JPH10270298A - 張り合わせ基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 張り合わせ後の活性層用ウェーハの外周部の
研削時、支持基板用ウェーハの表面を傷つけない。面取
り後の活性層用ウェーハの表面平滑性を向上する。活性
層用ウェーハの取り扱いでの良好な機械的強度を確保す
る。 【解決手段】 張り合わせ前に活性層用ウェーハ１の外
周部を表面１ｂ側から厚さ２００μｍ〜ウェーハ厚さの
１／２だけホイール３により機械的面取りする。その結
果、張り合わせ後の面取りに比べて支持基板用ウェーハ
２の外周部表面を傷つけず、かつ活性ウェーハの取り扱
い良好な強度が確保できる。また、面取り部の内周側部
１ａの山頂部Ｅ２は、ホイール３の滑らかな部分で研削
するので、表面１ｂの外周縁の平滑性を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は張り合わせ基板の
製造方法、例えばＳｉ／Ｓｉ基板（直接張り合わせ基
板）、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔ
ｏｒ）基板などの張り合わせ基板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＳＯＩ基板の製造では、その一つの方法
として以下の方法が知られている。すなわち、絶縁膜
（ＳｉＯ₂）を挟んで支持基板用シリコンウェーハと活
性層用シリコンウェーハとを室温で重ね合わせ、その
後、熱処理を行う。さらに、この張り合わせ基板では、
その活性層用ウェーハの外周部を面取りしている。張り
合わせ不良領域を除去するためである。その後、この活
性層用ウェーハの表面を研削し、研磨することにより、
所定の厚さのシリコン活性層を有する張り合わせ基板を
作製している。

【０００３】この張り合わせ後の面取りは、具体的に
は、活性層用ウェーハの外周部を面取り用ホイールによ
って機械的に研削し、その後、この面取り面をエッチン
グしてその加工ダメージを除去するものである。この加
工ダメージの除去方法としては、図３に示すように、張
り合わせ基板を多数枚ギャザーしてのディッピングによ
るエッチングが知られている。このギャザーエッチング
は、活性層用ウェーハ１００の表面１００ａ同士を重ね
合わせながら、所定枚数の張り合わせ基板１０１を順次
積層し、その後、この積層体１０２をウェーハ軸線ａを
中心に回転しつつ、各ウェーハ周縁部を一括してエッチ
ング液１０３に浸す方法である。なお、図３において、
１０４は支持基板用ウェーハ、１０４ａはこの支持基板
用ウェーハ１０４の表面に形成されたＳｉＯ₂膜であ
る。

【０００４】また、従来技術として、例えば特開平４−
８５８２７号公報に記載の「半導体装置の製造方法」が
知られている。この従来法は、張り合わせ前に、活性層
用ウェーハのウェーハ外周部を面取りしている。その
後、この面取り側の面を張り合わせ面として、活性層用
ウェーハと支持基板用ウェーハとを張り合わせる。次い
で、活性層用ウェーハの表面を研削、研磨等を施すもの
である。

【０００５】この方法では、張り合わせ前の活性層用ウ
ェーハに機械的面取りを施している。したがって、面取
りされたウェーハ外周部のエッチングを、単体で実施で
きることとなる。なお、同公報の実施例に開示された記
載内容によれば、活性層用ウェーハの外周部の具体的な
面取り厚さは、通常、６００μｍ前後あるウェーハ厚さ
のうちの５０μｍ程度であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の方法では、以下の不都合があった。すなわ
ち、前述したように活性層用ウェーハの外周部の面取り
厚さが５０μｍくらいでは面取り厚さが小さいので、張
り合わせ後の活性層用ウェーハの表面研削時に、砥石で
あるホイールにより支持基板用ウェーハの外周部の表面
を傷つけてしまうおそれがあった。

【０００７】また、図４に示すように、面取り厚さが５
０μｍ程度では、ホイール２００のエッジ部２００ａに
よって活性層用ウェーハ２０２の外周部を研削すること
になる。このエッジ部２００ａは、一般的に、度重なる
研削により荒れている場合が多い。図４は、従来手段に
係る活性層用ウェーハ外周部の面取り工程の説明であ
る。このとき、活性層用ウェーハ２０２は回転するチャ
ック２０１に固定される。また、このような荒れたエッ
ジ部２００ａでの面取りは、比較的荒れの少ない中間部
２００ｂでの場合よりも、研削されるウェーハ外周部に
面荒れが起き易い。このエッジ部での面取りの結果、図
５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、この面取り部
分の内周側部２０２ａが荒くなり、活性層用ウェーハ２
０２の表面２０２ｂの外周縁に微細な突起ができること
があった。この突起を原因として、張り合わせ加熱後
に、ウェーハ間にボイドが発生するという問題点があっ
た。なお、図５（ａ）は従来手段に係る面取り後の活性
層用ウェーハの外周部の拡大断面図である。図５（ｂ）
は同じくそのウェーハ外周部の拡大平面図である。

【０００８】そこで、面取り厚さを例えばウェーハ厚さ
６００μｍ中の５００μｍなど、ほぼウェーハ厚さと同
じにすることが考えられる。しかしながら、研削量がウ
ェーハ厚さの１／２を超えてしまうと、活性層用ウェー
ハ２０２のウェーハ外周部の機械的強度が大幅に低下す
るという問題点があった。しかも、この面取り部分の内
周側部２０２ａに、面取りによる加工ダメージが残存し
たままでは、張り合わせ後の熱処理時に、この加工ダメ
ージに起因したスリップが生じるという問題点があっ
た。

【０００９】

【発明の目的】そこで、この発明は、面取りされた活性
層用ウェーハの表面の外周縁における平滑性を向上で
き、かつ、そのウェーハ外周部の機械的強度を低下させ
ることがなく、さらに、張り合わせ後の活性層用ウェー
ハの表面研削時に、支持基板用ウェーハの外周部の表面
を傷つけにくい張り合わせ基板の製造方法を提供するこ
とを、その目的としている。また、この発明は、張り合
わせ熱処理時に、面取りによる加工ダメージに起因した
活性層用ウェーハのスリップ発生を防止できる張り合わ
せ基板の製造方法を提供することを、その目的としてい
る。さらに、この発明は、面取りされた活性層用ウェー
ハの表面全体における平滑性を向上できて、ウェーハ間
の張り合わせ強度を増大できる張り合わせ基板の製造方
法を提供することを、その目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、支持基板用ウェーハと活性層用ウェーハとを張り合
わせた張り合わせ基板の製造方法において、上記活性層
用ウェーハの外周部を片面側から厚さ２００μｍ〜ウェ
ーハ厚さの１／２だけ機械的面取りする工程と、上記面
取り側の面を張り合わせ面として、上記活性層用ウェー
ハと上記支持基板用ウェーハとを張り合わせ、その後に
熱処理する工程と、上記張り合わせ後の活性層用ウェー
ハの表面を、上記面取り部分に達するまで研削する工程
と、この研削面を研磨する工程とを備えた張り合わせ基
板の製造方法である。

【００１１】活性層用ウェーハの外周部の好ましい機械
的面取り厚さは、２００μｍ〜ウェーハの厚さの１／２
である。２００μｍ未満では、活性層用ウェーハと支持
基板用ウェーハとの張り合わせ後の活性層用ウェーハの
表面研削時に、支持基板用ウェーハの周縁部の表面側を
傷つけてしまうおそれがある。一方、ウェーハ厚さの１
／２を超えると、ウェーハ外周部の機械的強度が大幅に
低下するおそれがある。

【００１２】活性層用ウェーハの外周部の半径方向の機
械的面取り幅は、０．８〜５．０ｍｍ、特に１〜３ｍｍ
が好ましく、０．８ｍｍ未満では各ウェーハの外周研磨
だれに起因する接合不良が起き易くなり、また５．０ｍ
ｍを超えると活性層としての有効エリアが小さくなる。
また、張り合わせ後の活性層用ウェーハの表面の研削厚
さは、少なくとも面取り部分に達していればよく、限定
されない。

【００１３】請求項２に記載の発明は、上記活性層用ウ
ェーハの外周部の面取り後、さらに面取り時の加工ダメ
ージを除去する仕上げ面取りを行う請求項１に記載の張
り合わせ基板の製造方法である。仕上げ面取りは、面取
り部分を＃６００〜＃８００の低番手の砥粒を有するホ
イールで粗研削した後に施される。この仕上げ面取りの
方法としては、例えば＃１５００〜＃２０００の高番手
の砥粒を有するホイールで細研削したり、これに加えて
さらに特殊な研磨布を用いるＰＣＲ（Ｐｏｌｉｓｈｉｎ
ｇ ＣｏｒｎｏｒＲｏｕｎｄｉｎｇ）を施す方法などが
採用できる。

【００１４】請求項３に記載の発明は、上記活性層用ウ
ェーハと上記支持基板用ウェーハとを張り合わせる前
に、上記活性層用ウェーハの張り合わせ面を表面仕上げ
研磨する請求項１または請求項２に記載の張り合わせ基
板の製造方法である。ここでいう表面仕上げ研磨とは、
表面基準のワックスレス研磨であって、その研磨量が
０．１μｍ未満の研磨をいう。活性層用ウェーハの表面
仕上げ研磨後は、通常、ＳＣ１（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃ
ｌｅａｎｉｎｇ １）洗浄、「ＳＣ１＋ＨＦ」洗浄、
「ＳＣ１＋希塩酸」洗浄、または、「ＳＣ１＋ＨＣｌ／
ＨＦ」洗浄による活性層用ウェーハの表面の洗浄を行
う。

【００１５】

【作用】この発明によれば、支持基板用ウェーハに張り
合わせる前に、予め活性層用ウェーハの外周部の表面側
に、厚さ２００μｍ〜ウェーハ厚さの１／２という機械
的面取りを行う。すなわち、従来の張り合わせ後におけ
る活性層用ウェーハの外周部の面取りでは、研削厚さが
例えば５０μｍ程度と小さかったので、張り合わせ後の
研削で使用される砥石により支持基板用ウェーハの外周
部の表面側部分を傷つけ易かったが、この発明では、こ
の厚さが２００μｍ〜ウェーハ厚さの１／２と比較的厚
いので、そのおそれが減少する。

【００１６】しかも、図２（ａ）に示すように、砥石で
あるホイール３の下部エッジ３ａは、管理が困難で、使
用により荒れ易い。この下部エッジ３ａにより研削する
箇所が、活性層用ウェーハ１における面取り部の内周側
部１ａの谷底部Ｅ１だけとなり、一方活性層用ウェーハ
１の表面１ｂに接する山頂部Ｅ２は、ホイール３の比較
的滑らかな中間部３ｂで研削されるので荒れが少ない。
よって、面取りされた活性層用ウェーハ１の表面の外周
縁には、機械的面取りに起因する微細な突起ができにく
く、この活性層用ウェーハ１の表面１ｂおよび外周縁１
ａおける平滑性を向上できる。図２（ａ）は、活性層用
ウェーハの外周部の面取り工程を示す説明図である。

【００１７】次いで、面取り側の面を張り合わせ面にし
て、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを張り合
わせ（室温で重ね合わせ）、その後熱処理する。支持基
板用ウェーハの外周部の表面は、このように比較的平滑
性が良好であり、しかもこの研削量は、ウェーハ厚さの
１／２を超えていないので、活性層用ウェーハの外周部
の機械的強度が、ウェーハの取り扱いに支障のない範囲
に保たれる。その後、張り合わせ後の活性層用ウェーハ
の表面を面取り部分に達するまで研削し、さらにこの研
削面を研磨して張り合わせ基板を製造する。

【００１８】特に、請求項２に記載の発明によれば、活
性層用ウェーハの外周部を面取りした後、さらに仕上げ
面取りを施して、この面取り時の加工ダメージを除去す
るので、張り合わせ熱処理時に、面取りによる加工ダメ
ージに起因した活性層用ウェーハのスリップ発生を防止
できる。

【００１９】また、請求項３に記載の発明によれば、活
性層用ウェーハは、支持基板用ウェーハと張り合わされ
る前に、張り合わせ面の表面仕上げ研磨を行うので、機
械的面取りによる影響を除去することができる。すなわ
ち、張り合わせ熱処理後にウェーハ外周部間に発生する
ボイドの原因となる機械的面取り加工による影響を排除
することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を図面を
参照して説明する。なお、ここでは張り合わせ基板とし
て、ＳＯＩ基板を例に説明する。図１は、この発明の一
実施例に係る張り合わせ基板の製造方法のフローシート
である。図２（ａ）は、活性層用ウェーハの外周部の機
械的面取り工程を示す説明図である。図２（ｂ）は、仕
上げ面取り工程後の活性層用ウェーハの外周部の拡大断
面図である。

【００２１】実施例によれば、厚さ６２０μｍのシリコ
ン製の活性層用ウェーハ１（鏡面研磨ウェーハ）を予め
用意する。また、この活性層用ウェーハ１と同一素材お
よび同一口径の支持基板用ウェーハ２（鏡面研磨ウェー
ハ）の表面に、絶縁膜である酸化膜（ＳｉＯ₂）２ａを
形成しておく。次に、活性層用ウェーハ１の外周部を表
面側から、ウェーハ半径方向内方へ３ｍｍ、厚さ２５０
μｍだけ、ホイール３を用いて機械的面取りする。この
際、図２（ａ）に示すように、この機械的面取りに使用
する＃８００番手の砥粒を有するホイール３の下部エッ
ジ３ａは比較的面荒れがひどい。このため、活性層用ウ
ェーハ１の内周側部１ａのうち、下部エッジ３ａで研削
される谷底部Ｅ１の表面が荒れてしまう。

【００２２】一方、活性層用ウェーハ１の表面１ｂと接
している山頂部Ｅ２は、ホイール３の比較的滑らかな中
間部３ｂにより研削されるので荒れは小さい。したがっ
て、機械的面取り時に、活性層用ウェーハ１の外周縁上
に、面取りホイール３による傷を付けにくくなる。この
結果、機械的面取り後、活性層用ウェーハ１の表面１ｂ
の外周縁における平滑性が向上する。

【００２３】続いて、図２（ｂ）に示すように、この活
性層用ウェーハ１の外周部の機械的面取り部分を仕上げ
面取りする。この仕上げ面取りは、＃１５００〜＃２０
００程度の高番手の砥石（面取りホイール）により面取
り部の露出面を仕上げて、研削時の加工ダメージを小さ
くする。その後、エッチングやＰＣＲ研磨により、加工
ダメージをさらに除去する。このように、仕上げ面取り
を施して機械的面取り時の加工ダメージを除去するよう
にしたので、張り合わせ熱処理時に、この面取りダメー
ジに起因した活性層用ウェーハ１のスリップなどの発生
を防止できる。

【００２４】それから、張り合わせ前の活性層用ウェー
ハ１の表面１ｂを仕上げ研磨する。仕上げ研磨は、表面
基準のワックスレスマウント式での０．１μｍ未満のメ
カノケミカル研磨で行う。仕上げ研磨後は、通常、ＳＣ
１洗浄、ＳＣ１洗浄＋ＨＦ洗浄、ＳＣ１洗浄＋希塩酸で
の洗浄、または、ＳＣ１洗浄＋ＨＣｌ／ＨＦによる洗浄
により、活性層用ウェーハの表面の洗浄を行う。このよ
うに、張り合わせ前の活性層用ウェーハ１の表面１ｂに
仕上げ研磨を施すようにしたので、上記機械的面取りに
よるこの表面１ｂへの影響を、ほぼ完全に除去できる。

【００２５】次いで、面取り側の表面１ｂを張り合わせ
面として、活性層用ウェーハ１と支持基板用ウェーハ２
とを室温で張り合わせ、所定の張り合わせ熱処理を行う
（例えば１１００℃、２時間）。この結果、支持基板用
ウェーハ２に活性層用ウェーハ１が酸化膜２ａを介して
張り合わされることとなる。なお、活性層用ウェーハ１
の面取り厚さを、ウェーハ厚さの１／２を超えない２５
０μｍとしたので、活性層用ウェーハ１の直径は最大径
を維持される。これにより、例えば活性層用ウェーハ１
と支持基板用ウェーハ２の外周部の一部分を合わせた
後、ウェーハ外周部の反対部分へ向かって徐々に接合し
ていく張り合わせ方法において、活性層用ウェーハ１の
張り合わせ中心に位置ずれを生じさせることなく、ウェ
ーハ１、２を張り合わせできる。しかも、活性層用ウェ
ーハ１の外周部の厚さが３７０μｍと、それほど薄くな
らないので、この外周部の機械的強度がウェーハの取り
扱いに支障がない範囲となる。

【００２６】その後、活性層用ウェーハ１を表面１ｃ側
から面取り部分に達するまで比較的低番手の砥粒を有す
るホイールにより粗研削する。そして、活性層用ウェー
ハ１の外周部の残厚が目的厚さ＋５μｍとなるまで、比
較的高番手の砥粒を有するホイールにより細研削する。
このように、張り合わせ前のウェーハ外周部の機械的面
取りを採用し、かつ活性層用ウェーハ１の面取り厚さを
従来の５０μｍより大きい２５０μｍとしたので、活性
層用ウェーハ１の表面研削時に、ホイールにより支持基
板用ウェーハ２の外周部の表面側を傷つけることがな
い。それから、この表面研削後の表面１ｄを研磨する。
これにより所定厚さ（例えば１０μｍ）の活性層が支持
基板用ウェーハ２上に絶縁膜を介して配設されたＳＯＩ
基板を得ることができる。なお、活性層ウェーハに酸化
膜を付しても上記実施例の場合と同じである。

【００２７】

【発明の効果】この発明に係る張り合わせ基板の製造方
法によれば、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハの
張り合わせ前に、活性層用ウェーハの外周部の片面側
を、厚さ２００μｍ〜ウェーハ厚さの１／２だけ機械的
面取りするようにしたので、張り合わせ後の活性層用ウ
ェーハの表面研削時に、支持基板用ウェーハの外周部の
表面側を傷つけにくい。また、この機械的面取り後にお
いて、活性層用ウェーハの表面の外周縁における平滑性
を向上できる。しかも、このウェーハ外周部の機械的強
度を、ウェーハの取り扱いがし易い範囲に保持できる。

【００２８】特に、請求項２に記載の張り合わせ基板の
製造方法によれば、活性層用ウェーハの外周部を機械的
面取りした後、仕上げ面取りにより機械的面取り時の加
工ダメージを除去するようにしたので、張り合わせ後の
熱処理時に、面取りによる加工ダメージに起因した活性
層用ウェーハのスリップ発生を防止できる。

【００２９】また、請求項３に記載の張り合わせ基板の
製造方法によれば、ウェーハ張り合わせ前に、活性層用
ウェーハの張り合わせ面の表面仕上げ研磨を行うように
したので、ウェーハ外周部における機械的面取りの影響
を排除することができる。この結果、張り合わせ熱処理
時にウェーハ外周部間にボイドが発生することを抑制で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る張り合わせ基板の製
造方法の概略を示すフローシートである。

【図２】（ａ）はこの発明の一実施例に係る活性層用ウ
ェーハの外周部の機械的面取り工程を示す説明図であ
る。（ｂ）はこの発明の一実施例に係る仕上げ面取り工
程後の活性層用ウェーハの外周部の拡大断面図である。

【図３】従来手段に係るウェーハ外周部の面取り加工で
の加工ダメージの除去工程の説明図である。

【図４】従来手段に係る活性層用ウェーハ外周部の面取
り工程の説明図である。

【図５】（ａ）は従来手段に係る面取り後の活性層用ウ
ェーハの外周部の拡大断面図である。（ｂ）は同じくそ
のウェーハ外周部の拡大平面図である。

【符号の説明】

１ 活性層用ウェーハ、 １ａ 内周側部、 １ｂ 表面、 ２ 支持基板用ウェーハ、 ３ ホイール。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持基板用ウェーハと活性層用ウェーハ
   とを張り合わせた張り合わせ基板の製造方法において、 上記活性層用ウェーハの外周部を片面側から厚さ２００
   μｍ〜ウェーハ厚さの１／２だけ機械的面取りする工程
   と、 上記面取り側の面を張り合わせ面として、上記活性層用
   ウェーハと上記支持基板用ウェーハとを張り合わせ、そ
   の後に熱処理する工程と、 上記張り合わせ後の活性層用ウェーハの表面を、上記面
   取り部分に達するまで研削する工程と、 この研削面を研磨する工程とを備えた張り合わせ基板の
   製造方法。
2. 【請求項２】 上記活性層用ウェーハの外周部の機械的
   面取り後、さらに面取り時の加工ダメージを除去する仕
   上げ面取りを行う請求項１に記載の張り合わせ基板の製
   造方法。
3. 【請求項３】 上記活性層用ウェーハと上記支持基板用
   ウェーハとを張り合わせる前に、上記活性層用ウェーハ
   の張り合わせ面を表面仕上げ研磨する請求項１または請
   求項２に記載の張り合わせ基板の製造方法。