(57)【要約】【課題】貼合せ基板の活性領域とテラス領域の境界線をスムーズにすることにより、ＳＯＩ島の発生を著しく減少させ、デバイス工程での発塵を抑制し得る貼合せ基板を得る。【解決手段】  貼合せ基板の製造方法は、第１半導体基板１１の表面に酸化膜１１ｅを形成する工程と、第１半導体基板の第１主面１１ａの外周部１１ｆの全周に有機物１４を塗布する工程と、有機物１４を塗布した第１主面１１ａ側から第１半導体基板１１にイオン注入して第１半導体基板１１内部にイオン注入領域１１ｇを形成する工程と、第１半導体基板１１を同一表面積を有する半導体基板からなる第２半導体基板１２に重ね合せて積層体１３を形成する工程と、積層体１３を熱処理して積層体１３をイオン注入領域１１ｇで分離することにより第２半導体基板１２上に酸化膜１１ｅを介して活性層１１ｈを形成する工程とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周端縁(11c)と第１主面(11a)との間及び前記周端縁(11c)と前記第１主面(11a)に対向する第２主面(11b)との間に面取り部(11d)がそれぞれ形成された第１半導体基板(11)の第１主面(11a)の外周部(11f)の全周に有機物(14)を塗布する工程と、
有機物を塗布した第１主面(11a)側から前記第１半導体基板(11)にイオン注入して前記第１半導体基板(11)内部にイオン注入領域(11g)を形成する工程と、
前記第１半導体基板(11)を同一表面積を有する半導体基板からなる第２半導体基板(12)に重ね合せて積層体(13)を形成する工程と、
前記積層体(13)を熱処理して前記積層体(13)を前記イオン注入領域(11g)で分離することにより前記第２半導体基板(12)上に活性層(11h)を形成する工程と
を含む貼合せ基板の製造方法。
【請求項２】
有機物(14)の塗布前に前記第１半導体基板(11)と第２半導体基板(12)の一方の表面に酸化膜(11e,12e)を形成する工程と
を更に含む請求項１記載の貼合せ基板の製造方法。
【請求項３】
外周部(11f)に塗布する有機物(14)がアセトン、エタノール、キシレン又はトルエンのいずれかである請求項１又は２記載の貼合せ基板の製造方法。
【請求項４】
前記第１主面(11a)の外周部(11f)の全周に塗布された有機物(14)の幅が１〜４ｍｍの範囲内である請求項１又は２記載の貼合せ基板。
【請求項５】
塗布する有機物(14)の量が約１０〜５０００ｎｇ／ｃｍ2である請求項１ないし４記載の貼合せ基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法で製造された貼合せ基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２枚の半導体基板同士を貼り合せる方法により製造された貼合せ基板の製造方法及びこの方法により製造された貼合せ基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、貼合せ基板には２枚の半導体基板同士を直接貼り合せる直接接合技術を用いた直接貼合せ基板が知られている。この貼合せ基板は、上部の活性層と下部の支持基板により構成される。このうち特に活性層と支持基板の間に埋込み酸化膜を有する貼合せ基板は貼合せＳＯＩ(Silicon On Insulater)基板とよばれ、活性層のことを特にＳＯＩ層と称する。そしてこの貼合せＳＯＩ基板の製造方法としては、イオン注入分離（剥離）法（スマートカット法ともいう。）を用いた貼合せＳＯＩ基板の製造方法が知られている。このイオン注入分離法を用いた貼合せＳＯＩ基板の製造方法とは、水素イオン又は希ガスイオンを注入した第１半導体基板を酸化膜を介して第２半導体基板と接合し、その接合後に第１半導体基板をイオン注入領域において分離して貼合せＳＯＩ基板を製造する方法である。しかしこの方法では、第１半導体基板を第２半導体基板から分離した段階で第２半導体基板の接合面の周囲に第１半導体基板からＳＯＩ層が転写されず、その接合面周囲のテラス領域に第２半導体基板の表面が露出する。これは基板の外周部が基板のエッジに向かってなだらかに傾斜しているため、その接合面周囲の第２半導体基板は第１半導体基板との接合力が弱く、ＳＯＩ層が第２半導体基板側に転写されにくいことが主な原因である。
【０００３】
図６及び図７に示される接合面周囲を光学顕微鏡で観察すると、第２半導体基板の直径が３００ｍｍである場合、図８に示すように、この第２半導体基板側の接合面周囲のテラス領域においてＳＯＩ層が島状に孤立した２０〜５０μｍのＳＯＩ島５ａやＳＯＩ層の周囲から半島状に突出したＳＯＩ島５ａが１０００個を著しく越えるような比較的多く発生していることが判っている。このような孤立したＳＯＩ島５ａや半島状のＳＯＩ島５ａは、デバイス作製プロセスでのＨＦ（フッ酸）を含有する水溶液での洗浄中にＳＯＩ島５ａの基部を形成する酸化膜５ｅがエッチングで消失することでＳＯＩ基板５から剥がれ、シリコンパーティクルとなってデバイス作製領域１に再付着してデバイスの不良の原因となってしまうことが予想される。特に孤立したＳＯＩ島５ａはその可能性が高い。
【０００４】
この点を解消するために、支持基板の表面が露出してＳＯＩ島を生じさせる接合面周囲の幅を１ｍｍより狭くした貼合せＳＯＩ基板及びその製造方法（例えば、特許文献１参照。）及びＳＯＩ層が第２半導体基板側に転写されない未接合部を２段階の研削で除去する貼合せＳＯＩ基板の作製方法（例えば特許文献２参照。）が提案されている。
特許文献１に記載されている貼合せＳＯＩ基板の製造方法では、剥離のための水素イオン注入条件であるドーズ量を制限し、ＳＯＩ島を生じさせる接合面周囲の幅を可能な限り狭めてＳＯＩ島を減少させようとするものであり、そのＳＯＩ島が減少すれば、デバイス作製プロセスにおけるＨＦ洗浄中に埋め込み酸化膜がエッチングで消失することでＳＯＩ島が基板から剥がれ、シリコンパーティクルとなってデバイス作製領域に再付着してデバイス不良を起こすようなことが少なくなり、デバイスの歩留りを向上させることができるとしている。
【０００５】
また、特許文献２に記載されている貼合せＳＯＩ基板の作製方法では、未接合部を除去するために、貼合せＳＯＩ基板の第１半導体基板の外周部を所定厚まで除去する研削を２段階で行い、テラス領域とＳＯＩ領域を分けるものである。１段階目に、外周部の未接合部が存在する領域を埋込み酸化膜及び第２半導体基板にダメージを与えない範囲で薄く研削し、２段階目に、未接合部が存在する領域より内側の領域であってウェーハ搬送用バスケットの支え部に接触しない領域までを少なくとも第１半導体基板表面の酸化膜を除去する。支え部に接触しないことによりロボットエラーやハンドリングミスといった機械的トラブルが防止でき、また、１段階の研削と比べ、未接合部を除去するための後のエッチング工程において、エッチング量やエッチング速度を正確に知ることができ、未接合部を除去する際の溶け残りを防止するためのオーバーエッチングを行わずに済む。
【特許文献１】特開２００２−３０５２９２号公報（請求項３、段落[００１３]、[００１５]、[００１７]、表１）
【特許文献２】特許第３３５２９０２号公報（請求項２、段落［００１３］、段落［００１４］、［００１５］、[００１６]、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ＳＯＩ島はＳＯＩ層の周囲近傍に比較的多く発生するために、上記従来の貼合せＳＯＩ基板及びその製造方法においてＳＯＩ島を生じさせる接合面周囲の幅を狭めることができてもＳＯＩ島の発生を抑制させるに著しい効果を生じさせることはなく、ＳＯＩ島を減少させるには限界があった。その上支持基板の直径が２００ｍｍ以上の場合、その周囲に生じるＳＯＩ島を例えば数百個以下にまで著しく減少させることは困難であった。
また、上記従来の貼合せＳＯＩ基板の作製方法は、ＧＢ法(Grind Back法)により貼合せＳＯＩ基板を作製する方法であり、貼合せ後、薄膜化工程の前のＳＯＩ層の厚さは厚いが、イオン注入分離法によりＳＯＩ基板を作製する場合、分離直後のＳＯＩ層の厚さが１μｍ以下と薄いため機械的強度が弱く、第１シリコン基板外周部を研削の最中にＳＯＩ層のエッジ部分が欠ける可能性が高いため、この方法を使用することは困難であった。
本発明の目的は、ＳＯＩ島の発生を著しく減少させ、デバイス工程での発塵を抑制し得る貼合せ基板の製造方法及びこの方法により製造された貼合せ基板を提供することにある。剥離
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、イオン注入分離法において、活性層となる第１シリコン基板、又は支持基板となる第２シリコン基板の一方もしくは双方の表面に有機物が存在すると、貼合せ強度が弱くなるため第１シリコン基板及び第２シリコン基板が密着しないで、該当部分に貼合せ欠陥の１種であるボイドが発生することを見出した。
また水素イオン注入前に第１シリコン基板、又は第２シリコン基板の一方もしくは双方の表面に有機物が存在すると、イオン注入時に高いエネルギを有した水素イオンが、表面に付着した有機物を炭化させることにより、後の洗浄工程において有機物を除去することが困難になることを見出した。ただし、イオン注入を行わないシリコン基板表面に付着した有機物は、後の洗浄工程において用いられる通常の酸化性洗浄液（過酸化水素水、溶存オゾン水、硫酸等）により除去が可能であることも見出した。上記知見から本発明者らは、シリコン基板の外周部の全周に有機物を塗布した後、イオン注入を行って第１シリコン基板内にイオン注入領域を形成し、貼合せ前洗浄を行った後に、第２シリコン基板に重ね合せて積層体を形成し、熱処理を行うことで、分離時に貼合せ基板の、特にＳＯＩ層と呼ばれる活性層と支持基板の間に埋込み酸化膜を有する貼合せＳＯＩ基板の、外周部の全周にわたってＳＯＩ領域とテラス領域の境界に、ＳＯＩ島の発生を抑制できることを発見し、スムーズな境界をもつ貼合せ基板の製造を可能にする本発明に到達した。
【０００８】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、周端縁１１ｃと第１主面１１ａとの間及び周端縁１１ｃと第１主面１１ａに対向する第２主面１１ｂとの間に面取り部１１ｄがそれぞれ形成された第１半導体基板の第１主面１１ａの外周部１１ｆの全周に有機物１４を塗布する工程と、有機物１４を塗布した第１主面１１ａ側から第１半導体基板１１にイオン注入して第１半導体基板１１内部にイオン注入領域１１ｇを形成する工程と、第１半導体基板１１を同一表面積を有する半導体基板からなる第２半導体基板１２に重ね合せて積層体１３を形成する工程と、積層体１３を熱処理して積層体１３をイオン注入領域１１ｇで分離することにより第２半導体基板１２上に活性層１１ｈを形成する工程とを含む貼合せ基板の製造方法である。
この請求項１に記載された貼合せ基板の製造方法では、第１半導体基板１１の外周部１１ｆの全周に有機物１４を塗布後、イオンを注入することによって、塗布された有機物１４がイオン衝突による反応で昇温し、炭化することによって化学的に安定し、通常の洗浄等で除去することが困難となる。この炭化した領域は、貼合せ強度が中心部の活性領域１１ｋと比較して非常に小さくなる。このため、第１半導体基板１１の第１主面の側から第２半導体基板と重ね合せて積層体１３を形成し、所定の温度で熱処理を行い、イオン注入領域１１ｇで分離させて得られた、活性層１１ｈを有する貼合せ基板１０では、第１半導体基板１１の外周部１１ｆ全周が第２半導体基板１２の外周部全周と接合しない。よってこの貼合せ基板１０の活性領域とテラス領域の境界はスムーズになり、ＳＯＩ島の発生を著しく減少させることができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、図２に示すように、請求項１に係る発明であって、有機物１４の塗布前に第１半導体基板１１と第２半導体基板１２の一方の表面に酸化膜１１ｅ、１２ｅ（図示せず）を形成する工程とを更に含む、貼合せ基板の製造方法である。
この請求項２に記載された貼合せ基板の製造方法では、第１半導体基板１１と第２半導体基板１２の一方の表面に酸化膜１１ｅ、１２ｅ（図示せず）を形成する。この貼合せ基板は、上部の活性層と下部の支持基板により構成される。このうち特に活性層と支持基板の間に埋込み酸化膜を有する貼合せ基板を貼合せＳＯＩ基板といい、活性層は特にＳＯＩ層とよばれる。これにより貼合せＳＯＩ基板を製造することができる。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、外周部１１ｆに塗布する有機物１４がアセトン、エタノール、キシレン又はトルエンのいずれかである貼合せ基板の製造方法である。
この請求項３に記載された貼合せ基板の製造方法では、揮発性が高いため塗布作業が行い易く、また、塗布した有機物１４が後の工程の水素イオン注入工程において塗布領域から活性領域へ拡散する現象を抑制することができる。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、図３に示すように、第１主面１１ａの外周部１１ｆの全周に塗布された有機物１４の幅が外周１１ｊから１〜４ｍｍの範囲内である貼合せ基板の製造方法である。
この請求項４に記載された貼合せ基板の製造方法では、本来デバイスを載せない非活性領域であるテラス幅、又は塗布領域は狭い方が好ましく、活性領域／テラス領域の境界のみに有機物１４を塗布すれば良いが、有機物１４の塗布領域の幅が外周１１ｊから１〜４ｍｍの範囲内であることにより、塗布作業が行い易い。なお、イオン注入分離法において第１半導体基板から第２半導体基板へと活性層が転写されないテラス幅は、基板外周部の形状によって決定されるが、その幅は１〜３ｍｍ程度であることを考慮している。
また、塗布する有機物１４の量は約１０〜５０００ｎｇ／ｃｍ2であることが好ましい。
請求項６に係る発明は図１及び２に示すように上記請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法で製造された貼合せ基板である。
この請求項６の記載された貼合せ基板は、その活性領域／テラス領域の境界に凹凸形状が発生せずスムーズであり、島状の活性層の発生及びデバイス製造工程での発塵が抑制されたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、２枚の半導体基板同士を重ね合せて接合することにより、上部に活性層、下部に支持基板を有する貼合せ基板となる。（図１（ｈ））。更に、活性層と支持基板の間に埋込み酸化膜を有する貼合せ基板は貼合せＳＯＩ基板とよばれ、その活性層は特にＳＯＩ層とよばれる。ここでは貼合せ基板のうち代表して貼合せＳＯＩ基板について記述する。図２に示すように、本発明の貼合せＳＯＩ基板の製造方法は、ＳＯＩ層１１ｈとなる第１シリコン基板１１の表面に酸化膜１１ｅを形成する酸化膜形成工程（図２（ｂ））と、この第１シリコン基板１１の第１主面１１ａの外周部１１ｆの全周に有機物１４を塗布する工程（図２（ｃ））と、その第１シリコン基板１１にイオンを注入して第１シリコン基板１１の内部にイオン注入領域１１ｇを形成するイオン注入工程（図２（ｄ））と、その第１シリコン基板１１を支持基板となる第２シリコン基板１２に重ね合せることにより積層体１３を形成する積層体形成工程（図２（ｆ））と、第１シリコン基板１１をイオン注入領域１１ｇで分離して第２シリコン基板１２上に酸化膜１１ｅを介して薄膜の単結晶シリコンからなるＳＯＩ層１１ｈを形成するＳＯＩ層形成工程（図２（ｇ））とを含む。
【００１２】
この貼合せＳＯＩ基板の製造方法を各工程別に以下に説明する。
＜酸化膜形成工程＞
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、この工程では、第１シリコン基板１１を熱酸化することにより第１シリコン基板１１の表面に酸化膜１１ｅ（ＳｉＯ2膜）を形成する。第１シリコン基板１１はチョクラルスキー法で製造される。図２（ａ）に示すように、その半導体ウェーハ１１の周端縁１１ｃと第１主面１１ａとの間及びその周端縁１１ｃと第２主面１１ｂとの間には面取り部１１ｄがそれぞれ形成されたものが用いられる。図２（ｂ）に示すように、酸化膜の形成は、この単結晶シリコンからなる第１シリコン基板１１を９００℃以上の高温で熱酸化させることにより行われ、この実施の形態では第１シリコン基板１１の全表面に絶縁膜である酸化膜（ＳｉＯ2膜）１１ｅを形成する。上記酸化膜１１ａの厚さは５０〜３００ｎｍ、好ましくは１００〜２００ｎｍに形成される。これは高温の貼合せ処理時に酸化膜１１ｅを流動させて貼合せ面のボイドを消滅させるためである。ここで、酸化膜１１ｅの厚さを５０〜３００ｎｍの範囲に限定したのは、５０ｎｍ未満では高温の貼合せ処理においてボイドが消滅しにくく貼合せ歩留まりが低下するからであり、３００ｎｍを越えると酸化膜１１ｅの均一性がデバイス要求より劣化し、また通常のイオン注入機の加速電圧では酸化膜１１ｅを介してのイオン注入の深さが不十分なために必要なＳＯＩ層１１ｈの膜厚（２０〜１００ｎｍ）が得られないからである。
【００１３】
なお、上記酸化膜１１ｅ（ＳｉＯ2膜）を熱酸化ではなくＣＶＤ法により第１シリコン基板１１の表面にのみ形成してもよい。更に、上記酸化膜を第２シリコン基板１２の表面にのみ形成してもよい。また本発明はシリコン基板同士を直接貼合せる直接接合技術を用いた直接貼合せ基板にも適用できる。この場合、貼合せ前に第１シリコン基板及び第２シリコン基板に対して酸素又は窒素等を用いるプラズマ処理等を行う。これにより貼合せ基板表面が活性化するという作用により貼合せ強度が改善され、直接貼合せ基板表面に発生するボイドを抑制できる。
【００１４】
＜有機物塗布工程＞
図２（ｃ）及び図３に示すように、この工程では、酸化膜１１ｅが形成された第１シリコン基板１１の第１主面１１ａの外周部１１ｆの全周に有機物１４が塗布される。外周部１１ｆ、詳しくは塗布領域の幅は、第１主面１１ａの外周１１ｊを０ｍｍとするとき、外周１１ｊから第１主面１１ａの中心に向かって１〜４ｍｍの範囲内、好ましくは、１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内である。ここで塗布領域の幅を１〜４ｍｍの範囲内と限定したのは、デバイスメーカの要求により、デバイスを載せない非ＳＯＩ領域の幅、つまり有機物１４の塗布領域の幅はできるだけ狭い方が好ましいためである。そのためＳＯＩ領域／テラス領域の境界のみに有機物１４を塗布する方法が最上だが、イオン注入分離法により分離されないテラス領域の幅は基板外周部の形状によって決まるため、その幅は１〜３ｍｍと一定せず、作業性も考慮して塗布領域は第１主面１１ａの外周１１ｊから１〜４ｍｍの範囲内となる。
【００１５】
また有機物１４の塗布量は、基板に付着した有機物量をガスクロマト質量分析装置（ＧＣ−ＭＳ）を用いてヘキサデカン換算を行うとき、１０〜５０００ｎｇ／ｃｍ2、好ましくは２０〜１０００ｎｇ／ｃｍ2である。１０ｎｇ／ｃｍ2未満では塗布量が少ないため、塗りがかすれる等の塗布が不十分な箇所では、第１シリコン基板１１の第１主面１１ａの外周部１１ｆが第２シリコン基板１２の第１主面１２ａの外周部１２ｆに転写されるため、ＳＯＩ基板１０のテラス領域において部分的にＳＯＩ島が発生するという不具合が生じる。５０００ｎｇ／ｃｍ2を越えると塗布量が多いため、有機物１４がＳＯＩ領域１１ｋにまで広がって付着した結果、ＳＯＩ基板１０のＳＯＩ領域１１ｋにボイドが発生するという不具合が生じる。具体的にはシリコン基板１１を回転させながら、図示しないフェルトペンを第１主面１１ａの外周部１１ｆに当ててフェルトペンに含浸している有機物１４を外周部１１ｆに塗布する。
【００１６】
塗布される有機物１４は、アセトン（Ｃ3Ｈ6Ｏ）、エタノール（Ｃ2Ｈ6Ｏ）、キシレン（Ｃ8Ｈ10）、トルエン（Ｃ7Ｈ8）のいずれかである。これは有機物であればＳＯＩ領域／テラス領域の境界をスムーズにする効果は同じであるが、室温での揮発性の高い有機溶剤物質を用いるほうが塗布作業が行い易いためである。なお、分子中のＣの量が多いベンゼン環を含むトルエン（Ｃ7Ｈ8）、キシレン（Ｃ8Ｈ10）がより好ましい。分子中のＣの量が多いことによってシリコン基板同士の接合を抑制する効果が大きくなるためである。また、フェルトペンに代えて、フェルトペン以外の器具を用いて有機物を塗布してもよい。
【００１７】
＜イオン注入工程＞
図２（ｄ）に示すように、この工程では、酸化膜１１ｅが形成され、その酸化膜１１ｅ上の外周部１１ｆ全周に有機物１４が塗布された第１主面１１ａにイオンを注入して、第１シリコン基板１１内部にその酸化膜１１ｅに平行なイオン注入領域１１ｇを形成し、かつ有機物１４をイオンの衝突による反応で昇温し、炭化させ、化学的に安定な状態にする。具体的に説明すると、この全面に酸化膜１１ｅが形成された第１シリコン基板１１にその外周部１１ｆの全周に有機物１４が塗布された第１主面１１ａ側から、水素分子イオン（Ｈ2+）を２．５×１０16／ｃｍ2〜５．０×１０16／ｃｍ2のドーズ量で、又は水素ガスイオンである水素イオン（Ｈ+）を５．０×１０16／ｃｍ2〜１．０×１０17／ｃｍ2のドーズ量及び３０〜８０ｋｅＶの加速エネルギでイオン注入する（図２（ｄ））。ここで、水素ガスイオン（Ｈ+）のドーズ量を５．０×１０16／ｃｍ2〜１．０×１０17／ｃｍ2の範囲に限定したのは、５．０×１０16／ｃｍ2未満では劈開できず、１．０×１０17／ｃｍ2を越えると水素イオン注入時に第１シリコン基板１１表面の自己剥離が発生しパーティクルが発生し易くなるからである。なお、水素分子イオン（Ｈ2+）の場合には、水素ガスイオン（Ｈ+）の場合の約１／２倍の注入量が必要である。また、加速エネルギを３０〜８０ｋｅＶの範囲に限定したのは、３０ｋｅＶ未満では剥離熱処理においてボイドが発生しやすくなり、８０ｋｅＶを越えると特殊なイオン注入装置が必要になるからである。このイオン注入領域１１ｇは水素分子イオン又は水素ガスイオンの注入により第１シリコン基板１１内部に酸化膜１１ｅと平行に形成される、即ち第１主面１１ａと平行に形成される。
【００１８】
またイオン注入時に高いエネルギを有した水素イオンが第１主面１１ａの酸化膜１１ｅ上に塗布された有機物１４を炭化させる。この炭化反応は、高真空中で行われるイオン注入工程において、有機物塗布領域である外周部１１ｆが局所的に高温になり、また水素イオンにより有機物を構成する炭化水素基のＣ−Ｈ結合が切られることで、Ｈ2（水素）が有機物から脱離することによりおこる。この結果、Ｃ（炭素）は貼合せＳＯＩ基板を作製する場合には酸化膜１１ｅ上、或いは酸化膜を形成しない直接貼合せ基板を作製する場合には、第１シリコン基板１１上に形成される。
上記のように第１シリコン基板１１表面の酸化膜１１ｅ上の外周部１１ｆに塗布された有機物１４から化学的に安定な炭素が生成される。この炭素は後述する貼合せ前洗浄において除去されにくい。
なお、この実施の形態では、有機物としてトルエンを用いたが、アセトン、エタノール又はキシレンを用いてもよい。また、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とともに、ヘリウムイオン（Ｈｅ+）を注入してもよい。
【００１９】
＜積層体形成工程＞
図２（ｆ）に示すように、この工程では、上記第１シリコン基板１１を第１主面１１ａの酸化膜１１ｅを介して第２シリコン基板に重ね合せることにより積層体１３を形成する。具体的に説明すると、第１シリコン基板１１と同一表面積を有する単結晶シリコンからなる第２シリコン基板１２を用意し（図２（ｅ））、両基板１１、１２を酸化性雰囲気下、ＲＣＡ法により、又は有機酸及びオゾンを含む溶液により、或いは水とＨＦとの重量割合（ＨＦ：Ｈ2Ｏ）が１：５０〜４００の範囲内にあるフッ酸水溶液により洗浄した後、重ね合せることが好ましい。（図２（ｆ））。
酸化性雰囲気下、ＲＣＡ法により洗浄することで、洗浄したシリコン基板１１、１２の主面に自然酸化膜が成長し、パーティクル除去に効果がある。また酸化性雰囲気下、有機酸及びオゾンを含む溶液により洗浄することで、洗浄したシリコン基板１１、１２の主面に自然酸化膜が成長し、塗布領域に塗布し炭化した有機物１４を除く有機物、パーティクル除去に効果がある。更に、希ＨＦ洗浄により洗浄することで、ＨＦ分子がシリコン基板１１、１２表面のＳｉ−Ｏ結合と反応し、Ｓｉ−Ｆ結合となる。このＳｉ−Ｆ結合は分極しているのでＨＦの攻撃を受け易く、これにより重ね合せる側の第１主面１１ａ、１２ａのＳｉはＳｉＦ4となって脱離し、重ね合わせる側の第１主面１１ａ、１２ａはＨ（水素）基により終端される。このシリコン基板１１、１２を重ね合わせ、更に熱処理を施すと、重ね合わせた界面にはＨ2が生じる。Ｈ2は体積が非常に小さいため、ここで生じたＨ2は、熱処理時間が比較的短くても、その重ね合わせた界面から抜け出やすい。この熱処理の結果、貼合せＳＯＩ基板１０において過度の熱ストレス、汚染が起きにくく、ＯＳＦ（Oxidation-induced stacking fault：酸素誘起積層欠陥）も発生しにくい。
【００２０】
ここで、フッ酸水溶液を水とＨＦとの重量割合（ＨＦ：Ｈ2Ｏ）が１：５０〜４００の範囲内に規定するのは、この濃度範囲であれば、シリコン基板１１、１２の重ね合わせ面１１ａ、１２ａのＯＨ基の密度が小さくなり、重ね合わせた後に施す熱処理によって、界面に発生するＨ2Ｏの量が少なくなり、貼合せＳＯＩ基板１０の周辺部におけるボイドの発生率をより低減することができるためである。水とＨＦとの重量割合（ＨＦ：Ｈ2Ｏ）が１：５０未満では、シリコン基板１１、１２表面のＳｉ−Ｆ結合のＦがＯＨ（ヒドロキシル）基に置換した場合にＯＨ基の比率が高くなりすぎて、貼合せＳＯＩ基板１０の外周部でのボイド発生率が増大するからである。また、１：４００を越えると、自然酸化膜の除去に時間がかかりすぎる問題を生じる。
そして、第１シリコン基板１１の第１主面１１ａ側の酸化膜１１ｅが第２シリコン基板１２の第１主面１２ａに接するように室温で重ね合わせて積層体１３を形成する（図２（ｆ））。
【００２１】
＜ＳＯＩ層形成工程＞
図２（ｇ）に示すように、この工程では、積層体１３を所定の温度で熱処理して第１シリコン基板１１をイオン注入領域１１ｇで分離して第２シリコン基板１２上に酸化膜１１ｅを介して薄膜の単結晶ＳＯＩ層１１ｈを形成する。具体的に説明すると、積層体１３を炉に入れて４５０〜８００℃の範囲、好ましくは５００〜７００℃に昇温し、この温度範囲に１〜３０分間、好ましくは１０〜３０分間保持して薄膜分離熱処理を行う。なお上記熱処理時の炉内雰囲気はＮ2（窒素）ガス、Ａｒ（アルゴン）ガス等の不活性ガス雰囲気である。これにより第１シリコン基板１１が水素イオン注入ピーク位置に相当するイオン注入領域１１ｇのところで割れて、上部の厚肉部１１ｉと下部の薄いＳＯＩ層１１ｈに分離する。（図２（ｇ）及び（ｉ））下部のＳＯＩ層１１ｈは酸化膜１１ｅを介して第２シリコン基板１２に密着し貼合せＳＯＩ基板１０となる（図２（ｈ））。
【００２２】
このような貼合せＳＯＩ基板の製造方法では、第１シリコン基板１１第１主面１１ａの外周部１１ｆに有機物１４を塗布することで、その塗布領域である外周部１１ｆ分のＳＯＩ層が第２シリコン基板１２の第１主面１２ａの外周部に転写されず、接合しないため、ＳＯＩ領域／テラス領域の境界がスムーズになり、また貼合せＳＯＩ基板１０のＳＯＩ層１１ｈの外側の露出した第２シリコン基板１２の第１主面１２ａ表面に島状に孤立したＳＯＩ島が発生することを防止することができる。これにより、デバイス作製プロセスにおいて発生するシリコンパーティクルを従来に比較して減少させることができる。この結果、そのパーティクルの存在に起因して生じるデバイス不良を減少させてデバイスの歩留りを向上させることができる。
【００２３】
また、上述した実施の形態では、表面に酸化膜が形成されていない第２シリコン基板１２上に表面に酸化膜が形成されている第１シリコン基板１１を重ね合せる例を示したが、第２シリコン基板の表面に酸化膜を形成する工程を別に設け、表面に酸化膜が形成された第２シリコン基板に表面に酸化膜が形成されていない第１シリコン基板を重ね合せて積層体を形成するようにしてもよい。更に、第１シリコン基板及び第２シリコン基板の双方の表面に酸化膜を形成しないで第２シリコン基板上に第１シリコン基板を重ね合わせて積層体を形成してもよい。
なお、上記第１及び第２の実施形態では、半導体としてシリコンを挙げたが、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、Ｇｅ等の半導体にも適用できる。
【実施例】
【００２４】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
ここでは代表して貼合せＳＯＩ基板について記述する。
＜実施例１＞
図２に示すように、先ず直径が３００ｍｍであり、結晶方位が＜１００＞であり、抵抗率が１０〜２０ΩｃｍであるＰ型シリコンウェーハからなる第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２とをそれぞれ準備した。次いで第１シリコン基板１１を酸素雰囲気中で１０５０℃に４時間保持する熱処理を行い、第１シリコン基板１１の表面全体に０．１５〜０．２μｍ（１５０〜２００ｎｍ）の酸化膜１１ａを形成した。更に第１シリコン基板１１第１主面１１ａの外周部１１ｆに塗布領域が外周１１ｊから１〜３ｍｍの範囲内で、塗布量７００〜１０００ｎｇ／ｃｍ2の有機物の１つである純度９８％のトルエン溶液をフェルトペンで塗布した。その後、第１シリコン基板１１の第１主面１１ａに５０ｋeＶの注入エネルギーで、水素分子イオン（Ｈ2+）６×１０16／ｃｍ2のドーズ量でイオン注入し、第１シリコン基板１１の内部にイオン注入領域１１ｇを形成した。次に第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２を洗浄した後、第１シリコン基板１１の第１主面１１ａ側の酸化膜１１ｅが第２シリコン基板１２に密着するように、第１シリコン基板１１を第２シリコン基板１２に重ね合せることにより、積層体１３を形成した。
【００２５】
この積層体１３を熱処理炉に収容し、この炉内を窒素（Ｎ2）ガス雰囲気中で５００℃に昇温し、３０分間保持することにより、積層体１３をイオン注入領域１１ｇで分離した。これにより酸化膜１１ｅを介してＳＯＩ層１１ｈが積層された第２シリコン基板１２からなる貼合せＳＯＩ基板１０を得た。その後、この貼合せＳＯＩ基板１０をアルゴンガス雰囲気中で１１００℃に２時間保持して熱処理を行った。この貼合せＳＯＩ基板１０を実施例１とした。
＜実施例２＞
酸化膜を第１シリコン基板に形成せず、第２シリコン基板に形成したことを除き、実施例１と同様にして貼合せＳＯＩ基板を得た。この貼合せＳＯＩ基板を実施例２とした。
＜実施例３＞
酸化膜を形成する工程を除き、実施例１と同様にして貼合せ基板を得た。この貼合せ基板を実施例３とした。
【００２６】
＜比較例１＞
有機物であるトルエンを塗布する工程を除き、実施例１と同様にして貼合せＳＯＩ基板を得た。この貼合せＳＯＩ基板を比較例１とした。
＜比較例２＞
有機物であるトルエンを塗布する工程を水素分子イオン注入前に行わず、注入後に行ったことを除き、実施例１と同様にして貼合せＳＯＩ基板を得た。この貼合せＳＯＩ基板を比較例２とした。
＜比較例３＞
有機物であるトルエンを塗布する工程を水素分子イオン注入前に行わず、貼合せ前洗浄後に行ったことを除き、実施例１と同様にして貼合せＳＯＩ基板を得た。この貼合せＳＯＩ基板を比較例３とした。
【００２７】
＜比較試験及び評価＞
実施例１及び比較例１〜３の貼合せＳＯＩ基板の表面を、倍率５倍の光学顕微鏡を用いて観察し、テラス領域において１０μｍ以上の大きさのＳＯＩ島の個数を数えた。また、有機物の塗布による貼合せＳＯＩ基板に対する影響を調べるために、ＳＯＩ領域／テラス領域の境界近傍の貼合せＳＯＩ基板の上部主面の外周から３０ｍｍの範囲内の幅全周にわたって、図４に示すような貼合せ欠陥であるボイドＶ、又は図５に示すような貼合せ欠陥であるブリスタＢのうち大きさが１ｍｍ以上のものの個数を数えた。この結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
2007157952.tif 000003
【００２９】
表１から明らかなように、第１シリコン基板の第１主面外周部に有機物の塗布を行わなかった比較例１ではＳＯＩ島の個数は５００個以上、貼合せ欠陥の個数が０個であり、水素分子イオン注入後に有機物を塗布した比較例２ではＳＯＩ島の個数は５００個以上、貼合せ欠陥の個数が５０個以下であり、また貼合せ前洗浄後に有機物を塗布した比較例３ではＳＯＩ島の個数は５０個以下、貼合せ欠陥の個数が５４個であったのに対し、水素分子イオン注入前に有機物を塗布した実施例１では、ＳＯＩ島の個数は５０個以下、貼合せ欠陥の個数が０個であった。実施例１の結果から水素イオン注入前に有機物を塗布することで、ボイド又はブリスタの発生を抑制しながらＳＯＩ島の数も低減させることが判った。また、実施例３の酸化膜を介さない直接貼合せでは、貼合せ界面に存在するＨ2Ｏなどが吸収される酸化膜がないため貼合せ欠陥が多数発生しているが、酸化膜が存在する実施例１、２同様にＳＯＩ島は５０個以下と良好な結果を示した。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による直接貼合せ基板の製造方法を工程順に示す図である。
【図２】本発明実施形態の貼合せＳＯＩ基板の製造方法を工程順に示す図である。
【図３】図２（ａ）〜（ｃ）に対応する第１シリコン基板の斜視図である。
【図４】基板の一部に現れた貼合せ欠陥であるボイドの断面図である。
【図５】基板の一部に現れた貼合せ欠陥であるブリスタの断面図である。
【図６】従来例のＳＯＩ島の発生領域を示す図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線における断面図である。
【図８】従来例を示すＳＯＩ島とＳＯＩ領域／テラス領域の境界近傍の写真である。
【符号の説明】
【００３１】
１０    貼合せ基板（貼合せＳＯＩ基板）
１１    第１半導体基板（第１シリコン基板）
１１ａ  第１主面
１１ｂ  第２主面
１１ｃ  周端縁
１１ｄ  面取り部
１１ｅ  酸化膜
１１ｆ  外周部
１１ｇ  イオン注入領域
１１ｈ  活性層（ＳＯＩ層）
１２    第２半導体基板（第２シリコン基板）
１３    積層体
１４    有機物
【図１】
2007157952.tif 000004
【図２】
2007157952.tif 000005
【図３】
2007157952.tif 000006
【図４】
2007157952.tif 000007
【図５】
2007157952.tif 000008
【図６】
2007157952.tif 000009
【図７】
2007157952.tif 000010
【図８】
2007157952.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成17年12月8日(2005.12.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
しかし、ＳＯＩ島はＳＯＩ層の周囲近傍に比較的多く発生するために、上記従来の貼合せＳＯＩ基板及びその製造方法においてＳＯＩ島を生じさせる接合面周囲の幅を狭めることができてもＳＯＩ島の発生を抑制させるに著しい効果を生じさせることはなく、ＳＯＩ島を減少させるには限界があった。その上支持基板の直径が２００ｍｍ以上の場合、その周囲に生じるＳＯＩ島を例えば数百個以下にまで著しく減少させることは困難であった。
また、上記従来の貼合せＳＯＩ基板の作製方法は、ＧＢ法(Grind Back法)により貼合せＳＯＩ基板を作製する方法であり、貼合せ後、薄膜化工程の前のＳＯＩ層の厚さは厚いが、イオン注入分離法によりＳＯＩ基板を作製する場合、分離直後のＳＯＩ層の厚さが１μｍ以下と薄いため機械的強度が弱く、第１シリコン基板外周部を研削の最中にＳＯＩ層のエッジ部分が欠ける可能性が高いため、この方法を使用することは困難であった。
本発明の目的は、ＳＯＩ島の発生を著しく減少させ、デバイス工程での発塵を抑制し得る貼合せ基板の製造方法及びこの方法により製造された貼合せ基板を提供することにある。