(57)【要約】【課題】高温熱処理によって、ベースウエーハに含まれていたｐ型ドーパントが、ベースウエーハの貼り合わせ面とは反対側の面から外方拡散することを簡便に防止でき、ＳＯＩ層中への混入を抑制し、かつ、反りを低減することができるＳＯＩウエーハの製造方法を提供する。【解決手段】ｐ＋シリコン単結晶ウエーハからなるベースウエーハと、これよりも低濃度のドーパントを含有するシリコン単結晶ウエーハからなるボンドウエーハとを準備する工程と、ベースウエーハの全面にシリコン酸化膜を熱酸化によって形成する工程と、ボンドウエーハとベースウエーハとをシリコン酸化膜を介して貼り合わせる工程と、ボンドウエーハを薄膜化してＳＯＩ層を形成する工程とを含み、ベースウエーハの熱酸化工程より前に、ベースウエーハの貼り合わせ面とは反対側の面にＣＶＤ絶縁膜を形成する工程を有することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。【選択図】  図１
2008294045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、
ウエーハ全体にｐ型ドーパントを高濃度に含有するｐ＋シリコン単結晶ウエーハからなるベースウエーハと、前記ベースウエーハのｐ型ドーパントよりも低濃度のドーパントを含有するシリコン単結晶ウエーハからなるボンドウエーハとを準備する工程と、
前記ベースウエーハの全面にシリコン酸化膜を熱酸化によって形成する工程と、
前記ボンドウエーハと前記ベースウエーハとを、前記ベースウエーハ上のシリコン酸化膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記ボンドウエーハを薄膜化してＳＯＩ層を形成する工程と、
を含むＳＯＩウエーハの製造方法において、
前記ベースウエーハの熱酸化工程より前に、前記ベースウエーハの貼り合わせ面とは反対側の面にＣＶＤ絶縁膜を形成する工程を有することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項２】
前記貼り合わせ工程より前に、前記ボンドウエーハの全面にシリコン酸化膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項３】
前記貼り合わせ工程より前に、前記ボンドウエーハの内部に水素イオン又は希ガスイオンの少なくとも１種類を注入してイオン注入層を形成しておき、前記ボンドウエーハの薄膜化を、前記イオン注入層において前記ボンドウエーハを剥離することにより行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項４】
前記ＣＶＤ絶縁膜をＣＶＤ酸化膜、ＣＶＤ窒化膜、ＣＶＤ酸化窒化膜のうちいずれか１つとする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ウエーハの製造方法。
【請求項５】
前記ベースウエーハのｐ型ドーパント濃度を５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とする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ウエーハの製造方法。
【請求項６】
前記薄膜化工程後、前記ＳＯＩ層上にエピタキシャル成長を行い、前記ＳＯＩ層の厚さを増加させる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ウエーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＯＩウエーハの製造方法に関し、特に、シリコン単結晶ウエーハからなるボンドウエーハとベースウエーハを酸化膜を介して貼り合わせ、その後、ボンドウエーハを薄膜化することによりＳＯＩウエーハを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子用のウエーハの一つとして、絶縁膜であるシリコン酸化膜の上にシリコン層（以下、ＳＯＩ層と呼ぶことがある）を形成したＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエーハがある。このＳＯＩウエーハは、デバイス作製領域となる基板表層部のＳＯＩ層が埋め込み絶縁層（埋め込み酸化膜層（ＢＯＸ層））により基板内部と電気的に分離されているため、寄生容量が小さく、耐放射性能力が高いなどの特徴を有する。そのため、高速・低消費電力動作、ソフトエラー防止などの効果が期待され、高性能半導体素子用の基板として有望視されている。
【０００３】
このＳＯＩウエーハを製造する代表的な方法として、ウエーハ貼り合わせ法やＳＩＭＯＸ法が挙げられる。ウエーハ貼り合わせ法は、例えば２枚のシリコン単結晶ウエーハのうちの少なくとも一方の表面に熱酸化膜を形成した後、この形成した熱酸化膜を介して２枚のウエーハを密着させ、結合熱処理を施すことによって結合力を高め、その後に片方のウエーハ（ＳＯＩ層を形成するウエーハ（以下、ボンドウエーハ））を鏡面研磨等により薄膜化することによってＳＯＩウエーハを製造する方法である。また、この薄膜化の方法としては、ボンドウエーハを所望の厚さまで研削、研磨する方法や、ボンドウエーハの内部に水素イオン又は希ガスイオンの少なくとも１種類を注入してイオン注入層を形成しておき、イオン注入層においてボンドウエーハを剥離するイオン注入剥離法と呼ばれる方法等がある。
一方、ＳＩＭＯＸ法は、単結晶シリコン基板の内部に酸素をイオン注入し、その後に高温熱処理（酸化膜形成熱処理）を行って注入した酸素とシリコンとを反応させてＢＯＸ層を形成することによってＳＯＩウエーハを製造する方法である。
【０００４】
上記の代表的な２つの手法のうち、ウエーハ貼り合わせ法は、作製されるＳＯＩ層やＢＯＸ層の厚さが自由に設定できるという優位性があるため、様々なデバイス用途に適用することが可能である。
中でもイオン注入剥離法は、作製されるＳＯＩ層の膜厚均一性を極めて優れたものとすることができるため、近年、盛んに使用されるようになってきている。
【０００５】
一方、ＳＯＩウエーハの反りを抑制したり、ゲッタリング能力を高めるために、特許文献１、２に記載されているように、ボロンが高濃度にドープされたベースウエーハを用いてＳＯＩウエーハを製造することがしばしば行なわれている。
【０００６】
このようなボロンが高濃度にドープされたベースウエーハを、前記イオン注入剥離法に適用する場合において、例えば、２μｍ以上、あるいは１０μｍ以上といった極めて厚い埋め込み絶縁層を形成したものが要求されることがある。この場合、ボンドウエーハに厚い酸化膜を形成して貼り合わせようとすると、イオン注入エネルギーを極めて大きくする必要が生じたり、作製されるＳＯＩウエーハの反りが大きくなってしまうという問題があるため、ベースウエーハ側に厚い酸化膜を形成してボンドウエーハと貼り合わせる必要がある。
【０００７】
その際、ボロンが高濃度にドープされたベースウエーハを熱酸化して厚い酸化膜を形成するため、該熱酸化膜中に多量のボロンが含まれる結果となり、剥離後のＳＯＩウエーハに対して、結合熱処理や平坦化熱処理、あるいはエピタキシャル成長等の高温の熱処理を施す際に、ＳＯＩウエーハ裏面側の熱酸化膜に含まれたボロンが外方拡散してＳＯＩ層をドーパント汚染してしまうという問題があった。このようなオートドープが発生すると、ＳＯＩ層の導電型や抵抗率が変化してしまう結果となる。
【０００８】
同様の問題は、例えば研削・研磨などの他の薄膜化手法を用いた場合であっても、薄膜化後にＳＯＩ層上にエピタキシャル成長を行ってＳＯＩ層を厚膜化する熱処理や、ＳＯＩウエーハを用いたデバイス製造プロセス中の熱処理によっても発生していた。
【０００９】
【特許文献１】特開平５−２２６６２０号公報
【特許文献２】特開平８−３７２８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、ベースウエーハに熱酸化膜を形成してＳＯＩウエーハを製造する場合、ＳＯＩウエーハの製造プロセスや、ＳＯＩウエーハを用いたデバイス製造プロセス中で、ベースウエーハに含まれていたｐ型ドーパントが、ベースウエーハの貼り合わせ面とは反対側の面から外方拡散することを簡便に防止でき、ＳＯＩ層中への混入を抑制し、かつ、ＳＯＩウエーハの反りを低減することができるＳＯＩウエーハの製造方法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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、少なくとも、ウエーハ全体にｐ型ドーパントを高濃度に含有するｐ＋シリコン単結晶ウエーハからなるベースウエーハと、前記ベースウエーハのｐ型ドーパントよりも低濃度のドーパントを含有するシリコン単結晶ウエーハからなるボンドウエーハとを準備する工程と、前記ベースウエーハの全面にシリコン酸化膜を熱酸化によって形成する工程と、前記ボンドウエーハと前記ベースウエーハとを、前記ベースウエーハ上のシリコン酸化膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、前記ボンドウエーハを薄膜化してＳＯＩ層を形成する工程と、を含むＳＯＩウエーハの製造方法において、前記ベースウエーハの熱酸化工程より前に、前記ベースウエーハの貼り合わせ面とは反対側の面にＣＶＤ絶縁膜を形成する工程を有することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法を提供する（請求項１）。
【００１２】
このように本発明のＳＯＩウエーハの製造方法は、ベースウエーハ、ボンドウエーハの準備工程、ベースウエーハの熱酸化工程、ウエーハの貼り合わせ工程、ボンドウエーハの薄膜化工程を有し、ベースウエーハの熱酸化工程より前に、ベースウエーハの貼り合わせ面とは反対側の面にＣＶＤ絶縁膜を形成する工程を有する。
このような方法により、ベースウエーハとしてｐ型ドーパント濃度が高いｐ＋シリコン単結晶ウエーハを用いて且つベースウエーハの全面にシリコン熱酸化膜を形成するので、反りが少なく、ゲッタリング能力が高いＳＯＩウエーハを製造することができる。さらに、ベースウエーハの熱酸化工程より前に、ベースウエーハの貼り合わせ面とは反対側の面にドーパントが拡散されていないＣＶＤ絶縁膜を形成するので、貼り合わせ工程後のＳＯＩウエーハ製造プロセス中の熱処理や、ＳＯＩウエーハを用いたデバイス製造プロセス中の高温熱処理であっても、ＣＶＤ絶縁膜によってベースウエーハ裏面側のシリコン熱酸化膜中に取り込まれたｐ型ドーパントがＳＯＩウエーハの裏面から外方拡散することを防止できる。
【００１３】
さらに、ＣＶＤ絶縁膜の形成後に、ベースウエーハの熱酸化処理を行うので、熱酸化はＣＶＤ絶縁膜とベースウエーハの界面で進むため、ＣＶＤ絶縁膜を適当な膜厚で堆積させることにより、ベースウエーハの貼り合わせ面とは反対側の面には、ドーパント汚染されていないＣＶＤ絶縁膜が残り、エピ成長時に発生するオートドープを抑制できる。
その結果、熱処理工程の多いデバイス製造プロセスにおいても、ＳＯＩ層中にｐ型ドーパントが混入することを抑制できるので、ＳＯＩ層の導電型や抵抗率の変動を抑えることができる。
【００１４】
また、本発明では特にＣＶＤ絶縁膜の形成工程をベースウエーハの熱酸化工程より前に行うことにより、ＣＶＤ絶縁膜の形成時にＣＶＤ炉のサセプタによってベースウエーハの貼り合わせ面についたキズや、ベースウエーハの貼り合わせ面側に回り込んだＣＶＤ絶縁膜を簡単に除去でき、鏡面化することができる。
さらに、ベースウエーハの熱酸化温度は、ＣＶＤ絶縁膜の形成温度よりも高温であるため、ベースウエーハの熱酸化工程より前にＣＶＤ絶縁膜の形成を行うことにより、ベースウエーハの熱酸化中にＣＶＤ絶縁膜の密度を高めることができ、外方拡散防止効果を確実なものとすることができる。
【００１５】
この場合、前記貼り合わせ工程より前に、前記ボンドウエーハの全面にシリコン酸化膜を形成する工程を有することが好ましい（請求項２）。
このように、貼り合わせ工程より前にボンドウエーハの全面にシリコン酸化膜を形成することにより、結合界面がＳＯＩ層側に出ないので、デバイス特性上も好ましい。
特に、ボンドウエーハをイオン注入剥離法で薄膜化する場合は、ボンドウエーハのイオン注入時のチャネリングも防止できる。
【００１６】
さらに本発明は、前記貼り合わせ工程より前に、前記ボンドウエーハの内部に水素イオン又は希ガスイオンの少なくとも１種類を注入してイオン注入層を形成しておき、前記ボンドウエーハの薄膜化を、前記イオン注入層において前記ボンドウエーハを剥離することにより行うことが好ましい（請求項３）。
【００１７】
本発明に係るＳＯＩウエーハの製造方法において、このようないわゆるイオン注入剥離法によってボンドウエーハを薄膜化すれば、ＳＯＩ層の膜厚均一性が高く、さらに、ＣＶＤ絶縁膜の形成工程をベースウエーハの熱酸化工程より前に行っているので、薄膜化後にＣＶＤ炉のサセプタによってＳＯＩ層の表面がキズつく恐れもなく、薄膜化工程前にボンドウエーハが意図しない剥離を起こす恐れもない。従って、ＣＶＤ絶縁膜の形成工程をベースウエーハの熱酸化工程より前に行い、ボンドウエーハの薄膜化をイオン注入剥離によって行えば、ＳＯＩ層の膜厚均一性が高く、且つ、外方拡散防止効果の高い良質なＳＯＩウエーハを製造することができる。
【００１８】
また、前記ＣＶＤ絶縁膜をＣＶＤ酸化膜、ＣＶＤ窒化膜、ＣＶＤ酸化窒化膜のうちいずれか１つとすることが好ましい（請求項４）。
このように、ＣＶＤ絶縁膜をＣＶＤ酸化膜、ＣＶＤ窒化膜、ＣＶＤ酸化窒化膜のうちいずれか１つとすれば、簡便な方法により緻密なＣＶＤ絶縁膜を形成することができるので、貼り合わせ工程後にベースウエーハ上のシリコン熱酸化膜中に取り込まれたｐ型ドーパントによるＳＯＩ層へのオートドープをより効果的に防止することができる。
【００１９】
さらに、前記ベースウエーハのｐ型ドーパント濃度を５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすることが好ましい（請求項５）。
このように、ベースウエーハのｐ型ドーパント濃度を５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とした場合であっても、ｐ型ドーパントが外方拡散することを効果的に防止することができ、ＳＯＩ層のオートドープを低減できる。また、このようなベースウエーハのｐ型ドーパント濃度とすれば、ゲッタリング能力の高いＳＯＩウエーハとすることができる。
【００２０】
そして本発明は、前記薄膜化工程後、前記ＳＯＩ層上にエピタキシャル成長を行い、前記ＳＯＩ層の厚さを増加させることができる（請求項６）。
このように、薄膜化工程後にＳＯＩ層上にエピタキシャル成長を行い、ＳＯＩ層の厚さを増加させた場合であっても、エピタキシャル成長時の長い高温熱処理に対しＣＶＤ絶縁膜は、ベースウエーハに含まれているｐ型ドーパントがベースウエーハの貼り合わせ面とは反対側の面から外方拡散することを十分に防止することができ、エピタキシャル層のオートドープによる抵抗率変化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に従うＳＯＩウエーハの製造方法であれば、低抵抗のベースウエーハに熱酸化膜を形成してＳＯＩウエーハを製造する場合に、ＳＯＩウエーハの製造プロセスや、ＳＯＩウエーハを用いたデバイス製造プロセス中で、ベースウエーハに含まれていたｐ型ドーパントが、ベースウエーハの貼り合わせ面とは反対側の面から外方拡散することを防止でき、ＳＯＩ層中へのオートドープを抑制し、かつ、ＳＯＩウエーハの反りを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
前述したように、現在、貼り合わせ法で製造されるＳＯＩウエーハのゲッタリング能力を高めるため、ｐ型ドーパントであるボロンが高濃度にドープされたベースウエーハを用いてＳＯＩウエーハを製造することがしばしば行われている。しかし、ｐ＋ベースウエーハを使用してＳＯＩウエーハを作製した後、このＳＯＩウエーハの薄いＳＯＩ層上にエピタキシャル成長を行うと、成長時にＳＯＩウエーハの裏面（エピ成長されない側の面）からベースウエーハの含有するボロンが外方拡散し、ＳＯＩ層をオートドープして、その結果ＳＯＩ層の導電型や抵抗率が変化してしまうという問題があった。
【００２３】
一方、例えば２μｍ以上、あるいは１０μｍ以上といった極めて厚い埋め込み絶縁層を有するＳＯＩウエーハを作製する場合、作製されるＳＯＩウエーハの反りを考慮して、ボンドウエーハではなくベースウエーハの全面を熱酸化し、厚い熱酸化膜を形成していた。しかし、このような場合であっても、ｐ＋ベースウエーハに形成した厚い熱酸化膜中には多量のボロンが含まれているため、結局エピ成長のための熱処理時やデバイス製造プロセスの高温熱処理中にＳＯＩウエーハの裏面からボロンが外方拡散していた。
【００２４】
本発明者等はこのような問題を解決すべく、鋭意研究を重ねた。
その結果、ベースウエーハに熱酸化膜を形成してＳＯＩウエーハを製造する場合に、貼り合わせ後の高温熱処理で、ベースウエーハのｐ型ドーパントが、ベースウエーハの貼り合わせ面とは反対側の面から外方拡散することを簡便に防止でき、かつ、ＳＯＩウエーハの反りを低減することができるＳＯＩウエーハの製造方法として、ベースウエーハの熱酸化工程より前に、ベースウエーハの貼り合わせ面とは反対側の面にＣＶＤ絶縁膜を形成すれば良いことに想到し、本発明を完成させた。すなわち、ＣＶＤ絶縁膜の形成後に、ベースウエーハの熱酸化処理を行えば、熱酸化はＣＶＤ絶縁膜とベースウエーハの界面で進むため、ＣＶＤ絶縁膜を適当な膜厚で堆積させることにより、ベースウエーハの貼り合わせ面とは反対側の面には、ドーパント汚染されていないＣＶＤ絶縁膜が残り、エピ成長時に発生するオートドープを抑制できる。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明のＳＯＩウエーハの製造方法における第１実施形態として、まず、ボンドウエーハの薄膜化を、研削・研磨、エッチング等により行う場合について説明する。なお、ボンドウエーハの薄膜化をイオン注入剥離法によって行う場合については第２実施形態にて後で説明する。
【００２６】
図１は、本発明に係るＳＯＩウエーハの製造方法における第１実施形態のフローチャートを示す図である。
まず、ボンドウエーハ１１とベースウエーハ１２を準備する（工程ａ）。
このとき、ベースウエーハ１２は、ウエーハ全体にｐ型ドーパントを高濃度に含有するｐ＋シリコン単結晶ウエーハとし、ボンドウエーハ１１は、ベースウエーハ１２のｐ型ドーパントよりも低濃度のドーパントを含有するシリコン単結晶ウエーハとする。
【００２７】
ここで、ベースウエーハ１２のｐ型ドーパントの「高濃度」とは、ボンドウエーハ１１のドーパント濃度より高濃度であることを示し、具体的な数値は特に限定されないが、特に５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすることが望ましい。ベースウエーハ１２のｐ型ドーパント種は通常用いられるものであれば特に限定されないが、ボロン（ホウ素）等を好適に使用することができる。なお、ｐ型ドーパントの濃度が５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であれば、抵抗率は概ね０．１Ωｃｍ以下のように低い抵抗率となる。ベースウエーハ１２のｐ型ドーパント濃度が高いほど、ベースウエーハ１２の強度を高めることができるとともに、ゲッタリング能力も高めることができる。
また、ボンドウエーハ１１の導電型はｎ型、ｐ型のいずれでもよく、また、ドーパント種も特に限定されず、目的に合わせて適宜選択することができる。
【００２８】
次に、ベースウエーハの熱酸化工程より前に、ベースウエーハ１２の貼り合わせ面１２１とは反対側の面１２２にＣＶＤ絶縁膜１０を形成する（工程ｂ）。
このＣＶＤ絶縁膜１０の形成は、例えば、ＣＶＤ炉内にあるサセプタ（不図示）にベースウエーハ１２をその貼り合わせ面１２１が下になるように載置し、その反対側の面１２２にＣＶＤ絶縁膜１０をＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学的気相成長法）によって堆積することができる。
【００２９】
このとき、ベースウエーハ１２の貼り合わせ面１２１は、サセプタ（不図示）に載置したことによって多少キズが付いたり、ＣＶＤ絶縁膜が貼り合わせ面１２１側にも回り込んで形成されてしまうことがある。このようにベースウエーハの貼り合わせ面１２１にキズやＣＶＤ絶縁膜の回り込みがあると、ベースウエーハとボンドウエーハの貼り合わせ後に、貼り合わせ不良が発生してしまう。
そのため、ベースウエーハの貼り合わせ面１２１にキズや回り込みがある場合は、それらを除去するために、ＣＶＤ絶縁膜を形成したのちに、ベースウエーハ１２の貼り合わせ面１２１を化学的機械研磨（ＣＭＰ）処理を施すことより簡単に鏡面化できる。
【００３０】
本発明の特徴として、ベースウエーハの熱酸化工程より前に、ベースウエーハにＣＶＤ絶縁膜を形成するのは、このためでもある。
すなわち、ベースウエーハにシリコン酸化膜を形成した後、ＣＶＤ絶縁膜を形成すると、いくらベースウエーハは両面鏡面若しくは片面が鏡面化された面を貼り合わせ面としても、ＣＶＤ絶縁膜を形成する際、上記のようなキズや回り込みはシリコン酸化膜の面に発生することになる。
このシリコン酸化膜に発生したキズや回り込みを除去するための鏡面研磨は難しいため、上記のように、ベースウエーハの熱酸化工程より前に、ベースウエーハにＣＶＤ絶縁膜を形成すれば、ベースウエーハの貼り合わせ面１２１を簡単に鏡面化できる。
【００３１】
さらに、ＣＶＤ絶縁膜形成後に、ベースウエーハ１２の貼り合わせ面１２１を鏡面研磨処理を施す場合は、予めこの研磨処理を見込んで、使用するベースウエーハの研磨状態を適宜選択することができる。
すなわち、両面鏡面研磨されたベースウエーハを使用した場合は、ＣＶＤ絶縁膜形成後に、ベースウエーハ１２の貼り合わせ面１２１を再度鏡面研磨を施せばよい。
両面とも鏡面研磨されていないベースウエーハを使用した場合は、ＣＶＤ絶縁膜形成後に、ベースウエーハ１２の貼り合わせ面１２１をこの工程で鏡面研磨することもできる。
従って、本発明においてベースウエーハ１２の研磨状態は必要に応じて適宜選択すればよい。
【００３２】
さらに、ベースウエーハの貼り合わせ面とは反対側の面１２２に形成するＣＶＤ絶縁膜１０としては、ＣＶＤ酸化膜、ＣＶＤ窒化膜、ＣＶＤ酸化窒化膜のうちいずれか１つとすることが好ましい。
このように、ＣＶＤ絶縁膜をＣＶＤ酸化膜、ＣＶＤ窒化膜、ＣＶＤ酸化窒化膜のうちいずれか１つとすれば、簡便な方法により緻密なＣＶＤ絶縁膜を形成できるので、貼り合わせ工程後にベースウエーハ上のシリコン酸化膜中に取り込まれたｐ型ドーパントによるボンドウエーハ（ＳＯＩ層）へのオートドープを低コストでより効果的に防止することができる。
【００３３】
次に、ベースウエーハ１２の全面にシリコン酸化膜１３を熱酸化によって形成する（工程ｃ）。
この工程ｃのベースウエーハの熱酸化では、ベースウエーハ１２のＣＶＤ絶縁膜１０が形成されていない面はもちろんのこと、ベースウエーハ１２のＣＶＤ絶縁膜１０が形成された界面においても熱酸化が進む。そのため、熱酸化工程前にＣＶＤ絶縁膜１０を形成しても、図１のようにベースウエーハ１２の全面にシリコン熱酸化膜１３が形成される。すなわち、ＣＶＤ絶縁膜の形成後に、ベースウエーハの熱酸化処理を行えば、熱酸化はＣＶＤ絶縁膜とベースウエーハの界面で進むため、ＣＶＤ絶縁膜を適当な膜厚で堆積させることにより、ベースウエーハの貼り合わせ面とは反対側の面には、ドーパント汚染されていないＣＶＤ絶縁膜が残り、エピ成長時に発生するオートドープを抑制できる。
【００３４】
そしてこの熱酸化工程で、ベースウエーハ１２の含有するｐ型ドーパントがシリコン酸化膜１３中に取り込まれることになる。しかし、ベースウエーハ１２の貼り合わせ側とは反対側の最表面にはｐ型ドーパント汚染されていないＣＶＤ絶縁膜１０が残る。そのため、貼り合わせ工程後のＳＯＩウエーハ製造プロセス中の熱処理や、ＳＯＩウエーハを用いたデバイス製造プロセス中の高温熱処理でも、ベースウエーハ裏面側のシリコン酸化膜１３中に取り込まれたｐ型ドーパントが、ｐ型ドーパント汚染されていないＣＶＤ絶縁膜１０によって、ＳＯＩウエーハの裏面からの外方拡散することを防止できる。その結果、熱処理工程の多いデバイス製造プロセスにおいても、ＳＯＩ層中にｐ型ドーパントが混入することを抑制できるので、ＳＯＩ層の導電型や抵抗率の変動を抑えることができる。
【００３５】
さらに、工程ｂにおいて形成したＣＶＤ絶縁膜１０は、工程ｃの熱酸化工程によって加熱される。このベースウエーハ１２の熱酸化温度（例えば１２００℃程度）は、ＣＶＤ絶縁膜１０の形成温度（例えば６００℃程度）よりも高温であるため、ベースウエーハ１２の熱酸化工程より前にＣＶＤ絶縁膜１０の形成を行うことにより、ベースウエーハ１２の熱酸化中にＣＶＤ絶縁膜１０の密度を高められ、より緻密になる。そのため、外方拡散防止効果をより確実なものとすることができる。その上、ＣＶＤ絶縁膜１０が緻密になることで、ＣＶＤ絶縁膜１０の膜厚が低減する。
尚、工程ｃにおいてベースウエーハの熱酸化の方法は特に限定されず、例えばｗｅｔ酸化等があげられる。
【００３６】
次に、ボンドウエーハ１１とベースウエーハ１２のＣＶＤ絶縁膜１０のない方の面とを、ベースウエーハ１２に形成したシリコン酸化膜１３を介して貼り合わせる（工程ｄ）。
この貼り合わせ工程は例えば、常温の清浄な雰囲気下で、ボンドウエーハ１１とベースウエーハ１２のそれぞれ一方の主面を接触させることにより、接着剤等を用いることなくウエーハ同士が接着する。
常温での接着だけでは接着の強度が不十分で、そのままデバイス製造工程に使用できないので、通常、結合熱処理として貼り合わせたウエーハに高温の熱処理を施して結合強度を十分なものとする。例えば、この熱処理は不活性ガス雰囲気下あるいは酸化性ガス雰囲気下、１０００℃〜１２５０℃で３０分から４時間の範囲で行うことができる。
【００３７】
次に、ボンドウエーハ１１を薄膜化してＳＯＩ層２１を形成する（工程ｅ）。このボンドウエーハ１１の薄膜化は、研削、研磨、エッチング等の通常の方法により行うことができる。これで裏面に外方拡散を防止することができるＣＶＤ絶縁膜１０を有するＳＯＩウエーハ２２を製造することができる。
【００３８】
さらに、ＳＯＩ層２１の厚さを増加させたい場合は、この薄膜化工程（工程ｅ）後、ＳＯＩ層２１上にエピタキシャル成長をおこなうこともできる（工程ｆ）。
このように、薄膜化工程後にＳＯＩ層上にエピタキシャル成長を行い、ＳＯＩ層の厚さを増加させた場合であっても、エピタキシャル成長時の長い高温熱処理に対しＣＶＤ絶縁膜１０は、ベースウエーハに含まれていたｐ型ドーパントがベースウエーハの貼り合わせ面とは反対側の面から外方拡散することを十分に防止することができ、エピタキシャル層のオートドープによる抵抗率変化を抑制することができる。
【００３９】
尚、本発明においては、ベースウエーハ１２とボンドウエーハ１１の貼り合わせ工程（工程ｄ）より前に、ボンドウエーハ１１の全面にシリコン酸化膜を形成することが好ましい。
このように、貼り合わせ工程より前にボンドウエーハ１１の全面にシリコン酸化膜を形成することにより、結合界面がＳＯＩ層側に出ないので、ＳＯＩ層に界面準位が発生したり、汚染を発生させたりすることを抑制することができ、デバイス特性上も好ましい。
このボンドウエーハのシリコン酸化膜形成工程は、工程ａから工程ｄの前までの間であればいつ行われてもよい。
【００４０】
このように、本発明の第１実施形態により製造されたＳＯＩウエーハであれば、ＣＶＤ絶縁膜１０が貼り合わせ工程前にすでにベースウエーハの貼り合わせ面とは反対側の面１２２に形成されているので、貼り合わせ前では、ウエーハの反りはＣＶＤ絶縁膜の形成された方に凸となるが、ボンドウエーハを貼り付けた時点でボンドウエーハを貼り付けた方に凸になろうとする力が働くため、出来上がったＳＯＩウエーハ全体としては反りが低減されたものとなる。
【００４１】
従って、ベースウエーハとしてウエーハ全体にｐ型ドーパントを高濃度に含有するｐ＋シリコン単結晶ウエーハからなるものを使用し、さらに、ＣＶＤ絶縁膜をベースウエーハの貼り合わせ面とは反対側の面に形成することにより、ＣＶＤ絶縁膜を形成しなかったＳＯＩウエーハより反りの少ないＳＯＩウエーハを製造することができる。
【００４２】
次に、本発明の第２実施形態として、ボンドウエーハの薄膜化をイオン注入剥離法によって行う場合について図２を参照しながら以下に説明する。
図２は、本発明に係るＳＯＩウエーハの製造方法における第２実施形態のフローチャートを示す図である。尚、上記図１に示す要素と同一の要素を示す場合には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４３】
まず、工程ａ’にてボンドウエーハ１１とベースウエーハ１２を準備する（工程ａと同様）。次に工程ｂ’にて、ベースウエーハ１２の熱酸化工程（工程ｃ’）より前に、ベースウエーハ１２の貼り合わせ面１２１とは反対側の面１２２にＣＶＤ絶縁膜１０を形成する（工程ｂと同様）。続いて工程ｃ’にてベースウエーハ１２の全面にシリコン酸化膜１３を熱酸化によって形成する（工程ｃと同様）。
【００４４】
一方、ボンドウエーハ１１の内部に水素イオン又は希ガスイオンの少なくとも１種類を注入してイオン注入層１５を形成する（工程ｄ’）。
この時のイオン注入層１５の深さは、最終的に形成されるＳＯＩ層２１の厚さに反映される。従って、注入エネルギー等を制御してイオン注入することにより、ＳＯＩ層の厚さを制御できる。
【００４５】
このイオン注入の際、チャネリングが問題となることがあるが、軸チャネリングや面チャネリングを避ける方向から注入したり、結晶方向を工夫したりすることによって防止することができる。
しかし、イオン注入層１５を形成する前にボンドウエーハ１１の全面にシリコン酸化膜１４を形成すれば、イオン注入によるチャネリングをさらに防止することができる。
【００４６】
ただしこの場合は、工程ｄ’にてイオン注入層１５は少なくともシリコン酸化膜１４よりも深い位置に形成される必要がある。従って、イオン注入の際の注入エネルギー及びドーズ量は、ボンドウエーハ１１のシリコン酸化膜１４の膜厚によって適宜選択すればよい。
尚、ボンドウエーハ１１に対して行う工程ｄ’は、ベースウエーハ１２に対して行う工程ｂ’から工程ｃ’までのどの間に行っても良く、平行して行ってもよい。
【００４７】
次に、ボンドウエーハ１１とベースウエーハ１２とを、ベースウエーハ１２上のシリコン酸化膜１３、及びボンドウエーハ１１上のシリコン酸化膜１４を介して貼り合わせる（工程ｅ’）。このとき、ボンドウエーハ１１の貼り合わせ面は、工程ｄ’においてイオン注入を行った面とする。
前述した図１の場合と同様に、常温の清浄な雰囲気下で、ボンドウエーハ１１とベースウエーハ１２の一方の主面を接触させることにより、接着剤等を用いることなくウエーハ同士が接着する。
【００４８】
次に、ボンドウエーハ１１をイオン注入層１５で剥離することにより、ボンドウエーハ１１を薄膜化して、ＳＯＩ層２１を形成する（工程ｆ’）。
例えば、貼り合わせたウエーハに対して、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気下約５００℃以上の温度、３０分以上熱処理を加えれば、結晶の再配列と気泡の凝集とによって、ボンドウエーハ１１をイオン注入層１５で剥離することができる。
【００４９】
ここで、ＳＯＩ層２１とベースウエーハ１２の結合力を高める結合熱処理を行ってもよい。例えば、この結合熱処理は不活性ガス雰囲気下あるいはわずかに酸化性のガス雰囲気下、１０００℃〜１２５０℃で３０分から４時間の範囲で行うことができる。
【００５０】
さらに、得られたＳＯＩウエーハに対し、上記第１の実施形態でも説明したように、ＳＯＩ層２１の厚さを増加させたい場合は、この薄膜化工程（工程ｆ’）後、ＳＯＩ層２１上にエピタキシャル成長を行うこともできる（工程ｇ’）。
このように、ＳＯＩ層の厚さを増加させた場合、ボンドウエーハの薄膜化をイオン注入剥離法によって行っているので、ＳＯＩ層の膜厚均一性が高い上にエピタキシャル成長を行うことになるので、結晶配向の安定したエピ層を形成できる上に、エピ成長時の長い高温熱処理に対し、ＣＶＤ絶縁膜１０はｐ型ドーパントの外方拡散を十分に防止することができる。
【００５１】
そして、イオン注入剥離法で薄膜化する第２実施形態の場合、特に本発明の特徴が効果を発揮する。つまり、本発明は、ベースウエーハの熱酸化工程より前に、ベースウエーハの貼り合わせ面とは反対側の面にＣＶＤ絶縁膜を形成することを特徴としている。
ベースウエーハにシリコン酸化膜を形成した後にＣＶＤ絶縁膜を形成すると、第１の実施形態で説明したように、シリコン酸化膜に対する鏡面化が難しい。
また、ウエーハの貼り合わせ工程後、ベースウエーハにＣＶＤ絶縁膜を形成すると、その加熱によってボンドウエーハに形成したイオン注入層の界面で意図しない剥離が発生する恐れがある。
さらに、ボンドウエーハの薄膜化工程後、ベースウエーハにＣＶＤ絶縁膜を形成すると、ＣＶＤ炉のサセプタによるキズや、ＣＶＤ絶縁膜の回り込みが発生した場合、それらを除去するためにＳＯＩ層の表面を研磨する必要が出てくるため、イオン注入剥離法によりＳＯＩ層を形成することによって得られる優れた膜厚均一性を崩す結果となってしまう。
【００５２】
従って、特にボンドウエーハをイオン注入剥離法によって薄膜化する場合は、ベースウエーハ１２の熱酸化工程より前に、ベースウエーハの貼り合わせ面とは反対側の面にＣＶＤ絶縁膜１０を形成することによって、イオン注入剥離法によって得られるＳＯＩ層の膜厚均一性を維持しながら、ＳＯＩウエーハの裏面からのドーパントの外方拡散を簡単に防止でき、さらに反りが少なく、ゲッタリング能力が高いＳＯＩウエーハを製造することができる。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより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。
（実施例１〜４、比較例１、２）
図２に示すフローでＳＯＩウエーハ２２の製造を行った。そのときの主な製造条件、結果を表１に示し、以下に説明する。
【００５４】
【表１】
2008294045.tif 000003
【００５５】
＜工程ａ’＞  まず、ボンドウエーハ１１として直径２００ｍｍ、リンドープのｎ型シリコン単結晶ウエーハを準備し、ベースウエーハ１２として、直径２００ｍｍ、ｐ型、ボロンドープ（６×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）のｐ＋シリコン単結晶ウエーハを準備した（実施例１〜４、比較例１、２）。
【００５６】
＜工程ｂ’＞  次に、ベースウエーハ１２の貼り合わせ面１２１を下にしてＣＶＤ炉のサセプタ上に載置し、その反対側の面１２２にＣＶＤ絶縁膜１０としてＣＶＤ酸化膜をＣＶＤ法により形成した。形成するＣＶＤ酸化膜の厚さは、実施例１は１００ｎｍ、実施例２は２００ｎｍ、実施例３は３００ｎｍ、実施例４は５００ｎｍとした。尚、比較例１、２はＣＶＤ絶縁膜の形成をしなかった。
【００５７】
＜工程ｃ’＞  続いて、ベースウエーハ１２の全面にシリコン酸化膜１３を実施例、比較例ともに２０００ｎｍの膜厚になるように熱酸化によって形成した。
【００５８】
＜ボロン濃度の深さ方向分布の算出（シュミレーション）＞
ここで、実施例１〜４において、上記と同様の方法で作製したベースウエーハについてＣＶＤ酸化膜の表面から深さ方向にボロン濃度分布を算出した。その結果を図３に示す。図３は、ボロン濃度とＣＶＤ酸化膜表面からの深さの関係を示す図である。
【００５９】
この図３を参照すると、例えばＣＶＤ酸化膜を１００ｎｍ形成したベースウエーハは、０〜０．１μｍ付近まで徐々にボロン濃度が増加していて、熱酸化により形成されたシリコン酸化膜に入った０．１μｍ付近からそれより深いところではボロン濃度が約６×１０１８／ｃｍ３で一定となっている。
これにより、熱酸化によって形成されたシリコン酸化膜１３はベースウエーハ１２とほぼ同じ濃度でボロン汚染されていて、逆にＣＶＤ酸化膜１０では深さが浅くなるほどボロン濃度が減少していることから、ＣＶＤ酸化膜１０の表面付近は、ドーパント（ボロン）汚染が抑制されていることがわかる。
【００６０】
また、熱酸化工程後の実施例１〜４のベースウエーハに対し、さらに模擬デバイス熱処理（通常のデバイス作製工程において施される熱処理を模した熱処理：非酸化性雰囲気下、１２００℃、４時間）を施した場合のＣＶＤ酸化膜表面から深さ方向にボロン濃度分布を算出した。その結果を図４に示す。図４は、ボロン濃度とＣＶＤ酸化膜表面からの深さの関係を示す図である。
【００６１】
この図４を参照すると、例えばＣＶＤ酸化膜を１００ｎｍ形成したベースウエーハは、
その表面付近のボロン濃度が約１×１０１４／ｃｍ３程度であり、それより厚くＣＶＤ酸化膜を形成したベースウエーハは、ＣＶＤ酸化膜の最表面付近でほとんどボロン汚染を抑制できていることがわかる。
【００６２】
＜工程ｄ’＞  次に、実施例、比較例ともにボンドウエーハ１１を熱酸化し、１００ｎｍの厚さのシリコン酸化膜１４を形成後、水素イオンを貼り合わせ面側に表１の条件で注入し、イオン注入層１５を形成した。
【００６３】
＜工程ｅ’＞  そして、工程ｄ’のボンドウエーハ１１と工程ｃ’のベースウエーハ１２とをそれぞれのシリコン酸化膜１３、１４を介して貼り合わせた。このとき、ベースウエーハ１２はＣＶＤ酸化膜１０を形成した面とは反対側の面を貼り合わせ面とし、ボンドウエーハ１１はイオン注入層１５を貼り合わせ面側にして貼り合わせた。
【００６４】
＜工程ｆ’＞  この貼り合わせたウエーハに対して、３０分間、５００℃のアルゴン雰囲気下で剥離熱処理を施し、イオン注入層１５においてボンドウエーハ１１を剥離して薄膜化し、ＳＯＩ層２１を形成した。続いて、ＳＯＩ層のダメージ除去のために表１に示した条件で犠牲酸化処理を施した。この犠牲酸化処理は、ウエーハ同士の結合を強固にするための結合熱処理と兼ねている。そして、平坦化熱処理を施し、ＳＯＩウエーハ２２を製造した。
【００６５】
＜工程ｇ’＞  実施例３、４及び比較例２のＳＯＩウエーハに対し、表１の条件でＳＯＩ層２１上にエピタキシャル成長を行った。
【００６６】
＜ＳＯＩ層のドーパント汚染測定＞
このように製造された実施例１、２、比較例１（エピ成長なし）、及び実施例３、４比較例２（エピ成長あり）のＳＯＩウエーハのＳＯＩ層に対して、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析装置）によりボロン濃度を測定した。その結果を表１の一番下に記載した。
実施例のＳＯＩ層はボロン濃度が１×１０１３／ｃｍ３程度かあるいはそれ以下であるのに対し、比較例では、比較例２のエピ成長を行ったＳＯＩ層のボロン濃度は１×１０１４／ｃｍ３より高く、さらにエピ成長を行わなかった比較例１では、ボロン濃度が１×１０１６／ｃｍ３よりも高い結果となった。
この測定結果より、ＣＶＤ絶縁膜を熱酸化工程前に形成した実施例では、比較例よりボロンの外方拡散を防止でき、ＳＯＩ層へのドーパントによるオートドープを抑制していることがわかる。
【００６７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、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包含される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に係るＳＯＩウエーハの製造方法における第１実施形態のフローチャートを示す図である。
【図２】本発明に係るＳＯＩウエーハの製造方法における第２実施形態のフローチャートを示す図である。
【図３】ボロン濃度とＣＶＤ酸化膜表面からの深さの関係を示す図である。
【図４】ボロン濃度とＣＶＤ酸化膜表面からの深さの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０…ＣＶＤ絶縁膜、  １１…ボンドウエーハ、  １２…ベースウエーハ、
１３…シリコン酸化膜（ベースウエーハ）、
１４…シリコン酸化膜（ボンドウエーハ）、  １５…イオン注入層、
２１…ＳＯＩ層、  ２２…ＳＯＩウエーハ、
１２１…ベースウエーハの貼り合わせ面、
１２２…ベースウエーハの貼り合わせ面とは反対側の面。
【図１】
2008294045.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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