(57)【要約】　　　（修正有）【課題】ウエーハ内およびウエーハ間の膜厚均一性を提供するＳＯＩウエーハおよび製造方法。【解決手段】シリコン単結晶からなる第二基板１の第一主表面Ｊ上の最表層にパターン形成用層２１を形成した後、第二基板１に対して剥離用イオン注入層４を形成する。その後、パターン層２０を形成するとともに、そのパターンに応じた形で、第二基板１の第一主表面Ｊからの形成深さ位置がそれぞれ異なるエッチストップ用イオン注入層６を、剥離用イオン注入層４よりも浅い位置に形成する。そして、それら２つのイオン注入層４，６が形成された第二基板１を第一基板７に結合した後、第二基板１から結合シリコン単結晶薄膜５を剥離用イオン注入層４にて剥離する。そして、この剥離により第一基板７上に貼り合わされた結合シリコン単結晶薄膜５表層部を、エッチストップ用イオン注入層６に基づいて形成されたエッチストップ層６’までエッチバックする。【選択図】　　図１
2004063892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁膜の表面に形成厚さが異なるようにＳＯＩ層が形成されてなるＳＯＩウエーハの製造方法であって、
第一基板とシリコン単結晶より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最表層を選択的に被覆するパターン層を形成するパターン層形成工程と、
該パターン層が形成された前記第二基板に対して、前記第二基板の第一主表面側からイオン注入法によりイオンを打ち込むことにより、該第一主表面からみてＳＯＩ層となるべき第一のシリコン層部分を隔てた第一の深さ位置に、前記パターン層のパターンに応じて前記第一主表面からの形成深さ位置がそれぞれ異なるエッチストップ用イオン注入層を形成するエッチストップ用イオン注入層形成工程と、
前記第二基板より前記パターン層を除去した後、該第二基板と、前記第一基板とを、前記絶縁膜を介して、それぞれの前記第一主表面同士を貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記エッチストップ用イオン注入層を、自身の周囲部よりも酸素濃度が高いエッチストップ層とするエッチストップ層形成工程と、
前記第二基板の厚さ方向において、前記第一のシリコン層部分と反対側に位置する部分を第二のシリコン層として、前記貼り合わせ工程後において、前記第二のシリコン層の少なくとも前記エッチストップ層と接する領域を、酸素濃度差に基づいて選択エッチングすることにより減厚するエッチング減厚工程と
を含むことを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項２】
前記貼り合わせ工程の後、前記エッチング減厚工程に先立ち、前記エッチストップ用イオン注入層又は該エッチストップ用イオン注入層に基づいて形成される前記エッチストップ層と接する領域を含む、前記第二のシリコン層の一部を残して、前記第二基板を減厚する予備減厚工程を実施することを特徴とする請求項１記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項３】
前記予備減厚工程として、前記貼り合わせ工程に先立って、前記第二基板の第一主表面側からイオンを打ち込むことにより、深さ方向のイオン注入プロファイルにおいて、前記第一の深さ位置よりも深い第二の深さ位置に濃度ピークを有する剥離用イオン注入層を形成しておき、
前記貼り合わせ工程の後、前記第二基板を前記剥離用イオン注入層において剥離する工程を有することを特徴とする請求項２記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項４】
前記エッチストップ用イオン注入層を形成する際のイオン注入量を、前記剥離用イオン注入層を形成する際のイオン注入量よりも小さくすることを特徴とする請求項３記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項５】
前記剥離用イオン注入層を形成するためのイオンが水素イオン及び希ガスイオンよりなるイオン群から選ばれる少なくとも１種類であることを特徴とする請求項３また４記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項６】
前記エッチストップ用イオン注入層を形成するためのイオンとして水素イオン、希ガスイオン及びシリコンイオンよりなるイオン群から選ばれる少なくとも１種類を用いることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項７】
前記エッチストップ層形成工程は、前記予備減厚工程の後、前記第二のシリコン層側の表面から前記エッチストップ用イオン注入層に向けて酸素を拡散させる酸素拡散工程を行うことにより、該エッチストップ用イオン注入層の酸素濃度を高めて前記エッチストップ層となすことを特徴とする請求項２ないし６のいずれか１項に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項８】
前記エッチストップ層形成工程において、前記酸素拡散工程を、酸素雰囲気中での熱処理にて行なうことを特徴とする請求項７記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項９】
前記エッチストップ用イオン注入層を形成するためのイオンとして酸素イオンを用いることを特徴とする請求項１ないし５のいすれか１項に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項１０】
水素イオン、希ガスイオン、またはシリコンイオンよりなるイオン群から選ばれる少なくとも１種類を用いて予備イオン注入層を形成し、さらにその予備イオン注入層に前記酸素イオンを打ち込むことにより前記エッチストップ用イオン注入層とすることを特徴とすることを特徴とする請求項９記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項１１】
前記エッチストップ層形成工程において、前記酸素イオンを用いて形成された前記エッチストップ用イオン注入層を含む前記第二基板を熱処理することを特徴とする請求項９または１０に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項１２】
前記エッチング減厚工程の後、前記ＳＯＩ層上に残留しているエッチストップ層をエッチング除去することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項１３】
前記エッチストップ層の除去後、前記ＳＯＩ層の表面をさらに平坦化する平坦化熱処理を行なうことを特徴とする請求項１２記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項１４】
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１３のいずれか１項に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項１５】
前記第一基板をシリコン単結晶基板とすることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項１６】
前記パターン層をシリコン窒化膜とすることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項１７】
請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の製造方法にて形成されるＳＯＩウエーハであって、
該ＳＯＩウエーハは、面内に形成膜厚の異なるＳＯＩ層を有し、該形成膜厚が最大となる層の厚さは、５０ｎｍ以下とされることを特徴とするＳＯＩウエーハ。
【請求項１８】
前記ＳＯＩ層の膜厚均一性が、同一ウエーハ内の標準偏差値にて０．４ｎｍ以下とされ、同一仕様のウエーハ間の標準偏差値にて２ｎｍ以下とされることを特徴とする請求項１７記載のＳＯＩウエーハ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＯＩウエーハおよびその製造方法に関し、詳細には、シリコン酸化膜表面に形成厚さが異なる複数のＳＯＩ層が形成されてなるＳＯＩウエーハおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）層を用いた半導体デバイスは、例えば、ＣＭＯＳ等のＭＯＳ型ＩＣや、高耐圧型ＩＣさらには、Ｄ−ＲＡＭなどのＲＡＭ等の半導体メモリやシステムＬＳＩといったように、種々の電子部品として開発・製品化されている。また、このような半導体デバイスの形成には、シリコン単結晶基板（以下、ベースウエーハともいう）上にシリコン酸化膜を形成し、その上に別のシリコン単結晶をＳＯＩ層として積層形成した、いわゆるＳＯＩウエーハが使用されている。ここで使用されるＳＯＩウエーハにおいては、その上に形成される半導体デバイスに応じて、シリコン酸化膜やＳＯＩ層の膜厚が適宜要求されるとともに、例えばゲート長さや耐圧・静電容量の変化等、必要とされる半導体デバイスの機能に応じて、同一のＳＯＩウエーハ内におけるＳＯＩ層の膜厚が異なるように形成されたＳＯＩ層が要求される場合もある。
【０００３】
さて、最近、携帯電話をはじめとする無線通信にさえ、電波資源拡大と伝送容量の高密度化を測るために、数１００ＭＨＺ以上の高周波信号を取り扱うのが一般的になっており、上記したＳＯＩ層を用いた半導体デバイスにも、当然、高周波特性が良好であるものが求められている。そこで、このような高周波用の半導体デバイスを形成する場合、用いるＳＯＩウエーハにおいては、高周波損失低減のため、ベースウエーハとして高抵抗率のシリコン単結晶を使用する必要がある。
【０００４】
上記したＳＯＩウエーハを製造するにあたり、その代表的な製造方法に貼り合わせ法がある。この貼り合わせ法は、ベースウエーハとなる第一基板と、デバイス形成領域であるＳＯＩ層となる第二基板（以下、ボンドウエーハともう）とをシリコン酸化膜を介して貼り合せた後、ボンドウエ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エーハをＳＯＩ層とするものである。
【０００５】
ボンドウエ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、ボンドウエ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イオンを注入し、貼り合せ後に該水素高濃度層にてボンドウエーハを剥離するというものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法には以下の欠点がある。スマートカット法では、図９（ａ）に示すように、剥離後に得られるＳＯＩウエーハ５０’（符号７はベースウエーハ、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シリコンウエーハの鏡面に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、機械的化学的研磨に用いられる）により平坦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が、新たに研磨代のウエーハ面内不均一性を付加してしまう。その結果、図９（ｂ）に示すように、得られるＳＯＩ層の膜厚ｔの分布には、同一ウエーハ内の標準偏差値σ１にて１〜２ｎｍ程度生じる。また、図９（ｃ）に示すように、同一仕様ウエーハロットにおけるウエーハ間の、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じる。
【０００７】
なお、剥離面を不活性ガス雰囲気中で熱処理して平坦化を図る方法も考えられるが、剥離上がりの面粗さにはかなりのムラがあり、部分的に深い凹凸も生じやすいことから、１１００℃以上で数時間、場合によっては１２００℃以上で数時間を越える過酷な熱処理条件が必要となり、現実的ではない。また、剥離面の仕上がりをなるべく均質化するために、水素イオン注入等の工程管理も厳しくしなければならず、製造能率や歩留まりの低下につながる。
【０００８】
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ウエーハの主要な用途であるＣＭＯＳ−ＬＳＩ等においては、素子の微細化およ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ウエーハを用いた半導体デバイスにおける機能特性の低下や、品質のばらつきの増大や製造歩留まりの低下に直結してしまうことはいうまでもない。さらに、この様な超薄膜かつ膜厚均一性が優れたＳＯＩ層であって、しかも、ＳＯＩウエーハの面内で部分的に異なる膜厚を有するＳＯＩウエーハは、従来では作製することができなかった。
【０００９】
本発明の課題は、シリコン酸化膜の表面に形成厚さが異なるＳＯＩ層が形成されてなるＳＯＩウエーハを対象にした際に、該ＳＯＩ層の要求膜厚レベルが非常に小さい場合においても、ウエーハ内の膜厚均一性及びウエ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やシステムＬＳＩ等の半導体デバイスを形成した場合においても、その機能特性を高めることを可能とするＳＯＩウエーハおよび、その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ウエーハの製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
上記課題を解決するための本発明のＳＯＩウエーハの製造方法は、
絶縁膜の表面に形成厚さが異なるようにＳＯＩ層が形成されてなるＳＯＩウエーハの製造方法であって、
第一基板とシリコン単結晶より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最表層を選択的に被覆するパターン層を形成するパターン層形成工程と、
該パターン層が形成された前記第二基板に対して、前記第二基板の第一主表面側からイオン注入法によりイオンを打ち込むことにより、該第一主表面からみてＳＯＩ層となるべき第一のシリコン層部分を隔てた第一の深さ位置に、前記パターン層のパターンに応じて前記第一主表面からの形成深さ位置がそれぞれ異なるエッチストップ用イオン注入層を形成するエッチストップ用イオン注入層形成工程と、
前記第二基板より前記パターン層を除去した後、該第二基板と、前記第一基板とを、前記絶縁膜を介して、それぞれの前記第一主表面同士を貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記エッチストップ用イオン注入層を、自身の周囲部よりも酸素濃度が高いエッチストップ層とするエッチストップ層形成工程と、
前記第二基板の厚さ方向において、前記第一のシリコン層部分と反対側に位置する部分を第二のシリコン層として、前記貼り合わせ工程後において、前記第二のシリコン層の少なくとも前記エッチストップ層と接する領域を、酸素濃度差に基づいて選択エッチングすることにより減厚するエッチング減厚工程と
を含むことを特徴とする。
【００１１】
上記本発明の方法における第一の特徴は、シリコン単結晶からなるボンドウエーハである第二基板中にイオン注入法によりエッチストップ用イオン注入層を形成することである。また、このエッチストップ用イオン注入層は、図８の模式図に示すように、パターン層２０が形成された第二基板１の第一主表面Ｊ側からイオンを打ち込むことにより形成される。よって、形成されるエッチストップ用イオン注入層６は、第一主表面ＪからみてＳＯＩ層となるべき第一のシリコン層部分６０を隔てた第一の深さ位置に、第一主表面Ｊからの形成深さ位置がそれぞれ異なるものとして形成される。
【００１２】
上記エッチストップ用イオン注入層の形成深さ位置は、イオン注入エネルギー、シリコン酸化膜の膜厚、パターン層の膜厚をそれぞれ適宜調整することにより制御することができる。また、それぞれ異なる深さ位置に形成されるエッチストップ用イオン注入層は、面内方向に間断なく形成される。このようにして、ＳＯＩ層となるべき第一のシリコン層部分の膜厚を、図８（ａ）、（ｂ）のそれぞれ左右図に示すように適宜調整することが可能となる。ここで、図８（ａ）、（ｂ）の右図は、ＳＯＩ層の一部に膜厚ゼロの領域を含むＳＯＩウエーハを作製する場合の例である。また、図８（ａ）は第一主表面Ｊ上にシリコン酸化膜２およびパターン層２０が形成されている場合で、図８（ｂ）は第一主表面Ｊ上にパターン層２０が形成されている場合であるが、イオンの打ち込みは、それらいずれかの状態で行なわれることになる。
【００１３】
また、パターン層は、公知のフォトリソグラフィーやフォトエッチングを用いて所定のパターンに形成される。この際のパターンが、ＳＯＩ層となるべき第一のシリコン層部分の膜厚パターンに反映されることになる。
【００１４】
上記のように第二基板中に形成したエッチストップ用イオン注入層を、その後、自身の周囲部よりも酸素濃度の高い酸素高濃度層となるエッチストップ層とする。このようなシリコン中の酸素高濃度層（例えば酸化シリコン層）は、酸素濃度の低いシリコンとの間に、アルカリ溶液等に対する顕著なエッチング選択性が生じるので、結合シリコン単結晶薄膜のエッチングを確実に停止させることができる。
【００１５】
上記のエッチストップ用イオン注入層は、平坦性の良好な第二基板の第一主表面を基準として形成されるので、イオンの打ち込み深さのばらつきが生じにくい。このことは、例え、第一主表面にパターン層や絶縁膜を形成したとしても、それらの平坦性は、第一主表面の平坦性を反映するものであるから、やはり、イオンの打ち込み深さのばらつきが生じにくいと言える。従って、得られるエッチストップ層は、鏡面研磨等により仕上げられた第一主表面の平坦性を反映した急峻かつピーク位置深さが一定に揃った酸素濃度プロファイル形状を有したものとなる。その結果、第二のシリコン層をエッチストップ層までエッチバックすることにより、ウエーハ内のみならずウエーハ間においても膜厚分布が極めて良好なＳＯＩ層を得ることができる。また、このエッチバックにより、従来、ＳＯＩ層の膜厚分布悪化の主要因となっていたタッチポリッシュを工程から排除できることも、膜厚分布改善に大きく寄与する。さらに、エッチストップ用イオン注入層を形成するためのイオンの打ち込みは、ＳＯＩ層を取り出す側の第一主表面からなされるので、イオン注入深さが浅くてすみ、そのばらつきが生じにくい。このことも、得られるエッチストップ層の酸素濃度プロファイル形状を急峻かつピーク位置深さが一定に揃ったものとし、ひいては、ＳＯＩ層の膜厚分布を極めて良好なものとすることに寄与する。上記したことに付随するが、ＳＯＩ層の膜厚分布をより良好なものとするには、第二基板は、第一主表面が鏡面研磨面とされた鏡面研磨ウエーハを使用することが、特に本発明においては好適である。
【００１６】
上記本発明のＳＯＩウエーハの製造方法においては、第一基板と、パターン層をエッチング等にて除去した第二基板とを絶縁膜を介して第一主表面同士にて貼り合せた後、エッチストップ用イオン注入層に基づいて形成されたエッチストップ層を含んだＳＯＩ層となるべき結合シリコン単結晶薄膜を、エッチバックにてエッチング減厚がなされる。つまりは、第二のシリコン層をエッチストップ層までエッチバックする。この場合、第二基板そのものを、直接エッチバックにてエッチング減厚を行なってもいいが、作業効率などの観点より以下に示す方法を用いるのが得策といえる。
【００１７】
その１つは、貼り合わせ工程の後、エッチング減厚工程に先立ち、エッチストップ用イオン注入層または該エッチストップ用イオン注入層に基づいて形成されるエッチストップ層と接する領域を含む、第二のシリコン層の一部を残して、第二基板を減厚する予備減厚工程を実施することである。この予備減厚工程は、平面研削盤等を用いた機械研削や機械化学的研磨により行なう方法や、ここでは、第二シリコン層のシリコン層のみの減厚を考えればいいので、エッチング減厚工程に用いるエッチング液よりもエッチングレートの高いものを用いた方法やエッチングレートの高いドライエッチングによる方法などにて行なう。その結果、この予備減厚工程を行なうことで、エッチング減厚工程を行なう前に、予め第二基板の膜厚を低減させることができ、その作業効率を高めることが可能となる。
【００１８】
また、予備減厚工程を行なう方法として、上記以外にも、従来のスマートカット法の原理を応用した方法が有効なものの１つとして採用することができる。まず、貼り合わせ工程に先立って、第二基板の第一主表面側からイオンを打ち込むことにより、深さ方向のイオン注入プロファイルにおいて、上記した第一の深さ位置よりも深い第二の深さ位置に濃度ピークを有する剥離用イオン注入層を形成しておく。そして、貼り合わせ工程の後に、第二基板を剥離用イオン注入層において剥離する。このような予備減厚工程を行うことによっても、エッチング減厚工程を行う前に、予め第二基板の膜厚を低減させることができ、その作業効率を高めることが可能となる。
【００１９】
上記したスマートカット法の原理を応用した方法を用いた場合、剥離用イオン注入層での剥離により、その剥離面となる結合シリコン単結晶薄膜の表面は従来のスマートカット法と同様、一旦は粗い剥離面となるが、これをタッチポリッシュにより平坦化するのではなく、結合シリコン単結晶薄膜の減厚も兼ねたエッチング減厚工程のエッチングにより平坦化する。従って、従来のスマートカット法を用いているにもかかわらず、タッチポリッシュが不要とされるものである。また、剥離面の面粗さに多少のムラがあっても、エッチングによりその履歴はほとんど消滅し、過酷な熱処理条件も全く不要である。従って、剥離用イオン注入層形成の工程管理もそれほど厳しく行なう必要がなくなり、製造能率や歩留まりの向上にも寄与する。
【００２０】
また、上記した剥離用イオン注入層の形成は、例えば、図１１の模式図に示すような形態で行なうのが望ましい。図１１（ａ）は、少なくともパターン層となるべきパターン形成用層２１が形成された状態で、剥離用イオン注入層４の形成を行なう例である。また、その左図は絶縁膜２が形成された状態で、右図は絶縁膜が形成されていない状態を示すものである。図１１（ｂ）は、パターン層を形成し、まず、エッチスストップ用イオン注入層６を形成した後に、パターン層を除去した状態で、剥離用イオン注入層４の形成を行なう例である。また、その左図は絶縁膜２が形成された状態で、右図は絶縁膜が形成されていない状態を示すものである。このような形態で剥離用イオン注入層を形成する理由は、パターン層となるべきパターン形成用層を形成する際に必要とされる加熱条件によって、剥離用イオン注入層が、貼り合わせ工程前に意図しない形で剥離してしまう場合が想定されるからである。
【００２１】
上記本発明の方法を用いることで、最終的に、図１０の模式図に示すような、絶縁膜の表面に形成膜厚が異なるＳＯＩ層が形成されたＳＯＩウエーハとすることができるとともに、そのＳＯＩ層の膜厚の膜厚不均一のレベルを従来のものより効果的に低減させることが可能となり、同一ウエーハ内の膜厚の標準偏差値にて例えば０．４ｎｍ以下に確保することができる。また、同一仕様のウエーハ間の標準偏差値にて２ｎｍ以下に確保することもできる。その結果、形成されるＳＯＩウエーハを用いた半導体デバイスの機能特性を高めることが可能となり、製造上においても、ＳＯＩウエーハの品質のバラツキを抑制し、製造歩留まりを向上させることが可能となる。また、ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層において、形成厚さが最大となる層厚が、５０ｎｍ以下、さらには２０ｎｍ以下の超薄膜化とされる場合でも、ウエーハ内およびウエーハ間の膜厚ばらつきを、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。さらに、その膜厚ばらつきを上記した数値範囲にまで軽減することが可能とされるので、有為にＳＯＩウエーハを用いた半導体デバイスの機能特性を高めることが可能となる。なお、ここでいう形成膜厚が異なるＳＯＩ層（図１０（ｂ）のように一部の領域の膜厚がゼロとなる場合も含む）とは、意図的に膜厚が異なる様に領域を区分して形成したＳＯＩ層のことであり、従来のＳＯＩウエーハ製法の様に全面に均一な膜厚を形成しようとした結果として、部分的に形成膜厚が異なるＳＯＩ層が形成されたＳＯＩウエーハとは相違する。また、本明細書も含めて、ここでいうＳＯＩ層の膜厚の標準偏差値とは、形成膜厚が同一となるように意図的に形成された領域ごとの標準偏差値または、その平均値を指すものとする。つまり、図１０の模式図を用いれば、図１０（ｂ）においては、ＳＯＩ層をなす各層の膜厚の標準偏差値またはその平均値を指し、図１０（ａ）においては、ＳＯＩ層をなす各Ａ領域および各Ｂ領域の膜厚の標準偏差またはその平均値を指すものとする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について述べる。
図１は本発明に係わるＳＯＩウエ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▲３▼に示すように、第一基板としてのベースウエーハ７と、工程▲１▼に示すシリコン単結晶からなる第二基板としてボンドウエーハ１とを用意する。ここでは、工程▲１▼に示すように、ボンドウエーハ１の第一主表面Ｊ側に絶縁膜としてのシリコン酸化膜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、ウエット酸化やドライ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。なお、本実施形態においては、ベースウエーハ７（第一基板）もシリコン単結晶基板としているが、これを石英基板やサファイア基板などの絶縁性基板や、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどの化合物半導体基板とすることも可能である。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。なお、ベースウエーハ７に絶縁性基板を用いる場合には、シリコン酸化膜２の形成を省略する場合もある。
【００２３】
そして、工程▲１▼に示すように、シリコン酸化膜２の主表面に、後述のパターン層２０となるべきパターン形成用層２１を所定の厚さとなるようにＣＶＤ等にて形成する。このパターン形成用層２１は、該パターン形成用層２１と積層界面をなす層がシリコン（ボンドウエーハ）や酸化シリコン等のシリコン酸化物（絶縁膜）にて構成されることなどを考慮して、例えば、シリコン窒化膜にて構成するのがよい。このようにシリコン窒化膜をパターン形成用層２１としてＣＶＤ等にて形成することで、その表面をよりよく第一主表面Ｊの良好な平坦性を反映したものとすることができる。さらに、後述する、パターン形成用層２１を基に形成されるパターン層２０を除去する際にも、熱燐酸にて簡便に確実にパターン層のみエッチング除去することができる。また、パターン形成用層２１としては、シリコン窒化膜のほか、シリコン酸化膜やレジスト膜を用いることもできる。このようにパターン形成用層２１を形成した後、ボンドウエーハ１の第一主表面Ｊ、本実施形態ではパターン形成用層２１に加えてシリコン酸化膜２が形成された第一主表面Ｊに、例えば水素イオンビームを照射することにより水素イオンを打ち込み、剥離用イオン注入層４を形成する。この剥離用イオン注入層４は、ウエ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、１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の位置（第二の深さ位置ｄａ）に水素濃度のピーク位置が生ずるように形成するのがよい。該第一の深さ位置ｄａが１００ｎｍ未満では、十分な厚さの結合シリコン単結晶薄膜５（後述）が得られず、２０００ｎｍを超えるとイオン注入装置を極めて高エネルギー化する必要が生ずる。例えば、最終的に得るべきＳＯＩ層１５（工程▲７▼）の最大膜厚の平均厚さを１０〜５０ｎｍ程度に設定する場合、この剥離用イオン注入層４は、ウエ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、１００〜５００ｎｍの位置（第二の深さ位置ｄａ：ボンドウエーハ（第二基板）１の第一主表面Ｊからの深さ位置）に水素濃度のピーク位置が生じるように形成するのがよい。なお、イオンの打ち込み深さは、イオンのエネルギー（加速電圧）によって調整し、例えば水素イオンを用いる場合は、シリコン酸化膜の厚さｔａを５０ｎｍに設定すると第二の深さ位置ｄａに剥離用イオン注入層４を形成するためのイオン打ち込みのエネルギーを１０ｋ〜６０ｋｅＶ程度に調整するのがよい。
【００２４】
また、スムーズで平滑な剥離を行なうには、水素イオンの注入量（ドーズ量）を２×１０１６個／ｃｍ２〜１×１０１７個／ｃｍ２とするのが望ましい。２×１０１６個／ｃｍ２未満では正常な剥離が不能となり、１×１０１７個／ｃｍ２を超えるとイオン注入量が過度に増大するため工程が長時間化し、製造能率の低下が避け難くなる。なお、水素イオンに剥離用イオン注入層を形成するためのイオンは、水素イオンおよび希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ）イオンよりなるイオン群から選ばれる１種類を用いることができる。つまり、水素イオンに代えて、これら希ガスの一種類の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。
【００２５】
次に工程▲２▼に示すように、ボンドウエーハ１の第一主表面Ｊ上にて最表層をなす所定のパターンおよび層厚のパターン層２０を形成する。このパターン層２０の形成は、公知のフォトリソグラフィーやフォトエッチングを用いたパターンニング処理にて形成することができる。また、上記のようにパターン形成用層２１の表面を、第一主表面Ｊの良好な平坦性を反映したものとして形成しておけば、パターン層２０も当然、その平坦性を反映したものとすることができる。
【００２６】
そして、工程▲２▼に示すように、ボンドウエーハ１の第一主表面Ｊ側から、つまり、本実施形態では、パターン層２０およびシリコン酸化膜２のそれぞれ表面に、例えば水素イオンビームを照射することにより水素イオンを打ち込み、第二の深さ位置よりも浅い第一の深さ位置（第二の深さ位置同様、第一主表面Ｊからの深さ）にそれぞれ濃度ピークを有する、パターン層２０のパターンに応じて第一主表面Ｊからの形成深さ位置が異なるエッチストップ用イオン注入層６を形成する。このエッチストップ用イオン注入層６を形成するための、第一の深さ位置の深さの差およびその深さ自体は、パターン層２０の膜厚、シリコン酸化膜２の膜厚や、照射するイオンのエネルギーにより調整される。このようにして、種々の所定の第一の深さ位置を有するエッチストップ用イオン注入層６が、面内方向に間断なく形成される。また、最終的に得られるＳＯＩ層１５における最大厚さとなる領域の形成厚さを十分に確保する観点から、第一の深さ位置において最も深い位置が、第二の深さ位置よりも少なくとも５０ｎｍ浅い範囲に位置するように形成することが望ましい。本実施形態においては、最終的に得るべきＳＯＩ層１５（工程▲７▼）における最大厚さとなる領域の平均厚さｔｃが１０〜５０ｎｍ程度に設定されるが、第一の深さ位置において最も深い位置ｄｂが５０〜３００ｎｍの位置になるように形成するのがよい。なお、この深さ位置ｄｂにエッチストップ用イオン注入層６を形成するためのイオン注入エネルギーは、水素イオンを用い、ｔａを５０ｎｍに設定する場合、５ｋ〜４０ｋｅＶ程度に調整するのがよい。この様に、剥離用イオン注入層を形成する際のイオン注入エネルギーに比べて、低エネルギーで浅く注入することができるので、イオン注入深さのばらつきを一層低減することができ、ひいては、ＳＯＩ層の膜厚均一性の向上に繋がる。
【００２７】
エッチスストップ用イオン注入層６を形成する際のイオン注入量は、１×１０１５個／ｃｍ２〜４×１０１６個／ｃｍ２とするのがよい。１×１０１５個／ｃｍ２未満では、後述のエッチストップ層６’（工程▲５▼）の形成が不完全となり、ひいては所期のエッチストップ効果が得られなくなる。また、イオン注入量が４×１０１６個／ｃｍ２を超えると、エッチストップ用イオン注入層６においてボンドウエーハ（第二基板）１の望まざる剥離が生ずるおそれがある。そのため、特には、エッチストップ用イオン注入層を形成する際のイオン注入量を、上記剥離用イオン注入層を形成する際のイオン注入量よりも小さくすることが望ましい。
【００２８】
エッチストップ用イオン注入層６を形成するためのイオン種は、該エッチストップ用イオン注入層６をどのような方法により酸素高濃度層よりなるエッチストップ層とするかに応じて種々選択することができる。例えば、水素イオン、希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ）イオン、シリコンイオンよりなるイオン群から選ばれる１種類を用いることができる。これらイオン種は、主としてボンドウエーハ（第二基板）１中に、酸素を捕獲するための結晶欠陥（ダメージ）を形成する働きをなす。つまり、ゲッタリングと同様の働きをなす。
【００２９】
このようにしてボンドウエーハ１中に、剥離用イオン注入層４とエッチストップ用イオン注入層６とが形成される。また、図１のように、パターン形成用層２１が形成された状態で、まず剥離用イオン注入層４を形成した場合、剥離用イオン注入層を形成する際に、例え、パターン形成用層２１の表面に異物等の付着による表面汚染や、面荒れ等が発生したとしても、最終的にパターン層２０の除去とともに取り除かれる。その結果、後述のボンドウエーハとベースウエーハとを結合させる際にも良好にその結合を行なうことができる。
【００３０】
上記のように剥離用イオン注入層４とエッチストップ用イオン注入層６とを形成したボンドウエーハ１とベースウエーハ７とは、ボンドウエーハ１よりパターン層２０を、例えばエッチングにて除去した後、洗浄液にて洗浄される。次に、工程▲３▼に示すように、両ウエーハ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▲４▼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、ボンドウエーハ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、ベースウエーハ１側に残留した部分が結合シリコン単結晶薄膜５となる（予備減厚工程）。他方、エッチストップ用イオン注入層６は、イオン注入量が低く留められているため、熱処理による剥離を起こさない。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おこ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エーハ部分３は、剥離面を再研磨後、再びボンドウエーハ又はベースウエーハとして再利用が可能である。
【００３１】
次に、工程▲５▼に示すように、結合シリコン単結晶薄膜５中に、周囲部分よりも酸素濃度が高いエッチストップ層６’を、上記のエッチストップ用イオン注入層６に基づいて形成する（エッチストップ層形成工程）。本実施形態では、結合シリコン単結晶薄膜５の表面から、つまり、ボンドウエーハ（第二基板）の厚さ方向において、第二のシリコン層６１側の表面から、エッチストップ用イオン注入層に向けて酸素を拡散させる酸素拡散工程を行うことにより、該エッチストップ用イオン注入層６の酸素濃度を高めてエッチストップ層６’を形成する、一種の内部酸化処理が行なわれている。この方法によると、水素イオンなどによるイオン注入により、一定濃度の結晶欠陥（ダメージ）をエッチストップ用イオン注入層６の形で集中形成しておくことにより、ウエーハ表面から拡散してきた酸素が該エッチストップ用イオン注入層６に形成された結晶欠陥に捕獲され、酸素高濃度層としてエッチストップ層６’を容易に形成できる。
【００３２】
上記の方法によるエッチストップ層形成工程においては、酸素拡散工程を、具体的には酸素含有雰囲気中での熱処理にて行うことができる。酸素含有雰囲気としては、例えば、酸素ガス雰囲気、窒素あるいはアルゴンに酸素を混合した酸素混合ガス、さらには酸素原子を含む化合物分子よりなるガス（例えば、水蒸気）などからなるガス雰囲気を採用できる。
【００３３】
熱処理温度は、高温になるほど酸素の拡散速度が増し、エッチストップ層６’の形成を促進することができる。しかし、熱処理温度が高すぎると、エッチストップ用イオン注入層６中の結晶欠陥（例えば、酸素誘起積層欠陥（Ｏｘｙｇｅｎ−ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｓｔａｃｋｉｎｇ　Ｆａｕｌｔ））が成長してエッチスストップ層６’を貫通してＳＯＩ層となるべき第一のシリコン層部分６０に至る可能性がある。これらの点を考慮して、酸素拡散のための熱処理温度は、７００℃以上１０００℃以下に設定することが望ましい。
【００３４】
なお、剥離直後の結合シリコン単結晶薄膜５上には、図３に示すようにイオン注入に伴うダメージ層８ｄが形成される。酸素拡散のための熱処理温度を上記のようにある程度高温に設定すると、このダメージ層８ｄから前記した結晶欠陥が成長しやすくなり、ＳＯＩ層を貫通したりする不具合がより生じやすくなる場合がある。そこで、酸素拡散工程に先立って、結合シリコン単結晶薄膜５の最表層部をエッチング除去しておけば、このような不具合がより生じにくくなる。この場合のエッチング代ｄｃは、ダメージ層８ｄを除去できる程度であればよく、例えば０．１〜０．１５μｍ程度に設定するのが妥当である。具体的には、該エッチングを、弗酸／硝酸などの混合酸エッチングやＫＯＨ、ＮａＯＨなどのアルカリエッチング等による化学エッチング、もしくはイオンエッチングなどの気相エッチングを用いて行なうことができる。
【００３５】
本実施形態では、このダメージ層８ｄを除去するための、従来のようなタッチポリッシュを行なわない。その結果、剥離後の結合シリコン単結晶薄膜５の膜厚分布がタッチポリッシュにより大幅に損なわれる懸念がなくなる。その分、上記ダメージ層８ｄを除去するためのエッチング代も確保しやすいといえる。
【００３６】
酸素拡散熱処理は、単独で行なってもよいが、他の目的の熱処理を兼用させることも可能である。例えば、最終的なＳＯＩウエーハを得るには、本実施形態では、剥離後において、結合シリコン単結晶薄膜５とベースウエーハ７とを、シリコン酸化膜を介して強固に結合させる結合熱処理が必要である。この結合熱処理は、通常１０００℃以上１３００℃以下の高温で行なわれるので、これを酸素拡散熱処理に兼用することも可能であるが、前述の通り、エッチストップ用イオン注入層６中の結晶欠陥の成長や、あるいは得られるエッチスストップ層６’のブロードニング防止の観点から、酸素拡散熱処理の温度は、これよりは多少低めに設定することが望ましいといえる。例えば、該結合熱処理に先立って、これよりも低温で実施される結合シリコン単結晶薄膜の表面保護酸化熱処理（７００℃以上１０００℃以下）は、酸素拡散熱処理への兼用を図る上で好都合である。このとき、工程▲５▼に示すように、結合シリコン単結晶薄膜の表面には保護酸化膜５ａが形成される。
【００３７】
また、エッチストップ層６’は、酸素高濃度層として形成されるが、最終的には、除去されるものであって、シリコン酸化膜２のような高い絶縁性は要求されない。従って、エッチストップ層６’の形成厚さｔｂ（図１の▲６▼）は、ＳＯＩ層の形成膜厚の差を所定のものとし、面内方向に間断なくエッチストップ層が形成される範囲において、エッチング停止機能を十分に果たすことさえできる厚さであればよい。そこで、このエッチング停止機能のみを考慮した場合、エッチストップ層の形成厚さは、例えば、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが望ましい。形成厚さが２ｎｍ未満の場合、エッチング停止機能が不十分となる場合があり、５０ｎｍを超える形成厚さは、酸素拡散処理の長大化を招きやすい。また、この膜厚範囲とした場合は、付与できるＳＯＩ層の形成膜厚の差も、この範囲に対応したものとなる。
【００３８】
エッチストップ層６’は、最終的にＳＯＩ層１５として残すべき下地シリコン層へエッチングが進展するのを確実に止めることができなければならない。例えば、図２の▲１▼に示すように、エッチストップ用イオン注入層６を形成する際のイオン注入側となるボンドウエーハ１の第一主表面Ｊ上の表面に、パーティクルＰ等の異物が付着していると、その付着領域でイオン注入が妨げられ、得られるエッチストップ層に多数のピンホール６ｈを生じ、ここからエッチング液が浸透して下地シリコン層が侵されてしまう可能がある。この場合、▲２▼に示すように、ボンドウエーハ（第二基板）１の第一主表面Ｊへのイオンの打ち込み工程と、該第一主表面Ｊ上の表面の洗浄工程とを交互に繰り返す方法が有効である。すなわち、洗浄によりパーティクルＰ等の異物を除去しながら、イオンの打ちこみを反復して行なうと、洗浄後のウエーハ表面の全く同じ位置にパーティクルＰが再付着する可能性が極めて小さいことからピンホール６の発生確率を大幅に低減することができる。
【００３９】
図１に戻り、このようにしてエッチストップ層６’が形成されれば、工程▲６▼に示すように、酸化膜５ａを弗酸により除去した後、結合シリコン単結晶膜５のエッチストップ６’よりも表層側の部分、つまり、第二のシリコン層６１の少なくともエッチストップ層６’と接する領域を、酸素濃度差に基づいて選択エッチングすることにより、結合シリコン単結晶薄膜５を減厚する。エッチング液としては、アルカリ性溶液、例えば、ＮａＯＨ、ＫＯＨあるいはＴＭＡＨ（ＴｅｔｒａＭｅｔｈｙｌＡｍｍｏｎｉｕｍ　Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）等の水溶液を用いることができる。
【００４０】
エッチストップ層６’は前述の通りエッチストップ用イオン注入層６に基づいて形成されるものである。エッチストップ用イオン注入層６は、結合シリコン単結晶薄膜５の剥離前に、平坦性の良好なボンドウエーハ（第二基板）１の第一主表面Ｊを基準として形成され、また、本実施形態における剥離用イオン注入層４よりも浅い位置に形成されるため、イオン打ち込み深さのばらつきが生じにくい。従って、エッチストップ層６’は、鏡面研磨等により仕上げられた基板主表面の平坦性を反映した急峻かつピーク位置深さのばらつきが効果的に抑制された酸素濃度プロファイル形状を有したものとなる。その結果、該酸素濃度プロファイル形状に対応して、ウエーハ内のみならずウエーハ間においても、膜厚分布が極めて良好なＳＯＩ層１５を得ることができる。具体的には、ＳＯＩ層１５における最大膜厚となる領域の平均厚さｔｃが１０〜５０ｎｍ程度の超薄膜に設定されているにも係わらず、ＳＯＩ層１５の膜厚均一性を、同一ウエーハ内の膜厚の標準偏差にて例えば０．４ｎｍ以下に確保でき、図５に示すように、同一仕様のウエーハ間の膜厚ｔ（＝ｔ１、ｔ２、ｔ３）の標準偏差値σ２にて２ｎｍ以下に確保することができる。特に、ＳＯＩ層１５における最大膜厚となる領域の膜厚が５０ｎｍ以下、さらには２０ｎｍ以下（例えば１０ｎｍ）に超薄膜化される場合でも、ウエーハ内及びウエーハ間の膜厚のばらつきを、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。
【００４１】
上記選択エッチングによるエッチング減厚工程の後、工程▲７▼に示すようにＳＯＩ層１５上に残留しているエッチストップ層６’をエッチング除去することにより、ＳＯＩウエーハ５０が得られる。エッチストップ層６’は酸素高濃度層、例えば酸化シリコン層であり、弗酸を用いて簡単にエッチング除去できる。また、図１０（ｂ）のような形態となるＳＯＩ層とする場合には、エッチストップ層６’とシリコン酸化膜２とが当接した形となる場合があり、その場合は、必要に応じてエッチストップ層６’を除去すればよい。
【００４２】
なお、エッチング減厚工程の後（エッチストップ層６’を除去した後）、ＳＯＩ層１５の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１１００〜１２００℃程度の温度で１〜２時間程度の短時間で行なうことができ、前述の結合熱処理と兼ねて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ＲＴＰ装置を用いて行なうこともできる。
【００４３】
以上の工程により作製されたＳＯＩウエーハは、面内に厚さの異なるＳＯＩ層を有し、しかも膜厚均一性の優れたものとなる。この様なＳＯＩウエーハを用いてデバイスを作製すれば、１チップ内に膜厚の異なるＳＯＩ層を混在させることが容易であり、作製するデバイスの多様化に役立てることができる。
【００４４】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるのではなく、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、ベースウエーハの第一主表面にのみシリコン酸化膜を形成するようにしてもよい。また、ベースウエーハとボンドウエーハとの双方の貼り合わせ面（第一主表面Ｊ、Ｋ）にシリコン酸化膜を形成することもできる。
【００４５】
また、エッチストップ用イオン注入層形成工程においては、酸素イオンを用いて結合シリコン単結晶薄膜中にエッチストップ用イオン注入層を形成することもできる。図７は、その工程の一例を示す。工程▲１▼は図１と同一である。そして工程▲２▼において、酸素イオンを用いてエッチストップ用イオン注入層６２を形成する。エッチストップ用イオン注入層６２は、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の位置（深さ位置ｄｂ）に酸素濃度のピーク位置が生じるように形成するのがよい。また、イオン注入量は、１×１０１５個／ｃｍ２〜４×１０１７個／ｃｍ２とするのがよい。
【００４６】
この方法によると、酸素イオン注入により、エッチストップ用イオン注入層６２を最初から酸素高濃度層として形成できる利点がある。ただし、シリコンと酸素との化学的結合を強めて、選択エッチング性の良好なエッチストップ層を得るには、エッチストップ用イオン注入層６２を含むボンドウエーハに熱処理を施すことが望ましい。この熱処理温度は、９００〜１３００℃の範囲で行なうのがよい。９００℃以下では選択エッチング性改善効果が小さく、１３００℃を超えると金属汚染やスリップ転位発生の問題が生じる。例えば、該熱処理は、工程▲５▼に示すように、図１の酸素拡散熱処理と同様に９００〜１０００℃で、単独で行なうことができる。このとき、熱処理雰囲気は、不活性ガス（Ａｒ）雰囲気とすることもできるし、エッチストップ用イオン注入層６０にさらに酸素を濃化するために、酸素雰囲気を用いた酸素拡散処理（酸素のいわば追加拡散処理である）としてもよい。他方、上記熱処理を、結合熱処理、又は該結合処理に先立ちそれよりも低温で実施される前述の表面保護酸化熱処理に兼用することもできる。この場合、当然、図７において、工程▲５▼に示す酸素拡散熱処理を省略してもよい。なお、工程▲６▼以降は、図１と同じである。
【００４７】
また、酸素イオンを捕獲する結晶欠陥密度を高めるため、図１２に示すように、水素イオン、希ガスイオン、またはシリコンよりなるイオン群から選ばれる１種類を用いて予備イオン注入層６６を形成し、さらに、その予備イオン注入層６６に酸素イオンを打ち込むことによりエッチストップ用イオン注入層６とすることもできる。この後、さらに酸素拡散処理を行なってもよい。
【００４８】
さらに、エッチストップ用イオン注入層形成工程においては、ゲルマニウムイオンを用いて結合シリコン単結晶薄膜中にエッチストップ用イオン注入層を形成することもできる。エッチストップ用イオン注入層はシリコンーゲルマニウム層となり、特定のエッチング液に対するシリコン層へのエッチストップ層として直ちに機能しうる。シリコンーゲルマニウム層に対してシリコン層を選択的にエッチングするためのエッチング液としては、ＫＯＨとＫ２ＣｒＯ７とプロパノールとの混合溶液が適当である（参考文献；Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，　５６　（１９９０）　３７３−３７５）。また、シリコンーゲルマニウム層からなるエッチストップ層は、Ｓｉに対してＳｉＧｅを選択エッチングするためのエッチング液を用いて除去でき、具体的には、ＨＦとＨ２Ｏ２とＣＨ３ＣＯＯＨとの混合溶液を用いることができる（参考文献；Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，　１３８　（１９９１）　２０２−２０４）。また、ドライエッチングを用いて選択エッチングを行なうことも可能である。
【００４９】
また、図１においては、工程▲１▼において剥離用イオン注入層４を形成し、その後、工程▲２▼にてエッチストップ用イオン注入層６を形成する態様であったが、この形成順序を入れ替えても勿論よく、その一例を図１３に示す。まず、工程▲１▼において、パターン形成用層を形成した後、パターン層２０を形成する。そして、まずエッチストップ用イオン注入層６を形成する。次に、工程▲２▼にて、パターン層２０をエッチング等にて除去した後、剥離用イオン注入層４を形成する。その後の工程▲３▼以降は、図１と同様の工程となる。
【００５０】
さらに、剥離用イオン注入層およびエッチストップ用イオン注入層の形成態様については、次のように行なうこともできる。図１４に示すように、工程▲１▼において、パターン形成用層を形成した後、パターン層２０を形成する。そして、エッチストップ用イオン注入層６を形成する。その後、引き続き、剥離用イオン注入層４を形成する。この際、剥離用イオン注入層４も、パターン層２０のパターンに応じて、第一主表面Ｊからの形成深さ位置がそれぞれ異なるものとなるが、その形成深さ位置の差、つまりは、ＳＯＩ層に必要とされる所望の形成膜厚の差（図１におけるｔｂ）が、５０ｎｍ以下（例えば、２０〜５０ｎｍ）と十分に小さい場合であれば、問題なくボンドウエーハ（第二基板）１を剥離用イオン注入層４において剥離することができる。このよう形成形態を採用した場合、剥離用イオン注入層およびエッチストップ用イオン注入層を連続的に形成できるので、作業効率を高めることが可能となる。なお、ここでの説明では、エッチストップ用イオン注入層６を形成した後、剥離用イオン注入層４を形成する工程を取ったが、勿論、それらの形成順を逆にしてもよい。
このように工程▲１▼で、エッチストップ用イオン注入層６および剥離用イオン注入層４を形成した後の、工程▲２▼以降は、図１の工程▲３▼以降と同様の工程となる。
【００５１】
図１や図７などを用いて説明した上記実施形態は、剥離用イオン注入層を形成し、該剥離用イオン注入層を用いて剥離工程を行なうものであったが、次に、このような剥離工程を有さない場合の別の実施形態を以下に説明する。
【００５２】
図４は、本発明に係わる製造方法において、剥離工程を有さないものの一実施形態を説明するものである。まず、工程▲１▼において、エッチストップ用イオン注入層６を形成する。但し、ここでは、パターン層２０を次のような形態で形成することとする。まず、シリコン酸化膜または公知のレジスト膜をパターン層形成用層として、ボンドウエーハ１の第一主表面Ｊに形成する。そして、このシリコン酸化膜またはレジスト膜に対して、フォトリソグラフィーを用いて、所定のパターンとなるようパターンニング処理を行なうことで、パターン層２０とする。このように、パターン層２０を、特にシリコン酸化膜またはレジスト膜を用いてシリコン表面（ボンドウエーハ１表面）に直接形成することで、作業効率の向上を可能とする。次に、工程▲２▼にて、パターン層２０をエッチング等にて除去後、エッチストップ用イオン注入層６に向けて酸素を拡散させる酸素拡散工程を行うことにより、該エッチストップ用イオン注入層６に基づいてエッチストップ層６’を形成する（エッチストップ層形成工程）。また、この工程▲２▼にて、エッチストップ層６’とともに、層領域５ａが形成されることになる。ここで、層領域５ａは、シリコン酸化膜とされるものである。そして、エッチストップ層６’を形成したボンドウエーハ１とベースウエーハ７とは、洗浄液にて洗浄される。次に、工程▲３▼に示すように、両ウエーハ１、７をシリコン酸化膜の代替層とされる層領域５ａの形成側（すなわち第一主表面Ｊ、Ｋ側）にて貼り合わせ、さらに８００℃〜１２５０℃にて結合熱処理を行なう。次に、工程▲４▼に示すように、エッチストップ層６’と接する領域を含む、第二のシリコン層６１の一部分を残して、ボンドウエーハ（第二基板）１を減厚する（予備減厚工程）。具体的には、エッチストップ層６’の上にエッチング用のシリコン層６１’を０．１〜１０μｍ程度残して、ボンドウエーハ１を例えば、平面研削盤等により機械研削し、必要に応じてさらに研磨する。このようにして、図１の結合シリコン単結晶薄膜５と同様の膜厚とされるシリコン単結晶薄膜５となる。その後、工程▲５▼に示すように、シリコン層６１’を選択エッチングによりエッチングストップ層６’の位置までエッチバックする（エッチング減厚工程）。このエッチング減厚工程は、図１の工程▲６▼と同様であり、それ以降の工程も同様のものである。
【００５３】
図４を用い説明した実施態様では、工程▲２▼の酸素拡散熱処理の後で、工程▲３▼の貼り合わせおよび結合熱処理を行なったが、工程▲１▼にてエッチストップ用イオン注入層６’を形成後、酸素拡散熱処理を行なわずに工程▲３▼の貼り合わせおよび結合熱処理を実施し、さらに工程▲４▼の研削等による予備減厚工程を行なった後、工程▲２▼と同様の酸素拡散熱処理を行なうようにしてもよい。この場合、酸素拡散熱処理の熱処理を、結合熱処理と兼ねることもできる。また、この結合熱処理を、工程▲６▼の後に行なう平坦化熱処理の熱処理と兼ねて行なうこととしてもよい。
【００５４】
また、エッチストップ用イオン注入層６を酸素イオンを用いて形成し、十分な酸素濃度を有する層とできる場合は、工程▲２▼の酸素拡散熱処理を省略することも可能である。勿論、さらに酸素濃度を高めるために酸素拡散熱処理を行なってもよく、この場合、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気で熱処理を行なうこともできる。このような熱処理を行なう場合は、工程▲３▼の結合熱処理が、該熱処理も兼用することになる。
【００５５】
次に、ボンドウエーハ（第二基板）１の減厚工程を、例えば特許第２６０８３５１号に開示された周知のＥＬＴＲＡＮ（商標名）法にて行なうこともできる。図６に、その例を示す。まず工程▲１▼に示すように、ボンドウエーハ１の第一主表面側に周知の陽極化成処理により多孔質シリコン層３１を形成後、該多孔質シリコン層３１上にＳＯＩ層となるべきシリコンエピタキシャル層３７を気相成長する。さらに、このエピタキシャル層３７の貼り合わせ面側の第一主表面上にシリコン酸化膜などを用いてパターン層を形成し、その第一主表面側からイオン注入することにより、エッチストップ用イオン注入層を形成する。そして、パターン層を除去後、酸素拡散熱処理により、エッチストップ層６’となす。そして、該シリコンエピタキシャル層３７の第一主表面において、ベースウエーハ７に対する結合熱処理を行なう。次に、工程▲２▼に示すように、ボンドウエーハ１の多孔質シリコン層３１よりも上に位置する部分を研削等により除去または、多孔質層に流体を噴射して剥離する。そして、工程▲３▼に示すように残存する多孔質シリコン層３１と、シリコンエピタキシャル層３７のエッチストップ層６’よりも上の部分を選択エッチングする。以降の工程▲４▼及び▲５▼は、図１の工程▲６▼および▲７▼と同様である。なお、ＥＬＴＲＡＮ法を用いる場合においても、エッチストップ層６’を形成する酸素拡散熱処理は、結合熱処理後に、多孔質シリコン層のみを除去し、シリコンエピタキシャル層３７を露出させた状態で行なうこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＳＯＩウエーハの製造方法の一実施形態を示す工程説明図。
【図２】エッチストップ層形成に及ぼすパーティクルの影響を、その対策方法と合わせて説明する図。
【図３】剥離工程後のダメージ層の除去例を模式的に示す図。
【図４】本発明によるＳＯＩウエーハの製造方法の一実施形態を示す工程説明図。
【図５】本発明の効果説明図。
【図６】本発明によるＳＯＩウエーハの製造方法の一実施形態を示す工程説明図。
【図７】本発明によるＳＯＩウエーハの製造方法の一実施形態を示す工程説明図。
【図８】本発明の製造方法を説明するための模式図。
【図９】ＳＯＩウエーハの製造に係わる従来法の問題点を示す図。
【図１０】本発明が対象とするＳＯＩウエーハを説明するための模式図。
【図１１】本発明の製造方法を説明するための模式図。
【図１２】エッチストップ用イオン注入層形成工程の変形例を示す工程説明図。
【図１３】本発明によるＳＯＩウエーハの製造方法の一実施形態を示す工程説明図。
【図１４】本発明によるＳＯＩウエーハの製造方法の一実施形態を示す工程説明図。
【符号の説明】
１　ボンドウエーハ（第二基板）
２　絶縁膜
７　ベースウエーハ（第一基板）
４　剥離用イオン注入層
５　結合シリコン単結晶薄膜
６　エッチストップ用イオン注入層
６’　エッチストップ層
１５　ＳＯＩ層
２０　パターン層
５０　ＳＯＩウエーハ
６０　第一のシリコン層部分
６１　第二のシリコン層
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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