JP5738145B2 - Manufacturing method of SOI wafer - Google Patents
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Description
本発明は、SOI(Silicon On Insulator)ウェーハの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing an SOI (Silicon On Insulator) wafer.
寄生容量を低減し、デバイスの高速化を図るために、SOIウェーハが広く用いられるようになってきている。このSOIウェーハの中でも、SOQ(Silicon on Quartz)及びSOS(Silicon on Sapphire)というハンドルウェーハが、絶縁透明ウェーハで構成されるウェーハとして注目を集めている。 In order to reduce the parasitic capacitance and increase the device speed, SOI wafers have been widely used. Among these SOI wafers, handle wafers called SOQ (Silicon on Quartz) and SOS (Silicon on Sapphire) are attracting attention as wafers composed of insulating transparent wafers.
SOQウェーハは、石英の高い透明性を活かしたオプトエレクトロニクス関係、又は低い誘電損失を活かした高周波デバイスへの応用が期待される。また、SOSウェーハは、ハンドルウェーハがサファイアで構成されることから、高い透明性や低い誘電損失に加え、石英では得られない高い熱伝導率を有するため、発熱を伴う高周波デバイスへの応用が期待される。 SOQ wafers are expected to be applied to optoelectronics utilizing the high transparency of quartz, or to high frequency devices utilizing low dielectric loss. In addition, since the handle wafer is made of sapphire, the SOS wafer has high thermal conductivity that cannot be obtained with quartz in addition to high transparency and low dielectric loss, so it is expected to be applied to high-frequency devices that generate heat. Is done.
シリコン薄膜をハンドルウェーハ上に積層する方法として、R面のサファイア上にシリコン層をヘテロエピタキシャル成長させる方法、ガラス上に非単結晶シリコンを成長させ、その後レーザーアニール等によって結晶性を高めるCG(Continuous Grains:連続粒界結晶)シリコン等が開発されている。しかし、高い品質を有する単結晶シリコンをハンドルウェーハ上に積層するためには、バルクのシリコンウェーハとハンドルウェーハとを貼り合わせ、シリコンウェーハの一部を剥離してハンドルウェーハ上に転写する方法によってシリコン薄膜を形成することが理想的である(特許文献1)。 As a method of laminating a silicon thin film on a handle wafer, a method in which a silicon layer is heteroepitaxially grown on R-plane sapphire, a non-single crystal silicon is grown on glass, and then CG (Continuous Grains) is improved by laser annealing or the like. : Continuous grain boundary crystals) Silicon and the like have been developed. However, in order to stack high-quality single crystal silicon on the handle wafer, silicon is bonded to the handle wafer by bonding the bulk silicon wafer and the handle wafer, and then peeling off a portion of the silicon wafer and transferring it onto the handle wafer. It is ideal to form a thin film (Patent Document 1).
通常のSOIウェーハの製造方法では、2枚のウェーハ(ドナーウェーハ、ハンドルウェーハ)を貼り合わせた後に熱処理を施すことによって貼り合わせ強度を高める。しかし、SOQウェーハ及びSOSウェーハでは、ドナーウェーハとハンドルウェーハを室温で貼り合わせた後に、例えば300℃で熱処理を施すと、ドナーウェーハとハンドルウェーハの熱膨張係数が異なるため、貼り合わせたウェーハが破損するという問題点がある。この問題点を避けるためには、予め貼り合わせる際の温度を例えば200℃に上げることによって、その後の熱処理の際に貼り合わせたウェーハが破損する可能性を低減することができる。これは、熱処理による歪みが、「熱処理温度(T2)−貼り合わせ温度(T1)=熱処理温度と貼り合わせ温度の差(ΔT)」に比例するからである。 In a normal method for manufacturing an SOI wafer, bonding strength is increased by performing heat treatment after bonding two wafers (donor wafer, handle wafer). However, in the case of SOQ wafer and SOS wafer, if the donor wafer and the handle wafer are bonded at room temperature and then heat-treated at 300 ° C., for example, the thermal expansion coefficients of the donor wafer and the handle wafer are different, so the bonded wafer is damaged. There is a problem of doing. In order to avoid this problem, the temperature at the time of pasting can be raised to, for example, 200 ° C., thereby reducing the possibility that the wafer that has been pasted will be damaged during the subsequent heat treatment. This is because the strain due to heat treatment is proportional to “heat treatment temperature (T2) −bonding temperature (T1) = difference between heat treatment temperature and bonding temperature (ΔT)”.
また、2枚のウェーハを貼り合わせる際に両ウェーハを同じ温度としない場合、貼り合わせる際の急激な温度変化によって、ウェーハが変形し、貼り合わせ面に気泡が導入されるという問題点がある。例えば、200℃に加熱されたサファイアウェーハ(ハンドルウェーハ)と、加熱していないドナーウェーハとを貼り合わせると、加熱されたサファイアウェーハが一時的に急激に冷やされることによって、該ウェーハに反り及び局所的な変形が発生し、貼り合わせ面に気泡が導入される。 Further, when the two wafers are bonded at the same temperature when the two wafers are bonded, there is a problem that the wafer is deformed due to a rapid temperature change at the time of bonding, and bubbles are introduced into the bonded surfaces. For example, when a sapphire wafer (handle wafer) heated to 200 ° C. and an unheated donor wafer are bonded together, the heated sapphire wafer is temporarily and rapidly cooled to cause warpage and locality on the wafer. Deformation occurs, and bubbles are introduced into the bonding surface.
このような問題点を解決するために、本発明者は、2枚のウェーハのうち一方のウェーハ(下側ウェーハ)を第1の加熱器具等の上面に載置することによって所望の温度まで加熱し、他方のウェーハ(上側ウェーハ)を第1の加熱器具等の上方に設置した第2の加熱器具等に接して保持するか、又は近接して保持し、両ウェーハを同じ温度に加熱した後貼り合わせる方法を検討した。しかし、上側ウェーハを保持するための加熱源や複雑な機構を設けると、異物等が発生して落下し、貼り合わせ面に付着することによって、貼り合わせ面にボイドと呼ばれる未貼り合わせ部分が発生する。また、二つの加熱源が必要であり、生産コストが増大する。 In order to solve such a problem, the present inventors heated one wafer (lower wafer) to a desired temperature by placing it on the upper surface of the first heating device or the like. After holding the other wafer (upper wafer) in contact with the second heating device or the like installed above the first heating device or the like, and holding both wafers close to each other and heating both wafers to the same temperature The method of bonding was examined. However, if a heating source or a complicated mechanism is provided to hold the upper wafer, foreign matter or the like is generated and dropped and adheres to the bonding surface, resulting in an unbonded portion called a void on the bonding surface. To do. In addition, two heating sources are required, increasing the production cost.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、ウェーハの反り及び変形を抑制することができるSOIウェーハの製造方法を提供する。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an SOI wafer manufacturing method capable of suppressing warpage and deformation of a wafer.
上記課題を解決するため、本発明者は、シリコンウェーハをドナーウェーハとして用い、石英又はサファイアをハンドルウェーハとして用い、両ウェーハを貼り合わせる際の両ウェーハの温度差が50℃を超えると、上記ウェーハが変形し、貼り合わせ面に気泡が導入されることを見出した。
すなわち、本発明においては、シリコンウェーハをドナーウェーハとして用い、前記シリコンウェーハの表面と、ハンドルウェーハの表面とを貼り合わせて貼り合わせウェーハを得る工程と、前記貼り合わせ後に、前記シリコンウェーハの一部からなるシリコン薄膜を剥離して前記ハンドルウェーハ上に転写する剥離工程とを少なくとも含むSOIウェーハの製造方法であって、前記貼り合わせる工程が、前記シリコンウェーハ又は前記ハンドルウェーハのうちどちらか一方のウェーハを加熱器具の上面に載置することによって100〜400℃に加熱し、他方のウェーハを前記一方のウェーハから一定の間隔をおいて接触させずに該一方のウェーハの上方で保持し、前記載置されたウェーハと前記保持されたウェーハの温度差が50℃以下となったときに、該載置されたウェーハの表面と該保持されたウェーハの表面とを貼り合わせるSOIウェーハの製造方法を提供する。
In order to solve the above-mentioned problem, the present inventor uses a silicon wafer as a donor wafer, quartz or sapphire as a handle wafer, and when the temperature difference between both wafers exceeds 50 ° C., Was deformed, and it was found that bubbles were introduced into the bonding surface.
That is, in the present invention, using a silicon wafer as a donor wafer, bonding the surface of the silicon wafer and the surface of the handle wafer to obtain a bonded wafer, and after bonding, a part of the silicon wafer An SOI wafer manufacturing method including at least a peeling step of peeling and transferring the silicon thin film made of the wafer onto the handle wafer, wherein the bonding step includes either the silicon wafer or the handle wafer. Is heated to 100-400 ° C. by placing it on the upper surface of the heating device, and the other wafer is held above the one wafer without contacting it at a certain distance from the one wafer. The temperature difference between the placed wafer and the held wafer is 50 ° C. or less. When it becomes, to provide a method for manufacturing an SOI wafer bonding the the placing location to wafer surface and the retained wafer surface.
本発明のSOIウェーハの製造方法によれば、ウェーハの反り及び変形を抑制することができる。 According to the method for manufacturing an SOI wafer of the present invention, warpage and deformation of the wafer can be suppressed.
本発明で用いるドナーウェーハとしては、単結晶シリコンウェーハ等が挙げられ、例えば、チョクラルスキ法により育成された一般に市販されているものであり、その導電型や比抵抗率等の電気特性値や結晶方位や結晶径は、本発明の方法で製造されるSOIウェーハが供されるデバイスの設計値やプロセス又は製造されるデバイスの表示面積等に依存して適宜選択されてよい。
必要に応じて、ドナーウェーハとして、表面又は表面全体に酸化膜を形成したシリコンウェーハを用いてもよい。酸化膜は、一般的な熱酸化法により形成することができる。一般的には、酸素雰囲気又は水蒸気雰囲気で、常圧下で、800〜1100℃で熱処理することによって得られるものである。酸化膜の厚さは、好ましくは50〜500nmである。これはあまり薄いと、酸化膜厚の制御が難しく、またあまり厚いと時間が掛かりすぎるためである。
本発明で用いるハンドルウェーハとしては、好ましくは、石英、ガラス、又はサファイアのいずれかの材料からなるものを挙げることができる。ハンドルウェーハは、使用する前に予めRCA洗浄等の洗浄をしておくことが好ましい。
なお、上述したようなドナーウェーハとハンドルウェーハの熱膨張係数の差は大きく、例えば、シリコンと石英の熱膨張係数の差は2.0×10−6/K、シリコンとサファイアの熱膨張係数の差は3.2×10−6/Kである。本発明は、これらの組み合わせに限定されるものではなく、組み合わせる物質が同じような熱膨張係数の差(2.0×10−6/K以上)を有していても適用できる。
Examples of the donor wafer used in the present invention include a single crystal silicon wafer and the like. For example, the donor wafer used in the present invention is generally marketed by the Czochralski method, and has electrical characteristics such as conductivity type and specific resistivity, crystal orientation The crystal diameter may be appropriately selected depending on the design value of the device provided with the SOI wafer manufactured by the method of the present invention, the process, the display area of the manufactured device, or the like.
If necessary, a silicon wafer having an oxide film formed on the surface or the entire surface may be used as the donor wafer. The oxide film can be formed by a general thermal oxidation method. Generally, it is obtained by heat treatment at 800 to 1100 ° C. under normal pressure in an oxygen atmosphere or a water vapor atmosphere. The thickness of the oxide film is preferably 50 to 500 nm. This is because it is difficult to control the oxide film thickness if it is too thin, and it takes too much time if it is too thick.
The handle wafer used in the present invention is preferably made of any material of quartz, glass, or sapphire. The handle wafer is preferably cleaned in advance such as RCA cleaning before use.
The difference in thermal expansion coefficient between the donor wafer and the handle wafer as described above is large. For example, the difference in thermal expansion coefficient between silicon and quartz is 2.0 × 10 −6 / K, and the thermal expansion coefficient between silicon and sapphire is The difference is 3.2 × 10 −6 / K. The present invention is not limited to these combinations, and can be applied even if the materials to be combined have the same difference in thermal expansion coefficient (2.0 × 10 −6 / K or more).
以下、本発明に係るSOIウェーハの製造方法について図1を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図1は、SOIウェーハの製造方法の工程の一例を示す図である。
まず、ハンドルウェーハ11と、ドナーウェーハとしてシリコンウェーハ12を用意する。次に、シリコンウェーハ12又はハンドルウェーハ11のうちどちらか一方のウェーハを加熱器具13の上面に載置することによって100〜400℃に加熱する。図1(A)では、ハンドルウェーハ11を加熱器具13の上面に載置する場合を例にとり示している。
加熱器具13は、所望の温度までウェーハを加熱することができるものであればよく、例えば、ホットプレート等が挙げられる。
加熱温度は、好ましくは100〜400℃、より好ましくは200〜400℃である。例えば、ハンドルウェーハ11として石英又はガラスを用いた場合には、好ましくは100〜400℃、より好ましくは200〜400℃であり、ハンドルウェーハ11としてサファイアを用いた場合には、好ましくは100〜300℃、より好ましくは200〜300℃である。このような加熱温度であれば、シリコンウェーハ12とハンドルウェーハ11の接合強度を高めることができ、後述する貼り合わせる工程の後に貼り合わせたウェーハを室温に戻す際、貼り合わせたウェーハが破損する恐れが少ない。
Hereinafter, although the manufacturing method of the SOI wafer which concerns on this invention is demonstrated with reference to FIG. 1, this invention is not limited to these.
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of steps of a method for manufacturing an SOI wafer.
First, a handle wafer 11 and a silicon wafer 12 as a donor wafer are prepared. Next, either the silicon wafer 12 or the handle wafer 11 is heated to 100 to 400 ° C. by placing it on the upper surface of the heating device 13. FIG. 1A shows an example in which the handle wafer 11 is placed on the upper surface of the heating device 13.
The heating device 13 may be any device that can heat the wafer to a desired temperature, and examples thereof include a hot plate.
The heating temperature is preferably 100 to 400 ° C, more preferably 200 to 400 ° C. For example, when quartz or glass is used as the handle wafer 11, the temperature is preferably 100 to 400 ° C., more preferably 200 to 400 ° C., and when sapphire is used as the handle wafer 11, preferably 100 to 300 ° C. ° C, more preferably 200 to 300 ° C. With such a heating temperature, the bonding strength between the silicon wafer 12 and the handle wafer 11 can be increased, and the bonded wafer may be damaged when the bonded wafer is returned to room temperature after the bonding process described later. Less is.
ここで、加熱する前に、シリコンウェーハ12、ハンドルウェーハ11のうちどちらか一方又は両方の表面に、表面活性化処理を施してもよい。この表面活性化処理を施すことにより、後述する貼り合わせる工程の直後の貼り合わせウェーハの接合強度を高めることができる。
表面活性化処理は、オゾン水処理、UVオゾン処理、イオンビーム処理、又はプラズマ処理等が挙げられる。
プラズマで処理をする場合、例えば、チャンバ中にRCA洗浄等の洗浄をしたシリコンウェーハ及び/又はハンドルウェーハを載置し、プラズマ用ガスを減圧下で導入した後、100W程度の高周波プラズマに5〜10秒程度さらし、表面をプラズマ処理する。プラズマ用ガスとしては、シリコンウェーハを処理する場合、表面を酸化する場合には酸素ガスのプラズマ、酸化しない場合には水素ガス、アルゴンガス、窒素ガス又はこれらの混合ガスあるいは水素ガスとヘリウムガスの混合ガスを用いることができる。ハンドルウェーハを処理する場合はいずれのガスでもよい。プラズマで処理することにより、シリコンウェーハ及び/又はハンドルウェーハの表面の有機物が酸化して除去され、さらに表面のOH基が増加し、活性化する。
オゾン水で処理する場合には、例えば、オゾンを10mg/L程度溶存した純水にウェーハを浸漬することで実現できる。
UVオゾンで処理をする場合は、オゾンガス、もしくは大気より生成したオゾンガスにUV光(例えば、波長185nm)を照射することで行うことが可能である。
イオンビームで処理する場合には、例えば、スパッタ法のようにウェーハの表面をアルゴンなどの不活性ガスのビームで高真空下において処理することにより、表面の未結合手を露出させ、結合力を増すことが可能である。
オゾン水処理やUVオゾン処理などでは、シリコンウェーハまたはハンドルウェーハの表面の有機物をオゾンにより分解し、表面のOH基を増加させることによって活性化を行う。一方、イオンビーム処理やプラズマ処理などでは、ウェーハの表面の反応性の高い未結合手(ダングリングボンド)を露出させることによって、もしくはその未結合手にOH基が付与されることによって活性化を行う。
表面の活性化は、親水性の程度(濡れ性)を見ることによって確認ができる。具体的には、ウェーハの表面に水をたらし、その接触角(コンタクトアングル)を測ることによって簡便に測定できる。
Here, before heating, a surface activation process may be performed on one or both of the silicon wafer 12 and the handle wafer 11. By applying this surface activation treatment, it is possible to increase the bonding strength of the bonded wafer immediately after the bonding process described later.
Examples of the surface activation treatment include ozone water treatment, UV ozone treatment, ion beam treatment, and plasma treatment.
When processing with plasma, for example, a silicon wafer and / or handle wafer that has been cleaned such as RCA cleaning is placed in a chamber, a plasma gas is introduced under reduced pressure, and then a high-frequency plasma of about 100 W is applied to 5 to The surface is subjected to plasma treatment for about 10 seconds. As a plasma gas, when processing a silicon wafer, when oxidizing the surface, plasma of oxygen gas, when not oxidizing, hydrogen gas, argon gas, nitrogen gas or a mixed gas thereof or hydrogen gas and helium gas A mixed gas can be used. Any gas may be used when processing the handle wafer. By treating with plasma, organic substances on the surface of the silicon wafer and / or handle wafer are oxidized and removed, and OH groups on the surface are increased and activated.
When processing with ozone water, it can be realized, for example, by immersing the wafer in pure water in which ozone is dissolved at about 10 mg / L.
When processing with UV ozone, it is possible to irradiate ozone light or ozone gas generated from the atmosphere with UV light (for example, wavelength 185 nm).
In the case of processing with an ion beam, for example, the surface of the wafer is processed under a high vacuum with a beam of an inert gas such as argon as in the case of sputtering, thereby exposing unbonded hands on the surface and increasing the bonding force. It is possible to increase.
In ozone water treatment, UV ozone treatment, and the like, activation is performed by decomposing organic substances on the surface of a silicon wafer or a handle wafer with ozone and increasing OH groups on the surface. On the other hand, in ion beam processing and plasma processing, activation is achieved by exposing highly reactive dangling bonds (dangling bonds) on the wafer surface or by adding OH groups to the dangling bonds. Do.
The activation of the surface can be confirmed by looking at the degree of hydrophilicity (wetting). Specifically, it can be measured simply by pouring water on the surface of the wafer and measuring its contact angle.
次に、図1(B)に示すように、他方のウェーハ(シリコンウェーハ12)をハンドルウェーハ11から一定の間隔をおいて接触させずに該ハンドルウェーハ11の上方で保持する。シリコンウェーハ12は、ハンドルウェーハ11の熱(対流熱、放射熱)によって間接的に加熱される。
シリコンウェーハ12を保持する保持装置14は、好ましくは、ロボットアーム又は真空ピンセットである。シリコンウェーハ12をハンドルウェーハ11と接触させることなく、可能な限り近接させることが可能だからである。
シリコンウェーハ12とハンドルウェーハ11間の一定の間隔Lは、好ましくは、30μm〜2mmである。このような間隔であれば、シリコンウェーハ12はハンドルウェーハ11の熱によって十分加熱されるからである。
Next, as shown in FIG. 1B, the other wafer (silicon wafer 12) is held above the handle wafer 11 without contacting the handle wafer 11 with a certain distance. The silicon wafer 12 is indirectly heated by the heat (convection heat, radiant heat) of the handle wafer 11.
The holding device 14 for holding the silicon wafer 12 is preferably a robot arm or vacuum tweezers. This is because the silicon wafer 12 can be brought as close as possible without contacting the handle wafer 11.
The constant distance L between the silicon wafer 12 and the handle wafer 11 is preferably 30 μm to 2 mm. This is because the silicon wafer 12 is sufficiently heated by the heat of the handle wafer 11 at such an interval.
図1(B)の保持装置14に換えて、図2(B−1)に示すように、ハンドルウェーハ11上にスペーサー17を配置してもよい。スペーサー17をシリコンウェーハ12とハンドルウェーハ11との間に介在させることによって、シリコンウェーハ12を保持する。
スペーサー17は、後述するシリコンウェーハ12を保持することができれば、形状と大きさは限定されず、ハンドルウェーハ11上のどの位置に配置されてもよく、例えば、ハンドルウェーハ11の両端に配置される。
スペーサー17の材質は、特に限定されるものではないが、熱伝導率の高いものが好ましく、例えば、SUSの金属片等が挙げられる。
次に、図2(B−2)に示すように、他方のウェーハ(シリコンウェーハ12)をスペーサー17上に載置し、ハンドルウェーハ11の上方で保持する。シリコンウェーハ12とハンドルウェーハ11との間にスペーサー17を介在させることによって、シリコンウェーハ12をハンドルウェーハ11と接触させることなく、シリコンウェーハ12は、ハンドルウェーハ11の熱(対流熱、放射熱)によって間接的に加熱することが可能である。
シリコンウェーハ12とハンドルウェーハ11間の一定の間隔Lは、好ましくは、30μm〜2mmである。このような間隔であれば、シリコンウェーハ12はハンドルウェーハ11の熱によって十分加熱されるからである。一定の間隔Lは、スペーサー17の厚さを変化させることによって、所望の間隔とすることができる。
Instead of the holding device 14 in FIG. 1B, a spacer 17 may be disposed on the handle wafer 11 as shown in FIG. By interposing the spacer 17 between the silicon wafer 12 and the handle wafer 11, the silicon wafer 12 is held.
The spacer 17 is not limited in shape and size as long as it can hold a silicon wafer 12 described later, and may be disposed at any position on the handle wafer 11, for example, at both ends of the handle wafer 11. .
The material of the spacer 17 is not particularly limited, but a material having high thermal conductivity is preferable, and examples thereof include a SUS metal piece.
Next, as shown in FIG. 2B-2, the other wafer (silicon wafer 12) is placed on the spacer 17 and held above the handle wafer 11. By interposing the spacer 17 between the silicon wafer 12 and the handle wafer 11, the silicon wafer 12 is heated by the heat (convection heat, radiant heat) of the handle wafer 11 without bringing the silicon wafer 12 into contact with the handle wafer 11. Indirect heating is possible.
The constant distance L between the silicon wafer 12 and the handle wafer 11 is preferably 30 μm to 2 mm. This is because the silicon wafer 12 is sufficiently heated by the heat of the handle wafer 11 at such an interval. The constant interval L can be set to a desired interval by changing the thickness of the spacer 17.
なお、上述した加熱、保持については、ハンドルウェーハ11を加熱しながらシリコンウェーハ12を保持しても、ハンドルウェーハ11を加熱し、その後シリコンウェーハ12を保持してもよい。 As for the heating and holding described above, the silicon wafer 12 may be held while the handle wafer 11 is heated, or the handle wafer 11 may be heated and then the silicon wafer 12 may be held.
次に、図1(C)に示すように、載置されたウェーハ(ハンドルウェーハ11)と保持されたウェーハ(シリコンウェーハ12)の温度差が50℃以下となったときに、載置されたウェーハの表面11sと保持されたウェーハの表面12sとを貼り合わせて貼り合わせウェーハ15を得る。
載置されたウェーハと保持されたウェーハの温度差は、各ウェーハの表面温度の差をいう。この温度差が50℃以下となったときに両ウェーハ11、12を貼り合わせれば、貼り合わせウェーハ15を室温に戻した際に、該ウェーハ15に反り及び局所的な変形が発生する可能性は低く、貼り合わせ面に気泡が導入される恐れが少ない。この温度差の下限値は、間隔Lの大きさに依存するが、Lは零でないため、この温度差の下限値も好ましくは零ではない。
加熱による歪みが、「加熱温度(T2)−貼り合わせ温度(T1)=加熱温度と貼り合わせ温度の差(ΔT)」に比例するため、後述する加熱の際に、貼り合わせウェーハ15が破損する可能性を低減することができる。
Next, as shown in FIG. 1C, the wafer was placed when the temperature difference between the placed wafer (handle wafer 11) and the held wafer (silicon wafer 12) was 50 ° C. or less. The wafer surface 11 s and the held wafer surface 12 s are bonded together to obtain a bonded wafer 15.
The temperature difference between the mounted wafer and the held wafer refers to the difference in surface temperature between the wafers. If the wafers 11 and 12 are bonded together when the temperature difference is 50 ° C. or less, the wafer 15 may be warped and locally deformed when the bonded wafer 15 is returned to room temperature. Low and there is little risk of air bubbles being introduced into the bonding surface. The lower limit value of the temperature difference depends on the size of the interval L, but since L is not zero, the lower limit value of the temperature difference is preferably not zero.
Since the distortion due to heating is proportional to “heating temperature (T2) −bonding temperature (T1) = difference between heating temperature and bonding temperature (ΔT)”, the bonded wafer 15 is damaged during the heating described later. The possibility can be reduced.
次に、図1(D)に示すように、必要であれば、貼り合わせウェーハ15を100〜400℃に加熱する。上述した両ウェーハ11、12を貼り合わせた際の温度に応じて加熱することが必要となる場合や、より確実に貼り合わせ強度を高めるために加熱する場合もある。また、加熱時間は、加熱温度と材料の熱伝導率等に応じて決められ、例えば0.5〜10分の範囲から選択される。このように、貼り合わせウェーハ15を加熱することによって、シリコンウェーハ12とハンドルウェーハ11の貼り合わせの強度を高めることができる。また、このような温度での加熱であれば、異種材料であることに起因する熱膨張係数の差異による熱歪、ひび割れ、剥離等が発生する恐れが少ない。 Next, as shown in FIG. 1D, the bonded wafer 15 is heated to 100 to 400 ° C. if necessary. There are cases where it is necessary to heat the wafers 11 and 12 according to the temperature when the wafers 11 and 12 are bonded together, and there are cases where heating is performed to increase the bonding strength more reliably. The heating time is determined according to the heating temperature and the thermal conductivity of the material, and is selected from a range of 0.5 to 10 minutes, for example. Thus, by heating the bonded wafer 15, the bonding strength between the silicon wafer 12 and the handle wafer 11 can be increased. In addition, when heating is performed at such a temperature, there is little risk of occurrence of thermal strain, cracking, peeling, or the like due to a difference in thermal expansion coefficient due to the different materials.
次に、図1(E)に示すように、加熱後の貼り合わせウェーハ15におけるシリコンウェーハ12の一部からなるシリコン薄膜12Bを剥離してハンドルウェーハ11上に転写する。
剥離転写方法は、特に限定されるものではないが、SiGen法、SOITEC法等が挙げられる。例えば、ドナーウェーハ(シリコンウェーハ)に、予め(上記図1(A)の前に)転写したい薄膜の厚さに相当する深さに水素イオン注入を施しておき、例えば機械的に水素イオン注入界面に沿ってシリコン薄膜を剥離し、ハンドルウェーハ上に転写することができる。
Next, as shown in FIG. 1E, the silicon thin film 12 </ b> B formed of a part of the silicon wafer 12 in the bonded wafer 15 after heating is peeled off and transferred onto the handle wafer 11.
The peeling transfer method is not particularly limited, and examples thereof include a SiGen method and a SOITEC method. For example, hydrogen ion implantation is performed on a donor wafer (silicon wafer) in advance to a depth corresponding to the thickness of a thin film to be transferred (before FIG. 1A). The silicon thin film can be peeled along and transferred onto the handle wafer.
以上のような工程により、図1(F)に示すような、SOIウェーハ16を得ることができる。
以上説明したように、本発明のSOIウェーハの製造方法によれば、ウェーハの反り及び変形を抑制することができる。
Through the steps as described above, an SOI wafer 16 as shown in FIG. 1F can be obtained.
As described above, according to the SOI wafer manufacturing method of the present invention, warpage and deformation of the wafer can be suppressed.
以下、実施例、比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited thereto.
(実施例1)
ハンドルウェーハとして6インチのサファイアウェーハを用い、該サファイアウェーハを加熱プレート上に載置し、250℃で加熱した。次に、サファイアウェーハ上に、スペーサーとして幅2mm、長さ3mmの金属片を配置した。次に、このスペーサー上に、シリコンウェーハを載置し、サファイアウェーハの上方で保持した。シリコンウェーハとサファイアウェーハ間の間隔を、スペーサーの厚さによって変化させ、各間隔によるシリコンウェーハの温度を測定した。シリコンウェーハの温度が一定となる時間は、間隔によらず、3分程度であった。シリコンウェーハの温度は、シリコンウェーハに取り付けた熱電対によって測定された。当該加熱温度で3分間処理した。測定結果を表1に示す。
Example 1
A 6-inch sapphire wafer was used as a handle wafer, and the sapphire wafer was placed on a heating plate and heated at 250 ° C. Next, a metal piece having a width of 2 mm and a length of 3 mm was placed as a spacer on the sapphire wafer. Next, a silicon wafer was placed on the spacer and held above the sapphire wafer. The interval between the silicon wafer and the sapphire wafer was changed depending on the thickness of the spacer, and the temperature of the silicon wafer at each interval was measured. The time during which the temperature of the silicon wafer was constant was about 3 minutes regardless of the interval. The temperature of the silicon wafer was measured by a thermocouple attached to the silicon wafer. It processed for 3 minutes at the said heating temperature. The measurement results are shown in Table 1.
また、間隔が50μm、3mmで保持されたウェーハを貼り合わせた。得られた貼り合わせウェーハについてサファイアウェーハ側から撮影した写真を、それぞれ図3及び図4に示す。 In addition, wafers held at intervals of 50 μm and 3 mm were bonded together. The photograph which image | photographed from the sapphire wafer side about the obtained bonded wafer is shown in FIG.3 and FIG.4, respectively.
表1より、間隔が30μm〜2mmの範囲では、貼り合わせ面に気泡は発生しなかった。また、この範囲におけるシリコンウェーハとサファイアウェーハの温度差は50℃以下であった。
図3では、気泡の発生は確認されなかったが、図4では、気泡aの発生が確認された。
From Table 1, when the interval was in the range of 30 μm to 2 mm, no bubbles were generated on the bonding surface. Further, the temperature difference between the silicon wafer and the sapphire wafer in this range was 50 ° C. or less.
In FIG. 3, generation | occurrence | production of the bubble was not confirmed, but generation | occurrence | production of the bubble a was confirmed in FIG.
(実施例2)
サファイアウェーハを300℃で加熱した以外は、実施例1と同様に行った。測定結果を表2に示す。
(Example 2)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the sapphire wafer was heated at 300 ° C. The measurement results are shown in Table 2.
表2より、間隔が30μm〜2mmの範囲では、貼り合わせ面に気泡は発生しなかった。また、この範囲におけるシリコンウェーハとサファイアウェーハの温度差は50℃以下であった。 From Table 2, when the interval was in the range of 30 μm to 2 mm, no bubbles were generated on the bonding surface. Further, the temperature difference between the silicon wafer and the sapphire wafer in this range was 50 ° C. or less.
11 ハンドルウェーハ
11s 表面
12 シリコンウェーハ
12s 表面
12B シリコン薄膜
13 加熱器具
14 保持装置
15 貼り合わせウェーハ
16 SOIウェーハ
17 スペーサー
a 気泡
11 Handle wafer 11s Surface 12 Silicon wafer 12s Surface 12B Silicon thin film 13 Heating device 14 Holding device 15 Bonded wafer 16 SOI wafer 17 Spacer a Bubble
Claims (6)
前記貼り合わせ後に、前記シリコンウェーハの一部からなるシリコン薄膜を剥離して前記ハンドルウェーハ上に転写する剥離工程と
を少なくとも含むSOIウェーハの製造方法であって、
前記ハンドルウェーハがサファイアウェーハであり、
前記貼り合わせる工程が、前記シリコンウェーハ又は前記ハンドルウェーハのうちどちらか一方のウェーハを加熱器具の上面に載置することによって100〜300℃に加熱し、他方のウェーハを前記一方のウェーハから一定の間隔をおいて接触させずに該一方のウェーハの上方で保持し、前記載置されたウェーハと前記保持されたウェーハの温度差が50℃以下となったときに、該載置されたウェーハの表面と該保持されたウェーハの表面とを貼り合わせるSOIウェーハの製造方法。 Using a silicon wafer as a donor wafer, and bonding the surface of the silicon wafer and the surface of the handle wafer to obtain a bonded wafer;
A method of manufacturing an SOI wafer including at least a peeling step of peeling a silicon thin film formed of a part of the silicon wafer and transferring the film onto the handle wafer after the bonding;
The handle wafer is a sapphire wafer;
In the bonding step, either the silicon wafer or the handle wafer is heated to 100 to 300 ° C. by placing the wafer on the upper surface of a heating apparatus, and the other wafer is fixed from the one wafer. The wafer is held above the one wafer without contact at intervals, and when the temperature difference between the wafer placed above and the wafer held is 50 ° C. or less, the wafer placed A method for manufacturing an SOI wafer in which a surface and a surface of the held wafer are bonded together.
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