(57)【要約】【課題】  自然酸化膜を除去したウェーハの炉外への取り出しによる自然酸化膜の再形成を防ぎ、しかも自然酸化膜に含まれた不純物に起因する酸化膜の面内膜厚均一性の低下を解消する半導体ウェーハの酸化膜形成方法を提供する。【解決手段】  酸化前処理工程で、シリコンウェーハをアルゴンガスの雰囲気で熱処理し、自然酸化膜を除去する。これに連続して、同じ炉内で雰囲気ガスをアルゴンガスから水素と酸素との混合ガスに変更し、ウェーハを熱処理してシリコン酸化膜を形成する。その結果、ウェーハの炉外取り出しによる自然酸化膜の再形成を防ぎ、この自然酸化膜に含まれる不純物に起因した酸化膜の面内膜厚均一性の低下を解消できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハを、還元ガスの雰囲気で熱処理する酸化前処理工程と、
該酸化前処理工程に連続し、前記半導体ウェーハを酸化性ガスの雰囲気で熱処理して、該半導体ウェーハに酸化膜を形成する酸化膜形成工程とを備えた半導体ウェーハの酸化膜形成方法。
【請求項２】
前記還元ガスは、水素ガスまたは水素ガスとアルゴンガスとの混合ガスで、
前記酸化前処理工程では、８００〜１１００℃で３０分以上熱処理する請求項１に記載の半導体ウェーハの酸化膜形成方法。
【請求項３】
半導体ウェーハを、アルゴンガスまたはフッ素系ガスによりガスエッチングする酸化前処理工程と、
該酸化前処理工程に連続し、前記半導体ウェーハを酸化性ガスの雰囲気で熱処理して、該半導体ウェーハに酸化膜を形成する酸化膜形成工程とを備えた半導体ウェーハの酸化膜形成方法。
【請求項４】
前記酸化前処理工程から酸化膜形成工程に移行する間に、窒素ガス、窒素ガスと酸素ガスとの混合ガス、窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスのうち、何れか１つを雰囲気ガスとして、前記半導体ウェーハを熱処理する請求項１〜請求項３のうち、何れか１つに記載の半導体ウェーハの酸化膜形成方法。
【請求項５】
活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを埋め込み絶縁膜を介して貼り合わせ、貼り合わせウェーハを形成する貼り合わせ工程と、
貼り合わせ後の活性層用ウェーハの厚さを減ずる薄膜化処理を行い、ＳＯＩ層とする薄膜化工程とを備えた貼り合わせＳＯＩ基板の製造方法において、
前記埋め込み絶縁膜は、前記活性層用ウェーハおよびまたは支持基板用ウェーハに対して、まず還元ガスの雰囲気で熱処理し、次に該熱処理に連続して酸化性ガスの雰囲気で熱処理することで形成されたシリコン酸化膜である貼り合わせＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項６】
活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを埋め込み絶縁膜を介して貼り合わせ、貼り合わせウェーハを形成する貼り合わせ工程と、
該貼り合わせ後の活性層用ウェーハを薄膜化処理し、ＳＯＩ層とする薄膜化工程とを備えた貼り合わせＳＯＩ基板の製造方法において、
前記薄膜化工程では、前記貼り合わせウェーハを還元ガスの雰囲気で熱処理し、この熱処理に連続して、該貼り合わせウェーハを酸化性ガスの雰囲気で熱処理することにより活性層用ウェーハの表面側にシリコン酸化膜を形成し、その後、該シリコン酸化膜をエッチングにより除去する貼り合わせＳＯＩ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導体ウェーハの酸化膜形成方法、詳しくはウェーハ面内における酸化膜の膜厚均一性が高まる半導体ウェーハの酸化膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＳＯＩ層の厚さが１００ｎｍ以下の薄膜ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板において、デバイスメーカからウェーハ製造メーカに対して、ＳＯＩ層の面内膜厚の均一性（ＳＯＩ層全域での膜厚のばらつき）につき、高水準の要求がなされている。すなわち、ＳＯＩ層の厚さを基準とし、ＳＯＩ層の膜厚のばらつきを５〜１０％に抑えるものである。これは、ＳＯＩ特性を十分に活用可能な部分空乏型（Ｐａｒｔｉａｌ  Ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）構造を有するデバイスが、多数開発されているためである。
また、ＳＯＩ層の薄膜化に伴い、埋め込みシリコン酸化膜（ＢＯＸ層）の薄膜化も要求されている。しかも、このＢＯＸ層に対するウェーハ面内の膜厚の均一性（面内膜厚均一性）の要求は、ＳＯＩ層の面内膜厚の均一性と同じように水準が高い。
【０００３】
このような活性層およびＢＯＸ層の膜厚に対する要求は、(1) 活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの貼り合わせ後、活性層用ウェーハを研削、研磨して薄膜化する貼り合わせＳＯＩ基板だけでなく、特殊な貼り合わせＳＯＩ基板である(2) スマートカット法および(3) ＥＬＴＲＡＮ法により製造された貼り合わせ基板に対しても同じである。
スマートカット法とは、水素（軽元素）がシリコン酸化膜を通して所定深さ位置にイオン注入された活性層用ウェーハを、イオン注入面を貼り合わせ界面として支持基板用ウェーハに貼り合わせ、その後、この貼り合わせウェーハに剥離熱処理を施し、活性層用ウェーハをイオン注入領域から剥離してＳＯＩ層を形成する方法である。
【０００４】
ＥＬＴＲＡＮ法とは、再利用可能な活性層用ウェーハ（シードウェーハ）の表面に、陽極化成により多孔質シリコン層を形成後、この多孔質シリコン層にシリコン製のエピタキシャル膜を成長させる。次に、エピタキシャル膜にシリコン酸化膜を形成し、エピタキシャル膜側を貼り合わせ面側とし、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを貼り合わせる。次いで、ウォータージェットで多孔質シリコン層から支持基板用ウェーハを分離し、多孔質シリコン層の残部を混酸液でエッチングしてエピタキシャル膜を露出し、これをＳＯＩ層とする方法である。
これらの(1) 研削、研磨を伴う貼り合わせ法、(2) スマートカット法および(3) ＥＬＴＲＡＮ法のいずれのＳＯＩ基板製造方法にあっても、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの貼り合わせ工程の前に、活性層用ウェーハの表面側にシリコン酸化膜が形成される。貼り合わせ後、そのシリコン酸化膜はＢＯＸ層となる。
【０００５】
そこで、このＢＯＸ層の面内膜厚均一性を高めることができる従来技術として、例えば特許文献１が知られている。
特許文献１は、シリコンウェーハにゲート酸化膜（シリコン酸化膜）を熱酸化処理して形成する際、炉内の雰囲気ガスとして、不活性ガスの窒素ガスにより希釈された水素と酸素との混合ガスを使用する方法である。このように、酸素濃度が極めて低い雰囲気ガス中で熱酸化処理（パイロジェニック酸化）を行うことで、酸化レートが低下し、５ｎｍ程度という極薄のゲート酸化膜の形成が可能になる。ただし、この熱酸化処理は、炉内温度８５０℃程度の低温酸化である。シリコン酸化膜がゆっくりと増厚されるので、ゲート酸化膜の面内膜厚均一性は高まる。
特許文献１は、貼り合わせＳＯＩ基板の活性層用ウェーハに、埋め込みシリコン酸化膜用のシリコン酸化膜を形成する際にも利用することができる。
【特許文献１】特開平９−２８３７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、各ＳＯＩ基板用の活性層用ウェーハには、それぞれ厚さの違いはあるものの、自然酸化膜が存在する。自然酸化膜は、有機物、金属不純物などの様々な汚染物質が取り込まれる可能性が高く、活性層用ウェーハに対するその影響は大きい。
そのため、この自然酸化膜は、熱酸化処理する前のウエット洗浄工程において、例えばＳＣ−１洗浄液によるウエット洗浄で活性層用ウェーハから除去されている。これは、自然酸化膜を残したまま熱酸化処理すると、シリコン酸化膜の面内膜厚均一性が低下するからである。すなわち、熱酸化処理時において、活性層用ウェーハのうち、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属で汚染された部分は酸化レートが大きく、Ｆｅ、Ｎｉなどの重金属で汚染された部分は酸化レートが小さくなる。このように、ウェーハ面内で部分的に酸化レートが異なるため、シリコン酸化膜の面内膜厚均一性が低下する。
【０００７】
しかしながら、ウエット洗浄を行えば、その洗浄液（ＳＣ−１洗浄液など）に溶け込んだ有機物および金属不純物が、新たに活性層用ウェーハに付着するおそれがあった。また、洗浄後の活性層用ウェーハは所定の乾燥装置に挿入されて乾燥され、次に熱酸化処理される。その際、洗浄後から熱処理までの時間が長くなると、仮に活性層用ウェーハをウェーハパック内に保管しておいたとしても、保管中、再び自然酸化膜が活性層用ウェーハに形成されるおそれがあった。
【０００８】
そこで、発明者らは、鋭意研究の結果、活性層用ウェーハを熱酸化処理する前に、還元ガスまたはエッチングガス（水素ガス、フッ素系ガス、アルゴンガス）の雰囲気で熱処理することにより自然酸化膜を除去し、しかもこの除去直後、同じ炉内で雰囲気ガスを酸化性ガスに入れ換えてから熱酸化処理を行うようにすれば、自然酸化膜の不純物に起因したシリコン酸化膜の面内膜厚均一性の低下が解消されることを知見し、この発明を完成させた。特に、この発明は、薄膜のＢＯＸ層および薄膜のＳＯＩ層を有した貼り合わせＳＯＩ基板に好適である。これは、薄膜のＳＯＩ層の場合、ＢＯＸ層の面内膜厚均一性のレベルが、ＳＯＩ層の面内膜厚均一性に大きく影響するためである。
【０００９】
この発明は、自然酸化膜を除去する熱処理炉からのウェーハの取り出しを原因とした自然酸化膜の再形成を防ぎ、しかも自然酸化膜に含まれる不純物に起因した酸化膜の面内膜厚均一性の低下を解消することができる半導体ウェーハの酸化膜形成方法および貼り合わせＳＯＩ基板の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、半導体ウェーハを、還元ガスの雰囲気で熱処理する酸化前処理工程と、該酸化前処理工程に連続し、前記半導体ウェーハを酸化性ガスの雰囲気で熱処理して、該半導体ウェーハに酸化膜を形成する酸化膜形成工程とを備えた半導体ウェーハの酸化膜形成方法である。
【００１１】
請求項１の発明によれば、酸化前処理工程で、半導体ウェーハを還元ガスの雰囲気で熱処理し、半導体ウェーハに形成された自然酸化膜を除去する。その後、この酸化前処理工程に連続して、同じ熱処理炉内で雰囲気ガスを還元ガスから酸化性ガスに変更して半導体ウェーハを熱処理し、半導体ウェーハに酸化膜を形成する。これにより、熱処理炉からの半導体ウェーハの取り出しを原因とした自然酸化膜の再形成を防ぎ、しかも自然酸化膜に含まれる不純物に起因した酸化膜の面内膜厚均一性の低下を解消することができる。
【００１２】
半導体ウェーハとしては、例えばシリコンウェーハ、ガリウム・ヒ素ウェーハなどを採用することができる。
酸化膜は、半導体ウェーハの素材により適宜変更される。例えば、半導体ウェーハがシリコン製の場合、酸化膜はシリコン酸化膜となる。
酸化膜の厚さは限定されない。ただし、酸化温度にもよるが厚さが１０〜２００ｎｍ程度の酸化膜厚の方が、この発明の効果は顕著となる。
還元ガスとしては、水素ガス、塩酸ガスと窒素ガスとの混合ガス、アルゴンガスなどを採用することができる。
【００１３】
酸化前処理工程に連続するとは、酸化前処理で使用した熱処理炉から半導体ウェーハを取り出すことなく、炉内の雰囲気ガスを還元ガスから酸化性ガスに変更することで、連続的に半導体ウェーハを熱酸化処理することである。
酸化性ガスとしては、例えば酸素ガス、塩酸ガスと窒素ガスとの混合ガス、ジクロロエチレンなどを採用することができる。
酸化熱処理工程における炉内温度は８００〜１０５０℃である。８００℃未満では酸化膜成長速度が遅くなりスループットが低下する。また、１０５０℃を超えると、酸化膜成長速度が速くなり薄膜酸化膜の膜厚制御が難しくなる。しかも、シリコンウェーハにスリップが発生する。酸化熱処理時の好ましい炉内温度は９００〜１０００℃である。この範囲であれば薄膜酸化膜の膜厚制御が容易となり、膜厚均一性の優れた酸化膜形成が可能というさらに好適な効果が得られる。
【００１４】
酸化熱処理工程における加熱時間は３０〜６００分である。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記還元ガスは、水素ガスまたは水素ガスとアルゴンガスとの混合ガスで、前記酸化前処理工程では、８００〜１１００℃で３０分以上熱処理する請求項１に記載の半導体ウェーハの酸化膜形成方法である。
【００１６】
還元ガスは、水素ガスでもよいし、水素ガスとアルゴンガスとの混合ガスでもよい。混合ガスの場合の混合比は、例えば１：９９〜９９：１である。
酸化前処理温度が８００℃未満では自然酸化膜を除去する効果が小さい。また、１１００℃を超えるとスリップが発生し易い。このスリップを抑制するためには、高価なリングボートを設置するか昇降温レートを遅くする必要があり、コスト高となる。また、還元雰囲気により半導体ウェーハの表面のエッチングが進行し、ウェーハの表面荒れが発生する。これにより、半導体ウェーハを貼り合わせＳＯＩ基板に適用した場合、貼り合わせ界面にボイドなどの欠陥が発生するおそれがある。
酸化前処理温度の好ましい温度は９００〜１０００℃である。この範囲であれば、コスト高とならないようなＳｉ，ＳｉＣまたは石英製のボートであってもスリップの発生を抑え、表面荒れが少ない処理が可能というさらに好適な効果が得られる。
【００１７】
酸化前処理時間が３０分未満では、自然酸化膜を除去する効果が小さい。好ましい酸化前処理時間は３０〜１２０分である。１２０分を超えると熱処理のプロセスが長くなる。さらに好ましい酸化前処理時間は６０分前後である。この範囲であれば、スループットを低下させることなく自然酸化膜を除去できるというさらに好適な効果が得られる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、半導体ウェーハを、アルゴンガスまたはフッ素系ガスによりガスエッチングする酸化前処理工程と、該酸化前処理工程に連続し、前記半導体ウェーハを酸化性ガスの雰囲気で熱処理して、該半導体ウェーハに酸化膜を形成する酸化膜形成工程とを備えた半導体ウェーハの酸化膜形成方法である。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、酸化前処理工程で、半導体ウェーハをアルゴンガスまたはフッ素系ガスによりガスエッチングし、自然酸化膜を除去する。その後、この酸化前処理工程に連続して、同じ炉内で雰囲気ガスをエッチングガスから酸化性ガスに変更して半導体ウェーハを熱処理し、半導体ウェーハに酸化膜を形成する。これにより、熱処理炉からの半導体ウェーハの取り出しを原因とした自然酸化膜の再形成を防ぎ、しかも自然酸化膜に含まれる不純物に起因した酸化膜の面内膜厚均一性の低下を解消することができる。
【００２０】
アルゴンガスは、半導体ウェーハを１０００〜１３５０℃で高温アニールする際に、半導体ウェーハに対してエッチング作用を有する。
フッ素系ガスとしては、例えばＳＦ６、ＸｅＦ２、ＣＦ４などを採用することができる。
ガスエッチング時の炉内温度は、１０００〜１３５０℃である。１０００℃未満では自然酸化膜の除去に長時間を要する。ただし、１２００℃を超えるとスリップが発生する。ガスエッチング時の好ましい温度は１１００〜１１５０℃である。この範囲であれば、スループットが低下することなく自然酸化膜を除去できるというさらに好適な効果が得られる。ただし、高酸素結晶（１４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）では対スリップ強度が高まり、１２００℃以上でもスリップを抑えることが可能である。
【００２１】
ガスエッチング時間は、３０〜１２０分間である。３０分間未満では自然酸化膜を除去するには時間が短かすぎる。また、１２０分間を超えると半導体ウェーハ表面を荒らすおそれがあるとともに、スループットも低下する。好ましいガスエッチング時間は４５〜６０分間である。この範囲であれば、半導体ウェーハの表面を著しく荒らすことなく自然酸化膜を除去することができるとともに、スループットを低下させないというさらに好適な効果が得られる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、前記酸化前処理工程から酸化膜形成工程に移行する間に、窒素ガス、窒素ガスと酸素ガスとの混合ガス、窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスのうち、何れか１つを雰囲気ガスとして、前記半導体ウェーハを熱処理する請求項１〜請求項３のうち、何れか１つに記載の半導体ウェーハの酸化膜形成方法である。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、高温状態で還元ガスが炉内に残留した状態で酸化性ガスを炉内に供給すると、半導体ウェーハの還元作用とエッチング作用とが同時に進行し、半導体ウェーハの表面が荒れる。そのまま半導体ウェーハの酸化を進行させると、酸化膜の表面のラフネスが劣化し、半導体ウェーハを貼り合わせＳＯＩ基板に適用した場合、貼り合わせ界面にボイドなどの欠陥が発生するおそれがある。
そこで、酸化前処理工程から酸化膜形成工程に移行する間に、窒素ガス、窒素ガスと酸素ガスとの混合ガス、窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスのうち、何れか１つを雰囲気ガスとして、半導体ウェーハを熱処理する。これにより、半導体ウェーハの表面荒れを抑制することができる。
【００２４】
酸化前処理工程から酸化膜形成工程に移行する間の雰囲気ガスは、窒素ガスでもよいし、窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスでもよいし、窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスでもよい。
窒素ガスと酸素ガスとの混合比は、５０：５０〜９９：１である。
窒素ガスとアルゴンガスとの混合比は、１：９９〜９９：１である。
【００２５】
雰囲気ガスに移行する際の炉内温度は５００〜７００℃である。窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスの場合、７００℃を超えるとウェーハの表面が荒れる。雰囲気ガスに移行する際の好ましい炉内温度は６５０℃以下である。この範囲であれば、窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスであってもウェーハ表面の荒れが少ないというさらに好適な効果が得られる。
【００２６】
雰囲気ガスの移行時における窒素ガスなどの供給時間は、２０ＳＬＭで３０分以上である。１０分未満では還元ガスから酸化性ガスへの置換が十分でなく、半導体ウェーハの表面が荒れる。
具体例を挙げると、窒素１００％の雰囲気ガスを７００℃以上の炉内に供給した場合、半導体ウェーハに窒化膜が形成され、ウェーハ表面が荒れ易い。そのため、炉内温度が７００℃以上の場合には、窒素に１〜５％の酸素を混合した雰囲気ガスを使用する。これにより、ウェーハの表面荒れを抑制することができる。
【００２７】
請求項５に記載の発明は、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを埋め込み絶縁膜を介して貼り合わせ、貼り合わせウェーハを形成する貼り合わせ工程と、貼り合わせ後の活性層用ウェーハの厚さを減ずる薄膜化処理を行い、ＳＯＩ層とする薄膜化工程とを備えた貼り合わせＳＯＩ基板の製造方法において、前記埋め込み絶縁膜は、前記活性層用ウェーハおよびまたは支持基板用ウェーハに対して、まず還元ガスの雰囲気で熱処理し、次に該熱処理に連続して酸化性ガスの雰囲気で熱処理することで形成されたシリコン酸化膜である貼り合わせＳＯＩ基板の製造方法である。
【００２８】
請求項５に記載の発明によれば、酸化前処理工程で、活性層用ウェーハおよびまたは支持基板用ウェーハを還元ガスの雰囲気で熱処理し、自然酸化膜を除去する。その後、この工程に連続して、同じ熱処理炉内で雰囲気ガスを還元ガスから酸化性ガスに変更し、このウェーハを熱処理してシリコン酸化膜を形成する。これにより、熱処理炉からのウェーハの取り出しを原因とした自然酸化膜の再形成を防ぎ、しかも自然酸化膜に含まれる不純物に起因したシリコン酸化膜の面内膜厚均一性の低下を解消することができる。
得られたシリコン酸化膜を貼り合わせ面側として活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを貼り合わせる。シリコン酸化膜の面内膜厚均一性が高いので、両ウェーハの貼り合わせ界面間に発生するボイドを抑制することができる。この貼り合わせにより、シリコン酸化膜は、両ウェーハ間に介在された埋め込みシリコン酸化膜となる。その後、活性層用ウェーハを薄膜化処理し、ＳＯＩ層とする。
【００２９】
貼り合わせＳＯＩ基板の種類は限定されない。例えば、活性層用ウェーハの薄膜化処理に研削、研磨を伴うＳＯＩ基板を採用することができる。その他、スマートカットにより作製されたスマートカットウェーハ、ＥＬＴＲＡＮ法により作製されたＥＬＴＲＡＮウェーハなどを採用することができる。また、これらとは異なる薄膜化処理方法でもよい。
活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとしては、例えばシリコンウェーハ、ガリウム・ヒ素ウェーハなどを採用することができる。
【００３０】
埋め込み絶縁膜となるシリコン酸化膜は、ウェーハの素材により適宜変更される。例えば、半導体ウェーハがシリコンの場合、酸化膜はシリコン酸化膜である。
埋め込み絶縁膜の厚さは限定されない。ただし、この発明は厚さが１００〜２００ｎｍの薄膜の酸化膜の方が、その効果が顕著となる。
活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとは、例えば常温により両ウェーハを重ね合わせ、その後、貼り合わせ熱処理して貼り合わせ強度を高めてもよい。その際の加熱温度は８００℃以上、例えば１１００℃である。貼り合わせ熱処理の時間は、例えば２時間である。熱酸化炉内の雰囲気ガスとしては、窒素などを使用できる。
【００３１】
請求項６に記載の発明は、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを埋め込み絶縁膜を介して貼り合わせ、貼り合わせウェーハを形成する貼り合わせ工程と、該貼り合わせ後の活性層用ウェーハを薄膜化処理し、ＳＯＩ層とする薄膜化工程とを備えた貼り合わせＳＯＩ基板の製造方法において、前記薄膜化工程では、前記貼り合わせウェーハを還元ガスの雰囲気で熱処理し、この熱処理に連続して、該貼り合わせウェーハを酸化性ガスの雰囲気で熱処理することにより活性層用ウェーハの表面側にシリコン酸化膜を形成し、その後、該シリコン酸化膜をエッチングにより除去する貼り合わせＳＯＩ基板の製造方法である。
【００３２】
請求項６に記載の発明によれば、酸化前処理工程で、貼り合わせウェーハを還元ガスの雰囲気で熱処理し、活性層用ウェーハの表面側の自然酸化膜を除去する。その後、この工程に連続して、同じ熱処理炉内で雰囲気ガスを還元ガスから酸化性ガスに変更し、このウェーハを熱処理してシリコン酸化膜を形成する。次に、シリコン酸化膜をエッチングすることで、活性層用ウェーハが薄膜化され、ＳＯＩ層となる。
これにより、熱処理炉からのウェーハの取り出しを原因とした自然酸化膜の再形成を防止し、しかも自然酸化膜に含まれる不純物に起因したシリコン酸化膜の面内膜厚均一性の低下を解消することができる。
【００３３】
また、ここではＳＯＩ層の薄膜化処理方法の１つとして、ＳＯＩ層の表面部の酸化後、例えばＨＦ溶液などによりシリコン酸化膜を除去する方法を採用している。この場合も、シリコン酸化膜の面内膜厚のばらつきが大きければ、ＳＯＩ層の厚さばらつきも大きくなってしまう。これにより、この発明の面内膜厚均一性に優れた酸化膜の形成が有効となる。
【００３４】
薄膜化工程での活性層用ウェーハの酸化方法は限定されない。例えば、乾燥酸素によるドライ酸化法を採用することができる。その他、水素ガスと酸素ガスとの燃焼により発生した純水を使用するウェット酸化法でもよい。さらには、ＨＣｌを含む酸素雰囲気で酸化する塩酸酸化法でもよい。
薄膜化工程での酸化処理温度は、７００〜１１００℃である。７００℃未満では酸化膜形成速度が非常に遅い。また、１１００℃を超えるとスリップが発生する。好ましい酸化処理温度は１０００〜１０５０℃である。この範囲であればスリップの発生を抑えることができ、スループットを低下させることなく酸化膜の形成ができるというさらに好適な効果が得られる。
【００３５】
薄膜化工程でのシリコン酸化膜の厚さは、１００〜６００ｎｍである。この厚さが６００ｎｍを超えると酸化処理に長時間を要し、スループットが低下する。好ましいシリコン酸化膜の厚さは、３００〜５００ｎｍである。
【発明の効果】
【００３６】
請求項１および請求項３に記載の半導体ウェーハの酸化膜形成方法によれば、予め半導体ウェーハを還元ガスの雰囲気で熱処理し、半導体ウェーハの自然酸化膜を除去後、この工程に連続して、半導体ウェーハを同じ炉内で酸化熱処理し、シリコン酸化膜を形成する。これにより、自然酸化膜を除去する熱処理炉からの半導体ウェーハの取り出しに起因した自然酸化膜の再形成を防ぎ、しかも自然酸化膜に含まれる不純物によるシリコン酸化膜の面内膜厚均一性の低下を解消することができる。
【００３７】
特に、請求項４に記載の発明によれば、酸化前処理工程から酸化膜形成工程に移行する間に、窒素ガス、窒素ガスと酸素ガスとの混合ガス、窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスのうち、何れか１つを雰囲気ガスとして、半導体ウェーハを熱処理する。これにより、半導体ウェーハの表面荒れを抑制することができる。
【００３８】
また、請求項５に記載の貼り合わせＳＯＩ基板の製造方法によれば、予め活性層用ウェーハおよびまたは支持基板用ウェーハを還元ガスの雰囲気で熱処理し、自然酸化膜を除去してから、この工程に連続して、同じ熱処理炉内でそのウェーハを酸化熱処理し、シリコン酸化膜を形成する。これにより、熱処理炉からのウェーハの取り出しに起因した自然酸化膜の再形成を防ぎ、しかも自然酸化膜に含まれる不純物に起因したシリコン酸化膜の面内膜厚均一性の低下を解消することができる。
また、このシリコン酸化膜を貼り合わせ面側として両ウェーハを貼り合わせると、シリコン酸化膜の面内膜厚均一性が高いので、貼り合わせ界面間におけるボイドの発生を抑制することができる。
【００３９】
さらに、請求項６に記載の発明によれば、予め還元ガスでの熱処理により、活性層用ウェーハの表面側の自然酸化膜を除去し、この工程に連続して、ウェーハを熱酸化処理してシリコン酸化膜を形成する。その後、シリコン酸化膜をエッチングして活性層用ウェーハを薄膜化することで、ＳＯＩ層を形成する。
これにより、熱処理炉からのウェーハの取り出しに起因した自然酸化膜の再形成を防止し、しかも自然酸化膜に含まれる不純物に起因したシリコン酸化膜の面内膜厚均一性の低下を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００４１】
〔試験例１〜４、比較例１、２〕
まず、ボロンが所定量添加されたｐ型の単結晶シリコンインゴットをＣＺ法により引き上げる。その後、単結晶シリコンインゴットに、ブロック切断、スライス、面取り、鏡面研磨などを施す。これにより、厚さ７７０μｍ、直径３００ｍｍ、比抵抗１０〜２０Ωｃｍ、ｐ型の鏡面仕上げされたシリコンウェーハを得た。酸素濃度は１２〜１３×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。
【００４２】
シリコンウェーハを熱処理炉に挿入し、エッチングガスであるアルゴンガス（１００％）の雰囲気で、表１に示す条件に則って熱処理し、シリコンウェーハの自然酸化膜を含むシリコン表面層をエッチングにより除去した（図１および図２のグラフ）。
次に、この炉内から雰囲気ガスをパージした後、水素ガスと酸素ガスとの混合ガス（混合比＝１：１）を流し込み、同じ熱処理炉内で、同じウェーハに対して９５０℃、３０分の熱酸化処理を施した。シリコン酸化膜の狙い厚さは、１５０ｎｍである。
【００４３】
得られたシリコン酸化膜の面内膜厚均一性の評価と、スリップの発生の有無とを、表１に示す。また、このシリコン酸化膜を有したシリコンウェーハを、貼り合わせＳＯＩ基板の活性層用ウェーハに利用した際の活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの貼り合わせ界面におけるＳＯＩ層の膜厚均一性の評価とを表１に示す。  
【００４４】
シリコン酸化膜およびＳＯＩ層の面内膜厚均一性の各評価は、分光エリプソメータ（テンコール社製）を用いて、シリコン酸化膜の面内およびＳＯＩ層の面内の４９点をそれぞれ測定し、その最大値から最小値を引いた値である。スリップの評価は目視によるＸ線トポグラフ（Ｘ−Ｒａｙ  Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）法である。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
表１から明らかなように、シリコンウェーハを熱酸化処理する前に自然酸化膜を除去するようにしたので、シリコン酸化膜、ひいてはＳＯＩ層との面内膜厚のばらつきが改善された。ただし、炉内温度が１２００℃以上の場合にはシリコンウェーハにスリップが発生した。
【実施例２】
【００４７】
試験例３の条件で、熱処理炉内の雰囲気ガスを、アルゴンガスから水素ガスと酸素ガスとの混合ガスに変更する間に、窒素ガスと酸素ガスとの混合ガス（混合比９７：３）を、炉内に３０分流した（図３のグラフ）。その際の炉内温度は６５０℃である。これにより、シリコン酸化膜の表面ラフネスが、ＰＶ値２．３ｎｍから１．６ｎｍまでに低減した。
これから明らかなように、酸化前処理工程から酸化膜形成工程に移行する間に、酸素濃度が小さい雰囲気ガスでシリコンウェーハを熱処理するようにしたので、シリコンウェーハの表面荒れを抑制することができた。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明の実施例１に係るシリコンウェーハの酸化前処理工程から酸化膜形成工程までのアニール温度とエッチング量との関係を示すグラフである。
【図２】この発明の実施例１に係るシリコンウェーハの酸化前処理工程から酸化膜形成工程までの熱処理温度と時間との関係を示すグラフである。
【図３】この発明の実施例２に係るシリコンウェーハの酸化前処理工程から酸化膜形成工程までの熱処理温度と時間との関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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