(57)【要約】【課題】本発明の目的は、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハを、絶縁膜を介さずに直接貼り合わせ、活性層用ウェーハを薄膜化することにより形成される貼り合わせウェーハの製造方法において、貼り合わせ界面における島状の酸化物の形成を抑制することにある。【解決手段】所定の活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハの少なくとも貼り合わせ面を含む表層部分の酸素濃度が、ともに1.0×1018(atoms/cm3, Old ASTM)以下であることを特徴とする貼り合わせウェーハを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハを、絶縁膜を介さずに直接貼り合わせ、活性層用ウェーハを薄膜化することにより形成される貼り合わせウェーハの製造方法において、
所定の活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハの少なくとも貼り合わせ面を含む表層部分の酸素濃度が、ともに1.0×1018(atoms/cm3, Old ASTM)以下であることを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記活性層用ウェーハ及び支持基板用ウェーハは、いずれも、Ar、H2またはそれらの混合ガス雰囲気中で1100℃以上の温度により熱処理を施した、高温アニールウェーハであることを特徴とする請求項１記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記活性層用ウェーハは、絶縁層と活性層を有するSOIウェーハであり、該SOIウェーハの活性層中の酸素濃度が1.0×1018(atoms/cm3, Old ASTM)以下であることを特徴とする請求項１記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記貼り合わせウェーハは、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハの結晶方位がそれぞれ異なることを特徴とする請求項１、２または３記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【請求項５】
さらに、前記活性層用ウェーハ及び支持基板用ウェーハの貼り合わせ面は、いずれも疎水性表面であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記貼り合わせウェーハの活性層の薄膜化は、イオン注入分離法を用いて行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の貼り合わせ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、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハを、絶縁膜を介さずに直接貼り合わせ、活性層用ウェーハを薄膜化することにより形成される、貼り合わせウェーハの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
貼り合わせウェーハとは、通常、貼り合わせSOI(Silicon On Insulator)ウェーハのことをいい、例えば、非特許文献１に示すように、酸化していない支持基板用ウェーハと、酸化した活性層用ウェーハを貼り合わせた後、酸化された活性層用ウェーハ表面に研削研磨を施すことにより要求される厚さに薄膜化する方法（研削研磨法）や、特許文献１に示すように、活性層用ウェーハに、水素またはヘリウム等の軽元素イオンを所定の深さ位置に注入してイオン注入層を形成する工程と、前記活性層用ウェーハを絶縁膜を介して支持基板用ウェーハに貼り合わせる工程と、前記イオン注入層で剥離する工程と、剥離により露出する活性層部分を薄膜化して、所定膜厚の活性層を形成する工程とを有する、イオン注入分離法、いわゆるスマートカット（smart cut（登録商標））法が挙げられる。
【０００３】
また、次世代以降の低消費電力用デバイスに用いられるウェーハとして、例えば特許文献２に示すように、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハを、絶縁膜を介さずに直接貼り合わせ、活性層用ウェーハを薄膜化することにより形成される新規な貼り合わせウェーハが挙げられ、このウェーハは複合結晶面基板の作製プロセスの簡素化および性能改善の点で有益なウェーハとして注目されている。
【０００４】
しかしながら、上記のような絶縁膜を介さず直接貼り合わせた貼り合わせウェーハは、貼り合わせウェーハの作製工程（特に熱処理工程）において、貼り合わせ界面の酸化膜が局所的に集中してしまい、島状の酸化物を形成し、貼り合わせ界面に多数残留してしまうという問題があった。これらの酸化物の存在は、デバイス特性劣化の原因となり、デバイス作製工程において欠陥の核となることでチップ不良等の歩留まり低下を引き起こすことになる。
【０００５】
貼り合わせ界面の島状の酸化物を低減させるための手段としては、例えば、特許文献３に示すように、貼り合わせ前の各ウェーハをHF等の溶液に浸漬させて、表面の自然酸化膜を除去する方法が挙げられる。
【０００６】
しかしながら、特許文献３の方法では、表面の自然酸化膜を除去しても、その後の作製プロセス（熱処理工程）で基板内部の酸素が貼り合わせ界面に局所的に凝縮し、酸化物になるといった問題もあり、効果としては十分ではない。
【非特許文献１】ＵＣＳ半導体基盤技術研究会編集、「シリコンの科学」、株式会社リアライズ社、1996年6月28日、p459−462
【特許文献１】特開平５−２１１１２８号公報
【特許文献２】特開２０００−３６４４５号公報
【特許文献３】特開平８−２６４３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハを、絶縁膜を介さずに直接貼り合わせ、活性層用ウェーハを薄膜化することにより形成される貼り合わせウェーハの製造方法において、所定の活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハの少なくとも貼り合わせ面を含む表層部分の酸素濃度が所定の範囲とすることにより、貼り合わせ界面における島状の酸化物の形成を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハを、絶縁膜を介さずに直接貼り合わせ、活性層用ウェーハを薄膜化することにより形成される貼り合わせウェーハの製造方法において、
所定の活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハの少なくとも貼り合わせ面を含む表層部分の酸素濃度が、ともに1.0×1018(atoms/cm3, Old ASTM)以下であることを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法。
【０００９】
（２）前記活性層用ウェーハ及び支持基板用ウェーハは、いずれも、ArもしくはH2ガス雰囲気中で1100℃以上の温度で熱処理を施した、高温アニールウェーハであることを特徴とする上記（１）記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【００１０】
（３）前記活性層用ウェーハは、絶縁層と活性層を有するSOIウェーハであり、該SOIウェーハの活性層中の酸素濃度が1.0×1018(atoms/cm3, Old ASTM)以下であることを特徴とする上記（１）記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【００１１】
（４）前記貼り合わせウェーハは、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハの結晶方位が異なることを特徴とする上記（１）、（２）または（３）記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【００１２】
（５）さらに、前記活性層用ウェーハ及び支持基板用ウェーハの貼り合わせ面は、いずれも疎水性表面であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれか１項記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【００１３】
（６）前記貼り合わせウェーハの活性層の薄膜化は、イオン注入分離法を用いて行うことを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれか１項記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、所定の活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハの少なくとも貼り合わせ面を含む表層部分の酸素濃度を1.0×1018(atoms/cm3, Old ASTM)以下に抑制することにより、貼り合わせ界面における島状の酸化物の形成を抑制することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に従う貼り合わせウェーハの製造方法について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の製造方法によって貼り合わせウェーハを製造する工程を説明するためのフローチャートである。
【００１６】
本発明の製造方法は、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハを、絶縁膜を介さずに直接貼り合わせ、活性層用ウェーハを薄膜化する工程を有する貼り合わせウェーハの製造方法である。この方法に従って製造した従来の貼り合わせウェーハは、その後の貼り合わせウェーハの作製工程（熱処理工程）において、貼り合わせ界面の酸化膜が局所的に集中してしまい、島状の酸化物を形成し、貼り合わせ界面に多数残留してしまう問題があった。そこで、本発明者らは、島状の酸化物を形成メカニズムについて鋭意研究を重ねた結果、貼り合わせ界面に絶縁膜を有しない場合であっても、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハの少なくとも貼り合わせ面を含む表層部分の酸素濃度を低くすれば、貼り合わせ界面に形成される島状の酸化物のサイズが小さくなり、該酸化物の個数が低減されることを見出した。
【００１７】
すなわち、本発明の具体的な製造方法は、図１に示すように、通常の状態で自然酸化膜１が形成されている活性層用ウェーハ２及び支持基板用ウェーハ３（図１(ａ)）を、所定の処理を施すことにより、少なくとも貼り合わせ面を含む表層部分、好適にはウェーハ表面全体の酸素濃度が、1.0×1018(atoms/cm3, Old ASTM)以下に抑制した活性層用ウェーハ２´及び支持基板用ウェーハ３´を形成し（図１(b)）、その後、活性層用ウェーハ２´を支持基板用ウェーハ３´上に貼り合わせ（図１(ｃ)）、得られた貼り合わせウェーハ４の活性層部分に研削または剥離を施した後（図１(ｄ)）、研磨機６を用いて薄膜化処理を行う（図１(ｅ)）工程を有する製造方法である。
【００１８】
なお、所定の処理の施された活性層用ウェーハ２´及び支持基板用ウェーハ３´とは、いずれも、Ar、H2またはそれらの混合ガス雰囲気中で1100℃以上の温度により熱処理を施した、高温アニールウェーハであることが好ましい。前記熱処理を施すことにより、活性層用ウェーハ及び支持基板用ウェーハの表面近傍の酸素が外方拡散し、ウェーハ表面近傍の酸素濃度を1.0×1018(atoms/cm3, Old ASTM)以下とすることができるためである。
【００１９】
また、活性層用ウェーハ２及び支持基板用ウェーハ３として、結晶欠陥のないウェーハを用いることもできる。結晶欠陥のないウェーハに上記の熱処理を施し、表面近傍の酸素濃度を低下させることで、ウェーハ表面の酸素濃度が1.0×1018(atoms/cm3, Old ASTM)以下で、かつ結晶欠陥の少ない活性層用ウェーハ２´及び支持基板用ウェーハ３´を得ることができる点で有効である。
【００２０】
さらにまた、所定の処理の施された活性層用ウェーハ２´及び支持基板用ウェーハ３´として、エピタキシャルウェーハを用いることも可能である。エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層における表面近傍の酸素濃度は通常のバルクウェーハ等に比べ低く、1.0×1018(atoms/cm3, Old ASTM)以下であるため、高温ガス雰囲気中での熱処理を施す必要がない点で有効な手段である。
【００２１】
前記活性層用ウェーハ２´は、絶縁層と活性層を有するSOIウェーハであり、該SOIウェーハの活性層中の酸素濃度が1.0×1018(atoms/cm3, Old ASTM)以下であることが好ましい。貼り合わせ後の薄膜化工程（図１(ｄ)）において、活性層側に用いたSOIウェーハの絶縁膜層を研磨やエッチングのストップ層とすることができる点で有効な手段である。なお、活性層中の酸素濃度を低減させる方法としては、例えば、上記したArガス雰囲気中での熱処理等の方法が挙げられる。
【００２２】
また、前記貼り合わせウェーハ４は、活性層用ウェーハ２´と支持基板用ウェーハ３´を異なる結晶方位のウェーハを用いることができる。ここでいう、貼り合わせ界面での結晶方位が異なるとは、例えば、（１１０）結晶と（１００）結晶との貼り合わせや、（１１１）結晶と（１００）結晶の貼り合わせをいい、シリコン単結晶引き上げ時にあらかじめ結晶方位が異なるように調整する。
【００２３】
さらにまた、前記活性層用ウェーハ２´及び支持基板用ウェーハ３´の貼り合わせ面は、いずれも疎水性表面とすることで、更に有効である。これは、表層部分の酸素濃度が、ともに1.0×1018(atoms/cm3, Old ASTM)以下である前記活性層用ウェーハ２´と支持基板用ウェーハ３´の貼り合わせ面の酸化膜をさらに除去することができるため、より酸素濃度が低下し、島状酸化物の発生を低減させる効果を有する。ここでいう疎水性表面とは、自然酸化膜が存在しない状態の表面をいい、例えば、HF溶液中にウェーハを浸漬させて自然酸化膜を除去した表面である。
【００２４】
なお、前記貼り合わせウェーハ４の活性層の薄膜化（図１(ｄ)）の方法は、特に限定するものではなく、活性層用ウェーハ１´を研削または剥離させ、薄厚化することができる処理であればよいが、剥離した残部を再利用できるためにコストパフォーマンスに優れていることや、研削等を施すことなく貼り合わせウェーハの膜厚均一性を確保できる等の理由から、イオン注入分離法を用いて行うことが好ましい。ここで、イオン注入分離法とは、貼り合わせ前に活性層用ウェーハ２´に水素ガス等の軽元素ガスを注入し、活性層用ウェーハ２´の表面から一定の深さ位置にイオン注入層を形成し、支持基板用ウェーハ３´と貼り合わせた後、500℃程度の熱処理を施し、イオン注入層で活性層用ウェーハを剥離させることにより薄膜化を行う方法をいう。
【００２５】
また、本発明における貼り合わせ前の活性層用ウェーハ及び支持基板用ウェーハ表面の酸素濃度は、1.0×1018(atoms/cm3, Old ASTM)以下と規定しているが、酸素濃度の下限値については低いほど好適であり、特に限定はしない。ただし、現時点で実際に作製できるウェーハの表面酸素濃度の下限値は、1.0×1015(atoms/cm3, Old ASTM)程度であると考えられる。
【００２６】
なお、上述したところは、本発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【実施例】
【００２７】
（実施例１）
実施例１は、サイズが300mm、結晶方位が（１００）であり、表面酸素濃度が1.3×1018(atoms/cm3, Old ASTM)である２枚の同じシリコンウェーハを、活性層用ウェーハ及び支持基板用ウェーハとし、両ウェーハの表面酸素濃度が1.0×1016(atoms/cm3, Old ASTM)となるように、Arガス雰囲気にて1100℃の熱処理を施した。その後、熱処理を施した２枚の高温アニールウェーハを絶縁膜を介さずにで直接貼り合わせ、貼り合わせ強度を改善するために1100℃の熱処理を施し、活性層側のウェーハを研削・研磨により、活性層の膜厚が100nm以下に薄膜化した。
【００２８】
（実施例２）
実施例２は、活性層用ウェーハとして、活性層の酸素濃度をArガス雰囲気にて1100℃の熱処理を施すことにより1.0×1018(atoms/cm3, Old ASTM)に調整したSOIウェーハを用いたこと、及びＡｒアニールを行わないこと以外は、実施例１と同様の工程で貼り合わせウェーハを製造した。
【００２９】
（実施例３）
実施例３は、活性層用ウェーハの結晶方位が（１１０）であること、坩堝の回転を調整して引き上げを行うことにより表面酸素濃度を1.0×1018(atoms/cm3, Old ASTM)に調整した２枚のウェーハを用いたこと、及びＡｒアニールを行わないこと以外は、実施例１と同様の工程で貼り合わせウェーハを製造した。
【００３０】
（実施例４）
実施例４は、坩堝の回転を調整して引き上げを行うことにより表面酸素濃度を1.0×1018(atoms/cm3, Old ASTM)に調整した２枚のウェーハを用いたこと、Ａｒアニールを行わないこと、及び貼り合わせ前に活性層用ウェーハ及び支持基板用ウェーハを１％のHF溶液中に浸漬させること以外は、実施例１と同様の工程で貼り合わせウェーハを製造した。
【比較例】
【００３１】
（比較例１）
比較例１は、表面酸素濃度が1.1×1018のシリコンウェーハを、活性層用ウェーハ及び支持基板用ウェーハとして用い、Arガス雰囲気での熱処理を行わないこと以外は、実施例１と同様の工程で貼り合わせウェーハを製造した。
【００３２】
（評価方法）
上記で作製した各貼り合わせウェーハの、貼り合わせ界面に形成される島状酸化物の1cm2あたりの平均個数を光学顕微鏡により計測し、酸化物のサイズをレーザー顕微鏡により計測した。島状の酸化物の数及びサイズの観察結果を図２、計測結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
2008072049.tif 000003
【００３４】
表１の結果から、ウェーハの表面酸素濃度を1.0×1018以下とした実施例１〜４は、島状の酸化物の数及びその大きさのいずれについても、酸素濃度が1.0×1018超えであるウェーハからなる比較例１よりも良好な数値を得ていることがわかる。また、実施例１〜５の中では、貼り合わせ界面を疎水性表面とした実施例４が、島状の酸化物の抑制効果が顕著であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明によれば、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハを、絶縁膜を介さずに直接貼り合わせ、活性層用ウェーハを薄膜化することにより形成される貼り合わせウェーハの製造方法において、所定の活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハの少なくとも貼り合わせ面を含む表層部分の酸素濃度が1.0×1018(atoms/cm3, Old ASTM)以下であることを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法を提供することにより、貼り合わせ界面における島状の酸化物の形成を抑制することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の製造方法によって貼り合わせウェーハを製造する工程を説明するためのフローチャートであって、(ａ)は活性層用ウェーハ及び支持基板用ウェーハ、(ｂ)はアルゴンガスもしくは水素ガス雰囲気中での熱処理及び／またはHF溶液による酸化膜除去を施した活性層用ウェーハ及び支持基板用ウェーハ、(ｃ)は(ｂ)に示す両ウェーハを貼り合わせた状態、(ｄ)は活性層用ウェーハの一部を研削または剥離させた後の貼り合わせウェーハの状態、及び(ｅ)は貼り合わせウェーハ活性層の研磨状態を示す。
【図２】実施例１〜４及び比較例１の貼り合わせウェーハの貼り合わせ界面に形成する島状の酸化物を、レーザー顕微鏡を用いて観察したときの写真であって、(ａ)は実施例１、(ｂ)は実施例２、(ｃ)は実施例３、(ｄ)は実施例４、(ｅ)は比較例１の観察結果を示す。
【符号の説明】
【００３７】
１          自然酸化膜
２、２´    活性層用ウェーハ
３、３´    支持基板用ウェーハ
４          貼り合わせウェーハ
５          活性層
６          研磨機
【図１】
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【図２】
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