JP2015032742A - 貼り合わせウェーハの製造方法および貼り合わせウェーハ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の貼り合わせウェーハの製造方法は、シリコン単結晶からなる活性層用ウェーハ11および支持基板用ウェーハ12のうち、少なくとも一方のウェーハの表面に、ダイヤモンドライクカーボンまたはダイヤモンドからなる炭素含有膜を形成する第1工程と、前記炭素含有膜を境界として、活性層用ウェーハ11と支持基板用ウェーハ12とを貼り合わせる第2工程と、前記第2工程の後、活性層用ウェーハ11と支持基板用ウェーハ12との貼り合わせを強化する熱処理を施す第3工程とを有することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
前記炭素含有膜を境界として、前記活性層用ウェーハと前記支持基板用ウェーハとを貼り合わせる第2工程と、
前記第2工程の後、前記活性層用ウェーハと前記支持基板用ウェーハとの貼り合わせを強化する熱処理を施す第3工程と
を有することを特徴とする。
前記チャンバ内に炭素を含むガスのプラズマを生成し、
前記チャンバ内にパルス電圧を印加することにより、前記プラズマ中の炭素イオンを、前記ウェーハの表面へ照射して、前記ウェーハの表面に前記絶縁膜を形成することが好ましい。
前記絶縁膜は、少なくとも前記支持基板用ウェーハおよび活性層用ウェーハの少なくとも一方の表面に形成され、前記絶縁膜は、テトラへドラルアモルファスカーボンまたはダイヤモンドからなることを特徴とする。
以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。なお、図1〜図5では説明の便宜上、実際の厚さ割合とは異なり、ウェーハ厚および膜厚を誇張して示す。また、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。
本発明の一実施形態に従う貼り合わせウェーハの製造方法は、シリコン単結晶からなる活性層用ウェーハ11のウェーハ表面11Aに、ダイヤモンドライクカーボン(以下、単に「DLC」と記載する)またはダイヤモンドからなる炭素含有膜14を形成する第1工程と、炭素含有膜14を境界として、活性層用ウェーハ11と支持基板用ウェーハ12とを貼り合わせる第2工程と、この第2工程の後、活性層用ウェーハ11と支持基板用ウェーハ12との貼り合わせを強化する熱処理を施す第3工程とを有することを特徴とする。すなわち、本実施形態は、活性層用ウェーハ11のウェーハ表面11Aに炭素含有膜14を形成する実施形態である。以下、各工程をより詳細に説明する。
次に、上記製造方法により得られる貼り合わせウェーハ100について説明する。この貼り合わせウェーハ100は、図1(E)に示すように、シリコン単結晶からなる支持基板用ウェーハ12と活性層用ウェーハ11とを、支持基板用ウェーハ12の表面と活性層用ウェーハ11との間の絶縁膜14′を境界として貼り合わせてなる貼り合わせウェーハ100であって、絶縁膜14′は、活性層用ウェーハ11の表面11Aに形成され、絶縁膜14′は、テトラへドラルアモルファスカーボンまたはダイヤモンドからなることを特徴とするものである。なお、ここで言う活性層用ウェーハ11の表面11Aは、図1(E)において、支持基板用ウェーハ12の側の面である。
活性層用ウェーハおよび支持基板用ウェーハとして、CZ法により得られた単結晶シリコンインゴットから採取されたn型のシリコンウェーハ(直径:200mm、厚さ:725μm、酸素濃度:3.0×1017atoms/cm3、ドーパント種類:リン、ドーパント濃度:9.0×1014atoms/cm3)を用意した。次いで、プラズマイオン照射装置内に、活性層用ウェーハおよび支持基板用ウェーハを導入して支持台上に載置した後、ガス導入口からメタンガスを導入してプラズマを生成した。その後、780℃に加熱した活性層用ウェーハおよび支持基板用ウェーハに、周波数:160Hz、パルス幅:70μsec、電圧:1kVのパルス電圧を印加して、生成したプラズマに含まれる炭素イオンを活性層用ウェーハおよび支持基板用ウェーハの表面に照射して、それぞれ厚み6μmのDLC膜(ta−C)を形成した。
以上の処理が施された活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを、それぞれのDLC膜を境界として貼り合わせた。すなわち、DLC膜の総厚は12μmである。次いで、貼り合わせたウェーハを、水素および酸素混合ガス雰囲気下とした縦型熱処理装置内に搬送し、装置内を800℃まで昇温して2時間保持した後、1200℃まで昇温して1時間保持して、貼り合わせを強化する熱処理を施した。
その後、活性層用ウェーハの表面側(DLC膜を形成した反対側)から研削処理を施して活性層用ウェーハ厚みを薄膜化した後、その表面を鏡面研磨して、厚み6μmの活性層を有する貼り合わせウェーハを作製した。
活性層用ウェーハおよび支持基板用ウェーハへのDLC膜形成に替えて、酸化シリコン膜(SiO2)を形成した以外は、発明例1と同様にして、比較例1の貼り合わせウェーハを作製した。なお、酸化シリコン膜の形成にあたっては、熱酸化膜作製装置に活性層用ウェーハおよび支持基板用ウェーハを導入して、1000℃、酸素雰囲気下、20日間の条件で行った。
発明例1および比較例1で作製した貼り合わせウェーハの、深さ方向における比抵抗を抵抗率測定装置(型番:SSM2000、日本エス・エス・エム株式会社製)を用いて、広がり抵抗法(SR法;Spreading Resistance Analysis)により測定した。結果を図6に示す。なお、図6の横軸の深さは活性層用ウェーハの表面(デバイス形成面)をゼロとしている。
図6から明らかなように、発明例1の絶縁膜における比抵抗は2.4×109Ω・cmであり、比較例1の絶縁膜の絶縁性よりは若干劣るものの、一般的に、高抵抗領域とされる1×105Ω・cm水準を大きく上回る抵抗値であり、活性層がSOI層として機能するには十分であることが確認された。
発明例1および比較例1で作製した貼り合わせウェーハの耐圧を測定するにあたり、活性層をホトリソ・エッチング処理して電極加工した。各ウェーハをウェーハ・ステージに載置した後、高温電流電圧測定装置を用いて、電圧印加してリーク電流値を取得した。ウェーハ・ステージの温度を常温としたときの評価結果を図7(A)に示し、200℃での評価結果を図7(B)に示す。なお、図7(A)において、約900V以上の領域では発明例1と、比較例1とのリーク電流値が重なっている。
発明例1および比較例1で作製した貼り合わせウェーハの耐圧を測定するにあたり、活性層をホトリソ・エッチング処理して電極加工した。電極加工処理した各ウェーハをウェーハ・ステージに載置した後、高温電流電圧測定装置を用いて、印加する電圧を変化させながら電圧印加してリーク電流値を取得した。測定は、ウェーハ・ステージ温度が常温の場合と200℃の場合との2条件にて実施した。
ウェーハ・ステージが常温の場合、900V以上の高電圧を印加しても、発明例1と比較例1とで、測定したリーク電流値に大きな差は生じなかった。一方、ウェーハ・ステージが200℃の場合、900V以上の高電圧を印加すると、比較例1に比べて、発明例1の方が、リーク電流値が大きく増加することが確認された。これは、発明例1の絶縁膜は、比較例1の絶縁膜よりも熱伝導率が高いために高温化して抵抗が小さくなり、その結果、リーク電流が増大しているものと考えられる。すなわち、本結果は、発明例1の貼り合わせウェーハは比較例1の貼り合わせウェーハよりも放熱性に優れることを意味する。
発明例1および比較例1で作製した貼り合わせウェーハ表面を、Ni,Cu汚染液(Ni,Cu:1.0×1012/cm2)で、それぞれスピンコート汚染法を用いて故意に汚染し、引き続き900℃、30分の熱処理を施した。
その後、SIMS測定を行い、発明例1および比較例1の貼り合わせウェーハにおけるNi,Cuの濃度分布を測定した。その結果、発明例1では汚染濃度1.0×1012/cm2のNi,Cuを捕獲できる一方、比較例1では汚染濃度1.0×1012/cm2のNi,Cuを捕獲できないことが分かった。
11A 活性層用ウェーハの表面
12 支持基板用ウェーハ
12A 支持基板用ウェーハの表面
13 炭素イオン
14〜17 炭素含有膜
18 改質層
14′ 絶縁膜
16′ 絶縁膜
20 プラズマイオン照射装置
21 プラズマチャンバ
22 ガス導入口
23 真空ポンプ
24 パルス電圧印加手段
25 ウェーハ固定台
100 貼り合わせウェーハ
Claims (13)
- シリコン単結晶からなる活性層用ウェーハおよび支持基板用ウェーハのうち、少なくとも一方のウェーハの表面に、ダイヤモンドライクカーボンまたはダイヤモンドからなる炭素含有膜を形成する第1工程と、
前記炭素含有膜を境界として、前記活性層用ウェーハと前記支持基板用ウェーハとを貼り合わせる第2工程と、
前記第2工程の後、前記活性層用ウェーハと前記支持基板用ウェーハとの貼り合わせを強化する熱処理を施す第3工程と
を有することを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法。 - 前記第1工程では、前記炭素含有膜を形成するウェーハをチャンバ内に配置し、
前記チャンバ内に炭素を含むガスのプラズマを生成し、
前記チャンバ内にパルス電圧を印加することにより、前記プラズマ中の炭素イオンを、前記ウェーハの表面へ照射して、前記ウェーハの表面に前記炭素含有膜を形成する請求項1に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。 - 前記熱処理を800℃以上、1時間以上行う請求項1または2に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
- 前記第1工程では、前記活性層用ウェーハおよび前記支持基板用ウェーハの両方に前記炭素含有膜を形成する請求項1〜3いずれか1項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
- 前記第1工程では、前記活性層用ウェーハおよび前記支持基板用ウェーハのいずれか一方のウェーハの両面に前記炭素含有膜を形成し、前記第3工程の後、前記貼り合わせた他方の面側の前記炭素含有膜を除去する請求項1〜3いずれか1項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
- 前記炭素含有膜を、5μm以上の厚みに形成する請求項1〜5いずれか1項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
- 前記チャンバ内において、前記ガス導入後の真空度が1.0×10−1Pa以下である請求項2〜6いずれか1項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
- 前記パルス電圧の印加条件を、電圧100V以上20kV以下、周波数10Hz以上10kHz以下、パルス幅1μs以上1000μs以下とする請求項2〜7いずれか1項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
- シリコン単結晶からなる支持基板用ウェーハと活性層用ウェーハとを、前記支持基板用ウェーハ表面と前記活性層用ウェーハとの間の絶縁膜を境界として貼り合わせてなる貼り合わせウェーハであって、
前記絶縁膜は、少なくとも前記支持基板用ウェーハおよび活性層用ウェーハの少なくとも一方の表面に形成され、
前記絶縁膜は、テトラへドラルアモルファスカーボンまたはダイヤモンドからなる貼り合わせウェーハ。 - 前記活性層用ウェーハは、前記絶縁膜側の表層部に炭素を含む改質層を有する請求項9に記載の貼り合わせウェーハ。
- 前記改質層は、前記活性層用ウェーハの前記絶縁膜側の表面から50nmの領域における前記炭素の平均濃度が、1.0×1018atoms/cm3以上である請求項10に記載の貼り合わせウェーハ。
- 前記絶縁膜の比抵抗は、1.0×108Ω・cm以上である請求項9〜11に記載の貼り合わせウェーハ。
- 前記絶縁膜の厚みは、10μm以上である請求項9〜12いずれか1項に記載の貼り合わせウェーハ。
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