JP2008277501A - 貼り合わせウエーハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1のウエーハにイオン注入する工程と、表面活性化処理工程と、第1のウエーハのイオン注入面と第2のウエーハを密着させる工程と、第1のウエーハの裏面の一端部に引っ張り用部材を密着させる工程と、第1のウエーハのイオン注入層の一端部から外部衝撃を付与するとともに、引っ張り用部材により第1のウエーハの裏面を引っ張ることにより、第1のウエーハと第2のウエーハとを、外部衝撃を付与した一端部から他端部に向かってイオン注入層にて順次離間させ、第1のウエーハを薄膜化する剥離工程とを含み、引っ張り用部材で第1のウエーハに密着させる領域の、一端部と他端部とを結ぶ方向と垂直をなす方向の幅を、第1のウエーハの直径の40%以上として、前記剥離工程を行う貼り合わせウエーハの製造方法。
【選択図】 図1
Description
また、特許文献6には、ドナーウエーハに剛直性を与えるためにバッキング部をドナーウエーハの裏面と一体化させた上でドナーウエーハを剥離することが記載されている。
このように、引っ張り用部材を1つ以上の吸盤または多孔質材料で構成されているものとすれば、簡便な機構によって確実に第1のウエーハを保持して引っ張ることができる。
本発明によれば、近年特に求められている良好なシリコン薄膜を有する高品質の貼り合わせウエーハ、例えばSOIウエーハをより確実に製造することができる。
また、本発明によれば、シリコン薄膜だけではなく、GaNなどの化合物半導体からなる良好な薄膜を有する貼り合わせウエーハをもより確実に製造することができる。
本発明の貼り合わせウエーハで使用する第2のウエーハは、作製する半導体デバイスの目的に応じて、これらの中から適宜選択することができる。
このように、第2のウエーハを保持する保持具を、前記第2のウエーハの裏面に密着させる支持板とすれば、剥離工程中に過度に第2のウエーハが曲がることよるウエーハの破損、貼り合わせ面の局所的な離間、剥離痕の発生、及び薄膜の未転写等をより確実に防ぐことができる。
このように、第2のウエーハに密着させる支持板を、ヤング率が3GPa以上であり、厚みが1mm以上であるものとすることにより、支持板及び該支持板を密着させた第2のウエーハを剛直とすることができ、剥離工程中に過度に第2のウエーハが曲がることよるウエーハの破損、貼り合わせ面の局所的な離間、剥離痕の発生、及び薄膜の未転写等をより確実に防ぐことができる。
このように、支持板の材料をシリコンとすれば、特に、第2のウエーハがシリコンである場合には好適な支持板となる。
このように、支持板の表面粗さを、RMS[nm]=1〜100の範囲とすることで、支持板の表面が、第2のウエーハの裏面に密着し易くなり、このため、よりしっかりとウエーハを支持板で支持することができる。支持板の表面粗さは、粗すぎるとその表面状態が剥離後のウエーハ表面に反映され、膜厚ムラとして現れる。また、支持板の表面粗さが平滑すぎると、ウエーハに密着しすぎて支持板からウエーハを外し難くなる。従って、上記範囲が好ましい。
このように、支持板の第2のウエーハの裏面への密着は、真空吸着または静電チャックによるものとすれば、簡単かつ確実に第2のウエーハに密着してこれを補剛することができる。
このように、第1のウエーハと第2のウエーハを密着させた後、密着したウエーハを、100〜400℃で熱処理することで、第1のウエーハと第2のウエーハの貼り合わせ強度をより高めることができる。特に、熱処理温度が、100〜300℃であれば、異種材料のウエーハの貼り合わせでも、熱膨張係数の差異による熱歪、ひび割れ、剥離等が発生する恐れをより低減できる。一方、第1のウエーハ及び第2のウエーハともにシリコンウエーハとする場合のように、同種材料を貼り合わせる場合は、400℃までの温度で熱処理することができ、貼り合わせ強度をより高めることができる。
このように、例えば、断面形状が楔状の部材の先端部を前記一端部に当接させて、第1のウエーハのイオン注入層に外部衝撃を付与することで、劈開の起点を形成することができる。そして、この起点から劈開を進行させることで、良好な薄膜を形成することができる。
このように、表面活性化処理を、プラズマ処理、オゾン処理の少なくとも一方で行えば、ウエーハの表面活性化処理を施した面は、OH基が増加するなどして活性化する。従って、この状態で、第1のウエーハのイオン注入した面と第2のウエーハの貼り合わせる面とを密着させれば、水素結合等により、ウエーハをより強固に貼り合わせることができる。
前述のように、高温熱処理を行わずに貼り合わせウエーハを製造する際に、機械的に薄膜の剥離を実行すると、剥離の際にウエーハが割れるなどして破損してしまうなどの問題があった。
そして、本発明者らは、引っ張り箇所の幅を大きくすることで、剥離進行波の曲率をなだらかにし、ウエーハ周辺部においても第1のウエーハを引っ張る方向と周辺部における剥離進行波の進行方向との間に大きな角度が形成されないようにすることによりウエーハの破損を防ぐことできることを想到した。
さらに本発明者らは、さらに実験及び検討を行い、引っ張り用部材の密着領域幅をウエーハ直径の40%程度以上とすることにより、歩留まりが大きく向上することを見出し、本発明を完成させた。
なお、以下、「ウエーハ」とは略円形の基板(ノッチやオリエンテーションフラット等を有するものを含む)のことを指すものとする。
図3は、本発明を適用することができる貼り合わせウエーハの製造方法である。
このとき、第1のウエーハ10を、単結晶シリコンウエーハとすることができ、特には、表面に酸化膜を形成した単結晶シリコンウエーハとすることもできる。第1ウエーハとしてこれらの材料を選択すれば、シリコン薄膜を有する貼り合わせウエーハを製造することができる。表面に酸化膜を形成した単結晶シリコンウエーハを用いれば、SOIウエーハを作製するのに都合が良い。また、シリコン薄膜ではなく、GaNなどの化合物半導体薄膜を有する貼り合わせウエーハを製造するため、第1のウエーハ10を、GaNなどの化合物半導体ウエーハとすることもできる。
このイオン注入層11の形成には、水素イオンだけではなく、希ガスイオンあるいは水素イオンと希ガスイオンの両方をイオン注入するようにしても良い。注入エネルギー、注入線量、注入温度等その他のイオン注入条件も、所定の厚さの薄膜を得ることができるように適宜選択すれば良い。具体例としては、注入時のウエーハの温度を250〜400℃とし、イオン注入深さを0.5μmとし、注入エネルギーを20〜100keVとし、注入線量を1×1016〜1×1017/cm2とすることが挙げられるが、これらに限定されない。
なお、表面に酸化膜を形成した単結晶シリコンウエーハを用いて、酸化膜を通してイオン注入を行えば、注入イオンのチャネリングを抑制する効果が得られ、イオンの注入深さのバラツキをより抑えることができる。これにより、より膜厚均一性の高い薄膜を形成することができる。
もちろん、第1のウエーハ10のイオン注入した面12と第2のウエーハ20の貼り合わせる面22のいずれか一方の面にのみ表面活性化処理を施すようにしても良い。
この時、表面活性化処理を、プラズマ処理、オゾン処理の少なくとも一方で行うことが好ましい。このように、表面活性化処理を、プラズマ処理、オゾン処理の少なくとも一方で行えば、ウエーハの表面活性化処理を施した面は、OH基が増加するなどして活性化する。従って、この状態で、第1のウエーハのイオン注入した面12と第2のウエーハの貼り合わせる面22とを密着させれば、水素結合等により、ウエーハをより強固に貼り合わせることができる。
このように、表面活性化処理をした表面を貼り合わせ面として、例えば減圧又は常圧下、室温でウエーハを密着させれば、高温処理を施さなくても、両ウエーハを後の機械的剥離に耐え得るほど十分に強固に貼り合わせることができる。
このように、第1のウエーハと第2のウエーハを密着させた後、該密着したウエーハを、100〜400℃で熱処理することで、第1のウエーハと第2のウエーハの貼り合わせの強度を高めることができる。特に、熱処理温度が、100〜300℃であれば、異種材料のウエーハの貼り合わせでも、熱膨張係数の差異による熱歪、ひび割れ、剥離等が発生する恐れが少ない。貼り合わせ強度を高めれば、剥離工程での不良の発生を減少させることができる。
図3(e)には、このウエーハ保持工程の一例として第1のウエーハ10の裏面、第2のウエーハ20の裏面をともにそれぞれ引っ張り用部材40、50で保持する態様を示している。
引っ張り用部材としては、1つ以上の吸盤で構成されているものや、多孔質材料で構成されており、真空吸着により第1のウエーハに吸着されるもの等を用いることができるが、これに限定されるものではない。
その他、接着剤で接着することによっても、支持板52と第2のウエーハ20とを確実に密着させて剥離を行いやすい。但し、後で接着剤の除去が必要となる。一方、吸着及び静電チャックによれば、簡単に脱着することができる。
このように、一端部から他端部に向かう劈開により、第1のウエーハ10と第2のウエーハ20の、イオン注入層11での離間を行うようにすることにより、劈開が一方向に向かって生じるため、劈開の制御が比較的容易であり、膜厚均一性の高い薄膜を得ることができる。
なお、図1(b)のように引っ張り用部材40がウエーハに密着する領域が複数となる場合は、該密着する領域周辺において、引っ張り圧力がある程度一様になることが求められ、ウエーハに密着する領域がまばらとなりすぎないようにする。また、図1(b)のように、引っ張り用部材40がウエーハに密着する領域が複数となる場合は、密着領域幅dは、引っ張り用部材40がウエーハに密着する複数の領域のうち、最も外側で画定される。
以下では、第1のウエーハと第2のウエーハの直径が同一のものを用いた場合について述べ、密着領域幅dは両者のウエーハ直径に対する比率について述べる。
剥離開始点は、引っ張り用部材40の密着領域幅の中央付近とする(図1(a)(b)参照)。
このように、密着領域幅dをウエーハ直径の40%以上のように、大きな値とすることで、剥離進行波の曲率をなだらかにし、ウエーハ周辺部においても第1のウエーハを引っ張る方向と周辺の剥離進行波の進行方向(剥離進行方向)との間に大きな角度(図2(a)中の角度θ)が形成されない。そのため、ウエーハ周辺部に集中する応力を緩和することができるため、ウエーハの破損を効果的に防止することができるのである。
以下のように、図3に示したような貼り合わせウエーハの製造方法に従って、貼り合わせウエーハを製造した。
第1のウエーハ10として、鏡面研磨された直径150mmの単結晶シリコンウエーハを準備した。そして、第1のウエーハには、その表面に熱酸化によりシリコン酸化膜層を100nm形成した。また、第2のウエーハ20として、直径150mmの合成石英ウエーハを準備した(工程a)。
次に、第1のウエーハ10に、形成してあるシリコン酸化膜層を通して水素イオンを注入し、イオンの平均進行深さにおいて表面に平行な微小気泡層(イオン注入層)11を形成した(工程b)。イオン注入条件は、注入エネルギーが35keV、注入線量が9×1016/cm2、注入深さは0.3μmである。
一方、第2のウエーハ20については、プラズマ処理装置中に載置し、狭い電極間にプラズマ用ガスとして窒素ガスを導入した後、電極間に高周波を印加することでプラズマを発生させ、高周波プラズマ処理を10秒行った。このようにして、第2のウエーハ20の、次の貼り合わせ工程において貼り合わせる面にも表面活性化処理を施した(工程c)。
次に、貼り合わせ強度を高めるため、第1のウエーハ10と第2のウエーハ20とが密着したウエーハを、300℃で30分間熱処理した。
また、第2のウエーハ20の裏面を支持板52で保持した。
次に、劈開の起点を形成するため、紙切りバサミの刃により、第1のウエーハのイオン注入層11にその一端部から外部衝撃を付与した。その後、第1のウエーハ10を保持する引っ張り用部材40と、第2のウエーハ20に密着させた支持板52を保持する保持具を相対的に離していくことにより、第1のウエーハ10と第2のウエーハ20を外部衝撃を付与した一端部から他端部に向かってイオン注入層11にて順次離間させた(工程f)。
その結果、剥離工程(工程f)において、20回中10回において、ウエーハに一部破損が生じた。
実験例1と同様に、第1のウエーハ10として表面に熱酸化によりシリコン酸化膜層を100nm形成した直径150mmの単結晶シリコンウエーハを、第2のウエーハ20として直径150mmの合成石英ウエーハを用いて、貼り合わせウエーハ(SOIウエーハ)の製造を、それぞれの場合について20枚ずつ試みた。ただし、吸着パッド(引っ張り用部材40)の密着領域幅dを、表1中に示したようにして行った。
実験例1と同様に、第1のウエーハ10として表面に熱酸化によりシリコン酸化膜層を100nm形成した直径200mmの単結晶シリコンウエーハを、第2のウエーハ20として直径200mmの合成石英ウエーハを用いて、貼り合わせウエーハ(SOIウエーハ)の製造を、それぞれの場合について20枚ずつ試みた。ただし、吸着パッド(引っ張り用部材40)の密着領域幅dを、表1中に示したようにして行った。
実験例1と同様に、第1のウエーハ10として表面に熱酸化によりシリコン酸化膜層を100nm形成した直径300mmの単結晶シリコンウエーハを、第2のウエーハ20として直径300mmの合成石英ウエーハを用いて、貼り合わせウエーハ(SOIウエーハ)の製造を、それぞれの場合について20枚ずつ試みた。ただし、吸着パッド(引っ張り用部材40)の密着領域幅dを、表1中に示したようにして行った。
また、特に、貼り合わせるウエーハの直径が300mmのように大きいときに、本発明の効果が大きいことが明らかとなった。
20…第2のウエーハ、 22…貼り合わせる面、
40…引っ張り用部材、 50…引っ張り用部材(保持具)、 52…支持板、
60…貼り合わせウエーハ、 61…薄膜。
Claims (12)
- 第1のウエーハと第2のウエーハを貼り合わせ、前記第1のウエーハを薄膜化し、前記第2のウエーハの上に薄膜を有する貼り合わせウエーハを製造する方法であって、少なくとも、
半導体ウエーハである前記第1のウエーハの表面から水素イオン又は希ガスイオンあるいはこれらの両方を注入してイオン注入層を形成する工程と、
前記第1のウエーハのイオン注入した面と第2のウエーハの貼り合わせる面の少なくとも一方に表面活性化処理を施す工程と、
前記第1のウエーハのイオン注入した面と前記第2のウエーハの貼り合わせる面とを密着させる工程と、
前記第1のウエーハの裏面の一端部に引っ張り用部材を密着させて前記第1のウエーハの裏面を保持するとともに、前記第2のウエーハの裏面を保持具により保持するウエーハ保持工程と、
前記第1のウエーハの前記イオン注入層の、前記引っ張り用部材を密着させた側の一端部から外部衝撃を付与するとともに、少なくとも、前記引っ張り用部材により前記第1のウエーハの裏面を引っ張ることにより、前記第1のウエーハと前記第2のウエーハとを、前記外部衝撃を付与した一端部から他端部に向かって前記イオン注入層にて順次離間させ、前記第1のウエーハを薄膜化する剥離工程と
を含み、前記引っ張り用部材で前記第1のウエーハに密着させる領域の、前記一端部と他端部とを結ぶ方向と垂直をなす方向の幅を、前記第1のウエーハの直径の40%以上として、前記剥離工程を行うことを特徴とする貼り合わせウエーハの製造方法。 - 前記引っ張り用部材を、1つ以上の吸盤または多孔質材料で構成されているものとすることを特徴とする請求項1に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
- 前記第1のウエーハを、単結晶シリコンウエーハ、表面に酸化膜を形成した単結晶シリコンウエーハ、化合物半導体ウエーハのいずれかとすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
- 前記第2のウエーハを、石英ウエーハ、サファイア(アルミナ)ウエーハ、SiCウエーハ、ホウ珪酸ガラスウエーハ、結晶化ガラスウエーハ、窒化アルミニウムウエーハ、単結晶シリコンウエーハ、表面に酸化膜を形成した単結晶シリコンウエーハ、SiGeウエーハのいずれかとすることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
- 前記第2のウエーハを保持する保持具を、前記第2のウエーハの裏面に密着させる支持板とすることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
- 前記支持板を、ヤング率が3GPa以上であり、厚みが1mm以上であるものとすることを特徴とする請求項5に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
- 前記支持板の材料を、シリコンとすることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
- 前記支持板の表面粗さを、RMS[nm]=1〜100の範囲とすることを特徴とする請求項5ないし請求項7のいずれか一項に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
- 前記支持板の前記第2のウエーハの裏面への密着は、真空吸着または静電チャックによるものとすることを特徴とする請求項5ないし請求項8のいずれか一項に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
- 前記第1のウエーハと第2のウエーハを密着させる工程の後、該密着したウエーハを、100〜400℃で熱処理する熱処理工程を行い、その後、前記ウエーハ保持工程を行うことを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか一項に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
- 前記剥離工程の際に、断面形状が楔状の部材の先端部を前記イオン注入層の一端部に当接させることにより、前記イオン注入層に外部衝撃を付与することを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか一項に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
- 前記表面活性化処理を、プラズマ処理、オゾン処理の少なくとも一方で行うことを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか一項に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
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