(57)【要約】【課題】剥離ウェーハを再生させる際の加工時間を短縮して再生コストを低減させるとともに、再生時における取り代を減少させて再生回数を増加させる。【解決手段】半導体ウェーハ１３にイオンを注入して半導体ウェーハ１３内部にイオン注入領域１３ｂを全面に形成し、半導体ウェーハ１３を支持ウェーハ１４に重ね合せて積層体１６を形成し、更に積層体１６を所定の温度で熱処理して半導体ウェーハ１３をイオン注入領域１３ｂで薄膜１７から分離することにより得られる厚肉の剥離ウェーハ１２を再生処理する。周囲に段差が生じないようにイオン注入領域１３ｂの全面で半導体ウェーハ１３を薄膜１７から分離して剥離ウェーハ１２を得て、剥離ウェーハ１２の分離面１２ａを研磨して再生ウェーハ３２を得る。半導体ウェーハ１３の外径Ｄ１が支持ウェーハ１４の外径Ｄ２より小径に形成され、その差が４．０ｍｍ以下の所定の範囲である。【選択図】  図１
2005072072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハ（１３）の主面にイオンを注入して前記半導体ウェーハ（１３）内部にイオン注入領域（１３ｂ）を形成し、前記半導体ウェーハ（１３）の前記主面を支持ウェーハ（１４）の主面に重ね合せて積層体（１６）を形成し、更に前記積層体（１６）を所定の温度で熱処理して前記半導体ウェーハ（１３）を前記イオン注入領域（１３ｂ）で薄膜（１７）から分離することにより得られる厚肉の剥離ウェーハ（１２）を再生処理する方法において、
周囲に段差が生じないように前記イオン注入領域（１３ｂ）の全面で前記半導体ウェーハ（１３）を薄膜（１７）から分離して剥離ウェーハ（１２）を得る
ことを特徴とする剥離ウェーハの再生処理方法。
【請求項２】
半導体ウェーハ（１３）の外径（Ｄ１）が支持ウェーハ（１４）の外径（Ｄ２）より小径に形成された請求項１記載の剥離ウェーハの再生処理方法。
【請求項３】
支持ウェーハ（１４）の面取り部の幅をｗ’とするとき、半導体ウェーハ（１３）の外径（Ｄ１）と前記支持ウェーハ（１４）の外径（Ｄ２）の差が｛（ｗ’×２）＋０．２ｍｍ｝以上４．０ｍｍ以下である請求項２記載の剥離ウェーハの再生処理方法。
【請求項４】
半導体ウェーハ（１３）の重ね合わせ面周囲における面取り部の幅（ｗ）が２０μｍ以下である請求項１ないし３いずれか１項に記載の剥離ウェーハの再生処理方法。
【請求項５】
剥離ウェーハ（１２）の分離面（１２ａ）を研磨して再生ウェーハ（３２）を得る工程を更に含み、前記剥離ウェーハ（１２）の分離面（１２ａ）における研磨時の取り代（１２ｃ）が０．２μｍ以上１．０μｍ以下である請求項１ないし４いずれか１項に記載の剥離ウェーハの再生処理方法。
【請求項６】
再生ウェーハ（３２）を半導体ウェーハ（１３）又は支持ウェーハ（１４）に用いる請求項１ないし５いずれか１項に記載の剥離ウェーハの再生処理方法。
【請求項７】
請求項１ないし５いずれか１項に記載された方法で再生されたウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオンを注入した半導体ウェーハを支持ウェーハに重ね合せて積層体を形成し、この積層体を熱処理してイオン注入領域で半導体ウェーハの薄膜から分離された厚肉の剥離ウェーハを再生処理する方法と、この方法で再生されたウェーハに関する。更に詳しくは、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハ等の結合ウェーハを製造する、いわゆるイオン注入剥離法において、複製される剥離ウェーハの再生処理方法及び再生されたウェーハに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＳＯＩウェーハの製造方法として、半導体ウェーハの主面にイオンを注入してその半導体ウェーハの内部にイオン注入領域を形成し、その半導体ウェーハの主面を支持ウェーハの主面に重ね合せて積層体を形成し、更にその積層体を所定の温度で熱処理してイオン注入したウェーハを結合後に剥離してＳＯＩウェーハを製造する方法が知られている。この方法で用いられる半導体ウェーハと支持ウェーハはともに同じ外径のものが使用され、半導体ウェーハの主面に注入されたイオン注入領域を劈開面として半導体ウェーハを薄膜状に剥離し、薄膜とともに支持ウェーハを熱処理することによりその結合を強固にしてＳＯＩウェーハとする技術である。この方法では、劈開面は良好な鏡面であり、ＳＯＩ層の膜厚の均一性も高いＳＯＩウェーハが比較的容易に得られている。
【０００３】
一方、このようなイオン注入剥離法でＳＯＩウェーハ等の結合ウェーハを作製すると、必然的に１枚の剥離ウェーハが副生されることになる。そしてこのイオン注入剥離法においては、この副生した剥離ウェーハを再生することによって、実質上１枚の半導体ウェーハを用いて複数枚のＳＯＩウェーハを得ることができるので、コストを大幅に下げることができるとしている。
しかし、ウェーハには一般的に面取りが行われ、同じ外径のウェーハを重ね合わせてもその周囲の全てが接触することはなく、イオン注入領域を劈開面として半導体ウェーハを薄膜状に剥離するとその周囲が剥離されずに残存し、副生される剥離ウェーハの周辺に段差が生じる不具合があった。また、剥離ウェーハの分離面にはイオン注入によるダメージ層が存在し、表面粗さが大きかったりするものであって、剥離ウェーハはそのままで使用できるようなものではなかった。従って、この剥離ウェーハを再生させるには、それらの段差やダメージ層を除去し、表面粗さを改善して再生させることが必要とされ、段差に残存するイオン注入層に起因するパーティクルの発生を防止することも必要とされた。
【０００４】
従来この種の剥離ウェーハの再生処理方法として、剥離ウェーハの分離面周囲の段差に残存するイオン注入層を面取り加工又はエッチングにより除去した後に、剥離した側のウェーハの主面を研磨する剥離ウェーハの再生処理方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この再生処理方法では、イオン注入層の除去方法が面取り加工等により行われるため、その面取り加工等により粗くなった面に対してその後いわゆる鏡面研磨（鏡面面取り加工）を施している。そしてこの剥離ウェーハの再生処理方法では、イオン注入層を除去することにより、イオン注入層が存在することに起因するパーティクルの発生を防止するとともに剥離ウェーハ表面のダメージ層を除去し、剥離ウェーハの表面粗さを改善できるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１５５９７８号公報（請求項１、段落番号００３２、段落番号００５２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の特許文献１に示された剥離ウェーハの再生処理方法では、イオン注入層を面取り加工又はエッチングにより除去した後に鏡面研磨を行っているため、剥離ウェーハの表面粗さを小さくできるけれども、剥離ウェーハを再生させるまでに要する時間が増大するとともに、研削による被加工物の取り代が比較的多くなって再生処理可能な回数が減少する不具合があった。
本発明の目的は、剥離ウェーハを再生させる際の加工時間を短縮して再生コストを低減させるとともに、再生時における取り代を減少させて再生回数を増加し得る剥離ウェーハの再生処理方法及び再生されたウェーハを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１及び図２に示すように、半導体ウェーハ１３の主面にイオンを注入して半導体ウェーハ１３内部にイオン注入領域１３ｂを形成し、半導体ウェーハ１３の前記主面を支持ウェーハ１４の主面に重ね合せて積層体１６を形成し、更に積層体１６を所定の温度で熱処理して半導体ウェーハ１３をイオン注入領域１３ｂで薄膜１７から分離することにより得られる厚肉の剥離ウェーハ１２を再生処理する方法の改良である。
その特徴ある構成は、周囲に段差が生じないようにイオン注入領域１３ｂの全面で半導体ウェーハ１３を薄膜１７から分離して剥離ウェーハ１２を得るところにある。
【０００８】
この請求項１に記載された剥離ウェーハの再生処理方法では、イオン注入領域１３ｂの全面で半導体ウェーハ１３を薄膜１７から分離するので、剥離ウェーハ１２の分離面１２ａの周囲に段差が生じることはない。このため、段差に残存するイオン注入層を除去するために従来行われていた面取り加工又はエッチングを省くことができる。よって、この請求項１に係る発明では、剥離ウェーハを再生させる際の加工時間は従来より短縮され、再生コストを低減させるとともに、再生時における取り代１２ｃも減少して再生回数を増加させることができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、半導体ウェーハ１３の外径Ｄ１が支持ウェーハ１４の外径Ｄ２より小径に形成されたことを特徴とする。
この請求項２に記載された剥離ウェーハの再生処理方法では、半導体ウェーハ１３の外径Ｄ１を、その半導体ウェーハ１３と重ね合さって積層体１６を形成する支持ウェーハ１４の外径Ｄ２より小径にすることにより、半導体ウェーハ１３の重ね合わせ面の全てが支持ウェーハ１４に接触するので、イオン注入領域１３ｂの全面で薄膜１７から半導体ウェーハ１３を比較的容易に分離することができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明であって、支持ウェーハ１４の面取り部の幅をｗ’とするとき、半導体ウェーハ１３の外径Ｄ１と支持ウェーハ１４の外径Ｄ２の差が｛（ｗ’×２）＋０．２ｍｍ｝以上４．０ｍｍ以下であることを特徴とする。
この請求項３に記載された剥離ウェーハの再生処理方法では、半導体ウェーハ１３の重ね合わせた主面の全てを支持ウェーハ１４に接触させてイオン注入領域１３ｂの全面で薄膜１７から半導体ウェーハ１３を比較的容易に分離させるとともに、所定の範囲に酸化膜が形成されたＳＯＩウェーハを得ることができる。ここで、半導体ウェーハ１３の外径Ｄ１と支持ウェーハ１４の外径Ｄ２の差が｛（ｗ’×２）＋０．２ｍｍ｝未満であると剥離ウェーハ１２の周囲に段差が生じる不具合があり、その差が４．０ｍｍを超えると所定の範囲に酸化膜が形成されたＳＯＩウェーハを得ることが困難になる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３いずれか１項に係る発明であって、半導体ウェーハ１３の重ね合わせ面周囲における面取り部の幅ｗが２０μｍ以下であることを特徴とする。
この請求項４に記載された剥離ウェーハの再生処理方法では、面取り部１３ｃの幅ｗを２０μｍ以下の小さなものにすることにより、その面取り部１３ｃの中間において破断して剥離ウェーハ１２の分離面１２ａの周囲に段差が生じることを有効に防止することができ、イオン注入領域１３ｂの全面で薄膜１７から半導体ウェーハ１３を確実に分離することができる。ここで、面取り部の幅ｗが２０μｍを超えると、剥離ウェーハ１２の分離面１２ａの周囲に段差が生じる不具合がある。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４いずれか１項に係る発明であって、剥離ウェーハ１２の分離面１２ａを研磨して再生ウェーハ３２を更に含み、剥離ウェーハ１２の分離面１２ａにおける研磨時の取り代１２ｃが０．２μｍ以上１．０μｍ以下であることを特徴とする。
この請求項５に記載された剥離ウェーハの再生処理方法では、図２（ｃ）に示す研磨時の取り代１２ｃを１．０μｍ以下にすることにより剥離ウェーハ１２を再生させる際の加工時間を短縮して再生コストを低減させるとともに、その再生回数を十分に増加させることができる。ここで、取り代１２ｃが０．２μｍ未満であると分離面１２ａにおけるダメージが除去されない不具合がある。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５いずれか１項に係る発明であって、再生ウェーハ３２を半導体ウェーハ１３又は支持ウェーハ１４に用いることを特徴とする。
これらの請求項６に記載された剥離ウェーハの再生処理方法では、最初の半導体ウェーハ１３を比較的厚いものにしておくことにより再生ウェーハ３２を２回以上再利用することが可能になり、ＳＯＩウェーハの製造コストを更に低減することができる。
請求項７に係る発明は、請求項１ないし５いずれか１項に記載された方法で再生処理された再生ウェーハ３２である。
この請求項７に記載された再生ウェーハ３２は、周囲に段差が生じないようにイオン注入領域１３ｂの全面で半導体ウェーハ１３を薄膜１７から分離した剥離ウェーハ１２の分離面１２ａを研磨しているため、両主面がそれぞれ均一で高い平坦度を有する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、ＳＯＩウェーハ１１を製造するときに剥離ウェーハ１２が副次的に生成される。ＳＯＩウェーハ１１を製造するには、ボンドウェーハとしての半導体ウェーハ１３及びベースウェーハとしての支持ウェーハ１４を用意する。この実施の形態ではこれらのウェーハ１３及び１４は、それぞれチョクラルスキー法で製造され、同一の厚さを有する。これらのウェーハ１３及び１４は両面研磨された後、ＲＣＡ洗浄されたウェーハである。
【００１５】
先ず半導体ウェーハ１３を熱酸化することによりウェーハ１３の重ね合わせ面である第１主面に絶縁膜である酸化膜１３ａ（ＳｉＯ２膜）を形成した後に、このウェーハ１３の第１主面に水素ガスイオンである水素イオン（Ｈ＋）を３．０×１０１６／ｃｍ２以上又は水素分子イオン（Ｈ２＋）を１．５×１０１６／ｃｍ２以上のドーズ量でイオン注入する（図１（ａ））。ここで、図１（ａ）中の符号１３ｂは水素ガスイオン又は水素分子イオンの注入により半導体ウェーハ１３内部に形成されたイオン注入領域であり、このイオン注入領域１３ｂは酸化膜１３ａに平行に、即ち半導体ウェーハ１３表面に平行に形成される。また水素ガスイオン（Ｈ＋）の場合には、水素分子イオン（Ｈ２＋）の場合の約２倍の注入量が必要である。なお、水素ガスイオン及び水素分子イオンの注入に代えて、或いは水素ガスイオン又は水素分子イオンの注入とともに、ヘリウムイオン（Ｈｅ＋）を注入してもよい。この場合、ヘリウムイオンのドーズ量は０．５×１０１６／ｃｍ２以上であることが好ましい。
【００１６】
次に図１（ｂ）に示される支持ウェーハ１４の主面に半導体ウェーハ１３の第１主面を酸化膜１３ａを介して室温で重ね合せて積層体１６を形成する（図１（ｃ））。この積層体１６を窒素（Ｎ２）雰囲気中で５００〜８００℃の範囲に昇温し、この温度範囲に５〜３０分間保持して薄膜分離熱処理を行う。これにより半導体ウェーハ１３がイオン注入領域１３ｂのところで割れて上部の厚肉の剥離ウェーハ１２と下部の薄膜１７に分離する（図１（ｄ））。
【００１７】
ここで、本発明の特徴ある点は、周囲に段差が生じないようにイオン注入領域１３ｂの全面で半導体ウェーハ１３を薄膜１７から分離して剥離ウェーハ１２を得るところにある。このためには半導体ウェーハ１３の外径Ｄ１を支持ウェーハ１４の外径Ｄ２より小径に形成する。また、イオン注入領域１３ｂの全面で半導体ウェーハ１３を薄膜１７から分離させるために、図１（ａ）の拡大図に示すように半導体ウェーハ１３の重ね合わせ面周囲における面取り部１３ｃの幅ｗが２０μｍ以下になるように半導体ウェーハ１３が作製される。一方、支持ウェーハ１４の面取り部の幅をｗ’とするとき、半導体ウェーハ１３の外径Ｄ１と支持ウェーハ１４の外径Ｄ２の差は｛（ｗ’×２）＋０．２ｍｍ｝以上４．０ｍｍ以下になるように半導体ウェーハ１３が作製される。
【００１８】
支持ウェーハ１４の外径Ｄ２より小径の所定の外径Ｄ１を有する半導体ウェーハ１３を作製するには、インゴットの段階又はインゴットをスライスした後に、そのインゴット又はスライスしたウェーハの周面をエッチングする。このエッチングにより周面の加工ダメージが除去されるとともにインゴット又はスライスしたウェーハの直径を小さくすることができる。なお、インゴットの状態で外径を小さくした場合にはその後スライスして得られたウェーハの周面に更にエッチングを行う。このようにウェーハの周面にエッチングを行うことにより主面周囲に生じる面取り部１３ｃの幅ｗは小さくなり、半導体ウェーハ１３の重ね合わせ面周囲における面取り部１３ｃの幅ｗを２０μｍ以下にさせることができる。
【００１９】
次に上記半導体ウェーハ１３がイオン注入領域１３ｂで割れた積層体１６の温度を下げ、酸化膜１３ａを介して薄膜１７が積層された支持ウェーハ１４（以下、単に支持ウェーハ１４という）から剥離ウェーハ１２を取除く。上記支持ウェーハ１４を酸素（Ｏ２）又は窒素（Ｎ２）雰囲気中で９００〜１２００℃の範囲に昇温しこの温度範囲に３０〜１２０分間保持する熱処理を行う（図１（ｅ））。この熱処理は薄膜１７の支持ウェーハ１４への貼合せを強固にする熱処理である。更に支持ウェーハ１４の分離面をアニール処理するか又は研磨（タッチポリッシング）して平滑化する（図１（ｇ））。これにより支持ウェーハ１４はＳＯＩウェーハ１１となる。
【００２０】
一方、イオン注入領域１３ｂの全面で半導体ウェーハ１３を薄膜１７から分離するので、剥離ウェーハ１２周囲に段差が生じることはない。そしてこの剥離ウェーハ１２は、その分離面１２ａが研磨されて再生させる。なお、図２（ａ）に示すように、剥離ウェーハ１２の分離面１２ａと反対側の第２主面上に熱処理等で形成された酸化膜１２ｄが残存する場合には、剥離ウェーハ１２を研磨する前に、この剥離ウェーハ１２をフッ酸に浸漬するなどにより、図２（ｂ）に示すように、上記酸化膜１２ｄを除去しても良い。
【００２１】
次にこの剥離ウェーハ１２を研磨する。この研磨は図示しない一般的な研磨装置において行われる。具体的には図示しない研磨装置の保持テーブルに剥離ウェーハ１２を載せて固定し、研磨液供給手段から研磨液を供給してこの研磨液を研磨布に含浸させる。この状態で保持テーブルを剥離ウェーハ１２とともに回転させ、研磨布ホルダを研磨布とともに回転させた後に、研磨布を圧接・回転手段により剥離ウェーハ１２の分離面１２ａに圧接して、剥離ウェーハ１２を研磨する。このとき従来段差が生じたときに行う砥石を用いた研削を行わないので、研削に伴うダメージがなく、図２（ｃ）に示す剥離ウェーハ１２の分離面１２ａにおける研磨時の取り代１２ｃを１μｍ以下とすることができる。更に上記剥離ウェーハ１２の表面を仕上げ研磨した後に、仕上げ洗浄される。仕上げ研磨には、不織布の基布の上にウレタン樹脂を発泡させたスェードタイプの仕上げ研磨布と、研磨砥粒の他にヘイズ抑制剤としての有機高分子が添加された仕上げ研磨剤とが使用される。このようにして剥離ウェーハ１２は再生処理されて図２（ｄ）に示す再生ウェーハ３２が得られる。
【００２２】
このよう本発明の剥離ウェーハの再生処理方法では、周囲に段差が生じないようにイオン注入領域１３ｂの全面で半導体ウェーハ１３を薄膜１７から分離して剥離ウェーハ１２を得るので、剥離ウェーハ１２の分離面周囲に生じる段差に残存するイオン注入層を除去するために従来行われていた面取り加工又はエッチングを省くことができる。従って、剥離ウェーハ１２の分離面１２ａを研磨するだけの比較的単純な作業により再生ウェーハ３２を得ることができ、得られた再生ウェーハ３２はダメージがなく研磨時の研磨代１２ｄが極めて少ないため、半導体ウェーハ１３又は支持ウェーハ１４として再利用できる回数が増大し、ＳＯＩウェーハ１１の製造コストを低減することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、、周囲に段差が生じないようにイオン注入領域の全面で半導体ウェーハを薄膜から分離して剥離ウェーハを得るので、剥離ウェーハの分離面周囲の段差に残存するイオン注入層を除去するために従来行われていた面取り加工又はエッチングを省くことができる。よって、その剥離ウェーハの分離面を直ちに研磨して再生ウェーハを得ることにより剥離ウェーハを再生させる際の加工時間は従来より著しく短縮され、その再生コストは低減され、再生時における取り代も減少して再生回数を増加させることができる。
【００２４】
また、半導体ウェーハの外径を支持ウェーハの外径より小径に形成すれば、半導体ウェーハの重ね合わせた主面の全てが支持ウェーハに接触するので、イオン注入領域の全面で薄膜から半導体ウェーハを比較的容易に分離することができ、その外径の差を４．０ｍｍ以下の所定の範囲にすれば、その分離を容易にするとともに、所定の範囲に酸化膜が形成されたＳＯＩウェーハを得ることができる。そして、半導体ウェーハの重ね合わせ面周囲における面取り部の幅を０．１μｍ以下の小さなものにすれば、その面取り部の中間において破断して段差が生じることを防止して、イオン注入領域の全面で薄膜から半導体ウェーハを確実に分離することができる。
【００２５】
また、剥離ウェーハの分離面における研磨時の取り代を１μｍ以下にすれば、剥離ウェーハを再生させる際の加工時間は更に短縮して再生コストを低減させるとともに、その再生回数を十分に増加させることができる。そして、この再生ウェーハを支持ウェーハ又は半導体ウェーハに用いることにより、再生ウェーハを２回以上再利用することが可能になり、ＳＯＩウェーハの製造コストを更に低減することができる。
更に、本発明で再生処理された再生ウェーハは、周囲に段差が生じないようにイオン注入領域の全面で半導体ウェーハを薄膜から分離した剥離ウェーハの分離面を研磨しているため、両主面がそれぞれ均一で高い平坦度を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態の剥離ウェーハを含むＳＯＩウェーハの製造方法を工程順に示す図。
【図２】その剥離ウェーハの分離面を研磨して再生ウェーハを得る工程を順に示す図。
【符号の説明】
１２  剥離ウェーハ
１２ａ  分離面
１２ｃ  取り代
１３  半導体ウェーハ
１３ｂ  イオン注入領域
１４  支持ウェーハ
１６  積層体
１７  薄膜
３２  再生ウェーハ
Ｄ１  半導体ウェーハの外径
Ｄ２  支持ウェーハの外径
ｗ    半導体ウェーハの面取り部の幅
ｗ’  支持ウェーハの面取り部の幅
【図１】
2005072072.tif 000003
【図２】
2005072072.tif 000004