JP2001044086A - 張り合わせ誘電体分離ウェーハおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 張り合わせ誘電体分離ウェーハについて誘電
体分離シリコン島を無欠陥化し、シリコン島表面の電気
的特性を良好ならしめる。 【解決手段】 鏡面ウェーハ１０表面に異方性エッチン
グを施し、誘電体分離用溝１３を形成する。その表面に
誘電体分離酸化膜１４を、酸化膜１４上に高温ポリシリ
コン層１６を成長させる。高温ポリシリコン層を研削・
研磨し、その上に低温ポリシリコン層１７を形成し、研
磨する。支持基板用ウェーハ２０に活性層用ウェーハ１
０をその鏡面同士を接触させて室温で張り合わせる。熱
処理を行う。活性層用ウェーハ１０の外周部を面取り
し、ウェーハ１０を研削・研磨する。張り合わせ誘電体
分離ウェーハＷが得られる。この張り合わせ誘電体分離
ウェーハＷを石英反応管に挿入し、水素ガスの雰囲気中
で１２００℃、１時間での水素アニール処理を施す。誘
電体分離シリコン島１０Ａ中の酸素が外方拡散され、酸
素濃度が低下する。シリコン島１０Ａ中の酸素誘起積層
欠陥が完全に消失し、無欠陥化され、電気的特性が良好
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は張り合わせ誘電体
分離ウェーハおよびその製造方法、詳しくは誘電体分離
シリコン島に微小欠陥が少ない張り合わせ誘電体分離ウ
ェーハおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】張り合わせシリコンウェーハの一種とし
て、張り合わせ誘電体分離ウェーハが知られている。従
来の張り合わせ誘電体分離ウェーハは、図５に示す各工
程を経て製造されていた。図５は従来の誘電体分離ウェ
ーハの製造工程を示す説明図である。まず、ＣＺ法によ
り引き上げられた単結晶シリコンインゴットをブロック
切断、スライス、面取り、研磨などを施して、活性層用
ウェーハとなる表面を鏡面加工したシリコンウェーハ１
０を用意する（図５（ａ））。次いで、このシリコンウ
ェーハ１０の表面にマスク酸化膜１１を形成する（図５
（ｂ））。このマスク酸化膜１１をレジスト１２で覆
い、レジスト１２にフォトリソグラフ法によって窓付を
形成する。この窓を介して酸化膜１１に所定パターンの
窓を形成し、シリコンウェーハ１０表面の一部を露出さ
せる。次に、レジスト１２を除去し、この後、このシリ
コンウェーハ１０をエッチング液（ＩＰＡ／ＫＯＨ／Ｈ
_２Ｏ）に浸漬して、ウェーハ表面の窓内部を異方性エッ
チングする（図５（ｃ））。このようにして、ウェーハ
表面に断面Ｖ字形状の誘電体分離用溝１３が形成され
る。なお、ここでいう異方性エッチングとは、シリコン
ウェーハ１０の結晶面方位に起因し、深さ方向のエッチ
ング速度が水平方向のそれよりも大きい、エッチング速
度が方向依存性を持ったエッチングのことである。

【０００３】次に、マスク酸化膜１１を除去する（図５
（ｄ））。それから、ウェーハ表面に、酸化熱処理によ
って誘電体分離酸化膜１４を形成する（図５（ｅ））。
この結果、誘電体分離用溝１３表面にも酸化膜１４が形
成される。そして、このウェーハ表面を洗浄する。続い
て、誘電体分離酸化膜１４の表面に、約１２００〜１３
００℃の高温ＣＶＤ法で、高温ポリシリコン層１６を厚
めに成長させる（図５（ｆ））。それから、ウェーハ外
周部を面取りし、必要に応じて、ウェーハ裏面を平坦化
する。次いで、ウェーハ表面の高温ポリシリコン層１６
を厚さ約１０〜８０μｍまで研削・研磨する（図５
（ｇ））。この後、必要に応じて、ウェーハ表面に５５
０〜７００℃の低温ＣＶＤ法で厚さ１〜５μｍの低温ポ
リシリコン層１７を形成し、それから張り合わせ面の鏡
面化を図る目的で、低温ポリシリコン層１７の表面をポ
リッシングする。

【０００４】一方、活性層用ウェーハと同様の作製方法
で、支持基板用ウェーハとなるシリコンウェーハ２０を
準備する（図５（ｈ））。これは、ウェーハ表面を鏡面
加工したものである。次に、このシリコンウェーハ２０
に、上記活性層用ウェーハ用のシリコンウェーハ１０
を、その鏡面同士を接触させて張り合わせる（図５
（ｉ））。それから、この張り合わせウェーハの張り合
わせ強度を高めるための熱処理を施す。次に、図５
（ｊ）に示すように、張り合わせウェーハにあってその
活性層用ウェーハの外周部を面取りし、さらにこの活性
層用ウェーハ表面を研削・研磨する。この活性層用ウェ
ーハの研削量は、誘電体分離酸化膜１４が外部に露出
し、高温ポリシリコン層１６の表面に、誘電体分離酸化
膜１４で区画された誘電体分離シリコン島１０Ａが現出
するまでとする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、活性層用ウ
ェーハおよび支持基板用ウェーハが切り出される単結晶
シリコンインゴット中には、不純物である酸素が過飽和
状態で含まれている。これは、単結晶シリコンインゴッ
トの引き上げをＣＺ法によったためである。この過飽和
状態でインゴット中に含まれる酸素は、このインゴット
の機械的な強度を高めたり、不純物を捕獲するゲッタリ
ングサイトとなるなどの有用な役目を果たす。その反
面、シリコンウェーハに微小な酸化誘起積層欠陥（ＯＳ
Ｆ；Oxidation Induced Stacking Fault）、ＣＯＰ（Cr
ystal Originated Particles）やＢＭＤ（Bulk Micro D
efect）が生じる要因にもなっている。シリコンウェー
ハにおけるデバイスは、表層部から１０μｍ以下の深さ
までに作製される。誘電体分離ウェーハの場合、厚さが
数１０μｍ〜数μｍの誘電体分離シリコン島（活性領
域）にデバイスが作製されることとなる。この結果、誘
電体分離シリコン島の結晶特性が重要となる。すなわ
ち、この誘電体分離シリコン島の表面および表層部は無
欠陥であることが要求される。しかしながら、前述した
ようにこの誘電体分離シリコン島もＣＺウェーハである
活性層用ウェーハから作製される。このため、この誘電
体分離シリコン島内にも過飽和酸素が存在する。これが
この島内に微小な欠陥（酸化誘起積層欠陥）を現出さ
せ、デバイス作製工程などにおいて、さまざまな不都合
を生じさせていた。例えば、この島の表面に形成された
酸化膜（例えばＭＯＳデバイスのゲート酸化膜）の酸化
膜耐圧が低下していた。

【０００６】そこで、発明者は、作製された張り合わせ
誘電体分離ウェーハを水素アニール処理すれば、誘電体
分離シリコン島の過飽和酸素を外方拡散させることがで
き、これによりこの領域内の酸素濃度が大きく低減され
て、無欠陥化されることに着目し、この発明を完成させ
た。

【０００７】

【発明の目的】この発明は、誘電体分離シリコン島を無
欠陥化させ、これによりシリコン島表面の電気的特性を
良好ならしめることができる張り合わせ誘電体分離ウェ
ーハ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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、支持基板用ウェーハと、この支持基板用ウェーハの
表面に張り合わされる活性層用ウェーハとを有し、この
活性層用ウェーハの表面に積層されたポリシリコン層の
表面に、誘電体分離酸化膜により互いに絶縁された複数
の誘電体分離シリコン島が形成された張り合わせ誘電体
分離ウェーハであって、上記誘電体分離シリコン島が形
成された後、水素アニール処理が施された張り合わせ誘
電体分離ウェーハである。水素アニール処理の条件とし
ては、好ましいアニール温度が１０５０〜１２５０℃で
あり、好ましいアニール時間は１〜４時間である。例え
ば、１２００℃で１時間水素ガス雰囲気で加熱する。こ
れらの事柄は請求項２に記載の発明にも当てはまる。

【０００９】請求項２に記載の発明は、活性層用ウェー
ハの表面に誘電体分離溝を形成し、誘電体分離溝の表面
を含む活性層用ウェーハの表面に誘電体分離酸化膜を形
成し、誘電体分離酸化膜の表面にＣＶＤ法によりポリシ
リコン層を成長させ、この活性層用ウェーハの表面を支
持基板用ウェーハの表面に重ね合わせることによりこれ
らを張り合わせ、この後、上記活性層用ウェーハをその
裏面側から研削、研磨して、この研磨面に誘電体分離酸
化膜で分離された複数の誘電体分離シリコン島を現出さ
せ、この後、この張り合わせ誘電体分離ウェーハに水素
アニール処理を施す張り合わせ誘電体分離ウェーハの製
造方法である。

【００１０】ポリシリコン層の成長方法としては、高温
ＣＶＤ法を採用することができる。これは、シリコンを
含んだ原料ガスをキャリアガス（Ｈ_２ガスなど）ととも
に反応炉内へ導入し、高温に熱せられたシリコンウェー
ハ上に原料ガスの熱分解または還元によって生成された
シリコンを析出させる方法である。シリコンを含んだ化
合物としては、通常、ＳｉＣｌ_２Ｈ_２，ＳｉＣｌ_４，Ｓ
ｉＨＣｌ_３などが挙げられる。この際使用する反応炉と
しては、高周波誘導加熱型炉、ランプ加熱型炉などがあ
る。

【００１１】高温ＣＶＤ法によるポリシリコンの成長温
度は炉の発熱方式により異なる。この用途に用いられる
一般的な高周波誘導加熱炉では、１２００〜１２９０
℃、特に１２３０〜１２８０℃が好ましい。１２００℃
未満ではシリコンウェーハが割れ易い。１２９０℃を超
えるとスリップが発生し、ウェーハが割れやすい。ポリ
シリコン層の厚さは、異方性エッチングを行った深さを
２〜３倍し、これに残したいポリシリコン層の厚さを付
加した厚さとする。ポリシリコン層厚が異方性エッチン
グの深さの２倍未満では、異方性エッチングの溝が十分
に埋まらないことがある。３倍を越えると、不要に厚く
なり、不経済である。異方性エッチング液としては、Ｋ
ＯＨ（ＩＰＡ／ＫＯＨ／Ｈ_２Ｏ），ＫＯＨ（ＫＯＨ／Ｈ
_２Ｏ），ＫＯＨ（ヒドラジン／ＫＯＨ／Ｈ_２Ｏ）を使用
することができる。異方性エッチングは、通常の条件を
適用することができる。また、ウェーハ表面側のレジス
トに異方性エッチング用の窓部を形成する際は、一般的
な条件で行える。

【００１２】

【作用】この発明によれば、張り合わせ誘電体分離ウェ
ーハを作製し、その後、この張り合わせ誘電体分離ウェ
ーハに水素アニール処理を施す。これにより、デバイス
が作製される誘電体分離シリコン島の過飽和酸素が外方
拡散される。したがって、この領域が無欠陥化され、こ
のシリコン島の電気的特性を高めることができる。例え
ば酸化膜耐圧を高めることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例に係る張
り合わせ誘電体分離ウェーハおよびその製造方法を説明
する。なお、ここでは従来技術の欄で説明した張り合わ
せ誘電体分離ウェーハを例に説明する。したがって、同
一部分には同一符号を付す。図１は、この発明の一実施
例に係る張り合わせ誘電体分離ウェーハの要部拡大断面
図である。図２は、この発明の一実施例に係る張り合わ
せ誘電体分離ウェーハの製造方法を示すフローチャート
である。まず、活性層用ウェーハとなる表面を鏡面加工
したシリコンウェーハ１０を作製、準備する（図２
（ａ））。具体的には、ＣＺ法による引き上げられた単
結晶シリコンインゴットを、ブロック切断、スライス、
面取り、研磨などを施して作製する。

【００１４】次いで、このシリコンウェーハ１０を洗浄
後、ウェーハ表面をマスク酸化膜１１で覆う（図２
（ｂ））。なお、マスク酸化膜１１に代えて、ＣＶＤ法
によりチッ化膜を成長させてもよい。

【００１５】次に、このマスク酸化膜１１上にレジスト
膜１２を被着する。そして、このレジスト膜１２にフォ
トリソプロセスで所定パターンの窓を形成する。続い
て、この窓を介してマスク酸化膜１１に同じパターンの
窓を形成し、シリコンウェーハ１０の表面の一部を露出
させる。次に、レジスト膜１２を除去する。そして、ウ
ェーハ表面を洗浄する。さらに、このシリコンウェーハ
１０を異方性エッチング液（ＩＰＡ／ＫＯＨ／Ｈ_２Ｏ）
に所定時間だけ浸漬させる。その結果、シリコンウェー
ハ表面には所定パターンでの凹部（窪み）が形成され
る。すなわち、ウェーハ表面に異方性エッチングが施さ
れ、断面Ｖ字形状の誘電体分離用溝（凹部）１３が形成
される（図２（ｃ））。

【００１６】次に、マスク酸化膜１１を除去する（図２
（ｄ））。その後、必要に応じて、シリコン内部にドー
パントを注入し、次いでウェーハ表面に、酸化熱処理に
より誘電体分離酸化膜１４を形成する（図２（ｅ））。
その結果、誘電体分離用溝１３上にも、誘電体分離酸化
膜１４が形成される。次に、このウェーハ表面を洗浄す
る。

【００１７】続いて、誘電体分離酸化膜１４の上に、約
１２００℃の高温ＣＶＤ法で、高温ポリシリコン層１６
を１５０μｍの厚さだけ成長させる（図２（ｆ））。そ
れから、ウェーハ外周部を面取りし、必要に応じ、ウェ
ーハ裏面を平坦化させる。次いで、高温ポリシリコン層
１６が厚さ３０μｍ程度となるまでその表面から研削・
研磨する（図２（ｇ））。その後、６００℃の低温ＣＶ
Ｄ法で厚さ３．０μｍ程度の低温ポリシリコン層１７を
このウェーハ表面に形成し。さらに、張り合わせ面の鏡
面化のために、低温ポリシリコン層１７の表面をポリッ
シングする。

【００１８】一方、シリコンウェーハ１０と同じ製造方
法により、シリコンウェーハ１０と同じ厚さ、同一口径
の支持基板用ウェーハとなるシリコンウェーハ２０を準
備する（図２（ｈ））。なお、この支持基板用ウェーハ
２０の表面には、ウェットＯ_２酸化によって絶縁膜であ
るシリコン酸化膜２１を、厚さ１μｍだけ形成してお
く。次に、シリコンウェーハ２０に活性層用のシリコン
ウェーハ１０を、その鏡面同士を接触させて室温で張り
合わせる（図２（ｉ））。この後、この張り合わせウェ
ーハの張り合わせ強度を高める所定の熱処理を行う。そ
れから、図２（ｊ）に示すように、活性層用のシリコン
ウェーハ１０の外周部を面取りし、必要に応じて支持基
板用のシリコンウェーハ２０の酸化膜２１をＨＦ洗浄で
除去した後、シリコンウェーハ１０を研削・研磨する。
なお、この際の研削・研磨量は、誘電体分離酸化膜１４
が外部に露出し、高温ポリシリコン層１６の表面に、誘
電体分離酸化膜１４により区画された誘電体分離シリコ
ン島１０Ａが現出し、隣り合うシリコン島１０Ａ同士が
完全に分離する程度とする。こうして、張り合わせ誘電
体分離ウェーハＷが得られる。

【００１９】その後、この張り合わせ誘電体分離ウェー
ハＷに、水素アニール処理を施す（図２（ｋ））。具体
的には、この張り合わせ誘電体分離ウェーハＷをアニー
ル炉の石英反応管に挿入する。そして、水素ガスの雰囲
気中で１２００℃、１時間の条件で張り合わせ誘電体分
離ウェーハＷに熱処理を施す。このように、張り合わせ
誘電体分離ウェーハＷを水素ガス雰囲気で高温に加熱す
ると、例えば窒素ガス，酸素ガスの雰囲気で熱処理を行
ったときより、誘電体分離シリコン島１０Ａ中に存在し
ている酸素が多量に外方拡散される。これは、誘電体分
離シリコン島１０Ａの表面での酸素の気相中への拡散が
増加するためだと考えられる。水素アニール処理によ
り、誘電体分離シリコン島１０Ａの酸素濃度が大きく低
減される。その結果、この誘電体分離シリコン島１０Ａ
（活性領域）中の酸素誘起積層欠陥がほぼ完全に消失す
る。これにより、この領域内は無欠陥化され、その結
果、例えばこのシリコン島１０Ａの表面に形成した酸化
膜の酸化膜耐圧を高めることができる。

【００２０】ここで、実際に、従来法（水素アニール処
理を行わない）と、この発明（水素アニール処理を行
う）とを対比した際の、誘電体分離シリコン島の表面に
形成されたゲート酸化膜の酸化膜耐圧の評価結果を記載
する。図３は、張り合わせ誘電体分離ウェーハの酸化膜
耐圧の評価試験方法を示す説明図である。図４（ａ）
は、この発明の一実施例に係る張り合わせ誘電体分離ウ
ェーハにおける酸化膜耐圧の測定点分布を示す説明図で
ある。図４（ｂ）は、従来手段に係る張り合わせ誘電体
分離ウェーハにおける酸化膜耐圧の測定点分布を示す説
明図である。まず、図３を参照して、具体的な張り合わ
せ誘電体分離ウェーハの酸化膜耐圧の評価試験方法を説
明する。

【００２１】図３に示すように、張り合わせ誘電体分離
ウェーハＷ１の各誘電体分離シリコン島１０Ａには、誘
電体分離酸化膜１４に沿ってリンＰが高濃度にドーピン
グされたＮ^＋領域３０が設けられている。なお、この誘
電体分離シリコン島１０Ａの酸素濃度は、Ｏｉ＝１．３
０×１０^１８／ｃｍ^３である。このＮ^＋領域３０の表層
部３０ａ上には、アルミニウム製の電極３１が形成され
ている。また、この電極３１から所定距離だけ離れた位
置に、厚さ２５ｎｍ，膜面積２０ｍｍ^２のゲート酸化膜
３２が形成されている。このゲート酸化膜３２上には、
ポリシリコン製の電極３３が形成されている。この電極
３３は、厚さが５００ｎｍで、リンが所定濃度にドープ
されている。これらの電極３１，３３には、直流電源３
４，電流計３５および電圧計３６を有する酸化膜耐圧測
定器の各測定端子がそれぞれ接続されている。

【００２２】このゲート酸化膜３２の酸化膜耐圧の測定
に際しては、直流の印加電圧１０ＭＶ／ｃｍを１０秒間
印加し、その後、もう一度だけ同様に電圧を印加する。
この際、電極３１，３３間に流れる電流量を測定して、
これが電流密度１００μＡ／ｃｍ^２を超えた場合、ゲー
ト酸化膜３２の絶縁破壊が生じているとみなした。な
お、このシリコンウェーハ１０上に合計１８１点の測定
点を配した。そして、各点におけるゲート酸化膜３２の
絶縁破壊の状況を調べた。その結果を図４に示す。図４
（ａ）から明らかなように、この発明による張り合わせ
誘電体分離ウェーハＷの場合、１８１の測定点のすべて
において絶縁破壊は生じていなかった。これに対して、
図４（ｂ）に示す従来法の張り合わせ誘電体分離ウェー
ハの場合では、１８１点のうち、２５点で絶縁破壊が生
じていた。なお、図４（ａ）および図４（ｂ）におい
て、白抜きエリアは絶縁破壊なしを示し、黒塗りエリア
は絶縁破壊ありを示す。このように、張り合わせ誘電体
分離ウェーハＷを製造した後、水素アニール処理を行え
ば、ゲート酸化膜３２の酸化膜耐圧が高まることが判明
した。すなわち、シリコン島１０Ａにおける電気的特性
が高まっているのである。

【００２３】

【発明の効果】この発明によれば、張り合わせ誘電体分
離ウェーハに水素アニール処理を施したので、デバイス
が作製される誘電体分離シリコン島を無欠陥化させるこ
とができる。この結果、シリコン島の電気的特性、例え
ばその酸化膜耐圧特性を良好なものとすることができ
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誘電体分
離ウェーハの要部拡大断面図である。

【図２】この発明の一実施例に係る張り合わせ誘電体分
離ウェーハの製造方法を示すフローチャートである。

【図３】この発明の一実施例に係る張り合わせ誘電体分
離ウェーハの酸化膜耐圧の評価試験方法を示す説明図で
ある。

【図４】（ａ）は、この発明の一実施例に係る張り合わ
せ誘電体分離ウェーハにおける酸化膜耐圧の測定点分布
状態を示す説明図である。（ｂ）は、従来手段に係る張
り合わせ誘電体分離ウェーハにおける酸化膜耐圧の測定
点分布状態を示す説明図である。

【図５】従来の誘電体分離ウェーハの製造工程を示す説
明図である。

【符号の説明】

１０ シリコンウェーハ（活性層用ウェーハ）、 １０Ａ 誘電体分離シリコン島、 １２ シリコンウェーハ（支持基板用ウェーハ）、 １３ 誘電体分離溝、 １４ 誘電体分離酸化膜、 １６ ポリシリコン層、 Ｗ 張り合わせ誘電体分離ウェーハ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持基板用ウェーハと、この支持基板用
   ウェーハの表面に張り合わされる活性層用ウェーハとを
   有し、この活性層用ウェーハの表面に積層されたポリシ
   リコン層の表面に、誘電体分離酸化膜により互いに絶縁
   された複数の誘電体分離シリコン島が形成された張り合
   わせ誘電体分離ウェーハであって、 上記誘電体分離シリコン島が形成された後、水素アニー
   ル処理が施された張り合わせ誘電体分離ウェーハ。
2. 【請求項２】 活性層用ウェーハの表面に誘電体分離溝
   を形成し、 誘電体分離溝の表面を含む活性層用ウェーハの表面に誘
   電体分離酸化膜を形成し、 誘電体分離酸化膜の表面にＣＶＤ法によりポリシリコン
   層を成長させ、 この活性層用ウェーハの表面を支持基板用ウェーハの表
   面に重ね合わせることによりこれらを張り合わせ、 この後、上記活性層用ウェーハをその裏面側から研削、
   研磨して、この研磨面に誘電体分離酸化膜で分離された
   複数の誘電体分離シリコン島を現出させ、 この後、この張り合わせ誘電体分離ウェーハに水素アニ
   ール処理を施す張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造方
   法。