(57)【要約】【課題】　ＣＭＰ工程を使用しなくても厚さ均一度が非常に優秀なナノＳＯＩウェーハを製造する方法及びそれにより製造されたウェーハを提供する。【解決手段】　本発明は、結合ウェーハおよび基準ウェーハを備え、前記結合ウェーハの少なくとも一面に絶縁膜を形成し、次いで、前記結合ウェーハの表面から所定深さに不純物イオンを低電圧で注入して不純物イオン注入部を形成した後、前記結合ウェーハの絶縁膜と前記基準ウェーハとを互いに接触させて接着し、次いで、低温熱処理を行って前記結合ウェーハの不純物イオン注入部を劈開し、前記基準ウェーハと接着された前記結合ウェーハの劈開された表面をエッチングしてナノスケールの素子形成領域を形成するナノＳＯＩウェーハの製造方法である。劈開された表面に対するエッチングは水素表面処理およびウェットエッチングを使用して行える。【選択図】　図２
2004080035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　結合ウェーハおよび基準ウェーハを備える段階と、
　前記結合ウェーハの少なくとも一面に絶縁膜を形成する段階と、
　前記結合ウェーハの表面から所定深さに不純物イオンを低電圧で注入して不純物イオン注入部を形成する段階と、
　前記結合ウェーハの絶縁膜と前記基準ウェーハとを互いに接触させて接着する段階と、
　低温熱処理を行って前記結合ウェーハの不純物イオン注入部を劈開する段階と、
　前記基準ウェーハと接着された前記結合ウェーハの劈開された表面をエッチングしてナノスケールの素子形成領域を形成する段階と、を含むナノＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項２】
　前記結合ウェーハは単結晶シリコンウェーハであり、前記結合ウェーハに絶縁膜を形成する前に、前記絶縁膜が形成される前記結合ウェーハの表面にシリコンゲルマニウム層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のナノＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項３】
　前記結合ウェーハは単結晶シリコンウェーハであり、前記結合ウェーハに形成された絶縁膜は熱工程により形成されたシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のナノＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項４】
　前記不純物イオンは水素イオンであり、前記水素イオンは３０Ｋｅｖ以下の低電圧下で注入されることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のナノＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項５】
　前記イオン注入された水素イオンの投影飛程距離は前記結合ウェーハの表面から１０００ないし４０００Åの範囲内に形成されることを特徴とする請求項４に記載のナノＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項６】
　前記結合ウェーハと基準ウェーハとを接着する段階は、前記結合ウェーハと前記基準ウェーハとの少なくとも一部分を接触させた後、順次に接触面積を広げながら接着することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のナノＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項７】
　前記結合ウェーハと基準ウェーハとを接着する段階は常温で行うことを特徴とする請求項６に記載のナノＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項８】
　前記結合ウェーハと基準ウェーハとを接着する段階は、前記結合ウェーハと前記基準ウェーハとの垂直方向の下側の少なくとも一部分を接触させた後、順次に上側方向に接触面積を広げながら加圧して接着することを特徴とする請求項６に記載のナノＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項９】
　前記結合ウェーハの不純物イオン注入部を劈開する段階は４００℃以下の低温で熱処理して行うことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のナノＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項１０】
　前記結合ウェーハの劈開された表面のＲｍｓ値を３０ないし４０Åにすることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のナノＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項１１】
　前記結合ウェーハを劈開する段階で前記基準ウェーハと接着された前記結合ウェーハの残留する厚さは３０００Å以下にすることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のナノＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項１２】
　前記結合ウェーハの劈開された表面をエッチングして素子形成領域を形成する段階は、
　前記基準ウェーハと結合された前記結合ウェーハの劈開された表面をウェットエッチングする段階と、
　前記ウェットエッチングされた結合ウェーハの表面に対して水素熱処理を行う段階とを含むことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のナノＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項１３】
　前記結合ウェーハの表面に対して水素熱処理を行う段階は１１００℃以上の温度で少なくとも１分以上行うことを特徴とする請求項１２に記載のナノＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項１４】
　前記基準ウェーハと結合された前記結合ウェーハの劈開された表面をウェットエッチングする段階以前に、前記結合ウェーハの劈開された表面に対して水素熱処理を行う段階をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のナノＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項１５】
　前記結合ウェーハの表面に対して水素熱処理を行う段階は１１００℃以上の温度で少なくとも１分以上行うことを特徴とする請求項１４に記載のナノＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項１６】
　前記基準ウェーハと結合された前記結合ウェーハの劈開された表面をウェットエッチングする段階は、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２０の混合溶液をエッチング液として使用して行うことを特徴とする請求項１２に記載のナノＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項１７】
　前記結合ウェーハの表面にシリコンゲルマニウム層を形成する段階はエピタクシー工程により行うことを特徴とする請求項２に記載のナノＳＯＩウェーハの製造方法。
【請求項１８】
　請求項１の製造方法により製造されたナノＳＯＩウェーハ。
【請求項１９】
　請求項２の製造方法により製造されたナノＳＯＩウェーハ。
【請求項２０】
　前記素子形成領域の厚さは５０ｎｍ以下であり、前記素子形成領域の表面のＲｍｓ値は２Å以下になることを特徴とする請求項１８または１９のいずれかに記載のナノＳＯＩウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明はＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハの製造方法及びそれにより製造されたＳＯＩウェーハに係り、より詳細には素子形成領域の厚さがナノスケールであるナノＳＯＩウェーハの製造方法及びそれにより形成されたナノＳＯＩウェーハに関する。
【背景技術】
【０００２】
　通常のシリコン集積回路を製作するために使われるバルクシリコン基板での接合分離は、適当なドーピングレベルおよびディメンション下で約±３０Ｖの供給電圧下で接合破壊が発生するために高電圧の応用には適していないだけでなく、接合分離はガンマ線によりｐｎ接合で発生する過度光電流のために高放射能環境下では効果的でない。したがって、ｐｎ接合の代りに絶縁物で素子の周囲を完全に取り囲む分離技術であるＳＯＩ技術が開発されたが、このようなＳＯＩ基板で製作される回路はバルクシリコン基板内に製作される回路に比べて製作過程及び結果構造が単純でチップサイズを縮めることができ、チップサイズの縮小と共に寄生キャパシタンスが減少するために回路の動作速度が速いという長所がある。
【０００３】
　このようなＳＯＩ技術には、サファイア上にヘテロエピタキシャルシリコン層を成長させるＳＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｓａｐｐｈｉｒｅ）技術、シリコン基板内に酸素イオンを注入した後でアニーリングさせて埋没されたシリコン酸化層を形成するＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ ＩＭｐｌａｎｅｔｅｄ ＯＸｙｇｅｎ）技術、表面に絶縁層が形成された少なくとも一つのウェーハと他のウェーハとを接着させたボンディングＳＯＩ技術などが知られている。
【０００４】
　このようなボンディングＳＯＩ技術を利用した例として、いわゆるユニボンド（ＵＮＩＢＯＮＤ）ウェーハを製造するために使われる、いわゆる“スマートカット”工程技術が公知のものである。スマートカット工程技術は、水素イオンをボンディングされるウェーハのうち一つにイオン注入して微細なバブル層を形成した後、熱処理によりこのバブル層を中心にウェーハを劈開させる技術であって、図１は、従来のスマートカット工程技術を利用したＳＯＩウェーハを製造する方法を示す工程順序図である。
【０００５】
　図１を参照すれば、後続工程により互いに接着される基準ウェーハおよび結合ウェーハを備える（Ｓ１０）。基準ウェーハはＳＯＩウェーハを物理的に支持する役割をしてハンドリングウェーハともいい、結合ウェーハは後続工程により半導体素子のチャンネルが形成されるウェーハであって、素子ウェーハともいう。
【０００６】
　次いで、単結晶シリコンよりなる結合ウェーハに対して熱酸化工程を行って結合ウェーハの表面に酸化膜、すなわち、シリコン酸化膜を形成する（Ｓ１２）。シリコン酸化膜はＳＯＩウェーハで埋没酸化層（Ｂｕｒｉｅｄ Ｏｘｉｄｅ Ｌａｙｅｒ；ＢＯＸ層）の役割をするものであって、必要に応じて数十ないし数千Åの厚さに形成できる。
【０００７】
　次いで、結合ウェーハに対して高電圧の水素イオンを注入する（Ｓ１４）。水素イオンの注入エネルギーは約１２５ＫｅＶの高電圧エネルギーを使用し、水素ドーズ量は約６ｘ１０１６ｃｍ−２にする。したがって、シリコン酸化膜下の結合ウェーハの表面から所定の深さに投影飛程距離（Ｒｐ）を有する水素イオン注入部が形成される。
【０００８】
　次に、基準ウェーハおよび結合ウェーハを洗浄して表面の汚染物を除去した後、これら両ウェーハを水平に接着させる（Ｓ１６）。接着方法は基準ウェーハを水平に置いたままその上にシリコン酸化膜が形成された結合ウェーハの部分を水平的に平行に位置させた後、常温で全体ウェーハの表面が同時に接触されるように下部方向に結合ウェーハを置きながら両ウェーハを接着させる。この時、両ウェーハは親水性の条件下で水素結合により相互接着される。
【０００９】
　次いで、高温で熱処理を行って水素イオン注入部部分を劈開する（Ｓ１８）。熱処理は窒素雰囲気下で約５５０℃の温度下で約１時間行う。劈開過程は、熱処理中に水素イオン注入部部分のバブルが相互作用して十分なブリスタが形成され、これらが伝播されながらフレーク現象が発生して行われる。劈開後に結合ウェーハの残留するシリコン層表面のＲｍｓ（ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）値が約１００ないし１２０Åとなり、残留するシリコン層の厚さが約９０００Åとなる。
【００１０】
　次いで、シリコン層の劈開面に対して化学機械的研磨（ＣＭＰ）工程を行う（Ｓ２０）。ＣＭＰ工程は半導体素子のチャンネルが形成される素子形成領域の厚さが所望の厚さになるまで行える。
【００１１】
　一方、ＳＯＩウェーハに形成される半導体素子の高集積化、高速化及び低電力化に対する要求に応じてＳＯＩウェーハにおいて半導体素子が形成される素子形成領域（またはチャンネル領域）は益々薄くなっており、同時にＢＯＸ層も益々薄くなっている状況である。すなわち、シリコンＳＯＩの素子形成領域（チャンネル領域）の厚さが約１０００ｎｍ以上になる厚いＳＯＩウェーハはＭＥＭＳ、センサー、フォトダイオード、バイポーラと電力素子などを形成するために使用でき、マイクロディスプレイまたは部分空乏ＣＭＯＳなどは素子形成領域の厚さが約５０ないし１０００ｎｍである薄いＳＯＩウェーハでも生産できるが、完全空乏ＣＭＯＳ、ナノＣＭＯＳ素子または単電子素子は素子形成領域の厚さが約５０ｎｍ以下であるナノＳＯＩウェーハを要求するに至った。
【００１２】
　しかし、前述した従来のスマート−カット工程技術を使用してナノＳＯＩウェーハを製造するのには次のような問題点が発生する。
【００１３】
　第１に、従来には結合ウェーハの水素イオン注入部を劈開した後で劈開された表面を平坦化し、所望の素子形成領域の厚さになるまでＣＭＰ工程を行わねばならない。しかし、一般的に半導体素子の製造工程においてＣＭＰ工程は工程コストが非常に高くて工程時間が長くかかり、ＣＭＰ工程によるウェーハの中心部と周辺部との厚さ偏差が非常に大きくてＣＭＰ実施時にクラックなどの欠陥が発生するという短所がある。
【００１４】
　第２に、水素イオンを結合ウェーハ内にイオン注入する時に高エネルギー電圧下で行うために水素イオンの投影飛程距離が非常に大きくなり、したがって後続の劈開工程後にシリコン層の厚さが約９０００Åに厚く残留するために素子形成領域が約５０ｎｍ（５００Å）以下になるナノＳＯＩウェーハを製造するにはＣＭＰ工程時間が長くかかるだけでなく、研磨されるシリコン層の消耗量が多くなるという問題点がある。
【００１５】
　第３に、結合ウェーハと基準ウェーハとを接着する従来の水平接着方式によれば、接着面でボイドなどの欠陥が非常に多く発生して弱くなるという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
　本発明の目的は、前記従来技術の問題点を克服するために、ＣＭＰ工程を使用しなくても厚さ均一度が非常に優れたナノＳＯＩウェーハを製造する方法を提供するところにある。
【００１７】
　本発明の他の目的は、結合ウェーハと基準ウェーハ間の接着面にボイドが発生することを抑制してウェーハの接着力を向上させたナノＳＯＩウェーハを製造する方法を提供するところにある。
【００１８】
　本発明のまた他の目的は、前記本発明による製造方法により製造されるナノＳＯＩウェーハを提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
　前記本発明の目的を達成するための本発明によるナノＳＯＩウェーハの製造方法は、結合ウェーハおよび基準ウェーハを備え、前記結合ウェーハの少なくとも一面に絶縁膜を形成する。次いで、前記結合ウェーハの表面から所定深さに不純物イオンを低電圧で注入して不純物イオン注入部を形成した後、前記結合ウェーハの絶縁膜と前記基準ウェーハとを互いに接触させて接着する。次いで、低温熱処理を行って前記結合ウェーハの不純物イオン注入部を劈開し、前記基準ウェーハと接着された前記結合ウェーハの劈開された表面をエッチングしてナノスケールの素子形成領域を形成する。
【００２０】
　一方、前記結合ウェーハは単結晶シリコンウェーハであり、前記結合ウェーハに絶縁膜を形成する前に、前記絶縁膜が形成される前記結合ウェーハの表面にシリコンゲルマニウム層を形成する段階をさらに含む。また、前記結合ウェーハは単結晶シリコンウェーハであり、前記結合ウェーハに形成された絶縁膜は熱工程により形成されたシリコン酸化膜である。
【００２１】
　前記不純物イオンは水素イオンであり、前記水素イオンは低電圧、例えば３０Ｋｅｖ以下の低電圧下で注入され、前記イオン注入された水素イオンの投影飛程距離（Ｒｐ）は前記結合ウェーハの表面から近い、例えば１０００ないし４０００Åの範囲内に形成されることが望ましい。前記投影飛程距離はイオン注入電圧を調節することによって制御できる。
【００２２】
　前記結合ウェーハと基準ウェーハとを接着する段階は、前記結合ウェーハと前記基準ウェーハとの少なくとも一部分を接触させた後、順次に接触面積を広げながら接着させることが、接触面でのボイドの発生を減らしうるという点で望ましくて、例えば、前記結合ウェーハと基準ウェーハとを垂直方向の下側の少なくとも一部分を接触させた後、順次に上側方向に接触面積を広げながら加圧して接着させる。
【００２３】
　前記結合ウェーハの不純物イオン注入部を劈開する段階は４００℃以下の低温で熱処理して行い、望ましくは、前記結合ウェーハの劈開された表面のＲｍｓ値を３０ないし４０Åにし、また望ましくは、前記結合ウェーハを劈開する段階で前記基準ウェーハと接着された前記結合ウェーハの残留する厚さは３０００Å以下にする。
【００２４】
　一方、前記結合ウェーハの劈開された表面をエッチングして素子形成領域を形成する段階は、前記基準ウェーハと結合された前記結合ウェーハの劈開された表面をウェットエッチングした後、前記ウェットエッチングされた結合ウェーハの表面に対して水素熱処理を行って実施される。前記基準ウェーハと結合された前記結合ウェーハの劈開された表面をウェットエッチングする段階以前に、前記結合ウェーハの劈開された表面に対して水素熱処理を行う段階をさらに含むことが、前記結合ウェーハの劈開された表面をウェットエッチングするのに効率的であり、前記結合ウェーハの表面に対して水素熱処理を行う段階は１１００℃以上の温度で少なくとも１分以上行う。
【００２５】
　前記基準ウェーハと結合された前記結合ウェーハの劈開された表面をウェットエッチングする段階は、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２０の混合溶液をエッチング液として使用して行うことが、エッチング速度が遅くてエッチング厚さを均一に調節できるという点で望ましい。
【００２６】
　一方、本発明の前記他の目的による本発明の製造方法により製造されたナノＳＯＩウェーハにおいて、前記素子形成領域の厚さは５０ｎｍ以下であり、前記素子形成領域の表面のＲｍｓ値は２Å以下となる。
【００２７】
　本発明によれば、低電圧で水素イオンを注入するために水素イオンの投影飛程距離（Ｒｐ）が小さくなると同時に、注入された水素イオン注入部の分布を左右する△Ｒｐの値も小さくなり、これによって後続する水素イオン注入部の劈開工程時に劈開された表面のＲｍｓ値が小さくなってＣＭＰ工程なしに劈開表面に対する水素熱処理およびウェットエッチング工程だけでもナノスケール素子形成領域を形成できる。
【００２８】
　また、本発明によれば、結合ウェーハと基準ウェーハとの接触面積を広げながら接着させるために接着面でのボイドの発生を減らして両ウェーハの接着力を向上させることができる。
【００２９】
　また、本発明によれば、低温で劈開工程を行うことによって劈開された表面のＲｍｓ値が小さくなってＣＭＰ工程なしに劈開表面に対する水素熱処理およびウェットエッチング工程だけでもナノスケール素子形成領域を形成でき、また低温で劈開工程を行うために水素イオンのアウトディフュージョン量が少なく、したがって、十分なブリスタおよびフレーク現象を発生させるのに十分な水素イオン注入濃度を維持するための水素イオンドーズ量を増加させる必要がなくて生産コストが下がる。
【００３０】
　また、本発明によれば、劈開面に対する水素熱処理を行うために劈開面のＲｍｓ値が顕著に減少して所望のナノスケールＳＯＩウェーハの表面粗度を達成でき、ウェットエッチング工程以前にあらかじめ劈開面に対する水素熱処理を追加的に行うためにウェットエッチング工程を効果的に行える。
【００３１】
　また、本発明によれば、劈開面に対してＣＭＰ工程なしにウェットエッチングで表面エッチング量を低く維持することによってエッチング厚さを均一に維持できる。
【発明の効果】
【００３２】
　以上、本発明の望ましい実施例について前述したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲の技術的思想の範囲内で当業者により多様に変形実施できることはもちろんである。
【００３３】
　本発明によれば、低電圧イオン注入により水素イオンの投影飛程距離（Ｒｐ）が小さくなると同時に△Ｒｐの値も小さくなり、これによって劈開工程時に劈開された表面のＲｍｓ値が小さくなってＣＭＰ工程なしに劈開表面に対する水素熱処理およびウェットエッチング工程だけでもナノスケール素子形成領域を形成できる。
【００３４】
　また、本発明によれば、結合ウェーハと基準ウェーハとの接触面積を広げながら接着させるために接着面でのボイドの発生を減らして両ウェーハの接着力を向上させることができる。
【００３５】
　また、本発明によれば、低温で劈開工程を行うことによって劈開された表面のＲｍｓ値が小さくなって水素熱処理およびウェットエッチング工程だけでもナノスケール素子形成領域を形成でき、水素イオンのアウトディフュージョン量が少なく、したがって、少ない水素イオンドーズ量だけで十分なフレーク現象を発生させるので生産コストが下がる。
【００３６】
　また、本発明によれば、劈開面に対す水素熱処理により劈開面のＲｍｓ値が顕著に減少して所望のナノスケールＳＯＩウェーハの表面粗度を達成でき、ウェットエッチング工程以前にあらかじめ劈開面に対する水素熱処理を追加的に行うためにウェットエッチング工程を効果的に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
　以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。
【００３８】
　次に説明される実施例はいろいろな他の形態に変形でき、本発明の範囲が後述される実施例に限定されるのではない。本発明の実施例は当業者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。本発明の実施例を説明する図面において、ある層や領域の厚さは明細書の明確性のために誇張されたものであり、図面上の同じ符号は同じ要素を示す。また、ある層が他の層または基板の“上部”にあると記載された場合、前記ある層が前記他の層または基板の上部に直接存在することもあり、その間に第３の層が介在されることもある。
【００３９】
　図２は、本発明の望ましい実施例によるナノＳＯＩウェーハの製造方法を表した工程順序図であり、図３ないし図７は本発明の一実施例によるナノＳＯＩウェーハの製造方法を説明するための工程断面図である。前述した図１の従来技術との差異点を中心に説明する。
【００４０】
　図２ないし図７を参照すれば、まず後続工程により互いに接着される基準ウェーハ２０および結合ウェーハ１０を備える（Ｓ３０）。基準ウェーハ２０はＳＯＩウェーハを物理的に支持する支持台の役割をしていわゆるハンドリングウェーハともいい、結合ウェーハ１０は後続工程により半導体素子のチャンネル領域（素子形成領域）が形成されるウェーハであって、素子ウェーハともいう。
【００４１】
　次いで、例えば、単結晶シリコンよりなる結合ウェーハ１０の少なくとも一表面に絶縁膜を通常の多様な方法により形成でき、例えば、熱酸化工程を行って結合ウェーハ１０の表面に酸化膜、すなわち、シリコン酸化膜１２を形成する（Ｓ３２）。シリコン酸化膜１２はＳＯＩウェーハでＢＯＸ層の役割をするものであって、必要に応じて数十ないし数千Å程度の厚さに形成できるが、ナノＳＯＩウェーハでは数十ないし数百Å、例えば約２００Åの厚さに形成できる。
【００４２】
　図３には結合ウェーハ１０の上部表面にのみシリコン酸化膜１２が形成されていることと図示されているが、熱酸化工程により露出された結合ウェーハ１０の全面にシリコン酸化膜１２が形成されることもあり、必要に応じてこのような状態を維持するか、結合ウェーハ１０の一表面にのみシリコン酸化膜１２を残留させて他の部分は除去することもある。
【００４３】
　次いで、結合ウェーハ１０に対して低電圧の不純物イオン、例えば、水素イオンを注入する（Ｓ３４）。本実施例では水素イオンの注入エネルギーには約２５ＫｅＶの低電圧エネルギーを使用し、水素ドーズ量は約６ｘ１０１６ｃｍ−２にした。したがって、シリコン酸化膜下の結合ウェーハの表面から所定の深さに投影飛程距離（Ｒｐ）を有する水素イオン注入部１４が形成され、これを境界にして結合ウェーハ１０は素子形成部１０ｂと除去部１０ａとに区分される。図４では水素イオン注入部１４を点線で表示したが、水素イオン注入部は水素イオンが一定幅を有して分布された領域を意味する。
【００４４】
　本発明者は不純物イオン注入エネルギーと投影飛程距離（Ｒｐ）及び△Ｒｐとの相関関係についてシミュレーションを行ったが、シミュレーション条件として、水素イオン注入のサンプルは２００Åのシリコン酸化膜が形成されたシリコン基板とし、水素イオンドーズ量は６ｘ１０１６ｃｍ−２に設定した。シミュレーション結果を表１に示した。
【表１】
2004080035.tif 000003
【００４５】
　表１によれば、水素イオン注入エネルギー（ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ Ｖｏｌｔａｇｅ；Ｖａｃ）の減少によって投影飛程距離（Ｒｐ）はほとんど比例的に減少することが分かり、△Ｒｐ値もイオン注入エネルギーの減少によって減少するが、イオン注入電圧が５０ＫｅＶ以下、特に３０ＫｅＶ以下では顕著に減少することが分かり、この結果を示した図１２を参照すればより明確に分かる。図１２で横軸は水素イオン注入エネルギー（Ｖａｃ）であり、縦軸は△Ｒｐ値を示す。
【００４６】
　さらに、本発明者は△Ｒｐ値とＲｍｓ値との相関関係を調べるために水素イオン注入直後にＳＩＭＳで△Ｒｐ値を測定し、水素イオン注入部１４の劈開工程後にＲｍｓ値（１０μｍｘ１０μｍ）をＡＦＭで測定して表２に示した。
【表２】
2004080035.tif 000004
【００４７】
　表２によれば、水素イオン注入エネルギー（Ｖａｃ）の増加によって△Ｒｐ値も増加することが分かり、Ｒｍｓ値も増加することが分かる。△Ｒｐ値とＲｍｓ値との変化関係を図１３に図示した。図１３で横軸は△Ｒｐ値を、縦軸はＲｍｓ値を示す。
【００４８】
　図１２及び図１３から、水素イオン注入エネルギーの増加によって投影飛程距離が増加して、それにより△Ｒｐ値も増加することが分かり、Ｒｍｓ値も一定の相関関係を有して増加することが分かる。本発明者はこのようなシミュレーションおよび実験結果に基づいて後述するナノスケールＳＯＩウェーハを製造するための水素イオン注入エネルギーを３０ＫｅＶ以下にすることが適切であると判断した。
【００４９】
　次に図２、図５、図８ないし図１０を参照すれば、基準ウェーハ２０および結合ウェーハ１０を洗浄して表面の汚染物を除去した後、これら両ウェーハを垂直的に接着させる（Ｓ３６）。本発明では従来の水平接着式とは違って基準ウェーハ２０と結合ウェーハ１０とのシリコン酸化膜１２の少なくとも一部が先に接触されてその接触面積が一側方向に広がりながら接着されるようにする。これは基準ウェーハ２０および結合ウェーハ１０の表面がいずれも屈曲があるという点とシリコンウェーハが弾性体であるという点を考慮して一側方向に加圧しながら接着させることによって、接触表面が平坦になってこれら間に形成されうる水分などのボイド成分を外側に押し出して除去しながら接着させる形であるために、接着面でのボイドが顕著に減少して接着力が向上する。
【００５０】
　図８ないし図１０を参照してより具体的な接着方法を説明すれば、基準ウェーハ２０と結合ウェーハ１０とをそれぞれ斜めな傾斜面を有するウェーハ支持台８２ａ、８２ｂに載置させる。この時、各ウェーハ支持台８２ａ、８２ｂはベース８０上に固定され、各ウェーハ支持台８２ａ、８２ｂの傾斜面にはウェーハの形状に対応する適切な大きさおよび深さを有する定着部（図示せず）が形成されて各ウェーハを固定できるように構成されている。各ウェーハ支持台８２ａ、８２ｂの中央部には各ウェーハ１０、２０を背面から加圧して圧着できるウェーハ圧着棒８４ａ、８４ｂが形成されている。したがって、図８から図１０の順序に基準ウェーハ１０と結合ウェーハ２０とを加圧して接着させる。
【００５１】
　本発明での基準ウェーハ２０と結合ウェーハ１０との接着は常温で実施することが望ましく、この時、両ウェーハは親水性条件下で水素結合により相互接着される。
【００５２】
　次いで図２及び図６を参照すれば、低温で熱処理を行って水素イオン注入部１４部分を劈開する（Ｓ３８）。本実施例で劈開熱処理は約４００℃以下で少なくとも約１分以上行う。劈開過程は前記のように熱処理中に水素イオン注入部部分のバブルが相互作用をして十分なブリスタが形成され、これらが伝播されてフレーク現象が発生しながら行われる。本実施例で結合ウェーハ１０の劈開された表面のＲｍｓ値は約３０ないし４０Åの範囲に維持され、劈開後の素子形成部１０ｂの厚さは約３０００Åになる。
【００５３】
　本発明者は劈開のための熱処理温度およびＲｍｓ値を調べるために次の実験をした。実験条件として、水素イオン注入エネルギーは２８．５ＫｅＶであり、水素イオンドーズ量は５ｘ１０１６ｃｍ−２に設定した。ＴＥＭで測定した実験結果を図１４に示した。
【００５４】
　図１４で横軸は熱処理温度を示し、縦軸はＲｍｓ値（ｎｍ）を示す。熱処理温度が４５０℃である場合にＲｍｓ値は約３．１５ｎｍであり、熱処理温度が５５０℃である場合にＲｍｓ値は約１０．９ｎｍであり、熱処理温度が６５０℃である場合にＲｍｓ値は約１４．５ｎｍであり、熱処理温度が７５０℃である場合にＲｍｓ値は約２５．０ｎｍ以上になることが分かる。また、熱処理温度が５５０℃である場合に劈開面でディスロケーションが発生して熱処理温度の増加と共にディスロケーションが成長及び凝集することが分かる。このような劈開面でのディスロケーションは後続する結合ウェーハ１０の素子形成部１０ｂのウェットエッチングを阻害する要素となる。
【００５５】
　このようなディスロケーションの発生および劈開面でのＲｍｓ値を考慮して劈開工程時の熱処理温度は４５０℃以下に維持することが望ましい。
【００５６】
　図１５は、劈開工程時の熱処理時間と劈開面でのボイド数との関係を示すグラフである。熱処理温度は４５０℃以下であり、サンプルはそれぞれイオン注入エネルギー２５ＫｅＶ及び８０ＫｅＶで行ったものであり、熱処理時間は１０分、２０分及び４０分である。グラフから分かるように、劈開工程を低温で熱処理して行っても熱処理時間が短いほどボイドの数が減少することが分かる。
【００５７】
　図１６ないし図１９は、劈開工程時に熱処理温度を変化させながら結合ウェーハの表面からの深さによる水素濃度の変化を測定して示すグラフである。測定条件としてイオン注入エネルギーは２６ＫｅＶであり、水素イオンドーズ量は５ｘ１０１６ｃｍ−２に設定した。図１６は熱処理をしていない結果のグラフであり、図１７は４５０℃での熱処理を行った結果のグラフであり、図１８は６５０℃での熱処理を行った結果のグラフであり、図１９は７５０℃での熱処理を行った結果のグラフである。
【００５８】
　図１６ないし図１９の結果から、結合ウェーハ１０に対する劈開工程時に熱処理温度が上昇するにつれて水素イオンのアウトディフュージョンが活発に発生することが分かる。したがって、劈開工程時に十分なブリスタおよびフレーク現象の発生のための水素イオンドーズ量を維持するためには劈開工程時に熱処理温度が上昇するにつれて水素イオンドーズ量を増加させねばならないため、生産コストが高まり、かつ図１４のようにＲｍｓが悪くなるが、低温で熱処理を行えば水素イオンのアウトディフュージョンが低くて少量の水素イオンドーズ量でも十分に劈開されうるということが分かる。
【００５９】
　続けて図２を参照すれば、低温熱処理で結合ウェーハ１０の水素イオン注入部１４を劈開した後、劈開された素子形成部１０ｂの表面に対して１次水素熱処理を行う（Ｓ４０）。水素雰囲気下で熱処理温度１１００℃以上で少なくとも１分以上行い、水素熱処理後に素子形成部１０ｂのＲｍｓ値は３０ないし４０Åから１０Å以下と低くなる。
【００６０】
　図２０は、劈開された表面に対する水素熱処理時間と表面のＲｍｓ値との関係を測定した結果のグラフである。熱処理温度１１３５℃で行った結果であり、熱処理時間が延びるにつれてＲｍｓ値は顕著に減少することが分かる。
【００６１】
　続けて図２を参照すれば、１次水素熱処理を行った後、劈開された素子形成部１０ｂの表面に対してウェットエッチングを行う（Ｓ４２）。エッチング液にはＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２０＝０．５：１：５のエッチング液を使用し、エッチング温度は６５ないし１００℃の範囲で行い、エッチング時間及びエッチング厚さは所望の最終素子形成領域（図７の１０ｃ）の厚さを考慮して設定した。ナノスケールＳＯＩの場合に素子形成領域１０ｃの厚さが５０ｎｍ以下になるようにエッチングを続ける。本発明のエッチング液を選択した理由はエッチング速度が遅くてエッチング後のエッチング厚さの均一度が優れているからである。
【００６２】
　図２１は、３つのシリコンサンプルに対する本発明のエッチング工程を行った後、エッチング時間による平均エッチング厚さを測定した結果のグラフである。グラフからエッチング時間によって平均エッチング厚さがほとんど比例的に増加することが分かる。したがって、本発明の最終的な素子形成領域１０ｃの厚さはエッチング時間によって円滑に調節できる。
【００６３】
　続けて図２を参照すれば、劈開面に対するエッチング工程が完了した後、最終的にエッチングされた素子形成領域１０ｃの表面に対して２次水素熱処理工程を行う（Ｓ４４）。２次熱処理工程は前述した１次熱処理工程と同じ方法で行う。２次熱処理工程の遂行後に素子形成領域１０ｃのＲｍｓ値はナノスケールＳＯＩウェーハで要求される２Å以下に維持されることが分かる。
【００６４】
　図１１は、本発明の他の実施例によって製造されたナノＳＯＩウェーハの断面図であり、図７のウェーハと比較してシリコン酸化膜１２と素子形成領域１０ｃとの間にシリコンゲルマニウム層１６が形成された点を除いては同一である。製造方法はシリコンゲルマニウム層１６の形成段階を除いて前述した図７のナノＳＯＩウェーハの製造方法と同一である。すなわち、図２を参照すれば、結合ウェーハ１０の表面にシリコン酸化膜１２を形成する前にエピタクシー工程により結合ウェーハ１０の表面にシリコンゲルマニウム層１６を形成し、結合ウェーハ１０に対する水素イオン注入時に水素イオン注入部をシリコンゲルマニウム層１６の下に形成する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】従来のＳＯＩウェーハを製造する工程段階を示す工程順序図である。
【図２】本発明の一実施例によってナノＳＯＩウェーハを製造する工程段階を示す工程順序図である。
【図３】本発明の一実施例によってナノＳＯＩウェーハを製造する各工程段階を示す工程断面図である。
【図４】本発明の一実施例によってナノＳＯＩウェーハを製造する各工程段階を示す工程断面図である。
【図５】本発明の一実施例によってナノＳＯＩウェーハを製造する各工程段階を示す工程断面図である。
【図６】本発明の一実施例によってナノＳＯＩウェーハを製造する各工程段階を示す工程断面図である。
【図７】本発明の一実施例によってナノＳＯＩウェーハを製造する各工程段階を示す工程断面図である。
【図８】本発明の一実施例によってナノＳＯＩウェーハを製造するために基準ウェーハと結合ウェーハとを結合させる方法を示す概略図である。
【図９】本発明の一実施例によってナノＳＯＩウェーハを製造するために基準ウェーハと結合ウェーハとを結合させる方法を示す概略図である。
【図１０】本発明の一実施例によってナノＳＯＩウェーハを製造するために基準ウェーハと結合ウェーハとを結合させる方法を示す概略図である。
【図１１】本発明の他の実施例によって製造されたナノＳＯＩウェーハを示す断面図である。
【図１２】本発明の一実施例によるナノＳＯＩウェーハを製造するための実験で測定した水素イオン注入電圧と△Ｒｐとの関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の一実施例によるナノＳＯＩウェーハを製造するための実験で測定した△ＲｐとＲｍｓとの関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の一実施例によるナノＳＯＩウェーハを製造するための実験で測定した結合ウェーハの劈開のための熱処理温度とＲｍｓとの関係を示すグラフである。
【図１５】本発明の一実施例によるナノＳＯＩウェーハを製造するための実験で測定した結合ウェーハの劈開のための熱処理時間とボイド数との関係を示す棒グラフである。
【図１６】本発明の一実施例によるナノＳＯＩウェーハを製造するための実験で測定した結合ウェーハの劈開のための熱処理温度を変化させながらウェーハの深さによる水素濃度の変化を示すグラフである。
【図１７】本発明の一実施例によるナノＳＯＩウェーハを製造するための実験で測定した結合ウェーハの劈開のための熱処理温度を変化させながらウェーハの深さによる水素濃度の変化を示すグラフである。
【図１８】本発明の一実施例によるナノＳＯＩウェーハを製造するための実験で測定した結合ウェーハの劈開のための熱処理温度を変化させながらウェーハの深さによる水素濃度の変化を示すグラフである。
【図１９】本発明の一実施例によるナノＳＯＩウェーハを製造するための実験で測定した結合ウェーハの劈開のための熱処理温度を変化させながらウェーハの深さによる水素濃度の変化を示すグラフである。
【図２０】本発明の一実施例によるナノＳＯＩウェーハを製造するための実験で測定したウェーハの劈開面に対する水素熱処理時間とＲｍｓとの関係を示す棒グラフである。
【図２１】本発明の一実施例によるナノＳＯＩウェーハを製造するための実験で測定したシリコンに対するエッチング時間と平均エッチング量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
　１０　結合ウェーハ
　１２　シリコン酸化膜
　１４　水素イオン注入部
　１６　シリコンゲルマニウム層
　２０　基準ウェーハ
　８０　ベース
　８２ａ、８２ｂ　ウェーハ支持台
　８４ａ、８４ｂ　ウェーハ圧着棒
【図１】
2004080035.tif 000005
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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