(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、ガスイオンの注入により形成された微小気泡層を有するボンドウエーハと支持基板となるベースウエーハとを接合し、前記微小気泡層を境界としてボンドウエーハを剥離してベースウエーハ上に薄膜を形成するイオン注入剥離法によって貼り合わせウエーハを製造する方法において、
前記ボンドウエーハを剥離した後の貼り合わせウエーハを、オゾン水で洗浄する第一工程を行ってから、水素含有雰囲気下でＲＴＡ処理する第二工程を行い、次に、酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行って前記貼り合わせウエーハの表層に熱酸化膜を形成した後、該熱酸化膜を除去する第三工程を行い、その後、非酸化性ガス雰囲気下で熱処理する第四工程を行うことを特徴とする貼り合わせウエーハの製造方法。
【請求項２】
前記第一工程において、オゾン水で洗浄した後に、前記薄膜表面に厚さ１ｎｍ〜４ｎｍの酸化膜を形成するためのＲＴＯ処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
【請求項３】
前記第二工程での熱処理において、熱処理温度を１１００℃以上１２５０℃以下とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
【請求項４】
前記第四工程での熱処理において、前記非酸化性ガス雰囲気をＡｒ１００％とすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
【請求項５】
前記第四工程後に、さらに、酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行って前記薄膜の表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去する第五工程を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の貼り合わせウエーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入したウエーハを結合後に剥離して貼り合わせウエーハを製造する、いわゆるイオン注入剥離法を用いた貼り合わせウエーハの製造方法に関し、特には、剥離後の貼り合わせウエーハ表面の薄膜に残留するダメージ層等を除去することができる貼り合わせウエーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、イオン注入したウエーハを結合後に剥離して貼り合わせウエーハを製造する方法（いわゆるイオン注入剥離法）が知られており、この貼り合わせウエーハの製造方法を用いて、たとえばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエーハ等が製造されている。
【０００３】
この方法は、例えば、ＳＯＩウエーハの作製の場合、二枚のシリコンウエーハの内、少なくとも一方に酸化膜を形成すると共に、一方のシリコンウエーハの上面から水素イオンまたは希ガスイオンを注入し、該ウエーハ内部に微小気泡層（封入層）を形成させた後、該イオンを注入した方の面を酸化膜を介して他方のシリコンウエーハと密着させ、その後熱処理（剥離熱処理）を加えて微小気泡層を劈開面として一方のウエーハを薄膜状に剥離してＳＯＩウエーハとする技術（特許文献１参照）である。
【０００４】
このような従来のイオン注入剥離法による薄膜状のＳＯＩ層においては、イオン注入によるダメージが残留しており、この残留したダメージはデバイス特性等に影響を与えてしまう。そこでこれを取り除くべく、剥離後のＳＯＩ層表面をいわゆる犠牲酸化処理してイオン注入によるダメージ層を除去するなど、剥離後のＳＯＩ層に処理を施し、その改善を図ってきた。
【０００５】
しかしながら、剥離後の貼り合わせウエーハ表面の薄膜（ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層等）に対して、犠牲酸化処理等の従来の処理を施したものについて、本発明者らが調査を行い、この薄膜の表面をＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）測定すると直径０．５〜２μｍ、深さ１〜４ｎｍの窪み（以下、凹状欠陥と呼ぶ）が有ることが分かった。このような凹状欠陥が存在すると、今後の最先端デバイスの特性に悪影響が生じてしまう。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２１１１２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、イオン注入剥離法を用いて作製する貼り合わせウエーハの製造方法であり、イオン注入によるダメージを除去することができるとともに、剥離後の貼り合わせウエーハの薄膜の表面において、面粗さを損なうことなく凹状欠陥の発生が抑制された貼り合わせウエーハの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明では、少なくとも、ガスイオンの注入により形成された微小気泡層を有するボンドウエーハと支持基板となるベースウエーハとを接合し、前記微小気泡層を境界としてボンドウエーハを剥離してベースウエーハ上に薄膜を形成するイオン注入剥離法によって貼り合わせウエーハを製造する方法において、前記ボンドウエーハを剥離した後の貼り合わせウエーハを、オゾン水で洗浄する第一工程を行ってから、水素含有雰囲気下でＲＴＡ処理する第二工程を行い、次に、酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行って前記貼り合わせウエーハの表層に熱酸化膜を形成した後、該熱酸化膜を除去する第三工程を行い、その後、非酸化性ガス雰囲気下で熱処理する第四工程を行うことを特徴とする貼り合わせウエーハの製造方法を提供する（請求項１）。
【０００９】
このように、剥離後の貼り合わせウエーハの表面をオゾン水で洗浄すると、剥離した後の薄膜の表面に約１ｎｍ程度の酸化膜が形成される。この酸化膜は、熱酸化膜のように全面にわたって均一な膜厚を有するものではなく、ミクロンオーダーの周期で全面にわたって不均一な膜厚分布を有する。
そして、次工程の水素含有雰囲気のＲＴＡ処理の際、その不均一な膜厚分布の中で酸化膜が薄い部分が先にエッチングされてシリコン表面が露出したピットが形成され、シリコン表面のエッチングが始まるので、シリコン表面のランダムなエッチングが起こり、特定の結晶方位を消滅させ、シリコン原子のマイグレーションが十分に発生する。
【００１０】
このＲＴＡ処理とこの後に行われる犠牲酸化処理（酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行って貼り合わせウエーハの表層に熱酸化膜を形成した後、その熱酸化膜を除去する処理）により、剥離面のイオン注入ダメージが十分に低減されるため、その後の非酸化性ガス雰囲気下での熱処理において、局部的なエッチングの発生が抑制され、その結果、ナノレベルの深さの窪みである凹状欠陥も改善させることができる。よって、結果として表面が平坦であり、かつ凹状欠陥の発生を低減させた貼り合わせウエーハを得ることができる。
【００１１】
また、前記第一工程において、オゾン水で洗浄した後に、前記薄膜表面に厚さ１ｎｍ〜４ｎｍの酸化膜を形成するためのＲＴＯ処理を行うことが好ましい（請求項２）。
第一工程において形成される酸化膜の厚さをＲＴＯ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）処理で上記範囲のようにすることで、第二工程で、酸化膜のエッチングを確実に行うことができるため、シリコン原子のマイグレーションを十分に発生させることができる。
【００１２】
また、前記第二工程での熱処理において、熱処理温度を１１００℃以上１２５０℃以下とすることが好ましい（請求項３）。
第二工程での熱処理温度を１１００℃以上とすることで、シリコン原子のマイグレーションを効果的に発生させることができる。また、１２５０℃以下とすることで、ＳＯＩウエーハにスリップ転位が発生することを抑制することができ、また、熱処理炉からの重金属の汚染が発生するのを防止することができる。
【００１３】
また、前記第四工程での熱処理において、前記非酸化性ガス雰囲気をＡｒ１００％とすることが好ましい（請求項４）。
このように、第四工程の熱処理をＡｒ１００％の雰囲気で行うことによって、酸素が混入されていないため、熱処理雰囲気が酸化性になるのを確実に防ぐことができるため、凹状欠陥が発生するのを一層効果的に防止することができる。
【００１４】
また、前記第四工程後に、さらに、酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行って前記薄膜の表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去する第五工程を行うことが好ましい（請求項５）。
このように、第四工程後に、さらに、酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行って薄膜の表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去する犠牲酸化処理を行う第五工程を行えば、薄膜の厚さを所望の厚さに容易に調整することができる。
【発明の効果】
【００１５】
このような本発明の貼り合わせウエーハの製造方法であれば、薄膜表面の面粗さを悪化させること無く、かつ、薄膜表面に発生する凹状欠陥を著しく減少させることができるので、今後の最先端デバイスにも十分に対応でき、デバイス性能が安定し、歩留りを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明についてより具体的に説明する。
上述したように、従来のイオン注入剥離法を用いて作製された貼り合わせウエーハの薄膜（例えば貼り合わせＳＯＩウエーハのＳＯＩ層等）について本発明者らが調査を行ったところ、その表面をＡＦＭによって測定すると凹状欠陥が発生していることが判った。この凹状欠陥はデバイスの特性に悪影響を与えてしまう。
【００１７】
そこで、この凹状欠陥について、さらに本発明者らが詳細に調べた結果、薄膜の表面に１×１０５／ｃｍ２程度の密度で存在する事が分かった。この程度の密度で凹状欠陥が薄膜表面に存在した場合、ＡＦＭ測定の領域として、１〜１０μｍ角の測定ではあまり検出されないが、３０μｍ角程度の比較的広い領域の測定の際には検出されることが多くなる。
【００１８】
ここで、本発明者らは、剥離直後のＳＯＩウエーハに対し、シリコン原子のマイグレーション効果が高い水素を含んだ雰囲気でＲＴＡ処理（急速加熱・急速冷却処理）を行えば、熱処理時間が短時間であるためエッチング作用が抑制され、結果として凹状欠陥を低減できるのではと考え、下記に示すような実験を行い、鋭意検討を行った。
【００１９】
その結果、水素雰囲気でＲＴＡ処理を行う前に、剥離直後のＳＯＩウエーハに施す洗浄等の処理（前処理）によって、ＲＴＡ処理直後の表面状態や、最終的な凹状欠陥密度が影響を受けることを見出した。特に、前処理として、薄い酸化膜が形成される洗浄を行うと、すなわち形成された酸化膜が緻密で均一な膜厚分布であるよりも、むしろある程度不均一な膜厚分布を有する方が、ＲＴＡ処理直後の面粗さを悪化させることなく、最終的な凹状欠陥密度を抑制することができることを見出し、本発明を完成させた。
【００２０】
以下にその検討結果の詳細を示す。
（実験１−７）
イオン注入剥離法を用いて作製した貼り合わせウエーハに関し、剥離後の処理と凹状欠陥の関係について調査を行った。
ここでは、貼り合わせＳＯＩウエーハの場合を例に挙げる。まず、以下のように、従来と同様にしてイオン注入剥離法によってＳＯＩウエーハを製造する。すなわち、図２に示すような手順でＳＯＩウエーハを製造する。
図２のイオン注入剥離法において、手順（ａ）は、２枚のシリコン鏡面ウエーハを準備するものであり、デバイスの仕様に合った支持基板となるベースウエーハ１とＳＯＩ層となるボンドウエーハ２を準備する。
【００２１】
ここでは、チョクラルスキー法により作製された結晶方位〈１００〉で、導電型がｐ型で、抵抗率が１０Ω・ｃｍのシリコン単結晶インゴットをスライスして、これを加工することによって直径３００ｍｍのシリコン鏡面ウエーハを作製した。これらをボンドウエーハとベースウエーハに分けた。
【００２２】
次に手順（ｂ）では、そのうちの少なくとも一方のウエーハ、ここではボンドウエーハ２を熱酸化し、その表面に約１００〜２０００ｎｍ厚の酸化膜３（後に、埋め込み酸化膜となる）を形成する。
ここでは、４００ｎｍの厚さとした。
【００２３】
手順（ｃ）では、表面に酸化膜３を形成したボンドウエーハ２の片面に対して水素イオンまたは希ガスイオン等のガスイオン、ここでは水素イオンを注入し、イオンの平均進入深さにおいて表面に平行な微小気泡層（封入層）４を形成させる。
ここでのイオン注入条件は、注入したイオンはＨ＋イオンであり、注入エネルギーは５０ｋｅＶ、注入線量は５．０×１０１６／ｃｍ２とした。
【００２４】
手順（ｄ）では、水素イオンを注入したボンドウエーハ２の水素イオン注入面に、ベースウエーハ１を酸化膜３を介して重ね合せて密着させる。通常は、常温の清浄な雰囲気下で２枚のウエーハの表面同士を接触させることにより、接着剤等を用いることなくウエーハ同士が接着する。
この実験においても、通常通り、常温においてウエーハ同士を接着させた。
【００２５】
次に、手順（ｅ）では、封入層４を境界としてボンドウエーハを剥離することによって、剥離ウエーハ５とＳＯＩウエーハ６（ＳＯＩ層７＋埋め込み酸化膜３＋ベースウエーハ１）に分離する。例えば不活性ガス雰囲気下で約４００℃〜６００℃の温度で熱処理を加えれば、封入層における結晶の再配列と気泡の凝集とによって剥離ウエーハ５とＳＯＩウエーハ６に分離される。そして、この剥離したままのＳＯＩウエーハ表面のＳＯＩ層７には、ダメージ層８が残留する。
なお、この実験においては、剥離熱処理は、Ｎ２ガス雰囲気下で、５００℃、２時間の熱処理とした。
【００２６】
このようにして得られた剥離後のＳＯＩウエーハに対し、ＳＯＩ層の表面処理（水素含有雰囲気下でのＲＴＡ処理＋犠牲酸化処理＋非酸化性雰囲気下での熱処理）を行う前処理として３条件の洗浄条件（実験１：濃度１．５％のＨＦ溶液によって３分洗浄、実験２：７５℃のＮＨ４ＯＨ／Ｈ２Ｏ２／Ｈ２Ｏ混合溶液によって３分洗浄、実験３：２５℃のオゾン水（Ｏ３濃度１６ｐｐｍ）によって３分洗浄）を設定した（実験１〜３）。
次に、各洗浄後のＳＯＩウエーハに対してＳＯＩ層表面処理を行い、これらの処理が終了した後の最終的なＳＯＩ表面をＡＦＭで測定し、３０μｍ角のＰ−Ｖ値と凹状欠陥密度を求めた。
また、実験２、３の洗浄条件でＳＯＩ層表面に形成された酸化膜の均一性を比較するため、各洗浄後のＳＯＩウエーハを別途作製し、Ｈ２１００％で１０５０℃、５ｓｅｃのＲＴＡ処理後、酸化膜表面の２μｍ角をＡＦＭにより測定し、ＲＴＡ処理中のエッチング作用により形成された酸化膜表面のピット密度を算出した。
【００２７】
その結果、前処理の洗浄（ＨＦ処理）で表面に酸化膜を形成しなかった実験１の場合、凹状欠陥は十分に抑制されたが、水素含有雰囲気のＲＴＡ処理によって、その直後にＳＯＩ表面の面方位に依存したステップが発生したため、最終的なＰ−Ｖ値が大きくなった。
一方、実験２と実験３では、前処理の洗浄で表面にほぼ同等の厚さの酸化膜が形成されたが、ピット密度の低い（すなわち、酸化膜厚の均一性が高い）酸化膜が形成された実験２の方は、Ｐ−Ｖ値はまずまずの値であったが、凹状欠陥密度は実験３に比べて１桁以上高く、凹状欠陥を十分に低減することはできなかった。これに対し、実験３では、Ｐ−Ｖ値及び凹状欠陥密度ともに十分なレベルが得られた。
【００２８】
このような現象の詳細は明確ではないが、水素含有雰囲気のＲＴＡ処理の際、膜厚が不均一な酸化膜は、酸化膜厚が薄い位置（面内のランダムな位置）において酸化膜が先に除去され、その際に露出するシリコン表面のエッチングが生ずるので、結果として、面内のランダム位置においてシリコン表面のエッチングが進み、特定の結晶方位を消滅させ、シリコン原子のマイグレーションが十分に発生すると考えられる。それにより、Ｐ−Ｖ値が改善されると同時に剥離面のイオン注入ダメージが低減され、その後の非酸化性ガス雰囲気下での熱処理において、局部的なエッチングの発生が抑制され、その結果、ナノレベルの深さの窪みである凹状欠陥も改善されると考えられる。
【００２９】
尚、実験２（ＮＨ４ＯＨ／Ｈ２Ｏ２／Ｈ２Ｏ混合溶液による洗浄）の場合、実験３（オゾン水による洗浄）の場合に比べて形成される酸化膜の膜厚均一性が高い（ピット密度が低い）ため、酸化膜厚が薄い領域が相対的に少なく、酸化膜のエッチングが不十分になり、酸化膜の除去が不完全な部分が発生し、シリコン原子のマイグレーションが十分に発生せず、結果として、凹状欠陥密度やＰ−Ｖ値が十分に改善されなかったものと推定される。
【００３０】
次に、実験４、５と実験６、７として、２種類（オゾン水、ＮＨ４ＯＨ／Ｈ２Ｏ２／Ｈ２Ｏ混合溶液）の洗浄のそれぞれに対して、ＲＴＯによる酸化処理を加えることによって、ＳＯＩ表面に形成される酸化膜厚を３ｎｍ、４ｎｍと変化させたＳＯＩウエーハを用いて、実験１〜３と同様の評価を行った。
【００３１】
洗浄液としてオゾン水を用いた実験４、５では、酸化膜厚が３ｎｍ、４ｎｍの場合（ピット密度が２．３×１０８個／ｃｍ２、２．０×１０８個／ｃｍ２の場合）にＰ−Ｖ値、凹状欠陥密度ともに良好な値を示した。
一方、洗浄液としてＮＨ４ＯＨ／Ｈ２Ｏ２／Ｈ２Ｏ混合溶液を用いた実験６、７では、実験６の酸化膜厚が３ｎｍの場合（ピット密度が７．０×１０６個／ｃｍ２の場合）で既に一部の表面に面粗れが全面に発生し、面粗れがない部分を測定しても、Ｐ−Ｖ値、凹状欠陥密度ともに悪化しており、実験７に至ってはいずれの測定も不可能であった。これは、前記した通り、実験６、７の酸化膜は、比較的酸化膜の膜厚均一性が高い（ピット密度が低い）ため、酸化膜厚が薄い領域が相対的に少なく、酸化膜のエッチングが不十分になり、酸化膜の除去が不完全な部分が発生し、シリコン原子のマイグレーションが十分に発生しなかったことに起因するものと考えられる。
【００３２】
以下、本発明の貼り合わせウエーハの製造方法について、図１を参照して説明する。なお、ここでは、貼り合わせＳＯＩウエーハを製造する場合を例に挙げて説明するが、本発明は当然これに限定されない。イオン注入剥離法によって貼り合わせウエーハを製造する場合であれば本発明を適用でき、その効果を得ることができる。
図１に本発明の貼り合わせウエーハの製造方法の工程の流れの一例を示す。なお、イオン注入剥離法を用いて作製した剥離後のＳＯＩウエーハを準備するにあたっては、実験１−７、図２に示したのと同様の手順により準備することができる。
【００３３】
（第一工程）
表面に薄膜状のＳＯＩ層を有するＳＯＩウエーハに対し、本発明では、まず、オゾン水による洗浄を行うことによって、ＳＯＩ層表面に薄い酸化膜を形成する。
使用するオゾン水のオゾン濃度は特に限定されないが、例えば、０．１〜５０ｐｐｍとすることができる。オゾン水の液温は通常の場合は室温が用いられるがこれに限定されるものではない。
【００３４】
オゾン水による洗浄によってＳＯＩ層表面に厚さ（例えば１ｎｍ程度）の薄い酸化膜が形成される。
ここで、第一工程において、オゾン水による洗浄の後に、必要に応じて、ＲＴＯ処理を加えることによって、酸化膜の厚さを１〜４ｎｍにすることもできる。酸化膜の厚さを４ｎｍ以下にすることで、その後の熱処理によって、面粗れが発生する可能性をなくすことができる。
【００３５】
（第二工程）
上記のようにして酸化膜をＳＯＩ層の表面に形成した後、第二工程として、水素含有雰囲気下でＲＴＡ処理を行う。
このように、水素含有雰囲気下でＲＴＡ処理を行うことにより、オゾン水による洗浄で形成された膜厚が不均一な酸化膜は、酸化膜厚が薄い位置（面内のランダムな位置）において酸化膜が先に除去され、その際に露出するシリコン表面のエッチングが生ずるので、結果として、面内のランダム位置においてシリコン表面のエッチングが進み、特定の結晶方位を消滅させ、シリコン原子のマイグレーション効果を十分に得る事ができる。
【００３６】
なお、このときの熱処理温度は特には限定されないが、シリコン原子のマイグレーションを効果的に発生させるためには１１００℃以上とすることが好ましい。また、１２５０℃以下の温度にすることで、ＳＯＩウエーハにスリップ転位が発生することや、熱処理炉からの重金属汚染が発生することを防ぐことができる。
【００３７】
また、水素含有雰囲気とはＨ２を含んだ雰囲気のことであり、シリコン原子のマイグレーションを効果的に発生させるためには、Ｈ２１００％であることが好ましいが、Ｈ２とＡｒなどの不活性ガスの混合ガス雰囲気であってもよい。
【００３８】
（第三工程）
次に、犠牲酸化処理を行う。すなわち、まず、酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行い、ＳＯＩウエーハの表層に熱酸化膜を形成した後、その熱酸化膜をＨＦ水溶液等により除去する。
この犠牲酸化処理によって残留するダメージ領域を除去することが可能であるが、そもそも酸化性ガス雰囲気下での熱処理では、イオン注入によるダメージ部に生じた欠陥を成長させる効果もあるため、この第三工程を行った後に、第四工程である非酸化性ガス雰囲気下での熱処理を行うと、第三工程で成長した欠陥やそれに伴う歪みが第四工程でエッチングされ、凹状欠陥が発生してしまう。
【００３９】
しかしながら、本発明では、犠牲酸化処理を行う第三工程の前に、第一工程、第二工程で不均一な酸化膜を有するＳＯＩウエーハに水素含有雰囲気下でのＲＴＡ処理を行い、シリコン原子のマイグレーション効果を利用し、表面の平坦化とダメージ部の回復処理を行っている。したがって、第三工程で酸化性ガス雰囲気下の熱処理を行っても、ダメージ自体の数が減少しているため、成長する欠陥数も減少したものとなる。そのため、この成長した欠陥や歪みに起因する第四工程での局部的なエッチングの発生も減少するので、このエッチング作用により生じる凹状欠陥の数も著しく減少させることができる。
【００４０】
この第三工程における熱処理条件や、形成した熱酸化膜の除去方法は特に限定されず、その都度決定することができる。従来と同様の方法で犠牲酸化処理を行えば良い。
【００４１】
（第四工程）
第三工程の後、非酸化性ガス雰囲気下で熱処理を行う。
上述したように、第三工程までの工程により、従来、ダメージ部に生じ、成長するはずの欠陥数は極めて減少しており、成長した欠陥、それに伴う歪みの数も当然減少しているため、第四工程で、これらに起因する局部的なエッチングの発生数は極めて抑制される。
【００４２】
なお、この第四工程においては、熱処理雰囲気は非酸化性ガス雰囲気であれば良く、特に限定されるものではない。ただし、１％でも酸素を混ぜると酸化性の雰囲気になってしまい、凹状欠陥の発生を抑制する効果が弱くなってしまうため、例えば、Ａｒ１００％とするのが望ましい。
【００４３】
（第五工程）
上記のような第一工程〜第四工程を行った後、第五工程として、必要に応じて、例えばさらに犠牲酸化処理を行うことによって、ＳＯＩ層の厚さが所望の厚さとなるように調整することができる。
この犠牲酸化処理自体は、第三工程と同じように、従来と同様の方法とすることができる。
【００４４】
以上のような本発明の貼り合わせウエーハの製造方法により、ＳＯＩ層等の薄膜の汚染や面粗さを悪化させることもなく、剥離後の薄膜に残留するイオン注入によるダメージを除去するとともに、従来方法では多発していた薄膜表面の凹状欠陥の発生を著しく抑制することができる。すなわち、デバイス特性がより優れた貼り合わせウエーハを得ることが可能である。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
本発明の貼り合わせＳＯＩウエーハの製造方法を用い、ＳＯＩウエーハを製造する。
チョクラルスキー法により作製された結晶方位〈１００〉で、導電型がｐ型で、抵抗率が１０Ω・ｃｍのシリコン単結晶インゴットをスライスして、これを加工することによって直径３００ｍｍのシリコン鏡面ウエーハを作製した。これらをボンドウエーハとベースウエーハに分け、図２の各手順にしたがって、表面に薄膜状のＳＯＩ層を有するＳＯＩウエーハをサンプルとして得た。
【００４６】
なお、ＳＯＩ層の厚さを４００ｎｍ、埋め込み酸化膜の厚さを１５０ｎｍとした。また、イオン注入条件として、注入したイオンをＨ＋イオンとし、注入エネルギーを５０ｋｅＶ、注入線量を５．０×１０１６／ｃｍ２とした。さらに、剥離熱処理は、Ｎ２ガス雰囲気下で、５００℃、２時間の熱処理とした。
【００４７】
このようにして得られた剥離後のＳＯＩウエーハに対し、第一工程として、温度２５℃・オゾン濃度が１６ｐｐｍのオゾン水によって３分間洗浄を行って、貼り合わせウエーハの表面に酸化膜を形成した。その後、酸化膜の厚さを測定した。
その後、第二工程として、Ｈ２１００％、１１５０℃の雰囲気中で、３０ｓｅｃのＲＴＡ処理を行った。
【００４８】
この後、第三工程として、犠牲酸化処理を行った。具体的には、パイロジェニック雰囲気下、９５０℃のパイロジェニック酸化によって１５０ｎｍの熱酸化膜を形成した後、５％のＨＦ水溶液により、ウエーハ表層に形成された熱酸化膜を除去した。
【００４９】
次に、第四工程として、再度非酸化性ガス雰囲気下での熱処理を行った。ここでは、Ａｒ１００％雰囲気下、１２００℃、１ｈｒの熱処理を行った。
そして、第五工程として、９５０℃のパイロジェニック酸化を行った後、５％のＨＦ水溶液によってウエーハ表層に形成された熱酸化膜を除去し、ＳＯＩ層が所望の厚さになるように調整した。
その後、ＳＯＩウエーハの表面の面粗さを評価するために、ＡＦＭによって３０μｍ角の測定を行い、Ｐ−Ｖ（Ｐｅａｋ  ｔｏ  Ｖａｌｌｅｙ）値と凹状欠陥の密度を評価した。
【００５０】
（比較例１、２）
実施例１において、第一工程におけるＳＯＩウエーハの表面の洗浄を、７５℃のＮＨ４ＯＨ／Ｈ２Ｏ２／Ｈ２Ｏ混合溶液（混合比率は２８ｗｔ％ＮＨ４ＯＨ：３０ｗｔ％Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１：２０）によって３分間行った（比較例１）以外は実施例１と同様の条件でＳＯＩウエーハを作製した。そして実施例１と同様の評価を行った。
また、実施例１において、第一工程におけるＳＯＩウエーハの表面の洗浄を、濃度１．５％のＨＦ溶液で行った（比較例２）以外は実施例１と同様の条件でＳＯＩウエーハを作製し、実施例１と同様の評価を行った。
【００５１】
第一工程後の酸化膜の厚さの測定結果から、第一工程後の実施例１のウエーハの表面に形成された酸化膜の厚さは１ｎｍであった。比較例１のウエーハ表面の酸化膜の厚さは１．２ｎｍであった。比較例２のウエーハは、第一工程の処理によって表面の酸化膜が除去されたため、酸化膜は存在しなかった。
【００５２】
また、別途作製した第二工程後のＳＯＩウエーハに対し、酸化膜のピット密度を決定するため、Ｈ２１００％で１０５０℃、５ｓｅｃのＲＴＡ処理後、酸化膜表面の２μｍ角をＡＦＭにより測定し、ピット密度を算出した。その結果、実施例１のウエーハ表面のピット密度は２．５×１０８個／ｃｍ２であり、比較例１のウエーハでは１×１０７個／ｃｍ２であった。比較例２のウエーハは、第一工程の処理によって表面に酸化膜を形成するのではなく、表面酸化膜が除去されたため、その表面のピット密度を評価することができなかった。
【００５３】
第五工程後のＡＦＭ測定の結果から、実施例１のウエーハ表面のＰ−Ｖ値は２．５ｎｍであり、比較例１のウエーハでは３．０ｎｍ、比較例２のウエーハでは４．５ｎｍであった。この結果から、実施例１と比較例１のウエーハ表面は、比較的平坦であることが分かった。これに対し、比較例２で作製したＳＯＩウエーハは、水素含有雰囲気下でのＲＴＡ処理後に、その表面に面方位に依存したステップが発生したためにＰ−Ｖ値が悪化し、平坦な表面を得ることができなかったと思われる。
【００５４】
また、凹状欠陥の密度は、実施例１のウエーハ表面に２×１０２個／ｃｍ２、比較例１のウエーハでは３×１０３個／ｃｍ２、比較例２のウエーハでは１×１０２個／ｃｍ２であった。この結果より、実施例１のＳＯＩウエーハの表面は、比較例１のウエーハ表面に比べ凹状欠陥の発生が抑制されていることが分かった。
【００５５】
以上の結果より、貼り合わせウエーハの薄膜の表面をオゾン水によって洗浄して、水素含有雰囲気下でＲＴＡ処理を行うことによって、表面が平坦であり、かつナノレベルの深さのピットである凹状欠陥の発生が少ない貼り合わせウエーハを作製することができる。
【００５６】
（実施例２、３）
実施例１において、第一工程と第二工程の間に、ＳＯＩ層表面に厚さ３ｎｍ（実施例２）、４ｎｍ（実施例３）の酸化膜を形成するためのＲＴＯ処理を行った以外は、実施例１と同様の条件でＳＯＩウエーハの作製を行い、そして各々実施例１と同様の評価を行った。
【００５７】
その結果、実施例２のＳＯＩウエーハは、第一工程後に形成された酸化膜の厚さは３．０ｎｍであり、また第二工程後の酸化膜表面のピット密度は２．３×１０８個／ｃｍ２であり、その表面が不均一であることが分かった。そして第五工程後のウエーハ表面のＰ−Ｖ値は２．３ｎｍであり、凹状欠陥密度は３×１０２個／ｃｍ２であった。この結果から、実施例２のＳＯＩウエーハの表面は実施例１と同じぐらい平坦であり、また、凹状欠陥の少ないものであることが分かった。
実施例３のＳＯＩウエーハも、第一工程後に形成された酸化膜の厚さは４．０ｎｍであり、また第二工程後の酸化膜表面のピット密度は２．０×１０８個／ｃｍ２であり、その表面は実施例１、２と同様に不均一であることが分かった。そして第五工程後のウエーハ表面のＰ−Ｖ値は２．１ｎｍであり、凹状欠陥密度は４×１０２個／ｃｍ２であり、実施例３のＳＯＩウエーハも実施例１、２のＳＯＩウエーハと同様に表面が平坦であり、また凹状欠陥の少ないものであることが分かった。
【００５８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００５９】
例えば、本例ではＳＯＩウエーハを例に挙げて説明したが、これに限定されず、各種の貼り合わせウエーハに適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の貼り合わせウエーハの製造方法の工程の一例を示すフロー図である。
【図２】イオン注入剥離法を用いてＳＯＩウエーハを製造する手順の一例を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…ベースウエーハ、  ２…ボンドウエーハ、  ３…酸化膜、  ４…微小気泡層（封入層）、  ５…剥離ウエーハ、  ６…ＳＯＩウエーハ、  ７…ＳＯＩ層、  ８…ダメージ層。
【図１】
0005135935.tif 000002
【図２】
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