説明

SOIウェーハの製造方法

【課題】 本発明は、イオン注入剥離法により剥離した場合に生ずるテラス幅を制御でき、また、歩留りの低下の原因となるテラス部のSOI島の発生を防止することができるSOIウェーハの製造方法を提供することにある。
【解決手段】 ボンドウェーハの表面からガスイオンをイオン注入してイオン注入層を形成し、該ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを絶縁膜を介して貼り合わせ、イオン注入層でボンドウェーハを剥離することによりSOIウェーハを作製するSOIウェーハの製造方法において、イオン注入層でボンドウェーハを剥離する前の貼り合わせウェーハを、絶縁膜が溶解可能な液体に浸漬するか、絶縁膜が溶解可能な気体に曝すことによって、ボンドウェーハとベースウェーハの間に位置する絶縁膜を、貼り合わせウェーハの外周端から中心方向へエッチングする工程を有することを特徴とするSOIウェーハの製造方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、イオン注入したウェーハを結合後に剥離してSOIウェーハを製造する、いわゆるイオン注入剥離法を用いたSOIウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
イオン注入剥離法は、水素イオン又は希ガスイオンを注入した鏡面研磨ウェーハ(ボンドウェーハ)を支持体となるベースウェーハと結合後にイオン注入層で剥離してSOIウェーハを製造する方法であるが、剥離後のSOIウェーハの外周部ではSOI層が転写されず、ベースウェーハの表面が露出したテラス部が生じる。これは、鏡面研磨ウェーハの外周部の数mm程度ではウェーハの平坦度が悪くなる為に貼り合わせたウェーハ間の結合力が弱く、SOI層がベースウェーハ側に転写されにくいことが主な原因である。
【0003】
このSOIウェーハのテラス部を光学顕微鏡で観察すると、SOI層とテラス部の境界に、SOI層が島状に孤立したSOI島が観察される。これは、SOI層の転写される平坦度の良好な領域と転写されない平坦度の悪い領域との遷移領域で発生すると考えられる。このようなSOI島は、デバイス作製プロセスでウェーハから剥がれ、シリコンパーティクルとなってデバイス作製領域に再付着してデバイスの不良の原因となってしまうことが予想される(特許文献1参照)。
【0004】
また、イオン注入剥離法においては、上記テラス部の幅(以下、テラス幅)は貼り合わせるウェーハの外周部の平坦度(研磨ダレの度合)によって決まる為、貼り合わせた後でテラス幅を制御することは困難で、例えばSOIウェーハのテラス部にレーザーマーク等をデバイス工程でマーキングする場合にテラス幅が狭すぎてマーキングできないことが懸念されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2002−305292号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、イオン注入剥離法により剥離した場合に生ずるテラス幅を制御でき、また、歩留りの低下の原因となるテラス部のSOI島の発生を抑制することができるSOIウェーハの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明によれば、シリコン単結晶からなるボンドウェーハの表面から水素または希ガスのうち少なくとも1種類のガスイオンをイオン注入してイオン注入層を形成し、該ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを絶縁膜を介して貼り合わせ、前記イオン注入層でボンドウェーハを剥離することによりSOIウェーハを作製するSOIウェーハの製造方法において、前記イオン注入層でボンドウェーハを剥離する前の貼り合わせウェーハを、前記絶縁膜が溶解可能な液体に浸漬するか、前記絶縁膜が溶解可能な気体に曝すことによって、前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハの間に位置する前記絶縁膜を、前記貼り合わせウェーハの外周端から中心方向へエッチングする工程を有することを特徴とするSOIウェーハの製造方法を提供する。
このように、ボンドウェーハとベースウェーハの間に位置する絶縁膜を、貼り合わせウェーハの外周端から中心方向へエッチングすることにより、テラス幅を制御することができ、イオン注入剥離法により剥離した場合に特有の欠陥であるSOI島の発生を防止することができる。
【0008】
また、前記ボンドウェーハとベースウェーハの貼り合わせを室温で行い、その後、熱処理を行うことなく、前記絶縁膜のエッチングを行うことが好ましい。
このように、ボンドウェーハとベースウェーハの貼り合わせを室温で行うことによって、接着剤などを用いることなくウェーハ同士を接着させることができる。更に、その後熱処理を行うことなく、絶縁膜のエッチングを行うことによって、絶縁膜のエッチング前にイオン注入層でボンドウェーハが剥離してしまうことを防ぐことができ、また、より正確にテラス幅を制御することができ、SOI島を防止することができる。
【0009】
また、前記ボンドウェーハとベースウェーハの貼り合わせを室温で行い、その後、前記イオン注入層において剥離が発生しない低温熱処理を行った後に、前記絶縁膜のエッチングを行うことが好ましい。
このように、ボンドウェーハとベースウェーハの貼り合わせを室温で行い、その後イオン注入層において剥離が発生しない低温熱処理を行った後に、絶縁膜のエッチングを行うことで、より正確にテラス幅を制御することができ、SOI島を防止することができる。
【0010】
また、前記絶縁膜のエッチングを、前記貼り合わせウェーハの外周端から中心方向へ0.5mm以上10mm以下の範囲内で行うことが好ましい。
このように、絶縁膜のエッチングを、貼り合わせウェーハの外周端から中心方向へ0.5mm以上10mm以下の範囲内で行うことによって、テラス部にレーザーマーク等をデバイス工程で作製する場合に、適当なテラス幅を得ることができ、また、SOI島の発生をより確実に防止することができる。
【0011】
また、前記絶縁膜のエッチングを、前記絶縁膜が酸化膜、窒化膜、又はこれらの積層構造である貼り合わせウェーハを用い、該貼り合わせウェーハをHF含有水溶液又はリン酸に浸積することによって行うことができる。また、前記絶縁膜のエッチングを、前記絶縁膜が自然酸化膜である貼り合わせウェーハを用いて行うこともできる。
【0012】
また、前記絶縁膜のエッチングが行われた前記貼り合わせウェーハを、前記シリコン単結晶が溶解可能な液体に浸漬するか、前記シリコン単結晶が溶解可能な気体に曝すことによって、前記ボンドウェーハの貼り合わせ面側から少なくとも前記イオン注入層の深さまでの外周端部を、少なくとも前記エッチングされた絶縁膜の外周端までエッチング(以下、Siエッチング)した後、前記ボンドウェーハの剥離を行うことが好ましい。
このようなSiエッチングにより、デバイス作製工程で異物となりうる部分を予め除去することができる。
【発明の効果】
【0013】
以上説明したように、本発明のSOIウェーハの製造方法を用いれば、テラス幅を制御することができ、イオン注入剥離法により剥離した場合に特有の欠陥であるSOI島の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明のSOIウェーハの製造方法を示す説明図である。
【図2】本発明のSOIウェーハの別の製造方法を示す図である。
【図3】貼り合わせウェーハをHF水溶液に浸漬した際の、浸漬条件(HF水溶液濃度と浸漬時間)の変化によるボンドウェーハ側の酸化膜の外周端からの浸食状況を観察した顕微鏡写真である。
【図4】貼り合わせウェーハをHF水溶液に浸漬した際の、浸漬条件(HF水溶液濃度と浸漬時間)の変化によるボンドウェーハ側の酸化膜の外周端からの浸食状況を観察するためのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明についてより具体的に説明する。
【0016】
本発明者らは、イオン注入剥離法によってSOIウェーハを作製する際に発生する特有の欠陥であるSOI島を抑制するために、その発生原因を検討した結果、イオン注入層でボンドウェーハの剥離を行う前に、ボンドウェーハとベースウェーハの間に位置する絶縁膜を、外周端から中心方向へある程度の範囲までエッチング除去すれば、SOI島の発生原因となる結合強度の弱い領域がなくなるため、SOI島が発生しやすい領域において、中途半端なSOI層の転写を防止して、確実にSOI層の転写が起こらないようにすることができ、その結果、SOI島の発生を防ぐことができると考えた。
【0017】
そのためには、ボンドウェーハの剥離を行う前に、フッ酸やリン酸等の絶縁膜エッチング液に浸漬する必要があるが、従来は、結合強度が弱い状態で結合界面をエッチング液に浸漬するとエッチング液による結合界面の浸食が生じてしまうという懸念があるため、例えば、特開平10−70054号公報に記載されている様に、エッチング液に浸漬する前に、高温(例えば、1000℃以上)の結合熱処理を行う必要があるとされていた。
【0018】
ところが、イオン注入剥離法の場合、エッチング前にこのような高温熱処理を行うとボンドウェーハの剥離が発生してしまうため、結果的にイオン注入剥離法に特有の欠陥であるSOI島の発生を防ぐことはできない。
【0019】
そこで、本発明者らは、室温で貼り合わせを行った状態でエッチング液に浸漬した場合に、結合界面のエッチングがどの程度進行するか調査したところ、シリコン酸化膜とベアシリコンの貼り合わせでは、50%HF水溶液に1日(24時間)浸漬しても、結合界面の浸漬は、外周から10mm程度に留まっており、エッチング量を制御することが可能であることを見出し、本発明を完成させた。
【0020】
以下、本発明のSOIウェーハの製造方法について詳細に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【0021】
すなわち、本発明は、図1に示すように、シリコン単結晶からなるボンドウェーハ1の表面から水素または希ガスのうち少なくとも1種類のガスイオンをイオン注入してイオン注入層2を形成し、該ボンドウェーハ1のイオン注入した表面とベースウェーハ3の表面とを絶縁膜4を介して貼り合わせ(図1(A))、イオン注入層2でボンドウェーハ1を剥離する前の貼り合わせウェーハ5を、絶縁膜4が溶解可能な液体に浸漬するか、絶縁膜4が溶解可能な気体に曝すことによって、ボンドウェーハ1とベースウェーハ3の間に位置する絶縁膜4を、貼り合わせウェーハ5の外周端から中心方向へエッチングして絶縁膜エッチング後の絶縁膜4’とし(図1(B))、その後イオン注入層2でボンドウェーハ1を剥離する(図1(C))工程を有する、SOIウェーハを製造する方法である。
【0022】
本発明において、ボンドウェーハ1とベースウェーハ3の貼り合わせは室温で行うことが好ましい。室温において2枚のウェーハの表面同士を絶縁膜4を介して接触させることにより、接着剤などを用いることなくウェーハ同士が接着する。更に、その後熱処理を行うことなく、又は、イオン注入層2でボンドウェーハ1の剥離が発生しない低温熱処理(例えば、400℃以下)を行い、その後絶縁膜4のエッチングを行うことによって、従来イオン注入剥離法を用いる際に懸念されていた、エッチング前の段階でのボンドウェーハ1の剥離を防ぐことができ、また、より正確にテラス幅を制御することができる。
【0023】
絶縁膜4をエッチングする方法としては、貼り合わせウェーハ5を絶縁膜が溶解可能なエッチング液に浸漬する方法もあるし,絶縁膜が溶解可能な蒸気に曝すことによるエッチングでも良い。エッチングにより、貼り合わせ界面の絶縁膜は、外周端から浸食される。このように絶縁膜が浸食されると、浸食部分ではボンドウェーハとベースウェーハが結合していないために、エッチング後にボンドウェーハを剥離した際、SOI層の転写が起こらずにテラス領域となる。一方、絶縁膜エッチング後の絶縁膜(絶縁膜が残った領域)4’では剥離によりSOI層が転写される。つまり、エッチングによる浸食幅をテラス幅とすることができ、エッチング時間や使用エッチング液の濃度、温度等のエッチング条件によりその幅を制御できる。
絶縁膜が酸化膜の場合、エッチング液としてはHF水溶液が好適であるが、バッファードフッ酸、HF/H/CHCOOH水溶液、HF/HNO水溶液なども適用できる。また、窒化膜の場合は、リン酸を用いることが好ましい。
【0024】
なお、図4のように、シリコン単結晶からなる酸化膜21付きボンドウェーハ22とシリコン単結晶からなるベースウェーハ23を室温(25℃)で貼り合わせて貼り合わせウェーハ24を作製し、その貼り合わせウェーハ24に熱処理を加えずにHF水溶液(25℃)に浸漬した後、貼り合わせ面ではがすこと(デボンド)によって、HF濃度と浸漬時間の変化によるボンドウェーハ側の酸化膜の外周端からの浸食状況を観察した顕微鏡写真を図3に示す。なお、HF水溶液浸漬条件は、10%・3min、50%・30min、50%・1hr(HF水溶液濃度・浸漬時間)である。
図3より、HF水溶液の濃度及び浸食時間により、テラス幅が異なるのがわかる。
【0025】
上記エッチングをした際の、絶縁膜の外周からの浸食幅は、絶縁膜の種類やエッチング液の種類・濃度・温度によって変わってくるが、同一の条件下では、エッチング時間によって浸食幅を制御することができるので、SOI転写後のテラス幅の制御が容易にできることになる。
【0026】
一方、SOI島はSOI層とテラス部の境界部分に発生する。これは貼り合わせるウェーハの外周部で平坦度が悪いために、結合強度が弱く、SOI層が部分的にしか転写しない領域である。SOI島の発生を抑制するためには、上記の絶縁膜のエッチングによって、SOI島が発生する領域(例えば、貼り合わせウェーハの外周端から中心方向へ0.5mm以上10mm以下の範囲)にまで絶縁膜の浸食幅を広げてSOI島の発生原因となる結合強度の弱い領域でSOI層の転写が起こらないようにすれば、SOI島は発生しない。
【0027】
SOI島はイオン注入剥離法に特有の欠陥であるが、テラス幅の制御方法は、イオン注入剥離法に限らず、研削・研磨法といった他の貼り合わせによるSOIの作製にも応用することが可能である。
【0028】
絶縁膜としては、特に限定はされないが、酸化膜や窒化膜、又はこれらの積層構造が一般的である。また、本発明のSOIウェーハの製造方法は、絶縁膜が自然酸化膜である貼り合わせウェーハ、すなわち自然酸化膜のみを有するウェーハ間の貼り合わせの場合でも、好適に用いることができ、テラス幅の制御やSOI島の発生の抑制に有効である。また、貼り合わせ前に貼り合わせ面にプラズマ処理を行うことによって室温での貼り合わせ強度を向上することもできる。
【0029】
また、図2のように、上記の方法で貼り合わせウェーハ5の絶縁膜4(図2(A))のエッチングが行われた貼り合わせウェーハ5’(図2(B))を、シリコン単結晶が溶解可能な液体に浸漬するか、シリコン単結晶が溶解可能な気体に曝すことによって、ボンドウェーハ1の貼り合わせ界面側から少なくともイオン注入層2の深さまでの外周部を、少なくともエッチングされた絶縁膜4’の外周端までエッチングした後(図2(C))、ボンドウエーハ1の剥離を行うこともできる(図2(D))。
このようにボンドウェーハ1の貼り合わせ界面側から少なくともイオン注入層2の深さまでの外周部を、少なくともエッチングされた絶縁膜4’の外周端までSiエッチングすることによって、デバイス作製工程で異物となりうる箇所を予め除去することができる。こうすることで、SOI島の発生が確実に防止されることとなる。また、ボンドウェーハ外周部のイオン注入層が除去されることになるため、後工程で熱処理が加わっても外周部でのブリスタリングが発生しなくなる。従って、ボンドウェーハ外周部のイオン注入層に熱処理が加わることによって生ずるブリスタリングに起因して発生するSi屑(くず)がSOIウェーハのテラス部に付着することを防ぐことができる。尚、付着したSi屑はSOI島の様にベースウェーハに結合したものではないため、一般的な洗浄によってある程度除去することができるが、完全に除去することは困難であるため、Si屑の付着もできる限り抑制することが望ましい。
【0030】
シリコン単結晶が溶解可能な液体としては、例えばTMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)水溶液などが挙げられるが、シリコン単結晶が溶解可能な液体、又は、シリコン単結晶が溶解可能な気体であれば、これに限られない。
また、このようなSiエッチングを行う前に、ボンドウェーハの貼り合わせ界面側から少なくとも注入層の深さまでのSiエッチングを施す所望範囲以外の外周は、ボンドウェーハ及びベースウェーハの外周がエッチングされないように予めマスクして保護しておくことが好ましい。
【実施例】
【0031】
以下、実施例と比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0032】
(実施例1)
直径300mmのシリコン単結晶ウェーハの表面に150nmの熱酸化膜を作製したボンドウェーハに、水素イオンを下記表1のイオン注入条件で注入し、直径300mmのシリコン単結晶からなるベースウェーハと室温で貼り合わせ、貼り合わせ後に50%HF水溶液に30分浸漬し、その後、500℃で30分間剥離熱処理してボンドウェーハを剥離してSOIウェーハを作製した。SOIウェーハ作製条件及びボンドウェーハの剥離後のテラス部を光学顕微鏡で観察した結果を表1に示す。
テラス幅は、1.6mmとなり、SOI島の発生は観察されなかったが、剥離熱処理時にボンドウェーハの外周部のイオン注入層に生じたブリスタリングに起因して発生したSi屑が、テラス部に付着しているのが観察された。
【0033】
(実施例2)
実施例1と同様の条件でボンドウェーハとベースウェーハを貼り合わせ、貼り合わせ後に50%HF水溶液に1時間浸漬し、その後TMAH水溶液に浸漬し、ボンドウエーハの貼り合わせ界面から2μmSiエッチングし、その後500℃で30分間剥離熱処理してボンドウェーハを剥離してSOIウェーハを作製した。SOIウェーハ作製条件及び剥離後のテラス部を光学顕微鏡で観察した結果を表1に示す。
テラス幅は、1.8mmとなり、SOI島の発生は観察されなかった。また、Si屑のテラス部への付着も全く発生していなかった。
【0034】
(比較例)
直径300mmのシリコン単結晶ウェーハの表面に150nmの熱酸化膜を作製したボンドウェーハに、水素イオンを下記表1のイオン注入条件で注入し、直径300mmのシリコン単結晶からなるベースウェーハと室温で貼り合わせ、その後、500℃で30分剥離熱処理してボンドウェーハを剥離してSOIウェーハを作製した。SOIウェーハ作製条件及びボンドウェーハ剥離後のテラス部を光学顕微鏡で観察した結果を表1に示す。
テラス幅は1.4mmとなり、SOI島の発生とSi屑の付着が観察された。
【0035】
【表1】

【0036】
表1のように、実施例1及び実施例2においては、エッチング時間によってテラス幅を制御することが可能であり、更に、イオン注入剥離法に特有の欠陥であるSOI島の発生を防止できた。特に、実施例2ではSi屑の付着も完全に防止できた。一方、比較例においては、SOI島の発生及びSi屑の付着が観察された。
【0037】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に含有される。
【符号の説明】
【0038】
1…ボンドウェーハ、 2…イオン注入層、 3…ベースウェーハ、 4…絶縁膜、 5…貼り合わせウェーハ、 1’…Siエッチング後のボンドウェーハ、 2’…Siエッチング後のイオン注入層、 4’…絶縁膜エッチング後の絶縁膜、 5’…絶縁膜エッチング後の貼り合わせウェーハ、 21…酸化膜、 22…ボンドウェーハ、 23…ベースウェーハ、 24…貼り合わせウェーハ。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
シリコン単結晶からなるボンドウェーハの表面から水素または希ガスのうち少なくとも1種類のガスイオンをイオン注入してイオン注入層を形成し、該ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを絶縁膜を介して貼り合わせ、前記イオン注入層でボンドウェーハを剥離することによりSOIウェーハを作製するSOIウェーハの製造方法において、
前記イオン注入層でボンドウェーハを剥離する前の貼り合わせウェーハを、前記絶縁膜が溶解可能な液体に浸漬するか、前記絶縁膜が溶解可能な気体に曝すことによって、前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハの間に位置する前記絶縁膜を、前記貼り合わせウェーハの外周端から中心方向へエッチングする工程を有することを特徴とするSOIウェーハの製造方法。
【請求項2】
前記ボンドウェーハとベースウェーハの貼り合わせを室温で行い、その後、熱処理を行うことなく、前記絶縁膜のエッチングを行うことを特徴とする請求項1に記載のSOIウェーハの製造方法。
【請求項3】
前記ボンドウェーハとベースウェーハの貼り合わせを室温で行い、その後、前記イオン注入層において剥離が発生しない低温熱処理を行った後に、前記絶縁膜のエッチングを行うことを特徴とする請求項1に記載のSOIウェーハの製造方法。
【請求項4】
前記絶縁膜のエッチングを、前記貼り合わせウェーハの外周端から中心方向へ0.5mm以上10mm以下の範囲内で行うことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のSOIウェーハの製造方法。
【請求項5】
前記絶縁膜のエッチングを、前記絶縁膜が酸化膜、窒化膜、又はこれらの積層構造である貼り合わせウェーハを用い、該貼り合わせウェーハをHF含有水溶液またはリン酸に浸積することによって行うことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のSOIウェーハの製造方法。
【請求項6】
前記絶縁膜のエッチングを、前記絶縁膜が自然酸化膜である貼り合わせウェーハを用いて行うことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のSOIウェーハの製造方法。
【請求項7】
前記絶縁膜のエッチングが行われた前記貼り合わせウェーハを、前記シリコン単結晶が溶解可能な液体に浸漬するか、前記シリコン単結晶が溶解可能な気体に曝すことによって、前記ボンドウェーハの貼り合わせ面側から少なくとも前記イオン注入層の深さまでの外周端部を、少なくとも前記エッチングされた絶縁膜の外周端までエッチングした後、前記ボンドウェーハの剥離を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のSOIウェーハの製造方法。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2010−199353(P2010−199353A)
【公開日】平成22年9月9日(2010.9.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−43403(P2009−43403)
【出願日】平成21年2月26日(2009.2.26)
【出願人】(000190149)信越半導体株式会社 (867)
【Fターム(参考)】