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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024071935
(43)【公開日】2024-05-27
(54)【発明の名称】積層ウェーハの製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/02 20060101AFI20240520BHJP
H01L 21/205 20060101ALI20240520BHJP
【ＦＩ】
H01L21/02 B
H01L21/205
H01L27/12 B
【審査請求】有
【請求項の数】2
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022182456
(22)【出願日】2022-11-15
(71)【出願人】
【識別番号】302006854
【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ
(74)【代理人】
【識別番号】110000637
【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】森 雄登
(72)【発明者】
【氏名】中村 元宜
【テーマコード（参考）】
5F045
【Ｆターム（参考）】
5F045AA03
5F045AB03
5F045AC03
5F045HA16
(57)【要約】
【課題】積層ウェーハの反りを低減することができる積層ウェーハの製造方法を提供すること。
【解決手段】積層ウェーハの製造方法は、単結晶シリコンウェーハに多結晶シリコン膜が形成された積層ウェーハの製造方法であって、水素ガスおよび原料ソースガスの混合雰囲気下で、前記単結晶シリコンウェーハの表面に形成された酸化膜上に多結晶シリコン膜を形成し、水素ガス雰囲気下で、前記多結晶シリコン膜が形成された前記単結晶シリコンウェーハに対して、１０００℃以上１３００℃以下かつ１０秒以上１８０秒以下の熱処理を行う。
【選択図】図１
【解決手段】積層ウェーハの製造方法は、単結晶シリコンウェーハに多結晶シリコン膜が形成された積層ウェーハの製造方法であって、水素ガスおよび原料ソースガスの混合雰囲気下で、前記単結晶シリコンウェーハの表面に形成された酸化膜上に多結晶シリコン膜を形成し、水素ガス雰囲気下で、前記多結晶シリコン膜が形成された前記単結晶シリコンウェーハに対して、１０００℃以上１３００℃以下かつ１０秒以上１８０秒以下の熱処理を行う。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
単結晶シリコンウェーハに多結晶シリコン膜が形成された積層ウェーハの製造方法であって、
水素ガスおよび原料ソースガスの混合雰囲気下で、前記単結晶シリコンウェーハの表面に形成された酸化膜上に多結晶シリコン膜を形成し、
水素ガス雰囲気下で、前記多結晶シリコン膜が形成された前記単結晶シリコンウェーハに対して、１０００℃以上１３００℃以下かつ１０秒以上１８０秒以下の熱処理を行う、積層ウェーハの製造方法。
水素ガスおよび原料ソースガスの混合雰囲気下で、前記単結晶シリコンウェーハの表面に形成された酸化膜上に多結晶シリコン膜を形成し、
水素ガス雰囲気下で、前記多結晶シリコン膜が形成された前記単結晶シリコンウェーハに対して、１０００℃以上１３００℃以下かつ１０秒以上１８０秒以下の熱処理を行う、積層ウェーハの製造方法。
【請求項2】
請求項１に記載の積層ウェーハの製造方法において、
同一の気相成長装置内で、前記多結晶シリコン膜を形成した後、前記熱処理を行う、積層ウェーハの製造方法。
同一の気相成長装置内で、前記多結晶シリコン膜を形成した後、前記熱処理を行う、積層ウェーハの製造方法。
【請求項3】
請求項２に記載の積層ウェーハの製造方法において、
前記原料ソースガスは、トリクロロシランガスであり、
前記混合雰囲気における前記水素ガスに対する前記トリクロロシランガスの含有率は、３％以上２０％以下である、積層ウェーハの製造方法。
前記原料ソースガスは、トリクロロシランガスであり、
前記混合雰囲気における前記水素ガスに対する前記トリクロロシランガスの含有率は、３％以上２０％以下である、積層ウェーハの製造方法。
【請求項4】
単結晶シリコンウェーハの表面に多結晶シリコン膜が形成された積層ウェーハの製造方法であって、
水素ガスに対するトリクロロシランガスの含有率が３％以上２０％以下の混合雰囲気下で、前記単結晶シリコンウェーハの表面に形成された酸化膜上に多結晶シリコン膜を形成する、積層ウェーハの製造方法。
水素ガスに対するトリクロロシランガスの含有率が３％以上２０％以下の混合雰囲気下で、前記単結晶シリコンウェーハの表面に形成された酸化膜上に多結晶シリコン膜を形成する、積層ウェーハの製造方法。
【請求項5】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の積層ウェーハの製造方法において、
前記多結晶シリコン膜を形成するに際し、
８９０℃以上９００℃以下の温度で前記酸化膜上に第１多結晶シリコン膜を成長させた後、１０００℃以上１０７５℃以下の温度で前記第１多結晶シリコン膜上に第２多結晶シリコン膜を成長させる、積層ウェーハの製造方法。
前記多結晶シリコン膜を形成するに際し、
８９０℃以上９００℃以下の温度で前記酸化膜上に第１多結晶シリコン膜を成長させた後、１０００℃以上１０７５℃以下の温度で前記第１多結晶シリコン膜上に第２多結晶シリコン膜を成長させる、積層ウェーハの製造方法。
【請求項6】
直径３００ｍｍの単結晶シリコンウェーハに厚さが０．３μｍ以上３．０μｍ以下の多結晶シリコン膜が形成された積層ウェーハであって、
Ｗａｒｐ－ｂｆ値が４０μｍ以下である、積層ウェーハ。
Ｗａｒｐ－ｂｆ値が４０μｍ以下である、積層ウェーハ。
【請求項7】
請求項６に記載の積層ウェーハにおいて、
前記多結晶シリコン膜の表面粗さＲＭＳが０．１ｎｍ以上０．１５ｎｍ以下である、積層ウェーハ。
前記多結晶シリコン膜の表面粗さＲＭＳが０．１ｎｍ以上０．１５ｎｍ以下である、積層ウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、積層ウェーハの製造方法および積層ウェーハに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、単結晶シリコンウェーハの表面に、高周波数での動作中に発生したキャリアをトラップして消滅させるための多結晶シリコン膜を、キャリアトラップ層として形成することが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１５－２１１０６１号公報
【特許文献2】特開２０２１－１９０６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１，２には、多結晶シリコン膜の成膜時の成膜温度を２段階にすることにより、単結晶シリコンウェーハの反りを低減できることが開示されている。
しかしながら、特許文献１，２の技術は反り低減技術として有効ではあるものの、さらなる反り低減が求められている状況下にあり、例えば直径３００ｍｍの単結晶シリコンウェーハでは反り量も著しく増大するため、さらなる反り改善技術が求められている。
しかしながら、特許文献１，２の技術は反り低減技術として有効ではあるものの、さらなる反り低減が求められている状況下にあり、例えば直径３００ｍｍの単結晶シリコンウェーハでは反り量も著しく増大するため、さらなる反り改善技術が求められている。
【0005】
本発明は、積層ウェーハの反りを低減することができる積層ウェーハの製造方法、および反りが低減された積層ウェーハを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の積層ウェーハの製造方法は、単結晶シリコンウェーハに多結晶シリコン膜が形成された積層ウェーハの製造方法であって、水素ガスおよび原料ソースガスの混合雰囲気下で、前記単結晶シリコンウェーハの表面に形成された酸化膜上に多結晶シリコン膜を形成し、水素ガス雰囲気下で、前記多結晶シリコン膜が形成された前記単結晶シリコンウェーハに対して、１０００℃以上１３００℃以下かつ１０秒以上１８０秒以下の熱処理を行う。
【0007】
本発明の積層ウェーハの製造方法において、同一の気相成長装置内で、前記多結晶シリコン膜を形成した後、前記熱処理を行う、ことが好ましい。
【0008】
本発明の記載の積層ウェーハの製造方法において、前記原料ソースガスは、トリクロロシランガスであり、前記混合雰囲気における前記水素ガスに対する前記トリクロロシランガスの含有率は、３％以上２０％以下である、ことが好ましい。
【0009】
本発明の積層ウェーハの製造方法は、単結晶シリコンウェーハの表面に多結晶シリコン膜が形成された積層ウェーハの製造方法であって、水素ガスに対するトリクロロシランガスの含有率が３％以上２０％以下の混合雰囲気下で、前記単結晶シリコンウェーハの表面に形成された酸化膜上に多結晶シリコン膜を形成する。
【0010】
本発明の積層ウェーハの製造方法において、前記多結晶シリコン膜を形成するに際し、８９０℃以上９００℃以下の温度で前記酸化膜上に第１多結晶シリコン膜を成長させた後、１０００℃以上１０７５℃以下の温度で前記第１多結晶シリコン膜上に第２多結晶シリコン膜を成長させる、ことが好ましい。
【0011】
本発明の積層ウェーハは、直径３００ｍｍの単結晶シリコンウェーハに厚さが０．３μｍ以上３．０μｍ以下の多結晶シリコン膜が形成された積層ウェーハであって、Ｗａｒｐ－ｂｆ値が４０μｍ以下である。
【0012】
本発明の積層ウェーハにおいて、前記多結晶シリコン膜の表面粗さＲＭＳが０．１ｎｍ以上０．１５ｎｍ以下である、ことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】第１実施形態に係る貼り合わせウェーハの製造方法を示すフローチャートである。
【図2】第１実施形態に係る貼り合わせウェーハの製造方法を示す工程図である。
【図3】第２実施形態に係る貼り合わせウェーハの製造方法を示すフローチャートである。
【図4】第２実施形態に係る貼り合わせウェーハの製造方法を示す工程図である。
【図5】実施例に係る第１，２ＴＣＳ含有率と熱処理時間とＷａｒｐ－ｂｆ値との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
［実施形態］
以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、本発明の積層ウェーハを備える貼り合わせ用ウェーハの製造方法について説明する。
以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、本発明の積層ウェーハを備える貼り合わせ用ウェーハの製造方法について説明する。
【0015】
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態に係る貼り合わせウェーハの製造方法を示すフローチャートである。図２は、第１実施形態に係る貼り合わせウェーハの製造方法を示す工程図である。
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態に係る貼り合わせウェーハの製造方法を示すフローチャートである。図２は、第１実施形態に係る貼り合わせウェーハの製造方法を示す工程図である。
【0016】
図１および図２に示すように、第１実施形態に係る貼り合わせウェーハ３０の製造方法は、活性層用基板１０を製造する工程Ｓ１１～Ｓ１４と、積層ウェーハ２０を製造する工程Ｓ２１～Ｓ２６と、活性層用基板１０と積層ウェーハ２０とを貼り合わせて貼り合わせウェーハ３０を製造する工程Ｓ３１～Ｓ３３と、を備える。
【0017】
活性層用基板を製造する工程は、活性層用基板本体準備工程Ｓ１１と、絶縁膜形成工程Ｓ１２と、イオン注入層形成工程Ｓ１３と、貼り合わせ前洗浄工程Ｓ１４と、を備える。
【0018】
活性層用基板本体準備工程Ｓ１１では、単結晶シリコンウェーハである活性層用基板本体１１を準備する。
絶縁膜形成工程Ｓ１２では、例えば熱酸化又はＣＶＤにより、活性層用基板本体１１全体を覆うように、絶縁膜１２（酸化膜）形成する。
イオン注入層形成工程Ｓ１３では、絶縁膜１２の上からイオン注入機により、水素イオンまたは希ガスイオンを注入して、活性層用基板本体１１内にイオン注入層１３を形成する。
貼り合わせ前洗浄工程Ｓ１４では、活性層用基板本体１１の貼り合わせ面のパーティクルを除去するために、貼り合わせ前洗浄を行う。
以上の工程により、貼り合わせウェーハ用の活性層用基板１０が製造される。
絶縁膜形成工程Ｓ１２では、例えば熱酸化又はＣＶＤにより、活性層用基板本体１１全体を覆うように、絶縁膜１２（酸化膜）形成する。
イオン注入層形成工程Ｓ１３では、絶縁膜１２の上からイオン注入機により、水素イオンまたは希ガスイオンを注入して、活性層用基板本体１１内にイオン注入層１３を形成する。
貼り合わせ前洗浄工程Ｓ１４では、活性層用基板本体１１の貼り合わせ面のパーティクルを除去するために、貼り合わせ前洗浄を行う。
以上の工程により、貼り合わせウェーハ用の活性層用基板１０が製造される。
【0019】
積層ウェーハ２０を製造する工程は、単結晶シリコンウェーハ準備工程Ｓ２１と、酸化膜形成工程Ｓ２２と、多結晶シリコン膜形成工程Ｓ２３と、熱処理工程Ｓ２４と、研磨工程Ｓ２５と、貼り合わせ前洗浄工程Ｓ２６と、を備える。
【0020】
単結晶シリコンウェーハ準備工程Ｓ２１では、単結晶シリコンウェーハ２１を準備する。単結晶シリコンウェーハ２１の直径は、特に限定されないが、例えば２００ｍｍ、３００ｍｍまたは４５０ｍｍを例示することができる。単結晶シリコンウェーハ２１の抵抗率は、１００Ω・ｃｍ以上５００００Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。単結晶シリコンウェーハ２１としては、例えばチョクラルスキー法（ＣＺ法）または浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）により育成された単結晶シリコンインゴットを、ワイヤーソーなどでスライスしたものを使用することができる。
【0021】
酸化膜形成工程Ｓ２２では、単結晶シリコンウェーハ２１の表面に、酸化膜２２（ベース酸化膜）を形成する。酸化膜２２の厚さは、例えば０．３ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。酸化膜２２を薄くすることにより、単結晶シリコンウェーハ２１と後述する多結晶シリコン膜２３との間に酸化膜２２が介在することによる、ＲＦデバイスの特性への影響を少なくすることができる。
酸化膜２２は、アルカリ洗浄（ＳＣ１洗浄）または酸洗浄（ＳＣ２洗浄）などのウェット洗浄により形成することができる。酸化膜２２の形成方法としては、ウェット洗浄に限定されず、酸化性雰囲気下での熱酸化または急速加熱・急速冷却装置を用いた酸化熱処理などを適用することができる。
酸化膜２２は、アルカリ洗浄（ＳＣ１洗浄）または酸洗浄（ＳＣ２洗浄）などのウェット洗浄により形成することができる。酸化膜２２の形成方法としては、ウェット洗浄に限定されず、酸化性雰囲気下での熱酸化または急速加熱・急速冷却装置を用いた酸化熱処理などを適用することができる。
【0022】
多結晶シリコン膜形成工程Ｓ２３では、水素ガス（キャリアガス）および原料ソースガスの混合雰囲気の気相成長装置１内で、単結晶シリコンウェーハ２１の表面に形成された酸化膜２２上に多結晶シリコン膜２３を形成する。多結晶シリコン膜２３の厚さは、０．３μｍ超３．０μｍ以下であることが好ましい。
多結晶シリコン膜形成工程Ｓ２３は、酸化膜２２上に第１多結晶シリコン膜２３１を成長させる第１成長工程Ｓ２３１と、第１多結晶シリコン膜２３１上に第２多結晶シリコン膜２３２を成長させる第２成長工程Ｓ２３２と、を備える。
多結晶シリコン膜形成工程Ｓ２３は、酸化膜２２上に第１多結晶シリコン膜２３１を成長させる第１成長工程Ｓ２３１と、第１多結晶シリコン膜２３１上に第２多結晶シリコン膜２３２を成長させる第２成長工程Ｓ２３２と、を備える。
【0023】
第１成長工程Ｓ２３１では、水素ガスおよび原料ソースガスの混合雰囲気かつ第１成長温度の気相成長装置１内で、酸化膜２２上に第１多結晶シリコン膜２３１を成長させる。
第１成長温度は、８９０℃以上９００℃以下であることが好ましい。
第１成長工程Ｓ２３１および第２成長工程Ｓ２３２で用いられる原料ソースガスとしては、トリクロロシランガス（ＳｉＨＣｌ３）またはジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスなどを用いることができるが、特にトリクロロシランガスであることが好ましい。
原料ソースガスとしてトリクロロシランガスを用いる場合、混合雰囲気における水素ガスに対するトリクロロシランガスの含有率（以下、「第１ＴＣＳ含有率」という場合がある）は、３％以上２０％以下であることが好ましく、５％以上１５％以下であることがより好ましい。
第１成長温度は、８９０℃以上９００℃以下であることが好ましい。
第１成長工程Ｓ２３１および第２成長工程Ｓ２３２で用いられる原料ソースガスとしては、トリクロロシランガス（ＳｉＨＣｌ３）またはジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスなどを用いることができるが、特にトリクロロシランガスであることが好ましい。
原料ソースガスとしてトリクロロシランガスを用いる場合、混合雰囲気における水素ガスに対するトリクロロシランガスの含有率（以下、「第１ＴＣＳ含有率」という場合がある）は、３％以上２０％以下であることが好ましく、５％以上１５％以下であることがより好ましい。
【0024】
第１成長工程Ｓ２３１後に行われる第２成長工程Ｓ２３２では、水素ガスおよび原料ソースガスの混合雰囲気かつ第２成長温度の気相成長装置１内で、第１多結晶シリコン膜２３１上に第２多結晶シリコン膜２３２を成長させる。
第２多結晶シリコン膜２３２は、第１多結晶シリコン膜２３１よりも厚いことが好ましい。第２成長温度は、１０００℃以上１０７５℃以下であることが好ましく、１０５０℃以上１０７５℃以下であることがより好ましい。
原料ソースガスは、トリクロロシランガスであることが好ましい。
原料ソースガスとしてトリクロロシランガスを用いる場合、混合雰囲気における水素ガスに対するトリクロロシランガスの含有率（以下、「第２ＴＣＳ含有率」という場合がある）は、３％以上２０％以下であることが好ましく、５％以上１５％以下であることがより好ましい。第２ＴＣＳ含有率は、第１ＴＣＳ含有率と同じであっても良いし、異なっていても良い。
第２多結晶シリコン膜２３２は、第１多結晶シリコン膜２３１よりも厚いことが好ましい。第２成長温度は、１０００℃以上１０７５℃以下であることが好ましく、１０５０℃以上１０７５℃以下であることがより好ましい。
原料ソースガスは、トリクロロシランガスであることが好ましい。
原料ソースガスとしてトリクロロシランガスを用いる場合、混合雰囲気における水素ガスに対するトリクロロシランガスの含有率（以下、「第２ＴＣＳ含有率」という場合がある）は、３％以上２０％以下であることが好ましく、５％以上１５％以下であることがより好ましい。第２ＴＣＳ含有率は、第１ＴＣＳ含有率と同じであっても良いし、異なっていても良い。
【0025】
単結晶シリコンウェーハ２１の表面と多結晶シリコン膜２３との間に、予め酸化膜２２を形成しておき、その後に行われる第１成長工程Ｓ２３１の第１成長温度を８９０℃以上９００℃以下にすることにより、酸化膜２２の一部が消失することによる多結晶シリコン膜２３の単結晶化を防止することができる。また、研磨工程Ｓ２５後の反りも低減することができる。
第２成長工程Ｓ２３２において、第２成長温度を１０００℃以上１０７５℃以下とし、第１多結晶シリコン膜２３１よりも厚い第２多結晶シリコン膜２３２を成長させることにより、多結晶シリコン膜２３を高速で効率良く、充分な厚さに形成しつつ、積層ウェーハ２０の反りを低減することができる。また、第２成長温度を１０５０℃以上にすることにより、積層ウェーハ２０の反りをさらに低減することができる。
第２成長工程Ｓ２３２において、第２成長温度を１０００℃以上１０７５℃以下とし、第１多結晶シリコン膜２３１よりも厚い第２多結晶シリコン膜２３２を成長させることにより、多結晶シリコン膜２３を高速で効率良く、充分な厚さに形成しつつ、積層ウェーハ２０の反りを低減することができる。また、第２成長温度を１０５０℃以上にすることにより、積層ウェーハ２０の反りをさらに低減することができる。
【0026】
上述のように第１成長温度および第２成長温度を設定することにより、積層ウェーハ２０の反りを低減することができるが、第１成長工程Ｓ２３１における第１ＴＣＳ含有率および第２成長工程Ｓ２３２における第２ＴＣＳ含有率を、それぞれ２０％以下にすることにより、積層ウェーハ２０の反りをさらに低減することができる。
本発明者は、その理由を以下のように推定した。単結晶シリコンウェーハ２１に多結晶シリコン膜２３を形成すると、単結晶シリコンウェーハ２１と多結晶シリコン膜２３の熱膨張率の違いから、積層ウェーハ２０の反りの原因となる内部応力が生じる。熱膨張により発生した内部応力は、その後、高温の成長温度に保持される時間が長くなるほど低下する。このため、成長速度が速くなるほど、所定厚みの多結晶シリコン膜を得るための成長時間は短くなってしまうため、高温の成長温度に保持される時間が低下し、内部応力の減少量が低下すると考えられる。
第１ＴＣＳ含有率または第２ＴＣＳ含有率が２０％を超える場合、第１多結晶シリコン膜２３１または第２多結晶シリコン膜２３２の成長速度が速すぎて、内部応力の減少量が低下してしまい、積層ウェーハ２０の反り低減効果が小さくなる。一方、第１ＴＣＳ含有率または第２ＴＣＳ含有率が２０％以下の場合、第１多結晶シリコン膜２３１または第２多結晶シリコン膜２３２の成長速度に対応する内部応力の減少量が低下することを抑制でき、積層ウェーハ２０の反りをさらに低減できると推定した。
本発明者は、その理由を以下のように推定した。単結晶シリコンウェーハ２１に多結晶シリコン膜２３を形成すると、単結晶シリコンウェーハ２１と多結晶シリコン膜２３の熱膨張率の違いから、積層ウェーハ２０の反りの原因となる内部応力が生じる。熱膨張により発生した内部応力は、その後、高温の成長温度に保持される時間が長くなるほど低下する。このため、成長速度が速くなるほど、所定厚みの多結晶シリコン膜を得るための成長時間は短くなってしまうため、高温の成長温度に保持される時間が低下し、内部応力の減少量が低下すると考えられる。
第１ＴＣＳ含有率または第２ＴＣＳ含有率が２０％を超える場合、第１多結晶シリコン膜２３１または第２多結晶シリコン膜２３２の成長速度が速すぎて、内部応力の減少量が低下してしまい、積層ウェーハ２０の反り低減効果が小さくなる。一方、第１ＴＣＳ含有率または第２ＴＣＳ含有率が２０％以下の場合、第１多結晶シリコン膜２３１または第２多結晶シリコン膜２３２の成長速度に対応する内部応力の減少量が低下することを抑制でき、積層ウェーハ２０の反りをさらに低減できると推定した。
【0027】
また、第１ＴＣＳ含有率および第２ＴＣＳ含有率を、それぞれ３％以上にすることにより、第１多結晶シリコン膜２３１または第２多結晶シリコン膜２３２の成長速度が遅くなりすぎることを抑制でき、積層ウェーハ２０の生産性が低下することを抑制することかできる。
【0028】
熱処理工程Ｓ２４では、水素ガス雰囲気下で、多結晶シリコン膜２３が形成された単結晶シリコンウェーハ２１に対して、１０００℃以上１３００℃以下かつ１０秒以上１８０秒以下の熱処理を行う。第１実施形態では、熱処理工程Ｓ２４は、多結晶シリコン膜形成工程Ｓ２３が行われた気相成長装置１内で、多結晶シリコン膜形成工程Ｓ２３に引き続き行われる。
【0029】
多結晶シリコン膜形成工程Ｓ２３において、第１成長温度および第２成長温度を上述のように設定することにより、または第１ＴＣＳ含有率および第２ＴＣＳ含有率を上述のように設定することにより、積層ウェーハ２０の反りを低減することができるが、多結晶シリコン膜形成工程Ｓ２３に引き続き熱処理工程Ｓ２４を行うことにより、積層ウェーハ２０の反りをさらに低減することができる。
本発明者は、その理由を以下のように推定した。熱処理工程Ｓ２４が行われると、多結晶シリコン膜２３における単結晶シリコンウェーハ２１側の部位が単結晶化し、当該単結晶化により内部応力が緩和される。この内部応力の緩和により、積層ウェーハ２０の反りが低減すると推定した。
本発明者は、その理由を以下のように推定した。熱処理工程Ｓ２４が行われると、多結晶シリコン膜２３における単結晶シリコンウェーハ２１側の部位が単結晶化し、当該単結晶化により内部応力が緩和される。この内部応力の緩和により、積層ウェーハ２０の反りが低減すると推定した。
【0030】
また、熱処理温度を１０００℃未満にする場合、または、熱処理時間を１０秒未満にする場合、多結晶シリコン膜２３における単結晶シリコンウェーハ２１側の部位の単結晶化が十分に進まず、内部応力の緩和が十分に行われないため、積層ウェーハ２０の反り低減効果が小さくなるおそれがある。
また、熱処理温度を１０００℃を超える温度にする場合、気相成長装置１の熱負荷が大きくなり、気相成長装置１の故障などの不具合が発生するおそれがある。
また、熱処理時間を１８０秒を超える時間にする場合、多結晶シリコン膜２３が過度に単結晶化してしまい、多結晶シリコン膜２３のキャリアトラップ効果が低下するおそれがある。
第１実施形態では、上述のような熱処理温度および熱処理時間で熱処理工程Ｓ２４を行うことにより、気相成長装置１の故障などの不具合を発生させることなく、かつ、多結晶シリコン膜２３のキャリアトラップ効果を低下させることなく、積層ウェーハ２０の反りを低減することができる。
また、熱処理温度を１０００℃を超える温度にする場合、気相成長装置１の熱負荷が大きくなり、気相成長装置１の故障などの不具合が発生するおそれがある。
また、熱処理時間を１８０秒を超える時間にする場合、多結晶シリコン膜２３が過度に単結晶化してしまい、多結晶シリコン膜２３のキャリアトラップ効果が低下するおそれがある。
第１実施形態では、上述のような熱処理温度および熱処理時間で熱処理工程Ｓ２４を行うことにより、気相成長装置１の故障などの不具合を発生させることなく、かつ、多結晶シリコン膜２３のキャリアトラップ効果を低下させることなく、積層ウェーハ２０の反りを低減することができる。
【0031】
特に、第１実施形態では、同一の気相成長装置１内で多結晶シリコン膜形成工程Ｓ２３に引き続き、熱処理工程Ｓ２４を行う。このため、多結晶シリコン膜形成工程Ｓ２３後に、単結晶シリコンウェーハ２１の温度を低下させることなく熱処理工程Ｓ２４を行うことができるため、積層ウェーハ２０の反りを低減させるための熱処理時間が長くなることを抑制することができ、積層ウェーハ２０の生産性低下を抑制することができる。また、熱処理工程Ｓ２４を行うために、気相成長装置１とは別の装置を設置する必要がなくなる。
【0032】
研磨工程Ｓ２５では、単結晶シリコンウェーハ２１に形成された多結晶シリコン膜２３（第２多結晶シリコン膜２３２）の表面を研磨して平坦化する。研磨工程Ｓ２５では、多結晶シリコン膜２３の表面粗さＲＭＳ（Root Mean Square）が０．１ｎｍ以上０．１５ｎｍ以下となるように研磨を行うことが好ましい。多結晶シリコン膜２３の表面粗さＲＭＳを０．１５ｎｍ以下にすることにより、貼り合わせウェーハ３０におけるブリスター欠陥の発生を抑制することができる。
なお、表面粗さＲＭＳは、例えば原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）により、測定範囲１０μｍ×１０μｍ角の領域で測定した値に基づき算出される。
研磨工程Ｓ２５における研磨取り代は、特に限定されるものではないが、多結晶シリコン膜２３の表面に検出される表面粗さＲＭＳの低減の観点から、０．２μｍ以上とすることが好ましい。
なお、表面粗さＲＭＳは、例えば原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）により、測定範囲１０μｍ×１０μｍ角の領域で測定した値に基づき算出される。
研磨工程Ｓ２５における研磨取り代は、特に限定されるものではないが、多結晶シリコン膜２３の表面に検出される表面粗さＲＭＳの低減の観点から、０．２μｍ以上とすることが好ましい。
【0033】
直径３００ｍｍの単結晶シリコンウェーハ２１に対して上述の工程Ｓ２１～Ｓ２５を行うことにより、直径３００ｍｍの単結晶シリコンウェーハ２１に、厚さが０．３μｍ以上３．０μｍ以下の多結晶シリコン膜２３が形成された積層ウェーハ２０であって、Ｗａｒｐ－ｂｆ値が４０μｍ以下という反りが低減された積層ウェーハ２０を製造することができる。このように製造された積層ウェーハ２０は、厚さが０．３μｍ以上の多結晶シリコン膜２３を有するため、十分なキャリアトラップ効果を発揮することができる。また、積層ウェーハ２０は、厚さが３．０μｍ以下の多結晶シリコン膜２３を有するため、反りが大きくなることを抑制することができる。
なお、Ｗａｒｐ－ｂｆ値は、光学干渉式平坦度測定装置（ＫＬＡ社製：Ｗａｆｅｒ Ｓｉｇｈｔ ２）を用いて測定することができる。
なお、Ｗａｒｐ－ｂｆ値は、光学干渉式平坦度測定装置（ＫＬＡ社製：Ｗａｆｅｒ Ｓｉｇｈｔ ２）を用いて測定することができる。
【0034】
貼り合わせ前洗浄工程Ｓ２６では、研磨された多結晶シリコン膜２３の表面のパーティクルを除去する。
以上の工程Ｓ２１～Ｓ２６により、貼り合わせウェーハ用の積層ウェーハ２０が製造される。なお、工程Ｓ１１～Ｓ１４と、工程Ｓ２１～Ｓ２６とは並行して進めることができる。
以上の工程Ｓ２１～Ｓ２６により、貼り合わせウェーハ用の積層ウェーハ２０が製造される。なお、工程Ｓ１１～Ｓ１４と、工程Ｓ２１～Ｓ２６とは並行して進めることができる。
【0035】
次に、活性層用基板１０と積層ウェーハ２０とを貼り合わせて貼り合わせウェーハ３０を製造する工程について説明する。
貼り合わせウェーハ３０を製造する工程は、貼り合わせ工程Ｓ３１と、剥離熱処理工程Ｓ３２と、結合熱処理工程Ｓ３３と、を備える。
貼り合わせウェーハ３０を製造する工程は、貼り合わせ工程Ｓ３１と、剥離熱処理工程Ｓ３２と、結合熱処理工程Ｓ３３と、を備える。
【0036】
貼り合わせ工程Ｓ３１では、絶縁膜１２を介して、積層ウェーハ２０の多結晶シリコン膜２３の研磨面と活性層用基板１０とを貼り合わせる。この際、活性層用基板１０の注入面が多結晶シリコン膜２３に向くように貼り合わせる。
剥離熱処理工程Ｓ３２では、イオン注入層１３に微小気泡層を発生させる熱処理（剥離熱処理）を施し、発生した微小気泡層にて剥離させる。これにより、活性層用基板１０上に、絶縁膜１２と活性層３１が形成された貼り合わせウェーハ３０が製造される。なお、この際、剥離面４１を有する剥離ウェーハ４０が形成される。
結合熱処理工程Ｓ３３では、貼り合わせウェーハ３０に結合熱処理を施して、貼り合わせ界面の結合強度を増加させる。
以上の工程Ｓ３１～Ｓ３３により、貼り合わせウェーハ３０が完成する。
剥離熱処理工程Ｓ３２では、イオン注入層１３に微小気泡層を発生させる熱処理（剥離熱処理）を施し、発生した微小気泡層にて剥離させる。これにより、活性層用基板１０上に、絶縁膜１２と活性層３１が形成された貼り合わせウェーハ３０が製造される。なお、この際、剥離面４１を有する剥離ウェーハ４０が形成される。
結合熱処理工程Ｓ３３では、貼り合わせウェーハ３０に結合熱処理を施して、貼り合わせ界面の結合強度を増加させる。
以上の工程Ｓ３１～Ｓ３３により、貼り合わせウェーハ３０が完成する。
【0037】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態における第１実施形態と同じ構成または同じ工程については、同一符号を付し、説明を簡略にするか、省略する。
図３は、第２実施形態に係る貼り合わせウェーハの製造方法を示すフローチャートである。図４は、第２実施形態に係る貼り合わせウェーハの製造方法を示す工程図である。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態における第１実施形態と同じ構成または同じ工程については、同一符号を付し、説明を簡略にするか、省略する。
図３は、第２実施形態に係る貼り合わせウェーハの製造方法を示すフローチャートである。図４は、第２実施形態に係る貼り合わせウェーハの製造方法を示す工程図である。
【0038】
【0039】
第１実施形態で説明したように、第１成長工程Ｓ２３１の第１成長温度および第２成長工程Ｓ２３２の第２成長温度を、上述のように設定することにより、積層ウェーハ２０の反りを低減することができるが、熱処理工程Ｓ２４を行わなくても、第１ＴＣＳ含有率および第２ＴＣＳ含有率を、それぞれ２０％以下にすることにより、積層ウェーハ２０の反りをさらに低減することができる。
特に、直径３００ｍｍの単結晶シリコンウェーハ２１に対して、第１ＴＣＳ含有率および第２ＴＣＳ含有率を、それぞれ１５％以下にすることにより、直径３００ｍｍの単結晶シリコンウェーハ２１に、厚さが０．３μｍ以上３．０μｍ以下の多結晶シリコン膜２３が形成された積層ウェーハ２０であって、Ｗａｒｐ－ｂｆ値が６０μｍ以下という反りが低減された積層ウェーハ２０を製造することができる。
特に、直径３００ｍｍの単結晶シリコンウェーハ２１に対して、第１ＴＣＳ含有率および第２ＴＣＳ含有率を、それぞれ１５％以下にすることにより、直径３００ｍｍの単結晶シリコンウェーハ２１に、厚さが０．３μｍ以上３．０μｍ以下の多結晶シリコン膜２３が形成された積層ウェーハ２０であって、Ｗａｒｐ－ｂｆ値が６０μｍ以下という反りが低減された積層ウェーハ２０を製造することができる。
【0040】
また、第１実施形態で説明したように、第１ＴＣＳ含有率および第２ＴＣＳ含有率を、それぞれ３％以上にすることにより、積層ウェーハ２０の生産性が低下することを抑制することかできる。
【0041】
さらに、第１実施形態で説明したように、研磨工程Ｓ２５おいて、多結晶シリコン膜２３の表面粗さＲＭＳを０．１５ｎｍ以下にすることにより、貼り合わせウェーハ３０におけるブリスター欠陥の発生を抑制することができる。
【0042】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の種々の改良並びに設計の変更等があっても本発明に含まれる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の種々の改良並びに設計の変更等があっても本発明に含まれる。
【0043】
第１実施形態において、熱処理工程Ｓ２４を気相成長装置１以外の装置で行っても良い。
【0044】
第１実施形態において、第１成長工程Ｓ２３１における第１ＴＣＳ含有率および第２成長工程Ｓ２３２における第２ＴＣＳ含有率のうち少なくとも一方のＴＣＳ含有率を、３％未満にしても良いし、２０％を超えるようにしても良い。前記少なくとも一方のＴＣＳ含有率を２０％を超えるようにした場合でも、熱処理工程Ｓ２４を行うことにより、積層ウェーハ２０の反りを低減させることができる。
【0045】
第１，第２実施形態において、２段階の成長温度（第１成長温度および第２成長温度）で多結晶シリコン膜２３を形成したが、１段階または３段階以上の成長温度で多結晶シリコン膜２３を形成しても良い。
【実施例0046】
次に、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。
【0047】
［評価サンプルの構成］
＜実施例１＞
直径が３００ｍｍ、抵抗率が３０００Ω・ｃｍ、結晶方位が＜１００＞の単結晶シリコンウェーハを準備し、当該単結晶シリコンウェーハに対して、第１実施形態の工程Ｓ２２～Ｓ２５を行うことにより、実施例１の積層ウェーハを製造した。各工程における条件は以下の通りである。なお、研磨工程Ｓ２５では、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical polishing）法で研磨を行った。
・酸化膜形成工程Ｓ２２
酸化膜の厚さ：５Å（５×１０－１０ｍ）
・多結晶シリコン膜形成工程Ｓ２３
キャリアガス：水素ガス
原料ソースガス：トリクロロシランガス
・第１成長工程Ｓ２３１
第１ＴＣＳ含有率：５％
第１成長温度：８９０℃
第１多結晶シリコン膜の厚さ：０．３μｍ
・第２成長工程Ｓ２３２
第２ＴＣＳ含有率：５％
第２成長温度：１０５０℃
第２多結晶シリコン膜の厚さ：２．７μｍ
・熱処理工程Ｓ２４
キャリアガス：水素ガス
熱処理温度：１０７０℃
熱処理時間：１８０秒
・研磨工程Ｓ２５
研磨後の多結晶シリコン膜の厚さ：２．１５μｍ
研磨後の表面粗さＲＭＳ：０．１５ｎｍ
＜実施例１＞
直径が３００ｍｍ、抵抗率が３０００Ω・ｃｍ、結晶方位が＜１００＞の単結晶シリコンウェーハを準備し、当該単結晶シリコンウェーハに対して、第１実施形態の工程Ｓ２２～Ｓ２５を行うことにより、実施例１の積層ウェーハを製造した。各工程における条件は以下の通りである。なお、研磨工程Ｓ２５では、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical polishing）法で研磨を行った。
・酸化膜形成工程Ｓ２２
酸化膜の厚さ：５Å（５×１０－１０ｍ）
・多結晶シリコン膜形成工程Ｓ２３
キャリアガス：水素ガス
原料ソースガス：トリクロロシランガス
・第１成長工程Ｓ２３１
第１ＴＣＳ含有率：５％
第１成長温度：８９０℃
第１多結晶シリコン膜の厚さ：０．３μｍ
・第２成長工程Ｓ２３２
第２ＴＣＳ含有率：５％
第２成長温度：１０５０℃
第２多結晶シリコン膜の厚さ：２．７μｍ
・熱処理工程Ｓ２４
キャリアガス：水素ガス
熱処理温度：１０７０℃
熱処理時間：１８０秒
・研磨工程Ｓ２５
研磨後の多結晶シリコン膜の厚さ：２．１５μｍ
研磨後の表面粗さＲＭＳ：０．１５ｎｍ
【0048】
＜実施例２，３＞
以下の表１に示すように、第１，第２成長工程Ｓ２３１，Ｓ２３２における第１，第２ＴＣＳ含有率をそれぞれ１０％，１５％にしたこと以外は、実施例１と同じ条件で、実施例２，３の積層ウェーハを製造した。
以下の表１に示すように、第１，第２成長工程Ｓ２３１，Ｓ２３２における第１，第２ＴＣＳ含有率をそれぞれ１０％，１５％にしたこと以外は、実施例１と同じ条件で、実施例２，３の積層ウェーハを製造した。
【0049】
【表1】
【0050】
＜実施例４，５，６＞
それぞれ熱処理工程Ｓ２４における熱処理時間を１０秒にしたこと以外は、実施例１，２，３と同じ条件で、実施例４，５，６の積層ウェーハを製造した。
それぞれ熱処理工程Ｓ２４における熱処理時間を１０秒にしたこと以外は、実施例１，２，３と同じ条件で、実施例４，５，６の積層ウェーハを製造した。
【0051】
＜実施例７，８，９＞
それぞれ熱処理工程Ｓ２４を行わなかったこと以外は、実施例１，２，３と同じ条件で、実施例７，８，９の積層ウェーハを製造した。つまり、第２実施形態の工程Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２５を行うことにより、実施例７，８，９の積層ウェーハを製造した。
それぞれ熱処理工程Ｓ２４を行わなかったこと以外は、実施例１，２，３と同じ条件で、実施例７，８，９の積層ウェーハを製造した。つまり、第２実施形態の工程Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２５を行うことにより、実施例７，８，９の積層ウェーハを製造した。
【0052】
［評価］
＜第１，２ＴＣＳ含有率と熱処理時間と反りとの関係＞
光学干渉式平坦度測定装置（ＫＬＡ社製：Ｗａｆｅｒ Ｓｉｇｈｔ ２）を用いて、実施例１～９の積層ウェーハのＷａｒｐ－ｂｆ値を測定した。そして、第１，２ＴＣＳ含有率を、５％、１０％、１５％にした場合における熱処理時間とＷａｒｐ－ｂｆ値との関係を評価した。その結果を、図５に示す。
＜第１，２ＴＣＳ含有率と熱処理時間と反りとの関係＞
光学干渉式平坦度測定装置（ＫＬＡ社製：Ｗａｆｅｒ Ｓｉｇｈｔ ２）を用いて、実施例１～９の積層ウェーハのＷａｒｐ－ｂｆ値を測定した。そして、第１，２ＴＣＳ含有率を、５％、１０％、１５％にした場合における熱処理時間とＷａｒｐ－ｂｆ値との関係を評価した。その結果を、図５に示す。
【0053】
図５に示すように、第１，２ＴＣＳ含有率が低いほど、または、熱処理時間が長くなるほどＷａｒｐ－ｂｆ値が低くなる、つまり積層ウェーハの反りが小さくなることが確認できた。
また、第１，２ＴＣＳ含有率が１５％以下であれば、１８０秒以下の熱処理を行うか否かに関係なく、Ｗａｒｐ－ｂｆ値が６０μｍ以下という反りが低減された積層ウェーハを製造できることが確認できた。
特に、第１，２ＴＣＳ含有率が５％の場合、１８０秒以下の熱処理を行うか否かに関係なく、Ｗａｒｐ－ｂｆ値が４０μｍ以下という反りが低減された積層ウェーハを製造できることが確認できた。
また、熱処理時間が１８０秒であれば、第１，２ＴＣＳ含有率に関係なく、Ｗａｒｐ－ｂｆ値が約２５μｍになる、積層ウェーハの反り量がほぼ同じになることが確認できた。
また、第１，２ＴＣＳ含有率が１０％の場合、約８０秒以上の熱処理を行い、第１，２ＴＣＳ含有率が１５％の場合、約１１０秒以上の熱処理を行うことにより、Ｗａｒｐ－ｂｆ値が４０μｍ以下という反りが低減された積層ウェーハを製造できると推定することができる。
また、第１，２ＴＣＳ含有率が１５％以下であれば、１８０秒以下の熱処理を行うか否かに関係なく、Ｗａｒｐ－ｂｆ値が６０μｍ以下という反りが低減された積層ウェーハを製造できることが確認できた。
特に、第１，２ＴＣＳ含有率が５％の場合、１８０秒以下の熱処理を行うか否かに関係なく、Ｗａｒｐ－ｂｆ値が４０μｍ以下という反りが低減された積層ウェーハを製造できることが確認できた。
また、熱処理時間が１８０秒であれば、第１，２ＴＣＳ含有率に関係なく、Ｗａｒｐ－ｂｆ値が約２５μｍになる、積層ウェーハの反り量がほぼ同じになることが確認できた。
また、第１，２ＴＣＳ含有率が１０％の場合、約８０秒以上の熱処理を行い、第１，２ＴＣＳ含有率が１５％の場合、約１１０秒以上の熱処理を行うことにより、Ｗａｒｐ－ｂｆ値が４０μｍ以下という反りが低減された積層ウェーハを製造できると推定することができる。
【0054】
なお、本実施例では、２段階の成長温度（第１成長温度および第２成長温度）で多結晶シリコン膜を形成した場合を例示したが、上述したように、第１，２ＴＣＳ含有率が低いほど、または、熱処理時間が長くなるほど積層ウェーハの反りが小さくなることから、１段階の成長温度で多結晶シリコン膜を形成した場合にも、第１，２ＴＣＳ含有率が低いほど、または、熱処理時間が長くなるほど積層ウェーハの反りが小さくなると推定することができる。
【符号の説明】
【0055】
１…気相成長装置、２０…積層ウェーハ、２１…単結晶シリコンウェーハ、２２…酸化膜、２３…多結晶シリコン膜、２３１…第１多結晶シリコン膜、２３２…第２多結晶シリコン膜。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【手続補正書】
【提出日】2024-03-04
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
直径３００ｍｍの単結晶シリコンウェーハに多結晶シリコン膜が形成された積層ウェーハの製造方法であって、
水素ガスに対するトリクロロシランガスの含有率が３％以上２０％以下の混合雰囲気下で、前記単結晶シリコンウェーハの表面に形成された酸化膜上に厚さが０．３μｍ以上３．０μｍ以下の多結晶シリコン膜を形成し、
水素ガス雰囲気下で、前記多結晶シリコン膜が形成された前記単結晶シリコンウェーハに対して、１０００℃以上１３００℃以下かつ１０秒以上１８０秒以下の熱処理を行うことにより、Ｗａｒｐ－ｂｆ値が４０μｍ以下の積層ウェーハを得る、積層ウェーハの製造方法。
水素ガスに対するトリクロロシランガスの含有率が３％以上２０％以下の混合雰囲気下で、前記単結晶シリコンウェーハの表面に形成された酸化膜上に厚さが０．３μｍ以上３．０μｍ以下の多結晶シリコン膜を形成し、
水素ガス雰囲気下で、前記多結晶シリコン膜が形成された前記単結晶シリコンウェーハに対して、１０００℃以上１３００℃以下かつ１０秒以上１８０秒以下の熱処理を行うことにより、Ｗａｒｐ－ｂｆ値が４０μｍ以下の積層ウェーハを得る、積層ウェーハの製造方法。
【請求項2】
請求項１に記載の積層ウェーハの製造方法において、
前記多結晶シリコン膜を形成するに際し、
８９０℃以上９００℃以下の温度で前記酸化膜上に第１多結晶シリコン膜を成長させた後、１０００℃以上１０７５℃以下の温度で前記第１多結晶シリコン膜上に第２多結晶シリコン膜を成長させる、積層ウェーハの製造方法。
前記多結晶シリコン膜を形成するに際し、
８９０℃以上９００℃以下の温度で前記酸化膜上に第１多結晶シリコン膜を成長させた後、１０００℃以上１０７５℃以下の温度で前記第１多結晶シリコン膜上に第２多結晶シリコン膜を成長させる、積層ウェーハの製造方法。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0001】
本発明は、積層ウェーハの製造方法に関する。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0005】
本発明は、積層ウェーハの反りを低減することができる積層ウェーハの製造方法を提供することを目的とする。