(57)【要約】【課題】ウェーハの剥離界面のラフネスが小さく、剥離ウェーハの厚さの面内均一性が高まり、剥離面を平坦化する際のウェーハ加工量が低減し、軽元素のドーズ量も低減可能な半導体基板の製造方法を提供する。【解決手段】貼り合わせＳＯＩ基板用の活性層用ウェーハ１０として（１１１）ウェーハを採用したので、低温熱処理時、活性層用ウェーハ１０は水素バブル形成領域の劈開面から高い平坦性で剥離される。その結果、活性層１０Ａの剥離界面のラフネスが抑えられ、剥離後の活性層１０Ａの厚さの面内均一性が高まり、研磨工程での研磨量が低減される。しかも、劈開面を利用した剥離であるので、従来の活性層用ウェーハ（（１００）ウェーハ）の場合より水素イオンの注入を減らしても、活性層用ウェーハ１０の剥離が可能となる。【選択図】        図１
2004214400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
劈開面を表面とする単結晶ウェーハの所定深さ位置に軽元素をイオン注入する工程と、
その後、この単結晶ウェーハを熱処理することにより、このイオン注入領域内に単結晶ウェーハの表面と平行な劈開面に沿って軽元素バブルを形成し、前記単結晶ウェーハのイオン注入側の部分を剥離する工程とを備えた半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記単結晶ウェーハが活性層用ウェーハで、
該活性層用ウェーハの所定深さ位置に軽元素がイオン注入され、
前記活性層用ウェーハと、該活性層用ウェーハを支持する支持基板用ウェーハとを、これらの間に絶縁層を介在して貼り合わせることで貼り合わせウェーハを形成し、
該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の熱処理時に、前記活性層用ウェーハの一部を残して、前記イオン注入領域内から活性層用ウェーハを剥離する請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記熱処理は、前記単結晶ウェーハの表面と平行に、該単結晶ウェーハの一端から順に、前記軽元素バブルを連続形成する一方向熱処理である請求項１または請求項２である半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記軽元素が水素である請求項１〜請求項３のうち、何れか１項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記単結晶ウェーハが、シリコン単結晶からなる（１１１）ウェーハである請求項１〜請求項４のうち、何れか１項に記載の半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体基板の製造方法、詳しくは所定深さ位置に軽元素がイオン注入された単結晶ウェーハを熱処理し、そのイオン注入領域内から単結晶ウェーハを剥離する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造を有した半導体ウェーハを製造する方法として、例えば特開平５−２１１１２８号公報に記載されたスマートカット法が開発されている。
【０００３】
【特開平５−２１１１２８号】
【０００４】
スマートカット法によれば、まず活性層用ウェーハの所定深さ位置に水素（軽元素）をイオン注入し、イオン注入された活性層用ウェーハと、これを支持する支持基板用ウェーハとを酸化膜を介して貼り合わせ、貼り合わせウェーハを形成する。その後、貼り合わせウェーハを熱処理炉に挿入して貼り合わせ熱処理を施す。この際、イオン注入領域内で水素バブルが形成される。その結果、酸化膜を介して支持基板用ウェーハ側に活性層を残し、活性層用ウェーハが剥離されて貼り合わせＳＯＩウェーハが作製される。
従来、活性層用ウェーハとしては、表面が（１００）面であるシリコン単結晶からなる（１００）ウェーハが採用されていた。また、この熱処理時には、そのウェーハ面内の全域を、略同時に水素バブルの形成温度を上回る温度で加熱していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の活性層用ウェーハは、ウェーハ表面が（１００）面である（１００）ウェーハであった。（１００）面は劈開面ではない。そのため、熱処理中のイオン注入領域では、この領域の厚さ方向の全域にわたって、不規則に水素バブルが発生していた。これにより、活性層の剥離面のラフネスが大きくなり、剥離後のウェーハ平坦化処理に必要な研磨工程における研磨量またはエッチング工程におけるエッチング量などが増大し、活性層の厚さの面内均一性が低下して高い平坦性が得られなかった。
また、ウェーハ表面（（１００）面）と平行なイオン注入領域内から活性層用ウェーハを剥離するには、３×１０１６個／ｃｍ３以上もの水素イオンを活性層用ウェーハにドーズする必要があった。そのため、イオン注入されるウェーハの表面が荒れ易く、活性層用ウェーハには水素イオンの通過ダメージが発生していた。
【０００６】
そこで、発明者らは鋭意研究の結果、活性層用ウェーハとして汎用の（１００）ウェーハではなく、ウェーハ表面が劈開面となる（１１１）ウェーハまたは（１１０）ウェーハを採用すれば、活性層の表面（剥離面）のラフネスが抑えられ、剥離後の活性層の厚さの面内均一性が高まるとともに、剥離面の平坦化処理時のウェーハ加工量を低減することができ、しかも水素イオンのドーズ量を低減してイオン注入面の荒れを防止することができることを知見し、この発明を完成させた。
シリコン単結晶の面のうち、（１１１）面は最大の原子密度およびヤング率を有している。また、（１１０）面は（１１１）面に次ぐ原子密度およびヤング率を有している。しかも、（１１１）面間の結合力および（１１０）面間の結合力は、（１００）面などの他の面間の結合力よりも小さい。その結果、シリコン単結晶では（１１１）面および（１１０）面で劈開が発生しやすい。
【０００７】
また、発明者らは、イオン注入後、ウェーハの表面と平行にウェーハの一端から順に熱処理を行うと、イオン注入領域のうち、注入密度が最大となる厚さ方向の中間部において、ウェーハの一端から順にイオン注入に起因した水素バブルの核が生成し、さらに水素バブルが連続的に成長することを知見した。これにより、従来のようにウェーハ面内の全域を同時に熱処理する場合に比べて、水素バブル形成領域の厚さが小さくなり、剥離面の平坦性がさらに高まることを確認した。
【０００８】
【発明の目的】
この発明は、ウェーハの剥離面のラフネスが抑えられ、その結果、剥離後のウェーハの厚さの面内均一性が高まるとともに、後にその剥離面を平坦化処理するときのウェーハ加工量を低減することができ、しかも軽元素のドーズ量を低減することができる半導体基板の製造方法を提供することを、その目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、劈開面を表面とする単結晶ウェーハの所定深さ位置に軽元素をイオン注入する工程と、その後、この単結晶ウェーハを熱処理することにより、このイオン注入領域内に単結晶ウェーハの表面と平行な劈開面に沿って軽元素バブルを形成し、前記単結晶ウェーハのイオン注入側の部分を剥離する工程とを備えた半導体基板の製造方法である。
単結晶ウェーハの種類は限定されない。例えば単結晶シリコンウェーハなど、劈開面を有する単結晶のウェーハを採用することができる。単結晶シリコンウェーハとしては、（１１１）ウェーハおよび（１１０）ウェーハを採用することができる。（１１１）ウェーハは、（１１１）面の表面を有する単結晶ウェーハである。（１１０）ウェーハは、（１１０）面の表面を有する単結晶ウェーハである。（１１０）ウェーハにあっては、その（１１０）シリコン単結晶の育成時、（１１１）双晶およびスリップ転位面が（１１０）成長面に対して直交する。これにより、無転位のシリコン単結晶の育成が難しい。そのため、現在は（１１１）ウェーハの方が工業的に利用しやすい。劈開面の表面を有する単結晶ウェーハの場合、ウェーハ表面からの深さ位置に関係なく、ウェーハ表面と平行な面はすべて劈開面となる。
単結晶ウェーハとしては、軽元素バブルを利用した剥離処理が施されるウェーハであれば、単枚使用の各種の半導体ウェーハでもよいし、ＳＯＩ構造を有する貼り合わせウェーハ用のウェーハでもよい。例えば、スマートカット法を利用したユニボンドウェーハの活性層用ウェーハなどを採用することができる。
【００１０】
軽元素の種類は限定されない。例えば、水素（Ｈ）の他、希ガスの元素であるヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、ラドン（Ｒｎ）などでもよい。これらの単体または化合物でもよい。
イオン注入時の軽元素のドーズ量は限定されない。例えば２×１０１６〜８×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である。この発明は、シリコン単結晶の劈開面を利用した軽元素バブルによるウェーハ剥離を特徴としている。よって、従来よりも少ない軽元素のドーズ量で、従来よりも高平坦性にウェーハを剥離することができる。
軽元素のイオン注入時の加速電圧は限定されない。
単結晶ウェーハの剥離時の熱処理温度は４００〜７００℃、好ましくは４５０〜５５０℃である。４００℃未満では、半導体ウェーハにイオン注入された軽元素から軽元素バブルを形成することが難しくなり、７００℃を超えると活性層内に酸素析出物が形成されてしまいデバイス特性の低下を招くという不都合が生じる。
半導体ウェーハの好ましい加熱時間は１０〜６０分間である。１分間未満では、半導体ウェーハにイオン注入された軽元素をバブル化することが困難になる。
【００１１】
また、この発明は劈開面を利用した剥離であるので、例えば熱処理中に単結晶ウェーハの剥離を助長させる方向に外力を作用させれば、熱処理が終了する前に、単結晶ウェーハを剥離することができる。すなわち、例えば単結晶ウェーハの一端部だけを熱処理し、１対の真空チャック板により単結晶ウェーハの表裏両面をそれぞれ吸着し、その状態のまま両真空チャック板を互いに離間させると、ウェーハの一端部を剥離しただけで単結晶ウェーハを剥離することができる。また、単結晶ウェーハの一端部だけに軽元素をイオン注入し、熱処理は単結晶ウェーハの一端部だけまたはウェーハの全体に施し、同様にウェーハ表裏両面を吸着した両真空チャック板を互いに離間させるだけで単結晶ウェーハを剥離することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記単結晶ウェーハが活性層用ウェーハで、該活性層用ウェーハの所定深さ位置に軽元素がイオン注入され、前記活性層用ウェーハと、該活性層用ウェーハを支持する支持基板用ウェーハとを、これらの間に絶縁層を介在して貼り合わせることで貼り合わせウェーハを形成し、該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の熱処理時に、前記活性層用ウェーハの一部を残して、前記イオン注入領域内から活性層用ウェーハを剥離する請求項１に記載の半導体基板の製造方法である。
ここでいう半導体基板は、支持基板用ウェーハ上に絶縁層を介して活性層が積層された貼り合わせＳＯＩ基板である。
絶縁層の種類は限定されない。例えば、埋め込みシリコン酸化膜でもよい。絶縁層の厚さは限定されない。例えば、０．１〜０．５μｍである。
活性層の厚さは限定されない。例えば、厚膜の活性層では２０〜５０μｍである。また、薄膜の活性層では０．０１〜２０μｍである。
【００１３】
支持基板用ウェーハは、表面が劈開面の（１１１）ウェーハまたは（１１０）ウェーハでもよいし、表面が劈開面ではない（１００）ウェーハでもよい。ただし、（１００）ウェーハの方が、矩形のチップを切断、分離するとき、（１００）ウェーハの表面と直交する劈開面が矩形となって切断が容易となるので好ましい。
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は、例えば常温により両ウェーハを重ね合わせた後、貼り合わせ熱処理することで行われる。この貼り合わせ熱処理の加熱処理温度は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。使用する熱酸化炉内の雰囲気ガスには酸素などが用いられる。
活性層用ウェーハの剥離は、この貼り合わせ熱処理時に行ってもよい。また、貼り合わせ熱処理とは別に、活性層用ウェーハを熱処理して剥離してもよい。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記熱処理は、前記単結晶ウェーハの表面と平行に、該単結晶ウェーハの一端から順に、前記軽元素バブルを連続形成する一方向熱処理である請求項１または請求項２である半導体基板の製造方法である。
一方向熱処理としては、例えば熱処理炉内における単結晶ウェーハの位置を固定し、熱源をウェーハの表面と平行な方向に移動させる方法を採用してもよい。これとは反対に、熱源を固定した状態で単結晶ウェーハをその表面と平行な方向に移動させる方法を採用してもよい。さらには、熱源および単結晶ウェーハを、そのウェーハ表面と平行な方向に移動させてもよい。熱処理炉内には温度勾配を設けた方が、軽元素バブルを連続形成しやすい。
軽元素のイオン注入時の加速電圧は、５０ｋｅＶ以下、好ましくは３０ｋｅＶ以下、さらに好ましくは２０ｋｅＶ以下である。軽元素のイオン注入は、低加速電圧であるほど目標深さに軽元素を集中させることができる。その結果、軽元素バブル領域の幅がより小さくなり、剥離面の平坦性がより高まる。
【００１５】
一方向熱処理を行う剥離熱処理装置の種類は限定されない。例えば所定深さ位置に軽元素がイオン注入された単結晶ウェーハを熱処理する熱源を有し、この熱源による熱処理により、単結晶ウェーハのイオン注入領域内に軽元素バブルを形成する熱処理炉と、単結晶ウェーハの表面と平行に、熱源と単結晶ウェーハとを相対的に移動させて、ウェーハの一端から順に、軽元素バブルを連続形成する移動手段とを備えたものを採用することができる。
剥離熱処理装置の種類は限定されない。縦型炉でもよいし、横型炉でもよい。また、単結晶ウェーハを１枚ずつ処理する枚葉式でもよいし、複数枚の単結晶ウェーハを同時に処理するバッチ式でもよい。
【００１６】
熱源の種類は限定されない。例えばハロゲンランプ、アークランプ、グラファイトヒータ、キセノンフラッシュランプ、レーザ発生器などを採用することができる。何れの場合であっても熱処理炉内の帯状に配置した帯状熱源とした方が好ましい。
移動手段は、例えば熱源に対して単結晶ウェーハを移動させるものでもよい。また、単結晶ウェーハに対して熱源を移動させるものでもよい。さらには、単結晶ウェーハと熱源との両方を移動させるものでもよい。移動手段の移動方式は限定されない。例えば、ねじ送り方式、電動シリンダなどの各種のアクチュエータ方式などを採用することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記軽元素が水素である請求項１〜請求項３のうち、何れか１項に記載の半導体基板の製造方法である。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、前記単結晶ウェーハが、シリコン単結晶からなる（１１１）ウェーハである請求項１〜請求項４のうち、何れか１項に記載の半導体基板の製造方法である。
【００１９】
【作用】
請求項１〜請求項５に記載の半導体基板の製造方法によれば、単結晶ウェーハの所定深さ位置に軽元素をイオン注入し、劈開面であるウェーハ表面と平行なイオン注入領域を形成する。その後、単結晶ウェーハを熱処理すると、イオン注入領域内でウェーハ表面と平行な劈開面に沿って軽元素バブルが形成される。これにより、単結晶ウェーハのイオン注入側の部分が簡単に剥離される。例えばシリコン単結晶の場合、（１１１）面および（１１１）面の劈開面は原子密度およびヤング率が大きい。しかも、劈開面間の結合力は（１００）面などの他の面間の結合力よりも小さい。よって、劈開面は割れ易く、割れた劈開面の平坦性は高い。したがって、ウェーハの剥離面のラフネスが抑えられ、剥離後のウェーハの厚さの面内均一性が高まる。その結果、その後に剥離面を平坦化処理するとき、ウェーハ加工量が低減される。しかも、このように劈開面を利用した剥離であるため、従来の劈開面ではない表面を有する単結晶ウェーハの剥離に比べて、軽元素のイオン注入は少量でもウェーハを剥離することができる。
【００２０】
特に、請求項２に記載の半導体基板の製造方法によれば、貼り合わせウェーハを熱処理すると、活性層用ウェーハのイオン注入領域に劈開面に沿って軽元素バブルが形成される。これにより、活性層用ウェーハのイオン注入側が、支持基板用ウェーハ側に活性層用ウェーハの一部を残して剥離される。その結果、得られた貼り合わせＳＯＩ基板の活性層の厚さの面内均一性が高まり、活性層のデバイス形成面（表面）の平坦性も高まる。
【００２１】
また、請求項３に記載の半導体基板の製造方法によれば、イオン注入された単結晶ウェーハを一方向熱処理する。具体的には、ウェーハ表面と平行に、単結晶ウェーハ内での加熱領域を部分的に移動させる。すると、イオン注入領域の厚さ方向の中間部（イオンの高注入密度部分）において、まず単結晶ウェーハの一端からイオン注入に起因した軽元素バブルの核が生成し、引き続き単結晶ウェーハの一端の核から順に軽元素バブルが連続的に成長する。その結果、従来のようにウェーハ面内で単結晶ウェーハを均一に加熱した場合に比べて、軽元素バブル形成領域の厚さが小さくなる。よって、ウェーハの剥離面のラフネスがさらに小さくなり、剥離後のウェーハの厚さの面内均一性もさらに高められる。しかも、エッチング量、研磨量などのウェーハ加工量もさらに低減される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。まず、図１および図２を参照して第１の実施例を説明する。
ボロンが所定量添加されたｐ型で、引き上げ方向に直交する面が（１１１）面である（１１１）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、（１１１）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７２５μｍ、直径２００ｍｍ、比抵抗２０Ωｃｍ、ｐ型の鏡面仕上げされた（１１１）ウェーハの活性層用ウェーハ１０が得られる。
作製された活性層用ウェーハ１０の裏面（鏡面仕上げされた表面から所定深さ位置）に、中電流イオン注入装置を使用し、５０ｋｅＶの加速電圧で水素イオンを注入する（図１（ａ））。このときのドーズ量は、５×１０１６個／ｃｍ２である。図１および図２において、１０ａは水素のイオン注入領域を示す。
その後、酸素ガス雰囲気での９００℃の熱酸化処理により、活性層用ウェーハ１０の露出面の全域に、シリコン酸化膜１０ｂを形成する。
【００２３】
続いて、活性層用ウェーハ１０の表面とあらかじめ準備された支持基板用ウェーハ２０の鏡面とを貼り合わせ面（重ね合わせ面）とし、例えば真空装置内で公知の治具を用いて両ウェーハ１０，２０を貼り合わせる（図１（ｂ））。支持基板用ウェーハ２０は、（１００）単結晶シリコンインゴットから得られたウェーハである以外は、活性層用ウェーハ１０と同じプロセスで作製された（１００）ウェーハである。貼り合わせ時、活性層用ウェーハ１０と支持基板用ウェーハ２０との間のシリコン酸化膜１０ｂが、埋め込みシリコン酸化膜１０ｃとなる。
【００２４】
それから、貼り合わせウェーハ３０を剥離熱処理装置に挿入し、５００℃の炉内温度、Ｎ２ガス（アルゴンガスまたは酸素ガスでもよい）の雰囲気で、貼り合わせウェーハ３０を３０分間、低温熱処理する。これにより、埋め込みシリコン酸化膜１０ｃを介して、支持基板用ウェーハ２０の貼り合わせ界面側に活性層１０Ａを残して、活性層用ウェーハ１０が剥離される（図１（ｃ）、図２）。
具体的には、その低温熱処理時、イオン注入領域１０ａ内でウェーハ表面と平行な劈開面に沿って水素バブルが形成される。シリコン単結晶の面のうち（１１１）面は原子密度およびヤング率が最大であり、（１１１）面間の結合力は（１００）面などの他の面間の結合力よりも小さい。そのため、（１１１）面は割れやすい劈開面となる。よって、イオン注入領域１０ａ内で水素バブルが形成されると、従来の活性層用ウェーハ（（１００）ウェーハ）による剥離と比べて、水素バブルが小さいうちでも活性層用ウェーハ１０のイオン注入側を剥離することができる。
【００２５】
しかも、活性層１０Ａの剥離面Ｌ１は劈開面である。そのため平坦性が高い。したがって、剥離面Ｌ１のラフネスが抑えられ、剥離後の活性層用ウェーハ１０の厚さの面内均一性も高まる。よって、その後の研磨工程において、研磨量を低減させることができる。しかも、このように劈開面を利用した剥離であるので、従来の剥離時よりも水素イオンのドーズ量を少量としても活性層用ウェーハ１０を剥離することが可能になるとともに、活性層用ウェーハ１０、ひいては活性層１０Ａの水素イオンの通過ダメージを低減することができる。
得られたＳＯＩ構造の貼り合わせウェーハ３０は、活性層１０Ａの表面が研磨装置により研磨される（図１（ｄ））。
【００２６】
次に、図３〜図５を参照して、この発明の第２の実施例を説明する。
第２の実施例の特徴は、貼り合わせウェーハ３０の低温熱処理として、活性層用ウェーハ１０の表面と平行に、活性層用ウェーハ１０の一端から順に、水素バブルを連続形成する一方向熱処理を採用した点である（図３）。
一方向熱処理用の剥離熱処理装置５０は、主に、石英からなる縦型の反応炉５１と、反応炉５１の外周を被う円筒形状を有する加熱ヒータ５２と、加熱ヒータ（熱源）５２および反応炉５１を収納するハウジング５３と、複数枚の貼り合わせウェーハ３０を垂直状態で保持するウェーハ保持板５４と、ウェーハ保持板５４を支持する支持軸５５と、支持軸５５およびウェーハ保持板５４を介して、貼り合わせウェーハ３０を移動速度（Ｒ）で昇降させる昇降モータ（移動手段）５６とを備えている。
反応炉５１の内部空間の略全域が、貼り合わせウェーハ３０の加熱処理ステージＳとなる。加熱ヒータ５２は、反応炉５１の略高さ方向の全長にわたり配設された帯状熱源である。具体的には、所定ピッチで設けられた多数個のハロゲンランプから構成される。このような加熱ヒータ５２を利用した加熱によって、反応炉５１の炉内には所定の温度勾配（Ｇ）が存在する（図４）。また、反応炉５１の下端には、ウェーハ出入口５０ａが形成されている。
【００２７】
次に、剥離熱処理装置５０による活性層用ウェーハ１０の剥離熱処理を説明する。
あらかじめ反応炉５１を炉内温度６００℃、Ｎ２ガスの雰囲気とする。反応炉５１の下方において、ウェーハ保持板５４に３枚の貼り合わせウェーハ３０を垂直状態で載置する。そして、温度勾配（Ｇ）と貼り合わせウェーハ３０の移動速度（Ｒ）との関係を、Ｇ／Ｒ＞１［（℃・ｍｉｎ）／ｃｍ２  ］に設定する。
その後、支持軸５５を介して、昇降モータ５６によりウェーハ保持板５４を移動速度（Ｒ）で徐々に上昇させる。これにより、貼り合わせウェーハ３０はウェーハ出入口５０ａから反応炉５１内に挿入される。
【００２８】
このとき、貼り合わせウェーハ３０は、活性層用ウェーハ１０の表面と平行に、活性層用ウェーハ１０内での加熱領域を部分的に移動させながら一方向熱処理される。すなわち、図５（ａ）に示すように、イオン注入領域１０ａでは、水素イオンの注入密度が最大となる高密度ラインＲｐに沿って、活性層用ウェーハ１０の一端（移動方向の端）から順に、イオン注入に起因した水素バブルの核が生成する。それに伴い、活性層用ウェーハ１０の一端に生成された核から順に軽元素バブルが成長して行く。これにより、水素バブル形成領域１０ｄの厚さが、従来のようにウェーハ面内で均一に活性層用ウェーハを加熱するよりも小さくなる（図５（ｂ））。その結果、水素バブルの成長による活性層用ウェーハ１０の剥離は、この連続した水素バブルに沿って、ウェーハの一端から順に進行する。よって、剥離により得られた活性層１０Ａの剥離面Ｌ２のラフネスが、従来の剥離面Ｌ（図５（ｂ））、および、第１の実施例の場合の剥離面Ｌ１（図２）よりもさらに抑えられ、剥離後の活性層１０Ａの厚さの面内均一性および活性層１０Ａの表面の平坦性もさらに高められる。しかも、続く研磨工程での活性層１０Ａの表面の研磨量もさらに低減される。
【００２９】
また、ここでは温度勾配Ｇと移動速度Ｒとの関係を、Ｇ／Ｒ＞１となるように一方向熱処理を施している。そのため、水素バブルが連続的に形成されやすい。これは、連続的な水素バルブの形成には、反応炉内の温度勾配が大きく、水素バルブの成長速度が遅いほど有利となるためである。
その後、ウェーハ保持板５４の上昇はさらに進み、反応炉５１の中央部に達したところでウェーハ保持板５４は３０分間停止する。この位置における炉内温度は６００℃である。ここで活性層用ウェーハ１０は完全に剥離され、支持基板用ウェーハ２０の貼り合わせ面に埋め込みシリコン酸化膜１０ｃを介して活性層１０Ａが残る。こうして、ＳＯＩ構造を有する貼り合わせウェーハ３０が得られる。
剥離後、昇降モータ５６がウェーハ保持板５４の上昇時とは反対方向に回転し、支持軸５５を介してウェーハ保持板５４が下降し、ＳＯＩ構造を有する貼り合わせウェーハ３０がウェーハ出入口５０ａから排出される。
その他の構成、作用および効果は第１の実施例と略同様であるので、説明を省略する。
【００３０】
次に、表１に基づき、この発明のＳＯＩ基板用の貼り合わせウェーハ（試験例１，２）と、従来のＳＯＩ基板用の貼り合わせウェーハ（比較例１，２）とについて、活性層用ウェーハの剥離後、その活性層の剥離面のラフネスに関する試験結果を報告する。貼り合わせウェーハは試験例および比較例共に、第１の実施例の半導体基板の製造方法に則って作製した。活性層の表面ラフネスは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により評価した。評価サイズは２μｍ×２μｍである。
【００３１】
【表１】
2004214400.tif 000003
【００３２】
表１のグラフから明らかなように、活性層用ウェーハに（１１１）ウェーハを採用した試験例１，２では、いずれも剥離面（活性層の表面）の表面ラフネスが１５ｎｍまたは１７ｎｍと小さかった。特に水素イオンのドーズ量を２×１０１６個／ｃｍ２に減らした試験例１では、表面ラフネスが１５ｎｍと最良の結果が得られた。これに対して、比較例２では表面ラフネスが４６ｎｍであった。ドーズ量が２×１０１６個／ｃｍ２の比較例１にあっては、活性層用ウェーハを剥離できなかった。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１〜請求項５に記載の半導体基板の製造方法によれば、軽元素イオンを利用した剥離用のウェーハとして劈開面の表面を有する単結晶ウェーハを採用したので、熱処理時において、単結晶ウェーハはイオン注入領域内の劈開面から高い平坦性を維持して簡単に割れる。その結果、ウェーハの剥離面のラフネスが抑えられ、剥離後のウェーハの厚さの面内均一性が高まり、後に剥離面を平坦化処理するときのウェーハ加工量が低減される。しかも、このように劈開面を利用した剥離であることから、従来の劈開面からではない剥離に比べて、軽元素のイオン注入が少量でもウェーハを剥離することができる。
【００３４】
特に、請求項２に記載の半導体基板の製造方法によれば、貼り合わせＳＯＩウェーハ用の活性層用ウェーハを、表面に劈開面を有する単結晶ウェーハとしたので、貼り合わせＳＯＩウェーハの活性層の厚さの面内均一性が高まり、活性層のデバイス形成面の平坦性も高まる。
【００３５】
また、請求項３に記載の半導体基板の製造方法によれば、軽元素をイオン注入する単結晶ウェーハを一方向熱処理するようにしたので、従来のようにウェーハ面内で単結晶ウェーハを均一に加熱した場合に比べて、軽元素バブル形成領域の厚さが小さくなる。よって、ウェーハの剥離面のラフネスがさらに小さくなり、剥離後のウェーハの厚さの面内均一性もさらに高まる。しかも、エッチング量、研磨量などもさらに低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例に係る半導体基板の製造方法を示すフローシートである。
【図２】この発明の第１の実施例に係る半導体基板の製造方法における半導体ウェーハの剥離現象を説明する要部拡大断面図である。
【図３】この発明の第２の実施例に係る剥離熱処理装置の使用状態を示す模式図である。
【図４】この発明の第２の実施例に係る半導体基板の製造方法における熱処理炉の炉内温度分布を示すグラフである。
【図５】（ａ）は、この発明の第２の実施例に係る半導体基板の製造方法における半導体ウェーハの剥離現象を説明する要部拡大断面図である。
（ｂ）は、従来手段に係る半導体基板の製造方法における半導体ウェーハの剥離現象を説明する要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０  活性層用ウェーハ（単結晶ウェーハ）、
１０ａ  イオン注入領域、
１０ｃ  埋め込みシリコン酸化膜（絶縁層）、
２０  支持基板用ウェーハ、
３０  貼り合わせウェーハ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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