(57)【要約】【課題】ＳＯＩ層の要求膜厚レベルが非常に小さい場合においても、ウェーハ内の膜厚均一性及びウェーハ間の膜厚均一性の双方を十分小さいレベルに軽減できるＳＯＩウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】得るべきＳＯＩ層５の厚さに応じて結合シリコン単結晶薄膜１５の厚さを調整するために、剥離用イオン注入層形成工程における剥離用イオン注入層４の第一主表面Ｊからの形成深さｄ１＋ｔｘを、イオン注入のエネルギーにより調整する。そして、剥離用イオン注入層４の第一主表面Ｊからの形成深さが小さくなるほど、イオン注入のドーズ量を小さく設定する。ドーズ量が小さくなれば、剥離面の面粗さも小さくなり、平坦化工程における結合シリコン単結晶薄膜の剥離面の研磨代を小さく設定することができる。その結果、薄いＳＯＩ層を形成する場合に、該ＳＯＩ層の膜厚均一性を向上させることができる。【選択図】　　図１
2004063730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一基板とシリコン単結晶からなる第二基板との少なくともいずれかの第一主表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記第二基板の第一主表面側のイオン注入表面からイオンを打ち込むことにより剥離用イオン注入層を形成する剥離用イオン注入層形成工程と、
前記剥離用イオン注入層が形成された前記第二基板と、前記第一基板との前記第一主表面同士を、前記絶縁膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、
該貼り合わせ工程の後、ＳＯＩ層となるべき結合シリコン単結晶薄膜を、前記第二基板より前記剥離用イオン注入層において剥離する剥離工程と、
前記結合シリコン単結晶薄膜の剥離面側を平坦化して前記ＳＯＩ層とする平坦化工程と、を含み、
得るべきＳＯＩ層の厚さに応じて前記結合シリコン単結晶薄膜の厚さを調整するために、前記剥離用イオン注入層形成工程における前記剥離用イオン注入層の前記イオン注入表面からの形成深さを、イオン注入のエネルギーの大きさにより調整するとともに、前記剥離用イオン注入層の前記イオン注入表面からの形成深さが小さくなるほど、前記イオン注入のドーズ量を小さく設定することを特徴とするＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記平坦化工程は、前記結合シリコン単結晶薄膜の剥離面側を研磨する研磨工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記結合シリコン単結晶薄膜の剥離面の面粗さが小さいほど、前記研磨工程における前記結合シリコン単結晶薄膜の前記剥離面の研磨代を小さく設定することを特徴とする請求項２記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記得るべきＳＯＩ層の厚さが小さくなるほど前記イオン注入のドーズ量を小さく設定し、かつ、前記研磨工程における前記結合シリコン単結晶薄膜の前記剥離面の研磨代を小さく設定することを特徴とする請求項３記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記絶縁膜をシリコン酸化膜とすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＳＯＩウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＯＩウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話等の移動体通信においては、数１００ＭＨｚ以上の高周波信号を取り扱うのが一般的となっており、高周波特性の良好な半導体デバイスが求められている。例えば、ＣＭＯＳ−ＩＣや高耐圧型ＩＣ等の半導体デバイスには、シリコン単結晶基板（以下、ベースウェーハともいう）上にシリコン酸化膜絶縁体層（埋め込み酸化膜）を形成し、その上に別のシリコン単結晶層をＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）層として積層形成した、いわゆるＳＯＩウェーハが使用されている。これを高周波用の半導体デバイスに使用する場合、高周波損失低減のため、ベースウェーハとして高抵抗率のシリコン単結晶を使用することが必要である。
【０００３】
ところで、ＳＯＩウェーハの代表的な製造方法として貼り合わせ法がある。この貼り合わせ法は、ベースウェーハとなる第一シリコン単結晶基板と、デバイス形成領域であるＳＯＩ層となる第二シリコン単結晶基板（以下、ボンドウェーハともいう）とをシリコン酸化膜を介して貼り合わせた後、ボンドウェーハを所望の膜厚まで減厚し、薄膜化することによりボンドウェーハをＳＯＩ層とするものである。
【０００４】
ボンドウェーハを減厚する方法にはいくつかあるが、均一な膜厚が比較的得やすく、かつ簡便な方法として、スマートカット法（商標名）が知られている。これは、ボンドウェーハの貼り合わせ面（第一主表面とする）に対し、一定深さ位置に水素高濃度層が形成されるように水素をイオン注入し、貼り合わせ後に該水素高濃度層にてボンドウェーハを剥離する、というものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の方法には以下のような欠点がある。すなわち、スマートカット法では、図８（ａ）に示すように、剥離後に得られるＳＯＩウェーハ５０’（符号７はベースウェーハ、符号２はシリコン酸化膜である）の、ＳＯＩ層８の表面に、イオン注入に伴うダメージ層８ａが形成され、また、剥離面そのものの粗さは通常製品レベルのＳｉウェーハの鏡面と比べて相当大きくなる。従来、このダメージ層８ａを除去するために、剥離後のＳＯＩ層８の表面を、研磨代の小さい鏡面研磨（タッチポリッシュと通称され、機械的化学的研磨が用いられる）により鏡面化することが行なわれてきた。この方法を用いると、剥離面の短波長の粗さ成分は比較的容易に除去できるものの、新たに研磨代のウェーハ面内不均一性が付加されてしまう難点がある。その結果、図８（ｂ）に示すように、得られるＳＯＩ層の膜厚ｔの分布には、同一ウェーハ内の標準偏差値σ１にて１〜２ｎｍ程度生ずる。また、図８（ｃ）に示すように、同一仕様ウェーハロットにおけるウェーハ間の、膜厚ｔ（ｔ１，ｔ２，ｔ３）の標準偏差値σ２では３ｎｍ程度以上の分布を生ずる。特に剥離面の面粗さが大きい場合は、研磨代が大きくなる分だけ、研磨後のＳＯＩ層の膜厚分布は悪化しやすくなる。
【０００６】
一般に、厚いＳＯＩ層が必要な場合は、水素高濃度層の形成深さを大きくし、薄いＳＯＩ層が必要な場合は水素高濃度層の形成深さを小さくする。一方、従来より、剥離を生じさせるのには、水素高濃度層の形成深さによらず、一定の臨界ドーズ量以上に水素注入する必要があると考えられており、特に薄いＳＯＩ層を形成する場合も、比較的厚いＳＯＩ層を形成する場合と同程度のイオンドーズ量レベルが採用されてきた。その結果、剥離面の粗さは、薄いＳＯＩ層を得る場合においても、厚いＳＯＩ層を形成する場合と同程度に大きくならざるを得ないから、研磨代のウェーハ面内不均一性の影響は、ＳＯＩ層厚さが小さくなる分だけ相対的に拡大する。
【０００７】
こうした膜厚のばらつきは、現状の鏡面研磨技術の水準からすれば不可避的なものであり、ＳＯＩ層の膜厚が１００ｎｍ程度以上の膜厚に留まる限りは、特に大きな問題となるものではない。しかしながら、近年、ＳＯＩウェーハの主要な用途であるＣＭＯＳ−ＬＳＩ等においては、素子の微細化及び高集積化の傾向はますます著しくなっており、数年前まで１００ｎｍ程度で超薄膜と称されていたものも、今ではさして驚くに値するものではなくなってしまった。現在、超薄膜ＳＯＩ層として求められている平均膜厚は１００ｎｍを大きく下回り、数１０ｎｍ（例えば２０〜５０ｎｍ）から場合により１０ｎｍ程度にもなっている。この場合、上記のような膜厚不均一のレベルは、狙いとする平均膜厚の１０〜数１０％にも及び、ＳＯＩウェーハを用いた半導体デバイスの品質ばらつきや、製造歩留まり低下に直結してしまうことはいうまでもない。
【０００８】
本発明の課題は、ＳＯＩ層の要求膜厚レベルが非常に小さい場合においても、ウェーハ内の膜厚均一性及びウェーハ間の膜厚均一性の双方を十分小さいレベルに軽減することが可能であり、ひいては超微細あるいは高集積度のＣＭＯＳ−ＬＳＩ等に加工した場合においても、品質ばらつきを抑制し製造歩留まりを向上させることができるＳＯＩウェーハの製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために、本発明のＳＯＩウェーハの製造方法は、第一基板（ベースウェーハに相当する）とシリコン単結晶からなる第二基板（ボンドウェーハに相当する）との少なくともいずれかの第一主表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
第二基板の第一主表面側のイオン注入表面からイオンを打ち込むことにより剥離用イオン注入層を形成する剥離用イオン注入層形成工程と、
剥離用イオン注入層が形成された第二基板と、第一基板との第一主表面同士を、絶縁膜を介して貼り合わせる貼り合わせ工程と、
該貼り合わせ工程の後、ＳＯＩ層となるべき結合シリコン単結晶薄膜を、第二基板より剥離用イオン注入層において剥離する剥離工程と、
結合シリコン単結晶薄膜の剥離面側を平坦化してＳＯＩ層とする平坦化工程と、を含み、
得るべきＳＯＩ層の厚さに応じて結合シリコン単結晶薄膜の厚さを調整するために、剥離用イオン注入層形成工程における剥離用イオン注入層のイオン注入表面からの形成深さを、イオン注入のエネルギーの大きさにより調整するとともに、剥離用イオン注入層のイオン注入表面からの形成深さが小さくなるほど、イオン注入のドーズ量を小さく設定することを特徴とする。なお、本明細書において「イオン注入表面」とは、ボンドウェーハの第一主表面に絶縁膜を形成する場合はその絶縁膜表面であり、絶縁膜を形成しない場合はボンドウェーハの第一主表面（シリコン表面）である。
【００１０】
本発明者は、スマートカット法において、ボンドウェーハに剥離を生じさせるためのイオン注入のドーズ量につき、実験により再度検証を行なったところ、従来にはない新規な知見を得た。すなわち、必要とされるＳＯＩ層の厚さに応じて剥離用イオン注入層の形成深さを調整するには、イオン注入のエネルギーを調整しなければならない。そして、剥離を生ずるための臨界イオンドーズ量は、従来、イオン注入深さによらず一定と考えられていたのが、本発明者の検討により、イオン注入深さが小さいほど少ないドーズ量でも剥離を生ずることがわかった。つまり、剥離用イオン注入層の形成深さが小さいほど、剥離に必要な臨界ドーズ量は小さくなるのである。他方、剥離面の粗さも、打ち込むイオンのドーズ量に関係し、ドーズ量が小さくできれば剥離面の粗さも小さくなる。従って、剥離用イオン注入層の第一主表面からの形成深さが小さくなる場合は、イオン注入のドーズ量を小さく設定する。ドーズ量が小さくなれば、剥離面の面粗さも小さくなり、薄いＳＯＩ層を形成する場合に、該ＳＯＩ層の膜厚均一性を向上させることができる。
【００１１】
さらに、平坦化工程は、結合シリコン単結晶薄膜の剥離面側を研磨する研磨工程を含むものとする場合に、ＳＯＩ層の膜厚均一性を向上させることができる。具体的には、剥離により得られる結合シリコン単結晶薄膜の剥離面の面粗さが小さいほど、研磨工程における結合シリコン単結晶薄膜の剥離面の研磨代を小さく設定することができる。つまり、剥離面の面粗さが小さくなれば、研磨工程における結合シリコン単結晶薄膜の剥離面の研磨代を縮小でき、該研磨代のウェーハ面内不均一性の影響を効果的に軽減できる。
【００１２】
例えば、ボンドウェーハに形成する絶縁膜の厚さを一定とすると、得るべきＳＯＩ層の厚さが小さくなる場合、イオン注入のドーズ量も該厚さに応じて小さく設定し、かつ、研磨工程における結合シリコン単結晶薄膜の剥離面の研磨代を小さく設定する。つまり、結合シリコン単結晶薄膜ひいては最終的なＳＯＩ層が薄くなれば、剥離用イオン注入層の形成位置が浅くなるのでイオン注入のドーズ量が減り、剥離面平坦化の際の研磨しろを小さくできるので研磨代不均一の影響が大幅に軽減される。その結果、ＳＯＩ層厚さが小さいにもかかわらず、ウェーハ内の膜厚均一性及びウェーハ間の膜厚均一性の双方を十分小さいレベルに軽減することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について述べる。
図１は本発明に係るＳＯＩウェーハの製造方法の基本的な実施形態を説明するものである。まず、工程（ａ）に示すように、例えばシリコン単結晶からなる第一基板としてのベースウェーハ７と、工程（ｂ）に示す第二シリコン単結晶基板としてのボンドウェーハ１とを用意する。工程（ｃ）に示すように、ボンドウェーハ２の少なくとも第一主表面Ｊ側に絶縁膜としてシリコン酸化膜２を形成している。このシリコン酸化膜２の形成は、例えば、ウェット酸化やドライ酸化などの熱酸化により形成することができるが、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の方法を採用することも可能である。シリコン酸化膜の膜厚ｔｘは、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ等の絶縁層として使用されることを考慮して、５０ｎｍ以上２μｍ以下程度の値とする。ベースウェーハ７としては、石英基板やサファイア基板などの絶縁性基板や、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣなどの化合物半導体基板を用いることもできるが、大口径化やコスト面を考慮すると、本実施の形態のようにシリコン単結晶基板を用いることが好ましい。また、シリコン酸化膜２の代わりに、シリコン窒化膜やシリコン酸化窒化膜などを絶縁膜として形成することもできる。
【００１４】
次に、工程（ｄ）に示すように、ボンドウェーハ１の第一主表面Ｊ側、本実施形態ではシリコン酸化膜２の表面をイオン注入面として、例えば水素イオンビームを照射することによりイオンを打ち込み、剥離用イオン注入層４を形成する。剥離用イオン注入層４を形成するためのイオンは、水素イオン及び希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ）イオンよりなるイオン群から選ばれる少なくとも１種類とすることができる。本実施形態では水素イオンを用いるが、水素イオンに代えて、ヘリウムイオン、ネオンイオンあるいはアルゴンイオンなどの希ガスイオンを打ち込むことにより剥離用イオン注入層４を形成してもよい。
【００１５】
剥離用イオン注入層４を形成したボンドウェーハ１とベースウェーハ７とは、洗浄液にて洗浄され、さらに、工程（ｅ）に示すように、両ウェーハ１，７をシリコン酸化膜２の形成側（すなわち第一主表面Ｊ，Ｋ側）にて貼り合わせる。そして、工程（ｆ）に示すように、その積層体を４００〜６００℃の低温にて熱処理することにより、ボンドウェーハ１は前記した剥離用イオン注入層４の概ね濃度ピーク位置において剥離し、ベースウェーハ７側に残留した部分が結合シリコン単結晶薄膜１５となる（剥離工程）。なお、剥離用イオン注入層４を形成する際のイオン注入量を高めたり、あるいは重ね合わせる面に対して予めプラズマ処理を行なって表面を活性化したりすることにより、剥離熱処理を省略できる場合もある。また、剥離後の残余のボンドウェーハ部分３は、剥離面を再研磨後、再びボンドウェーハ又はベースウェーハとして再利用が可能である。
【００１６】
最終的なＳＯＩウェーハを得るには、上記剥離工程後、ベースウェーハ７とＳＯＩ層（結合シリコン単結晶薄膜１５）とをシリコン酸化膜２を介して強固に結合する結合熱処理が必要である。この結合熱処理は、アルゴンガス等の不活性ガスや水素ガスあるいはこれらの混合ガス中にて、通常１０００℃以上１２５０℃以下の高温で行なわれる。なお、該結合熱処理に先立って、これよりも低温で、ＳＯＩ層の表面を保護するための酸化熱処理（７００℃以上１０００℃以下）を行なうこともできる。
【００１７】
また、剥離後の結合シリコン単結晶薄膜１５の剥離面を、あるいはこれを研磨により平坦化した研磨表面をさらに平坦化する平坦化熱処理を行なうことができる。この平坦化熱処理は、アルゴンガス等の不活性ガスや水素ガスあるいはこれらの混合ガス中にて１１００〜１３８０℃で行なうことができる。具体的には、一般的なバッチ式の縦型炉や横型炉といったヒーター加熱式の熱処理炉を用いて行なうことができるほか、ランプ加熱等により熱処理を数秒から数分程度で完結する枚葉式ＲＴＡ装置を用いて行なうこともできる。この平坦化熱処理を、前述の結合熱処理と兼ねて行なうこともできる。
【００１８】
図１の工程（ｄ）において、剥離用イオン注入層４は、ウェーハの深さ方向の水素濃度プロファイルを測定したとき、例えば５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の深さ（ｄ１：ただし、表面にシリコン酸化膜２が形成される場合は、そのシリコン酸化膜２を除いた深さで表す）に水素濃度のピーク位置が生ずるように形成する。該深さｄ１は、結合シリコン単結晶薄膜１５の厚さに対応するものである。第一の深さ位置ｄ１が５０ｎｍ未満では、十分な厚さの結合シリコン単結晶薄膜１５が得られず、３００ｎｍを超えると、５０ｎｍ以下のＳＯＩ層を得たい場合に、後述する研磨代が大きくなり過ぎ、膜厚分布を良好に確保できなくなる。
【００１９】
上記剥離用イオン注入層４を形成する際に、該剥離用イオン注入層４のイオン注入表面からの形成深さｄ１＋ｔｘを、イオン注入のエネルギー（加速電圧）により調整する。具体的には、該剥離用イオン注入層４の形成深さ（ｄ１＋ｔｘ）が大きくなるほど、イオン注入のエネルギーを大きく設定する。シリコン酸化膜の厚さｔｘが例えば２０ｎｍ〜２００ｎｍに設定され、結合シリコン単結晶薄膜１５の厚さに対応する剥離用イオン注入層４の形成深さｄ１が前述の５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下に設定される場合、ｄ１＋ｔｘは７０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。水素イオンを用いたイオン注入により、該深さに剥離用イオン注入層４を形成するには、イオン注入のエネルギーを３ｋｅＶ〜５０ｋｅＶ程度に調整するのがよい。
【００２０】
そして、剥離用イオン注入層４のイオン注入表面からの形成深さｄ１＋ｔｘが小さくなるほど、剥離用イオン注入層４にて剥離を生じうるためのイオン注入の臨界ドーズ量が小さくなる。従って、剥離用イオン注入層４の形成深さｄ１＋ｔｘが小さくなるほど、イオンのドーズ量は小さく設定される。ｄ１＋ｔｘが７０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である場合、剥離用イオン注入層４を形成するためのイオンのドーズ量は、３×１０１６個／ｃｍ２以上５×１０１６個／ｃｍ２以下に設定するのがよい。
【００２１】
図２に示すように、剥離後の結合シリコン単結晶薄膜１５の表面（剥離面）は、イオン注入に伴うダメージ層８の形成により荒れたものとなる。そこで、該ダメージ層８を研磨（タッチポリッシュ）により除去し、結合シリコン単結晶薄膜１５の表面を平坦化して、最終的なＳＯＩ層５とし、ＳＯＩウェーハ５０が得られる。この平坦化のための研磨代は、ダメージ層８による表面粗さが大きいほど大きく設定する必要がある。しかし、研磨代が大きくなれば、該研磨代の面内方向バラツキの影響が最終的なＳＯＩ層５の膜厚分布に大きく及ぶようになり、所期の膜厚分布のＳＯＩ層５を得るのが困難になる。従って、平坦化処理における研磨代はなるべく小さいことが望ましく、そのためには、剥離面の面粗さを小さくすることが有効となる。これは、平坦化工程を研磨のみにより行う場合だけではなく、熱処理による平坦化の後に研磨を行う場合、あるいは研磨による平坦化の後に熱処理を加える場合についても全く同様のことが言える。
【００２２】
既に説明した通り、剥離用イオン注入層４の形成深さが小さいほど、剥離に必要な臨界ドーズ量は小さくなる。剥離用イオン注入層４の形成深さ（図２：ｄ１＋ｔｘ）が小さくなる場合は、イオン注入のドーズ量も小さく設定される。シリコン酸化膜２の膜厚ｔｘが一定の場合、剥離用イオン注入層４の形成深さｄ１＋ｔｘは、得るべきＳＯＩ層の厚さ（図２：ｔ１，ｔ２，ｔ３）が小さくなるほど浅くなり、イオン注入のドーズ量も該厚さ（図２：ｔ１，ｔ２，ｔ３、あるいは深さｄ１＋ｔｘ）に応じて小さく設定される。従って、ドーズ量を抑制して得られる薄い結合シリコン単結晶薄膜１５の剥離面は粗さＲｍｓが減少し、平坦化工程における研磨代ｔｐを小さく設定することができる。その結果、ＳＯＩ層５が薄くなるほど研磨代ｔｐが小さくて済むようになり、研磨代不均一の影響が及びにくくなって、ＳＯＩ層５のウェーハ内の膜厚均一性及びウェーハ間の膜厚均一性の双方を十分小さいレベルに軽減することが可能となる。例えば、ＳＯＩ層５の平均厚さが１０〜５０ｎｍ程度に設定される場合においても、ＳＯＩ層５の膜厚均一性を、同一ウェーハ内の膜厚の標準偏差値にて例えば１．５ｎｍ以下に確保できる。また、図５に示すように、同一仕様のウェーハ間の膜厚ｔ（＝ｔ１，ｔ２，ｔ３）の標準偏差値σ２にて３ｎｍ以下に確保することができる。特に、ＳＯＩ層５が２０ｎｍ程度あるいはそれ以下に超薄膜化される場合でも、ウェーハ内及びウェーハ間の膜厚バラツキを、十分実用に耐える範囲にまで軽減することが可能となる。また、最終膜厚次第では、研磨を省略し、熱処理による平坦化のみでも、従来に比べて格段に優れた表面状態を得ることができるので、膜厚バラツキを一層軽減することが可能となる。
【００２３】
図６は、水素イオン注入により剥離用イオン注入層を形成する場合の、剥離に必要な臨界ドーズ量を、水素イオン注入のエネルギー（加速電圧）を種々に変更しながら測定したものである。エネルギーが小さくなるほど、臨界ドーズ量が明らかに減少していることがわかる。また、臨界ドーズ量はエネルギーが減少すると略直線的に減少している（図中に、直線回帰により得られた、臨界ドーズ量とエネルギーとの関係を示す実験式を示している）。また、図７は、ボンドウェーハ１側にシリコン酸化膜２を３０ｎｍ形成したときと、１４５ｎｍ形成した場合のそれぞれについて、水素イオン注入のエネルギー（加速電圧）と、結合シリコン単結晶薄膜１５の剥離厚さ（つまり、剥離用イオン注入層４の形成深さｄ１）との関係を示すものである。いずれも高エネルギーとなるほど結合シリコン単結晶薄膜１５の厚みが大きくなっていることがわかる。また、シリコン酸化膜２の厚さを薄くすることにより、同じ剥離厚さが、より低いエネルギーで得られることもわかる。
【００２４】
また、図１の工程に従い、以下の実験を行なった。すなわち、種々のイオン注入エネルギーとドーズ量を設定して剥離用イオン注入層４を形成することにより、剥離後のシリコン単結晶層厚さ（図１のｄ１）を、ターゲットとするＳＯＩ層５の厚さに応じて種々に変更し、さらに、剥離面の粗さＲｍｓに応じて研磨代を調整して機械的化学的研磨により平坦化研磨を行なうことにより、ＳＯＩウェーハを製造した。イオン注入のドーズ量は、設定したイオン注入のエネルギーに応じて、図６中の実験式に従い決定した。また、剥離面の粗さＲｍｓは、以下の方法により算出された、二乗平均平方根粗さである。すなわち、原子間力顕微鏡によりＳＯＩ層主表面の３次元形状プロファイルを測定し、測定面積を１０μｍ×１０μｍ（高さ方向をｚとするｘ−ｙ−ｚ直交座標系を設定したときに、ｘ−ｙ平面への投影面積にて表す）とし、測定点毎の高さ方向座標測定値をＺ、その平均値をＺｍ、全測定点についての（Ｚ−Ｚｍ）２の和をΣ（Ｚ−Ｚｍ）２として、これを測定点数Ｎにて除した値の平方根をＲｍｓ：
Ｒｍｓ＝｛（１／Ｎ）×Σ（Ｚ−Ｚｍ）２｝１／２
として算出する。また、ＳＯＩ層５の面内厚さ分布を、反射分光法により測定し、平均膜厚と均一性指数（標準偏差をσとしたときの、３σの値）を求めた。以上の結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
2004063730.tif 000003
【００２６】
ＳＯＩ層５を薄膜化するためにイオン注入のエネルギーを小さくすると、必要なドーズ量も減少している。その結果、剥離面の粗さＲｍｓも小さくなり、平坦化研磨も研磨代を小さく設定できることがわかる。そして、研磨代を小さく設定して得られるＳＯＩ層は、膜厚均一性も良好である。特に、膜厚均一性のレベルを１．５ｎｍ以下に留めたいとき、剥離面の粗さＲｍｓは４．５ｎｍ以下となっていることが望ましい。
【００２７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、請求項の記載に基づく技術的範囲を逸脱しない限り、種々の変形ないし改良を付加することができる。例えば、図３の工程（ａ）及び（ｂ）に示すように、ベースウェーハ７の側にのみシリコン酸化膜２を形成するようにしてもよい。この構成では、剥離用イオン注入層４を形成するボンドウェーハ１の側にシリコン酸化膜２が形成されないので、図１の工程と比較して、シリコン酸化膜２の厚さｔｘの分だけ剥離用イオン注入層４の形成深さ、ひいてはイオン注入のエネルギーを減少させることができる。その結果、同じ厚さの結合シリコン単結晶薄膜１５ひいてはＳＯＩ層５を得るのに、そのドーズ量を低く設定することができ、剥離面の粗さ低減ひいては平坦化の研磨代削減により、得られるＳＯＩ層５の膜厚均一性のレベルをさらに高めることができる。
【００２８】
この場合、剥離用イオン注入層４を形成する際に、シリコン酸化膜２が省略されているので、イオン注入深さは、第一主表面Ｊ’からの形成深さｄ１’と等しく設定すればよい。ｄ１’が前述の５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下に設定される場合、水素イオンを用いたイオン注入により、該深さに剥離用イオン注入層４を形成するには、イオン注入のエネルギーを１ｋｅＶ〜２５ｋｅＶ程度に調整するのがよい。また、剥離用イオン注入層４を形成するためのイオンのドーズ量は、３×１０１６個／ｃｍ２以上４×１０１６個／ｃｍ２以下に設定するのがよい。
【００２９】
また、図４の工程（ａ）及び（ｂ）に示すように、ベースウェーハ７とボンドウェーハ１との双方の貼り合わせ面にシリコン酸化膜２ａ，２ｂを形成することもできる。この場合も、ベースウェーハ７側にシリコン酸化膜の厚みの一部が振り分けられるので、ボンドウェーハ１側のシリコン酸化膜２ａの厚みを減ずることができ、図３の場合ほどではないが、同じ厚さの結合シリコン単結晶薄膜１５ひいてはＳＯＩ層５を得るのに、イオン注入のドーズ量を低く設定することができ、得られるＳＯＩ層５の膜厚均一性のレベルをさらに高めることができる。
【００３０】
また、実際のＳＯＩウェーハの製造工程（量産工程）において本発明は、製造すべきＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の膜厚や埋め込み酸化膜の膜厚の規格に応じて、注入深さの異なるイオン注入を行なう場合に好適に適用できる。例えば、埋め込み酸化膜の膜厚が一定で、ＳＯＩ層の膜厚規格が異なる複数種類のＳＯＩウェーハを製造する必要がある場合、膜厚規格が小さいほどイオン注入深さも小さくなり、イオン注入のエネルギーおよびドーズ量を小さく設定した条件でＳＯＩウェーハを製造する。これにより、ＳＯＩ層の膜厚が薄い規格品においても、膜厚が厚い規格品と比較して、相対的な膜厚均一性を悪化させることなく、優れた膜厚均一性を有するＳＯＩウェーハを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＳＯＩウェーハ製造方法の第一実施形態を示す工程説明図。
【図２】本発明の第一の効果説明図。
【図３】本発明によるＳＯＩウェーハ製造方法の第二実施形態を示す工程説明図。
【図４】本発明によるＳＯＩウェーハ製造方法の第三実施形態を示す工程説明図。
【図５】本発明の第二の効果説明図。
【図６】イオン注入のエネルギー（加速電圧）と、剥離を生ずる臨界ドーズ量との関係を示すグラフ。
【図７】イオン注入のエネルギー（加速電圧）と、結合シリコン単結晶薄膜の剥離厚さの関係を示すグラフ。
【図８】ＳＯＩウェーハの製造に係る従来法の問題点を示す図。
【符号の説明】
１　ボンドウェーハ（第二基板）
２　シリコン酸化膜
４　剥離用イオン注入層
５　結合シリコン単結晶薄膜
７　ベースウェーハ（第一基板）
１５　ＳＯＩ層
５０、５０’　ＳＯＩウェーハ
【図１】
2004063730.tif 000004
【図２】
2004063730.tif 000005
【図３】
2004063730.tif 000006
【図４】
2004063730.tif 000007
【図５】
2004063730.tif 000008
【図６】
2004063730.tif 000009
【図７】
2004063730.tif 000010
【図８】
2004063730.tif 000011