JPH03183130A - 半導体基板の製造方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体基板の製造方法、特にウェーハを貼り合
せてＳ　ＯＩ　（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａ
ｔｏｒ）基板を製造する方法に関する。

〔発明の概要］ 本発明は、２枚のウェーハを貼り合せて成る半導体基板
の製造方法において、上記２枚のウェーハを貼り合せた
後、その外周を面取りすることにより、貼り合せ時に生
じたウェーハ外周部の未接着部分を除去して、その後の
研磨による一方のウェーハに対する薄膜化の際、ウェー
ハの外周部に生じる欠けを防止できるようにして、半導
体基板の高信頼性化並びに該基板上に形成されるデバイ
スの高歩留り化を図れるようにしたものである。

特に、上記面取りをダイヤモンドホイールで行ない、更
にウェーハの回転方向とダイヤモンドホイールの回転方
向を同方向に設定することにより、面取り時でのウェー
ハの欠けを防止して、半導体基板の高信頼性化並びに該
基板上に形成されるデバイスの高歩留り化をより一層図
れるようにしたものである。

〔従来の技術〕

近時、絶縁体上に薄膜単結晶シリコン層を形成してなる
所謂Ｓｏｌ基板を用いて超ＬＳＩを作製する開発が進め
られている。各種のＳｏｌ基板の作製方法の中でも最も
結晶性が良く、特性面でも優れていると考えられるもの
に貼り合せ方式がある。

第１７図は貼り合せ方式によるＳＯＩ基板の一例を示す
。第１７図Ａに示すように鏡面シリコンウェーハ（５１
）の主面にフォ）　ＩＪソゲラフイー技術を用いて複数
の凸部（５２）が形成されるように所定パターンの段差
を形成する。そして、その主面上に絶縁膜例えば５Ｉ０
２膜（５３）を形成し、さらに段差を埋めるために全面
に平坦化用の層例えば多結晶シリコン層（５４）を形成
し、この多結晶シリコン層（５４）の表面を平担研磨す
る。

次に、第１７図Ｂに示すように平坦化された多結晶シリ
コン層（５４）に別の鏡面シリコンウェーハ（５５）を
貼り合せて貼り合せウェーハ（５７）とした後、第１７
図Ｃに示すように５ｉ０２膜（５３）を研磨ストッパー
にして、シリコンウェーハ（５１）の裏面より研磨し、
５ｉｎ２膜（５３〉で分離された複数の島状シリコン領
域（５６〉を有したＳＯＩ基板（５８）を得ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の半導体基板の製造方法においては
、第１７図Ｃで示す研磨加工の際、貼り合せウェーハ（
５７）の外周部において欠けが生じるという不都合があ
る。即ち、一般にウェーハ（５１）及び（５５）は、第
１８図に示すように、その各周端縁（５１ａ）及び＜５
５ａ）　　が断面円弧状となっているため、第１７図Ｃ
で示す一方のウェーハ（５１）に対する研磨加工の際、
貼り合せ界面（ｊ’）付近まで研磨したとき、一方のウ
ェーハ（５１）の周縁縁（５１ａ）　　が別のウェーハ
（５５）に対して浮いた状態となり、更にその浮いた部
分（未接着部分）　（５９）が非常に薄くなって欠は易
くなる。この部分〈５９）が欠けるとダスト源、ゴミの
原因となってデバイス作製上の歩留りの低下につながる
という不都合がある。

本発明は、このような点に鑑み成されたもので、その目
的とするところは、研磨時に生じるウェーハ外周部の欠
けを防止することができ、半導体基板の高信頼性化並び
に該基板上に形成されるデバイスの高歩留り化を図るこ
とができる半導体基体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〕

本発明の製造方法は、２枚のウェーハ（１）及び（工１
）を貼り合せて成る半導体基板＜ｓｏｒ基板）（１６）
の製造方法において、２枚のウェーハ（１）及び（１１
）を貼り合せた後、その外周を面取りする。

上記面取りは、例えばダイヤモンドホイール（２３）を
用いて行ない、更にウェーハ（１）及び（１１〉の回転
方向とダイヤモンドホイール（２３）の回転方向を同方
向に設定して行なう。

〔作用〕

上述の本発明の製造方法によれば、２枚のウェーハ（１
）及び（１１）を貼り合せた後、予め貼り合せた２枚の
ウェーハ（１）及び（１１）の外周部を面取りするよう
にしたので、後工程である一方のウェーハ（１）に対す
る研磨加工の際、一方のウェーハ（１）の周端１（ｌａ
）が別のウェーハ（１１）に対し浮くということがなく
なり、即ち未接着の部分がなくなるため、一方のウェー
ハ（１）の外周部での欠けは生じなくなる。従って、半
導体基板（１６）の高信頼性化が図れるようになると共
に、該基板（１６〉上に形成されるデバイスの高歩留り
化も図ることができる。

特に、ウェーハ０〕及び（１１）の外周に対する上記面
取りをダイヤモンドホイール（２３）によって行ない、
更にウェーハ（１）及び（１１〉の回転方向とダイヤモ
ンドホイール（２３）の回転方向を同方向に設定すれば
、面取り時に生じる研削くず（２５）を特につ工−ハ（
１１）とダイヤモンドホイール（２３）間にまき込むこ
とがないため、面取り時でのウェーハ（１１）の欠けが
防止され、半導体基板（１６）の高信頼性化並びに該基
板（１６）上に形成されるデバイスの高歩留り化をより
一層図ることができる。

〔実施例〕

以下、第１図〜第１６図を参照しながら本発明の詳細な
説明する。

第１図は、本実施例に係る半導体基板（以後、ＳＯ■基
板と記す）の製造方法を示す工程図である。以下、その
工程を順を追って説明する。

まず、第１図Ａに示すように、両面が鏡面加工されたシ
リコンウェーハ（１）の主面にフォトリングラフィ技術
を用いて複数の厚さ１０００人の凸部（２）が形成され
るように所定パターンの段差を形成する。

次に、第１図Ｂに示すように、段差を有するシリコンウ
ェーハ（１）の主面上に厚さ１μｍ程度の熱酸化及びＣ
ＶＤ　（化学気相成長〉法にょる５ｉｎ２膜（３）を形
成し、このＳ１口□膜（３）をバッファとして、更にこ
の上にＣＶＤ法による多結晶シリコン層（４）を厚さ５
μｍ程度堆積する。

次に、第１図Ｃに示すように、凸部（２）の影響による
多結晶シリコン層（４）上の凸部（１０００Ａ程度の段
差）（５）を除去するために、多結晶シリコン層（４）
に対し平坦化研磨を行なう。この研磨により１０００Ａ
程度の微小なパターン凸部（５）のみが研磨され、多結
晶シリコン層（４）が平坦化される。

次に、第１図りに示すように、別のシリコンウェーハ（
１１）を平坦化された多結晶シリコン層〔４）に直接接
合して貼り合せウェーハ（１２）となす。

この貼り合せ工程の際、両ウェーハ（１）、（１１）　
をアンモニアと過酸化水素の混合液で洗浄して両ウェー
ハ（１）、　（１１）　　の表面を洗浄化したのち、ス
ピンドライヤーにて乾燥させる。次に、クリーンな雰囲
気中で貼り合せを行なう。その後、酸素雰囲気又は窒素
雰囲気中で１１００℃、２時間の熱処理を行なって貼り
合せ界面（Ａ）に対してバルク並みの密着度をもたせる
。

次に、第１図Ｅ及び第２図に示すように、貼り合せウェ
ーハ（１２〉の周端縁（ｌｌａ）、　（ｌａ）に対し面
取りを行なう。この面取りは、砥石車の回転研削による
ならい加工が用いられ、第３図に示すように、貼り合せ
ウェーハ（１２）の上下間をチャック（２１ａ）。

（２１ｂ）　　で挟むと共に、貼り合せウェーハ（１２
）をチャック（２１ａ）、　（２１ｂ）　及び回転軸（
２２ａ）、　（２２ｂ）　を介して約ｌｒｐｍの回転数
で回転させ、砥石車であるダイヤモンドホイール（２３
〉も回転軸（２４）を介して約２８０Ｏｒｐｍ　の回転
数で回転させ、更に貼り合せウェーハ（１２）の周端縁
（ｌａ）、　（ｌｌａ）とダイヤモンドホイール〈２３
）のダイヤ電着部（２３ａ）　　とを互いに接触させて
行なう。そして、第２図Ｂに示すように、一方のウェー
ハ（１）の周端縁（ｌａ）を中心に削り、別のウェーハ
（１１）の周端１（ｌｌａ）　　に対しては界面〈Ｉり
をやや削る程度とする。このとき、貼り合せウェーハ（
１２）の回転方向とダイヤモンドホイール（２３）の回
転方向は、同方向に設定される。尚、一方のウェーハ（
１）に対する最大研削代ｄは３〜４ｍｍ程度とした。通
常、砥石車の回転によるならい研削加工は、加工物〈こ
の場合、貼り合せウェーハ（１２）　）の回転方向と砥
石車（この場合、ダイヤモンドホイール（２３）　）の
回転方向を異にして行なわれる。この方法を上記面取り
加工に適用した場合、第４図に示すように、研削開始点
ａと研削（ず噴出点すが異なった位置にできるため、第
５図に示すように、研削くず（２５）を貼り合せウェー
ハ、特に別のウェーハ（１１）とダイヤモンドホイール
（２３）のダイヤ電着部（２３ａ）　　間にまき込んで
しまい、そのため、ダイヤモンドホイール（２３）とウ
ェーハ（１１）間に研削くず（２５〉がつまり、それに
より無理な力が加わって亀裂（２６）が入ったり、第６
図に示すように、ウェーハ（１１）の外周部（ｆｌｂ）
に欠け（２７）が生じるという不都合がある。しかし、
本例の如く、貼り合せウェーハ（１２）とダイヤモンド
ホイール〈２３〉の回転方向を同方向に設定すれば、第
７図に示すように、研削開始点ａと研削くず噴出点すが
同位置となるため、研削くず（２５）をウェーハ（１１
〉とダイヤモンドホイール（２３〉間にまき込むことが
ない。従って、第８図に示すように、ウェーハ（１１）
の外周部（Ｉｌｂ）　　に欠けが生じるということがな
く、高精度に面取りを行なうことができる。

その後、第１図Ｅに示すように、研削表面に生じた砥石
によるダメージ層をエツチング除去して加工歪をとる。

このとき、一方のウェーハ（１）の他主面側においてＲ
（円弧）　（１３）が形成されるようにする。

しかる後、第１図Ｆに示すように、一方のウェーハ（１
）をその端面より平坦研磨（即ち、選択研磨）してＳｉ
Ｏ□膜（３）で互いに分離された複数の島状シリコン領
域（１５）を形成して目的のＳｏｌ基板（１６〉を得る
。

上述の如く、本例によれば、２枚のウェーハ（１）及び
（１１）を貼り合せた後、その貼り合せウェーハ（１２
〉の外周部を面取りするようにしたので、後工程である
一方のウェーハ（１）に対する選択研磨加工の際、第９
図に示すように、一方のウェーハ（１）の研削後の周端
縁（Ｔｏ）が別のウェーハ（１１）ｌご対し浮くという
ことがなくなり、即ち、通常生じていた未接着の部分（
１４）　（−点鎖線て示す）がなくなるため、一方のウ
ェーハ（１）の外周部での欠けは生じなくなる。従って
、ＳＯＩ基板（１６〉の高信頼性化が図れると共に、該
ＳＯＩ基板（１６）上に形成されるデバイスの高歩留り
化を図ることができる。また、上記面取りの際、貼り合
せウェーハ〈１２）とダイヤモンドホイール（２３〉の
回転方向を同方向に設定したので、面取り時に生じる研
削くず（２５）を貼り合せウェーハ、詩にウェーハ（１
１）とダイヤモンドホイール（２３）間にまき込むこと
がなくなり、面取り時におけるウェーハ（１１）の外周
部（ｌｌｂ）　への欠けを防止することができる。従っ
て、ＳＯＩ基板（１６）の高信頼性化並びにデバイスの
高歩留り化をより一層図ることができる。

上記実施例における２枚のウェーハ（１）及び（１１）
を貼り合せる工程（第１図り参照〉において、通常は第
１０図Ａに示すように、２枚のウェーハ（１）及び（１
１）に対し、強制的な変形を全く加えないでそのまま合
体させ貼り合せるようにしている。この場合、ウェーハ
（１）及び（１１）間の水素結合力及びファンデルワー
ルス力により互に自己接合（吸着〉する際、ランダムに
貼り合さるため、第１０図Ｂに示すように、貼り合せ界
面＜ｉ＞に空気を取り込み易く、その結果、貼り合せ界
面（Ｉりに気泡（３１）が多数発生するという不都合が
ある。また、他の貼り合せ方法としては、第１１図Ａに
示すように、片方のウェーハ（例えばウェーハ（１１）
）　を真空吸引チエツク（図示せず）に保持させると共
に、このウェーハ（１１）を真空吸引して凸球面状にそ
らせ、その後、強制変形されていないウェーハ（例えば
ウェーハ（１））と上記ウェーハ（１１）の各中心部を
互いに接着させたのち、上記真空吸引チエツクの吸引力
を弱めて両ウェーハ（１）及び（１１）の自己吸着作用
を利用して中心部より外周部に向かって貼り合せるとい
う方法があるが、この場合も、第１１図Ｂに示すように
、貼り合せ界面＜ｉ＞の外周付近に気泡（３１〉の取り
込みが認められる。これは、ウェーハ（１１〉のそりを
徐々に戻しながらウェーハ（１）と貼り合せる際、外周
付近の接触スピードが中心付近の接触スピードよりも速
くなるかと考えられる。このような貼り合せ界面（１）
に気泡（３１）が入った貼り合せウェーハ（１２）で例
えばデバイスを作製すると、熱処理プロセスで気泡（３
１）の破裂が起こり、デバイスの歩留り低下を引起こす
と共に、パーティクルによるプロセスの汚染源となって
しまうという不都合が生じる。

そこで本例では、貼り合せる時に生じた気泡（３１）を
貼り合せウェーハ（１２〉の片面又は両面から加圧する
ことにより気泡（３１）を貼り合せ界面＜ｉ＞から外へ
押し出して、貼り合せ界面（Ａ＞に気泡（３１）が全く
無い高信頼性のあるＳｏｌ基板（１６）を得るようにす
る。即ち、上記方法で２枚のつｓ−ハ（１）及び（１１
）を貼り合せた後、赤外線の透過等によって気泡の混入
の確認を行なう。このとき、第１２図Ａ及びＢに示すよ
うに、貼り合せウェーハ（１２）の貼り合せ界面（ｊ’
）に気泡（３１）が入っている場合、第１３図に示すよ
うなローラプレス機（４１）を用いて第１４図に示すよ
うにローラ（４２）をウェーハ（１２）の一端面から他
端面まで加圧しながら移動させる。このとき、気泡（３
１）が、ローラ（４２〉に押されるように移動し、最終
的に貼り合せ界面＜ｉ＞から外へ押し出されるため、気
泡（３１）が全く無い貼り合せウェーハ（１２）を得る
。尚、ローラ（４２）による加圧は、あまり高いとウェ
ーハ（１２）が割れる危険性があるため、０．１ｋｇ／
ｃｕｔ以上であればよい。

また、ウェーハ（１２）の下に敷くもの（バッファ）（
４３）としては、軟質のものがよく、例えばシリコーン
ゴム等を用いるを可とする。また、ローラプレス機によ
る気泡（３１）の追い出しは、ウエーノ＼〔１）及び（
１１）の貼り合せ後、すぐに行なうことが好ましい。な
ぜなら、ウェーハ（１）及び（１１）の貼り合せ後にお
ける熱処理後に行なうと、気泡（３１）以外の箇所は完
全に接着が完了しているため、気泡（３１）を押し出す
ことが不可能となるからである。貼り合せウェーハ（１
２）に対する加圧の方法としては、上記ローラプレス機
（４１〉に限定せず、第１５図に示すように、下面凸状
の治具（４４〉を用いてもよい。

即ち、軟質板（例えばシリコーンゴム等＞　（４５）の
上に貼り合せウェーハ（１２）を載置し、上記治具（４
４）にてウェーハ〈１２）中心より加圧すると、貼り合
せ界面（Ｉ２）より気泡（３１）が外へ押し出され、ロ
ーラプレス機（４１〉を用いたときと同様に、気泡り３
１）が全く無い貼り合せウェーハ（１２）を得ることが
できる。尚、この治具（４４）の凸部（４４ａ）　　の
高さｈは２０μｍ〜２００μｍ程度とし、大きさはウェ
ーハ（１２）の径より大きいことが望ましい。

上記例は、貼り合せウェーハ〈１２〉に気泡（３１）が
入ってしまった場合において、その気泡（３１）を取り
除く方法の例を示したが、その他、貼り合せウェーハ（
１２）への気泡（３１）の混入を事前に防止する方法と
して、次のような方法が本例では用いられる。

即ち、第１６図Ａに示すように、２枚のウェーハ（１）
及び〈１１）を例えばシリコーンゴム等の弾性体で作っ
た真空吸引チャック（図示せず）に吸引させて、夫々凸
球面状に変形させる。この状態で各ウェーハ（１）及び
（１１）を互いにほぼ中心付近から接触させていく。そ
の後、真空吸引チエツクの吸引圧力をコントロールしな
がら、該真空吸引チエツクで両ウェーハ（１）及び（１
１）を互いに押し付けながら徐々に互いの外周部分まで
接触させ、モしてウェーハ（１）及び（１１〉全面が接
触したとき、上記真空吸引チエツクを常圧に戻して貼り
合せが完了する。

この方法によれば、ウェーハ（１）及び（１１）間の各
中心部付近における接触スピードと各外周部付近におけ
る接触スピードがほぼ同じになるため、貼り合せ時、第
１６図Ｂに示すように、貼り合せ界面（Ｉりへの気泡混
入が全くない貼り合せウェーハ（１２）を得ることがで
きる。尚、ここでは、真空吸引チエツク（図示せず）の
真空を保ったまま貼り合せを行なったが、別な方法とし
て凸球面状にそらせた２枚のウェーハ（１）及び（１１
）間の各中心付近が接触し始めた時点で常圧にゆっくり
戻すようにしてもよい。このときは、ウェーハ（１）及
び（１１）の自己復元力により互いが貼り合わされてい
くが、この場合においても、気泡混入がない貼り合せウ
ェーハ（１２）を得ることができる。これは、通常の場
合（第１１図参照）と比べ、接触スピードが外周部で遅
いため、気泡の取り込みが無くなると考えられる。

上記第１３図〜第１６図の方法によれば、貼り合せウェ
ーハ（１２）の貼り合せ界面（Ｉ！〉への気泡混入が全
く無くなるため、その後の熱処理での気泡破裂が防止さ
れ、気泡破裂による熱処理炉の汚染が無くなり、デバイ
スの歩留りが向上すると共に、デバイスの信頼性が向上
する。特に、第１６図の場合、貼り合せ時に貼り合せ界
面（１）への気泡（３１）の混入が事前に防止されるた
め、第１３図及び第１５図で示すローラプレス機（４１
〉や治具（４４）等を使用する必要がなく、製造装置の
メンテナンスが少なくて済み、作業性が向上する。

〔発明の効果〕

本発明に係る半導体基板の製造方法は、２枚のウェーハ
を貼り合せた後、その外周を面取りするようにしたので
、貼り合せ時に生じるウェーハ外周の未接着部分を除去
することができ、その後の研磨による一方のウェーハに
対する薄膜化の際、ウェーハの外周部に生じる欠けを防
止することができ、半導体基板の高信頼性並びに該基板
上に懲戒されるデバイスの高歩留り化を図ることができ
る。

特に、上記面取りをダイヤモンドホイールで行ない、更
にウェーハとダイヤモンドホイールの回転方向を同じに
したので、面取り時に生じるウェーハとダイヤモンドホ
イール間への研削＜ずのまき込みを防止でき、面取り時
でのウェーハの欠けを防止することができる。従って、
半導体基板の高信頼性化並びにデバイスの高歩留り化を
より一層図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例に係るＳＯＩ基板の製造方法を示す工
程図、第２図は面取り加工を示す説明図、第３図は面取
り方法の具体例を示す説明図、第４〜第６図はウェーハ
とダイヤモンドホイールの回転方向を違えた場合の作用
を示す説明図、第７図及び′５８図はウェーハとダイヤ
モンドホイールの回転方向を同方向に設定した場合の作
用を示す説明図、第９図は選択研磨時におけるウェーハ
の状態を示す説明図、第１０図は通常の貼り合せ方法を
示す説明図、第１１図は通常の貼り合せ方法の他の例を
示す説明図、第１２図Ａ及びＢは貼り合せ時におけるウ
ェーハの状態を示す側面図及び平面図、第１３図へ及び
Ｂはローラプレス機を示す側面図及び平面図、第１４図
はローラプレス機による気泡の除去方法を示す説明図、
第１５図は気泡の除去方法の他の例を示す説明図、第１
６図は気泡混入を防止した貼り合せ方法を示す説明図、
第１７図は従来例に係るＳＯＩ基板を示す工程図、第１
８図は従来での選択研磨時におけるウェーハの状態を示
す説明図である。 （１）及び（１１〉はシリコンウェーハ、（２）は凸部
、（３）はＳｉＯ□膜、（４）は多結晶シリコン層、（
１２）は貼り合せウェーハ、（１５）は島状シリコン領
域、（１６）はＳＯＩ基板、（１）は貼り合せ界面、（
２３）はダイヤモンドホイールである。 代 理 人 松 隈 秀 盛 本実施例： ２、示す工程関 第２図 １ｂぷり収り権の周鴫嗣ｋ 運状ａ膳時に・お゛（↑るウェーへ〇状島、乞示す鋭８
月圀第９図 ｔＺＵりそ目＝ウェーダ＼ 通常の砧り冶せ方うａ２示ず説明国 策１０図 ３！掌の貼りせセがう六の把の＃１１と示Ｔ喜ロ月ロ第
１１図 幻−・・Ｓ；Ｏｘｍ 交・・・島状′シリコン暢を或 従来例を７ｒＸす工程口 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２枚のウェーハを貼り合せて成る半導体基板の製造
   方法において、 上記２枚のウェーハを貼り合せた後、その外周を面取り
   することを特徴とする半導体基板の製造方法。 ２、上記面取りをダイヤモンドホィールによって行なう
   と共に、ウェーハの回転方向と上記ダイヤモンドホィー
   ルの回転方向を同じにして行なうことを特徴とする請求
   項１記載の半導体基板の製造方法。