(57)【要約】【課題】貼り合わせに先立って、シリコンウェーハの表面に付着した有機物を効果的に除去することにより、ボイドやブリスター等の発生のない高品質の貼り合わせウェーハを得る。【解決手段】貼り合わせウェーハを製造するに際し、上記貼り合わせに先立ち、活性層用および支持基板用の２枚のシリコンウェーハそれぞれに対し、酸素を0.5〜５vol％含有する雰囲気中にて300℃以上で１分以上の熱処理を施して上記シリコンウェーハの表面に付着した有機物を分解除去する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層用および支持基板用の２枚のシリコンウェーハを、絶縁膜を介して、または、絶縁膜なしで直接シリコンウェーハを貼り合わせたのち、活性層用のシリコンを研削または層内部で剥離することによって貼り合わせウェーハを製造するに際し、
上記貼り合わせに先立ち、活性層用および支持基板用の２枚のシリコンウェーハそれぞれに対し、酸素を0.5〜５vol％含有する雰囲気中にて300℃以上で１分以上の熱処理を施して上記シリコンウェーハの表面に付着した有機物を分解除去することを特徴とするシリコンウェーハ表面の有機物除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貼り合わせウェーハの製造に際し、貼り合わせ用ウェーハの表面に付着する有機物を効果的に分解除去する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な貼り合わせウェーハの製造方法としては、酸化膜（絶縁膜）が形成された一枚のシリコンウェーハに、もう一枚のシリコンウェーハを貼り合わせ、この貼り合わせたシリコンウェーハを研削・研磨してSOI層を形成する方法（研削研磨法）や、SOI層側となるシリコンウェーハ（活性層用ウェーハ）の表層部に、水素イオン等を打ち込んでイオン注入層を形成したのち、支持基板用のシリコンウェーハを貼り合わせ、ついで熱処理により上記のイオン注入層で剥離することによって、SOI層を形成する方法（スマートカット法）が知られている。
【０００３】
特に後者のスマートカット法は、従来の貼り合わせ技術とは異なり、貼り合わせた後に剥離することによって、その剥離した残部をウェーハとして再利用できるという利点がある。この再利用により、貼り合わせウェーハでありながら、そのうちの１枚のウェーハ（活性層用ウェーハ）を複数回使用することが可能となるため、材料コストを大幅に削減することができるだけでなく、スマートカット法により製造したウェーハは、膜厚均一性に優れているという利点もあり、将来性のある製造方法として注目されている。
【０００４】
ところで、上記、貼り合わせ技術では、貼り合わせ用ウェーハの表面に付着した有機物が、ボイド及びブリスター不良の原因の一つであることが知られている。
図１(a), (b)に、貼り合わせ欠陥であるボイドとブリスターを模式で示すが、これらが発生すると、貼り合わせウェーハとしては致命的な欠陥となる。
図中、番号１は支持基板用ウェーハ、２はBOX層、３はSOI層、４は活性層用ウェーハであり、５がボイド、６がブリスターである。
【０００５】
このため、貼り合わせ直前のウェーハ処理として、ウェーハ洗浄やウェーハ表面プラズマ処理が施されている。
しかしながら、シリコンウェーハの貼り合わせ直前洗浄では、ウェーハ表面に洗浄液の薬品雰囲気が残り、やはりボイドおよびブリスター不良の原因となっていた。また、プラズマ処理は減圧状態で行われるため、大気圧に戻す工程においてパーティクルが発生し、これがボイドおよびブリスター不良の原因となっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、貼り合わせに先立って、シリコンウェーハの表面に付着した有機物を効果的に除去することにより、ボイドやブリスター等の発生のない高品質の貼り合わせウェーハを得ることができるシリコンウェーハ表面の有機物除去方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
さて、発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、適量の酸素を含有する不活性雰囲気中にて適切な条件で熱処理を施すことによって、有機物を効果的に分解除去することができ、その結果、有機物に起因した欠陥の発生を格段に低減できることの知見を得た。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
【０００８】
すなわち、本発明は、活性層用および支持基板用の２枚のシリコンウェーハを、絶縁膜を介して貼り合わせたのち、活性層用のシリコンを研削または層内部で剥離することによって貼り合わせウェーハを製造するに際し、
上記貼り合わせに先立ち、活性層用および支持基板用の２枚のシリコンウェーハそれぞれに対し、酸素を0.5〜５vol％含有する雰囲気中にて300℃以上で１分以上の熱処理を施して上記シリコンウェーハの表面に付着した有機物を分解除去することを特徴とするシリコンウェーハ表面の有機物除去方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、貼り合わせウェーハの製造に際し、従来懸念された有機物に起因した欠陥の発生を格段に低減することができ、その結果、欠陥のない貼り合わせウェーハを安定して得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を具体的に説明する。
図２に従来法に従う、貼り合わせウェーハの製造プロセスを、また図３には本発明に従う有機物除去工程を含む、貼り合わせウェーハの製造プロセスを、それぞれ比較して示す。なお、この製造プロセスは、代表的な貼り合わせウェーハの製造方法であるスマートカット法を例に採ったものである。
【００１１】
図２に示したとおり、従来は、活性側基板および支持側基板いずれについても、洗浄後に、貼り付けを行っていた。
しかしながら、かような処理では、基板表面に付着した有機物を完全には除去できなかったことは前述したとおりである。
【００１２】
これに対し、図３に示したように、洗浄後、貼り付け処理に先立って、貼り付け用の２枚のシリコンウェーハそれぞれに適切な条件下で熱処理することにより、基板表面に付着した有機物を効果的に分解除去することができる。
上記したように、基板表面に付着した有機物を効果的に分解除去するには、当該熱処理における処理条件（温度、時間および雰囲気）が重要である。
【００１３】
まず、処理温度および時間については、300℃以上、１分以上とする必要がある。というのは、処理温度が300℃に満たないと、十分に満足のいく有機物の分解除去効果が得られないからである。この点は、処理時間が１分に満たない場合も同様である。
一方、処理温度があまりに高くなると、水素注入剥離工程を含むスマートカット法においては、注入した水素が凝集して剥離現象が起きるおそれがある。すなわち、貼り合わせ後に剥離ができない状態になる場合があるので、少なくともスマートカット法においては処理温度の上限は450℃程度とすることが望ましい。また、処理時間が10分を超えると、同様に注入した水素の凝集に起因した剥離現象が起きるおそれがあるので、処理時間の上限は10分程度とするのが好適である。
なお、かような処理温度および処理時間については、貼り合わせウェーハの製造を研削研磨法によって行う場合には、上限の制限はない。
【００１４】
また、この熱処理では、処理雰囲気の調整も重要である。
すなわち、シリコンウェーハに熱処理を施す場合には、通常、ArやN2等の不活性雰囲気や還元性雰囲気が用いられるが、かような不活性または還元性雰囲気では有機物を除去する効果が小さい。特にクリーンルームに多く存在するフタル酸エステル系のＤＢＰ（ジブチフタレート）は、還元性雰囲気下では750℃まで昇温しても完全には分解できない。
【００１５】
しかしながら、かようなＤＢＰであっても、雰囲気中に0.5vol％以上の酸素が含まれていると300℃程度の温度でも分解が促進される。
そこで、本発明では、有機物除去熱処理における雰囲気として、ArやN2等の不活性雰囲気中に酸素を0.5vol％以上含有させるものとした。
しかしながら、雰囲気中の酸素濃度が５vol％を超えると、貼り合わせ用ウェーハの表面、特に表面に酸化膜のないウェーハの表面に酸化膜が数nmも形成され、貼り合わせた場合に酸化膜厚みに不具合が生じるので、雰囲気中の酸素濃度は５vol％以下に制限した。
【００１６】
なお、クリーンルーム中に存在する主な有機物としては、次のものが挙げられる。
(1) フタル酸エステル化合物
・ＤＯＰ（ジオクチルフタレート）  原因：フィルター、Ｗｆパック
・無水フタル酸                    原因：Ｗｆパック
・ＤＢＰ（ジブチフタレート）      原因：Ｗｆパック
(2) シロキサン化合物              原因：シーリング材（付着後にＤＯＰに置換）
【００１７】
図４に、本発明に従い、１%O2−Ar雰囲気中にて有機物除去熱処理を施した場合における、ウェーハ表面に付着した有機物の熱分解量（放出量）について調べた結果を示す。なお、同図には、比較のため、100%Ar雰囲気中にて熱処理を施した場合の結果も併せて示す。
同図から明らかなように、100%Ar雰囲気では、200℃前後でかなりの熱分解がみられたが、400℃以降にわたっても有機物の放出がだらだらと続き、600℃に至っても有機物を完全に分解できていない。
これに対し、本発明に従い、１%O2−Ar雰囲気中で熱処理した場合には、200℃から300℃にかけて大量の有機物が分解し、約500℃で有機物をほぼ完全に分解することができた。
【００１８】
上述したとおり、酸素濃度が0.5〜５vol％の雰囲気中にて300℃以上で１分以上の熱処理を施することにより、シリコンウェーハの表面に付着した有機物を効果的に分解除去することができる。
しかしながら、このままではウェーハ冷却時およびウェーハ搬送時に、分解した有機物が再びシリコンウェーハ表面に付着するおそれがある。
冷却時におけるかような有機物の再付着を防止するためには、不活性雰囲気または熱処理雰囲気のまま、室温まで急冷することが好ましい。
具体的には、Ar雰囲気または酸素を５vol％以下で含むAr雰囲気中にて、100℃／min以上の速度で室温まで冷却し、同じ雰囲気下でウェーハ搬送を行うことが好ましい。
【００１９】
ここに、熱処理後のウェーハ表面における有機物付着量の上限を２ng/cm2（ヘキサデカン換算）とし、１ng/cm2（ヘキサデカン換算）以下まで低減することが好ましい。
また、ウェーハ冷却後、貼り合わせるまでの雰囲気中の有機物含有量は２ng/cm2（ヘキサデカン換算）以下に抑制することが好ましい。
【実施例】
【００２０】
実施例１
表１に示す種々の有機物を、酸素濃度：１vol％のAr雰囲気中にて300℃で熱処理した時の上記有機物の分解状況について調べた結果を表１に示す。なお、表１には、酸素を含有しない100％Ar雰囲気中にて熱処理した時の有機物の分解状況について調べた結果を併記する。
さらに、表１には、上記の熱処理条件下で30分間熱処理を継続した後のウェーハ表面の有機物付着量について調べた結果も併せて示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
同表から明らかなように、100％Ar雰囲気中にて熱処理した場合には、ＤＯＰ（ジオクチルフタレート）および無水フタル酸は分解可能であるものの、ＤＢＰ（ジブチフタレート）は分解させることができなかった。なお、このＤＢＰは、100％Ar雰囲気中では700℃でも分解できなかった。
これに対し、本発明に従い、Ar雰囲気中に酸素を１vol％含有させた場合には、300℃の熱処理で、全ての有機物を分解させることができた。
そして、この熱処理条件下で30分間熱処理を継続した場合には、ウェーハ表面の有機物付着量を0.05ng/cm2（ヘキサデカン換算）以下まで低減することができた。
【００２３】
実施例２
図２に示した製造プロセスになるスマートカット法を用いて貼り合わせウェーハを製造した。その製造工程中、貼り合わせに先立つ熱処理を表２の条件で実施した。
熱処理前後における有機物の付着量について調べた結果を表２に併記する。
また、表２には、上記の熱処理後、貼り合わせを行って製造した貼り合わせウェーハの欠陥（ボイド、ブリスター）発生率について調査した結果も併せて示す。ここに、欠陥発生率は、有機物除去熱処理を行わなかった場合の欠陥発生率を不良率：１として、その相対しで示した。
なお、この実施例では、上記の熱処理後、同じ雰囲気中にて50℃／minの速度で常温まで冷却し、さらに同じ雰囲気下でウェーハ搬送を行った。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
同表に示したとおり、本発明に従い、適量の酸素含有雰囲気中にて適切な条件で熱処理を行った場合には、熱処理後の有機物付着量を有利に低減することができ、その結果、貼り合わせウェーハにおけるボイドやブリスターの発生を大幅に低減することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】貼り合わせ欠陥であるボイド(a)とブリスター(b)を示す模式図である。
【図２】従来法に従う、貼り合わせウェーハの製造プロセスを示した図である。
【図３】本発明に従う有機物除去工程を含む、貼り合わせウェーハの製造プロセスを示した図である。
【図４】１%O2−Ar雰囲気中にて有機物除去熱処理を施した場合における、ウェーハ表面に付着した有機物の熱分解量（放出量）を、雰囲気が100%Ar雰囲気の場合と比較して示した図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  支持基板用ウェーハ
２  BOX層
３  SOI層
４  活性層用ウェーハ
５  ボイド
６  ブリスター
【図１】
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【図２】
2008034419.tif 000006
【図３】
2008034419.tif 000007
【図４】
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