(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層用ウェーハと支持用ウェーハとを貼り合わせて貼り合わせウェーハを製造する貼り合わせウェーハの製造方法において、
貼り合わせる上記活性層用ウェーハおよび上記支持用ウェーハは互いに嵌合する嵌合面をそれぞれ有し、これらの嵌合面がそれぞれ同一曲率の球面の一部により構成され、
ドーパント濃度だけが異なる同一物質の膜を表裏両面に形成することにより、上記活性層用ウェーハおよび上記支持用ウェーハに反りを付加し、上記嵌合面を形成した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】
この発明は貼り合わせウェーハの製造方法、詳しくはウェーハ外周部の未貼り合わせ領域を縮小し、平坦度適用領域（ＦＱＡ；Ｆｉｘｅｄ  Ｑｕａｌｉｔｙ  Ａｒｅａ）を拡大可能な貼り合わせウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デバイスの高集積化などに伴い、活性層の薄膜化（０．０５μｍ未満）が進んでいる。これを実現するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造を有した半導体基板を製造する方法として、例えば、特許文献１に記載されたスマートカット法が開発されている。
スマートカット法では、まず、酸化膜が形成され、水素を所定深さ位置にイオン注入した活性層用ウェーハと、支持用ウェーハとを室温で貼り合わせる。その後、得られた貼り合わせウェーハを熱処理炉に挿入して５００℃、３０分間熱処理し、そのイオン注入領域から活性層用ウェーハの一部を剥離する。この際、ウェーハ形状に起因した活性層用ウェーハの外周部の未貼り合わせ部分は剥離されず、活性層用ウェーハの本体部分に残存する。次に、貼り合わせウェーハに貼り合わせ強度を増強する貼り合わせ熱処理を施す。貼り合わせ熱処理では、酸素を雰囲気ガスとする１１００℃、２時間の熱処理が施される。こうして、支持用ウェーハと活性層との間に埋め込みシリコン酸化膜を介在した貼り合わせＳＯＩウェーハが作製される。
【０００３】
【特許文献１】日本国特開平５−２１１１２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、活性層用ウェーハと支持用ウェーハとは、いずれも貼り合わせ面がＭＰ（Ｍｉｒｒｏｒ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）により鏡面仕上げされている。鏡面仕上げを施すと、ウェーハ外周部に研磨だれが発生し易い。そのため、図６および図７に示すように、この研磨だれにより、活性層用ウェーハ１００と支持用ウェーハ２００とを、埋め込みシリコン酸化膜４００を介して貼り合わせた貼り合わせウェーハ３００の外周部では、未貼り合わせ領域（周辺部除外領域；ＥＥ（ＥｄｇｅＥｘｃｌｕｓｉｏｎ））１１１が拡大し、貼り合わせ界面間にボイド１１２が多発していた。その結果、貼り合わせＳＯＩウェーハの平坦度適用領域１１３が縮小し、貼り合わせＳＯＩウェーハから得られるデバイスの歩留りが小さくなっていた。
また、ウェーハ外周部の未貼り合わせ領域１１１に該当する部分は、他の部分（平坦度適用領域１１３の部分）に比べて機械的強度が低下する。その結果、未貼り合わせ領域１１１が拡大するほど、以降の工程ではチッピング、ウェーハ剥がれなどが発生し易くなっていた。
【０００５】
この発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、ウェーハ外周部の未貼り合わせ領域を縮小し、平坦度適用領域を拡大することができる貼り合わせウェーハの製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、活性層用ウェーハと支持用ウェーハとを貼り合わせて貼り合わせウェーハを製造する貼り合わせウェーハの製造方法において、貼り合わせる上記活性層用ウェーハおよび上記支持用ウェーハは互いに嵌合する嵌合面をそれぞれ有し、これらの嵌合面がそれぞれ同一曲率の球面の一部により構成され、ドーパント濃度だけが異なる同一物質の膜を表裏両面に形成することにより、上記活性層用ウェーハおよび上記支持用ウェーハに反りを付加し、上記嵌合面を形成した貼り合わせウェーハの製造方法である。
【０００７】
第１の発明によれば、貼り合わされる活性層用ウェーハと支持用ウェーハとは、それぞれの貼り合わせ面を重ね合わせて貼り合わされる。このとき、両ウェーハの貼り合わせ面は、互いに嵌合可能な嵌合面をそれぞれ有している。そのため、貼り合わせウェーハの外周部においても両貼り合わせ面は重なり合う。その結果、ウェーハ外周部の未貼り合わせ領域が縮小する。よって、貼り合わせウェーハのうち、デバイスを形成可能な平坦度適用領域を拡大することができる。これにより、貼り合わせウェーハの歩留りが大きくなり、以降のウェーハ加工時におけるチッピング、ウェーハ剥がれを低減することができる。
【０００８】
活性層用ウェーハおよび支持用ウェーハの種類としては、例えば単結晶シリコンウェーハ、ゲルマニウムウェーハ、炭化珪素ウェーハなどを採用することができる。
貼り合わせウェーハの製造方法には、絶縁膜を形成し活性層用ウェーハおよび支持用ウェーハを結合させたのち研削、研磨してＳＯＩ層が形成されたＳＯＩウェーハを製造する貼り合わせ法がある。そして、この貼り合わせ法には、活性層用ウェーハに絶縁膜を介して水素ガスまたは希ガス元素をイオン注入して、この活性層用ウェーハにイオン注入層を形成し、次いで、この活性層用ウェーハを絶縁膜を介して支持用ウェーハに貼り合わせて貼り合わせウェーハを形成し、この後、この貼り合わせウェーハを熱処理して、イオン注入層を境界として剥離するスマートカット法が含まれている。
両ウェーハの貼り合わせ面が嵌合面とは、互いの貼り合わせ面に存在する起伏の曲率が同じでありながら、凹凸が逆さまの面をいう。活性層用ウェーハおよび支持用ウェーハの曲率は限定されない。
【０００９】
異種の物質としては、例えばドーパント濃度だけが異なる同一物質、単結晶シリコンと多結晶シリコン、ウェーハのバルク物質と酸化膜、もしくはウェーハバルク物質と窒化膜などが挙げられる。
【００１０】
酸化膜、窒化膜などは、絶縁膜として採用することができる。
絶縁膜の厚さは、例えば０．２μｍ未満、好ましくは０．１〜０．２μｍである。
活性層の厚さは限定されない。例えば、厚膜の活性層では１〜１０μｍである。また、薄膜の活性層では０．０１〜１μｍである。
【００１１】
対象ウェーハ（活性層用ウェーハまたは支持用ウェーハ）に絶縁膜を形成することで、対象ウェーハにヘテロ構造を作製することができる。例えば、対象ウェーハの表面に絶縁膜の一種である所定厚さの酸化膜を形成し、対象ウェーハの裏面に表面の酸化膜よりも厚い酸化膜を形成する。このとき、表面の酸化膜と裏面の酸化膜とでは熱膨張係数が異なっている。その結果、対象ウェーハに反りが発生する。
または、対象ウェーハの表面に絶縁膜の一種である酸化膜を形成し、対象ウェーハの裏面に別種の絶縁膜である窒化膜を形成して、対象ウェーハに反りを発生させてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、貼り合わせる活性層用ウェーハおよび支持用ウェーハは互いに嵌合する嵌合面をそれぞれ有し、これらの嵌合面がそれぞれ同一曲率の球面の一部により構成されている。貼り合わせ時、活性層用ウェーハと支持用ウェーハとは、嵌合面である貼り合わせ面同士を重ね合わせて貼り合わされる。そして、この嵌合面を積極的に使うことで、ウェーハ外周部の未貼り合わせ領域が縮小し、デバイスが形成される平坦度適用領域の拡大を図ることができる。その結果、貼り合わせウェーハの歩留りが大きくなり、以降のウェーハ加工時におけるチッピング、ウェーハ剥がれを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００１５】
（参考例１）
まず、図１のＳ１０１工程に示すように、ボロンが所定量ドープされたｐ型のシリコン単結晶インゴットをＣＺ法により引き上げる。引き上げ速度は、１．０ｍｍ／ｍｉｎである。その後、シリコン単結晶インゴットに、ブロック切断、スライス、面取り、鏡面研磨などを施す。これにより、厚さ７２５μｍ、直径２００ｍｍ、面方位（１００）面、比抵抗１０Ωｃｍ、ｐ型の鏡面仕上げされた活性層用ウェーハ１０と支持用ウェーハ２０とが、それぞれ作製される。
【００１６】
その後、図１のＳ１０２工程に示すように、活性層用ウェーハ１０を熱酸化装置に挿入し、酸素ガス雰囲気で熱酸化処理を施す。これにより、活性層用ウェーハ１０の露出面の全域に、厚さ約０．１５μｍのシリコン酸化膜１２ａが形成される。熱処理条件は１０００℃、８時間である。
続いて、活性層用ウェーハ１０の鏡面仕上げされた表面から所定深さ位置に、中電流イオン注入装置を使用し、５０ｋｅＶの加速電圧で水素をイオン注入する。これにより、活性層用ウェーハ１０に、水素イオン注入領域１４が形成される。このときのドーズ量は、５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２である。
【００１７】
次に、図１のＳ１０３工程に示すように、支持用ウェーハ２０を図示しない枚葉式のＣＶＤ装置に挿入し、支持用ウェーハ２０の鏡面仕上げされた表面に、ボロン濃度が５×１０１８〜８×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３のＰ＋型のエピタキシャル層４０を成長させる。
すなわち、支持用ウェーハ２０をエピタキシャル成長装置の反応炉に配備されたサセプタに載置する。その後、ＳｉＨＣｌ３ガス（０．１体積％  Ｈ２ガス希釈）にＢ２Ｈ６ガス（分圧２〜４×１０−５）を混合し、全体で８０リットル／ｍｉｎで反応炉に供給し、支持用ウェーハ２０の表面にエピタキシャル層４０を成長させる。
【００１８】
エピタキシャル成長温度は１１００℃である。エピタキシャル層４０の厚さは、活性層用ウェーハ１０の表面（嵌合面）の曲率に応じ、エピタキシャル成長時間を変更させることで調整する。こうして、支持用ウェーハ２０の表面に、比抵抗１０〜１５ｍΩｃｍ、活性層用ウェーハ１０の表面の起伏に合致した面（嵌合面）を有するエピタキシャル層４０が成長される。エピタキシャル層４０を成長させることで、図１のＳ１０３工程に示すように、支持用ウェーハ２０には、ウェーハ中央部が裏面の方向に突出した反りが発生する。これにより、活性層用ウェーハ１０および支持用ウェーハ２０の嵌合面は、それぞれ同一曲率の球面の一部により構成される。そして、活性層用ウェーハ１０と支持用ウェーハ２０とは互いに嵌合可能となる。
なお、支持用ウェーハ２０のボロン濃度を１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ3とし、エピタキシャル層４０Ａのボロン濃度をこれより低い１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 とした場合には、支持用ウェーハ２０の反りは、ウェーハ外周部が裏面の方向に突出した形状となる。この場合には、支持用ウェーハ２０の裏面を貼り合わせ面として貼り合わせる（図４）。また、エピタキシャル層４０は、支持用ウェーハ２０ではなく、活性層用ウェーハ１０の表面に成長させてもよい。こうすれば、活性層１３のＣＯＰなどの結晶欠陥を低減化することもできる。
【００１９】
続いて、図１のＳ１０４工程に示すように、シリコン酸化膜１２ａの表面とエピタキシャル層４０の表面とを貼り合わせ面（重ね合わせ面）とし、例えば真空装置内で公知の治具により、活性層用ウェーハ１０と支持用ウェーハ２０とを貼り合わせて貼り合わせウェーハ３０を作製する。このとき、活性層用ウェーハ１０と支持用ウェーハ２０との接合部分のシリコン酸化膜１２ａが、埋め込みシリコン酸化膜（絶縁膜）１２ｂとなる。
この貼り合わせ時、両ウェーハ１０，２０の貼り合わせ面は、互いに嵌合可能な嵌合面である。そのため、貼り合わせウェーハ３０の中央部だけでなくウェーハ外周部でも、両貼り合わせ面が重なり合う（図２，図３）。その結果、貼り合わせウェーハ３０の外周部の未貼り合わせ領域１０１の幅１０４が２ｍｍ以下と、従来の場合の２〜３ｍｍに比べて縮小し、ボイドの発生が抑制される。よって、貼り合わせウェーハ３０のうち、デバイスが形成される平坦度適用領域１０３を、従来より１〜３％程度拡大することができる。その結果、貼り合わせＳＯＩウェーハの歩留りが大きくなり、以降のウェーハ加工時におけるチッピング、ウェーハ剥がれを低減することができる。なお、ここでいう未貼り合わせ領域１０１の幅１０４とは、貼り合わせウェーハ３０の半径方向における未貼り合わせ領域１０１の長さをいう。
【００２０】
それから、図１のＳ１０５工程に示すように、貼り合わせウェーハ３０を図示しない剥離熱処理装置に挿入し、５００℃の炉内温度、窒素ガスの雰囲気で熱処理する。熱処理時間は３０分間である。この熱処理により、支持用ウェーハ２０の貼り合わせ界面に活性層１３を残し、活性層用ウェーハ１０が水素イオン注入領域１４から剥離する。剥離後の活性層用ウェーハ１０は、その後の支持用ウェーハ２０用のシリコンウェーハとして再利用することも可能である。
剥離後、図１のＳ１０６工程に示すように、貼り合わせウェーハ３０に対して、窒素ガスの雰囲気で１１５０℃、２時間の貼り合わせ熱処理を施す。これにより、活性層用ウェーハ１０と支持用ウェーハ２０との貼り合わせ強度が増強される。
次いで、図１のＳ１０７工程に示すように、活性層１３の表面に研磨装置による研磨を施す。こうして、スマートカット法を利用し、厚さ約０．２μｍの活性層１３を有した貼り合わせＳＯＩウェーハ（貼り合わせウェーハ）が作製される。
【００２１】
ここで、実際に本発明法および従来法について、貼り合わせＳＯＩウェーハにおける支持用ウェーハの表面に成長されたエピタキシャル層の膜厚と、支持用ウェーハの反りと、貼り合わせウェーハの最外周縁からウェーハ半径方向２０ｍｍまでのボイドの発生数（ウェーハ３枚の平均数）と、未貼り合わせ領域の幅（ウェーハ３枚の平均幅）との関係を、比較調査した結果を報告する。
試験条件は、比較例１が支持用ウェーハにエピタキシャル層を成長させない外は、参考例１と同じ条件とした。エピタキシャル層の層厚はＳＩＭＳ（２次イオン質量分析装置）を用いて測定した。支持用ウェーハの反り（ワープ）は静電容量変位計により測定した。ボイドの発生数の検査には、剥離後の目視観察を採用した。また、未貼り合わせ領域の幅の測定には、剥離後に光学顕微鏡による測定を採用した。その結果を表１に示す。なお、表１中、ボイドの発生数と未貼り合わせ領域の幅とは、測定したウェーハ３枚の平均値を示す。
【００２２】
【表１】
0004552858.tif 000002
【００２３】
表１から明らかなように、支持用ウェーハにエピタキシャル層を成長させた試験例１〜３は、ボイドの発生数および未貼り合わせ領域の幅の何れも、支持用ウェーハにエピタキシャル層が成長されていない比較例１に比べて改善された。
【実施例１】
【００２４】
次に、図５の工程図を参照して、この発明の実施例１に係る貼り合わせウェーハの製造方法を説明する。
図５に示すように、この発明の実施例１は、支持用ウェーハ２０の露出面の全域にシリコン酸化膜１２ｃ，１２ｄを形成することでヘテロ構造を設け、その後、シリコン酸化膜の膜厚を表面側（シリコン酸化膜１２ｃ）と裏面側（シリコン酸化膜１２ｄ）とで異ならせて支持用ウェーハ２０に反りを発生させた例である。
【００２５】
図５のＳ５０１工程およびＳ５０２工程に示すように、すなわち、まず貼り合わせ工程の前に支持用ウェーハ２０を熱酸化装置に挿入し、酸素ガス雰囲気で熱酸化処理する。これにより、支持用ウェーハ２０の露出面の全域に、厚さ０．３μｍのシリコン酸化膜１２ｃが形成される。熱処理条件は、ウェット酸化法（パイロジェニック酸化）９５０℃、１時間である。
その後、支持用ウェーハ２０を片面枚葉洗浄装置に装着し、ウェーハ表面（貼り合わせ面）側のシリコン酸化膜１２ｃだけを１重量％のＨＦ溶液に所定時間接触させ、このウェーハ表面側にエッチングを施すことにより、薄膜のシリコン酸化膜１２ｄを形成させる。その結果、図５のＳ５０３工程に示すように、支持用ウェーハ２０に反りが発生する。エッチング量が増大するほど、ウェーハ裏面側のシリコン酸化膜１２ｄとの膜厚差が大きくなる。その結果、支持用ウェーハ２０の反りの度合いが大きくなる。図５のＳ５０４工程に示すように、支持用ウェーハ２０の反り量は、貼り合わされる活性層用ウェーハ１０の表面（嵌合面）の曲率に応じて調整される。
【００２６】
このように、支持用ウェーハ２０の表裏両面において、シリコン酸化膜１２ｃ，１２ｄの膜厚を異ならせ、支持用ウェーハ２０に反りを発生させるようにしたので、参考例１の効果を有した貼り合わせＳＯＩウェーハを安価に製造することができる。
その他の構成、作用、効果は参考例１と略同じであるので説明を省略する。
【００２７】
ここで、実際に本発明法および従来法について、貼り合わせＳＯＩウェーハにおける支持用ウェーハの表裏面側のシリコン酸化膜の膜厚差と、支持用ウェーハの反りと、貼り合わせウェーハの最外周縁からウェーハ半径方向２０ｍｍまでのボイドの発生数（ウェーハ３枚の平均数）と、未貼り合わせ領域の幅（ウェーハ３枚の平均幅）との関係を、比較調査した結果を報告する。
試験条件は、比較例２が支持用ウェーハの表裏面側のシリコン酸化膜の膜厚差がない外は、参考例１と同じ条件とした。支持用ウェーハの表裏面側のシリコン酸化膜の膜厚差は、エリプソメーターにより測定した。支持用ウェーハの反りは、静電容量変位計により測定した。ボイドの発生数は目視による外観観察によって測定した。また、未貼り合わせ領域の幅は光学顕微鏡を利用した測定を採用した。その結果を表２に示す。なお、表２中、ボイドの発生数と未貼り合わせ領域の幅とは、測定したウェーハ３枚の平均値を示す。
【００２８】
【表２】
0004552858.tif 000003
【００２９】
表２から明らかなように、支持用ウェーハの表裏面側のシリコン酸化膜に膜厚差を付与した試験例４〜６は、ボイドの発生数および未貼り合わせ領域の幅の何れについても、このウェーハの表裏面側のシリコン酸化膜の膜厚が同じ比較例２に比べて改善された。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の参考例１に係る貼り合わせウェーハの製造方法を示す工程図である。
【図２】この発明の参考例１に係る貼り合わせウェーハの製造方法の貼り合わせ工程を示す要部拡大断面図である。
【図３】この発明の参考例１に係る貼り合わせウェーハの未貼り合わせ領域を示す平面図である。
【図４】この発明の参考例１の他の実施形態に係る貼り合わせウェーハの製造方法のうち、貼り合わせ工程を示す貼り合わせウェーハの要部拡大断面図である。
【図５】この発明の実施例１に係る貼り合わせウェーハの製造方法を示す要部工程図である。
【図６】従来手段に係る貼り合わせウェーハの製造方法の貼り合わせ工程を示す要部拡大断面図である。
【図７】従来手段に係る貼り合わせウェーハの未貼り合わせ領域を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  活性層用ウェーハ、
１２ａ  シリコン酸化膜（絶縁膜）、
１４  水素イオン注入領域（イオン注入領域）、
２０  支持用ウェーハ、
３０  貼り合わせウェーハ、
４０  エピタキシャル層。
【図１】
0004552858.tif 000004
【図２】
0004552858.tif 000005
【図３】
0004552858.tif 000006
【図４】
0004552858.tif 000007
【図５】
0004552858.tif 000008
【図６】
0004552858.tif 000009
【図７】
0004552858.tif 000010