(57)【要約】【課題】単結晶シリコン薄膜の膜厚バラツキを抑えつつ、単結晶シリコン薄膜を鏡面化することができるシリコン薄膜転写ウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】シリコン薄膜転写ウェーハの製造方法であって、鏡面化工程が、露出された単結晶シリコン薄膜の表面をエッチング液に接触させてエッチングし、当該表面の表面粗さＲＭＳを５ｎｍ以下とするエッチング段階と、前記エッチングされた単結晶シリコン薄膜の表面を研磨し、当該表面から１５ｎｍ〜４０ｎｍの厚さを除去する研磨段階と、を少なくとも含むシリコン薄膜転写ウェーハの製造方法。【選択図】図５
2012164933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコンウェーハの表面から水素イオンを注入して当該単結晶シリコンウェーハ中に水素イオン注入層を設ける水素イオン注入工程と、
前記単結晶シリコンウェーハの前記表面と、ハンドルウェーハの表面とを接合して接合ウェーハを得る接合工程と、
前記接合ウェーハから前記水素イオン注入層を剥離して、単結晶シリコン薄膜を転写されたウェーハを得る剥離工程と、
剥離により露出された単結晶シリコン薄膜の表面を鏡面化する鏡面化工程と、
を少なくとも含むシリコン薄膜転写ウェーハの製造方法であって、
前記鏡面化工程が、
前記露出された単結晶シリコン薄膜の表面をエッチング液に接触させてエッチングし、当該表面の表面粗さＲＭＳを５ｎｍ以下とするエッチング段階と、
前記エッチングされた単結晶シリコン薄膜の表面を研磨し、当該表面から１５ｎｍ〜４０ｎｍの厚さを除去する研磨段階と、
を少なくとも含むシリコン薄膜転写ウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記エッチング液が、ＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ２と水を含んでおり、２９質量％ＮＨ４ＯＨ水溶液と３０質量％Ｈ２Ｏ２水溶液に換算すると、体積比でＮＨ４ＯＨ水溶液（２９質量％）：Ｈ２Ｏ２水溶液（３０質量％）：水＝０．５〜２：０．０１〜０．５：１０となる請求項１記載のシリコン薄膜転写ウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記エッチングが、前記単結晶シリコン薄膜の膜厚バラツキを５．０ｎｍ以下とする請求項１または請求項２に記載のシリコン薄膜転写ウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記エッチングが、前記露出された単結晶シリコンウェーハ側の表面の表面粗さＰＶを２５ｎｍ以下とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のシリコン薄膜転写ウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記ハンドルウェーハが、シリコンウェーハ、サファイアウェーハ、石英ウェーハ、炭化珪素ウェーハ、窒化アルミニウムウェーハ、およびガラスウェーハからなる群から選択される請求項１〜請求項４のいずれかに記載のシリコン薄膜転写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、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハの製造方法に関する。より詳しくは、ウェーハ表面の鏡面化方法に特徴のあるＳＯＩウェーハの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
寄生容量を低減し、デバイスの高速化・省電力化を測るために、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハが広く用いられるようになってきている。近年は、完全空乏層型のＳＯＩデバイスを作り込むためにＳＯＩ層（シリコン層）が１００ｎｍ以下の薄膜ＳＯＩの需要が高まっている。これはＳＯＩ層を薄膜化することで、デバイスの高速化が期待できるためである。またＳＯＩに加えて、ハンドルウェーハ（支持ウェーハ）が石英で構成されるＳＯＱ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｑｕａｒｔｚ）やサファイアで構成されるＳＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｓａｐｐｈｉｒｅ）も近年注目を浴びつつある。
【０００３】
ＳＯＩ層の薄膜化に伴い、要求される面内膜厚均一性も厳しいものになりつつある。一般に薄膜ＳＯＩウェーハは、ドナーウェーハに予め水素イオンを注入し、然る後にハンドルウェーハと貼り合せを行い、水素イオン注入界面に沿って薄膜をドナー側からハンドル側へ転写するＳＯＩＴＥＣ法（例えば、特許文献１、非特許文献１）やＳｉＧｅｎ法（例えば、特許文献２〜４）が挙げられるが、この時、転写された単結晶シリコン薄膜は鏡面ではなく、約１０ｎｍ弱程度の表面粗さ（ＲＭＳ）が残存することが知られている。これは水素イオン注入により作り込まれた剥離界面近傍のダメージによるものである。この水素イオン注入方で転写されたシリコン膜厚のバラツキは非常に優れたものであり、この段階ではバラツキは殆ど存在しない。
【０００４】
単結晶シリコン薄膜の凹凸を取り除き表面を鏡面とする方法としては、例えば化学的機械研磨（ＣＭＰ）と呼ばれる方法がある。ここで、化学的機械研磨とは、アルミナやシリカ、ジルコニア等の砥粒を反応性の溶媒に懸濁させた研磨剤を使い、機械的な研磨と化学的な研磨を同時に行う方法である。この方法によれば、砥粒自体が有する表面化学作用または研磨液に含まれる化学成分の作用によって、研磨剤と研磨対象物の相対運動による機械的研磨効果を増大させることが可能であり、結果として平滑な研磨面を短時間で得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３０４８２０１号公報
【特許文献２】米国特許第６２６３９４１号明細書
【特許文献３】米国特許第６５１３５６４号明細書
【特許文献４】米国特許第６５８２９９９号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｂｒｕｅｌ  ｅｔ  ａｌ．  Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３６（１９９７）ｐ．１６３６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、このような研磨によって、単結晶シリコン薄膜初期の１０ｎｍ弱程度の表面粗さを鏡面化（ＲＭＳ＜０．３ｎｍ）するためには、相当量のシリコンを研磨する必要がある。この際に単結晶シリコン薄膜の膜厚バラツキが問題となる。膜厚バラツキは研磨量に比例して増大するために、研磨量は少ないほど望ましい。一例として、研磨バラツキが±１０％の場合、１００ｎｍ研磨すると±１０ｎｍのバラツキが発生する。残存するシリコン膜の厚さを５０ｎｍとするとシリコン膜厚のバラツキは５０ｎｍ±１０ｎｍとなり、ウェーハ面内でデバイスの特性が一定しないという問題がある。しかし、少ない研磨量では表面の凹凸を完全に取り除くことが困難であり、均一性の高い薄膜ＳＯＩを、ＣＭＰを用いて達成するのが難しいというのが現状である。
本発明は、このような単結晶シリコン薄膜の鏡面化処理に伴い生じる問題点を解決しようとするものであり、研磨量を低減化することで、単結晶シリコン薄膜の膜厚バラツキを抑え、デバイスの特性を一定化させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の問題を解決するために、本発明者は、まず、ドナーウェーハに水素イオンを注入する工程に始まり、転写された単結晶シリコン薄膜の鏡面化に至るまでの、薄膜ＳＯＩウェーハの製造方法の各工程について見直しを行った。
そうしたところ、転写した後の単結晶シリコン薄膜の表面粗さ（約１０ｎｍ弱程度）が、単結晶シリコン薄膜を鏡面化する際のシリコンの研磨量に影響することがわかった。そして、この影響により、単結晶シリコン薄膜の膜厚にバラツキが生じてしまい、結果としてデバイス特性の不安定化につながることがわかった。
そこで、本発明者は、転写した後の単結晶シリコン薄膜の表面粗さに着目し、これを制御する方法について、鋭意検討を行った。その結果、転写した後の単結晶シリコン薄膜を研磨する前に、その予備段階として、予めエッチング処理段階を設ければ、単結晶シリコン薄膜の膜厚のバラツキに影響を及ぼすことなく、かかる単結晶シリコン薄膜の表面粗さを制御することが可能であることを見出した。そして、このエッチング処理段階により、該表面粗さを５ｎｍ以下としておけば、続く研磨段階における研磨量が低減し、結果として膜厚のバラツキを抑制可能であることがわかった。本発明者は、上記種々の着想や結果を得て、本発明を想到するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、単結晶シリコンウェーハの表面から水素イオンを注入して当該単結晶シリコンウェーハ中に水素イオン注入層を設ける水素イオン注入工程と、前記単結晶シリコンウェーハの前記表面と、ハンドルウェーハの表面とを接合して接合ウェーハを得る接合工程と、前記接合ウェーハから前記水素イオン注入層を剥離して、単結晶シリコン薄膜を転写されたウェーハを得る剥離工程と、剥離により露出された単結晶シリコン薄膜の表面を鏡面化する鏡面化工程と、を少なくとも含むシリコン薄膜転写ウェーハの製造方法であって、前記鏡面化工程が、前記露出された単結晶シリコン薄膜の表面をエッチング液に接触させてエッチングし、当該表面の表面粗さＲＭＳを５ｎｍ以下とするエッチング段階と、前記エッチングされた単結晶シリコン薄膜の表面を研磨し、当該表面から１５ｎｍ〜４０ｎｍの厚さを除去する研磨段階と、を少なくとも含むシリコン薄膜転写ウェーハの製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のシリコン薄膜転写ウェーハの製造方法によれば、単結晶シリコン薄膜の膜厚バラツキを抑えつつ、該薄膜を鏡面化することができるため、結果としてデバイスの特性を一定化させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】エッチング段階による表面粗さ（ＲＭＳ）の比較
【図２】エッチング段階による表面粗さ（ＰＶ）の比較
【図３】エッチング段階による膜厚バラツキの比較
【図４】研磨段階における単結晶シリコン薄膜の研磨量と表面粗さの推移
【図５】研磨段階における単結晶シリコン薄膜の研磨量と表面粗さの推移（図４の拡大図）
【図６】ＳＯＩウェーハの製造方法の概略図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明について説明する。
本発明において、ＳＯＩウェーハは、シリコン薄膜を提供するドナーウェーハである単結晶シリコンウェーハと、ハンドルウェーハとを接合させて製造できる。
ハンドルウェーハは、特に限定されないが、シリコンウェーハ、酸化膜付きシリコンウェーハ、サファイアウェーハ、石英ウェーハ、炭化珪素ウェーハ、窒化アルミニウムウェーハ、およびガラスウェーハ（例えば、ホウケイ酸ガラスウェーハ、結晶化ガスウェーハ等）からなる群から選択できる。これらのハンドルウェーハは汎用的に用いられるものであり、本発明は、これらウェーハの種類を問わず、シリコン薄膜転写ウェーハを製造可能な方法だからである。
【００１３】
本発明にかかるシリコン薄膜転写ウェーハの製造方法は、ＳＯＩＴＥＣ法やＳｉＧｅｎ法（これらの改良方法を含む）を用いて、好ましくは、単結晶シリコンウェーハの表面に水素イオンを注入して当該単結晶シリコンウェーハ中に水素イオン注入層を設ける水素イオン注入工程と、前記単結晶シリコンウェーハの前記表面と、ハンドルウェーハの表面とを接合して接合ウェーハを得る接合工程と、前記接合ウェーハから前記水素イオン注入層を剥離して、単結晶シリコン薄膜を転写されたウェーハを得る剥離工程と、剥離により露出された単結晶シリコン薄膜の表面を鏡面化する鏡面化工程と、を少なくとも含む。これらの各工程を経て、当該シリコン薄膜表面が鏡面化したシリコン薄膜転写ウェーハを得ることができる。
【００１４】
ウェーハの好ましい厚さは、特に限定されないが、ＳＥＭＩ等で規定されているシリコンウェーハの厚さに近いものが望ましい。これは、半導体装置はこの厚さのウェーハを扱うように設定されていることが多いためである。この観点から好ましくは３００〜９００μｍである。
【００１５】
単結晶シリコンウェーハとしては、特に限定されないが、例えばチョクラルスキー法により育成された単結晶をスライスして得られたもので、例えば直径が１００〜３００ｍｍ、導電型がＰ型またはＮ型、抵抗率が１０Ω・ｃｍ程度のものが挙げられる。
単結晶シリコンウェーハの表面は、あらかじめ薄い絶縁膜を形成しておくことが好ましい。絶縁膜を通して水素イオン注入を行えば、注入イオンのチャネリングを抑制する効果が得られるからである。絶縁膜としては、好ましくは５０〜５００ｎｍの厚さを有するシリコン酸化膜が好ましい。これはあまり薄いと、酸化膜厚の制御が難しく、またあまり厚いと時間が掛かりすぎるためである。シリコン酸化膜は、一般的な熱酸化法により形成することができる。
【００１６】
以下、ＳＯＩウェーハの製造方法を図６に示す例に基づき説明する。
単結晶シリコンウェーハ１２は、表面１２ｓから水素イオンを注入し、シリコンウェーハ中にイオン注入層１３を形成しておく。この際、例えば、単結晶シリコンウェーハの表面から所望の深さにイオン注入層を形成できるような注入エネルギーで、所定の線量の水素イオンまたは希ガスイオンの少なくとも一方を注入する。このときの条件として、例えば注入エネルギーは５０〜１００ｋｅＶ、注入線量は２×１０１６〜１×１０１７／ｃｍ２とできる。
注入される水素イオンとしては、２×１０１６〜１×１０１７（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）のドーズ量の水素イオン（Ｈ＋）、又は１×１０１６〜５×１０１６（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）のドーズ量の水素分子イオン（Ｈ２＋）が好ましい。
単結晶シリコンウェーハのイオン注入面１２ｓからイオン注入層１３までの深さは、絶縁性ウェーハ１１上に設けるシリコン薄膜の所望の厚さに依存するが、好ましくは２００〜４００ｎｍ、更に好ましくは３００ｎｍ程度である。また、イオン注入層１３の厚さは、機械衝撃によって容易に剥離できる厚さが良く、好ましくは２００〜４００ｎｍ、更に好ましくは３００ｎｍ程度である。単結晶シリコンウェーハの厚さは、このようなイオン注入層を含有できるものであれば特に限定されないが、あまり厚くなると不経済となるため、通常５００〜８００μｍである。
【００１７】
予め水素イオンを注入して水素イオン注入層１３を設けた単結晶シリコンウェーハの水素イオン注入面１２ｓと、絶縁性ウェーハ１１の表面１１ｓとの双方もしくは片方に表面活性化処理を施してもよい。表面活性化処理は、表面のＯＨ基を増加させて活性化させる処理であり、例えばプラズマ処理、オゾン処理、又はこれらの組合せが挙げられる。
【００１８】
次に、水素イオン注入面１２ｓとハンドルウェーハの表面１１ｓとを接合して接合ウェーハ１４を得る。例えば、貼り合わせることにより、この時点である程度の結合強度を確保できる。単結晶シリコンウェーハ１２のイオン注入面１２ｓ又は絶縁性ウェーハ１１の表面１１ｓの少なくとも一方が活性化処理されている場合、これらを、例えば、減圧または常圧下、好ましくは冷却や加熱をすることなく一般的な室温（約２０℃）程度の温度下で密着させるだけで後工程での機械的剥離に耐え得る強度で強く接合できる。加熱して、接合強度を高めてもよい。
【００１９】
接合ウェーハ１４の水素イオン注入層１３に、例えば機械的衝撃を加えてシリコン薄膜１２Ｂを剥離させ、絶縁性ウェーハ１１上にシリコン薄膜を転写されたシリコン薄膜転写ウェーハ１５を得る。イオン注入層に衝撃を与えるためには、例えば、ガスや液体等の流体のジェットを接合したウェーハの側面から連続的または断続的に吹き付ければよい。
【００２０】
そして、本発明は、上記製造方法により製造したシリコン薄膜転写ウェーハについて、剥離により露出された単結晶シリコン薄膜の表面を鏡面化する鏡面化工程に特徴のあるものであり、かかる鏡面化工程は、少なくとも２段階よりなる。具体的には、剥離により露出された単結晶シリコン薄膜の表面をエッチング液に接触させてエッチングし、当該表面の表面粗さＲＭＳを５ｎｍ以下とするエッチング段階と、前記エッチングされた単結晶シリコン薄膜の表面を研磨し、当該表面から１５ｎｍ〜４０ｎｍの厚さを除去する研磨段階と、である。次に、これらエッチング段階と、研磨段階について、説明する。
【００２１】
まず、エッチング段階を設けたのは、研磨段階の前に予めエッチングすることで、単結晶シリコン薄膜の表面粗さＲＭＳを約１０ｎｍ弱の状態から５ｎｍ以下とするためである。ここで、表面粗さＲＭＳは、二乗平均粗さのことであり、平均線から測定曲線までの偏差の二乗を平均した値の平方根である。このように表面粗さＲＭＳを５ｎｍにしておくことで、続いて行う研磨段階にて鏡面化が容易となる。具体的には、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いれば、１０μｍ×１０μｍの範囲における単結晶シリコン薄膜の表面粗さＲＭＳ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１）を測定することができる。
尚、単結晶シリコン薄膜の表面粗さを低下させる方法のみに着目してみると、砥石や金属酸化物スラリーを用いる研磨方法等、エッチング以外の方法によっても該表面粗さを低下させることは可能と考えられる。但し、重要な点は可能な限り、膜厚をウェーハ面内で均一にすることである。
エッチングは、単結晶シリコン薄膜の表面をエッチング液に接触させることにより行い、単結晶シリコン薄膜の表面粗さが５ｎｍ以下になったら、エッチング段階を終了し、研磨段階へと移る。
【００２２】
本発明においては、エッチング段階に用いるエッチング液が、ＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ２と水を含んでおり、２９質量％ＮＨ４ＯＨ水溶液と３０質量％Ｈ２Ｏ２水溶液に換算すると、体積比でＮＨ４ＯＨ水溶液（２９質量％）：Ｈ２Ｏ２水溶液（３０質量％）：水＝０．５〜２：０．０１〜０．５：１０であることが好ましい。エッチング液としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化セシウム、アンモニア及び水酸化アンモニウムからなる群から選択される塩基を含むものや、ＥＤＰ(エチレンジアミンピロカテコール水)、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム)及びヒドラジンからなる群から選択される有機溶剤を含むエッチング溶液等がある。このようなエッチング液があるなかで、単にエッチング特性のみならず、エッチングの面内均一性を考えると、ＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ２と水を含むエッチング液において、その体積比が２９質量％ＮＨ４ＯＨ水溶液と３０質量％Ｈ２Ｏ２水溶液に換算して上記範囲内であることが好ましい。更には、エッチング時間等、処理効率等を考慮すれば、２９質量％ＮＨ４ＯＨ水溶液と３０質量％Ｈ２Ｏ２水溶液に換算した体積比でＮＨ４ＯＨ水溶液（２９質量％）：Ｈ２Ｏ２水溶液（３０質量％）：水＝１〜２：０．１〜０．２：１０のエッチング液であることが、更に好ましい。
【００２３】
また、エッチング段階におけるエッチングが、前記単結晶シリコン薄膜の膜厚バラツキを５．０ｎｍ以下とすることが好ましい。この値は、転写した後の初期における単結晶シリコン薄膜の膜厚バラツキ（５．０ｎｍ以下）を基準としている。エッチングにより膜厚バラツキが大きくなってしまうと、続く研磨工程において膜厚バラツキを補正しなければならず、研磨工程の負担が大きくなってしまう。そこで、かかる負担増を避けるため、エッチングによって膜厚バラツキが生じないように、前記単結晶シリコン薄膜の膜厚バラツキを５．０ｎｍ以下とすることが好ましいこととなる。
【００２４】
更に、エッチング段階におけるエッチングが、露出された単結晶シリコンウェーハ側の表面の表面粗さＰＶを２５ｎｍ以下とすることが好ましい。ここで、表面粗さＰＶ（Ｐｅａｋ  ｔｏ  Ｖａｌｌｅｙ）とは、面内の凹凸の変位の最大値である。このようにＲＭＳのみならず、ＰＶの観点からも表面粗さを制御しておけば、続いて行う研磨段階にて、鏡面化が容易となる。
【００２５】
このように、単結晶シリコン薄膜の表面粗さＲＭＳや表面粗さＰＶ、そして膜厚バラツキを制御するためには、単結晶シリコン薄膜の表面を、単にエッチング液に接触させるだけでなく、接触させる際のエッチング条件に配慮することが好ましい。こういった観点からすれば、本発明においては、エッチング対象となるシリコン薄膜転写ウェーハを、溶液温度７０℃〜９０℃とした上記体積比（２９質量％ＮＨ４ＯＨ水溶液と３０質量％Ｈ２Ｏ２水溶液に換算すると、ＮＨ４ＯＨ水溶液（２９質量％）：Ｈ２Ｏ２水溶液（３０質量％）：水＝０．５〜２：０．０１〜０．５：１０）のエッチング液に５分以上浸漬することが好ましい。尚、かかるウェーハを浸漬中に、エッチング液を撹拌してもよい。
【００２６】
次に、研磨段階について説明する。ここで、研磨処理そのものは、既存の処理であるところ、上記のように研磨対象面はエッチング段階を経て脆弱となっているため、容易に鏡面化することができる。研磨は、例えば、上記の化学的機械研磨（ＣＭＰ）等の研磨装置を用いて行うことができる。鏡面化したか否かは、目視によるほか、表面粗さ（ＲＭＳ）を目安とし、０．３ｎｍより小さい値となった場合を鏡面化したと判断する。なお、ここで化学的研磨であるＣＭＰは、コロイダルシリカを分散させたアルカリ溶液（スラリー）を用い研磨することである。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明を実施例及び比較例に基づき説明するが、本発明は実施例及び比較例に限定されるものではない。
〈単結晶シリコン薄膜転写ウェーハの製造〉
酸化膜付き単結晶シリコンウェーハの表面から水素イオンを注入して、水素イオン注入層を設けた後、プラズマ活性化処理を施した。そして、このシリコンウェーハの前記表面と、ＳＯＱウェーハからなるハンドルウェーハの表面とを接合して接合ウェーハを得た。続いて、２５０℃で熱処理を２４時間施した後にイオン注入界面で機械剥離を行い、水素イオン注入層を剥離することにより、単結晶シリコン薄膜を転写されたウェーハを作製した。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて、１０μｍ×１０μｍの範囲における単結晶シリコン薄膜の表面粗さＲＭＳ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１）を測定したところ、８．３６ｎｍであった。この値は、単結晶シリコン薄膜の表面粗さＲＭＳの初期値となる。尚、以下実施例における、ＲＭＳ測定は、同方法により行った。
このようにして得たウェーハ（直径１５０ｍｍ、シリコン薄膜の厚さ２８０ｎｍ、石英ウェーハの厚さ６２５μｍ）を使用し、下記の通り、エッチング段階及び研磨段階からなる鏡面化処理を行った。
【００２８】
〈単結晶シリコン薄膜転写ウェーハのエッチング段階〉
ウェーハをテフロン（登録商標）製の専用カセットに入れ、エッチング液に浸漬することにより、単結晶シリコン薄膜の表面をエッチング液に接触させ、該薄膜を３０ｎｍエッチングした。エッチング中は、エッチング液を循環装置により循環させた。表１に、エッチング溶液の組成、溶液温度、および浸漬時間を示す。
ここで、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２は、それぞれ２９質量％水溶液、および３０質量％水溶液を用いた。例えば、実施例２の場合において、ＮＨ４ＯＨ水溶液（２９質量％）：Ｈ２Ｏ２水溶液（３０質量％）：水＝１：０．１：１０の組成のエッチング溶液を作成する際には、ＮＨ４ＯＨ水溶液（２９質量％）２ＬとＨ２Ｏ２水溶液（３０質量％）０．２Ｌ、および水２０Ｌを混合すれば、ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：水＝２Ｌ：０．２Ｌ：２０Ｌとなり、即ち、ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：水＝１：０．１：１０の体積比となる。
【００２９】
【表１】
2012164933.tif 000003
【００３０】
図１は、上記エッチング後の単結晶シリコン薄膜表面の表面粗さＲＭＳを比較した結果である。ここで、比較例３として示すものは、エッチング処理を行う前の表面粗さＲＭＳであり、水素イオン注入層剥離後の単結晶シリコン薄膜表面における、表面粗さの初期値を示すものである。
図１より、実施例１、２における表面粗さＲＭＳは、初期値（比較例３）よりも低い値となっており、エッチングによる表面粗さ低減効果が顕著に表れる結果となった。
一方、実施例と同様にエッチングを行った場合でも、エッチング溶液組成によっては、表面粗さが初期値よりも高い結果となった（比較例１、２）。
【００３１】
図２は、上記エッチング後の単結晶シリコン薄膜表面の表面粗さＰＶを比較した結果である。比較例３は、図１と同様に、単結晶シリコン薄膜表面の初期値を示すものである。
表面粗さＰＶは、表面粗さＲＭＳと同様に原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用い、１０μｍ×１０μｍの範囲を測定面として、測定面内における単結晶シリコン薄膜の最高点と最低点との差の値として算出した。
図１と同様に、実施例１、２における表面粗さＰＶは、初期値（比較例３）よりも低い値となっており、エッチングによる表面粗さ低減効果が顕著に表れる結果となった（図２）。
一方、実施例と同様にエッチングを行った場合でも、エッチング溶液組成によっては、表面粗さが初期値よりも高い結果となった（図２  比較例１、２）。
【００３２】
図３は、上記エッチング後の単結晶シリコン薄膜表面の膜厚バラツキを比較した結果である。比較例３は、図１、２と同様に、単結晶シリコン薄膜表面の初期値を示すものである。
膜厚バラツキは、光学干渉式の測定機器（フィルメトリクス社製Ｆ  ２０）を用い、直径１５０ｍｍの単結晶シリコン薄膜表面の表面内から４９点を測定した際の、膜厚の最大値と最小値との差として定義した。
結果として、比較例２を除き、エッチングしても膜厚バラツキは３．５ｎｍと、初期値と比べて変化がみられなかった。これにより、実施例１、２によるエッチング溶液によりエッチングしても、膜厚バラツキに影響しないことがわかった。
一方で、１０質量％ＫＯＨ溶液をエッチング溶液とした比較例２の場合のみが、膜厚バラツキを悪化させる結果となった。この結果および、単結晶シリコン薄膜を３０ｎｍエッチングするまでの浸漬時間が、１０質量％ＫＯＨ溶液の場合のみ極めて短いという点から（表１）、１０質量％ＫＯＨ溶液は、単結晶シリコン薄膜に対するエッチング特性が強いため、本発明にかかる方法に用いた場合には、膜厚バラツキの制御が困難であることがわかった。
一方、実施例１、２におけるエッチング溶液を用いた場合は、ＮＨ４ＯＨとＨ２Ｏ２の競争反応により、単結晶シリコン薄膜がエッチングされる。そのため、単結晶シリコン薄膜表面がムラなく均一にエッチングすることが可能である。また、エッチング速度も、１０質量％ＫＯＨ溶液のような純アルカリ溶液と比べて適度に遅い（表１）。そのため、実施例１、２のエッチング溶液であれば、エッチングを容易に制御することが可能である。
【００３３】
〈エッチング処理後の研磨段階〉
上記結果を踏まえ、次に研磨段階について実施した。尚、エッチング段階において表面粗さＲＭＳが初期値よりも高い結果となった比較例１、２については、研磨したとしても有効な結果が得られないことは明らかであるため、研磨段階は実施しなかった。
上記エッチング段階後の実施例１、２および比較例３における単結晶シリコン薄膜転写ウェーハついて、化学的機械研磨（ＣＭＰ）により、単結晶シリコン薄膜を研磨した。
【００３４】
図４は、上記研磨段階により、単結晶シリコン薄膜を１０ｎｍ〜５０ｎｍ研磨したときの表面粗さＲＭＳを比較した結果であり、図５は図４の縦軸を拡大した図である。実施例１、２は略同結果となったため、一つの折れ線グラフにより結果を示している。
鏡面か否かの判定基準としては、一般的には、表面状態を目視で確認すると共に、表面粗さＲＭＳが０．３ｎｍより小さい場合に、該表面が鏡面であると判定している。そこで、本実施例においても、目視による確認と共に、表面粗さＲＭＳが０．３ｎｍより小さい値となったものについて、鏡面化したものと判定した。
結果として、いずれの場合においても、表面粗さＲＭＳが０．３ｎｍより小さい値となり、目視確認と併せて、鏡面化可能であることは明らかであった。但し、エッチング段階を行わなかった場合（研磨のみを行った場合）には、単結晶シリコン薄膜をその表面から厚さ４０ｎｍ除去しても、鏡面化することは出来ない結果となった（比較例３）。その一方で、研磨段階の前に、予めエッチング段階を行えば、単結晶シリコン薄膜をその表面から厚さ１５ｎｍ除去するのみで鏡面化することが可能であった。
【００３５】
表２は、上記研磨段階により、単結晶シリコン薄膜を１０ｎｍ〜５０ｎｍ研磨したときの膜厚バラツキを比較した結果である。測定方法は、上記エッチング後の膜厚バラツキを比較した場合と同様の方法とした。
表２より、エッチング段階を行った実施例１、２では、２０ｎｍ研磨すれば、膜厚バラツキが非常に小さな値で安定することがわかった。一方、エッチング段階を行わなかった（研磨のみを行った）比較例３では、５０ｎｍ研磨しても、膜厚のバラツキが実施例１、２と比べて大きな値となった。
この結果から、エッチング処理を適切に行えば、エッチング処理後の研磨段階において、少ない研磨量で膜厚バラツキが安定することは明らかであった。
【００３６】
【表２】
2012164933.tif 000004
【００３７】
以上の結果から、エッチングにより表面粗さＲＭＳを５ｎｍ以下とすれば、その後、研磨段階により表面から１５ｎｍ〜４０ｎｍの厚さを除去することで、単結晶シリコン薄膜の表面を鏡面化することが可能であることがわかった。そして、本発明にかかるエッチング段階を設けることによって、研磨による除去厚さを低減することが可能であり、これにより研磨による膜厚バラツキが低減し、単結晶シリコン薄膜の膜厚が安定化することとなる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明にかかる製造方法によれば、デバイス性能を安定化させ得るシリコン薄膜転写ウェーハを容易に製造できる。
【符号の説明】
【００３９】
１１      ハンドルウェーハ
１１Ｓ    ハンドルウェーハの表面
１２      単結晶シリコンウェーハ
１２Ｂ    シリコン薄膜
１２Ｓ    単結晶シリコンのイオン注入面
１３      水素注入層
１４      接合ウェーハ
１５      シリコン薄膜転写ウェーハ
【図１】
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【図２】
2012164933.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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