(57)【要約】【課題】内部に生じる重金属汚染量を減少させる。【解決手段】ＳＯＩ基板の製造方法は、第１シリコン基板１４の少なくとも表面に第１酸化膜２１を形成する工程と、第１酸化膜２１が形成された第１シリコン基板１４の表面から水素イオンを注入して第１シリコン基板１４内部にイオン注入領域１６を形成する工程と、第１酸化膜２１の全部又は一部を除去する工程と、第１酸化膜又は第２シリコン基板１２の表面に形成された第２酸化膜２２又は第１酸化膜と第２酸化膜を介して第１シリコン基板１４の水素イオン注入を行った側の面を第２シリコン基板１２に接合して積層体１５を形成する工程と、積層体１５を所定の温度で熱処理することにより第１シリコン基板１４をイオン注入領域１６で分離して第２シリコン基板１２上に酸化膜を介して薄膜のＳＯＩ層１３が形成されたＳＯＩ基板１１を得る工程とを含む。【選択図】  図１
2006303201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１シリコン基板(14)の少なくとも表面に第１酸化膜(21)を形成する工程と、
前記第１酸化膜(21)が形成された前記第１シリコン基板(14)の表面から水素イオンを注入して前記第１シリコン基板(14)内部にイオン注入領域(16)を形成する工程と、
前記第１酸化膜(21)の全部を除去する工程と、
第２シリコン基板(12)の表面に第２酸化膜(22)を形成する工程と、
前記第２酸化膜(22)を介して前記第１シリコン基板(14)の水素イオン注入を行った側の面を前記第２シリコン基板(12)に接合して積層体(15)を形成する工程と、
前記積層体(15)を所定の温度で熱処理することにより前記第１シリコン基板(14)を前記イオン注入領域(16)で分離して前記第２シリコン基板(12)上に前記第２酸化膜(22)を介して薄膜のＳＯＩ層(13)が形成されたＳＯＩ基板(11)を得る工程と
を含むＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項２】
第１シリコン基板(14)の表面に形成された第１酸化膜(21)の厚さが３０〜５００ｎｍである請求項１記載のＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項３】
第１シリコン基板(14)の少なくとも表面に第１酸化膜(21)を形成する工程と、
前記第１酸化膜(21)が形成された前記第１シリコン基板(14)の表面から水素イオンを注入して前記第１シリコン基板(14)内部にイオン注入領域(16)を形成する工程と、
前記第１酸化膜(21)の一部を除去する工程と、
前記第１酸化膜(21)を介して前記第１シリコン基板(14)の水素イオン注入を行った側の面を第２シリコン基板(12)に接合して積層体(15)を形成する工程と、
前記積層体(15)を所定の温度で熱処理することにより前記第１シリコン基板(14)を前記イオン注入領域(16)で分離して前記第２シリコン基板(12)上に前記第１酸化膜(21)を介して薄膜のＳＯＩ層(13)が形成されたＳＯＩ基板(11)を得る工程と
を含むＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項４】
第１シリコン基板(14)の表面に形成された第１酸化膜(21)の除去される厚さが３０〜５００ｎｍである請求項３記載のＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項５】
第１シリコン基板(14)の少なくとも表面に第１酸化膜(21)を形成する工程と、
前記第１酸化膜(21)が形成された前記第１シリコン基板(14)の表面から水素イオンを注入して前記第１シリコン基板(14)内部にイオン注入領域(16)を形成する工程と、
前記第１酸化膜(21)の一部を除去する工程と、
第２シリコン基板(12)の表面に第２酸化膜(22)を形成する工程と、
前記第１酸化膜(21)に前記第２酸化膜(22)が重なるように前記第１シリコン基板(14)の水素イオン注入を行った側の面を前記第２シリコン基板(12)に接合して積層体(15)を形成する工程と、
前記積層体(15)を所定の温度で熱処理することにより前記第１シリコン基板(14)を前記イオン注入領域(16)で分離して前記第２シリコン基板(12)上に前記第１酸化膜(21)及び前記第２酸化膜(22)を介して薄膜のＳＯＩ層(13)が形成されたＳＯＩ基板(11)を得る工程と
を含むＳＯＩ基板の製造方法。
【請求項６】
第１シリコン基板(14)の表面に形成された第１酸化膜(21)の除去される厚さが３０〜５００ｎｍである請求項５記載のＳＯＩ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化膜上にＳＯＩ層を設けたＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を水素イオン注入技術を用いて製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＳＯＩ基板の製造方法として、第１シリコン基板の表面に酸化膜を形成した後、その内部に高濃度の水素イオンを注入し、シリコン基板表面から所定の深さにイオン注入領域を形成し、その後この第１シリコン基板に第２シリコン基板を重ね合せて両者が接合した積層体を形成し、この積層体を５００℃以上の温度に昇温して上記第１シリコン基板を上記水素イオン注入領域で第２シリコン基板から分離し、第２シリコン基板の表面に半導体ＳＯＩ層を形成する製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法では、第２シリコン基板とこの基板上に形成されて埋込み酸化膜として作用する酸化膜とこの酸化膜上に形成された半導体ＳＯＩ層とを有するＳＯＩ基板を製造することができるようになっている。
【０００３】
このＳＯＩ基板の製造において、第１シリコン基板と第２シリコン基板とを接合する際、第１シリコン基板と第２シリコン基板の接合面にパーティクルや有機物等の異物が存在すると、それらが第１シリコン基板と第２シリコン基板の接合を妨げ、その接合界面に未接合部を形成してしまう場合がある。接合界面に未接合部が形成されると、得られたＳＯＩ基板の結合界面にボイド不良やブリスター不良が引き起こされる。特に、接合界面の接合力が弱い場合は、結合熱処理を行ってもボイド不良やブリスター不良が発生し易く、また、そのサイズも大きくなる傾向にある。この点を解消するために、第１シリコン基板と第２シリコン基板を接合する以前に、第１シリコン基板と第２シリコン基板を洗浄・乾燥してから、それらの基板を接合することがなされている（例えば、特許文献２参照。）。このように第１シリコン基板と第２シリコン基板を接合する以前にそれらを洗浄・乾燥することにより、第１シリコン基板と第２シリコン基板の接合面に存在するパーティクルや有機物等の異物を除去し、これによりＳＯＩ基板における接合界面に未接合部が形成されることを防止できるものとしている。
【特許文献１】特開平５−２１１１２８（特許請求の範囲）
【特許文献２】特開２００３−３０９１０１号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、第１シリコン基板に水素イオンを注入してその第１シリコン基板の内部にイオン注入領域を形成して第２シリコン基板と接合し、その後このイオン注入領域で第１シリコン基板を分離することによりＳＯＩ基板を得る製造方法においては、第１シリコン基板と第２シリコン基板の接合面に存在するパーティクルや有機物等の異物を洗浄により除去できたとしても、水素イオンを注入する際にその装置や部品に使用されているＡｌや他のＳＵＳ系の重金属（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ等）が第１シリコン基板に同時に注入されて第１シリコン基板の内部に重金属からなる汚染を生じさせる未だ解決すべき課題が残存していた。そして、水素イオン注入時に第１シリコン基板の内部に生じた重金属汚染は、その後の接合工程やデバイスの作製工程において歩留まりを低下させる原因となる。
本発明の目的は、内部に生じる重金属汚染量を減少し得るＳＯＩ基板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】
【０００５】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、第１シリコン基板１４の少なくとも表面に第１酸化膜２１を形成する工程と、第１酸化膜２１が形成された第１シリコン基板１４の表面から水素イオンを注入して第１シリコン基板１４内部にイオン注入領域１６を形成する工程と、第１酸化膜２１の全部を除去する工程と、第２シリコン基板１２の表面に第２酸化膜２２を形成する工程と、第２酸化膜２２を介して第１シリコン基板１４の水素イオン注入を行った側の面を第２シリコン基板１２に接合して積層体１５を形成する工程と、積層体１５を所定の温度で熱処理することにより第１シリコン基板１４をイオン注入領域１６で分離して第２シリコン基板１２上に第２酸化膜２２を介して薄膜のＳＯＩ層１３が形成されたＳＯＩ基板１１を得る工程とを含むＳＯＩ基板の製造方法である。
この請求項１に記載されたＳＯＩ基板の製造方法では、第１シリコン基板１４に水素イオンを注入した後に、その第１シリコン基板１４の表面に形成された第１酸化膜２１の全部を除去するので、イオン注入工程において第１シリコン基板１４に注入された重金属をこの第１酸化膜２１とともに第１シリコン基板１４から除去することができる。このため、得られたＳＯＩ基板１１では、第１酸化膜２１を除去することのない従来品に比較して、その内部に生じる重金属汚染量を減少させることができる。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、第１シリコン基板１４の表面に形成された第１酸化膜２１の厚さが３０〜５００ｎｍであるＳＯＩ基板の製造方法である。
この請求項２に記載されたＳＯＩ基板の製造方法では、イオン注入工程において第１シリコン基板１４に注入された重金属を確実に第１シリコン基板１４から除去することができる。
【０００７】
請求項３に係る発明は、図２に示すように、第１シリコン基板１４の少なくとも表面に第１酸化膜２１を形成する工程と、第１酸化膜２１が形成された第１シリコン基板１４の表面から水素イオンを注入して第１シリコン基板１４内部にイオン注入領域１６を形成する工程と、第１酸化膜２１の一部を除去する工程と、第１酸化膜２１を介して第１シリコン基板１４の水素イオン注入を行った側の面を第２シリコン基板１２に接合して積層体１５を形成する工程と、積層体１５を所定の温度で熱処理することにより第１シリコン基板１４をイオン注入領域１６で分離して第２シリコン基板１２上に第１酸化膜２１を介して薄膜のＳＯＩ層１３が形成されたＳＯＩ基板１１を得る工程とを含むＳＯＩ基板の製造方法である。
この請求項３に記載されたＳＯＩ基板の製造方法であっても、イオン注入工程において第１シリコン基板１４に注入された重金属をこの第１酸化膜２１から除去することができ、得られたＳＯＩ基板１１の内部に生じる重金属汚染量を減少させることができる。この場合、第２シリコン基板１２に別に酸化膜を形成する必要はないので、第２シリコン基板１２に別に酸化膜を形成する場合に比較してＳＯＩ基板の製造工程を単純にすることができる。
【０００８】
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明であって、第１シリコン基板１４の表面に形成された第１酸化膜２１の除去される厚さが３０〜５００ｎｍであるＳＯＩ基板の製造方法である。
この請求項４に記載されたＳＯＩ基板の製造方法では、第１シリコン基板１４に注入された重金属を確実に第１シリコン基板１４から除去することができる。
【０００９】
請求項５に係る発明は、図３に示すように、第１シリコン基板１４の少なくとも表面に第１酸化膜２１を形成する工程と、第１酸化膜２１が形成された第１シリコン基板１４の表面から水素イオンを注入して第１シリコン基板１４内部にイオン注入領域１６を形成する工程と、第１酸化膜２１の一部を除去する工程と、第２シリコン基板１２の表面に第２酸化膜２２を形成する工程と、第１酸化膜２１に第２酸化膜２２が重なるように第１シリコン基板１４の水素イオン注入を行った側の面を第２シリコン基板１２に接合して積層体１５を形成する工程と、積層体１５を所定の温度で熱処理することにより第１シリコン基板１４をイオン注入領域１６で分離して第２シリコン基板１２上に第１酸化膜２１及び第２酸化膜２２を介して薄膜のＳＯＩ層１３が形成されたＳＯＩ基板１１を得る工程とを含むＳＯＩ基板の製造方法である。
この請求項５に記載されたＳＯＩ基板の製造方法でも、イオン注入工程において第１シリコン基板１４に注入された重金属をこの第１酸化膜２１から除去することができる。このため、得られたＳＯＩ基板１１の内部に生じる重金属汚染量を減少させることができる。そして、ＳＯＩ層１３は、第２シリコン基板１２上に第１酸化膜２１及び第２酸化膜２２を介して第２シリコン基板１２に接合させられるので、第１酸化膜２１の一部を除去しても必要な酸化膜の厚さを十分に確保することができる。
【００１０】
請求項６に係る発明は、請求項５に係る発明であって、第１シリコン基板１４の表面に形成された第１酸化膜２１の除去される厚さが３０〜５００ｎｍであるＳＯＩ基板の製造方法である。
この請求項５に記載されたＳＯＩ基板の製造方法では、第１シリコン基板１４に注入された重金属を確実に第１シリコン基板１４から除去することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のＳＯＩ基板の製造方法では、第１酸化膜が形成された第１シリコン基板の表面から水素イオンを注入して第１シリコン基板内部にイオン注入領域を形成した後、その第１酸化膜の全部又は一部を除去するので、イオン注入工程において第１シリコン基板に注入された重金属をこの第１酸化膜とともに第１シリコン基板から除去することができる。このため、最終的に得られたＳＯＩ基板では、第１酸化膜を除去することのない従来品に比較して、その内部に生じる重金属汚染量を減少させることができる。
この場合、第１酸化膜の一部を除去し、その第１酸化膜を介して第１シリコン基板を第２シリコン基板に接合するようにすれば、第２シリコン基板に別に酸化膜を形成する必要はないので、第２シリコン基板に別に酸化膜を形成する場合に比較してＳＯＩ基板の製造工程を単純にすることができる。
一方、第２シリコン基板の表面にも第２酸化膜を形成するようにすれば、得られたＳＯＩ基板におけるＳＯＩ層は、第２シリコン基板上に形成された第２酸化膜を介して、又はこの第２酸化膜と第１酸化膜を介して第２シリコン基板に接合させられるので、第１酸化膜の一部又は全部を除去しても必要な酸化膜の厚さを十分に確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に本発明を実施するための第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１（ｌ）に示すように、ＳＯＩ基板１１は、シリコン単結晶からなる第２シリコン基板１２と、第２シリコン基板１２上に第２酸化膜２２を介して接合させられるシリコン単結晶からなるＳＯＩ層１３とを備える。上記第２酸化膜２２は電気絶縁性を有するシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）であり、当初は第２シリコン基板１２に形成されるものである。ＳＯＩ層１３の厚さは１０〜２００ｎｍ、好ましくは１０〜７０ｎｍの範囲に形成されることが望ましいが、実際のＳＯＩ層１３の膜厚はデバイスメーカーの要求によるものであるので、この限りではない。
【００１３】
このようなＳＯＩ基板１１の本発明における製造方法を説明する。
先ずシリコン単結晶からなる第１シリコン基板１４を準備し、その第１シリコン基板１４の表面のみならず裏面及び側面（図示せず）を含む全面に熱酸化により電気絶縁性を有するシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）からなる第１酸化膜２１を形成する（図１（ａ））。この第１酸化膜２１は３０〜５００ｎｍ、好ましくは５０〜３５０ｎｍの厚さになるように形成される。なお、上記第１酸化膜２１は、熱酸化ではなくＣＶＤ法により第１シリコン基板１４の表面に形成してもよい。
【００１４】
次いで上記第１シリコン基板１４の表面から水素イオンを４×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ2〜１０×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ2のドーズ量及び２０〜２００ｋｅＶの加速エネルギでイオン注入する。これにより第１シリコン基板１４内部にイオン注入領域１６を形成する（図１（ｂ））。ここで、水素イオンのドーズ量を４×１０16／ｃｍ2〜１０×１０16／ｃｍ2の範囲に限定したのは、４×１０16／ｃｍ2未満では第１熱処理で劈開できず、１０×１０16／ｃｍ2を越えると水素イオン注入時に第１シリコン基板１４表面の自己剥離が発生しパーティクルが発生し易くなるからである。また加速エネルギを２０〜２００ｋｅＶの範囲に限定したのは、２０ｋｅＶ未満ではＳＯＩ層１３が薄くなり過ぎ、２００ｋｅＶを越えると特殊なイオン注入装置が必要になるからである。
【００１５】
次に、第１酸化膜２１の全部を除去する（図１（ｄ））。この第１酸化膜２１の除去は、ＨＦ洗浄により行われ、イオン注入工程においてこの第１酸化膜２１に注入された重金属とともにその全てを除去する。このため、第１酸化膜２１の厚さは３０〜５００ｎｍの範囲であることが好ましく、５０〜３５０ｎｍの範囲であることが更に好ましい。この第１酸化膜２１の厚さが３０ｎｍ未満では注入された重金属汚染を十分に除去することが困難になり、また、加速エネルギ２００ｋｅＶ以下のイオン注入においては、５００ｎｍより深い領域には重金属は注入されない。なお、上記第１酸化膜２１の除去は、ＨＦ洗浄でなく、反応性イオンエッチングや、ＥＣＲプラズマエッチングにより行っても良い。
【００１６】
一方、上記第１シリコン基板１４と同一表面積を有するシリコン単結晶からなる第２シリコン基板１２を用意する（図１（ｃ））。そしてこの第２シリコン基板１２の表面のみならず裏面及び側面（図示せず）を含む全面に熱酸化により電気絶縁性を有するシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）からなる第２酸化膜２２を形成する（図１（ｅ））。この第２酸化膜２２は１０〜３００ｎｍ、好ましくは５０〜２００ｎｍの厚さになるように形成される。ここで、第２酸化膜２２の厚さを１０〜３００ｎｍの範囲に限定したのは、１０ｎｍ未満では後述する第１シリコン基板１４との接合において高温時の酸化膜の流動性を使ったブリスタ消滅という効果が小さくなりその結果ブリスタが発生し易くなり、３００ｎｍを越えると埋込み酸化膜の均一性がデバイス要求より劣化するからである。なお、上記第２酸化膜（ＳｉＯ2膜）を熱酸化ではなくＣＶＤ法により第２シリコン基板１２の表面にのみ形成してもよい。
【００１７】
次に、上記第２酸化膜２２を介して第１シリコン基板１４の水素イオン注入を行った側の面を第２シリコン基板１２に重ね合せて積層体１５を形成する（図１（ｆ））。この積層体１５を形成する工程には、第１シリコン基板１４を第２シリコン基板１２に重ね合せてその位置合せを行う工程と、その後第１シリコン基板１４に重ね合せた第２シリコン基板１２の中央に第１シリコン基板１４に向かう荷重を加える工程が含まれる。第１シリコン基板１４と第２シリコン基板１２を重ね合わせて加重を加えると、その間に存在する気体が周囲から徐々に外部に排出され、第１シリコン基板１４と第２シリコン基板１２の接合面積が第１シリコン基板１４又は第２シリコン基板１２の接合側主面の全面積まで拡大した状態で両者の接合が完了し、この完了により第１シリコン基板１４と第２シリコン基板１２が接合した積層体１５が得られる。
【００１８】
その後この積層体１５を窒素雰囲気中で４００〜８００℃、好ましくは４５０〜６００℃に、１〜３０分間、好ましくは１０〜３０分間保持して第１熱処理を行う。これにより第１シリコン基板１４が水素イオンの注入ピーク位置付近に相当するイオン注入領域１６のところで割れて、下部の厚肉部１７と上部の薄いＳＯＩ層１３に分離する（図１（ｇ））。上部のＳＯＩ層１３は第２酸化膜２２を介して第２シリコン基板１２に密着し貼合せ基板１８となる（図１（ｈ））。下部の厚肉部１７はその後分離面が研磨されて再利用される（図１（ｉ）及び（ｋ））。
次に貼合せ基板１８を一般的な手法で、最終的な膜厚になるまで平坦化及び薄膜化処理を行う。例えば、分離の際に生じたダメージの存在する領域をＣＭＰ加工や酸化処理等により除去した後、貼合せ強度を向上させる熱処理を行う。更にＣＭＰ加工、水素やアルゴンガス等の雰囲気による高温熱処理によって平坦化を行い（図１（ｊ））、次いで所定のＳＯＩ層１３の膜厚になるまで、ＣＭＰ加工や酸化処理による薄膜化を行い、ＳＯＩ基板１１を得る（図１（ｌ））。
【００１９】
このようなＳＯＩ基板１１の製造方法では、第１シリコン基板１４に水素イオンを注入した後に、その第１シリコン基板１４の表面に形成された第１酸化膜２１の全部を除去するので、イオン注入工程において第１シリコン基板１４に注入された重金属をこの第１酸化膜２１ととも第１シリコン基板１４から除去することができる。このため、その後この第１シリコン基板１４の水素イオン注入を行った側の面を第２シリコン基板１２に重ね合せて両者が接合した積層体１５を形成し、この積層体１５を水素イオン注入領域１６で分離することにより得られたＳＯＩ基板１１では、第１酸化膜２１を除去することのない従来品に比較して、その内部に生じる重金属汚染量を減少させることができる。
【００２０】
図２の本発明の第２の実施の形態を示す。図２において上述した実施の形態と同一符号は同一部品を示し、繰り返しての説明を省略する。
図２（ｋ）に示すように、ＳＯＩ基板１１は、シリコン単結晶からなる第２シリコン基板１２と、第２シリコン基板１２上に第１酸化膜２１を介して接合させられるシリコン単結晶からなるＳＯＩ層１３とを備える。上記第１酸化膜２１は電気絶縁性を有するシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）であり、当初は第１シリコン基板１４に形成されるものである。
【００２１】
このようなＳＯＩ基板の本発明の第２の実施の形態における製造方法を説明する。
先ずシリコン単結晶からなる第１シリコン基板１４を準備し、その第１シリコン基板１４の表面のみならず裏面及び側面（図示せず）を含む全面に熱酸化により電気絶縁性を有するシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）からなる第１酸化膜２１を形成する（図２（ａ））。なお、上記第１酸化膜２１は、熱酸化ではなくＣＶＤ法により第１シリコン基板１４の表面にのみ形成してもよい。次いで上記第１シリコン基板１４の表面から水素イオンを注入する（図２（ｂ））。この注入条件及び手順は上述した実施の形態と同一であるので繰り返しての説明を省略する。
【００２２】
その後、第１酸化膜２１の一部を除去する（図２（ｃ））。この第１酸化膜２１の除去は、ＨＦ洗浄等により行われ、イオン注入工程においてこの第１酸化膜２１に注入された重金属を除去するために行う。除去される第１酸化膜２１の厚さは３０〜５００ｎｍであることが好ましく、５０〜３５０ｎｍの範囲であることが更に好ましい。このようにして、第１シリコン基板１４に残存する第１酸化膜２１の厚さが１０〜３００ｎｍ、好ましくは５０〜２００ｎｍの厚さになるように当初形成された第１酸化膜２１の一部を除去する。ここで、第１シリコン基板１４に残存する第１酸化膜２１の厚さを１０〜３００ｎｍに限定したのは１０ｎｍ未満では後述する第２シリコン基板１２との接合において高温時の酸化膜の流動性を使ったブリスタ消滅という効果が少なくなり、その結果ブリスタが発生しやすくなり、３００ｎｍを越えると埋込酸化膜の均一性がデバイス要求より劣化するからである。除去する第１酸化膜２１の厚さが３０ｎｍ未満では注入された重金属汚染を十分に除去することが困難になり、また、加速エネルギ２００ｋｅＶ以下のイオン注入においては、５００ｎｍより深い領域には重金属は注入されない。
【００２３】
一方、上記第１シリコン基板１４と同一表面積を有するシリコン単結晶からなる第２シリコン基板１２を用意する（図２（ｄ））。そしてこの第２シリコン基板１２の表面に酸化膜を形成することなく、上記第１酸化膜２１を介して第１シリコン基板１４の水素イオン注入を行った側の面をこの第２シリコン基板１２に重ね合せて積層体１５を形成する（図２（ｅ））。その後この積層体１５に上述した実施の形態と同様に第１熱処理を行い、これによりイオン注入領域１６のところで割って、下部の厚肉部１７と上部の薄いＳＯＩ層１３に分離する（図２（ｆ））。次に貼合せ基板１８を上述した実施の形態と同様に一般的な手法で、最終的な膜厚になるまで平坦化及び薄膜化処理を行い（図２（ｇ）及び（ｉ））、ＳＯＩ基板１１を得る（図２（ｋ））。
【００２４】
このようなＳＯＩ基板１１の製造方法では、第１シリコン基板１４に水素イオンを注入した後に、その第１シリコン基板１４の表面に形成された第１酸化膜２１の一部を除去するので、イオン注入工程において第１シリコン基板１４に注入された重金属をこの第１酸化膜２１から除去することができる。このため、その後この第１シリコン基板１４を第２シリコン基板１２に重ね合せて両者が接合した積層体１５を形成し、この積層体１５を水素イオン注入領域１６で分離することにより得られたＳＯＩ基板１１では、第１酸化膜２１の一部を除去することのない従来品に比較して、その内部に生じる重金属汚染量を減少させることができる。
一方、ＳＯＩ層１３は、第１シリコン基板１４上に残存する第１酸化膜２１を介して第２シリコン基板１２に接合させられるので、第２シリコン基板１２に別に酸化膜を形成する必要はなく、第２シリコン基板１２に別に酸化膜を形成する場合に比較してＳＯＩ基板の製造工程を単純にすることができる。
【００２５】
図３の本発明の第３の実施の形態を示す。図３において上述した実施の形態と同一符号は同一部品を示し、繰り返しての説明を省略する。
図３（ｌ）に示すように、ＳＯＩ基板１１は、シリコン単結晶からなる第２シリコン基板１２と、第２シリコン基板１２上に第１酸化膜２１及び第２酸化膜２２を介して接合させられるシリコン単結晶からなるＳＯＩ層１３とを備える。上記第１酸化膜２１及び第２酸化膜２２は電気絶縁性を有するシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）であり、上記第1酸化膜２１は第１シリコン基板１４に当初形成され、上記第２酸化膜２２は第２シリコン基板１２に当初形成される。
【００２６】
このようなＳＯＩ基板１１の本発明における製造方法を説明する。
先ずシリコン単結晶からなる第１シリコン基板１４を準備し、その第１シリコン基板１４の表面のみならず裏面及び側面（図示せず）を含む全面に熱酸化により電気絶縁性を有するシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）からなる第１酸化膜２１を形成する（図３（ａ））。なお、上記第１酸化膜２１は、熱酸化ではなくＣＶＤ法により第１シリコン基板１４の表面に形成してもよい。次いで上記第１シリコン基板１４の表面から水素イオンを注入する（図３（ｂ））。この注入条件及び手順は上述した実施の形態と同一であるので繰り返しての説明を省略する。
【００２７】
その後、第１酸化膜２１の一部を除去する（図３（ｄ））。この第１酸化膜２１の除去は、ＨＦ洗浄等により行われ、イオン注入工程においてこの第１酸化膜２１に注入された重金属を除去するために行う。除去される第１酸化膜２１の厚さは３０〜５００ｎｍであることが好ましく、５０〜３５０ｎｍの範囲であることが更に好ましい。このようにして、第１シリコン基板１４に残存する第１酸化膜２１の厚さが１０〜３００ｎｍ、好ましくは５０〜２００ｎｍの厚さになるように当初形成された第１酸化膜２１の一部を除去する。除去する第１酸化膜２１の厚さが３０ｎｍ未満では注入された重金属汚染を十分に除去することが困難になり、また、加速エネルギ２００ｋｅＶ以下のイオン注入においては、５００ｎｍより深い領域には重金属が注入されない。更に、第１シリコン基板１４の表面に残存する第１酸化膜２１の厚さを１０〜３００ｎｍの範囲に限定したのは、１０ｎｍ未満では後述する第２シリコン基板１２との接合において高温時の酸化膜の流動性を使ったブリスタ消滅という効果が少なくなりその結果ブリスタが発生しやすくなり、３００ｎｍを越えると埋込酸化膜の均一性がデバイス要求より劣化するからである。
【００２８】
一方、上記第１シリコン基板１４と同一表面積を有するシリコン単結晶からなる第２シリコン基板１２を用意する（図３（ｃ））。そしてこの第２シリコン基板１２の表面のみならず裏面及び側面（図示せず）を含む全面に熱酸化により電気絶縁性を有するシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）からなる第２酸化膜２２を形成する（図３（ｅ））。この第２酸化膜２２は、一部を除去して第１シリコン基板１４の表面に残存させる第１酸化膜２１の厚さとの和が１０〜３００ｎｍ、好ましくは５０〜２００ｎｍになるように形成される。なお、上記第２酸化膜（ＳｉＯ2膜）を熱酸化ではなくＣＶＤ法により第２シリコン基板１２の表面にのみ形成してもよい。
【００２９】
そして上記第１酸化膜２１及び第２酸化膜２２を介して第１シリコン基板１４の水素イオン注入を行った側の面をこの第２シリコン基板１２に重ね合せて積層体１５を形成する（図３（ｆ））。その後この積層体１５に上述した実施の形態と同様に第１熱処理を行い、これによりイオン注入領域１６のところで割って、下部の厚肉部１７と上部の薄いＳＯＩ層１３に分離する（図３（ｇ））。次に貼合せ基板１８を上述した実施の形態と同様に一般的な手法で、最終的な膜厚になるまで平坦化及び薄膜化処理を行い（図３（ｈ）及び（ｊ））、ＳＯＩ基板１１を得る（図３（ｌ））。
【００３０】
このようなＳＯＩ基板１１の製造方法では、第１シリコン基板１４に水素イオンを注入した後に、その第１シリコン基板１４の表面に形成された第１酸化膜２１の一部を除去するので、イオン注入工程において第１シリコン基板１４に注入された重金属をこの第１酸化膜２１から除去することができる。このため、その後この第１シリコン基板１４の水素イオン注入を行った側の面を第２シリコン基板１２に重ね合せて両者が接合した積層体１５を形成し、この積層体１５を水素イオン注入領域１６で分離することにより得られたＳＯＩ基板１１では、第１酸化膜２１の一部を除去することのない従来品に比較して、その内部に生じる重金属汚染量を減少させることができる。
一方、ＳＯＩ層１３は、第２シリコン基板１２上に第１酸化膜２１及び第２酸化膜２２を介して第２シリコン基板１２に接合させられるので、第１酸化膜２１の一部を除去しても必要な酸化膜の厚さを十分に確保することができる。
【実施例】
【００３１】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
図１に示すように、先ずシリコン単結晶からなり、外径及び厚さが３００ｍｍ及び０．７８ｍｍである第１シリコン基板１４をｗｅｔ酸素雰囲気中で１０００℃×１５分間保持する熱処理を行って、第１シリコン基板１４の表面に厚さが１００ｎｍの第１酸化膜２１を形成した。次いで上記第１シリコン基板１４の表面から水素イオンを６×１０16／ｃｍ2のドーズ量及び５０ｋｅＶの加速エネルギで注入して第１シリコン基板１４内部にイオン注入領域１６を形成した（図１（ｂ））。その後、第１酸化膜２１の全てをＨＦエッチングにより除去した（図１（ｄ））。
【００３２】
一方、上記第１シリコン基板１４と同形同大の第２シリコン基板１２を用意し（図１（ｃ））、この第２シリコン基板１２をｗｅｔ酸素雰囲気中で１０００℃×２０分間保持する熱処理を行って、第２シリコン基板１２の表面に厚さが１５０ｎｍの第２酸化膜２２を形成した（図１（ｅ））。この第２酸化膜２２を介して第２シリコン基板１２に上記第１シリコン基板１４の水素イオン注入を行った側の面を重ね合せて密着させて積層体１５を得た（図１（ｆ））。
次にこの積層体１５を窒素雰囲気中で５００℃に３０分間の熱処理を施し、イオン注入領域１６のところで割って上部のＳＯＩ層１３が第２酸化膜２２を介して第２シリコン基板１２に密着した貼合せ基板１８を得た（図１（ｈ））。この貼合せ基板１８を酸化処理により剥離時のダメージ層を除去した後、更に貼合せ界面の結合力を完全させるたにアルゴンガス雰囲気中での高温熱処理を行い、その後表面の平坦化を行った（図１（ｈ）及び（ｊ））。次いで酸化性雰囲気による熱処理で、所定のＳＯＩ層の膜厚になるまで、薄膜化処理を行った。こうして得られたＳＯＩ基板１１を実施例１とした（図１（ｌ））。
【００３３】
＜実施例２＞
図２に示すように、先ずシリコン単結晶からなり、外径及び厚さが３００ｍｍ及び０．７８ｍｍである第１シリコン基板１４をｗｅｔ酸素雰囲気中で１０００℃×４０分間保持する熱処理を行って、第１シリコン基板１４の表面に厚さが２５０ｎｍの第１酸化膜２１を形成した。次いで上記第１シリコン基板１４の表面から水素イオンを６×１０16／ｃｍ2のドーズ量及び５０ｋｅＶの加速エネルギで注入して第１シリコン基板１４内部にイオン注入領域１６を形成した（図２（ｂ））。その後、第１酸化膜２１をＨＦエッチングにより１００ｎｍ除去し、第１シリコン基板１４に厚さが１５０ｎｍの第１酸化膜２１を残存させた（図２（ｃ））。
【００３４】
一方、上記第１シリコン基板１４と同形同大の第２シリコン基板１２を用意し（図２（ｄ））、この第２シリコン基板１２に酸化膜を形成することなく、第１酸化膜２１を介して第２シリコン基板１２に第１シリコン基板１４の水素イオン注入を行った側の面を重ね合せて密着させて積層体１５を得た（図２（ｅ））。
次にこの積層体１５を窒素雰囲気中で５００℃×３０分間の熱処理を施し、イオン注入領域１６のところで割って（図２（ｆ））上部のＳＯＩ層１３が第１酸化膜２１を介して第２シリコン基板１２に密着した貼合せ基板１８を得た（図２（ｇ））。この貼合せ基板１８を酸化処理により剥離時のダメージ層を除去した後、更に貼合せ界面の結合力を完全させるたにアルゴンガス雰囲気中での高温熱処理を行い、その後表面の平坦化を行った（図２（ｇ）及び（ｉ））。次いで酸化性雰囲気による熱処理で、所定のＳＯＩ層の膜厚になるまで、薄膜化処理を行った。こうして得られたＳＯＩ基板１１を実施例２とした（図２（ｋ））。
【００３５】
＜実施例３＞
図３に示すように、先ずシリコン単結晶からなり、外径及び厚さが３００ｍｍ及び０．７８ｍｍである第１シリコン基板１４をｗｅｔ酸素雰囲気中で１０００℃×２０分間保持する熱処理を行って、第１シリコン基板１４の表面に厚さが１５０ｎｍの第１酸化膜２１を形成した。次いで上記第１シリコン基板１４の表面から水素イオンを６×１０16／ｃｍ2のドーズ量及び５０ｋｅＶの加速エネルギで注入して第１シリコン基板１４内部にイオン注入領域１６を形成した（図３（ｂ））。その後、第１酸化膜２１をＨＦエッチングにより１００ｎｍ除去し、第１シリコン基板１４に厚さが５０ｎｍの第１酸化膜２１を残存させた（図３（ｄ））。
【００３６】
一方、上記第１シリコン基板１４と同形同大の第２シリコン基板１２を用意し（図３（ｃ））、この第２シリコン基板１２をｗｅｔ酸素雰囲気中で１０００℃×１５分間保持する熱処理を行って、第２シリコン基板１２の表面に厚さが１００ｎｍの第２酸化膜２２を形成した（図３（ｅ））。この第１及び第２酸化膜２１，２２を介して第２シリコン基板１２に上記第１シリコン基板１４の水素イオン注入を行った側の面を重ね合せて密着させて積層体１５を得た（図３（ｆ））。
次にこの積層体１５を窒素雰囲気中で５００℃×３０分間の熱処理を施し、イオン注入領域１６のところで割って（図３（ｇ））、上部のＳＯＩ層１３が第１及び第２酸化膜２１，２２を介して第２シリコン基板１２に密着した貼合せ基板１８を得た（図３（ｈ））。この貼合せ基板１８を酸化処理により剥離時のダメージ層を除去した後、更に貼合せ界面の結合力を完全させるたにアルゴンガス雰囲気中での高温熱処理を行い、その後表面の平坦化を行った（図３（ｈ）及び（ｊ））。次いで酸化性雰囲気による熱処理で、所定のＳＯＩ層の膜厚になるまで、薄膜化処理を行った。こうして得られたＳＯＩ基板１１を実施例３とした（図３（ｌ））。
【００３７】
＜比較例１＞
図示しないが、実施例１と同形同大のシリコン単結晶からなる第１シリコン基板を準備し、その第１シリコン基板を酸素雰囲気中で１０００℃×２０分間保持する熱処理を行って、第１シリコン基板の表面に厚さが１５０ｎｍの第１酸化膜を形成した。次いで上記第１シリコン基板の表面から水素イオンを６×１０16／ｃｍ2のドーズ量及び５０ｋｅＶの加速エネルギで注入して第１シリコン基板内部にイオン注入領域を形成した。
一方、上記第１シリコン基板と同形同大の第２シリコン基板を用意し、第１酸化膜を介して第２シリコン基板に上記第１シリコン基板を重ね合せて密着させて積層体を得た。
次にこの積層体を窒素雰囲気中で５００℃×３０分間の熱処理を施し、イオン注入領域のところで割って上部のＳＯＩ層が第２酸化膜を介して第２シリコン基板に密着した貼合せ基板を得た。この貼合せ基板を酸化処理により剥離時のダメージ層を除去した後、更に貼合せ界面の結合力を完全させるたにアルゴンガス雰囲気中での高温熱処理を行い、その後表面の平坦化を行った。次いで酸化性雰囲気による熱処理で、所定のＳＯＩ層の膜厚になるまで、薄膜化処理を行い、ＳＯＩ基板を得た。こうして第１シリコン基板に形成された酸化膜を除去することなく得られたＳＯＩ基板を比較例１とした。
【００３８】
＜比較試験１＞
実施例１〜３において水素イオンの注入後であって第１酸化膜の表面におけるＡｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒの汚染量をそれぞれ測定した。また、比較例１において水素イオンを注入した後における第１シリコン基板の表面におけるＡｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒの汚染量を測定した。汚染量の測定は誘導結合プラズマ発光分光分析法を用いて行った。そして、比較例１における汚染量を１．０とした場合における実施例１〜３の汚染量を図４に示す。
【００３９】
＜比較試験２＞
実施例１〜３において水素イオンの注入後であって第１酸化膜の一部又は全部を除去した後における第１シリコン基板の内部におけるＡｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒの汚染量をそれぞれ測定した。また、比較例１において水素イオンを注入した後における第１シリコン基板の内部におけるＡｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒの汚染量を測定した。汚染量は第１シリコン基板の表面から１μｍ内側における内部を測定し、その測定は原子吸光分析法を用いて行った。そして、比較例１における汚染量を１．０とした場合における実施例１〜３の汚染量を図５に示す。
【００４０】
＜比較試験３＞
実施例１〜３におけるＳＯＩ基板をそれぞれ１００枚ずつ製造し、その内の良品の数をそれぞれ測定した。また、比較例１におけるＳＯＩ基板を１００枚製造し、その内の良品の数を測定した。ここで、判定は目視による外観検査にてＳＯＩ基板表面にボイド、及びブリスタ不良が無い場合を良品、ボイド、或いはブリスタ不良がある場合を不良品として、その数をそれぞれ測定した。そして、比較例１における良品の数を１．０とした場合における実施例１〜３における良品の数を図６に示す。
【００４１】
＜評価＞
図４の結果から明らかなように、ＳＯＩ基板の製造に用いる第１シリコン基板の表面の第１酸化膜表面における汚染量は実施例と比較例の間に差異はなく、ほぼ等しく汚染されることが判る。しかし、図５に結果から明らかなように、その内部に生じうる汚染は第１シリコン基板の表面における第１酸化膜を全部又は一部除去した実施例１〜３の方が比較例１に比較して低減されていることが判る。従って、第１シリコン基板の表面における第１酸化膜の全部又は一部除去する本発明の製造方法により得られたＳＯＩ基板では、その内部における汚染を低減できることが判る。また、図６から明らかなように、実施例１〜３の方が比較例１に比較してその良品率が向上することが判る。これは内部汚染が比較例１よりも実施１〜３の方が低減されていることに起因するものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明第１実施形態のＳＯＩ基板の製造方法を工程順に示す図である。
【図２】本発明第２実施形態のＳＯＩ基板の製造方法を工程順に示す図である。
【図３】本発明第３実施形態のＳＯＩ基板の製造方法を工程順に示す図である。
【図４】その実施例における第１比較試験の結果を示す図である。
【図５】その実施例における第２比較試験の結果を示す図である。
【図６】その実施例における第３比較試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１１  ＳＯＩ基板
１２  第２シリコン基板
１３  ＳＯＩ層
１４  第１シリコン基板
１５  積層体
１６  イオン注入領域
２１  第１酸化膜
２２  第２酸化膜
【図１】
2006303201.tif 000003
【図２】
2006303201.tif 000004
【図３】
2006303201.tif 000005
【図４】
2006303201.tif 000006
【図５】
2006303201.tif 000007
【図６】
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