JP2930194B2 - Ｓｏｉウェーハ及びその製造方法 - Google Patents
Ｓｏｉウェーハ及びその製造方法Info
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- JP2930194B2 JP2930194B2 JP20822896A JP20822896A JP2930194B2 JP 2930194 B2 JP2930194 B2 JP 2930194B2 JP 20822896 A JP20822896 A JP 20822896A JP 20822896 A JP20822896 A JP 20822896A JP 2930194 B2 JP2930194 B2 JP 2930194B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウェーハの貼
り合わせ技術に関するものであり、特にＳＯＩ（silico
n on insulator）ウェーハ及びその製造方法に関するも
のである。
り合わせ技術に関するものであり、特にＳＯＩ（silico
n on insulator）ウェーハ及びその製造方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】鏡面研磨された２枚のシリコンウェー
ハ、あるいは少なくとも、その一方にシリコン酸化膜を
形成せしめたシリコンウェーハの鏡面同士を清浄な条件
下で接触させると、接着剤等を用いなくとも、ウェーハ
同士は接着する（以後、この状態を接合と称す）。しか
しこの接合状態は完全なものではないので、その後、こ
れらに熱処理を加えると、ウェーハ同士は強固に結合す
る（以後、この状態を結合と称す）。この後者の、少な
くとも一方のウェーハに表面を酸化した２枚のシリコン
ウェーハを、その酸化膜を介して結合させたものがＳＯ
Ｉウェーハである。このようなＳＯＩウェーハは、ウェ
ーハ間に接着剤等の異種物質を介在させる必要がないた
め、その後の高温処理や各種化学処理が自由にでき、ま
たｐｎ接合や誘電体埋め込みも簡便にできるという利点
を有する。さらに平坦度、清浄度等の薄膜化技術の向上
とあいまって、その実用化が注目されている。
ハ、あるいは少なくとも、その一方にシリコン酸化膜を
形成せしめたシリコンウェーハの鏡面同士を清浄な条件
下で接触させると、接着剤等を用いなくとも、ウェーハ
同士は接着する（以後、この状態を接合と称す）。しか
しこの接合状態は完全なものではないので、その後、こ
れらに熱処理を加えると、ウェーハ同士は強固に結合す
る（以後、この状態を結合と称す）。この後者の、少な
くとも一方のウェーハに表面を酸化した２枚のシリコン
ウェーハを、その酸化膜を介して結合させたものがＳＯ
Ｉウェーハである。このようなＳＯＩウェーハは、ウェ
ーハ間に接着剤等の異種物質を介在させる必要がないた
め、その後の高温処理や各種化学処理が自由にでき、ま
たｐｎ接合や誘電体埋め込みも簡便にできるという利点
を有する。さらに平坦度、清浄度等の薄膜化技術の向上
とあいまって、その実用化が注目されている。
【０００３】特に近年の半導体デバイスの高集積度化、
高速度化により、ＳＯＩウェーハの活性層は薄膜化の傾
向にあり、例えば半導体素子を形成するための活性層を
０．１μｍレベルとするＳＯＩウェーハが要求されるよ
うになっている。このような極薄のＳＯＩウェーハを製
造するには、従来の研削や研磨による機械的な加工によ
る方法では不可能で、その仕上げ研磨方法としては、例
えば不純物によるエッチストップ法（K.Imai,Jpn.J.App
l.Phys.,30(1991)1154) や、ドライエッチング法（特開
平５−３３５３９５号公報参照）等が挙げられる。
高速度化により、ＳＯＩウェーハの活性層は薄膜化の傾
向にあり、例えば半導体素子を形成するための活性層を
０．１μｍレベルとするＳＯＩウェーハが要求されるよ
うになっている。このような極薄のＳＯＩウェーハを製
造するには、従来の研削や研磨による機械的な加工によ
る方法では不可能で、その仕上げ研磨方法としては、例
えば不純物によるエッチストップ法（K.Imai,Jpn.J.App
l.Phys.,30(1991)1154) や、ドライエッチング法（特開
平５−３３５３９５号公報参照）等が挙げられる。
【０００４】ところで不純物によるエッチストップ法を
図３で説明すると、まず、（Ａ）通常の厚さ６００〜１
０００μｍの支持体となる第一のシリコンウェーハ（以
下、これをベースウェーハとする）の鏡面側に、厚さが
１μｍ以下の酸化膜を形成せしめ、一方、半導体素子形
成の活性層となる厚さ６００〜８００μｍの第二のシリ
コンウェーハ（以下これをボンドウェーハとする）の鏡
面側には、Ｂ（ホウ素）不純物を熱拡散法やイオン注入
法により導入し、厚さが約０．５μｍで濃度が１０20cm
-3前後の不純物の高濃度層を形成させる。次に、（Ｂ）
この前処理を施したそれぞれのウェーハの鏡面同士を室
温の清浄な雰囲気下で重ね合わせて接合し、酸素雰囲気
下において７００〜１０００℃で約１時間、結合のため
の熱処理を行う。この熱処理によって不純物はボンドウ
ェーハ中を拡散し、不純物高濃度層の厚さが増すと同時
に、その濃度はいくぶん低下する。（Ｃ）この結合熱処
理により得られた結合ウェーハ（ＳＯＩウェーハの先駆
体）の、ボンドウェーハ側について、その厚さが５〜１
０μｍとなるまで、機械的な研削や研磨によって除去し
薄層化する。次に、（Ｄ）エッチング液としてエチレン
ジアミンピロカテコール水（エチレンジアミン 3400c
c、ピロカテコール 600ｇ、水 1600cc）により１００
〜１１０℃の温度で処理すると、ボンドウェーハにおけ
る不純物濃度の低い部分は速やかにエッチングが進行し
除去されるが、不純物濃度が高くなるにつれエッチング
速度は遅くなり、ある濃度以上になるとエッチングはス
トップする。この不純物によるエッチストップ法により
ボンドウェーハ側を約０．５μｍ厚さの不純物濃度層と
なるまで薄膜化させることができる。次に、（Ｅ）この
状態でボンドウェーハ側を熱酸化すると、不純物はその
表面で成長する酸化膜に取り込まれ、その条件を制御す
ることによって、不純物濃度が１／１０〜１／２０以下
に低下し、その厚さが０．１〜０．２μｍのシリコン薄
層を、前記結合用の酸化膜と、前記表面に成長させた酸
化膜の間に形成させることができ、（Ｆ）この表面酸化
膜を希フッ酸で除去することにより極薄のＳＯＩウェー
ハが製造される、という方法である。
図３で説明すると、まず、（Ａ）通常の厚さ６００〜１
０００μｍの支持体となる第一のシリコンウェーハ（以
下、これをベースウェーハとする）の鏡面側に、厚さが
１μｍ以下の酸化膜を形成せしめ、一方、半導体素子形
成の活性層となる厚さ６００〜８００μｍの第二のシリ
コンウェーハ（以下これをボンドウェーハとする）の鏡
面側には、Ｂ（ホウ素）不純物を熱拡散法やイオン注入
法により導入し、厚さが約０．５μｍで濃度が１０20cm
-3前後の不純物の高濃度層を形成させる。次に、（Ｂ）
この前処理を施したそれぞれのウェーハの鏡面同士を室
温の清浄な雰囲気下で重ね合わせて接合し、酸素雰囲気
下において７００〜１０００℃で約１時間、結合のため
の熱処理を行う。この熱処理によって不純物はボンドウ
ェーハ中を拡散し、不純物高濃度層の厚さが増すと同時
に、その濃度はいくぶん低下する。（Ｃ）この結合熱処
理により得られた結合ウェーハ（ＳＯＩウェーハの先駆
体）の、ボンドウェーハ側について、その厚さが５〜１
０μｍとなるまで、機械的な研削や研磨によって除去し
薄層化する。次に、（Ｄ）エッチング液としてエチレン
ジアミンピロカテコール水（エチレンジアミン 3400c
c、ピロカテコール 600ｇ、水 1600cc）により１００
〜１１０℃の温度で処理すると、ボンドウェーハにおけ
る不純物濃度の低い部分は速やかにエッチングが進行し
除去されるが、不純物濃度が高くなるにつれエッチング
速度は遅くなり、ある濃度以上になるとエッチングはス
トップする。この不純物によるエッチストップ法により
ボンドウェーハ側を約０．５μｍ厚さの不純物濃度層と
なるまで薄膜化させることができる。次に、（Ｅ）この
状態でボンドウェーハ側を熱酸化すると、不純物はその
表面で成長する酸化膜に取り込まれ、その条件を制御す
ることによって、不純物濃度が１／１０〜１／２０以下
に低下し、その厚さが０．１〜０．２μｍのシリコン薄
層を、前記結合用の酸化膜と、前記表面に成長させた酸
化膜の間に形成させることができ、（Ｆ）この表面酸化
膜を希フッ酸で除去することにより極薄のＳＯＩウェー
ハが製造される、という方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしこのような極薄
のＳＯＩウェーハ製造方法においては、前記ＳＯＩ層の
薄層化のための機械的な研削や研磨の工程で、また、こ
のＳＯＩウェーハを使用して半導体デバイスを作製する
工程において、結合が不充分で剥離を起こすという問題
がある。例えば、２枚のウェーハを接合し、熱処理工程
を経て結合ウェーハとなった段階で、ボンドウェーハを
通常５〜１０μｍ程度にまで研削研磨する際にウェーハ
間の剥離が生じるものである。特に、鏡面上に高濃度層
を形成したボンドウェーハと、鏡面を酸化したベースウ
ェーハとの結合によって得られた結合ウェーハの場合に
は、未結合部分（これをボイドという）が生じたり、結
合強度が低下し、結合部分が剥離したりするという問題
が往々にして起こった。
のＳＯＩウェーハ製造方法においては、前記ＳＯＩ層の
薄層化のための機械的な研削や研磨の工程で、また、こ
のＳＯＩウェーハを使用して半導体デバイスを作製する
工程において、結合が不充分で剥離を起こすという問題
がある。例えば、２枚のウェーハを接合し、熱処理工程
を経て結合ウェーハとなった段階で、ボンドウェーハを
通常５〜１０μｍ程度にまで研削研磨する際にウェーハ
間の剥離が生じるものである。特に、鏡面上に高濃度層
を形成したボンドウェーハと、鏡面を酸化したベースウ
ェーハとの結合によって得られた結合ウェーハの場合に
は、未結合部分（これをボイドという）が生じたり、結
合強度が低下し、結合部分が剥離したりするという問題
が往々にして起こった。
【０００６】発明者がその原因を追跡した結果、通常の
鏡面ウェーハ同士の接合の場合は、両面の接合面とも鏡
面であり、その表面粗さは、例えばレーザー光散乱強度
を基にしたヘイズレベルで評価すると、検出電圧７００
Ｖでほぼ１０bit 程度以下である。この鏡面の一方、ま
たは双方を熱酸化させて互いに接合し、結合熱処理を施
し、ＳＯＩウェーハを製造する場合には、良好な結合体
が得られる。しかし、前記ＢやＳｂ（アンチモン）不純
物の高濃度層を有するウェーハの表面は、熱拡散やイオ
ンインプランテーションを施す際に面荒れを生じてお
り、このような面荒れを持つウェーハを結合しても強固
な結合が得られず、ＳＯＩ層の薄膜化における研磨工程
や、薄膜化後の半導体デバイス作製工程で、結合部分が
剥離してしまうことがわかった。本発明はこのような問
題点に鑑み、極薄のＳＯＩウェーハの製造時において、
またこのＳＯＩウェーハより半導体デバイスを作製する
過程において、剥離を発生しない、強固に結合したＳＯ
Ｉウェーハを得ることを目的とする。
鏡面ウェーハ同士の接合の場合は、両面の接合面とも鏡
面であり、その表面粗さは、例えばレーザー光散乱強度
を基にしたヘイズレベルで評価すると、検出電圧７００
Ｖでほぼ１０bit 程度以下である。この鏡面の一方、ま
たは双方を熱酸化させて互いに接合し、結合熱処理を施
し、ＳＯＩウェーハを製造する場合には、良好な結合体
が得られる。しかし、前記ＢやＳｂ（アンチモン）不純
物の高濃度層を有するウェーハの表面は、熱拡散やイオ
ンインプランテーションを施す際に面荒れを生じてお
り、このような面荒れを持つウェーハを結合しても強固
な結合が得られず、ＳＯＩ層の薄膜化における研磨工程
や、薄膜化後の半導体デバイス作製工程で、結合部分が
剥離してしまうことがわかった。本発明はこのような問
題点に鑑み、極薄のＳＯＩウェーハの製造時において、
またこのＳＯＩウェーハより半導体デバイスを作製する
過程において、剥離を発生しない、強固に結合したＳＯ
Ｉウェーハを得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、２枚
のシリコン鏡面ウェーハのうち、第一のシリコン鏡面ウ
ェーハの表面に酸化膜を形成し、第二のシリコン鏡面ウ
ェーハに不純物の高濃度層を形成した後、互いに接触さ
せて接合し、これに加熱処理を施して強固に結合させて
なるＳＯＩウェーハにおいて、不純物の高濃度層を形成
した前記第二のウェーハの接合すべき表面を研磨後に、
接合が行われていることを特徴とするＳＯＩウェーハを
要旨とし、またその製造方法をも要旨とするものであ
る。
のシリコン鏡面ウェーハのうち、第一のシリコン鏡面ウ
ェーハの表面に酸化膜を形成し、第二のシリコン鏡面ウ
ェーハに不純物の高濃度層を形成した後、互いに接触さ
せて接合し、これに加熱処理を施して強固に結合させて
なるＳＯＩウェーハにおいて、不純物の高濃度層を形成
した前記第二のウェーハの接合すべき表面を研磨後に、
接合が行われていることを特徴とするＳＯＩウェーハを
要旨とし、またその製造方法をも要旨とするものであ
る。
【０００８】以下にこれをさらに詳述する。本発明にお
ける、不純物によるエッチストップ法を用いる極薄のＳ
ＯＩウェーハの製造方法については、図３によって先に
説明した通りであるので、その詳細は省略する。すなわ
ち、本発明は図３における（Ａ）及び（Ｂ）の工程、熱
拡散やイオンインプランテーションにより、鏡面の表面
に不純物の高濃度拡散層を形成したシリコンウェーハ
（ボンドウェーハ）と、鏡面に酸化膜をつけた支持基板
としてのシリコンウェーハ（ベースウェーハ）との鏡面
側同士を接合させるにあたり、前記の拡散処理を施した
ボンドウェーハの接合すべき表面を再度研磨し、然る後
に、この接合されたウェーハに熱処理を施して強固な結
合ウェーハ（ＳＯＩウェーハの先駆体）を得ることを特
徴とするものである。次いで、（Ｃ）〜（Ｆ）の工程順
に従って、この結合ウェーハのボンドウェーハ側を、５
〜１０μｍ厚まで研削研磨した後、この研削研磨面を不
純物によるエッチストップ法によって前記拡散層を表出
させる。さらに熱酸化処理を施すことによって、拡散層
中の不純物濃度を薄めると同時に、ＳＯＩ層の厚さを規
定し、この薄膜化されたシリコン層の上に生じた酸化膜
をＨＦ処理により除去して、約０．２μｍ厚さか、それ
以下のシリコン薄膜を有するＳＯＩウェーハを得、これ
によって本発明は完結する。
ける、不純物によるエッチストップ法を用いる極薄のＳ
ＯＩウェーハの製造方法については、図３によって先に
説明した通りであるので、その詳細は省略する。すなわ
ち、本発明は図３における（Ａ）及び（Ｂ）の工程、熱
拡散やイオンインプランテーションにより、鏡面の表面
に不純物の高濃度拡散層を形成したシリコンウェーハ
（ボンドウェーハ）と、鏡面に酸化膜をつけた支持基板
としてのシリコンウェーハ（ベースウェーハ）との鏡面
側同士を接合させるにあたり、前記の拡散処理を施した
ボンドウェーハの接合すべき表面を再度研磨し、然る後
に、この接合されたウェーハに熱処理を施して強固な結
合ウェーハ（ＳＯＩウェーハの先駆体）を得ることを特
徴とするものである。次いで、（Ｃ）〜（Ｆ）の工程順
に従って、この結合ウェーハのボンドウェーハ側を、５
〜１０μｍ厚まで研削研磨した後、この研削研磨面を不
純物によるエッチストップ法によって前記拡散層を表出
させる。さらに熱酸化処理を施すことによって、拡散層
中の不純物濃度を薄めると同時に、ＳＯＩ層の厚さを規
定し、この薄膜化されたシリコン層の上に生じた酸化膜
をＨＦ処理により除去して、約０．２μｍ厚さか、それ
以下のシリコン薄膜を有するＳＯＩウェーハを得、これ
によって本発明は完結する。
【０００９】前記不純物拡散処理を施したボンドウェー
ハ表面の面荒れについてであるが、図４はその面荒れ
を、ＡＦＭ（Atomic Force Microscope:原子間力顕微
鏡）によるＲＭＳ値（単位ｎｍ）で測定した値と、LS-6
000 （日立電子エンジニアリング社製測定器製品名）を
使用し、レーザー光散乱強度によるヘイズレベル（単位
bit ）で測定した値とを比較したものである。その結
果、ＲＭＳ値とbit 値は、大凡の相関関係を示し、例え
ばｐ型鏡面シリコンウェーハにＢ拡散をしたもののＲＭ
Ｓ値＝０．３ｎｍに対し、そのヘイズレベルは検出電圧
７００Ｖ（ＰＶ＝７００Ｖ）において約５４bit の値で
ある。したがって本発明における面荒れの表示は、その
測定が簡便なヘイズレベルを示すbit 値を採用した。な
お、ＰＷ／ｐ型は、導電型がｐ型の鏡面シリコンウェー
ハを、ＰＷ／ｎ型は導電型がｎ型の鏡面シリコンウェー
ハを示し、ＰＷのＢ拡散／ｐ型、ＰＷのＢ拡散／ｎ型
は、その各々についてＢ拡散を行ったものを指してい
る。
ハ表面の面荒れについてであるが、図４はその面荒れ
を、ＡＦＭ（Atomic Force Microscope:原子間力顕微
鏡）によるＲＭＳ値（単位ｎｍ）で測定した値と、LS-6
000 （日立電子エンジニアリング社製測定器製品名）を
使用し、レーザー光散乱強度によるヘイズレベル（単位
bit ）で測定した値とを比較したものである。その結
果、ＲＭＳ値とbit 値は、大凡の相関関係を示し、例え
ばｐ型鏡面シリコンウェーハにＢ拡散をしたもののＲＭ
Ｓ値＝０．３ｎｍに対し、そのヘイズレベルは検出電圧
７００Ｖ（ＰＶ＝７００Ｖ）において約５４bit の値で
ある。したがって本発明における面荒れの表示は、その
測定が簡便なヘイズレベルを示すbit 値を採用した。な
お、ＰＷ／ｐ型は、導電型がｐ型の鏡面シリコンウェー
ハを、ＰＷ／ｎ型は導電型がｎ型の鏡面シリコンウェー
ハを示し、ＰＷのＢ拡散／ｐ型、ＰＷのＢ拡散／ｎ型
は、その各々についてＢ拡散を行ったものを指してい
る。
【００１０】また、前記拡散処理を施したボンドウェー
ハの接合表面の研磨は、公知の鏡面研磨方法によって行
われる。すなわち、その代表的な研磨方法はメカノケミ
カル研磨法で、シリコンウェーハを鏡面化する場合は通
常、１次、２次、仕上げの３段階の研磨を行い、ウェー
ハ表面層の２０μｍ前後が取り代として除去されている
が、本発明の場合はその仕上げ研磨に相当する鏡面研磨
条件で、その取り代も１μｍ以下で０．１〜０．２μｍ
のレベルであれば良い。あるいはこの鏡面研磨の代わり
に、精密研削により同等の処理を行ってもよい。図５
は、上記鏡面研磨法による研磨時間とヘイズレベルとの
関係を見たもので、たまたまこの条件の場合は４分以上
の研磨により２０bit 以下のヘイズレベルに到達してい
ることがわかる。なお、鏡面研磨後の表面粗さは、鏡面
シリコンウェーハと同様の２０bit 以下（図４によれば
ＡＦＭ測定で０．１５ｎｍ以下）が好ましいが、これに
限定されるものではなく、また鏡面研磨の取り代の厚さ
は、拡散層が薄くなり過ぎシート抵抗に影響しない程度
に抑えることが必要である。
ハの接合表面の研磨は、公知の鏡面研磨方法によって行
われる。すなわち、その代表的な研磨方法はメカノケミ
カル研磨法で、シリコンウェーハを鏡面化する場合は通
常、１次、２次、仕上げの３段階の研磨を行い、ウェー
ハ表面層の２０μｍ前後が取り代として除去されている
が、本発明の場合はその仕上げ研磨に相当する鏡面研磨
条件で、その取り代も１μｍ以下で０．１〜０．２μｍ
のレベルであれば良い。あるいはこの鏡面研磨の代わり
に、精密研削により同等の処理を行ってもよい。図５
は、上記鏡面研磨法による研磨時間とヘイズレベルとの
関係を見たもので、たまたまこの条件の場合は４分以上
の研磨により２０bit 以下のヘイズレベルに到達してい
ることがわかる。なお、鏡面研磨後の表面粗さは、鏡面
シリコンウェーハと同様の２０bit 以下（図４によれば
ＡＦＭ測定で０．１５ｎｍ以下）が好ましいが、これに
限定されるものではなく、また鏡面研磨の取り代の厚さ
は、拡散層が薄くなり過ぎシート抵抗に影響しない程度
に抑えることが必要である。
【００１１】本発明により、不純物高濃度層の形成時に
生じたシリコンウェーハの面荒れがあっても、拡散層の
シート抵抗に影響を与えないようにして、その面荒れ表
面を研磨することによって十分な結合強度を有するＳＯ
Ｉウェーハを得ることができる。また、本発明は、ベー
スウェーハのみに酸化膜を有するものであるが、酸化膜
を形成させるに際して、ボンドウェーハの不純物拡散層
に影響しない範囲において、酸化膜がボンドウェーハに
あるか、または双方のウェーハにあってもよい。すなわ
ち、Ｂ不純物拡散ボンドウェーハにおいて、酸化膜形成
の温度が９００℃以下であれば、本発明の適用が可能で
あることが確認されている。
生じたシリコンウェーハの面荒れがあっても、拡散層の
シート抵抗に影響を与えないようにして、その面荒れ表
面を研磨することによって十分な結合強度を有するＳＯ
Ｉウェーハを得ることができる。また、本発明は、ベー
スウェーハのみに酸化膜を有するものであるが、酸化膜
を形成させるに際して、ボンドウェーハの不純物拡散層
に影響しない範囲において、酸化膜がボンドウェーハに
あるか、または双方のウェーハにあってもよい。すなわ
ち、Ｂ不純物拡散ボンドウェーハにおいて、酸化膜形成
の温度が９００℃以下であれば、本発明の適用が可能で
あることが確認されている。
【００１２】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態につい
て、実施例、比較例を挙げて説明する。 （実施例、及び比較例１、比較例２）ボンドウェーハと
して直径１２５ｍｍ、厚さ６２５μｍの鏡面研磨したｎ
型シリコンウェーハを用意した。この鏡面ウェーハの表
面粗さをLS-6000 （前出測定器）を用い、検出電圧７０
０Ｖで評価したところ、そのヘイズレベルは１０bitで
あった。このシリコンウェーハは図１（ｂ）の●印で示
され、これを比較例１とした。同じくこのシリコンウェ
ーハについて、その鏡面へＰＢＦ(Poly Boron Film 6M-
10；東京応化工業社製製品名）を塗布し、１０５０℃、
４０分間、Ｎ2 雰囲気の条件でこのＢをウェーハに拡散
させた後、ウェーハをNH4OH ：H2O2：H2O ＝１：１：８
０の洗浄液（以下ＳＣ−１と称す）で洗浄した。その後
ＨＦ５％液、１分間浸漬によりこのウェーハのＢＳＧ
（Boron SilicateGlass）を除去し、次いで８００℃で
５分間、パイロ酸化によりボロンシリサイド除去酸化を
行った。さらにＨＦ５％液、１分間浸漬で酸化膜を除去
した後、ウェーハをＳＣ−１で洗浄し、Ｂ拡散ウェーハ
を作製した。このウェーハの接合面である拡散面の表面
粗さを、LS-6000 （前出測定器）を用い、検出電圧７０
０Ｖで測定したところ、６７bit で、非常に粗かった。
この状態のボンドウェーハは図１（ｂ）の■印で示さ
れ、これを比較例２のボンドウェーハとした。このウェ
ーハの拡散面のシート抵抗の面内分布を測定した結果、
図２（ａ）に示すようになり、その平均シート抵抗ρS
は１２．３５Ω／□であった。
て、実施例、比較例を挙げて説明する。 （実施例、及び比較例１、比較例２）ボンドウェーハと
して直径１２５ｍｍ、厚さ６２５μｍの鏡面研磨したｎ
型シリコンウェーハを用意した。この鏡面ウェーハの表
面粗さをLS-6000 （前出測定器）を用い、検出電圧７０
０Ｖで評価したところ、そのヘイズレベルは１０bitで
あった。このシリコンウェーハは図１（ｂ）の●印で示
され、これを比較例１とした。同じくこのシリコンウェ
ーハについて、その鏡面へＰＢＦ(Poly Boron Film 6M-
10；東京応化工業社製製品名）を塗布し、１０５０℃、
４０分間、Ｎ2 雰囲気の条件でこのＢをウェーハに拡散
させた後、ウェーハをNH4OH ：H2O2：H2O ＝１：１：８
０の洗浄液（以下ＳＣ−１と称す）で洗浄した。その後
ＨＦ５％液、１分間浸漬によりこのウェーハのＢＳＧ
（Boron SilicateGlass）を除去し、次いで８００℃で
５分間、パイロ酸化によりボロンシリサイド除去酸化を
行った。さらにＨＦ５％液、１分間浸漬で酸化膜を除去
した後、ウェーハをＳＣ−１で洗浄し、Ｂ拡散ウェーハ
を作製した。このウェーハの接合面である拡散面の表面
粗さを、LS-6000 （前出測定器）を用い、検出電圧７０
０Ｖで測定したところ、６７bit で、非常に粗かった。
この状態のボンドウェーハは図１（ｂ）の■印で示さ
れ、これを比較例２のボンドウェーハとした。このウェ
ーハの拡散面のシート抵抗の面内分布を測定した結果、
図２（ａ）に示すようになり、その平均シート抵抗ρS
は１２．３５Ω／□であった。
【００１３】このウェーハの拡散面を、荷重１５０ｇ/c
m2、研磨速度０．０２μｍ／分で５分間、鏡面研磨を施
した（研磨の取り代は０．１μｍ）後、表面粗さを測定
したところ、２０bit であった。このボンドウェーハは
図１（ｂ）の×印で示され、これを実施例相当のボンド
ウェーハとした。また、このウェーハのシート抵抗の面
内分布を再度測定した結果を図２（ｂ）に示す。鏡面研
磨前と比べてほぼ同程度の面内分布及び平均シート抵抗
ρS を有することから、上述の鏡面研磨がウェーハへ与
える影響は小さいことがわかる。なお、図２（ａ）、
（ｂ）中の＋、−で示した領域は、それぞれシート抵抗
が平均シート抵抗ρS より大きい領域、小さい領域であ
ることを示している。
m2、研磨速度０．０２μｍ／分で５分間、鏡面研磨を施
した（研磨の取り代は０．１μｍ）後、表面粗さを測定
したところ、２０bit であった。このボンドウェーハは
図１（ｂ）の×印で示され、これを実施例相当のボンド
ウェーハとした。また、このウェーハのシート抵抗の面
内分布を再度測定した結果を図２（ｂ）に示す。鏡面研
磨前と比べてほぼ同程度の面内分布及び平均シート抵抗
ρS を有することから、上述の鏡面研磨がウェーハへ与
える影響は小さいことがわかる。なお、図２（ａ）、
（ｂ）中の＋、−で示した領域は、それぞれシート抵抗
が平均シート抵抗ρS より大きい領域、小さい領域であ
ることを示している。
【００１４】（比較例３）ボンドウェーハのＢ拡散工程
において、Ｂ拡散とボロンシリサイド除去酸化を一回の
熱処理で行う以外は、比較例２と同一の条件でＢ拡散ウ
ェーハを作製し、その表面粗さを測定したところ、４０
bit であった。これを比較例３のボンドウェーハとし、
図１（ｂ）の□印で示した。
において、Ｂ拡散とボロンシリサイド除去酸化を一回の
熱処理で行う以外は、比較例２と同一の条件でＢ拡散ウ
ェーハを作製し、その表面粗さを測定したところ、４０
bit であった。これを比較例３のボンドウェーハとし、
図１（ｂ）の□印で示した。
【００１５】直径１２５ｍｍ、厚さ６２５μｍのｐ型シ
リコンウェーハを用意し、１１００℃、３０分の条件で
パイロ酸化することによって０．５μｍ厚さの熱酸化膜
を形成したベースウェーハを作製した。このベースウェ
ーハと、前記の諸条件で作製した実施例、比較例１〜３
用のボンドウェーハについて結合熱処理の試験を行っ
た。 すなわち、このベースウェーハと上述の各種ボン
ドウェーハの鏡面側同士を室温にて重ね合わせて接合ウ
ェーハとし、この接合ウェーハを酸素雰囲気下で７００
℃、８００℃、９００℃の温度により各６０分の結合熱
処理を行った。各結合熱処理後の結合ウェーハの結合強
度を、ブレード法で測定した。ブレード法は、結合させ
た２枚のウェーハの間に刃を差し込み、２枚のウェーハ
が剥離した先端から刃の刃先までの距離により、結合強
度を求める方法である（W.P.Maszara,J.Appl.Phys.,64
(1988)4943 ）。その結果を図１（ａ）に示す。
リコンウェーハを用意し、１１００℃、３０分の条件で
パイロ酸化することによって０．５μｍ厚さの熱酸化膜
を形成したベースウェーハを作製した。このベースウェ
ーハと、前記の諸条件で作製した実施例、比較例１〜３
用のボンドウェーハについて結合熱処理の試験を行っ
た。 すなわち、このベースウェーハと上述の各種ボン
ドウェーハの鏡面側同士を室温にて重ね合わせて接合ウ
ェーハとし、この接合ウェーハを酸素雰囲気下で７００
℃、８００℃、９００℃の温度により各６０分の結合熱
処理を行った。各結合熱処理後の結合ウェーハの結合強
度を、ブレード法で測定した。ブレード法は、結合させ
た２枚のウェーハの間に刃を差し込み、２枚のウェーハ
が剥離した先端から刃の刃先までの距離により、結合強
度を求める方法である（W.P.Maszara,J.Appl.Phys.,64
(1988)4943 ）。その結果を図１（ａ）に示す。
【００１６】図１（ａ）において、●は比較例１として
の、不純物未拡散の鏡面シリコンウェーハ、×は実施
例、■は比較例２、□は比較例３の値である。図１
（ａ）より、表面粗さが小さいほど、ウェーハの結合強
度は向上したことがわかる。
の、不純物未拡散の鏡面シリコンウェーハ、×は実施
例、■は比較例２、□は比較例３の値である。図１
（ａ）より、表面粗さが小さいほど、ウェーハの結合強
度は向上したことがわかる。
【００１７】
【発明の効果】本発明のＳＯＩウェーハ及びその製造方
法によれば、不純物拡散層を有するボンドウェーハと、
ベースウェーハとの強固な結合が達成でき、不純物高濃
度層のシート抵抗に影響を与えることがなく、ＳＯＩ層
の薄膜化における研削・研磨工程や、薄膜化後の半導体
デバイス作製工程での、結合剥離を低減化することがで
きる。これにより、不純物高濃度層を有するボンドウェ
ーハと、酸化膜を有するベースウェーハとからなる結合
ウェーハに対し、不純物によるエッチストップ法を適用
して極薄のＳＯＩウェーハの製造が可能となる。
法によれば、不純物拡散層を有するボンドウェーハと、
ベースウェーハとの強固な結合が達成でき、不純物高濃
度層のシート抵抗に影響を与えることがなく、ＳＯＩ層
の薄膜化における研削・研磨工程や、薄膜化後の半導体
デバイス作製工程での、結合剥離を低減化することがで
きる。これにより、不純物高濃度層を有するボンドウェ
ーハと、酸化膜を有するベースウェーハとからなる結合
ウェーハに対し、不純物によるエッチストップ法を適用
して極薄のＳＯＩウェーハの製造が可能となる。
【図１】本発明の実施例のウェーハ結合強度の、表面粗
さ・結合熱処理温度依存性を示す図である。 （ａ）ウェーハ結合強度の、結合熱処理温度依存性を示
す。 × ‥‥‥ 実施例 ● ‥‥‥ 比較例１ ■ ‥‥‥ 比較例２ □ ‥‥‥ 比較例３ （ｂ）（ａ）の各ボンドウェーハの表面粗さを示す。
さ・結合熱処理温度依存性を示す図である。 （ａ）ウェーハ結合強度の、結合熱処理温度依存性を示
す。 × ‥‥‥ 実施例 ● ‥‥‥ 比較例１ ■ ‥‥‥ 比較例２ □ ‥‥‥ 比較例３ （ｂ）（ａ）の各ボンドウェーハの表面粗さを示す。
【図２】本発明の実施例の拡散面の、鏡面研磨前後での
平均シート抵抗ρS 、標準偏差σ及びその面内分布の変
化を示す図で、（ａ）は鏡面研磨前、（ｂ）は鏡面研磨
後のものである。
平均シート抵抗ρS 、標準偏差σ及びその面内分布の変
化を示す図で、（ａ）は鏡面研磨前、（ｂ）は鏡面研磨
後のものである。
【図３】（Ａ）〜（Ｆ）は、高濃度層を有するボンドウ
ェーハと、酸化膜を有するベースウェーハとからなる結
合ウェーハについて、不純物によるエッチストップ法を
応用した極薄のＳＯＩウェーハの製造工程を説明する図
である。
ェーハと、酸化膜を有するベースウェーハとからなる結
合ウェーハについて、不純物によるエッチストップ法を
応用した極薄のＳＯＩウェーハの製造工程を説明する図
である。
【図４】LS-6000 とＡＦＭとによる面粗さ測定値の比較
を示す図である。
を示す図である。
【図５】研磨時間によるヘイズレベルの変化を示す図で
ある。
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−139297（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−106466（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 27/12 H01L 21/02
Claims (3)
- 【請求項１】 ２枚のシリコン鏡面ウェーハのうち、第
一のシリコン鏡面ウェーハの表面に酸化膜を形成し、第
二のシリコン鏡面ウェーハに不純物の高濃度層を形成し
た後、互いに接触させて接合し、これに加熱処理を施し
て強固に結合させてなるＳＯＩウェーハにおいて、不純
物の高濃度層を形成した前記第二のウェーハの接合すべ
き表面を研磨後に、接合が行われていることを特徴とす
るＳＯＩウェーハ。 - 【請求項２】 ２枚のシリコン鏡面ウェーハのうち、第
一のシリコン鏡面ウェーハの表面に酸化膜を形成し、第
二のシリコン鏡面ウェーハに不純物の高濃度層を形成し
た後、互いに接触させて接合し、これに加熱処理を施し
て強固に結合させてなるＳＯＩウェーハを製造する方法
において、不純物の高濃度層を形成した前記第二のウェ
ーハの接合すべき表面の研磨後に、接合を行うことを特
徴とするＳＯＩウェーハの製造方法。 - 【請求項３】 ２枚のシリコン鏡面ウェーハのうち、第
一のシリコン鏡面ウェーハの表面に酸化膜を形成し、第
二のシリコン鏡面ウェーハに不純物の高濃度層を形成し
た後、互いに接触させて接合し、これに加熱処理を施し
て強固に結合させた後、前記第二のシリコン鏡面ウェー
ハ側を薄膜化してＳＯＩウェーハを製造するに際し、不
純物の高濃度層を形成した前記第二のシリコン鏡面ウェ
ーハの接合すべき表面の研磨後に接合を行い、これに加
熱処理を行うことによって強固に結合させた後、前記第
二のシリコン鏡面ウェーハ側を、不純物の高濃度層によ
るエッチストップ法により薄膜化させることを特徴とす
るＳＯＩウェーハの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20822896A JP2930194B2 (ja) | 1995-08-17 | 1996-08-07 | Ｓｏｉウェーハ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-209451 | 1995-08-17 | ||
| JP20945195 | 1995-08-17 | ||
| JP20822896A JP2930194B2 (ja) | 1995-08-17 | 1996-08-07 | Ｓｏｉウェーハ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09116125A JPH09116125A (ja) | 1997-05-02 |
| JP2930194B2 true JP2930194B2 (ja) | 1999-08-03 |
Family
ID=26516714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20822896A Expired - Fee Related JP2930194B2 (ja) | 1995-08-17 | 1996-08-07 | Ｓｏｉウェーハ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2930194B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100252751B1 (ko) * | 1997-12-27 | 2000-04-15 | 김영환 | 반도체 소자 제조 방법 |
| JP4828230B2 (ja) | 2004-01-30 | 2011-11-30 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | Ｓｏｉウェーハの製造方法 |
| JP5261960B2 (ja) | 2007-04-03 | 2013-08-14 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | 半導体基板の製造方法 |
| JP5555995B2 (ja) | 2008-09-12 | 2014-07-23 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | 貼り合わせシリコンウェーハの製造方法 |
| JP5470839B2 (ja) | 2008-12-25 | 2014-04-16 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | 貼り合わせシリコンウェーハの製造方法 |
-
1996
- 1996-08-07 JP JP20822896A patent/JP2930194B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09116125A (ja) | 1997-05-02 |
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