(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｂまたはＡｓが所定濃度にドーピングされたＮ＋シリコンウェーハの表面に、Ｎ型不純物が上記濃度より低濃度にドーピングされたＮ−シリコンウェーハを張り合わせた張り合わせ基板において、
張り合わせ後の上記シリコンウェーハ同士の張り合わせ界面におけるボロン濃度を１×１０１４〜２×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とし、かつＮ−シリコンウェーハからＮ＋シリコンウェーハへ移行する遷移領域の厚さを４μｍ以下とした張り合わせ基板。
【請求項２】
ＳｂまたはＡｓが所定濃度にドーピングされた第１のＮ＋シリコンウェーハを希ＨＦ溶液で洗浄する工程と、
Ｎ型不純物が上記濃度よりも低濃度にドーピングされた第２のＮ−シリコンウェーハを希ＨＦ溶液を用いて洗浄する工程と、
第１のシリコンウェーハの表面に第２のシリコンウェーハを張り合わせる工程と、
この張り合わせ基板を９００〜１１００℃の温度で張り合わせ熱処理することにより、このシリコンウェーハ同士の張り合わせ界面におけるボロン濃度を１×１０１４〜２×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とし、かつＮ−シリコンウェーハからＮ＋シリコンウェーハへ移行する遷移領域の厚さを４μｍ以下とする工程とを含む張り合わせ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は張り合わせ基板およびその製造方法、例えばエピタキシャルウェーハの代替え品として用いられる高抵抗な張り合わせ基板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高抵抗（１０００Ω・ｃｍ以上）のウェーハの作製にはエピタキシャル法が用いられていた。例えばＮ型不純物を高濃度に含むＣＺシリコンウェーハ表面に低濃度Ｎ型不純物を含むシリコンをエピタキシャル成長させて高抵抗のエピタキシャル層を形成していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなエピタキシャル法によれば、厚いＮ−層（例えば１０μｍ以上）を形成する場合、不純物濃度が変化する遷移領域の幅が拡がってしまうという課題が生じてくる。これは、厚いエピタキシャル層を形成する場合、エピタキシャル成長時間が長くなり、バルクからのドーパントがエピタキシャル層にまで拡散するためである。
また、Ｎ−層の抵抗値を所定の高抵抗値（１０００Ω・ｃｍ以上）に安定して制御することができないという課題も生じていた。
また、高不純物濃度のＣＺウェーハ表面に低濃度のエピタキシャル層を成長させるため、エピタキシャル炉の清掃を頻繁に行い、この炉内の清浄度を常に高めておかなければならず、その管理がたいへん面倒で、コスト高もともなっていた。
さらに、Ｎ＋層とＮ−層との界面にライフタイムキラーが要求される場合、エピタキシャル成長ではこれを形成することができなかった。
【０００４】
そこで、このような高抵抗のシリコンウェーハとして、フローティングゾーン法により作製されたＦＺウェーハを採用することが考えられる。このＦＺウェーハを用いた高抵抗シリコン基板の製造方法として、例えば特開平５−２６７１１３号公報に記載のものが知られている。
これは、ＣＺ法（チョクラルスキー法）で作製されたシリコンウェーハ（以下、ＣＺウェーハ）に、ＦＺウェーハを張り合わせるものである。
この場合、ＦＺウェーハは酸素濃度が低くかつ酸素析出物が存在しないことから、ＦＺウェーハ全体を無欠陥層（Denuded Zone：「ＤＺ」）として使用している。
このように、ＣＺウェーハとＦＺウェーハとを張り合わせて、１枚の積層式の単結晶シリコン基板を作製することにより、１枚のシリコンウェーハの内部にＩＧ層を形成し、その表面にＤＺを形成する場合の欠点を解消している。
【０００５】
ところで、ＣＺウェーハとＦＺウェーハとの両者がＳｂ（アンチモン）などを含有するＮ型のシリコンウェーハの場合、張り合わせの前処理であるウェーハ洗浄工程において、ＣＺウェーハおよびＦＺウェーハを、ＮＨ４ＯＨおよびＨ２Ｏ２の混合溶液により洗浄して、ウェーハ表面のダングリングボンドをＯＨ基で終端させる作業が行われている。
このように、ダングリングボンドをＯＨ基で終端させておけば、その後、ＣＺウェーハおよびＦＺウェーハを重ね合わせ、次いで張り合わせ熱処理炉で１０００℃以上の加熱処理を行った際に、気泡が発生することなく、２枚のＣＺウェーハおよびＦＺウェーハを良好かつ強固に接合できるからである（Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ；Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．４，Ａｐｒｉｌ，１９９１，ｐｐ．６１５−６２２）。
【０００６】
しかしながら、このアンモニア系洗浄後のシリコンウェーハ表面には、通常、１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上のボロンＢが存在している。そして、張り合わせ熱処理時には、このときの処理熱により、ボロンが１μｍ程度の範囲に拡散される。その結果、張り合わせ界面でのボロンは２×１０１６ａｔｏｍｓ ／ｃｍ３以上の密度で存在することとなる。
しかも、このボロンはＰ型のドーパントでもあるので、実際にウェーハの張り合わせ試験を行ったところ、張り合わせ基板を構成するＩＧ層のＣＺウェーハと、ＤＺであるＦＺウェーハとを単に張り合わせただけでは、張り合わせウェーハの界面にＰ型層が自然形成されることがわかった。
このため、両ウェーハ間の張り合わせ界面を含む、Ｎ−型のシリコンウェーハからＮ＋型のシリコンウェーハへの遷移領域で、キャリア濃度が極端に落ち込む（低下する）現象が起きていた。その結果、目的品であるＮ−／Ｎ＋型の張り合わせ基板の良品歩留り率が低下するおそれがあった。
すなわち、このようなＦＺ／ＣＺ張り合わせウェーハでは、高抵抗エピタキシャルウェーハの代替品として用いることができなかった。
【０００７】
そこで、発明者は、張り合わせ界面におけるボロン濃度を１×１０１３〜５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３に調整することで、ボロンとＮ型ドーパントとの間で、補償がおこり、遷移領域がスムースにつながることを知見した。
しかも、このＮ型のドーパントのうちでも、比較的シリコンウェーハ中への拡散係数が小さいＡｓ（砒素）またはＳｂが適しており、例えば拡散係数が比較的大きなＰ（リン）の場合では、この遷移領域におけるキャリア濃度プロファイルの急峻性が低下してしまい好ましくないことも知見し、この発明を完成させるに至った。
【０００８】
【発明の目的】
そこで、この発明は、Ｎ＋型のシリコンウェーハからＮ−型のシリコンウェーハへの遷移領域のキャリア濃度プロファイルを、落ち込みがなく、急峻かつスムーズなプロファイルとすることができる張り合わせ基板およびその製造方法を提供することを、その目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ＳｂまたはＡｓが所定濃度にドーピングされたＮ＋シリコンウェーハの表面に、Ｎ型不純物が上記濃度より低濃度にドーピングされたＮ−シリコンウェーハを張り合わせた張り合わせ基板において、張り合わせ後の上記シリコンウェーハ同士の張り合わせ界面におけるボロン濃度を１×１０１４〜２×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とし、かつＮ−シリコンウェーハからＮ＋シリコンウェーハへ移行する遷移領域の厚さを４μｍ以下とした張り合わせ基板である。
上述のようにボロン濃度を限定したのは、５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超えると、キャリア濃度プロファイルに落ち込みが発生するからである。
【００１０】
ただし、この請求項１に記載の発明に係る張り合わせ基板の製造方法およびボロン低減方法は特に限定されることがない。どのような手段によりウェーハの張り合わせ界面からボロンを除去したものでも、この発明に含まれる。
なお、この張り合わせ界面に欠陥を存在させ、これをライフタイムキラーとした方が好ましい。ここでいう欠陥とは、例えばシリコンウェーハを高温で熱酸化するとき、遷移領域に発生する酸素誘起積層欠陥（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｆａｕｌｔ）、転位などである。
Ｎ−型のシリコンウェーハからＮ＋型のシリコンウェーハへ移行する遷移領域の厚さは、４μｍ以下である。この遷移領域の幅が４μｍを超えると、その後に形成される素子の特性が劣り、プロセス設計上のマージンが小さくなる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、ＳｂまたはＡｓが所定濃度にドーピングされた第１のＮ＋シリコンウェーハを希ＨＦ溶液で洗浄する工程と、Ｎ型不純物が上記濃度よりも低濃度にドーピングされた第２のＮ−シリコンウェーハを希ＨＦ溶液を用いて洗浄する工程と、第１のシリコンウェーハの表面に第２のシリコンウェーハを張り合わせる工程と、この張り合わせ基板を９００〜１１００℃の温度で張り合わせ熱処理することにより、このシリコンウェーハ同士の張り合わせ界面におけるボロン濃度を１×１０１４〜２×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とし、かつＮ−シリコンウェーハからＮ＋シリコンウェーハへ移行する遷移領域の厚さを４μｍ以下とする工程とを含む張り合わせ基板の製造方法である。
希ＨＦ洗浄は、ＨＦ：Ｈ２Ｏ＝１：（５０〜４００程度）のＨＦ液を用い、これにウェーハを３０秒間〜５分間ディップして行う。
この熱処理温度が９００℃未満では張り合わせ不良の発生が増加する。さらに、１１００℃を超えると不純物の拡散幅が拡がりすぎる。
【００１２】
これらのＮ＋型のシリコンウェーハおよびＮ−型のシリコンウェーハを希ＨＦ洗浄し、その後、両ウェーハをオゾンの存在下でＨＣｌにより洗浄し、次いでＮ＋型のシリコンウェーハの表面に、Ｎ−型のシリコンウェーハを張り合わせ、この張り合わせ基板を９００〜１１００℃の温度で熱処理するようにしてもよい。
【００１３】
【作用】
この発明によれば、Ｎ＋シリコンウェーハの表面に、Ｎ−シリコンウェーハを張り合わせると、張り合わせ基板の活性層側に、抵抗値が均一で高抵抗なＮ−層を比較的簡単に低コストで作製することができる。また、張り合わせ後の張り合わせ界面におけるボロン濃度を１×１０１４〜２×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とし、かつ遷移領域の厚さを４μｍ以下とし、またドーパントには、シリコンウェーハに対する拡散係数が比較的小さいＳｂまたはＡｓを採用し、しかも高濃度にしたので、この遷移領域において、キャリア濃度プロファイルが急峻でかつキャリア濃度プロファイルの落ち込み（濃度低下）を解消することができる。その結果、良好なＮ−／Ｎ＋型の張り合わせ基板を作製することができる。よって、エピタキシャルウェーハの代替物として高抵抗なウェーハを得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に実施例を挙げてこの発明をより具体的に説明する。
まず、この発明に係る張り合わせ基板およびその製造方法の実施例について説明する。なお、この発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
図１は、従来の張り合わせ基板とこの発明の一実施例に係る張り合わせ基板とにおけるウェーハ厚さ方向におけるキャリア濃度を示すグラフである。図２は、この発明の一実施例に係る張り合わせ基板の張り合わせ工程を示す説明図である。
【００１５】
〈実施例１，２、比較例１〜３〉
ＣＺ法により引き上げられたシリコン単結晶に対して、所定のスライス・ラップ・研磨などを施すことにより、厚さ６２５μｍ、直径６インチのＮ＋型ウェーハ（ＰＷ：Ｐｏｌｉｓｈｅｄ  Ｗａｆｅｒ）を用意する。このＮ＋ウェーハはＳｂ（比較例１）またはＡｓ（比較例２）をドーパントとし、その比抵抗はそれぞれ０．００１〜０．０３Ω・ｃｍである。
また、同じくＣＺ法により作製されたシリコンウェーハとして、比抵抗が１０００Ω・ｃｍ前後、厚さ６２５μｍ、直径６インチのＮ−ウェーハ（ＰＷ）を準備する。
【００１６】
これらのＮ＋ウェーハおよびＮ−ウェーハには、張り合わせ前にアンモニア系溶液による洗浄が施される。すなわち、例えば液温が８０℃の、ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１：５のＳＣ１（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｃｌｅａｎｉｎｇ １）溶液に１０分間浸漬するＳＣ１洗浄が各ウェーハに対して施される。このＳＣ１洗浄によるＮ＋ウェーハ、Ｎ−ウェーハを比較例１，２に係るウェーハとして用いる。
次に、実施例１，２および比較例３に係るＮ＋ウェーハ、Ｎ−ウェーハに対しては、さらに、ＨＦ：Ｈ２Ｏ＝１：１００の希フッ酸溶液に２分間浸漬する希ＨＦ洗浄が施され、その表面の自然酸化膜が除去される。これにより、Ｎ＋ウェーハおよびＮ−ウェーハの表面ボロン濃度がそれぞれ１×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２くらいまで低減される。この希ＨＦ洗浄後のウェーハを実施例１，２および比較例３に係るウェーハとして用いる。なお、比較例３では、Ｎ＋ウェーハ、Ｎ−ウェーハのドーパントにＰを採用した。両ウェーハの比抵抗は、比較例１と略同じである。
【００１７】
次に、上記洗浄処理が施された各実施例および各比較例に係るＮ＋ウェーハ１１、Ｎ−ウェーハ１２を乾燥させた後、室温常圧中において、Ｎ＋ウェーハ１１およびＮ−ウェーハ１２の各鏡面における結晶方位を合致させて非加圧状態でこれらの鏡面同士を重ね合わせて接触させる（図２参照）。
次いで、この重ね合わされたウェーハを加熱炉に装入し、１１００℃、２時間の条件で張り合わせ熱処理を行う。そして、作製された張り合わせ基板について、張り合わせ界面におけるボロン濃度を測定した。また、Ｎ−ウェーハ１１からＮ＋ウェーハ１２へのキャリア濃度プロファイルも測定した。その結果を表１に示す。なお、ボロン濃度の測定には、Ｎ−ウェーハとＮ＋ウェーハとを張り合わせた後、Ｎ−ウェーハへの厚さを張り合わせ界面より約１０μｍの厚さとなるまで研削、研磨して薄くし、表面よりＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）による深さプロファイル測定を採用した。また、遷移領域でのキャリア濃度プロファイルの測定には、ＳＲ（Ｓｐｒｅａｄ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）による測定を採用した。
【００１８】
【表１】
0003947953.tif 000002
【００１９】
その結果、実施例１，実施例２では、ボロン濃度が１×１０１３〜５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３に抑えられ、これによりこの遷移領域におけるキャリア濃度プロファイルが、落ち込みもなく急峻かつスムーズであった。よって、Ｎ−／Ｎ＋型の張り合わせ基板１０の良品歩留り率を高めることができた（図１グラフ中、実線のキャリア濃度プロファイル参照）。
これに対して、比較例１，２では、ボロン濃度が５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超えたため、遷移領域におけるキャリア濃度プロファイルの落ち込みが発生した（図１グラフ中、鎖線の濃度プロファイル参照）。これにより、Ｎ−／Ｎ＋型の張り合わせ基板１０の良品歩留り率が悪くなった。また、比較例３では、ボロン濃度は１×１０１３〜５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３に抑えられてはいるが、ドーパントがＰであるので、濃度プロファイルの落ち込みは起きなかったが、その急峻性に問題があった（図１グラフ中、一点鎖線の濃度プロファイル参照）。
なお、このようにして作製された張り合わせ基板１０は、その後、Ｎ−ウェーハ側を所定量だけ研削し、さらに研磨したのち、洗浄および梱包されて、製品ウェーハとしてデバイスメーカなどへ出荷される。
【００２０】
【発明の効果】
この発明に係る張り合わせ単結晶シリコン基板によれば、張り合わせ界面におけるボロン濃度を１×１０１３〜５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３に調整するようにしたので、ウェーハ間の遷移領域に、キャリア濃度プロファイル中で落ち込みが生じるようなキャリア濃度の低下が解消し、このキャリア濃度プロファイルは良好な張り合わせ基板を示す急峻かつスムーズなラインとなる。その結果、良好なＮ−／Ｎ＋型の張り合わせ基板の歩留り率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の張り合わせ基板とこの発明の一実施例に係る張り合わせ基板とにおけるウェーハ厚さ方向におけるキャリア濃度を示すグラフである。
【図２】  この発明の一実施例に係る張り合わせ基板の張り合わせ工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  張り合わせ基板、
１１  活性層用ウェーハ（Ｎ−型のシリコンウェーハ）、
１２  支持基板用ウェーハ（Ｎ＋型のシリコンウェーハ）。
【図１】
0003947953.tif 000003
【図２】
0003947953.tif 000004