(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入剥離法によってＳＯＩウエーハを製造する際の水素イオンまたは希ガスイオンの注入量の決定方法において、水素イオンまたは希ガスイオンの注入量の下限を剥離現象の有無により決定し、水素イオンまたは希ガスイオンの注入量の上限を、テラス部のＳＯＩ島領域幅またはＳＯＩウエーハのＬＰＤ検査で検出されるピット状欠陥の密度により決めることを特徴とする水素イオンまたは希ガスイオンの注入量の決定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン注入したウエーハを結合後に剥離してＳＯＩウエーハを製造する、いわゆるイオン注入剥離法（水素イオン剥離法またはスマートカット法とも呼ばれている）において、テラス部に生ずるＳＯＩ島の発生およびＳＯＩウエーハ表面のＬＰＤ欠陥の発生を抑制してデバイス不良を低減する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン注入剥離法は、水素イオンまたは希ガスイオンを注入したウエーハを結合後に剥離してＳＯＩウエーハを製造する方法であるが、剥離後のＳＯＩウエーハエッヂ部にＳＯＩ層が転写されず、ベースウエーハ（支持基板）表面が露出したテラス部が生じることがある。これはウエーハエッジ部では貼り合せたウエーハ間の結合力が弱く、ＳＯＩ層がベースウエーハ側に転写されにくいことが主な原因である。このＳＯＩテラス部を光学顕微鏡で観察すると、ＳＯＩ層のエッジ部に、ＳＯＩ層が島状に孤立したＳＯＩ島が発生していることが判った。このようなＳＯＩ島は、デバイス作製プロセスでのＨＦを含有する水溶液（フッ酸）での洗浄中に埋め込み酸化膜（ＢＯＸ酸化膜ということがある）がエッチングで消失することでウエーハから剥がれ、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の不良の原因となってしまうことが予想される。
【０００３】
図１にイオン注入剥離法によって作製されたＳＯＩウエーハエッジ部の断面図を示す。
図１（ａ）はＳＯＩウエーハ１０であり、そのエッジ部の詳細を（ｂ）に示した。（ｂ）において、ＳＯＩウエーハ１０は、ＳＯＩ層２５、埋込み酸化膜２６、ベースウエーハ２７から構成され、そのエッジ部にベースウエーハ表面が露出したテラス部４３とＳＯＩ層が島状に孤立したＳＯＩ島４２が発生している状態を模式的に表している。
【０００４】
一方、イオン注入剥離法により製造されたＳＯＩウエーハを光学的な表面検査装置により観察すると、ＬＰＤとして検出される欠陥が存在することが判ってきた。ＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｐｏｉｎｔ  Ｄｅｆｅｃｔ）とは、集光ランプでウエーハ表面を観察した時に輝点状に見える欠陥の総称である。この欠陥の正体は明らかにはなっていないが、大半は浅いピットであり、ＳＯＩ層を酸化して薄くするとＳＯＩ層を貫通した穴になるため、デバイス歩留りに影響すると考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
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、イオン注入剥離法によって作製されるＳＯＩウエーハにおいて、剥離時に生ずるＳＯＩ島の発生を抑制するとともにＳＯＩウエーハ表面に存在するＬＰＤ欠陥密度を低減したＳＯＩウエーハとその製造方法を提供し、デバイス不良を低減することを主たる目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るＳＯＩウエーハは、イオン注入剥離法によって作製されたＳＯＩウエーハであって、ＳＯＩウエーハエッジ部に発生するベースウエーハ表面が露出したテラス部のＳＯＩ島領域幅が１ｍｍより狭いことを特徴としている。
【０００７】
このように、本発明ではＳＯＩウエーハのエッジ部に発生するベースウエーハ表面が露出したテラス部のＳＯＩ島の領域幅が１ｍｍ未満のものを得ることができる。そして、このようなＳＯＩ島領域幅が１ｍｍより狭いものであれば、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ウエーハから剥がれ、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。
【０００８】
また、本発明に係るＳＯＩウエーハは、イオン注入剥離法によって作製されたＳＯＩウエーハであって、ＬＰＤ検査で検出されるＳＯＩ層表面に存在するサイズが０．１９μｍ以上のピット状欠陥の密度が１ｃｏｕｎｔｓ／ｃｍ2 以下であることを特徴としている。
【０００９】
このように、本発明では極めてピット状欠陥の少ないＳＯＩウエーハを得ることができる。そして、ＳＯＩ層表面にＬＰＤとして検出されるサイズが０．１９μｍ以上のピット状欠陥の密度を１ｃｏｕｎｔｓ／ｃｍ2 以下とすれば、デバイス不良を低減し、デバイス歩留りの向上を図ることができる。
【００１０】
次に、本発明に係るＳＯＩウエーハの製造方法は、イオン注入剥離法によってＳＯＩウエーハを製造する方法において、水素イオンまたは希ガスイオンの注入量の下限を剥離現象の有無により決定し、水素イオンまたは希ガスイオンの注入量の上限を、テラス部のＳＯＩ島領域幅またはＳＯＩウエーハのＬＰＤ検査で検出されるピット状欠陥の密度により決めることを特徴としている。
【００１１】
このようにして水素イオンまたは希ガスのイオン注入量を決めて注入すれば、剥離時に生じ易いＳＯＩ島の発生を抑制し、あるいはＳＯＩウエーハ表面に存在するＬＰＤ欠陥密度を低減したＳＯＩウエーハを作製することができる。
【００１２】
具体的には、水素イオンの注入量を５×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 以上、７．５×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 未満とする。
このようにすれば、剥離時に生じ易いＳＯＩウエーハエッジ部のＳＯＩ島領域幅を１ｍｍ以下に低減させることができるので、ＳＯＩ層を確実にべースウエーハに転写することができるとともに、ＳＯＩウエーハ表面に存在するＬＰＤ欠陥密度を極度に低減したＳＯＩウエーハを作製することができる。また、上記範囲の注入量とすることによってウエーハを安定して剥離させることができる。
【００１３】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明者等は、イオン注入剥離法によって作製されるＳＯＩウエーハにおいて、剥離時に生ずるＳＯＩ島の発生を抑制し、あるいはＳＯＩウエーハ表面に存在するＬＰＤ欠陥密度を低減したＳＯＩウエーハを作製するには、水素イオンまたは希ガスイオンの注入量を所定範囲内に制御すればよいことを見出し、諸条件を精査して本発明を完成させたものである。
【００１４】
ＳＯＩウエーハのエッジ部に発生するベースウエーハ表面が露出したテラス部に、ある幅で残るいわゆるＳＯＩ島は、剥離熱処理後に観察される。そして、イオン注入剥離法における剥離は、剥離熱処理中に発生する水素または希ガスにより誘起された欠陥の成長と、注入された水素または希ガスの気化による急激な体積膨張の力によって起こるものと考えられており、テラス部のあるウエーハエッジ部では貼り合せるウエーハ表面のエッジ部における研磨ダレの影響により貼り合せたウエーハ間の結合力が弱く、ＳＯＩ層がベースウエーハ側に転写されにくいことが主原因で発生するものと考えられている。
【００１５】
本発明者等は、このような剥離現象の特徴に鑑み、注入する水素イオンの量を従来の８×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 より少なくすれば、ＳＯＩ島領域幅を低減できることを見出した。
すなわち、水素イオンの注入量を５×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 以上、７．５×１０16／ｃｍ2 未満とすれば、ＳＯＩ島領域幅を１ｍｍ以下にすることができ、またＬＰＤ検査で検出されるＳＯＩ層表面に存在するサイズが０．１９μｍ以上のピット状欠陥の密度を１ｃｏｕｎｔｓ／ｃｍ2 以下とすることができる。
【００１６】
水素イオン注入量が７．５×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 以上になると、ＳＯＩ島領域幅が広くなる理由は今のところ明確ではないが、水素イオンの注入量が必要以上に多いと、水素の気化膨張に伴う力が強過ぎて水素誘起欠陥が未成長のまま剥離してしまう。その結果、ＳＯＩ島のように横方向の繋がりが無い状態で剥離する領域が生じてしまうと考えられる。
【００１７】
また、水素のドーズ量を５×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 未満にすると水素の注入量が少な過ぎて、欠陥の形成や水素の気化膨張による力が不足し、部分的にしかＳＯＩ層がベースウエーハに転写されず、ウエーハ全面を剥離すること自体が不能となり、ＳＯＩウエーハを作製することができないことが判った。このため、イオン注入剥離法における水素のドーズ量は５×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 以上、７．５×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 未満とする必要があり、安定して剥離を行うには、５．５×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 以上、好ましくは６×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 を超える注入量でＳＯＩウエーハを製造するのが好ましい。
このように水素イオンの注入に関しては、ドーズ量に最適値が存在することが明らかとなったが、この現象は上記メカニズムを考慮すれば、水素イオンだけでなく希ガスイオンを注入する場合にも当てはまることが推測される。
【００１８】
また、ＳＯＩ層表面を光学的な表面検査装置により観察すると、ＬＰＤとして検出される欠陥の密度が水素イオン注入量に依存し、注入量を７．５×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 以上にすると極端にＬＰＤが増加することが判った。従来の注入量である８×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 では約２ｃｏｕｎｔｓ／ｃｍ2 以上もあったものが１ｃｏｕｎｔｓ／ｃｍ2 以下に激減させることができた。
【００１９】
このように本発明では、イオン注入剥離法において、水素イオンまたは希ガスイオンの注入量の下限を剥離現象の有無により決定し、水素イオンまたは希ガスイオンの注入量の上限を、テラス部のＳＯＩ島領域幅またはＳＯＩウエーハのＬＰＤ検査で検出されるピット状欠陥の密度により決めるようにする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
ここで、図４はイオン注入剥離法により、水素イオン注入したウエーハを結合及び剥離してＳＯＩウエーハを作製する製造工程の一例を示すフロー図である。
【００２１】
以下、２枚のシリコンウエーハを結合する場合を中心に説明する。
このイオン注入したウエーハを結合及び剥離してＳＯＩウエーハを製造するイオン注入剥離法には、例えば処理工程順序の違いからＡ法とＢ法とがあり、先ずＡ法から説明する。
【００２２】
Ａ法の工程１では、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ウエーハ２０、２１を準備する。工程２では、そのうちの少なくとも一方のウエーハ、ここではウエーハ２０を熱酸化し、その表面に約０．１μｍ〜２．０μｍ厚の酸化膜３０を形成する。工程３では、もう一方のウエーハ２１の片面に対して水素イオンまたは希ガス（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）４０を形成させるもので、この注入温度は２５〜４５０℃が好ましい。工程４は、水素イオン注入したウエーハ２１の水素イオン注入面にウエーハ２０の酸化膜３０の面を重ね合せて密着させる工程であり、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。
【００２３】
次に、工程５では、封入層４０を境界として上部シリコン２８（剥離ウエーハ）と下部ＳＯＩウエーハ１０（ＳＯＩ層２５＋埋込み酸化膜２６＋ベースウエーハ２７）に分離する剥離熱処理工程で、不活性ガス雰囲気下４００〜６００℃あるいはそれ以上の温度で熱処理を加えれば、剥離熱処理中に発生する水素誘起欠陥の成長と、注入された水素の気化による急激な体積膨張の力によって上部シリコンと下部ＳＯＩウエーハに分離される。剥離された上部シリコン２８は取り除いておく。
なお、最近ではイオン注入剥離法の一種ではあるが、注入されるイオンをプラズマ状態で注入することにより、剥離工程を室温で行う技術も開発されている。その場合には、上記剥離熱処理は不要となる。
【００２４】
そして、工程６では、前記工程４の密着工程で密着させたウエーハ同士の結合力では、そのままデバイス工程で使用するには弱いので、下部ＳＯＩウエーハ１０に熱処理を施し結合強度を十分なものとする必要があるが、この熱処理は不活性ガス雰囲気下、１０５０℃〜１２００℃で３０分から２時間の範囲で行うことが好ましい。
なお、この工程５の剥離熱処理と工程６の結合熱処理を連続的に行い、工程５で剥離した上部シリコンを下部ＳＯＩウエーハから取り除くことなく工程６の結合熱処理を連続して実施しても構わないし、また、工程５の熱処理と工程６の熱処理を同時に兼ねるものとして行ってもよい。
【００２５】
次に、工程７は、タッチポリッシュの工程であり、研磨の取り代が７０ｎｍ〜１３０ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ程度となるよう鏡面研磨する。
以上の工程を経て結晶欠陥層がなく、膜厚均一性の高いＳＯＩ層２５を有する高品質のＳＯＩウエーハ１０を製造することができる。
【００２６】
続いてＢ法によるＳＯＩウエーハの製造方法は、工程１でデバイスの仕様に合った２枚のシリコン鏡面ウエーハ２２、２３を準備する。工程２では、そのうちの少なくとも一方のウエーハ２３を熱酸化し、その表面に約０．１μｍ〜２．０μｍ厚の酸化膜３１を形成する。工程３では、ウエーハ２３の酸化膜３１面に対して水素イオンまたは希ガス（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）４１を形成させる。この注入温度は２５〜４５０℃が好ましい。工程４は、水素イオン注入したウエーハ２３の水素イオン注入面である酸化膜３１の面にシリコンウエーハ２２を重ね合せる工程であり、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。次に、工程５から工程７までは、Ａ法と同様の処理工程を経て、結晶欠陥がなく膜厚が均一なＳＯＩ層を有するＳＯＩウエーハが得られる。
【００２７】
本発明は、上記イオン注入剥離法における工程３で、一方のウエーハに水素イオンを注入する時のイオン注入量を５×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 以上、７．５×１０16／ｃｍ2 未満とする。こうすることによって、剥離時に生じ易いＳＯＩウエーハエッジ部のＳＯＩ島領域幅を１ｍｍ以下に低減させることができるとともに、ＳＯＩウエーハ表面に存在するＬＰＤ欠陥密度を極度に低減したＳＯＩウエーハを作製することができる。また、上記範囲の注入量とすることによってウエーハを安定して剥離させることができる。
【００２８】
以下、本発明の実施例を挙げて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）
磁場を印加して引上げるＭＣＺ法（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｉｅｌｄ  ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ  ｍｅｔｈｏｄ）を用い、引上げ条件を制御していわゆるグローイン欠陥を低減したシリコン単結晶を引上げ、このインゴットを通常の方法により加工し、結晶全体のＣＯＰを低減したシリコン鏡面ウエーハ（直径２００ｍｍ、結晶方位＜１００＞、導電型ｐ型、抵抗率１０Ω・ｃｍ）を作製した。
このウエーハ表面のＣＯＰを表面検査装置（ＫＬＡテンコール社製、ＳＰ−１）により測定したところ、直径０．１９μｍ以上のＣＯＰは全く存在しなかった。ここでＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ）とは、グローンイン欠陥の１つで、０．１〜０．２μｍ程度の大きさの空洞型の欠陥をいう。
【００２９】
次にこのウエーハを用い、下記のプロセス条件にてイオン注入剥離法によるＳＯＩウエーハを各条件につき３枚づつ作製した。
0004304879.tif 000002
【００３０】
上記各ドーズ量でＳＯＩウエーハを製造した後、ＳＯＩ島領域幅及びテラス幅を光学顕微鏡で測定した。測定結果を表１、図２に示す。
これらの結果から、ＳＯＩ島４２の領域幅は水素注入量が７．５×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 以上となると急激に幅が広くなることが解った。また、ＳＯＩ島領域幅が広くなると、テラス４３幅も同じ傾向で広くなることが解った。
また、水素のドーズ量を５×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 未満にすると水素の注入量が少な過ぎて、欠陥の形成や水素の気化膨張による力が不足し、部分的にしかＳＯＩ層がベースウエーハに転写されず全面剥離が困難となり、ＳＯＩウエーハを作製することができないことが判った。
【００３１】
上記結果より、水素イオン注入剥離法においてＳＯＩテラス幅を狭くし、かつＳＯＩ島の発生を低減するには水素注入量を７．５×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 未満とすればよい。また、７．５×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 未満で５×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 以上の注入量であれば、テラス幅やＳＯＩ島の発生はほぼ同程度であった。
【００３２】
【表１】
0004304879.tif 000003
【００３３】
一方、各ドーズ量の条件下で作製したＳＯＩウエーハの表面のＬＰＤ密度を、光学的表面検査装置（ＫＬＡテンコール社製ＳＰ−１）で測定した。ＬＰＤのサイズは０．１９μｍ以上、エッヂ部の除外領域は５ｍｍとした。３水準のドーズ量でのウエーハ面内の平均ＬＰＤ密度を図３に示す。注入量を７．５×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 以上にすると極端にＬＰＤが増加し、７．５×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 未満の注入量でであれば、ほぼ同程度に抑えられることを示している。
【００３４】
従って、イオン注入剥離法によってＳＯＩウエーハを製造する方法において、注入する水素の量を５×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 以上、７．５×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 未満とするのがよく、さらに好ましくは、５．５×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 以上、７×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2 以下とするのがよい。
【００３５】
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。
【００３６】
例えば、上記実施形態においては、直径８インチのシリコン単結晶ウエーハを使用する場合につき例を挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、直径４〜１６インチあるいはそれ以上のシリコン単結晶ウエーハにも適用できる。また、シリコン単結晶ウエーハ同士の貼り合わせだけでなく、シリコン単結晶ウエーハと絶縁基板（石英、アルミナ、サファイア、炭化けい素等）との貼り合わせにも適用できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、イオン注入剥離法によって作製されるＳＯＩウエーハにおいて、剥離時に生ずるＳＯＩ島の発生を抑制するとともに、ＳＯＩウエーハ表面に存在するＬＰＤ欠陥密度を低減したＳＯＩウエーハとその製造方法を提供することができ、デバイス不良を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＯＩウエーハのエッジ部に発生するテラスとＳＯＩ島を示す模式図である。
（ａ）ＳＯＩウエーハ、  （ｂ）  ＳＯＩウエーハのエッジ部。
【図２】イオン注入量（ｉｏｎｓ／ｃｍ2 ）の違いによＳＯＩ島領域幅及びテラス幅の変化を示す光学顕微鏡写真である。
（ａ）５．５×１０16、  （ｂ）６．５×１０16、  （ｃ）７．５×１０16。
【図３】イオン注入量に対するウエーハ面内のＬＰＤ密度（ｃｏｕｎｔｓ／ｃｍ2 ）の変化を示す図である。
【図４】本発明に係るＳＯＩウエーハ製造工程の一実施形態を示すフロー図である。
【符号の説明】
１…２枚の鏡面研磨ウエーハを準備する工程、
２…一方のウエーハを酸化する工程、  ３…水素イオンを注入する工程、
４…イオン注入面に他のウエーハを重ね合せる密着工程、
５…剥離熱処理する工程、  ６…ウエーハを結合熱処理する工程、
７…タッチポリッシュ工程、  １０…ＳＯＩウエーハ、
２０、２１、２２、２３…鏡面研磨シリコンウエーハ、  ２５…ＳＯＩ層、
２６…埋込み酸化膜、  ２７…ベースウエーハ、    ２８…上部シリコン、
３０、３１…酸化膜、  ４０、４１…イオン注入微小気泡層（封入層）、
４２…ＳＯＩ島、  ４３…テラス部、  ５０…劈開面。
【図１】
0004304879.tif 000004
【図２】
0004304879.tif 000005
【図３】
0004304879.tif 000006
【図４】
0004304879.tif 000007