JPH0387012A

JPH0387012A - 接合ウエハおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH0387012A
Application number: JP15930190A
Authority: JP
Inventors: Takao Miura; 隆雄三浦; Kazunori Imaoka; 今岡　和典
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-06-21
Filing date: 1990-06-18
Publication date: 1991-04-11
Anticipated expiration: 2012-04-30
Also published as: JP2604488B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕接合ウェハおよびその製造方法、特に高品質なシリコン
・オン・インシュレータ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎＩｎｓ
ｕｌａｔｏｒ、　５ｏｌ）ウェハを得るためのＳＯＩウ
ェハの構造とその製造方法に関し、接合Ｓｏｌの製造において、素子基板の端面に鋭角な段
差が生じることによる素子基板の欠けとゴミの発生、お
よび素子基板の割れを防止することができる構造のＳＯ
Ｉとそれの製造方法を提供することを目的とし、２枚以上のウェハを接合した後に生じる接合ウェハの不
連続な端面を端面研削処理によって連続した丸めの端面
とすることを特徴とする接合ウニへの製造方法、および
素子を形成すべき基板および該基板を支持すべき基板を
接合して得られる接合ウェハの端面が連続した曲面を有
することを特徴とする接合ウェハを含み構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は接合ウェハおよびその製造方法、特に高品質な
シリコン・オン・インシュレータ（Ｓｉｌ−ｉｃｏｎ　
ｏｎ　Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ、　５０１）ウェハを得るた
めのＳ○Ｉウェハの構造とその製造方法に関する。

近年の半導体の利用分野は拡大して増々高性能、高品質
なものが求められ、特に、高速化と耐環境化されたデバ
イスが要求されている。このため、Ｓ○■基板を用いた
デバイスが提供されているが、通常のシリコン基板（ウ
ェハ）並みの結晶性が得られず、形成される素子の特性
や歩留りが良くないので、ＳＯＩウェハの結晶性を向上
させる方法が要請されている。

〔従来の技術〕

従来のＳＯＩウェハにおいては、メルト法、ＳＩ　ＭＯ
Ｘ　（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｂｙ　１ｗｐｌａｎｔｅ
ｄ　Ｏｘｙｇｅｎ）法、そして接合法（貼合わせ法）等
が知られている。

しかし、メルト法、ＳＩＭＯＸ法は各れもその製造法の
原理的な問題から、良質な結晶を得ることが極めて難し
いとされている。一方、接合法は、良質な結晶同士を接
着させるので、良質なＳｏｌ基板が得られるという利点
がある。

多層ＬＳＩ構造に有利なメルト法を第４図を参照して説
明すると、第４図（ａ）の模式的な斜視図に示されるよ
うに、表面にｓｈｏ、膜３２が形成されたウェハ３１に
複数個の島３３を形成する。島３３は図面の簡略化のた
め６個しか示していないが、実際にはもっと多くの島が
ウェハ３１全面にわたって形成される。この島３３に単
結晶シリコン領域を形成してデバイスを作るのである。

第４図（ｂ）は島３３の部分の断面図で、ｓｏｒを作る
ために、全面に多結晶シリコン（ポリシリコン）３４を
堆積し、次いでレーザビームを照射してポリシリコンを
溶融すると、第４図（Ｃ）に示されるように、溶融され
たポリシリコンは島３３内に流れ込み、次いで再結晶化
して単結晶シリコン層３６となる。

このメルト法においては、図に線で示す結晶欠陥３７が
Ｓｉｎ、膜３２から発生し、例えば島３３が１０口の大
きさのものである場合、周辺から２　、５　＊＊程度は
結晶欠陥が多く、その結果島の寸法の約３７４において
単結晶シリコン領域を作ることができないという歩留り
上の問題がある。

ＳＩＭＯＸ法では、第５図を参照すると、先ず第５図（
ａ）に示されるように、シリコン基板（ウェハ）４１に
酸素イオン（○＋）を上から注入し、シリコン基板４１
の深さのほぼ中央部分に打ち込んで酸素注入層４２（図
に短い線を交叉させて示す）を形成する。

次いで、第５図（ｂ）に示すように、１２００−１２５
０℃のアニールを行うと、酸素注入層はＳｉｎ、層４３
となって、その上方に５ＯＩ４４が作られる。

しかし、この方法では、５ＯＩ４４内に砂地で示すよう
に酸素４５が残留し、シリコン中の酸素が結晶欠陥の原
因となるので、ＳＩＭＯＸ法で高品質なＳＯＩを得るこ
とは難しい。

そこで接合ＳＯ■が開発されるに至ったもので、この方
法では、表面を酸化した素子基板（素子を形成する方の
基板）とそれの支持基板とを接着した後に、素子基板の
表面を研削し、次いで周辺をエツチングし、最後に研磨
する方法を行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

接合Ｓｏｌを第６図を参照してやや詳細に説明すると、
ＣＺ法で引上げた単結晶シリコンのＣＺ結晶５１の表面
には引上げに際してＣＺ結晶５１を回転させるので多数
の筋５２が形威されている（第６図（ａ））、そこで、
円筒加工によってＣＺ結晶５１表面の面取りを行って表
面を均一に滑らかにする。（第６図（ｂ））。次いで、
オリエンテーション・フラット加工〈オリフラ加工）に
よって第６図（Ｃ）に示すように、ＣＺ結晶５１の一側
面を除去する。

次に、スライシングによって第６図（ｄ）に示されるウ
ェハ５３（厚さ約０．１１１）を作り、それの面取りを
行って第６図（ｅ）に示すように、ウェハ５３の端面を
丸くし、次いでラッピングによって第６図（ｆ）に示さ
れる厚さ５００〜７００μｍのウェハ５３を作り、次い
で研磨によってウェハ５３の表面をミラー表面にするゆ
ウェハの端面を面取りする理由は、ラフピングにおいて
砥粒のまわり込みを良くして砥粒の停滞を防止すること
に加え、でき上がったウェハの搬送、処理において、面
取りしてないとほぼ垂直な端面の形成する角がかけてゴ
ミを生じたリウエハが割れたりすることを回避するため
である。

次に、面取り加工したウェハ５３の表面を酸化してＳｉ
ｎｇ膜５４を形威し、かかるウェハ５３の２枚を第６図
（ｇ）に示すように接着する。図において、上方のもの
は素子基板５３ａ、下方は支持基板５３ｂであり、ウェ
ハの大きさ、酸化膜の膜厚は説明のため誇張して模式的
に画いである。ウェハ５３の表面はミラー表面（鏡面仕
上げ）になっているので、素子基板５３ａと支持基板５
３ｂは室温で貼合わされる。次いで、１２００℃のアニ
ールによってＳｉＯ□膜５４に取込まれた空気に含まれ
る水分のうち水素を除去し、酸素とシリコンの結合によ
って素子基板５３ａと支持基板５３ｂを強固に接合させ
る。

次いで、ラッピングによって素子基板５３ａを上方から
研磨し、第６図（ｈ）に示すように、ＳｉＯ！膜５４全
５４０．２〜１０μｍ程度素子基板５３ａ側を残す。そ
して、前記ラフピングによって鏡面仕上げされた素子基
板５３ａの表面上に次のエツチングによってマスク材と
なるテープ５５を貼りつける。

続いてウェットエツチングによってテープ５５でマスク
されない周辺部分をエツチングする（第６図（ｉ））。

この時、接着面での５ｉ０２膜の厚さは０．１〜５μｍ
程度となり、このＳｉ０ｇ膜がＳＯＩのインシュレータ
である。

第６図（ｉ）に示す周辺エツチング後の素子基板５３ａ
を観察すると、その端面ばほぼ垂直になっていて鋭角な
段差が生じているので、上部の角の部分がウェハの洗浄
や搬送中に生じる振動によって他の物につき当たると角
の部分が欠け、場合によっては素子基板５３ａが割れる
ことが経験された。

また、第６図（ｈ）に示される素子基板５３ａのラッピ
ングにおいて、素子基板５３ａの側面は同図に点線で示
す接着面５６に対して鋭角になっているために、その部
分にラッピングに用いる砥粒がたまり、砥粒の流れが全
般的にみて均一でないので、ラフピングが均一に行われ
ず、ラッピング仕上げ面が完全なミラー表面にならない
問題も経験された。

そこで本発明は、接合Ｓｏｌの製造において、素子基板
の端面に鋭角な段差が生じることによる素子基板の欠け
とゴミの発生、および素子基板の割れを防止することが
できる構造のＳｏｌとそれの製造方法を提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による接合ウェハの製造方法は上記目的達成のた
め、２枚以上のウェハを接合した後に生じる接合ウェハ
の不連続な端面を端面研削処理によって連続した丸めの
端面とするものである。

本発明の接合ウェハの製造方法においては、接合ウェハ
の端面研削を行い、次いで素子を形成すべき基板を薄膜
化する場合であってもよく、前記接合ウェハの端面研削
後更に研磨する場合であってもよい。ここでの素子を形
成すべき基板の薄膜化としては研磨、または研削及び研
磨により行う場合が挙げられる。

本発明の接合ウェハの製造方法においては、接合ウェハ
の素子を形成すべき基板を薄膜化し、次いで接合ウェハ
の端面研削を行う場合であってもよく、前記接合ウェハ
の端面研削後更に研磨する場合であってもよい。ここで
の素子を形成すべき基板の薄膜化としては研磨、または
研削および研磨により行う場合が挙げられる。

本発明による接合ウェハは上記目的達成のため、素子を
形成すべき基板および該基板を支持すべき基板を接合し
て得られる接合ウェハの端面が連続した曲面を有するも
のである。

本発明の接合ウェハにおいては、素子を形成すべき基板
と該基板を支持すべき基板が絶縁膜を介して接合してい
る場合であってもよく、また、接合ウェハの端面が鏡面
になっている場合であってもよい。

〔作用〕

第２図は本発明の原理図で、先ず、第２図（ａ）に示す
ように、素子を形成すべき基板（以下、素子基板という
）１１と素子基板１１を支持すべき基板（以下、支持基
板という）　１２とを接着して接合ウェハ１４を作る。

次いで、第２図（ｂ）に示すように、接合ウェハ１４の
端面を面取りする。続いて、素子基板１１を第１図（ｃ
）に示すように、研削し研磨する。なお、ここでは接合
ウェハ１４の端面を連続した曲面となるように面取りし
た後、素子基板１１を薄膜化する場合であるが、素子基
板を薄膜化した後接合ウェハの端面を面取りする場合で
あってもよい。

すなわち本発明によると、接合した素子基板１１と支持
基板１２（接合ウェハ）の端面の形成する不連続面が端
面を丸めることによって連続した丸みをもった面となり
、従来のような鋭角な段差によって作られる角がなくな
るので、この接合ｓｏＩの洗浄、搬送中の振動によって
端面が他の物に接触したとしても欠けたり割れたりする
ことが防止され、さらには素子基板の研磨が支障なく行
われ素子基板の表面が精度の高いミラー表面となるので
ある。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例により具体的に説明する。

本発明の第１実施例は第１図（ａ）〜（ｃ）の断面図に
示され、これらの図において、説明のためウェハの大き
さ、酸化膜の膜厚は誇張して模式的に示される。素子基
板１１と支持基板１２はそれぞれ端面が面取りされ、そ
れぞれの表面には、形成される素子の種類によって定め
られる膜厚のＳｉ○２膜１３膜形３されている。一般に
２つの５ｉｎ２膜１３を合わせたその膜厚は０．１〜５
．０μｍの範囲内に設定される。これらの基板は、従来
例の場合と同様に先ず室温で機械的に接着され、次いで
１２００℃のアニールを行い、Ｓｉｎ、膜１３中に取込
まれた水分のうち水素を除去し、酸素とシリコンの結合
によって強固に接合されて接合ウェハ１４を構成する。

この状態で２枚の基板によって形成される端面ば不連続
面となっている（第１図（ａ〉）。

次に、第１図（ｂ）に示すように、２枚の基板の接合ウ
ェハ１４の端面の面取りを端面研削処理により行って、
不連続な面であった端面を連続した曲面をもつ端面にす
る。

なお、接合ウェハ１４の不連続な端面の面取りを行うに
は、第３図に示される知られたグラインダーを用い、チ
ャック２１で保持した接合ウェハ１４の端面をグライン
ダーのグラインド面２２に当て、次いでアーム２３でチ
ャック２１を矢印方向に動かして端面を研削する。アー
ム２３は図示していない駆動源に連結され、この駆動源
はアーム２３を自動的に操作するようになっていて、面
取り作業は機械的に自動化して進められる。

次いで、第１図（Ｃ）に示すように、素子基板１１の研
削と研磨（ラフピング）を行う。このラッピングにおい
ては、素子基板１１の側面は、両基板の接着面１５に対
して鈍角を形成するので、砥粒の流れが阻害されること
なくスムーズに行われるので、ラフピングは素子基板１
１の全表面にわたって均一に高精度になされてミラー表
面が形成される。

なお、ここでの研削としては例えばダイヤモンド砥石で
削る場合が挙げられ、また、研磨としては、例えばア旦
ン系水溶液とコロイダルミリ力を研磨剤として研磨面に
供給し、研磨布（ポリエステル不織布等）で磨く場合が
挙げられる。

上記した第１実施例は、素子基板１１、支持基板１２が
それぞれ面取りされたものを用いる例であるが、本発明
の第２実施例では、第１図（ｄ）に示されるそれぞれが
面取りされていない素子基板１１ａと支持基板１２３と
を用いる。この第２実施例でも、接合ウェハ１４を端面
研削処理により面取りすると第１図（ｂ）の構造が得ら
れ、それを研削および研磨して第１図（ｃ）に示される
接合Ｓｏｌが得られる。

本発明の第３実施例では、第１図（ｅ）に示すように、
面取りした支持基板１２（素子基板１１）と面取りして
いない素子基板１１ａ（支持基板１２ａ）とを用いるも
ので、この接合ウェハを端面研削処理により面取りする
と第１図（ｂ）の構造が、また研削および研磨すると第
１図（ｃ）の構造が得られる点は第１実施例の場合と同
様である。

以上の例では、素子基板と支持基板の双方が表面酸化さ
れたものであったが、支持基板１２は素子基板を支持す
るだけであるので、両者の接着面での絶縁膜（ＳｉＯｘ
膜）の膜厚が素子基板に形成される素子のために十分な
絶縁性をもつものであれば、いずれか一方のウェハの表
面酸化を省くことができる。さらには、素子基板、支持
基板も、面取りしたものやしていないものも用いうるか
ら次の組み合わせが可能である。

（木頁、以下余白）第４実施例の素子基板の表面が酸化されたものである例
は第１図＜ｆ）に示され、この場合ウェハが第１図（ｇ
）、、、（ｈ）に示される順に端面研削処理により面取
りされ、研削、研磨される。また、支持基板の表面のみ
が酸化された例は第１図（ｉ）、（ｊ）、（ｋ）に示さ
れる。

第５実施例は、第１図（Ｎ）に示すように、表面が酸化
され、かつ面取りしていない素子基板１１ａ　（支持基
板１２ａ）と面取りしていない支持基板１２ａ　（素子
基板１１ａ）とを用いるもので、この接合ウェハを端面
研削処理により面取りすると第１図（ｇ）（第１図（ｊ
））の構造が、また研削および研磨すると第１図（ｈ）
（第１図（ｋ））の構造が得られる。

第６実施例は第１図（ｍ）、（ｎ）に示すように、いず
れか一方のみ面取りされ、かついずれか一方のみ表面酸
化されている場合であり、第１図（ｍ）に示される接合
ウェハを端面研削処理による面取り、研削、研磨すると
第１図（ｈ）の構造が得られ、また第１図（ｎ）に示さ
れる接合ウェハを端面研削処理による面取り、研削、研
磨すると第１図（ｋ）の構造が得られる。

上記第１〜第６実施例では、素子基板と支持基板の少な
くも一方に酸化膜を有し接着面に酸化膜を有する場合で
あったが、素子基板、支持基板共酸化膜を有さないもの
を接着した接合ウェハの場合であってもよい。この場合
、多量の欠陥を有する支持基板とほとんど欠陥を有さな
い素子基板とで構成すれば接着面に酸化膜を有する場合
よりもゲッタリング能力を向上させることができる。以
下に各態様を示す。

（本頁、以下余白）第７実施例は、第１図（ｏ）に示されるように、素子基
ｔＪｊＥ　１１、支持基板１２共面取りされた接合ウェ
ハを第１図（ｐ）、（ｑ）の順に端面研削処理による面
取り、研削、研磨した場合である。

第８実施例は第１図（ｒ）に示すように、各々面取りさ
れていない素子基板１１ａと支持基板１２ａとを用いる
場合であり、また第９実施例は第１図（Ｓ）に示すよう
に、いずれか一方のみ面取りした場合であり、両者共端
面研削処理による面取りすると第１図（ｐ）の構造が得
られ、更に研削、研磨すると第１図（ｑ）の構造が得ら
れる。

なお、第１〜第９実施例では、支持基板と素子基板を接
着し、端面研削処理による面取りを行って不連続な端面
を連続した曲面にした後、素子基板を研削および研磨す
る場合について説明したが、第１図（１）〜（Ｖ）に示
すように、接合ウニハエ４の素子基板１１を研削および
研磨（この研磨は次の面取り後に行ってもよい）した後
、端面研削処理による面取りを行う場合であってもよい
。この場合、各々表面酸化され、かつ各々面取りされた
接合ウェハを用いる場合であるが、第２〜第９実施例の
各態様の接合ウェハにこの製造方法を適用させることが
できる。本方法により、基板の面取形状は、表裏面で対
称となり割れ欠けの防止により大きな効果が期待できる
。

また、上記第１図で説明した各実施例は、接合ウェハの
不連続な端面を端面研削処理による面取りを行って連続
した曲面にする場合について説明したが、この端面研削
処理後、更に研磨してミラー面にする場合であってもよ
い。

本発明においては、第１図（Ｗ）に示すように、素子基
板１１と支持基板１２が酸化膜１３を介して接合してい
る接合ウェハ１４において、少な（とも素子基板１１の
端面が酸化膜１３の端面よりも突出していないものであ
ってもよく、この場合、突出しているものよりもはがれ
難くすることができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、接合Ｓ○■の製造方法に
おいて、２枚のウェハを貼り合わせた接合ウェハの不連
続な端面を面取りして丸めることによって、欠けや割れ
を防止することができ、異物の発生が少なくなり、ゴミ
の発生による欠陥やパターン不良が減少するだけでなく
、接合ウェハを面取りすることによって素子基板の研削
と研磨が高精度に行われる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｗ）は本発明実施例の断面図、第２図
は本発明の詳細な説明する断面図、第３図は面取り工程
を示す図、第４図はメルト法を示す図で、その（ａ）は斜視図、そ
の（ｂ）と（Ｃ）は断面図、第５図はＳＩＭＯＸ法を示す断面図、第６図は接合ＳＯｘ法を示す図で、その（ａ）はＣＺ結
晶の正面図、（ｂ）はＣＺ結晶の円筒加工後の正面図、
（ｃ）はＣＺ結晶のオリフラ加工後の正面図、（ｄ）〜
（ｆ）はウェハの斜視図、その（ｇ）〜（ｉ）は接合ウ
ェハの断面図である。１１、１１ａ・・・・・・素子基板１２．１２ａ・・・・・・支持基板１３・・・・・・Ｓｉｎ、膜、１４・・・・・・接合ウェハ、１５・・・・・・接着面、２１・・・・・・チャンク、２２・・・・・・グラインド面、２３・・・・・・アーム、５１・・・・・・ＣＺ結晶、５２・・・・・・筋、５３・・・・・・ウェハ、５３ａ・・・・・・素子基板、５３ｂ　・・・・・・支持基手反、５４・・・・・・Ｓｉ０ｇ膜、５５・・・・・・テープ、（素子を形成すべき基板）、（素子基板を支持すべき基板）５６・・・・・・接着面。第２図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２枚以上のウェハ（１１、１２、１１ａ、１２ａ
）を接合した後に生じる接合ウェハ（１４）の不連続な
端面を端面研削処理によって連続した丸めの端面とする
ことを特徴とする接合ウェハの製造方法。
（２）前記接合ウェハ（１４）の端面研削を行い、次い
で素子を形成すべき基板（１１、１１ａ）を薄膜化する
ことを特徴とする請求項１記載の接合ウェハの製造方法
。
（３）前記接合ウェハ（１４）の端面研削後、更に研磨
することを特徴とする請求項２記載の接合ウェハの製造
方法。
（４）前記素子を形成すべき基板（１１、１１ａ）の薄
膜化を研磨、または研削及び研磨により行うことを特徴
とする請求項２または３記載の接合ウェハの製造方法。
（５）前記接合ウェハ（１４）の素子を形成すべき基板
（１１、１１ａ）を薄膜化し、次いで接合ウェハ（１４
）の端面研削を行うことを特徴とする請求項１記載の接
合ウェハの製造方法。
（６）前記接合ウェハ（１４）の端面研削後、更に研磨
することを特徴とする請求項５記載の接合ウェハの製造
方法。
（７）前記素子を形成すべき基板（１１、１１ａ）の薄
膜化を研磨、または研削及び研磨により行うことを特徴
とする請求項５または６記載の接合ウェハの製造方法。
（８）素子を形成すべき基板（１１、１１ａ）および該
基板を支持すべき基板（１２、１２ａ）を接合して得ら
れる接合ウェハ（１４）の端面が連続した曲面を有する
ことを特徴とする接合ウェハ。
（９）前記素子を形成すべき基板（１１、１１ａ）と該
基板を支持すべき基板（１２、１２ａ）が絶縁膜（１３
）を介して接合していることを特徴とする請求項８記載
の接合ウェハ。
（１０）前記接合ウェハ（１４）の端面が鏡面になって
いることを特徴とする請求項８記載の接合ウェハ。