JP7501438B2 - Method for manufacturing SOI wafer - Google Patents
Method for manufacturing SOI wafer Download PDFInfo
- Publication number
- JP7501438B2 JP7501438B2 JP2021073282A JP2021073282A JP7501438B2 JP 7501438 B2 JP7501438 B2 JP 7501438B2 JP 2021073282 A JP2021073282 A JP 2021073282A JP 2021073282 A JP2021073282 A JP 2021073282A JP 7501438 B2 JP7501438 B2 JP 7501438B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- active layer
- oxide film
- soi wafer
- substrate
- polishing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 83
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 35
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 131
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 86
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 32
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 23
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 16
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 9
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 8
- 238000003475 lamination Methods 0.000 claims description 6
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims description 4
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 105
- 239000010408 film Substances 0.000 description 95
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 24
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 22
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 11
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 3
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000004857 zone melting Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Description
本発明は、SOIウェーハの製造方法およびSOIウェーハに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an SOI wafer and an SOI wafer.
半導体ウェーハとしてSOIウェーハ(Silicon on Insulator)が知られている。SOIウェーハは、支持基板上に、酸化シリコン(SiO2)等の絶縁膜と、デバイス活性層(「活性層」または「SOI層」と呼ばれることがある)として使用される単結晶シリコン層とが順次形成された構造を有する。SOIウェーハは、活性層の厚みによって用途が区分され、活性層の厚みが1μm以上のものは「厚膜SOI」と呼ばれ、活性層の厚みが1μm未満のものは「薄膜SOI」と呼ばれる。一般的に、厚膜SOIはパワーデバイスやBiCMOS等に用いられており、薄膜SOIはCMOS-LSI等に用いられている。 SOI wafers (Silicon on Insulator) are known as semiconductor wafers. SOI wafers have a structure in which an insulating film such as silicon oxide (SiO 2 ) and a single crystal silicon layer used as a device active layer (sometimes called an "active layer" or an "SOI layer") are sequentially formed on a support substrate. SOI wafers are classified according to the thickness of their active layer, with those with an active layer thickness of 1 μm or more being called "thick film SOI" and those with an active layer thickness of less than 1 μm being called "thin film SOI". In general, thick film SOI is used in power devices, BiCMOS, etc., and thin film SOI is used in CMOS-LSI, etc.
ここで、SOIウェーハの代表的な製造方法として、スマートカット法(SmartCut;登録商標)および貼合せ法が知られている。スマートカット法では、活性層用のシリコン基板に水素イオンを高濃度注入して脆化処理層を形成する。次いで、該脆化処理層の部分でシリコン基板を剥離することによって活性層を形成し、剥離した活性層を酸化膜を介して支持基板に貼り合わせることでSOIウェーハを作製する(例えば、特許文献1)。スマートカット法は、水素イオンをウェーハ表面から内部の深い位置にまでイオン注入することができず、厚い活性層を得ることができないため、薄膜SOI製造にのみ適用可能な技術である。一方、貼合せ法は、支持基板および活性層用基板の少なくとも一方に酸化膜(「BOX(Buried Oxide)層」とも呼ばれる)を形成し、次いで、これらの基板を、酸化膜を介して重ね合わせた後、1200℃程度の高温にて接合熱処理を施すことにより、SOIウェーハを作製する(例えば、特許文献2)。貼合せ法は、2枚のシリコンウェーハを酸化膜を介して貼り合わせるため、作製する活性層の厚みは任意に調整可能であることから、一般的に厚膜SOI製造に適用されている。 Here, the SmartCut method (registered trademark) and the bonding method are known as typical manufacturing methods for SOI wafers. In the SmartCut method, hydrogen ions are implanted at a high concentration into a silicon substrate for the active layer to form an embrittled layer. Next, the silicon substrate is peeled off at the embrittled layer to form an active layer, and the peeled active layer is bonded to a support substrate via an oxide film to produce an SOI wafer (for example, Patent Document 1). The SmartCut method is a technology that can only be applied to thin-film SOI manufacturing because it is not possible to implant hydrogen ions from the wafer surface to a deep position inside the wafer and therefore is not possible to obtain a thick active layer. On the other hand, the bonding method forms an oxide film (also called a "BOX (Buried Oxide) layer") on at least one of the support substrate and the active layer substrate, and then these substrates are stacked together via the oxide film, and then a bonding heat treatment is performed at a high temperature of about 1200 ° C to produce an SOI wafer (for example, Patent Document 2). The bonding method involves bonding two silicon wafers together with an oxide film between them, so the thickness of the active layer produced can be adjusted as desired, and is therefore commonly used in the manufacture of thick-film SOI.
ところで、SOIウェーハの周縁部における非SOI領域、すなわち、活性層の外縁よりも外方に支持基板または酸化膜が露出した部分は、「テラス部」と呼ばれる。そして、テラス部の幅を「テラス幅」という(JEITA EM-3604A)。 By the way, the non-SOI region at the periphery of the SOI wafer, i.e., the part where the support substrate or oxide film is exposed outside the outer edge of the active layer, is called the "terrace portion." The width of the terrace portion is called the "terrace width" (JEITA EM-3604A).
ここで、図1(A)は一般的なスマートカット法により作製した薄膜SOIウェーハの仕上げ研磨前の光学顕微鏡写真であり、活性層およびテラス部の境界を含む周縁部の拡大写真である。薄膜SOIウェーハのテラス幅は、仕上げ研磨前でも2mm超3mm未満であることが一般的である。また、図1(A)に示すように活性層と酸化膜との境界線は歪んだ線状となり、テラス部には複数の点状の凸部(SOI島と呼ばれる)が形成される。このような境界線やSOI島は、デバイス形成時の汚染原因となる。そのため、テラス部に仕上げ研磨が行われるが、図1(B)に示す仕上げ研磨後の写真のように、境界線は円形とはならず、うねりが残存し、また、最終的なテラス幅も増大して3mm以上となってしまう(図1(B)において、仕上げ研磨後のテラス幅は4~5mm程度である)。 Here, FIG. 1(A) is an optical microscope photograph of a thin-film SOI wafer produced by a general smart cut method before final polishing, and is an enlarged photograph of the peripheral portion including the boundary between the active layer and the terrace portion. The terrace width of a thin-film SOI wafer is generally more than 2 mm and less than 3 mm even before final polishing. Also, as shown in FIG. 1(A), the boundary between the active layer and the oxide film becomes a distorted line, and multiple dot-like protrusions (called SOI islands) are formed on the terrace portion. Such boundaries and SOI islands cause contamination during device formation. For this reason, the terrace portion is subjected to final polishing, but as shown in the photograph after final polishing shown in FIG. 1(B), the boundary does not become a circle, and undulations remain, and the final terrace width also increases to 3 mm or more (in FIG. 1(B), the terrace width after final polishing is about 4 to 5 mm).
デバイス形成領域とできる有効面積を増大させるため、半導体ウェーハのエッジ除外領域(Edge Exclusion)は、従来、ウェーハエッジから3mmであったものが、現状では2mmへと進みつつあり、さらには1mmまでの縮小化も要求されつつある。薄膜SOIにおいてもエッジ除外領域の縮小化が期待されるが、そのためにはテラス幅を縮小する必要がある。しかしながら、前述したように、スマートカット法により作製した薄膜SOIウェーハのテラス幅は広く、活性層外周部における貼り合わせ強度が低いという特性もあることから、テラス幅を2mm以下とすることは困難な状況にある。実際に、SOI島を除去するために外周のテラス研磨を追加で実施しても、テラス幅が2mmから3~4mmに拡大し、かつ、うねりが形成されてしまう。 In order to increase the effective area that can be used for device formation, the edge exclusion of semiconductor wafers has been increasing from 3 mm from the wafer edge to 2 mm, and there is also a demand to reduce it to 1 mm. It is expected that the edge exclusion will also be reduced in thin-film SOI, but to achieve this, the terrace width must be reduced. However, as mentioned above, the terrace width of thin-film SOI wafers produced by the Smart Cut method is wide, and the bonding strength at the outer periphery of the active layer is low, making it difficult to reduce the terrace width to 2 mm or less. In fact, even if additional terrace polishing is performed on the outer periphery to remove the SOI islands, the terrace width increases from 2 mm to 3 to 4 mm, and undulations are formed.
本発明者は、薄膜SOIウェーハのテラス幅縮小化の実現に向けて、薄膜SOIの作製時に従来用いられているスマートカット法に代えて、厚膜SOIウェーハに適用されている貼合せ法の適用を試みた。具体的には、本発明者は、貼合せ法により、活性層の厚み1μm未満の薄膜SOIウェーハの作製が可能かどうか検討した。 In order to achieve a narrower terrace width for thin-film SOI wafers, the inventor attempted to apply the bonding method applied to thick-film SOI wafers instead of the smart cut method conventionally used in the manufacture of thin-film SOI. Specifically, the inventor investigated whether it would be possible to manufacture thin-film SOI wafers with an active layer thickness of less than 1 μm using the bonding method.
本発明者は、スマートカット法におけるテラス幅の下限よりも狭いテラス幅として、テラス幅を2mmとした場合での、貼合せ法による活性層の薄膜化を試みた。しかしながらこの場合、活性層の一部が厚み方向に完全に除去されて酸化膜の露出が生じることが本発明者により新たに確認された。 The inventors attempted to thin the active layer by lamination when the terrace width was set to 2 mm, which is narrower than the lower limit of the terrace width in the Smart Cut method. However, the inventors newly confirmed that in this case, part of the active layer was completely removed in the thickness direction, exposing the oxide film.
そこで本発明は、スマートカット法により作製される薄膜SOIウェーハよりもテラス幅を縮小でき、かつ、厚み1μm未満の活性層を有するSOIウェーハを貼合せ法によって実現することが可能な、SOIウェーハの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a method for manufacturing an SOI wafer that can reduce the terrace width compared to thin-film SOI wafers manufactured by the Smart Cut method, and can realize an SOI wafer having an active layer with a thickness of less than 1 μm by a bonding method.
上記課題を解決すべく本発明者が鋭意検討したところ、以下の知見を得た。
(A)まず、酸化膜の露出が生じないように貼合せ法によるSOIウェーハの活性層の厚みを1μm未満とするには、活性層用基板を高精度に研削する必要があるため、少なくとも薄膜化の最終段階においては局所プラズマエッチングを用いたドライケミカル平坦化(Dry chemical Planarization;DCP)加工法の適用が好適と考えられる。DCP加工法は、局所プラズマエッチングを用いるために通常の研磨面に比べて表面粗さが劣る。そこで、DCP加工後には、活性層用基板表面に仕上げ研磨を行う。
As a result of extensive investigations aimed at solving the above problems, the present inventors have obtained the following findings.
(A) First, in order to make the thickness of the active layer of the SOI wafer by the bonding method less than 1 μm so as not to expose the oxide film, it is necessary to grind the substrate for the active layer with high precision, so it is considered that the application of the dry chemical planarization (DCP) processing method using local plasma etching is suitable at least in the final stage of thinning. The DCP processing method uses local plasma etching, so the surface roughness is inferior to that of a normal polished surface. Therefore, after the DCP processing, the surface of the substrate for the active layer is subjected to finish polishing.
(B)しかし、テラス幅2mmの状態で上記DCP加工および仕上げ研磨を施すと、活性層端部で、仕上げ研磨前には活性層のあった部位において酸化膜が露出してしまうことが実験的に確認された。エッジ除外領域の拡張を偽性として、テラス幅を3mmとした場合でも、同様に酸化膜が露出してしまった。この原因を本発明者が詳細に検討したところ、仕上げ研磨前のSOIウェーハの形状に起因して、仕上げ研磨時に活性層端部においてパッドからの加圧が活性層中央部に比べて大きくなるため、活性層端部の過剰な除去が生じたからではないかと本発明者は考えた。 (B) However, it was experimentally confirmed that when the DCP processing and finish polishing were performed with a terrace width of 2 mm, the oxide film was exposed at the edge of the active layer in the area where the active layer was located before the finish polishing. Even when the terrace width was set to 3 mm, assuming the extension of the edge exclusion area to be false, the oxide film was similarly exposed. After detailed investigation of the cause of this, the inventor believed that the shape of the SOI wafer before the finish polishing caused the pressure from the pad to be greater at the edge of the active layer during the finish polishing compared to the center of the active layer, resulting in excessive removal of the edge of the active layer.
(C)そこで、仕上げ研磨前に、SOIウェーハの形状を適正化することで、活性層端部におけるパッドからの加圧を抑制でき、その結果、酸化膜の露出を防ぐことができる。SOIウェーハの形状としては、仕上げ研磨前のテラス幅が特に重要な指標となる。
本発明は、上記の知見および検討に基づくものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
(C) Therefore, by optimizing the shape of the SOI wafer before the final polishing, the pressure from the pad at the end of the active layer can be suppressed, and as a result, the exposure of the oxide film can be prevented. As for the shape of the SOI wafer, the terrace width before the final polishing is a particularly important index.
The present invention is based on the above findings and studies, and has the following gist and configuration.
本発明のSOIウェーハの製造方法は、シリコン単結晶からなる活性層用基板およびシリコン単結晶からなる支持基板の少なくとも一方の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
前記酸化膜を介して前記活性層用基板と前記支持基板とを貼合せる貼合せ工程と、
前記貼り合わせ工程後、前記活性層用基板を、前記支持基板と反対側の面から薄膜化する薄膜化工程と、を含むSOIウェーハの製造方法であって、
前記薄膜化工程は、前記活性層用基板の表面をドライケミカルエッチング処理して表面を平坦化加工する第1工程と、前記活性層用基板の表面を研磨し、厚み1μm未満の活性層を形成する第2工程とを含み、
前記第2工程に先立ち、上面視で活性層基板外縁より外方に露出する前記酸化膜または前記支持基板が露出する領域の幅を、前記SOIウェーハの端面から径方向に1.5mm以下とすることを特徴とする。
The method for producing an SOI wafer of the present invention includes an oxide film forming step of forming an oxide film on at least one surface of a substrate for active layer made of a silicon single crystal and a support substrate made of a silicon single crystal;
a bonding step of bonding the active layer substrate and the support substrate via the oxide film;
a thinning step of thinning the active layer substrate from a surface opposite to the support substrate after the bonding step,
the thinning step includes a first step of flattening the surface of the active layer substrate by dry chemical etching, and a second step of polishing the surface of the active layer substrate to form an active layer having a thickness of less than 1 μm;
Prior to the second step, the width of a region where the oxide film or the support substrate is exposed outward from the outer edge of the active layer substrate in a top view is set to 1.5 mm or less in a radial direction from the end face of the SOI wafer.
ここで、前記活性層の厚みを0.3μm以上とすることが好ましい。 Here, it is preferable that the thickness of the active layer is 0.3 μm or more.
また、本発明のSOIウェーハの製造方法は、前記貼合せ工程と、前記薄膜化工程との間に、前記支持基板側の周縁部が残存するように前記活性層用基板の端面の面取りを行う面取り工程と、該面取り工程に続いて、前記残存した部分をウェットエッチングして前記酸化膜の一部を露出させるウェットエッチング工程と、該ウェットエッチング工程に続いて前記酸化膜の周縁部を除去する除去工程と、をさらに含み、前記除去工程において前記幅を1.5mm以下とし、前記幅をW(mm)、前記厚みをT(μm)としたときに、WおよびTが下記式(1)を満足することが好ましい。
記
T≧0.36W+0.32 ・・・(1)
In addition, the method for producing an SOI wafer of the present invention further includes, between the bonding step and the thinning step, a chamfering step of chamfering an end face of the active layer substrate so that a peripheral portion on the support substrate side remains, a wet etching step following the chamfering step of wet-etching the remaining portion to expose a part of the oxide film, and a removal step following the wet etching step of removing the peripheral portion of the oxide film, wherein it is preferable that, in the removal step, the width is 1.5 mm or less, and when the width is W (mm) and the thickness is T (μm), W and T satisfy the following formula (1):
Record
T≧0.36W+0.32 ... (1)
一方、本発明のSOIウェーハの製造方法は、前記貼合せ工程と、前記薄膜化工程との間に、前記活性層用基板の表面研削を行う表面研削工程と、該表面研削工程に続いて、前記活性層用基板の主表面に対して斜め方向から前記活性層用基板の周縁部を研磨する周縁部研磨工程と、をさらに含み、前記周縁部研磨工程において前記幅を1.5mm以下とし、前記幅をW(mm)、前記厚みをT(μm)としたときに、WおよびTが下記式(2)を満足することが好ましい。
記
T≧0.54W+0.24 ・・・(2)
On the other hand, the method for producing an SOI wafer of the present invention further includes, between the bonding step and the thinning step, a surface grinding step of grinding the surface of the active layer substrate, and a peripheral portion polishing step of polishing a peripheral portion of the active layer substrate from an oblique direction relative to a main surface of the active layer substrate following the surface grinding step, and it is preferable that, in the peripheral portion polishing step, the width is 1.5 mm or less, and when the width is W (mm) and the thickness is T (μm), W and T satisfy the following formula (2):
Record
T≧0.54W+0.24 ... (2)
他にも、本発明のSOIウェーハの製造方法は、前記貼合せ工程と、前記薄膜化工程との間に、貼合せた前記活性層用基板および前記支持基板の端部の研削を行い、該端部を、前記酸化膜を介して連続的なラウンド面またはテーパ面とする端部研削工程をさらに含むことが好ましい。 In addition, the method for producing an SOI wafer of the present invention preferably further includes an edge grinding step between the bonding step and the thinning step, in which the edges of the bonded active layer substrate and support substrate are ground to form a continuous rounded or tapered surface via the oxide film.
また、本発明のSOIウェーハは、シリコン単結晶からなる支持基板と、該支持基板上に位置する酸化膜と、該酸化膜上に位置し、シリコン単結晶からなる活性層と、を有し、前記活性層の厚みが1μm未満であり、上面視で活性層外縁より外方に露出する前記酸化膜または前記支持基板が露出する領域の幅が、前記SOIウェーハの端面から径方向に1.5mm以下であることを特徴とする。 The SOI wafer of the present invention has a support substrate made of single crystal silicon, an oxide film located on the support substrate, and an active layer made of single crystal silicon located on the oxide film, the active layer having a thickness of less than 1 μm, and the width of the region where the oxide film or the support substrate is exposed outward from the outer edge of the active layer in a top view is 1.5 mm or less in the radial direction from the end face of the SOI wafer.
ここで、前記活性層の厚みが0.3μm以上であることが好ましい。 Here, it is preferable that the thickness of the active layer is 0.3 μm or more.
また、本発明のSOIウェーハは、前記支持基板および前記酸化膜が、前記SOIウェーハの周縁部において段差状に配置され、前記幅をW(mm)、前記厚みをT(μm)としたときに、WおよびTが下記式(1)を満足することが好ましい。
記
T≧0.36W+0.32 ・・・(1)
In the SOI wafer of the present invention, it is preferable that the support substrate and the oxide film are arranged in a stepped manner at the peripheral portion of the SOI wafer, and when the width is W (mm) and the thickness is T (μm), W and T satisfy the following formula (1):
Record
T≧0.36W+0.32 ... (1)
一方、本発明のSOIウェーハは、前記支持基板が、前記SOIウェーハの周縁部において露出し、前記酸化膜および前記活性層の端部が連続的なラウンド面またはテーパ面であり、前記幅をW(mm)、前記厚みをT(μm)としたときに、WおよびTが下記式(2)を満足することが好ましい。
記
T≧0.54W+0.24 ・・・(2)
On the other hand, in the SOI wafer of the present invention, it is preferable that the support substrate is exposed at the peripheral portion of the SOI wafer, the ends of the oxide film and the active layer are continuous rounded or tapered surfaces, and when the width is W (mm) and the thickness is T (μm), W and T satisfy the following formula (2):
Record
T≧0.54W+0.24 ... (2)
他にも、本発明のSOIウェーハは、前記活性層および前記支持基板の端部が、前記酸化膜を介して連続的なラウンド面またはテーパ面であることが好ましい。 In addition, in the SOI wafer of the present invention, it is preferable that the ends of the active layer and the supporting substrate have continuous rounded or tapered surfaces through the oxide film.
本発明のSOIウェーハの製造方法によれば、スマートカット法により作製される薄膜SOIウェーハよりもテラス幅を縮小でき、かつ、厚み1μm未満の活性層を有するSOIウェーハを貼合せ法によって実現することが可能な、SOIウェーハの製造方法を提供することができる。 The method for manufacturing an SOI wafer of the present invention can provide a method for manufacturing an SOI wafer that can reduce the terrace width compared to thin-film SOI wafers manufactured by the Smart Cut method, and can realize an SOI wafer having an active layer with a thickness of less than 1 μm by a bonding method.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、図2~図8では説明の便宜上、実際の厚さの割合とは異なり、各構成の厚みおよび幅を誇張して示す。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that for ease of explanation, the thickness and width of each component are shown in Figs. 2 to 8 in an exaggerated manner, rather than in accordance with the actual thickness ratio.
(SOIウェーハの製造方法)
図2を参照して、本発明の一実施形態に従うSOIウェーハの製造方法を説明する。本発明の一実施形態に従うSOIウェーハ100の製造方法は、シリコン単結晶からなる活性層用基板10Aおよびシリコン単結晶からなる支持基板20の少なくとも一方の表面に酸化膜11Aを形成する酸化膜形成工程(図2(A),(B))と、酸化膜11Aを介して活性層用基板10Aと支持基板20とを貼合せる貼合せ工程(図2(C))と、この貼合せ工程後、活性層用基板10Aを、支持基板20と反対側の面から薄膜化する薄膜化工程(図2(D),(E))と、を含む。なお、図示の都合上、図2では活性層用基板10Aに酸化膜11Aを形成したが、支持基板20に酸化膜を形成してもよいし、活性層用基板10Aおよび支持基板20の両方に酸化膜を形成してもよい。
(Method of Manufacturing SOI Wafer)
A method for manufacturing an SOI wafer according to one embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 2. The method for manufacturing an
ここで、本実施形態において、薄膜化工程は、活性層用基板10Cの表面をドライケミカルエッチング処理して表面を平坦化加工する第1工程と、活性層用基板10Cの表面を研磨し、厚み1μm未満の活性層10を形成する第2工程とを含む(図2(D),(E))。そして、この第2工程に先立ち、上面視で活性層基板外縁より外方に露出する酸化膜11または支持基板20が露出する領域の幅Wを、SOIウェーハ100の端面から径方向に1.5mm以下とする。図2(E)は、この製造方法の結果得られたSOIウェーハ100の模式断面図である。以下、上面視で活性層基板外縁より外方に露出する酸化膜11または支持基板20が露出する領域の幅を、「テラス幅」と称する。また、本明細書における「SOIウェーハの端面」とは、SOIウェーハを上面視したときの最外周を意味する。以下、各工程の詳細を順に説明する。
Here, in this embodiment, the thinning process includes a first process of flattening the surface of the
まず、図2(A)に示すように、活性層用基板10Aを用意する。活性層用基板10Aとしては、シリコン単結晶からなる単結晶シリコンウェーハを用いる。単結晶シリコンウェーハは、チョクラルスキー法(CZ法)や浮遊帯域溶融法(FZ法)により育成された単結晶シリコンインゴットをワイヤーソー等でスライスしたものを使用することができる。また、任意の不純物ドーパント元素を添加して、n型またはp型としてもよい。
First, as shown in FIG. 2(A), an
また、活性層用基板10Aとは別途、図2(A)に示すように、支持基板20を用意する。支持基板20は、SOIウェーハ100の支持基板として利用されるウェーハであり、活性層用基板10Aと同様の単結晶シリコンウェーハを用いることができる。活性層用基板10Aと、支持基板20とで、酸化物濃度や導電型等の条件は異なっていてもよいし、同一でもよい。
In addition, as shown in FIG. 2(A), a
次に、図2(B)に示すように、例えば酸化雰囲気での熱処理などにより、酸化膜11Aを活性層用基板10Aに形成する。なお、図では活性層用基板10Aの表面全てに酸化膜11Aを形成しているが、活性層用基板10Aの片面のみに酸化膜を形成してもよい。また、前述のとおり、支持基板20に酸化膜を形成してもよいし、活性層用基板10Aおよび支持基板20の両方に酸化膜を形成してもよい。酸化膜11Aは、例えばシリコン酸化膜(SiO2)からなり、一般的に用いられている熱酸化膜作製装置を用いて作製することができる。酸化膜11Aの厚みは、SOIとして用いることが可能な範囲で適宜設定することができる。限定を意図するものではないが、活性層用基板10Aと、支持基板20との間に位置する酸化膜11Aの厚みを、例えば0.1~10μmとすることができ、また、10~30μmとすることもできる。
Next, as shown in FIG. 2B, an
続いて、図2(C)に示すように、活性層用基板10Aおよび支持基板20の間に酸化膜11Aが位置するように、酸化膜11Aを介して活性層用基板10Aと支持基板20とを貼合せる。この貼り合わせは、一般的なウェーハ貼り合わせ装置を用いて行うことができる。この貼合せの後に、貼合せの接合部の接合強度を強化するために、熱処理を施すことも好ましい。貼合せ強化熱処理は、例えば、酸化性ガスまたは不活性ガス雰囲気中において、800℃以上1200℃以下、10分以上6時間以下の条件下を行うことができる。
Next, as shown in FIG. 2(C), the
次に、最終的に得るべき活性層10(図2(E)参照)を形成するため、支持基板20と反対側の面から活性層用基板10Aを薄膜化する薄膜化工程を行う(図2(D),(E))。この薄膜化工程は、活性層用基板10Cをドライケミカルエッチング処理して表面を平坦化加工する第1工程と、活性層用基板10Cの表面を研磨し、厚みTが1μm未満の活性層10を形成する第2工程とを含む。なお、この第1工程に先立ち、活性用基板10Aに対して周知の平面研削法または鏡面研磨法を行ってもよい。
Next, in order to form the final active layer 10 (see FIG. 2(E)), a thinning process is performed to thin the
ここで、上記第1工程では、DCP加工(Dry chemical Planarization)を行う。DCP加工では、エッチングガスをマイクロ波によりプラズマ化して、イオンおよび反応性ラジカルを生成し、これらのうちのラジカルをメインエッチャントとして局所的なプラズマエッチングを行なう。そして、プラズマエッチングの際に噴射ノズルを走査する際に、厚みを測定してステージの速度を変えながらエッチングガスを噴射して、高精度に局所加工を行なう。このようなDCP加工は、一般的なDCP加工機を用いて行うことができる。このDCP加工により、活性層厚みの公差を小さくすることができる。 Here, in the first step, DCP processing (dry chemical planarization) is performed. In DCP processing, etching gas is turned into plasma by microwaves to generate ions and reactive radicals, and localized plasma etching is performed using the radicals as the main etchant. Then, when scanning the injection nozzle during plasma etching, the thickness is measured and the stage speed is changed while injecting the etching gas, thereby performing localized processing with high precision. This type of DCP processing can be performed using a general DCP processing machine. This DCP processing can reduce the tolerance of the active layer thickness.
第1工程によるDCP加工は、局所プラズマエッチングを用いているため、機械研磨や化学機械研磨(CMP)等による研磨に比べて表面粗さが劣る。したがって、第2工程として、活性層用基板10Cを仕上げ研磨し、活性層10を形成する。そして、仕上げ研磨後の活性層10の厚みTを1μm未満とする。なお、DCP加工後の段階で活性層用基板の厚みを1μm未満にしておいてもよい。仕上げ研磨による研磨取り代は通常0.05μm~0.30μm程度であり、仕上げ研磨後によって、表面粗さの改善を行うことができる。仕上げ研磨としては、両面研磨法および片面研磨法のいずれも適用可能であるが、片面研磨法がより好ましい。
DCP processing in the first step uses local plasma etching, and therefore has inferior surface roughness compared to mechanical polishing, chemical mechanical polishing (CMP), and other polishing methods. Therefore, in the second step, the
ここで、少なくとも上記第2工程に先立ち、テラス幅Wを1.5mm以下とすることが肝要である。なお、上記第1工程に先立ちテラス幅Wを上記範囲としておいてもよい。第1工程によるDCP加工では、活性層基板10Cの厚みを予め測定しておき、測定結果に基づきDCP加工を行うため、加工後のテラス幅にほとんど影響しないためである。テラス幅Tを1.5mm以下とするには、公知の面取りエッチング法、テラス研磨法およびテラスフリーウェーハの作製方法を適用可能である。
Here, it is essential that the terrace width W is 1.5 mm or less at least prior to the second step. The terrace width W may be set to the above range prior to the first step. This is because in the DCP processing in the first step, the thickness of the
本発明者の検討によると、第2工程を行う際に、テラス幅Tが1.5mm以下であれば、第2工程の仕上げ研磨を行い、その後の活性層10の厚みTが1μm未満であっても、酸化膜11の露出が生じないことが実験的に確認された。なお、ここでいう「酸化膜の露出が生じない」とは、仕上げ研磨前に露出していた酸化膜を指すのではなく、仕上げ研磨前には露出していなかったが、仕上げ研磨後には当該露出していなかった部分での露出が発生したことを意味する。
According to the inventor's study, it was experimentally confirmed that if the terrace width T is 1.5 mm or less when the second step is performed, even if the thickness T of the
本発明者の予想に反し、第2工程を行う際には、テラス幅を広くするよりもむしろテラス幅Tを1.5mm以下と狭くすることによって、貼合せ法による薄膜SOIの薄膜化が実現できたのである。これは、活性層が1μm未満と非常に薄い場合、仕上げ研磨の直前にテラス幅が1.5mmを超えると、研磨パッドがSOIウェーハ周縁部に沈み込むため、周縁部ほど加圧力が大きくなるために、研削される活性層が多くなるからだと本発明者は考えている。一方、仕上げ研磨の直前段階において、テラス幅が1.5mm以下である場合、SOIウェーハの周縁部を巨視的に見れば、活性層、酸化膜および支持基板が比較的滑らかな形状となって、活性層の端部への加圧が小さくなるからだと、本発明者は考えている。 Contrary to the inventor's expectations, in the second step, by narrowing the terrace width T to 1.5 mm or less rather than widening it, thinning of the thin-film SOI by the lamination method was realized. The inventor believes that this is because, when the active layer is very thin, less than 1 μm, if the terrace width exceeds 1.5 mm just before the finish polishing, the polishing pad sinks into the periphery of the SOI wafer, and the pressure applied to the periphery increases, resulting in more of the active layer being ground away. On the other hand, the inventor believes that, when the terrace width is 1.5 mm or less just before the finish polishing, the active layer, oxide film, and support substrate have a relatively smooth shape when the periphery of the SOI wafer is viewed macroscopically, and the pressure applied to the edge of the active layer is reduced.
以上、本実施形態により、スマートカット法により作製される薄膜SOIウェーハよりもテラス幅を縮小でき、かつ、厚み1μm未満の活性層を有するSOIウェーハを貼合せ法によって実現することが可能な、SOIウェーハの製造方法を提供することができる。以下、本実施形態の好適な実施形態を順に説明する。 As described above, this embodiment can provide a method for manufacturing an SOI wafer that can reduce the terrace width compared to thin-film SOI wafers manufactured by the Smart Cut method, and can realize an SOI wafer having an active layer with a thickness of less than 1 μm by a bonding method. Preferred embodiments of this embodiment will be described below in order.
(第1の好適実施形態)
第1の好適実施形態では、テラス幅Tを1.5mm以下とするため、薄膜化工程に先立ち、所謂「面取りエッチング法」を行う。すなわち、図3に示すように、貼合せ工程と、薄膜化工程との間に、まず、支持基板側20の周縁部が残存するように活性層用基板10Aの端面の面取りを行う面取り工程を行うことが好ましい。活性層用基板10Aを面取りした後には、図3(B)に示すように活性層用基板10B1となる。この面取りに伴い、酸化膜11Aは除去されて、活性層用基板10B1との上面側の酸化膜11Cと、下面側の11Bとに分離する。
(First Preferred Embodiment)
In the first preferred embodiment, in order to make the terrace width T 1.5 mm or less, a so-called "chamfering etching method" is performed prior to the thinning process. That is, as shown in FIG. 3, it is preferable to perform a chamfering process for chamfering the edge of the
この面取り工程に続いて、図3(C)に示すように、活性層用基板10B1の、支持基板側で残存した部分をウェットエッチングして、酸化膜11Bの一部を露出させるウェットエッチング工程を行うことが好ましい。エッチング工程後には、活性層用基板10B2が形成される。そして、該ウェットエッチング工程に続いて、酸化膜11Bの周縁部を除去する除去工程を行う(図3(D))。この除去工程には、一般的な研磨または研削方法が適用可能であり、この除去工程においてテラス幅を1.5mm以下とすることが好ましい。そして、最後に、既述の薄膜化工程を行うことで、活性層の厚みが1μm未満の薄膜SOIウェーハを作製することができる(図3(E))。
Following this chamfering step, as shown in FIG. 3(C), it is preferable to carry out a wet etching step in which the remaining portion of the
そして、本好適実施形態では、テラス幅をW(mm)、活性層の厚みをT(μm)としたときに、WおよびTが下記式(1)を満足するよう、除去工程を行うことが好ましい。
T≧0.36W+0.32 ・・・(1)
テラス幅および活性層の厚みが式(1)を満足することで、より確実に酸化膜露出の生じない薄膜SOIウェーハを実現することができる。
In this preferred embodiment, it is preferable to carry out the removal step so that W and T satisfy the following formula (1), where W (mm) is the terrace width and T (μm) is the active layer thickness.
T≧0.36W+0.32 ... (1)
By making the terrace width and the active layer thickness satisfy the formula (1), a thin-film SOI wafer in which the oxide film is not exposed can be realized more reliably.
本好適実施形態では、図4(A)~(C)に示すように、仕上げ研磨の際にテラス幅が1.5mm以下となっているので、仕上げ研磨の際の研磨パッドPのSOIウェーハ200周縁部における沈み込みを抑制することができ、厚み1μm未満の活性層10を形成した後でも、酸化膜11の新たな露出を防止することができる。ただし、研磨条件にも依存するが、テラス幅が1.5mmを超える場合、あるいは、TおよびWが上記式(1)を満足しない場合、図4(D)に示すように、作製されるSOIウェーハ200’のテラス幅がW’(W’>W)となって、活性層10の周縁部が過剰に除去されて、酸化膜11の露出が生じてしまう場合がある。
In this preferred embodiment, as shown in Figures 4(A) to (C), the terrace width during finish polishing is 1.5 mm or less, so that the sinking of the polishing pad P at the periphery of the
(第2の好適実施形態)
第2の好適実施形態では、テラス幅を1.5mm以下とするため、薄膜化工程に先立ち、所謂「テラス研磨法」を行う。すなわち、図5に示すように、貼合せ工程と、薄膜化工程との間に、まず、活性層用基板10Aの表面研削を行う表面研削工程を行うことが好ましい。表面研削後には、活性層用基板10Bが形成され、これに伴い酸化膜11Bが形成される(図5(B))。表面研削は、公知の研削方法を用いることができる。
(Second Preferred Embodiment)
In the second preferred embodiment, in order to make the terrace width 1.5 mm or less, a so-called "terrace polishing method" is performed prior to the thinning step. That is, as shown in Fig. 5, it is preferable to first perform a surface grinding step of grinding the surface of the
この表面研削工程に続いて、活性層用基板10Bの主表面に対して斜め方向から活性層用基板10Bの周縁部を研磨する周縁部研磨工程を行うことが好ましい。周縁部研磨後には、活性層10Cが形成されると共に、酸化膜11Bの端部および支持基板20の端部も研削される(図5(C))。この周縁部研磨も、凹凸形状の保持板等によって支持基板20を保持しながら外周部のみを研磨する、公知の研磨方法を適用することができる。そして、この周縁部研磨工程により、テラス幅を1.5mm以下とすることが好ましい。最後に、既述の薄膜化工程を行うことで、活性層の厚みが1μm未満の薄膜SOIウェーハを作製することができる(図5(D))。
Following this surface grinding step, it is preferable to carry out a peripheral polishing step in which the peripheral portion of the
そして、本好適実施形態では、テラス幅をW(mm)、活性層の厚みをT(μm)としたときに、WおよびTが下記式(2)を満足するよう、周縁部研磨工程を行うことが好ましい。
T≧0.54W+0.24 ・・・(2)
テラス幅および活性層の厚みが式(2)を満足することで、より確実に酸化膜露出の生じない薄膜SOIウェーハを実現することができる。
In this preferred embodiment, it is preferable to perform the peripheral portion polishing step so that W and T satisfy the following formula (2), where W (mm) is the terrace width and T (μm) is the active layer thickness.
T≧0.54W+0.24 ... (2)
By making the terrace width and the active layer thickness satisfy the formula (2), a thin-film SOI wafer in which the oxide film is not exposed can be realized more reliably.
本好適実施形態では、図6(A)~(C)に示すように、仕上げ研磨の際にテラス幅が1.5mm以下となっているので、仕上げ研磨の際の研磨パッドPのSOIウェーハ300周縁部における沈み込みを抑制することができ、1μm未満の活性層10を形成した後でも、酸化膜11の新たな露出を防止することができる。ただし、研磨条件にも依存するが、テラス幅が1.5mmを超える場合、あるいは、TおよびWが上記式(2)を満足しない場合、図6(D)に示すように、作製されるSOIウェーハ300’のテラス幅がW’(W’>W)となって、活性層10の周縁部が過剰に除去されて、酸化膜11の露出が生じてしまう場合がある。
In this preferred embodiment, as shown in Figures 6(A) to (C), the terrace width during finish polishing is 1.5 mm or less, so that the sinking of the polishing pad P at the peripheral portion of the
なお、上述の面取りエッチング法によるテラス幅の制御と、テラス研磨法によるテラス幅の制御とを比較すると、テラス研磨法では、活性層用基板10Cが研磨パッドPにより接触しやすくなり、当該部分が研削されることで酸化膜11の露出がしやすい傾向にある。そこで、テラス幅の制御にあたっては、第1実施形態を用いる方がより好ましい。
Comparing the control of terrace width by the above-mentioned chamfer etching method with the control of terrace width by the terrace polishing method, in the terrace polishing method, the
(第3の好適実施形態)
第3の好適実施形態では、テラス幅を1.5mm以下とするため、薄膜化工程に先立ち、所謂「テラスフリー」のSOIウェーハを形成する(「ラウンド加工」と呼ばれることもある)。すなわち、図7に示すように、貼合せ工程と、薄膜化工程との間に、貼合せた活性層用基板10Bおよび支持基板20の端部の研削を行い、該端部を、酸化膜11Bを介して連続的なラウンド面またはテーパ面とする端部研削工程を行うことが好ましい(図7(A)~(C))。より具体的には、貼合せた活性層用基板10Bおよび支持基板20の外周研削を、所定形状の砥石を用いて行い(図7(B))、次いで表面研削を行う(図7(C))ことが好ましい。表面研削後には、連続的なラウンド面またはテーパ面が形成される。上記外周研削と、表面研削との間に、同種のSOIウェーハの中間体を形成して、それらを重ね合わせ、積層圧締した状態でエッチングを行って、外周研削による表面粗さの悪化を改善することも好ましい。最後に、既述の薄膜化工程を行うことで、活性層の厚みが1μm未満の薄膜SOIウェーハを作製することができる。
(Third Preferred Embodiment)
In the third preferred embodiment, in order to make the terrace width 1.5 mm or less, a so-called "terrace-free" SOI wafer is formed prior to the thinning step (sometimes called "round processing"). That is, as shown in FIG. 7, between the bonding step and the thinning step, it is preferable to perform an edge grinding step in which the edges of the bonded
なお、「テラスフリー」と呼ばれるSOIウェーハであっても、図7(C)に示すように、数nm~数10nm程度の酸化膜11の露出領域が存在し得る。ただし、この露出は平坦面としての露出ではなく、また、目視では確認できない程度の露出であるため、SOIウェーハの端部が酸化膜を介して連続的なラウンド面またはテーパ面である場合には、テラス幅は実質的に0mmであるとして本明細書では取り扱うこととする。
Even in SOI wafers that are called "terrace-free," there may be exposed regions of the
本好適実施形態では、図8(A)~(C)に示すように、仕上げ研磨の際にテラス幅が実質的に0mmであり、仕上げ研磨の際の研磨パッドPのSOIウェーハ400周縁部に加わる加圧が平均化される。そのため、1μm未満の活性層10を形成した後でも、酸化膜11の新たな露出をほぼ確実に防止することができ、特に好ましい。また、前述の第1および第2の好適実施形態と比べても、本好適実施形態が最も酸化膜11の露出を防止することができるため、好ましい。
In this preferred embodiment, as shown in Figures 8(A) to (C), the terrace width is substantially 0 mm during finish polishing, and the pressure applied by the polishing pad P to the peripheral portion of the
なお、本製造方法により製造可能な所謂「薄膜SOI」の活性層の厚みは特に限定されないが、加工精度および生産性を考慮すると、厚みの下限を0.3μmとすることが好ましい。 The thickness of the active layer of the so-called "thin film SOI" that can be produced by this manufacturing method is not particularly limited, but considering processing accuracy and productivity, it is preferable to set the lower limit of the thickness to 0.3 μm.
また、薄膜化工程の前後において、支持基板20を用途に応じて別途薄膜化してもよく、この薄膜化の際に、貼り合わせ面以外の面の絶縁膜を研削または研磨してもよい。
In addition, before or after the thinning process, the
(SOIウェーハ)
次に、上記製造方法によって得られる本実施形態のSOIウェーハについて説明する。重複する構成には、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施形態のSOIウェーハ100は、図2(E)に代表されるように、シリコン単結晶からなる支持基板20と、支持基板20上に位置する酸化膜11と、酸化膜11上に位置し、シリコン単結晶からなる活性層10と、を有し、活性層10の厚みTが1μm未満であり、上面視で活性層10の外縁より外方に露出する酸化膜11または支持基板20が露出する領域の幅(即ちテラス幅)が、SOIウェーハ100の端面から径方向に1.5mm以下である。
(SOI wafer)
Next, the SOI wafer of this embodiment obtained by the above manufacturing method will be described. The same reference numerals are given to overlapping components, and overlapping descriptions will be omitted. As shown in FIG. 2(E), the
ここで、活性層10の厚みTを0.3μm以上とすることができる。
Here, the thickness T of the
また、図4(C)に示すように、本発明の好適実施形態によるSOIウェーハ200では、支持基板20および酸化膜11が、SOIウェーハ200の周縁部において段差状に配置され、テラス幅をW(mm)、活性層10の厚みをT(μm)としたときに、WおよびTが既述の式(1)を満足することが好ましい。
T≧0.36W+0.32 ・・・(1)
このSOIウェーハ200は、前述の第1の好適実施形態(面取りエッチング法)により得られる。
As shown in FIG. 4C, in the
T≧0.36W+0.32 ... (1)
This
他にも、図6(C)に示すように、本発明の好適実施形態によるSOIウェーハ300では、支持基板20が、SOIウェーハ300の周縁部において露出し、かつ、酸化膜11および活性層10の端部が連続的なラウンド面またはテーパ面であり、テラス幅をW(mm)、活性層10の厚みをT(μm)としたときに、WおよびTが既述の式(2)を満足することが好ましい。
T≧0.54W+0.24 ・・・(2)
このSOIウェーハ300は、前述の第2の好適実施形態(テラス研磨法)により得られる。
In addition, as shown in FIG. 6(C), in an
T≧0.54W+0.24 ... (2)
This
さらに、図8(C)に示すように、本発明の好適実施形態によるSOIウェーハ400では、活性層10および支持基板20の端部が、酸化膜11を介して連続的なラウンド面またはテーパ面であることが好ましい。この場合、既述のとおりデラス幅は実質的に0mmであるとして扱うことができる。このSOIウェーハ400は、前述の第3の好適実施形態(テラスフリー)により得られる。
Furthermore, as shown in FIG. 8(C), in the
活性層用基板として、CZ法により得られた単結晶シリコンインゴットから採取されたn型のシリコンウェーハ(直径:200mm、厚さ:725μm、酸素濃度:3.0×1017atoms/cm3、ドーパント種類:リン)を用意した。また、支持基板として、CZ法により得られた単結晶シリコンインゴットから採取されたp型のシリコンウェーハ(直径:200mm、厚さ:725μm、酸素濃度:1.2×1018atoms/cm3、ドーパント種類:ボロン)を用意した。
次いで、熱酸化膜作製装置に活性層用のシリコンウェーハを導入して、水素及び酸素混合ガス雰囲気下で1050℃にて酸化膜形成処理を行い、厚さ2.5μmのシリコン酸化膜を形成し、活性層用基板と支持基板とを張合せた。次いで、貼合せたウェーハを、酸素ガス雰囲気下とした縦型熱処理装置内に搬送し、装置内を800℃まで昇温して2時間保持した後、1000℃まで昇温して1時間保持して、貼り合わせを強化する熱処理を施した。
その後、以下の実験例1~3のとおりにテラス幅を調整し、次いでDCP加工および仕上げ研磨による薄膜化を行った。
An n-type silicon wafer (diameter: 200 mm, thickness: 725 μm, oxygen concentration: 3.0×10 17 atoms/cm 3 , dopant type: phosphorus) harvested from a single crystal silicon ingot obtained by the CZ method was prepared as an active layer substrate. Also, a p-type silicon wafer (diameter: 200 mm, thickness: 725 μm, oxygen concentration: 1.2×10 18 atoms/cm 3 , dopant type: boron) harvested from a single crystal silicon ingot obtained by the CZ method was prepared as a support substrate.
Next, the silicon wafer for the active layer was introduced into a thermal oxide film preparation device, and an oxide film formation process was performed at 1050°C in a hydrogen and oxygen mixed gas atmosphere to form a silicon oxide film with a thickness of 2.5 μm, and the active layer substrate and the support substrate were bonded together. Next, the bonded wafer was transported into a vertical heat treatment device in an oxygen gas atmosphere, and the temperature in the device was raised to 800°C and held for 2 hours, and then raised to 1000°C and held for 1 hour, whereby a heat treatment was performed to strengthen the bonding.
Thereafter, the terrace width was adjusted as in the following Experimental Examples 1 to 3, and then thinning was performed by DCP processing and finish polishing.
(実験例1)
面取りエッチング法により活性層用基板を3μmまで減肉化した。この際、テラス幅を0.7mmとした。次いでDCP加工機を用いてDCP加工し、最後に片面研磨装置による研磨取り代を0.20μmとして、酸化膜の露出が生じるまで薄膜化を繰り返した。DCP加工後において、活性層の厚みが0.50μmとなるまでは酸化膜の露出が生じないことが確認されたが、活性層の厚みが0.50μm未満となると、酸化膜の露出が生じることが確認された。
(Experimental Example 1)
The substrate for the active layer was thinned to 3 μm by chamfer etching. At this time, the terrace width was set to 0.7 mm. Next, DCP processing was performed using a DCP processing machine, and finally, the polishing allowance was set to 0.20 μm using a single-sided polishing device, and thinning was repeated until the oxide film was exposed. After DCP processing, it was confirmed that the oxide film was not exposed until the thickness of the active layer was 0.50 μm, but it was confirmed that the oxide film was exposed when the thickness of the active layer was less than 0.50 μm.
また、面取りエッチング後のテラス幅を以下の表1に示す値に調整し、テラス幅以外は上記条件と同一として、酸化膜の露出が生じない仕上げ研磨後の活性層の厚みの下限値を測定した。テラス幅および活性層の厚みの下限値を以下に示す。また、この結果から最小自乗法を用いて求めた近似直線(前述の式(1)に相当)を、図9に示す。 The terrace width after chamfer etching was adjusted to the value shown in Table 1 below, and the conditions other than the terrace width were the same as above, and the lower limit of the thickness of the active layer after finish polishing where no exposure of the oxide film occurs was measured. The lower limit of the terrace width and the thickness of the active layer are shown below. The approximation line (corresponding to the above-mentioned formula (1)) obtained from these results using the least squares method is shown in Figure 9.
(実験例2)
テラス研磨法により活性層用基板を3μmまで減肉化した。この際、テラス幅を1.0mmとした。次いでDCP加工機を用いてDCP加工し、最後に片面研磨装置による研磨取り代を0.20μmとして、酸化膜の露出が生じるまで薄膜化を繰り返した。DCP加工後において、活性層の厚みが0.8μmとなるまでは酸化膜の露出が生じないことが確認されたが、活性層の厚みが0.8μm未満となると、酸化膜の露出が生じることが確認された。
(Experimental Example 2)
The substrate for active layer was thinned to 3 μm by terrace polishing. At this time, the terrace width was set to 1.0 mm. Next, DCP processing was performed using a DCP processing machine, and finally, the polishing allowance by a single-sided polishing device was set to 0.20 μm, and thinning was repeated until the oxide film was exposed. After DCP processing, it was confirmed that the oxide film was not exposed until the thickness of the active layer was 0.8 μm, but it was confirmed that the oxide film was exposed when the thickness of the active layer was less than 0.8 μm.
また、テラス研磨後のテラス幅を以下の表2に示す値に調整し、テラス幅以外は上記条件と同一として、酸化膜の露出が生じない仕上げ研磨後の活性層の厚みの下限値を測定した。テラス幅および活性層の厚みの下限値を以下に示す。また、この結果から最小自乗法を用いて求めた近似直線(前述の式(2)に相当)を、図9に示す。 The terrace width after terrace polishing was adjusted to the value shown in Table 2 below, and the conditions were the same as above except for the terrace width, and the lower limit of the thickness of the active layer after finish polishing at which the oxide film was not exposed was measured. The lower limit of the terrace width and the thickness of the active layer are shown below. The approximation line (corresponding to the above-mentioned formula (2)) obtained from these results using the least squares method is shown in Figure 9.
(実験例3)
テラスフリーのSOIウェーハを作製し、活性層用基板を3μmまで減肉化した。次いでDCP加工機を用いてDCP加工し、最後に片面研磨装置による研磨取り代を0.20μmとして、酸化膜の露出が生じるまで薄膜化を繰り返した。活性層の厚みが0.3μmとなるまでは、酸化膜の露出が少なくとも生じないことが確認された。活性層の厚み0.3μm未満については、実験を行っていない。前述の実験例1,2と併せて、結果を図9に示す。ただし、テラス幅を0mmとして表記する。
(Experimental Example 3)
A terrace-free SOI wafer was produced, and the active layer substrate was thinned to 3 μm. Then, DCP processing was performed using a DCP processing machine, and finally, the polishing allowance was set to 0.20 μm using a single-sided polishing device, and thinning was repeated until the oxide film was exposed. It was confirmed that the oxide film was not exposed at least until the active layer thickness reached 0.3 μm. No experiments were performed for active layer thicknesses of less than 0.3 μm. The results are shown in FIG. 9 together with the above-mentioned Experimental Examples 1 and 2. However, the terrace width is expressed as 0 mm.
なお、酸化膜の露出に関して、実験例3において、活性層の厚みを0.30μmとしたときの写真を代表例として図10(A),(B)に示す。(A)はノッチ部以外の周縁部の写真であり、(B)はノッチ部の写真である。図10(A),(B)ともに、酸化膜の露出は確認されなかった。一方、実験例2において、テラス幅を2.0mmとしたときに、活性層の厚みを0.90μmとしたものを図10(C),(D)に示す。(C)はノッチ部以外の周縁部の写真であり、(D)はノッチ部の写真である。図10(A),(B)ともに、酸化膜の露出が確認された。 Regarding the exposure of the oxide film, photographs of the active layer having a thickness of 0.30 μm in Experimental Example 3 are shown as representative examples in Figures 10(A) and (B). (A) is a photograph of the peripheral portion other than the notch portion, and (B) is a photograph of the notch portion. In both Figures 10(A) and (B), no exposure of the oxide film was observed. On the other hand, Figures 10(C) and (D) show the results of Experimental Example 2, where the terrace width is 2.0 mm and the active layer has a thickness of 0.90 μm. (C) is a photograph of the peripheral portion other than the notch portion, and (D) is a photograph of the notch portion. In both Figures 10(A) and (B), exposure of the oxide film was observed.
以上の結果から、仕上げ研磨前にテラス幅を1.5mm以下とすることで、貼合せ法により、活性層の厚み1μm未満の薄膜SOIウェーハの作製可能なことが確認された。また、面取りエッチング法によりテラス幅を1.5mm以下とする場合には、前述の式(1)を満足させることが好ましいこと、テラス研磨法によりテラス幅を1.5mm以下とする場合には、前述の式(2)を満足させることが好ましいことが確認された。 From the above results, it was confirmed that by making the terrace width 1.5 mm or less before finish polishing, it is possible to produce thin-film SOI wafers with active layer thicknesses of less than 1 μm by the bonding method. It was also confirmed that when making the terrace width 1.5 mm or less by the chamfer etching method, it is preferable to satisfy the above-mentioned formula (1), and when making the terrace width 1.5 mm or less by the terrace polishing method, it is preferable to satisfy the above-mentioned formula (2).
本発明によれば、スマートカット法により作製される薄膜SOIウェーハよりもテラス幅を縮小でき、かつ、厚み1μm未満の活性層を有するSOIウェーハを貼合せ法によって実現することが可能な、SOIウェーハの製造方法を提供することができる。 The present invention provides a method for manufacturing an SOI wafer that can reduce the terrace width compared to thin-film SOI wafers manufactured by the Smart Cut method, and can realize an SOI wafer having an active layer with a thickness of less than 1 μm by a bonding method.
10 活性層
10A 活性層用基板
11 酸化膜
20 支持基板
T 活性層の厚み
W テラス幅
10
Claims (5)
前記酸化膜を介して前記活性層用基板と前記支持基板とを貼合せる貼合せ工程と、
前記貼り合わせ工程後、前記活性層用基板を、前記支持基板と反対側の面から薄膜化する薄膜化工程と、を含むSOIウェーハの製造方法であって、
前記薄膜化工程は、前記活性層用基板の表面をドライケミカルエッチング処理して表面を平坦化加工する第1工程と、前記活性層用基板の表面を研磨し、厚み1μm未満の活性層を形成する第2工程とを含み、
前記第2工程に先立ち、上面視で活性層基板外縁より外方に露出する前記酸化膜または前記支持基板が露出する領域の幅を、前記SOIウェーハの端面から径方向に1.5mm以下とすることを特徴とするSOIウェーハの製造方法。 an oxide film forming step of forming an oxide film on at least one surface of the active layer substrate made of silicon single crystal and the support substrate made of silicon single crystal;
a bonding step of bonding the active layer substrate and the support substrate via the oxide film;
a thinning step of thinning the active layer substrate from a surface opposite to the support substrate after the bonding step,
the thinning step includes a first step of flattening the surface of the active layer substrate by dry chemical etching, and a second step of polishing the surface of the active layer substrate to form an active layer having a thickness of less than 1 μm;
A method for manufacturing an SOI wafer, characterized in that, prior to the second step, a width of a region where the oxide film or the support substrate is exposed outward from an outer edge of the active layer substrate in a top view is set to 1.5 mm or less in a radial direction from an end face of the SOI wafer.
前記除去工程において前記幅を1.5mm以下とし、
前記幅をW(mm)、前記厚みをT(μm)としたときに、WおよびTが下記式(1)を満足する、請求項1または2に記載のSOIウェーハの製造方法。
記
T≧0.36W+0.32 ・・・(1) Between the lamination step and the thinning step, the method further includes a chamfering step of chamfering an end face of the active layer substrate so that a peripheral portion on the support substrate side remains, a wet etching step of wet-etching the remaining portion to expose a part of the oxide film, and a removal step of removing the peripheral portion of the oxide film, following the wet etching step.
In the removing step, the width is set to 1.5 mm or less,
3. The method for producing an SOI wafer according to claim 1, wherein, when the width is W (mm) and the thickness is T (μm), W and T satisfy the following formula (1):
Record
T≧0.36W+0.32 ... (1)
前記周縁部研磨工程において前記幅を1.5mm以下とし、
前記幅をW(mm)、前記厚みをT(μm)としたときに、WおよびTが下記式(2)を満足する、請求項1または2に記載のSOIウェーハの製造方法。
記
T≧0.54W+0.24 ・・・(2) between the lamination step and the thinning step, a surface grinding step of grinding a surface of the active layer substrate, and a peripheral portion polishing step of polishing a peripheral portion of the active layer substrate from an oblique direction relative to a main surface of the active layer substrate following the surface grinding step,
In the peripheral portion polishing step, the width is set to 1.5 mm or less,
3. The method for producing an SOI wafer according to claim 1, wherein, when the width is W (mm) and the thickness is T (μm), W and T satisfy the following formula (2):
Record
T≧0.54W+0.24 ... (2)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021073282A JP7501438B2 (en) | 2021-04-23 | 2021-04-23 | Method for manufacturing SOI wafer |
| JP2024028550A JP7643608B2 (en) | 2021-04-23 | 2024-02-28 | SOI wafer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021073282A JP7501438B2 (en) | 2021-04-23 | 2021-04-23 | Method for manufacturing SOI wafer |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2024028550A Division JP7643608B2 (en) | 2021-04-23 | 2024-02-28 | SOI wafer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022167477A JP2022167477A (en) | 2022-11-04 |
| JP7501438B2 true JP7501438B2 (en) | 2024-06-18 |
Family
ID=83852054
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021073282A Active JP7501438B2 (en) | 2021-04-23 | 2021-04-23 | Method for manufacturing SOI wafer |
| JP2024028550A Active JP7643608B2 (en) | 2021-04-23 | 2024-02-28 | SOI wafer |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2024028550A Active JP7643608B2 (en) | 2021-04-23 | 2024-02-28 | SOI wafer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JP7501438B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118366847A (en) * | 2024-03-26 | 2024-07-19 | 上海新傲芯翼科技有限公司 | Bonding sheet edge processing method and bonding sheet |
| JP7610896B1 (en) * | 2024-08-02 | 2025-01-09 | 株式会社多聞 | Terrace width measuring method, defect measuring method and measuring device |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000243942A (en) | 1998-02-04 | 2000-09-08 | Canon Inc | Semiconductor substrate and manufacturing method thereof |
| JP2001345435A (en) | 2000-03-29 | 2001-12-14 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Method for manufacturing silicon wafer and bonded wafer, and bonded wafer |
| JP2004022838A (en) | 2002-06-17 | 2004-01-22 | Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp | Laminated soi substrate and method for manufacturing the same |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0719737B2 (en) * | 1990-02-28 | 1995-03-06 | 信越半導体株式会社 | Manufacturing method of S01 substrate |
| US20120211862A1 (en) | 2011-02-18 | 2012-08-23 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Soi substrate and method for manufacturing soi substrate |
-
2021
- 2021-04-23 JP JP2021073282A patent/JP7501438B2/en active Active
-
2024
- 2024-02-28 JP JP2024028550A patent/JP7643608B2/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000243942A (en) | 1998-02-04 | 2000-09-08 | Canon Inc | Semiconductor substrate and manufacturing method thereof |
| JP2001345435A (en) | 2000-03-29 | 2001-12-14 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Method for manufacturing silicon wafer and bonded wafer, and bonded wafer |
| JP2004022838A (en) | 2002-06-17 | 2004-01-22 | Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp | Laminated soi substrate and method for manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7643608B2 (en) | 2025-03-11 |
| JP2022167477A (en) | 2022-11-04 |
| JP2024052878A (en) | 2024-04-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6179530B2 (en) | Manufacturing method of bonded SOI wafer | |
| JP7643608B2 (en) | SOI wafer | |
| US6232201B1 (en) | Semiconductor substrate processing method | |
| US5152857A (en) | Method for preparing a substrate for semiconductor devices | |
| JP4552858B2 (en) | Manufacturing method of bonded wafer | |
| US20090093106A1 (en) | Bonded soi substrate, and method for manufacturing the same | |
| JP2005524228A (en) | Method for producing substrate having useful layer on high resistance support | |
| CN104115255B (en) | The manufacture method of laminating SOI wafer | |
| CN107615445B (en) | Manufacturing method of silicon-on-insulator wafer | |
| KR20160002814A (en) | Method for producing hybrid substrate, and hybrid substrate | |
| US10559471B2 (en) | Method of manufacturing bonded wafer | |
| EP3118889B1 (en) | Process for producing bonded soi wafer | |
| TW201009904A (en) | Method of producing bonded wafer | |
| US10600677B2 (en) | Method for manufacturing bonded SOI wafer | |
| JP2018182146A (en) | Multilayer film SOI wafer manufacturing method and multilayer film SOI wafer | |
| JP2003163335A (en) | Manufacturing method of bonded wafer | |
| CN117038572A (en) | Method for fabricating semiconductor-on-insulator structures | |
| JP5564785B2 (en) | Manufacturing method of bonded substrate | |
| KR100927852B1 (en) | Manufacturing method of bonded wafer | |
| CN118633150A (en) | Method for fabricating a double semiconductor-on-insulator structure | |
| US20240347339A1 (en) | Composite substrate for fabrication of beta gallium oxide devices | |
| JP7687481B2 (en) | Support substrate for bonded wafers | |
| CN110034018A (en) | The manufacturing method of semiconductor wafer | |
| KR101032564B1 (en) | Manufacturing method of bonded wafer | |
| JP2018182145A (en) | Multilayer film SOI wafer and method of manufacturing the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230424 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20231227 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240109 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240228 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240507 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240520 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7501438 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |