(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溝を形成し、
誘電体分離溝の表面を含む活性層用ウェーハの表面に誘電体分離酸化膜を形成し、
誘電体分離酸化膜の表面にＣＶＤ法によりポリシリコン層を成長させ、
この活性層用ウェーハの表面を支持基板用ウェーハの表面に重ね合わせることによりこれらを張り合わせ、
この後、上記活性層用ウェーハをその裏面側から研削、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、
この後、この張り合わせ誘電体分離ウェーハに水素ガスの雰囲気で１２００℃、１時間の水素アニール処理を施す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に微小欠陥が少ない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】
張り合わせシリコンウェーハの一種として、張り合わせ誘電体分離ウェーハが知られている。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は従来の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、ＣＺ法により引き上げられた単結晶シリコンインゴットをブロック切断、スライス、面取り、研磨などを施して、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を形成する（図５（ｂ））。このマスク酸化膜１１をレジスト１２で覆い、レジスト１２にフォトリソグラフ法によって窓付を形成する。この窓を介して酸化膜１１に所定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、レジスト１２を除去し、この後、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））。このようにして、ウェーハ表面に断面Ｖ字形状の誘電体分離用溝１３が形成される。
なお、ここでいう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のそれよりも大きい、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、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、必要に応じて、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を形成し、それから張り合わせ面の鏡面化を図る目的で、低温ポリシリコン層１７の表面をポリッシングする。
【０００４】
一方、活性層用ウェーハと同様の作製方法で、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に、上記活性層用ウェーハ用のシリコンウェーハ１０を、その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ための熱処理を施す。
次に、図５（ｊ）に示すように、張り合わせウェーハにあってその活性層用ウェーハの外周部を面取りし、さらにこの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の表面に、誘電体分離酸化膜１４で区画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】
ところで、活性層用ウェーハおよび支持基板用ウェーハが切り出される単結晶シリコンインゴット中には、不純物である酸素が過飽和状態で含まれている。これは、単結晶シリコンインゴットの引き上げをＣＺ法によったためである。この過飽和状態でインゴット中に含まれる酸素は、このインゴットの機械的な強度を高めたり、不純物を捕獲するゲッタリングサイトとなるなどの有用な役目を果たす。その反面、シリコンウェーハに微小な酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ；Oxidation Induced Stacking Fault）、ＣＯＰ（Crystal Originated Particles）やＢＭＤ（Bulk Micro Defect）が生じる要因にもなっている。
シリコンウェーハにおけるデバイスは、表層部から１０μｍ以下の深さまでに作製される。
誘電体分離ウェーハの場合、厚さが数１０μｍ〜数μｍの誘電体分離シリコン島（活性領域）にデバイスが作製されることとなる。
この結果、誘電体分離シリコン島の結晶特性が重要となる。すなわち、この誘電体分離シリコン島の表面および表層部は無欠陥であることが要求される。
しかしながら、前述したようにこの誘電体分離シリコン島もＣＺウェーハである活性層用ウェーハから作製される。このため、この誘電体分離シリコン島内にも過飽和酸素が存在する。これがこの島内に微小な欠陥（酸化誘起積層欠陥）を現出させ、デバイス作製工程などにおいて、さまざまな不都合を生じさせていた。例えば、この島の表面に形成された酸化膜（例えばＭＯＳデバイスのゲート酸化膜）の酸化膜耐圧が低下していた。
【０００６】
そこで、発明者は、作製された張り合わせ誘電体分離ウェーハを水素アニール処理すれば、誘電体分離シリコン島の過飽和酸素を外方拡散させることができ、これによりこの領域内の酸素濃度が大きく低減されて、無欠陥化されることに着目し、この発明を完成させた。
【０００７】
【発明の目的】
この発明は、誘電体分離シリコン島を無欠陥化させ、これによりシリコン島表面の電気的特性を良好ならし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溝を形成し、誘電体分離溝の表面を含む活性層用ウェーハの表面に誘電体分離酸化膜を形成し、誘電体分離酸化膜の表面にＣＶＤ法によりポリシリコン層を成長させ、この活性層用ウェーハの表面を支持基板用ウェーハの表面に重ね合わせることによりこれらを張り合わせ、この後、上記活性層用ウェーハをその裏面側から研削、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、この後、この張り合わせ誘電体分離ウェーハに水素ガスの雰囲気で１２００℃、１時間の水素アニール処理を施す張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法である。
【０００９】
ポリシリコン層の成長方法としては、高温ＣＶＤ法を採用することができる。これは、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って生成されたシリコンを析出させる方法である。シリコンを含んだ化合物としては、通常、ＳｉＣｌ２Ｈ２，ＳｉＣｌ４，ＳｉＨＣｌ３などが挙げられる。
この際使用する反応炉としては、高周波誘導加熱型炉、ランプ加熱型炉などがある。
【００１０】
高温ＣＶＤ法によるポリシリコンの成長温度は炉の発熱方式により異なる。この用途に用いられる一般的な高周波誘導加熱炉では、１２００〜１２９０℃、特に１２３０〜１２８０℃が好ましい。１２００℃未満ではシリコンウェーハが割れ易い。１２９０℃を超えるとスリップが発生し、ウェーハが割れやすい。
ポリシリコン層の厚さは、異方性エッチングを行った深さを２〜３倍し、これに残したいポリシリコン層の厚さを付加した厚さとする。ポリシリコン層厚が異方性エッチングの深さの２倍未満では、異方性エッチングの溝が十分に埋まらないことがある。３倍を越えると、不要に厚くなり、不経済である。
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）を使用することができる。異方性エッチングは、通常の条件を適用することができる。
また、ウェーハ表面側のレジストに異方性エッチング用の窓部を形成する際は、一般的な条件で行える。
【００１１】
【作用】
この発明によれば、張り合わせ誘電体分離ウェーハを作製し、その後、この張り合わせ誘電体分離ウェーハに水素アニール処理を施す。これにより、デバイスが作製される誘電体分離シリコン島の過飽和酸素が外方拡散される。したがって、この領域が無欠陥化され、このシリコン島の電気的特性を高めることができる。例えば酸化膜耐圧を高めることができる。
【００１２】
【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。
図１は、この発明の一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により得られた張り合わせ誘電体分離ウェーハの要部拡大断面図である。図２は、この発明の一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示すフローチャートである。
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））。具体的には、ＣＺ法による引き上げられた単結晶シリコンインゴットを、ブロック切断、スライス、面取り、研磨などを施して作製する。
【００１３】
次いで、このシリコンウェーハ１０を洗浄後、ウェーハ表面をマスク酸化膜１１で覆う（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。
【００１４】
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にフォトリソプロセスで所定パターンの窓を形成する。
続いて、この窓を介してマスク酸化膜１１に同じパターンの窓を形成し、シリコンウェーハ１０の表面の一部を露出させる。
次に、レジスト膜１２を除去する。そして、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させる。その結果、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。すなわち、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（凹部）１３が形成される（図２（ｃ））。
【００１５】
次に、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、次いでウェーハ表面に、酸化熱処理により誘電体分離酸化膜１４を形成する（図２（ｅ））。その結果、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。
【００１６】
続いて、誘電体分離酸化膜１４の上に、約１２００℃の高温ＣＶＤ法で、高温ポリシリコン層１６を１５０μｍの厚さだけ成長させる（図２（ｆ））。
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させる。次いで、高温ポリシリコン層１６が厚さ３０μｍ程度となるまでその表面から研削・研磨する（図２（ｇ））。
その後、６００℃の低温ＣＶＤ法で厚さ３．０μｍ程度の低温ポリシリコン層１７をこのウェーハ表面に形成し。さらに、張り合わせ面の鏡面化のために、低温ポリシリコン層１７の表面をポリッシングする。
【００１７】
一方、シリコンウェーハ１０と同じ製造方法により、シリコンウェーハ１０と同じ厚さ、同一口径の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））。
なお、この支持基板用ウェーハ２０の表面には、ウェットＯ２酸化によって絶縁膜であるシリコン酸化膜２１を、厚さ１μｍだけ形成しておく。
次に、シリコンウェーハ２０に活性層用のシリコンウェーハ１０を、その鏡面同士を接触させて室温で張り合わせる（図２（ｉ））。この後、この張り合わせウェーハの張り合わせ強度を高める所定の熱処理を行う。
それから、図２（ｊ）に示すように、活性層用のシリコンウェーハ１０の外周部を面取りし、必要に応じて支持基板用のシリコンウェーハ２０の酸化膜２１をＨＦ洗浄で除去した後、シリコンウェーハ１０を研削・研磨する。なお、この際の研削・研磨量は、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の表面に、誘電体分離酸化膜１４により区画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１０Ａ同士が完全に分離する程度とする。こうして、張り合わせ誘電体分離ウェーハＷが得られる。
【００１８】
その後、この張り合わせ誘電体分離ウェーハＷに、水素アニール処理を施す（図２（ｋ））。具体的には、この張り合わせ誘電体分離ウェーハＷをアニール炉の石英反応管に挿入する。そして、水素ガスの雰囲気中で１２００℃、１時間の条件で張り合わせ誘電体分離ウェーハＷに熱処理を施す。
このように、張り合わせ誘電体分離ウェーハＷを水素ガス雰囲気で高温に加熱すると、例えば窒素ガス，酸素ガスの雰囲気で熱処理を行ったときより、誘電体分離シリコン島１０Ａ中に存在している酸素が多量に外方拡散される。これは、誘電体分離シリコン島１０Ａの表面での酸素の気相中への拡散が増加するためだと考えられる。
水素アニール処理により、誘電体分離シリコン島１０Ａの酸素濃度が大きく低減される。その結果、この誘電体分離シリコン島１０Ａ（活性領域）中の酸素誘起積層欠陥がほぼ完全に消失する。これにより、この領域内は無欠陥化され、その結果、例えばこのシリコン島１０Ａの表面に形成した酸化膜の酸化膜耐圧を高めることができる。
【００１９】
ここで、実際に、従来法（水素アニール処理を行わない）と、この発明（水素アニール処理を行う）とを対比した際の、誘電体分離シリコン島の表面に形成されたゲート酸化膜の酸化膜耐圧の評価結果を記載する。
図３は、張り合わせ誘電体分離ウェーハの酸化膜耐圧の評価試験方法を示す説明図である。図４（ａ）は、この発明の一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により得られた張り合わせ誘電体分離ウェーハにおける酸化膜耐圧の測定点分布状態を示す説明図である。図４（ｂ）は、従来手段に係る張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法により得られた張り合わせ誘電体分離ウェーハにおける酸化膜耐圧の測定点分布状態を示す説明図である。
まず、図３を参照して、具体的な張り合わせ誘電体分離ウェーハの酸化膜耐圧の評価試験方法を説明する。
【００２０】
図３に示すように、張り合わせ誘電体分離ウェーハＷ１の各誘電体分離シリコン島１０Ａには、誘電体分離酸化膜１４に沿ってリンＰが高濃度にドーピングされたＮ＋領域３０が設けられている。なお、この誘電体分離シリコン島１０Ａの酸素濃度は、Ｏｉ＝１．３０×１０１８／ｃｍ３である。
このＮ＋領域３０の表層部３０ａ上には、アルミニウム製の電極３１が形成されている。また、この電極３１から所定距離だけ離れた位置に、厚さ２５ｎｍ，膜面積２０ｍｍ２のゲート酸化膜３２が形成されている。このゲート酸化膜３２上には、ポリシリコン製の電極３３が形成されている。この電極３３は、厚さが５００ｎｍで、リンが所定濃度にドープされている。これらの電極３１，３３には、直流電源３４，電流計３５および電圧計３６を有する酸化膜耐圧測定器の各測定端子がそれぞれ接続されている。
【００２１】
このゲート酸化膜３２の酸化膜耐圧の測定に際しては、直流の印加電圧１０ＭＶ／ｃｍを１０秒間印加し、その後、もう一度だけ同様に電圧を印加する。この際、電極３１，３３間に流れる電流量を測定して、これが電流密度１００μＡ／ｃｍ２を超えた場合、ゲート酸化膜３２の絶縁破壊が生じているとみなした。なお、このシリコンウェーハ１０上に合計１８１点の測定点を配した。そして、各点におけるゲート酸化膜３２の絶縁破壊の状況を調べた。その結果を図４に示す。
図４（ａ）から明らかなように、この発明による張り合わせ誘電体分離ウェーハＷの場合、１８１の測定点のすべてにおいて絶縁破壊は生じていなかった。これに対して、図４（ｂ）に示す従来法の張り合わせ誘電体分離ウェーハの場合では、１８１点のうち、２５点で絶縁破壊が生じていた。
なお、図４（ａ）および図４（ｂ）において、白抜きエリアは絶縁破壊なしを示し、黒塗りエリアは絶縁破壊ありを示す。
このように、張り合わせ誘電体分離ウェーハＷを製造した後、水素アニール処理を行えば、ゲート酸化膜３２の酸化膜耐圧が高まることが判明した。すなわち、シリコン島１０Ａにおける電気的特性が高まっているのである。
【００２２】
【発明の効果】
この発明によれば、張り合わせ誘電体分離ウェーハに水素アニール処理を施したので、デバイスが作製される誘電体分離シリコン島を無欠陥化させることができる。この結果、シリコン島の電気的特性、例えばその酸化膜耐圧特性を良好なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一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により得られた張り合わせ誘電体分離ウェーハの要部拡大断面図である。
【図２】  この発明の一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示すフローチャートである。
【図３】  この発明の一実施例に係る張り合わせ誘電体分離ウェーハの酸化膜耐圧の評価試験方法を示す説明図である。
【図４】  （ａ）は、この発明の一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により得られた張り合わせ誘電体分離ウェーハにおける酸化膜耐圧の測定点分布状態を示す説明図である。
（ｂ）は、従来手段に係る張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方法により得られた張り合わせ誘電体分離ウェーハにおける酸化膜耐圧の測定点分布状態を示す説明図である。
【図５】  従来の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、
１２  シリコンウェーハ（支持基板用ウェーハ）、
１３  誘電体分離溝、
１４  誘電体分離酸化膜、
１６  ポリシリコン層、
Ｗ  張り合わせ誘電体分離ウェーハ。
【図１】
0003944813.tif 000002
【図２】
0003944813.tif 000003
【図３】
0003944813.tif 000004
【図４】
0003944813.tif 000005
【図５】
0003944813.tif 000006