(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＯＩウエーハを鏡面研磨した後、該表面の自然酸化膜を除去し、急速加熱・急速冷却装置を用いて水素１００％あるいは水素を１０％以上含有するアルゴンおよび／または窒素との混合ガス雰囲気下で熱処理を行ない、ＳＯＩ層表面の面粗さをＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下とすることを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項２】
水素イオン注入工程及び剥離熱処理工程を行って作製したＳＯＩウエーハを鏡面研磨した後、該表面に３００ｎｍ以上の熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去し、ＳＯＩ層表面の面粗さをＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下とすることを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項３】
シリコンウエーハを鏡面研磨した後、該表面の自然酸化膜を除去し、急速加熱・急速冷却装置を用いて水素１００％あるいは水素を１０％以上含有するアルゴンおよび／または窒素との混合ガス雰囲気下で熱処理を行なって作製したボンドウエーハと、ベースウエーハとをシリコン酸化膜を介して密着させて熱処理を加えた後、該ボンドウエーハを薄膜化し、ＳＯＩ層表面の面粗さをＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下とし、かつＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との界面の面粗さをＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下とすることを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項４】
前記シリコン酸化膜はボンドウエーハ表面に形成した熱酸化膜であることを特徴とする請求項３に記載したＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項５】
鏡面研磨されたシリコンウエーハからなるボンドウエーハの表面に第一の熱酸化膜を形成し、該第一の熱酸化膜を除去して表面粗さを向上させた後、第二の酸化膜を介して該ボンドウエーハの表面粗さが改善された表面とベースウエーハとを密着させて熱処理を加えた後、該ボンドウエーハを薄膜化し、ＳＯＩ層表面の面粗さをＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下とし、かつＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との界面の面粗さをＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下とすることを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項６】
前記第二の酸化膜はボンドウエーハ表面に熱酸化膜を形成することを特徴とする請求項５に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項７】
前記ボンドウエーハを薄膜化することにより作製されたＳＯＩウエーハの表面の自然酸化膜を除去した後、急速加熱・急速冷却装置を用いて水素１００％あるいは水素を１０％以上含有するアルゴンおよび／または窒素との混合ガス雰囲気下で熱処理を行なうことを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
【請求項８】
前記ボンドウエーハを薄膜化することにより作製されたＳＯＩウエーハの表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去することを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載のＳＯＩウエーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン単結晶ウエーハ中にシリコン酸化膜絶縁層を形成したＳＯＩウエーハおよびＳＯＩウエーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気的に絶縁性のあるシリコン酸化膜の上にシリコン活性層を有するいわゆるＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造は、デバイスの高速性、低消費電力性、高耐圧性、耐環境性等に優れており、近年特に注目されている。この様なＳＯＩ構造を有するＳＯＩウエーハの代表的な作製方法として、ＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｉｍｐｌａｔｅｄ  Ｏｘｙｇｅｎ）法と貼り合わせ法とがある。
【０００３】
ＳＩＭＯＸ法は、シリコンウエーハの表面から高濃度の酸素イオン（16Ｏ+ ）を注入してウエーハ内の所定の深さに高濃度酸素イオン注入層を形成し、これを例えば１１００〜１３００℃の高温で数時間アニールすることにより、前記高濃度イオン注入層をＳＯＩウエーハの埋め込み酸化膜（以下、ＢＯＸということがある。）となるＳｉＯ2 に変化させる技術であり、均一なＳＯＩ層の厚さが得られるという利点を有するが、ＳＯＩ層の結晶性が悪くなるという問題がある。
【０００４】
一方、貼り合わせ法とは、２枚のシリコンウエーハをシリコン酸化膜を介して貼り合せる技術であり、例えば特公平５−４６０８６号公報に示されている様に、少なくとも一方のウエーハに酸化膜を形成し、接合面に異物を介在させることなく相互に密着させた後、２００〜１２００℃の温度で熱処理して結合強度を高める方法である。熱処理を行なうことにより結合強度が高められた貼り合わせウエーハは、その後の研削研磨工程が可能となるため、素子作製側ウエーハを研削および研磨により所望の厚さに減厚加工することにより、素子形成を行なうＳＯＩ層を形成することができる。
【０００５】
このようにして作製された貼り合わせＳＯＩウエーハは、ＳＯＩ層の結晶性に優れ、ＳＯＩ層直下に存在する埋め込み酸化膜の信頼性も高いという利点はあるが、研削および研磨により薄膜化しているため、薄膜化に時間がかかる上、材料が無駄になり、しかも膜厚均一性は高々目標膜厚±０．３μｍ程度しか得られなかった。このような膜厚均一性に関する貼り合わせ法の問題点を解決する薄膜化手法として、特開平５−２１１１２８号公報に開示されているような水素イオン剥離法と呼ばれる方法が開発された。
【０００６】
この水素イオン剥離法は、二枚のシリコンウエーハのうち少なくとも一方に酸化膜を形成するとともに、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の少なくとも一方を注入し、該シリコンウエーハ内部に微小気泡層（封入層）を形成させた後、該イオン注入面を酸化膜を介して他方の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（剥離面）として一方のウエーハを薄膜状に剥離し、さらに熱処理（結合熱処理）を加えて強固に結合してＳＯＩウエーハとする技術である。このようにして作製されたＳＯＩウエーハ表面（剥離面）は比較的良好な鏡面となるが、通常の鏡面研磨ウエーハと同等の表面粗さを有するＳＯＩウエーハとするためには、タッチポリッシュと呼ばれる研磨代の極めて少ない研磨を行うことが必要となる。
【０００７】
この方法では、ＳＯＩ層の均一性が極めて高いＳＯＩウエーハが比較的容易に得られる上、剥離した一方のウエーハを再利用できるので、材料を有効に使用できるという利点を有する。
また、この方法は、酸化膜を介さずに直接シリコンウエーハ同士を結合することもできるし、シリコンウエーハ同士を結合する場合だけでなく、シリコンウエーハにイオン注入して、石英、炭化珪素、アルミナ等の熱膨張係数の異なる絶縁性ウエーハと結合する場合にも用いられる。
【０００８】
ところで、前記ＳＩＭＯＸ法により作製されたウエーハにはＳＯＩ層の結晶性の問題の他にＳＯＩ層とＢＯＸの界面（以下、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面ということがある。）の凹凸が大きく、作製されたデバイス特性にバラツキが出易いという問題もあった。この問題点を解決する方法として、特開平７−２６３５３８号公報に開示された方法によれば、界面の粗さを示すＲＭＳ値（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｖａｌｕｅ：自乗平均・平方根粗さ）が約２ｎｍのものを約０．８５ｎｍに低減できることが開示されている。
【０００９】
これに対し貼り合わせ法で作製されたＳＯＩウエーハについては、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面の面粗さが問題とされることはなかった。これは、貼り合わせＳＯＩウエーハは前記のように鏡面研磨された２枚のシリコンウエーハを酸化膜を介して貼り合わせるので、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面の面粗さは、使用するシリコンウエーハの表面粗さに依存し、現在の貼り合わせＳＯＩウエーハの製造に用いられるシリコンウエーハの表面粗さのレベルはＲＭＳで０．１５ｎｍ程度であるため、これを用いて作製されたＳＯＩ／ＢＯＸ界面もほぼこれと同等のレベルとなり、ＳＩＭＯＸに比べたら相当に優れたレベルだからである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記した水素イオン剥離法等の薄膜化技術の登場により、貼り合わせ法を用いたＳＯＩウエーハの薄膜化と膜厚均一性が飛躍的に進歩し、１００±１０ｎｍの極薄の膜厚を有するＳＯＩ層が十分に可能となった。その結果、従来は問題視されていなかったＳＯＩ層の表面やＳＯＩ／ＢＯＸ界面の面粗さのレベルが０．１５ｎｍ程度であっても、ＳＯＩ層の膜厚が例えば５００ｎｍ以下になるとＳＯＩウエーハを用いて作製されるＭＯＳデバイスの酸化膜耐圧やしきい値電圧あるいはキャリア移動度等の特性にバラツキ等が生ずるという悪影響を及ぼすことがわかった。これは、ＳＯＩ層の膜厚が極めて薄膜化され、かつ均一な膜厚分布の状態で使用されるようになったので、ＳＯＩ層表面の面粗さとＳＯＩ／ＢＯＸ界面の面粗さが膜厚均一性に及ぼす影響を無視できなくなったことが主な原因と考えられる。
【００１１】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、ＳＯＩウエーハを用いて作製されるＭＯＳデバイスの酸化膜耐圧やしきい値電圧あるいはやキャリア移動度等のデバイス特性のバラツキ等に及ぼす影響が極めて少ないＳＯＩ層表面の面粗さとＳＯＩ／ＢＯＸ界面の面粗さを有するＳＯＩウエーハとその製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層表面の面粗さがＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下であることを特徴とするＳＯＩウエーハである。
このように優れたＳＯＩ層表面の面粗さを有するＳＯＩウエーハは、通常の鏡面研磨ウエーハの面粗さよりも優れたレベルであるから、ＳＯＩ層表面に形成されるデバイスも、バラツキの少ない、極めて良好な酸化膜耐圧やしきい値電圧あるいはキャリア移動度等のデバイス特性を有するものとすることができる。
【００１３】
そして本発明は、ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との界面の面粗さがＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下のＳＯＩウエーハであり、この場合も前記と同様に極めてバラツキの少ない良好なデバイス特性が得られる。
【００１４】
さらに、本発明は、ＳＯＩウエーハのＳＯＩ層表面の面粗さがＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下であり、かつＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との界面の面粗さがＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下のＳＯＩウエーハである。
このように優れたＳＯＩ層表面の面粗さとＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との界面の面粗さを有するＳＯＩウエーハは、通常のＳＯＩウエーハの面粗さや界面粗さよりも優れたレベルであるから、ＳＯＩ層表面に形成されるデバイスに対してより一層効果的に作用し、バラツキの少ない、極めて良好な酸化膜耐圧やしきい値電圧あるいはキャリア移動度等のデバイス特性を有するものとすることができる。
【００１５】
次に、本発明は、ＳＯＩウエーハを鏡面研磨した後、該表面の自然酸化膜を除去し、急速加熱・急速冷却装置を用いて水素１００％あるいは水素を１０％以上含有するアルゴンおよび／または窒素との混合ガス雰囲気下で熱処理を行なうことを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法である。
このように、ＳＯＩウエーハを鏡面研磨した後、該表面の自然酸化膜を除去し、急速加熱・急速冷却装置を用いて水素アニール熱処理を行なえば、表面面粗さがＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下にまで改善されたＳＯＩウエーハを得ることができる。従って、このＳＯＩ層表面にデバイスを作製すれば、酸化膜耐圧、しきい値電圧あるいはキャリア移動度等のデバイス特性もバラツキの少ない極めて良好なものを得ることができる。
【００１６】
そして、本発明は、ＳＯＩウエーハを鏡面研磨した後、該表面に３００ｎｍ以上の熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法である。
このように、ＳＯＩウエーハを鏡面研磨した後、該表面に３００ｎｍ以上の熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去することによっても、ＳＯＩウエーハの表面粗さを改善することができ、ＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下にまで向上させることができる。
【００１７】
次に本発明は、シリコンウエーハを鏡面研磨した後、該表面の自然酸化膜を除去し、急速加熱・急速冷却装置を用いて水素１００％あるいは水素を１０％以上含有するアルゴンおよび／または窒素との混合ガス雰囲気下で熱処理を行なって作製したボンドウエーハと、ベースウエーハとをシリコン酸化膜を介して密着させて熱処理を加えた後、該ボンドウエーハを薄膜化することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法である。
【００１８】
このＳＯＩウエーハの製造方法によれば、鏡面研磨・自然酸化膜除去・水素アニール熱処理を施して表面粗さを向上させたシリコンウエーハをボンドウエーハとして用い、酸化膜を介してベースウエーハと結合してＳＯＩウエーハを作製しているので、結果的にボンドウエーハの表面がＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との界面（ＳＯＩ／ＢＯＸ界面）になり、該界面の表面粗さが、ＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下にまで改善されたＳＯＩウエーハを得ることができる。従って、このＳＯＩウエーハにデバイスを形成すれば、極めて良好なデバイス特性を得ることができる。
【００１９】
この場合、前記シリコン酸化膜をボンドウエーハ表面に形成した熱酸化膜とすることができる。
このようにボンドウエーハ表面に熱酸化膜を形成してベースウエーハと結合すれば、水素アニール熱処理による平坦化効果と熱酸化による平坦化効果との相乗効果によりＳＯＩ／ＢＯＸ界面はより一層平坦なものとなり、確実にＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下にまで向上させることができる。
【００２０】
そして、本発明は、鏡面研磨されたシリコンウエーハからなるボンドウエーハの表面に第一の熱酸化膜を形成し、該第一の熱酸化膜を除去した後、第二の酸化膜を介して該ボンドウエーハとベースウエーハとを密着させて熱処理を加えた後、該ボンドウエーハを薄膜化することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法である。
【００２１】
このＳＯＩウエーハの製造方法によれば、鏡面研磨・第一熱酸化膜形成・第一熱酸化膜除去を施し表面粗さを向上させたシリコンウエーハをボンドウエーハとして用い、第二酸化膜を介してベースウエーハと結合してＳＯＩウエーハを作製しているので、結果的に表面粗さが改善されたボンドウエーハの表面がＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との界面になり、該界面の表面粗さが、ＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下にまで改善されたＳＯＩウエーハを得ることができる。従って、このＳＯＩウエーハにデバイスを形成すれば、極めて良好なデバイス特性を得ることができる。
【００２２】
この場合、前記第二の酸化膜を、ボンドウエーハ表面に形成した熱酸化膜とすることができる。
このようにボンドウエーハ表面に熱酸化膜を形成してベースウエーハと結合すれば、熱酸化による平坦化効果によりＳＯＩ／ＢＯＸ界面は一層平坦化され、確実にＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下にまで向上させることができる。
【００２３】
次に、本発明は、前記ボンドウエーハを薄膜化することにより作製されたＳＯＩウエーハの表面の自然酸化膜を除去した後、急速加熱・急速冷却装置を用いて水素１００％あるいは水素を１０％以上含有するアルゴンおよび／または窒素との混合ガス雰囲気下で熱処理を行なうことを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法である。
【００２４】
このＳＯＩウエーハの製造方法によれば、既にＳＯＩ／ＢＯＸ界面が平坦化されたＳＯＩウエーハに対して自然酸化膜除去・水素アニール熱処理を施して表面粗さを平坦化するので、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面の平坦化効果とＳＯＩウエーハ表面粗さの平坦化効果の相乗効果により、ＳＯＩ層の膜厚均一性はより一層向上したものとすることができると共にこのＳＯＩウエーハにデバイスを形成すれば、極めて良好なデバイス特性を得ることができる。
【００２５】
そして本発明は、前記ボンドウエーハを薄膜化することにより作製されたＳＯＩウエーハの表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去することを特徴とするＳＯＩウエーハの製造方法である。
【００２６】
このＳＯＩウエーハの製造方法によれば、既にＳＯＩ／ＢＯＸ界面が平坦化されたＳＯＩウエーハに対して熱酸化膜形成・熱酸化膜除去処理を施して表面粗さを平坦化するので、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面の平坦化効果とＳＯＩウエーハ表面粗さの平坦化効果の相乗効果により、ＳＯＩ層の膜厚均一性はより一層向上したものとすることができると共にこのＳＯＩウエーハにデバイスを形成すれば、バラツキの少ない極めて良好なデバイス特性を得ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明者らは、ＳＯＩウエーハを用いて作製されるＭＯＳデバイスの酸化膜耐圧やしきい値電圧あるいはキャリア移動度等の特性のバラツキ等に悪影響を及ぼすＳＯＩウエーハ表面およびＳＯＩ／ＢＯＸ界面の面粗さを改善するため、実験的に検討した結果、ＳＯＩウエーハ表面の面粗さについては、ＳＯＩウエーハを鏡面研磨した後、表面の自然酸化膜を除去し、ＲＴＡ装置を用いて、水素１００％あるいは水素を１０％以上含有するアルゴンおよび／または窒素との混合ガス雰囲気下で熱処理を行なうか、ＳＯＩウエーハを鏡面研磨した後、該表面に３００ｎｍ以上の熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去すれば、通常の鏡面研磨面よりも面粗さが向上することを知見した。
【００２８】
また、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面の面粗さについては、貼り合わせＳＯＩウエーハを作製する場合の２枚の原料ウエーハ（鏡面研磨されたシリコンウエーハ）のうち、ＳＯＩ層を形成するウエーハ（ボンドウエーハ）に対し、上記２種類の工程の内のいずれかの工程を予め施してから酸化膜を介して支持体となるベースウエーハと結合し、ボンドウエーハを薄膜化してＳＯＩウエーハに加工すれば、通常の鏡面研磨面の面粗さに比較して優れた面粗さを有するＳＯＩ／ＢＯＸ界面が得られることを知見し、本発明を完成させたものである。
【００２９】
以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は貼り合わせ法により作製したＳＯＩウエーハ（ＳＯＩ表面は鏡面研磨面）および鏡面研磨されたシリコンウエーハ（以下、ＰＷと略記することがある）を急速加熱・急速冷却装置（ＲＴＡ装置、シュティアック  マイクロテック  インターナショナル社製ＳＨＳ−２８００型）を用いて、水素２５容量％、アルゴン７５容量％の雰囲気下、１０００〜１２００℃の温度で３０秒の熱処理を加えた後の表面粗さを測定した結果を示す。
なお、これらのウエーハは、ＲＴＡ熱処理前に１％フッ酸水溶液で表面の自然酸化膜を除去したものと除去しないものの２種類を用いた。
また、表面粗さ測定は原子間力顕微鏡（デジタルインスツルメント社製、Ｎａｎｏｓｃｏｐｅ−II）を用いて２μｍ角の面積で行ない、ＲＭＳ値（自乗平均・平方根値）として表した。
【００３０】
図１より、ウエーハ表面の自然酸化膜をあらかじめ除去してからＲＴＡ装置を用いて水素を含む雰囲気で熱処理すれば、表面粗さは向上し、ＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下、条件次第では０．１０ｎｍ以下とすることができることがわかる。なお、図１の×と＋は、それぞれ熱処理前のＳＯＩウエーハ表面とＰＷ表面の表面粗さの平均値を示している。
【００３１】
このような現象の理由は、一般に高温の水素雰囲気下で熱処理するとＳｉとＳｉＯ2 はエッチングされるが、そのエッチング速度がＳｉに比べてＳｉＯ2 は非常に遅いので、ウエーハ表面に自然酸化膜のような不均一な酸化膜が形成されていると、エッチングに部分的なムラが生ずるため面荒れが発生する。
従って、自然酸化膜を完全に除去した状態で熱処理することにより、エッチングムラを防ぐことができるのと同時に、シリコン原子のマイグレーションにより、表面をより平坦化することができるものと考えられる。
また、予め自然酸化膜を除去しておくので、１２００℃以上の高温の熱処理を加えることによって自然酸化膜を除去する必要がなく、比較的低温で熱処理することができるので、スリップ転位の発生や重金属汚染等を回避することも可能となる。
【００３２】
図２は、ＲＴＡ装置の熱処理雰囲気中の水素ガス濃度と表面粗さとの関係を表したグラフであり、表面の自然酸化膜を除去したＳＯＩウエーハおよびＰＷに対して、水素とアルゴンの混合雰囲気中の水素ガス濃度を変えて１１００℃、３０秒のＲＴＡ熱処理を行なった後の表面粗さと水素ガス濃度との関係を示したものである。
図２から熱処理後の表面粗さは水素ガス濃度が１０％未満の場合は熱処理前に比べて極端に悪化するが、１０％以上であれば向上していることがわかる。
この理由は、熱処理雰囲気中の水素濃度が低いとウエーハ表面のＳｉ原子のマイグレーションが発生しにくくなる一方で、マイグレーションを発生させる作用のない水素以外の混合ガス（アルゴン、窒素等）によるエッチング作用に起因した面粗れが発生し易くなることによるものと思われる。
【００３３】
一方、前記したような水素雰囲気下でのＲＴＡ熱処理以外の熱処理でも表面を平坦化することができることがわかった。
図３は、前記と同様のＳＯＩウエーハおよびＰＷに対して、通常のヒーター加熱式の熱処理炉を用いて、１０５０℃で水蒸気を含む雰囲気下で厚さの異なる熱酸化膜を形成し、その熱酸化膜を５％フッ酸水溶液で除去した後、表面粗さを前記と同様の方法で測定した結果を示す。
【００３４】
図３から、酸化膜厚を厚く形成するほど表面粗さが向上することがわかる。特に酸化膜厚を３００ｎｍ以上にすれば、表面粗さはＲＭＳ値で約０．１２ｎｍ以下にまで改善されていることがわかる。
このように、表面粗さが酸化膜形成により改善される理由は、酸化により発生した格子間シリコンがウエーハ表面に注入され、表面の原子空孔を埋める作用によるものと思われる。従って、酸化膜を厚くすればするほど原子空孔が埋められるため、表面粗さが改善されるものと解釈できる。
【００３５】
ところで、表面粗さを向上させる前述の２種類の熱処理はいずれもウエーハの表面を対象にするものであり、貼り合わせＳＯＩウエーハのＳＯＩ／ＢＯＸ界面を対象とはしていない。しかしながら、貼り合わせＳＯＩウエーハ用のボンドウエーハとして、上記の方法を用いて表面粗さを向上させたＰＷを用い、酸化膜を介してベースウエーハと結合することによりＳＯＩウエーハを作製すれば、結果的に表面粗さが改善されたボンドウエーハ表面がＳＯＩ／ＢＯＸ界面になるので、その界面の表面粗さが向上したＳＯＩウエーハを得ることができる。
この場合、ボンドウエーハ表面に熱酸化膜を形成してベースウエーハと結合すれば、水素雰囲気下の熱処理による平坦化の効果と熱酸化による平坦化の効果が合わさり、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面は一層平坦なものとなる。
【００３６】
また、水素雰囲気下の熱処理による平坦化の効果と熱酸化による平坦化の効果を合わせもたせることは、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面だけでなくＳＯＩ表面にも適用できる。すなわち、鏡面研磨されたＳＯＩウエーハを水素雰囲気で熱処理して表面を平坦化し、さらにその表面を熱酸化してその酸化膜を除去すれば、ＳＯＩウエーハ表面の表面粗さは一層向上できると共に、熱酸化と酸化膜除去を必要に応じて繰り返すことにより、表面粗さの向上だけでなく、ＳＯＩ層の膜厚均一性を維持したまま更なる薄膜化も可能となる。
【００３７】
ここで、本発明のシリコンウエーハやＳＯＩウエーハを水素アニール熱処理するのに使用する熱処理装置を説明する。
本発明で用いられる急速加熱・急速冷却装置（ＲＴＡ装置）ては、熱放射によるランプ加熱器のような装置を挙げることができる。市販されているものとしては、例えばシュティアック  マイクロテック  インターナショナル社製、ＳＨＳ−２８００のような装置を挙げることができ、これらは特別複雑なものではなく、高価なものでもない。
また、ヒータ加熱式の熱処理炉としては、東京エレクトロン社製のα−８のような装置を挙げることができる。
【００３８】
図５に、本発明で用いたシリコンウエーハ、ＳＯＩウエーハの急速加熱・急速冷却装置の一例を示す。
図５の熱処理装置１０は、石英からなるチャンバー１を有し、このチャンバー１内でウエーハを熱処理するようになっている。加熱は、チャンバー１を上下左右から囲繞するように配置される加熱ランプ２によって行う。このランプはそれぞれ独立に供給される電力を制御できるようになっている。
【００３９】
ガスの排気側は、オートシャッター３が装備され、外気を封鎖している。オートシャッター３は、ゲートバルブによって開閉可能に構成される不図示のウエーハ挿入口が設けられている。また、オートシャッター３にはガス排気口が設けられており、炉内雰囲気を調整できるようになっている。
【００４０】
そして、ウエーハ８は石英トレイ４に形成された３点支持部５の上に配置される。トレイ４のガス導入口側には、石英製のバッファ６が設けられており、導入ガスがウエーハ８に直接当たるのを防ぐことができるようになっている。
また、チャンバー１には不図示の温度測定用特殊窓が設けられており、チャンバー１の外部に設置されたパイロメータ７により、その特殊窓を通してウエーハ８の温度を測定することができる。
【００４１】
以上のような熱処理装置１０によって、ウエーハ８を急速加熱・急速冷却する処理は次のように行われる。
まず、熱処理装置１０に隣接して配置される、不図示のウエーハハンドリング装置によってウエーハ８を挿入口からチャンバー１内に入れ、トレイ４上に配置した後、オートシャッター３を閉める。
【００４２】
そして、窒素ガスで十分パージした後、雰囲気ガスを水素１００％または水素とＡｒまたは窒素との混合ガスに切り替え、加熱ランプ２に電力を供給し、ウエーハ８を例えば１０００〜１３００℃の所定の温度に昇温する。この際、目的の温度になるまでに要する時間は例えば２０秒程度である。次にその温度において所定時間保持することにより、ウエーハ８に高温熱処理を加えることができる。所定時間経過し高温熱処理が終了したなら、ランプの出力を下げウエーハの温度を下げる。この降温も例えば２０秒程度で行うことができる。最後に、ウエーハハンドリング装置によってウエーハを取り出すことにより、水素アニール熱処理を完了する。
【００４３】
さらに熱処理するウエーハがある場合には、次々にウエーハを投入して連続的にＲＴＡ処理をすることができる。また、ＲＴＡ装置を用いて熱酸化処理をする場合は、処理温度、処理ガス雰囲気等を変更すればよい。
【００４４】
【実施例】
以下、本発明の実施例と比較例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例および比較例）
直径が２００ｍｍで片面が鏡面研磨されたシリコンウエーハ（ＰＷ）をボンドウエーハ用とベースウエーハ用に６枚ずつ用意し、これら１２枚のウエーハを用いて図４の製造工程に従い、６組の貼り合わせＳＯＩウエーハを作製した。
【００４５】
図４のフロー図における各工程の詳細な製造条件は下記の通りである。
［１］ボンドウエーハ熱処理工程、
１％フッ酸水溶液により自然酸化膜を除去したボンドウエーハに対して、下記（ａ）または（ｂ）の工程を行なう。
（ａ）ＲＴＡ装置（ＳＨＳ−２８００）を使用し、水素２５容量％、アルゴン７５容量％の雰囲気下、１１００℃、３０秒間の熱処理を行う。
（ｂ）ヒーター加熱式の熱処理炉にて、水蒸気含有雰囲気下、１０５０℃で熱処理し、約３００ｎｍの熱酸化膜を形成後、５％ＨＦ水溶液により熱酸化膜を除去する。
【００４６】
［２］水素イオン注入工程、
水素イオン注入前の酸化膜厚（埋め込み酸化膜厚）：１００ｎｍの熱酸化膜を形成する。
水素イオン注入条件（剥離層の形成）：Ｈ+ イオン、４５ｋｅＶ、８×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 。
［３］剥離熱処理工程、
窒素雰囲気下、５００℃、３０分間の熱処理を行う。
［４］結合熱処理工程、
窒素雰囲気下、１１００℃、１２０分間の熱処理を施す。
［５］タッチポリッシュ工程、
研磨代：約１０ｎｍ。
これにより、ＳＯＩ層が、２８０±５ｎｍの膜厚と面内バラツキを有するＳＯＩウエーハが作製される。
［６］ＳＯＩ層熱処理工程、
（ａ）ＲＴＡ装置（ＳＨＳ−２８００）を用い、水素２５容量％、アルゴン７５容量％の雰囲気下、１１００℃、３０秒間の熱処理を行う。
（ｂ）ヒーター加熱式の熱処理炉にて、水蒸気含有雰囲気下、１０５０℃で熱処理し、約３００ｎｍの熱酸化膜を形成後、５％ＨＦ水溶液により熱酸化膜を除去する。
【００４７】
図４のＳＯＩウエーハの製造工程において、ボンドウエーハ熱処理とＳＯＩ熱処理の組み合わせを表１に記載したように設定することで、製造条件の異なる６組のＳＯＩウエーハ（実施例１〜５、比較例１）を作製した。そして、これらのＳＯＩウエーハのＳＯＩ層の表面粗さとＳＯＩ／ＢＯＸ界面粗さ（２μｍ角のＲＭＳ値）をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により測定した結果を表１に示した。
なお、ＳＯＩ／ＢＯＸ界面粗さの測定は、ＳＯＩ層をＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドライド）溶液によりエッチング除去した後、露出したＢＯＸ面の表面粗さを測定することにより評価した。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
表１のＳＯＩ層表面粗さとＳＯＩ／ＢＯＸ界面粗さの結果から、本発明によれば、ＳＯＩ層表面粗さおよび／またはＳＯＩ／ＢＯＸ界面粗さがＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下となるＳＯＩウエーハを得ることができることがわかる。
すなわちＭＯＳデバイス用ＳＯＩウエーハとして、ＭＯＳデバイスの酸化膜耐圧やしきい値電圧あるいはやキャリア移動度等の特性のバラツキ等を極めて少なくすることができるＳＯＩウエーハとその製造方法を提供することができる。
【００５０】
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。
【００５１】
例えば、本発明の実施形態では、直径２００ｍｍ（８インチ）のシリコン単結晶ウエーハからＳＯＩウエーハを製造しているが、近年の２５０ｍｍ（１０インチ）〜４００ｍｍ（１６インチ）あるいはそれ以上の大直径化にも十分対応することができる。
また、上記では、ＲＴＡ熱処理あるいは酸化膜の形成除去をボンドウエーハにのみ行う場合を例示したが、ベースウエーハにも行ってよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ＳＯＩウエーハの表面粗さおよび／またはＳＯＩ／ＢＯＸ界面粗さがＲＭＳ値で０．１２ｎｍ以下となる高品質のＳＯＩウエーハを容易に低コストで作製することができる。
従って、本発明のＳＯＩウエーハを用いてＭＯＳデバイスを作製すれば、酸化膜耐圧、しきい値電圧あるいはキャリア移動度等のデバイス特性のバラツキ等が極めて少ない高品質のＭＯＳデバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水素アニール熱処理における熱処理温度と表面粗さの関係を示した結果図である。
【図２】水素アニール熱処理における水素ガス濃度と表面粗さの関係を示した結果図である。
【図３】熱酸化膜厚と表面粗さの関係を示した結果図である。
【図４】本発明のＳＯＩウエーハの製造工程の一例を示すフロー図である。
【図５】本発明で使用する急速加熱・急速冷却装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１…チャンバー、  ２…加熱ランプ、  ３…オートシャッター、
４…石英トレイ、  ５…３点支持部、  ６…バッファ、
７…パイロメータ、８…ウエーハ、１０…熱処理装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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