JPH10242015A - 張り合わせシリコン基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 不純物拡散面を張り合わせ面とした張り合
わせシリコン基板にてその接合強度を大きくする。 【解決手段】 ウェーハ保持テーブルにシリコンウェー
ハを載置し、その不純物拡散面を仕上げ研磨する。研磨
液供給下、研磨ヘッドを自転させながら、ウェーハ面に
圧接し、０．１μｍだけ仕上げ研磨する。高濃度に不純
物を拡散したウェーハでも、拡散していないウェーハと
同等の表面粗さ（ヘイズレベルで０．２ｐｐｍ程度）を
得ることができる。その結果、張り合わせ強度が増大
し、シリコンウェーハの剥がれなど不良品の発生を低減
できた。

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、例えばシリコン
面同士を直接張り合わせた張り合わせシリコン基板、酸
化膜を間に介在させたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ
Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板およびその製造方法、特にウ
ェーハ同士の張り合わせ強度を大きくした張り合わせシ
リコン基板およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えばシリコン面同士を直接に張
り合わせた張り合わせシリコン基板、また、間に絶縁膜
を介在させたＳＯＩ基板のように、接着剤などを使わず
に２枚のシリコンウェーハ同士を張り合わせて一体化す
る技術が開発されている。直接張り合わせは、シリコン
ウェーハを洗浄して張り合わせ面（シリコン面）を親水
性化処理し、次いで、室温大気中において張り合わせ面
同士を重ね合わせて張り合わせ、それから加熱炉で張り
合わせ熱処理を施すものである。

【０００３】張り合わせシリコン基板の活性層側基板に
あっては、デバイス作製上の要請により、シリコンウェ
ーハの鏡面研磨後の張り合わせ面に、例えばＳｂ（アン
チモン）などの不純物を所定の濃度プロファイルで拡散
する場合がある。このとき、鏡面研磨された張り合わせ
面は不純物の拡散により、例えばヘイズレベルで１．５
ｐｐｍ、Ｐ−Ｖ（Ｐｅａｋ ｔｏ Ｖａｌｌｅｙ）値で
５ｎｍ程度の面荒れが生じている。なお、Ｐ−Ｖ値は、
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）により測定した。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この張り合
わせシリコン基板のウェーハ間の接着力（接合力）は、
ウェーハ表面（張り合わせ界面）のマイクロラフネスが
大きく関与する。マイクロラフネスが悪化すると、熱処
理後、高い接合強度が得られない。よって、さらには、
ウェーハに未接合部分（未接着部分）であるボイドが発
生し、デバイス作製の各工程時にシリコンウェーハの剥
がれなどの不都合が生じるおそれがある。

【０００５】

【発明の目的】そこで、この発明は、シリコンウェーハ
の張り合わせ面をさらに仕上げ研磨することにより、ウ
ェーハの接合強度（接着強度）を従来よりも大きくする
ことができる張り合わせシリコン基板およびその製造方
法を提供することを、その目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、鏡面研磨された張り合わせ面を有する２枚のシリコ
ンウェーハ同士を張り合わせた張り合わせシリコン基板
において、上記２枚のシリコンウェーハの少なくとも一
方のシリコンウェーハの張り合わせ面に、不純物の拡散
後に研磨量が０．１μｍ未満の仕上げ研磨が施され、こ
の研磨面を残りの他方のシリコンウェーハの張り合わせ
面に重ね合わせることにより張り合わされた張り合わせ
シリコン基板である。上記仕上げ研磨では、その研磨量
を０．１μｍ未満としたので、拡散された不純物の濃度
プロファイルに影響を与えることがない。ここでいう張
り合わせシリコン基板は、例えばベアシリコンウェーハ
同士を張り合わせたもの（直接張り合わせ）、表面にＳ
ｉＯ₂膜を有するシリコンウェーハとベアシリコンウェ
ーハを張り合わせたもの（ＳＯＩ）、また、表面にＳｉ
Ｏ₂膜を有するシリコンウェーハ同士を張り合わせたも
の（ＳＯＩ）を含む。

【０００７】また、ここでいう仕上げ研磨とは、研磨
布、研磨液などを用いた機械的化学的研磨（メカノケミ
カル研磨）をいう。この機械的化学的研磨は、表面基準
の研磨であり、例えばワックスレスマウント方式による
研磨である。使用する研磨剤は、例えば（株）フジミイ
ンコーポレーテッド製「ＦＧＬ−７００８」とする。使
用する研磨布は、ポリエステルフェルトにポリウレタン
を含浸させた基材に、ポリウレタンをコートし、ポリウ
レタン内に発泡層を成長させ、表面部位を除去し発泡層
に開口部を設けたものである。発泡層内に保持された研
磨剤がウェーハと発泡層内面との間で作用することによ
り、研磨が追行する。

【０００８】好ましいシリコンウェーハの張り合わせ面
の研磨量は、０．１μｍ未満であり、０．１μｍ以上を
研磨するとなれば、拡散した不純物濃度プロファイルに
影響を与えるおそれがある。よって、所定深さまで不純
物を拡散しなければならず、その拡散工程が長期にわた
る結果となるという不具合がある。シリコンウェーハの
張り合わせ面に拡散される不純物としては、例えばＰ型
不純物としてＢ（ホウ素）、Ｉｎ（インジウム）など、
Ｎ型不純物としてはＰ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ
（アンチモン）などがある。これらの事項は、請求項２
〜請求項４に記載の張り合わせシリコン基板およびその
製法の場合も同様である。

【０００９】請求項２に記載の発明は、上記仕上げ研磨
は、研磨面をヘイズレベルで０．５ｐｐｍ以下またはＰ
−Ｖ値で４ｎｍ以下とする研磨である請求項１に記載の
張り合わせシリコン基板である。シリコンウェーハの研
磨によるウェーハ表面の粗さの成分であって、数〜数十
μｍの周期をもった微小な表面粗さであるヘイズ値の好
ましい値は、レーザ光が垂直に入射する方式のパーティ
クルカウンタ、例えば（株）テンコール社「ＳＦＳ６２
００」による測定値で０．２ｐｐｍ未満である。このヘ
イズ値が大きくなると、例えば０．５ｐｐｍを超える
と、ＳＣ１液での面荒れが大きくなり、張り合わせでの
接合強度が低下する。また、Ｐ−Ｖ値では４ｎｍ以下で
あり、４ｎｍを超えると同じく強度低下、面荒れを生じ
る。

【００１０】請求項３に記載の発明は、第１のシリコン
ウェーハの鏡面研磨された張り合わせ面に不純物を拡散
する工程と、この不純物拡散後の張り合わせ面に研磨量
が０．１μｍ未満の仕上げ研磨を施す工程と、この仕上
げ研磨面を第２のシリコンウェーハの張り合わせ面に重
ね合わせることにより、張り合わせシリコン基板を製造
する張り合わせ工程と、を備えた張り合わせシリコン基
板の製造方法である。なお、この室温での張り合わせ
後、所定の張り合わせ熱処理を施す。

【００１１】ここでＳＣ１洗浄とは、例えばＮＨ₄Ｏ
Ｈ：Ｈ₂Ｏ₂： Ｈ₂Ｏ＝１：１：５というアンモニアと
過酸化水素水との混合液（８０℃）を用いて、シリコン
ウェーハの表面を薄くエッチングすることにより、この
ウェーハ表面のパーティクルを除去する洗浄のことであ
る。

【００１２】請求項４に記載の発明は、上記仕上げ研磨
は、研磨面がヘイズレベルで０．５ｐｐｍ以下またはＰ
−Ｖ値で４ｎｍ以下とする研磨である請求項３に記載の
張り合わせシリコン基板の製造方法である。

【００１３】

【作用】張り合わされるシリコンウェーハの作製工程に
おいて、通常は、シリコンウェーハの張り合わせ面に不
純物を拡散することにより表面が荒れてしまう。ウェー
ハ表面の粗さは、例えばテンコール（株）の「ＳＦＳ６
２００」で測定したヘイズレベルで１．５ｐｐｍ、ＡＦ
Ｍで測定したＰ−Ｖ値で５ｎｍ程度であった。しかしな
がら、この発明にあっては、不純物拡散後に、拡散面に
対して高精度の仕上げ研磨を施す。このため、ウェーハ
表面の粗さが、「ＳＦＳ６２００」でのヘイズレベルで
０．２ｐｐｍ以下、ＡＦＭによるＰ−Ｖ値で２ｎｍ以下
まで低減された、マイクロラフネスの低いシリコンウェ
ーハが得られる。

【００１４】上記従来技術の欄で説明したように、ウェ
ーハ間の接合力はウェーハ表面のマイクロラフネスが大
きく関与するので、この発明によれば、２枚のシリコン
ウェーハ同士を張り合わせたときに、ウェーハ間に未接
合部分（ボイド）を発生させず、より大きなウェーハ接
合強度が得られる。したがって、ユーザーによる例えば
ＬＳＩの製造工程でのシリコンウェーハの剥がれを原因
とした不良品の発生を低減することができる。ここで、
図１および図２のグラフを参照して、この発明をより具
体的に説明する。

【００１５】図１は、各種シリコンウェーハのＰ−Ｖ値
を基準にした比較を示すグラフである。また、図２は、
各種シリコンウェーハのヘイズ値を基準にした比較を示
すグラフである。 （１）シリコンウェーハに例えば不純物であるＳｂが高
濃度に拡散され（例えば２０〜３０Ω／□）、かつ機械
的化学的研磨である仕上げ研磨を施していない従来のａ
ｓ拡散ウェーハと、（２）同じくＳｂが拡散され、かつ
仕上げ研磨を施したこの発明と、（３）Ｓｂ拡散なしの
一般的な鏡面シリコンウェーハとを、シリコンウェーハ
の張り合わせ面のＰ−Ｖ値およびヘイズ値について比較
する。図１、図２のグラフから明らかなように、仕上げ
研磨を行わない従来手段に比べて、仕上げ研磨を行うこ
の発明のものは、Ｓｂ拡散がない手段のものとほぼ同程
度の低さだった。

【００１６】また、図３の各種シリコンウェーハの接合
強度を示すグラフから明らかなように、その後、（１）
および（２）の場合について、この仕上げ研磨された２
枚のシリコンウェーハを、室温大気中において張り合わ
せ面同士を重ね合わせて張り合わせた。接合強度の測定
は、以下のようにして行った。張り合わせウェーハの一
部を劈開し、ＨＦに浸漬し、埋め込み酸化膜（張り合わ
せ界面）への染み込み量を測定することによった。一定
時間での染み込み量の大小で判定した。張り合わせ後の
シリコンウェーハ間の接合強度は、（１）のａｓ拡散ウ
ェーハによる張り合わせシリコン基板に比べて、（２）
の仕上げ研磨を施したこの発明の張り合わせシリコン基
板の方が約５倍に増大した。シリコンウェーハの張り合
わせ面に、研磨量が０．１μｍ未満で仕上げ研磨を施す
ので、ウェーハ表面の粗さを不純物拡散なしの鏡面研磨
ウェーハと同等程度にまで低減でき、これによりウェー
ハ接合強度をさらに増大できる。

【００１７】特に、請求項２、請求項４に記載の発明の
場合には、この仕上げ研磨面のマイクロラフネスをヘイ
ズレベルで０．５ｐｐｍ以下またはＰ−Ｖ値で４ｎｍ以
下としたので、これによりウェーハ接合強度をより大き
くすることができる。

【００１８】さらに、請求項３に記載の発明の場合に
は、シリコンウェーハが、ベアウェーハであっても、そ
の張り合わせ面の最終的な研磨工程が、研磨量０．１μ
ｍ未満という表面基準の研磨である仕上げ研磨であるの
で、ウェーハ表面の粗さが、ヘイズレベルで０．５ｐｐ
ｍ以下、Ｐ−Ｖ値で４ｎｍ以下まで低減される。また、
表面にＳｉＯ₂膜を有するウェーハでも、Ｐ−Ｖ値で４
ｎｍ以下まで低減される。これにより、いずれのシリコ
ンウェーハの品種であっても、ウェーハ接合強度を大き
くすることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施例を挙げて
この発明をより具体的に説明する。ただし、この発明は
これに限定されないのはいうまでもない。 〈実施例１、比較例１〉実施例１として、表面にＳｂが
高濃度に拡散され、ＡＦＭ測定での表面粗さＰ−Ｖ値が
５ｎｍ、「ＳＦＳ６２００」のヘイズ値が１．５ｐｐｍ
のシリコンウェーハを、ウェーハ保持テーブル上に載置
する。なお、シリコンウェーハ表面に拡散されたＳｂに
よる抵抗値は、例えば２０〜３０Ω／□とする。

【００２０】このシリコンウェーハを、バックパッドを
用いた表面基準研磨方式で、その張り合わせ面を研磨量
０．１μｍだけ仕上げ研磨を施した。張り合わせ面のＰ
−Ｖ値は２ｎｍ、ヘイズ値は０．２ｐｐｍとなった。ま
た、比較例１として仕上げ研磨を施していない場合を示
す。そして、これらのシリコンウェーハを同一条件でそ
れぞれ張り合わせ、熱処理を施した。その結果製造され
た張り合わせ基板について、それぞれ、上記エッチング
液の浸食による接合強度の測定を行った。その結果を表
１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１から明らかなように、実施例１の張り
合わせシリコン基板は、不純物の拡散により表面が粗く
なったシリコンウェーハの張り合わせ面を、その後、さ
らに高精度の機械的化学的研磨である仕上げ研磨を施し
て平滑化するようにしたので、高濃度の不純物が拡散さ
れたシリコンウェーハであっても、不純物の拡散がない
シリコンウェーハの場合と同等の表面粗さとなった。こ
れにより接合強度が増大し、よって製品出荷後、ユーザ
ーが例えばＬＳＩを製造する際に、張り合わされたシリ
コンウェーハが取り扱い中に剥がれて、不良品が発生す
る虞れが低減できた。これに対して、比較例１の仕上げ
研磨を施していない張り合わせシリコン基板の場合に
は、シリコンウェーハの張り合わせ面の表面粗さがＰ−
Ｖ値およびヘイズ値とも比較的に大きい。これにより接
合強度が小さくなり、したがってユーザー取り扱い時
に、シリコンウェーハが剥がれて不良品となる率が比較
的高い。

【００２３】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明の張
り合わせシリコン基板およびその製造方法は、張り合わ
されるシリコンウェーハの作製工程において、不純物の
拡散により粗くなった張り合わせ面を、研磨量０．１μ
ｍ未満の仕上げ研磨を施すようにしたので、ウェーハ表
面の粗さが低減して、マイクロラフネスの高いシリコン
ウェーハが得られる。これにより、ウェーハ張り合わせ
強度の増大が図れ、したがってユーザーによる例えばＬ
ＳＩの製造工程でのシリコンウェーハの剥がれに起因し
た不良品の発生を低減できる。

【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シリコン
ウェーハのＰ−Ｖ値を他の張り合わせウェーハと比較し
て示すグラフである。

【図２】この発明の一実施例に係る張り合わせシリコン
ウェーハのヘイズ値を他の張り合わせウェーハと比較し
て示すグラフである。

【図３】この発明の一実施例に係る張り合わせシリコン
ウェーハの接合強度を他の張り合わせウェーハと比較し
て示すグラフである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鏡面研磨された張り合わせ面を有する２
   枚のシリコンウェーハ同士を張り合わせた張り合わせシ
   リコン基板において、 上記２枚のシリコンウェーハの少なくとも一方のシリコ
   ンウェーハの張り合わせ面に、不純物を拡散した後、研
   磨量が０．１μｍ未満の仕上げ研磨が施され、この研磨
   面を残りの他方のシリコンウェーハの張り合わせ面に重
   ね合わせることにより張り合わされた張り合わせシリコ
   ン基板。
2. 【請求項２】 上記仕上げ研磨は、研磨面をヘイズレベ
   ルで０．５ｐｐｍ以下またはＰ−Ｖ値で４ｎｍ以下とす
   る研磨である請求項１に記載の張り合わせシリコン基
   板。
3. 【請求項３】 第１のシリコンウェーハの鏡面研磨され
   た張り合わせ面に不純物を拡散する工程と、 この不純物拡散後の張り合わせ面に研磨量が０．１μｍ
   未満の仕上げ研磨を施す工程と、 この仕上げ研磨面を第２のシリコンウェーハの張り合わ
   せ面に重ね合わせることにより、張り合わせシリコン基
   板を製造する張り合わせ工程と、を備えた張り合わせシ
   リコン基板の製造方法。
4. 【請求項４】 上記仕上げ研磨は、その研磨面をヘイズ
   レベルで０．５ｐｐｍ以下またはＰ−Ｖ値で４ｎｍ以下
   とする研磨である請求項３に記載の張り合わせシリコン
   基板の製造方法。