(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層用ウェーハの表面に誘電体分離用溝を形成し、
この活性層用ウェーハの表面に誘電体分離酸化膜を形成し、
この誘電体分離酸化膜の表面に高温ＣＶＤ法により高温ポリシリコン層を成長させ、
この高温ポリシリコン層の表面を研削・研磨後、この研磨面を張り合わせ面として、活性層用ウェーハを支持基板用ウェーハの鏡面加工された酸化シリコン面に張り合わせ、
その後、活性層用ウェーハを裏面側から研削・研磨して、この研磨面に誘電体分離酸化膜で分離された複数の誘電体分離シリコン島を現出させる誘電体分離ウェーハの製造方法において、
上記高温ポリシリコン層の研削は、１次研削後に２次研削を施して行われ、
上記１次研削では、砥粒平均粒径が２０〜７０μｍの１次研削用のレジノイド研削砥石を使用し、これを４０００〜６０００ｒｐｍで回転しながら研削することで、研削後の高温ポリシリコン層の残厚を２０〜８０μｍとし、
上記２次研削では、砥粒平均粒径が０．５〜１５μｍの２次研削用のレジノイド研削砥石を使用し、これを４０００〜７０００ｒｐｍで回転しながら研削し、
上記高温ポリシリコン層の表面研磨は、１次研磨後に２次研磨を施して行われ、
上記１次研磨は、
高温ポリシリコン層の表面に、研磨砥粒１〜５重量％を含むｐＨ９．５〜１０．５の研磨剤を、０．５〜１．５リットル／分の流量で供給しながら、研磨布により、研磨剤温度２０〜４０℃、研磨圧力０．０２〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２ の研磨条件で行われ、
上記２次研磨は、
高温ポリシリコン層の１次研磨面に、研磨砥粒を０．５〜２．０重量％含むｐＨ７．０〜９．０の研磨剤を、０．５〜１．５リットル／分の流量で供給しながら、研磨布を用いて、研磨剤温度２０〜３５℃、研磨圧力０．０２〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２ ,研磨時間５〜３０分間の研磨条件で行われ、
上記高温ポリシリコン層の張り合わせ面の面粗さが、原子間力顕微鏡による中心線平均粗さＲａで１ｎｍ以下、Ｐ−Ｖ値で３０ｎｍ以下、または、ヘイズ値で８０ｐｐｍ以下である誘電体分離ウェーハの製造方法。
【請求項２】
上記２次研磨後、この高温ポリシリコン層の２次研磨面に、プラズマエッチングが施される請求項１に記載の張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法。
【請求項３】
上記プラズマエッチング後、この高温ポリシリコン層のプラズマエッチング面に３次研磨が施され、
該３次研磨は、
上記高温ポリシリコン層のプラズマエッチング面に、研磨砥粒を０．５〜２．０重量％含むｐＨ７．０〜９．０の研磨剤を、０．５〜１．５リットル／分の流量で供給しながら、研磨布を用いて、研磨剤温度２０〜３５℃、研磨圧力０．０２〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２ ,研磨時間５〜１５分間の研磨条件で行われる請求項２に記載の張り合わせ誘電体分離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】
この発明は張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法、詳しくは誘電体分離シリコン島を有する活性層用ウェーハと、これを支持する支持基板用ウェーハとを、低温ポリシリコン層を介さずに直接張り合わせる張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の張り合わせ誘電体分離ウェーハは、図５に示す各工程を経て製造されていた。図５は一般的な張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造工程を示す説明図である。
まず、活性層用ウェーハとなる表面を鏡面加工したシリコンウェーハ１０を用意する（図５（ａ））。次いで、このシリコンウェーハ１０の表面に、マスク酸化膜１１を被着する（図５（ｂ））。この酸化膜１１をフォトリソグラフ法によって窓付きのレジスト膜１２で覆い、この窓を介して酸化膜１１に所定パターンの窓を形成する。これによりシリコンウェーハ１０表面の一部を露出させる。次に、レジスト膜１２を除去した後、このシリコンウェーハ１０をエッチング液（ＩＰＡ／ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ）に浸漬して、ウェーハ表面の窓内部を異方性エッチングする（図５（ｃ））。この結果、ウェーハ表面に断面略Ｖ字形状の誘電体分離用溝１３が形成される。
ここで、異方性エッチングとは、シリコンウェーハ１０の結晶面方位に起因し、深さ方向のエッチング速度が水平方向よりも大きくて、エッチング速度が方向依存性を持ったエッチングのことである。
【０００３】
次に、マスク酸化膜１１を除去する（図５（ｄ））。それから、ウェーハ表面に、酸化熱処理によって誘電体分離酸化膜１４を形成する（図５（ｅ））。この結果、誘電体分離用溝１３表面にも酸化膜１４が形成される。そして、このウェーハ表面を洗浄する。
続いて、誘電体分離酸化膜１４の表面上に、約１２００〜１３００℃の高温ＣＶＤ法で、高温ポリシリコン層１６を厚めに成長させる（図５（ｆ））。それから、ウェーハ外周部を面取りし、必要に応じてウェーハ裏面を平坦化する。次いで、裏面を平坦化した場合は、この平坦化したウェーハ裏面を基準にして、ウェーハ表面の高温ポリシリコン層１６を厚さ約１０〜８０μｍまで研削・研磨する（図５（ｇ））。
この後、ウェーハ表面に５５０〜７００℃の低温ＣＶＤ法で厚さ１〜５μｍの低温ポリシリコン層１７を成長させ、張り合わせ面の鏡面化のために、この低温ポリシリコン層１７の表面を研磨する。
【０００４】
一方では、支持基板用ウェーハとなるシリコンウェーハ２０を準備する（図５（ｈ））。これは、ウェーハ表面を鏡面加工したものである。次に、このシリコンウェーハ２０上に、上記活性層用ウェーハ用のシリコンウェーハ１０（具体的には低温ポリシリコン層１７）を、鏡面同士を接触させて張り合わせる（図５（ｉ））。
それから、この張り合わせウェーハの張り合わせ強度を高める熱処理を施す。
次に、図５（ｊ）に示すように、この活性層用ウェーハの外周部を面取りし、活性層用ウェーハ表面を研削・研磨する。この活性層用ウェーハの研削量は、誘電体分離酸化膜１４が外部に露出し、高温ポリシリコン層１６の表面上に、誘電体分離酸化膜１４で分離された誘電体分離シリコン島１０Ａが現出するまでとする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した高温ＣＶＤ法によるポリシリコン粒子の成長は、誘電体分離酸化膜１４の表面に存在する多数のパーティクルや傷を成長核とした比較的ポリシリコン粒子が大きく、高速度の成長である。高温ポリシリコン層１６を研削・研磨すると、表面があれやすく、特に、Ｖ型の溝の向かい合う斜面に成長したポリシリコンの粒界は、研磨に用いる薬剤によって腐食され易く、支持基板用ウェーハのシリコン面との張り合わせは充分ではなかった。
【０００６】
そこで、これを解消する従来技術として、高温ポリシリコン層１６の表面上に、さらに低温ＣＶＤ法で低温ポリシリコン層１７を厚さ２〜３μｍだけ成長させる方法が知られている。
ところが、この低温ＣＶＤ法では、高温ＣＶＤ法に比較してポリシリコン粒子の成長速度が遅い。これは、低温ＣＶＤ法によると、ポリシリコンの粒子径が、高温ＣＶＤ法によるものに比べて小さく、例えば平坦な薄い層を積み重ねていくような成長になるためである。その結果、仮に高温ポリシリコン層１６表面にパーティクルが存在していても、これをポリシリコンで被ってしまう。その結果、低温ポリシリコン層１７表面の平坦度は、通常の研磨処理を行っただけで、充分に張り合わせ可能なレベルにまで高まる。
ただし、低温ＣＶＤ法では、ポリシリコンの成長速度がおそいのは否めない。この結果、張り合わせ誘電分離ウェーハの製造に時間や手間がかかり、生産性が低下してしまうという問題点があった。
【０００７】
【発明の目的】
この発明は、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを、低温ポリシリコン層を介することなく、直接張り合わせることができ、これにより製造時間の短縮が図れて、生産性を高めることができる張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法を提供することを、その目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、活性層用ウェーハの表面に誘電体分離用溝を形成し、この活性層用ウェーハの表面に誘電体分離酸化膜を形成し、この誘電体分離酸化膜の表面に高温ＣＶＤ法により高温ポリシリコン層を成長させ、この高温ポリシリコン層の表面を研削・研磨後、この研磨面を張り合わせ面として、活性層用ウェーハを支持基板用ウェーハの鏡面加工された酸化シリコン面に張り合わせ、その後、活性層用ウェーハを裏面側から研削・研磨して、この研磨面に誘電体分離酸化膜で分離された複数の誘電体分離シリコン島を現出させる誘電体分離ウェーハの製造方法において、上記高温ポリシリコン層の研削は、１次研削後に２次研削を施して行われ、上記１次研削では、砥粒平均粒径が２０〜７０μｍの１次研削用のレジノイド研削砥石を使用し、これを４０００〜６０００ｒｐｍで回転しながら研削することで、研削後の高温ポリシリコン層の残厚を２０〜８０μｍとし、上記２次研削では、砥粒平均粒径が０．５〜１５μｍの２次研削用のレジノイド研削砥石を使用し、これを４０００〜７０００ｒｐｍで回転しながら研削し、上記高温ポリシリコン層の表面研磨は、１次研磨後に２次研磨を施して行われ、上記１次研磨は、高温ポリシリコン層の表面に、研磨砥粒１〜５重量％を含むｐＨ９．５〜１０．５の研磨剤を、０．５〜１．５リットル／分の流量で供給しながら、研磨布により、研磨剤温度２０〜４０℃、研磨圧力０．０２〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２ の研磨条件で行われ、上記２次研磨は、高温ポリシリコン層の１次研磨面に、研磨砥粒を０．５〜２．０重量％含むｐＨ７．０〜９．０の研磨剤を、０．５〜１．５リットル／分の流量で供給しながら、研磨布を用いて、研磨剤温度２０〜３５℃、研磨圧力０．０２〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２ ,研磨時間５〜３０分間の研磨条件で行われ、上記高温ポリシリコン層の張り合わせ面の面粗さが、原子間力顕微鏡による中心線平均粗さＲａで１ｎｍ以下、Ｐ−Ｖ値で３０ｎｍ以下、または、ヘイズ値で８０ｐｐｍ以下である誘電体分離ウェーハの製造方法である。
【０００９】
高温ＣＶＤ法は、シリコンを含んだ原料ガスをキャリアガス（Ｈ２ガスなど）とともに反応炉内へ導入し、高温に熱せられたシリコンウェーハ上に原料ガスの熱分解または還元により生成されたシリコンを析出させる方法である。シリコンを含む化合物としては、通常、ＳｉＣｌ２Ｈ２, ＳｉＨＣｌ３, ＳｉＣｌ４などが用られる。
反応炉としては、例えばドーム形の石英ベルジャー内で、シリコンウェーハを載せたサセプタを回転させながらガス導入して、高周波誘導により加熱する高周波誘導加熱炉がある。さらに、この他にも、例えば石英容器内に収められた六角柱状のサセプタの各面にシリコンウェーハを張り付け、その後、このサセプタを、ガス導入および赤外線ランプにより加熱しながら回転させるランプ加熱炉などがある。
【００１０】
高温ＣＶＤ法によるポリシリコンの成長温度は、使用炉の発熱方式および原料ガスの種類により異なる。すなわち、例えば使用炉が高周波誘導加熱炉の場合で、使用ガスがＳｉＨＣｌ３および水素ガス系の場合には、１２００〜１２８０℃、特に１２２０〜１２６０℃が好ましい。１２００℃未満では成膜後の反りが大きくなる。また、著しく低い場合には割れ易いという不都合が生じる。また、１２８０℃を超えると、Ｖ溝段差被覆性が劣化し易い。また、ポリシリコンによるサセプタとのブリッジが発生し易く、割れ易くなるという不都合が生じる。
また、使用炉は同じで、使用ガスがＳｉＣｌ４および水素ガス系の場合には、１２２０〜１３００℃、特に１２４０〜１２９０℃が好ましい。１２２０℃未満では、成膜後の反りが大きくなる。また、著しく低い場合には割れ易いという不都合が生じる。また、１３００℃を超えると、Ｖ溝段差被覆性が劣化し易い。また、ポリシリコンによるサセプタとのブリッジが発生し易く、割れ易くなるという不都合が生じる。
【００１１】
これに対して、使用炉がランプ加熱炉、使用ガスがＳｉＨＣｌ３および水素ガス系の場合では、１１００〜１２２０℃、特に１１２０〜１２００℃が好ましい。１１００℃未満では、成膜後の反りが大きくなる。また、著しく低い場合には割れ易くなるという不都合が生じる。また、１２２０℃を超えると、Ｖ溝段差被覆性が劣化し易い。また、ポリシリコンによるサセプタとのブリッジが発生し易く、割れ易くなるという不都合が生じる。
また、同じ使用炉で、使用ガスがＳｉＣｌ４の場合には、１１２０〜１２４０℃、特に１１４０〜１２２０℃が好ましい。１１２０℃未満では、成膜後の反りが大きくなる。また、著しく低い場合には割れ易くなるという不都合が生じる。また、１２４０℃を超えると、Ｖ溝段差被覆性が劣化し易い。また、ポリシリコンによるサセプタとのブリッジが発生し易く、割れ易くなるという不都合が生じる。
【００１２】
高温ポリシリコン層の厚さは、活性層用ウェーハの表面に形成された誘電体分離用溝の深さの２〜３倍の厚さに、残したいポリシリコン層の厚さを付加した厚さである。誘電体分離用溝の深さの２倍以下では、溝が充分に埋まらないことがあり、一方で、３倍以上では、不要に厚く成長させることとなり、不経済である。
活性層用ウェーハの表面に誘電体分離用溝を形成する方法としては、異方性エッチングが挙げられる。
異方性エッチングでの異方性エッチング液としては、ＫＯＨ（ＩＰＡ／ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ），ＫＯＨ（ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ），ＫＯＨ（ヒドラジン／ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ）といったアルカリ性エッチング液などを使用することができる。異方性エッチングの条件としては、通常の条件を適用することができる。
また、ウェーハ表面側のネガレジスト膜に、異方性エッチング用の窓部を形成するための各工程の条件としては、一般的な条件を採用することができる。
高温ＣＶＤ法によるポリシリコン成長時の圧力は６００〜１３３００Ｐａ、特に７００〜１００００Ｐａが好ましい。６００Ｐａ未満では、成膜速度が遅いという不都合が生じる。一方、１３３００Ｐａを超えると、膜厚分布制御が難しいという不都合が生じる。
【００１３】
上記原子間力顕微鏡による中心線平均粗さＲａの好ましい値は１ｎｍ以下である。１ｎｍを超えると、ボイドが発生するという不都合が生じる。
また、好ましいＰ−Ｖ値は３０ｎｍ以下である。３０ｎｍを超えると、ボイドが発生するという不都合が生じる。
さらに、好ましいヘイズ値は８０ｐｐｍ以下である。８０ｐｐｍを超えると、ボイドの発生が顕著になるという不都合が生じる。
【００１４】
高温ＣＶＤ法によりエピタキシャル成長された高温ポリシリコン層は、その後、研削・研磨される。この場合、研削は１次研削を行った後、２次研削を行うのが好ましい。
研削後の高温ポリシリコン層の残厚は限定されない。ただし、通常は２０〜８０μｍである。
１次研削用のレジノイド研削砥石の砥粒平均粒径は２０〜７０μｍ、特に３０〜６０μｍが好ましい。２０μｍ未満では研磨速度が落ちて高温ポリシリコン層の厚さを確保しにくい。また、７０μｍを超えると研磨面があれすぎる懸念がある。
２次研削用のレジノイド研削砥石の砥粒平均粒径は、０．５〜１５μｍ、特に１〜１０μｍが好ましい。０．５μｍ未満では、１次研削時に現れた研削マークを除去しにくい。１５μｍを超えると、仕上がり面の面粗さが不充分である。
【００１５】
また、１次研削時の研削砥石の回転数は４０００〜６０００ｒｐｍ、特に４８００〜５８００ｒｐｍが好ましい。４０００ｒｐｍ未満では、表面平坦性が劣化し、ひどい場合にはウェーハが割れてしまうという不都合が生じる。６０００ｒｐｍを超えると、砥石への焼き付きという不都合が生じる。
２次研削時の研削砥石の回転数は４０００〜７０００ｒｐｍ、特に４５００〜６５００ｒｐｍが好ましい。４０００ｒｐｍ未満では、表面平坦性が劣化し、ひどい場合にはウェーハが割れてしまうという不都合が生じる。７０００ｒｐｍを超えると、砥石への焼き付きという不都合が生じる。
２次研磨の研磨レベルは、中心線平均粗さＲａで１ｎｍ以下か、Ｐ−Ｖ値で３０ｎｍ以下か、ヘイズ値で８０ｐｐｍ以下になるような研磨である。１次研磨の場合と同様に、その手法は限定されない。
【００１６】
１次研磨用の研磨剤に添加される研磨砥粒としては、例えばＳｉＯ２製の砥粒が使用される。好ましい添加量は２〜４重量％である。１重量％未満では、研磨における機械的研磨効果が小さくなり、ポリシリコン粒界のエッチングが進行するという不都合が生じる。５重量％を超えると、研磨における機械的研磨効果が大きくなり、ポリシリコン表面の面粗れが大きくなるという不都合が生じる。
また、１次研磨用の好ましい研磨剤のｐＨは９．８〜１０．２である。ｐＨ９．５未満では化学的研磨速度が小さくなり面粗れするという不都合が生じる。ｐＨ１０．５を超えるとポリシリコン粒界のエッチングが進行し、凹凸が現れる。その結果、ウェーハ表面の平坦性および面粗さが劣化するという不都合が生じる。
【００１７】
さらに、１次研磨用の好ましい研磨剤の流量は０．６〜１．０リットル／分である。０．５リットル／分未満では、研磨剤の置換率が小さく、シリコンの削りかすをうまく排出できないという不都合が生じる。１．５リットル／分を超えると、不必要に研磨剤を消費して不経済であるという不都合が生じる。
さらにまた、１次研磨用の好ましい研磨剤温度は２５〜３３℃である。２０℃未満では、研磨の化学的作用が小さいという不都合が生じる。そして、４０℃を超えると、化学的作用が勝ってしまい、ポリシリコン粒界のエッチングが進行するという不都合が生じる。
【００１８】
次いで、好ましい１次研磨時の研磨圧力は０．１〜０．８ｋｇｆ／ｃｍ２である。０．０２ｋｇｆ／ｃｍ２未満では、研磨速度が得られないという不都合が生じる。１．０ｋｇｆ／ｃｍ２を超えると、表面に傷が発生し易いという不都合が生じる。
なお、１次研磨の研磨時間は、高温ポリシリコン層が所望の厚さに近づくまでである。
２次研磨用の研磨砥粒には１次研磨用のものが採用できる。すなわち、例えばＳｉＯ２製の砥粒を使用することができる。好ましい研磨砥粒の添加量は０．８〜１．５重量％である。０．５重量％未満では、研磨剤における機械的研磨が進行しないという不都合が生じる。２．０重量％を超えると、機械ダメージが大きくなるという不都合が生じる。
また、２次研磨用の研磨剤の好ましいｐＨは７．５〜８．５である。ｐＨ７．０未満では研磨速度が遅すぎて、張り合わせに必要な面粗さが得られないという不都合が生じる。ｐＨ９．０を超えるとエッチングが進行し、面あれしやすい。その結果、必要な面粗さが得られないという不都合が生じる。
【００１９】
さらに、２次研磨用の好ましい研磨剤の流量は０．６〜１．０リットル／分である。０．５リットル／分未満では、研磨剤の置換効率が小さく、シリコンの削りかすをうまく排出できないという不都合が生じる。１．５リットル／分を超えると、不必要に研磨剤を消費して不経済であるという不都合が生じる。
さらにまた、２次研磨用の好ましい研磨剤温度は２５〜３３℃である。２０℃未満では、化学的作用が小さいという不都合が生じる。そして、３５℃を超えると、化学的作用が勝ってしまい、ポリシリコン粒界のエッチングが進行するという不都合が生じる。
【００２０】
また、２次研磨時の好ましい研磨圧力は０．１〜０．８ｋｇｆ／ｃｍ２である。０．０２ｋｇｆ／ｃｍ２未満では、研磨における機械的研磨効果が小さく、面粗度が向上しないという不都合が生じる。１．０ｋｇｆ／ｃｍ２を超えると、研磨における機械的効果が大きく、面粗れの原因となるという不都合が生じる。
さらに、２次研磨の好ましい研磨時間は１０〜２０分間である。５分間未満では、張り合わせに必要な平坦度が得られないという不都合が生じる。３０分間を超えると、ポリシリコン粒界のエッチングが進行して平坦度がかえって劣化するという不都合が生じる。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、上記２次研磨後、この高温ポリシリコン層の２次研磨面に、プラズマエッチングが施される請求項１に記載の張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法である。
プラズマエッチング（Ｐｌａｓｍａ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＰＡＣＥ加工）とは、あらかじめ測定済みの高温ポリシリコン層表面の凹凸形状に対して、プラズマノズルの移動速度を制御することにより、±５０オングストロームの厚さ精度で加工できる方法である。プラズマ用のガスはシリコンに対してＳＦ６を使用し、これを高圧ノズルに閉じ込める。ノズルの直径は要求精度により変更され、通常３〜３０ｍｍの直径が選択される。誘導電圧が低いので、一般に使われるＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）に比べて変質層深さは極端に小さい。また、プラズマの圧力が高いので、エッチング速度はきわめて大きい。
【００２２】
このプラズマエッチングを採用する場合、ウェーハの面粗さは、パターン密度（誘電体分離溝の形成密度）に依存する。また、ポリシリコン膜の対エッチング性にも依存する。
例えば、高温ポリシリコン層の表面に、請求項３、請求項４の１次、２次研磨を施しても、中心線平均粗さＲａが１ｎｍ以下でない場合には、このプラズマエッチングが実施されることになる。
プラズマエッチング条件は、例えば電極サイズφ７．２５ｍｍ、圧力１〜１０Ｔｏｒｒ、反応ガスＳＦ６、電極のスキャンステップ２ｍｍ、エッチング取り代０．０３〜７．０μｍである。この際、エッチング取り代が０．０３μｍ未満であれば段差が取りにくい。一方、７．０μｍを越えるとプラズマエッチングの効果が充分に得られない。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、上記プラズマエッチング後、この高温ポリシリコン層のプラズマエッチング面に３次研磨が施され、該３次研磨は、上記高温ポリシリコン層のプラズマエッチング面に、研磨砥粒を０．５〜２．０重量％含むｐＨ７．０〜９．０の研磨剤を、０．５〜１．５リットル／分の流量で供給しながら、研磨布を用いて、研磨剤温度２０〜３５℃、研磨圧力０．０２〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２ ,研磨時間５〜１５分間の研磨条件で行われる請求項２に記載の張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法である。
３次研磨とは、プラズマエッチングを施した表面を僅かに研磨し整えるという、きわめて高精度な研磨である。この３次研磨を実施することにより、高温ポリシリコン層の張り合わせ面の面粗さの値が、Ｒａ１ｎｍ以下、Ｐ−Ｖ値３０ｎｍ以下、ヘイズ値８０ｐｐｍ以下になるようにする。
【００２４】
３次研磨用の研磨砥粒の好ましい添加量は０．８〜１．５重量％である。０．５重量％未満では研磨速度が遅すぎるという不都合が生じる。２．０重量％を超えるとエッチングが進行し、面あれする。これにより、ウェーハ表面の平坦性および面粗さが劣化するという不都合が生じる。
また、３次研磨用の好ましい研磨剤のｐＨは７．５〜８．５である。ｐＨ７．０未満では、研磨速度が遅すぎて、張り合わせに必要な面粗さが得られないという不都合が生じる。ｐＨ９．０を超えると、エッチングが進行し、面あれし易い。その結果、必要な面粗さが得られないという不都合が生じる。
【００２５】
さらに、３次研磨用の好ましい研磨剤の流量は０．６〜１．０リットル／分である。０．５リットル／分未満では、研磨剤の置換効率が小さくシリコンの削りかすをうまく排出できないという不都合が生じる。１．５リットル／分を超えると、不必要な研磨剤を消費して不経済であるという不都合が生じる。
さらにまた、３次研磨用の好ましい研磨剤温度は２５〜３３℃である。２０℃未満では、化学的作用が小さいという不都合が生じる。そして、３５℃を超えると、化学的作用が勝ってしまい、ポリシリコン粒界のエッチングが進行するという不都合が生じる。
【００２６】
そして、好ましい３次研磨時の研磨圧力は０．１〜０．８ｋｇｆ／ｃｍ２である。０．０２ｋｇｆ／ｃｍ２未満では、研磨における機械的研磨効果が小さく、面粗度が向上しないという不都合が生じる。１．０ｋｇｆ／ｃｍ２を超えると、研磨における機械的研磨効果が大きく、面粗れの原因となるという不都合が生じる。
好ましい３次研磨の研磨時間は５〜１５分間である。５分間未満では、張り合わせに必要な平坦度が得られないという不都合が生じる。１５分間を超えると、ポリシリコン粒界のエッチングがかえって進行して平坦度が悪くなるという不都合が生じる。
【００２７】
【作用】
この発明によれば、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを張り合わせる際に、両ウェーハの張り合わせ界面を、高温ポリシリコン層の表面と、支持基板用ウェーハを被う酸化シリコン膜の酸化シリコン（ＳｉＯ２) 面とする。すなわち、従来のような低温ＣＶＤ法による低温ポリシリコン層が、両ウェーハ間に介在されない直接的な張り合わせになる。
この場合、高温ポリシリコン層表面の面粗さは、中心線平均粗さＲａで１ｎｍ以下、中心線平均粗さＲａで１ｎｍ以下、Ｐ−Ｖ値で３０ｎｍ以下、または、ヘイズ値で８０ｐｐｍ以下にする。このように、高温ポリシリコン層の張り合わせ面の鏡面度をきわめて高くしたので、このポリシリコン面に、支持基板用ウェーハ側のシリコン面または酸化シリコン面を張り合わせ、その後に熱処理すれば、ボイドの発生が少なく、張り合わせ誘電体分離ウェーハとしての十分な張り合わせ強度が得られる。これにより、張り合わせ誘電体分離ウェーハが比較的短時間で作製でき、よってこの張り合わせ誘電体分離ウェーハの生産性が高まる。
また、高温ポリシリコン層の表面研磨が、比較的粗い研磨である１次研磨後に、比較的高精度な２次研磨を行うものであるので、活性層用ウェーハ側の張り合わせ面の面粗さを、比較的容易に低下させることができる。
【００２８】
特に、請求項２に記載の発明によれば、２次研磨後、この高温ポリシリコン層の２次研磨面にプラズマエッチングを施すので、活性層用ウェーハ側の張り合わせ面の面粗さをさらに低下させることができる。
【００２９】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、プラズマエッチング後、この高温ポリシリコン層のプラズマエッチング面に３次研磨を施すので、プラズマエッチング時以上に、活性層用ウェーハ側の張り合わせ面の面粗さを低下させることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例に係る張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法を説明する。なお、ここでは従来技術の欄で説明した張り合わせ誘電体分離ウェーハを例に説明する。したがって、同一部分には同一符号を付す。まず、第１実施例を説明する。
図１はこの発明の第１実施例に係る活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの張り合わせ直後の要部拡大断面図である。図２はこの発明の第１実施例に係る張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造工程を示す説明図である。
まず、活性層用ウェーハとなる表面を鏡面加工したシリコンウェーハ１０を作製、準備する（図２（ａ））。
次いで、このシリコンウェーハ１０をＳＣ１（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｃｌｅａｎｉｎｇ  １）液またはＨＣｌ希釈液により洗浄後、ウェーハ表面に、マスク酸化膜１１を形成する（図２（ｂ））。なお、マスク酸化膜１１に代えて、ＣＶＤ法によりチッ化膜を成長させてもよい。
【００３１】
次に、このマスク酸化膜１１上にレジスト膜１２を被着する。そして、このレジスト膜１２に所定パターンの窓を形成する。
続いて、この窓を介して酸化膜１１に同じパターンの窓を形成し、シリコンウェーハ１０表面の一部を露出させる。
次に、ネガレジスト膜１２を除去する。そして、ＳＣ１またはＨＣｌ希釈液によりウェーハ表面を洗浄する。
さらに、このシリコンウェーハ１０を異方性エッチング液（ＩＰＡ／ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ）に所定時間だけ浸漬する。この結果、シリコンウェーハ表面には所定パターンでの凹部（窪み）が形成されることになる。よって、ウェーハ表面に異方性エッチングが施され、断面Ｖ字形状の誘電体分離用溝１３が形成される（図２（ｃ））。
【００３２】
次に、露呈したマスク酸化膜１１を除去する（図２（ｄ））。
その後、必要に応じて、シリコン内部にドーパントを注入し、それからウェーハ表面に、酸化熱処理によって誘電体分離酸化膜１４を形成する（図２（ｅ））。この結果、誘電体分離用溝１３上にも、誘電体分離酸化膜１４が形成される。
次に、このウェーハ表面を洗浄する。
【００３３】
続いて、誘電体分離酸化膜１４の表面上に、高温ＣＶＤ法で高温ポリシリコン層１６を１５０μｍ成長させる（図２（ｆ））。成長条件は、反応炉として高周波誘導加熱型炉、材料ガスはトリクロルシラン、キャリアガスはＨ２ガス、反応温度１２３０℃である。
それから、ウェーハ外周部を面取りし、必要に応じ、ウェーハ裏面を平坦化する。次いで、ウェーハ表面の高温ポリシリコン層１６を厚さ３０μｍ程度まで研削・研磨する（図２（ｇ））。
具体的な工程は、高温ポリシリコン層１６の表面を１次研削後、２次研削を行う。次に、この２次研削面に１次研磨を行い、さらに２次研磨を施す。なお、このように各２段階の研削・研磨を行っても、上記面粗さの数値を満足させることができない場合、その際には、プラズマエッチングを行う。また、このプラズマエッチングを行っても、その条件を満たせなければ３次研磨を行う。このように、プラズマエッチング、３次研磨を順に施していけば、活性層用ウェーハ側の張り合わせ面の面粗さの程度が順次改善していく。
【００３４】
このように、研削・研磨（プラズマエッチングおよび３次研磨を含む）を、それぞれ粗密の度合いが異なる複数段階に分けて行うようにしたのは、高温ポリシリコン層１６の張り合わせ面の面粗さを、原子間力顕微鏡による中心線平均粗さＲａで１ｎｍ以下、または、Ｐ−Ｖ値で３０ｎｍ以下、または、ヘイズ値で８０ｐｐｍ以下にするためである。
上記数値範囲になるまで、高温ポリシリコン層１６の面粗さを抑えれば、従来のように、中間に介在された、成長速度が比較的遅い低温ポリシリコン層およびこの研磨を行う時間や手間をかけなくても、高温ポリシリコン層１６の張り合わせ面を、直接、支持基板用ウェーハ２０のシリコン面に張り合わせることができる。言い換えれば、このように両者を直接張り合わせたとしても、高温ポリシリコン層１６および支持基板用ウェーハ２０間に、全面に渡って良好な結合が得られることとなる。なお、この張り合わせ誘電体分離ウェーハの結合の良否は、後工程の張り合わせ熱処理を施した後、張り合わせ界面に生じるボイド数が減少することで得られる。
以下、１次研削および２次研削、１次研磨および２次研磨、プラズマエッチング、そして３次研磨の場合のそれぞれの条件を順次説明する。
【００３５】
まず、１次研削時には、図外の２軸研削機にレジノイド研削砥石、砥粒平均粒径２０〜５０μｍの研削砥石を装着し、これを５０００ｒｐｍで回転させながら研削する。１次研削後、高温ポリシリコン層１６の残厚は５５μｍである。
２次研削時には、１次研削砥石に代えて、この２軸研削機にレジノイド研削砥石、砥粒平均粒径２〜７μｍの研削砥石を装着し、これを６０００ｒｐｍで回転させながら研削する。２次研削後の高温ポリシリコン層１６の残厚は３５μｍである。
【００３６】
また、１次研磨時には、汎用のウェーハ研磨装置を用いて、ＳｉＯ２製の研磨砥粒３重量％を含む研磨剤（ｐＨ１０）を、１．０リットル／分で供給しながら、ポリウレタン製の研磨布により、研磨剤温度３１℃、研磨圧力０．５ｋｇｆ／ｃｍ２、研磨時間１０分間の研磨条件で１次研磨する。
２次研磨時には、同じウェーハ研磨装置を使用し、ＳｉＯ２製の研磨砥粒１．２重量％を含む研磨剤（ｐＨ８）を、１．０リットル／分で供給しながら、ポリウレタン製の研磨布により、研磨剤温度３１℃、研磨圧力０．６ｋｇｆ／ｃｍ２、研磨時間１０分間の研磨条件で２次研磨する。
【００３７】
さらに、プラズマエッチング時には、電極サイズφ７．２５ｍｍ、圧力５Ｔｏｒｒ、反応ガスＳＦ６、電極のスキャンステップ１．３ｍｍ、エッチング取り代０．６μｍの条件でプラズマエッチングする。
そして、３次研磨時には、ＳｉＯ２製の研磨砥粒１．３重量％を含む研磨剤（ｐＨ８）を、１．０リットル／分で供給しながら、ポリウレタン製の研磨布により、研磨剤温度２９℃、研磨圧力０．１５ｋｇｆ／ｃｍ２、研磨時間６分間の研磨条件で３次研磨する。
【００３８】
一方では、支持基板用ウェーハとなるシリコンウェーハ２０を準備する（図２（ｈ））。第１実施例のシリコンウェーハ２０はベアウェーハであり、ウェーハ表面を鏡面加工したものである。
次に、このシリコンウェーハ２０上に、上記活性層用ウェーハ用のシリコンウェーハ１０を、高温ポリシリコン層１６（活性層用ウェーハ側）とシリコン面（支持基板用ウェーハ側）とを張り合わせ面として張り合わせる（図２（ｉ）および図１参照）。
それから、この張り合わせウェーハの張り合わせ強度を高めるために１２００℃、１時間の張り合わせ熱処理を行う。
その後、図２（ｊ）に示すように、この活性層用のシリコンウェーハ１０の外周部を面取りし、活性層用のシリコンウェーハ１０を研削・研磨する。このシリコンウェーハ１０の研削量は、誘電体分離酸化膜１４が外部に露出し、高温ポリシリコン層１６の表面上に、誘電体分離酸化膜１４で分離された誘電体分離シリコン島１０Ａが現出し、隣り合うシリコン島同士が完全に分離する量とする。このようにして、張り合わせ誘電体分離ウェーハが製造される。
【００３９】
次に、図３および図４に基づいて、この発明の第２実施例に係る張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法を説明する。
図３はこの発明の第２実施例に係る張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造工程中の要部工程を示す説明図である。図４はこの発明の第２実施例に係る活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの張り合わせ直後の要部拡大断面図である。
図３および図４に示すように、第２実施例は、活性層用ウェーハ側のシリコンウェーハ１０に張り合わされる支持基板用ウェーハ用のウェーハとして、その表面がＳｉＯ２膜２０ａにより覆われたシリコンウェーハ２０Ａを採用した例である。
すなわち、活性層用ウェーハと、支持基板用ウェーハとの張り合わせ界面は、面粗さが小さく抑えられた上記高温ポリシリコン層１６の表面と、このシリコンウェーハ２０ＡのＳｉＯ２膜面２０ａとなる。
その他の構成、作用、効果は、第１実施例と同様であるので、説明を省略する。
【００４０】
ここで、実際に、低温ポリシリコン層を介して活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを張り合わせた従来手段と、この低温ポリシリコン層を介在させないで、直接、高温ポリシリコン層とシリコン面またはＳｉＯ２面とを張り合わせたこの発明との対比実験を行ったときの、張り合わせ熱処理後の各シリコンウェーハ表面に現れたボイドの発生数の計測結果を記載する。
まず、あらかじめ異方性エッチングしたシリコンウェーハの表面に誘電体分離酸化膜を１μｍだけ形成しておく。その後、シリコンウェーハ表面に、以下の条件で高温ポリシリコン層を成長させる。
なお、シリコンウェーハは直径５インチ、厚さ６２５μｍのものを採用し、誘電体分離溝の溝深さは６０μｍとする。従来手段およびこの発明の両者とも、張り合わせ誘電体分離ウェーハはそれぞれ２５枚を一組として実験を行った。また、張り合わせ後に、１１９７〜１２０３℃、１時間の張り合わせ熱処理を施した。
【００４１】
実施例１は、この張り合わせ界面が、高温ポリシリコン層の１，２次研削、１，２次研磨面（面粗さ値Ｒａ：０．８ｎｍ、Ｐ−Ｖ：３２ｎｍ、ヘイズ１３ｐｐｍ）と、支持基板用ウェーハ側のシリコン面とで形成された場合である。
実施例２は、張り合わせ界面が、高温ポリシリコン層の１，２次研削、１，２次研磨面（面粗さ値Ｒａ：０．８ｎｍ、Ｐ−Ｖ：３２ｎｍ、ヘイズ１３ｐｐｍ）と、支持基板用ウェーハのＳｉＯ２膜面とで形成された場合である。
実施例３は、張り合わせ界面が、高温ポリシリコン層の１，２次研削、１，２次研磨およびプラズマエッチングの仕上げ面（面粗さ値Ｒａ：０．６ｎｍ、Ｐ−Ｖ：２１ｎｍ、ヘイズ：８ｐｐｍ）と、支持基板用ウェーハのシリコン面とで形成された場合である。
比較例１は、張り合わせ界面が、高温ポリシリコン層の通常１，２次研削、通常１，２次研磨面（面粗さ値Ｒａ：７．３ｎｍ、Ｐ−Ｖ：２０２ｎｍ、ヘイズ：３９６ｐｐｍ）と、支持基板用ウェーハのＳｉＯ２面とで形成された場合である。
比較例２は、張り合わせ界面が、低温ポリシリコン層の通常研削、通常研磨面（面粗さ値Ｒａ：０．６ｎｍ、Ｐ−Ｖ：２２ｎｍ、ヘイズ：８ｐｐｍ）と、支持基板用ウェーハのシリコン面とで形成された場合である。
【００４２】
評価は、周知の超音波探傷試験による。測定は水中で行い、超音波の周波数は３０ＭＨｚとした。超音波の反射率が５０％を超える領域をボイドと見なし、画像処理により、ボイドのウェーハ表面内での専有面積率を算出した。ただし、外周１ｍｍはノイズの影響を避けるために面取りにより除去した。結果およびその平均値を表１に示す。
【００４３】
【表１】
0003959877.tif 000002
【００４４】
この表１から明らかなように、実施例１〜実施例３では、高温ポリシリコン層の層表面の粗さを、例えば面粗さ値が中心線平均粗さＲａで１ｎｍ以下になるくらいに低減させたので、各ウェーハ表面上における平均的なボイドの専有面積は０．００１６〜０．００６０％である。これに対して、比較例１は５．３５３６％と極めて大きい。なお、比較例２の場合、０．００４４％と比較的小さな数値となっている。しかしながら、これは低温ポリシリコン層を介在させた例である。
このように、高温ポリシリコン層の表面の鏡面度を高めたことで、高温ポリシリコン層の表面と、面加工されたシリコン面またはＳｉＯ２膜面とを直接張り合わせただけで、張り合わせ加熱後、ボイドの発生がほとんどない、十分な張り合わせ面が得られる。その結果、この張り合わせ誘電体分離ウェーハを比較的短時間で作製することができる。これにより、この張り合わせ誘電体分離ウェーハの生産性を高めることができる。
【００４５】
【発明の効果】
この発明によれば、高温ポリシリコン層の層表面の粗さを低減させたので、活性層用ウェーハ側の高温ポリシリコン層の表面と、鏡面加工された支持基板用ウェーハのシリコン面または酸化シリコン面とを直接張り合わせても、ボイドの発生の少ない良好な張り合わせ面を得ることができる。これにより、張り合わせ誘電体分離ウェーハを比較的短時間で作製することができ、その結果、この張り合わせ誘電体分離ウェーハの生産性を高めることができる。
また、高温ポリシリコン層の表面研磨を、比較的粗い研磨である１次研磨後に、高精度な２次研磨を行うものとしたので、活性層用ウェーハ側の張り合わせ面の面粗さを、支持基板用ウェーハ側の面との直接的な張り合わせができる数値まで比較的容易に低減することができるという効果を有する。
【００４６】
特に、請求項２の発明によれば、２次研磨後、この高温ポリシリコン層の２次研磨面にプラズマエッチングを施すようにしたので、活性層用ウェーハ側の張り合わせ面の面粗さをさらに低減することができるという効果を奏する。
【００４７】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、プラズマエッチング後、高温ポリシリコン層のプラズマエッチング面に３次研磨を施すようにしたので、プラズマエッチングのとき以上に、活性層用ウェーハ側の張り合わせ面の面粗さを低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の第１実施例に係る活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの張り合わせ直後の要部拡大断面図である。
【図２】  この発明の第１実施例に係る張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造工程を示す説明図である。
【図３】  この発明の第２実施例に係る張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造工程中の要部工程を示す説明図である。
【図４】  この発明の第２実施例に係る活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの張り合わせ直後の要部拡大断面図である。
【図５】  一般的な張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  シリコンウェーハ（活性層用ウェーハ）、
１０Ａ  誘電体分離シリコン島、
１１  マスク酸化膜、
１２  レジスト膜、
１３  誘電体分離用溝、
１４  誘電体分離酸化膜、
１６  高温ポリシリコン層、
２０，２０Ａ  シリコンウェーハ（支持基板用ウェーハ）、
２０ａ  ＳｉＯ２膜。
【図１】
0003959877.tif 000003
【図２】
0003959877.tif 000004
【図３】
0003959877.tif 000005
【図４】
0003959877.tif 000006
【図５】
0003959877.tif 000007