(57)【要約】      （修正有）【課題】パーティクルによる汚染を抑制し、高品質な貼り合わせウェーハを得るための手段を提供すること。【解決手段】ボンドウェーハに、水素イオン、希ガスイオンまたは水素イオンと希ガスイオンとの混合物をイオン注入し、前記ボンドウェーハ内にイオン注入層を形成するイオン注入工程と、前記イオン注入層を形成したボンドウェーハを、ベースウェーハに貼り合わせる貼り合わせ工程と、前記貼り合わせたウェーハを熱処理することにより、イオン注入層を境界としてボンドウェーハを剥離する剥離工程とを含む貼り合わせウェーハの製造方法。少なくとも剥離開始から剥離終了までの熱処理を、酸化性雰囲気下で行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンドウェーハに、水素イオン、希ガスイオンまたは水素イオンと希ガスイオンとの混合物をイオン注入し、前記ボンドウェーハ内にイオン注入層を形成するイオン注入工程と、
前記イオン注入層を形成したボンドウェーハを、ベースウェーハに貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記貼り合わせたウェーハを熱処理することにより、イオン注入層を境界としてボンドウェーハを剥離する剥離工程と
を含む貼り合わせウェーハの製造方法において、
少なくとも剥離開始から剥離終了までの熱処理を、酸化性雰囲気下で行うことを特徴とする、貼り合わせウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記酸化性雰囲気中の酸素濃度は、１０〜１００体積％の範囲である請求項１に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記剥離開始から剥離終了までの熱処理は、４００〜５００℃の範囲の温度で行われる、請求項１または２に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記ボンドウェーハは、表面の少なくとも一部に絶縁膜を有し、
前記貼り合わせ工程において、前記ボンドウェーハを、前記絶縁膜を介してベースウェーハに貼り合わせる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記剥離により露出した貼り合わせウェーハ表面は、中心部と該中心部を取り囲む周縁部とからなり、
前記中心部と周縁部は段差を形成している、請求項４に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記周縁部の少なくとも一部において、ベースウェーハ表面が露出する、請求項５に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【請求項７】
前記剥離工程後、剥離により露出した面をＳＣ１洗浄する工程を更に含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【請求項８】
前記貼り合わせウェーハは、SOIウェーハである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入剥離法を用いた貼り合わせウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＯＩ(Silicon-On-Insulator)ウェーハは、従来のシリコンウェーハに比べ、素子間の分離、素子と基板間の寄生容量の低減、三次元構造形成が可能といった利点を有する。これら利点を活かし、近年、ＳＯＩウェーハは、高速・低消費電力のＬＳＩ等に使用されている。
【０００３】
ＳＯＩウェーハの製造方法の１つに、シリコンウェーハ表面に水素イオンを注入した後、剥離熱処理により、イオン注入層を境界として剥離するイオン注入剥離法（スマートカット法（登録商標）とも呼ばれる）がある（特許文献１参照）。
【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】
【０００４】
イオン注入剥離法によるSOIウェーハの製造工程を、図１に基づき説明する。
まず、ボンドウェーハに絶縁膜（例えば酸化膜）を形成する（図１（ａ）、（ｂ））。
次いで、絶縁膜を形成したボンドウェーハにイオン（例えば水素イオン）を注入し、ウェーハ内にイオン注入層を形成する（図１（ｃ））。
このイオン注入を行ったボンドウェーハをベースウェーハに貼り合わせる（図１（ｄ））。
この貼り合わせたウェーハを熱処理すると、イオン注入層で剥離が生じる。これにより、絶縁層を介してＳＯＩ層が形成され、ＳＯＩウェーハを得ることができる（図１（ｅ））。
【０００５】
こうして得られたＳＯＩ層表面は、デバイス作製領域となる。しかし、イオン注入剥離法では、剥離時に生じたパーティクルがＳＯＩ層表面に付着して汚染の原因となり、デバイスの品質低下を引き起こすという問題がある。
【０００６】
また、通常、貼り合わせ界面周縁部においては、ボンドウェーハとベースウェーハが完全に結合しないため、剥離表面周縁部に、ベースウェーハ表面が露出した部分（テラス部）が生じる（図１（ｅ））。このテラス部上のパーティクルは２枚のウェーハに押さえつけられた状態にあり、かつ熱処理により加熱されるため、強固に固着している。そのため、通常の洗浄、特にバッチタイプの洗浄機で除去することは困難である。また、次工程でダメージ層を除去するための熱処理を行う場合等は、洗浄で除去できなかったテラス部表面のパーティクルがＳＯＩ層表面へ飛散、固着し、品質低下の原因となる。
【０００７】
そこで、枚葉洗浄機を用いたブラシ洗浄や、二流体洗浄等を用いることにより、パーティクルの除去効果を改善することが考えられる。しかし、このように高度な洗浄を行うことは、スループットの低下や生産性低下の原因となる。
【０００８】
かかる状況下、本発明は、パーティクルによる汚染を抑制し、高品質な貼り合わせウェーハを得るための手段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】
【０００９】
上記目的を達成するための手段は、以下の通りである。
[１]  ボンドウェーハに、水素イオン、希ガスイオンまたは水素イオンと希ガスイオンとの混合物をイオン注入し、前記ボンドウェーハ内にイオン注入層を形成するイオン注入工程と、
前記イオン注入層を形成したボンドウェーハを、ベースウェーハに貼り合わせる貼り合わせ工程と、
前記貼り合わせたウェーハを熱処理することにより、イオン注入層を境界としてボンドウェーハを剥離する剥離工程と
を含む貼り合わせウェーハの製造方法において、
少なくとも剥離開始から剥離終了までの熱処理を、酸化性雰囲気下で行うことを特徴とする、貼り合わせウェーハの製造方法。
[２]  前記酸化性雰囲気中の酸素濃度は、１０〜１００体積％の範囲である[１]に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
[３]  前記剥離開始から剥離終了までの熱処理は、４００〜５００℃の範囲の温度で行われる、[１]または[２]に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
[４]  前記ボンドウェーハは、表面の少なくとも一部に絶縁膜を有し、
前記貼り合わせ工程において、前記ボンドウェーハを、前記絶縁膜を介してベースウェーハに貼り合わせる、[１]〜[３]のいずれかに記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
[５]  前記剥離により露出した貼り合わせウェーハ表面は、中心部と該中心部を取り囲む周縁部とからなり、
前記中心部と周縁部は段差を形成している、[４]に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
[６]  前記周縁部の少なくとも一部において、ベースウェーハ表面が露出する、[５]に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
[７]  前記剥離工程後、剥離により露出した面をＳＣ１洗浄する工程を更に含む、[１]〜[６]のいずれかに記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
[８]  前記貼り合わせウェーハは、SOIウェーハである、[１]〜[７]のいずれかに記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、剥離時に発生したウェーハ表面、特にテラス内のパーティクルを、通常のＳＣ１洗浄により容易に除去することができ、これにより、高品質なＳＯＩウェーハを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明について更に詳細に説明する。
本発明の貼り合わせウェーハの製造方法は、ボンドウェーハに、水素イオン、希ガスイオンまたは水素イオンと希ガスイオンとの混合物をイオン注入し、前記ボンドウェーハ内にイオン注入層を形成するイオン注入工程と、前記イオン注入層を形成したボンドウェーハを、ベースウェーハに貼り合わせる貼り合わせ工程と、前記貼り合わせたウェーハを熱処理することにより、イオン注入層を境界としてボンドウェーハを剥離する剥離工程とを含み、少なくとも剥離開始から剥離終了までの熱処理を、酸化性雰囲気下で行うことを特徴とする。
【００１２】
通常のイオン注入剥離法における剥離熱処理は、不活性雰囲気下にて行われる。それに対し、本発明では、少なくとも剥離開始から剥離終了までの熱処理を、酸化性雰囲気下で行う。このように酸化性雰囲気下で剥離を行うと、剥離面に酸化膜が形成される。この酸化膜上を介して付着したパーティクルは、通常のＳＣ１洗浄によって容易に除去することが可能である。
以下、各工程の詳細について説明する。
【００１３】
[イオン注入工程]
まず、本発明において使用されるウェーハについて説明する。
本発明では、ボンドウェーハとベースウェーハを貼り合わせて貼り合わせウェーハを製造する。前記ボンドウェーハおよびベースウェーハとしては、単結晶シリコンウェーハを用いることができる。また、ボンドウェーハ、ベースウェーハの厚さは特に限定されるものではないが、一般的に７５０〜８００μｍのものが使用される。
【００１４】
ＳＯＩウェーハを作製する場合には、前記ボンドウェーハ表面に絶縁膜として酸化膜を形成する。この酸化膜は、少なくともベースウェーハとの貼り合わせ面上に形成すればよいが、ボンドウェーハ全面を酸化膜で被覆することも可能である。この酸化膜の厚さは、用途に応じて適宜決定すればよく、特に限定されるものではないが、一般的に２００ｎｍ以下のものを使用する。また、この酸化膜は、公知の方法、例えば、熱酸化法、ＣＶＤ法等によって形成することができる。
【００１５】
ボンドウェーハへ注入するイオンとしては、水素イオン、希ガスイオンまたは水素イオンと希ガスイオンとの混合物、好ましくは水素イオンを用いる。イオン注入面からのイオン注入深さは、注入条件により異なるが、例えば、０．２〜１μｍとすることができる。
【００１６】
イオン注入は、公知のイオン注入装置を用いて行うことができる。イオン注入時の加速電圧は、例えば１０〜１００ｋｅＶとすることができる。
イオン注入量は、生産性を考慮すると少ない方が好ましいが、過度に少ないとその後の熱処理において剥離することが困難となる。これらの点を考慮すると、イオン注入量は、例えば２ｅ16〜１ｅ17／ｃｍ2、好ましくは５ｅ16〜１ｅ17／ｃｍ2とすることができる。
【００１７】
[貼り合わせ工程]
次いで、上記イオン注入工程においてイオン注入層を形成したボンドウェーハとベースウェーハを貼り合わせる。例えば、ボンドウェーハのイオンが注入された面とベースウェーハ表面を、例えば室温下で接合させることで、両ウェーハを貼り合わせることができる。貼り合わせ時に接合面となるウェーハ表面を鏡面加工しておくことにより、接着剤等を用いることなくウェーハ同士を接着させることが可能である。ここで、ボンドウェーハ側の貼り合わせ面上に絶縁膜が形成されていれば、該絶縁膜を介してボンドウェーハとベースウェーハを貼り合わせることができる。なお、貼り合わせ前に、貼り合わせ面をＲＣＡ洗浄することが好ましい。
更に、貼り合わせ前に窒素、酸素、ヘリウム、水素等のガスまたは混合ガスにて貼り合わせ表面をプラズマ処理した後、貼り合わせを行うことで、貼り合わせ強度を増すことが
できる。
【００１８】
[剥離工程]
次いで、上記貼り合わせ工程において貼り合わせたウェーハを熱処理することにより、イオン注入層を境界としてボンドウェーハを剥離する。本発明では、この剥離工程において、少なくとも剥離開始から剥離終了までの熱処理を、酸化性雰囲気下で行う。これにより、剥離により露出する面上に酸化膜を形成することができる。この酸化膜を介して剥離面に付着したパーティクルは、付着力が弱く、通常のＳＣ１洗浄によって容易に除去することができる。特に、前述のように貼り合わせ界面周縁部において、ボンドウェーハとベースウェーハが完全に結合していない場合には、剥離により露出する貼り合わせウェーハ表面は、中心部（図１（ｅ）中のＳＯＩ層表面）と該中心部を取り囲む周縁部（図１（ｅ）中のテラス部）とからなる面となる。図１（ｅ）に示すように、この中心部と周縁部は段差を形成しており、この周縁部の少なくとも一部には、ベースウェーハが露出している。前述のように、このテラス部上のパーティクルは、デバイス作製領域となるＳＯＩ層面内の汚染原因となるおそれがある。それに対し、上記のように酸化性雰囲気下で熱処理を行うと、この貼り合っていない領域に酸素が入り込み、酸化膜が形成され、テラス部上へのパーティクルの強固な付着を防ぐことができる。
【００１９】
剥離工程における熱処理温度は、一般的に３００℃以上の温度とされており、好ましくは３５０〜５００℃である。熱処理温度が上記範囲内であれば、イオン注入層に気泡を発生させることができ、この気泡が連続層となることにより、イオン注入層を境界として剥離を起こすことができる。熱処理時間は、例えば１分〜１時間、好ましくは１〜３０分、昇温速度は、例えば０．５〜１０℃/ｍｉｎ、好ましくは１〜５℃/ｍｉｎである。熱処理は、公知の熱処理装置を用いて行うことができる。
本発明では、剥離工程において、少なくとも剥離開始から剥離終了までの熱処理を、酸化性雰囲気下で行う。本発明では、剥離開始前の熱処理も酸化性雰囲気で行うことが好ましく、剥離工程全体を酸化性雰囲気下で行うことが最も好ましい。これにより、酸化膜形成を確実に行い、パーティクルの強固な付着を効果的に抑制することができる。
【００２０】
前記酸化性雰囲気とは、ウェーハ面上に酸化膜を形成できる程度の酸素を含む雰囲気であり、その酸素濃度は、例えば１０〜１００体積％、好ましくは５０〜１００体積％である。酸素と混合する気体は、特に限定されず、例えば、窒素、Ａｒ、Ｈｅ等を用いることができる
【００２１】
次いで、上記熱処理後、所定温度まで降温、冷却することにより、貼り合わせウェーハを得ることができる。なお、この降温冷却工程は必ずしも酸化性雰囲気下で行う必要はないが、剥離処理後のウェーハを剥離処理を行った装置（酸化性雰囲気）から取り出さずにそのまま降温冷却工程を行うことも可能である。
【００２２】
以上の工程により得られた貼り合わせウェーハは、剥離により露出した面にパーティクルが付着していた場合にも、そのパーティクルは酸化膜を介して付着しているため、付着力が弱く、通常のＳＣ１洗浄によって容易に除去することができる。また、通常は強固に付着して除去困難なテラス部のパーティクルも、容易に除去することができる。こうして、本発明によれば、貼り合わせウェーハ表面（特にＳＯＩウェーハにおいてはデバイス作製領域となるＳＯＩ層表面）の汚染を防止し、高品質な貼り合わせウェーハを提供することができる。
【実施例】
【００２３】
以下に、本発明を実施例に基づき説明する。但し、本発明は下記実施例に示す態様に限定されるものではない。
２枚の３００ｍｍシリコンウェーハを準備し、一方のウェーハを熱酸化処理して表面に厚さ１５００Åの酸化膜を形成した。次いで、このウェーハに水素イオン注入（加速電圧５０ｋｅＶ、イオン注入量１ｅ17／ｃｍ2）を行い、他方のウェーハと貼り合わせた。
その後、この貼り合わせたウェーハを、表１に示す各種雰囲気下で、３５０℃から５００℃まで昇温し、５００℃で３０分間保持した。その後、３５０℃まで降温した後、ウェーハを取り出した。なお、本条件では、４５０℃超５００℃未満の温度で剥離が開始され、イオン注入層を境界としてボンドウェーハが剥離された。
次いで、剥離後のウェーハ表面（剥離により露出した面）をＳＣ１洗浄し、ＳＣ１洗浄後のテラス内のパーティクルの数を、光学顕微鏡によって測定した。
【００２４】
【表１】
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表１中、○はＳＣ１洗浄後、パーティクルが完全に除去できたもの、△はＳＣ１洗浄後、テラス層内に１００個／ｃｍ2未満残っているもの、×はＳＣ１洗浄後、テラス内に１００個／ｃｍ2以上残っているものを示す。
【００２５】
表１に示す窒素雰囲気下で剥離処理を行ったサンプルの剥離直後およびＳＣ１洗浄後の顕微鏡写真を図２に示す。併せて、酸素１００％雰囲気下で４５０℃まで昇温した後の剥離工程を行ったサンプル、酸素１００％雰囲気下で全剥離工程を行ったサンプルのＳＣ１洗浄後の顕微鏡写真を図２に示す。
【００２６】
評価結果
表１に示すように、少なくとも剥離開始時には雰囲気を酸素濃度５％以上の酸化性雰囲気とした場合には、テラス層上のパーティクルをSC1洗浄により容易に除去することができた。
それに対し、全剥離工程を窒素雰囲気下で行った場合および剥離開始後の保持過程のみを酸化性雰囲気下で行った場合には、テラス層上に強固にパーティクルが付着し、それらはSC1洗浄によっても除去することができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明により、高品質なＳＯＩウェーハを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】イオン注入剥離法によるSOIウェーハの製造工程の説明図である。
【図２】図２（ａ）は、窒素雰囲気下で剥離処理を行ったサンプルの剥離直後およびＳＣ１洗浄後の顕微鏡写真であり、図２（ｂ）は、酸素１００％雰囲気下で４５０℃まで昇温した後の剥離工程を行ったサンプルのＳＣ１洗浄後の顕微鏡写真、図２（ｃ）は、酸素１００％雰囲気下で全剥離工程を行ったサンプルのＳＣ１洗浄後の顕微鏡写真である。
【図１】
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【図２】
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