(57)【要約】【課題】貼り合わせ後の熱処理等において、貼り合わせ界面に残留したシリコンウェーハ表面の水分や有機物に起因する、前記界面に残留する局所的な酸化物の発生を抑制しつつ、貼り合わせウェーハを作製する方法を提供する。【解決手段】２枚のシリコンウェーハを貼り合わせて貼り合わせウェーハを製造する方法。前記２枚のシリコンウェーハを加熱した状態で、かつ減圧状態で貼り合わせる工程、および貼り合わせたウェーハを熱処理して貼り合わせ強度を向上させる工程を含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚のシリコンウェーハを貼り合わせて貼り合わせウェーハを製造する方法であって、
前記２枚のシリコンウェーハを加熱した状態で、かつ減圧状態で貼り合わせる工程、および
貼り合わせたウェーハを熱処理して貼り合わせ強度を向上させる工程
を含む、前記製造方法。
【請求項２】
前記加熱温度は、５０℃以上、３００℃以下であり、前記減圧状態の真空度は、0.1kPa以上、10kPa以下である、請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
貼り合わせ強度の向上のための熱処理は、不活性ガス雰囲気下、１１００℃以上の温度で１時間以上行う、請求項１または２記載の製造方法。
【請求項４】
貼り合わせ前に貼り合わせるウェーハ表面をプラズマ処理し、その後、貼り合わせを行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５】
貼り合わせたウェーハを薄膜化する工程をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６】
薄膜化する工程は、研削および研磨の工程、またはイオン注入剥離の工程である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
【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方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鏡面研磨された２枚のウェーハを、その鏡面研磨面同士を清浄な条件下で直接または酸化膜を介して重ね合わせることにより、接着剤を用いることなく結合できることが知られている（特開平５−１５２５４９号公報（特許文献１）参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の方法は、クリーンルーム内において載置台上に一方のベースウェーハを、結合面を上に向けて載置し、他方のボンドウェーハの結合面とは反対側の面におけるＯＦ（オリエンテーションフラット）部またはノッチ部（Ｖ字形の切欠き部）付近を真空ピンセットで吸着保持し、ボンドウェーハのＯＦ部またはノッチ部がやや下がり気味となるように傾けた状態でベースウェーハ上方から下降させてゆき、先ず両ウェーハのＯＦ部またはノッチ部が合致するようにその縁を軽く接触させる。次いで、両ウェーハのＯＦ部またはノッチ部とは反対側の端部同士の間隔が約１ｍｍ程度になるまで接近させ、その状態で前記真空ピンセットの吸着を開放する。それによりボンドウェーハはＯＦ部またはノッチ部の縁を支点として自重により回転し、ボンドウェーハの結合面の全面がベースウェーハの結合面の全面に重ね合わせられるというものである。
【０００４】
上記特許文献１の方法の改良方法として、室温での密着を促進するために重ね合わせたウェーハに外力を加えてもその部分に歪みが発生しない結合方法を提供することを目的として、重ね合わせたウェーハに対して行った真空ピンセットによる直接的な押圧に代えて、気体により圧力を加えることで、鏡面研磨された２枚のウェーハを結合する方法が提案されている（特開２０００−１８８２４５号公報（特許文献２）参照）。
【特許文献１】特開平５−１５２５４９号公報
【特許文献２】特開２０００−１８８２４５号公報
【特許文献３】特開２００５−１９７５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に記載の方法は、鏡面研磨された２枚のシリコンウェーハを貼り合わせて、貼り合わせウェーハを作製する方法であり、室温でかつ、ほぼ大気圧で行われることから、比較的容易な方法であった。一般的には、貼り合わせは、通常のクリーンルームで行われ、クリーンルームの室温は、２０℃〜２５℃が一般的である。
【０００６】
しかし、この手法では、貼り合わせる直前までに付着したシリコンウェーハ表面の水分や有機物は除去されることなく、貼り合わせ界面に残留してしまうという問題があった。残留した水分や有機物は、後の貼り合わせ工程における熱処理時に凝縮することとなり局所的な酸化物として界面に残留してしまい、デバイスの作製不良や、特性不良となることがある。
【０００７】
この後工程の熱処理は、貼り合わせ界面の強度を向上させるための熱処理や、表面の平坦度を向上させるための熱処理等がある。具体的には、貼り合わせ界面の強度を向上させるための熱処理としては、１１００℃以上の温度で１時間以上、保持することが必要であり、また、表面の平坦度を向上させるための熱処理としてはアルゴンや水素ガス等による１１００℃以上の熱処理がある（例えば、特開２００５−１９７５２４号公報（特許文献３）参照）。
【０００８】
そこで本発明の目的は、上記貼り合わせ後の熱処理等において、貼り合わせ界面に残留したシリコンウェーハ表面の水分や有機物に起因する、前記界面に残留する局所的な酸化物の発生を抑制しつつ、貼り合わせウェーハを作製する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明は以下の通りである。
[１]２枚のシリコンウェーハを貼り合わせて貼り合わせウェーハを製造する方法であって、前記２枚のシリコンウェーハを加熱した状態で、かつ減圧状態で貼り合わせる工程、および貼り合わせたウェーハを熱処理して貼り合わせ強度を向上させる工程を含む、前記製造方法。
[２]前記加熱温度は、５０℃以上、３００℃以下であり、前記減圧状態の真空度は、0.1kPa以上、10kPa以下である、［１]記載の製造方法。
[３]貼り合わせ強度の向上のための熱処理は、不活性ガス雰囲気下、１１００℃以上の温度で１時間以上行う、［１]または［２］記載の製造方法。
[４]貼り合わせ前に貼り合わせるウェーハ表面をプラズマ処理し、その後、貼り合わせを行う［１]〜［３］のいずれかに記載の製造方法。
[５]貼り合わせたウェーハを薄膜化する工程をさらに含む、［１]〜［４］のいずれかに記載の製造方法。
[６]薄膜化する工程は、研削および研磨の工程、またはイオン注入剥離の工程である、［１]〜［５］のいずれかに記載の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の貼り合わせウェーハの製造方法によれば、２枚のシリコンウェーハを、直接、貼り合わせる場合、貼り合わせ直前に存在するシリコンウェーハ表面の水分や有機物を除去することで、貼り合わせ作製工程に於いて発生するボイド欠陥貼り合わせ界面の局所的な酸化物の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、２枚のシリコンウェーハを直接貼り合わせて貼り合わせウェーハを製造する方法である。
貼り合わせる２枚のシリコンウェーハは、少なくとも片面が鏡面仕上げされたウェーハであり、ウェーハの鏡面同士を対向させて重ね合わせて貼り合わせを行う。
【００１２】
貼り合わせる工程は、前記２枚のシリコンウェーハを加熱した状態で、かつ減圧状態で直接貼り合わせる。貼り合わせる環境を、室温以上に加熱された状態で、かつ、大気圧よりも低い圧力（もしくは減圧）状態とすることにより、シリコンウェーハ表面に付着した水分や有機物が除去され、貼り合わせ時のボイド欠陥や後工程、特に熱処理工程において発生する局所的な酸化物の発生を抑制することができる。
【００１３】
上記加熱温度は、加熱された状態であれば、特に限定するものではないが、水分の除去効果を向上させるため、また、短時間で水分を除去するため、５０℃以上であることが好ましく、１００℃以上であることがより好ましい。
【００１４】
また、上限温度に関しては、有機物が除去できる温度であれば、限定はない。但し、３００℃を超える高温での貼り合わせでは、逆に、装置からの熱による汚染や、装置構造が複雑になる、貼り合わせ後の冷却に時間がかかる、など、問題が出てくる場合がある。更に、イオン注入剥離法では、３００℃を超える温度でイオン注入層の剥離が開始される。従って、上限温度は３００℃であり、加熱温度は、３００℃以下であることが好ましい。
【００１５】
加熱方法は、一般的な赤外線ランプ加熱、抵抗加熱、誘導加熱等、加熱された状態を維持できる手法であれば、適宜採用できる。
【００１６】
貼り合わせ時の減圧状態の真空度に関しては、加熱状態と同様、大気圧未満の圧力であればよいが、水分や有機物の除去効果を向上させるためには、10kPa以下であることが好ましい。一方、あまり真空度を上げると、所定の真空度に達するまでに時間がかかり、そのための真空装置も必要となることから、真空度の上限は、0.1kPaであることが好ましく、真空度は0.1kPaであること以上が好ましい。
【００１７】
尚、貼り合わせる２枚のシリコンウェーハは、少なくとも片面が鏡面仕上げされたウェーハであり、ウェーハの鏡面同士を対向させて重ね合わせて貼り合わせを行うものであるが、貼り合わせ前にシリコンウェーハ表面をプラズマ処理し、その後、貼り合わせを行うこともできる。貼り合わせ前にシリコンウェーハ表面をプラズマ処理することで、シリコンウェーハ表面に付着した有機物を除去することができ、ボイド欠陥の不良率を改善することができる。また、本発明の方法における加熱の温度条件をより低い条件とし、また減圧をより低い真空度としても、所定の効果を得ることができる。
【００１８】
さらに、プラズマ処理により、表面を活性化させることで、貼り合わせ強度を向上させるための熱処理温度を低温化させ、スループット短縮による作製コスト低減が可能となるという利点もある。
【００１９】
プラズマ処理は、例えば、窒素、酸素、アルゴン、希釈水素や、前記ガスの混合ガス等のガスを用いて行うことができる。プラズマ処理の方法は、例えば、プラズマチャンバー内にウェーハを入れた後、所定のガス（例えば窒素ガス）で完全に置換した後プラズマチャンバー内を、例えば、０．１kPA以下まで減圧した状態で、数十秒から数分の間、プラズマを発生させ、ウェーハ表面を活性化させる方法であることができる。ただし、この方法に限定される意図ではない。
【００２０】
貼り合わせたウェーハは、熱処理して貼り合わせ強度を向上させる。この熱処理工程は、不活性雰囲気下、１１００℃以上の温度で１時間以上行うことが適当である。
この熱処理の雰囲気は、例えば、アルゴンガス雰囲気や窒素雰囲気、酸素雰囲気、これらの混合ガス雰囲気等で処理することができる。熱処理温度は、接着強度を強めることができる温度であれば、良く、上限は、例えば、１２００℃であり、好ましくは１１００〜１１５０℃である。熱処理時間は１時間以上であり、例えば、１〜５時間の範囲である。
【００２１】
本発明の製造方法は、貼り合わせたウェーハを薄膜化する工程をさらに含むことができる。
薄膜化する工程は、研削および研磨の工程、またはイオン注入剥離の工程であることができる。研削・研磨の工程を用いる方法は、グラインドバック法と呼ばれる方法であることができる。また、イオン注入剥離の工程を用いる方法は、水素イオンを注入し、注入層で剥離させるイオン注入剥離法であることができる。
【００２２】
イオン注入剥離の工程は、例えば、貼り合わせ前のシリコンウェーハに水素イオンまたは希ガスイオンを注入して、活性層側となるシリコンウェーハを作製し、これを貼り合わせてウェーハを得、その上で、貼り合わせたウェーハを薄膜化する。シリコンウェーハへの水素イオンの注入は、例えば、加速電圧：50keV, ドーズ量：1e17/cm2とすることができ、これにより、300mmの活性層側となるシリコンウェーハを形成できる。イオン注入剥離法は、上記特許文献３に記載の方法を参照して実施することもできる。
【００２３】
イオン注入剥離法により薄膜化された、貼り合わせウェーハは、上記貼り合わせ強化処理を施した後に研磨や熱処理を行い、平坦化を行うこともできる。特に、この熱処理に関しては、アルゴンガスまたは水素ガス不活性雰囲気下、１１００℃以上の温度で略３時間以上行うことが適当である。表面の平坦度を向上させるための熱処理は特許文献３に記載されており、特許文献３を参照できる。この熱処理の雰囲気は、例えば、アルゴンガス雰囲気または水素ガス雰囲気や混合ガス等の不活性ガス雰囲気で処理することができる。熱処理温度は、表面の平坦度を向上させることができる温度であれば、良く、上限は、例えば、１２００℃であり、好ましくは１１００〜１１５０℃である。熱処理時間は略３時間以上であり、例えば、３〜１０時間の範囲である。尚、研削・研磨法により薄膜化されたウェーハに対しては、通常は、平坦化のための熱処理は行われない。但し、結晶欠陥の低減等、品質を改善する目的で熱処理されることはできる。
【００２４】
更に、本発明の製造方法を用いることで、結晶方位の異なるシリコンウェーハ同士の直接貼り合わせ、例えば、（１１０）と（１００）の貼り合わせ、（１１１）と（１００）の貼り合わせも、容易に行うことができる。
【実施例】
【００２５】
以下に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
【００２６】
［実施例１］
活性側となる300mmシリコンウェーハを、おおよそ、２００℃に加熱された、貼り合わせ装置内に入れ、次に、支持側のシリコンウェーハを装置内に入れた後、装置内を5kPaまで減圧し、その後、貼り合わせを進行させた。
その後、貼り合わせウェーハを装置内より取り出し、貼り合わせ強度を向上させるための熱処理（アルゴンガス雰囲気にて、１１００℃、２ｈｒ）を施し、次いで、活性層側のウェーハを研削、研磨により所定の厚さになるまで加工した。
上記工程にて作製された、貼り合わせウェーハ表面を目視により検査したところ、貼り合わせ界面に残留している酸化物は確認されなかった。
【００２７】
［実施例２］
活性側となる300mmシリコンウェーハに、水素イオンを注入し（加速電圧：50keV、ドーズ量：1e17/cm2）、おおよそ、２００℃に加熱された、貼り合わせ装置内に入れ、次に、支持側のシリコンウェーハを装置内に入れた後、装置内を5kPaまで減圧し、その後、貼り合わせを進行させた。
その後、貼り合わせウェーハを装置内より取り出し、イオン注入層で分離させるための熱処理を施したのち更に、貼り合わせ強度を向上させるための熱処理（アルゴンガス雰囲気にて、１１００℃、２ｈｒ）を施し、活性層を所定の厚さになるまで、研磨加工した。
上記工程にて作製された、貼り合わせウェーハ表面を目視により検査したところ、貼り合わせ界面に残留している酸化物は確認されなかった。
【００２８】
［比較例１］
活性側となる300mmシリコンウェーハを、室温（２３℃）の貼り合わせ装置内に入れ、次に、支持側のシリコンウェーハを装置内に入れた後、大気圧にて貼り合わせを進行させた。
その後、貼り合わせウェーハを装置内より取り出し、貼り合わせ強度を向上させるための熱処理を施し、（アルゴンガス雰囲気にて、１１００℃、２ｈｒ）次いで、活性層側のウェーハを研削、研磨により所定の厚さになるまで加工した。
上記工程にて作製された、貼り合わせウェーハ表面を目視により検査したところ、貼り合わせ界面に酸化物が多数、存在していることが確認された。
【００２９】
［比較例２］
活性側となる300mmシリコンウェーハに、水素イオンを注入し（加速電圧：50keV、ドーズ量：1e17/cm2）、室温（２３℃）の貼り合わせ装置内に入れ、次に、支持側のシリコンウェーハを装置内に入れた後、貼り合わせを進行させた。
その後、貼り合わせウェーハを装置内より取り出し、イオン注入層で分離させるための熱処理を施したのち更に、貼り合わせ強度を向上させるための熱処理（アルゴンガス雰囲気にて、１１００℃、２ｈｒ）を施し、活性層を所定の厚さになるまで、研磨加工した。
上記工程にて作製された、貼り合わせウェーハ表面を目視により検査したところ、貼り合わせ界面に酸化物が多数、存在していることが確認された。
【００３０】
実施例と比較例
貼り合わせの温度および圧力を変化させた以外、上記実施例１および比較例１と同様にして貼り合わせウェーハを作製し、貼り合わせ界面を目視により検査した。その結果を表１に示す。
記号の説明：
○は外観検査で残留酸化物なし
×は外観検査で残留酸化膜あり
【００３１】
【表１】
2008235776.tif 000002
【００３２】
上記表１の結果から、温度は５０℃〜４００℃の範囲、圧力は、0.1kPa〜10kPaの範囲で、貼り合わせ界面に残留している酸化物は確認されなかったことが分かる。尚、実施例２のように、水素イオンを注入したウェーハを用いる場合には、３００℃を超える温度でイオン注入層の剥離が開始されるため、加熱温度は、３００℃以下であることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、貼り合わせウェーハの製造分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例１および２の、貼り合わせウェーハの表面を目視検査結果の説明図。局所的な酸化物の発生は確認できない。
【図２】比較例１および２の、貼り合わせウェーハの表面を目視検査結果の説明図。局所的な酸化物の発生（点）が確認できる。
【図１】
2008235776.tif 000003
【図２】
2008235776.tif 000004