(57)【要約】【課題】ボイド欠陥が少なく高品質な貼り合わせウェーハを得るための手段を提供すること。【解決手段】トップウェーハとベースウェーハの貼り合わせ工程を含む貼り合わせウェーハの製造方法。前記貼り合わせ工程において、貼り合わせ面に存在する０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数を、貼り合わせ界面に存在する絶縁膜厚に応じて制御する。複数のトップウェーハからなるトップウェーハロットと複数のベースウェーハからなるベースウェーハロットから、トップウェーハとベースウェーハの組み合わせを少なくとも一組選択するウェーハ対選択工程を含む貼り合わせウェーハの製造方法。前記ウェーハ対選択工程において、貼り合わされるべき２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が、貼り合わされるべき２つの面上に存在する絶縁膜の総厚に応じた所定数以下となるトップウェーハとベースウェーハの組み合わせを選択する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
トップウェーハとベースウェーハを貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記貼り合わせたウェーハ中のトップウェーハを薄膜化する薄膜化工程と、
を含む貼り合わせウェーハの製造方法であって、
前記貼り合わせ工程において、
前記トップウェーハを、厚さ１０００Å超の絶縁膜を介して前記ベースウェーハと貼り合わせる場合は貼り合わせる２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．０１４個／ｃｍ2以下のトップウェーハとベースウェーハを貼り合わせ、
前記トップウェーハを、厚さ１０００Å以下の絶縁膜を介して、または絶縁膜を介さずに、前記ベースウェーハと貼り合わせる場合は貼り合わせる２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．００７個／ｃｍ2以下のトップウェーハとベースウェーハを貼り合わせる、貼り合わせウェーハの製造方法。
【請求項２】
複数のトップウェーハからなるトップウェーハロットと複数のベースウェーハからなるベースウェーハロットから、トップウェーハとベースウェーハの組み合わせを少なくとも一組選択するウェーハ対選択工程と、
前記選択された組み合わせのトップウェーハとベースウェーハを貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記貼り合わせたウェーハ中のトップウェーハを薄膜化する薄膜化工程と、
を含む貼り合わせウェーハの製造方法であって、
前記ウェーハ対選択工程において、
貼り合わされるべき２つの面上に存在する絶縁膜の総厚が１０００Åを超える場合は貼り合わされるべき２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．０１４個／ｃｍ2以下となるトップウェーハとベースウェーハの組み合わせを選択し、
貼り合わされるべき２つの面上に存在する絶縁膜の総厚が１０００Å以下であるか、または貼り合わされるべき２つの面上に絶縁膜が存在しない場合は貼り合わされるべき２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．００７個／ｃｍ2以下となるトップウェーハとベースウェーハの組み合わせを選択する、貼り合わせウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記ウェーハ対選択工程において選択されなかったトップウェーハおよびベースウェーハの少なくとも一部を抽出し、該抽出されたウェーハを洗浄する洗浄工程と、
前記洗浄工程に付されたウェーハの中から、または前記洗浄工程に付されたウェーハおよび洗浄工程に付されなかったウェーハの中から、トップウェーハとベースウェーハの組み合わせを少なくとも一組選択するウェーハ対再選択工程と、
前記ウェーハ対再選択工程において選択された組み合わせのトップウェーハとベースウェーハを貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記貼り合わせたウェーハ中のトップウェーハを薄膜化する薄膜化工程と、
を更に含み、
前記ウェーハ対再選択工程において、
貼り合わされるべき２つの面上に存在する絶縁膜の総厚が１０００Åを超える場合は貼り合わされるべき２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．０１４個／ｃｍ2以下となるトップウェーハとベースウェーハの組み合わせを選択し、
貼り合わされるべき２つの面上に存在する絶縁膜の総厚が１０００Å以下であるか、または貼り合わされるべき２つの面上に絶縁膜が存在しない場合は貼り合わされるべき２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．００７個／ｃｍ2以下となるトップウェーハとベースウェーハの組み合わせを選択する、請求項２に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記洗浄工程は、洗浄対象のウェーハが貼り合わせ工程に付される場合に貼り合わされるべき面の表面粗さＲＭＳが１０Å以下となるように行われる請求項３に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記貼り合わせ工程において、前記トップウェーハを、厚さ５００Å以下の絶縁膜を介して、または絶縁膜を介さずに、前記ベースウェーハと貼り合わせる請求項１〜４のいずれか１項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記貼り合わせ工程において貼り合わせる２つの面の表面粗さＲＭＳは、いずれも１０Å以下である請求項１〜５のいずれか１項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【請求項７】
前記薄膜化工程は、
貼り合わせ工程前のトップウェーハに軽元素イオンをイオン注入することにより、前記トップウェーハ内にイオン注入層を形成し、
貼り合わせ工程後、貼り合わせたウェーハを熱処理することにより、イオン注入層を境界としてトップウェーハの一部を剥離することによって行われる請求項１〜６のいずれか１項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法によって製造された貼り合わせウェーハ。
【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およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＯＩ(Silicon-On-Insulator)ウェーハは、従来のシリコンウェーハに比べ、素子間の分離、素子と基板間の寄生容量の低減、三次元構造形成が可能といった利点を有する。これら利点を活かし、近年、ＳＯＩウェーハは、高速・低消費電力のＬＳＩ等に使用されている。
【０００３】
ＳＯＩウェーハの製造方法の１つに、シリコンウェーハにイオン注入層を形成した後、２枚のウェーハを貼り合わせ、その後剥離熱処理により、イオン注入層を境界として剥離するイオン注入剥離法（スマートカット法（登録商標）とも呼ばれる）がある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−２１１１２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のＳＯＩウェーハは、比較的厚い（例えば１５００Å程度）絶縁膜を介して２枚のウェーハが貼り合わされていた。一方、近年、新たなデバイスに使用するために、薄い膜厚の絶縁膜を有するＳＯＩウェーハや２枚のウェーハを絶縁膜を介さずに直接貼り合わせたＤＳＢ(Direct Silicon Bonding)ウェーハの需要が高まりつつある。しかし、これらの新たなデバイス用の貼り合わせウェーハでは、ボイドと呼ばれる欠陥（接着界面の未結合部）が多数発生しデバイス特性に悪影響を与えることが問題となっている。
【０００５】
かかる状況下、本発明は、ボイド欠陥が少なく高品質な貼り合わせウェーハを提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成するためにボイド欠陥の発生原因について検討を重ねた。その結果、貼り合わせる面に存在する０．２０μｍ以上のサイズのパーティクルが、特に、薄い絶縁膜を有するＳＯＩウェーハやＤＳＢウェーハにおけるボイド欠陥の原因となることを見出し、この知見に基づき更に検討を重ねて本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、上記目的を達成する手段は、以下の通りである。
[１]トップウェーハとベースウェーハを貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記貼り合わせたウェーハ中のトップウェーハを薄膜化する薄膜化工程と、
を含む貼り合わせウェーハの製造方法であって、
前記貼り合わせ工程において、
前記トップウェーハを、厚さ１０００Å超の絶縁膜を介して前記ベースウェーハと貼り合わせる場合は貼り合わせる２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．０１４個／ｃｍ2以下のトップウェーハとベースウェーハを貼り合わせ、
前記トップウェーハを、厚さ１０００Å以下の絶縁膜を介して、または絶縁膜を介さずに、前記ベースウェーハと貼り合わせる場合は貼り合わせる２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．００７個／ｃｍ2以下のトップウェーハとベースウェーハを貼り合わせる、貼り合わせウェーハの製造方法。
[２]複数のトップウェーハからなるトップウェーハロットと複数のベースウェーハからなるベースウェーハロットから、トップウェーハとベースウェーハの組み合わせを少なくとも一組選択するウェーハ対選択工程と、
前記選択された組み合わせのトップウェーハとベースウェーハを貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記貼り合わせたウェーハ中のトップウェーハを薄膜化する薄膜化工程と、
を含む貼り合わせウェーハの製造方法であって、
前記ウェーハ対選択工程において、
貼り合わされるべき２つの面上に存在する絶縁膜の総厚が１０００Åを超える場合は貼り合わされるべき２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．０１４個／ｃｍ2以下となるトップウェーハとベースウェーハの組み合わせを選択し、
貼り合わされるべき２つの面上に存在する絶縁膜の総厚が１０００Å以下であるか、または貼り合わされるべき２つの面上に絶縁膜が存在しない場合は貼り合わされるべき２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．００７個／ｃｍ2以下となるトップウェーハとベースウェーハの組み合わせを選択する、貼り合わせウェーハの製造方法。
[３]前記ウェーハ対選択工程において選択されなかったトップウェーハおよびベースウェーハの少なくとも一部を抽出し、該抽出されたウェーハを洗浄する洗浄工程と、
前記洗浄工程に付されたウェーハの中から、または前記洗浄工程に付されたウェーハおよび洗浄工程に付されなかったウェーハの中から、トップウェーハとベースウェーハの組み合わせを少なくとも一組選択するウェーハ対再選択工程と、
前記ウェーハ対再選択工程において選択された組み合わせのトップウェーハとベースウェーハを貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記貼り合わせたウェーハ中のトップウェーハを薄膜化する薄膜化工程と、
を更に含み、
前記ウェーハ対再選択工程において、
貼り合わされるべき２つの面上に存在する絶縁膜の総厚が１０００Åを超える場合は貼り合わされるべき２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．０１４個／ｃｍ2以下となるトップウェーハとベースウェーハの組み合わせを選択し、
貼り合わされるべき２つの面上に存在する絶縁膜の総厚が１０００Å以下であるか、または貼り合わされるべき２つの面上に絶縁膜が存在しない場合は貼り合わされるべき２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．００７個／ｃｍ2以下となるトップウェーハとベースウェーハの組み合わせを選択する、[２]に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
[４]前記洗浄工程は、洗浄対象のウェーハが貼り合わせ工程に付される場合に貼り合わされるべき面の表面粗さＲＭＳが１０Å以下となるように行われる請求項３に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
[５]前記貼り合わせ工程において、前記トップウェーハを、厚さ５００Å以下の絶縁膜を介して、または絶縁膜を介さずに、前記ベースウェーハと貼り合わせる[１]〜[４]のいずれかに記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
[６]前記貼り合わせ工程において貼り合わせる２つの面の表面粗さＲＭＳは、いずれも１０Å以下である[１]〜[５]のいずれかに記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
[７]前記薄膜化工程は、
貼り合わせ工程前のトップウェーハに軽元素イオンをイオン注入することにより、前記トップウェーハ内にイオン注入層を形成し、
貼り合わせ工程後、貼り合わせたウェーハを熱処理することにより、イオン注入層を境界としてトップウェーハの一部を剥離することによって行われる[１]〜[６]のいずれかに記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
［８］［１］〜［７］のいずれかに記載の方法によって製造された貼り合わせウェーハ。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、貼り合わせ工程、およびトップウェーハを薄膜化する工程におけるボイド発生を低減することができ、これにより高品質な貼り合わせウェーハを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の貼り合わせウェーハの製造方法は、以下の２つの態様を含む。
方法Ｉ
トップウェーハとベースウェーハを貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記貼り合わせたウェーハ中のトップウェーハを薄膜化する薄膜化工程と、
を含む貼り合わせウェーハの製造方法であって、
前記貼り合わせ工程において、
前記トップウェーハを、厚さ１０００Å超の絶縁膜を介して前記ベースウェーハと貼り合わせる場合は貼り合わせる２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．０１４個／ｃｍ2以下のトップウェーハとベースウェーハを貼り合わせ、
前記トップウェーハを、厚さ１０００Å以下の絶縁膜を介して、または絶縁膜を介さずに、前記ベースウェーハと貼り合わせる場合は貼り合わせる２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．００７個／ｃｍ2以下のトップウェーハとベースウェーハを貼り合わせる、貼り合わせウェーハの製造方法。
【００１０】
方法ＩＩ
複数のトップウェーハからなるトップウェーハロットと複数のベースウェーハからなるベースウェーハロットから、トップウェーハとベースウェーハの組み合わせを少なくとも一組選択するウェーハ対選択工程と、
前記選択された組み合わせのトップウェーハとベースウェーハを貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記貼り合わせたウェーハ中のトップウェーハを薄膜化する薄膜化工程と、
を含む貼り合わせウェーハの製造方法であって、
前記ウェーハ対選択工程において、
貼り合わされるべき２つの面上に存在する絶縁膜の総厚が１０００Åを超える場合は貼り合わされるべき２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．０１４個／ｃｍ2以下となるトップウェーハとベースウェーハの組み合わせを選択し、
貼り合わされるべき２つの面上に存在する絶縁膜の総厚が１０００Å以下であるか、または貼り合わされるべき２つの面上に絶縁膜が存在しない場合は貼り合わされるべき２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．００７個／ｃｍ2以下となるトップウェーハとベースウェーハの組み合わせを選択する、貼り合わせウェーハの製造方法。
以下に、方法Ｉ、ＩＩの詳細を説明する。なお、以下において、方法Ｉ、ＩＩを併せて本発明の貼り合わせウェーハの製造方法ということがある。
【００１１】
従来、貼り合わせ面に存在するパーティクルがボイド欠陥の発生原因となることが指摘されていた。しかし、ウェーハ表面上のパーティクルを完全に除去するためには、極めて高度な洗浄技術が必要となり、工程が複雑化するとともに製造コストが増大する。
それに対し、本発明者らは検討を重ねた結果、ボイド欠陥の大きな発生原因となるパーティクルは、０．２０μｍ以上のサイズのものであることを新たに見出した。これに関連し、酸化膜を介さずにイオン注入層を有するトップウェーハと通常のベースウェーハを貼り合わせた後、イオン注入層を介してトップウェーハの一部を剥離して得られた貼り合わせウェーハにおいて、貼り合わせ前のウェーハ表面に付着していた所定サイズのパーティクルが、そのままボイド欠陥の起点となる確率（欠陥発生率）を図１に示す。図１に示すように、０．２０μｍ未満のパーティクルが、そのままボイド欠陥の起点となる確率は２０％以下であったのに対し、０．２０μｍ以上では、その確率は７０％以上になった。このように、あるサイズを境として、パーティクルがボイド欠陥の大きな発生原因となるか否かが分かれることは、従来まったく知られていなかったことであり、本発明により初めて見出されたことである。更に検討の結果、２つのウェーハ間に介在する酸化膜厚さが薄くなるほど、貼り合わせ面に存在するパーティクルがそのままボイド欠陥となる確率が高くなることも判明した。
【００１２】
そこで、本発明者らは、上記の新たな知見に基づき、貼り合わせ面に存在するパーティクルの中で、０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数を、貼り合わせ界面に存在する絶縁膜厚に応じて制御することにより、ボイド欠陥の発生が防止ないしは顕著に低減された貼り合わせウェーハが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
本発明の貼り合わせウェーハの製造方法では、上記知見に基づき、厚さ１０００Å超の絶縁膜を介してトップウェーハとベースウェーハを貼り合わせる場合は貼り合わせる２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．０１４個／ｃｍ2以下のトップウェーハとベースウェーハを貼り合わせ、厚さ１０００Å以下の絶縁膜を介して、または絶縁膜を介さずに、トップウェーハとベースウェーハと貼り合わせる場合は貼り合わせる２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．００７個／ｃｍ2以下のトップウェーハとベースウェーハを貼り合わせる。また、絶縁膜が特に薄い場合（例えば絶縁膜厚５０Å以下）や絶縁膜なしで貼り合わせを行う場合は、パーティクルがボイド欠陥となる確率が高いため、貼り合わせる２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．００４個／ｃｍ2以下となる組み合わせのトップウェーハとベースウェーハを貼り合わせることが好ましい。なお、絶縁膜が薄くなるほどパーティクルがボイド欠陥となる確率が高くなる理由は定かではないが、比較的厚い絶縁膜を介してウェーハを貼り合わせると、絶縁膜がクッションの役割を果たすためではないかと推察される。前記パーティクルの総数は、０個／ｃｍ2であることが最も好ましい。なお、本発明における「パーティクルのサイズ」とは、ウェーハ表面のパーティクルを計測する装置において識別される粒径をいうものとする。また、本発明において、「０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数」とは、貼り合わせる２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの合計数を、貼り合わせる２つの面の合計面積で割り単位面積当たり（１ｃｍ2当たり）の数として算出される値である。
【００１４】
方法Ｉでは、厚さ１０００Å超の絶縁膜を介してトップウェーハとベースウェーハと貼り合わせる場合は貼り合わせる２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．０１４個／ｃｍ2以下のトップウェーハとベースウェーハを貼り合わせ、厚さ１０００Å以下の絶縁膜を介して、または絶縁膜を介さずに、トップウェーハとベースウェーハと貼り合わせる場合は貼り合わせる２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．００７個／ｃｍ2以下のトップウェーハとベースウェーハを貼り合わせる。前記パーティクルの総数を低減する方法としては、洗浄を強化する方法が挙げられるが、通常、ベースウェーハとしては清浄なウェーハが使用されるのに対し、トップウェーハはイオン注入等の工程中に表面にパーティクルが付着することが多いため、主にトップウェーハの洗浄を強化することが好ましい。洗浄方法としては、通常ウェーハの洗浄に使用されているＳＣ−１（ＮＨ4ＯＨ，Ｈ2Ｏ2，Ｈ2Ｏ）洗浄、ＳＣ−１（ＮＨ4ＯＨ，Ｈ2Ｏ2，Ｈ2Ｏ）洗浄＋ＳＣ−２（ＨＣｌ，Ｈ2Ｏ2，Ｈ2Ｏ）洗浄、ＨＦ／Ｏ3洗浄、ＨＦ洗浄＋Ｏ3洗浄、等を挙げることができる。
【００１５】
次に、方法Ｉの具体的態様を、図２に基づき順次説明する。但し、本発明は以下に示す態様に限定されるものではない。
まず、貼り合わせる２枚のウェーハを準備する。次いで、２枚のウェーハを公知の方法で鏡面研磨する。絶縁膜を介して貼り合わせを行う場合、貼り合わせるウェーハとしては、例えば、ＣＺ法等により育成され、ボロンがドープされた単一のシリコンインゴットからスライスした２枚のシリコンウェーハを用いることができる。なお、２枚のウェーハを絶縁膜を介さずに直接貼り合わせる場合は、ベースウェーハとしてシリコンウェーハを使用し、トップウェーハとしてベースウェーハと異種のウェーハを用いるか、ベースウェーハと方位の違うシリコンウェーハを用いることができる。これら２枚のシリコンウェーハの一方をトップウェーハ、他方をベースウェーハとする。なお、本発明において、２枚のウェーハを絶縁膜を介さずに直接貼り合わせるとは、２枚のウェーハを意図的に形成した絶縁膜を介さずに貼り合わせることを意味するものであり、自然酸化膜を介して２枚のウェーハを貼り合わせることを含む意味である。
【００１６】
絶縁膜を介して２枚のウェーハを貼り合わせる場合は、トップウェーハおよびベースウェーハの少なくとも一方の、少なくとも貼り合わせ面となる表面に絶縁膜を形成する。なお、図２（ａ）には、トップウェーハの表面に絶縁膜を形成した例を示したが、本発明はこの態様に限定されるものではない。前記絶縁膜は、例えば酸化膜であり、熱酸化法、ＣＶＤ法等の公知の方法で形成することができる。こうして形成される絶縁膜の厚さは、所望のデバイス特性に応じて決定されるものであり、特に限定されるものではない。ただし、前述のように、本発明の貼り合わせウェーハの製造方法は、薄い絶縁膜を介して、または絶縁膜を介さずに２枚のウェーハを貼り合わせる場合に多数発生するボイド欠陥防止に有効であり、貼り合わせ界面に存在する絶縁膜の厚さが０〜５００Å、更には０〜２００Å、特に０〜５０Åの場合に本発明の適用が効果的である。貼り合わせ界面に存在する絶縁膜の厚さの上限は、特に限定されるものではないが、実用上、例えば３０００Å程度である。
【００１７】
後述する薄膜化工程を、イオン注入剥離法を用いて行う場合、図２（ｂ）に示すように、トップウェーハに軽元素イオン（例えば、水素イオン、希ガスイオンまたは水素イオンと希ガスイオンとの混合物）をイオン注入し、トップウェーハ内にイオン注入層を形成する。イオン注入は、公知のイオン注入装置を用いて行うことができる。イオン注入時の加速電圧は、例えば１０〜１００ｋｅＶとすることができる。イオン注入量は、生産性を考慮すると少ない方が好ましいが、過度に少ないとその後の熱処理において剥離することが困難となる。これらの点を考慮すると、イオン注入量は、例えば２ｅ16〜１ｅ17／ｃｍ2、好ましくは５ｅ16〜１ｅ17／ｃｍ2とすることができる。
【００１８】
次いで、図２（ｃ）に示すように、トップウェーハとベースウェーハとの貼り合わせを行う。貼り合わせ工程は、通常ウェーハの貼り合わせに使用される治具を用い、例えば室温下で行うことができる。両ウェーハの貼り合わせ面を鏡面研磨しておくことにより、接着剤等を用いることなくウェーハ同士を接着させることができる。前述のように、方法Ｉでは、この貼り合わせ工程において、貼り合わせる２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が、貼り合わせ界面に存在する絶縁膜厚に応じて設定された所定値以下となるトップウェーハとベースウェーハを貼り合わせる。これにより、得られる貼り合わせウェーハにおけるボイド欠陥発生を低減ないしは防止することができる。
【００１９】
なお、貼り合わせ工程において貼り合わせるトップウェーハ表面とベースウェーハ表面は、いずれも表面粗さＲＭＳ(Root mean square)が１０Å以下の表面平滑性を有することが好ましい。これにより、貼り合わせ工程におけるウェーハ同士の接着を強固にすることができる。前記表面粗さＲＭＳは、より好ましくは５Å以下である。前記表面粗さＲＭＳの下限値は、特に限定されるものではないが、例えば０．１Å程度である。前記表面粗さＲＭＳは、１０μｍ×１０μｍの領域で測定した原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によるＲＭＳ値をいうものとする。
【００２０】
前記貼り合わせ工程後、トップウェーハを薄膜化する薄膜化工程を行う。薄膜化工程は、イオン注入剥離法、研削法等によって行うことができる。残存するトップウェーハの厚さを高度に調節して薄膜化するためには、イオン注入剥離法を用いることが好ましい。イオン注入剥離法を用いる場合は、前述のように貼り合わせ工程前にイオン注入を行うとともに、貼り合わせ工程後のウェーハを熱処理することにより、イオン注入層を境界としてトップウェーハの一部を剥離することができる（図２（ｄ）参照）。熱処理温度は、一般的に３００℃以上の温度とされており、好ましくは３５０〜５００℃である。熱処理温度が上記範囲内であれば、イオン注入層に気泡を発生させることができ、この気泡が連続層となることにより、イオン注入層を境界として剥離を起こすことができる。熱処理時間は、例えば１分〜１時間、好ましくは１〜３０分、昇温速度は、例えば０．５〜１０℃/ｍｉｎ、好ましくは１〜５℃/ｍｉｎである。熱処理は、公知の熱処理装置を用いて行うことができる。
【００２１】
得られた貼り合わせウェーハに対して、図２（ｅ）に示すように、トップウェーハ側表面およびベースウェーハ側表面を研磨することにより、所望の厚さの貼り合わせウェーハを得ることができる。
【００２２】
次に、方法ＩＩの各工程について順次説明する。
方法ＩＩでは、まず、複数のトップウェーハからなるトップウェーハロットと複数のベースウェーハからなるベースウェーハロットから、トップウェーハとベースウェーハの組み合わせを少なくとも一組選択するウェーハ対選択工程を行う。そして、この工程において、貼り合わされるべき２つの面上に存在する絶縁膜の総厚が１０００Åを超える場合は貼り合わされるべき２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．０１４個／ｃｍ2以下となるトップウェーハとベースウェーハの組み合わせを選択し、貼り合わされるべき２つの面上に存在する絶縁膜の総厚が１０００Å以下であるか、または貼り合わされるべき２つの面上に絶縁膜が存在しない場合は貼り合わされるべき２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が０．００７個／ｃｍ2以下となるトップウェーハとベースウェーハの組み合わせを選択する。前記ウェーハロットは、例えば５０〜１００枚程度のウェーハを含むものである。そして、ロット内のウェーハ表面上のパーティクル計測は、ＫＬＡ Ｔｅｎｃｏｒ社製のＳＰ−１等の装置を用いて公知の手法で行うことができる。そして、貼り合わされるべき２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が、貼り合わせ界面に存在する絶縁膜厚に応じて設定された所定値以下となるトップウェーハとベースウェーハの組み合わせを選択し、選択された２枚のウェーハを貼り合わせることにより、ボイド欠陥の発生が低減ないしは防止された貼り合わせウェーハを得ることができる。前記パーティクル総数の好ましい範囲については、先に説明した通りである。また、方法ＩＩにおける貼り合わせ工程および薄膜化工程の詳細も、先に説明した通りである。
【００２３】
方法ＩＩでは、前記ウェーハ対選択工程において選択されなかったトップウェーハおよびベースウェーハの少なくとも一部を抽出し、該抽出されたウェーハを洗浄する洗浄工程を行うことができる。この洗浄工程により抽出したウェーハ表面のパーティクルを低減することができる。洗浄工程は、前述の洗浄方法により行うことができる。但し、ここでの洗浄は、貼り合わせ面となるべき面の表面粗さＲＭＳが１０Å以下となるように調整して行うことが好ましい。これにより、貼り合わせ工程におけるウェーハ同士の接着を強固にすることができる。前記表面粗さＲＭＳの好ましい範囲については、前述の通りである。
【００２４】
その後、前記洗浄工程に付されたウェーハの中から、または前記洗浄工程に付されたウェーハおよび洗浄工程に付されなかったウェーハの中から、トップウェーハとベースウェーハの組み合わせを少なくとも一組選択するウェーハ対再選択工程を行うことができる。この工程では、貼り合わされるべき２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズを有するパーティクルの総数が、貼り合わせ界面に存在する絶縁膜厚に応じて設定された所定値以下となるトップウェーハとベースウェーハの組み合わせを選択する。前記パーティクル総数の好ましい範囲は前述の通りである。そして、前記ウェーハ対再選択工程において選択された組み合わせのトップウェーハとベースウェーハに対して貼り合わせ工程および薄膜化工程を順次行えば、ボイド発生が低減ないしは防止された貼り合わせウェーハを量産することができる。上記貼り合わせ工程および薄膜化工程の詳細は、先に説明した通りである。なお、本発明では、ウェーハ対再選択工程後、更なるウェーハの抽出および洗浄、ウェーハ対再選択工程、貼り合わせ工程、薄膜化工程を複数回繰り返し、同一ロット中のより多くの複数のウェーハを使用して貼り合わせウェーハを量産することも可能である。
【００２５】
更に、本発明は、前記方法によって製造された貼り合わせウェーハにも関する。
前述のように、本発明の貼り合わせウェーハの製造方法によれば、デバイス特性に悪影響を与えるボイド欠陥の発生を低減ないしは防止することができるため、該方法によって得られた本発明の貼り合わせウェーハは高い品質を有する。よって、本発明の貼り合わせウェーハを使用することにより、優れた特性を有する高品質なデバイスを提供することができる。
【実施例】
【００２６】
以下に、実施例に基づき本発明を更に説明する。但し、本発明は実施例に示す態様に限定されるものではない。
【００２７】
[実施例１]
ＳＯＩウェーハの製造（ＢＯＸ層厚１５００Å）
最初に、ＣＺ法により育成され、ボロンがドーパントとされた単一のシリコンインゴットからスライスした厚さ７２５μｍ、直径３００ｍｍ、比抵抗２０Ω・ｃｍのシリコンウェーハを２枚準備した。この後、これらのシリコンウェーハを公知の手法にて鏡面研磨した。そして、これらのシリコンウェーハのうち、一方をトップウェーハとし、他方をベースウェーハとした。
次いで、図２（ａ）に示すように、トップウェーハとなるシリコンウェーハの表面に酸化膜（ＢＯＸ層：埋め込み酸化膜）を形成した。酸化膜の形成は、酸化炉内にシリコンウェーハを装入し、これを１０００℃×２０分間で熱処理（ｗｅｔ）することによって行った。このとき形成された酸化膜の厚さは１５００Åであった。
このトップウェーハに対して、ＳＣ−１（ＮＨ4ＯＨ、Ｈ2Ｏ2、Ｈ2Ｏ）洗浄液により、５分間洗浄を行い，純水リンス後乾燥させた。洗浄後の酸化膜付きシリコンウェーハをイオン注入装置の真空チャンバ内にセットし、回転を始めた。続いて４０ｋｅＶ、５．０Ｅ１６／ｃｍ2の条件で水素イオンビームによる注入を行い、イオン注入層を形成した（図２（ｂ）参照）。
上記工程を繰り返し、複数のトップウェーハを含むトップウェーハロットおよび複数のベースウェーハを含むベースウェーハロットを準備した。
トップウェーハロット中のトップウェーハおよびベースウェーハロット中のベースウェーハについて、貼り合わせ時に貼り合わせ面となる表面に付着したパーティクルを、ＫＬＡ Ｔｅｎｃｏｒ社製のＳＰ−１によって測定し、サイズ０．２０μｍ以上のパーティクルの総数で分類分けし、貼り合わせ面に付着したサイズ０．２０μｍ以上のパーティクルの総数が０個（０個／ｃｍ2）〜２０個（０．０１４個／ｃｍ2）となる組み合わせを選別し、貼り合わせを行った。貼り合わせ後５００℃×３０分の熱処理を行うことでトップウェーハをイオン注入層を境界として剥離し、剥離後のボイド欠陥数を目視検査によって測定した。
【００２８】
[比較例１]
ＳＯＩウェーハの製造（ＢＯＸ層厚１５００Å）
実施例１で準備したウェーハロットから、貼り合わせ面に付着したサイズ０．２０μｍ以上のパーティクルの総数が２１個以上（０．０１５個／ｃｍ2以上）となる組み合わせを選別し、貼り合わせを行った。その後、実施例１と同様の剥離処理を行い、剥離後のボイド欠陥数を目視検査によって測定した。
【００２９】
[実施例２]
ＳＯＩウェーハの製造（ＢＯＸ層厚１０００Å）
トップウェーハ用シリコンウェーハの酸化条件を１０００℃×１０分間（ｗｅｔ）として厚さ１０００Åの酸化膜を形成した以外は実施例１と同様の処理を行い、複数のトップウェーハを含むトップウェーハロットおよび複数のベースウェーハを含むベースウェーハロットを準備した。
上記ウェーハロット中のウェーハについて、貼り合わせ面に付着したサイズ０．２０μｍ以上のパーティクルの総数が０個（０個／ｃｍ2）〜１０個（０．００７個／ｃｍ2）となる組み合わせを選別し、貼り合わせを行った。その後、実施例１と同様の剥離処理を行い、剥離後のボイド欠陥数を目視検査によって測定した。
【００３０】
[比較例２]
ＳＯＩウェーハの製造（ＢＯＸ層厚１０００Å）
実施例２で準備したウェーハロットから、貼り合わせ面に付着したサイズ０．２０μｍ以上のパーティクルの総数が１１個以上（０．００８個／ｃｍ2以上）となる組み合わせを選別し、貼り合わせを行った。その後、実施例１と同様の剥離処理を行い、剥離後のボイド欠陥数を目視検査によって測定した。
【００３１】
[実施例３]
ＳＯＩウェーハの製造（ＢＯＸ層厚５００Å）
トップウェーハ用シリコンウェーハの酸化条件を９５０℃×８分間（ｗｅｔ）として厚さ５００Åの酸化膜を形成した以外は実施例１と同様の処理を行い、複数のトップウェーハを含むトップウェーハロットおよび複数のベースウェーハを含むベースウェーハロットを準備した。
上記ウェーハロット中のウェーハについて、実施例２と同様に貼り合わせ面に付着したサイズ０．２０μｍ以上のパーティクルの総数が０個（０個／ｃｍ2）〜１０個（０．００７個／ｃｍ2）となる組み合わせを選別し、貼り合わせを行った。その後、実施例１と同様の剥離処理を行い、剥離後のボイド欠陥数を目視検査によって測定した。
【００３２】
[比較例３]
ＳＯＩウェーハの製造（ＢＯＸ層厚５００Å）
実施例３で準備したウェーハロットから、貼り合わせ面に付着したサイズ０．２０μｍ以上のパーティクルの総数が１１個以上（０．００８個／ｃｍ2以上）となる組み合わせを選別し、貼り合わせを行った。その後、実施例１と同様の剥離処理を行い、剥離後のボイド欠陥数を目視検査によって測定した。
【００３３】
[実施例４]
ＳＯＩウェーハの製造（ＢＯＸ層厚３００Å）
トップウェーハ用シリコンウェーハの酸化条件を８５０℃×２０分間（ｗｅｔ）として厚さ３００Åの酸化膜を形成した以外は実施例１と同様の処理を行い、複数のトップウェーハを含むトップウェーハロットおよび複数のベースウェーハを含むベースウェーハロットを準備した。
上記ウェーハロット中のウェーハについて、実施例２と同様に貼り合わせ面に付着したサイズ０．２０μｍ以上のパーティクルの総数が０個（０個／ｃｍ2）〜１０個（０．００７個／ｃｍ2）となる組み合わせを選別し、貼り合わせを行った。その後、実施例１と同様の剥離処理を行い、剥離後のボイド欠陥数を目視検査によって測定した。
【００３４】
[比較例４]
ＳＯＩウェーハの製造（ＢＯＸ層厚３００Å）
実施例４で準備したウェーハロットから、貼り合わせ面に付着したサイズ０．２０μｍ以上のパーティクルの総数が１１個以上（０．００８個／ｃｍ2以上）となる組み合わせを選別し、貼り合わせを行った。その後、実施例１と同様の剥離処理を行い、剥離後のボイド欠陥数を目視検査によって測定した。
【００３５】
[実施例５]
ＳＯＩウェーハの製造（ＢＯＸ層厚２００Å）
トップウェーハ用シリコンウェーハの酸化条件を８５０℃×１５分間（ｗｅｔ）として厚さ２００Åの酸化膜を形成した以外は実施例１と同様の処理を行い、複数のトップウェーハを含むトップウェーハロットおよび複数のベースウェーハを含むベースウェーハロットを準備した。
上記ウェーハロット中のウェーハについて、実施例２と同様に貼り合わせ面に付着したサイズ０．２０μｍ以上のパーティクルの総数が０個（０個／ｃｍ2）〜１０個（０．００７個／ｃｍ2）となる組み合わせを選別し、貼り合わせを行った。その後、実施例１と同様の剥離処理を行い、剥離後のボイド欠陥数を目視検査によって測定した。
【００３６】
[比較例５]
ＳＯＩウェーハの製造（ＢＯＸ層厚２００Å）
実施例５で準備したウェーハロットから、貼り合わせ面に付着したサイズ０．２０μｍ以上のパーティクルの総数が１１個以上（０．００８個／ｃｍ2以上）となる組み合わせを選別し、貼り合わせを行った。その後、実施例１と同様の剥離処理を行い、剥離後のボイド欠陥数を目視検査によって測定した。
【００３７】
[実施例６]
ＳＯＩウェーハの製造（ＢＯＸ層厚１００Å）
トップウェーハ用シリコンウェーハの酸化条件を８５０℃×１０分間（ｗｅｔ）として厚さ１００Åの酸化膜を形成した以外は実施例１と同様の処理を行い、複数のトップウェーハを含むトップウェーハロットおよび複数のベースウェーハを含むベースウェーハロットを準備した。
上記ウェーハロット中のウェーハについて、実施例２と同様に貼り合わせ面に付着したサイズ０．２０μｍ以上のパーティクルの総数が０個（０個／ｃｍ2）〜１０個（０．００７個／ｃｍ2）となる組み合わせを選別し、貼り合わせを行った。その後、実施例１と同様の剥離処理を行い、剥離後のボイド欠陥数を目視検査によって測定した。
【００３８】
[比較例６]
ＳＯＩウェーハの製造（ＢＯＸ層厚１００Å）
実施例６で準備したウェーハロットから、貼り合わせ面に付着したサイズ０．２０μｍ以上のパーティクルの総数が１１個以上（０．００８個／ｃｍ2以上）となる組み合わせを選別し、貼り合わせを行った。その後、実施例１と同様の剥離処理を行い、剥離後のボイド欠陥数を目視検査によって測定した。
【００３９】
[実施例７]
ＳＯＩウェーハの製造（ＢＯＸ層厚５０Å）
トップウェーハ用シリコンウェーハの酸化条件を８００℃×４０分間（ｄｒｙ）として厚さ５０Åの酸化膜を形成した以外は実施例１と同様の処理を行い、複数のトップウェーハを含むトップウェーハロットおよび複数のベースウェーハを含むベースウェーハロットを準備した。
上記ウェーハロット中のウェーハについて、実施例２と同様に貼り合わせ面に付着したサイズ０．２０μｍ以上のパーティクルの総数が０個（０個／ｃｍ2）〜１０個（０．００７個／ｃｍ2）となる組み合わせを選別し、貼り合わせを行った。その後、実施例１と同様の剥離処理を行い、剥離後のボイド欠陥数を目視検査によって測定した。
【００４０】
[比較例７]
ＳＯＩウェーハの製造（ＢＯＸ層厚５０Å）
実施例７で準備したウェーハロットから、貼り合わせ面に付着したサイズ０．２０μｍ以上のパーティクルの総数が１１個以上（０．００８個／ｃｍ2以上）となる組み合わせを選別し、貼り合わせを行った。その後、実施例１と同様の剥離処理を行い、剥離後のボイド欠陥数を目視検査によって測定した。
【００４１】
[実施例８]
ＤＳＢウェーハの製造（ＢＯＸ層なし）
トップウェーハ用シリコンウェーハに対して酸化膜形成処理を行わなかった以外は実施例１と同様の処理を行い、複数のトップウェーハを含むトップウェーハロットおよび複数のベースウェーハを含むベースウェーハロットを準備した。
上記ウェーハロット中のウェーハについて、実施例２と同様に貼り合わせ面に付着したサイズ０．２０μｍ以上のパーティクルの総数が０個（０個／ｃｍ2）〜１０個（０．００７個／ｃｍ2）となる組み合わせを選別し、貼り合わせを行った。その後、実施例１と同様の剥離処理を行い、剥離後のボイド欠陥数を目視検査によって測定した。
【００４２】
[比較例８]
ＤＳＢウェーハの製造（ＢＯＸ層なし）
実施例８で準備したウェーハロットから、貼り合わせ面に付着したサイズ０．２０μｍ以上のパーティクルの総数が１１個以上（０．００８個／ｃｍ2以上）となる組み合わせを選別し、貼り合わせを行った。その後、実施例１と同様の剥離処理を行い、剥離後のボイド欠陥数を目視検査によって測定した。
【００４３】
【表１】
2008066500.tif 000002
【００４４】
【表２】
2008066500.tif 000003
【００４５】
【表３】
2008066500.tif 000004
【００４６】
【表４】
2008066500.tif 000005
【００４７】
【表５】
2008066500.tif 000006
【００４８】
【表６】
2008066500.tif 000007
【００４９】
【表７】
2008066500.tif 000008
【００５０】
【表８】
2008066500.tif 000009
【００５１】
表１の結果から、厚さ１５００Åの比較的厚い酸化膜を介して２枚のウェーハを貼り合わせる場合は０．２０μｍ以上のサイズのパーティクル総数が２０個（０．０１４個／ｃｍ2）を超えるとボイド欠陥が顕著に発生することがわかる。よって、この場合は貼り合わせる２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズのパーティクル総数が２０個以下（０．０１４個／ｃｍ2以下）となる組み合わせのトップウェーハとベースウェーハを選択して貼り合わせを行うことによりボイド欠陥発生が低減ないしは防止された高品質な貼り合わせウェーハを得ることができる。
また、表２〜８の結果から、厚さ１０００Å以下の酸化膜を介して、または酸化膜を介さずに直接２枚のウェーハを貼り合わせる場合は０．２０μｍ以上のサイズのパーティクル総数が１０個（０．００７個／ｃｍ2）を超えるとボイド欠陥が顕著に発生することがわかる。よって、この場合は貼り合わせる２つの面上の０．２０μｍ以上のサイズのパーティクル総数が１０個以下（０．００７個／ｃｍ2以下）となる組み合わせのトップウェーハとベースウェーハを選択して貼り合わせを行うことによりボイド欠陥発生が低減ないしは防止された高品質な貼り合わせウェーハを得ることができる。特に、実施例７および８の結果から、酸化膜厚が０〜５０Åの場合はパーティクル総数が５個以下（０．００４個／ｃｍ2以下）の場合にボイド欠陥発生を特に効果的に抑制できることが示された。
前述のように、従来、比較的薄い酸化膜を介して２枚のウェーハを貼り合わせる場合および酸化膜を介さずに２枚のウェーハを直接貼り合わせる場合はボイド欠陥発生が顕著であった。それに対し、上記結果により、本発明によれば、それら場合でもボイド欠陥発生を効果的に抑制し高品質な貼り合わせウェーハを提供できることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明によれば、高品質な貼り合わせウェーハを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】貼り合わせ前のウェーハ表面に付着していた所定サイズのパーティクルが、そのままボイド欠陥の起点となる確率（欠陥発生率）を示す。
【図２】貼り合わせウェーハ製造工程の説明図である。
【図１】
2008066500.tif 000010
【図２】
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