(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェーハの直径全体をデバイス形成エリアとして使用することが可能であり、製造コストの増加や生産性の低下も起きないようにしてＳＯＩウェーハを提供する。【解決手段】外周を研削した単結晶インゴットをスライスして２枚のウェーハを準備する工程と、これら２枚のウェーハの各々について少なくともその一方の面を鏡面研磨する工程と、これら２枚のウェーハの少なくとも一方を熱処理してこれに酸化膜を形成する工程と、さらにこれら２枚のウェーハを、酸化膜を介しかつ鏡面同士を貼り合わせて接合ウェーハとする工程と、この接合ウェーハの外周部を研削して除去する工程と、さらにこの接合ウェーハの基体ウェーハ側を研削して鏡面研磨する工程からなる。上記２枚のウェーハの径は最終的に得られる接合ウェーハの径より４ｍｍ以上大きくして、この部分にウェーハ外周部を研削して除去する部分が含まれるようにする。【選択図】          図１
2004200305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周を研削した単結晶インゴットをスライスして２枚のウェーハを準備する工程と、これら２枚のウェーハの各々について少なくともその一方の面を鏡面研磨する工程と、これら２枚のウェーハの少なくとも一方を熱処理してこれに酸化膜を形成する工程と、さらにこれら２枚のウェーハを、酸化膜を介しかつ鏡面同士を貼り合わせて接合ウェーハとする工程と、この接合ウェーハの外周部を研削して除去する工程と、さらにこの接合ウェーハの基体ウェーハ側を研削して鏡面研磨する工程からなるＳＯＩウェーハの製造方法であって、上記２枚のウェーハの径を最終的に得られる接合ウェーハの径より４mm以上大きくして、この部分にウェーハ外周部を研削して除去する部分が含まれるようにすることを特徴とする径６インチ以上のＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項２】
外周を研削した単結晶インゴットをスライスして２枚のウェーハを準備する工程と、これら２枚のウェーハの各々について少なくともその一方の面を鏡面研磨する工程と、これら２枚のウェーハの少なくとも一方を熱処理してこれに酸化膜を形成する工程と、これら２枚のウェーハのいずれか一方のウェーハに分離層を形成する工程と、さらにこれら２枚のウェーハを、酸化膜を介しかつ鏡面同士を貼り合わせて接合ウェーハとする工程と、この接合ウェーハの外周部を研削して除去する工程と、この接合ウェーハを、酸化膜の上に半導体層を有するＳＯＩウェーハと素子ウェーハに分離する工程からなるＳＯＩウェーハの製造方法であって、上記２枚のウェーハの径を最終的に得られる接合ウェーハの径より４ｍｍ以上大きくして、この部分にウェーハ外周部を研削して除去する部分が含まれるようにすることを特徴とする径６インチ以上のＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項３】
外周を研削した単結晶インゴットをスライスして２枚のウェーハを準備する工程と、これら２枚のウェーハの各々について少なくともその一方の面を鏡面研磨する工程と、これら２枚のウェーハのいずれか一方に分離層を形成する工程と、さらにこのウェーハの上にエピキタキシャル層を形成する工程と、上記２枚のウェーハの少なくとも一方を熱処理してこれに酸化膜を形成する工程と、この２枚のウェーハを、酸化膜を介しかつ鏡面同士を貼り合わせて接合ウェーハとする工程と、この接合ウェーハを、酸化膜の上に半導体層を有するＳＯＩウェーハと素子ウェーハに分離する工程と、半導体層を有するＳＯＩウェーハの外周部を研削して除去する工程からなるＳＯＩウェーハの製造方法であって、上記２枚のウェーハの径を最終的に得られる接合ウェーハの径より４ｍｍ以上大きくして、この部分にウェーハ外周部を研削して除去する部分が含まれるようにすることを特徴とする径６インチ以上のＳＯＩウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、デバイスを形成する素子ウェーハとその基板となる基体ウェーハとを酸化膜等を介して接着するＳＯＩウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＯＩウェーハ(Silicon on Insulator Wafer)は、デバイス作成領域となる素子の直下に酸化膜などの絶縁膜を有した構造をもつウェーハで、主に省電力・高速デバイスの材料として注目されているものである。ＳＯＩウェーハの製造方法の一つとして接着法（貼り合わせ法）があるが、その方法はウェーハ径によって異なっているのが実状である。
【０００３】
現在、生産ラインで製造されているウェーハの径は、通常４インチ（径１００ｍｍ）、５インチ（１２５ｍｍ）、６インチ（１５０ｍｍ）、８インチ（２００ｍｍ）、さらに大径のものとして１２インチ（３００ｍｍ）のものが一般的である。これらのウェーハの中で、４インチ（１００ｍｍ）或いは５インチ（１２５ｍｍ）のＳＯＩウェーハの製造は、貼り合わせ前の２枚のウェーハとして、それぞれインチサイズで一つ上の径のウェーハが得られるように、チョクラルスキー法などで単結晶インゴットを引上げて製造されている。
【０００４】
例えば、４インチのＳＯＩウェーハを製造する場合は、その一つ上のインチサイズの５インチウェーハが得られるような単結晶インゴットを引上げ、その外周を研削してからこれをスライスして径５インチのウェーハを作成する。次に、これらのウェーハの各々について少なくとも一方の面を鏡面研磨し、さらにウェーハのいずれか一方を熱処理してこれに酸化膜を形成する。こうした状態にした２枚のウェーハを、酸化膜を内側にかつ鏡面を内側にして貼り合わせ、さらにこれを８００℃以上に高温加熱して強固に接着する。その後、この接合ウェーハの外周部の未接着部分を研削・除去する。そしてその外周の研削・除去量は、接合ウェーハの径が５インチであるから、インチサイズで１インチ下の４インチにするために、１インチ（２５ｍｍ）程度研削・除去して径小化し、目的径の４インチＳＯＩウェーハとしていた。また、その上の５インチウェーハのＳＯＩウェーハを製造する場合は、その一つ上のインチサイズの６インチウェーハが得られる単結晶インゴットを引上げ、これをスライスして径６インチのウェーハを作成し、以下同様にして貼り合わせて接合ウェーハとし、この接合ウェーハの外周部の未接着部分を１インチ（２５ｍｍ）だけ研削・除去して径小化し最終的に５インチのＳＯＩウェーハを製造していた。
【０００５】
ところが、６インチのＳＯＩウェーハは、４インチ，５インチＳＯＩウェーハと違って、上記製造方法で行った場合は生産性が悪くコストが非常に高いものとなっていた。それは、６インチのウェーハのインチサイズで一つ上の径の７インチウェーハは現状では殆どなく、さらに１インチ径の大きな８インチのウェーハを貼り合わせ前のウェーハとして用いなくてはならないからである。
【０００６】
即ち、６インチのＳＯＩウェーハを仮に上記の４インチウェーハ、５インチウェーハと同様にして製造しようとすると、径８インチの単結晶インゴットからウェーハをスライスして、これを所定の処理をしてから貼り合わせて径８インチの貼り合わせウェーハとし、この８インチ接合ウェーハの外周部を４インチウェーハや５インチウェーハでの研削幅の２倍の２インチ（５０ｍｍ）研削・除去して最終的に６インチのＳＯＩウェーハとしなければならず、大幅な外周研削のために生産性が悪くコストの非常に高いものとなってしまう。
【０００７】
また、６インチウェーハ同士を貼り合わせて行った場合は、製造時に２枚のウェーハの各々について、両面または片面を鏡面研磨するためにウェーハ外周部にダレの発生が避けられず、結果的に貼り合わせウェーハの外周部に未接着部が発生してしまうためにこの部分で未接着部分の研削・除去が必要となるが、そうすると得られたものは６インチ径より径小化してしまうといった問題が生じていた。そのため、６インチのＳＯＩウェーハを製造するにあたり、現状では一般的な方法としては、鏡面処理、酸化膜処理など所定の処理をした径６インチの２枚のウェーハを貼り合わせて接合ウェーハとし、この接合ウェーハの中の素子ウェーハ部分の外周部だけを研削して、ここに段差を形成したテラス型ＳＯＩウェーハとして製造されていた。その製造工程を示すと図２に示す通りである。
【０００８】
即ち、素子ウェーハ１及び基体ウェーハ２は、一般的に製造されているＣＺ法で引上げられた単結晶をスライスしたシリコンウェーハで、両ウェーハともに用途に応じて抵抗値、酸素濃度などを一定の値に設定して製造されたものを用いる。素子ウェーハ１及び基体ウェーハ２は両面又は片面が研磨された鏡面ウェーハである［１］。次に、このウェーハのうちデバイス作成側となる素子ウェーハ１に対して、用途に応じた酸化膜３を形成して酸化膜の形成された素子ウェーハ４とする［２］。この状態で酸化膜の形成された素子ウェーハ４と基体ウェーハ２の鏡面同士を密着して貼り合わせ［３］、次いでこれを８００℃以上の高温下で熱処理を行って両者を強固に接着して接合ウェーハとする［４］。
【０００９】
次に、接合ウェーハの未接着部分となっている酸化膜の形成された素子ウェーハ４の上部５の外周側を研削する。この加工を通常「テラス加工」といい、この部分を「テラス部」という［５］。その後、この研削面をエッチング処理してさらにウェーハ全体にＨＦ処理を行うことで外周研削部の研削痕と熱処理によって生じた酸化膜を除去する［６］。最後に、接合ウェーハの素子側を所定の厚さとなるように表面を研削し、鏡面研磨を行ってＳＯＩウェーハとするものである［７］。
【００１０】
しかしながら、従来のこのような接着方法によるＳＯＩウェーハの製造方法では、ウェーハ外周部に存在する未接着部に対してさらに３〜４ｍｍ程度素子ウェーハ部位の外周部を研削するため［５］、６インチ以上のＳＯＩウェーハを製造する場合には、デバイス形成エリアが通常の直径１５０ｍｍの領域から外周の研削した部分（テラス部）を差し引いて１４２〜１４４ｍｍの領域に面積が小さくなりデバイス形成領域が減少するといった問題が生じていた。またテラス部には、デバイス作成時に発塵などの問題が発生するために、例えば繊細でかつ微細な加工が必要となりそのための工程数と時間を多く必要としていた。
【００１１】
そこで、上記のデバイスエリアの径が小さくなることの対策としては、素子ウェーハに対して基体ウェーハの厚さを２／３と小さくし、かつ素子ウェーハの直径を基体ウェーハに対して４ｍｍ以内で小さくすることで、ウェーハ接着時の柔軟性および追随性をよくして外周部のボイドの発生率を抑制し、これによって外周の未接着部の巾を狭くすることができ、未接着部を研削する巾を減少できるようにしたものが先行技術に開示されている（特許文献１参照。）。
【００１２】
【特許文献１】
特開平９−２１３５９３号公報（［００２６］、［００２７］、［請求項１］）
しかしながら、この先行技術を用いてＳＯＩウェーハを製造すると、素子ウェーハと基体ウェーハとの直径が異なるために、ウェーハの接着時に素子ウェーハと基体ウェーハとの位置ずれが発生しやすく、これまでの自動ボンダー装置を大きく改善して、例えばオリフラ合わせ部を２個設置したり、直径自動調節装置等を設けるなどの必要があった。また、この発明によるとデバイス領域は若干増加するものの、テラス部が依然として存在するので、その部分のデバイス作成領域についてテラス部からの発塵問題が改善されないままとなっていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、径６インチ以上のＳＯＩウェーハの製造において、素子ウェーハと基体ウェーハを接着した接合ウェーハ外周部の未接着部を研削して得られたＳＯＩウェーハの直径全体をデバイス形成領域として使用することが可能であり、しかもテラス部を形成することなく、製造コストの増加や生産性の低下も起きないＳＯＩウェーハを得ようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、外周を研削した単結晶インゴットをスライスして２枚のウェーハを準備する工程と、これら２枚のウェーハの各々について少なくともその一方の面を鏡面研磨する工程と、これら２枚のウェーハの少なくとも一方を熱処理してこれに酸化膜を形成する工程と、さらにこれら２枚のウェーハを、酸化膜を介しかつ鏡面同士を貼り合わせて接合ウェーハとする工程と、この接合ウェーハの外周部を研削して除去する工程と、さらにこの接合ウェーハの基体ウェーハ側を研削して鏡面研磨する工程からなるＳＯＩウェーハの製造方法であって、上記２枚のウェーハの径を最終的に得られる接合ウェーハの径より４ｍｍ以上大きくして、この部分にウェーハ外周部を研削して除去する部分が含まれるようにすることを特徴とする径６インチ以上のＳＯＩウェーハの製造方法（請求項１）、外周を研削した単結晶インゴットをスライスして２枚のウェーハを準備する工程と、これら２枚のウェーハの各々について少なくともその一方の面を鏡面研磨する工程と、これら２枚のウェーハの少なくとも一方を熱処理してこれに酸化膜を形成する工程と、これら２枚のウェーハのいずれか一方のウェーハに分離層を形成する工程と、さらにこれら２枚のウェーハを、酸化膜を介しかつ鏡面同士を貼り合わせて接合ウェーハとする工程と、この接合ウェーハの外周部を研削して除去する工程と、この接合ウェーハを、酸化膜の上に半導体層を有するＳＯＩウェーハと素子ウェーハに分離する工程からなるＳＯＩウェーハの製造方法であって、上記２枚のウェーハの径を最終的に得られる接合ウェーハの径より４ｍｍ以上大きくして、この部分にウェーハ外周部を研削して除去する部分が含まれるようにすることを特徴とする径６インチ以上のＳＯＩウェーハの製造方法（請求項２）および外周を研削した単結晶インゴットをスライスして２枚のウェーハを準備する工程と、これら２枚のウェーハの各々について少なくともその一方の面を鏡面研磨する工程と、これら２枚のウェーハのいずれか一方に分離層を形成する工程と、さらにこのウェーハの上にエピキタキシャル層を形成する工程と、上記２枚のウェーハの少なくとも一方を熱処理してこれに酸化膜を形成する工程と、この２枚のウェーハを、酸化膜を介しかつ鏡面同士を貼り合わせて接合ウェーハとする工程と、この接合ウェーハを、酸化膜の上に半導体層を有するＳＯＩウェーハと素子ウェーハに分離する工程と、半導体層を有するＳＯＩウェーハの外周部を研削して除去する工程からなるＳＯＩウェーハの製造方法であって、上記２枚のウェーハの径を最終的に得られる接合ウェーハの径より４ｍｍ以上大きくして、この部分にウェーハ外周部を研削して除去する部分が含まれるようにすることを特徴とする径６インチ以上のＳＯＩウェーハの製造方法（請求項３）である。
【００１５】
即ち、この発明は、径６インチ以上のＳＯＩウェーハの製造において、外周部の未接着部分を研削・削除される巾相当分を含めた径を有する素子ウェーハ及び基体ウェーハが得られるように、目的の接合ウェーハの径に対してさらに未接着部として研削・除去する幅を含めた大きさとするとともに、研削・除去される巾を４ｍｍ以上とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
この発明で用いる素子ウェーハおよび基体ウェーハは、従来から公知な方法で製造される。即ち、まずＣＺ法で単結晶インゴットを引上げ、その外周研削を行う。このインゴットの外周研削では、設定値の直径（目標値の直径＋スライス加工後のベベル加工取代）に対して、それよりもさらに４ｍｍ以上径を大きくして研削を行う。これによって、この外周研削したインゴットをスライスして得られるウェーハの直径は、通常得られるウェーハの径よりも少なくとも４ｍｍ以上径が大きいものとなる。このようにしてインゴットをスライスして得たウェーハは、その後、面取り加工、ラッピング、エッチング、両面または片面の鏡面研磨を経て２枚のウェーハとなる。
【００１７】
図１はＳＯＩウェーハの製造工程を示したものである。図１の［１］では、上記の工程を経て得られた素子ウェーハ１０および基体ウェーハ２０の２枚のウェーハを示したものである。この素子ウェーハ１０に酸化膜３０を形成し、酸化膜処理された素子ウェーハ４０とする［２］。この状態で素子ウェーハ４０と基体ウェーハ２０の鏡面側を密着して貼り合わせ［３］、次いでこれを８００℃以上の高温下で熱処理を行って両者を強固に接着させる［４］。次に、接合した素子ウェーハ４０及び基体ウェーハ２０の双方の外周部を、テラスを設けること無く垂直に少なくとも巾４ｍｍで研削・除去して、外周部に存在する未接着部分を削除する［５］。
【００１８】
発明者は、接合したウェーハ１００枚中、ウェーハの外周部に発生したボイド不良ウェーハ５６枚について、ＩＲトポグラフを用いて外周部に発生するボイドを評価した。なお、ＩＲトポグラフとは、接合したウェーハに対して赤外線を透過させて、ボイド発生部分を光の乱反射による干渉縞として観察する評価装置である。この装置で得られる画像から外周からのボイド発生距離（図４参照、ただし、この図ではボイドは示していない。）を測定し、外周部ボイド発生距離と発生頻度の関係を求めたところ図３の通りであった。即ち、最大距離：１．８ｍｍ、最小距離：０．５ｍｍ、平均距離：１．１ｍｍ、ＳＴＤ：０．２８８。従って、平均値＋３σ＝１．１＋３×０．２８８で、その値は１．９６４ｍｍ≠２．０ｍｍであった。以上のことから、６インチウェーハの直径に対する外周部からのボイド発生距離は２．０ｍｍ以内であり、直径にして４．０ｍｍ以上研削することで外周部に存在する未接着部分を除去することが可能であることが確認された。換言すると、接合ウェーハの外周部の研削・除去の幅は、その下限が４ｍｍとすればよいことが見出されたものである。なお、研削・除去の幅の上限は、本発明では最終的に得ようとしているＳ０Ｉウェーハの径の確保を前提とするものであるから、最終的に得ようとするＳＯＩウェーハの径を得るのに許容される研削幅である。また、これを製造上のコスト面からいえば、２５ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍｍ以下である。
【００１９】
よって、この発明では接合した素子ウェーハ４０の外周部を、少なくとも巾４ｍｍで素子ウェーハと基体ウェーハをともに研削して、外周部に存在する未接着部分を削除するものである。その後、ウェーハ全体にＨＦ処理を行うことで外周研削部の研削痕と熱処理によって生じた酸化膜を除去する［６］。最後に、接合ウェーハの素子側を目的の厚さとなるように表面を研削してから研削面のベベル加工、鏡面研磨を行ってＳＯＩウェーハとするものである［７］。
【００２０】
以上のように、この発明では接合したウェーハ４の外周部を少なくとも巾４ｍｍ以上で研削・除去するものであるから、ウェーハの全エリアをデバイス形成エリアとして使用することが可能である。さらに従来のようにテラス部がなく、テラス加工の繊細かつ微細加工を要せずしてテラス部からの発塵を無くすことが可能である。
【００２１】
請求項２の発明は、一方のウェーハに分離層を形成しておいて、ウェーハを貼り合わせてから、接合ウェーハをこの分離層から劈開して酸化膜の上に半導体層を有するＳＯＩウェーハと、素子ウェーハに分離するものである。ウェーハに分離層を形成させる方法としては、水素イオン注入法によるバブル層の形成、あるいは陽極化成法による多孔質層の形成などが公知である（特許第２６０８３５１号公報）。また、酸化膜の上に半導体層を有するＳＯＩウェーハと素子ウェーハとを分離させる工程には、加熱処理、ウォータージェット、窒素ガスブローなどの手段が公知である（特許第３０４８２０１号公報）。請求項３の発明はさらにエピキタキシャル層を形成しておくものである。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、素子ウェーハ及び基体ウェーハの径を、その後貼り合わせた接合ウェーハを外周部の未接着部として削除される巾を加えてその分を大きくしたので、貼り合わせの接合ウェーハで外周部の未接着部を削除しても、最終製品のＳＯＩウェーハの直径は当初の値のものが得られ、しかもデバイス形成エリアをウェーハ直径全体とすることが可能となるものである。また、この発明によれば、テラス部が存在しないのでデバイス部からの発塵問題の改善がなされたものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の一実施例になるＳＯＩウェーハの製造工程。
【図２】図２は、従来のＳＯＩウェーハの製造工程。
【図３】図３は、ウェーハの外周部ボイド発生距離（ｍｍ）とボイド発生頻度の関係を示す図。
【図４】ウェーハのボイド発生領域を示す説明図。
【符号の説明】
１０…素子ウェーハ、２０…基体ウェーハ、３０…酸化膜、４０…酸化膜を形成したウェーハ。
【図１】
2004200305.tif 000003
【図２】
2004200305.tif 000004
【図３】
2004200305.tif 000005
【図４】
2004200305.tif 000006