JP2008140878A - シリコンウェーハ及びその製造方法並びに貼り合わせｓｏｉウェーハ及びその製造方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】裏面に酸化膜を存在させることなく平坦度の高いＳＯＩウェーハを得る。
【解決手段】シリコンウェーハ１２は、酸化膜が形成された貼り合わせ用シリコンウェーハと貼り合わされてＳＯＩウェーハを得るものである。そして、薄円板状のウェーハは研削又は研磨のいずれか一方又は双方により中央部が凹んだお椀状の反りが付与される。その製造方法は、シリコンウェーハの一方の主面を吸着保持して他方の主面を研削又は研磨してウェーハ外周からウェーハ中心に向けて厚みを増加させた凸状のウェーハ又はウェーハ外周からウェーハ中心に向けて厚みを減少させた凹状のウェーハを作製した後、凸状又は凹状に形成した他方の主面を吸着保持して弾性変形により一方の主面側の中央を突出させた状態とし、一方の主面を研削又は研磨してその主面を平坦にし、前記吸着保持を解除することで中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたウェーハを得ることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、貼り合わすことにより平坦度の高いＳＯＩ（Silicon-On-Insulator）ウェーハを得ることのできる支持基板用シリコンウェーハ及びその製造方法並びにそのような支持基板用シリコンウェーハを用いたＳＯＩウェーハの製造方法に関するものである。

近年、高集積ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）、ＩＣ、高耐圧素子などがＳＯＩウェーハを利用して製作されるようになってきている。絶縁層の上にデバイス作製領域として使用される単結晶シリコン層を形成したＳＯＩウェーハは、高集積ＣＭＯＳの場合にはラッチアップ（寄生回路による異常発振現象）の防止に、また高耐圧素子の場合にはベース基板との絶縁分離にそれぞれ有効である。このＳＯＩウェーハの製造方法には、シリコンウェーハ同士を二酸化シリコン層、即ち絶縁層を介して貼り合わせる方法が知られており、この貼り合わせ法により作製されたＳＯＩウェーハは、ＳＯＩ層の結晶性が極めて良好であることから、有望視されて来ている。

このシリコンウェーハの貼り合わせ法は、具体的には直径２００ｍｍで厚みがそれぞれ約７２０μｍの２枚のシリコンウェーハをシリコン酸化層からなる絶縁層を介して接合し、非酸素雰囲気中、１１００℃で２時間貼り合わせ熱処理した後、２枚のシリコンウェーハの一方のシリコンウェーハの表面を砥石で研削し、更に研磨布で研磨してこのシリコンウェーハの厚さを約１〜２０μｍの範囲にし、この研磨した側の厚さ約１〜２０μｍのシリコン層をデバイス形成用のＳＯＩ層としている。
しかし、シリコン酸化層からなる絶縁層は単結晶シリコンよりも熱膨張係数が小さいため、支持基板の裏面に酸化膜が形成されていない場合には、ＳＯＩ層側で凸状に反りを生じ、デバイス工程での吸着ミスを起こすなどの不具合があった。

この点を解消するために、両ウェーハを所定温度に加熱して両者を接着した後、これらウェーハを熱酸化処理してその全表面に酸化膜を形成し、一方のウェーハ、好ましくは、接合前に酸化膜を形成したウェーハの表面を研磨してこれを薄膜化することによって接合ウェーハを得るようにしたＳＯＩウェーハの製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
このような製造方法では、上層のウェーハを研磨してこれを薄膜化した時点で他方の支持基板用シリコンウェーハの上下面は酸化膜によって被われるため、その支持基板用シリコンウェーハの上下面における熱収縮量は略同一となって、即ち残留応力分布が上下面において略等しくなって、支持基板用シリコンウェーハの撓み変形を防止でき、この結果、反りの無い平坦度の高いＳＯＩウェーハが得られるものとしている。
特開平３−２５０６１５号公報（特許請求の範囲）

しかし、両ウェーハを接着した後その全表面に酸化膜を形成する上述した製造方法により得られたＳＯＩウェーハは、その支持基板用シリコンウェーハの上下面に酸化膜を存在させることによりその反りを防止するものである。このため、必ずＳＯＩウェーハの下面に酸化膜が存在することが反りを防止するための前提条件となるけれども、そのＳＯＩウェーハの下面に存在する酸化膜はその後のデバイス工程で剥離することがある。そして、デバイス工程で下面の酸化膜が剥離した場合には、そのＳＯＩウェーハはその支持基板用シリコンウェーハの上下面における熱収縮量の不均一が生じ、そのデバイス工程でそのＳＯＩウェーハに新たに反りが生じるという未だ解決すべき課題が残存していた。
本発明の目的は、裏面に酸化膜を存在させることなく平坦度の高いＳＯＩウェーハを得ることができるシリコンウェーハ及びその製造方法並びに貼り合わせＳＯＩウェーハ及びその製造方法を提供することにある。

請求項１に係る発明は、薄円板状のウェーハを研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたことを特徴とするシリコンウェーハである。すなわち、図１に示すように、薄円板状のウェーハの厚さ方向の中央面における中心点がウェーハ全周の厚さ方向の中心点よりも低い位置となるように形成されたシリコンウェーハである。
この請求項１に記載されたシリコンウェーハを用いて貼り合わせ法によりＳＯＩウェーハを得ると、この支持基板用シリコンウェーハに与えられた研削・研磨による強制的な反りにより、ＳＯＩウェーハが得られた段階でそのＳＯＩウェーハに新たに生じる反りが確実に打ち消され、平坦なＳＯＩウェーハを得ることができる。

請求項２に係る発明は、図３に示すように、薄円板状のシリコンウェーハ１３の一方の主面を吸着保持して他方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行ってウェーハ外周からウェーハ中心に向けて厚みを増加させた凸状のウェーハ１４を作製した後、凸状に形成した他方の主面を吸着保持して弾性変形により一方の主面側の中央を突出させた状態とし、その一方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行って主面を平坦にし、前記吸着保持を解除することで中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたウェーハを得ることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法である。
また、請求項３に係る発明は、図示はしていないが、薄円板状のシリコンウェーハの一方の主面を吸着保持して他方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行ってウェーハ外周からウェーハ中心に向けて厚みを減少させたウェーハを凹状に作製した後、凹状に形成した他方の主面を吸着保持して弾性変形により前記一方の主面側の周辺部を突出させた状態とし、前記一方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行って主面を平坦にし、前記吸着保持を解除することで中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたウェーハを得ることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法である。
この請求項２及び３に記載されたシリコンウェーハの製造方法では、ＳＯＩウェーハ製造時に発生するウェーハの反りを相殺するのに必要な所望とする凹状の反りが付与されたシリコンウェーハ１２を高精度に製造することができる。

請求項４に係る発明は、図２に示すように、少なくとも、ＳＯＩ層、絶縁層、支持基板で形成された貼り合わせＳＯＩウェーハの改良である。
その特徴ある点は、薄円板状のウェーハを研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたシリコンウェーハを支持基板とし、そのシリコンウェーハの凹部面側を貼り合わせ面の主面としたことを特徴とする。
この請求項４に記載された貼り合わせＳＯＩウェーハでは、シリコンウェーハに与えられた反りにより、ＳＯＩウェーハ２１が得られた段階でそのＳＯＩウェーハ２１に新たに生じる反りが打ち消され、平坦なＳＯＩウェーハ２１を得ることができる。

請求項５に係る発明は、図２に示すように、薄円板状のウェーハを研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたシリコンウェーハを支持基板とし、酸化膜を介して支持基板用ウェーハの凹状の反り表面と活性層基板用シリコンウェーハ表面とを重ね合わせて接合した後、活性層基板用シリコンウェーハ表面を薄膜化して活性層を形成することを特徴とする貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法である。
請求項６に係る発明は、請求項５に係る発明であって、薄円板状のウェーハを研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたシリコンウェーハを支持基板とし、少なくとも酸化膜を介して貼り合わされる支持基板用ウェーハの凹状の反り表面と活性層基板用シリコンウェーハ表面がそれぞれ鏡面研磨されていることを特徴とする貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法である。
この請求項５及び６に記載されたＳＯＩウェーハの製造方法では、裏面に酸化膜を存在させていないにもかかわらず、平坦度の高いＳＯＩウェーハを得ることができる。このため、デバイス工程で酸化膜が剥離するようなことはなく、ましてやそのデバイス工程で新たに反りが生じるようなことのないＳＯＩウェーハを得ることができる。

本発明のシリコンウェーハでは、薄円板状のウェーハを研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたウェーハであるので、このシリコンウェーハを用いて貼り合わせ法によりＳＯＩウェーハを得ると、このシリコンウェーハに与えられた反りにより、ＳＯＩウェーハが得られた段階でそのＳＯＩウェーハに新たに生じる反りが打ち消され、平坦なＳＯＩウェーハを得ることができる。
また、薄円板状のシリコンウェーハの一方の主面を吸着保持し、他方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行ってウェーハ外周からウェーハ中心に向けて厚みを増加させた凸状のウェーハを作製した後、凸状に形成した他方の主面を吸着保持して弾性変形により一方の主面側の中央を突出させた状態とし、前記一方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行って主面を平坦にし、前記吸着保持を解除することで中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたシリコンウェーハを高精度に得ることができる。

同様に、薄円板状のシリコンウェーハの一方の主面を吸着保持して他方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行ってウェーハ外周からウェーハ中心に向けて厚みを減少させた凹状のウェーハを作製した後、凹状に形成した他方の主面を吸着保持して弾性変形により一方の主面側の周辺部を突出させた状態とし、その一方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行って主面を平坦にし、前記吸着保持を解除することで中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたシリコンウェーハを高精度に得ることができる。
更に、薄円板状のウェーハを研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたシリコンウェーハを支持基板とし、酸化膜を介して支持基板用ウェーハの凹状の反り表面と活性層基板用シリコンウェーハ表面とを重ね合わせて接合した後、活性層基板用シリコンウェーハ表面を薄膜化して活性層を形成するようにすれば、裏面に酸化膜を存在させないにもかかわらず、平坦度の高いＳＯＩウェーハを得ることができる。そしてこのＳＯＩウェーハでは、デバイス工程で酸化膜が剥離するようなことはなく、デバイス工程で新たに反りが生じるようなことを有効に防止することができる。

次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図２に示すように、本発明は、貼り合わせ用シリコンウェーハ１１とともにＳＯＩウェーハ２１を形成する支持基板として用いられるシリコンウェーハ１２に関するものである。この支持基板用シリコンウェーハ１２と貼り合わせ用シリコンウェーハ１１はいずれもＣＺ法又はＦＺ法で引上げたシリコン単結晶インゴットにより作製されたシリコンウェーハである。

図１に詳しく示すように、シリコンウェーハ１２は、ウェーハ中心部における厚みの中心点がウェーハ外周部における厚みの中心点よりも低い位置となるように研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより、中央部が凹んだお椀状の反りが付与される。そして、その反りの量は、いわゆるバウ（Ｂｏｗ）値であれば０μｍ未満（マイナス値）である。即ち、凹形状の面を表面側（上側）として、吸着固定しない支持基板用シリコンウェーハ１２の裏面における３点基準面又はベストフィット基準面から、ウェーハ１２の中心部分における厚さ方向の中心点までの変位量（距離Ａ）が０μｍ未満（マイナス値）になるような凹状の反りが形成される。

中央部が凹んだお椀状の反りを形成するのは、このシリコンウェーハ１２を用いて貼り合わせ法によりＳＯＩウェーハ２１を得ると、その貼り合わせ時における熱処理した後に冷却して一方の貼り合わせ用シリコンウェーハ１１の表面を研削あるいは研磨した際、あるいはＳＯＩウェーハ裏面の酸化膜を除去した際にＳＯＩウェーハ２１に生じる反りを打ち消すように、予め支持基板用シリコンウェーハ１２に反りを与えておくものである。そして、支持基板用シリコンウェーハ１２に設ける反りの量としては、例えば直径１５０ｍｍのウェーハにおいてＳＯＩ層厚さが２μｍであって、埋め込み酸化膜層であるＢＯＸ層の厚さが１．０μｍであり、かつ支持基板用シリコンウェーハ１２の厚さが６７５μｍの場合の一般的なＳＯＩウェーハ２１の場合、ワープ（Ｗａｒｐ）値で約６０μｍ程度の反りが発生することが経験則から明らかにされている。このため、支持基板用シリコンウェーハ１２には予めＢｏｗ値で約マイナス３０μｍの反りを与えておく必要がある。この反りの量は、得ようとするＳＯＩウェーハ２１のＳＯＩ層とＢＯＸ層と支持基板用シリコンウェーハ１２と裏面酸化膜のそれぞれの厚さにより変動する。
尚、ワープ（Ｗｏｒｐ）とは、吸着固定しないウェーハの裏面における３点基準面またはベストフィット基準面からウェーハ厚さ方向の中央面までの最大変位と最小変位との差で表される値である。

一方、平坦度の高いＳＯＩウェーハ２１を得るためには、この支持基板用シリコンウェーハ１２の厚さの均一性も重要になる。このため、本発明の支持基板用シリコンウェーハ１２は、その厚さが均一であることが要求され、具体的な厚さのばらつきはＧＢＩＲ評価で１μｍ以下の範囲内に入ることが好ましい。ＧＢＩＲが１μｍを越えるようなものであると、得られたＳＯＩウェーハ２１における平坦度を十分に上昇させることができないからである。

図３に示すように、上述した中央部が凹んだお椀状の反りを有するシリコンウェーハ１２を得るには、薄円板状のシリコンウェーハ１３を研削装置３１により研削研磨することにより行われる。図４〜図７に、この支持基板用シリコンウェーハ１２を得るために用いられる研削装置３１を示す。この研削装置３１は、平坦な上面に載せられた薄円板状のシリコンウェーハ１３を吸引してそのシリコンウェーハ１３の下面を強制的に平坦にした状態で保持する平板状の保持テーブル３２と、このテーブル３２にて保持されたシリコンウェーハ１３の上面を研削する複数の四角柱状の砥石３３と、これらの砥石３３を回転軸３４を中心として同一円周上に位置するように保持する砥石ホルダ３６と、砥石ホルダ３６を回転軸３４を介して回転させる回転用モータ３７（図６及び図７）と、この回転用モータ３７を昇降可能に保持する図示しないスライド手段とを備える。ここで、砥石３３としては、一次研削用として粒度約＃３００の砥粒をメタルボンドで結合したものを使用し、二次研削用として粒度♯１５００（平均粒径７．５μｍ）〜♯１００００（平均粒径０．５μｍ）の砥粒をレジンボンドまたはビトリファイドボンドで結合したものを使用した。この砥石３３は薄円板状のシリコンウェーハ１３の研削面のダメージを５μｍ以下に抑制するダメージ低減手段として機能するものである。

図６及び図７に示すように、保持テーブル３２は多孔性のセラミックからなる円板であって、この保持テーブル３２は支持台３８に埋設される。支持台３８は固定台３９の上方に一つの固定軸４１と２つの昇降軸４２，４２により支持され、図７に示すように、２つの昇降軸４２，４２により支持台３８の支持点を上下動させることにより支持台３８を傾けて、その支持台３８に埋設された保持テーブル３２の水平な上面を所望の角度に傾けることができるように構成される。そして、支持台３８には、保持テーブル３２を回転させる図示しない回転手段が設けられ、保持テーブル３２はその上面が傾けられた状態でその傾いた上面の角度を変化させることなく回転可能に構成される。ここで、保持テーブル３２を傾ける場合について説明したが、砥石３３の回転軸３４を傾けるように構成してもよい。

このように構成された研削装置３１を用いて薄円板状のシリコンウェーハ１３を研削及び研磨してシリコンウェーハ１２を製造する方法を図３に示す。図３では、シリコンウェーハ１３の一方の主面を吸着保持して他方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行ってウェーハ外周からウェーハ中心に向けて厚みを増加させた凸状のウェーハ１４を作製した後、凸状に形成した他方の主面を吸着保持して弾性変形により一方の主面側の中央を突出させた状態とし、その一方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行って主面を平坦にし、前記吸着保持を解除することで中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたウェーハを得ることを特徴とする。それらを以下に具体的に説明する。

＜裏面研削工程＞
先ず薄円板状のシリコンウェーハ１３を準備する。このシリコンウェーハ１３はＣＺ法又はＦＺ法で引上げたシリコン単結晶棒をスライス加工することにより作製することができる。図３（ａ）の破線で示すように、その薄円板状のシリコンウェーハ１３の表面を平板状の保持テーブル３２に載せ、シリコンウェーハ１３の裏面を上面とさせた状態でそのシリコンウェーハ１３を保持テーブル３２に吸着させる。その後、保持テーブル３２が埋設された支持台３８をその保持テーブル３２とともに傾ける。支持台３８を傾けるには、その支持台３８を支持する２つの昇降軸４２，４２によりその支持台３８の支持点を上下動させることにより行い、図７に示すように、その支持台３８に埋設された保持テーブルの水平な上面を所望の角度に傾ける。その状態で保持テーブル３２をシリコンウェーハ１３とともに図５の実線矢印の方向に回転させ、砥石ホルダ３６を回転用モータ３７にて図５の破線矢印の方向に回転させる。次いで砥石ホルダ３６を下降させ、砥石３３をシリコンウェーハ１３の裏面に接触させて、砥石３３でそのシリコンウェーハ１３を裏面側から研削する。そして、保持テーブル３２を傾けたことから、研削された裏面は図３（ａ）の実線で示すように山形になり、そのシリコンウェーハ１３は中央が厚肉になるように裏面の中央が突出した中間ウェーハ１４になる。

＜表面研削工程＞
次に表面側からそのシリコンウェーハ１３を研削する。そのため先ず裏面の中央が突出するように研削された中間ウェーハ１４を保持テーブル３２から離す。そして、図３（ｂ）の実線で示すように中央が突出した裏面を保持テーブル３２に載せ、破線矢印で示すようにその裏面を吸着して中間ウェーハ１４を保持テーブル３２の平坦な上面に保持させる。すると図３（ｂ）の破線で示すように、保持テーブル３２の上面は平坦であるので中間ウェーハ１４の裏面は保持テーブルに吸着された状態で弾性変形して平坦となり、逆に中間ウェーハ１４の表面の中央は上方に突出することになる。そして、中間ウェーハ１４の裏面を保持テーブル３２に吸着保持させる以前に又はその後、支持台３８を支持する２つの昇降軸４２，４２によりその支持台３８の支持点を上下動させることにより図６に示すように支持台３８を水平に戻し、その支持台３８に埋設された保持テーブル３２の上面を水平に戻す。

次に保持テーブル３２を中間ウェーハ１４とともに回転させ、それとともに砥石ホルダ３６を回転用モータ３７にて回転させる。次いで砥石ホルダ３６を図３（ｃ）の実線矢印の方向に下降させ、砥石３３を中間ウェーハ１４の表面に接触させて、砥石３３でその中間ウェーハ１４を表面側から研削する。そして、保持テーブル３２が水平に戻されていることから、研削された表面は保持テーブル３２と平行になり中間ウェーハ１４は破線で示すように均一な厚さになる。このように均一な厚さにされた中間ウェーハ１４を保持テーブル３２から離すと図３（ｄ）に示すようにそのウェーハ１４は弾性により矢印で示すように復元し、表面の中央が凹むお椀状であってかつ均一厚さを有する支持基板用シリコンウェーハ１２が得られる。

ここで、中央部が凹んだお椀状の支持基板用シリコンウェーハ１２とは、凹面全体が緩やかな曲面をもつような凹形状となるように研削されたもの、周方向において若干波打ったような凹形状のもの、略円錐形状のものなどを含むものである。
このようなシリコンウェーハ１２の製造方法では、ウェーハ中心部における厚みの中心点がウェーハ外周部における厚みの中心点よりも低い位置となる凹状の反りが付与されたシリコンウェーハ１２を得ることができる。

なお、本発明の実施の形態として、表面研削工程及び裏面研削工程において、シリコンウェーハ１３の中央が厚肉になるように裏面の中央が突出した凸状の中間ウェーハ１４を作製する場合の表面研削工程、及びこの凸状ウェーハを使用した場合の裏面研削工程についてその手順を説明したが、初めにシリコンウェーハ１３の中央が薄肉になるように裏面の中央が凹んだ凹状の中間ウェーハ１４を作製して厚み均一な凸状のシリコンウェーハ１２を製造した場合であっても、このウェーハを反転させれば同様の凹状のシリコンウェーハ１２として使用できる。これとは反対に、凹状のウェーハを作製してこれを反転させれば凸状のウェーハとしても使用することができる。要するに、ＳＯＩウェーハ製作時にＳＯＩウェーハが反る方向とは逆の方向に反りを付与したウェーハを支持用基板として用いればよい。

また、各研削工程において、研削装置３１を用いてウェーハを加工する場合について説明したが、研削装置３１の代わりに公知の鏡面研磨装置を用いても同様な中央部が凹んだお椀状の反りを有するシリコンウェーハを得ることができるし、研削装置と鏡面研磨装置の併用も可能である。この場合、ＳＯＩウェーハ作製前の鏡面研磨工程を省略することができる。

次に、上述した中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたシリコンウェーハ１２を支持基板とするＳＯＩウェーハ２１の製造方法を図２を用いて詳しく説明する。
図２（ａ）に示すように、先ず薄円板状のウェーハを研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたシリコンウェーハ１２を支持基板として準備する。それとは別に貼り合わせ用シリコンウェーハ１１を準備する。貼り合わせ用シリコンウェーハ１１はＣＺ法又はＦＺ法で引上げたシリコン単結晶インゴットをスライス加工することにより作製される。なお図２では理解を容易にするために、支持基板用シリコンウェーハ１２は実際の反りより大きく反らせて描いてある。

次いで図２（ｂ）に示すように、貼り合わせ用シリコンウェーハ１１の全面に絶縁層１１ａを形成する。この絶縁層１１ａの厚さは作製するＳＯＩの用途にもよるが、約０．５〜約２．０μｍの範囲、好ましくは約０．５〜約１．０μｍの範囲にある。また絶縁層１１ａはシリコン酸化層（ＳｉＯ₂層）であって、シリコンウェーハ１１を熱酸化することにより、或いはＣＶＤ法により形成される。なお、この実施の形態では、熱酸化による場合を記述したため、貼り合わせ用シリコンウェーハ１１の全面に絶縁層１１ａが形成されているが、ＣＶＤ法によれば、貼り合わせ用シリコンウェーハ１１の側面を除く両表面、或いは片方の表面にのみ絶縁層１１ａを形成しても良い。

次に図２（ｃ）に示すように、この貼り合わせ用シリコンウェーハ１１に直接形成された絶縁層１１ａを接合面として、この貼り合わせ用シリコンウェーハ１１が支持基板用シリコンウェーハ１２の中央が凹む表面と貼り合わせられる。ここで、支持基板用シリコンウェーハ１２の中央が凹む表面は、その表面を活性化するために、ＮＨ₄ＯＨとＨ₂Ｏ₂・Ｈ₂Ｏの混合溶液であるＳＣ１（Standard Cleaning １）洗浄液で洗浄しておくことが好ましい。そして、図２（ｄ）に示すように接合した後の支持基板用シリコンウェーハ１２と貼り合わせ用シリコンウェーハ１１を乾燥酸素（ｄｒｙＯ₂）雰囲気又は窒素（Ｎ₂）雰囲気中で１１００℃以上の温度下で、１〜３時間、好ましくは２時間程度の熱処理を行う。

更に図２（ｅ）に示すように、一体化した２枚のシリコンウェーハ１１，１２が放冷され室温になった後に、ＳＯＩ層となる貼り合わせ用シリコンウェーハ１１を砥石で研削し、その後研磨剤を流しながら研磨布で研磨して、約１〜２０μｍの厚さの薄膜に加工する。これにより厚さ約１〜２０μｍのデバイス形成用のＳＯＩ層１１ｂが絶縁層１１ａ上に形成されたＳＯＩウェーハ２１が得られる。

このようにして得られたＳＯＩウェーハ２１は、裏面に酸化膜が存在しないもの、あるいはＢｏｘ層厚に対して裏面酸化膜厚が薄いものになる。そして、支持基板用シリコンウェーハ１２に与えられた反りにより、ＳＯＩ層となる貼り合わせ用シリコンウェーハ１１を砥石で研削した段階で生じる反りが打ち消され、平坦なＳＯＩウェーハ２１を得ることができる。このためこのＳＯＩウェーハ２１では、デバイス工程で酸化膜が剥離するようなことはなく、デバイス工程で新たに反りが生じるようなことを有効に防止することができる。
なお、中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたシリコンウェーハを支持基板とする場合、少なくとも酸化膜を介して貼り合わされる支持基板用ウェーハの凹状の反り表面と活性層基板用シリコンウェーハ表面を、それぞれ鏡面研磨することが好ましい。

次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳しく説明する。
＜実施例１＞
先ず、ＣＺ法で引上げられたシリコン単結晶インゴットをワイヤーソーで切断して、直径が２００ｍｍ（８インチ）である薄円板状のシリコンウェーハ１３を２５枚得た。これらの全てを図３に示す手順により中央部が凹んだお椀状の反りを有する支持基板用シリコンウェーハ１２とした。即ち、薄円板状のシリコンウェーハ１３の表面を保持テーブル３２の平坦な上面に吸着保持して裏面側から中央が厚肉になるように研削し裏面の中央を約３０μｍ程度突出させた中間ウェーハ１４を得た後、その中間ウェーハ１４を保持テーブル３２から離し、中央が突出した裏面を保持テーブル３２の平坦な上面に吸着保持させて弾性変形により中間ウェーハ１４の表面の中央を上方に突出させ、その中間ウェーハ１４を表面側から研削して、ウェーハ面内の厚さバラツキが１μm以下の均一厚さとなるように研削した。その後、均一な厚さにされた中間ウェーハ１４を保持テーブル３２から離して弾性により復元させることにより表面の中央が凹むお椀状であってかつ均一厚さを有する支持基板用シリコンウェーハ１２を２５枚得た。

この２５枚における支持基板用シリコンウェーハ１２の反りをＡＤＥ社製の平坦度測定器によりそれぞれ測定し、その分布を図８（ａ）に示す。図８（ａ）における反り分布はいわゆるバウ（Ｂｏｗ）値における反りの分布を示すものであって、このバウ（Ｂｏｗ）値は、凹形状の面を表面側（上側）として、吸着固定しない支持基板用シリコンウェーハ１２の裏面における３点基準面又はベストフィット基準面から、ウェーハ１２の中心部分における厚さ方向の中心点までの最大変位量として表される値である。

次に、ＣＺ法で引上げられたシリコン単結晶インゴットをワイヤーソーで切断して貼り合わせ用シリコンウェーハ１１を２５枚別に準備した。この貼り合わせ用シリコンウェーハ１１は、その直径が２００ｍｍ（８インチ）であって、その厚さが約７２５μｍである。そして、この貼り合わせ用シリコンウェーハ１１を湿潤酸素（ｗｅｔＯ₂、Ｏ₂：Ｈ₂＝２．０リットル／分：１．０リットル／分）雰囲気中、１０００℃で３時間熱処理して、このウェーハ１１の全面に厚さ０．５μｍのシリコン酸化層（ＳｉＯ₂）からなる絶縁層１１ａを形成した。

絶縁層１１ａを形成した貼り合わせ用シリコンウェーハ１１と支持基板用シリコンウェーハ１２とをそれぞれ比重０．９のＮＨ₄ＯＨの水溶液と比重１．１のＨ₂Ｏ₂水溶液とＨ₂ＯとをＮＨ₄ＯＨ：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝１：２：７の容量比で混合して調製し約８０℃に保持されたＳＣ１（Standard Cleaning 1）の洗浄液で洗浄した後、図２（ｃ）に示すように、貼り合わせ用シリコンウェーハ１１をこのウェーハ１１の絶縁層１１ａを接合面として支持基板用シリコンウェーハ１２の中央が凹んだ表面に重ね合わせて両者を貼り合わせた。

図２（ｄ）に示すように、上記のようにして貼り合わせた両ウェーハ１１，１２を、室温から８００℃に設定された熱処理炉中に１０〜１５ｃｍ／分の速度で挿入し、窒素雰囲気中で８００℃から１０℃／分の速度で昇温し、１１００℃に達したところで２時間維持し、次いで４℃／分の速度で降温し、８００℃まで冷却した後、１０〜１５ｃｍ／分の速度で炉から室温中に取出した。その後、図２（ｅ）に示すように、貼り合わせ用シリコンウェーハ１１の表面を砥石で研削し、次いで研磨剤を流しながら柔らかい研磨布で研磨し、絶縁層１１ａ上に厚さ１〜２０μｍのＳＯＩ層１１ｂを形成することによりＳＯＩウェーハ２１を得た。このＳＯＩウェーハ２１を実施例１とした。

＜比較例１＞
図示しないが、ＣＺ法で引上げられたシリコン単結晶インゴットをワイヤーソーで切断して薄円板状の支持基板用シリコンウェーハを２５枚別に準備した。この薄円板状の支持基板用シリコンウェーハは、その直径が２００ｍｍ（８インチ）であって、その厚さが約７２５μｍである。この２５枚における薄円板状の支持基板用シリコンウェーハの反りをＡＤＥ社製の平坦度測定器によりそれぞれ測定し、その分布を図９（ａ）に示す。この図９（ａ）における反り分布は、図８（ａ）と同様に、バウ（Ｂｏｗ）値における反りの分布を示すものである。

一方、実施例１と同一の貼り合わせ用シリコンウェーハを２５枚準備し、実施例１と同一の条件でその貼り合わせ用シリコンウェーハの全面に厚さ０．５μｍのシリコン酸化層（ＳｉＯ₂）からなる絶縁層を形成した。その後、絶縁層を形成した貼り合わせ用シリコンウェーハと薄円板状の支持基板用シリコンウェーハとを実施例１と同一の条件で重ね合わせて両者を貼り合わせた。そして、貼り合わせた両ウェーハを、実施例１と同一の条件で熱処理を行った後炉から室温中に取出した。その後、絶縁層を形成した貼り合わせ用シリコンウェーハの表面を砥石で研削し、次いで研磨剤を流しながら柔らかい研磨布で研磨し、絶縁層上に厚さ０．１〜１０μｍのＳＯＩ層を形成することによりＳＯＩウェーハを得た。このＳＯＩウェーハを比較例１とした。

＜比較試験及び評価＞
実施例１における２５枚のＳＯＩウェーハ２１及び比較例１における２５枚のＳＯＩウェーハの反りをＡＤＥ社製の平坦度測定器によりそれぞれ測定し、その分布を図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示す。この図８（ｂ）及び図９（ｂ）における反り分布はいわゆるワープ値における反りの分布を示すものであって、このワープ値は、吸着固定しないウェーハの裏面における３点基準面またはベストフィット基準面からウェーハ厚さ方向の中央面までの最大変位と最小変位との差で表される値である。

ここで、図８（ａ）及び図９（ａ）における反り分布は、凹凸の高さレベルがわかるようにバウ（Ｂｏｗ）値で表し、図８（ｂ）及び図９（ｂ）における反り分布をワープ（Ｗａｒｐ）値で表したのは、一般的にウェーハ全体の反り分布を反映したワープ値がウェーハ反りのスペックとして使用されるからである。 図８（ａ）及び図９（ａ）から明らかなように、支持基板となるシリコンウェーハの反り（Ｂｏｗ値）は、比較例１の方がマイナス５μｍ〜プラス５μｍの範囲でその平均値がマイナス２．３μｍに対し、実施例１ではマイナス２０μｍ〜マイナス３０μｍの範囲に集中しその平均値がマイナス２８．１μｍで比較的マイナス側に安定した反り量を得ることができる。

一方、図８（ｂ）及び図９（ｂ）の結果から明らかなように、実施例１におけるＳＯＩウェーハ２１のいわゆるワープ値における反りは２０μｍのところに集中し、その平均値は１８．５μｍであるのに対して、比較例１におけるＳＯＩウェーハのいわゆるワープ値における反りは実施例１より大きい値である５０μｍのところに集中し、その平均値は４８．９μｍである。即ち、実施例１におけるＳＯＩウェーハ２１は、比較例１におけるＳＯＩウェーハに比較して平坦である反り（Ｗａｒｐ）値が小さいことが判る。これは実施例１が支持基板用シリコンウェーハ１２に形成した凹状の反りがＳＯＩウェーハ２１が得られた時点で生じる反りを打ち消したことに起因するものと考えられ、本発明の効果が確認された。

本発明実施形態の支持基板用シリコンウェーハの反りをいわゆるバウ値によって表す手段を示す図である。 その支持基板用シリコンウェーハを用いたＳＯＩウェーハの製造方法を示す部分断面図である。 その支持基板用シリコンウェーハの製造方法を示す部分断面図である。 その支持基板用シリコンウェーハを製造するために用いる研削装置の要部斜視図である。 その研削装置の砥石とウェーハとの関係を示す平面図である。 水平な保持テーブルを有する研削装置の構成図である。 その研削装置の保持テーブルを傾けた状態を示す図６に対応する構成図である。 （ａ）実施例１の支持基板用シリコンウェーハのいわゆるバウ値で表された反りの分布状態を示す図である。（ｂ）その支持基板用シリコンウェーハを用いて得られたＳＯＩウェーハのいわゆるワープ値で表された反りの分布状態を示す図である。 （ａ）比較例１の円板状の支持基板用シリコンウェーハのいわゆるバウ値で表された反りの分布状態を示す図である。（ｂ）そのシリコンウェーハを用いて得られたＳＯＩウェーハのいわゆるワープ値で表された反りの分布状態を示す図である。

符号の説明

１１ 貼り合わせ用シリコンウェーハ
１１ａ 酸化膜
１２ シリコンウェーハ
１３ 円板状のシリコンウェーハ
１４ 中間ウェーハ
２１ ＳＯＩウェーハ
３２ 保持テーブル

Claims (6)

1. 薄円板状のウェーハを研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたことを特徴とするシリコンウェーハ。
2. 薄円板状のシリコンウェーハの一方の主面を吸着保持して他方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行ってウェーハ外周からウェーハ中心に向けて厚みを増加させた凸状のウェーハを作製した後、凸状に形成した他方の主面を吸着保持して弾性変形により前記一方の主面側の中央を突出させた状態とし、前記一方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行って主面を平坦にし、前記吸着保持を解除することで中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたウェーハを得ることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
3. 薄円板状のシリコンウェーハの一方の主面を吸着保持して他方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行ってウェーハ外周からウェーハ中心に向けて厚みを減少させた凹状のウェーハを作製した後、凹状に形成した他方の主面を吸着保持して弾性変形により前記一方の主面側の周辺部を突出させた状態とし、前記一方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行って主面を平坦にし、前記吸着保持を解除することで中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたウェーハを得ることを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
4. 少なくとも、ＳＯＩ層、絶縁層、支持基板で形成された貼り合わせＳＯＩウェーハであって、薄円板状のウェーハを研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたシリコンウェーハを支持基板とし、前記シリコンウェーハの凹部面側を貼り合わせ面の主面としたことを特徴とする貼り合わせＳＯＩウェーハ。
5. 薄円板状のウェーハを研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたシリコンウェーハを支持基板とし、酸化膜を介して前記支持基板用ウェーハの凹状の反り表面と活性層基板用シリコンウェーハ表面とを重ね合わせて接合した後、前記活性層基板用シリコンウェーハ表面を薄膜化して活性層を形成することを特徴とする貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法。
6. 薄円板状のウェーハを研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたシリコンウェーハを支持基板とし、少なくとも酸化膜を介して貼り合わされる支持基板用ウェーハの凹状の反り表面と活性層基板用シリコンウェーハ表面がそれぞれ鏡面研磨されていることを特徴とする請求項５記載の貼り合わせＳＯＩウェーハの製造方法。

Images