(57)【要約】【課題】  本発明は、イオン注入剥離法により剥離した場合に生ずるテラス幅を制御でき、また、歩留りの低下の原因となるテラス部のＳＯＩ島の発生を防止することができるＳＯＩウェーハの製造方法を提供することにある。【解決手段】  ボンドウェーハの表面からガスイオンをイオン注入してイオン注入層を形成し、該ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを絶縁膜を介して貼り合わせ、イオン注入層でボンドウェーハを剥離することによりＳＯＩウェーハを作製するＳＯＩウェーハの製造方法において、イオン注入層でボンドウェーハを剥離する前の貼り合わせウェーハを、絶縁膜が溶解可能な液体に浸漬するか、絶縁膜が溶解可能な気体に曝すことによって、ボンドウェーハとベースウェーハの間に位置する絶縁膜を、貼り合わせウェーハの外周端から中心方向へエッチングする工程を有することを特徴とするＳＯＩウェーハの製造方法。【選択図】図１
2010199353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶からなるボンドウェーハの表面から水素または希ガスのうち少なくとも１種類のガスイオンをイオン注入してイオン注入層を形成し、該ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを絶縁膜を介して貼り合わせ、前記イオン注入層でボンドウェーハを剥離することによりＳＯＩウェーハを作製するＳＯＩウェーハの製造方法において、
前記イオン注入層でボンドウェーハを剥離する前の貼り合わせウェーハを、前記絶縁膜が溶解可能な液体に浸漬するか、前記絶縁膜が溶解可能な気体に曝すことによって、前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハの間に位置する前記絶縁膜を、前記貼り合わせウェーハの外周端から中心方向へエッチングする工程を有することを特徴とするＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記ボンドウェーハとベースウェーハの貼り合わせを室温で行い、その後、熱処理を行うことなく、前記絶縁膜のエッチングを行うことを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記ボンドウェーハとベースウェーハの貼り合わせを室温で行い、その後、前記イオン注入層において剥離が発生しない低温熱処理を行った後に、前記絶縁膜のエッチングを行うことを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記絶縁膜のエッチングを、前記貼り合わせウェーハの外周端から中心方向へ０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内で行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記絶縁膜のエッチングを、前記絶縁膜が酸化膜、窒化膜、又はこれらの積層構造である貼り合わせウェーハを用い、該貼り合わせウェーハをＨＦ含有水溶液またはリン酸に浸積することによって行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記絶縁膜のエッチングを、前記絶縁膜が自然酸化膜である貼り合わせウェーハを用いて行うことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項７】
前記絶縁膜のエッチングが行われた前記貼り合わせウェーハを、前記シリコン単結晶が溶解可能な液体に浸漬するか、前記シリコン単結晶が溶解可能な気体に曝すことによって、前記ボンドウェーハの貼り合わせ面側から少なくとも前記イオン注入層の深さまでの外周端部を、少なくとも前記エッチングされた絶縁膜の外周端までエッチングした後、前記ボンドウェーハの剥離を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入したウェーハを結合後に剥離してＳＯＩウェーハを製造する、いわゆるイオン注入剥離法を用いたＳＯＩウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入剥離法は、水素イオン又は希ガスイオンを注入した鏡面研磨ウェーハ（ボンドウェーハ）を支持体となるベースウェーハと結合後にイオン注入層で剥離してＳＯＩウェーハを製造する方法であるが、剥離後のＳＯＩウェーハの外周部ではＳＯＩ層が転写されず、ベースウェーハの表面が露出したテラス部が生じる。これは、鏡面研磨ウェーハの外周部の数ｍｍ程度ではウェーハの平坦度が悪くなる為に貼り合わせたウェーハ間の結合力が弱く、ＳＯＩ層がベースウェーハ側に転写されにくいことが主な原因である。
【０００３】
このＳＯＩウェーハのテラス部を光学顕微鏡で観察すると、ＳＯＩ層とテラス部の境界に、ＳＯＩ層が島状に孤立したＳＯＩ島が観察される。これは、ＳＯＩ層の転写される平坦度の良好な領域と転写されない平坦度の悪い領域との遷移領域で発生すると考えられる。このようなＳＯＩ島は、デバイス作製プロセスでウェーハから剥がれ、シリコンパーティクルとなってデバイス作製領域に再付着してデバイスの不良の原因となってしまうことが予想される（特許文献１参照）。
【０００４】
また、イオン注入剥離法においては、上記テラス部の幅（以下、テラス幅）は貼り合わせるウェーハの外周部の平坦度（研磨ダレの度合）によって決まる為、貼り合わせた後でテラス幅を制御することは困難で、例えばＳＯＩウェーハのテラス部にレーザーマーク等をデバイス工程でマーキングする場合にテラス幅が狭すぎてマーキングできないことが懸念されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３０５２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、イオン注入剥離法により剥離した場合に生ずるテラス幅を制御でき、また、歩留りの低下の原因となるテラス部のＳＯＩ島の発生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ことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明によれば、シリコン単結晶からなるボンドウェーハの表面から水素または希ガスのうち少なくとも１種類のガスイオンをイオン注入してイオン注入層を形成し、該ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを絶縁膜を介して貼り合わせ、前記イオン注入層でボンドウェーハを剥離することによりＳＯＩウェーハを作製するＳＯＩウェーハの製造方法において、前記イオン注入層でボンドウェーハを剥離する前の貼り合わせウェーハを、前記絶縁膜が溶解可能な液体に浸漬するか、前記絶縁膜が溶解可能な気体に曝すことによって、前記ボンドウェーハと前記ベースウェーハの間に位置する前記絶縁膜を、前記貼り合わせウェーハの外周端から中心方向へエッチングする工程を有することを特徴とするＳＯＩウェーハの製造方法を提供する。
このように、ボンドウェーハとベースウェーハの間に位置する絶縁膜を、貼り合わせウェーハの外周端から中心方向へエッチングすることにより、テラス幅を制御することができ、イオン注入剥離法により剥離した場合に特有の欠陥であるＳＯＩ島の発生を防止することができる。
【０００８】
また、前記ボンドウェーハとベースウェーハの貼り合わせを室温で行い、その後、熱処理を行うことなく、前記絶縁膜のエッチングを行うことが好ましい。
このように、ボンドウェーハとベースウェーハの貼り合わせを室温で行うことによって、接着剤などを用いることなくウェーハ同士を接着させることができる。更に、その後熱処理を行うことなく、絶縁膜のエッチングを行うことによって、絶縁膜のエッチング前にイオン注入層でボンドウェーハが剥離してしまうことを防ぐことができ、また、より正確にテラス幅を制御することができ、ＳＯＩ島を防止することができる。
【０００９】
また、前記ボンドウェーハとベースウェーハの貼り合わせを室温で行い、その後、前記イオン注入層において剥離が発生しない低温熱処理を行った後に、前記絶縁膜のエッチングを行うことが好ましい。
このように、ボンドウェーハとベースウェーハの貼り合わせを室温で行い、その後イオン注入層において剥離が発生しない低温熱処理を行った後に、絶縁膜のエッチングを行うことで、より正確にテラス幅を制御することができ、ＳＯＩ島を防止することができる。
【００１０】
また、前記絶縁膜のエッチングを、前記貼り合わせウェーハの外周端から中心方向へ０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内で行うことが好ましい。
このように、絶縁膜のエッチングを、貼り合わせウェーハの外周端から中心方向へ０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内で行うことによって、テラス部にレーザーマーク等をデバイス工程で作製する場合に、適当なテラス幅を得ることができ、また、ＳＯＩ島の発生をより確実に防止することができる。
【００１１】
また、前記絶縁膜のエッチングを、前記絶縁膜が酸化膜、窒化膜、又はこれらの積層構造である貼り合わせウェーハを用い、該貼り合わせウェーハをＨＦ含有水溶液又はリン酸に浸積することによって行うことができる。また、前記絶縁膜のエッチングを、前記絶縁膜が自然酸化膜である貼り合わせウェーハを用いて行うこともできる。
【００１２】
また、前記絶縁膜のエッチングが行われた前記貼り合わせウェーハを、前記シリコン単結晶が溶解可能な液体に浸漬するか、前記シリコン単結晶が溶解可能な気体に曝すことによって、前記ボンドウェーハの貼り合わせ面側から少なくとも前記イオン注入層の深さまでの外周端部を、少なくとも前記エッチングされた絶縁膜の外周端までエッチング（以下、Ｓｉエッチング）した後、前記ボンドウェーハの剥離を行うことが好ましい。
このようなＳｉエッチングにより、デバイス作製工程で異物となりうる部分を予め除去することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法を用いれば、テラス幅を制御することができ、イオン注入剥離法により剥離した場合に特有の欠陥であるＳＯＩ島の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のＳＯＩウェーハの製造方法を示す説明図である。
【図２】本発明のＳＯＩウェーハの別の製造方法を示す図である。
【図３】貼り合わせウェーハをＨＦ水溶液に浸漬した際の、浸漬条件（ＨＦ水溶液濃度と浸漬時間）の変化によるボンドウェーハ側の酸化膜の外周端からの浸食状況を観察した顕微鏡写真である。
【図４】貼り合わせウェーハをＨＦ水溶液に浸漬した際の、浸漬条件（ＨＦ水溶液濃度と浸漬時間）の変化によるボンドウェーハ側の酸化膜の外周端からの浸食状況を観察するためのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明についてより具体的に説明する。
【００１６】
本発明者らは、イオン注入剥離法によってＳＯＩウェーハを作製する際に発生する特有の欠陥であるＳＯＩ島を抑制するために、その発生原因を検討した結果、イオン注入層でボンドウェーハの剥離を行う前に、ボンドウェーハとベースウェーハの間に位置する絶縁膜を、外周端から中心方向へある程度の範囲までエッチング除去すれば、ＳＯＩ島の発生原因となる結合強度の弱い領域がなくなるため、ＳＯＩ島が発生しやすい領域において、中途半端なＳＯＩ層の転写を防止して、確実にＳＯＩ層の転写が起こらないようにすることができ、その結果、ＳＯＩ島の発生を防ぐことができると考えた。
【００１７】
そのためには、ボンドウェーハの剥離を行う前に、フッ酸やリン酸等の絶縁膜エッチング液に浸漬する必要があるが、従来は、結合強度が弱い状態で結合界面をエッチング液に浸漬するとエッチング液による結合界面の浸食が生じてしまうという懸念があるため、例えば、特開平１０−７００５４号公報に記載されている様に、エッチング液に浸漬する前に、高温（例えば、１０００℃以上）の結合熱処理を行う必要があるとされていた。
【００１８】
ところが、イオン注入剥離法の場合、エッチング前にこのような高温熱処理を行うとボンドウェーハの剥離が発生してしまうため、結果的にイオン注入剥離法に特有の欠陥であるＳＯＩ島の発生を防ぐことはできない。
【００１９】
そこで、本発明者らは、室温で貼り合わせを行った状態でエッチング液に浸漬した場合に、結合界面のエッチングがどの程度進行するか調査したところ、シリコン酸化膜とベアシリコンの貼り合わせでは、５０％ＨＦ水溶液に１日（２４時間）浸漬しても、結合界面の浸漬は、外周から１０ｍｍ程度に留まっており、エッチング量を制御することが可能であることを見出し、本発明を完成させた。
【００２０】
以下、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法について詳細に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【００２１】
すなわち、本発明は、図１に示すように、シリコン単結晶からなるボンドウェーハ１の表面から水素または希ガスのうち少なくとも１種類のガスイオンをイオン注入してイオン注入層２を形成し、該ボンドウェーハ１のイオン注入した表面とベースウェーハ３の表面とを絶縁膜４を介して貼り合わせ（図１（Ａ））、イオン注入層２でボンドウェーハ１を剥離する前の貼り合わせウェーハ５を、絶縁膜４が溶解可能な液体に浸漬するか、絶縁膜４が溶解可能な気体に曝すことによって、ボンドウェーハ１とベースウェーハ３の間に位置する絶縁膜４を、貼り合わせウェーハ５の外周端から中心方向へエッチングして絶縁膜エッチング後の絶縁膜４’とし（図１（Ｂ））、その後イオン注入層２でボンドウェーハ１を剥離する（図１（Ｃ））工程を有する、ＳＯＩウェーハを製造する方法である。
【００２２】
本発明において、ボンドウェーハ１とベースウェーハ３の貼り合わせは室温で行うことが好ましい。室温において２枚のウェーハの表面同士を絶縁膜４を介して接触させることにより、接着剤などを用いることなくウェーハ同士が接着する。更に、その後熱処理を行うことなく、又は、イオン注入層２でボンドウェーハ１の剥離が発生しない低温熱処理（例えば、４００℃以下）を行い、その後絶縁膜４のエッチングを行うことによって、従来イオン注入剥離法を用いる際に懸念されていた、エッチング前の段階でのボンドウェーハ１の剥離を防ぐことができ、また、より正確にテラス幅を制御することができる。
【００２３】
絶縁膜４をエッチングする方法としては、貼り合わせウェーハ５を絶縁膜が溶解可能なエッチング液に浸漬する方法もあるし，絶縁膜が溶解可能な蒸気に曝すことによるエッチングでも良い。エッチングにより、貼り合わせ界面の絶縁膜は、外周端から浸食される。このように絶縁膜が浸食されると、浸食部分ではボンドウェーハとベースウェーハが結合していないために、エッチング後にボンドウェーハを剥離した際、ＳＯＩ層の転写が起こらずにテラス領域となる。一方、絶縁膜エッチング後の絶縁膜（絶縁膜が残った領域）４’では剥離によりＳＯＩ層が転写される。つまり、エッチングによる浸食幅をテラス幅とすることができ、エッチング時間や使用エッチング液の濃度、温度等のエッチング条件によりその幅を制御できる。
絶縁膜が酸化膜の場合、エッチング液としてはＨＦ水溶液が好適であるが、バッファードフッ酸、ＨＦ／Ｈ２Ｏ２／ＣＨ３ＣＯＯＨ水溶液、ＨＦ／ＨＮＯ３水溶液なども適用できる。また、窒化膜の場合は、リン酸を用いることが好ましい。
【００２４】
なお、図４のように、シリコン単結晶からなる酸化膜２１付きボンドウェーハ２２とシリコン単結晶からなるベースウェーハ２３を室温（２５℃）で貼り合わせて貼り合わせウェーハ２４を作製し、その貼り合わせウェーハ２４に熱処理を加えずにＨＦ水溶液（２５℃）に浸漬した後、貼り合わせ面ではがすこと（デボンド）によって、ＨＦ濃度と浸漬時間の変化によるボンドウェーハ側の酸化膜の外周端からの浸食状況を観察した顕微鏡写真を図３に示す。なお、ＨＦ水溶液浸漬条件は、１０％・３ｍｉｎ、５０％・３０ｍｉｎ、５０％・１ｈｒ（ＨＦ水溶液濃度・浸漬時間）である。
図３より、ＨＦ水溶液の濃度及び浸食時間により、テラス幅が異なるのがわかる。
【００２５】
上記エッチングをした際の、絶縁膜の外周からの浸食幅は、絶縁膜の種類やエッチング液の種類・濃度・温度によって変わってくるが、同一の条件下では、エッチング時間によって浸食幅を制御することができるので、ＳＯＩ転写後のテラス幅の制御が容易にできることになる。
【００２６】
一方、ＳＯＩ島はＳＯＩ層とテラス部の境界部分に発生する。これは貼り合わせるウェーハの外周部で平坦度が悪いために、結合強度が弱く、ＳＯＩ層が部分的にしか転写しない領域である。ＳＯＩ島の発生を抑制するためには、上記の絶縁膜のエッチングによって、ＳＯＩ島が発生する領域（例えば、貼り合わせウェーハの外周端から中心方向へ０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲）にまで絶縁膜の浸食幅を広げてＳＯＩ島の発生原因となる結合強度の弱い領域でＳＯＩ層の転写が起こらないようにすれば、ＳＯＩ島は発生しない。
【００２７】
ＳＯＩ島はイオン注入剥離法に特有の欠陥であるが、テラス幅の制御方法は、イオン注入剥離法に限らず、研削・研磨法といった他の貼り合わせによるＳＯＩの作製にも応用することが可能である。
【００２８】
絶縁膜としては、特に限定はされないが、酸化膜や窒化膜、又はこれらの積層構造が一般的である。また、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法は、絶縁膜が自然酸化膜である貼り合わせウェーハ、すなわち自然酸化膜のみを有するウェーハ間の貼り合わせの場合でも、好適に用いることができ、テラス幅の制御やＳＯＩ島の発生の抑制に有効である。また、貼り合わせ前に貼り合わせ面にプラズマ処理を行うことによって室温での貼り合わせ強度を向上することもできる。
【００２９】
また、図２のように、上記の方法で貼り合わせウェーハ５の絶縁膜４（図２（Ａ））のエッチングが行われた貼り合わせウェーハ５’（図２（Ｂ））を、シリコン単結晶が溶解可能な液体に浸漬するか、シリコン単結晶が溶解可能な気体に曝すことによって、ボンドウェーハ１の貼り合わせ界面側から少なくともイオン注入層２の深さまでの外周部を、少なくともエッチングされた絶縁膜４’の外周端までエッチングした後（図２（Ｃ））、ボンドウエーハ１の剥離を行うこともできる（図２（Ｄ））。
このようにボンドウェーハ１の貼り合わせ界面側から少なくともイオン注入層２の深さまでの外周部を、少なくともエッチングされた絶縁膜４’の外周端までＳｉエッチングすることによって、デバイス作製工程で異物となりうる箇所を予め除去することができる。こうすることで、ＳＯＩ島の発生が確実に防止されることとなる。また、ボンドウェーハ外周部のイオン注入層が除去されることになるため、後工程で熱処理が加わっても外周部でのブリスタリングが発生しなくなる。従って、ボンドウェーハ外周部のイオン注入層に熱処理が加わることによって生ずるブリスタリングに起因して発生するＳｉ屑（くず）がＳＯＩウェーハのテラス部に付着することを防ぐことができる。尚、付着したＳｉ屑はＳＯＩ島の様にベースウェーハに結合したものではないため、一般的な洗浄によってある程度除去することができるが、完全に除去することは困難であるため、Ｓｉ屑の付着もできる限り抑制することが望ましい。
【００３０】
シリコン単結晶が溶解可能な液体としては、例えばＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液などが挙げられるが、シリコン単結晶が溶解可能な液体、又は、シリコン単結晶が溶解可能な気体であれば、これに限られない。
また、このようなＳｉエッチングを行う前に、ボンドウェーハの貼り合わせ界面側から少なくとも注入層の深さまでのＳｉエッチングを施す所望範囲以外の外周は、ボンドウェーハ及びベースウェーハの外周がエッチングされないように予めマスクして保護しておくことが好ましい。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例と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。
【００３２】
（実施例１）
直径３００ｍｍのシリコン単結晶ウェーハの表面に１５０ｎｍの熱酸化膜を作製したボンドウェーハに、水素イオンを下記表１のイオン注入条件で注入し、直径３００ｍｍのシリコン単結晶からなるベースウェーハと室温で貼り合わせ、貼り合わせ後に５０％ＨＦ水溶液に３０分浸漬し、その後、５００℃で３０分間剥離熱処理してボンドウェーハを剥離してＳＯＩウェーハを作製した。ＳＯＩウェーハ作製条件及びボンドウェーハの剥離後のテラス部を光学顕微鏡で観察した結果を表１に示す。
テラス幅は、１．６ｍｍとなり、ＳＯＩ島の発生は観察されなかったが、剥離熱処理時にボンドウェーハの外周部のイオン注入層に生じたブリスタリングに起因して発生したＳｉ屑が、テラス部に付着しているのが観察された。
【００３３】
（実施例２）
実施例１と同様の条件でボンドウェーハとベースウェーハを貼り合わせ、貼り合わせ後に５０％ＨＦ水溶液に１時間浸漬し、その後ＴＭＡＨ水溶液に浸漬し、ボンドウエーハの貼り合わせ界面から２μｍＳｉエッチングし、その後５００℃で３０分間剥離熱処理してボンドウェーハを剥離してＳＯＩウェーハを作製した。ＳＯＩウェーハ作製条件及び剥離後のテラス部を光学顕微鏡で観察した結果を表１に示す。
テラス幅は、１．８ｍｍとなり、ＳＯＩ島の発生は観察されなかった。また、Ｓｉ屑のテラス部への付着も全く発生していなかった。
【００３４】
（比較例）
直径３００ｍｍのシリコン単結晶ウェーハの表面に１５０ｎｍの熱酸化膜を作製したボンドウェーハに、水素イオンを下記表１のイオン注入条件で注入し、直径３００ｍｍのシリコン単結晶からなるベースウェーハと室温で貼り合わせ、その後、５００℃で３０分剥離熱処理してボンドウェーハを剥離してＳＯＩウェーハを作製した。ＳＯＩウェーハ作製条件及びボンドウェーハ剥離後のテラス部を光学顕微鏡で観察した結果を表１に示す。
テラス幅は１．４ｍｍとなり、ＳＯＩ島の発生とＳｉ屑の付着が観察された。
【００３５】
【表１】
2010199353.tif 000003
【００３６】
表１のように、実施例１及び実施例２においては、エッチング時間によってテラス幅を制御することが可能であり、更に、イオン注入剥離法に特有の欠陥であるＳＯＩ島の発生を防止できた。特に、実施例２ではＳｉ屑の付着も完全に防止できた。一方、比較例においては、ＳＯＩ島の発生及びＳｉ屑の付着が観察された。
【００３７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に含有される。
【符号の説明】
【００３８】
１…ボンドウェーハ、  ２…イオン注入層、  ３…ベースウェーハ、  ４…絶縁膜、  ５…貼り合わせウェーハ、  １’…Ｓｉエッチング後のボンドウェーハ、  ２’…Ｓｉエッチング後のイオン注入層、  ４’…絶縁膜エッチング後の絶縁膜、  ５’…絶縁膜エッチング後の貼り合わせウェーハ、  ２１…酸化膜、  ２２…ボンドウェーハ、  ２３…ベースウェーハ、  ２４…貼り合わせウェーハ。
【図１】
2010199353.tif 000004
【図２】
2010199353.tif 000005
【図３】
2010199353.tif 000006
【図４】
2010199353.tif 000007