液であるＨＦ溶液と、第２洗浄液であるオゾン水を順次使用する。第１洗浄では、水にＨＦが０．１〜１．０容量％溶けたＨＦ溶液を使用し、貼り合わせウェーハをこのＨＦ溶液（液温１５〜３５℃）中に１〜５分間浸漬する。これにより、ウェーハ表層に形成されたシリコン酸化膜が、ウェーハ表面に付着した有機物とともに除去される。
続く第２洗浄では、オゾンが５〜３０ｐｐｍ含まれたオゾン水（液温１５〜３５℃）を使用し、このオゾン水の中に、貼り合わせウェーハを２〜１０分間浸漬する。これにより、ウェーハ表面に付着した有機物を分解して除去した後、ウェーハ表面に均一で平坦な酸化膜が新たに形成される。
【００１６】
熱処理における炉内雰囲気ガスとしては、酸素ガスまたは窒素ガスを採用することができる。このうち、後工程の保護膜を成膜できることや最外周の貼り合せの弱い部分を保護できるという理由で酸素ガスが最も好ましい。
熱処理温度が２００℃未満では、接合強度が弱く、後工程の薄膜化で、貼り合せ界面から剥離してしまう。熱処理の好ましい温度は、３００〜５００℃である。この範囲であれば、低温プロセスによる低コスト化が図れるとともに、接合強度を十分に確保することができる。
熱処理することで、貼り合わせ界面に付着した有機物が除去（焼失）され、かつその貼り合わせ界面も熱処理されて表面ラフネスが小さくなる。これは、有機物による表面段差を緩和でき、かつ酸化膜の粘性流動により表面の平坦化を計ることができるためである。
【００１７】
表面ラフネスを小さくする処理としては、タッチポリッシュのみ、プラズマ処理のみ、またはこれらの両方を採用することができる。
「タッチポリッシュ」とは、研磨量が極めて少ない研磨、例えばＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）による研磨をいう。常圧ＣＶＤ装置で形成されたＣＶＤ酸化膜の表面粗さは、Ｒｍｓ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）で１．０ｎｍ程度ある。これは、そのままでは第２のウェーハとの貼り合わせが困難なレベルである。そのため、ＣＶＤ酸化膜の表面をタッチポリッシュし、その表面粗さを低減して貼り合わせが可能なレベルとする。ＣＶＤ酸化膜は熱酸化膜に比べてやわらかく、研磨速度が速い。そのため、容易に平坦化することができる。
タッチポリッシュの研磨量が２００Å未満では、研磨量が少なすぎるためラフネスを十分に緩和することができない。また、２０００Åを超えれば、研磨形状を表面に転写しやすくなり、かつ、研磨により酸化膜の均一性を崩す。タッチポリッシュの好ましい研磨量は、２００〜５００Åである。この範囲であれば、十分にラフネスを緩和し、研磨に用いる副資材を極力低コストに抑えることができる。
【００１８】
プラズマ処理では、プラズマ処理面にＯＨ基が増加して活性化し、表面活性化接合（プラズマ接合）によりウェーハ貼り合わせが行われる。そのため、このような状態で両ウェーハを室温で貼り合わせれば、貼り合わせ界面が水素結合により強固に接合される。その結果、その後、貼り合わせ力を高める高温熱処理を施さなくても十分に高い貼り合わせ強度が得られる。仮に貼り合わせ熱処理を行う場合でも、例えば加熱温度が２００〜４００℃、２時間程度の低温熱処理で十分となる。
しかも、このプラズマ処理による貼り合わせ強度の増加により、水素イオン剥離法によりＳＯＩウェーハを作製する場合において、活性層側のウェーハの剥離に伴ってテラス部も活性層側のウェーハから剥がれ易くなる。これにより、テラス部の縮小も可能となる。
【００１９】
テラス部とは水素イオン剥離法において、活性層側のウェーハ（例えば第１のウェーハ）を熱処理して剥離した際、支持基板側のウェーハ（例えば第２のウェーハ）の外周部に不可避的に発生する環状の不良部分（活性層の外周に位置する支持基板用側のウェーハの外周部）である。テラス部には、剥離の際に活性層側のウェーハの一部が固着して残存し、いわゆるＳＯＩ島と称される島状の固着物が現出する。ＳＯＩ島は、デバイスプロセス中にパーティクルとなり、パターン欠陥を誘引し、デバイス特性や性能に悪影響を及ぼすおそれがある。そこで、上述したように少なくとも１枚のウェーハの貼り合わせ界面（ＣＶＤ酸化膜の表面）にプラズマ処理を施せば、両ウェーハの接着強度が高まり、活性層側のウェーハの剥離に伴いテラス部の一部も剥がれるので、テラス部の縮小が可能となる。
【００２０】
プラズマ処理を行う場合には、まず真空チャンバ中にＲＣＡ洗浄等の洗浄を施した対象ウェーハを載置し、プラズマ用ガスのチャンバ内への導入後、１００Ｗ程度の高周波プラズマに５〜１０秒間程度さらし、表面をプラズマ処理する。
プラズマ用ガスとしては、表面を酸化する場合には酸素ガス、酸化しない場合には水素ガス、アルゴンガスまたはこれらの混合ガスを採用することができる。その他、水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスでもよい。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、前記有機物を除去する処理では前記洗浄が行われ、前記表面ラフネスを小さくする処理では、前記タッチポリッシュ後に前記プラズマ処理が行われる請求項１に記載のウェーハ貼り合わせ方法である。
【００２２】
請求項２に記載の発明によれば、第１のウェーハと第２のウェーハとを貼り合わせる前に、第１のウェーハと第２のウェーハとのうち、少なくとも第１のウェーハの貼り合わせ界面を洗浄する。これにより、少なくともＣＶＤ酸化膜の表面に付着した有機物が除去される。また、第１のウェーハと第２のウェーハとのうち、少なくとも第１のウェーハの貼り合わせ界面に、タッチポリッシュ、プラズマ処理を順次施す。これにより、少なくともＣＶＤ酸化膜の表面のラフネスをさらに低減させることができる。特に、例えばタッチポリッシュの前に、有機物の除去処理である洗浄を施す場合には、ＣＶＤ工程で付着した有機物を含む異物の除去ができる。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１に記載の発明によれば、第１のウェーハと第２のウェーハとを貼り合わせる前に、少なくとも第１のウェーハの貼り合わせ界面に有機物除去処理を施すので、少なくともＣＶＤ酸化膜の表面に付着した有機物が除去される。また、第１のウェーハと第２のウェーハとのうち、少なくとも第１のウェーハの貼り合わせ界面に、表面ラフネスを低減する処理を行うので、少なくともＣＶＤ酸化膜の表面ラフネスが小さくなる。これにより、貼り合わせが困難なＣＶＤ酸化膜−シリコン間でのウェーハ貼り合わせであっても、貼り合わせが可能となり、かつボイドの発生も抑制することができる。
【００２４】
請求項２に記載の発明によれば、第１のウェーハと第２のウェーハとを貼り合わせる前に、第１のウェーハと第２のウェーハとのうち、少なくとも第１のウェーハの貼り合わせ界面を洗浄するので、少なくともＣＶＤ酸化膜の表面に付着した有機物が除去される。また、第１のウェーハと第２のウェーハとのうち、少なくとも第１のウェーハの貼り合わせ界面に、タッチポリッシュとプラズマ処理という２段階の表面ラフネスの低減処理を施すように構成したので、少なくともＣＶＤ酸化膜の貼り合わせ界面の表面ラフネスがさらに低減される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施例１に係るウェーハ貼り合わせ方法を利用した貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法を示すフローシートである。
【図２】この発明の実施例２に係るウェーハ貼り合わせ方法を利用した貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法を示すフローシートである。
【図３】この発明の実施例３に係るウェーハ貼り合わせ方法を利用した貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法を示すフローシートである。
【図４】比較例１のウェーハ貼り合わせ方法によりプラズマ接合された貼り合わせウェーハのＸ線トポグラフである。
【図５】比較例２のウェーハ貼り合わせ方法によりプラズマ接合された貼り合わせウェーハのＸ線トポグラフである。
【図６】試験例１，２のウェーハ貼り合わせ方法によりプラズマ接合された貼り合わせウェーハのＸ線トポグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例】
【００２７】
以下、図１のフローシートを参照して、この発明の実施例１のウェーハ貼り合わせ方法を利用した貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法を説明する。
図１のフローシートに示すように、まず、ボロンが所定量添加されたｐ型の単結晶シリコンインゴットをＣＺ法により引き上げる。その後、この単結晶シリコンインゴットに、ブロック切断、スライス、面取り、鏡面研磨などを施す。これにより、何れも厚さ７２５μｍ、直径２００ｍｍ、比抵抗１０〜２０Ωｃｍ、ｐ型の片面が鏡面仕上げされた活性層用ウェーハ（第１のウェーハ）１０と支持基板用ウェーハ（第２のウェーハ）２０とが得られる。
その後、活性層用ウェーハ１０を常圧ＣＶＤ装置に挿入し、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスを炉内に供給し、加熱温度４５０℃で、活性層用ウェーハ１０の表面に、厚さ０．２μｍのＣＶＤ酸化膜１１を化学気相蒸着（ＣＶＤ）法により成長させる。
【００２８】
次いで、活性層用ウェーハ１０を、ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：２：７の容量比で調製したＳＣ１洗浄液（７５℃）に、１０分間浸漬する。これにより、活性層用ウェーハ１０の表面の有機物およびパーティクルが除去される。
その後、活性層用ウェーハ１０を枚葉式の片面研磨装置へ移送し、研磨量が極めて少ないＣＭＰによるタッチポリッシュを行う。ここでの片面研磨装置は、上面に研磨布が貼着された研磨定盤と、研磨定盤の真上に配置され、下面に活性層用ウェーハが接着された研磨ヘッドとを備えたものである。
【００２９】
研磨時には、ＣＶＤ酸化膜１１を下向きにした活性層用ウェーハ１０を研磨ヘッドの下面に接着し、研磨ヘッドを徐々に下降して３０ｒｐｍで、研磨量３００Åのタッチポリッシュを行う。このとき、研磨布への研磨液の供給量は０．５リットル／分、研磨時間は５分間である。研磨液には、ＣｅＯ２（酸化セリウム）などの微細な研磨粒子を含むアルカリ性研磨液が使用されている。これにより、ＣＶＤ酸化膜の表面粗さが、シリコンと貼り合わせ可能な状態まで低減される。
【００３０】
次に、活性層用ウェーハ１０の貼り合わせ界面となるＣＶＤ酸化膜１１の表面と、支持基板用ウェーハ２０の貼り合わせ界面となる表面とをＲＣＡ洗浄する。洗浄条件は、上記と同じＳＣ１洗浄を１０分間、２回である。
その後、活性層用ウェーハ１０の貼り合わせ界面となるＣＶＤ酸化膜１１の表面と、支持基板用ウェーハ２０の貼り合わせ界面となる表面とをプラズマ処理する。具体的には、真空チャンバに貼り合わせ界面を上方に向けて両ウェーハ１０，２０を載置する。その後、酸素ガス雰囲気において、１００Ｗの高周波プラズマに３０秒間さらし、表面をプラズマ処理する。これにより、プラズマ処理面にはＯＨ基が増加して活性化する。
【００３１】
続いて、活性層用ウェーハ１０のＣＶＤ酸化膜１１の表面と支持基板用ウェーハ２０の表面（鏡面）とを貼り合わせ面（重ね合わせ面）とし、室温で公知の治具により、両ウェーハ１０，２０を貼り合わせる。これにより、貼り合わせウェーハ３０が形成される。上述したように、プラズマ処理面はＯＨ基が増加されて活性化している。従って、このような状態で両ウェーハ１０，２０を室温で貼り合わせれば、貼り合わせ界面が水素結合により強固に接合される。その結果、常温での両ウェーハ１０，２０の貼り合わせ強度（ウェーハ接合強度）を高めることができる。これにより、仮に後述する貼り合わせ強度を高める高温熱処理を施さなくても、両ウェーハ１０，２０は十分に強固な接合となる。このように、活性層用ウェーハ１０と支持基板用ウェーハ２０とが貼り合わされることで、両ウェーハの間に、ＣＶＤ酸化膜１１である厚さ０．２μｍの埋め込みＣＶＤ酸化膜が形成される。
【００３２】
次に、貼り合わせウェーハ３０に対して、酸素ガスの雰囲気で、加熱温度が４００℃、加熱時間が１０時間の貼り合わせ強度を高める熱処理を行う。その結果、活性層用ウェーハ１０と支持基板用ウェーハ２０との貼り合わせ強度がさらに高められる。
次に、貼り合わせウェーハ３０をその活性層用ウェーハ１０側から研削、研磨して薄膜化する。これにより、活性層用ウェーハ１０が厚さ１０μｍの活性層１０Ａとなる。こうして、支持基板用ウェーハ２０の表面に、厚さ０．２μｍのＣＶＤ酸化膜１１と、厚さ１０μｍの活性層１０Ａとが順次積層された貼り合わせＳＯＩウェーハ４０が作製される。
【００３３】
このように、活性層用ウェーハ１０と支持基板用ウェーハ２０とを貼り合わせる前に、活性層用ウェーハ１０のＣＶＤ酸化膜１１の表面（貼り合わせ界面）をＳＣ１洗浄するので、ＣＶＤ酸化膜１１の表面の有機物付着量を低減することができる。また、その後、有機物が除去されたＣＶＤ酸化膜１１の表面をタッチポリッシュするので、ＣＶＤ酸化膜１１の表面ラフネスが小さくなる。その結果、貼り合わせが困難なＣＶＤ酸化膜−シリコン間でのウェーハ貼り合わせであっても貼り合わせが可能となり、かつボイドの発生も抑制される。
【００３４】
次に、図２のフローシートを参照して、この発明の実施例２のウェーハ貼り合わせ方法を利用した貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法を説明する。
図２のフローシートに示すように、実施例２のウェーハ貼り合わせ方法の特徴は、実施例１において、ＣＶＤ酸化膜１１の成膜処理後の活性層用ウェーハ１０に対して順次行われたＳＣ１洗浄（有機物除去）と、タッチポリッシュ（表面ラフネス低減）とに代えて、窒素と酸素の混合ガス雰囲気での熱処理を採用した点である。
具体的には、ＣＶＤ酸化膜１１が成膜された活性層用ウェーハ１０をアニール装置の炉内に挿入し、活性層用ウェーハ１０に対して窒素と酸素の混合ガス雰囲気で８００℃、１０時間の熱処理を行う。
【００３５】
なお、この熱処理後、ＣＶＤ酸化膜１１の表面に、実施例１と同じ条件でタッチポリッシュを施してもよい。その際には、ＣＶＤ酸化膜１１の表面ラフネスがさらに小さくなり、両ウェーハ１０，２０の貼り合わせ強度を実施例１の場合に比べて高めることができる。
また、熱処理前の活性層用ウェーハ１０のＣＶＤ酸化膜１１の表面を、実施例１と同じ条件でＳＣ１洗浄してもよい。その際には、ＣＶＤ酸化膜１１の表面の有機物の除去率をさらに高めることができる。
【００３６】
このように、活性層用ウェーハ１０と支持基板用ウェーハ２０とを貼り合わせる前に、活性層用ウェーハ１０に対して所定の熱処理を施すようにしたので、ＣＶＤ酸化膜１１の表面に付着した有機物が焼失する。しかも、有機物による表面段差を緩和でき、かつ酸化膜の粘性流動により表面が平坦化し、ＣＶＤ酸化膜１１の表面ラフネスも小さくなる。
その他の構成、作用および効果は、実施例１と同じであるので、説明を省略する。
【００３７】
次に、図３のフローシートを参照して、この発明の実施例３のウェーハ貼り合わせ方法を利用した貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法を説明する。
図３のフローシートに示すように、実施例３のウェーハ貼り合わせ方法の特徴は、実施例１の貼り合わせＳＯＩウェーハ４０Ａの製造に、水素イオン剥離法を適用した点である。
具体的には、ＣＶＤ酸化膜１１の成膜工程後、活性層用ウェーハ１０を中電流イオン注入装置の炉内に挿入する。ここで、ＣＶＤ酸化膜１１を介して、活性層用ウェーハ１０の表面から所定深さ位置に、５０ｋｅＶの加速電圧で水素イオンを注入する。これにより、水素イオン注入領域１４が形成される。その際のドーズ量は、１．２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、イオン注入深さ（Ｒｐ）は約０．５μｍである。
イオン注入後は、活性層用ウェーハ１０に対して、ＳＣ１洗浄工程、タッチポリッシュ工程とが順次行われる。次いで、両ウェーハ１０，２０の貼り合わせ界面をプラズマ処理し、その後、室温での両ウェーハ１０，２０の貼り合わせを施し、貼り合わせウェーハ３０Ａとする。
【００３８】
実施例３では、この貼り合わせ後、活性層用ウェーハ１０に対する剥離熱処理が行われる。すなわち、貼り合わせウェーハ３０Ａを剥離熱処理装置に挿入し、５００℃の炉内温度、Ｎ２ガス（アルゴンガスまたは酸素ガスでもよい）の雰囲気で、貼り合わせウェーハ３０Ａを熱処理する。熱処理時間は３０分間である。これにより、支持基板用ウェーハ２０の貼り合わせ界面側に活性層１０Ａを残し、活性層用ウェーハ１０を水素イオン注入領域１４から剥離する低温熱処理が施される。剥離された活性層用ウェーハ１０は、その後、表面を再研磨して支持基板用ウェーハ２０または活性層用ウェーハ１０として再利用することができる。剥離後の貼り合わせウェーハ３０Ａには、貼り合わせ強度を高める熱処理が施される。その後、活性層１０Ａの表面を所定の鏡面研磨条件で仕上げ研磨し、貼り合わせＳＯＩウェーハ４０Ａを製造する。
【００３９】
このように、この発明のウェーハ貼り合わせ方法を、水素イオン剥離法を利用した貼り合わせＳＯＩウェーハ４０Ａの製造に適用したので、活性層１０Ａの膜厚均一性を高めることができる。
その他の構成、作用および効果は、実施例１と同じであるので説明を省略する。
【００４０】
ここで、実際に従来法と本発明法とにより、活性層用ウェーハのＣＶＤ酸化膜の表面に付着した有機物の除去と、貼り合わせウェーハのボイドの発生状況とを対比した試験結果を報告する。各試験条件は実施例１，２に準ずる。また、有機物の除去の評価には一般的なガスクロマトグラフィー質量分析（ＧＣ−ＭＳ）装置を採用した。また、ボイド検査には、一般的な赤外線ボイド装置を採用した。なお、図４〜図６において、貼り合わせウェーハの円内部分にボイドが存在している。
【００４１】
（比較例１）
実施例１の方法により得られた活性層用ウェーハの表面に、厚さ０．２μｍのＣＶＤ酸化膜を形成し、その後、ＣＶＤ酸化膜の表面に付着した有機物量を測定した。その結果、ＣＶＤ酸化膜の表面には１．１８ｎｇ／ｃｍ２の有機物の付着が確認された。
次に、この活性層用ウェーハと、実施例１により得られた支持基板用ウェーハとを室温で貼り合わせようと試みたが、貼り合わせることはできなかった。
また、これとは別に用意した比較例１の活性層用ウェーハと試験例１の支持基板用ウェーハとに関して、両貼り合わせ界面をプラズマ処理し、その後、両ウェーハを貼り合わせて貼り合わせウェーハを作製し、そのボイド検査を行った。その結果、９個のボイドが検出された（図４）。
【００４２】
（比較例２）
活性層用ウェーハの表面にＣＶＤ酸化膜を形成後、ＣＶＤ酸化膜の表面をＳＣ１洗浄した。その結果、ＣＶＤ酸化膜の表面には、０．０２ｎｇ／ｃｍ２の有機物が付着していた。
次に、この活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを室温で貼り合わせ作業を行ったところ、比較例１と同様に貼り合わせができなかった。
また、これとは別に用意した比較例２の活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとに対して、両貼り合わせ界面をプラズマ処理し、その後両ウェーハを貼り合わせ、得られた貼り合わせウェーハのボイドの発生状況を検査した。その結果、ボイドが１個検出された（図５）。
その他の試験条件および評価条件は、比較例１と同じであるので説明を省略する。
【００４３】
（試験例１）
実施例１の方法により得られた活性層用ウェーハの表面に、厚さ０．２μｍのＣＶＤ酸化膜を形成し、その後、ＣＶＤ酸化膜の表面をＳＣ１洗浄し、次にその洗浄面にタッチポリッシュを施した。その結果、ＣＶＤ酸化膜の表面の有機物の付着量は、０．０１ｎｇ／ｃｍ２未満まで低減した。
次に、この活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを室温で貼り合わせ、得られた貼り合わせウェーハのボイドを検査した。その結果、ボイドは検出されなかった（ボイドフリー）。
また、これとは別に用意した試験例１の活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとに対して、両貼り合わせ界面をプラズマ処理し、両ウェーハを貼り合わせて貼り合わせウェーハを作製した。ボイド検査した結果、上述したプラズマ処理を施さない貼り合わせと同様にボイドフリーであった（図６）。
【００４４】
（試験例２）
活性層用ウェーハの表面にＣＶＤ酸化膜を形成し、その後、活性層用ウェーハを熱処理した。その結果、ＣＶＤ酸化膜の表面の有機物の付着量は、試験例１と同じように０．０１ｎｇ／ｃｍ２未満であった。
次に、この活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを室温で貼り合わせて貼り合わせウェーハを作製し、それのボイドを検査した。その結果、数個のボイドが検出された。
また、これとは別に用意した試験例２の活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとに対して、両貼り合わせ界面をプラズマ処理した。その後、両ウェーハを貼り合わせて貼り合わせウェーハを作製し、それのボイド検査を行った。その結果、試験例１と同様にボイドフリーであった（図６）。
その他の試験条件および評価条件は、試験例１と同じであるので説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
この発明は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、混載ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＩＳ（ＣＭＯＳ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ）などの基板ウェーハとして有用である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  活性層用ウェーハ（第１のウェーハ）、
１１  ＣＶＤ酸化膜、
２０  支持基板用ウェーハ（第２のウェーハ）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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