JPH0590545A

JPH0590545A - Ｓｏｉ基板及びその製造方法

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Publication number: JPH0590545A
Application number: JP28085191A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Nakazato; 泰章中里; Takahiro Kanda; 貴裕神田; Atsuo Uchiyama; 敦雄内山
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd; Nagano Electronics Industrial Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd; Nagano Electronics Industrial Co Ltd
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1991-09-30
Publication date: 1993-04-09
Anticipated expiration: 2011-12-18
Also published as: JP2565440B2

Abstract

(57)【要約】【目的】発塵の少ないＳＯＩ基板及びその製造方法を
提供する。【構成】全表面にＳｉ酸化膜を有するＳｉ単結晶から
なるベースウエ−ハ上にＳｉ単結晶の薄膜を形成してＳ
ＯＩ基板を構成する。その製造方法は、まずベ−スウエ
−ハのみ又はベ−スウエ−ハ及びボンドウエーハ双方の
全表面にＳｉ酸化膜を形成させ、ベースウエーハとボン
ドウエ−ハとを接合して加熱接着した後、ボンドウエー
ハ背面を薄膜化してさらに鏡面研磨する。得られたＳＯ
Ｉ構造の接合ウエーハ複数枚と、この接合ウエハとほぼ
同一形状の複数枚のスペーサとを交互に積層して両側か
ら加圧固定した後、強アルカリを主剤とするエッチング
液に浸漬して接合ウエーハの周辺部のみをエッチング除
去する。スペーサは、耐アルカリ性材料からなり、ボン
ドウエーハ外周部分の一定幅が露出するようにウエーハ
より幾分小さい形状の密着面を有するものを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２枚のウエーハを接合
してなるＳＯＩ基板とその製造方法に関する。

【０００２】

【発明の背景技術】ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩ
ｎｓｕｌａｔｏｒ）とは、絶縁物支持体上にＳｉの単結
晶層を形成させた半導体素子形成用の基板を指し、古く
はサファイア支持体上にＳｉ単結晶層をエピタキシャル
成長させたＳＯＳ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＳａｐｐｈｉ
ｒｅ）なる素子形成用基板が知られている。このＳＯＳ
基板は、完全なる絶縁物支持体上に半導体素子を形成さ
せる型の基板としては理想的な構造のものである。

【０００３】この方式のものは、Ｓｉの結晶構造とは若
干異なる結晶構造を有する支持体上にＳｉ単結晶層を成
長させるため、Ｓｉ単結晶層の質は必ずしも良好ではな
い。しかも、エピタキシャル成長法を採用するため生産
効率が悪いこと、高価なサファイアを使用するためコス
ト高になること等の理由により、その実用化は成功して
いない。

【０００４】しかし、近年は素子集積度の急速な高密度
化や高耐圧化が進み、それに伴うラッチアップ防止対策
の必要性も高まっており、これらに対応する手段及びそ
の他の素子諸特性を水準以上にする手段として、ＳＯＩ
構造を有する素子形成用基板が見直されようとしてい
る。

【０００５】そこで、前記ＳＯＳ型基板の欠点を改良し
た方式として、２枚のウエ−ハの間にＳｉ酸化膜（以下
「酸化膜」という。）や耐熱性の絶縁体ガラス膜を介在
させて接合したもの（以下「ＳＯＩ基板」という。）が
ある。ただしその開発の歴史は比較的古く、特公昭３９
−１７８６９、特公昭４１−１１４２２、特開昭４８−
４０３７２、特公昭４９−４５１９５等が例示される。

【０００６】この種のＳＯＩ基板が注目されている理由
は、第１に、量産と結晶品質の優れたＣＺ引上法単結晶
によるウエ−ハを素材とすることで、素子形成を行うＳ
ｉ単結晶層の品質及びその半導体的特性の管理が容易と
なるからであり、第２は、素子の高密度化進展に伴い、
ウエ−ハ表面の平坦化や清浄化技術の進歩が著しく、結
果としてウエ−ハ接合力を主とする品質の大幅な改善が
可能となってきたからである。

【０００７】このＳＯＩ基板は、２枚のウエーハのうち
の一方を素子形成層の支持を目的とするベースウエー
ハ、他方を素子形成層となることを目的とするボンドウ
エーハとし、その一方又は双方のウエ−ハの鏡面側に、
酸化膜又は例えばＰＳＧやＢＳＧのようなガラス質の絶
縁体層を形成せしめて後、その鏡面部どうしを重ね合わ
せて数百℃以上の温度で熱処理し、強固に接着したウエ
ーハ接合体を得た後、ボンドウエーハ側の接合部と対向
する背面を研削及び研磨してＳｉ単結晶の薄膜層を形成
することにより製造される。

【０００８】しかし、このＳＯＩ基板は、その外周部に
接合不良部分（以下「ボイド」という。）が発生しやす
い。その対策として、ＳＯＩ基板の外周部を機械的面取
り加工で除去する方法はかえって周辺に加工傷を付ける
おそれがある。そこで、別の解決策として、ＳＯＩ基板
のＳｉ単結晶薄膜層の素子形成面とする部分のみをマス
キングし、Ｓｉ薄膜層の外周部の一定幅を強酸エッチン
グ液処理により除去する方法がある。その際、ベースウ
エーハ側表面の酸化膜もエッチングされるので、結果と
して得られるＳＯＩ基板は、ベースウエーハの全表面又
は一部表面にＳｉ単結晶が露出する形状のものになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以来、ＳＯＩ基板は半
導体素子製品の分野でその用途を拡大しつつあるが、こ
の型の基板の問題点は、ウエーハどうしの接着が必ずし
も均一ではないことである。これにより、往々これより
製造する半導体素子の製造時の歩留やその性能と信頼性
に不安を生じること、２枚のウエーハを接着した後にさ
らに複雑多数の加工工程を必要とすることから高価なも
のになること等である。

【００１０】また、素子形成用基板に関しては、これよ
り半導体素子を製造する際、その製造歩留と品質に対し
多大な影響を及ぼすパーティクル（微細粉塵）発生の無
いことが条件となっている。すなわち、集積度１Ｍ（メ
ガ）以上の素子製造において、有害とされるパーティク
ルの大きさは０．１〜０．０１μｍの超微細レベルまで
拡大されており、素子形成加工時においては、その形成
面上に１個でも存在すれば問題とされるまでになってい
る。このためには、高度に設計管理されたクリーンルー
ムを必要とするが、他方では素子形成用基板そのものが
素子製造過程で発塵源とならないよう改良されなければ
ならない。

【００１１】また、ＳＯＩ基板の最近の動向として、特
に素子機能の高速化を図るために、ボンドウエーハ側の
単結晶層厚さは数１０μｍから０．１μｍに至る、極め
て薄い層にすることが要求されており、このような薄膜
に研磨してもなおかつ接合部が安定し、しかも素子製造
時における損傷やパーティクル発生は少ないものでなけ
ればならない。

【００１２】

【発明の目的】従って本発明は、上記課題の解決手段と
して、ＳＯＩ基板におけるボイドが多いボンドウエーハ
外周部を効率的に除去すると同時に、それ自体の発塵量
が少なく、しかもそれを使用して素子を製造する工程に
おいて損傷や汚染の影響を受けることの少ない、実質的
にＳＯＳ基板と同じ構成を有するＳＯＩ基板とその効率
的な製造方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、２枚のウエー
ハのうちの一方を素子形成層の支持を目的とするベース
ウエーハ、他方は素子形成層となることを目的とするボ
ンドウエーハとし、ベースウエーハのみ又はベ−スウエ
−ハ及びボンドウエ−ハ双方の全表面に酸化膜を形成さ
せた後、該ベースウエーハの鏡面側とボンドウエーハの
鏡面側どうしを重ね合わせて加熱することにより接着せ
しめ、次にボンドウエーハの背面を研削及び研磨するこ
とにより薄膜化して得られるＳＯＩ構造を有する接合ウ
エーハ複数枚と、この接合ウエーハとほぼ同一形状の複
数枚のスペーサとを、その主平面を対峙させながら交互
に積層し、その両側より加圧固定した後、その周辺部の
みをエッチング液中に浸漬しエッチングするにあたり、
前記エッチング液は強アルカリを主剤とし、かつ前記ス
ペーサは耐アルカリ性の材料を使用し、該スペーサの形
状は、ボンドウエーハの周辺の一定幅が露出するよう、
該ウエーハより幾分小さい形状の密着面を有するものを
使用することにより、上記課題を解決したものである。

【００１４】すなわち、本発明は、少なくともベースウ
エーハの全表面に酸化膜を形成させることを第１の要件
とする。その理由として、ボンドウエーハ露出部の全表
面を酸化膜で覆ったＳＯＩ基板は、以後の加工工程にお
ける発塵量を大幅に減少させるものであることが確認さ
れたからである。

【００１５】従って、本発明の第２の要件は、ベースウ
エーハに形成された酸化膜を、最終のＳＯＩ基板製品が
完成されるまで残存させることである。従来、ＳＯＩ基
板に対する認識として、支持用基板表面には酸化膜は不
要であり、むしろ酸化膜は素子加工時の発塵原因になる
ものとさえ見なされていた。従って、エッチングや洗浄
工程では、酸化膜除去が容易な強酸を主剤とするエッチ
ング液を使用し、その薬液構成や濃度範囲もＳｉ単結晶
よりその酸化膜に強く作用し、これを溶解除去する条件
に設定し処理する場合が多かった。

【００１６】これに対し、本発明に基づく強アルカリエ
ッチング液は、酸化膜よりＳｉ単結晶側に強く作用して
これを溶解する。なお、処理時の温度は５０℃位の中温
処理の方が効率的である。この条件に適応する装置用材
料を検討した結果、フッ素樹脂が適切な材料であること
が確認された。

【００１７】本発明の第３の要件は、２枚のウエーハ接
合体の外周部に多発するボイドを、そのボンドウエーハ
外周部とともに、前記酸化膜を損傷させることなく効率
的に除去し、ＳＯＩ基板の製造歩留を向上させることで
ある。

【００１８】次に、上記発明の要件を満たすための具体
的手段を説明する。先ず、ウエーハに酸化膜を形成させ
る方法は、通常行われる湿式若しくは乾式の熱酸化法、
又はＣＶＤ法によるもののいずれであってもよい。すな
わち、湿式熱酸化法の場合、水蒸気を含む酸素の気流下
１０００℃前後の温度で、一方のベースウエーハのみを
熱処理し、その全表面に０．１〜１０μｍの酸化膜を形
成させ、これと無処理のままのボンドウエーハの鏡面部
どうしを重ね合わせて熱処理することにより、所定の接
着力を有するウエーハ接合体が得られる。

【００１９】なお、ベース及びボンド用ウエーハの双方
に酸化膜を形成させた場合も、上記ベース側のみの時と
ほぼ同様の接着力を有するウエーハ接合体が得られる。
この場合、接着熱処理工程の前後いずれかにおいてボン
ドウエーハの外周側面にある酸化膜を除去すれば本発明
のアルカリエッチングの目的は完璧に達成されるが、前
記側面の酸化膜が残されたままでも、以後の研削及び研
磨によりボンドウエーハは薄膜化されるので、その相乗
効果によってアルカリエッチングの所定目的は達成され
る。

【００２０】次に、ベースウエーハのみ、又はベ−スウ
エ−ハ及びボンドウエ−ハ双方の全表面に酸化膜を付し
た２枚のウエーハは、その鏡面部どうしをウエーハ形状
に合せて精確に重ね合せ、その状態で不活性ガス（窒
素、Ａガス等）雰囲気中において１０００℃前後の温度
で１〜２時間の熱処理を行うことにより強固に接着す
る。この場合、酸素を含む空気中での熱処理も可能であ
るが、当初ボンドウエーハ側に酸化膜形成が無い条件で
は、その表面上に新たな酸化膜を形成する。しかしこの
場合も、先に述べたと同じ理由により、アルカリエッチ
ングに対する障害は回避できる。

【００２１】次に、この接合体のボンドウエーハ側背面
を研削及び研磨により薄膜化し、Ｓｉ単結晶の薄膜層を
形成させる。すなわち、接合前の鏡面ウエーハ厚さは、
その直径１２５〜１５０ｍｍのもので５００〜８００μ
ｍ位あり、従ってその厚さが１５μｍ位になるまではサ
ーフェイスグラインダーで研削除去し、その後所望の膜
圧０．１〜１０μｍになる迄は、通常の研磨法によりそ
の表面を鏡面状に仕上げる。

【００２２】この鏡面化したウエーハ接合体は、この段
階で本発明のＳＯＩ基板の形式をなすものであるが（以
下これを「ＳＯＩ基板中間体」という。）、ＳＯＩ基板
製品としては、ボイドや接着力の不均一部分があっては
ならないため、各基板についてこれらの検査を行う。

【００２３】その検査は、Ｘ線透過法又は超音波探傷計
を用いた方法により行われ、ここで僅かでもボイド等が
存在すれば不合格品として製品から除外される。ところ
で、このボイド発生の頻度が高いのは接合体のボンドウ
エーハの外周部であるから、その部分をある幅で除去し
たものをＳＯＩ基板の規格製品とすれば、その製品とし
ての歩留りを改善することができる。

【００２４】次に、ＳＯＩ基板のベースウエーハ表面の
酸化膜には何の損傷も与えずに、ボンドウエーハ外周部
のボイド不良部分のみを除去する手段としての、強アル
カリエッチング液によるエッチング方法を説明する。図
１は、エッチング液としてＮａＯＨ水溶液を使用する場
合の、Ｓｉ単結晶と同酸化膜とのエッチング速度比（Ｓ
ｉ／ＳｉＯ₂ ）の測定結果を示している。

【００２５】同図で、例えばＳｉ／ＳｉＯ₂ ＝３００
は、ＳｉＯ₂ を１μｍエッチングする時、Ｓｉは３００
μｍエッチングされることを意味するので、原理的には
この数字が高いほどＳｉ単結晶は効率よくエッチング除
去され、酸化膜は不溶のまま残されるという本発明の目
的を達成する有利な条件となる。しかし、この速度比が
開き過ぎると作業上の安定性が悪くなるので、その値は
３００〜７００の範囲が好ましく、この範囲に対応する
４０〜６０℃位の温度範囲が好適といえる。

【００２６】また、図１において、ＮａＯＨの溶解度に
基づく溶液安定性や実用性を考慮すると、ＮａＯＨ濃度
の上限はおよそ５０重量％以下となる。また、エッチン
グ時におけるエッチング液の濃度的安定性を考慮する
と、ＮａＯＨ濃度は２０重量％以上あることが望まし
い。ただし、エッチングは、目的とするエッチング量に
対する薬液濃度や処理温度と処理時間のバランスで選定
されるから、その最適条件は必ずしも特定できない。

【００２７】次に、上記エッチング条件のもとに、ボン
ドウエーハの外周部をエッチングする方法について説明
する。図２は、本発明のアルカリエッチングで使用する
スペーサ及びスタック治具の一例を示す側断面図であ
る。スタック治具３０内には、ＳＯＩ基板中間体１０と
スペーサ２０とが互い違いにセットされ、ボルト３１に
よって圧接されている。スタック治具３０は、ＳＯＩ基
板中間体１０とスペーサ２０との積層体（スタック）を
固定するための治具であり、その材質はスペーサ２０と
同じフッ素樹脂かステンレス材で構成される。

【００２８】図３は、互いに密着した状態のＳＯＩ基板
中間体１０及びスペーサ２０の一部を拡大して示す側断
面図である。ＳＯＩ基板中間体１０は、酸化膜１１に覆
われたベースウエーハ１２の一面にボンドウエーハ１３
が接着されてなる。一方、スペーサ２０は、台地状平坦
部２１を有し、この台地状平坦部２１がボンドウエーハ
１３の中央部に圧接している。この場合、ボンドウエー
ハ１３の外周部１３ａは露出しており、この部分がエッ
チング除去される。

【００２９】上記のようにスペーサ２０にセットした状
態でＳＯＩ基板中間体１０を強アルカリエッチング液に
浸漬することにより、ＳＯＩ基板中間体の周辺エッチン
グを行う。

【００３０】ところで、上記のような効果がありなが
ら、強アルカリエッチング法が一般的に採用されないの
は、強アルカリに対し安定した材料が乏しいことや、エ
ッチング速度が酸の場合に比べて緩慢であることや、安
全上の配慮があったためと思われる。

【００３１】発明者等は、この点についても検討した結
果、強アルカリ液によるエッチング速度の緩慢は本発明
におけるむしろ有利な条件であること、各種の耐蝕性樹
脂材料の中でフッ素樹脂が最も適切な材料であること、
安全性についても従来のフッ硝酸の場合と実質的な差異
は無いこと、等を確認した。

【００３２】

【作用】従来法によるＳＯＩ基板は、通常ボンドウエー
ハの表面若しくはボンドウエ−ハ及びベースウエーハ双
方の表面に酸化膜を形成させて両ウエーハを接合した
後、ボンドウエーハ側背面を所定厚さになるまで研削及
び研磨することによりＳＯＩ基板の中間体を得、次にＳ
ｉ単結晶薄膜層の素子形成面とする部分をマスキング
し、ボイドを多発する前記Ｓｉ薄膜層の外周部の一定幅
を酸エッチングで除去して製造される。結果として得ら
れるＳＯＩ基板は、ベースウエーハの全表面又は一部表
面においてＳｉ単結晶が露出する形状のものであった。

【００３３】これに対し本発明は、ベースウエーハの表
面、若しくはベースウエーハ及びボンドウエーハ双方の
表面に酸化膜を形成させて接合すること、及び前記ＳＯ
Ｉ基板中間体のＳｉ単結晶薄膜層の外周部を除去する手
段として、このＳＯＩ基板中間体とスペーサを交互に積
層して圧着固定し、その中間体のＳｉ薄膜周辺部のみを
強アルカリ液でエッチング除去することにより、ＳＯＳ
基板と類似構造を有するＳＯＩ基板の製造を可能にする
ものである。

【００３４】本発明方法によるＳＯＩ基板は、素子形成
加工時の発塵が従来品と比較し著しく改善されている。
すなわち、このＳＯＩ基板に関して想定されるいくつか
の加工工程でパーティクル発生原因を追跡した結果、そ
の発生源は、同基板を構成するベースウエーハのＳｉ単
結晶の露出部分、若しくはＳｉ単結晶と除去不完全のま
ま残された酸化膜とＳｉ単結晶の境界部分にあることが
判明したからである。

【００３５】その理由として、Ｓｉ単結晶は硬脆性物質
の代表格であり、ちょっとした機械的衝撃によっても傷
を受け、割れや欠けによる発塵を起こしやすいことや、
エッチング除去が不完全なまま残された酸化膜とＳｉ単
結晶の境界部分はそれ自身が発塵しやすい不安定な状態
にあるためと推定される。

【００３６】これに対し、本発明において発塵が抑えら
れるのは、ベースウエーハの露出部全表面にほぼ均質な
状態で被覆された酸化膜が、Ｓｉ単結晶と比較してそれ
自身強靱な硬さと機械的強度を有する保護膜的な作用を
有し、機械的損傷を受けにくいためと推定される。

【００３７】次に、ボイドがウエーハ接合体の外周部で
最も発生しやすい理由は、２枚のウエーハを重ね合せ、
熱処理して接着させるに際し、ウエーハの熱的応力によ
る変形の影響がその外周部に最も強く現れてボイド形成
がなされるか、又はこのウエーハ接合体のボンドウエー
ハ側を研削や研磨する際に、その機械的剪断力が外周部
に強く作用し、その部分の接合力を弱めるためであろう
と推定される。

【００３８】従って、本発明は、その不良部分を事前に
除去することにより、素子形成加工時における基板周辺
部の発塵を抑制し、素子の品質歩留りを向上させること
ができる。

【００３９】

【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。

【００４０】（実施例１）本発明の実施に適するスペ−
サ材料の試験を行った。（１）試験方法本発明の実施例の強アルカリ液によるエッチングに際
し、適切なスペーサ用材料を選定するための試験を行っ
た。試験は、厚さ０．６２ｍｍで直径１２５ｍｍの通常
のウエーハ５枚と、厚さ２．０ｍｍで直径１２０ｍｍの
各種の樹脂シート５枚を交互に重ね合せて積層し、図２
に示すようなステンレス製のスタック治具で固定し、こ
の状態でエッチング液に浸漬してエッチングを行った。
エッチングは、ウエーハ表面より３０μｍの深さに達す
るまで行った。

【００４１】細部の試験条件は次の通りである。イ）試験に使用したウエーハ：結晶方位＝〈１００〉導電型＝ｐ型、抵抗率＝１〜２Ωｃｍロ）試験対象とした合成樹脂材：アクリル樹脂、塩化ビ
ニル樹脂、ポリプロピレン樹脂、フッ素樹脂ハ）エッチング処理の条件：ＮａＯＨの４５重量％水溶
液／４５±２℃

【００４２】（２）試験結果上記条件のエッチング処理が終了した後、ウエーハを取
り出して洗浄乾燥し、同ウエーハのスペーサが接触して
いた鏡面側につき、エッチング液による浸食状態を観察
した。図４はその観察結果を示す。同図の横方向欄は試
験対象とした合成樹脂材の名称、縦方向欄の１〜５はウ
エーハの積層順位を示す。また、各ウエ−ハ観察図の左
下の数字は浸食率（％）を示す。この「浸食率」は、
「スペーサ円周長さ」に対する「浸食部長さ」の割合と
して定義され、以下の式で表される。浸食率（％）＝浸食部長さ（ｍｍ）／スペーサ円周長さ
（ｍｍ）×１００ここで「浸食部長さ」は、ウエーハ鏡面のスペーサが接
触していた部分のうち、外周部側より径の内方向で３ｍ
ｍ幅の位置において浸食されている部分の外周に沿った
長さとして測定した。

【００４３】表１は、試験した樹脂の代表的な物性値の
範囲、及び図４における浸食状態のバラツキが大きい両
端の１、５番を除く２〜４番ウエーハ３枚の浸食率の平
均値を示している。

【表１】

【００４４】結果として、浸食率はフッ素樹脂スペーサ
の場合が他の樹脂材料に比べて際立って低くなってい
る。なお、この試験条件において、各樹脂のスペーサは
いずれも外観上の特別な変化はみられなかった。従っ
て、この浸食率の差は、スペーサと鏡面ウエーハの外周
接触部におけるスペーサのミクロ変形によるものか、樹
脂の物性値に由来するものかは明らかではない。なお、
本試験で使用したフッ素樹脂は、デュポン社製の４フッ
化エチッレン樹脂（ＰＴＦＥ、登録商標名「テフロ
ン」）である。

【００４５】（実施例２）従来より採用されている酸エ
ッチング法を比較例とし、本発明の実施例のアルカリエ
ッチング法の条件を選定した。

【００４６】（１）エッチングの条件イ）従来法の酸エッチング条件従来法の酸エッチングは、液組成が重量％で各々ＨＦ＝
８、ＨＮＯ₃ ＝８４、Ｈ₂ Ｏ＝８とし、また処理温度は
４５±２℃とした。この条件におけるエッチング速度
は、Ｓｉ＝３４μｍ／分、ＳｉＯ₂ ＝０．６８μｍ／分
であり、両者のエッチング速度比（Ｓｉエッチング速度
／Ｓｉエッチング速度）＝約５０である。

【００４７】ロ）本発明の実施例のアルカリエッチング条件本発明の実施例の強アルカリエッチング液はＮａＯＨ水
溶液とし、その各種濃度と温度に対するエッチング速度
比を測定し、図１の結果を得た。本発明の実施試験は、
同図に基づき、ＮａＯＨ４５重量％の水溶液の４５±２
℃の条件で行った。その時のエッチング速度はＳｉ＝
０．１１８μｍ／分、ＳｉＯ₂ ＝０．０００１９μｍ／
分で、エッチング速度比＝約６２０となり、この両速度
は図５のような比例関係にあることが確認された。

【００４８】（２）試験に供した接合ウエーハＣＺ引上法によるＳｉ単結晶からなり、結晶方位〈１０
０〉、Ｐ型で抵抗率８〜１２Ωｃｍの規格を有する直径
１２５ｍｍ、厚さ０．６０ｍｍのウエーハ３２枚を準備
した。

【００４９】うち１６枚をベース用ウエーハとし、その
全表面に湿式熱酸化法により厚さが約１．２μｍの酸化
膜を形成させた。次に、このベースウエーハの鏡面側
と、酸化膜を付さないボンド用ウエーハの鏡面どうしを
外周面が一致するよう正確に重ね合せ、窒素雰囲気下の
１２００℃で約１時間熱処理し、２枚のウエーハの強固
な接合体１６組を得た。このウエーハ接合体のボンドウ
エーハ側を、サーフェイスグラインダで約１５μｍにな
るまで表面研削し、その後研磨を行い、Ｓｉの単結晶層
の厚さが３．０μｍの薄膜状であるＳＯＩ基板中間体を
得た。

【００５０】（３）試験に使用したスペーサ実施例１により選定されたＰＴＦＥの厚さ２ｍｍで平面
性の良好なシートにつき、前記ＳＯＩ基板中間体と厚さ
以外は同寸法形状であるが、同中間体のボンドウエーハ
側と接する面が、その外周面より径内方向に２ｍｍで厚
さ０．５ｍｍの切欠（段落）を設けたもの２２枚を作製
し、これをスペーサとした。

【００５１】（４）エッチング試験エッチング試験は次の３条件で行った。

【００５２】イ）比較例１及び比較例２の方法ＳＯＩ基板中間体６枚について、そのボンドウエーハ側
にその半径より２ｍｍ小さい径の塩化ビニル製粘着フィ
ルムを貼付け、１枚単位で上記酸エッチング条件で１分
間処理した後に洗浄乾燥したもの３枚を比較例１とし、
同じように２分間処理したもの３枚を比較例２とした。

【００５３】ロ）比較例３の方法ＳＯＩ基板中間体５枚と上記スペーサ６枚について、積
層体の両側にスペーサが位置するよう、１枚づつを交互
に積層させ、実施例１で使用したスタック治具で両端を
固定し、上記酸エッチング条件で２分間処理し、得られ
たＳＯＩ基板を取り出して洗浄乾燥した。その評価は、
スタック治具側両端の各１枚を除く中央部のＳＯＩ基板
３枚について行った。

【００５４】ハ）実施例２の方法ＳＯＩ基板中間体５枚と上記スペーサ６枚について、比
較例３と同様の方法でスタック治具に固定したものを、
上記本発明の実施例のアルカリエッチング条件で３０分
処理し、得られたＳＯＩ基板を洗浄乾燥後、比較例３の
場合と同じく内側の３枚を本発明の実施例品として評価
した。

【００５５】（５）試験結果試験結果の要点を表２にまとめて示す。

【表２】なお、比較例３で使用した５枚の中間体の酸エッチング
による合格品は１枚であったが、実施例２の５枚の中間
体のアルカリエッチングでは５枚の全数が合格品となっ
た。

【００５６】表２で示されるように、エッチング速度差
の関係から、従来法における酸エッチング法は、本発明
の実施例のアルカリエッチング法に比べ、エッチング時
間が非常に短い。このことは、生産効率面で一見有利に
とれるが、高価なＳｉウエーハを原料とし、μｍレベル
のＳｉ単結晶薄膜層や同酸化膜の厚さを精密に制御しな
ければならない本発明のＳＯＩ基板の製造にあっては、
秒単位のエッチング管理が必要となり、その操作を一歩
誤れば同製品の歩留りに重大な影響を及ぼすので、決し
て有利な方法とはいえず、アルカリエッチングの方が作
業性に優れているといえる。また、エッチング速度比の
関係においても、アルカリエッチング法が本発明のＳＯ
Ｉ基板の製造に有利に作用していることも明らかであ
る。

【００５７】（実施例３）ベースウエーハ及びボンドウ
エーハの双方について、約１．２μｍの酸化膜を付す以
外は、全て実施例２の場合と同じ方法でＳＯＩ基板中間
体５枚を製造し、エッチング液をＮａＯＨ水溶液からＫ
ＯＨ水溶液に替えた以外は実施例２と同様のアルカリエ
ッチング条件でエッチング処理を行い、ＳＯＩ基板に加
工した。これらは５枚の全数が製品として合格した。

【００５８】（実施例４）実施例２及び実施例３で製造
された各種条件のＳＯＩ基板について、次の方法により
発塵の試験を行った。

【００５９】（１）試験方法発塵試験を行うＳＯＩ基板は、雰囲気の清浄度がクラス
１０以上のクリーンベンチ内で、ウエーハの仕上げ洗浄
と同条件方法で十分に洗浄された後に乾燥させる。この
ＳＯＩ基板３枚単位を、発塵測定専用に設計された石英
製リブ付きバスケット内に装填し、これを清浄にされた
測定専用の石英容器に収納して密閉後、加振装置にセッ
トし、ＳＯＩ基板面に対し左右方向３０ｍｍの振幅で
２．７Ｈｚ（１６０回振動／分）で２０分間振動させ
る。この条件により基板側面が受ける衝撃回数は約６５
００回である。

【００６０】その後、超高純度水（１．１×１０⁶ 個／
リットル）２リットルを容器内に加え、さらに同条件で
５分間振動を加えた後、その水中のパーティクルを液中
パーティクルカウンタ（神鋼ファウドラー製：ＬＰＣ１
０）で測定した。この測定器は、パーティクルに関し、
最低０．０７μｍ粒径までの測定が可能である。

【００６１】（２）測定結果測定結果は表３の通りである。

【表３】表中の測定値で、「容器レベル」は、純水２リットルだ
けを空バスケットを収納した容器に入れ、５分間加振し
た後の液中のパーティクル数を示し、「ＳＯＩ基板１枚
当たりのレベル」は、上記方法でＳＯＩ基板を処理した
後の水中パーティクル数の測定値より「容器レベル」値
を差し引いて３で除した値である。表３の結果から、本
発明の支持基板上に酸化膜が残されたＳＯＩ基板は、発
塵量が少ないことは明らかである。

【００６２】

【発明の効果】上記実施例から、全表面が酸化膜で覆わ
れたウエーハを支持基板（ベースウエーハ）とし、その
上にＳｉ単結晶の薄膜層を設けたＳＯＳと類似構造のＳ
ＯＩ基板は、従来のＳｉ単結晶が露出した支持基板の場
合に比べ、半導体素子製造時の諸工程におけるパーティ
クルの発生が少なく、素子製造の歩留りを向上させる。
また、上記ＳＯＩ基板は、素子形成加工をする際のハン
ドリングを容易にし、基板全体の不純物による汚染を抑
えることができる。さらに、上記ＳＯＩ基板は、これよ
り素子形成面上にＳｉ単結晶やＳｉ多結晶の層を成長さ
せる際、ベース側ウエーハ表面の不要部分にこれらが異
常成長して発塵源となることを防止する。また、予め素
子形成面となるＳｉ単結晶薄膜層の外周部を除去するこ
とにより、ウエーハ接合体の接合強度は安定し、同形状
のものをＳＯＩ基板製品とすることにより、同製品の歩
留りと品質安定性は向上する。

【００６３】また、上記実施例で示した接合ウエーハ外
周部をエッチング除去する加工方法は、マスキングテー
プの貼付けや剥離、及び単枚エッチング処理の手間を省
いて本発明製品の製造を容易にする。しかも、アルカリ
エッチング方法に使用したＮａＯＨやＫＯＨは、従来の
酸エッチングに使用のフッ酸や硝酸等に比べて非常に安
価であり、その排液処理も容易である等、様々な効果を
有するものである。

【００６４】以上説明した通り、本発明は、ＳＯＩ基板
におけるボイドが多いボンドウエーハ外周部を効率的に
除去すると同時に、それ自体の発塵量が少なく、しかも
それを使用して素子を製造する工程において損傷や汚染
の影響を受けることの少ない、実質的にＳＯＳ基板と同
じ構成を有するＳＯＩ基板とその効率的な製造方法を提
供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】エッチング比に対する本発明のＮａＯＨ濃度の
影響を示す図である。

【図２】本発明の方法で使用するスペーサ及びスタック
治具の一例を示す側断面図である。

【図３】互いに密着した状態のＳＯＩ基板中間体１０及
びスペーサ２０の一部を拡大して示す側断面図である。

【図４】本発明の方法で用いるスペーサを種々の材質で
作製した場合の周辺エッチングの浸食の度合いを示す図
である。

【図５】本発明の方法で用いるエッチング液のＳｉとＳ
ｉＯ₂ とのエッチング速度の比を示す図である。

【符合の説明】

１０ＳＯＩ基板中間体１１酸化膜１２ベースウエ−ハ１３ボンドウエ−ハ１３ａボンドウエ−ハの周辺部２０スペーサ２１台地状平坦部３０スタック治具３１ボルト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内山敦雄長野県更埴市大字屋代1393番地長野電子工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】全表面にＳｉ酸化膜を有するＳｉ単結晶
からなる鏡面ウエーハ上にＳｉ単結晶の薄膜を形成せし
めたＳＯＩ基板。
【請求項２】２枚のＳｉ単結晶からなる鏡面ウエーハ
（以下「ウエーハ」という。）のうちの一方は素子形成
層の支持を目的とするベースウエーハ、他方は素子形成
層となることを目的とするボンドウエーハとし、ベース
ウエーハのみ又はベ−スウエ−ハ及びボンドウエ−ハ双
方の全表面にＳｉ酸化膜を形成させた後、このベースウ
エーハの鏡面側とボンドウエーハの鏡面側どうしを重ね
た状態で加熱することにより接着せしめ、次にボンドウ
エーハの背面を研削及び研磨することにより薄膜化して
ＳＯＩ構造を有する接合ウエーハとし、この接合ウエー
ハ複数枚と、この接合ウエーハとほぼ同じ形状の複数枚
のスペーサとを、これらの主平面を対峙させながら交互
に積層し、その両側より加圧固定した後、その周辺部の
みをエッチング液中に浸漬しエッチングするにあたり、
前記エッチング液は強アルカリを主剤とし、かつ前記ス
ペーサは耐アルカリ性の材料を使用し、スペーサの形状
は、ボンドウエーハ外周部分の一定幅が露出するように
ウエーハより幾分小さい形状の密着面を有するものを使
用して前記エッチングを行うことにより、全表面にＳｉ
酸化膜を有するベースウエーハ上にＳｉ単結晶の薄膜を
形成せしめたＳＯＩ基板を得ることを特徴とするＳＯＩ
基板の製造方法。
【請求項３】前記エッチング液はＮａＯＨ又はＫＯＨ
を主剤とする水溶液である請求項２に記載のＳＯＩ基板
の製造方法。
【請求項４】前記スペーサのベースウエーハ側の接触
面は、そのウエーハと同じ形状でその全面に密着し、ま
たボンドウエーハ側の接触面は、そのウエーハ周辺の一
定幅が露出するようウエーハより幾分小さい形状の密着
面を有する、該スペーサの側視形状が凸型若しくは円錐
台型のものである請求項２に記載のＳＯＩ基板の製造方
法。
【請求項５】前記スペーサはフッ素樹脂からなる請求
項２ないし請求項４に記載のＳＯＩ基板の製造方法。