(57)【要約】【課題】軽元素バブル形成領域の厚さを小さくし、ウェーハ剥離界面のラフネスを抑え、剥離後のウェーハ厚さの面内均一性が高まり、剥離面の平坦化処理量を低減する半導体基板の製造方法およびウェーハ剥離熱処理装置を提供する。【解決手段】活性層用ウェーハ１０に水素がイオン注入された貼り合わせウェーハ３０を、活性層用ウェーハ１０の表面と平行に、加熱ヒータ５２に対して貼り合わせウェーハ３０を移動させながら熱処理するので、水素バブル形成領域の厚さが小さくなる。その結果、活性層用ウェーハ１０の剥離界面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められるとともに、剥離面を研磨する際の研磨量を低減することができる。【選択図】        図１
2004214399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体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、半導体ウェーハを熱処理し、このイオン注入領域内に軽元素バブルを形成させて半導体ウェーハのイオン注入側を剥離する工程とを備えた半導体基板の製造方法において、
前記熱処理は、前記半導体ウェーハの表面と平行に、該半導体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半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記半導体ウェーハは、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が、これらの間に絶縁層を介在して貼り合わされた貼り合わせウェーハで、
前記イオン注入は活性層用ウェーハに施され、
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活性層として残し、前記軽元素バブルを介して活性層用ウェーハを剥離する一方向熱処理を施す請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記軽元素が水素である請求項１または請求項２に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記一方向熱処理は、
前記半導体ウェーハを熱処理する熱処理炉内の温度勾配Ｇと、
前記温度勾配Ｇを現出する熱源と半導体ウェーハとの相対的な移動速度Ｒとの関係が、
Ｇ／Ｒ＞１                            ［（℃・ｍｉｎ）／ｃｍ２  ］
となるように施す請求項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】
前記一方向熱処理では、前記半導体ウェーハを４００℃以上で１分間以上熱処理することで、前記軽元素バブルを形成する請求項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。
【請求項６】
所定深さ位置に軽元素がイオン注入された半導体ウェーハを熱処理する熱源を有し、該熱源による熱処理により、前記半導体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、
該半導体ウェーハの表面と平行に、前記熱源と半導体ウェーハとを相対的に移動させて、該半導体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移動手段とを備えたウェーハ剥離熱処理装置。
【請求項７】
前記移動手段では、
前記半導体ウェーハを熱処理する熱処理炉内の温度勾配Ｇと、
前記温度勾配Ｇを現出する熱源と半導体ウェーハとの相対的な移動速度Ｒとの関係が、
Ｇ／Ｒ＞１                            ［（℃・ｍｉｎ）／ｃｍ２  ］
となるように制御する請求項６に記載のウェーハ剥離熱処理装置。
【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およびウェーハ剥離熱処理装置、詳しくは所定深さ位置に水素などがイオン注入された半導体ウェーハを熱処理し、そのイオン注入領域内から半導体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、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】
これは、水素などを所定深さ位置にイオン注入した活性層用ウェーハと、支持基板用ウェーハとを酸化膜を介して貼り合わせ、その後、得られた貼り合わせウェーハを熱処理炉に挿入して熱処理し、このイオン注入領域から活性層用ウェーハを剥離して活性層を形成する方法である。
【０００５】
ここで、図６を参照して、従来の活性層用ウェーハの剥離熱処理を施す熱処理装置を説明する。
図６に示す熱処理装置１００は、ウェーハの急速加熱・急速冷却装置で、主に、石英からなり下端面にウェーハ出入口を有する縦型の反応炉（熱処理炉）１０１と、反応炉１０１の周囲を被う加熱ヒータ１０２と、加熱ヒータ１０２および反応炉１０１を収納する直方体のハウジング１０３と、イオン注入された活性層用ウェーハを有する貼り合わせウェーハＷの裏面（支持基板用ウェーハ側の面）を水平状態で真空吸着するウェーハ保持板１０４と、ウェーハ保持板１０４を支持する支持軸１０５と、支持軸１０５を介してウェーハ保持板１０４を反応炉１０１内で水平状態のまま昇降させる昇降モータ１０６とを備えている。
反応炉１０１の上部内には、貼り合わせウェーハＷの加熱処理ステージＳが配置される。
【０００６】
次に、活性層用ウェーハのイオン注入領域からの剥離熱処理を説明する。
貼り合わせウェーハＷをウェーハ出入口から反応炉１０１内に挿入し、その後、貼り合わせウェーハＷをウェーハ保持板１０４のチャック面（上面）に水平状態で真空吸着する。それから、昇降モータ１０６により支持軸１０５を介して、貼り合わせウェーハＷを反応炉１０１の加熱処理ステージＳまで上昇させる。加熱処理ステージＳでは、ウェーハ保持板１０４を例えば５分間停止する。これにより、貼り合わせウェーハＷが還元性雰囲気下で高温熱処理され、貼り合わせウェーハＷは、そのウェーハ面内において略均一な温度で加熱される。よって、活性層用ウェーハのイオン注入領域内では、ウェーハ面内の全域で略同時に水素バブルが形成される。その結果、活性層を支持基板用ウェーハ側に残して活性層用ウェーハが剥離される。
その後、昇降モータ１０６により支持軸１０５を下降させ、剥離後の貼り合わせウェーハＷをウェーハ出入口から炉外に取り出す。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の枚葉式熱処理装置１００によれば、ウェーハ熱処理時、貼り合わせウェーハＷのウェーハ面内は、水素バブル形成温度を上回る略均一な温度（例えば６００℃）で加熱されていた。そのため、活性層用ウェーハのイオン注入領域内では、ウェーハ面内の全域で略同時に水素バブルが形成される。このように、ウェーハ面内の全域が略同時に水素バブルの形成温度を上回る温度で加熱されると、そのイオン注入領域では、この領域の厚さ方向のうちで水素の注入密度が最大となる中間部から外れた部分でも、水素バブルが発生していた（図４（ｂ））。そのため、剥離面のラフネスが大きくなり、剥離後の平坦化処理のために必要な後工程の研磨量またはエッチング量が増大し、活性層の厚さの面内均一性が低下して高い平坦度が得られなかった。
また、上記した枚葉式の熱処理装置の外にも、バッチ式の横型熱処理装置や縦型熱処理装置あるいはボックス式の熱処理装置（マッフル炉）なども剥離熱処理装置として使用される。しかしながら、何れもウェーハ面内の全域が略同時に水素バブルの形成温度を上回る温度で加熱されることから、枚葉式熱処理装置と同様に、剥離面のラフネスが大きくなり平坦度が低下する問題がある。
【０００８】
そこで、発明者らは鋭意研究の結果、水素イオンが注入された貼り合わせウェーハを、反応炉（温度勾配を有する方が好ましい）内で、貼り合わせウェーハの表面と平行に所定の速度以上で移動させれば、活性層用ウェーハの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し、その後、貼り合わせウェーハの移動に伴いウェーハの加熱が進行し、貼り合わせウェーハの移動方向の端の水素バブル核から順に水素バブルが連続的に成長して、水素バブルの形成領域（水素バルブ形成領域）の厚さが従来に比べて小さくなることを知見し、この発明を完成させた。
また、連続的な水素バルブの形成は、反応炉内の温度勾配が大きく、水素バルブの成長速度（水素バブルを形成可能な温度領域の移動速度）が遅いほど有利になることも見出した。
【０００９】
【発明の目的】
この発明は、軽元素バブル形成領域の厚さを小さくすることができ、これにより半導体ウェーハの剥離面のラフネスが抑えられ、その結果、剥離後の半導体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る半導体基板の製造方法およびウェーハ剥離熱処理装置を提供することを、その目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、半導体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、半導体ウェーハを熱処理し、このイオン注入領域内に軽元素バブルを形成させて半導体ウェーハのイオン注入側を剥離する工程とを備えた半導体基板の製造方法において、前記熱処理は、前記半導体ウェーハの表面と平行に、該半導体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半導体基板の製造方法である。
半導体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、ガリウム・ヒ素ウェーハなどを採用することができる。その他、各種のＳＯＩ構造を有するウェーハの活性層形成にも採用することができ、特に、スマートカット法を利用した貼り合わせＳＯＩウェーハの活性層基板の製造に好適である。
【００１１】
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。
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厚さがより小さくなる。
【００１２】
一方向熱処理としては、例えば熱処理炉を半導体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。また、半導体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、熱処理炉および半導体ウェーハを、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くなる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記半導体ウェーハは、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が、これらの間に絶縁層を介在して貼り合わされた貼り合わせウェーハで、前記イオン注入は活性層用ウェーハに施され、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活性層として残し、前記軽元素バブルを介して活性層用ウェーハを剥離する一方向熱処理を施す請求項１に記載の半導体基板の製造方法である。
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。
【００１４】
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。
この貼り合わせ熱処理時に活性層用ウェーハを剥離してもよい。また、この貼り合わせ熱処理とは別に、活性層用ウェーハを剥離してもよい。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記軽元素が水素である請求項１または請求項２に記載の半導体基板の製造方法である。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、前記一方向熱処理は、前記半導体ウェーハを熱処理する熱処理炉内の温度勾配Ｇと、前記温度勾配Ｇを現出する熱源と半導体ウェーハとの相対的な移動速度Ｒとの関係が、Ｇ／Ｒ＞１［（℃・ｍｉｎ）／ｃｍ２  ］となるように施す請求項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。
好ましい温度勾配Ｇと移動速度Ｒとの関係は、Ｇ／Ｒ＞１０である。Ｇ／Ｒ≦１では剥離面のラフネスが大きくなり高い平坦度を得ることができない。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、前記一方向熱処理では、前記半導体ウェーハを４００℃以上で１分間以上熱処理することで、前記軽元素バブルを形成する請求項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。
半導体ウェーハの好ましい加熱温度は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。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、所定深さ位置に軽元素がイオン注入された半導体ウェーハを熱処理する熱源を有し、該熱源による熱処理により、前記半導体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、該半導体ウェーハの表面と平行に、前記熱源と半導体ウェーハとを相対的に移動させて、該半導体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移動手段とを備えたウェーハ剥離熱処理装置である。
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、半導体ウェーハを１枚ずつ処理する枚葉式でもよいし、複数枚の半導体ウェーハを同時に処理するバッチ式でもよい。
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。
移動手段の構成は限定されない。例えば、熱源に対して半導体ウェーハを移動させるものでもよい。また、半導体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、半導体ウェーハと熱源との両方を移動させるものでもよい。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、前記移動手段では、前記半導体ウェーハを熱処理する熱処理炉内の温度勾配Ｇと、前記温度勾配Ｇを現出する熱源と半導体ウェーハとの相対的な移動速度Ｒとの関係が、Ｇ／Ｒ＞１［（℃・ｍｉｎ）／ｃｍ２  ］となるように制御する請求項６に記載のウェーハ剥離熱処理装置である。
【００２０】
【作用】
請求項１〜請求項５に記載の半導体基板の製造方法および請求項６または請求項７に記載のウェーハ剥離熱処理装置によれば、軽元素がイオン注入された半導体ウェーハを一方向熱処理する。すなわち、半導体ウェーハの表面と平行に、半導体ウェーハ内での加熱領域を部分的に移動させながら、半導体ウェーハの一端から順に軽元素バブルを連続的に形成して行く。
このように半導体ウェーハを加熱すると、まず半導体ウェーハの一端から順に、イオン注入領域の厚さ方向の略中間部（イオンの高注入密度部分）において、イオン注入に起因した軽元素バブルの核が生成する。しかも、この加熱部分の移動に伴い半導体ウェーハの加熱が進行し、半導体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、従来のウェーハ面内で均一に半導体ウェーハを加熱したときに比較して、軽元素バブル形成領域の厚さが小さくなる。半導体ウェーハの剥離は、この連続する軽元素バブルに沿って半導体ウェーハの一端から順に進行する。よって、半導体ウェーハの剥離面のラフネスが抑えられ、剥離後の半導体ウェーハの厚さの面内均一性も高められるとともに、その後、この剥離面を平坦化処理する際のエッチング量、研磨量といったウェーハ加工量を低減することができる。
【００２１】
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の活性層用ウェーハのイオン注入領域に、上述した一方向熱処理を施す。これにより、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（表面）の平坦性が高められる。
【００２２】
また、請求項４に記載の半導体基板の製造方法および請求項７に記載のウェーハ剥離熱処理装置によれば、熱処理炉内の温度勾配Ｇと、熱源と半導体ウェーハとの相対的な移動速度Ｒとの関係が、Ｇ／Ｒ＞１［（℃・ｍｉｎ）／ｃｍ２  ］となるように一方向熱処理を施す。これにより、軽元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。
ただし、熱源と半導体ウェーハとの相対的な移動速度Ｒが非常に遅い場合、半導体ウェーハの熱伝導度が良いことから、周囲の温度勾配と比較してウエーハ内の実質的な温度勾配が小さくなり、軽元素バブルの連続形成が困難となるため、１ｃｍ／ｍｉｎ以上の移動速度を確保することが望ましい。また、熱処理炉内の温度勾配Ｇも非常に大きくなると、ウエーハ内での熱応力が大きくなり、活性層内に欠陥が導入される危険性があることから、５００℃／ｃｍ以下の温度勾配までに留めることが望ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。
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７２５μｍ、直径２００ｍｍ、比抵抗２０Ωｃｍ、ｐ型の鏡面仕上げされた活性層用ウェーハ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、３０ｋｅＶの低い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／ｃｍ２である。図１および図４において、１０ａは水素イオン注入領域を示す。
【００２４】
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。
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（同一プロセスで作製されたシリコンウェーハ）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））。このとき、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。
【００２５】
それから、貼り合わせウェーハ３０を剥離熱処理装置５０に挿入し、６００℃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を一方向熱処理する（図２）。すなわち、貼り合わせウェーハ３０の表面と平行に、貼り合わせウェーハ３０を所定速度で反応炉５１内の加熱領域を移動させる。この一方向熱処理により、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を剥離する低温熱処理が施される。ここでは、３枚の貼り合わせウェーハ３０をバッチ処理する。
【００２６】
次に、図２を参照して、前記熱処理装置５０を説明する。
図２に示すように、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を反応炉５１の内外において、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プロファイルが存在する（図３）。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、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、反応炉５１のウェーハ出入口５０ａ側に設けられた温度勾配（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４（ａ）に示すように、水素イオン注入領域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（水素イオン注入領域１０ａの厚さ方向の中間ライン）に沿って、活性層用ウェーハ１０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水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、従来のウェーハ面内で均一に活性層用ウェーハを加熱する場合に比較して小さくなる（図４（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ことになる。よって、剥離により得られた活性層１０Ａの剥離面Ｌのラフネスの方が、図４（ｂ）の二点鎖線に示す従来の活性層１０Ａの剥離面Ｌのラフネスに比べて小さくなり、剥離後の活性層１０Ａの厚さの面内均一性が高まり、活性層１０Ａの表面の平坦性も高められる。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からである。
そして、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（図１（ｃ））。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。
【００３０】
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。
続いて、ＳＯＩ構造の貼り合わせウェーハ３０は、活性層１０Ａの外周部に残ったシリコン酸化膜１０ｂを外周研削した後、活性層１０Ａの表面が研磨装置により研磨される（図１（ｄ））。
【００３１】
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１〜７）と、従来のＳＯＩ基板用の貼り合わせウェーハ（比較例１〜３）とについて、活性層用ウェーハの剥離後、その剥離面のラフネスに関する試験結果を報告する。水素イオン注入された活性層用ウェーハにおける剥離後の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。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１のグラフから明らかなように、試験例１〜試験例７はいずれもＧ／Ｒが１を超え、剥離面（活性層の表面）のラフネスは１１〜４０ｎｍと小さかった。特に、Ｇ／Ｒが１０を超えた試験例２，５，６では、表面ラフネスが１１〜１５ｎｍとさらに小さくなり、剥離面の平坦性もより高まった。これに対して、比較例１〜比較例３ではＧ／Ｒが１未満である。そのため、剥離面のラフネスは３４〜４２と大きかった。試験例３の原子間力顕微鏡による写真を図５（ａ）に示す。一方、比較例１の原子間力顕微鏡による写真を図５（ｂ）に示す。試験例５の方が粗さが小さいのは一目瞭然である。写真のサイズは２×２μｍである。
【００３４】
【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および請求項６および請求項７に記載のウェーハ剥離熱処理装置によれば、軽元素をイオン注入した半導体ウェーハに対して、半導体ウェーハの表面と平行に、半導体ウェーハの一端から順に、軽元素バブルを連続形成するので、軽元素バブル形成領域の厚さが小さくなる。その結果、半導体ウェーハの剥離面のラフネスが抑えられ、剥離後の半導体ウェーハの厚さの面内均一性も高められるとともに、剥離面を平坦化処理する際のウェーハ加工量を低減することができる。
【００３５】
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の活性層用ウェーハのイオン注入領域に、上述した一方向熱処理を施す。これにより、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が高められる。
【００３６】
また、請求項４に記載の半導体基板の製造方法および請求項７に記載のウェーハ剥離熱処理装置によれば、熱処理炉内の温度勾配Ｇと、熱源と半導体ウェーハとの相対的な移動速度Ｒとの関係が、Ｇ／Ｒ＞１となるように一方向熱処理を施すので、軽元素バブルの連続的な形成が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一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】この発明の一実施例に係るウェーハ剥離熱処理装置の使用状態を示す模式図である。
【図３】この発明の一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４】（ａ）は、この発明の一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。
【図５】（ａ）は、この発明の一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面の顕微鏡写真の参考図である。
（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面の顕微鏡写真の参考図である。
【図６】従来手段に係るウェーハ剥離熱処理装置の使用状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１０  活性層用ウェーハ、
１０Ａ  活性層、
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（半導体ウェーハ）、
５０  熱処理装置、
５２  加熱ヒータ（熱源）、
５６  昇降モータ（移動手段）、
Ｇ  温度勾配、
Ｒ  移動速度。
【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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【図６】
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