JP5673180B2 - 貼り合わせウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
このようなイオン注入剥離法によりSOIウェーハを製造する方法としては、二枚のシリコンウェーハの内、少なくとも一方に酸化膜を形成すると共に、一方のシリコンウェーハ(ボンドウェーハ)の上面から水素イオンや希ガスイオン等のガスイオンを注入し、該ウェーハ内部に微小気泡層(封入層)を形成させる。そして、イオン注入した側の面を酸化膜を介して他方のシリコンウェーハ(ベースウェーハ)と密着させ、その後熱処理(剥離熱処理)を加えて微小気泡層を劈開面として一方のウェーハ(ボンドウェーハ)を薄膜状に剥離し、さらに熱処理(結合熱処理)を加えて強固に結合してSOIウェーハとする(特許文献1参照)。この方法では、劈開面(剥離面)が良好な鏡面で、膜厚の均一性が高いSOI層を有するSOIウェーハが比較的容易に得られる。
従来、このダメージ層等を除去するために、結合熱処理後の最終工程において、タッチポリッシュと呼ばれる研磨代の極めて少ない鏡面研磨(取り代:100nm程度)が行われていた。
このような問題点を解決する方法として、前記タッチポリッシュの代わりに高温熱処理を行って表面粗さを改善する平坦化処理が行われるようになってきている。
しかしながら、1200℃以上の温度で熱処理を行うとスリップ転位が発生する確率が高まるため、製品歩留まりの低下をもたらし、結果として製造コストの増加を招いていた。
尚、ナノトポグラフィ(以下、ナノトポとも呼ぶ)とは、空間波長成分が約0.2〜20mmで、高さは数nm〜数百nmのウェーハ表面の凹凸である。
このような結合熱処理を行うことで、結合強度を向上させるとともに、犠牲酸化処理を兼ねることができ、効率的に表面の欠陥を除去できる。また、急速加熱・急速冷却装置を用いた熱処理によって薄膜表面のOSF核やベースウェーハ中の酸素析出核を消滅させる効果が得られるため、結合熱処理を急速加熱・急速冷却装置を用いた熱処理の後に行えば、酸化性雰囲気下の結合熱処理中に、薄膜表面にOSFが発生したりベースウェーハ中に酸素析出物が発生することを抑制できる。
このような条件で結合熱処理を行うことによって、薄膜表面にOSFが発生することを確実に防止できる。
本発明の製造方法であれば、平坦化熱処理の際に、貼り合わせウェーハの裏面のナノトポグラフィの悪化を抑制できるため、ベースウェーハを両面研磨ウェーハとすることで、裏面が良好な鏡面研磨面である貼り合わせウェーハを製造できる。このため、デバイス製造プロセスにおいて、フォトリソ工程やCMP工程を精度良く行うことができるウェーハとなる。
図1は本発明の貼り合わせウェーハの製造方法のフロー図である。
貼り合わせ面が鏡面研磨されていれば、欠陥の発生がほとんどない良好な貼り合わせを行うことができる。また、両面が鏡面研磨されたものであれば、形成される薄膜と反対側の面(裏面)が平坦な鏡面研磨面を有する貼り合わせウェーハとすることができ、デバイス製造プロセスにおいて、フォトリソ工程やCMP工程を精度良く行うことができる。そして、本発明では平坦化熱処理の際にも裏面のナノトポは悪化しにくいため、裏面も鏡面研磨面であれば、特に顕著に本発明の効果を得ることができる。ただし、例えば貼り合わせ面のみを鏡面研磨したウェーハであっても、本発明に用いることができ、裏面のナノトポの悪化を抑制する効果を得ることができる。
次に、図1の工程(c)では、水素イオン及び希ガスイオンのうち少なくとも一種類のガスイオンを注入して、微小気泡層13を形成する。
なお、貼り合わせる前に、ウェーハの表面に付着しているパーティクルおよび有機物を除去するため、両ウェーハに貼り合わせ前洗浄を行ってもよく、また、貼り合わせ界面の結合強度を高めるため、ウェーハ表面にプラズマ処理を施してもよい。
また、他の剥離する方法としては、熱処理を行わずに、あるいは、剥離しない程度の低温の熱処理を加えた後に機械的に剥離する方法も適用することができる。
このように、最初に急速加熱・急速冷却装置による熱処理を行って表面粗さの短周期成分を改善すると同時に表面の結晶性を回復し、次いでバッチ式炉による比較的長時間の熱処理を行って表面粗さの長周期成分を改善すれば、表面粗さの短周期成分と長周期成分が共に改善されると共に、ピットが生じるおそれも無くなる。
また、急速加熱・急速冷却装置による熱処理時間としては、例えば1〜300秒間行い、バッチ式炉による熱処理時間は、例えば0.5〜5時間行えば、平坦化には十分である。
このような結合熱処理を行えば薄膜の結合強度を向上させることができ、より欠陥の少ない貼り合わせウェーハとすることができる。また、この結合熱処理で形成された酸化膜除去により、薄膜表面のダメージを低減すると共に、表面の結晶欠陥等を除去できるという犠牲酸化処理と同様の効果を同時に得ることができる。このような結合熱処理を急速加熱・急速冷却装置を用いた熱処理の後に行えば、急速加熱・急速冷却装置の熱処理によって薄膜表面のOSF核やベースウェーハ中の酸素析出核を消滅させているため、その後の酸化性雰囲気下の結合熱処理中に、薄膜表面にOSFが発生したり、ベースウェーハ中に酸素析出物が発生することを抑制することができる。
このような条件の結合熱処理であれば、薄膜表面にOSFが発生することを確実に防止しながら、結合強度の向上を効果的に達成できる。
なお、上記では2枚のシリコン単結晶ウェーハを結合する場合を中心に説明したが、本発明はこれには限定されず、シリコン単結晶ウェーハと絶縁基板(例えば、石英、サファイア、アルミナ基板等)とを直接結合してシリコン単結晶薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する場合にも同様に適用することができる。
(実施例1)
ボンドウェーハ及びベースウェーハとして、直径300mm、結晶方位<100>のシリコン単結晶ウェーハ(両面研磨ウェーハ)を用意し、ボンドウェーハの表面に厚さ200nmの熱酸化膜を形成したのち、この熱酸化膜を通して加速電圧80keV、ドーズ量7×1016/cm2で水素イオンを注入した。その後、貼り合わせ前洗浄を行った後、室温にてベースウェーハと貼り合わせを行い、500℃、30分の剥離熱処理を行って剥離し、貼り合わせSOIウェーハを作製した。
このRTA処理後のSOIウェーハに対し、結合熱処理を行った。熱処理条件は、まず、900℃でパイロジェニック酸化を行ってSOI表面に熱酸化膜を形成後、熱処理雰囲気を酸素が微量に添加されたアルゴンガス雰囲気(Ar/O2=99%/1%)に切り替え、1100℃、2時間の熱処理とした。そして、この熱処理によりSOI層表面に形成された熱酸化膜はHF水溶液にて除去した。
第2の平坦化熱処理後のSOI層表面の表面粗さ(RMS:Root Mean Square)を、AFM(Atomic Force Microscope(原子間力顕微鏡))を用いて測定した。測定範囲は30μm×30μmとし、面内12点の測定を行い平均値を算出した。また、同一条件で作製されたSOIウェーハ100枚について、集光灯下の目視観察によりスリップ転位の発生ウェーハの頻度を測定した。
RTA処理及びバッチ炉の熱処理条件を表1に記載した通りとした以外は、実施例1と同一条件でSOIウェーハの製造と、表面粗さとスリップ転位の評価を行った。
RTA処理及びバッチ炉の熱処理条件を表1に記載した通りとし、かつ、結合熱処理を省略したこと以外は、実施例1と同一条件でSOIウェーハの製造と、表面粗さとスリップ転位の評価を行った。
RTA処理による平坦化熱処理を省略し、バッチ炉の熱処理条件を1200℃、1時間とした以外は、実施例1と同一条件でSOIウェーハの製造と、表面粗さとスリップ転位の評価を行った。
RTA処理による平坦化熱処理条件を1130℃未満である1125℃とし、バッチ炉の熱処理条件を1170℃、1時間とした以外は、実施例1と同一条件でSOIウェーハの製造と、表面粗さとスリップ転位の評価を行った。
RTA処理による平坦化熱処理条件を1150℃、30秒とし、バッチ炉の熱処理条件を1160℃未満である1150℃、1時間とした以外は実施例1と同一条件でSOIウェーハの製造と、スリップ転位の評価を行った。
実施例1〜7、比較例1〜3で製造したSOIウェーハの表面粗さ、スリップ転位の評価結果を表1に記載した。表1において、表面粗さは、比較例1を基準とした相対値として記載した。スリップ転位の合格/不合格の判定基準は、目視による判定(限度見本との比較)により不良と判断された割合が2%以上の場合を不合格とした。
尚、比較例3のSOI層表面はヘイズが悪化したためAFMによる表面粗さは測定せず、不良と判断した。
実施例1〜7、及び、比較例1のベースウェーハ裏面のナノトポグラフィを評価した。ナノトポの評価方法は、ADE社製NanoMapperを用いて評価を行った。具体的な評価方法は以下の通りである。
13…微小気泡層、 14…埋め込み酸化膜、 15…貼り合わせウェーハ、
16…薄膜。
Claims (3)
- 少なくとも、ガスイオンの注入により形成された微小気泡層を有するボンドウェーハと支持基板となるベースウェーハとを接合する工程と、前記微小気泡層を境界としてボンドウェーハを剥離してベースウェーハ上に薄膜を形成する工程とを有するイオン注入剥離法によって貼り合わせウェーハを製造する方法において、
前記剥離工程後、前記薄膜を有する貼り合わせウェーハに、水素を含む雰囲気下で急速加熱・急速冷却装置を用いて1130〜1150℃の温度で熱処理を行った後、不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下でバッチ式炉を用いて1160〜1170℃の温度で熱処理を行い、
前記急速加熱・急速冷却装置を用いた熱処理の後、酸化性雰囲気下で700〜1170℃の温度で結合熱処理を行い、該結合熱処理で形成された前記薄膜表面の酸化膜を除去した後に、前記バッチ式炉を用いた熱処理を行うことを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法。 - 前記結合熱処理として、950℃未満の温度で酸化熱処理を行った後に、5%以下の酸素を含む不活性ガス雰囲気で、1000〜1170℃の温度で熱処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
- 前記ベースウェーハを、両面研磨ウェーハとすることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
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