JP4839818B2 - 貼り合わせ基板の製造方法 - Google Patents
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Description
SOI基板の製造方法として、例えば、以下の方法が知られている。すなわち、鏡面研磨された2枚のシリコンウエーハ(活性層用ウエーハと支持基板用ウエーハ)を用意し、少なくとも一方のウエーハに酸化膜を形成させる。そして、これらのウエーハを酸化膜を挟んで貼り合わせた後、熱処理して結合強度を高める。その後、活性層用ウエーハを薄膜化してSOI(Silicon on Insulator)層が形成されたSOI基板を得る。この薄膜化の方法としては、活性層用ウエーハを所望の厚さまで研削、研磨等を施す方法や、イオン注入剥離法と呼ばれる方法でイオン注入層で活性層用ウエーハを剥離したりする方法等がある。
これを防ぐためには、研削等により活性層用ウエーハを薄膜化する前に、活性層用ウエーハの外周部に残留する未結合部を予め除去することが必要となる。(なお、このように未結合部を除去し、支持基板用ウエーハが露出した部分はテラス部と呼ばれる。)
前記活性層用ウエーハの表面に外周部に沿って内側に全周にわたって溝を設ける第一の工程と、
前記溝を設けた面を貼り合わせ面として、前記活性層用ウエーハと前記支持基板用ウエーハとを貼り合わせる第二の工程と、
前記活性層用ウエーハを薄膜化するとともに、前記活性層用ウエーハの溝から外側の未結合部分も取り除く第三の工程とを備えることを特徴とする貼り合わせ基板の製造方法を提供する(請求項1)。
なお、ウォータージェットガイデッドレーザーとは、全反射を利用してレーザー光を高圧で押し出された水柱に封じ込めるようにして加工するものである。
本発明者は、未結合部を含む活性層用ウエーハの外周部を取り除く際に割れや欠け、発塵がなく、得られた貼り合わせ基板の外周形状も良好なものを、工程を複雑にすることなく製造する方法を見出すべく、調査、研究を行った。
しかし、この方法では上記のように外周研削後にエッチング工程、平面研削工程が必要となり、工程が複雑になるという問題点がある。
しかし、この方法では歪層が残るため、研削後に仕上げ面取りが必要であり、工程が複雑になるという問題点が残っていた。
図1は、本発明の方法により活性層用ウエーハの外周部の未結合部分を取り除いて貼り合わせ基板を製造する方法であり、薄膜化を平面研削によって行う方法を示したフローシートである。
図2は、本発明の方法により活性層用ウエーハに形成する溝の一例を概略的に示している。活性層用ウエーハ21の表面に外周部に沿って内側に全周にわたって溝24を形成する。
例えば、ウエーハ外周部から内側に1.5〜2mmの領域に、外周に沿って溝幅100μm、溝深さ50〜100μmの溝を形成する。オリエンテーションフラットがある場合は、その領域も同様に形状に沿って内側に溝の形成を行う。これらの数値については、特に限定されないが、このようにすれば、溝より外の部分はウエーハを重ね合わせたときに、ウエーハの研磨ダレ等により密着しない部分、すなわちその後の結合熱処理によっても結合しない部分となり、ウエーハ結合後に溝の外側を除去することが容易になるとともに、溝の内側領域は確実に強固に結合することができる。
このウォータージェットガイデッドレーザー装置80は、レーザー光81に対して透明な窓83を備え、高圧の水86で満たした水チャンバー84を備えている。ノズル85から射出された水ガイド87は一定の径を保ちつつ、加工物88に到達する。集光レンズ82によってノズル85付近に集光されたレーザー光81は水ガイド87中で全反射を繰り返すため水ガイド87の外には出ず、加工物88に到達し、加工物88を加工する。
このように、溝をウォータージェットガイデッドレーザーによって加工すれば、レーザー光によって加工するときに生じる盛り上がりを回避できる。また、所望の深さの溝を容易に形成することができる。従って、その後の貼り合わせも良好となる上に、確実に周辺未結合部を除去できる。また、加工部分が高温になりにくく、盛り上がりもできにくいため、溝を形成しても貼り合わせやすい。
また、溝24は、活性層用ウエーハ21を鏡面研磨した後に設けても良い。このように、鏡面研磨した後に溝を設けても活性層用ウエーハ外周部の未結合部を取り除くことができる。
また、溝24の形成は、上記のように酸化膜23を形成した後に行っても良いし、酸化膜形成前に溝を形成しても良い。溝深さは、例えば活性層と埋込酸化膜層の合計の厚さが20μmのSOIウエーハの場合、35〜40μmで十分である。
このとき、活性層用ウエーハと支持基板用ウエーハとの貼り合わせは、例えば、常温の清浄な雰囲気下で、溝24を形成した側の表面25と支持基板用ウエーハ28の一方の主面を接触させることにより、接着剤等を用いることなくウエーハ同士が接着する。その後の結合熱処理は、例えば、不活性ガス雰囲気下、あるいは酸化雰囲気下で、1000〜1200℃で30分から2時間の範囲で行うことができる。
これにより、結合力が強固となり、その後の研削に耐え得るものとなる。
例えば、最終的な活性層厚さ+10〜30μmになるように研削する。このようにすれば研削後に溝24が現れるが、活性層厚さが厚い貼り合わせ基板を作製する場合は、予め溝深さを深く形成しておけば良い。
このとき、溝24より外周側の外縁部31は、ウエーハ貼り合わせの際、研磨ダレ等によりウエーハが均一に貼り合わされていないため結合力が弱く、研削により溝の外側の領域である外縁部31は除去され、溝の内側の領域だけが残る。
例えば、活性層厚さが20μmになるまで研磨し、同時に鏡面仕上げをする。
図3(a)では、酸化膜43を形成した活性層用ウエーハ41を示している。酸化膜43は活性層用ウエーハに形成しても良いし、支持基板用ウエーハに形成しても良いし、両ウエーハに形成しても良く、直接接合する場合は形成しなくても良い。
このような溝は、例えば、前述の、図4に示すウォータージェットガイデッドレーザー装置80を用いて形成することができる。
例えば、ウエーハ外周部から内側に1〜2mmの領域に、外周に沿って溝幅100μm、溝深さ15〜20μmの溝を形成する。これらの数値も特に限定されない。
なお、このような溝の形成は、上記のように酸化膜を形成した後に行っても良いし、酸化膜形成前に溝を形成しても良い。また、溝の形成は、ウエーハの1次鏡面研磨前に行っても良いし、1次鏡面研磨後に行っても良いし、また、次に述べるイオン注入の後に行っても良い。1次鏡面研磨前、すなわち鏡面研磨の前あるいは、1次鏡面研磨後、すなわち仕上げ研磨前に溝を形成すれば、その後仕上げ研磨等の研磨工程があるので、溝の形成により例え盛り上がり等が発生しても、これを除去できる。また、鏡面研磨後に溝を形成する場合には、溝深さは2〜10μmで十分である。
この際、活性層用ウエーハの注入面にはチャネリングを防止するためにも酸化膜を形成しておくことが好ましいが、必ずしも形成しなくても良い。なお、このときのイオン注入層48の深さは、最終的に形成される活性層55の厚さに反映される。従って、注入エネルギー等を制御してイオン注入することにより、活性層の厚さを制御できる。すなわち、イオン注入層の深さは、所望とされる活性層の厚さ以上であって、溝44の深さよりも浅くされる。
このとき、活性層用ウエーハと支持基板用ウエーハとの貼り合わせは、例えば、常温の清浄な雰囲気下で、溝44を形成した側の表面45と支持基板用ウエーハ49の一方の主面を接触させることにより、接着剤等を用いることなくウエーハ同士が接着し、貼り合わせ基板50を得る。
この剥離熱処理は、例えば、貼り合わせ基板50に対して、不活性ガス雰囲気下300〜600℃の温度で熱処理を加えれば、結晶の再配列と気泡の凝集とによって、活性層用ウエーハ41をイオン注入層48で剥離することができる。
このときの結合熱処理は剥離熱処理よりも高い温度で行われる。例えば、不活性ガス雰囲気下、あるいは酸化雰囲気下で、1000〜1200℃で30分から2時間の範囲で行うことができる。なお、この結合熱処理は、上記剥離熱処理を兼ねるものとすることも可能である。
また、このときの研磨としては、例えば、取り代が100nm以下のタッチポリッシュによることができ、表面を鏡面仕上げする。剥離後に活性層の厚さを所望の厚さとする方法は、上記の研磨に限られず、例えば、酸化熱処理後に生成した酸化膜をエッチング除去する、いわゆる犠牲酸化を行っても良い。
(実施例1)
まず、図1に従い、活性層用ウエーハと支持基板用ウエーハとを貼り合わせた後の活性層用ウエーハの薄膜化を平面研削によって行う方法について説明する。
チョクラルスキー法で引き上げたp型、<100>、抵抗8〜12Ωcmの単結晶シリコンインゴットをスライスして直径150mm(6インチ)、厚さ625μmの薄円板状のウエーハを得た。ウエーハの割れや欠け、発塵を防止するため、外縁部に面取り加工を施した後、ウエーハを平面化するためラッピング加工を行った。次いで、ラッピング後のウエーハの表面に残留する加工歪を除去するため、エッチング加工を実施した。さらに、ウエーハの表裏両面に対し1次鏡面研磨加工を行い、面取り部にも研磨加工を行った。
こうして得られたSOIウエーハの活性層の外周エッジ部及びテラス部を顕微鏡観察したところ、良好な形状であり、SOI島は全く観察されなかった。しかも、溝を形成しただけであるので工程も簡単であった。テラス部の領域は外周より1.5mmであり、従来の薄膜化を研削による方法におけるテラス部の領域が外周より約3mmであることに比べて、活性層領域も拡大した。
次に、図3に従い、活性層用ウエーハと支持基板用ウエーハとを貼り合わせた後の活性層用ウエーハの薄膜化をイオン注入剥離法によって行う方法について説明する。
まず、実施例1と同様に、上記のようにシリコンウエーハを1次鏡面研磨まで行い、活性層用ウエーハとした。このウエーハにウォータージェットガイデッドレーザーを用いて、図2のようにウエーハ周辺の外周より1mmの領域に、外周に沿って溝幅100μm、溝深さ10μmの溝を形成した。このときのウォータージェットガイデッドレーザーの条件は波長1064nmの長周期パルスとした。溝形成後、鏡面仕上げを行った。
その後、Ar雰囲気下、1100℃にて2時間、結合熱処理を行った。
こうして得られたSOIウエーハの活性層の外周エッジ部及びテラス部を顕微鏡観察したところ、良好な形状であり、SOI島は全く観察されなかった。しかも、溝を形成しただけであるので工程も簡単であった。テラス部の領域は外周より1mmであり、従来の薄膜化をイオン注入剥離法で行う方法におけるテラス部の領域が外周より2〜2.5mmであることに比べて、活性層領域も拡大した。
また、ウォータージェットガイデッドレーザーを溝形成に使用する場合、材料がシリコン以外でもレーザーの波長を適正に選択すれば、シリコンと同様の加工が可能である。
Claims (8)
- 活性層用ウエーハと支持基板用ウエーハとを貼り合わせた貼り合わせ基板の製造方法において、
前記活性層用ウエーハの表面に外周部に沿って内側に全周にわたって溝を設ける第一の工程と、
前記溝を設けた面を貼り合わせ面として、前記活性層用ウエーハと前記支持基板用ウエーハとを貼り合わせる第二の工程と、
前記活性層用ウエーハを薄膜化するとともに、前記活性層用ウエーハの溝から外側の未結合部分も取り除く第三の工程とを備えることを特徴とする貼り合わせ基板の製造方法。 - 前記活性層用ウエーハの薄膜化を、前記活性層用ウエーハの裏面を前記表面からの溝部に達するまで研削することによって行うことを特徴とする請求項1に記載の貼り合わせ基板の製造方法。
- 前記活性層用ウエーハの薄膜化を、前記第一の工程または第二の工程の前に予め前記活性層用ウエーハの貼り合わせる面から前記溝部を超えない深さにイオン注入によりイオン注入層を設け、前記第三の工程において、剥離熱処理により前記イオン注入層で前記活性層用ウエーハを剥離することによって行うことを特徴とする請求項1に記載の貼り合わせ基板の製造方法。
- 前記活性層用ウエーハと前記支持基板用ウエーハの貼り合わせを、いずれか一方または両方の表面に形成した酸化膜を介して行う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基板の製造方法。
- 前記活性層用ウエーハの表面において外周部に沿って内側に設ける溝は、ウォータージェットガイデッドレーザーにより加工され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基板の製造方法。
- 前記活性層用ウエーハの表面において外周部に沿って内側に設ける溝は、外周部から1〜2mmの位置に設けられることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の貼り合わせ基板の製造方法。
- 前記活性層用ウエーハの表面において外周部に沿って内側に設ける溝は、前記活性層用ウエーハを鏡面研磨する前に設けられ、該溝を設けた後に前記活性層用ウエーハの鏡面研磨を行うことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の貼り合わせ基板の製造方法。
- 前記活性層用ウエーハの表面において外周部に沿って内側に設ける溝は、前記活性層用ウエーハを鏡面研磨した後に設けられることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の貼り合わせ基板の製造方法。
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