(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上にＳＯＧ膜を介して半導体単結晶である炭化ケイ素（ＳｉＣ）単結晶からなるウエハを設ける半導体基板の製造方法であって、
前記シリコン基板にＳＯＧ溶液を塗布してＳＯＧ膜を形成する第１工程と、
石英基板又はアルミナ基板上に仮留剤を介して設けられた前記ウエハの裏面にＳＯＧ溶液を塗布してＳＯＧ膜を形成する第２工程と、
前記ウエハのＳＯＧ膜を形成した面と前記シリコン基板のＳＯＧ膜を形成した面とが対向するように重ね合わせて接着する第３工程と、
前記石英基板又は前記アルミナ基板を剥離する第４工程と、
を有することを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記第３工程において、前記ウエハと前記シリコン基板とを重ね合わせた後に、前記ＳＯＧ膜を加圧下で加熱して前記ＳＯＧ膜を固化させ、前記ウエハを前記シリコン基板に接着することを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記アルミナ基板がサファイヤ基板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の製造方法に関するものであり、特に、半導体単結晶からなるウエハをシリコン基板に貼り合わせた半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素結晶を用いた半導体デバイス（炭化ケイ素デバイス）は、シリコン結晶を用いた従来の半導体デバイス（シリコンデバイス）に比べ、高耐圧、高温動作といった特徴がある。炭化ケイ素デバイスがこのように優れた性能を示すのは、炭化ケイ素結晶の基本特性に基づくものである。炭化ケイ素結晶では、炭素原子が含まれることで原子間距離が短くなって、より強固な結合となり、半導体のバンドギャップが２倍以上に大きくなる。その結果、２倍以上の電界まで耐圧が高まり、高温まで半導体特性が保たれる。
【０００３】
このように非常に優れた基本特性を有する炭化ケイ素結晶は、結晶成長が非常に難しく大口径の炭化ケイ素結晶を作製することができない。このため、既存のシリコンデバイス製造装置を使用するため、シリコン基板上に炭化ケイ素基板を張り合わせたものを製造ラインに投入し、通常のシリコン基板と同様に処理する半導体装置の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−８７２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、炭化ケイ素結晶からなるウエハは、ソリに起因したホトリソ工程でのアライメント不良が発生しやすい。また、特許文献１に記載の半導体基板は、炭化ケイ素結晶からなるウエハの表面粗さ等が原因でシリコン基板から剥離する懸念がある。
このような問題を解決するため、未公開ではあるが下記に示すような技術を提案している（特願２００７−２３９９４８号）。
【０００６】
まず、図４に示すように、ホットプレート７０２に８ないし６ｉｎｃｈの仮留め基板であるシリコン基板７０４を載せ８０〜１２０℃程度に加熱し、同温度領域で溶融するワックス７０６をシリコン基板７０４に塗布し、炭化ケイ素などの小口径のウエハ７１０の表面をシリコン基板７０４に重ねる。次いで、このウエハ７１０に錘７０８を載せるなどの処置により圧力をかけた状態で１２０℃以上の温度に一旦加熱した後室温に冷却する。
以上の処置により、図５に示すように、ウエハ７１０のソリが低減された状態で８ないし６ｉｎｃｈのシリコン基板７０４に貼り付けられる。
次に、図６に示すように、ウエハ７１０がワックス７０６により貼り付けられたシリコン基板７０４にスピンオンガラス（ＳＯＧ）溶液をスピンコートし、図７に示すように、ホットプレート７０２上で未処理のシリコン基板７１６と重ね合わる。これらのウエハに錘７１８を載せるなどの処置により圧力をかけた状態で２５０℃程度に加熱する。この温度は、ＳＯＧ７１２が脱水縮合重合し、尚且つワックスが焦げ付かない温度である。
【０００７】
その後、図８に示すように、重ね合わせたウエハを１２０〜２００℃程度に冷却し、シリコン基板７０４をウエハ７１０から剥がす。この温度領域では、ワックス７０６が溶融し、ＳＯＧ７１２が固化しているので、シリコン基板７１６とウエハ７１４が貼り付いた状態でシリコン基板７０４を容易に剥がすことができる。ウエハ７１０が貼り付いたシリコン基板７１６は、ウエハ７１０の表面にワックス７０６が付着し、尚且つ界面からＳＯＧ７１２の残部がはみ出た状態である。従って、ワックス７０６を硫酸加水洗浄により除去し、はみ出たＳＯＧの残部を希フッ酸洗浄により除去する。最後に、ウエハ７１０をＳＯＧ７１２で貼り付けたシリコン基板７１６に錘を載せるなどの処置により圧力をかけた状態で、ホットプレートにより３５０℃程度に加熱し、さらに錘を外し圧力を開放した状態で炉に挿入し、４５０℃程度で熱処理を行う。
【０００８】
このように、ウエハ７１０をワックス７０６にてシリコン基板７０４に一度貼り付けた後、ＳＯＧ７１２にてシリコン基板７１４に再貼付する理由は、２つ挙げられる。ウエハ７１０のソリを低減した状態でＳＯＧ７１２にて貼付することにより空隙のない良好な貼付が実現しやすくなることである。もう一つは、ワックス７０６での貼付はウエハを加熱することにより容易に再処理が可能なことに起因し、図９に示すように、ウエハ７１０をシリコン基板７０４に貼り付ける角度を調整しやすいことである。ホトリソ工程ではアライメント可能な角度に制約があり、貼り付けられたウエハ７１０の回転角度が重要となるためである。
【０００９】
しかしながら、前述したウエハの貼り付け工程では、ウエハの裏面にのみＳＯＧをスピンコートしており、ウエハの裏面に貼り合わせるシリコン基板にはＳＯＧをスピンコートしていない。従って、図１０のように、シリコン基板とＳＯＧ膜を塗布したウエハとを貼り合わせる際、ＳＯＧとシリコン基板との濡れ性の関係でＳＯＧがシリコン基板にはじかれ、接合部の界面に空隙が発生しやすい。この空隙は、錘で荷重を加えても除去することができない場合が多々あり、更なる改善が必要であった。
さらに、シリコン基板７１６にあらかじめＳＯＧをスピンコートしてウエハ７１０と貼り合わせた図１１の態様では、シリコン基板７０４と７１６とがＳＯＧ７４０により接合され、シリコン基板７０４を除去し難いため、これも改善すべき事項であった。
【００１０】
本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明の目的は、大口径化が難しい材料の半導体ウエハとシリコン基板との接着性が向上し、半導体ウエハを仮留めする基板を容易に剥離することにより、既存の製造ラインに実際に適用可能な半導体基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は鋭意検討した結果、下記の半導体基板の製造方法を用いることにより、上記問題を解決できることを見出し、上記目的を達成するに至った。
【００１２】
即ち、請求項１に記載の半導体基板の製造方法は、シリコン基板上にＳＯＧ膜を介して半導体単結晶である炭化ケイ素（ＳｉＣ）単結晶からなるウエハを設ける半導体基板の製造方法であって、前記シリコン基板にＳＯＧ溶液を塗布してＳＯＧ膜を形成する第１工程と、石英基板又はアルミナ基板上に仮留剤を介して設けられた前記ウエハの裏面にＳＯＧ溶液を塗布してＳＯＧ膜を形成する第２工程と、前記ウエハのＳＯＧ膜を形成した面と前記シリコン基板のＳＯＧ膜を形成した面とが対向するように重ね合わせて接着する第３工程と、前記石英基板又は前記アルミナ基板を剥離する第４工程と、を有することを特徴とする。
請求項１に記載の半導体基板の製造方法によると、半導体単結晶からなるウエハとシリコン基板の各面にＳＯＧを塗布しているので、貼り合わせた後に錘等で荷重を加えることにより、貼り合わせた直後の空隙が側部に移動する。従って、シリコン基板とウエハとの界面における空隙発生を抑制し、大口径化が難しい材料の半導体ウエハを、既存の製造ラインに適用することができる。また、ウエハは荷重が加わりながら仮留めされるため、ウエハのソリが低減した状態で石英基板又はアルミナ基板である仮留め基板に仮留めされる。従って、ウエハがシリコン基板と接着する際に界面に発生する空隙を容易に除去することができる。一方、仮留剤でウエハを仮留めしている石英基板又はアルミナ基板はＳＯＧ膜から剥離しやすいため、ウエハをシリコン基板に接着した後に、石英基板又はアルミナ基板をウエハから容易に剥離することができる。従って、石英基板又はアルミナ基板の代わりにシリコン基板を用いた従来技術のように、溶解除去する必要がない。
【００１３】
請求項２に記載の半導体基板の製造方法は、前記第３工程において、前記ウエハと前記シリコン基板とを重ね合わせた後に、前記ＳＯＧ膜を加圧下で加熱して前記ＳＯＧ膜を固化させ、前記ウエハを前記シリコン基板に接着することを特徴とする。
請求項２に記載の半導体基板の製造方法によると、請求項１に記載の発明の効果に加え、特殊な設備を必要とせず、簡易な設備で仮留めすることができる。従って、シリコン基板とウエハとの界面における空隙発生を抑制し、大口径化が難しい材料の半導体ウエハを、既存の製造ラインに適用することができる。
【００１４】
請求項３に記載の半導体基板の製造方法は、前記アルミナ基板がサファイヤ基板であることを特徴とする。
請求項３に記載の半導体基板の製造方法によると、請求項１及び２に記載の発明の効果に加え、炭化ケイ素単結晶からなるウエハ、石英基板、及びサファイヤ基板はいずれも透明であるため、当該ウエハと基板との界面に空隙が存在するか否かを目視にて容易に判断することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、大口径化が難しい材料の半導体ウエハとシリコン基板との接着性が向上し、半導体ウエハを仮留めする基板を容易に剥離することにより、既存の製造ラインに実際に適用可能な半導体基板の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、図面には、この
発明が理解できる程度に各構成部分の形状、大きさ及び配置関係が概略的に示されている
にすぎず、これによりこの発明が特に限定されるものではない。
【００１７】
＜半導体基板の製造方法＞
本発明の半導体基板の製造方法は、シリコン基板上にＳＯＧ膜を介して半導体単結晶である炭化ケイ素（ＳｉＣ）単結晶からなるウエハを設ける半導体基板の製造方法であって、前記シリコン基板にＳＯＧ溶液を塗布してＳＯＧ膜を形成する第１工程と、石英基板又はアルミナ基板上に仮留剤を介して設けられた前記ウエハの裏面にＳＯＧ溶液を塗布してＳＯＧ膜を形成する第２工程と、前記ウエハのＳＯＧ膜を形成した面と前記シリコン基板のＳＯＧ膜を形成した面とが対向するように重ね合わせて接着する第３工程と、前記石英基板又は前記アルミナ基板を剥離する第４工程と、を有する。
以下、各工程について詳述する。
【００１８】
〔前記シリコン基板にＳＯＧ溶液を塗布してＳＯＧ膜を形成する第１工程、石英基板又はアルミナ基板上に仮留剤を介して設けられた前記ウエハの裏面にＳＯＧ溶液を塗布してＳＯＧ膜を形成する第２工程〕
図１（Ａ）は、シリコン基板上にＳＯＧ膜を形成する工程断面図であり、図１（Ｂ）は、石英基板又はアルミナ基板上に仮留剤を介して設けられたウエハの裏面にＳＯＧ膜を形成する工程断面図である。
本発明において、「ウエハの裏面」とは、後述するシリコン基板と対向する面を裏面とする。従って、図１（Ｂ）において、ウエハ１１０が仮留剤１０６と接する面が表面となる。
また、図１（Ｂ）に示すように、第２工程では、ウエハ１１０は石英基板又はアルミナ基板（以下、適宜、「仮留め基板」と称する）１０４上に仮留剤１０６を介して設けられているが、ウエハ１１０を仮留めする工程は、例えば以下の方法が挙げられる。まず、所定融点の仮留剤を仮留め基板１０４に塗布し、仮留め基板１０４を仮留剤１０６の融点以上に加熱して仮留剤１０６を融解する。その後、仮留め基板１０４を前記融点未満に冷却して、ウエハ１１０を仮留め基板１０４に仮留めする。
以下に、半導体単結晶からなるウエハ、ＳＯＧ溶液、仮留剤について詳述する。なお、仮留め基板については、第４工程にて詳述する。
【００１９】
−半導体単結晶からなるウエハ−
本発明におけるウエハの材質としては、半導体単結晶であることが挙げられる。例えば、４族系半導体としては、Ｓｉ、Ｇｅ、若しくはＣの結晶、又はＳｉＧｅ、ＳｉＣ、若しくはＳｉＧｅＣなどの４族元素からなる混晶（混合結晶）がある。これらの中でも、好ましい態様としては、半導体の伝導を担うキャリアである電子や正孔の速度がより速い観点から、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＣ、又はＳｉＣがなどの混晶の単結晶が挙げられる。特に本発明では、耐圧性及び透明性の観点から、ＳｉＣが用いられる。
【００２０】
−ＳＯＧ溶液−
本発明におけるＳＯＧ溶液は、ケイ素−酸素（Ｓｉ−Ｏ）結合を骨格としてシラノール基（−Ｓｉ−ＯＨ）を含有するアルコキシシランを有機溶媒に溶解した溶液である。
ＳＯＧ膜の形成は、溶剤中にアルコキシシランを溶解したＳＯＧ溶液をシリコン基板１１６上、又は石英基板若しくはアルミナ基板に塗布した後で、加熱処理することによりアルコキシシランの脱水縮合反応で固化させ、シリカ系被膜を形成するものである。
ＳＯＧ膜１１２の塗布膜厚は、例えば、ウエハ１１０の裏面の表面粗さが５００ｎｍ程度の場合には、これと同程度の５００ｎｍの膜厚のＳＯＧ膜１１２を形成することが好ましい。なお、ここでの表面粗さとは、ＪＩＳ  Ｂ６０１−１９９４で定められた算術平均粗さＲａである。
ＳＯＧとしては、市販品を用いてもよく、例えば、触媒化成工業株式会社製、東京応化工業株式会社製の製品を用いてもよい。
【００２１】
−仮留剤−
仮留剤１０６としては、ＳＯＧが硬化する温度においても変質しないようなものを使用することが好ましく、尚且つ、融点が７０℃以上のホットメルト系ワックスであることが好ましい。このようなワックスを用いることにより、仮留めする位置が所定の位置からずれた場合であっても、仮留め基板１０４を加熱してワックスを軟化させることにより、何度でも仮留めし直すことができる。また、ＳＯＧが硬化する温度においてもワックスが変質することなく、洗浄等によりワックスを除去しやすい。
ワックスとしては、市販品を用いてもよく、例えば、フルウチ化学株式会社製の「エレクトロンワックス」や、日化精工株式会社製の「スカイワックス」等を用いてもよい。
【００２２】
〔前記ウエハのＳＯＧ溶液を塗布した面と前記シリコン基板のＳＯＧ溶液を塗布した面とが対向するように重ね合わせて接着する第３工程〕
図２は、ウエハ１１０のＳＯＧ膜１１２が形成された面と、シリコン基板１１６のＳＯＧ膜１１４が形成された面とが対向するように重ね合わせて接着する工程断面図である。
具体的には、まず、ホットプレート１０２上にＳＯＧ膜１１４を上にしてシリコン基板１１６を載せる。
次いで、ウエハ１１０のＳＯＧ膜１１２とシリコン基板１１６のＳＯＧ膜１１４とが対向するように重ね合わせる。
その後、仮留め基板１０４に錘１１８を載せて仮留め基板１０４を均一に加圧する。この加圧条件は、ウエハ１１０のＳＯＧ膜１１２とシリコン基板１１６のＳＯＧ膜に一時的に形成される空隙を外部に押し出すために必要な圧力が求められ、ウェハ１１０の初期ソリ量により変動するが、１０Ｋｇ程度の錘により荷重することが望まれる。この加圧下でシリコンウエハ１１６を加熱してＳＯＧ膜１２０を固化させる。加圧下での熱処理により、ＳＯＧ膜１２０の内部に残存していた有機溶媒が除去され、脱水縮合反応によりＳＯＧ膜１２０が固化する。このＳＯＧ膜１２０により、ウエハ１１０がシリコン基板１１６と強固に且つ隙間なく接着される。ＳＯＧ膜１２０が硬化した後、ホットプレート１０２室温に冷却する。
【００２３】
なお、前述のように貼り合わせた基板をＳＯＧ膜の硬化条件以上の温度で半導体プロセスにて処理する場合には、洗浄によりワックスを除去した後、後処理として、半導体プロセス温度以上の温度での熱処理を行うことが好ましい。この際、ＳＯＧ硬化膜は、熱処理の温度に応じて塑性変形するため、十分に昇温速度を低くして後処理を行う必要がある。これにより、シリコン基板とウエハとの接着性が向上し、シリコン基板やウエハの破損を抑制することができる。
【００２４】
〔前記石英基板又は前記アルミナ基板を剥離する第４工程〕
図３は、仮留め基板１０４をＳＯＧ膜１２０から剥離する工程断面図である。
本発明における第４工程では、仮留め基板１０４として石英基板又はアルミナ基板を用いている。これは、図２のように、ＳＯＧ膜１２０が仮留め基板１０４にも付着するので、仮留め基板１０４を容易に剥離して除去することができるためである。
【００２５】
−石英基板又はアルミナ基板−
本発明における石英基板又はアルミナ基板は、前述したウエハ１１０のソリを低減する観点から、仮留剤１０６を介してウエハ１１０と仮留めされている。このソリが発生した状態で後述する第３工程を行うと、図１０のように、ウエハとシリコン基板との間に空隙が発生しやすくなる。また、これらの基板を用いると、ＳＯＧ膜の硬化後においてもＳＯＧ膜と結合せず、容易に剥離することができる。
本発明では、ウエハ１１０とシリコン基板１０２との界面に空隙が発生しているか否かを目視にて容易に観察することができるようにするため、透明な基板を用いることが好ましい。当該透明な基板としては、石英基板、又はサファイヤ基板が挙げられる。すなわち、前述したウエハ１１０として透明なＳｉＣウエハを用い、仮留め基板として石英基板又はサファイヤ基板を用いると、シリコン基板１１６とウエハ１１０との界面に発生しうる空隙を、目視にて容易に観察することができる。従って、この時点で不良品か否かを判別することができる。
【００２６】
以下に、本発明の半導体基板の製造方法と従来の半導体基板の製造方法との接着性を評した結果を記載する。
【実施例】
【００２７】
〔実施例１〕
［半導体基板の製造］
まず、仮留め基板である６インチの石英基板をホットプレート上に載せる。次いで、ワックス（エレクトロンワックス：フルウチ化学株式会社製（融点：７０℃）を所定の位置に塗布し、１００℃に加熱してワックスを溶融させた。口径が２インチで板厚が３５０μｍのＳｉＣウエハの表面を石英基板に向けて載置し、１０ｋｇの錘をＳｉＣウエハの裏面に載せた状態で、石英基板を１８０℃に加熱した。その後、室温まで冷却することによりワックスを固化させ、ＳｉＣウエハを石英基板上に仮留めした。
次に、３ｍｌ程度のＳＯＧ溶液（ＬＮＴ−０２５：触媒化成工業株式会社製）を、口径２インチのウエハの裏面の中央部に滴下した。その後、ＳｉＣウエハを１５００ｒｐｍで高速回転させて溶媒を飛散させ、スピンコートにより膜厚が８００ｎｍ程度のＳＯＧ膜を形成した。同様に、口径６インチの石英基板にも３ｍｌ程度のＳＯＧ溶液を滴下し、スピンコートにより８００ｎｍのＳＯＧ膜を形成した。
前述のＳＯＧ膜が形成されたシリコン基板をホットプレート１０２に載置し、ＳｉＣウエハの裏面とシリコン基板とが対向するように重ね合わせた。その後、１０ｋｇの錘を石英基板に載せ、シリコン基板を仮留剤の耐熱温度以下の温度である３００℃まで昇温した。その後、３００℃で１０分以上保持してＳＯＧ膜の有機溶媒を十分に気化し除去し、ＳＯＧ膜を硬化させた。
室温まで冷却し、ピンセットにて石英基板を剥離し、ワックス除去のために硫酸加水洗浄し、４５０℃にて更に熱処理した。最後に冷却して、半導体基板を製造した。
【００２８】
［評価］
前述のようにして半導体基板を１０枚ずつ製造し、その後の半導体プロセスにて剥離した枚数により接着性を評価した。評価基準は以下の通りである。
◎：剥離した基板の枚数が０枚であった。
○：剥離した基板の枚数が１枚以上であった。
×：ＳＯＧ膜と仮留め基板とを容易に剥離することができず、その後の半導体プロセスに流すことができなかった。
【００２９】
〔実施例２、３、比較例１〕
実施例１において、仮留め基板を表１に示すように変更した以外は実施例１と同様にして半導体基板を作製し、同様な評価を行った。結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
0005009770.tif 000002
【００３１】
本発明の実施例１〜３では、いずれも接着性に優れる結果が明らかになった。また、仮留め基板をピンセットにて容易に剥離することができるため、シリコン基板とＳｉＣウエハとの接着性が良好な半導体基板を容易に製造することができる。しかしながら、仮留め基板をシリコン基板にすると、ＳＯＧ膜から仮留め基板を剥離することができないため、この後の半導体製造工程に流すことができなかった。
【００３２】
なお、本実施の形態は、限定的に解釈されるものではなく、本発明の要件を満足する範囲内で実現可能であることは、言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の半導体基板の製造方法における工程断面図であり、（Ａ）は、シリコン基板上にＳＯＧ膜を形成する工程断面図であり、（Ｂ）は、石英基板又はアルミナ基板上に仮留剤を介して設けられたウエハの裏面にＳＯＧ膜を形成する工程断面図である。
【図２】本発明の半導体基板の製造方法における、ウエハのＳＯＧ膜が形成された面と、シリコン基板のＳＯＧ膜が形成された面とが対向するように重ね合わせて接着する工程断面図である。
【図３】本発明の半導体基板の製造方法における、仮留め基板をＳＯＧ膜から剥離する工程断面図である。
【図４】従来の半導体基板の製造方法の工程断面図である。
【図５】従来の半導体基板の製造方法の工程断面図である。
【図６】従来の半導体基板の製造方法の工程断面図である。
【図７】従来の半導体基板の製造方法の工程断面図である。
【図８】従来の半導体基板の製造方法の工程断面図である。
【図９】従来例の半導体基板の製造方法における、ウエハが所望の位置に貼着されなかった時の上面図である。
【図１０】従来例の半導体基板の製造方法における、シリコン基板とＳｉＣウエハとの界面に空隙が発生している透明上面図である。
【図１１】従来例の半導体基板の製造方法における、仮留め基板であるシリコン基板とＳＯＧ膜とが接着した時の断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０２  ホットプレート
１０４  石英基板又はアルミナ基板（仮留め基板）
１０６  仮留剤
１１０  ウエハ
１１２、１１４  ＳＯＧ膜
１１６  シリコン基板
１１８  錘
１２０  ＳＯＧ膜
１２２  空隙
【図１】
0005009770.tif 000003
【図２】
0005009770.tif 000004
【図３】
0005009770.tif 000005
【図４】
0005009770.tif 000006
【図５】
0005009770.tif 000007
【図６】
0005009770.tif 000008
【図７】
0005009770.tif 000009
【図８】
0005009770.tif 000010
【図９】
0005009770.tif 000011
【図１０】
0005009770.tif 000012
【図１１】
0005009770.tif 000013